JP2014152515A - 地盤改良工法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】噴射装置(2m)を備えたロッド(2)をボーリング孔(Hb)内に挿入し、噴射装置(2m)から切削流体を噴射し且つ充填材を噴射しながらロッド(2)を回転しつつ引き上げて地中固結体を造成する地盤改良工法において、排泥を収集し、収集された排泥を粒径の大小によって分級し、粒径が小さい土粒子を切削流体に混合し、粒径が大きい土粒子を充填材に混合する。
【選択図】図1
Description
係る工法では、施工するべき土壌にボーリング孔を削孔し、高圧水その他により土壌を掘削し、掘削された土壌中に固化材を充填している。
しかし、土壌を掘削し、固化材を充填する際に、大量のスラリーが発生してしまう。当該スラリー(スライム、排泥)は産業廃棄物として処理しなければならず、コスト増の要因となってしまう。そのため、処理するべきスラリーの量を抑制する技術が種々提案されている。
係る液状化防止工法(特許文献1)によれば、産業廃棄物として処理するべきスラリーの発生量を減少することが出来るので、有効な技術である。
しかし、収集したスラリー中の大径の粒子(例えば、5000μm以上の砂および/または異物)が噴射手段に供給されてしまう可能性があり、土中に噴射する際に噴射手段を閉塞させてしまう等の悪影響を及ぼしてしまう恐れがある。
(ボーリング孔Hbから浮上した)排泥(スライム)を収集し、収集された排泥を粒径により分級したものを切削流体(例えば、水)および充填材に混合して地盤を改良することを特徴としている。
本明細書において、「充填材」なる文言は、固化材、固化材と排泥の混合物、その他の地中固結体造成のための材料を包含する文言として用いられている。
ここで、粒径1000μm以下の土粒子を「粒径が小さい土粒子」とし、粒径1000μm〜5000μmの土粒子を「粒径が大きい土粒子」として、分級することが好ましい。
そして、収集された排泥を粒径により分級するのは、複数台(例えば2台)の分級装置(4、6)により行われ、上流側(ボーリング孔Hbに近い側)の分級装置(4)により土中に噴射する際に悪影響を及ぼしてしまう程度の砂および/または異物(例えば、粒径が5000μmよりも大きい砂および/または異物)が除去され、下流側の分級装置(6)により粒径が小さい土粒子(例えば、粒径1000μm以下の土粒子)と粒径が大きい土粒子(例えば、粒径1000μm〜5000μmの土粒子)に分級され、
前記粒径が小さい土粒子(例えば、粒径1000μm以下の土粒子)は、水と混合されて噴射装置(2m)に供給されて切削流体として噴射され、
前記粒径が大きい土粒子(例えば、粒径1000μm〜5000μmの土粒子)は、固化材と混合されて噴射装置(2m)に供給されて充填材として噴射されるのが好ましい。
ここで、切削流体における粒径が小さい土粒子(例えば、粒径1000μm以下の土粒子)の濃度を調整する工程、および/または、充填材中の固化材濃度を調整する機構を備えることが好ましい。
土中に噴射する際に悪影響を及ぼしてしまう程度の砂および/または異物(例えば、粒径が5000μmよりも大きい砂および/または異物)を除去する機能を有する上流側(ボーリング孔Hbに近い側)の分級装置(4)と、粒径が小さい土粒子(例えば、粒径1000μm以下の土粒子)と粒径が大きい土粒子(例えば、粒径1000μm〜5000μmの土粒子)に分級する機能を有する下流側(ボーリング孔Hbから離隔している側)の分級装置(6)を有し、
前記下流側の分級装置(6)により分級された粒径が小さい土粒子(例えば、粒径1000μm以下の土粒子)と水を噴射装置(2m)に供給する切削流体用ポンプ(超高圧ポンプ15)と、
前記下流側の分級装置(6)により分級された粒径が大きい土粒子(例えば、粒径1000μm〜5000μmの土粒子)と固化材計量装置(11a)で計量された固化材を混合する充填材作液プラント(12)と、
前記粒径が大きい土粒子(例えば、粒径1000μm〜5000μmの土粒子)と前記固化材を噴射装置(2m)に供給する充填材用ポンプ(14:固化材ポンプ)を備えていることを特徴としている。
ここで、切削流体における粒径が小さい土粒子(例えば、粒径1000μm以下の土粒子)の濃度を調整する機構、および/または、充填材中の固化材濃度を調整する機構を備えることが好ましい。
また、切削流体は単一の噴流を噴射しても良いが、例えば一対の切削流体が噴射して半径方向外方で衝突するように(いわゆる「交差噴流」として)噴射することも可能である。充填材についても同様である。
充填材作液プラント(12)に供給される固化材の量は、粒径が大きい土粒子と混合した後に充填材が所望の固化材濃度となる量に調整され、
充填材が所望の固化材濃度であるか否かは、土粒子計量装置(計量用アジテータ8)で計量された粒径が大きい土粒子の量と、充填材作液プラント(12)に供給される固化材の量により決定されるのが好ましい。
充填材が所望の固化材濃度になったか否かは、充填材作液プラント(12)に貯留されている充填材の比重により決定されるのが好ましい。
固化材貯蔵装置(固化材サイロ11)は供給された固化材の量と計量する固化材計量装置(11a)を有し、
充填材作液プラント(12)は、土粒子計量装置(8)で計量された粒径が大きい土粒子の量と、固化材計量装置(11a)で計量された固化材の量から、充填材が所望の固化材濃度となったか否かを判断する機能を有しているのが好ましい。
或いは、充填材作液プラント(12)には貯留されている充填材の比重を計測する比重計測装置(18)が設けられており、
充填材作液プラント(12)は、比重計測装置(18)で計測された充填材の比重から、充填材が所望の固化材濃度になったか否かを判断する機能を有するのが好ましい。
また、本発明によれば、閉じたサイクル内(CC)で排泥が再利用することが可能であり、排泥を処理するための中間処理施設を設けることを不要にすることが可能である。従って、中間処理施設を設けるための労力やコストを費やす必要がなくなる。
本発明において、複数台(例えば2台)の分級装置(4、6)により排泥を分級し、上流側(ボーリング孔に近い側)の分級装置(4)により土中に噴射する際に悪影響を及ぼしてしまう程度に粒径が大きい砂および/または異物を除去すれば、例えば5000μmよりも大きい砂および/または異物を、排泥が再利用される以前の段階で除去して、噴射の際の悪影響を未然に防止することが出来る。
また、粒径が小さい土粒子(粒径1000μm以下の土粒子)と水を混合した後、粒径が小さい土粒子(粒径1000μm以下の土粒子)の濃度が調整された後に切削流体として利用すれば、ホースや噴射ノズルの摩耗や損傷が抑制される。また、切削流体における粒径が小さい土粒子の濃度が高くなり、切削流体搬送に必要な圧力が高圧となってしまい、地盤改良工法における仕様が乱れてしまうことを防止することが出来る。
最初に図1〜図3を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1において、全体を符号101で示す地盤改良システムは、ボーリングマシン1と、ボーリングマシン1に装備されたボーリングロッド2と、排泥タンク3と、第1の分級装置4と、第1の分級処理物貯留槽5と、第2の分級装置6と、第2の分級処理物貯留槽7と、計量用アジテータ8を備えている。
さらに、地盤改良システム101は、水タンク9と、調整水タンク10と、固化材サイロ11と、充填材作液プラント12と、搬送ポンプ13と、充填材ポンプ14と、超高圧ポンプ15と、エアコンプレッサ(例えば、移動式エアコンプレッサ)16と、発電機17を備えている。
施工領域Eではボーリング孔Hbを削孔し、噴射装置(いわゆる「モニタ」)2mを備えたロッド2をボーリング孔Hb内に挿入し、噴射装置2mから切削流体(例えば、高圧水)Jwを噴射し且つ充填材Jkを噴射しながらロッド2を回転しつつ引き上げることにより、地中固結体を造成する。
その様な地盤改良工法の施工中に、大量の排泥(スライム)が発生する。第1実施形態では、ボーリング孔Hbから浮上した排泥(スライム)を、ラインL1を介して排泥タンク3に回収し、排泥タンク3内に一旦貯留する。
排泥タンク3に貯留された排泥は、ラインL2を介して、第1の分級装置4に移送される。
粒径が5000μmを超える砂および/または異物は符号4Qで示されており、例えばダンプトラック等の移動手段により、(系外の)図示しない処理施設に搬送される。粒径が5000μmを超える砂および/または異物4Qは、後述する場外搬出手段(例えば、大型バキューム車)19により(系外に)搬送することも可能である。
第1の分級装置4で分級された粒径5000μm以下の土粒子は、一旦、第1の分級処理物貯留槽5に貯留される。そして、例えば第1の分級処理物貯留槽5内に粒径5000μm以下の土粒子が所定量以上となる度毎に、ラインL3を経由して第2の分級装置6に移送される。
発明者の実験によれば、粒径1000μm以下の土粒子であれば、切削流体に混合しても切削流体供給系統(ラインLa)及びそこに介装されている各種機器に損傷を及ぼさないことが確認されている。
また、粒径1000μm〜5000μmの土粒子は、固化材と混合すれば、固化材供給系統(ラインLb)及びそこに介装されている各種機器に損傷を及ぼさないことが確認されている。
調整水タンク10において、粒径が小さい土粒子(例えば、粒径1000μm以下の土粒子)は、図示しない混合手段により、水タンク9から注入される水と混合される。
明確には図示されていないが、調整水タンク10においては、貯蔵されている切削流体の比重や粘度を計測して、比重や粘度を所定範囲に調整することにより、切削流体における粒径が小さい土粒子(例えば、粒径1000μm以下の土粒子)の濃度を調整している。
上述した様に、切削水に混合される土粒子は粒径が小さい(例えば、粒径1000μm以下)ため、超高圧ポンプ15で圧送される際、ラインLaを流過する際、噴射装置2mから噴射される際に、機器に悪影響を及ぼす恐れはない。
計量の際に、第2の分級処理物貯留槽7内の粒径が大きい土粒子(例えば、粒径1000μm〜5000μmの土粒子)はラインL7を介して計量用アジテータ8に移送されて計量される。
計量された粒径が大きい土粒子(例えば、粒径1000μm〜5000μmの土粒子)は、充填材に混合するため、ラインL8を介して充填材作液プラント12の投入口12iに投入される。
充填材製造の際には、粒径が大きい土粒子(例えば、粒径1000μm〜5000μmの土粒子)と固化材を所定の比率にする必要がある。
ここで、充填材作液プラント12に供給される固化材の量は、固化材サイロ11に設けた固化材計量装置11aで計量される。
充填材作液プラント12に設けた制御部12cは、固化材計量装置11aで計量する固化材の量と、計量用アジテータ8で軽量された粒径が大きい土粒子の量とが所定の比率となる様に、固化材サイロ11のホッパーの下端蓋(図示せず)を開閉制御する機能を有している。換言すれば、充填材作液プラント12の制御部12cは、固化材計量装置11aで計量した固化材の量と、計量用アジテータ8で計測した粒径が大きい土粒子の量から、充填材における固化材濃度を演算して、適量の固化材を充填材作液プラント12に投入する機能を有する様に構成されている。
上述した様に、固化材計量装置11aで計量した固化材の量と、計量用アジテータ8で計測した粒径が大きい土粒子の量から、充填材における固化材濃度を演算して、適量の固化材が充填材作液プラント12に投入されるので、噴射装置2mから噴射される充填材は、その固化材濃度が施工現場に対応した好適な数値となる様に調整されている。
発電機17で発電した電力は、図示しない電力ラインを介して、システムの各種機器の作動電力として供給される。
図1における符号CCは、施工領域で発生する排泥(スラリー)を処理して再利用する閉鎖系を示している。排泥や水、固化材は、閉鎖系CC内で亘って再利用される。
場外搬出手段19は、回収された排泥、固化材、水を図示しない処理施設まで搬送する。
再利用に適さなくなった排泥、固化材、水を回収して場外搬出手段19により、閉鎖系CC外の処理施設まで搬送することにより、閉鎖系CC内の排泥、固化材、水は複数サイクルに亘って再利用することが可能となる。
以下、図2に基づいて、図1をも参照しつつ、地盤改良工法における排泥処理の手順について説明する。
地中固結体を造成する際に排泥が発生するため、その排泥を排泥タンク3に回収する(P2)。
回収された排泥は、第1の分級装置4及び第2の分級装置6に移送され、分級処理される(P3)。
図1で説明したように、粒径が5000μm以下の土粒子は第2の分級装置6に移送され、第2の分級装置6において、粒径が1000μm以下の土粒子(P4:図2)と、粒径が1000〜5000μmの粒子(P6)とに分級される。
一方、粒径が1000〜5000μmの粒子を含む泥土(P6)は固化材と混合され、固化材濃度を調整されて、ラインLbを介して噴射装置2mに供給される。そして、排泥が発生したボーリング孔Hb或いは他のボーリング孔Hbにおける充填材または埋め戻し部材として再利用される(P7)。
閉鎖系CC内において余剰な排泥、固化材、水(余剰分:P10)は、場外搬出手段19(図1)によって閉鎖系CC外に搬出され、図示しない処理施設で処理される(P11)。
図3において、ステップS1では、充填材作液プラント12に設けた制御部12cには、固化材計量装置11aが軽量した固化材サイロ11における固化材の重量が入力され、計量用アジテータ8で軽量された粒径が大きい土粒子(例えば、粒径1000μm〜5000μmの土粒子:分級泥土)の重量が入力される。
ステップS2では、制御部12cで、固化材の重量と分級泥土の重量から固化材の濃度が演算される。そしてステップS3に進み、制御部12cは、固化材濃度が所定値に等しくなったか否かを判断する。
固化材濃度が所定値よりも濃ければ(ステップS3が「所定値より濃度大」)、ステップS5で固化材を減量する。そして、ステップS1まで戻り、ステップS1以降を繰り返す。一方、固化材濃度が所定値よりも薄ければ(ステップS3が「所定値より濃度小」)、ステップS6で固化材を増量して、ステップS1まで戻り、ステップS1以降を繰り返す。
また、第1実施形態によれば、閉じたシステム(閉鎖系CC)内で排泥が再利用されるので、排泥を処理するための中間処理施設を設ける必要がない。従って、中間処理施設を設けるための労力やコストを費やす必要がなくなる。
そして、第1の分級装置4と第2の分級装置6を設け、第2の分級装置6により、切削流体として再利用可能な粒径が小さい土粒子(粒径1000μm以下の土粒子)と、切削流体として再利用することは困難であっても充填材には混合可能な粒径が大きい土粒子(粒径1000μm〜5000μmの土粒子)に分級することにより、切削流体噴射系統あるいは充填材供給系統に過大な負荷を及ぼすことを防止することが出来る。
あるいは、第1実施形態によれば、粒径が大きい土粒子と混合した後に充填材が所望の固化材濃度となる量に調整可能であるため、造成される地中固結体の強度を適正な数値に調整することが出来る。
その結果、造成される地中固結体を適正な強度にして、地中固結体の品質を向上させることが出来る。
図1〜図3の第1実施形態では、固化材サイロ11に設けた固化材計量装置11aで計量した固化材の重量と、計量用アジテータ8で計測した粒径が1000〜5000μmの粒子を含む泥土の重量から、固化材の濃度を調整した。
これに対して、図4、図5の第2実施形態は、充填材作液プラント12に比重計測装置18を設け、充填材の比重を比重計測装置18で計測し、計測された比重から固化材濃度を制御している。
なお、図4において、計量された粒径が大きい土粒子(粒径1000μm〜5000μmの土粒子)を投入するラインL8は、充填材作液プラント12の比重計測装置18に連通している様に図示されているが、実際には、ラインL8は充填材作液プラント12の投入口(図4では図示せず)に連通している。固化材サイロ11の固化材計量装置11aからのライン(符号なし)についても、同様に、充填材作液プラント12の投入口(図4では図示せず)に連通している。
以下、図1〜図3の第1実施形態とは異なる点を主に、図4、図5の第2実施形態を説明する。
その代わりに、図4のシステム102は、充填材作液プラント12に比重計測装置18を設けている。
第2実施形態のシステム102におけるその他の構成については、図1〜図3のシステム101と同様である。
図5のステップS11において、比重計測装置18により充填材作液プラント12内の充填材の比重を計測する。
次のステップS12では、充填材作液プラント12に設けた図示しない制御装置により、ステップS11で計測された比重が、所定強度に対応する比重(適正な比重)であるか否かを判断する。
計測した比重が、所定強度に対応する比重であれば(ステップS12がYES)、ステップS13で、固化材サイロ11の固化材排出ホッパーの底(図示せず)を開放して、充填材作液プラント12に固化材を供給する。そして、ステップS11に戻り、ステップS11以降を繰り返す。
一方、適正な比重よりも小さければ(ステップS12で「比重が小」)、ステップS15に進み、固化材を増量する。そしてステップS11まで戻り、ステップS11以降を繰り返す。
図4、図5の第2実施形態のその他の構成及び作用効果は、図1〜図3の第1実施形態と同様である。
例えば、図示の実施形態では、切削流体は水平方向に噴射されているが、切削流体を、水平方向に対して傾斜した方向(鉛直方向も含む)に噴射することが可能である。充填材についても、水平方向に対して傾斜した方向(鉛直方向も含む)に噴射することが可能である。
また図示の実施形態では、切削流体は単一の噴流が水平方向へ噴射されているが、例えば一対の切削量体を噴射して半径方向外方で衝突する、いわゆる「交差噴流」として噴射することが可能である。充填材についても、交差噴流として噴射することが可能である。
2・・・ボーリングロッド
2m・・・噴射装置
3・・・排泥タンク
4・・・第1の分級装置
5・・・第1の分級処理物貯留槽
6・・・第2の分級装置
7・・・第2の分級処理物貯留槽
8・・・計量用アジテータ
9・・・水タンク
10・・・調整水タンク
11・・・固化材サイロ
12・・・充填材作液プラント
13・・・搬送ポンプ
14・・・充填材ポンプ
15・・・超高圧ポンプ
18・・・比重計測装置
Claims (4)
- 噴射装置を備えたロッドをボーリング孔内に挿入し、噴射装置から切削流体および充填材を噴射しながらロッドを回転しつつ引き上げて地中固結体を造成する地盤改良工法において、排泥を収集し、収集された排泥を粒径により分級したものを切削流体および充填材に混合して地盤を改良することを特徴とする地盤改良工法。
- 排泥を分級する工程において、粒径が小さい土粒子を切削流体に混合し、粒径が大きい土粒子を充填材に混合する請求項1の地盤改良工法。
- 収集された排泥を粒径により分級するのは、複数台の分級装置により行われ、上流側の分級装置により土中に噴射する際に悪影響を及ぼしてしまう程度の砂および/または異物が除去され、下流側の分級装置により粒径が小さい土粒子と粒径が大きい土粒子に分級され、
前記粒径が小さい土粒子は、水と混合されて噴射装置に供給されて切削流体として噴射され、
前記粒径が大きい土粒子は、固化材と混合されて噴射装置に供給されて充填材として噴射される請求項1、2の何れかの地盤改良工法。 - 噴射装置を備えたロッドをボーリング孔内に挿入し、噴射装置から切削流体および充填材を噴射しながらロッドを回転しつつ引き上げて地中固結体を造成する地盤改良システムにおいて、
土中に噴射する際に悪影響を及ぼしてしまう程度の砂および/または異物を除去する機能を有する上流側の分級装置と、粒径が小さい土粒子と粒径が大きい土粒子に分級する機能を有する下流側の分級装置を有し、
前記下流側の分級装置により分級された粒径が小さい土粒子と水を噴射装置に供給する切削流体用ポンプと、
前記下流側の分級装置により分級された粒径が大きい土粒子と固化材計量装置で計量された固化材を混合する充填材作液プラントと、前記粒径が大きい土粒子と前記固化材を噴射装置に供給する充填材用ポンプを備えていることを特徴とする地盤改良システム。
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