JP3388219B2 - 高圧噴射撹拌混合装置およびこれを用いた高圧噴射撹拌混合工法 - 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、硬化材または高圧
水の噴射により地盤の切削を行いながら、硬化材を充填
し固結体を造成する高圧噴射混合装置およびこれを用い
た高圧噴射混合工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の高圧噴射撹拌混合または置換工
法には、二重管を用いるいわゆる「ＪＳＧ工法」と、三
重管を用いる「コラムジェットグラウト工法」とが代表
的である。

【０００３】前者のＪＳＧ工法は、地盤内に挿入したロ
ッドの下部吐出口からセメントミルクなどの硬化材をエ
アを同伴させつつ１０〜３０ＭＰａで吐出噴射させなが
ら引き上げを行うことによって、地盤の切削と共に硬化
材の充填を行い地盤に前記硬化材による固結体を造成す
るものであり、後者のコラムジェット工法等は、地盤内
に挿入したロッドの下部吐出口からセメントミルクなど
の硬化材を２〜５ＭＰａで吐出噴射させるとともに、該
下部吐出口より基端側の上部吐出口よりエアを同伴させ
つつ高圧水を２０〜６０ＭＰａで噴射させながら引き上
げを行い、地盤に前記硬化材による固結体を造成するも
のである。

【０００４】この際、前記高圧水または硬化材の噴射圧
および噴射量は、対象区域の地盤種を予め調査するとと
もに、配合試験等を行った上で決定され、この噴射圧お
よび噴射量は地盤改良開始（引上げ開始）から終了（引
上げ終了）までの間、一定値としている。

【０００５】しかし、地層は多くの場合、地盤の深さ方
向に一様ではなくロッドの引上げ過程で地層が変化する
ため、設定した噴射圧では切削し難い地層に遭遇した
り、地層種別に応じて硬化材の充填量を増加（または減
量）すべき場合がある。従来は、この種の要求にはすべ
てロッドの引上げ速度を調整することによって対応して
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、引き上
げ過程（地盤改良過程）で、地層が急変するため引き上
げ速度を遅くせざるを得ない場合が多発すると、施工能
率が極端に低下することになる。またこの場合、一旦ロ
ッドを地上まで引き上げ、ノズル交換を行うことも可能
であるが、同様にノズル交換に掛かる作業手間のために
作業が効率化しないなどの問題があった。

【０００７】そこで本発明の主たる課題は、基本的に一
定速度での引き上げを条件として地盤改良が行えるよう
に、地層種別に対応して噴射圧および噴射量を任意に可
変とした高圧噴射撹拌混合装置およびこれを用いた高圧
噴射攪拌混合工法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項１に係る本発明として、高圧水の噴射により地
盤の切削を行うとともに、切削済み領域に硬化材を充填
して固結体を造成する高圧噴射撹拌混合装置、または硬
化材の噴射により地盤の切削と共に硬化材の充填を行い
固結体を造成する高圧噴射撹拌混合装置において、前記
高圧噴射撹拌混合装置は、多重管構造のロッド体とさ
れ、前記ロッド体の長手方向に位置を異ならせて、噴射
圧および噴射量の異なる前記高圧水または硬化材の噴射
口を少なくとも２以上備えるとともに、これら噴射口は
内管のスライド操作によってロッド内での流路が切り替
えられ、使用する噴射口が任意に切り替え可能とされた
ことを特徴とする高圧噴射撹拌混合装置が提供される。

【０００９】また、請求項２に係る本発明として、高圧
水の噴射により地盤の切削を行うとともに、切削済み領
域に硬化材を充填して固結体を造成する高圧噴射撹拌混
合工法、または硬化材の噴射により地盤の切削と共に硬
化材の充填を行い固結体を造成する高圧噴射撹拌混合工
法において、前記高圧噴射撹拌混合工法に用いる前記高
圧噴射撹拌混合装置は、多重管構造のロッド体とされ、
前記ロッド体の長手方向に位置を異ならせて、噴射圧お
よび噴射量の異なる前記高圧水または硬化材の噴射口を
少なくとも２以上備えるとともに、これら噴射口は内管
のスライド操作によってロッド内での流路が切り替え ら
れ、使用する噴射口が任意に切り替え可能とされ、前記
ロッド体の引上げによる地盤改良工程において、前記噴
射口の切り替えによって地盤性状変化に対応させ、ロッ
ド引上げ速度をほぼ一定とする条件の下で地盤改良を行
うことを特徴とする高圧噴射撹拌混合工法が提供され
る。

【００１０】なお、前記噴射圧および噴射量の異なる前
記高圧水または硬化材の噴射口は、それぞれ複数個の噴
射口を１群として、これら複数群間で任意に切り替え可
能とする場合をも含むものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳述する。

【００１２】＜高圧噴射撹拌混合装置＞ 図１は本発明を適用した高圧噴射撹拌混合装置の側面図
である。図示される高圧噴射撹拌混合装置１（以下、単
にロッドともいう。）は、ロッド先端部に硬化材噴射口
３を備えるとともに、この硬化材噴射口３の上部位置
に、硬化材Ｈと地盤との混合材料が地上側へ排出される
のを抑制するためにロッド方向に沿って収納可能な傘状
の拡翼７を備え、さらにその上方側に切り替え可能な高
圧水噴射口４Ａ、４Ｂを備えるものである。これら高圧
水噴射口４Ａ、４Ｂは、それぞれ周囲からエアを同伴さ
せながら高圧水を噴射するもので、噴射圧および噴射量
を異ならせたノズルが用いられ、地盤性状に応じて切り
替えが行われる。

【００１３】以下、具体的に前記高圧噴射撹拌混合装置
１の構造について詳述する。なお、図２は上部高圧水噴
射口４Ａから高圧水噴射を行う場合のロッド縦断面図で
あり、図３は下部高圧水噴射口４Ｂから高圧水噴射を行
う場合のロッド縦断面図である。

【００１４】本高圧噴射撹拌混合装置１は、図２に示さ
れるように、硬化材、高圧水およびエアをそれぞれ所定
の位置から噴射可能とするために内管１１，中管１２，
外管１３から構成される三重管構造のロッド体で、ロッ
ド先端部では前記中管１２および外管１３は共に高圧水
噴射口４Ａ、４Ｂを備えたノズルロッド２０に接続さ
れ、一方内管１１はノズルロッド２０の中心を貫通する
とともに、さらに突出して硬化材噴射口３および削孔水
噴射口２１を備える先端ツール部２に接続されている。

【００１５】前記ノズルロッド２０の先端部には内管１
１に外嵌する第２外管１３Ａが設けられ、この第２外管
１３Ａと前記先端ツール部２との間に前記拡翼７が設け
られている。前記拡翼７は、図１に示される地盤貫入状
態では実質的にロッド外面より突出しない状態で収容さ
れ、その後図５に示される地盤改良作業時には、丁度、
傘を開くように拡張され硬化材の排出抑制部材として機
能するものである。地盤改良時においては、図５または
図７に示されるように、前記高圧水噴射口４Ａ（４Ｂ）
から噴射された高圧水によって切削された土砂が切削ス
ライムとなって地上側へ排出される。前記拡翼７は、前
記切削スライムの誘因流に乗って硬化材噴射口３から噴
射された硬化材が地上に排出されるのを防止するもの
で、これによって硬化材の使用量を減じながらも目標の
強度の固結体を得ることができる。ロッドの引き上げ速
度を高めて短時間の施工が可能となる。排泥量自体を少
なくすることができる。排泥量に対してこれに含まれる
セメント量の割合を著しく減じることができる。さらに
は硬化材としてのセメントミルク中の使用セメント量に
対して、固結体中に含まれるセメント量の割合を著しく
高めることができるなどの効果を奏するようになってい
る。

【００１６】その構造は、放射方向の複数箇所に、図示
例では図６に示すように十字方向４箇所に、上端部が外
管１３の下部に軸１４によって支持され、揺動自在とさ
れる展開骨１５と、一端が前記展開骨１５の中間に軸１
８によって連結されるとともに、他端が内管１１に軸１
６によって連結された受け骨１７とよりなる拡張自在の
膜支持材８、８…を設け、前記展開骨１５、１５…を支
持材として方形状の膜材１９を張設したものである。前
記膜材１９としては、強度性および摩耗性の点より、ポ
リエステル系、芳香族ポリアミド系（パラ系）、超高強
ポリエチレン、炭素系などの繊維布、キャンバス布など
が好適に使用される。なお、前記拡翼７の展開量は、前
記内管１１の引き上げ量によって調整可能となってい
る。

【００１７】前記第２外管１３Ａには部材長手方向に沿
ってスリット溝１３ａが形成され、第２外管１３Ａの周
囲に設けられた筒状のノズルカバー２３が前記スリット
溝１３ａを通して内管１１の凹面に係止する連結ピン２
２によって連結され、内管１１の上下スライドに伴って
上下方向に移動可能となっている。このノズルカバー２
３は、図２に示される拡翼収容時およびある程度の拡翼
状態時には下部高圧水噴射口４Ｂを塞ぎ、図３に示され
るように、ノズル切り替えのために内管１１を上方向に
移動した際には、周面に形成した窓孔２３ａが丁度、下
部高圧水噴射口４Ｂ部位に定位し前記下部高圧水噴射口
４Ｂを外部に臨ませるとともに、上部高圧水噴射口４Ａ
を封鎖するようになっている。

【００１８】前記ノズルロッド２０は、中心に形成され
た内管挿通路２４の外側に、高圧水バイパス流路２０ａ
と、さらにその外側に第１エア流路２０ｂ、第２エア流
路２０ｃとが形成され、かつ前記内管挿通路２４には上
部高圧水噴射口４Ａおよび下部高圧水噴射口４Ｂを跨ぐ
上下位置に夫々２条づつＯリング２５，２５が設けられ
ている。前記第１エア流路２０ｂと第２エア流路２０ｃ
とはリング状に連通し、かつ第２エア流路２０ｃは上部
高圧水噴射口４Ａ部と下部高圧水噴射口４Ｂ部とを繋ぐ
流路となっている。したがって、中管１２と外管１３と
の環状間隙を流路として供給されたエアが、前記ノズル
ロッド２０部では前記第１エア流路２０ｂおよび第２エ
ア流路２０ｃを通って上部高圧水噴射口４Ａと下部高圧
水噴射口４Ｂとに供給されるようになっている。

【００１９】一方、内管１１は図２に示す拡翼収容時
（およびある程度の拡翼時）においては、上部高圧水噴
射口４Ａ部に位置する管体部分が、内管挿通路２４内面
との間に高圧水流路となる間隙を形成し得る小径管部１
１ａとなっており、また下部高圧水噴射口４Ｂ部に位置
する管体部分が、内管挿通路２４内面と密着する大径管
部１１ｂとなっている。さらに、この大径管部１１ｂの
下側には所定の長さ区間に亘って小径管部１１ｃが形成
されている。

【００２０】従って、図２に示される状態では、内管１
１と中管１２との間を流路として供給された高圧水が、
内管１１と内管挿通路２４との間の間隙（前記高圧水バ
イパス流路２０ａを含む）を流路として流れ、上部高圧
水噴射口４Ａより外方に噴射される。一方、中管１２と
外管１３との間を流路として供給されたエアは前記第１
エア流路２０ｂを通り、さらに第２エア流路２０ｃを通
って上部高圧水噴射口４Ａ部および下部高圧水噴射口４
Ｂ部まで共に供給されるが、下部高圧水噴射口４Ｂはノ
ズルカバー２３によって封鎖されているため、上部高圧
水噴射口４Ａ部からのみ噴射されるようになっている。

【００２１】図１に示される状態から内管１１を徐々に
上方に引き上げると、拡翼７がリンク機構に従って展開
するが、所定の拡翼状態までは上部高圧水噴射口４Ａか
ら高圧水およびエアが噴射される状態が維持される。そ
の後、引き続き内管１１をノズルロッド２０の上端部ま
で引き上げ、ノズルカバー２３の窓孔２３ａが下部高圧
水噴射口４Ｂ部に位置する状態になると、高圧水噴射口
が切り替えられ下部高圧水噴射口４Ｂから高圧水および
エアが噴射されるようになる。

【００２２】具体的は、図３に示されるように、内管１
１の大径管部１１ｂが上部高圧水噴射口４Ａ部位に位置
すると、大径管部１１ｂは内管挿通路２４内面に接触す
るため、上部高圧水噴射口４Ａへの高圧水供給路が完全
に塞がれ、高圧水バイパス流路２０ａを流路として高圧
水が送給される。この高圧水は、その後内管１１の小径
管部１１ｃを流路として下部高圧水噴射口４Ｂ部位まで
達し外方に噴射される。一方エアは、上部高圧水噴射口
４Ａがノズルカバー２３によって塞がれ、ノズルカバー
２３の窓孔２３ａから外部に臨んでいる下部高圧水噴射
口４Ｂ部からのみ噴射される。

【００２３】＜施工例＞ かかる装置を用いて、地盤改良を行うには、図４(A)、
詳細には図１に示されるように、地表に排泥ピット２１
を造成し、ロッド１により所定深度まで削孔する。ロッ
ド１による削孔に際しては、内管１１を通して削孔水Ｗ
を送水し、ロッド１の下端から前記削孔水Ｗを吐出させ
ながら、ロッド１を回転させることにより行う。なお、
ロッド１による削孔に代えて、ケーシング削孔した後、
その削孔内にロッド１を挿入し、ケーシングを引き抜く
ことによりロッド１を地盤の所定深度まで挿入するよう
にしてもよい。この場合には、削孔ビットは不要であ
る。

【００２４】次いで、図４(B)に示されるように、ロッ
ド１の平面視で右回転させつつ引き上げを行う。引き上
げ開始初期においては、高圧水による切削済み領域に硬
化材を噴射させるために、上部高圧水噴射口４Ａから高
圧水ＨＷ（圧力Ｐ_１、流量Ｑ_１）を噴射させつつ引き上
げ、その後、硬化材噴射口３が高圧水による切削済み領
域に達したならば、硬化材噴射口３からも硬化材Ｈを高
圧噴射させるようにする。 その後は、図４(C)、詳細
には図５に示されるように、一定の上昇速度にてロッド
を引き上げながら、高圧水噴射口４ＡよりエアＡｉを同
伴させつつ高圧水ＨＷ（圧力Ｐ_１、流量Ｑ_１）を噴射さ
せるとともに、硬化材噴射口３から硬化材Ｈを噴射さ
せ、固結体を地盤中に造成する。

【００２５】その後、ロッド引き上げ過程（地盤改良過
程）において、地盤性状が変化したため高圧水圧および
高圧水量の切り替えが必要となったならば、図４(D)、
詳細には図７に示されるように、内管１１をさらに上方
にスライドさせ、高圧水噴射口を下部高圧水噴射口４Ｂ
側に切り替えを行い、高圧水ＨＷ（圧力Ｐ_２，流量
Ｑ_２）とした上で地盤改良を引き続き継続して行う。こ
の高圧水噴射口切り替え後においても、基本的にロッド
１の引き上げ速度は変化させることなく、同一速度にて
引き上げを行うようにする。

【００２６】上記要領にて地盤改良を行い、所定の引き
上げ位置（地盤改良終了位置）に達したならば、拡翼７
を閉じロッド１を地上に引き上げる。

【００２７】ところで、上記例では高圧水噴射口につい
てのみノズル切り替えを可能としたが、硬化材噴射口３
についても同様にノズル切り替えを可能としてもよい。
また、本例では高圧水と硬化材を別々に噴射させる高圧
噴射撹拌混合装置を例に採り本発明を説明したが、本発
明はこれ以外に、噴射口を有するすべての地盤改良装置
に対しても適用が可能である。

【００２８】（応用例） 以上のように、本ロッド構造によれば、ロッド内に形成
された１または複数の流路を使用しながら、ロッド内で
の流路切り替えによって使用するノズルの切り替えが可
能となる。したがって、機能または用途の異なる複数の
噴射口または吐出口を備えるロッド構造の場合におい
て、より少ない流路数での対応が可能となり、ロッド構
造が簡単になる。

【００２９】例えば、ゲル化時間の短い注入材を注入し
た後、ゲル化時間の長い注入材の注入を行う多重管複相
注入工法では、相対的に上段側に位置する瞬結性グラウ
ト用吐出口と、相対的に下段側に位置する緩結性グラウ
ト用吐出口との流路を別々に形成する必要があったが、
本ロッド構造を応用すれば、同一の流路を使用しながら
吐出口切り替えによって瞬結性グラウト用吐出口と緩結
性グラウト用吐出口を使い分けるできるようになる。

【００３０】図８に示されるように、二重管ロッド５の
先端部位に、相対的に上部側位置に瞬結性グラウト用吐
出口６Ａ、６Ａ…を設けるとともに、相対的に下部側位
置に緩結性グラウト用吐出口６Ｂ、６Ｂ…を図示例では
多段配置で設け、これらの吐出口６Ａ、６Ｂを任意に切
り替え可能としておく。

【００３１】地盤改良に当たっては、図９(A)に示され
るように、先ず前記瞬結性グラウト用吐出口６Ａ、６Ａ
…を使用してゲル化時間の短い注入材（主材および硬化
剤）を吐出してロッド周方向にシール用固結体Ａを形成
する。次いで、吐出口を緩結性グラウト用吐出口６Ｂ、
６Ｂ…側に切り替え、図９(B)に示されるように、ゲル
化時間の長い注入材（主材および硬化剤）を注入し前記
固結体Ａの下側領域に固結体Ｂを形成する。この工程を
ロッド引上げステップ毎に行い、深さ方向連続した円柱
状の固結体を造成する。

【００３２】

【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、地層
種別に対応して噴射圧および噴射量を任意に可変とした
ため、基本的に一定速度の引上げを条件として地盤改良
を行い得るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した高圧噴射撹拌混合装置の側面
図である。

【図２】上部高圧水噴射口４Ａから高圧水噴射を行う場
合のロッド縦断面図である。

【図３】下部高圧水噴射口４Ｂから高圧水噴射を行う場
合のロッド縦断面図である。

【図４】地盤改良要領を示すステップ図である。

【図５】上部高圧水噴射口４Ａから高圧水噴射を行いな
がらの地盤改良要領図である。

【図６】図５のVI−VI線矢視図である。

【図７】下部高圧水噴射口４Ｂから高圧水噴射を行いな
がらの地盤改良要領図である。

【図８】多重管複相注入ロッドへの応用例を示すロッド
側面図である。

【図９】その地盤改良要領図である。

【符号の説明】

１…高圧噴射撹拌混合装置（ロッド）、２…先端ツール
部、３…硬化材噴射口、４Ａ…上部高圧水噴射口、４Ｂ
…下部高圧水噴射口、７…拡翼、１１…内管、１２…中
管、１３…外管、２０…ノズルロッド、２３…ノズルカ
バー、２４…内管挿通路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−31967（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−108561（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 3/12 102

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧水の噴射により地盤の切削を行うとと
   もに、切削済み領域に硬化材を充填して固結体を造成す
   る高圧噴射撹拌混合装置、または硬化材の噴射により地
   盤の切削と共に硬化材の充填を行い固結体を造成する高
   圧噴射撹拌混合装置において、前記高圧噴射撹拌混合装置は、多重管構造のロッド体と
   され、前記ロッド体の長手方向に位置を異ならせて、 噴
   射圧および噴射量の異なる前記高圧水または硬化材の噴
   射口を少なくとも２以上備えるとともに、これら噴射口
   は内管のスライド操作によってロッド内での流路が切り
   替えられ、使用する噴射口が任意に切り替え可能とされ
   たことを特徴とする高圧噴射撹拌混合装置。
2. 【請求項２】高圧水の噴射により地盤の切削を行うとと
   もに、切削済み領域に硬化材を充填して固結体を造成す
   る高圧噴射撹拌混合工法、または硬化材の噴射により地
   盤の切削と共に硬化材の充填を行い固結体を造成する高
   圧噴射撹拌混合工法において、前記高圧噴射撹拌混合工法に用いる前記高圧噴射撹拌混
   合装置は、多重管構造のロッド体とされ、前記ロッド体
   の長手方向に位置を異ならせて、 噴射圧および噴射量の
   異なる前記高圧水または硬化材の噴射口を少なくとも２
   以上備えるとともに、これら噴射口は内管のスライド操
   作によってロッド内での流路が切り替えられ、使用する
   噴射口が任意に切り替え可能とされ、前記ロッド体の引
   上げによる地盤改良工程において、前記噴射口の切り替
   えによって地盤性状変化に対応させ、ロッド引上げ速度
   をほぼ一定とする条件の下で地盤改良を行うことを特徴
   とする高圧噴射撹拌混合工法。