JP2004270444A - 軟弱地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地中に挿入される注入ロッドを通して噴射されるセメントをエア噴射力により高圧で噴射して硬化剤を均一に浸透させることにより軟弱地盤を改良する軟弱地盤改良装置を提供する。
【解決手段】 流体が注入される注入管の外部に外部ケーシングを配置してエア循環部を形成した注入ロッドの下端にビットが取り付けられた地盤改良装置において、前記注入ロッドの外部ケーシングの上部の所定領域に少なくとも一つ以上が互いにずらされて取り付けられ、下方に向かって斜めに噴射するインジェクションホルダと、前記注入ロッドの下端に取り付けられ、下方に向かって斜めに貫通した噴射孔に傾斜噴射ノズルが内蔵され、中央下部に切削水ノズルが設けられたビットとを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は各種土木工事において軟弱地盤を改良するための地盤改良装置に係り、より詳しくは地中に挿入される注入ロッドを通して噴射されるセメントをエア噴射力により高圧で噴射して硬化剤を均一に浸透させることにより軟弱地盤を改良する軟弱地盤改良装置に関するものである。

一般に、地中にモニタからセメントミルクなどの硬化剤溶液を噴射するとともに、モニタを回転させながら次第に後退させることにより、地中に杭状の硬化した改良体を造成する地盤改良工法が広く知られている。

従来の工法は地盤の特性が均一でないので、図７に示すように、硬化剤１の浸透範囲が均一でない。

かかる従来の地盤改良装置は、図８に示すように、注入ロッド５が地中に挿入され、ノズル２、３から水平に所定圧力で水とエア、又はセメントとエアを噴射しているため、軟弱層では噴射距離が制御不能であって過度に拡大するか、又は周辺軟弱層に沿って隆起し、スライム（slime）が過剰に排出され、材料の過投入により経済的な損失が発生し、粘土層では圧縮強度が低下する問題がある。

また、注入ロッド５に流体が流入して排出される過程が直角流動方向になされるため、直角変曲点で流体の圧力が低下するので、噴射力が正常圧力を維持できず、改良速度が低下する問題がある。

本発明はこのような従来の問題点を解決するためになされたもので、ノズルから高圧水又は硬化剤を下向きに噴射するとともに、緩やかな循環経路を通して噴射して、均一な造成体に切削できるようにし、稠密な切削ができるようにすることにより、撹拌範囲が細密であって高強度を実現し、地盤の土質状態にかかわらず均一な造成体の形成を可能にする軟弱地盤改良装置を提供することにその目的がある。

前記のような目的を達成するため、本発明は、流体が注入される注入管の外部に外部ケーシングを配置してエア循環部を形成した注入ロッドの下端にビットが取り付けられた地盤改良装置において、前記注入ロッドの外部ケーシングの上部の所定領域に少なくとも一つ以上が互いにずらされて下方に向かって斜めに噴射するように取り付けたインジェクションホルダと、前記注入ロッドの下端に取り付けられ、下方に向かって斜めに貫通した噴射孔に傾斜噴射ノズルが内蔵され、中央下部に切削水ノズルが設けられたビットとを含んでなる軟弱地盤改良装置を提供する。

本発明のほかの特徴によると、前記構成に代え、前記インジェクションホルダは前記注入管及び前記外部ケーシングに対して垂直方向に噴射するように取り付けられる。

本発明のさらにほかの特徴によると、前記インジェクションホルダは、前記外部ケーシングを貫通して注入管に結合される管状の連結ホルダと、前記連結ホルダの下端に挿入され、多数のエア誘導孔を有するフランジに内蔵されるノズルと、前記フランジに一体的に結合された前記ノズルを収容する空間部が上部に設けられるものであって、前記空間部に内蔵されたフランジの上部を支持し、空間部の内壁に挿入されるスナップリング、前記空間部に配設される逆流防止ゴムキャップに密着する支持キャップ、及び前記空間部の直径より小さい直径を有し、前記空間部に連結される排水孔を有する噴射案内ホルダと、前記噴射案内ホルダと螺合され、前記外部ケーシングに付着される保護管とを含む。

本発明のさらにほかの特徴によると、前記噴射案内ホルダの空間部とこの空間部に内蔵されるフランジとの間には分割挿入型パッキンが介在される。

本発明のさらにほかの特徴によると、前記フランジに結合されたノズルの上端には円形曲面部及び内向傾斜面が形成される。

以上のような本発明によると、ノズルから噴射される噴射液の角度を調節して地盤を均一に切削し、安定した硬化剤の噴射により地盤の土質状態にかかわらず均一な造成体を形成し、穿孔時に地盤を小粒子形態に細かく破砕するので、注入材の浸透性が向上し、固化剤は地盤に高圧で噴射されて直ちに凝結を開始し、地表面に排出される廃棄物の流出を防止するので、施工性に優れ、改良効果を高くし、工事期間が短縮できるなどの作業面及び経済面での効率を高める効果がある。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の注入ロッドを適用して施工する状況を示す構成図、図２は本発明による注入ロッドを示す要部断面図、図３は本発明によるインジェクションホルダを示す分解斜視図、図４は本発明によるインジェクションホルダを示す縦断面図、図５は本発明によるインジェクションホルダを水平状態に適用した他の実施例の注入ロッドの要部断面図、図６は本発明による充填材成形状態の断面図である。

図１ないし図６に示すように、流体が注入される注入管１０の外部に外部ケーシング１２を配置してエア循環部１４を形成した注入ロッド２０の下端にビット３０を取り付け、前記外部ケーシング１２には下方に向かって斜めに噴射するインジェクションホルダ４０を取り付けて地盤改良装置１００を構成する。

前記インジェクションホルダ４０は、前記注入ロッド２０の外部ケーシング１２の上部の所定領域に少なくとも一つ以上がずらされて取り付けられ、下方に向かって斜めに噴射するようになっている。

また、前記インジェクションホルダ４０は、前記外部ケーシング１２を貫通して注入管１０に管状の連結ホルダ４２が結合され、前記連結ホルダ４２の下端に設けられ、多数のエア誘導孔４４を有するフランジ４６にはノズル５０が内蔵される。

前記ノズル５０はフランジ４６と一体的に結合され、噴射案内ホルダ９０の内部に形成された空間部５２に収容され、フランジ４６の上面には、空間部５２の内壁に挿入されて一部が突出するスナップリング５４が設けられて、フランジ４６の離脱が防止される。

そして、噴射案内ホルダ９０には、前記空間部５２の直径より小さい直径を有し、空間部５２に連結される排水孔５６が下部に形成される。

前記噴射案内ホルダ９０の外面にはネジが形成され、前記外部ケーシング１２に取り付けられた保護管９６に螺合される。

前記噴射案内ホルダ９０の空間部５２とこの空間部５２に内蔵されるフランジ４６との間には、分割挿入型パッキン９２が介在されるので、一方への流体の流れは許すが逆流は遮断することになる。

また、空間部５２に内蔵される逆流防止ゴムキャップ８４に密着する支持キャップ８６をフランジ４６の下側に設けて、地中での噴射が停止する場合にも逆流を防止する。より詳細には、空間部５２内で一方向の噴射経路を維持している噴射が停止すると、逆流防止ゴムキャップ８４が空間部５２の底面に密着し、支持キャップ８６の密着力により通路を完全に遮断するので、プラントの硬化剤移送ポンプの故障などによる突発的な状況が頻繁に発生する場合にも、噴射案内ホルダ９０の排水孔５６内に流入する土粒子がフランジ４６の内側に流入することを防止する。

ここで、前記フランジ４６に結合されたノズル５０の上端には円形曲面部９８と内向傾斜面９８ａを形成して、ノズル５０に流入するセメントが柔軟に流入するように案内することにより、詰まり又は狭窄を防止する。

前記ビット３０は前記注入ロッド２０の下端に取り付けられ、下方に向かって斜めに貫通された噴射孔６０、６０ａに傾斜噴射ノズル７０、７０ａが内蔵され、ビット３０の中央に切削水ノズル７４が取り付けられる。

このように構成される本発明の軟弱地盤改良装置は、通常のように軟弱地盤を改良するため、図１に示すように、注入ロッド２０の下端にビット３０を取り付け高圧水の噴射で地盤を掘削し、次いで掘削空間の内部に固化剤（セメント、高強度剤及び急結剤を混合）を噴射、注入して円柱状の構造体を形成するものであって、本発明は水及び固化剤を下方に斜めに噴射しながら回転することにより、均一な掘削とともに高密度の改良体を完成して軟弱地盤を改良する。

このように、均一な掘削と安定した固化剤噴射をなす本発明の改良装置１００は、図２に示すように、注入ロッド２０の注入管１０に、下方に向かって斜めに連結ホルダ４２を結合し、噴射案内ホルダ９０の空間部５２にフランジ４６とノズル５０を挿入して一体的に組み立て、フランジをスナップリング５４で支持した噴射案内ホルダ９０を前記外部ケーシング１２に一端が溶接された保護管９６に螺合させると、前記連結ホルダ４２の下端にノズル５０が挿入され、パッキンの密着力により、シーリング状態のインジェクションホルダ４０が組み立てられる。

前記インジェクションホルダ４０は注入ロッド２０に少なくとも一つ以上がずらされて取り付けられ、下方に斜めに噴射することになる。

すなわち、注入ロッド２０の注入管１０に高圧水が供給され、エア循環部１４に圧縮エアが注入される。

こうして流入した高圧水とエアはインジェクションホルダ４０に流入するが、保護管９６と連結ホルダ４２間の空間部にエアが流入し、連結ホルダ４２の内部に高圧水が流入してノズル５０を介して噴射される。

前記ノズル５０を介して噴射されているうち、エアがエア誘導孔４４に沿って噴射案内ホルダ９０の空間部５２に流入し、前記ノズル５０を介して噴射される高圧水に圧縮エアを噴射することにより、高圧水はより強い噴射力で排水孔５６を介して土砂に噴射される。

そして、ビット３０には下方に向かって斜めに形成された噴射孔６０、６０ａに傾斜噴射ノズル７０、７０ａが設けられるので、注入管１０に流入した高圧水を下方に向かって斜めに噴射し、中央下端には切削ノズルが取り付けられて下方に向かって垂直に噴射する。

このような強い噴射力により、２００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で噴射したときの噴射距離が、従来には１ｍであったが、本発明によると１．５ｍである。

掘削作業が完了すると、前記高圧水及びエアの噴射と同時に固化剤及びエアを噴射する。この際にも、注入ロッド２０の注入管１０に固化剤を供給し、エア循環部１４に圧縮空気を注入すると、前記のような経路を経てインジェクションホルダ４０を介して高圧の固化剤を噴射して構造体を完成する。

このように完成した構造体は、図６に示すように、外径が均一な形態の安定した構造になる。

本発明においては、ノズル５０の上面を円形曲面部９８及び内向傾斜面９８ａに形成してあるので、セメントが含有された固化剤がノズル５０に流入するとき、円形曲面の屈曲面に沿って高圧で流入する力を柔らかに誘導して噴射するとともに、内向傾斜面９８ａに沿って迅速に流入するので、ノズルの詰まりを防止し、良好な噴射状態をなす。

そして、噴射案内ホルダ９０に内蔵されたフランジ４６と空間部５２間には分割挿入型パッキン９２を介在して、エアの流出は許すが逆流は防止するので、土砂、セメントなどの流入を防止する。

本発明の注入ロッドを適用して施工する状況を示す構成図である。 本発明による注入ロッドを示す要部断面図である。 本発明によるインジェクションホルダを示す分解斜視図である。 図３のインジェクションホルダを示す縦断面図である。 本発明によるインジェクションホルダを水平状態に適用した他の実施例の注入ロッドの要部断面図である。 本発明による充填材成形状態の断面図である。 従来の地盤改良装置によるグラウト浸透状態を示す例示図である。 従来の地盤改良装置による噴射状態を示す要部構成図である。

符号の説明

１０ 注入管
１２ 外部ケーシング
１４ エア循環部
２０ 注入ロッド
３０ ビット
４０ インジェクションホルダ
４２ 連結ホルダ
４４ エア誘導孔
４６ フランジ
５０ ノズル
５２ 空間部
５４ スナップリング
５６ 排水孔
６０、６０ａ 噴射孔
７０、７０ａ 傾斜噴射ノズル
７４ 切削水ノズル
８４ 逆流防止ゴムキャップ
８６ 支持キャップ
９０ 噴射案内ホルダ
９２ 分割挿入型パッキン
９６ 保護管
９８ 円形曲面部
９８ａ 内向傾斜面
１００ 改良装置

Claims (5)

1. 流体が注入される注入管（１０）の外部に外部ケーシング（１２）を配置してエア循環部（１４）を形成した注入ロッド（２０）の下端にビット（３０）が取り付けられた地盤改良装置（１００）において、
   前記注入ロッド（２０）の外部ケーシング（１２）の上部の所定領域に少なくとも一つ以上が互いにずらされて下方に向かって斜めに噴射するように取り付けられたインジェクションホルダ（４０）と、
   前記注入ロッド（２０）の下端に取り付けられ、下方に向かって斜めに貫通した噴射孔（６０、６０ａ）に傾斜噴射ノズル（７０、７０ａ）が内蔵され、中央下部に切削水ノズル（７４）が設けられたビット（３０）とを含んでなることを特徴とする軟弱地盤改良装置。
2. 前記インジェクションホルダ（４０）を、前記注入管（１０）及び前記外部ケーシング（１２）に対して垂直方向に噴射するように取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の軟弱地盤改良装置。
3. 前記インジェクションホルダ（４０）は、
   前記外部ケーシング（１２）を貫通して注入管（１０）に結合される管状の連結ホルダ（４２）と、
   前記連結ホルダ（４２）の下端に挿入され、多数のエア誘導孔（４４）を有するフランジ（４６）に内蔵されたノズル（５０）と、
   前記フランジ（４６）に一体的に結合された前記ノズル（５０）を収容する空間部（５２）が上部に設けられるものであって、前記空間部（５２）に内蔵されたフランジ（４６）の上部を支持し、空間部（５２）の内壁に挿入されるスナップリング（５４）、前記空間部に配設される逆流防止ゴムキャップ（８４）に密着する支持キャップ（８６）、及び前記空間部（５２）の直径より小さい直径を有し、前記空間部（５２）に連結される排水孔（５６）を有する噴射案内ホルダ（９０）と、
   前記噴射案内ホルダ（９０）と螺合され、前記外部ケーシング（１２）に付着された保護管（９６）とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の軟弱地盤改良装置。
4. 前記噴射案内ホルダ（９０）の空間部（５２）とこの空間部（５２）に内蔵されるフランジ（４６）との間には分割挿入型パッキン（９２）が介在されることを特徴とする請求項３に記載の軟弱地盤改良装置。
5. 前記フランジ（４６）に結合されたノズル（５０）の上端には円形曲面部（９８）及び内向傾斜面（９８ａ）が形成されることを特徴とする請求項３に記載の軟弱地盤改良装置。

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