JP3223996B2

JP3223996B2 - 掘削孔計測装置

Info

Publication number: JP3223996B2
Application number: JP13714894A
Authority: JP
Inventors: 光弘柴崎; 宏吉田; 裕小滝
Original assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Current assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 2001-10-29
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JPH083977A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、改良するべき地盤を高
圧ジェット噴流により掘削し、地盤改良材を注入して地
中に固結杭を造成する地盤改良工法で用いられる装置に
関し、特に、掘削孔の内周面の状態をモニタすることを
可能にした計測手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧ジェット噴流により地盤を掘削し、
地盤改良材を地中に注入して固結杭を造成して地盤を改
良する技術は公知である。かかる工法の代表的なものと
して、ジェット・グラウト工法とケミカル・チャーニン
グ・パイル工法とがある。

【０００３】ジェット・グラウト工法は、超高圧噴流と
それを取り囲むエアーとにより地盤を切削し、その空隙
に硬化材を流入充填して固結杭を造成する工法であり、
またケミカル・チャーニング・パイル工法は、硬化材を
地盤中に超高圧で噴射してその破壊力で地盤を切削し、
地盤中に固結杭を造成する工法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の地盤改
良工法において、高圧ジェット噴流を地中に注入する場
合、改良するべき地盤の土質及び土性によってジェット
噴流の到達距離（すなわち掘削距離）が異なる。そのた
め、従来は過大なパワーによって水あるいは地盤改良材
を注入し、固結杭すなわち造成パイルの仕上がり径を所
定の数値以上に確保することを優先する傾向があった。
その結果、材料のロスや多量のスライムの流出、という
問題が存在する。

【０００５】一方、造成された固結杭の仕上がり径が所
定の数値以下になった場合には、当該固結杭の強度や、
当該地盤上に築造される建築物の強度に悪影響を及ぼす
事となり、非常に不都合である。

【０００６】本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑
みて提案されたもので、高圧ジェット噴流の到達距離が
所定の距離であることを確認しつつ、地中固結杭を造成
する事を可能とする掘削孔計測装置の提供を目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の掘削孔計測装置
は、改良するべき地盤を高圧ジェット噴流により掘削
し、地盤改良材を注入して地中に固結杭を造成する地盤
改良工法で用いられる掘削孔計測装置において、上下動
自在に且つ回転自在に支持された回転軸にガイドパイプ
を摺動自在に取り付けると共に、該回転軸はその先端に
掘削用のビットを設け且つ回転軸の先端近傍に高圧液体
を噴出するノズルを設けており、半径方向に伸縮する機
構を含む改良径検知翼を含み、該翼は円周方向等距離に
少なくとも２個配置されており、掘削孔の内周面と当接
しつつ摺動する前記翼の先端部の半径方向変位を検知す
る検知手段と、該検知手段の出力信号に基づいて掘削面
の内周面の状態を表示する表示手段とを含んでおり、前
記改良径検知翼の先端部は前記ノズルよりも下方に位置
する様に構成されている。

【０００８】本発明の実施に際して、前記検知手段とし
ては、例えば翼と回転軸中心線との傾斜角度を検知する
センサを用いたり、シリンダ機構におけるロッド或いは
ピストンの伸長量を検知するセンサを用いることが可能
である。

【０００９】また、前記改良径検知翼を半径方向に伸縮
する機構としてはシリンダ機構を用いるのが好ましく、
また、該シリンダ機構は半径方向に拡開した前記改良径
検知翼を拡開する側に付勢するのが好ましい。

【００１０】さらに、前記改良径検知翼は、一端が前記
回転軸或いはガイドパイプに回動自在に枢支されたリン
ク状部材から成るリンク機構を構成するのが好ましい。

【００１１】

【作用】上記した様な構成を具備する本発明によれば、
上下動自在に且つ回転自在に支持されている回転軸の先
端には掘削用のビットが取り付けられているから、回転
する回転軸を降下させると、該ビットの外径と等しい内
径を有する掘削孔が切削される。そして、地盤を掘削す
るための高圧液体は、回転軸を経由してノズルから土中
へ噴射される。ここで、高圧液体により地盤を掘削する
と共に、地盤改良材も土中に噴射される。この高圧液体
及び地盤改良材は、回転軸が回転すると共に噴射される
ので、当該高圧液体と地盤改良材とにより、地盤掘削と
地盤改良材との混合・撹拌が同時に行われる。

【００１２】当該回転軸には回転軸と共に回転する改良
径検知翼が設けられており、該改良径検知翼は半径方向
に伸縮する機構を含んでおり、且つ、その先端部が前記
ノズルよりも下方へ位置する様に構成されている。ここ
で、改良径検知翼は円周方向等距離に少なくとも２個配
置されているから、改良径検知翼に外力が負荷されて
も、回転軸に曲げ応力が作用することは無い。

【００１３】この状態で回転軸を徐々に引き上げれば、
噴射された高圧液体及び地盤改良材により、掘削された
地盤と地盤改良材とが混合・撹拌する円筒状の領域が形
成され、当該領域が固結すれば地中固結体の造成が完了
する。もしも高圧液体による掘削距離が短い部分が存在
すれば、その掘削箇所の内径寸法は小さくなる。

【００１４】回転軸を引き上げる際に、改良径検知翼を
半径方向に伸縮する機構を作動し、改良径検知翼の半径
方向外側に拡開して、その先端部を高圧液体による掘削
で拡径された掘削孔の内周面に当接する。

【００１５】この状態で回転軸を引き上げれば、上述し
た内径寸法が小さい箇所が存在すると、改良径検知翼の
先端部が当該箇所の内周面に沿って半径方向内側に移動
する。一方、高圧液体の掘削距離が所定以上長くなり、
掘削孔の内径寸法が大きな箇所が存在すると、改良径検
知翼の先端部が半径方向外側に移動する。ここで、本発
明では改良径検知翼の先端部が半径方向に移動した時
に、その旨を検知する検知手段が設けられているので、
改良径検知翼が半径方向に移動する度に、すなわち掘削
孔の内径寸法に変化がある度毎に、前記検知手段より検
知信号が出力される。そして、この出力信号に基づい
て、前記表示手段は掘削孔の内径がどの様に変化してい
るかを表示して、作業員に視認させる。その結果、作業
中に固結杭の半径方向寸法が常時監視されることとな
り、造成された固結杭の品質が向上する。

【００１６】この様に、本発明によれば、改良径検知翼
の先端部が半径方向に移動した場合にそれを検知する事
により、造成中の固結杭の仕上がり杭径を監視しつつ造
成作業を施工する事ができる。それにより、地中固結杭
の品質、強度についての信頼性を高める事ができる。そ
して、高圧液体の噴出量を必要以上に多くしたり、掘削
径を必要以上に大きく設定する必要が無くなるので、材
料のロスや多量のスライムの流出を防止することができ
るのである。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１８】図１ないし図３は本発明による装置を用い
た固結杭造成の工程を説明する図であり、図１は削孔工
程、図２は噴射工程、図３は距離設定工程を示し、図４
は翼の構成図を示す。図５は完成された固結杭を示す断
面図である。

【００１９】これらの図において、符号１は地表Ｇに設
置された地盤改良装置を示し、電動機２、電動機２によ
り駆動される高圧ポンプ３、硬化材撹拌処理機４等を搭
載していて、ビット５を先端に取り付けられた回転軸６
を上下動かつ回転自在に支持している。そして、後述す
るセンサ（検知手段）からの検知信号を伝達する信号線
ＳＬは、該信号を処理する検知信号処理ユニット３０
と、処理された信号に基づいて固結杭の仕上がり杭径を
表示するディスプレイ（表示手段）４０とに、接続され
ている。

【００２０】ここで、回転軸６には円周方向等距離にか
つ長手方向に互いに隔離してノズル６３、６４が配置さ
れている。また、回転軸６の外周にはガイドパイプ６０
が摺動自在に嵌挿させられている。ガイドパイプ６０の
下端部には翼（改良径検知翼）７１の基端部を枢着する
支点６１が設けられ、回転軸６の上部には翼（改良径検
知翼）７２の基端部を枢着する支点６２が固設されてい
る。

【００２１】翼７１の自由端部は翼７２の自由端部に設
けた支点７３により連結されている。翼７２の自由端部
には支点７３の反対側にスキッド７４（改良径検知翼の
先端部）が球接手７５を介して接続される。

【００２２】ガイドパイプ６０の最上端部には支点６５
が設けられ支点６５にエアシリンダ８のロット８１の端
部が枢着されていて、エアシリンダ８の頭部を枢着する
支点６７が回転軸６に設けられている。エアシリンダ８
が付勢させられるとシリンダが縮小しガイドパイプ６０
が上昇するようになっている。

【００２３】図４において、支点６２において符号Ｓ１
で示されているのは、改良径検知翼７２が回転軸６の中
心線に対して傾斜している角度を計測する角度センサで
ある。改良径検知翼７２の長さが一定であるので、スキ
ッド７４の半径方向位置と支点６２における翼７２の傾
斜角とは対応している。従って、その傾斜角をセンサＳ
１で計測すれば、スキッド７４の半径方向位置すなわち
固結杭の仕上がり杭径が計測できるのである。或いは、
センサＳ１に変えて、シリンダ８のロッド８１の伸縮量
を測定するセンサＳ２を設けても良い。翼７２の拡縮は
シリンダ８により行われるので、スキッド７４の半径方
向位置とロッド８１の伸縮量とは対応しているためであ
る。さらに、支点６１に角度センサＳ３を設けても同様
に計測することが出来る。

【００２４】ここで、翼７１、７２の先端部すなわちス
キッド７４は周辺が内側に斜めに立ち上がっていて造成
杭の多少の凹凸のある内壁（掘削面）Ｓに接触しても極
端な衝撃を翼７１、７２に与えないようになっている。
同時にスキッド７４が内側に縮小可能である様に、エア
シリンダ８に供給する流体圧力は低く設定されている。
従って、スキッド７４が杭内壁の突起に衝突しても、ス
キッド７４は滑らかに半径方向内側に縮小する。

【００２５】回転軸６の内部は、図示しない高圧の液体
例えば水または硬化材（地盤改良材）の流路が形成され
ており、該高圧水または地盤改良材はノズル６３、６４
より噴出されるようになっている。また、上述したセン
タＳ１、Ｓ２、Ｓ３のいずれかに接続された信号線（図
１の符号ＳＬ）が収容されている。

【００２６】上記構成によれば、図１の矢印方向に回転
軸６を回転させながら降下させるとビット５の外径を内
径とする縦穴が切削される（図１参照）。高圧液体は回
転軸６を経由してノズル６３、６４から噴出し土中へ注
入され半径方向への掘削が行われ、回転軸６の上下方向
移動により杭穴の造成が始まる（図２参照）。そして地
盤改良材も注入され、高圧液体の噴射及び回転軸の回転
により、地盤の半径方向の掘削と同時に地盤改良材との
撹拌も行われる。

【００２７】ここで、このノズル６３、６４は回転軸６
に対向して配置され、かつパイプ長手方向について変位
してそれぞれ配置されているから、回転軸６に有害な応
力を与えない。

【００２８】エアシリンダ８が付勢されて縮小すると、
支点６１は支点６２に近接するのでガイドパイプ６０は
図中上昇して、翼７１、７２をそれぞれ外側に拡開す
る。羽根７１、７２は円周方向等距離に配置されかつ同
時に開閉させられるため、該開閉は安定して行われ、か
つ回転軸６に有害な応力を与えない。

【００２９】高圧噴流ジェットの回転を伴いながら回転
軸６を上方に移動して、地盤中に地盤と地盤改良材とが
混合・撹拌された領域が形成される。それと共に、所定
の仕上がり杭径を確認するため、シリンダ８に作用する
流体圧を上げて、表示装置４０を監視しながら、翼７
１、７２の半径方向寸法を所定の掘削距離に設定する
（図３参照）。

【００３０】この翼７１、７２のスキッド７４は、高圧
噴流ジェットの回転により掘削された領域の内壁面に当
接しているので、翼７１、７２の半径寸法は地盤改良材
と混合・撹拌された領域の径（改良径）に一致する。そ
して、前記内壁面の凹凸に対応してスキッド７４の半径
方向位置が変位し、翼７１、７２の半径寸法（固結杭の
仕上がり杭径）が変化する。そして、前述した通り、ス
キッド７４の半径方向位置或いは固結杭の仕上がり杭径
は、表示装置４０により、リアルタイムにてモニタされ
ている。

【００３１】所定のストロークに渡り、表示装置４０の
表示に異常が無ければ造成された固結杭の径は適正であ
ることが確認できる。もし表示装置４０に異常が表示さ
れれば、造成杭の径は不適当であるから、それを是正す
る作業を行えば良い。

【００３２】この様に、杭の仕上がり径を土質及び土性
によって適正値になっていることを確認することができ
るで、はなはだ好都合である。

【００３３】図５は、ノズル６３、６４より地盤改良材
を噴射させ回転軸６を回転させながら上方へ移動する
と、所定の適正半径Ｒの固結杭Ｐが地盤中に仕上がるこ
とを示している。

【００３４】最後に高圧液体の供給を止め翼７１、７２
を回転軸６に添わせるように閉じて回転軸６を地上に引
き上げれば固結杭の造成作業が終了する。

【００３５】地盤改良材としては、例えばセメントミル
ク、モルタル、薬剤等が利用可能である。

【００３６】また噴流の噴出タイミングについては、そ
のときの施工の状況によって決められるもので、回転軸
６の貫入時に噴出するのか回転軸６の引き抜き時に噴出
させるかは状況に応じていずれでもよい。

【００３７】なお、場合によってはノズル６３、６４か
ら高圧水を噴出させ、回転軸６の図示しない位置よりノ
ズルよりは低圧の硬化材を吐出させるような２系統の配
管経路を設けることも可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、表示手段を観察することにより、造成され
ている地中固結杭の仕上がり杭径を、容易に確認する事
ができる。その結果、造成される地中固結杭の強度、品
質、信頼性が向上する。

【００３９】これと同時に、高圧液体の噴出量を必要以
上に多くしたり、掘削径を必要以上に大きく設定する必
要が無くなるので、材料のロスや多量のスライムの流出
を防止することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置を用いた固結杭造成の削孔工
程を説明する図。

【図２】本発明による装置を用いた固結杭造成の噴射工
程を説明する図。

【図３】本発明による装置を用いた固結杭造成の距離設
定工程を説明する図。

【図４】本発明による装置の翼を示す概略構成図。

【図５】造成された固結杭を示す断面図。

【符号の説明】

１・・・固結杭造成装置２・・・電動機３・・・高圧ポンプ４・・・硬化材処理機５・・・ビット６・・・回転軸８・・・エアシリンダ３０・・・信号処理ユニット４０・・・ディスプレイ６０・・・ガイドパイプ６１、６２、６５、６７、７３・・・支点６３、６４・・・ノズル７１、７２・・・翼７４・・・スキッド８１・・・ロッドＧ・・・地表Ｐ・・・固結杭Ｒ・・・シリンダ中心からスキッドまでの距離Ｓ１、Ｓ３・・・角度センサＳ２・・・伸縮量センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−158638（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−52014（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−7020（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−237716（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 3/12 E21B 7/18 E21B 47/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】改良するべき地盤を高圧ジェット噴流に
より掘削し、地盤改良材を注入して地中に固結杭を造成
する地盤改良工法で用いられる掘削孔計測装置におい
て、上下動自在に且つ回転自在に支持された回転軸にガ
イドパイプを摺動自在に取り付けると共に、該回転軸は
その先端に掘削用のビットを設け且つ回転軸の先端近傍
に高圧液体を噴出するノズルを設けており、半径方向に
伸縮する機構を含む改良径検知翼を含み、該改良径検知
翼は円周方向等距離に少なくとも２個配置されており、
掘削孔の内周面と当接しつつ摺動する前記改良径検知翼
の先端部の半径方向変位を検知する検知手段と、該検知
手段の出力信号に基づいて掘削面の内周面の状態を表示
する表示手段とを含んでおり、前記改良径検知翼の先端
部は前記ノズルよりも下方に位置する様に構成されてい
ることを特徴とする掘削孔計測装置。