JP2019112776A - 地盤硬化材注入工法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、硬化層造成のための地盤硬化材が超高圧によって噴射され、切削と同時に注入充填が行われるため、その多くが注入充填以前に排泥としてピットから排出されて無駄となると共に、地盤構造に対応しない強制撹拌によるスライムの排出が不均衡融合層を生み出す問題があった。【解決手段】重合噴射ノズルの核ノズル２１から清水、囲周ノズル２２からエアを噴射しつつロッド１を回転下降若しくは上昇させて空隙域Ｓを対象地盤の構造に対応して造成することにより、超高圧によって噴射される硬化材の排出エネルギーを前記空隙域Ｓに吸収させるようにした。【選択図】図４

Description

本発明は、セメント系硬化材の超高圧噴射によって地盤を切削し、同硬化材を切削部に注入充填して地中に円柱状の硬化体を造成する地盤硬化材注入工法に関するものである。

従来、軟弱地盤の構築基礎支保や強化支保については、地盤硬化材を高圧噴射しながら地盤硬化材注入ロッドを回動することにより対象地盤を攪拌掘削する地盤硬化材注入工法が多く行われてきたが、地盤硬化材が超高圧によって噴射され、切削と同時に注入充填が行われるため、その多くが注入充填以前に排泥としてピットから排出されて無駄となると共に、排出された排泥は産業廃棄物としてその処理に多大な費用が掛かるという問題があった。

これに対応して、例えば特許文献１記載発明は、注入ロッドの対象地盤への下降挿入時に噴射ノズルからの清水噴射による基礎改良層の造成を行って粘性土の洗い出しと、改良層中の硬化材浸入空隙の確保を行うようにする提案がなされている。

また、同一平面部に複数の噴射口からの硬化材噴射が重複して注入される無駄を避け、ロッド挿入孔とロッド外周とのクリアランス不足による排泥不良を防止するため、噴射口を互いに脊向させ、所定の段差を設けて設定した一対の重合噴射ノズルと、その一方の重合噴射ノズル上部に所定の間隔を置いて清水噴射ノズルを設けたロッドを用いて、一対の段差重合噴射ノズルからのアンバランスな硬化材吐出を、清水噴射ノズルによる清水吐出によってバランスをとることにより攪拌効果に変化を与えることが、特許文献２記載発明により提案されている。

特開平６−４１９４４号公報 特開２００６−９３９６号公報

本願発明が解決しようとする課題は、前記のように硬化層造成のための地盤硬化材が超高圧によって噴射され、切削と同時に注入充填が行われるため、その多くが注入充填以前に排泥としてピットから排出されて無駄となると共に、硬化層造成硬化材と混合土砂との混合構造が、必ずしも地盤構造に対応しない強制撹拌による余剰スライムの排出が不均衡融合層を生み出す問題に対応するものである。

これに対応するものとして、前記、特許文献１記載発明の場合は、単管の清水噴射による事前改良部を硬化材噴射がなぞっていく形となり、二度手間になって作業効率が悪いという問題のほか、噴流のエア抱合やエアリフトを用いない単管注入によるため造成径が小さく留まるという問題がある。

また、特許文献２記載発明の場合は、噴射口を互いに脊向させ、所定の段差を設けて設定した一対の重合噴射ノズルと、その一方の重合噴射ノズル上部に所定の間隔を置いて清水噴射ノズルを設けるといった複雑な機構のロッドが必要となるほか、方向や性質の異なった噴流が交錯して土壌と硬化材の混合むらが発生し易く確実かつ均一な土壌の攪拌混合には更なる問題を残していた。

本発明は上記した課題に対応しようとするものであり、造成する硬化層の略３〜４分の１の注入域を清水噴射によって、超高圧によって圧出される地盤硬化材を吸収する空隙域に造成し、切削と同時に注入充填する超高圧噴射によって有効充填から外れた噴射硬化材の排出エネルギーを、前記空隙域に余剰硬化材と共に吸収移動させ、空隙域に有効充填させるようにしたものである。

すなわち、先端側方に開口する重合噴射ノズルを設けた注入ロッドを、重合噴射ノズルの核ノズルから清水、囲周ノズルからエアを噴射しつつ回転下降させる工程により空隙域を、同じく、核ノズルから硬化材、囲周ノズルからエアを噴射しつつ回転下降させる工程により硬化材充填域を、対象地盤の構造に対応して、それぞれ、注入造成することにより噴射硬化材を有効充填するようにした。

空隙域を造成するときの清水噴射においては、吐出量を同一に設定すると硬化材と清水の比重の差異により噴射圧が低下するため、硬化材噴射時の２〜３分の１の回転速度に低減することで、切削能力を向上し、硬化層造成体外周面までの空隙域を確保できるようにした。

この構成により、例えば、対象地盤が軟弱な粘性土層である場合、注入ロッド挿入部から硬化層造成予定深度の略３分の１の深度まで清水噴射による空隙域の造成を行い、同深度において核ノズルからの噴射を硬化材噴射に切替え、前記、造成予定深度まで硬化材充填噴射を行う。

切替えによりノズルから噴射される硬化材は、周辺土壌を切削すると同時に注入充填されるが、超高圧噴射によって噴射されながら、有効充填から外れた噴射硬化材は、上方に造成された空隙域に排出エネルギーを吸収させながら有効充填域を上方に押上げつつ硬化材を注入し、挿入天端まで無駄のない円柱状の硬化体が造成される。

このような空隙域の造成は、対象地盤が砂質土や砂礫土層の場合は硬化材有効充填域の下方に造成される。すなわち、注入ロッド挿入部から硬化層造成予定深度まで、先ず、注入ロッドを挿入下降させ、造成長の略３〜４分の１まで、清水噴射による空隙域の造成を行いつつ注入ロッドを上昇させ、同深度において核ノズルからの噴射を硬化材噴射に切替え、挿入天端まで硬化材充填噴射を行う。

切替えによりノズルから噴射される硬化材は、周辺土壌を切削すると同時に注入充填されるが、超高圧噴射によって噴射されながら、有効充填から外れた噴射硬化材は、比重の高い砂礫層によって上昇を制約され、下方に造成された空隙域に排出エネルギーを吸収させながら有効充填域を下方に押下げつつ硬化材を注入し、挿入天端まで無駄のない円柱状の硬化体が造成される。

清水噴射による空隙域の造成を硬化層造成予定深度の略３〜４分の１とすることについては、清水と硬化材の比重の差と対象地盤の地質による噴射圧による排出エネルギー吸収度合いから計算されるものである。

また、清水噴射による空隙域の造成部位は、硬化体造成の対象地盤について、予め、測定される地盤構造と地質によって噴射圧による排出エネルギーの吸収が行われ易い位置と硬化体の有効充填域の自然な移動を招く部位を選択するようにする。

本発明は、以上のように構成したことにより、切削と同時に注入充填する超高圧噴射によって有効充填から外れた噴射硬化材の排出エネルギーを、前記空隙域に余剰硬化材と共に吸収移動させ、空隙域への有効充填を可能とすることができたものである。

また、予め、測定される地盤構造と地質によって噴射圧による排出エネルギーの吸収が行われ易い位置が選択されることによって、硬化体の有効充填域の自然な移動が行われ、地盤構造に対応しない強制撹拌による余剰スライムの排出等による不均衡融合層の発生を阻止し、内圧の均衡による自然な均衡融合による硬化体の造成を可能とした。

清水噴射による空隙域は、比重が軽く、低粘性の排泥として排出されるとともに、余剰硬化材が吸収移動されることで硬化体を造成できることから、硬化体１本当たりの硬化材使用量を３〜４分の１低減できる。

硬化材充填時に排出される排泥は、清水噴射により初期充填された空隙域の泥水がほとんどで、硬化材含有量が少なく粘性の低い泥水状を呈することから、排泥排出がスムーズかつ注入ロッド周辺での排泥閉塞を招きにくく、周辺への変位を低減できる。

さらに、硬化材含有量の少ない排泥は、泥水分離することにより、工事用水として再利用することも可能になる。

本発明の実施例を示すもので、注入ロッドによる噴射注入の施工状況を示す全体側面図。 同じく、注入ロッド先端部の構造を示す注入ロッドモニター部の拡大縦断面側面図。 同じく、注入ロッド先端部の構造を示す注入ロッドモニター重合噴射ノズル設定部における同ノズルの拡大正面図。 同じく、挿入上部に清水噴射を行って空隙域を造成する実施例の施工状況を示す全体側面図。 同じく、図３の実施例において清水噴射を硬化材噴射に切換えて注入ロッドを下降させることにより、硬化材充填域上端が空隙域内に上昇する施工状況を示す全体側面図。 同じく、硬化材充填域上端が上昇し、挿入天端まで円柱状の硬化体が造成された状態の施工状況を示す全体側面図。 同じく、注入ロッド挿入下部に清水噴射を行って空隙域を造成する実施例を示すもので、造成予定域下端まで注入ロッドを下降させ、清水噴射を行ないつつ上昇させて挿入下部に空隙域を造成する施工状況を示す全体側面図。 同じく、図６の実施例において、清水噴射を硬化材噴射に切換えて注入ロッドを上昇させることにより、硬化材充填域下端が空隙域内に下降する施工状況を示す全体側面図。 同じく、図６の実施例において硬化材充填域下端が下降し、挿入底端まで円柱状の硬化体が造成された状態の施工状況を示す全体側面図。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。１は注入ロッドで、先端側壁に複数の重合噴射ノズル２が設定された重合管により構成され、中心部には噴射材料供給流路１２、その外周に環状にエア供給路１３、が構成される。

重合噴射ノズル２は、中心部に核ノズル２１、その周囲を囲んで囲周ノズル２２が開口し、それぞれがスイベル１１を介して噴射材料槽に連絡するロッド内の分隔された流路に連通する。

重合噴射ノズル２の設定は、ロッド先端部を形成し注入機構を内蔵する先端モニター部Ｍにおいて行われ、その外径は上部のロッド本管Ｂの外径より大径に構成され、モニター部の挿入掘削によりロッド本管Ｂと挿入孔内壁の間にクリアランスが形成され、対象地盤へのロッド挿入操作が円滑に行われるようになっている。

以上のように構成した注入ロッドを対象地盤に挿入操作して、軟弱地盤中に硬化材注入硬化体を造成して地盤改良を行うものであるが、ロッド挿入を行う前に、先ず、音波探査、サンプル採取チューブの挿入等により地盤構造や地質の調査が行われる。

その結果に応じて、清水噴射による空隙域の造成部位を決定するものであるが、例えば、粘性土層のように比重の軽い土質の場合、先ず、前記構成による注入ロッド１を対象地盤Ｇに挿入し、噴射材料供給流路１３に清水を供給し、重合噴射ノズル２の核ノズル２１から２３ＭＰａの噴射圧で、毎分３６０リットルの吐出量で清水を噴射し、同時にエア供給路１２を通じて囲周ノズル２２からエアを噴射しながら対象地盤中に回転下降させる。

ノズルから噴射される清水は、エア抱合噴流として周辺土壌を切削すると同時に内圧調整により粘性土を抱合して比重とエアリフトにより排出され、地層を洗い出して空隙域Ｓを造成する。

すなわち、図４に示すように、注入ロッド挿入部から硬化層造成予定深度の略３分の１の深度まで清水噴射による空隙域の造成を行い、同深度において核ノズルからの噴射を硬化材噴射に切替え、前記、造成予定深度まで硬化材充填噴射を行う。

切替えによりノズルから噴射される硬化材は、３５ＭＰａで、毎分３６０リットルの吐出量で噴射され、周辺土壌を切削すると同時に注入充填されるが、超高圧噴射によって噴射されながら、有効充填から外れた噴射硬化材は、図５に示すように、上方に造成された空隙域Ｓに排出エネルギーを吸収させながら有効充填域Ｐを上方に押上げつつ硬化材を注入し、図６に示すように、挿入天端まで無駄のない円柱状の硬化体が造成される。

このような空隙域Ｓの造成は、対象地盤が比重の重い砂質土や砂礫土層の場合は硬化材有効充填域Ｐの下方に造成される。すなわち、図７に示すように、注入ロッド挿入部から硬化層造成予定深度まで、先ず、注入ロッド１を挿入下降させ、図８に示すように、造成長の略３〜４分の１まで、清水噴射による空隙域の造成を行いつつ注入ロッドを上昇させ、同深度において核ノズルからの噴射を硬化材噴射に切替え、挿入天端まで硬化材充填噴射を行う。

空隙域Ｓを硬化材有効充填域Ｐの下方に造成した場合、切替えによりノズルから噴射される硬化材は、周辺土壌を切削すると同時に注入充填されるが、超高圧噴射によって噴射されながら、有効充填から外れた噴射硬化材は、比重の高い砂質土や砂礫土層によって上昇を制約され、下方に造成された空隙域に排出エネルギーを吸収させながら有効充填域を下方に押下げつつ硬化材を注入し、挿入天端まで無駄のない円柱状の硬化体が造成される。

本発明に係る地盤硬化材注入工法は、上記のように切削と同時に注入充填する超高圧噴射によって有効充填から外れた噴射硬化材の排出エネルギーを、前記空隙域に余剰硬化材と共に吸収移動させ、空隙域への有効充填を可能とし、地盤構造に対応しない強制撹拌による余剰スライムの排出等による不均衡融合層の発生を阻止し、内圧の均衡による自然な均衡融合による硬化体の造成を可能としたもので、軟弱地盤の効率的強化により軟弱な地質のため利用できなかった土地の活用を積極的に押し進めることに利用することができる。

１ 注入ロッド
１１ スイベル
１２ エア供給路
１３ 噴射材料供給流路
２ 重合噴射ノズル
２１ 重合噴射ノズルの核ノズル
２２ 重合噴射ノズルの囲周ノズル
Ｇ 対象地盤
Ｍ ロッド先端のモニター部
Ｐ 硬化材有効充填域
Ｓ 清水噴射による造成空隙域

Claims (4)

1. 先端側方に開口する重合噴射ノズルを設けた注入ロッドを、重合噴射ノズルの核ノズルから清水、囲周ノズルからエアを噴射しつつ回転下降若しくは上昇させる工程により空隙域を、同じく、核ノズルから硬化材、囲周ノズルからエアを噴射しつつ回転下降若しくは上昇させる工程により硬化材充填域を、対象地盤の構造に対応して、それぞれ、注入造成することにより、超高圧によって噴射される硬化材の排出エネルギーを前記空隙域に吸収させて噴射硬化材を有効充填するようにしたことを特徴とする地盤硬化材注入工法。
2. エア噴射を伴う清水噴射を、硬化材噴射時の２〜３分の１の注入ロッド回転速度により噴射することで、硬化材充填域と同程度の外周面まで空隙域を造成するように構成した請求項１記載の地盤硬化材注入工法。
3. 注入ロッド挿入部から硬化層造成予定深度の略３〜４分の１の深度まで清水噴射による空隙域の造成を行い、同深度において核ノズルからの噴射を硬化材噴射に切替え、前記造成予定深度まで硬化材充填噴射を行うように構成した請求項１記載の地盤硬化材注入工法。
4. 注入ロッド挿入部から硬化層造成予定深度まで、先ず、注入ロッドを挿入下降させ、造成長の略３〜４分の１まで、清水噴射による空隙域の造成を行いつつ注入ロッドを上昇させ、同深度において核ノズルからの噴射を硬化材噴射に切替え、挿入天端まで硬化材充填噴射を行うように構成した請求項１記載の地盤硬化材注入工法。