JP2009144390A - 地盤硬化材注入工法と注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、下方噴射を側方噴射に切り替える手段として、球状の閉塞体を投入して下方噴射流路を閉塞してきたが、流路を完全に閉塞するため、閉塞部より上部に噴射ノズルを設けざるを得ず、噴射材料がノズルより下部の閉塞部に衝突した後にノズル孔に送入され、攪拌により乱流が発生する問題があった。
【解決手段】ロッドの中央流路２を、重合噴射ノズルの核ノズルに連絡する核流路２ａと、下方噴射口に連絡する囲周流路２ｂに区分し、核流路に嵌入する流路継手と囲周流路を閉塞するフランジを設けた閉塞体を落下させて下方噴射口に連絡する囲周流路を閉塞して下方噴射を側方噴射に切り替えるようにした。
【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とこれに用いる地盤硬化材注入装置に関するものである。

従来、地盤の安定化、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、特許文献２に記載されるように、ノズル構造を形成する噴射流路を延長して噴流の有効射程を伸長するため、注入ロッドの硬化材流路下端の承継部から噴射方向に対してセットバックする斜降流路を形成し、斜降流路と同径のまま噴射方向に屈曲させることにより、噴射ノズルをロッド半径よりも長いテーパーノズルに構成する手段等が講じられてきた。

一方、注入ロッドを対象地盤に挿入する手段として、例えば特許文献３に記載のように、潤滑材として下方に清水噴出をしながら注入ロッドを回動下降させ、目的深度に達したところで、噴射材料を清水から硬化材に変え、下方噴射を側方噴射に切り替えてロッドを回動上昇させることにより地盤硬化材注入層を造成する手段等が講じられてきた。

上記のような注入工法において、下方噴射を側方噴射に切り替える手段としては差圧弁（例えば特許文献３参照）が用いられてきたが、構造が複雑となり故障も発生し易いため、例えば特許文献４のように球状の閉塞体を注入ロッドの流路に投入して下方噴射流路を閉塞する方法が行われている。
特公平７ー１００９３１号公報 特公平６ー７４５８２号公報 特開昭５２ー９９６１２号公報 特開２００４ー１１６００６号公報

しかしながら、ロッドの挿入掘削時に先端から清水を噴射し、所定深度で下方への清水噴射を側方噴射に切替え、重合噴射ノズルの核ノズルから硬化材、囲周ノズルからエアを噴射して、更に、硬化材注入層ッド従来の噴射材料供給路の端末とこれを承継するノズル構造部流入口との流路形態は何れも直角に近い状態で鋭角屈曲し、高圧供給されてきた噴射材料が流路の鋭角屈曲により抵抗を受けて多大なエネルギーの消耗を避けることができない問題がある。

また、流路の鋭角屈曲部は噴射材料の高圧噴流による負荷を受けて摩耗損傷を受け易いため、修理や部品交換の頻度も高いが複雑な構造で高い精度を要求されるノズル構造部と一体となっている鋭角屈曲流路の修理や部品交換は困難であり、経済的にも大きな負担となっている。

下方噴射を側方噴射に切り替える手段として、注入ロッドの構造を複雑化せず単純な手段として多く用いられている球状の閉塞体を注入ロッドの流路に投入して下方噴射流路を閉塞する方法は、中央流路を完全に閉塞してしまうため、閉塞体嵌入部より上部に重合噴射ノズルを設けるか、中央流路の他に側方噴射のための硬化材供給流路を設けなければならなくなる問題がある。

閉塞体嵌入部より上部に重合噴射ノズルを設けた場合、噴射材料がノズルより下部の閉塞体嵌入部に衝突した後に、ノズル孔に圧入される結果、攪拌効果による激しい乱流が発生し噴流エネルギーの消耗は特に著しいものとなる。

また、中央流路の他に側方噴射のための硬化材供給流路を特別に設けることは、注入ロッドの制作コストが高額となるほか、ロッドの径が太くなって重量が増し作業的にも経済的にも不利な結果となる。

更に、この種の硬化材注入工法は、従来、注入ロッド挿入時に潤滑液として清水の下方噴射を行って対象地盤を緩めるだけで、硬化材噴流の到達距離延長策としては重合噴射ノズルにより硬化材噴流をエアで包合して保護し到達距離を延長する方策が中心となってきている。

すなわち、硬化材噴射注入時に清水の下方噴射を行えば、折角、注入された対象地盤の地盤硬化材の層が下方噴射によって稀釈化されて効果が半減してしまうため、硬化材噴射注入時には対象地盤を緩めることは行われず、注入ロッド挿入時に行われる潤滑液として清水の下方噴射に依存するか、事前に清水噴射を行う事前改良によっていた。

本発明は、上記の課題に対応してこれを解決するため、ロッドの中央流路を、所定位置より、先端側壁に設けた重合噴射ノズルの核ノズルに連絡する核流路と、下方噴射口に連絡する囲周流路に区分し、中央部に核流路に嵌入する流路継手を設け、周囲に囲周流路を閉塞するフランジを設けた閉塞体を上部から落下させて下方噴射口に連絡する囲周流路を閉塞して下方噴射を側方噴射に切り替えるように構成した。

また、注入ロッド中央流路の流路区分を構成する閉塞体嵌入部と噴射ノズルのノズル構造部流入口との連絡流路を湾曲勾配に構成するようにして、流路抵抗による噴射材料供給エネルギーの消耗を減少させると共に流路に対する噴射材料の高圧噴流による負荷の軽減を図ったものである。

更に、注入ロッドの上記中央流路の流路区分部と噴射ノズルのノズル構造部流入口とを着脱可能な可撓耐圧ホースで連結するようにし、連絡流路自体をノズル構造部や材料供給路と切離して独立させ、簡単に修理、交換を行えるようにしたものである。

以上のように、注入ロッドを構成することにより、ロッド径スペースを節約し、中央流路の流路区分部の上部に清水供給路を形成して、重合噴射ノズルから所定間隔を置いた上部に同清水供給路からの清水を噴射する単孔噴射ノズルを設け、噴射材料を清水から地盤硬化材に切替えた後に、前記重合噴射ノズルの核ノズルから４０メガパスカル程度の圧力で、囲周ノズルからのエアと共に噴射し、前記単孔噴射ノズルから２０メガパスカル程度の圧力で清水を噴射しつつ、注入ロッドを回動上昇させるようにして、硬化材の噴射注入が行われる直前の対象地盤に清水による事前改良が行われるようにしたものである。

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、全体として清水と硬化材を切替え供給する中央流路２、エア供給路３、清水供給路４の３重流路管で構成され、中央流路２は所定位置より、先端側壁に設けた重合噴射ノズル２１の核ノズル２２に連絡する核流路２ａと、下方噴射口２４に連絡する囲周流路２ｂに区分される。

中央流路２の上記流路区分部５は、リブ５１、５１によって支持された閉塞体嵌入環５２が設定され、閉塞体嵌入環５２の下部に可撓性ホース６の上端が着脱可能に着合されると共に、その下端が核ノズル２２のノズル構造部流入口と着脱可能に着合されて流路区分部５から重合噴射ノズルの核ノズル２２に至る流路が可撓性ホース６によって構成される。なお、可撓性ホース６はホースに代えて湾曲勾配を与えた金属管によって閉塞体嵌入環とノズル構造部流入口を固定的に接合しても良い。

この構成によって、４０メガパスカルの超高圧によって中央流路に供給される硬化材は、ワイヤを巻回した芯材により強化されたゴム製ホース等による可撓性ホース６の湾曲勾配流路によって殆ど衝撃を受けることなくノズル構造部流入口まで渦流、乱流を発生させることなく圧送され、噴流エネルギーの消耗を最小限に抑えることができたものである。

重合噴射ノズル２１は、中心部に核ノズル２２が開口し、その周囲を囲んでエア供給路３に連通する囲周ノズル２３が開口し、それぞれがスイベル１１を介して噴射材料供給部（図示しない。）に連絡するロッド内の分隔された流路に連通し、重合噴射ノズル２１から所定間隔を置いた上部には、３重流路管の最外側クリアランスで構成される清水供給路４の下端に開口する単孔噴射ノズル４１、４１が設定されている。

７は中央流路２の囲周流路２ｂを閉塞して注入流路を切替える閉塞体で、中央部に核流路２ａに嵌入する流路継手７１を設け、周囲に囲周流路２ｂを閉塞するフランジ７２が設けられ、注入ロッド１が対象地盤Ｇの所定深度まで挿入されたところで上部から中央流路２に投入されて流路区分部５に落下して囲周流路２ｂを閉塞して流路を切り替えるものである。

閉塞体の流路継手７１の先端には、バランスを保ちながら中央流路２を降下するための重錘の設定や素材による重量調整が行われ、重力によって流路継手がスムースに嵌入環５２に挿入嵌合されるようになっている。流路継手７１が嵌入環５２を通じて可撓性ホース６に接合されると、フランジ７２が囲周流路２ｂを閉鎖し清水から切替えられた硬化材が核流路２ａに集中して核ノズル２２から噴射される。

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８２、８２・・に連結すると共に、基台８上に装置された注入ロッド作動機構８１に支持される。

以上のように構成された地盤硬化材注入ロッドは、先ず、中央流路２及び清水供給路４に潤滑清水を低圧供給し、噴射ノズル２２、４１及び先端噴出孔２４から放出し、注入ロッド作動機構８１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、ロッド先端の掘削刃２５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注入ロッドの作動を一旦停止し、ロッドの継手部等から前記閉塞体７を中央流路２に投入して囲周流路２ｂを閉鎖し、流路集中された核流路２ａに地盤硬化材としてセメントミルクを、毎分１００〜２５０リットルの吐出量として、４０メガパスカル程度の圧力で圧送すると共に、エア供給路３に圧縮空気を圧送する。

上記により、重合噴射ノズル２１の核ノズル２２から地盤硬化材としてセメントミルクが硬化材噴流として超高圧噴射されると共に、エア供給路３に供給されたエアが囲周ノズル２３供給されて上記セメントミルクによる硬化材噴流の包合噴流体として噴射される。

更に、清水供給路４に清水を噴射材料として圧送し、２０メガパスカル程度の圧力で、単孔噴射ノズル４１から毎分５０〜８０リットルの吐出量の高圧噴流として上記重合噴射ノズル２１からの包合噴流と同時に噴射する。このような噴射構成により、先ず、単孔噴射ノズル４１からの２０メガパスカル程度の清水噴射により対象地盤が穿孔膨潤され、次いで、ロッドの上昇によりその下部の重合噴射ノズル２１からの４０メガパスカルの包合噴流が、清水噴射によって穿孔膨潤された対象地盤に噴射注入されるものである。

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分程度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円柱或いは盤体Ｘを造成する。

本発明は以上のように構成したので、流路抵抗による噴射材料供給エネルギーの消耗を減少させると共に流路に対する噴射材料の高圧噴流による負荷の軽減を図ることができ、更に、重合噴射ノズル上部の単孔噴射ノズルからの清水噴射による対象地盤の事前膨潤によりエア包合噴流の到達距離を大きく伸長することができたものである。

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 本発明による中央流路の囲周流路閉塞体の実施例を示すもので、閉塞体の縦断面側面図 本発明の実施例による地盤硬化材注入による構造体造成の施工状況を示すもので、注入ロッドを対象地盤に挿入する工程の注入装置と地盤の全体側面図 本発明の実施例による地盤硬化材注入による構造体造成の施工状況を示すもので、注入ロッドを対象地盤に挿入し、地盤硬化材を注入する工程の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
２ 噴射材料供給中央流路
２ａ 中央流路の核流路
２ｂ 中央流路の囲周流路
２１ 重合噴射ノズル
２２ 重合噴射ノズルの核ノズル
２３ 重合噴射ノズルの囲周ノズル
２４ 下方噴射口
２５ ロッド先端の掘削刃
３ エア供給路
４ 清水供給路
４１ 清水供給路の下端に開口する単孔噴射ノズル
５ 中央流路の流路区分部
５１ 閉塞体嵌入環を流路区分部に支持するリブ
５２ 閉塞体嵌入環
６ 可撓性ホース
７ 注入流路切替え閉塞体
７１ 閉塞体の流路継手
７２ 閉塞体の囲周流路閉塞フランジ
８ 基台
８１ 注入ロッド作動機構
８２ 噴射材料槽に連絡するホース
Ａ ロッドモニター部
Ｇ 対象地盤
Ｘ 硬化材注入層

Claims (6)

1. 先端部に垂直方向に開口する噴出孔と、側方に開口する重合噴射ノズルを設け、同重合噴射ノズルから所定間隔を置いた上部に単孔噴射ノズルを備えた注入ロッドを、
   先端噴出孔から垂直方向に清水を噴出しつつ回動して対象地盤に下降させ、
   所定深度に達したところで、
   注入ロッドの上部から閉塞体を落下させて下方噴射流路に嵌入閉塞することにより、噴射材料を側方噴射流路に集中させると共に
   噴射材料を地盤硬化材に切替え、前記重合噴射ノズルの核ノズルから４０メガパスカル程度の圧力で、囲周ノズルからのエアと共に噴射し、
   更に、前記単孔噴射ノズルから２０メガパスカル程度の圧力で清水を噴射しつつ、注入ロッドを回動上昇させることにより、
   対象地盤中に地盤硬化材注入層を造成することを特徴とする
   地盤硬化材注入工法
2. 先端側壁に重合噴射ノズルを備えた注入ロッドを、先端から噴射材料を噴射しつつ回動して対象地盤に下降させ、
   所定深度に達したところで、注入ロッドの上部から閉塞体を落下させて下方噴射流路に嵌入閉塞し、下方噴射を側方噴射に切替える地盤硬化材注入工法の下方噴射の側方噴射切替え方法において、
   上部から落下させる閉塞体を、中央部に核流路に嵌入する流路継手を設け、周囲に囲周流路を閉塞するフランジを設けて形成するようにしたことを特徴とする
   地盤硬化材注入工法における下方噴射の側方噴射切替え方法
3. ロッドの中央流路を、所定位置より、先端側壁に設けた重合噴射ノズルの核ノズルに連絡する核流路と、下方噴射口に連絡する囲周流路に区分し、
   中央流路の外周に重合噴射ノズルの囲周ノズルに連絡するエア供給路を形成し、更に、その外周に重合噴射ノズルから所定間隔を置いた上部に設けた単孔噴射ノズルに噴射材料を供給する流路を形成した
   所定長さ毎に着脱可能に継手して構成する注入ロッドの各流路を、
   スイベルを介して各材料供給槽に連絡させると共に、回動上下動機構によって支持した装置本体と、
   注入ロッドの上部から中央流路に落下させることにより、核流路に嵌入する流路継手と囲周流路を閉塞するフランジとから成る閉塞体とから成り、
   所定の工程において、閉塞体を落下させることによって中央流路の囲周流路を閉塞して供給噴射材料が核流路に集中する
   ように構成したことを特徴とする地盤硬化材注入装置
4. 中央流路の閉塞体嵌入部から重合噴射ノズルの核ノズルに至る流路を、可撓性ホースによって構成した請求項３記載の地盤硬化材注入装置
5. 中央流路の閉塞体嵌入部から重合噴射ノズルの核ノズルに至る流路を、ホース若しくはパイプによって着脱可能に構成した請求項３記載の地盤硬化材注入装置
6. 中央部に核流路に嵌入する流路継手を設け、周囲に囲周流路を閉塞するフランジを設けて形成した地盤硬化材注入流路切替え用閉塞体

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