JP3108916B2

JP3108916B2 - 地盤改良工法

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Publication number: JP3108916B2
Application number: JP09159083A
Authority: JP
Inventors: 裕治金子
Original assignee: 裕治金子
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 2000-11-13
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JPH116142A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、止水壁、地下連続
壁、基礎地盤の安定工事等において、地中に基礎構造体
を造成するための地盤改良工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の地盤改良工法としては、従来よ
り例えば本出願人の提案に係るもので、特開平６−１８
５０４７号公報に開示されたもの（以下「従来例１」と
いう）が知られている。図４はそのジェットグラウト式
地盤改良装置の概要図である。この地盤改良装置Ｍは、
ボーリングマシン１と、硬化材超高圧ポンプ２と、超高
圧水ポンプ３と、高圧エアー供給装置４と、ボーリング
マシン１に支持された三重管からなる噴射管５とを備え
る。この噴射管５の上端部には硬化材超高圧ポンプ２、
超高圧水ポンプ３及び高圧エアー供給装置４と噴射管５
とを接続するスイベル６が接続され、下端部には噴射機
構７が接続される。なお、図４中の符号１４はサンドポ
ンプ、１５はセメントミルク等の硬化材Ｇを混練する混
練機、１６は貯水層、１７は縦孔１０を介して排出され
る泥醤Ｈを取り除くバキュームカーを示す。以下、この
従来装置による地盤改良工法について説明する。

【０００３】先ず、噴射管５を地表から地中の目標深さ
まで縦孔１０をあけながら挿入し、噴射管５の上部に組
み付けたスイベル６から水ＷとエアーＡと硬化材Ｇとを
高圧で注入し、噴射管５の下部に組み付けた噴射機構７
の上段噴射ノズルから高圧水ｗとエアーＡを、下段噴射
ノズル７ｃから硬化材Ｇを、それぞれ連続的に噴射さ
せ、上記噴射管５を旋回駆動しながら引上げることによ
り、噴射機構７の上段噴射ノズルから連続的に噴射する
高圧水ＷとエアーＡとの旋回噴流でその周囲の地盤を切
削するとともに、下段噴射ノズル７ｃから連続的に噴射
する硬化材Ｇで切削泥を撹拌・混練してその切削域１１
ａに地中パイルＰを形成し、この地中パイルＰを硬化さ
せることにより基礎構造体１１を造成する。

【０００４】上記従来技術においては、高圧水と硬化材
との各旋回噴流でその周囲の地盤を切削する構成である
から、縦孔１０を介して排出される泥醤Ｈは、水と硬化
材と切削泥との混練物であり、水を再生して循環使用す
ることができないため、排泥処理費用が高くつくのみな
らず、産業廃棄物が多くなるという問題がある。

【０００５】ちなみに、改良すべき地山の地下水位にお
ける内容物は、半径１ｍ、深さ１ｍを地山の改良単位
（体積は３.１４ｍ³ ）とすれば、概略下表の通りであ
る。

【表１】上記従来例１によれば、上記単位の地山改良に２０分を
要し、それぞれ単位時間当たりの噴射量を９０リットルと想
定すれば、必要な水は１.８ｍ³ 、硬化材は１.８ｍ³ と
なり、これらの水と硬化材が地山３.１４ｍ³ に相当す
る切削泥と混練され、その結果３.６ｍ³ の余剰物が地
表に排泥として排出されることとなる。

【０００６】そこで地表に排出される排泥量を減らすた
めの工法として、従来より例えば総合土木研究所発行の
刊行物「安定液掘削工法（第３６頁右欄〜第３７頁左
欄）」（以下「従来例２」という）が知られている。こ
の従来例２は、切削用の泥水を再生処理して循環使用す
る工法であり、切削時に切削泥及び地下水が泥水に混入
し、泥水の機能が低下するため、劣化した泥水を分散剤
あるいはその他の調整剤などの添加による化学的処理
し、あるいは混入した土砂や砂礫を除去するためのスク
リーン、サイクロンなどの機械的処理あるいは沈殿池な
どによる土木的処理などによって泥水を再生し、循環使
用する工法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来例２
の工法では、泥水による地盤の切削工程と硬化材の打設
工程とを分離せざるを得ない。なぜなら、地表に排泥と
して排出される泥醤中にセメントミルク等の硬化材が混
入した状態では、上記泥水を分離再生することが困難に
なるからである。従って、先に泥水による旋回噴流でそ
の周囲の地盤を切削する。その際に地上に排出された泥
醤から泥水を再生して循環使用する。そして地盤切削後
に切削域内の泥醤を生コン等の硬化材に置換することと
なる。

【０００８】この従来例２によれば、泥水を再生して循
環使用するので、泥水の消費量を減らすことができるも
のの、生コン等の硬化材に置換される泥醤がそのまま排
泥になる。つまり、単位地山当たりの必要な硬化材は
３.１４ｍ³ で、それと置換される３.１４ｍ³ の泥醤が
地表に排泥として排出される。このため排泥処理費用が
高くつき、産業廃棄物が多くなるうえ、泥醤を硬化材に
置換するのに時間を要するという問題が残る。

【０００９】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、泥水を用いて地盤を切削しつつ、切削泥と硬
化材と混練して地盤改良をする場合に、地上に排出され
る泥醤から泥水を分離再生して循環使用できるように
し、かつ、泥水による切削工程と硬化材の打設工程とを
並行して行うことにより地中パイルの造成能率を高め、
排泥処理費用を低減し、産業廃棄物として廃棄処分する
こととなる泥水や砂礫を一層少なくすることを技術課題
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のように構成される。本発明は、噴射
管５の上部に組み付けたスイベル６から泥水Ｗとエアー
Ａと硬化材Ｇとを高圧で注入し、噴射管５の下部に組み
付けた噴射機構７の上段噴射ノズル７ａから泥水Ｗを、
その周囲のエアーノズル７ｂからエアーＡを、上記噴射
機構７の下段噴射ノズル７ｃから硬化材Ｇを、それぞれ
連続的に噴射させ、上記噴射管５を旋回駆動しながら引
上げることにより、噴射機構７の上段噴射ノズル７ａか
ら連続的に噴射する泥水ＷとエアーＡの旋回噴流でその
周囲の地盤を切削するとともに、下段噴射ノズル７ｃか
ら連続的に噴射する硬化材Ｇで切削泥を撹拌・混練して
その切削域１１ａに地中パイルＰを造成し、この地中パ
イルＰを硬化させることにより基礎構造体１１を造成す
る地盤改良工法において、地表に排出された泥醤Ｈから
泥水Ｗを再生して循環使用するにあたり、上記泥醤Ｈか
らセメント粒子以上の粒子を除去するとともに、ＣＭＣ
添加剤を添加することにより当該泥醤Ｈを規定の比重と
粘性の泥水Ｗに再生し、上記再生した泥水Ｗよりも大き
い比重に設定した硬化材Ｇを用いるとともに、前記噴射
機構７の上段噴射ノズル７ａ・７ｂと下段噴射ノズル７
ｃとの間に傾斜仕切板８を介在させることにより、硬化
材Ｇと泥醤Ｈとの混練を回避する、ことを特徴とする地
盤改良工法である。

【００１１】

【発明の作用】噴射機構７の上段噴射ノズル７ａより規
定の比重と粘性を有する泥水Ｗを超高圧で噴射させて周
囲の地盤を切削すると、その切削泥と泥水Ｗとが撹拌さ
れて比重が高くなるとともに流動性が低下し、粒子径の
大きい砂、砂礫などの大部分が沈降する。そして噴射機
構７の下段噴射ノズル７ｃより超高圧で噴射される比重
の大きい硬化材Ｇと沈降した上記砂や砂礫が撹拌・混練
されて切削域１１ａに地中パイルＰが造成される。

【００１２】ここで、地表に排出された泥醤Ｈからセメ
ント粒子（０.０２ｍｍ）以上の切削泥粒子を除去する
ことにより、その泥醤Ｈは規定の比重に戻る。一方、切
削泥中のセメント粒子未満のシルトや自然粘土は当該泥
醤Ｈ中に残存するが、この泥醤Ｈは地下水で薄められ粘
性が低下しているので、これにＣＭＣ添加剤を添加する
ことにより規定の粘性の泥水Ｗに再生する。また、規定
の泥水Ｗよりも大きい比重の硬化材Ｇを用いて切削泥醤
Ｈと硬化材Ｇとの比重差を利用して切削泥醤Ｈと硬化材
Ｇとを隔離する。ここで本発明では、噴射機構７の上段
噴射ノズル７ａ・７ｂと下段噴射ノズル７ｃとの間に傾
斜仕切板８を介在させることにより、硬化材Ｇと泥醤Ｈ
との混練を回避する。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。（イ）切削泥醤Ｈと硬化材Ｇとの比重差を利用して両者
を隔離するとともに、本発明では、噴射機構７の上段噴
射ノズル７ａ・７ｂと下段噴射ノズル７ｃとの間に傾斜
仕切板８を介在させることにより、硬化材Ｇと泥醤Ｈと
の混練を回避できるので、地表に排出された泥醤から泥
水を分離再生して循環使用できる。（ロ）泥水による地盤の切削工程と硬化材による地中パ
イルの造成工程とを並行して行えるので地中パイルの造
成能率が高まる。（ハ）切削泥醤Ｈに含まれる粒子径の大きい砂、砂礫な
どの大部分が沈降して硬化材Ｇと撹拌・混練されて地中
パイルの造成に利用されるので、地表に排泥として排出
される砂礫や泥水を極力少なくすることができ、その結
果排泥処理費用を低減し、産業廃棄物も少なくすること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基
づいてさらに詳しく説明する。図１は本発明に係る地盤
改良工法を示す工程図、図２は図１中の切削・パイル造
成工程（ｃ）の取り出し図、図３は本地盤改良工法で用
いられる噴射機構の縦断面図である。本工法に用いられ
る地盤改良装置は、図４に示した従来例１と部分的に共
通する構成を備えるが、泥水による地盤切削工程におい
て地上に排出された泥醤から泥水を分離再生して循環使
用する点と、上記切削工程と硬化材による地中パイルの
造成工程とを並行して行う点が従来例１と異なる。

【００１５】即ち、この地盤改良装置Ｍは、ボーリング
マシン１と、噴射管５と、いずれも図示しない超高圧硬
化材供給装置及び高圧エアー供給装置と、サンドポンプ
１４と、泥水再生装置２０と、超高圧泥水供給装置３と
を備える。上記泥水再生装置２０は、図２に示すよう
に、泥水タンク２１と、サイクロン付きマッドスクリー
ン２２と、砂礫等回収タンク２３と、泥水タンク２１の
下流に二連配置された２段ミキサー２５・２７とから構
成されている。

【００１６】上記噴射管５の下端部には図３に示す噴射
機構７が接続され、この噴射機構７には上段噴射ノズル
７ａと下段噴射ノズル７ｃとが開口形成され、これらの
間には両者を実質的に離間させて硬化材Ｇと泥醤Ｈとの
混練を回避する傾斜仕切板８が固設されている。そして
上段噴射ノズル７ａの周囲にはエアーノズル７ｂがあけ
られており、このエアーノズル７ｂは上段噴射ノズル７
ａから噴射する泥水Ｗの噴流を高圧エアーでガイドさせ
るためのもので、これにより泥水Ｗの噴射力が強まり、
地盤の切削力が一段と強化される。また、高圧エアーＡ
のエアーリフト効果により切削泥醤Ｈは縦孔１０を介し
て地上へ容易に排出される。

【００１７】図１は本発明の実施形態に係る地盤改良工
法を示す工程図であり、同図（ａ）は先導管穿孔工程、
同図（ｂ）は噴射管の建込み工程、同図（ｃ）は切削・
パイル造成工程、同図（ｄ）は噴射管引抜・穴埋め工程
を示す。以下、本発明に係る基礎構造体の造成手順を図
１（ａ）〜（ｄ）に基づき説明する。

【００１８】ａ．先導管穿孔工程《図１（ａ）参照》本工程では、地上にボーリングマシン１を設置し、先導
管１２の上端部にスイベル６Ａを接続し、下端部にウイ
ングビット２９を有する噴射機構７Ａを接続する。そし
て切削予定域の中央に先導管１２を垂直に立て、上記ス
イベル６Ａより泥水Ｗを注入し、噴射機構７Ａから泥水
Ｗを下向きに吐出させ、ボーリングマシン１を作動させ
て先導管１２を旋回駆動させながら下降させて、ウイン
グビット２９で先導管１２を地中の目標深さまで挿入し
て縦孔１０を形成する。その際に泥水Ｗと切削泥との混
合物である泥醤Ｈは、サンドポンプ１４で前記再生装置
２０に圧送し、規定の比重と粘土の泥水Ｗに再生して循
環使用する。

【００１９】ｂ．噴射管の建込み工程《図１（ｂ）参
照》本工程では、先導管１２を引き抜き、これに代えて噴射
管５を上記縦孔１０内に建て込む。上記噴射管５の下端
部には図３に示す噴射機構７を、上端部にはスイベル６
をそれぞれ接続する。そしてスイベル６の硬化材入口６
ａに図示しない超高圧の硬化材供給装置を、泥水入口６
ｂに超高圧泥水供給装置３を、エアー入口６ｃに図示し
ない高圧エアー供給装置をそれぞれ接続する。

【００２０】ｃ．切削・パイル造成工程《図１（ｃ）参
照》本工程では、前記噴射機構７の上段噴射ノズル７ａから
循環泥水Ｗと高圧エアーＡとを管半径方向へ連続的に噴
射させて噴射テストを行いつつ、ボーリングマシン１を
作動させて、噴射管５を旋回・昇降駆動する。なお、噴
射機構７の下段噴射ノズル７ｃが泥醤Ｈの逆流で閉塞さ
れないように、この下段噴射ノズル７ｃより少量の硬化
材Ｇを吐出させておく。なお、この場合の循環泥水Ｗと
してはシルト粘土の泥水を用いる。

【００２１】ちなみに、噴射テスト時の泥水Ｗの噴射圧
力は200kg/cm²〜400kg/cm²で吐出量は100l/min〜300l/m
in、エアーＡの噴射圧力は6kg/cm²〜11kg/cm²で吐出量
は1m³/min〜5m³/minに設定され、縦孔１０よりスムース
に泥醤Ｈが排出されているか否かをチェックする。これ
により、噴射テストが順調なら本格的に地盤の切削・地
中パイルの造成へ移行する。

【００２２】即ち、ボーリングマシン１を作動させて、
噴射管５を旋回駆動させながら引き上げるとともに、噴
射機構７の上段噴射ノズル７ａより規定の比重（約１.
０６)と粘性を有する泥水Ｗを、その周囲のエアーノズ
ル７ｂより高圧エアーＡを、それぞれ管半径方向へ連続
的に噴射させ、それらの旋回噴流で周囲の地盤を切削す
る。この切削泥と泥水Ｗとが撹拌されると比重が高くな
り、流動性が低下して粒子径の大きい砂や砂礫などの大
部分が沈降する。そして泥水Ｗと切削泥とが混ざり合っ
た泥醤Ｈは、上記高圧エアーＡのエアーリフト効果によ
り縦孔１０を介して地上へスムースに押し上げられて排
出される。

【００２３】これと並行して下段噴射ノズル７ｃより所
定の圧力と吐出量で泥水Ｗより大きな比重（約１.４２
以上）に設定した硬化材Ｇを管半径方向へ連続的に噴射
させて、上記下降してきた砂や砂礫と硬化材Ｇとを撹拌
・混練してその切削域１１ａに地中パイルＰを造成す
る。即ち、上記泥醤Ｈと硬化材Ｇとの比重差を利用して
両者を隔離するとともに、噴射機構７の上段噴射ノズル
７ａと下段噴射ノズル７ｃとを傾斜仕切り板８で実質的
に離間させることにより、硬化材Ｇと泥醤Ｈとの混練を
回避する。そして地表に排出された泥醤Ｈから以下のよ
うにして泥水Ｗを分離再生し、循環使用する。

【００２４】地上に排出された泥醤Ｈは、先ずサイクロ
ン付きマッドスクリーン２２を介して粒子径０.０７ｍ
ｍ以上の粒子を除去することにより、本来の比重（１.
０６）の泥水Ｗに戻す。切削泥中の粒子径０.０７ｍｍ
未満のシルトや自然粘土は上記泥水Ｗ中に残存したまま
で泥水タンク２１に貯溜する。次いで泥水タンク２１内
の上部の泥水Ｗを水中ポンプ２４で前段のミキサー２５
の上部濾過器２５ａに移す。

【００２５】上部濾過器２５ａの回転速度を３〜１０ｒ
ｐｍの範囲で調節することにより、粒子の大きいものは
沈降させ、セメント粒子（０.０２ｍｍ）以下の細かい
粒子を含んだ上部の泥水Ｗは下部の容器２５ｂに落と
す。次いで下部の容器２５ｂ内の泥水Ｗを別の水中ポン
プ２６で後段のミキサー２７の上部濾過器２７ａに移す
が、この泥水Ｗは地下水で薄められ粘性が低下している
ので、ここで、ＣＭＣ（Carboxy Methyl Cellnlose）添
加剤や粘土を添加することにより、規定の粘性の泥水Ｗ
に再生して循環使用する。

【００２６】一方硬化材Ｇは、規定の泥水Ｗよりも大き
い比重（約１.４２以上）のものを用いる。これは切削
泥醤Ｈと硬化材Ｇとの比重差を利用して両者を隔離する
ことを意図したものである。また、噴射機構７の上段噴
射ノズル７ａと下段噴射ノズル７ｃとを傾斜仕切り板８
で実質的に離間させるのは、硬化材Ｇと泥醤Ｈとの混練
を回避することを意図したものである。上記切削泥醤Ｈ
に含まれる粒子径の大きい砂、砂礫などの大部分は沈降
して硬化材Ｇと撹拌・混練されて地中パイルの造成に利
用される。なお、地中パイルの造成の終期には泥水Ｗと
エアーＡによる地盤の切削を停止し、硬化材Ｇのみを噴
射させて残余の地中パイルの造成を完了する。

【００２７】本地盤改良工法によれば硬化材Ｇと泥醤Ｈ
との混練を回避できるので、地表に排出された泥醤から
泥水を分離再生して循環使用できる。また、泥水による
地盤の切削工程と硬化材による地中パイルの造成工程と
を並行して行えるので地中パイルの造成能率が高まる。
しかも、切削泥のうち粒子径の大きい砂、砂礫などの大
部分が沈降して硬化材Ｇと撹拌・混練されて地中パイル
の造成に利用されるので、地表に排泥として排出される
砂礫や泥水を極力少なくすることができる。

【００２８】ちなみに、本工法によれば、単位地山当た
りに必要な硬化材Ｇは１.８ｍ³、切削地山の４.３割
（１.３４ｍ³）と上記硬化材Ｇ（１.８ｍ³）とが混練さ
れて３.１４ｍ³の地中パイルＰが造成され、切削地山の
５.７割（１.８ｍ³）が地表に排泥として排出される。
その結果、地表に排出される排泥量は従来例２の５.７
割に削減できる。これにより排泥処理費用を低減し、産
業廃棄物も少なくすることができる。

【００２９】ｄ．噴射管引抜き・穴埋め工程《図１
（ｄ）参照》本工程では、噴射管５を地上に引き抜き、管内を洗浄す
るとともに、縦孔１０を硬化材Ｇで埋めて終了となる。
この後、次の造成地点に移動し、同様の手順で地中パイ
ルＰを造成し、これが硬化して地中に基礎構造体１３が
造成される。なお、図１(ｂ)(ｃ)中の符号３０はスイベ
ル６や先導管１２、噴射管５等を吊持するための吊持用
フックであり、先導管１２や噴射管５等を複数本継ぎ足
し、あるいはボーリングマシン１のチャック機構で先導
管１２や噴射管５を持ち替える場合に、安全上の見地か
ら使用される。

【００３０】上記実施形態では、噴射機構７の上段噴射
ノズル７ａと下段噴射ノズル７ｃとを傾斜仕切り板８で
実質的に離間させることにより、硬化材Ｇと泥醤Ｈとの
混練を回避することとしたが、本発明はこれに限るもの
ではなく、上段噴射ノズル７ａと下段噴射ノズル７ｃと
を、例えば５０ｃｍ以上離間させることにより、硬化材
Ｇと泥醤Ｈとの混練を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る地盤改良工法を示す工
程図である。

【図２】図１中の切削・パイル造成工程（ｃ）の取り出
し図で、本発明に係る地盤改良装置の概要図である。

【図３】本発明に係る噴射機構の縦断面図である。

【図４】従来例に係る地盤改良装置の概要図である。

【符号の説明】

１…地盤改良装置、５…噴射管、６…スイベル、７…噴
射機構、７ａ…上段噴射ノズル、７ｂ…エアーノズル、
７ｃ…下段噴射ノズル、８…傾斜仕切り板、１０…縦
孔、１１…基礎構造体、１１ａ…切削域、１２…先導
管、１４…サンドポンプ、２０…再生装置、Ａ…エア
ー、Ｇ…硬化材、Ｈ…泥醤、Ｐ…地中パイル、Ｗ…泥
水。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】噴射管（５）の上部に組み付けたスイベ
ル（６）から泥水（Ｗ）とエアー（Ａ）と硬化材（Ｇ）
とを高圧で注入し、噴射管（５）の下部に組み付けた噴
射機構（７）の上段噴射ノズル(７ａ)から泥水（Ｗ）
を、その周囲のエアーノズル(７ｂ)からエアー（Ａ）
を、上記噴射機構（７）の下段噴射ノズル(７ｃ)から硬
化材（Ｇ）を、それぞれ連続的に噴射させ、上記噴射管
（５）を旋回駆動しながら引上げることにより、噴射機
構（７）の上段噴射ノズル(７ａ)(７ｂ)から連続的に噴
射する泥水（Ｗ）とエアー（Ａ）の旋回噴流でその周囲
の地盤を切削するとともに、下段噴射ノズル(７ｃ)から
連続的に噴射する硬化材（Ｇ）で切削泥を撹拌・混練し
てその切削域（１１ａ）に地中パイル（Ｐ）を造成し、
この地中パイル（Ｐ）を硬化させることにより基礎構造
体(１１)を造成する地盤改良工法において、地表に排出された泥醤（Ｈ）を泥水（Ｗ）を再生して循
環使用するにあたり、上記泥醤（Ｈ）からセメント粒子
以上の粒子を除去し、ＣＭＣ添加剤を添加することによ
り当該泥醤（Ｈ）を規定の比重と粘性の泥水（Ｗ）に再
生し、上記再生した泥水（Ｗ）よりも大きい比重に設定
した硬化材（Ｇ）を用いるとともに、前記噴射機構
（７）の上段噴射ノズル(７ａ)(７ｂ)と下段噴射ノズル
(７ｃ)との間に傾斜仕切り板（８）を介在させることに
より、硬化材（Ｇ）と泥醤（Ｈ）との混練を回避する、
ことを特徴とする地盤改良工法。