JP4684142B2

JP4684142B2 - 噴射混合処理工法

Info

Publication number: JP4684142B2
Application number: JP2006081034A
Authority: JP
Inventors: 洋仁田尾; 文男中島
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP2007255064A

Description

本発明は、軟弱地盤の改良や、建設構造物の基礎の施工などに用いられる噴射混合処理工法に関するものである。

液状化しやすい砂地盤とセメント系の固化材などを混合し、地盤自体を固めることで、液状化を回避する地盤改良工法が知られている。この工法では、固化材と地盤を均一に混合することが重要であり、均一な混合を実現する工法の例として、機械式攪拌工法と噴射式攪拌工法とが主に知られている。

機械式攪拌工法とは、地盤と固化材を機械式の攪拌翼で混合する方法であり、この工法では、攪拌翼のついた軸を回転させて地盤を攪拌しながら押し進め、同時に軸の先端にあるノズルから固化材あるいはそのスラリー（固化材を含む溶液）を注入して、小径の均一な固化地盤の柱（改良体）を地中に構築する。
噴射式攪拌工法とは、ジェット（超高圧噴射）の力で地盤と固化材を効率的に混合する方法であり、この工法では、回転する軸の先端にあるノズルから半径方向外方に超高圧で固化材スラリーを噴射し、その力で地盤を切るように乱しながら、同時に固化材と混合する。ジェットの力は広い範囲に及ぶため、一度の施工で、大口径の固化地盤の柱（改良体）を地中に構築することができる。

ここで注目するのは噴射式攪拌工法（以下、噴射混合処理工法という）であり、その例が特許文献１や特許文献２に開示されている。

図１９は、特許文献１に記載された噴射混合処理工法の例を示している。この工法では、次に述べる順に工程を進める。

（１）まず、図１９（ａ）に示すように、ボーリングマシン等の掘削ロッド１０１により、施工深度までケーシング削孔し、ガイドホール１０２を形成する。ケーシングは図示を省略してある。

（２）次に、ガイドホール１０２の形成後、図１９（ｂ）に示すように、ガイドホール１０２内に、圧縮空気と超高圧水を下端から噴射できる噴射用ロッド（二重管）１０４を建て込む。

（３）次に、ガイドホール削孔用のケーシングを引き抜き、図１９（ｃ）、（ｄ）に示すように、噴射用ロッド１０４の下端から圧縮空気Ａ・超高圧水Ｂを噴射し、回転させながら噴射用ロッド１０４を引き上げて、地盤の切削を完了する。その際、エアリフト作用によって、スライムが地上に排出される。

（４）次に、必要に応じて、図１９（ｅ）に示すように、掘削ロッド１０１でリボーリングする。ケーシングがある場合は、リボーリングが不要なこともある。

（５）続いて、別工程として、図１９（ｆ）、（ｇ）に示すように、先端からセメントミルク等の固化材を吐出できる注入管１０５を建て込み、その先端から固化材Ｃを高圧噴射して、注入管１０５を引き上げながら、円柱状の改良体（固結体）１０６を造成する。

図２０は、特許文献２に記載された噴射混合処理工法の例を示している。この工法では、次に述べる順に工程を進める。

（１）まず、図２０（ａ）に示すように、ケーシング削孔でガイドホール１０２を造成する。１０９はケーシングである。

（２）次に、図２０（ｂ）に示すように、ガイドホール１０２内に、三重管よりなる噴射用ロッド１０８を建て込む。

（３）続いて、図２０（ｃ）に示すように、ケーシング１０９を引き抜く。

（４）そして、図２０（ｄ）に示すように、回転する噴射用ロッド１０８から圧縮空気・超高圧水を地盤に噴出して地盤を切削・攪拌しながら噴射用ロッド１０８を引き上げ、これにより、地中の土粒子を撹乱して、改良範囲上端まで人為的空間１１２を作る（第１回目の切削）。

（５）続いて、図２０（ｅ）に示すように、改良部分上端まで到達した噴射用ロッド１０８の先端を、そのまめ所定の深度まで下降させながら、同様の方法で第２回目の切削を行う。

（６）その後、図２０（ｆ）に示すように、所定深度まで建て込んだ噴射用ロッド１０８を回転させながら、引き上げて、下端の固化材注出ノズルから固化材Ｃを噴射し、切削により形成した地盤の空隙部に固化材Ｃを充填して円柱状の改良体１０６を造成する。
特開２００１−１８２０４８号公報特開２００３−９６７６４号公報

噴射混合処理工法では、通常、噴射攪拌用ノズルを備えるロッド１０４、１０８や注入管１０５を挿入するために、地盤にガイドホール１０２を造成している。このガイドホール１０２は、地表面への円滑な排出を行うためのものでもあり、改良体の品質確保に欠かせない。従来工法では、このガイドホール１０２を、上述のように噴射攪拌用のロッド１０４、１０８や注入管１０５を挿入する工程とは別工程で造成している。従って、工期が長くかかる要因となっていた。

本発明は、上記事情を考慮し、工期短縮を図ることのできる噴射混合処理工法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、下端部に掘削攪拌翼を有した掘削ロッドを回転させながら地盤に貫入し、貫入時に、回転する前記掘削攪拌翼の外周端に上下に間隔をあけて複数設けた上下のノズルから回転半径方向の外方に向けて水、空気、または、水と空気を上下方向に傾斜させて交差噴射することにより、地盤にガイドホールを造成し、所定深度のガイドホールを造成したら、前記掘削ロッドを引き上げながら、回転する前記掘削攪拌翼の外周端に上下に間隔をあけて複数設けた上下のノズルから固化材を含む流体を回転半径方向の外方に向けて上下方向に傾斜させて交差噴射して、地中に固化材による改良体を構築することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、機械式の掘削攪拌翼の外周端に上下に間隔をあけて複数のノズルを設け、その上下のノズルから水や空気を上下方向に傾斜させて交差噴射しながら、掘削ロッドを地盤へ貫入させるようにしているので、水や空気の動的エネルギによって、掘削攪拌翼による機械的な掘削・攪拌作用を助勢することができる。しかも、流体の上昇流によって効率よく排出することができる。特に、空気を噴射した場合は、エアリフト作用により、効率よく排出することができる。従って、掘削ロッドの１回の貫入によって、大きめの高品質のガイドホールを容易に形成することができる。そして、掘削ロッドの貫入によるガイドホールの形成後に、その位置から固化材の交差噴射を引き続いて行うことにより、固化材と掘削地盤とを混合攪拌することができ、掘削ロッドの貫入と引き上げという１回の工程で、地中に品質の良い改良体を造成することができる。そのため、工期の短縮が可能となる。さらに、掘削攪拌翼の外周端に上下に間隔をあけて複数のノズルを設け、上下のノズルから噴射した流体を交差させるようにしたので、１段翼の場合でも、交差噴射により流体エネルギの到達範囲を限定して、改良体の径の制御を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は実施形態の噴射混合処理工法に使用する装置の全体構成図で、図中１は回転しながら昇降することができるように支持された掘削ロッド、２は掘削ロッド１の下端部に設けられている掘削攪拌翼、３はベースマシンである。この装置では、掘削ロッド１を回転駆動しながら押し下げることにより、掘削攪拌翼２の回転によって地盤を機械的に掘削すると共に、掘削した土砂を攪拌混合することができる。

この装置は、その他の構成として、掘削攪拌翼２の外周端に、流体（水、空気、固化材など）を回転半径方向の外方へ向けて噴射するノズル（図１では図示略）を備えており、地上から送給される流体を、地盤に向けて噴射できるようになっている。

この場合、ノズルおよびノズルにつながる流路は、噴射する流体毎に設けてあってもよいし、いくつかの流体で兼用できるように数を減らして設けてあってもよい。３系統で流体を下端のノズルに送り込む場合は、三重管を使用するのが好ましいし、２系統で流体を下端のノズルに送り込む場合は、二重管を使用するのが好ましい。また、水（または固化材スラリー等の液体）と空気を同時に別々に噴射するような場合は、ノズルを同心構造にしておき、外周側のノズルから空気を噴出させ、内周側のノズルから水を噴出させるようにすることもできる。

図２〜図７を用いて第１実施形態の噴射混合処理工法する。

まず、この工法では、図２に示すように、下端部に掘削攪拌翼２を有した掘削ロッド１を地盤に略鉛直に立てる。そして、図３、図４に示すように、掘削ロッド１を回転させながら地盤に貫入していく。その貫入の際、回転する掘削攪拌翼２の外周端に設けたノズル４０から、回転半径方向の外方に向けて圧縮空気Ａ、超高圧水Ｂ、または、圧縮空気Ａと超高圧水Ｂの両方を噴射する。そうすることにより、地盤に排出用のガイドホール１０を造成する。

このように、回転する掘削攪拌翼２の外周端のノズル４０から圧縮空気Ａや超高圧水Ｂを噴射しながら、掘削ロッド１を地盤に貫入させていくことにより、流体の動的エネルギによって、掘削攪拌翼２による機械掘削を助勢することができる。しかも、流体の上昇流によって、ガイドホール１０を通して、効率よく掘削土砂Ｍを地上に排出することができる。特に、圧縮空気を噴射した場合は、エアリフト作用により効率よく排土することができる。従って、掘削ロッド１の１回の貫入によって、大きめの高品質のガイドホール１０を容易に形成することができる。

そして、掘削ロッド１の貫入によるガイドホール１０の形成後に、図５に示すように、その位置から固化材Ｃの噴射を引き続いて行いながら、掘削ロッド１を回転させつつ徐々に引き上げる。そうすることにより、図６に示すように、固化材Ｃと掘削地盤とを混合攪拌することができる。施工範囲上端まで到達したら、固化材Ｃの噴射を止めて、掘削ロッド１を地上へ引き上げる。そうすることにより、掘削ロッド１の貫入と引き上げという１回の工程で、地中に品質の良い改良体６を造成することができ、工期の短縮が図れる。

なお、前記第１実施形態では、掘削ロッド１を徐々に引き上げながら固化材Ｃを噴射・攪拌して改良体６を造成するようにしたが、掘削ロッド１を引き上げずに定位置で攪拌する場合や、掘削ロッド１の引き上げと貫入を細かく繰り返しながら該掘削ロッド１を引き上げる場合や、掘削ロッド１の再貫入のみの場合も、前記第１実施形態と同様に、地中に品質の良い改良体６を造成することができる。

図８〜図１３を用いて第２実施形態の噴射混合処理工法する。

この第２実施形態では、図８に示すように、外周にスクリュー８を備えた掘削ロッド１を使用している点が、第１実施形態と異なる。このスクリュー８は、掘削ロッド１の回転により、地上へ向けての排出作用を発揮することができる。

従って、図９、図１０に示すように、圧縮空気Ａや超高圧水Ｂを噴射して、ガイドホール１０を形成する段階や、図１１、図１２に示すように、固化材Ｃを噴射して、改良体６を造成する段階において、より効率の良い排出を行うことができ、図１３に示すように造成された改良体６の品質を高めることができる。

図１４は掘削攪拌翼２の具体的な構成例を示している。

図１４の例は単軸の例であり、掘削ロッド１の下端部に、上下に間隔をあけて掘削攪拌翼２１、２２、２３が複数段に設けられている。下側の２段のうち、上側と下側の掘削攪拌翼２１、２２の外周端には、流体（圧縮空気Ａ、超高圧水Ｂ、スラリー状の固化材Ｃ）を噴射するためのノズル４０が設けられている。これら上下のノズル４０は、流体の噴射方向が上下方向に傾斜するように設けられており、噴射した流体が１点で交差するようになっている。

このように、複数段の掘削攪拌翼２を設けることによって、掘削攪拌効果を高めることができる。また、交差するように噴射することによって、流体エネルギの到達範囲を限定して、改良体６の径の制御を行うことができる。

また、前記ノズル４０は、各掘削攪拌翼２１、２２の翼部を構成する、回転方向の前面の傾斜壁２ａと背面の傾斜壁２ｂとの間に配設されている。このように配設することで、ノズル４０に直接土砂が当たるのを回避することができ、ノズル４０を保護することができる。

図１５は、掘削ロッド１を複数（図示例では２個）並列に配置して同時駆動する場合の例を示している。図中７は両方の掘削ロッド１を倒れないように支持するガイドである。

このように掘削ロッド１を多軸とした場合は、土砂と掘削攪拌翼２の共回りを防止できると共に、固化材と土砂とを効率的に攪拌混合することができる。また、１回の処理で広い領域の地盤改良を行うことができる、等の利点が得られる。

なお、図１６に示す例のように、掘削攪拌翼２を１段だけにしてもよい。この図示例では、ノズル４０は、高さを違えて２段に設けており、噴射方法はそれぞれ水平方向に設定している。

また、図１７に示す例のように、１段の掘削攪拌翼２の外周端に、上下に間隔をあけて複数のノズル４０を設け、上下のノズル４０からの流体の噴射方向を上下方向に傾斜させることで、噴射した流体を交差させるようにしてもよい。

このように、１段翼の場合でも、交差噴射により流体エネルギの到達範囲を限定して、改良体６の径の制御を行うことができる。

また、図１８に示す例のように、１段の掘削攪拌翼２に１段のノズル４０を設けて、回転半径方向の外方へ流体を噴射させるようにしてもよい。

本発明の実施形態の噴射混合処理工法に用いる装置の全体構成を示す概略図である。本発明の第１実施形態の工程説明図である。図２の次の段階の工程説明図である。図３の次の段階の工程説明図である。図４の次の段階の工程説明図である。図５の次の段階の工程説明図である。図６の次の段階の工程説明図である。本発明の第２実施形態の工程説明図である。図２の次の段階の工程説明図である。図３の次の段階の工程説明図である。図４の次の段階の工程説明図である。図５の次の段階の工程説明図である。図６の次の段階の工程説明図である。本発明の工法で用いる掘削攪拌翼の具体的構成例を示す図で、（ａ）、（ｂ）は９０度違う方向から見た側面図である。掘削ロッドが２軸の場合の具体的構成例を示す側面図である。掘削攪拌翼が１段で、ノズルが２段に設けられている例を示す側面図である。掘削攪拌翼が１段で、ノズルが噴射流体を交差させるように２段に設けられている例を示す側面図である。掘削攪拌翼が１段で、ノズルが１段だけ設けられている例を示す側面図である。従来例の噴射混合処理工法の工程図である。別の従来例の噴射混合処理工法の工程図である。

符号の説明

１掘削ロッド
１０ガイドホール
２，２１，２２掘削攪拌翼
２ａ前面の傾斜壁
２ｂ背面の傾斜壁
６改良体
８スクリュー
４０ノズル
Ａ圧縮空気
Ｂ超高圧水
Ｃ固化材

Claims

下端部に掘削攪拌翼を有した掘削ロッドを回転させながら地盤に貫入し、貫入時に、回転する前記掘削攪拌翼の外周端に上下に間隔をあけて複数設けた上下のノズルから回転半径方向の外方に向けて水、空気、または、水と空気を上下方向に傾斜させて交差噴射することにより、地盤にガイドホールを造成し、所定深度のガイドホールを造成したら、前記掘削ロッドを引き上げながら、回転する前記掘削攪拌翼の外周端に上下に間隔をあけて複数設けた上下のノズルから固化材を含む流体を回転半径方向の外方に向けて上下方向に傾斜させて交差噴射して、地中に固化材による改良体を構築することを特徴とする噴射混合処理工法。