JP2006249847A - 地盤硬化材注入工法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、硬化材注入においては硬化材噴流の有効射程の延長、或いは余剰スライムの吸引による硬化材の均質化が図られてきたが、地盤硬化材を同一密度で注入し、注入密度を上げるだけでは、地震や工事振動など多方向から負荷される荷重による硬化層の亀裂や液状化現象に対応できない問題がある。
【解決手段】噴射口を互いに背向させて設定した重合噴射ノズル２、３を設けた注入ロッド１を回動上昇させて盤状の硬化材注入層Ｘを造成する工程と単純上昇させて放射隔壁状の硬化材注入層Ｙを造成する工程とを交互に繰り返して上下盤と放射隔壁による連続セル構造体を造成するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は構築基礎地盤の強化支保、或いは地盤の安定化や止水を目的として対象地盤に地盤硬化材を注入する地盤硬化材の注入工法、特に、液状化防止地盤の造成に対応を可能にした地盤硬化材注入工法とその装置に関するものである。

従来、地盤の覆工支保や強化支保、或いは止水を目的とする硬化材層造成のための地盤硬化材注入は、硬化材噴流の到達距離を少しでも延長して大径の硬化材層を造成することを理想とし様々な工夫が凝らされ、その１つとして核ノズルとこれを囲繞する環状ノズルからなる重合噴射ノズルにより硬化材噴流をエアーで包合して保護し到達距離を延長する方法（例えば特許文献１参照）が開発されている。

また、硬化材噴流に先立って清水噴射による事前改良を行い、硬化材噴流の有効射程を延長し（例えば特許文献２参照）、或いは余剰スライムを吸引機構によって吸引し（例えば特許文献３参照）てブリージングを良くする手段等が講じられてきた。

更に、液状化防止に対応する地盤改良工法として、地盤を格子状、帯状、その他の適宜平面形状で適宜深さまで固結させて固結部分と未固結部分との複合地盤を造成（例えば特許文献４参照）して液状化現象に対応する手段等が提案されている。

また、噴射口を互いに背向させ左右両方向に同時噴射してバランスを保つ注入ロッドについては特許文献５等に図示されている。
特公平７ー１００９３１号公報 特許第２８６５６５３号公報 特公平６ー２９５０６号公報 特開昭６１ー５１１４号公報 特公平４ー５２３３３号公報

しかしながら、地盤硬化材を同一密度で注入し硬化層を造成し、注入密度を上げるだけでは、地震や工事振動など多方向から負荷される荷重による硬化層の亀裂や液状化現象に対応できない問題がある。

また、注入密度を上げるために注入圧を高圧化させれば、それだけ危険を伴うほか、地盤に不自然な負荷を掛けて地盤隆起等の現象を発生させる恐れもあり、注入材料もそれだけ多量に必要となり、経済的にも大きな負担となる。

地震や工事振動など多方向から負荷される荷重に対しては、前記特許文献４により地盤を格子状、帯状に固結させて複合地盤を造成することが提案されているが、この方法は垂直方向の隔壁による対応で水平方向への対応がなく、未固結部分が自然地盤で飽和度の低下が必ずしも十分でない問題がある。

更に、従来の注入ロッドの径は、上部から先端まで挿入径が同一であるため、地盤のロッド挿入孔とロッド外周との間にクリアランスを生ずる余地がなく、排泥不良を発生させたり、噴射圧力を必要以上に消耗させたりしていた。

本発明は、上記の課題に対応してこれを解決するため、噴射口を互いに背向させて設定した一対若しくは複数対の重合噴射ノズルを設けた注入ロッドを対象地盤の所定深度まで挿入し、所定深度において重合噴射ノズルの核部から高圧地盤硬化材、囲周部からエアを噴射しつつ注入ロッドを回動させながら所定位置まで上昇させることにより盤状の硬化材注入層を造成し、上記所定位置からは回動作動を停止して次の所定位置まで単純上昇させて放射隔壁状の硬化材注入層を造成し、前記次の所定位置から注入ロッドを回動上昇させて盤状の硬化材注入層を造成するようにして、回動上昇と単純上昇を交互に繰り返して上下盤と放射隔壁による連続セル構造体を造成するように構成した。

即ち、注入管ロッドの回動上昇と単純上昇を交互に繰り返して上下盤と放射隔壁による連続セル構造体を造成することにより、垂直方向だけでなく水平方向にも地盤の複合構造を形成して多方向から負荷される荷重に対して地盤の不飽和化を図るようにしたものである。

また、隣接位置に設定した複数の注入ロッドにより回動上昇と単純上昇を交互に繰り返す注入を同時に行って、隣接する上下盤及び放射隔壁の先端同志が交差接合して囲封セル構造体が造成されるようにし、更に、単純上昇注入時に噴射エアの量を増加させて囲封セル構造体中にエアを封入するようにし、地盤の不飽和度を高めるようにした。

注入管ロッドについては、エア供給路に設定したエア貯圧部に連通する噴射口と硬化材流路に連通する噴射口とを重合した重合噴射ノズルの噴射口を注入ロッドの側壁に互いに背向させて一対若しくは複数対設定し、回動注入によって盤体が造成され、単純上昇注入により放射隔壁が造成されるようにした。

更に、注入ロッドの外表部に、所定間隔毎に角形形状の外殻体を設定し、設定された複数の外殻体の外表が全体として角柱ロッドを形成するように構成して地盤のロッド挿入孔とロッド外周との間にクリアランスを生じさせると共に、単純上昇への切替え時に注入管ロッド同志が隣接位置の注入管ロッドにより造成される放射隔壁の先端と相互に交差接合する角度位置が確認できるようにした。

以下図面に従って本発明の実施の形態を説明する。１は注入ロッドで、全体として３重管で構成され、先端部側壁に噴射口を互いに背向させて設定した一対の重合噴射ノズル２、３と、もう一対の重合噴射ノズル２ａ、３ａがこれと直交させて設定され、ロッドを中心として放射十字状に噴射口が開口している。また、これらの重合噴射ノズルの上部に所定の間隔を置いて清水噴射ノズル４が設けられている。

重合噴射ノズル２、３と２ａ、３ａとは、中心部にそれぞれ核ノズル２１、３１その周囲を囲んで囲周ノズル２２、３２が開口し、それぞれがスイベル１１を介して噴射材料槽に連絡するロッド内の分隔された流路に連通する。

重合噴射ノズル２、３と２ａ、３ａ、清水噴射ノズル４の設定は、テーパー状の基部Ｅを介してロッド先端部を構成し注入機構を内蔵するモニター部Ａに行われ、その外径は角形形状に形成されて上部のロッド本管Ｂの外径より大径に構成され、モニター部の挿入掘削によりロッド本管Ｂと挿入孔Ｃの内壁の間にクリアランスが形成されるものである。

更に、注入ロッド１にはその外表部に、所定間隔毎に前記モニター部Ａの外径と同一にした角形形状の外殻体１６を設定され、設定された複数の外殻体の外表が全体として角柱ロッドを形成するように構成されている。なお、モニター部Ａの外径は必ずしも角形形状にしなくても良い。

ロッド１は上記のように全体として３重管で構成され、その中心部にはエア供給路１２、その外周に環状に硬化材流路１３、更に、その外周に清水流路１４が構成され、エア供給路１２の端末には逆止弁５１を介してリシーバタンク等のエア貯圧部５が設定される。

エア貯圧部５は、上方にノズル２、３と２ａ、３ａにそれぞれ開口する囲周ノズル２２、３２にそれぞれ連通するエアー流路５２が設定され、それぞれに逆止弁５３が設けられて囲周ノズル２２、３２からの逆流が防止されるようになっている。

エア貯圧部５をこのように構成することにより、貯圧タンク内の蓄圧に応じたエアが流路５２に逆流することなく均霑供給されるので、大気圧内に近い噴射効率を得られると共に、スライムの揚送についても円滑なエアリフト効果を挙げることができる。

清水流路１４は、最外側クリアランスで構成され、途中で清水噴射ノズル４に開口するが、硬化材流路１３の開口部やエア貯圧部５の外側の間隙を通過してロッド１の先端噴出孔１５に開口し、噴出孔１５に設定された差圧弁５１を清水供給圧力の調整によって開閉すようになっている。

差圧弁５１は、スプリング４２によって上方に付勢され常時は噴出孔１５を開放しているので噴出孔１５から掘削水を噴出しながら下降削孔し、所定深度に達したところで清水供給圧力を高めて圧力が一定以上に上昇するとスプリング４２の付勢力に抗して下降し噴出孔１５を閉塞する。

なお、下降削孔時にエア貯圧部５にエアを供給して囲周ノズル２２、３２からエアを噴射しながら削孔することにより、ノズル２２の噴射口を保護し周辺土壌の事前改良にも寄与することができる。

噴出孔１５の閉塞によって清水流路１４の清水は蓄圧され、清水噴射ノズル４から高圧噴流として噴射されて周辺土壌を切削攪拌し、下部に設定された重合噴射ノズル２、３と２ａ、３ａからの硬化材噴流の到達距離を伸長すると共に、硬化材と周辺土壌との混合を促進して均質の硬化材注入層の造成の下地を造成するものである。

注入ロッド１の後端はスイベル機構１１となっており、ロッド内の各流路の対応部とその噴射材料槽に連絡するホース８に連結すると共に、基台６上に装置された注入ロッド作動機構７に支持される。

以上のように構成された硬化層造成装置は、先ず、流路１４に潤滑清水を供給し噴射ノズル４及び先端噴出孔１５から放出し、注入ロッド作動機構７によって注入ロッド１に対して前進、回転等の作動を与え、ロッドクラウンＤの掘削刃９と注入ロッド１の回転によって注入ロッドを対象地盤Ｇに挿入させる。

このように注入ロッド１を対象地盤Ｇに向けて推進挿入し、所定の深度に達したところで、流路１４に対する清水供給圧力を上げて差圧弁４１を下降させて先端噴出孔１５を閉鎖し、ノズル４から毎分５０〜８０リットルの吐出量の高圧噴流として噴射する。

更に、地盤硬化材としてセメントミルクを、流路１３に毎分２２０リットルの吐出量として、それぞれ４００Ｋｇ／平方センチ程度の圧力で圧送し、重合噴射ノズル２、２ａの核ノズル２１、重合噴射ノズル３、３ａの核ノズル３１からそれぞれ噴射する。

上記によりエア供給路１２に供給されたエアは、エア貯圧部５に蓄圧されエアー流路５２から上方の囲周ノズル２２と３２にそれぞれ供給されて上記硬化材噴流の包合噴流体として噴射される。

このようにして噴射材料を各ノズルに供給し、注入ロッド１を回転若しくは所定角度によって往復回動させながら抜去方向に１メートル当たり１５分でステップアップして後退上昇させることにより、各高圧噴流は周辺地盤を穿孔切削し土粒子を破砕して、対象地盤Ｇに注入ロッド１の駆動軌跡に沿って円筒状に硬化材注入層による盤体Ｘを造成する。

所定位置まで上昇させたところで注入管ロッドの回動作動を停止して、注入ロッドをそのまま単純上昇させれば、重合噴射ノズル２、３と２ａ、３ａからの硬化材噴流がそれぞれ垂直方向に周辺地盤を穿孔切削して放射隔壁状の硬化材注入層Ｙを造成する。

その際、エア貯圧部５の内圧を高めることにより、囲周ノズル２２、３２からのエア噴射量を増大させて放射隔壁層Ｙに囲まれて形成されるセルスペースＲにエアが貯留され、セルスペース内の飽和度を低下させることができる。

単純上昇により注入ロッドが所定位置に達したところで、注入ロッド１を再び回転若しくは所定角度によって往復回動させながら上昇させて盤状の硬化材注入層Ｘを造成し、これを上下盤としてセルスペースＲを形成し、更に、単純上昇と回動上昇とを交互に繰り返して連続セル構造体を造成する。

次いで、隣接位置に注入ロッドを設定して同様に回動上昇と単純上昇を交互に繰り返す注入を行って、隣接する上下盤及び放射隔壁の先端同志が交差接合して囲封セル構造体を造成し、次々に隣接させて所定形状に並列することにより、所定のセル構造地盤硬化層を造成していくものである。

放射隔壁Ｙの先端同志の突合は、注入ロッド１の往復回動の角度設定或いは角形形状の外殻体１６の面部に印された記号による角度合わせにより行うことができる。を回転若しくは所定角度によって往復回動させながら抜去方向に１メートル当たり１５分でステップアップして後退上昇させることにより、各高圧噴流は周辺地盤を穿孔切削し土粒子を破砕して、対象地盤Ｇに注入ロッド１の駆動軌跡に沿って円筒状に硬化材注入層による盤体Ｘを造成する。

本発明は以上のように構成したので、地震や工事振動など多方向から負荷される荷重に対しても対応でき、流動化防止にも効果のある連続セル構造体の造成を可能としたものである。

本発明の実施例による連続セル構造体造成の注入状況を示す注入ロッドと盤体、放射隔壁注入層の要部拡大斜視図 本発明の実施例による注入軌跡を示す注入ロッドと連続セル構造体の平面図 本発明の実施例による注入ロッド先端モニター部の要部構造を一部を省略して示す縦断面側面図 同じく、重合噴射ノズルの正面からの外観状况を示す注入ロッドのノズル設定部分拡大側面図 本発明の実施例による連続セル構造体造成の施工状況を示す注入装置と地盤の全体側面図

符号の説明

１ 注入ロッド
１１ スイベル機構
１２ エア供給路
１３ 硬化材流路
１４ 清水流路
１５ ロッド先端の清水噴出孔
１６ 角形形状の外殻体
２ 重合噴射ノズル
２１ 同核ノズル
２２ 同囲周ノズル
３ 背向重合噴射ノズル
３１ 同核ノズル
３２ 同囲周ノズル
４ 清水噴射ノズル
４１ 清水噴出孔の差圧弁
４２ 清水噴出孔差圧弁の付勢スプリング
５ エア貯圧部
５１ エア供給路端末の逆止弁
５２ エア貯圧部から囲周ノズルへのエア流路
５３ エア貯圧部エア流路の逆止弁
６ 基台
７ 注入ロッド作動機構
８ 噴射材料槽に連絡するホース
Ａ ロッドモニター部
Ｂ ロッド−本管
Ｃ ロッド挿入孔
Ｅ ロッドモニター部テーパー拡径部
Ｄ ロッドクラウン
Ｇ 対象地盤
Ｒ セルスペース
Ｘ 盤体注入層
Ｙ 放射隔壁注入層

Claims (5)

1. 噴射口を互いに背向させて設定した一対若しくは複数対の重合噴射ノズルを設けた注入ロッドを対象地盤の所定深度まで挿入し、所定深度において重合噴射ノズルの核部から高圧地盤硬化材、囲周部からエアを噴射しつつ、注入ロッドを回動上昇させて盤状の硬化材注入層を造成する工程と単純上昇させて放射隔壁状の硬化材注入層を造成する工程とを交互に繰り返して上下盤と放射隔壁による連続セル構造体を造成することを特徴とする地盤硬化材注入工法
2. 隣接位置に設定した複数の注入ロッドにより回動上昇と単純上昇を交互に繰り返す注入を同時に行って、隣接する上下盤及び放射隔壁の先端同志が交差接合して囲封セル構造体が造成されるように構成した請求項１記載の地盤硬化材注入工法
3. 単純上昇注入時に噴射エアの量を増加させて囲封セル構造体中にエアを封入するようにした請求項２記載の地盤硬化材注入工法
4. エア供給路に設定したエア貯圧部に連通する噴射口と硬化材流路に連通する噴射口とを重合した重合噴射ノズルの噴射口を注入ロッドの側壁に互いに背向させて一対若しくは複数対設定したことを特徴とする地盤硬化材注入装置
5. 注入ロッドの外表部に、所定間隔毎に角形形状の外殻体を設定し、設定された複数の外殻体の外表が全体として角柱ロッドを形成するように構成した請求項４記載の地盤硬化材注入装置