JP2923758B2 - 高圧噴射攪拌工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、地盤改良工法に
係り、より詳しくは地盤中にグラウトを高圧噴射させて
改良柱を造成する高圧噴射攪拌工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】 ジェットグラウト工法（ジェットグラ
ウトは登録商標）とも呼ばれている高圧噴射攪拌工法と
しては、大きく分けて、二重管から成る注入ロッドを地
盤中に回転、上昇または下降させながら、注入ロッドの
先端部側壁に設けた二重ノズルから空気を伴った硬化剤
（グラウト）を高圧噴射させて地盤を切削し、同時に円
柱状の改良体を造成する二重管方式の工法（例えば、特
公昭５６−４４２０６号公報参照）、および三重管から
成る注入ロッドを地盤中に回転、下降させて、その先端
部側壁に設けた二重ノズルから空気を伴った超高圧水を
噴射させてプレカッティングを行い、所定深度までプレ
カッティングした後、前記二重ノズルからの空気と超高
圧水の噴射を継続して、該二重ノズルより先端側に設け
たノズルからグラウトを高圧噴射させながら、注入ロッ
ドを回転、上昇させて、改良柱を造成する三重管方式の
工法（例えば、特公昭５８−２７３６４号公報参照）が
ある。

【０００３】 そして、上記二重管方式の高圧噴射攪拌
工法によれば、空気の噴流がグラウトの射程を延ばすの
で、直径の大きな改良体を造成できる利点があるもの
の、地盤を切削（破壊）する能力が小さいため、軟弱粘
性土や弛い砂質層など、対象地盤に制限を受けるものと
なっている。これに対して、三重管方式の高圧噴射攪拌
工法によれば、噴射エネルギーの大きい超高圧水の併用
で切削攪拌能力が増大するため、砂礫、土丹、硬い砂質
層などを対象に直径の大きな改良体を効率的に造成で
き、近年、その利用が拡大しつつある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記
三重管方式の高圧噴射攪拌工法によれば、超高圧水、圧
縮空気、高圧グラウトを同時噴射しなければならないた
め、設備が大掛かりになるという問題がある。また、別
々のノズルから噴射するとはいえ、それほど離れていな
い位置から水とグラウトとを同時噴射するため、グラウ
トが水で希釈されて誘導排出され易い状態となり、空気
噴射によるエアリフト効果と相まってスライムの排出量
が増大し、造成単位体積当たりのグラウト消費量が増加
してコスト負担が増大し、しかも排出スライムがグラウ
トを多量に含むこととなってその後処理がきわめて面倒
になるという問題もある。

【０００５】さらに、対象地盤によっては、注入ロッド
の先端に削孔ビットを取付け、機械的に削孔しながら計
画改良域まで注入ロッドを貫入しなければならないが、
三重管構造の注入ロッドは、二重管構造の注入ロッドに
比べて強度的に弱いため、そのような削孔方式の採用は
困難で、実際上は、事前に専用の削孔機による削孔工程
が必要となり、施工能率の低下やコスト負担の増大が避
けられないという問題もある。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、その課題の一つは、三重管方式と同等以上
の切削攪拌能力を確保しつつ、設備の小規模化を図り、
併せて排出スライム中のグラウト量を大幅に低減してそ
の後処理を容易にすることである。また、本発明の他の
課題は、計画改良域までの効率の良い削孔を可能にし、
もって事前削孔を不要にして、施工能率の向上と施工コ
ストの低減とを図ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、第１および第２の流路を
内部に有するロッド本体に、側壁に前記第１および第２
の流路にそれぞれ連通する噴射孔を内・外に重合させた
二重ノズルを設けた注入ヘッドを接続して成る注入ロッ
ドを用意し、この注入ロッドの注入ヘッドを計画改良域
上限まで貫入させた後、前記第１の流路に超高圧水を、
前記第２の流路に圧縮空気をそれぞれ供給して、前記二
重ノズルから水と空気との混合流体を高圧噴射させなが
ら、注入ロッドを回転、下降させて地盤を切削攪拌し、
注入ヘッドが計画改良域下限まで到達したら、前記第１
の流路に供給する超高圧水を高圧のグラウトに切替える
と共に、前記第２の流路に供給する空気を調整して、前
記二重ノズルからグラウトと空気との混合流体またはグ
ラウトのみを高圧噴射させながら、注入ロッドを回転、
上昇させて計画改良域に改良柱を造成するようにしたこ
とを特徴とする。

【０００８】 このように構成した高圧噴射攪拌工法に
おいては、噴射エネルギーの大きい超高圧水と圧縮空気
との混合流体を噴射して地盤を高能率に切削攪拌（プレ
カッティング）することができ、その後、超高圧水をグ
ラウトに切替えてプレカッティングした地盤内にグラウ
トを噴射することで、グラウトを効率よく地盤内に注入
することができることはもちろん、グラウトの誘導排出
を抑制することができる。また、超高圧水とグラウトと
の切替えは、１つの高圧ポンプに対する水源とグラウト
源との切替えで対処できるので、その分、設備を小規模
とすることができる。

【０００９】この請求項１に記載の発明において、グラ
ウトに対する空気の混合は、目的に応じて調整し、改良
体の直径を拡大したい場合は、空気を混合してグラウト
の射程を延ばすようにし、強度増大を目的とする場合
は、空気を止めてグラウトのみを噴射させるようにす
る。

【００１０】 ここで、対象地盤によっては、機械的に
削孔しながら計画改良域まで注入ロッドを貫入しなけれ
ばならないが、このような場合には、請求項２に記載の
発明のように、注入ヘッドとして、上記二重ノズル以外
に、先端に削孔ビットを設け、かつ内部にロッド本体内
の第１の流路と削孔ビットとを結ぶ連通路を開閉する差
圧弁と該差圧弁側への泥水の逆流を防ぐ逆止弁とを配設
したものを用いることとし、始めに前記第１の流路に低
圧水を供給し、この低圧水を前記差圧弁および逆止弁を
通じて前記削孔ビットの周りに噴出させながら、前記注
入ロッドを地盤中に回転、下降させて削孔を行い、注入
ヘッドが計画改良域上限まで到達したら、前記第１の流
路に供給する低圧水を超高圧水に切替えて前記差圧弁を
閉じると同時に、ロッド本体内の第２の流路に圧縮空気
を供給し、以降、上記した請求項１に記載の発明と同様
のプレカッティングとグラウト噴射とを連続に行うよう
にする。

【００１１】この請求項２に記載の発明においては、削
孔ビットを低圧水で冷却しながら地盤を切削できるの
で、硬質地盤を対象にしても、工具摩耗を抑えながら確
実に削孔できるようになる。しかも、高圧水への切替え
と同時に差圧弁が自動的に閉じるので、削孔からプレカ
ッティングへの作業移行を連続に行うことができる。

【００１２】 また、この請求項２に記載の発明におい
ては、削孔ビットと差圧弁との間に設けた逆止弁が、差
圧弁側への泥水の逆流を防ぐので、差圧弁の円滑な作動
が保証される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基いて説明する。

【００１４】本発明の実施に際しては、図１および２に
示すように、外管１および内管２を備えた二重管構造の
ロッド本体３とこのロッド本体３の先端に接続された後
述の注入ヘッド４とから成る注入ロッド５を用意する。
そして、この注入ロッド５を、図３に示すように自走式
の施工機械６のリーダ７に装着した回転および昇降ユニ
ット８に支持させ、さらにロッド本体３の上端に二重管
スイベル９を取付けて、この二重管スイベル９に施工プ
ラント１０内の高圧ポンプ１１と空気圧縮機１２とを配
管接続する。本実施の形態において、前記高圧ポンプ１
１はロッド本体３を構成する内管２内の第１の流路ａ
（図２）に接続され、一方、前記空気圧縮機１２は外管
１と内管２との間の環状の第２の流路ｂ（図２）に接続
されるようになっている。

【００１５】施工プラント１０内には、同じく図３に示
すように、水槽１３とセメントサイロ１４に連絡するグ
ラウトミキサー１５とが並列に設置されている。グラウ
トミキサー１５は、セメントサイロ１４から取り入れた
セメントと前記水槽１３から取り入れた水とを混合攪拌
してグラウト（セメントミルク）を造り出す機能を有す
るもので、これには、必要に応じて混和材タンク１６か
ら混和材が供給されるようになっている。しかして、水
槽１３およびグラウトミキサー１５は前記高圧ポンプ１
１に対して切替弁１７を介して配管接続されており、こ
の切替弁１７の作動により、高圧ポンプ１１には水また
はグラウトが選択的に供給されるようになる。高圧ポン
プ１１は、２〜５ＭＰa （約20〜50kgf/cm² ）程度の低
圧水から３５〜４５ＭＰa （約 350〜450kgf/cm²）程度
の超高圧水までを得ることができる機能に加え、３５〜
４５ＭＰa 程度の高圧グラウトを得る機能を有してお
り、注入ロッド５内の第１の流路ａには、これら低圧
水、超高圧水および高圧グラウトの何れかが選択的に供
給されるようになる。なお、１８は、施工プラント１０
の動力源としての発電機である。

【００１６】 ここで、注入ヘッド４は、図２に良く示
されるように、側面に複数の二重ノズル２０を設けた上
ヘッド部分２１と先端に削孔ビット２２を設けた下ヘッ
ド部分２３とから概略構成されている。上ヘッド部分２
１は、外筒２４と内筒２５４とを備えた二重構造となっ
ており、外筒２４と内筒２５との間には環状通路ｃが形
成されている。外筒２４および内筒２５の下側部分は相
互に密に嵌合されており、前記環状通路ｃは、この嵌合
部分で底が閉じられた状態となっている。外筒２４に
は、上記二重ノズル２０を構成する第１のノズル単体２
６が、内筒２５には、同じく二重ノズル２０を構成する
第２のノズル単体２７がそれぞれ螺合固定されている。
第２のノズル単体２７は、前記環状通路ｃを横断して延
ばされると共に、その先端部を前記第１のノズル単体２
６に挿入させている。第１のノズル単体２６と第２のノ
ズル単体２７との間には所定の大きさの隙が確保されて
おり、したがって二重ノズル２０は、心部に内筒２５内
の通路ｄに通じる噴射孔を、その周りに前記環状通路ｃ
に通じる噴射孔をそれぞれ独立に配した構造となってい
る。

【００１７】上ヘッド部分２１は、その外筒２４をロッ
ド本体３の外管１に螺合させることにより該ロッド本体
３に連結され、この連結状態で、その内筒２５の上端部
にロッド本体３の内筒２がシール部材２８を介して液密
に嵌合されるようになっている。したがって、ロッド本
体３内の第１の流路ａは、内筒２５内の通路ｄを経て二
重ノズル２０の心部側の噴射孔に、ロッド本体３内の第
２の流路ｂは、前記環状通路ｃを経て二重ノズル２０の
外側の噴射孔にそれぞれ連通するものとなっている。

【００１８】上ヘッド部分２１はまた、その外筒２４を
下ヘッド部分２３の本体２９に螺合させることにより該
下ヘッド部分２３に連結され、この連結状態で、その内
筒２５が下ヘッド部分２３の本体２９の上端にシール部
材３０を介して液密に突合されるようになっている。下
ヘッド部分２３の本体２９は、その下端部に前記削孔ビ
ット２２のシャンク部２２ａを螺合させるテーパ状ねじ
穴３１を有すると共に、その内部に該ねじ穴３１と上記
内筒２５内の通路ｄとを連通する段付きの連通孔（連通
路）３２を有している。そして、この連通孔３２の上部
側、すなわち上ヘッド部分２１との連結側部分には差圧
弁３３が配置されている。

【００１９】上記差圧弁３３は、本体２９に嵌合固定さ
れ底部に貫通孔３４を設けた有底筒状の弁箱３５と、こ
の弁箱３５の軸線上を延ばされ下端部に螺合したナット
３６により弁箱３５からその上方への抜けを規制された
弁ロッド３７と、この弁ロッド３７の上端に一体に設け
られ弁箱３５の口縁（弁座）に離着座可能な弁体３８
と、弁箱３５内に配置され弁体３８を常時は前記弁座か
ら離間する方向へ付勢する弁ばね３９とを備えている。
弁ばね３９のセット荷重は、ロッド本体３内の第１の流
路ａに供給される低圧水の圧力（数ＭＰa ）より大き
く、同流路ａに供給される超高圧水または高圧グラウト
の圧力（例えば数十ＭＰa ）より小さく設定されてい
る。したがって、ロッド本体３内の第１の流路ａに低圧
水が供給されている場合は、前記弁体３８は弁箱３５の
弁座から離間する状態を維持し、その低圧水は、弁箱３
５内およびその底の貫通孔３４を経て連通路３２内を削
孔ビット２２側へ送られ、一方、第１の流路ａに超高圧
水または高圧グラウトが供給された場合は、弁体３８が
弁ばね３９のばね力に抗して弁箱３５の弁座に着座して
連通孔３２を閉じ、前記した超高圧水または高圧グラウ
トは二重ノズル２０側へ送られるようになる。

【００２０】下ヘッド部分２３内の連通孔３２にはま
た、削孔ビット２２側に位置して逆止弁４０が配置され
ている。逆止弁４０は、連通孔３２の途中に設けたシー
ト部４１に離着座可能な半球状の弁体４２と、連通孔３
２の削孔ビット２２側開口端に装着したストッパ板４３
に一端が係止され前記弁体４２を常時はシート部４１に
着座する方向へ付勢する弁ばね４４とを備えている。こ
の弁ばね４４のセット荷重は、上記差圧弁３３の弁ばね
３９に比べてはるかに小さい荷重に設定されており、弁
体４２は上記した低圧水の圧力でも容易に開くようにな
っている。なお、前記削孔ビット２２には、前記連通孔
３２に連通する通水孔２２ｂが形成されている。

【００２１】施工に際しては、上記したロッド本体３と
注入ヘッド４とから成る注入ロッド５を、前出図３に示
した態様で施工機械６の回転および昇降ユニット８に支
持させ、かつ注入ロッド１の上端を二重管スイベル９を
介して施工プラント１０内の高圧ポンプ１１と空気圧縮
機１２とに接続する。そして、この準備完了後、高圧ポ
ンプ１１の設定圧を調整して、注入ロッド５内の第１の
流路ａに数ＭＰa の低圧水を供給し、図４に示すよう
に、この低圧水を注入ヘッド４内の差圧弁３３を通じて
削孔ビッド２２の通水孔２２ｂから噴出させながら、前
記回転および昇降ユニット８を作動させて、注入ロッド
５を地盤５０中に回転、下降させる。これにより、地盤
５０は削孔ビット２２により機械的に削孔され、地盤５
０中には削孔ビット２２とほぼ同径の孔５１が形成され
る（図１参照）。

【００２２】上記した削孔による孔５１の形成が、図４
に示すように計画改良域上限Ｄ_Uまで到達した時点
で、高圧ポンプ１１の設定圧を調整して、前記第１の流
路ａに供給する低圧水を超高圧水に切替え、これと同時
に空気圧縮機１２から注入ロッド５内の第２の流路ｂに
圧縮空気を供給する。第１の流路ａへの超高圧水の供給
により、差圧弁３３の弁体３８が連通孔３２を閉じ、こ
の結果、注入ヘッド４の二重ノズル２０からは空気を伴
った超高圧水（混合流体）が噴射され、噴射エネルギー
の大きい混合流体により地盤５０内が強力に切削攪拌さ
れる。このようにして地盤内には大径の切削攪拌層５２
が形成され、この切削攪拌層５２は、注入ロッド５の回
転、下降に応じて次第に下方へ拡大する。なお、この時
発生した切削スライムの一部は、前記した削孔の孔５１
を通じて地上のスライムピット５３（図１）へ排出さ
れ、さらに図示を略す排泥手段により排泥池へと送泥さ
れる。また、切削土砂の一部は、削孔ビット２２の通水
孔２２ｂを通じて注入ヘッド４内の連通孔３２に逆流し
ようとするが、この逆流は逆止弁４０により防止され
る。

【００２３】そして、上記した切削攪拌による切削攪拌
層５２の形成が、図４に示すように、計画改良域下限
Ｄ_L まで到達したら、施工プラント１０内の切替弁１７
をグラウトミキサー１５側に切替えて、注入ロッド５内
の第１の流路ａに高圧のグラウトを供給し、注入ロッド
５内の第２の流路ｂへの圧縮空気の供給を継続しなが
ら、同図に示すように注入ロッド５を回転、上昇させ
る。これにより、注入ヘッド４の二重ノズル２０からは
空気を伴った高圧グラウト（混合流体）が噴射され、グ
ラウトが切削攪拌層５２内に注入されて、グラウト注入
層５４が形成される。この時、グラウト注入層５４上の
切削攪拌層５２内の余剰スライムは、グラウトの圧力と
エアリフト効果により孔５１を通じてスライムピット５
３へ排出されるが、この段階では水の噴射は停止されて
いるので、グラウトの誘導排出は著しく抑制され、余剰
スライム中のグラウト量は最小限に抑えられる。

【００２４】上記した空気を伴った高圧グラウトの噴射
は、注入ロッド５の回転、上昇に応じて次第に上方へ拡
大し、速硬性のグラウトを使用した場合は、図４に示
すように、注入ヘッド４が計画改良域上限Ｄ_U まで達す
る前段階からグラウト注入層５４が部分的に固化し、硬
質の改良柱５５の成長が始まる。このようにして、計画
改良域上限Ｄ_U までのグラウトの注入を終えたら、注入
ロッド５へのグラウトおよび圧縮空気の供給を停止し、
施工機械６の回転および昇降ユニット８を大きく上動さ
せて、同図に示すように注入ロッド５を地盤５０から
引抜き、これにて、計画改良域への１つの改良柱５５の
造成は完了する。

【００２５】

【発明の効果】 以上、説明したように、請求項１に記
載の高圧噴射攪拌工法によれば、二重管方式を採用して
いるにもかかわらず、三重管方式と同等以上の切削攪拌
能力を確保して大径の改良柱を高能率に造成できる。ま
た、超高圧水と高圧グラウトとを切替えて用いるので、
１つの高圧ポンプを共用することができ、設備の小規模
化を図ることができる。さらに、高圧グラウトを水と一
緒に噴射することがないので、グラウトの誘導排出が抑
制され、排出スライム中のグラウト量を大幅に低減する
ことできて、その後処理が容易になる。また、請求項２
に記載の高圧噴射攪拌工法によれば、上記効果に加え
て、注入ロッドの先端の削孔ビットにより計画改良域ま
で高能率に削孔できるので、事前削孔が不要になり、施
工能率の向上と施工コストの低減とを達成できる。ま
た、この削孔中は、差圧弁を通して冷却水が削孔ビット
に供給されるので、硬質地盤を対象に確実に削孔できる
ばかりか、削孔ビットの寿命が延長する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る高圧噴射攪拌工法を実施してい
る際の途中段階を模式的に示す断面図である。

【図２】本発明の工法で用いる注入ロッドを構成する注
入ヘッドの構造を示す断面図である。

【図３】本発明の工法を実施するためのシステムの全体
を示す模式図である。

【図４】本発明の工法の実施過程を行程順に示す模式図
である。

【符号の説明】

１ 外管 ２ 内管 ３ ロッド本体 ４ 注入ヘッド ５ 注入ロッド ６ 施工機械 ９ 二重管スイベル １０ 施工プラント １１ 高圧ポンプ １２ 空気圧縮機 １７ 切替弁 ２０ 二重ノズル ２２ 削孔ビット ３２ 連通孔（連通路） ３３ 差圧弁 ４０ 逆止弁 ５１ 孔 ５２ 切削攪拌層 ５４ グラウト注入層 ５５ 改良柱 ａ 第１の流路 ｂ 第２の流路

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02D 3/12 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１および第２の流路を内部に有するロ
   ッド本体に、側壁に前記第１および第２の流路にそれぞ
   れ連通する噴射孔を内・外に重合させた二重ノズルを設
   けた注入ヘッドを接続して成る注入ロッドを用意し、こ
   の注入ロッドの注入ヘッドを計画改良域上限まで貫入さ
   せた後、前記第１の流路に超高圧水を、前記第２の流路
   に圧縮空気をそれぞれ供給して、前記二重ノズルから水
   と空気との混合流体を高圧噴射させながら、注入ロッド
   を回転、下降させて地盤を切削攪拌し、注入ヘッドが計
   画改良域下限まで到達したら、前記第１の流路に供給す
   る超高圧水を高圧のグラウトに切替えると共に、前記第
   ２の流路に供給する空気を調整して、前記二重ノズルか
   らグラウトと空気との混合流体またはグラウトのみを高
   圧噴射させながら、注入ロッドを回転、上昇させて計画
   改良域に改良柱を造成することを特徴とする高圧噴射攪
   拌工法。
2. 【請求項２】 第１および第２の流路を内部に有するロ
   ッド本体に、側壁に前記第１および第２の流路にそれぞ
   れ連通する噴射孔を内・外に重合させた二重ノズルを設
   けると共に、先端に削孔ビットを設け、かつ内部に前記
   第１の流路と前記削孔ビットとを結ぶ連通路を開閉する
   差圧弁と該差圧弁側への泥水の逆流を防ぐ逆止弁とを配
   設した注入ヘッドを接続して成る注入ロッドを用意し、
   始めに前記第１の流路に低圧水を供給し、この低圧水を
   前記差圧弁を通じて前記削孔ビッドの周りに噴出させな
   がら、前記注入ロッドを地盤中に回転、下降させて削孔
   を行い、注入ヘッドが計画改良域上限まで到達したら、
   前記第１の流路に供給する低圧水を超高圧水に切替えて
   前記差圧弁を閉じると同時に、前記第２の流路に圧縮空
   気を供給し、前記二重ノズルから水と空気との混合流体
   を高圧噴射させて地盤を切削攪拌し、注入ヘッドが計画
   改良域下限まで到達したら、前記第１の流路に供給する
   超高圧水を高圧のグラウトに切替えると共に、前記第２
   の流路に供給する空気を調整して、前記二重ノズルから
   グラウトと空気との混合流体またはグラウトのみを高圧
   噴射させながら、注入ロッドを回転、上昇させて計画改
   良域に改良柱を造成することを特徴とする高圧噴射攪拌
   工法。