JP2017106265A - 高圧噴射撹拌工法及びこれに用いる地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 既設住宅等を撤去せずに地盤改良を行わなければならない狭隘地において、既設住宅等に影響を与えることなく適切な直径の地盤改良体を形成する。【解決手段】 地盤中に挿入して削孔及び地盤改良材の注入を行うロッド２０の先端部に、削孔水噴射口４０と、セメントスラリーを噴射するための主噴射口５０及び当該主噴射口５０よりも大口径の補助噴射口６０とを設ける。補助噴射口６０から噴射するセメントスラリーの噴射圧は、主噴射口５０から噴射するセメントスラリーの噴射圧よりも低圧である。【選択図】図１

Description

本発明は、高圧噴射撹拌工法及びこれに用いる地盤改良装置に関するものであり、特に、狭隘地の地盤改良に好適に用いることが可能な工法及び装置に関するものである。

近年、地震による液状化被害が発生しており、このような軟弱地盤に対しては、地盤改良を行う必要がある。液状化対策として実施する地盤改良工法には、例えば、高圧噴射撹拌工法や機械撹拌工法が知られている。しかし、個人住宅が密集した地域では、大型の地盤改良装置を用いて地盤改良を行うことができず、狭隘地に適した小型の地盤改良装置を用いて地盤改良を行わなければならない。

このため、狭隘地に適した地盤改良装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術は、狭隘な場所の施工に適する小型の２軸型地盤改良装置に関するものである。この２軸型地盤改良装置は、自走式機械本体で鉛直姿勢に支持されたリーダーのガイドレールに沿って昇降する昇降台に、駆動軸を鉛直方向に貫通した軸孔を有する回転駆動部及び当該回転駆動部を回転させる回転動力装置からなる２基の駆動ユニットを左右に取り付ける。そして、回転駆動部の軸孔へ配設した各駆動軸の下端部へ、地盤改良用掘削翼と攪拌翼を取り付け、回転駆動部と回転動力装置で構成した２基の駆動ユニットを、それぞれ個別のユニット台へ設置する。各ユニット台は、昇降台へ取付けた取付基台に対して左右方向に形成されたガイド部へ、互いに接近または離隔するように設置されている。また、取付基台と各ユニット台との間には、ユニット台を個別に移動させる軸間距離調整機構部が設置されている。

また、施工領域の条件如何に拘わらず均一の品質で連続地中壁を構築する方法が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載された技術は、連続地中壁を構築すべき領域に複数の掘削孔を削孔し、高圧ジェットを噴出して先行掘削によって地盤が緩んだ領域を切削すると共に、地盤改良材と切削された原位置土とを混合して改良する。また、地盤が緩んだ領域の原位置土を排出して固化材と置換するため高圧ジェットを噴出して、地盤が緩んだ領域を改良するようになっている。

特開２０１３−２０４３７４号公報 特開２０００−１４４７２０号公報

ところで、住宅密集地等の狭隘地において、既存の建造物を撤去せずに地盤改良工事を行う場合には、狭隘地に適した直径の地盤改良体を形成する必要がある。すなわち、一般的な高圧噴射撹拌工法で用いる地盤改良装置では、直径５ｍ程度の地盤改良体を形成することを目的として、セメントスラリーの噴射量や噴射圧が設定されているが、これをそのまま狭隘地の地盤改良に適用することはできない。

例えば、従来の地盤改良装置を用いて、狭隘地に存在する既存家屋の下部までセメントスラリーを噴射した場合には、セメントスラリーの大量噴射に伴う地表面への噴発や、排泥閉鎖による地盤陥没が生じるおそれがある。特に、既存家屋の下部地盤は、基礎工事により一旦掘り返しているため緩んでいる可能性が高く、このような現象が生じ易い。セメントスラリーが地表面へ噴出すると、地上に存在する既存家屋が損傷したり汚染したりする。また、地盤陥没が生じると、既存家屋が沈下したり、傾斜したりする。

上述した不都合を解消するため、地上に既存家屋が存在する狭隘地では、直径１〜２ｍ程度の比較的小口径の地盤改良体を構築するケースが多い。しかし、小口径の地盤改良体を形成する場合には、大口径の地盤改良体を形成する場合と比較して、セメントスラリーの吐出量（単位体積当たりのセメント量）を大幅に減少させることが考えられるが、地盤改良体の強度不足が生じる懸念がある。このような強度不足に対して、セメントスラリーの吐出量を増加させることも考えられるが、セメントスラリーの吐出量を増加させると、改良径が増大してしまい、確実な対応策とは言えない。

この点、特許文献１及び特許文献２に記載された技術では、狭隘地での地盤改良を目的としているが、改良径については何ら考慮されておらず、必ずしも、狭隘地に適した地盤改良を行うことができるとは言い難かった。上述したように、早急な液状化対策が必要な地域では、複数の個人住宅が隣接して建造されている場合が多く、適切な直径の地盤改良体を形成することにより液状化対策工事を行う必要があり、このような地盤改良体を形成することが可能な地盤改良工法及び装置の開発が望まれている。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、既設住宅等を撤去せずに地盤改良を行わなければならない狭隘地において、既設住宅等に影響を与えることなく適切な直径の地盤改良体を形成することが可能な高圧噴射撹拌工法及びこれに用いる地盤改良装置を提供することを目的とする。

本発明の高圧噴射撹拌工法及びこれに用いる地盤改良装置は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の高圧噴射撹拌工法及びこれに用いる地盤改良装置は、狭隘地において地盤改良体を形成するための工法及び装置に関する発明であり、特に、地盤中に挿入して削孔及び地盤改良材の注入を行うロッドの先端部に、削孔水噴射口と、セメントスラリーを噴射するための主噴射口及び当該主噴射口よりも大口径の補助噴射口とを設けた点に特徴がある。

本発明の高圧噴射撹拌工法は、ロッドを地盤改良装置に装着して、削孔及び地盤改良材の注入を行う地盤改良工程を含む。当該地盤改良工程は、ロッドに設けた削孔水噴射口から、下方に向かって削孔水を噴射して削孔を行う工程と、削孔水噴射口及び補助噴射口を閉鎖した状態で、主噴射口からセメントスラリーを噴射して地盤改良体を形成する工程と、少なくとも削孔水噴射口を閉鎖した状態で、主噴射口から噴射するセメントスラリーよりも低圧で、補助噴射口からセメントスラリーを噴射して地盤改良体を形成する工程とを含む。

本発明の地盤改良装置は、上述した高圧噴射撹拌工法に使用するための装置であって、地盤中に挿入して削孔及び地盤改良材の注入を行うロッドを備えている。当該ロッドは、その先端部に、削孔水を噴射するための削孔水噴射口と、セメントスラリーを噴射するための主噴射口及び当該主噴射口よりも大口径の補助噴射口とを備えている。そして、補助噴射口から噴射するセメントスラリーの噴射圧は、主噴射口から噴射するセメントスラリーの噴射圧よりも低圧となっている。

本発明の高圧噴射撹拌工法及びこれに用いる地盤改良装置は、地盤中に挿入して削孔及び地盤改良材の注入を行うロッドの先端部に、削孔水噴射口と、セメントスラリーを噴射するための主噴射口及び当該主噴射口よりも大口径の補助噴射口とを設け、主噴射口及び補助噴射口からセメントスラリーを噴射して地盤改良体を形成する。この際、補助噴射口から噴射するセメントスラリーの噴射圧は、主噴射口から噴射するセメントスラリーの噴射圧よりも低圧である。

したがって、主噴射口からセメントスラリーを噴射することにより地盤改良体を形成するとともに、補助噴射口から低圧でセメントスラリーを噴射することにより地盤改良体中のセメント量を増加させることが可能となる。このため、小口径の地盤改良体を形成する際の課題であった、地盤改良体の強度不足を解消することができるだけではなく、適切な改良径の地盤改良体を形成することができる。

また、セメントスラリーの濃度や吐出量を変化させることにより、設計基準強度よりも高い強度の任意強度の地盤改良体を形成することも可能となり、高圧噴射撹拌工法の適用対象を広げることができる。

本発明の実施形態に係る地盤改良装置による高圧噴射撹拌工法の原理を説明する説明図。 本発明の実施形態に係る地盤改良装置のロッドの縦断面図。 本発明の実施形態に係る地盤改良装置の概略構成図。

以下、図面を参照して、本発明に係る高圧噴射撹拌工法及びこれに用いる地盤改良装置の実施形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施形態に係る高圧噴射撹拌工法及びこれに用いる地盤改良装置を説明するもので、図１は高圧噴射撹拌工法の原理説明図、図２は地盤改良装置のロッドの縦断面図、図３は地盤改良装置の概略構成図である。

＜地盤改良装置の概要＞
本発明の実施形態に係る地盤改良装置１０は、図３に示すように、ロッド２０を回転駆動するとともに上下動させることにより、削孔及び地盤改良体３０の形成を行うようになっている。この地盤改良装置１０は、特に、既存の住宅を撤去することなく、住宅間に存在する狭隘地を利用して地盤改良を行う際に好適に適用される装置であり、地盤中に挿入して削孔及び地盤改良材の注入を行うロッド２０の先端部に、削孔水噴射口４０と、セメントスラリーを噴射するための主噴射口５０及び当該主噴射口５０よりも大口径の補助噴射口６０とを設けた点に特徴がある。

＜ロッド＞
ロッド２０は、地盤中に挿入して削孔及び地盤改良材の注入を行うための装置である。本実施形態のロッド２０は、高圧噴射攪拌工法に使用するためのもので、ロッド２０の先端部から水やセメントスラリー等を噴射することにより、削孔及び地盤改良材の注入を行って地盤改良体３０を形成するようになっている。

図１及び図２に示すように、ロッド２０は、円筒状の部材であり、先端下部（下端部）に削孔水噴射口４０を設け、先端部の側方に主噴射口５０と補助噴射口６０を設けてある。図１及び図２に示す例では、ロッド２０の先端部側に一対の補助噴射口６０を設け、補助噴射口６０よりも上部に一対の主噴射口５０を設けてある。補助噴射口６０の口径は主噴射口５０の口径よりも大きく設定されており、補助噴射口６０から噴射するセメントスラリーの噴射圧力は、主噴射口５０から噴射するセメントスラリーの噴射圧力よりも低圧となっている。

ロッド２０の内部には、削孔水やセメントスラリーを各噴射口へ導くための流路７０を設けてある。この流路７０には、削孔水噴射口４０と補助噴射口６０の間に位置するように、流路閉鎖部８０を設けてあり、流路閉鎖部８０に流路閉鎖部材９０（例えば、鉄球）を当接させることにより、削孔水噴射口４０への流路７０を閉鎖することができる。流路７０は流路閉鎖部材９０が通過可能な内径を有しており、流路閉鎖部８０は流路閉鎖部材９０よりも小さな内径となっている。したがって、略鉛直となっているロッド２０の上部から流路７０内に流路閉鎖部材９０を挿入すると、流路閉鎖部材９０が流路７０内を下方へ向かって移動し（落下し）、流路閉鎖部８０に当接して流路７０を塞ぐことになる。

また、補助噴射口６０は、ロッド２０を地上部に抜き出した際に、ゴム栓等（図示せず）により閉鎖することができる。したがって、削孔が終了した後に、流路閉鎖部材９０で流路７０を閉鎖すると共に、補助噴射口６０をゴム栓等で閉鎖することにより、主噴射口５０のみからセメントスラリーを噴射させることができる。なお、図示しないが、補助噴射口６０の開閉は、ゴム栓を使用する構成に限られず、補助噴射口６０への分岐流路に開閉弁を設けたり、補助噴射口６０を開閉する開閉部材を設けたり、他の機構を採用してもよく、さらに、補助噴射口６０の開閉を遠隔操作できるようにしてもよい。

図２に示す主噴射口５０及び補助噴射口６０は、流路７０を中心に１８０度の位相角で２カ所設けてある。なお、主噴射口５０及び補助噴射口６０の数は、２カ所に限られず、１カ所または３カ所以上であってもよく、上下にずらして配設する等、配設位置も適宜変更可能である。

詳細には図示しないが、地盤改良装置１０は、ロッド２０を支持するための支持装置、ロッド２０を回転駆動するための回転駆動装置、ロッド２０を昇降させるための昇降装置等を備えている。

＜高圧噴射撹拌工法＞
高圧噴射撹拌工法は、地盤中にロッド２０を挿入し、ロッド２０の先端部から下方へ向かって削孔水を噴射して削孔を行うとともに、ロッド２０の先端部から側方へ向かってセメントスラリーを噴射して地盤改良体３０の形成を行う地盤改良工法である。

基本的には、本発明の地盤改良装置１０を用いた高圧噴射撹拌工法も従来の高圧噴射撹拌工法と同様の手順により地盤改良を行うが、本発明の高圧噴射撹拌工法では、地盤改良体３０の形成工程において、主噴射口５０からセメントスラリーを噴射する工程と、補助噴射口６０からセメントスラリーを噴射する工程とを含んでいる。

本実施形態では、まず初めに、地盤中にロッド２０を挿入しながら、流路７０内に削孔水を送出し、削孔水噴射口４０から削孔水を噴射して削孔を行う。続いて、流路７０内に流路閉鎖部材９０（鉄球）を落とし込んで流路閉鎖部８０を閉鎖することにより、削孔水噴射口４０を閉鎖する。また、セメントスラリーの噴射に先立ち、補助噴射口６０をゴム栓等で閉鎖し、主噴射口５０のみからセメントスラリーを噴射するようにしておく。

そして、ロッド２０を孔底から引き抜くとともに回転させながら、流路７０内にセメントスラリーを送出し、主噴射口５０からセメントスラリーを噴射して、円柱状、楕円柱状等の所望形状の地盤改良体３０を形成する。続いて、補助噴射口６０に取り付けたゴム栓を取り外し、再びロッド２０を孔底まで挿入する。そして、ロッド２０を孔底から引き抜くとともに回転させながら流路７０内にセメントスラリーを送出し、補助噴射口６０からセメントスラリーを噴射する。この際、主噴射口５０の口径よりも補助噴射口６０の口径が大きいため、セメントスラリーは主として補助噴射口６０から噴射される。また、セメントスラリーの噴射圧は、主噴射口５０よりも補助噴射口６０の方が低圧となる。

上述した工程により地盤改良体３０を形成することにより、地盤改良体３０に含有するセメント量を増加させて、地盤改良体３０の強度不足を解消することができとともに、適切な改良径の地盤改良体３０を形成することができる。

１０ 地盤改良装置
２０ ロッド
３０ 地盤改良体
４０ 削孔水噴射口
５０ 主噴射口
６０ 補助噴射口
７０ 流路
８０ 流路閉鎖部
９０ 流路閉鎖部材

Claims (2)

1. 狭隘地において高圧噴射撹拌工法により地盤改良体を形成するための工法であって、
   地盤中に挿入して削孔及び地盤改良材の注入を行うロッドの先端部に、削孔水噴射口と、セメントスラリーを噴射するための主噴射口及び当該主噴射口よりも大口径の補助噴射口とを設け、
   前記ロッドを地盤改良装置に装着して、削孔及び地盤改良材の注入を行う地盤改良工程を含み、
   前記地盤改良工程は、
   前記ロッドに設けた削孔水噴射口から、下方に向かって削孔水を噴射して削孔を行う工程と、
   前記削孔水噴射口及び前記補助噴射口を閉鎖した状態で、前記主噴射口からセメントスラリーを噴射して地盤改良体を形成する工程と、
   少なくとも前記削孔水噴射口を閉鎖した状態で、前記主噴射口から噴射するセメントスラリーよりも低圧で、前記補助噴射口からセメントスラリーを噴射して地盤改良体を形成する工程と、を含む、
   ことを特徴とする高圧噴射撹拌工法。
2. 狭隘地において高圧噴射撹拌工法により地盤改良体を形成するための装置であって、
   地盤中に挿入して削孔及び地盤改良材の注入を行うロッドを備えており、
   前記ロッドは、その先端部に、削孔水を噴射するための削孔水噴射口と、セメントスラリーを噴射するための主噴射口及び当該主噴射口よりも大口径の補助噴射口と、を備え、
   前記補助噴射口から噴射するセメントスラリーの噴射圧は、前記主噴射口から噴射するセメントスラリーの噴射圧よりも低圧である、
   ことを特徴とする高圧噴射撹拌工法に用いる地盤改良装置。

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