JP3886507B2 - 地盤硬化材注入工法 - Google Patents

Description

本発明は構築基礎地盤の強化支保、或いは地盤の安定化や止水を目的として対象地盤に地盤硬化材を注入する地盤硬化材の注入工法、特に、噴射口が背向する一対の段差重合噴射ノズルからの地盤硬化材吐出量をアンバランスに設定することにより拡径された注入域に短時間で注入することを可能にした地盤硬化材注入工法に関するものである。

従来、地盤の覆工支保や強化支保、或いは止水を目的とする硬化材層造成のための地盤硬化材注入は、硬化材噴流の到達距離を少しでも延長して大径の硬化材層を造成することを理想とし様々な工夫が凝らされ、その１つとして核ノズルとこれを囲繞する環状ノズルからなる重合噴射ノズルにより硬化材噴流をエアーで包合して保護し到達距離を延長する方法（例えば特許文献１参照）が開発されている。

更に、硬化材噴流に先立って清水噴射による事前改良を行い、硬化材噴流の有効射程を延長し（例えば特許文献２参照）、或いは余剰スライムを吸引機構によって吸引し（例えば特許文献３参照）てブリージングを良くする手段等が講じられてきた。

また、噴射口を互いに背向させ左右両方向に同時噴射してバランスを保つ注入ロッドについては特許文献４等に図示されている。
特公平７ー１００９３１号公報 特許第２８６５６５３号公報 特公平６ー２９５０６号公報 特公平４ー５２３３３号公報

しかしながら、噴射口を同一レベルで互いに背向させ左右両方向に同時噴射してバランスを保つ注入では、一方の噴射口からの硬化材噴射によって注入された注入域を他方の噴射口からの硬化材噴射がなぞるだけで硬化材到達距離を延長する効果とは直接結びつかない。

また、注入圧を高圧化させることは或る程度の効果は挙げ得ても、高圧化に限界がある一方、必ずしもこれに比例して硬化材到達距離を延長する効果を挙げることはできないことも明らかである。

注入圧の高圧化を効果的なものとするために、清水噴射による事前改良や硬化材噴流のエアー包合が併用されるが、適正な吐出量とロッドの移動速度のバランスが保たれなければならず、複数の噴射ノズルを注入ロッドの側部同一平面位置に設定すると、噴射圧が互いに干渉し合って効果を減殺する一方、同一平面部に複数の地盤硬化材が重複して注入される無駄が生ずるほか、回動作動に上昇作動を加えなければ厚みのある硬化材層の造成ができないという問題もあった。

更に、従来の注入ロッドの径は、上部から先端まで挿入径が同一であるため、地盤のロッド挿入孔とロッド外周との間にクリアランスを生ずる余地がなく、排泥不良を発生させたり、噴射圧力を必要以上に消耗させたりしていた。

本発明は、上記の課題に対応してこれを解決するため、噴射口を互いに背向させ、且つ、所定の段差を設けて設定した一対の重合噴射ノズルと、その一方の重合噴射ノズルの上部に所定の間隔を置いて清水噴射ノズルを設けた注入ロッドを用い、清水噴射ノズルから清水を高圧噴射すると共に、清水噴射ノズル下部の重合噴射ノズルの核部から高圧地盤硬化材、囲周部からエアを噴射し、他方の重合噴射ノズルの核部から前記重合噴射ノズル地盤硬化材吐出量と清水噴射ノズルの清水吐出量を加算した吐出量の１．５乃至２倍の吐出量を有する高圧地盤硬化材を囲周部からのエア噴射と共に噴射しながら注入ロッドを回動させつつ１メートル当たり１０〜２０分の速度で後退させるように構成した。

即ち、出願人は砂質土地盤で上記注入ロッドを用いて注入条件を変化させながら実験を繰り返した結果、先ず、清水噴射ノズルより吐出圧２００Ｋｇ／平方センチで吐出量毎分５０リットルの清水噴射を行い、背向する各重合噴射ノズルからそれぞれ４００Ｋｇ／平方センチで毎分１００リットルのエア巻き硬化材噴流をそれぞれ噴射しながら注入ロッドを回動させつつ１メートル当たり３０分の速度で後退させた場合、２．６メートル径の円柱状の硬化材層が造成された。

出願人は、注入条件を変化させ、清水噴射を前記と同一の噴射条件で行い、硬化材噴射を前記と同圧力、吐出量を２倍にした噴射を行いながら１メートル当たり１５分の速度で後退させたが、造成された硬化材層の径は矢張り２．６メートルであった。

次に、清水噴射を２００Ｋｇ／平方センチで毎分５０リットル、背向する各重合噴射ノズルから、それぞれ４００Ｋｇ／平方センチで毎分１５０リットルのエア巻き硬化材噴流を噴射し、引上げ速度１メートル当たり１５分で行ったところ、層径３メートルの硬化材層が造成された。

更に、清水噴射を２００Ｋｇ／平方センチで毎分５０リットル、清水噴射ノズル下部の重合噴射ノズルから４００Ｋｇ／平方センチで毎分８０リットルのエア巻き硬化材噴流を、他方の重合噴射ノズルから４００Ｋｇ／平方センチで毎分２２０リットルのエア巻き硬化材噴流を噴射し、引上げ速度１メートル当たり１５分で行ったところ、層径３．７メートルの硬化材層が造成された。

このように地盤硬化材吐出量をアンバランスに設定することにより硬化材到達距離を飛躍的に延長する効果が発生するセオリーは、現段階ではを明確に解明するに至っていないが、余剰スライムの上昇を阻止し、吐出硬化材を注入効果に結びつける清水噴射とその下部の硬化材噴射とを同一方向にバランスをとって注入環境を調える一方で、その背後方向にこの清水噴射と硬化材噴射の吐出量を加算した吐出量の１．５乃至２倍の吐出量を有する地盤硬化材を前記硬化材噴射と同一の噴射圧で噴射することにより、硬化材噴射環境が疎密雰囲気に設定されて空疎雰囲気を通じて少吐出量の尖鋭な硬化材噴流が穿孔攪拌効果を高め、疎密雰囲気の混合攪拌による乱流現象が注入効果を高めるものと推定される。

また、注入ロッド先端部をテーパー面を介して拡径し、ロッド本体部の径より噴射作動部の径が大きくなるように構成してブリージングを良くすると共に硬化材包容域のクリアランスを拡張し、或いは、噴射作動部の先端に、噴射作動部の径より拡径した掘削用のロッドクラウンを付設するようにして硬化材包容クリアランス域の更なる拡張を図るようにした。

以下図面に従って本発明の実施の形態を説明する。１は注入ロッドで、全体として３重管で構成され、先端部側壁に噴射口を互いに背向させ、且つ、所定の段差を設けて設定した一対の重合噴射ノズル２、３と、その一方の重合噴射ノズル２の上部に所定の間隔を置いて清水噴射ノズル４が設けられている。

重合噴射ノズル２と３とは、中心部を上下に１．５〜２．５ｃｍ程度ずつずらせた段差状態に設定され、中心部にそれぞれ核ノズル２１、３１その周囲を囲んで囲周ノズル２２、３２が開口し、それぞれがスイベル１１を介して噴射材料槽に連絡するロッド内の分隔された流路に連通する。

重合噴射ノズル２、３、清水噴射ノズル４の設定は、テーパー状の基部１３を介してロッド先端部を構成し注入機構を内蔵するモニター部Ａにおいて行われ、その外径は上部のロッド本管Ｂの外径より大径に構成され、モニター部の挿入掘削によりロッド本管Ｂと挿入孔Ｃの内壁の間にクリアランスが形成されるものである。

重合噴射ノズル２、３からの噴射流は、上記の間隔で直列した場合に外周域において僅かに干渉し合う間隔であるが、開口する方向が異なるので直接干渉することはない。

ロッド１は上記のように全体として３重管で構成され、その中心部にはエア供給路１２、その外周に環状に硬化材流路１６、更に、その外周に清水流路１４が構成され、エア供給路１２の端末には逆止弁５１を介してレシーバタンク等のエア貯圧部５が設定される。

エア貯圧部５は、上方に囲周ノズル２２、３２にそれぞれ連通するエアー流路５２が設定され、それぞれに逆止弁５３が設けられて囲周ノズル２２、３２からの逆流が防止されるようになっている。

エア貯圧部５をこのように構成することにより、貯圧タンク内の蓄圧に応じたエアが流路５２に逆流することなく均霑供給されるので、大気圧内に近い噴射効率を得られると共に、スライムの揚送についても円滑なエアリフト効果を挙げることができる。

清水流路１４は、最外側クリアランスで構成され、途中で清水噴射ノズル４に開口するが、硬化材流路１６、１７の開口部やエア貯圧部５の外側の間隙を通過してロッド１の先端噴出孔１５に開口し、噴出孔１５に設定された差圧弁４１を清水供給圧力の調整によって開閉するようになっている。

差圧弁５１は、スプリング４２によって上方に付勢され常時は噴出孔１５を開放しているので噴出孔１５から掘削水を噴出しながら下降削孔し、所定深度に達したところで清水供給圧力を高めて圧力が一定以上に上昇するとスプリング４２の付勢力に抗して下降し噴出孔１５を閉塞する。

なお、下降削孔時にエア貯圧部５にエアを供給して囲周ノズル２２、３２からエアを噴射しながら削孔することにより、ノズル２２の噴射口を保護し周辺土壌の事前改良にも寄与することができる。

噴出孔１５の閉塞によって清水流路１４の清水は蓄圧され、清水噴射ノズル４から高圧噴流として噴射されて周辺土壌を切削攪拌し、下部に設定された重合噴射ノズル２、３からの硬化材噴流の到達距離を伸長すると共に、硬化材と周辺土壌との混合を促進して均質の硬化材注入層の造成の下地を造成する。

注入ロッド１の後端はスイベル機構１１となっており、ロッド内の各流路の対応部とその噴射材料槽に連絡するホース８に連結すると共に、基台６上に装置された注入ロッド作動機構７に支持される。

以上のように構成された硬化層造成装置は、先ず、流路１４に潤滑清水を供給し噴射ノズル４及び先端噴出孔１５から放出し、注入ロッド作動機構７によって注入ロッド１に対して前進、回転等の作動を与え、ロッドクラウンＤの掘削刃９と注入ロッド１の回転によって注入ロッドを対象地盤Ｇに挿入させる。

このように注入ロッド１を対象地盤Ｇに向けて推進挿入し、所定の深度に達したところで、流路１４に対する清水供給圧力を上げて差圧弁４１を下降させて先端噴出孔１５を閉鎖し、ノズル４から毎分５０〜８０リットルの吐出量の高圧噴流として噴射する。

更に、地盤硬化材としてセメントミルクを、流路１６には毎分８０リットルの吐出量として、流路１７には毎分２２０リットルの吐出量として、それぞれ４００Ｋｇ／平方センチ程度の圧力で圧送し、重合噴射ノズル２の核ノズル２１、重合噴射ノズル３の核ノズル３１からそれぞれ噴射する。なお、流路１６と１７は同一流路を用いノズル径によって吐出量を調整するようにしても良いことは勿論である。

上記によりエア供給路１２に供給されたエアは、エア貯圧部５に蓄圧されエアー流路５２から上方の囲周ノズル２２と３２にそれぞれ供給されて上記硬化材噴流の包合噴流体として噴射される。

このようにして噴射材料を各ノズルに供給し、注入ロッド１を回転させながら抜去方向に１メートル当たり１５分でステップアップして後退させることにより、各高圧噴流は周辺地盤を穿孔切削し土粒子を破砕して、対象地盤Ｇに注入ロッド１の駆動軌跡に沿って円筒状に硬化材注入層Ｘを造成する。

本発明は以上のように構成したので、従来と同程度の硬化材噴射圧力により従来より拡径された注入域に短時間で注入することを可能としたものである。

このように造成される注入層Ｘは、必要に応じてこれに隣接する注入層の部分に同様の注入層を造成し、次々に隣接させて所定形状に並列することにより、所定の地盤硬化層を造成していくものである。

本発明の実施例による施工状況を示す全体側面図 本発明の実施例による注入ロッド先端モニター部の要部構造を一部を省略して示す縦断面側面図 同じく、重合噴射ノズルの正面からの外観状况を示す注入ロッドのノズル設定部分拡大側面図

符号の説明

１ 注入ロッド
１１ スイベル機構
１２ エア供給路
１３ テーパー拡径部
１４ 清水流路
１５ ロッド先端の清水噴出孔
１６ 清水噴射下部噴射ノズルへの硬化材流路
１７ 背向噴射ノズルへの硬化材流路
２ 清水噴射ノズル下部の重合噴射ノズル
２１ 同核ノズル
２２ 同囲周ノズル
３ 背向重合噴射ノズル
３１ 同核ノズル
３２ 同囲周ノズル
４ 清水噴射ノズル
４１ 清水噴出孔の差圧弁
４２ 清水噴出孔差圧弁の付勢スプリング
４３ エア貯圧部エア流路の逆止弁
５ エア貯圧部
５１ エア供給路端末の逆止弁
５２ エア貯圧部から囲周ノズルへのエア流路
５３ エア貯圧部エア流路の逆止弁
６ 基台
７ 注入ロッド作動機構
８ 噴射材料槽に連絡するホース
９ 掘削刃
Ａ ロッドモニター部
Ｂ ロッド−本管
Ｃ ロッド挿入孔
Ｄ ロッドクラウン
Ｇ 対象地盤
Ｘ 硬化材注入層

Claims (3)

1. 先端部の側壁に、噴射口を互いに背向させ、且つ、所定の段差を設けて設定した一対の重合噴射ノズルと、その一方の重合噴射ノズルの上部に所定の間隔を置いて清水噴射ノズルを設けた注入ロッドを清水噴射ノズル及びロッド先端部から清水を噴出させながら対象地盤の所定深度まで挿入し、所定深度において供給清水を低圧供給から高圧噴射に切替えて清水噴射ノズルから噴射すると共に、清水噴射ノズル下部の重合噴射ノズルの核部から高圧地盤硬化材、囲周部からエアを噴射し、他方の重合噴射ノズルの核部から前記重合噴射ノズル地盤硬化材吐出量と清水噴射ノズルの清水吐出量を加算した吐出量の１．５乃至２倍の吐出量を有する高圧地盤硬化材を囲周部からのエア噴射と共に噴射しながら注入ロッドを回動させつつ１メートル当たり１０〜２０分の速度で後退させることにより、対象地盤中に地盤硬化材を注入することを特徴とする地盤硬化材注入工法
2. 注入ロッド先端部をテーパー面を介して拡径し、ロッド本体部の径より噴射作動部の径が大きくなるようにした請求項１記載の地盤硬化材注入工法
3. 噴射作動部の先端に、噴射作動部の径より拡径した掘削用のロッドクラウンを付設するようにした請求項１又は請求項２記載の地盤硬化材注入工法

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