JP2011089395A

JP2011089395A - 高圧噴射攪拌装置

Info

Publication number: JP2011089395A
Application number: JP2011025699A
Authority: JP
Inventors: Kyo Nishio; 経西尾; Koichi Suzuki; 孝一鈴木
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】固化材スラリーがノズルから噴射されるときのエネルギーの減衰を低減することができ、単純な構造かつ小径のロッドにも装着可能な高圧噴射攪拌装置を提供する。
【解決手段】ロッド４の内部には、流通経路１０が設けられている。流通経路１０は、ロッド４と同心円状に形成された鉛直経路１１と、一端が鉛直経路１１に接続されると共に他端がノズル９に接続される水平経路１２とを備えている。水平経路１２は、鉛直経路１１の長手方向に対して垂直になるように接続され、鉛直経路１１の内周面１１ａ上における鉛直経路１１と水平経路１２との接続部分を接続面１３とする。接続面１３からノズル９の先端９ａまでの距離Ｌ_１は１００ｍｍ以上に設定されている。
【選択図】図２

Description

この発明は高圧噴射攪拌装置に係り、特にロッドの先端部分の構造に関する。

高圧噴射攪拌工法は、超高圧ポンプにより高圧を付された固化材スラリーがロッドの先端部分に設けられたノズルから噴射されるときのエネルギーによって地盤を切削して地盤中に改良体を造成する工法である。施工面積を大きくして本工法の効率を上昇させるためには、固化材スラリーがノズルから噴射されるときのエネルギーをできるだけ減衰させないようにすることが重要である。そのために、これまで、本工法に用いられる装置のロッド先端の固化材スラリー流路の構造について改良が行われてきた。
例えば、特許文献１には、固化材スラリー供給流路の途中に、その上流側部分及び下流側部分に比べて断面積の大きい圧力溜り部を設けた装置が開示されている。この圧力溜り部分においてロッド上流から供給される固化材スラリーの整流及び圧力安定化を図ることができ、圧力溜りのない場合に比較して流体の噴射能力が１．５倍以上になる。
また、特許文献２には、スラリー供給流路が鉛直方向から水平方向に移行する部分を、ある曲率半径で滑らかに湾曲させた装置が開示されている。湾曲した部分が滑らかであることにより、固化材スラリーが湾曲した部分を流通する際に乱れが生じないので、固化材スラリーがノズルから噴射されるときのエネルギーの減衰を低減させることができる。

特開２００４−７６５３０号公報特開平１０−１９５８６２号公報

しかしながら、特許文献１及び２の装置に設けられた圧力溜り部や湾曲した部分の構造は複雑で加工が難しいという問題点があった。また、これらの部分をロッドの内部に収めるには、ロッドの直径がある大きさ以上に限定され、小径のロッドには適用が難しいという問題点もあった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、固化材スラリーがノズルから噴射されるときのエネルギーの減衰を低減することができ、単純な構造かつ小径のロッドにも装着可能な高圧噴射攪拌装置を提供することを目的とする。

地盤中に固化材スラリーを噴射して地盤を切削すると共に、固化材スラリーと改良対象土を混合攪拌して円柱状の改良体を造成する高圧噴射攪拌工法に用いられる高圧噴射攪拌装置において、高圧噴射攪拌装置は、固化材スラリーが流通する流通経路と、流通経路に連通し固化材スラリーが噴射されるノズルとを有するロッドを備え、流通経路は、ロッドの内部に設けられ、ロッドの長手方向に延びる鉛直経路と、一端が鉛直経路に垂直に接続されると共に他端がノズルに接続される水平経路とを備え、水平経路の直径が５ｍｍ〜１２ｍｍであり、かつ、水平経路と鉛直経路とが接続する接続面からノズルの先端までの距離が１００ｍｍ〜２００ｍｍであり、水平経路の直径と、水平経路と鉛直経路とが接続する接続面からノズルの先端までの距離との比が０．０２５〜０．１２であることを特徴とする。
ロッドは、ノズルの周囲に圧縮空気を噴出する空気経路を備えてもよい。

この発明によれば、水平経路と鉛直経路とが接続する接続面からノズルの先端までの距離が１００ｍｍ以上であれば、ノズルから噴射された固化材スラリーの噴流束がほぼ収束する傾向を示すので、ノズルから噴射される固化材スラリーの噴射エネルギーの減衰を低減することができる。また、ロッドの先端部分の構造を単純にすることができ、さらにロッドの直径が小さくても本発明の高圧噴射攪拌装置を適用することができる。

この発明の実施の形態１に係る高圧噴射攪拌装置の構成図である。実施の形態１に係る高圧噴射攪拌装置に用いられるロッドの先端部分（先端モニター）の拡大断面図である。実施の形態２に係る高圧噴射攪拌装置に用いられるロッドの先端部分（先端モニター）の拡大断面図である。実施例１〜３で使用される実験装置の構成図である。実施例１〜３の結果を示す図である。実施例４〜６で使用される実験装置の構成図である。実施例４〜６の結果を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係る高圧噴射攪拌装置の全体図を図１に示す。図１には、改良を行う地盤６の上に置かれた高圧噴射攪拌装置１が示されている。高圧噴射攪拌装置１は、地盤６に挿入可能なロッド４を備えている。ロッド４は回転しながら上下方向に移動可能となっている。ロッド４の一方の端部は、スイベル３を介してホース７の一端に接続されている。ホース７の他端は、固化材スラリーを調製、圧送する図示しないプラントに接続されている。ロッド４の他方の端部には、固化材スラリーを噴射するノズル９が設けられている。

図２に示されるように、ノズル９は外周面に形成された図示しないねじ溝によって、ロッド４の長手方向に対して垂直にねじ込まれている。ロッド４の内部には、流通経路１０が設けられている。流通経路１０は、ロッド４と同心円状に形成された鉛直経路１１と、一端が鉛直経路１１に接続されると共に他端がノズル９に接続される水平経路１２とを備えている。水平経路１２は、鉛直経路１１の長手方向に対して垂直になるように接続され、鉛直経路１１の内周面１１ａ上における鉛直経路１１と水平経路１２との接続部分を接続面１３とする。接続面１３からノズル９の先端９ａまでの距離Ｌ_１は３００ｍｍに設定されている。ここで、ノズル９の先端９ａとは、ノズル９の内径が最も小さい部分の端部である。鉛直経路１１の図示しないもう一方の端部は、ホース７（図１参照）に接続されている。これにより、図示しないプラント、ホース７、流通経路１０、及びノズル９が順次連通されている。

次に、この実施の形態１の高圧噴射攪拌装置を用いた高圧噴射攪拌工法の動作を、図１及び２に基づいて説明する。
改良を行う地盤６に高圧噴射攪拌装置１を設置し、ロッド４を回転させながら下降させて地盤６に挿入する。ロッド４を所定の深さまで挿入したらロッド４の下降を止め、図示しないプラントからホース７を介して高圧で圧送される固化材スラリーをノズル９から噴射しながら、定位置にて所定回転数で回転させ、その後ステップ方式で引き上げる動作を繰り返す。固化材スラリーは、ホース７及び流通経路１０を順次流通する。流通経路１０内では、固化材スラリーは、鉛直経路１１を流下した後、９０°方向を変えて水平経路１２を流通する。水平経路１２を流通する固化材スラリーは、ノズル９から地盤６内に噴射され、そしてロッド４が回転すると共に引き上げられる。これにより、地盤６内に円柱状の改良体８が造成される。一箇所の造成が終了したら、高圧噴射装置１を移動させて上記動作を繰り返すことにより、地盤６内に複数の改良体８が造成され、地盤６の改良が終了する。

ここで、高圧噴射攪拌工法の効率を向上させるためには、円柱状の改良体８の直径を大きくして改良体８の個数を減少させればよい。そのためには、鉛直経路１１を流通する高圧の固化材スラリーのエネルギーを、水平経路１２へ切り替わるところからノズル９の先端９ａを通過するまでに、如何に減衰させないようにするかが重要である。一般に、鉛直経路１１からノズル９の先端９ａまでの距離が長くなるほど、ノズル９から噴射される固化材スラリーは、噴射方向に対して垂直な方向への広がりが小さくなる。すなわち、噴射される固化材スラリーの収束が向上する。これにより、噴射される固化材スラリーのエネルギーの減衰が低減するので、地盤６内を切削する固化材スラリーの切削距離が長くなり、改良体８の直径が大きくなる。ただし、鉛直経路１１からノズル９の先端９ａまでの距離が長くなるほど、ロッド４を地盤６に挿入するときの抵抗が大きくなり、貫入抵抗の観点からはできるだけこの距離が小さいほうが好ましい。これらを考慮して、接続面１３からノズル９の先端９ａまでの距離Ｌ_１を３００ｍｍに設定した。

このように、接続面１３からノズル９の先端９ａまでの距離Ｌ_１を３００ｍｍに設定することにより、ノズル９から噴射される固化材スラリーの噴流束が収束するので、ノズル９から噴射される固化材スラリーのエネルギーの減衰を低減することができる。これにより、造成される改良体８の直径が大きくなるので、高圧噴射攪拌工法の効率を向上させることができる。また、接続面１３からノズル９の先端９ａまでの距離Ｌ_１を３００ｍｍに設定するだけの構成のため、高圧噴射攪拌装置１の先端モニター構造を単純にすることができ、これにより高圧噴射攪拌装置１の加工を容易にすることができる。さらに、ロッド４の直径を大きくする必要がないので、小径のロッドを用いることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る高圧噴射攪拌装置を、図３に基づいて説明する。尚、図３において、図１及び２の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この実施の形態２に係る高圧噴射攪拌装置は、実施の形態１に対して、ロッド４を固化材スラリー及び圧縮空気がそれぞれ流通するように二重管にしたものである。
図３に示されるように、実施の形態２に係る高圧噴射攪拌装置に用いられるロッド２０は、鉛直経路１１及び水平経路１２を内部に含むと共に、それらの断面は同心円状に設けられた形状となっており、空気経路２１が流通経路１０の周りにドーナツ状に設けられている。その他の構成として、空気経路２１に圧縮空気を送風するための図示しないコンプレッサーを設けること以外は、実施の形態１と同じである。すなわち、接続面１３からノズル９の先端９ａまでの距離Ｌ_２は、実施の形態１と同様に３００ｍｍに設定されている。

このように、ロッド２０は、接続面１３からノズル９の先端９ａまでの距離Ｌ_２を３００ｍｍに設定しているので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、ノズル９から固化材スラリーが噴射すると共に、空気経路２１を流通した圧縮空気がノズル９の周囲に噴出して、ノズル９から噴射した固化材スラリーの周囲を覆うことにより、地盤６内に噴射された固化材スラリーは、その周りを圧縮空気で囲繞されて地盤６内に噴射されることになる。これにより、固化材スラリーは、地盤６内の土壌から受ける抵抗が小さくなるので、地盤６内における切削距離が大きくなり、改良体８の直径を大きくすることができる。

＜実施例１〜３＞
次に、この発明に係る高圧噴射攪拌装置に用いられるロッド４について、ノズル９から噴射された固化材スラリーのエネルギーの減衰を低減する効果を、実施例１〜３によって確認した。実施例１〜３では、固化材スラリーの代わりに水を用い、ノズル９から噴射された水の衝撃荷重を測定する衝撃荷重測定実験を行った。実験に使用したノズル９は、全長が２０ｍｍ、テーパー角度が２０°、直線部分の長さが１０ｍｍである。

図４（ａ）及び（ｂ）には、この衝撃荷重測定実験に用いられる実験装置３０の概要図を示す。実験装置３０は、衝撃荷重発生部３０ａと衝撃荷重測定部３０ｂとから構成されている。衝撃荷重発生部３０ａは、噴射される水を貯蔵する貯蔵タンク３１とロッド４内部の流通経路１０とが流通配管３２によって連通され、流通配管３２には、流量計３３、ポンプ３４、及び圧力計３５が設けられた構成となっている。ポンプ３４は、毎分８９リットルの流量で貯蔵タンク３１内の水をロッド４内部の流通経路１０に送水するようにし、ノズル９の開口直径ｄ’を３．２ｍｍとし、ノズル９から噴射される水の噴射圧力を２０ＭＰａとした。一方、衝撃荷重測定部３０ｂは、直径３０ｍｍの円盤形状を有する鋼製の受圧板３６を備えたロードセル３７と、ロードセル３７に電気的に接続されたブースター３８と、ブースター３８に電気的に接続された記録計３９とから構成されている。ノズル９と受圧板３６との距離Ｌは１．０ｍに設定し、ノズル９から水を噴射させて受圧板３６に衝突させ、受圧板３６が受けた水の衝撃荷重をロードセル３７が計測する。ロードセル３７によって計測された衝撃荷重は、ブースター３８を介して記録計３９に記録される。

ロッド４については、表１に示されるように、水平経路１２の直径である整流域口径ｄと接続面１３からノズル９の先端９ａまでの距離Ｌ_１とをそれぞれ変えた、合計２２種類のロッド先端部（先端モニター）を用意した。尚、いずれのロッドについても、鉛直経路１１の内径Ｄは２０ｍｍである。それぞれのロッドについて、ノズル９から噴射された水の衝撃荷重を測定した。実施例１〜３はそれぞれ、整流域口径ｄの違いによって２２種類の先端モニターを３つのグループに区分して、それぞれのグループに属するロッドを用いて行った実験結果をまとめたものである。

実施例１〜３の結果を図５に示す。Ｌ_１と衝撃荷重との関係は、Ｌ_１が２０ｍｍ以下の範囲では衝撃荷重がほぼ一定であり、Ｌ_１が２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲ではＬ_１の上昇にともない衝撃荷重が上昇し、Ｌ_１が１００ｍｍ以上の範囲では衝撃荷重がほぼ一定であった。実施例１〜３の測定結果からはほぼ同一の曲線が描けることから、Ｌ_１と衝撃荷重との関係は、整流域口径ｄの違いには全く影響を受けないことが明らかになった。この結果より、Ｌ_１が１００ｍｍ以上であれば、それ以上に整流域を伸ばしても衝撃荷重がほとんど増加しないことがわかった。

＜実施例４〜６＞
次に、この発明に係る高圧噴射攪拌装置に用いられるロッド２０について、ノズル９から噴射された固化材スラリーのエネルギーの減衰を低減する効果を、実施例４〜６によって確認した。
図６に示されるように、実施例４〜６に用いた実験装置４０には、実施例１〜３の実験装置３０に対して、ロッド４の代わりに空気経路２１を有する二重管のロッド２０を用いると共に空気経路２１に圧縮空気を送風するためのコンプレッサー４１が設けられている。その他の構成については実験装置３０と同じである。尚、ポンプ３４の運転条件は実施例１〜３と同じであり、一方、コンプレッサー４１は、圧力０．７ＭＰａ、流量４ｍ^３／分で、空気経路２１に圧縮空気を送風するように稼動させる。

ロッド２０については、表２に示されるように、水平経路１２の直径である整流域口径ｄと接続面１３からノズル９の先端９ａまでの距離Ｌ_２とをそれぞれ変えた、合計２２種類のロッド先端部（先端モニター）を用意した。尚、いずれのロッドについても、鉛直経路１１の内径Ｄは２０ｍｍである。それぞれのロッドについて、ノズル９から噴射された水の衝撃荷重を測定した。実施例４〜６はそれぞれ、整流域口径ｄの違いによって２２種類の先端モニターを３つのグループに区分して、それぞれのグループに属するロッドを用いて行った実験結果をまとめたものである。

実施例４〜６の結果を図７に示す。図７は、実施例１〜３の結果である図５と同様の傾向を示している。すなわち、Ｌ_２と衝撃荷重との関係は、整流域口径ｄの違いには全く影響を受けず、Ｌ_２が１００ｍｍ以上の範囲では、衝撃荷重がほぼ一定となる。したがって、二重管のロッド２０を使用した場合でも、実施例１〜３と同様にＬ_２が１００ｍｍ以上であれば、それ以上に整流域を伸ばしても衝撃荷重がほとんど増加しないことが分かった。

実施の形態１及び２では、Ｌ_１及びＬ_２をそれぞれ３００ｍｍに設定したが、この値に限定するものではない。実施例１〜６の結果より、Ｌ_１及びＬ_２の値が１００ｍｍ以上の範囲では、衝撃荷重がほぼ一定となるので、Ｌ_１及びＬ_２はそれぞれ、１００ｍｍ以上であればよい。ただし、Ｌ_１及びＬ_２が大きくなるほどロッド４及び２０を地盤６へ挿入する際の抵抗が大きくなるので、Ｌ_１及びＬ_２の値は１００〜６００ｍｍの範囲がよく、好ましくは１５０〜４００ｍｍの範囲がよく、さらに好ましくは２００〜３００ｍｍの範囲がよい。

１高圧噴射攪拌装置、４，２０ロッド、６地盤、８改良体、９ノズル、９ａ（ノズル９の）先端、１０流通経路、１１鉛直経路、１２水平経路、１３接続面、２１空気経路。

Claims

地盤中に固化材スラリーを噴射して地盤を切削すると共に、前記固化材スラリーと改良対象土を混合攪拌して円柱状の改良体を造成する高圧噴射攪拌工法に用いられる高圧噴射攪拌装置において、
前記高圧噴射攪拌装置は、
前記固化材スラリーが流通する流通経路と、
前記流通経路に連通し前記固化材スラリーが噴射されるノズルと
を有するロッドを備え、
前記流通経路は、
前記ロッドの内部に設けられ、前記ロッドの長手方向に延びる鉛直経路と、
一端が前記鉛直経路に垂直又は略垂直に接続されると共に他端が前記ノズルに接続される水平経路と
を備え、
該水平経路の直径が５ｍｍ〜１２ｍｍであり、かつ、前記水平経路と前記鉛直経路とが接続する接続面から前記ノズルの先端までの距離が１００ｍｍ〜２００ｍｍであり、前記直径と前記距離との比が０．０２５〜０．１２であることを特徴とする高圧噴射攪拌装置。
前記ロッドは、前記ノズルの周囲に圧縮空気を噴出する空気経路を備えることを特徴とする請求項１に記載の高圧噴射攪拌装置。