JP4515317B2 - 固結体造成方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤の安定、地山支保、トンネル支保工、構築物の基礎、構築物の基礎補強、液状化防止、遮水用地中壁、地下水湧水防止などを目的として用いられる硬化剤を地中に噴射して地盤と混練し、地中に任意形状の固結体を造成する固結体造成方法と装置に関するものである。

地中に硬化剤を噴射して地中に固結体を造成する従来の技術は、単管もしくは多重管のロッドの先端に設けた一箇所ないしは複数個のノズルから硬化剤を噴射しながらロッドを複数回回転させるもので、その理論から、断面形状は通常円形であり、稀に半円形や扇形の固結体が造成されるものであり、かつノズルの役割としては複数個のノズルを有する場合であっても、各ノズルから噴射された硬化剤または水は、各ノズルによる被噴射地盤の同じ範囲に重複して数回噴射されるもので、同じ地盤の改良に用いられているものである。さらにまた、昨今の都市部地下工事においては、既設の配管や構築物が多数あるため、複雑な形状の固結体の造成が必要となってきているにも関わらず、円形断面では配置上、やむなく不必要部にまで固結体が造成されるケースも多く、経済的にも不経済である上、環境面からも好ましくない問題である。また、私有地境界線等においての固結体造成では、円形断面の固結体が境界線を越えて侵入し、問題となるケースも生じている。

特許第１９４６０３３号

特許第３５５０３９２号

地中に硬化剤を噴射して地中に固結体を造成するという技術は、わが国でも３０年を超える歴史を有し、地下を開削することなく地上から管を挿入するだけで地下の所定箇所周辺を改良できる技術として多用されてきた技術である。現在、地中に硬化剤を噴射して地中に固結体を造成する技術として主に用いられているのは、単管もしくは多重管のロッドの先端に設けた一箇所ないしは数箇所のノズルから硬化剤を噴射しながらロッドを複数回回転させるもので、その理論から、断面形状は通常円形である。また、これら従来工法では同一ロッドに複数個のノズルを設置している工法もあるものの、これらは円形断面の固結体の造成径をより増大させるためのものであった。また、ノズル毎の役割について見てみると、従来工法ではロッドが同一地点で数回回転されることから、複数個のノズルを有する場合でも、各ノズルから噴射された硬化剤は同じ地盤、つまりは同一の被造成地盤に噴射されるもので、任意形状の断面を有する固結体を造成するために４個以上のノズルを有し、かつ噴射圧力、噴射量、噴射時間、外縁速度により差異がある点を利用して造成距離を調整して各ノズルに被造成地盤を設定することで任意形状の固結体を造成する方法はこれまでなかった。また、従来工法による円形断面では配置上、やむなく不必要部にまで固結体が造成されるケースも多く、経済的にも不経済である上、環境面からも好ましくない問題である。また、私有地境界線等においての固結体造成では、円形断面の固結体が境界線を越えて問題となるケースも生じている。そこで本出願人は、特許第１９４６０３３号で四角状改良体の造成工法を開発しており、対向する２個のノズルを回転することなく、移動させて複数方向に向かって高圧ジェット噴流を噴射して、断面矩形の固結体を造成する技術を開発した。造成形状の特徴に加え、造成時間も従来の円形断面の固結体造成する工法に比べて格段に短くなったものの、矩形以外の三角形や星型などの多角形や変形の楕円形などの任意形状の固結体は造成出来ない上、地中に既設配管や構造物、玉石がある地盤においては、ノズル移動が行えず非改良部分が発生するという問題点を有していた。そこでさらに本出願人は、特許第３５５０３９２号で、複数のノズルを用いて複数方向および多方向に同時に噴射して改良体を造成する工法を開発したが、より複雑な形状の固結体を造成するには十分ではないため、今後益々大深度化、複雑化が進むと考えられる都市部地下開発を効率よく行うためにも、懸念される地震対策を安価に行うためにも、各ノズルに被造成地盤を設定することで様々な地盤において短時間に任意形状の固結体を所定箇所に自在に造成できるような新しい固結体造成方法が待ち望まれている。

そこで、本発明は、上記の事情に鑑み、新しい固結体造成方法として、硬化剤液又は硬化剤を含む水の高圧ジェットを地中に挿入したロッド先端部のノズルから噴射しながらロッドを引き抜くか挿入することによって地中に固結体を造成する工法において、周方向から見て、噴射される高圧ジェットの噴射距離が段階的に小さくなるように配置された前記ノズルが４個以上設けられた前記ロッドを地中に挿入し、所定の深度において、その挿入された前記ロッドから硬化剤液又は硬化剤を含む水の高圧ジェットを噴射しながら、前記ロッドを所定角度揺動させることにより地中に固結体を造成する固結体造成方法とした。

また、本発明は、所定の角度ロッドを揺動、旋回する手段と、ロッドを所定速度で地中に挿入および引き抜く手段を有し、かつ同一ロッドに設けた４個以上の所定方向を向いた各ノズルからの到達距離が噴射圧力、噴射量、噴射時間、外縁速度により差異がある点を利用して造成距離を調整して各ノズルに被造成地盤を設定し、ロッドを所定角度揺動することで任意形状の固結体を造成する手段を備えた固結体造成装置とした。

本発明は、任意形状の固結体を造成する固結体造成方法として、同一ロッドに設けた４個以上の所定方向を向いた各ノズルからの到達距離が噴射圧力、噴射量、噴射時間、外縁速度により差異がある点を利用して造成距離を調整して各ノズルに被造成地盤を設定し、ロッドを所定角度揺動することで任意形状の固結体を造成するものである。具体的には各ノズルからの必要なジェット到達距離を決め、各ノズルからの噴射量と噴射圧力をジェット到達距離と噴射率との関係より各々に決めて硬化剤液を噴射しつつ、ロッドを所定角度揺動することで任意形状の固結体を造成するものである。本発明が４個以上という複数のノズルをロッド上に設けた意味は任意形状の固結体を造成するためであり、従来工法のように固結体の造成径の増大のために複数個のノズルを設けた場合とは本質的な目的の違いがある上、本発明において各ノズルに被造成地盤を設定している点は、従来工法にはない本発明の大きな特徴である。本発明の実施にあたっては、必要とする固結体の形状に合わせて４個以上の所定方向を向いた各ノズルに被造成地盤を設定し、地上からの操作によって、所定の深度において、所定の角度および速度でロッドを揺動し、所定の長さロッドを引き抜きまたは挿入しながら同様に繰り返して行うことで、任意形状の固結体を造成することができる。以下本発明を、添付する図面に示す具体的な実施例に基づいて、詳細に説明する。

先端部に３．６ｍｍ、２．８ｍｍ、２．５ｍｍ、２．３ｍｍ、１．８ｍｍの直径のそれぞれ異なる５個のノズル２を設けたロッド１の例を図１に示す。ロッド１は内部に多孔を有しており、先端部に設けた４個以上の各ノズル２まで地上から続いた専用もしくは圧力毎に共有した通路を有し、硬化材液を地上から高圧で送ることができる他、通信線収納や排泥用通路を設けることができる。またこれらノズル２から噴射される硬化剤液の種類は、同一でも良いし、各々別種のものを用いることもできる。

次に本発明の地中における実施状況を示す。図１のロッド１を用いて造成した固結体３の断面図を図２に示した。固結体３は、ロッド１の５個の各ノズル、直径３．６ｍｍのノズル２ａ、直径２．８ｍｍのノズル２ｂ、直径２．５ｍｍのノズル２ｃ、直径２．３ｍｍのノズル２ｄ、直径１．８ｍｍのノズル２ｅ各々に被造成地盤４を設定して造成されたものであり、所定地盤において、直径３．６ｍｍのノズル２ａ、直径２．８ｍｍのノズル２ｂ、直径２．５ｍｍのノズル２ｃ、直径２．３ｍｍのノズル２ｄ、直径１．８ｍｍのノズル２ｅからそれぞれ噴射圧力を調節しながら硬化剤液を噴射しつつ、ロッド１を外縁速度を漸減させながら左から右方向に７２度揺動させて造成したものである。

本発明に用いるロッド１の断面形状は多孔を有した円形もしくは多角形であり、孔数はノズル２の使用数や通信線収納や排泥用通路の有無などの使用環境に応じて増減することができる。また、ノズル２は、同じ直径や形状を有するものを同じロッド１上に複数配置してもよいし、違う直径や形状を有するものばかりを配置してもよい。また、本発明に用いるロッド１に、必要に応じて圧力計測機構とスラリー吸入排出機構を加えることによって、周辺地盤へ影響を与えることなく、所定形状の固結体３を造成することができる上、本発明は垂直方向に限らず、斜め方向、水平方向にも使用することができる。

発明の効果

本発明は、硬化剤液又は硬化剤を含む水の高圧ジェットを地中に挿入したロッド先端部のノズルから噴射しながらロッドを引き抜くか挿入することによって地中に固結体を造成する工法において、同一ロッドに設けた４個以上の所定方向を向いた各ノズルからの到達距離が噴射圧力、噴射量、噴射時間、外縁速度により差異がある点を利用して造成距離を調整して各ノズルに被造成地盤を設定し、ロッドを所定角度揺動することで任意形状の固結体を造成する固結体造成方法とした。

また、本発明は、所定の角度ロッドを揺動、旋回する手段と、ロッドを所定速度で地中に挿入および引き抜く手段を有し、かつ同一ロッドに設けた４個以上の所定方向を向いた各ノズルからの到達距離が噴射圧力、噴射量、噴射時間、外縁速度により差異がある点を利用して造成距離を調整して各ノズルに被造成地盤を設定し、ロッドを所定角度揺動することで任意形状の固結体を造成する手段を備えた固結体造成装置とした。

本発明の実施例の装置の斜視図である。 本発明の実施例の平面図である。

符号の説明

１…ロッド
２…ノズル
３…固結体
４…被造成地盤

Claims (2)

1. 硬化剤液又は硬化剤を含む水の高圧ジェットを地中に挿入したロッド先端部のノズルから噴射しながらロッドを引き抜くか挿入することによって地中に固結体を造成する工法において、
   周方向から見て、噴射される高圧ジェットの噴射距離が段階的に小さくなるように配置された前記ノズルが４個以上設けられた前記ロッドを地中に挿入し、所定の深度において、その挿入された前記ロッドから硬化剤液又は硬化剤を含む水の高圧ジェットを噴射しながら、前記ロッドを所定角度揺動させることにより地中に固結体を造成する固結体造成方法。
2. 所定の角度ロッドを揺動、旋回する手段と、ロッドを所定速度で地中速度に挿入および引き抜く手段を有し、かつ請求項１に対応した手段を備えた固結体造成装置。
   

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