JP3429505B2 - 超高圧噴流を利用した地盤改良工法及びそれを用いた立坑掘削工法 - 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、軟弱地盤における
埋設物設置や構造物建設に先立って、超高圧噴流を利用
して地盤中に改良地盤層を形成する地盤改良工法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図８は、超高圧噴流を利用した地盤改良
工法、例えばジェットグラウト工法における地盤改良の
原理を示す図である。図８において、1はロッドであ
り、先端部にビット2が備えられ、先端部側面にはノズ
ル3が開口されている。ビット2はロッド1とともに回転
し、地盤を削って所定の深度まで孔５を掘削していく。
ロッド1は二重管構造であり、水とセメントの混合液で
ある硬化剤と圧縮空気のそれぞれの流路となっていて、
ロッド1の上端部の二重管スイベル4を介した開口部から
それぞれの流体が流入され、ノズル3から硬化剤とこれ
の外周を包み込んだ状態で圧縮空気が超高圧噴流６とし
て地盤中に噴射される。圧縮空気に硬化剤が包まれた状
態とすることで、空気中での噴射と同等の条件が確保さ
れ、地盤中でも良好な噴射効率を維持できる。超高圧噴
流６を噴射させながらロッド1を回転しつつ連続的に引
き上げることにより、周囲地盤が切削されるとともに硬
化剤と攪乱され、スライム７が洗い流される。硬化剤が
含まれたスライム７は、超高圧噴流６に含まれる圧縮空
気の地表への移動によるエアリフト作用により、孔５内
を上昇して地表へ排出され、排泥8として廃棄処理され
る。そして、切削された地盤と置換した硬化剤が固化す
ることで、連続的な改良地盤層９が形成される。

【０００３】図９は、従来の超高圧噴流工法の施工手順
を示す図である。図９において、１０はボーリング機等
の機械設備であり、ロッド1を連結しこれに回転運動を
与えて地盤を掘削するものである。施工手順として、ま
ず（イ）に示すように機械設備１０を所定の位置に据付
け、ロッド1を連結し、（ロ）に示すようにロッド1を回
転させながら先端部に備えられたビット2により地盤を
所定の深度まで掘削する。その後、ロッド1の回転速度
や引き上げ速度の設定を行い、（ハ）に示すようにロッ
ド1の先端部側面のノズル3から超高圧噴流6を噴射さ
せ、（ニ）に示すようにロッド1を回転させながら連続
的に引き上げて周囲地盤を切削すると同時に、切削され
た地盤と硬化剤とを置換して、硬化剤が固化すること
で、地盤中に改良地盤層９を形成していく。そして、最
終的に（ホ）に示すように、所定の位置まで超高圧噴流
６を噴射させつつロッド1を引き上げて、深度方向へ連
続的な円柱状の改良地盤層9を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の工法においては、地盤切削時に水とセメントの混合
液である硬化剤と圧縮空気からなる超高圧噴流を噴射し
続けた状態で、連続的にロッドを引き上げて周囲地盤を
切削するため、多量の硬化剤を必要とする。また切削さ
れた地盤を硬化剤と攪乱し、スライムを洗い流して排泥
として地表へ排出するためにも硬化剤を必要とするた
め、材料コストがかさむという問題がある。更に、この
一部の硬化剤を含んだ排泥は全て廃棄物として処理する
必要があるため、廃棄処理コストがかさみ、その一方で
地球環境へ悪影響を与えるという問題がある。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決するものであ
って、その課題とするところは、地盤改良工法における
硬化剤の使用量を減らして材料コストを低減するととも
に、排泥量を減らして廃棄処理コストと地球環境に与え
る悪影響の低減を行うことにある。

【０００６】

【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、ロッドを改良地盤層の厚みが非改良地盤
層の厚みよりも薄くなるように所定の間隔で段階的に引
き上げることにより、複数の扁平な改良地盤層を各層間
に非改良地盤層を挟んで深度方向に非連続的に形成し、
改良地盤層の硬化剤が硬化する時の水和反応に伴う吸水
作用および発熱作用により非改良地盤層の水分を脱水す
るようにしたものである。

【０００７】このようにすることによって、非連続的に
形成された改良地盤層の各層間は超高圧噴流の噴射によ
る地盤切削が行われない非改良地盤層となり、この層で
の硬化剤の使用量を減少させることができ、地盤中の土
は外部へ排出されることもないため、排泥量も減少させ
ることができる。また、非改良地盤層は含水率が低くな
って強度が向上する。更に、地盤の切削、硬化剤の固化
及び排泥の処理にかかる時間が短縮される結果、全体と
して工期を縮減できる。

【０００８】また、本発明においては、軟弱地盤におい
て地盤の崩壊を防止するための土留め壁を設け、この土
留め壁内に複数の改良地盤層を深度方向に非連続的に形
成することにより、建設機械等が立坑を掘削する等の作
業を行う場合に、軟弱地盤を強化することでトラフィカ
ビリティを改善し、建設機械の走行作業性を上げること
ができる。更に、改良地盤層が土留め壁間で擬似的な先
行地中梁として機能するため、土圧による土留め壁の変
形が防止される。

【０００９】また、本発明においては、最下位置の地盤
層を他の改良地盤層よりも厚く形成することにより、最
下位置の改良地盤層の支持力が強化され、改良地盤層全
体の安定性を確保できる。更に、この工法を前記の土留
め壁を設けて、立坑を掘削する場合に適用すれば、地盤
中の土の浸透圧や被圧地下水の水圧によって、土留め壁
の下部から土留め壁内へ土が回り込み地盤が膨れ上がる
ヒ−ビングや盤膨れ等の現象を抑制することができる。

【００１０】また、本発明においては、複数の改良地盤
層を深度方向に非連続的に形成して土留め壁内に立坑を
掘削する場合に、掘削により露出した土留め壁にまたが
って順次支持梁を架設することにより、掘削前の地盤で
は複数の改良地盤層が擬似的な先行地中梁として、土圧
による土留め壁の変形を防止し、掘削後は順次架設する
支持梁によって土圧による土留め壁の変形を防止でき
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る地盤改良工
法の施工手順を示す図である。尚、本実施形態における
超高圧噴流を利用した地盤改良の原理については図８の
通りである。図1において、1はロッドであり、先端部に
ビット2が備えられ、先端部側面にはノズル3が開口され
ている。１０はボーリング機等の機械設備であり、ロッ
ド1を連結しこれに回転運動を与え地盤を掘削するもの
である。施工手順として、まず（イ）に示すように機械
設備１０を所定の位置に据付け、ロッド1を連結し、
（ロ）に示すようにロッド1を回転させながら先端部に
備えられたビット2により地盤を所定の深度まで掘削す
る。以上の過程までは従来と同様である。

【００１２】その後、ロッド1の回転速度や引き上げ速
度及び引き上げ距離の設定を行い、（ハ）に示すように
ロッド1の先端部側面のノズル3から超高圧噴流６を噴射
させる。そして、ロッド1を回転させつつ所定量だけ上
方へ移動させて、その移動範囲にある周囲地盤を切削
し、同時に、切削された地盤と硬化剤を全部または部分
的に置換する。切削後、超高圧噴流６の噴射を一旦停止
させて、ロッド1を次の改良地盤層形成位置まで引き上
げ、上記の置換した硬化剤が固化することにより、第１
層目の平板状の改良地盤層１１ａを形成する。次いで、
（ニ）に示すようにロッド1を引き上げた位置で超高圧
噴流６を再び噴射させて、第１層目と同様にして、
（ホ）に示す第２層目の平板状の改良地盤層１１ｂを形
成する。以降同様にして、ロッド1を所定の間隔で段階
的に引き上げて、（へ）に示すように、最終的に複数の
平板状の改良地盤層１１を深度方向に非連続的に形成す
る。また、平板状の改良地盤層１１の各層間は地盤改良
がされていない非改良地盤層１２となる。尚、切削され
た地盤は、従来工法と同様に硬化剤と攪乱され、スライ
ム７が洗い流されて、超高圧噴流６に含まれる圧縮空気
の地表への移動によるエアリフト作用により、孔５内を
上昇して地表へ排出され、排泥8として廃棄処理され
る。

【００１３】このようにすることにより、軟弱地盤を強
化することができるとともに、改良地盤層１１の各層間
が非改良地盤層１２となるため、この層での超高圧噴流
６の噴射による地盤切削及び地盤と硬化剤との置換が行
われず、硬化剤の使用量を減らすことができる。また、
この層の地盤中の土は外部へ排出されず、排泥量も減ら
すことができる。更に、地盤の切削、硬化剤の固化及び
排泥の処理にかかる時間が短縮される結果、全体として
工期を縮減できる。

【００１４】ロッド1の引き上げ距離の設定例として
は、地盤切削時におけるロッド１の上方への移動量は、
改良地盤層１１の深度方向の厚みであり２５〜２００ｍ
ｍ程度、超高圧噴流6の噴射を停止させてロッド１を次
の位置まで引き上げるときの引き上げ間隔は非改良地盤
層１２の深度方向の厚みであり１００〜１０００ｍｍ程
度とする。また、超高圧噴流６の噴射条件の一例として
は、噴射圧力は２００〜４００ｋｇ／ｃｍ²、吐出速度
は５０〜２００リットル／分、噴射量は改良地盤と非改
良地盤とを合わせた全体土量の1／１０倍とする。尚、
ロッド1の引き上げ距離の設定は、回転速度や引き上げ
速度の設定と同様に改良目的や地盤条件によって任意に
設定されるものである。

【００１５】以上の実施形態では地盤切削後のロッド1
の引き上げ時において、超高圧噴流6の噴射を一旦停止
させて引き上げる場合を例に挙げたが、本発明はこれに
限定するものではない。ロッド1の引き上げ速度を速め
て周囲地盤を切削させないようにすることで、平板状の
改良地盤層１１の各層間が実質的には非改良地盤層１２
となるので、噴射を続けたままロッド1を高速で引き上
げてもよい。また、改良地盤層１１の厚みが小さくても
よい場合は、地盤切削時にロッド１を移動させることな
く、定位置で超高速噴流６を噴射するようにしてもよ
い。

【００１６】更に、以上述べた実施形態においては、通
称ジェットグラウト工法と称される地盤改良工法を例に
挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものでは
なく、他の超高圧噴流を用いた地盤改良工法に適用して
もよい。また、本発明では形成する改良地盤層の形状
は、図１に示した平板状の改良地盤層以外に、螺旋状の
改良地盤層であってもよい。螺旋状の改良地盤層の螺旋
ピッチ間は非改良地盤部分となり、ピッチ方向において
非連続な改良地盤層が形成されるから、図１の場合と同
様の効果を得ることができる。

【００１７】図２は、本発明の他の実施形態に係る地盤
改良工法を示す図である。図２において、１３は軟弱地
盤において地盤の崩壊を防止するための土留め壁であ
る。地盤改良を行いたい範囲の軟弱地盤中へあらかじめ
土留め壁１３を打設した後、その土留め壁１３内に、図
１の工法に従って複数の改良地盤層１１を深度方向に非
連続的に形成することにより、強固な改良地盤層を形成
してトラフィカビリティを改善することができる。これ
により土留め壁１３内の地盤上で建設機械等が立坑を掘
削する等の作業を行う場合に走行作業性を上げることが
できる。また、平板状の改良地盤層１１は土留め壁１３
と付着して、土留め壁１３間で擬似的な先行地中梁とな
り、土圧による土留め壁１３の変形を防止することがで
きる。即ち、土留め壁１３内に改良地盤層１１がない
と、図７のように土圧により土留め壁１３が１４のよう
に変形して、地盤を掘削し立坑を形成する場合に支障が
生じるが、図２の工法を採用することで、このような土
留め壁１３の変形が防止される。

【００１８】図３は、本発明の他の実施形態に係る地盤
改良工法を示す図である。図１の（ハ）に示すように、
ノズル３から超高圧噴流６を噴射させて、ロッド1を回
転させつつ周囲地盤を切削する場合において、最下位置
の第１層目の改良地盤層形成時は、第２層目以降の改良
地盤層形成時よりもロッド１の移動量を大きくして周囲
地盤を切削する。そして、切削と同時に地盤と硬化剤と
を置換して硬化剤が固化することで、第２層目以降の改
良地盤層より厚い改良地盤層１６を形成する。第２層目
以降の改良地盤層形成時は、図１の（ニ）から（へ）に
示す工法に従い、切削時のロッド１の移動量を第１層目
より短く設定し、ロッド１を所定の間隔で段階的に引き
上げて、第１層目の改良地盤層１６よりも薄い平板状の
改良地盤層１１を深度方向に非連続的に形成する。これ
によって、最下位置にある厚い改良地盤層１６の支持力
が強化されるので、改良地盤層全体の安定性を確保でき
る。

【００１９】また、上記図３の実施形態は土留め壁を設
けた地盤改良工法へ適用することができる。図４は、こ
の適用例を示す図である。平板状の改良地盤層１１より
厚い改良地盤層１６は、土留め壁１３内に立坑１７を掘
削する場合に、地盤中の土の浸透圧や被圧地下水の水圧
によって、土留め壁１３の下部から内側へ矢印で示すよ
うに土が回り込み地盤が膨れ上がるヒ−ビングや盤膨れ
等の現象を抑制することができる。

【００２０】図５は、本発明に係る立坑掘削工法を示す
図である。図５において、１５はＨ鋼等の支持梁であ
る。前記図２の土留め壁１３内へ複数の改良地盤層１１
を深度方向に非連続的に形成した後、改良地盤を上部か
ら掘削して立坑１７を形成してゆく場合において、掘削
前は平板状の改良地盤層１１が土留め壁１３間で擬似的
な先行地中梁となり、土留め壁１３の土圧による変形を
抑制している。その後、改良地盤層１１が掘削され立坑
１７が形成されていくと、掘削された部分では梁がなく
なるため、図７と同様に土圧による土留め壁１３の変形
が生じる可能性がある。そこで、掘削により露出した土
留め壁１３にまたがって、順次支持梁１５を架設するこ
とにより、掘削後においても土圧による土留め壁１３の
変形を抑制することができる。

【００２１】図６は、本発明の適用例を示す図である。
図６において１８はボックスカルバートであり、地盤中
に埋設され中空部分に下水管や配水管等が設置されてい
る。軟弱地盤中に図１の工法に従い、複数の平板状の改
良地盤層１１を深度方向に非連続的に形成し、これを基
礎地盤としてボックスカルバート１８を埋設する。こう
することで、地盤中での支持力が強化され安定性が確保
されるので、地盤の液状化現象による沈下や地震の衝撃
等の影響を受けにくくすることができる。これ以外に
も、本発明は地下鉄や自動車等の地下トンネルや各種地
下構造物の支持地盤を強化する場合にも適用することが
できる。

【００２２】

【実施例】図４の工法を実施する場合の実施例を説明す
る。改良対象地盤は、地盤の相対的な強さを表すN値が
０〜２程度のシルト層又は粘土層である。あらかじめ地
盤改良を行いたい範囲の地盤中へ土留め壁１３を打設し
て、地盤上に図１に示したボーリング機１０を据付け、
ロッド１を回転させて先端部に備えたビット２により地
盤を掘削する。その後、ロッド１の先端部側面のノズル
３から超高圧噴流を噴射圧力２００ｋｇ／ｃｍ²、吐出
速度６０リットル／分、噴射量は改良土量の１／１０の
条件で噴射し、ロッド１を回転させる。最初の層はロッ
ド１の引き上げの移動量を大きくして、改良地盤径φ
１．８ｍ、改良地盤厚さ２０００ｍｍの厚い改良地盤層
１６を形成し、以降はピッチ５００ｍｍの引き上げ間隔
でロッド１を段階的に引き上げて、改良地盤径φ１．８
ｍ、改良地盤厚さ７５ｍｍ、の薄い改良地盤層１１を深
度方向に非連続的に形成する。上記実施例により形成し
た改良地盤層１１、１６を図９の従来工法により形成さ
れた改良地盤層９と比較した場合、施工コスト低減率７
０％、排泥量低減率８５％、工期の短縮率３０％を達成
することができた。

【００２３】また、非改良地盤層１２では、本発明工法
の実施前にN値０〜１、含水率７８％であった地盤状態
が、実施後はＮ値３〜６、含水率４２％と変化し、強度
を向上することができた。これは、超高圧噴流の噴射に
よる地盤の圧密効果や、硬化剤に含まれるセメントの硬
化時の水和反応に伴う地盤の吸水と脱水効果及び水和反
応時の発熱に伴う脱水効果により、非改良地盤が硬化し
たためと考えられる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の地盤改良工法によれば、地盤中
に複数の改良地盤層を深度方向に非連続的に形成するこ
とで、硬化剤の使用量を減らして材料コストを低減でき
るとともに、排泥量を減らして廃棄処理コストと地球環
境に与える悪影響を低減することが可能となる。また、
非改良地盤層は含水率が低くなって強度が向上する。更
に、地盤の切削や硬化剤の固化及び排泥の処理にかかる
時間を短縮して、全体として工期を短縮できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地盤改良工法の施工手順を示す図
である。

【図２】本発明の他の実施形態に係る地盤改良工法を示
す図である。

【図３】本発明の他の実施形態に係る地盤改良工法を示
す図である。

【図４】図３の地盤改良工法の適用例を示す図である。

【図５】本発明の立坑掘削工法を示す図である。

【図６】本発明の適用例を示す図である。

【図７】従来の工法における土留め壁の変形を示す図で
ある。

【図８】超高圧噴流を利用した地盤改良の原理を示す図
である。

【図９】従来の地盤改良工法の施工手順を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ ロッド ２ ビット ３ ノズル ６ 超高圧噴流 １１ 改良地盤層 １２ 非改良地盤層 １３ 土留め壁 １５ 支持梁 １６ 改良地盤層 １７ 立坑

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 3/12 101

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端部にビットを備え、先端部側面に硬化
   剤と圧縮空気を含む超高圧噴流を噴射させるノズルを開
   口したロッドを回転させて、前記ビットにより地盤を所
   定の深度まで掘削した後、前記ロッドを回転させながら
   前記ノズルから超高圧噴流を噴射させて周囲地盤を切削
   すると同時に、切削された地盤と硬化剤とを置換して、
   地盤中に改良地盤層を形成する超高圧噴流を利用した地
   盤改良工法において、 前記ロッドを改良地盤層の厚みが非改良地盤層の厚みよ
   りも薄くなるように所定の間隔で段階的に引き上げるこ
   とにより、複数の扁平な改良地盤層を各層間に非改良地
   盤層を挟んで深度方向に非連続的に形成し、 改良地盤層の硬化剤が硬化する時の水和反応に伴う吸水
   作用および発熱作用により非改良地盤層の水分を脱水す
   る ことを特徴とする超高圧噴流を利用した地盤改良工
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の地盤改良工法において、 地盤の崩壊を防止するための土留め壁を地盤中に設け、
   この土留め壁内に前記複数の改良地盤層を深度方向に非
   連続的に形成することを特徴とする超高圧噴流を利用し
   た地盤改良工法。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の地盤改良工
   法において、 最下位置の改良地盤層を他の改良地盤層よりも厚く形成
   することを特徴とする超高圧噴流を利用した地盤改良工
   法。
4. 【請求項４】請求項２又は請求項３に記載の地盤改良工
   法を用いて、複数の改良地盤層を形成した後、地盤を上
   部から掘削して立坑を形成していき、掘削により露出し
   た土留め壁にまたがって順次支持梁を架設することを特
   徴とする立坑掘削工法。