JP2021147894A

JP2021147894A - 高圧噴射撹拌工法

Info

Publication number: JP2021147894A
Application number: JP2020049471A
Authority: JP
Inventors: 令男高野; Yoshio Takano; 啓至大森; Keiji Omori; 智仁杉本; Tomohito Sugimoto
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-09-27
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP7257983B2

Abstract

【課題】排泥排出促進のためにより小容量のコンプレッサで済み、改良体から地上に空気が逸走しにくい、効果的なエアリフト効果が得られる高圧噴射攪拌方法並びに高圧噴射撹拌工法のロッドを提供する。【解決手段】圧縮空気を伴った高圧噴射撹拌工法において、改良体造成時にロッド１０先端から第１圧縮空気を鉛直下方に噴射し、当該第１圧縮空気により、前記ロッド１０の周囲に形成された排泥排出クリアランス１５を介して生成した排泥を地表面に排出する。【選択図】図１

Description

本発明は、主に粘性土地盤を対象とした高圧噴射撹拌工法に関する。

高圧噴射撹拌工法には、多重管ロッドを用いることにより、硬化材の噴射と共に圧縮空気を噴射する工法がある。この圧縮空気を噴射する工法の第一の目的は、硬化材と圧縮空気を同時に噴射することにより、圧縮空気によって硬化材噴流を囲繞するようにして疑似的な空気中噴射を実現させることである。この場合、改良対象地盤に対する切削距離を長くすることができるので、これにより改良径を増大することにある。

また、圧縮空気を用いる第二の目的は、排泥排出に必要なエアリフト効果を得るために必要な圧縮空気を供給することである。

排泥は、通常セメント系固化材スラリーの硬化材と改良対象地盤の土が混合された泥状の流体で、産業廃棄物としての処理が必要であり、このための排泥処理費が工事費に占める割合も大きく、排泥量の低減が圧縮空気を伴う高圧噴射撹拌工法の大きな課題の一つである。

特許文献１には、三重管ロッドにて所定深度まで削孔後ロッド引き上げ時（改良時）に、上段の二方向高圧水ノズルから側方に切削水のみを噴射し、下段の段差を有する二方向ノズルからはセメントミルクとセメントミルクを囲繞するように圧縮空気とを同時に噴射する工法が開示されている。

上記特許文献の工法によれば、排泥の排出に当たっては、上段二方向ノズルからは圧縮空気を噴射しないので、同じく圧縮空気を伴う三重管工法であるＲＪＰ工法等に比較してエアリフト効果による過剰な排泥を生ぜしめることがなく、排泥量を削減した地盤改良の処理速度を高速化することができるとされている。

特開２００３−２８６７１７号公報

特許文献１の排泥排出方法における圧縮空気の噴射方法によれば、圧縮空気を硬化材噴射孔の位置から水平方向に噴射するので圧縮空気がロッドから改良体外周部へ噴射され、圧縮空気が改良体範囲内から逸走して地表面の予期せぬ場所から噴出する可能性がある。

また、圧縮空気が排泥排出孔と直角方向に噴射されるので、エアリフト効果が発揮されにくく、エアリフト効果を確保するには噴射空気量を増加させる必要があり、大容量コンプレッサを使用しなければならない等の問題があった。

また改良対象地盤の排泥の粘性が強い場合には、エアリフトのみでは排泥排出が滞り、改良域の内圧が上昇し、切削能力が減じる等の問題もあった。

そこで本発明の課題としては、排泥排出促進のためにより小容量のコンプレッサで済み、改良体から地上に空気が逸走しにくい、効果的なエアリフト効果が得られる高圧噴射攪拌方法を提供することを課題とする。

上記目的を達成すべく、本発明は以下に示す通りである。
（１）圧縮空気を伴った高圧噴射撹拌工法において、改良体造成時にロッド先端から第１圧縮空気を鉛直下方に噴射し、当該第１圧縮空気により、前記ロッドの周囲に形成された排泥排出クリアランスを介して生成した排泥を地表面に排出することを特徴とする、高圧噴射攪拌方法。
（２）前記ロッド先端から、前記第１圧縮空気とともに流動化剤を同時に噴射することを特徴とする、（１）に記載の高圧噴射攪拌方法。
（３）前記第１圧縮空気の噴射圧が０．７〜１．５ＭＰａ、噴射空気量が２〜１２Ｎｍ^３であることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の高圧噴射撹拌工法。
（４）前記ロッドから水平方向にセメントミルク及び当該セメントミルクを囲繞する第２圧縮空気を噴射する噴射口を前記第１圧縮空気より防護する、空力削減部材を配設することを特徴とする、（１）〜（３）のいずれか１に記載の高圧噴射攪拌方法。
（５）適用地盤が粘性土であることを特徴とする、（１）〜（４）のいずれか１に記載の高圧噴射撹拌工法。
（６）圧縮空気を伴った高圧噴射撹拌工法に使用するモニターであって、当該モニターからの水平方向にセメントミルク及び当該セメントミルクを囲繞する圧縮空気を噴射する噴射口を、前記モニター先端から鉛直下方に噴射される圧縮空気より防護する、空力削減部材を備えることを特徴とする、高圧噴射撹拌工法のモニター。

なお、本発明における「高圧」とは、例えば２０ＭＰａ以上の圧力を意味するものである。

本発明によれば、圧縮空気の役割を２つに分割し、一方をロッド先端から鉛直下方に噴射させ、他方を従来通りロッドから水平方向に噴射させ、同時に噴射させるセメントミルクを囲繞するようにしている。したがって、水平方向に噴射された圧縮空気（以下、「第２圧縮空気」という場合がある）はセメントミルクとともに従来通り改良体造成に寄与するようになる。

一方、ロッド先端から鉛直下方に噴射された圧縮空気（以下、「第１圧縮空気」という場合がある）は、ロッドの周囲に形成された排泥排出クリアランスを介して、生成した排泥を地表面上に排出するようにしている。このとき、圧縮空気が鉛直下方に噴射されるので、常に排泥排出クリアランスに圧縮空気が十分に供給される。また、セメントミルクと共に改良体外周部分に到達した後にロッド中心部に戻ってくる第２圧縮空気も改良体中に滞留することなく排泥排出路に導かれ、直ちに排泥排出路を伝わって排泥と共に地上に排出されやすい状況となり、エアリフト効果が発揮されやすくなる。

結果として、少ない噴射空気量でも十分なエアリフト効果を確保することができ、小型のコンプレッサでも十分なエアリフト効果を発揮することができる。さらに、改良対象地盤の排泥の粘性が強い場合、及び大深度又は大改良径でも、エアリフトのみで排泥排出が滞ることがなく、改良域の内圧が上昇に伴う切削能力の減少も防止することができる。

このように、本発明によれば、排泥排出促進のためにより小容量のコンプレッサで済み、改良体から地上に空気が逸走しにくい、効果的なエアリフト効果が得られる高圧噴射攪拌方法を提供することができる。

本発明の高圧噴射攪拌方法を説明するための概略構成図である。本発明の高圧噴射攪拌方法を実施するための高圧噴射攪拌装置の概略構成図である。本発明の高圧噴射攪拌方法を実施するための高圧噴射攪拌装置の概略構成図である。本発明の高圧噴射攪拌方法の変形例を説明するための概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の高圧噴射攪拌方法を説明するための概略構成図である。高圧噴射撹拌工法の施工段階としては、地盤を切削した後の、改良体造成時（ロッド引き上げ時）の状況である。

なお、図１においては、本発明の特徴を明確に説明すべく、切削ピット等の切削部及び圧縮空気等を送付するためのスイベル等以前の構成については記載を省略している。

図１に示すように、本実施形態の高圧噴射攪拌工法において使用するロッド１０は三重管となっており、ロッド本体１１の先端にはモニター１２が接続されている。ロッド１０（すなわちロッド本体１１及びモニター１２）は、内管、中管及び外管（図示せず）を有しており、内管内にはセメントミルクが流通し、中管及び外管には圧縮空気が流通するようになっている。中管及び外管は、それぞれ以下に説明する第１圧縮空気及び第２圧縮空気が流通するようにしてもよいし、その逆であってもよい。

上述のように、図１は、ロッド１０によって地盤を切削した後の、改良体造成時（ロッド引き上げ時）の状況であるので、ロッド１０の周囲には排泥排出クリアランス１５が形成されている。

本実施形態においては、圧縮空気を２つに分割し、一方の第１圧縮空気をロッド１０（モニター１２）の先端１２Ａから図中矢印Ｐで示すように鉛直下方に噴射させている。したがって、第１圧縮空気は、図中矢印Ｐで示すように、噴射後、ロッド１０の周囲に形成された排泥排出クリアランス１５を介して地表に向けて上昇するようになる。

このとき、常に排泥排出クリアランス１５に第１圧縮空気が十分に供給されるために、セメントミルクと共に改良体外周部分に到達した後にロッド中心部に戻ってくる第２圧縮空気も改良体中に滞留することなく排泥排出クリアランス１５に導かれ、直ちに排泥排出クリアランス１５を伝わって、地盤の切削時に生成した改良対象地盤の土と、セメントミルク（セメント系固化材スラリー）の硬化材とが混合された泥状の流体である排泥と共に地上に排出されやすい状況となり、エアリフト効果が発揮されやすくなる。すなわち、図中矢印Ｓで示すように、第１圧縮空気によるエアリフト効果によって地表面に排出されるようになる。

このように、第１圧縮空気が鉛直下方に噴射されるので、排泥排出孔である排泥排出クリアランス１５に十分な圧縮空気が供給され、エアリフト効果が発揮されやすく、少ない噴射空気量でも十分なエアリフト効果を確保することができる。また、小型のコンプレッサでも十分なエアリフト効果を発揮することができる。したがって、改良体から地上に空気が逸走しにくい、効果的なエアリフト効果が得られる高圧噴射攪拌方法を提供することができる。

さらに、改良対象地盤の排泥の粘性が強い場合、及び大深度又は大改良径でも、エアリフトのみで排泥排出が滞ることがなく、改良域の内圧の上昇に伴う切削能力の減少も防止することができる。換言すれば、本実施形態、すなわち本発明は、適用地盤が粘性土の場合により効果を発揮する。

なお、改良体造成に関するセメントミルク及び囲繞圧縮空気である第２圧縮空気は、ロッド１０（モニター１２）の側面に形成された噴射口１２Ｂから、図中矢印Ｒ及びＱで示すように、水平方向に高圧で噴射され、疑似的な空気中噴射により当該改良体の造成に寄与する。

なお、セメントミルクを囲繞して、疑似的な空気中噴射をさせる第２圧縮空気は、その風速が音速の１／２以上が必要であることが知られており、その圧縮空気量も所定量が必要である。しかし圧縮空気量については、圧縮・開放による温度変化及び圧力変化、そしてこの温度変化及び圧力変化に対する単位重量の変動、或いはこれらによる管内圧力損失の変動等を考量する必要がある。

ここで実施工を考えると、第１圧縮空気の噴射圧力は、ロッド１０の先端１２Ａから噴射させる場合、最低でもロッド１０の先端１２Ａのスラリー混合改良泥土の土圧を上回る必要がある。高圧噴射撹拌工法の改良深度を考慮すると、例えばロッド先端深度５０ｍで泥土単位重量１．７ｔｆ／ｍ^３であれば、第１圧縮空気は８５ｔｆ／ｍ^２程度の土圧に打ち勝って噴射しなければならないことから、１．７×５０＝８５ｔｆ／ｍ^２≒０．８〜１．３ＭＰａ程度の圧力は余裕を考えれば必要であると考えられる。

したがって、上記実施工を考慮すると、第１圧縮空気の噴射圧力としては０．７〜１．５ＭＰａが好ましく、１．０〜１．３ＭＰａがより好ましい。また、試験施工の実績より、噴射空気量は２〜１２Ｎｍ^３が好ましく、３〜６Ｎｍ^３がより好ましい。

ここで噴射空気量について付言する。本発明者らが数件の試験施工の実績により排泥排出状況より定めたエアリフト補助のエア量は、ロッド先端の第１圧縮空気の噴射深度において下表の様である（ロッド先端位置でのエア量）。

しかし、実施工、特に大深度においては、空気が圧縮性流体であるために、ロッド先端深度では空気圧送距離も大きくなり、更に地上より圧送された圧縮空気にさらに土被り圧や地下水圧が加わり、圧縮空気がさらに圧縮されてエアリフトのための空気体積が小さくなり、ロッド先端部における排泥排出効果が削減される場合がある。

そのために、高圧スラリー吐出量（改良径）と施工深度によって、地上における噴射空気量は前記要因を考慮して増加させる事が必要である場合が多い。そこで、地上における第１圧縮空気のエア量下限管理値としては、〔表１〕の下限値１Ｎｍ^３／分に割り増しを見込み２Ｎｍ^３／分とし、上限管理値としてはこれまでの大深度改良の施工実績から１２Ｎｍ^３／分とした。

なお、上記のエア量変化の理由としては下記の通りである。すなわち、施工深度の増加により、エアリフト距離も増加し、高圧スラリーの増加により、排泥量も増加するためである。

本実施形態においては、ロッド１０の先端１２Ａから第１圧縮空気とともに、流動化剤を同時に噴射することができる。この場合、排泥の粘性が下がるので、上述した第１圧縮空気、さらには第２圧縮空気によるエアリフト効果が増大し、排泥排出クリアランス１５を介した地表面への排泥の排出をより効果的に行うことができる。

なお、上記流動化剤としては、汎用のものを用いることができ、例えばナフタレンスルホン酸塩系、メラミンスルホン酸塩系、ポリカルボン酸塩系及びアミノスルホン酸塩系等の高性能ＡＥ減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤を用いることができる。

図２及び図３は、本発明の高圧噴射攪拌方法を実施するための高圧噴射攪拌装置の概略構成図である。

図２は、第１圧縮空気及び第２圧縮空気を生成かつ送風するために２系統のコンプレッサ及び流量計を配設した高圧噴射攪拌装置であり、図３は、第１圧縮空気及び第２圧縮空気を生成かつ送風するために１系統のコンプレッサ及び２系統の流量計を配設した高圧噴射攪拌装置である。

図２に示す高圧噴射攪拌装置は、第１圧縮空気の生成及び送風のための第１コンプレッサ２１と、第２圧縮空気の生成及び送風のための第２コンプレッサ２２とを有している。これらのコンプレッサ２１及び２２は、それぞれバルブ２３及び２４を介して第１流量計２５及び第２流量計２６に接続されており、第１圧縮空気及び第２圧縮空気は、これら流量計２５及び２６で圧力及び空気量を測定した後、スイベル１６を介してロッド１０内に送風される。その後は、上述したように、エアリフト効果による排泥の排出及び改良体造成を行う。

図２に示すような装置によれば、第１圧縮空気及び第２圧縮空気をそれぞれ独立系統の設備で制御することができるので、本発明の高圧噴射攪拌工法を簡易に行うことができる。

一方、図３に示す高圧噴射攪拌装置は、単一のコンプレッサ３１と、コンプレッサ３１からの圧縮空気を分岐させ、バルブ３３及び３４を介して第１流量計３５及び第２流量計３６に接続されている。この場合、例えば第１流量計３５で第１圧縮空気を制御し、第２流量計３６で第２圧縮空気を制御する。なお、この場合、コンプレッサは１つであるので、その容量は第１圧縮空気及び第２圧縮空気の噴射圧及び空気量を賄える容量のものとすることが必要である。

図４は、本発明の高圧噴射攪拌方法の変形例を説明するための概略構成図である。図４は、図１に示すロッド１０に対して、ロッド１０から水平方向にセメントミルク及び当該セメントミルクを囲繞する第２圧縮空気を噴射する噴射口１２Ｂを第１圧縮空気より防護する、空力削減部材４１が配設されている点で相違する。

本変形例によれば、空力削減部材４１が、噴射口１２Ｂのカバーとして機能するので、噴射口１２Ｂから噴射されるセメントミルク及び第２圧縮空気の切削エネルギーを減じることがない。したがって、改良体造成と排泥の排出とを効率的かつ効果的に行うことができる。

なお、噴射口１２Ｂをカバーする部材であれば、その形状は特に問わないが、空力削減部材４１とすることにより、第１圧縮空気の圧力により当該部材が破損するのを防止することができる。また、空力削減部材４１は、エアリフト効果に関与する第１圧縮空気がセメントミルクを囲繞する第２圧縮空気に与える影響を防止できるものであれば、その形状は問わない。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ロッド
１１ロッド本体
１２モニター
１２Ａロッド（モニター）の先端
１２Ｂ噴射口
１５排泥排出クリアランス
１６スイベル
２１第１コンプレッサ
２２第２コンプレッサ
２３、２４、３３、３４バルブ
２５、３５第１流量計
２６、３６第２流量計
３１コンプレッサ

Claims

圧縮空気を伴った高圧噴射撹拌工法において、改良体造成時にロッド先端から第１圧縮空気を鉛直下方に噴射し、当該第１圧縮空気により、前記ロッドの周囲に形成された排泥排出クリアランスを介して生成した排泥を地表面に排出することを特徴とする、高圧噴射攪拌方法。
前記ロッド先端から、前記第１圧縮空気とともに流動化剤を同時に噴射することを特徴とする、請求項１に記載の高圧噴射攪拌方法。
前記第１圧縮空気の噴射圧が０．７〜１．５ＭＰａ、噴射空気量が２〜１２Ｎｍ^３であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高圧噴射撹拌工法。
前記ロッドから水平方向にセメントミルク及び当該セメントミルクを囲繞する第２圧縮空気を噴射する噴射口を前記第１圧縮空気より防護する、空力削減部材を配設することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧噴射攪拌方法。
適用地盤が粘性土であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧噴射撹拌工法。
圧縮空気を伴った高圧噴射撹拌工法に使用するロッドであって、当該ロッドからの水平方向にセメントミルク及び当該セメントミルクを囲繞する圧縮空気を噴射する噴射口を、前記ロッド先端から鉛直下方に噴射される圧縮空気より防護する、空力削減部材を備えることを特徴とする、高圧噴射撹拌工法のロッド。