JP6405431B2 - 地盤改良装置及び地盤改良方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中の切削領域に掘削流体を注入撹拌することにより地盤改良体を築造する地盤改良装置及び地盤改良方法に関する。

従来から、固化材液を高圧噴射および撹拌して軟弱地盤を固化改良する軟弱地盤改良工法が広く知られている。この軟弱地盤改良工法では、下部にモニター機構を有する注入管の上部にスイベルを連結し、この注入管を地上から地盤中の所定深さまで挿入し、その後、スイベルの固化材液供給口から固化材液を高圧で供給し、注入管下部の固化材液噴射ノズルから固化材液を管外方に向って水平方向に噴射させ、注入管を回転させつつ引き上げるようにしている。これにより、連続的に噴射する固化材液の噴射力を利用して注入管周辺の地盤を切削するとともに、その切削領域に固化材液を注入しながら撹拌することで、地盤改良体を築造可能としている（例えば、特許文献１参照）。

この地盤改良工法では、例えば図１７に示すような地盤改良装置が用いられる（例えば、特許文献２参照）。この地盤改良装置は、内管６２内が固化材液の供給通路６４となり、内管６２と外管６３の間がエアの供給通路６５となっている二重管の注入管６１を有する。この注入管６１は下部に固化材液噴射ノズル７１と、この固化材液噴射ノズル７１の周囲からエアを噴射するエア噴射ノズル７２が設けられたモニター機構６９を有する。この注入管６１の上部には固化材液供給口６７とエア供給口６８が設けられたスイベル６６が連結されている。そして、スイベル６６の固化材液供給口６７より高圧供給した固化材液を固化材液の供給通路６４を介しモニター機構６９の固化材液噴射ノズル７１より噴射させると同時に、スイベル６６のエア供給口６８より高圧供給したエアをエアの供給通路６５を介しエア噴射ノズル７２より固化材液噴射ノズル７１の周囲に噴射させるようにしている。

この場合において、また、上部にスイベル６６を、下部にモニター機構６９を備える注入管６１の地盤中への挿入は、スイベル６６の固化材液供給口６７から固化材液を高圧供給し、固化材液の供給通路６４を介しモニター機構６９の先端の開口７７より下向きに吐き出しつつ地盤を削孔し挿入する場合と、ボーリングマシン等で先行して掘削した削孔に挿入していく場合がある。

また、従来の地盤改良装置のモニター機構には、単口の固化材液噴射ノズルが１個のもの、単口の固化材液噴射ノズルが１８０度対称位置に配置されて２個が存在するもの、および単口の固化材液噴射ノズルが１個で、該固化材液噴射ノズルより上方の１８０度反対側に水噴射ノズルが１個設けられているもの、等がある。

特開平０６−３０６８４５号公報 特開２０１１−１４４５３９号公報

ところで、前記地盤改良装置のモニター機構は、固化材液の供給圧に対して各噴射ノズル７１からの噴射圧が不十分であると切削撹拌能力が低くなり、注入管６１の１回の回転では同一深度の地盤を拡径できず、数回の回転で少しずつ拡径していかなければならない。従って、注入管６１の回転速度や引き上げ速度を遅くしなければならず、切削に長時間を要するから、工期も長くかかるし、施工費用も多くかかる。そこで、切削撹拌効率を向上させるために、固化材液の噴射圧力を上昇させる必要があるが、このために高エネルギー使用の大規模なプラント設備、例えば大容量のコンプレッサ、大型のケーシングマシン、ボーリングマシンなどが必要になり、設備の巨大化による工費の増大を招き、小回りが効かない。

また、前述のように、連続的に噴射する固化材液の噴射力を利用して注入管６１周囲の地盤を切削するとともに、その切削領域に固化材液を注入撹拌することで、地盤改良体を築造する場合においては、掘削により地盤に形成される削孔の内周壁面と注入管６１との間隙には噴射後の固化材液が介在し、これが噴射ノズルから噴射させる固化材液の噴射エネルギーを弱めることとなり、地盤の切削効率が悪くなってしまう。

加えて、前記注入管６１の回転にはモータなどの外部動力装置が必要になり、さらに地盤改良装置全体の巨大化、工事費の増大を招いてしまうという不都合があった。

本発明は、かかる従来の課題を解決せんと提案するものであり、その目的とするところは、削孔作業中に削孔とモニターヘッド部等との間隙に介在する泥水や固化材液によって、噴射ノズルから噴出される固化材液の勢いが妨げられる（噴射ロス）のをできるだけ抑えながら、しかも大型で高価な外部動力装置を用いずに、削孔壁面を迅速かつ効率的に掘削することができる地盤改良装置及び地盤改良方法を提供することにある。

前記目的達成のために、本発明の請求項１に係る地盤改良装置は、掘削ロッドと、該掘削ロッドに対して開いた拡翼状態へと回動可能に前記掘削ロッドに取り付けられる掘削翼と、該掘削翼に設けられて掘削流体を噴射する噴射ノズルであって、掘削流体の噴射の反力によって前記掘削翼に対して前記拡散状態への回転力と前記掘削ロッドの軸線を中心とする回転力とを付与し得る噴射ノズルと、を備え、前記掘削翼が前記掘削ロッドに対して該掘削ロッドの軸線を中心として回動可能に取り付けられる構成と、前記掘削ロッド自体が該掘削ロッドの軸線を中心として回動可能な構成と、を備え、前記噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって、前記掘削翼が、前記拡翼状態へと回動可能且つ前記掘削ロッドの軸線を中心として回動可能とされていることを特徴とする。

この構成において、噴射ノズルから掘削流体が噴射されると、その噴射に基づく反力によって、掘削翼が、掘削ロッドに対して開いた拡翼状態へと回動し且つ掘削ロッドを中心として回動する。そして、噴射ノズルから噴射される掘削流体によって地盤が改良される。なお、本発明において掘削流体とは、セメントミルク等の固化材液や水等の、流体圧で地盤を掘削可能な流体を指す。

本発明の請求項２に係る地盤改良装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記掘削翼が前記掘削ロッドの対称位置に二つ配設されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る地盤改良方法は、掘削翼が掘削ロッドに対して開いた拡翼状態へと回動可能に前記掘削ロッドに取り付けられており、且つ、前記掘削翼が前記掘削ロッドの軸線を中心として回動可能とされている地盤改良装置を用い、前記掘削翼に設けた噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって前記掘削翼を前記拡翼状態とし、且つ、前記噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって前記掘削ロッドの軸線を中心として前記掘削翼を回転させながら、前記噴射ノズルから噴射される掘削流体によって地盤を改良することを特徴とする。

本発明の請求項４に係る地盤改良方法は、請求項３に記載のものにおいて、前記掘削ロッドを移動させながら地盤を改良することを特徴とする。

本発明の地盤改良装置によれば、次のような効果を奏する。
（１）掘削ロッドに設けた掘削翼または掘削ロッドと掘削翼を回転駆動させるモータなどの外部動力装置を用いずに、掘削に使用する掘削流体の噴射する反力で掘削翼を拡翼させ且つ掘削ロッドを中心として回動させ、噴射ノズルから噴射される掘削流体で削孔の内周壁面を掘削し拡径しながら地盤を改良することができる。
（２）掘削翼には噴射ノズルが設けられ、掘削流体を高圧供給して噴射ノズルより噴射すると、掘削翼は、掘削流体の噴射に基づく反力によって、掘削ロッドに対して開いた拡翼状態となり且つ掘削ロッドを中心として回動するので、掘削翼の噴射ノズルが削孔内周壁面に近接して位置し掘削流体を噴射することになり、介在する掘削流体や泥水によって、噴射ノズルから噴射される掘削流体の勢いが妨げられること（噴射ロス）をできるだけ抑えながら、削孔の内周壁面を拡径する掘削ができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に本発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して、詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る地盤改良装置を説明する斜視図である。 図１に示す地盤改良装置の正面図である。 図１に示す地盤改良装置とは、掘削翼の取付構造を異にした地盤改良装置を説明する斜視図である。 地盤改良装置の作動状態を工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す説明図である。 地盤改良装置の別の作動状態を工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す説明図である。 本発明の実施形態に係る地盤改良装置の要部を示す斜視図である。 図６に示す地盤改良装置を下方から見た斜視図である。 図６に示す地盤改良装置の側面図である。 図６に示す掘削翼の分解斜視図である。 図６に示す地盤改良装置を削孔内に挿入した状態の正面図である。 図６に示す地盤改良装置を削孔内に挿入した状態の側面図である。 本発明における掘削翼の他の実施形態を一部破断して示す斜視図である。 本発明における掘削翼の他の実施形態を一部破断して示す分解斜視図である。 図１３において端部を潰した形態のノズル菅を示す部分斜視図である。 本発明における掘削翼の他の実施形態を一部破断して示す斜視図である。 図１５における噴射液拡散板の取付け状態を示す部分斜視図である。 従来の地盤改良装置を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる地盤改良装置を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る地盤改良装置を説明する斜視図、図２は、同正面図である。この地盤改良装置は、掘削流体の通路１６を有する掘削ロッド１２の下方部にスイベル１１が回転可能に設けられ、該スイベル１１には、掘削翼２６、２７がパイプ２２、２３を介し垂直方向に回動可能に設けられている。すなわち、パイプ２２、２３がスイベル１１に対し垂直方向に回転可能に取り付けられて、このパイプ２２、２３に固設されている掘削翼２６、２７は、垂直方向に回動可能となっている。従って、掘削翼２６、２７は、スイベル１１と共に水平方向の回転が可能となり、また、パイプ２２、２３と共に垂直方向の回転も可能となる。掘削翼２６、２７は、いずれか一方の１個だけでもよいが、本例では掘削ロッド１２の対称位置に２個の掘削翼２６、２７が設けられている場合を示している。

前記掘削翼２６、２７には、先端方向に向かって互いに平行する複数の噴射ノズル１３、１３が設けられ、該噴射ノズル１３、１３は、パイプ２２、２３およびスイベル１１を介し掘削ロッド１２の掘削流体の通路１６に連通している。これにより掘削ロッド１２の掘削流体の通路１６より供給した掘削流体は、スイベル１１およびパイプ２２、２３を介し掘削翼２６、２７の噴射ノズル１３、１３より噴射可能となっている。
従って、掘削翼２６、２７の噴射ノズル１３、１３から掘削流体を噴射すると、掘削翼２６、２７には、その噴射力の反力が作用し、その反力で水平方向の回転力と垂直方向の回転力が付与される。これにより掘削翼２６、２７は、水平方向と垂直方向に回動する。例えば、図２の破線で示すように掘削翼２６、２７が垂下している状態で、掘削流体を噴射ノズル１３、１３より噴射すると、掘削翼２６、２７は掘削ロッド１２を中心に水平方向に回転すると共に、図２の破線で示す位置から矢印で示すように垂直方向にも回動して実線で示す位置に拡径してゆく。
ここで、掘削ロッド１２に対しスイベル１１が回転不可となっている場合には、掘削翼２６、２７の噴射ノズル１３、１３からの掘削流体の噴射による反力は、掘削ロッド１２を水平方向に回転させる回転力として作用する。従って、この場合には、施工機に掘削ロッド１２を回転自在に取り付けることによって、掘削翼２６、２７は、掘削ロッド１２と共に水平回転可能となる。

なお、掘削翼２６、２７の水平回転する回転方向は、正逆いずれの回転方向でもよく、特に限定されない。スイベル１１に対する掘削翼２６、２７の取付構造によって自由に決定できる。例えば、図１に示す取付構造では、矢印方向の回転となるが、図３に示す取付構造では、矢印で示すように図１の回転方向と逆方向の回転となる。以下では、図１に示す実施の形態で説明する。

しかして、このような構成の地盤改良装置によれば、掘削ロッド１２の掘削流体の通路１６から掘削流体が供給されていない場合では、掘削翼２６、２７は、図２の破線で示すように自重によって略垂直下方に垂れ下がった状態となる。この状態で予め掘削した小径の削孔に挿入して設置して、掘削ロッド１２の通路１６より掘削流体を高圧供給すると、掘削流体はスイベル１１、パイプ２２、２３を介し掘削翼２６、２７の噴射ノズル１３、１３に供給され噴射されるから、この掘削流体の噴射される反力により掘削翼２６、２７には、水平方向の回転力と垂直方向の回転力が作用し、掘削翼２６、２７は水平方向の回転と垂直方向の回転をはじめる。この時、掘削翼２６、２７は、噴射ノズル１３、１３より掘削流体を噴射しつつ回転するので、掘削流体が削孔内壁面に強く衝突し削孔壁面を削り取り、拡径させる。このときの掘削翼２６、２７の垂直方向の回転は、削孔の拡径に伴い順次回転して拡翼して、最大水平状態（図２の実線で示す位置）まで拡翼する。この水平位置まで垂直方向に回転したら、ストッパ（図示省略）により停止し水平状態を保持するようにする。その後は掘削翼２６、２７は、掘削流体を噴射させて水平方向のみの回転をさせつつ、掘削ロッド１２を引き上げることにより削孔することができる。この時の掘削ロッド１２の引き上げ速度は、掘削流体により削孔壁面が削り取られて所定の削孔径が出来上がる速度とする。
このように削孔の拡径を実施しながら、この拡径直後の削孔内に、掘削流体、例えば、固化材液（セメントミルク）を充填し、掘削ロッド１２を地上に引き上げることで、所期の地盤改良工事、等を施工できる。

次に、図４において地盤改良装置の動作について説明する。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、地盤改良装置の作動状態を工程順に示す説明図である。
図４に示すように掘削ロッドを地盤に対して垂直に配置する場合、掘削ロッド１２の掘削流体の通路１６から掘削流体が供給されない場合は、掘削翼２６、２７は、自重によって略垂直下方に垂れ下がった状態となっている。この状態で予め掘削した削孔４１に挿入して設置する（図４（ａ））。そこで掘削ロッド１２の通路１６より掘削流体を高圧供給すると、掘削流体はスイベル１１、パイプ２２、２３を介し掘削翼２６、２７の噴射ノズル１３に供給され、噴射されるから、この掘削流体の噴射される反力により掘削翼２６、２７には、地盤に対する水平方向の回転力（掘削ロッドを中心とする回転の回転力）と垂直方向の回転力（掘削ロッドに対して開いた拡翼状態への回転力）が作用し、掘削翼２６、２７は水平方向の回転と垂直方向の回転をはじめる。この時、掘削翼２６、２７は、噴射ノズル１３より掘削流体を噴射して水平方向と垂直方向の回動をするので、掘削流体が削孔４１の内壁面に強く衝突して削り取り、図４（ｂ）に示すように削孔４１の下方を円錐状に拡径４１ａする。この掘削翼２６、２７の回転を続けると、掘削翼２６、２７の垂直方向の回転は、削孔４１の円錐状の拡径４１ａに伴い順次垂直方向上方に回転して拡翼するので、図４（ｂ）から（ｃ）に示すようにそれに応じ掘削ロッド１２も下方に移動させると、遂には、掘削翼２６、２７は、図４（ｄ）に示すように水平状態にまで拡翼する。この水平位置まで回転したら、ストッパ（図示省略）により停止し水平状態を保持するようにする。噴射ノズル１３から掘削流体を噴射している間は、掘削翼２６、２７には垂直方向への回転力が作用するので、水平状態は維持される。その後は、掘削翼２６、２７は、掘削流体を噴射しつつ水平回転を続けるので、掘削ロッド１２を拡径に応じて引き上げることで削孔することができる。

この図４では、掘削翼２６、２７が拡翼してゆくにしたがい、掘削ロッド１２を下方に移動させつつ削孔４１の孔底近傍で水平状態にしているが、これは、図５に示すように掘削ロッド１２を下方に移動させることなく、その位置で削孔４１を拡径しつつ掘削翼２６、２７を水平状態としてもよい。図５は、削孔４１の孔底において、掘削ロッド１２をその位置で（図４のように下方に移動させることなく）掘削翼２６、２７を拡翼して水平状態とする様子を工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示している。

その地盤改良装置の具体的構成は図６〜図８に示す通りである。図６〜図８において、高圧の掘削流体を供給する通路１６を有する掘削ロッド１２の下方部にスイベル１１が連結されている。スイベル１１は掘削ロッド１２に対して水平回動自在である。スイベル１１は掘削ロッド１２に対しベアリング（図示しない）を介して、前記の水平回動にも拘わらず相互が緩んで分離することなく、ナット部材１４、１５により連結されている。また、スイベル１１には、前記掘削ロッド１２の中心を貫通する掘削流体の通路１６に連結する掘削流体のスイベル通路１７（図８参照）が設けられている。

さらに、スイベル１１には、スイベル通路１７に連通する一対の掘削流体の連絡路１８、１９が、略水平方向にかつ同一軸線上に設けられている。これら一対の連絡路１８、１９の開口端には外側に突出するように継手部２０、２１が設けられている。これらの継手部２０、２１には、略Ｌ字状に屈曲する形態のパイプ２２、２３の一端部が連結されている。

これらのパイプ２２、２３は、偏向通路２２ａ、２３ａを持ち、回動支持継手２４、２５を介して継手部２０、２１の中心線の回りに垂直回動自在に連結されている。また、これらのパイプ２２、２３の各他端部には平板状の掘削翼２６、２７が連結されている。これらの掘削翼２６、２７はスイベル１１の回転中心から外方へずれた位置に設けられている。

掘削翼２６、２７は同一形態をなすが、互いに点対称配置関係にあり、これらのうち掘削翼２６は、図９に示すように、全体としてパイプ２２、２３側を基部として、この基部の反対側の先端部に向って幅が狭小となっている。そして、この掘削翼２６は同径、同サイズの上板２６Ａおよび下板２６Ｂと、これらの上板２６Ａおよび下板２６Ｂ間に介装されたノズル形成部材２６Ｃからなる。これらのうち、上板２６Ａは前記基部から先端に向って段状（ここでは４段）に切り欠かれた段状側縁Ｄとなっており、先端部は円弧状側縁Ｅとなっている。

また、上板２６Ａにおける段状側縁Ｄおよび円弧状側縁Ｅとは反対側の側縁は、直線状側縁Ｆおよびこれに連続する円弧状側縁Ｇとなっている。なお、下板２６Ｂは上板２６Ａと略同一形状、同一サイズをなし、従って、この下板２６Ｂにも前記と同一の段状側縁Ｄ、円弧状側縁Ｅ、直線状側縁Ｆおよび円弧状側縁Ｇが形成されている。

ノズル形成部材２６Ｃは所定の厚みを持ち、釣針状板２８、２つの棒状板２９、３０およびＪ字状板３１からなる。これらの各板２８〜３１は同一材料で作られており、これらの基部に掘削流体を分岐する凹部Ｈを形成している。また、各板２８〜３１のそれぞれの間には凹部Ｈに連通する噴射ノズル１３に連通するノズル通路３５〜３８が形成されている。

これらのノズル通路３５〜３８は掘削翼２６の先端外側面に開口端が臨む噴射ノズル１３に連通する。かかる凹部Ｈおよびノズル通路３５〜３８を持つノズル形成部材２６Ｃを、上板２６Ａおよび下板２６Ｂ間に介在するように、これらを溶接、その他の方法により一体的に接合することで、掘削翼２６が形成される。なお、図示していないが、もう一方の掘削翼２７も掘削翼２６と同様の形態をなす。

前記凹部Ｈは、前記掘削ロッド１２およびスイベル１１からパイプ２２、２３を通じて供給される掘削流体を各ノズル通路３５〜３８に分岐させる部分を形成する。また、ノズル通路３５〜３８は凹部Ｈを通じて圧送された掘削流体を絞って加圧し、先端部の噴射ノズル１３から噴出するように機能する。これらのノズル通路３５〜３８は上板２６Ａおよび下板２６Ｂの一部とともに、噴射ノズル１３を構成している。

次に、かかる構成になる地盤改良装置の動作を説明する。
先ず、掘削機を用いて、地盤改良すべき地盤に対し、図１０および図１１に示すような所定深さの、小径の削孔４１を掘削する。続いて、スイベル１１および掘削翼２６、２７を含む地盤改良装置を、掘削ロッド１２の通路１６への掘削流体の未供給状態にて、その小径の削孔４１内に挿入する。スイベル１１には掘削流体が未だ供給されていないので、この掘削流体の通路１６、スイベル１１のスイベル通路１７、パイプ２２、２３の偏向通路２２ａ、２３ａおよび各掘削翼２６、２７の凹部Ｈには、掘削流体は供給されない。

このため、パイプ２２、２３の偏向通路２２ａ、２３ａを通じて掘削翼２６、２７のノズル通路３５〜３８の噴射ノズル１３から掘削流体が噴射されることはなく、従って、掘削流体の噴射に伴う反力がその掘削翼２６、２７に作用することはない。従って、パイプ２２、２３の基端部が継手部２０、２１に回動可能に支持された状態にて、パイプ２２、２３および掘削翼２６、２７が、図１０および図１１に示すように、自重によって略垂直下方に垂れ下がった状態となる。このため、掘削翼２６、２７は全体として縮径状態となり、地盤改良装置は小径の削孔４１内に出入自在に設置可能となる。

一方、地盤改良のための掘削を開始する場合には、前記削孔４１内に挿入された状態の地盤改良装置を作動させる。具体的には、高圧ポンプにより掘削流体を掘削ロッド１２の通路１６からスイベル１１へ圧送する。このスイベル１１では掘削ロッド１２からの掘削流体を、スイベル通路１７を通してパイプ２２、２３の偏向通路２２ａ、２３ａへ送出する。この偏向通路２２ａ、２３ａに送出された掘削流体は掘削翼２６、２７に送出される。

これらの掘削翼２６、２７には凹部Ｈが設けられているので、偏向通路２２ａ、２３ａから送出された掘削流体はこの凹部Ｈを介し、続いて、この掘削流体は凹部Ｈからこの凹部Ｈよりも通路断面積が狭小のノズル通路３５〜３８に送出される。従って、このノズル通路３５〜３８では掘削流体がさらに加圧され、これらのノズル通路３５〜３８の先端開口部の噴射ノズル１３から掘削翼２６、２７外へ高圧で噴出される。

この場合において、その掘削流体の噴射圧力の反力で掘削翼２６、２７をスイベル１１とともに掘削ロッド１２に対して水平回動させる反力および掘削翼２６、２７を継手部２０、２１の中心線の回りに回動させる反力をそれぞれ惹起する。なお、掘削翼２６、２７先端部の前記上方への垂直回動高さは、図示しないストッパによって略水平状態となる位置付近で規制される。

そして、このような高圧の掘削流体の噴射時に掘削翼２６、２７に発生する反力によるスイベル１１の水平回動および図１０に示す矢印Ｐ方向の掘削翼２６、２７の立ち上がり動作によって、ノズル通路３５〜３８の先端部の噴射ノズル１３から噴射される掘削流体が、削孔４１の内周壁面を拡径するように掘削する。こうして拡径された削孔４１の内径は、掘削翼２６、２７を共に最大立ち上げたときの合計長に、ノズル通路３５〜３８の先端部の噴射ノズル１３から噴射される掘削流体の所定の噴射長を加えた大きさとなる。

かかる掘削作業では、地盤改良装置と削孔４１の内周壁面との間には、ノズル通路３５〜３８の先端部から噴射された掘削流体が滞留する。しかし、掘削作業中は前述のように掘削翼２６、２７が立ち上がって略水平状態になるため、ノズル通路３５〜３８の先端部の噴射ノズル１３は削孔４１の内周壁面に近接した状態で臨む。

従って、かかるノズル通路３５〜３８の先端部の噴射ノズル１３とは削孔４１の内周壁面との近接によって、ノズル通路３５〜３８の先端部の噴射ノズル１３から噴射される掘削流体の前記噴射力が、前記滞留した掘削流体や泥水によって損なわれることはない。この結果、削孔４１の掘削流体による拡径方向の掘削を、大掛かりなモータ等の回転駆動装置を用いずに効果的に実施できる。また、こうして削孔４１の拡径を実施しながら、この拡径直後の削孔４１内に掘削流体（例えば、固化材液）を充填し、さらに掘削ロッド１２を所定の速度で地表に向って引き上げることで、所期の地盤改良工事を達成できる。

なお、前記においては、分岐通路となる凹部Ｈに連続するノズル通路３５〜３８を矩形断面形状としたものを示したが、図１２に示すように、ノズル通路３５〜３８と同等幅で断面が円形をなすノズル通路４２〜４５としてもよい。ここでは、凹部Ｈとノズル通路３５〜３８を、上板２６Ｅおよび下板２６Ｆの合わせ面側に形成した半円形溝によって形成している。

図１３は、掘削翼の他の実施形態を示す。この実施形態の掘削翼４６は上板４６Ａおよび下板４６Ｂと、これらの上板４６Ａおよび下板４６Ｂ間に介在されるノズル形成部材４６Ｃとを備えて構成される。上板４６Ａおよび下板４６Ｂには図９に示したものと同様の段状側縁Ｄが形成されている。また、ノズル形成部材４６Ｃは掘削流体を分岐する矩形の凹部Ｈと、この凹部Ｈに連通する直管状の４本のノズル菅４８〜５１とを設けたものからなる。なお、ノズル菅５１の先端部は円弧状に曲げられて、掘削流体の噴出方向を他と異ならせてある。

この掘削翼４６によれば、図９に示すような複雑な形状の釣針状板２８、棒状板２９、３０、Ｊ字状板３１を設ける必要がなく、凹部Ｈとノズル菅４８〜５１の簡単な組み付け作業により、安価にノズル形成部材４６Ｃを形成できるメリットがある。なお、かかる掘削翼４６が持つ機能は、図９に示したものと同等である。また、ノズル菅５１の先端は、図１４に示すように扁平な形状のノズル孔５１ａを持つものとしてもよい。これによりノズル孔５１ａから噴射される掘削流体の噴射パターンを一定幅に亘って扁平にでき、噴射反力の増大および削孔４１の内周壁面の所定部位を効率的に掘削することができる。

図１５は掘削翼のさらに他の実施形態を示す。この掘削翼５２は上板５２Ａおよび下板５２Ｂと、これらの上板５２Ａおよび下板５２Ｂ間に介在されるノズル形成部材５２Ｃとを備えて構成される。ノズル形成部材５２Ｃは前述と同様の凹部に繋がる矩形断面形状の噴射ノズル５４〜５８とを備えて構成される。各ノズル５４〜５８は掘削翼５２の先端に向って真っ直ぐに延びて、その先端外方に開口している。

また、掘削翼５２の先端には、図１６に示すような、扇形の金属板を「へ」の字状に折り曲げた噴射液方向転換板５３がボルト・ナットなどの締結部材５９を用いて取り付けられている。この噴射液方向転換板５３は取付片５３ａと折曲片５３ｂとからなり、折曲片５３ｂはノズル５８の開口端に対向している。従って、前述したような凹部（図示しない）を通じて、ノズル５８の先端部から噴出される掘削流体は、前記折曲片５３ｂに衝突して反射され、削孔４１の内周壁面における所定部位に向けて噴射される。このため、掘削流体の噴射反力の作用方向を偏向させることができる。

なお、前記においては、掘削翼２６、２７が取り付けられたスイベル１１を掘削ロッド１２に対して水平回動自在に設けた例を示したが、スイベル１１が掘削ロッド１２と一体構造である場合には、掘削ロッド１２をスイベル１１とともに回動させる構成とする必要がある。また、前記においては、２個（一対の）の掘削翼２６、２７をスイベル１１に対して対称配置するように設けた例を示したが、必要に応じ１個または３個以上設けることは任意である。

以上のように、本実施形態の地盤改良装置は、スイベル１１を通じて掘削流体を噴射ノズル１３、５４〜５８から噴射することにより地盤を掘削し、この掘削した地盤の削孔領域に掘削流体を注入して地盤改良をする地盤改良装置であって、掘削流体の通路１６を有する掘削ロッド１２に、前記スイベル１１を介して掘削翼２６、２７を垂直方向に回動自在に設け、該掘削翼２６、２７に先端方向に向う互いに平行する２つ以上の噴射ノズル１３、５４〜５８を設け、該噴射ノズル１３、５４〜５８をスイベル１１を介して前記掘削ロッド１２の掘削流体の通路１６に連通させ、前記噴射ノズルからの掘削流体の噴射にもとづく反力で前記掘削翼２６、２７を水平方向および垂直方向に回動可能にした構成としている。

従って、この地盤改良装置によれば、大型で高価な外部動力装置を用いずに、削孔作業中に削孔４１と地盤改良装置との間隙に介在する泥水や掘削流体によって、噴射ノズル１３、５４〜５８から噴出される掘削流体の勢いが妨げられること（噴射ロス）をできるだけ抑えながら、またモータなどの回転動力装置を用いずに、掘削流体の射出だけを利用して、削孔４１の内周壁面を効率的にかつ経済的に拡張方向に掘削することができることとなる。

本発明の地盤改良装置は、削孔の壁面に近接した位置から高圧の掘削流体を噴出させることで、噴射ノズルから噴射される掘削流体の勢いを失うことなく、削孔壁面の拡径掘削を効率的に実施でき、かかる効果を大型で高価な外部動力装置を用いずに得ることができるという効果を有し、地盤中の切削領域に掘削流体を注入撹拌することにより地盤改良体を築造する地盤改良装置等に有用である。

１１ スイベル
１２ 掘削ロッド
１３ 噴射ノズル
１４、１５ ナット部材
１６ 掘削流体の通路
１７ スイベル通路
１８、１９ 連絡路
２０、２１ 継手部
２２、２３ パイプ
２２ａ、２３ａ 偏向通路
２４、２５ 回動支持継手
２６、２７ 掘削翼
２６Ａ 上板
２６Ｂ 下板
２６Ｃ ノズル形成部材
２８ 釣針状板
２９、３０ 棒状板
３１ Ｊ字状板
３５〜３８ ノズル通路
４１ 削孔
４２〜４５ ノズル通路
４６ 掘削翼
４８〜５１ ノズル菅
５１ａ ノズル孔
５２ 掘削翼
５２Ａ 上板
５２Ｂ 下板
５２Ｃ ノズル形成部材
５３ 噴射液方向転換板
５４〜５８ 噴射ノズル
Ｈ 凹部

Claims (4)

1. 掘削ロッドと、該掘削ロッドに対して開いた拡翼状態へと回動可能に前記掘削ロッドに取り付けられる掘削翼と、該掘削翼に設けられて掘削流体を噴射する噴射ノズルであって、掘削流体の噴射の反力によって前記掘削翼に対して前記拡翼状態への回転力と前記掘削ロッドの軸線を中心とする回転力とを付与し得る噴射ノズルと、を備え、前記掘削翼が前記掘削ロッドに対して該掘削ロッドの軸線を中心として回動可能に取り付けられる構成と、前記掘削ロッド自体が該掘削ロッドの軸線を中心として回動可能な構成と、を備え、前記噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって、前記掘削翼が、前記拡翼状態へと回動可能且つ前記掘削ロッドの軸線を中心として回動可能とされている、地盤改良装置。
2. 前記掘削翼が前記掘削ロッドの対称位置に二つ配設されている、請求項１に記載の地盤改良装置。
3. 掘削翼が掘削ロッドに対して開いた拡翼状態へと回動可能に前記掘削ロッドに取り付けられており、且つ、前記掘削翼が前記掘削ロッドの軸線を中心として回動可能とされている地盤改良装置を用い、前記掘削翼に設けた噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって前記掘削翼を前記拡翼状態とし、且つ、前記噴射ノズルからの掘削流体の噴射に基づく反力によって前記掘削ロッドの軸線を中心として前記掘削翼を回転させながら、前記噴射ノズルから噴射される掘削流体によって地盤を改良する、地盤改良方法。
4. 前記掘削ロッドを移動させながら地盤を改良する、請求項３に記載の地盤改良方法。

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