JP4887179B2 - 地盤改良工法および地盤改良装置 - Google Patents
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Description
本発明は、止水壁、基礎地盤等の安定工事などにおいて、地盤の不均一性や土層の境界条件等に左右されにくい高圧噴流のエネルギーを利用して、硬化材を地盤中に高圧噴射注入させることで、地盤中に硬化材の注入範囲を広げ、直径の大きい地盤改良体を造成することのできる地盤改良工法および地盤改良装置に関する。
従来、例えば、ジェットグラウト式地盤改良工法として、硬化材注入管を地表から地中の目標深さまで挿入し、前記硬化材注入管の頭部に組み付けた超高圧硬化材入口及び圧縮空気入口を有するスイベルの前記超高圧硬化材入口からセメント系の超高圧硬化材を、前記圧縮空気入口から圧縮空気をそれぞれ圧入し、前記硬化材注入管の先端部に組み付けたモニター機構の硬化材噴射ノズルから前記超高圧硬化材を、前記硬化材噴射ノズルの周囲の圧縮空気噴射ノズルから前記圧縮空気をそれぞれ管半径方向へ連続的に噴射させ、前記硬化材注入管を旋回駆動しながら引上げ駆動することにより、連続的に噴射する前記超高圧硬化材と前記圧縮空気の旋回噴流で、その周囲の地盤を切削し、その切削域が硬化することにより地盤を改良する、という地盤改良工法がある（例えば、特許文献１参照。）。
これによれば、直径の大きな地盤改良体を効率的に造成でき、つまり地盤改良範囲を増大させることができる。
これによれば、直径の大きな地盤改良体を効率的に造成でき、つまり地盤改良範囲を増大させることができる。
しかしながら、上記ジェットグラウト式地盤改良工法では、硬化材ミルクを地盤に注入するため、その分スライムと呼ばれる硬化材ミルクと切削泥の混合物（排泥）が先導管と硬化材注入管との間の狭い間隙（排泥通路）を通して地表面に排出されるが、造成する地盤の中でも、特に玉石や砂礫等の含有率が高い地盤や、粘土質の地盤を造成する場合には、狭い排泥通路より玉石や砂礫、粘土の塊が排出しにくいため、施工が困難で、施工能力を高めることができなかった。また、排泥の排出量が多くなるとその処理の費用も高価につくという問題がある。セメント系硬化材のセメント中には有害な六価クロムが微量含まれており、六価クロムが地表面に溶出するという環境問題にもなる。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、直径の大きな地盤改良体を効率的に造成できるうえ、注入硬化材と切削泥の混合物たる排泥量の削減を図ることのできる地盤改良工法および地盤改良装置を提供することにある。
本発明の地盤改良工法は、請求項１に記載のように、先導管を地表から地中の目標深さまで挿入して先行削孔する工程と、先行削孔後、頭部に硬化材入口を有するスイベルを備え、先端部に硬化材噴射ノズルを有するモニター機構と、前記硬化材噴射ノズルより硬化材注入管頭部側に偏した位置に取り付けたスクリューオーガーとを備えた硬化材注入管を、前記先導管内に前記硬化材噴射ノズルが先導管の先端から突出し且つ前記スクリューオーガーが前記先導管内に納まる深さまで建て込む工程と、硬化材注入管の建て込み後、前記硬化材入口から超高圧硬化材を圧入し、前記硬化材噴射ノズルから前記超高圧硬化材を管半径方向へ高圧噴射させ、前記硬化材注入管を管軸回りに回転させることにより、高圧噴射する前記超高圧硬化材の旋回噴流で、その周囲の地盤を切削しながら前記超高圧硬化材を地盤中に注入する高圧噴射注入工程と、高圧噴射注入後に前記硬化材注入管を同一位置で逆回転させながら低圧硬化材を地盤中に低圧噴射注入する低圧噴射注入工程と、を含み、前記先導管を硬化材注入管と共に所定間隔置きに順次引上げながら前記高圧噴射注入工程と低圧噴射注入工程を交互に繰り返すことにより地盤改良体を造成することに特徴を有するものである。
上記構成の地盤改良工法によれば、高圧噴射する超高圧硬化材の旋回噴流で、その周囲の地盤を切削しながら超高圧硬化材を地盤中に高圧噴射注入するので、直径の大きい地盤改良体を効率よく造成できる。そのうえ、高圧噴射注入直後には先端側にスクリューオーガーを備えた硬化材注入管を同一位置で逆回転させながら低圧硬化材を地盤中に低圧噴射注入するが、このときスクリューオーガーの逆回転による押し込み力を利用して排泥（注入硬化材と切削泥の混合物）が排出されるのを抑えることができ、それだけ排泥量を削減できる。先導管を硬化材注入管と共に所定間隔置きに順次引上げながら高圧噴射注入工程と低圧噴射注入工程を交互に繰り返すことにより地盤改良体を排泥の排出を極力抑え得ながら造成できる。
本発明の地盤改良装置は、請求項２に記載のように、先導管と、この先導管内に所定深さまで建て込まれる正逆回転可能な硬化材注入管と、この硬化材注入管の頭部に備えた硬化材入口を有するスイベルと、前記硬化材注入管の先端部に備えたモニター機構と、このモニター機構に前記硬化材入口と連通するよう設けた硬化材噴射ノズルと、前記硬化材注入管の先端部であって前記硬化材噴射ノズルより硬化材注入管頭部側に偏する位置に取り付けたスクリューオーガーと、を備えていることに特徴を有するものである。
上記構成の地盤改良装置によれば、先導管で先行削孔し、この先導管に硬化材注入管を所定深さまで建て込み後、硬化材入口から圧入する超高圧硬化材を硬化材噴射ノズルから高圧噴射させ、硬化材注入管を管軸回りに回転させることにより、高圧噴射する前記超高圧硬化材の旋回噴流で、その周囲の地盤を切削しながら超高圧硬化材を地盤中に高圧噴射注入することができる。したがって、直径の大きな地盤改良体を効率よく造成できる。そのうえ、高圧噴射注入直後には先端側にスクリューオーガーを備えた硬化材注入管を同一位置で逆回転させながら低圧硬化材を地盤中に低圧噴射注入することができ、このときスクリューオーガーの逆回転による押し込み力を利用して排泥が排出されるのを抑えることができ、それだけ排泥量を削減できる。先導管を硬化材注入管と共に所定間隔置きに順次引上げながら前記高圧噴射注入と低圧噴射注入を交互に繰り返すことにより地盤改良体を排泥の排出を極力抑え得ながら造成することができる。
本発明によれば、直径の大きな地盤改良体を効率的に造成できるうえ、注入硬化材と切削泥の混合物たる排泥量の削減を図ることができるという効果を奏する。
本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。図１（ａ）〜（ｆ）は本発明の地盤改良工法による作業工程順を示す説明図、図２は本発明の地盤改良工法に使用する先導管の頭部及び硬化材注入管の頭部の拡大図、図３は同硬化材注入管の先端部を示し、（ａ）はモニター機構の縦断面図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
本発明の地盤改良工法の一実施例を図１（ａ）〜（ｆ）を参照して以下に説明する。図１の（ａ）は先導管による削孔工程図、（ｂ）硬化材注入管の建て込み工程図、（ｃ）は水による噴射テスト工程図、（ｄ）は高圧噴射注入と低圧噴射注入を交互に繰り返すことによる造成工程図、（ｅ）は先導管・硬化材注入管の引き抜き工程図、（ｆ）は硬化材注入管の洗浄・穴埋め工程図である。以下、工程順に説明する。
（１）先導管による削孔工程
図１（ａ）に示すように、地上にボーリングマシンＭを設置し、先導管１による先行削孔を水又は泥水を循環しながら目的の削孔深度まで行う。即ち、先導管１の頭部（上端部）に接続されたスイベル２の入口２ａに水又は循環泥水を供給し、先導管１のメタルクラウン３を装着した下部先導管１ａから前記水又は泥水を吐出させ、先導管１を管軸回りに回転させながら下降させてメタルクラウン３で先行削孔することにより先導管１を地中の所定の深さまで貫入する。
図１（ａ）に示すように、地上にボーリングマシンＭを設置し、先導管１による先行削孔を水又は泥水を循環しながら目的の削孔深度まで行う。即ち、先導管１の頭部（上端部）に接続されたスイベル２の入口２ａに水又は循環泥水を供給し、先導管１のメタルクラウン３を装着した下部先導管１ａから前記水又は泥水を吐出させ、先導管１を管軸回りに回転させながら下降させてメタルクラウン３で先行削孔することにより先導管１を地中の所定の深さまで貫入する。
（２）硬化材注入管の建て込み工程
先行削孔後、図１（ｂ）に示すように、先導管１内に硬化材注入管４を所定の深さまで建て込む。
ここで使用される硬化材注入管４は二重管ロッドからなり、図２に示すように、その頭部（上端部）には硬化材入口５ａ、圧縮空気入口５ｂを有するスイベル５と、硬化材注入管４を正逆回転駆動するための油圧式の正逆回転機６が上下に配して取り付けられ、正逆回転機６の下側にはエアー排出口７ａを有するエアー排出用スイベル７が取り付けられる。
先行削孔後、図１（ｂ）に示すように、先導管１内に硬化材注入管４を所定の深さまで建て込む。
ここで使用される硬化材注入管４は二重管ロッドからなり、図２に示すように、その頭部（上端部）には硬化材入口５ａ、圧縮空気入口５ｂを有するスイベル５と、硬化材注入管４を正逆回転駆動するための油圧式の正逆回転機６が上下に配して取り付けられ、正逆回転機６の下側にはエアー排出口７ａを有するエアー排出用スイベル７が取り付けられる。
硬化材注入管４の先端部（下端部）には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、モニター機構８が接続される。モニター機構８はジェット通路８ａ及び圧縮空気通路８ｂを有する二重管構造であり、そのジェット通路８ａの上端部はスイベル５の超高圧硬化材入口５ａと、圧縮空気通路８ｂの上端部はスイベル５の圧縮空気入口５ｂとそれぞれ連通状態にあり、ジェット通路８ａの下端部には硬化材噴射ノズル８ｃが、圧縮空気通路８ｂの下端部には圧縮空気噴射ノズル８ｄがそれぞれ設けられる。硬化材噴射ノズル８ｃは、モニター機構８の外周面一部に径方向外向きに開口され、圧縮空気噴射ノズル８ｄは硬化材噴射ノズル８ｃの周囲から径方向外向きに圧縮空気Ａを噴出するように形成されている。なお、硬化材噴射ノズル８ｃと圧縮空気噴射ノズル８ｄは、モニター機構８の外周面一部に同心円状に設けるに代えて、モニター機構８の外周面に上下に並べて個別に設けるものであってもよい。
図３（ａ）に示すように、硬化材注入管４の先端部（下端部）であって硬化材噴射ノズル８ｃ及び圧縮空気噴射ノズル８ｄより硬化材注入管頭部（上端部）側に偏する位置にはスクリューオーガー９を硬化材注入管４の回りに一周回半あるいは二周回程度の長さの渦巻き状に取り付けている。
先導管１内に硬化材注入管４を建て込む所定の深さは、図３のように、硬化材注入管４の先端部（下端部）の硬化材噴射ノズル８ｃ及び圧縮空気噴射ノズル８ｄが先導管１の先端（下端）から突出し、スクリューオーガー９が先導管１内に納まる深さである。
（３）水による噴射テスト工程
硬化材注入管４の建て込み後は、図１（ｃ）に示すように、スイベル５の硬化材入口５ａに超高圧水を、圧縮空気入口５ｂに圧縮空気をそれぞれ圧入し、モニター機構８の硬化材噴射ノズル８ｃから超高圧水Ｗを管半径方向へ連続的に噴射させるとともに、圧縮空気噴射ノズル８ｄから圧縮空気Ａを噴射させながら硬化材注入管４を管軸回りに回転させて噴射テストを行う。
硬化材注入管４の建て込み後は、図１（ｃ）に示すように、スイベル５の硬化材入口５ａに超高圧水を、圧縮空気入口５ｂに圧縮空気をそれぞれ圧入し、モニター機構８の硬化材噴射ノズル８ｃから超高圧水Ｗを管半径方向へ連続的に噴射させるとともに、圧縮空気噴射ノズル８ｄから圧縮空気Ａを噴射させながら硬化材注入管４を管軸回りに回転させて噴射テストを行う。
（４）高圧噴射注入と低圧噴射注入を交互に繰り返すことによる造成工程
噴射テストに異常がなければ、超高圧水を超高圧硬化材に切り替えて、図１（ｄ）に示すように、超高圧硬化材Ｇを硬化材噴射ノズル８ｃから連続的に高圧噴射させるとともに、圧縮空気Ａを圧縮空気噴射ノズル８ｄから噴射させ（図３（ａ）参照）、硬化材注入管４を正逆回転機６で正回転させることにより、高圧噴射する超高圧硬化材と圧縮空気の旋回噴流で、その周囲の地盤を切削しながら超高圧硬化材を地盤中に高圧噴射注入する高圧噴射注入を開始する。
この時、先導管１は固定されて硬化材注入管４だけが回転され、この硬化材注入管４の回転に伴いスクリューオーガー９が回転し、このスクリューオーガー９の回転により排泥（注入硬化材と切削泥の混合物）が先導管１と硬化材注入管４との間の間隙内を上方に押し出され、このスクリューオーガー９の回転による排泥の押出し作用を利用してエアーが先導管１と硬化材注入管４との間の間隙内を経てエアー排出口７ａから外部に逃がされる。
超高圧硬化材としては、例えば、第１の注入薬液と第２の注入薬液からなる二液性薬液、例えば、液状化防止、止水と地盤強化に好適な特殊シリカ系グラウトや無機系又は有機系の懸濁液や溶液を使用する。
噴射テストに異常がなければ、超高圧水を超高圧硬化材に切り替えて、図１（ｄ）に示すように、超高圧硬化材Ｇを硬化材噴射ノズル８ｃから連続的に高圧噴射させるとともに、圧縮空気Ａを圧縮空気噴射ノズル８ｄから噴射させ（図３（ａ）参照）、硬化材注入管４を正逆回転機６で正回転させることにより、高圧噴射する超高圧硬化材と圧縮空気の旋回噴流で、その周囲の地盤を切削しながら超高圧硬化材を地盤中に高圧噴射注入する高圧噴射注入を開始する。
この時、先導管１は固定されて硬化材注入管４だけが回転され、この硬化材注入管４の回転に伴いスクリューオーガー９が回転し、このスクリューオーガー９の回転により排泥（注入硬化材と切削泥の混合物）が先導管１と硬化材注入管４との間の間隙内を上方に押し出され、このスクリューオーガー９の回転による排泥の押出し作用を利用してエアーが先導管１と硬化材注入管４との間の間隙内を経てエアー排出口７ａから外部に逃がされる。
超高圧硬化材としては、例えば、第１の注入薬液と第２の注入薬液からなる二液性薬液、例えば、液状化防止、止水と地盤強化に好適な特殊シリカ系グラウトや無機系又は有機系の懸濁液や溶液を使用する。
因みに、この高圧噴射注入時における硬化材注入管４の回転数は、例えば、３〜２０ｒ．ｐ．ｍ．とする。また、地盤の切削範囲を広め、地盤の切削容量を多くするために、高圧噴流で地盤を切削するが、そのために、上記圧縮空気の噴射圧力は、例えば、０．６〜１．５ＭＰａ、圧縮空気の流量は、例えば、１．５ｍ３／ｍｉｎ〜５．０ｍ３／ｍｉｎとし、上記超高圧硬化材の噴射圧力は、例えば、５ＭＰａ〜５０ＭＰａ、超高圧硬化材の吐出量は、例えば、５０ｌ／ｍｉｎ〜３００ｌ／ｍｉｎとする。
高圧噴射注入の終了直後には、硬化材注入管４を同一位置で逆回転させて硬化材噴射ノズル８ｃから低圧硬化材を地盤中に低圧噴射注入する。低圧硬化材の注入圧力は、例えば、０．１５ＭＰａ未満、低圧硬化材の吐出量は、例えば、２０ｌ／ｍｉｎ〜２００ｌ／ｍｉｎとする。
上述のように高圧噴射注入時に排泥（注入硬化材と切削泥の混合物）が先導管１と硬化材注入管４との間の間隙内を上方に押し出されるが、この低圧噴射注入時に硬化材注入管４の逆回転に伴うスクリューオーガー９の逆回転を利用した押し込み力で排泥が押し戻されるため、排泥が押し出されるのを抑えられ排泥量の削減に寄与できる。
上述のように高圧噴射注入時に排泥（注入硬化材と切削泥の混合物）が先導管１と硬化材注入管４との間の間隙内を上方に押し出されるが、この低圧噴射注入時に硬化材注入管４の逆回転に伴うスクリューオーガー９の逆回転を利用した押し込み力で排泥が押し戻されるため、排泥が押し出されるのを抑えられ排泥量の削減に寄与できる。
低圧硬化材としては、たとえば、超高圧硬化材と同様に、第１の注入薬液と第２の注入薬液からなる二液性薬液、例えば、液状化防止、止水と地盤強化に好適な特殊シリカ系グラウトや無機系又は有機系の懸濁液や溶液を使用する。第１の注入薬液は圧縮空気入口５ｂに、第２の注入薬液は硬化材入口５ａにそれぞれ供給し、硬化材噴射ノズル８ｃ及び圧縮空気噴射ノズル８ｄから地盤に混合吐出する。
上記高圧噴射注入工程と低圧噴射注入工程は、図１（ｄ）に示すように、先導管１を硬化材注入管４と共に所定間隔置きに順次引上げながら交互に繰り返して地盤改良層１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ・・・を順次上方へ積層形成して行くことにより地盤改良体１０（図１（ｅ）参照）を排泥の排出を極力抑え得ながら造成することができる。
各地盤改良層１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ・・・のそれぞれの層厚ｔは、例えば、２０〜１００ｃｍとし、各層の掘削時間は、例えば、硬化材注入管４の正回転時間（高圧噴射注入工程）を５分、逆回転時間（低圧噴射注入工程）を２〜２０分程度とする。
（５）先導管・硬化材注入管の引き抜き工程
所定の造成完了後は、スイベル５と正逆回転機６を取り外し、図１（ｅ）に示すように、硬化材注入管４、先導管１の順に引き抜く。
所定の造成完了後は、スイベル５と正逆回転機６を取り外し、図１（ｅ）に示すように、硬化材注入管４、先導管１の順に引き抜く。
（６）硬化材注入管の洗浄・穴埋め工程
硬化材注入管４の引き抜き後は、該管４内を清水で洗浄し、次の造成地点に移動させる。図１（ｆ）に示すように、先導管１の引き抜きにより地盤改良体１０の上方に生じる穴１１は、削孔排土等で穴埋めを行う。
硬化材注入管４の引き抜き後は、該管４内を清水で洗浄し、次の造成地点に移動させる。図１（ｆ）に示すように、先導管１の引き抜きにより地盤改良体１０の上方に生じる穴１１は、削孔排土等で穴埋めを行う。
上記実施例では、硬化材注入管４が二重管ロッドからなるが、その他に単管ロッドや三重管ロッド、あるいは三重管以上の多重管ロッドからなるものであってもよい。
本発明の地盤改良工法は水平の地盤改良にも同様に適用できる。また硬化材噴射ノズル８ｃは２個以上設けるものであってもよい。
本発明の地盤改良工法は水平の地盤改良にも同様に適用できる。また硬化材噴射ノズル８ｃは２個以上設けるものであってもよい。
１ 先導管
４ 硬化材注入管
５ スイベル
５ａ 超高圧硬化材入口
５ｂ 圧縮空気入口
８ モニター機構
８ｃ 硬化材噴射ノズル
８ｄ 圧縮空気噴射ノズル
９ スクリューオーガー
１０ 地盤改良体
４ 硬化材注入管
５ スイベル
５ａ 超高圧硬化材入口
５ｂ 圧縮空気入口
８ モニター機構
８ｃ 硬化材噴射ノズル
８ｄ 圧縮空気噴射ノズル
９ スクリューオーガー
１０ 地盤改良体
Claims (2)
- 先導管を地表から地中の目標深さまで挿入して先行削孔する工程と、
先行削孔後、頭部に硬化材入口を有するスイベルを備え、先端部に硬化材噴射ノズルを有するモニター機構と、前記硬化材噴射ノズルより硬化材注入管頭部側に偏した位置に取り付けたスクリューオーガーとを備えた硬化材注入管を、前記先導管内に前記硬化材噴射ノズルが先導管の先端から突出し且つ前記スクリューオーガーが前記先導管内に納まる深さまで建て込む工程と、
硬化材注入管の建て込み後、前記硬化材入口から超高圧硬化材を圧入し、前記硬化材噴射ノズルから前記超高圧硬化材を管半径方向へ高圧噴射させ、前記硬化材注入管を管軸回りに回転させることにより、高圧噴射する前記超高圧硬化材の旋回噴流で、その周囲の地盤を切削しながら前記超高圧硬化材を地盤中に注入する高圧噴射注入工程と、
高圧噴射注入後に前記硬化材注入管を同一位置で逆回転させながら低圧硬化材を地盤中に低圧噴射注入する低圧噴射注入工程と、を含み、
前記先導管を硬化材注入管と共に所定間隔置きに順次引上げながら前記高圧噴射注入工程と低圧噴射注入工程を交互に繰り返すことにより地盤改良体を造成することを特徴とする、地盤改良工法。 - 先導管と、この先導管内に所定深さまで建て込まれる正逆回転可能な硬化材注入管と、この硬化材注入管の頭部に備えた硬化材入口を有するスイベルと、前記硬化材注入管の先端部に備えたモニター機構と、このモニター機構に前記硬化材入口と連通するよう設けた硬化材噴射ノズルと、前記硬化材注入管の先端部であって前記硬化材噴射ノズルより硬化材注入管頭部側に偏する位置に取り付けたスクリューオーガーと、を備えていることを特徴とする、地盤改良装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007046429A JP4887179B2 (ja) | 2007-02-27 | 2007-02-27 | 地盤改良工法および地盤改良装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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