JP2017145601A - 高圧噴射攪拌工法用噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧噴射攪拌工法用噴射装置を小型化し、噴射される硬化材液のエネルギー損失をより低減する。【解決手段】噴射装置１０Ａは注入ロッド２０の先端に装着される。施工時に、注入ロッド２０と噴射装置１０Ａは回転軸の周りを回転する。噴射装置１０Ａは、円柱状の側面を有し、内部に噴射材料槽１１Ａを備える。噴射材料槽１１Ａは、球形であり、その中心は回転軸上にある。噴射材料槽１１Ａの内面の開口１６Ａは、球形の噴射材料槽１１Ａの中心を含む平面であって回転軸と垂直な平面上に位置する。硬化材噴射孔１５Ａは、開口１６Ａから噴射装置１０Ａの側面に向けて半径方向に配設されている。噴射材料槽１１Ａの内面の開口１６Ｂは、その平面上で噴射材料槽Ａの中心に対して開口１６Ａと点対称の位置にある。硬化材噴射孔１５Ｂは、開口１６Ｂから噴射装置１０Ａの側面に向けて半径方向に配設されている。【選択図】図１

Description

本発明は、構造物基礎地盤の強化や止水等を目的として、硬化材と混和材と水を含む硬化材液を高圧で対象地盤に噴射して地盤中に地盤改良体を造成する高圧噴射攪拌工法で使用される高圧噴射攪拌工法用噴射装置に関する。

高圧噴射攪拌工法では、先端に噴射装置が装着された注入ロッドを用いる。注入ロッドの内部には噴射装置まで水や硬化材液を圧送する流路が設けられている。噴射装置の下端には水噴射孔、側壁には硬化材噴射孔が配置されている。
地盤改良作業を行う（施工する）とき、まず、注入ロッドと噴射装置を回転させながら水噴射孔から水を噴射しつつ、地盤を掘削する。噴射装置が所定の深度に達したところで水噴射孔をボールや弁により閉塞する。そして、水を硬化材液に切り換えて、硬化材噴射孔から高圧で硬化材液を噴射しつつ、注入ロッドと噴射装置を回転させながら上昇させて、円筒状の硬化材注入層（地盤改良体）を造成する。

地盤改良体の造成時に、硬化材液は注入ロッド内の流路を鉛直下方に流れ、噴射装置内で略直角に曲がって硬化材噴射孔から噴出する。しかし、高圧の硬化材液の流れが略直角に曲がると、その曲がる部分において乱流が発生し、圧送された硬化材液のエネルギーが減衰し、損失する。

そこで、特許文献１は、上部入口においてテーパー斜面形状に拡径され、下端部が流線湾曲面に形成された拡径流路を有する噴射装置（モニター部）を開示する。（噴射孔（噴射ノズル）は、拡径流路の側壁に配置されている。この放射装置は、下端部が湾曲面であるため、硬化材液の流れが鉛直下方から噴射方向に曲がる部分において乱流の発生による硬化材液のエネルギー損失を低減することができ、硬化材噴射孔からより高圧で硬化材液を噴出させることができる。

特開２００８−１８００３６号公報

しかし、特許文献１に記載の放射装置は、拡径流路の側壁が長いため、大型である。
また、拡径流路下端部を湾曲面とするだけでは、噴射される硬化材液のエネルギー損失を十分には低減できないと考えられる。

本発明の目的は、小型で、噴射される硬化材液のエネルギー損失をより低減することができる高圧噴射攪拌工法用噴射装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の高圧噴射攪拌工法用噴射装置は、
円形の横断面の中心が回転軸上にある円柱状の側面と、
球形であり、中心が前記回転軸上にある噴射材料槽と、
前記球形の噴射材料槽の中心を含む平面であって前記回転軸と垂直な平面上に位置する前記噴射材料槽の内面の第１の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第１の硬化材噴射孔と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明の高圧噴射攪拌工法用噴射装置は、
前記平面上で前記球形の噴射材料槽の中心に対して前記第１の開口と点対称の位置にある前記噴射材料槽の内面の第２の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第２の硬化材噴射孔を備えることを特徴とする。

また、本発明の高圧噴射攪拌工法用噴射装置は、
円形の横断面の中心が回転軸上にある円柱状の側面と、
縦断方向の断面の形状が楕円であり、当該楕円の短軸が前記回転軸と一致しており、当該楕円を短軸の周りに回転させて得られる回転楕円体の形状である噴射材料槽と、
前記楕円の長軸を短軸の周りに回転させて得られる円周上に位置する前記噴射材料槽の内面の第１の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第１の硬化材噴射孔と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明の高圧噴射攪拌工法用噴射装置は、
前記楕円の長軸を短軸の周りに回転させて得られる円周上で当該円周の中心に対して前記第１の開口と点対称の位置にある前記噴射材料槽の内面の第２の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第２の硬化材噴射孔を備えることを特徴とする。

また、本発明の高圧噴射攪拌工法用噴射装置は、
円形の横断面の中心が回転軸上にある円柱状の側面と、
縦断方向の断面の形状が楕円であり、当該楕円の短軸が前記回転軸と一致しており、当該楕円を長軸の周りに回転させて得られる回転楕円体の形状である噴射材料槽と、
前記楕円の長軸上に位置する前記噴射材料槽の内面の第１の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第１の硬化材噴射孔と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明の高圧噴射攪拌工法用噴射装置は、
前記楕円の長軸上で前記第１の開口と反対側に位置する前記噴射材料槽の内面の第２の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第２の硬化材噴射孔を備えることを特徴とする。

また、本発明の高圧噴射攪拌工法用噴射装置は、
円形の横断面の中心が回転軸上にある円柱状の側面と、
縦断方向の断面の形状が楕円であり、当該楕円の長軸が前記回転軸と一致しており、当該楕円を長軸の周りに回転させて得られる回転楕円体の形状である噴射材料槽と、
前記楕円の短軸を長軸の周りに回転させて得られる円周上に位置する前記噴射材料槽の内面の第１の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第１の硬化材噴射孔と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明の高圧噴射攪拌工法用噴射装置は、
前記楕円の短軸を長軸の周りに回転させて得られる円周上で当該円周の中心に対して前記第１の開口と点対称の位置にある前記噴射材料槽の内面の第２の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第２の硬化材噴射孔を備えることを特徴とする。

本発明によれば、高圧噴射攪拌工法用噴射装置を小型化し、噴射される硬化材液のエネルギー損失をより低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る高圧噴射攪拌工法用噴射装置の構成の一例を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る高圧噴射攪拌工法用噴射装置の構成の一例を示す縦断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る高圧噴射攪拌工法用噴射装置の構成の一例を示す縦断面図である。 図５のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る高圧噴射攪拌工法用噴射装置の構成の一例を示す縦断面図である。 図７のＤ−Ｄ線断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る高圧噴射攪拌工法用噴射装置について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る高圧噴射攪拌工法用噴射装置１０Ａの構成の一例を示す縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
噴射装置１０Ａは円柱状である。噴射装置１０Ａは、円柱状の注入ロッド２０の先端に装着される。施工時に、注入ロッド２０と噴射装置１０Ａは回転軸の周りを回転する。噴射装置１０Ａの円柱状の側面の横断面は円形であり、その中心は回転軸上にある。
噴射装置１０Ａは、内部に噴射材料槽１１Ａを備える。噴射材料槽１１Ａは、球形であり、その中心は回転軸上にある。噴射材料槽１１Ａの上部には流入路１７が配設される。噴射材料（水や硬化材液）は流入路１７を通って注入ロッド２０から噴射材料槽１１Ａの内部へ圧送される。

噴射材料槽１１Ａの底部には回転軸上にボール弁座１２が形成されている。噴射装置１０Ａの底部には、ボール弁座１２から下方に向けて水噴射孔１３が配設されている。
１対の硬化材噴射孔１５Ａと硬化材噴射孔１５Ｂは、噴射材料槽１１Ａ内部の硬化材液を噴射する。噴射材料槽１１Ａの内面の開口１６Ａは、球形の噴射材料槽１１Ａの中心を含む平面であって回転軸と垂直な平面上に位置する。硬化材噴射孔１５Ａは、開口１６Ａから噴射装置１０Ａの側面に向けて半径方向に配設されている。噴射材料槽１１Ａの内面の開口１６Ｂは、その平面上で噴射材料槽Ａの中心に対して開口１６Ａと点対称の位置にある。硬化材噴射孔１５Ｂは、開口１６Ｂから噴射装置１０Ａの側面に向けて半径方向に配設されている。

地盤を掘削するとき、水噴射孔１３から水が噴射される。一方、硬化材注入層（地盤改良体）を形成するとき、ボール１４が投入される。ボール１４がボール弁座１２に嵌め合わされることより水噴出孔１３が閉鎖される。そして、硬化材噴射孔１５Ａと硬化材噴射孔１５Ｂから硬化材液が噴射される。
なお、水噴射孔１３はボール１４の投入で閉鎖するのではなく、差圧弁により閉鎖することとしてもよい。

上述した第１の実施形態にかかる噴射装置１０Ａの構造によれば、噴射材料槽１１Ａの鉛直方向の長さが短いため、噴射装置１０Ａを小型化することができる。
また、図１と図２の噴射材料槽１１Ａ内に破線矢印で示すように、噴射材料槽１１Ａ内で硬化材液が静止していると仮定すると、内圧は噴射材料槽１１Ａの内壁に対して垂直にかかる。硬化材噴射孔１５Ａと硬化材噴射孔１５Ｂの位置では内圧の方向と硬化材液の噴射方向が一致する。加えて、噴射材料槽１１Ａは球形であるため、実際には噴射材料槽１１Ａの内壁に沿って硬化材液に高圧かつ高速の対流が生じる。このため、硬化材噴射孔１５Ａと硬化材噴射孔１５Ｂの位置において、従来に比べて少ない圧力減少で硬化材液を噴射することができる。
硬化材噴射孔を１個のみ配置してもこれらの２つの効果を得ることができる。ただし、この場合、硬化材液が１方向にのみ噴射することによって噴射装置にかかる力により、回転している注入ロッドと噴射装置が振動する可能性がある。
これに対し、１対の硬化材噴射孔１５Ａと硬化材噴射孔１５Ｂを配設すると、それらがそれぞれ反対の方向に硬化材液を噴射するため、硬化材液の噴射により噴射装置１０Ａにかかる力が打ち消し合う。このため、回転している注入ロッド２０と噴射装置１０Ａの振動を低減することができる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る高圧噴射攪拌工法用噴射装置１０Ｂの構成の一例を示す縦断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。
第２の実施形態に係る噴射装置１０Ｂは、噴射材料槽１１Ｂの縦断方向の断面の形状が楕円である点が第１の実施形態に係る噴射装置１０Ａと異なる。噴射材料槽１１Ｂは、楕円の短軸が噴射材料槽１１Ｂの回転軸と一致しており、楕円を短軸の周りに回転させて得られる回転楕円体の形状である。Ｂ−Ｂ線断面における噴射材料槽１１Ｂの横断面の形状は、図２の噴射材料槽１１Ａの横断面の形状と同様に円形である。

噴射材料槽１１Ｂの内面の開口１６Ａは、楕円の長軸を短軸の周りに回転させて得られる円周上に位置する。硬化材噴射孔１５Ａは、開口１６Ａから噴射装置１０Ｂの側面に向けて半径方向に配設されている。噴射材料槽１１Ｂの内面の開口１６Ｂは、その円周上で円周の中心に対して開口１６Ａと点対称の位置にある。硬化材噴射孔１５Ｂは、開口１６Ｂから噴射装置１０Ｂの側面に向けて半径方向に配設されている。

上述した第２の実施形態にかかる噴射装置１０Ｂの構造によれば、第１の実施形態にかかる噴射装置１０Ａと同様に、噴射材料槽１１Ｂの鉛直方向の長さが短いため、噴射装置１０Ｂを小型化することができる。
また、図３と図４の噴射材料槽１１Ｂ内に破線矢印で示すように、噴射材料槽１１Ｂ内で硬化材液が静止していると仮定すると、硬化材液の内圧は噴射材料槽１１Ｂの内壁に対して垂直にかかる。硬化材噴射孔１５Ａと硬化材噴射孔１５Ｂの位置では内圧の方向と硬化材液の噴射方向が一致する。加えて、噴射材料槽１１Ａは球形であるため、、実際には噴射材料槽１１Ｂの内壁に沿って硬化材液に高圧かつ高速の対流が生じる。このため、硬化材噴射孔１５Ａと硬化材噴射孔１５Ｂの位置において、従来に比べて少ない圧力減少で硬化材液を噴射することができる。
更に、１対の硬化材噴射孔１５Ａと硬化材噴射孔１５Ｂを配設すると、それらがそれぞれ反対の方向に硬化材液を噴射するため、硬化材液の噴射により噴射装置にかかる力が打ち消し合う。このため、回転している注入ロッド２０と噴射装置１０Ｂの振動を低減することができる。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る高圧噴射攪拌工法用噴射装置１０Ｃの構成の一例を示す縦断面図である。図６は、図５のＣ−Ｃ線断面図である。
第３の実施形態に係る噴射装置１０Ｃに含まれる噴射材料槽１１Ｃは、第２の実施形態に係る噴射装置１０Ｂに含まれる噴射材料槽１１Ｂと同様に、縦断方向の断面の形状が楕円であり、楕円の短軸が噴射材料槽１１Ｃの回転軸と一致している。噴射材料槽１１Ｃは、その楕円を長軸の周りに回転させて得られる回転楕円体の形状である点が噴射材料槽１１Ｂと異なる。このため、図６に示すように、Ｃ−Ｃ線断面における噴射材料槽１１Ｃの横断面の形状は楕円である。

噴射材料槽１１Ｃの内面の開口１６Ａは、楕円の長軸上に位置する。硬化材噴射孔１５Ａは、開口１６Ａから噴射装置１０Ｃの側面に向けて半径方向に配設されている。噴射材料槽１１Ｃの内面の開口１６Ｂは、楕円の長軸上で開口１６Ａと反対側に位置する。硬化材噴射孔１５Ｂは、開口１６Ｂから噴射装置１０Ｃの側面に向けて半径方向に配設されている。
噴射装置１０Ｃは、噴射装置１０Ａおよび噴射装置１０Ｂと同様の効果を有する。

図７は、本発明の第４の実施形態に係る高圧噴射攪拌工法用噴射装置１０Ｄの構成の一例を示す縦断面図である。図８は、図７のＤ−Ｄ線断面図である。
第４の実施形態に係る噴射装置１０Ｄは、噴射材料槽１１Ｄの縦断方向の断面の形状が楕円である点では第２の実施形態に係る噴射装置１０Ｂと同一であるが、楕円の長軸が噴射材料槽１１Ｂの回転軸と一致しており、楕円を長軸の周りに回転させて得られる回転楕円体の形状である点が噴射装置１０Ｂと異なる。Ｄ−Ｄ線断面における噴射材料槽１１Ｄの横断面の形状は、図４の噴射材料槽１１Ｂの横断面の形状と同様に円形である。

噴射材料槽１１Ｄの内面の開口１６Ａは、楕円の短軸を長軸の周りに回転させて得られる円周上に位置する。硬化材噴射孔１５Ａは、開口１６Ａから噴射装置１０Ｄの側面に向けて半径方向に配設されている。噴射材料槽１１Ｂの内面の開口１６Ｂは、その円周上で円周の中心に対して開口１６Ａと点対称の位置にある。硬化材噴射孔１５Ｂは、開口１６Ｂから噴射装置１０Ｄの側面に向けて半径方向に配設されている。
噴射装置１０Ｄは、噴射装置１０Ａ、噴射装置１０Ｂおよび噴射装置１０Ｃと同様の効果を有する。

（実施例）
一般的な高圧噴射攪拌工法であるＣＣＰ−Ｓ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｈｕｒｎｉｎｇ Ｐｉｌｅ−Ｓｕｐｅｒ）工法と、第１の実施形態に係る噴射装置１０Ａを使用した高圧噴射攪拌工法（以下、本工法という。）とにより円筒状の硬化材注入層（地盤改良体）を造成する試験を実施した。両工法とも、硬化材液として水セメント比（Ｗ／Ｃ）＝１００％のセメント系材料を使用し、噴射圧力＝４０ＭＰａ（パスカル）、噴射量＝１００リットル／分にて施工した。試験結果を表１に示す。

噴射装置１０Ａの噴射方向は２方向であるため、方向当りの噴射量＝５０リットル／分となる。このため、ＣＣＰ−Ｓ工法と比較すると、本工法は噴射エネルギーが分散して１方向当りの噴射エネルギーが半減する可能性がある。しかし、表１の試験結果によると、粘性土と砂質土の両方とも、ＣＣＰ−Ｓ工法に比べて造成時間が短いにも関わらず、本工法によりＣＣＰ−Ｓ工法と同等の改良径と改良体強度を有する地盤改良体が得られた。この結果により、本工法における噴射エネルギーの損失は従来のＣＣＰ−Ｓ工法よりも少ないことが確認できた。

なお、上述した実施形態では、噴射装置に１対（２個）の硬化材噴射孔を配設する例を示したが、第３の実施形態にかかる噴射装置１０Ｃを除き、第１の実施形態にかかる噴射装置１０Ａ、第２の実施形態にかかる噴射装置１０Ｂ、および第４の実施形態にかかる噴射装置１０Ｄには２対（４個）以上の硬化材噴射孔を配設することもできる。

以上説明したように、本発明によれば、高圧噴射攪拌工法用噴射装置を小型化し、噴射される硬化材液のエネルギー損失をより低減することができる。
更に、硬化材噴射孔を対として配設することにより、回転している注入ロッドと噴射装置の振動を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、設計上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…噴射装置、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ…噴射材料槽、１２…ボール弁座、１３…水噴射孔、１４…ボール、１５Ａ，１５Ｂ…硬化材噴射孔、１６Ａ，１６Ｂ…噴射材料槽内面の開口、１７…噴射材料の流入路、２０…注入ロッド

Claims (8)

1. 円形の横断面の中心が回転軸上にある円柱状の側面と、
   球形であり、中心が前記回転軸上にある噴射材料槽と、
   前記球形の噴射材料槽の中心を含む平面であって前記回転軸と垂直な平面上に位置する前記噴射材料槽の内面の第１の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第１の硬化材噴射孔と、
   を備えることを特徴とする高圧噴射攪拌工法用噴射装置。
2. 前記平面上で前記球形の噴射材料槽の中心に対して前記第１の開口と点対称の位置にある前記噴射材料槽の内面の第２の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第２の硬化材噴射孔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工法用噴射装置。
3. 円形の横断面の中心が回転軸上にある円柱状の側面と、
   縦断方向の断面の形状が楕円であり、当該楕円の短軸が前記回転軸と一致しており、当該楕円を短軸の周りに回転させて得られる回転楕円体の形状である噴射材料槽と、
   前記楕円の長軸を短軸の周りに回転させて得られる円周上に位置する前記噴射材料槽の内面の第１の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第１の硬化材噴射孔と、
   を備えることを特徴とする高圧噴射攪拌工法用噴射装置。
4. 前記楕円の長軸を短軸の周りに回転させて得られる円周上で当該円周の中心に対して前記第１の開口と点対称の位置にある前記噴射材料槽の内面の第２の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第２の硬化材噴射孔を備えることを特徴とする請求項３に記載の高圧噴射攪拌工法用噴射装置。
5. 円形の横断面の中心が回転軸上にある円柱状の側面と、
   縦断方向の断面の形状が楕円であり、当該楕円の短軸が前記回転軸と一致しており、当該楕円を長軸の周りに回転させて得られる回転楕円体の形状である噴射材料槽と、
   前記楕円の長軸上に位置する前記噴射材料槽の内面の第１の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第１の硬化材噴射孔と、
   を備えることを特徴とする高圧噴射攪拌工法用噴射装置。
6. 前記楕円の長軸上で前記第１の開口と反対側に位置する前記噴射材料槽の内面の第２の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第２の硬化材噴射孔を備えることを特徴とする請求項５に記載の高圧噴射攪拌工法用噴射装置。
7. 円形の横断面の中心が回転軸上にある円柱状の側面と、
   縦断方向の断面の形状が楕円であり、当該楕円の長軸が前記回転軸と一致しており、当該楕円を長軸の周りに回転させて得られる回転楕円体の形状である噴射材料槽と、
   前記楕円の短軸を長軸の周りに回転させて得られる円周上に位置する前記噴射材料槽の内面の第１の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第１の硬化材噴射孔と、
   を備えることを特徴とする高圧噴射攪拌工法用噴射装置。
8. 前記楕円の短軸を長軸の周りに回転させて得られる円周上で当該円周の中心に対して前記第１の開口と点対称の位置にある前記噴射材料槽の内面の第２の開口から前記側面に向けて半径方向に配設された第２の硬化材噴射孔を備えることを特徴とする請求項７に記載の高圧噴射攪拌工法用噴射装置。

Images