JP6564247B2 - 改良体の改良半径を確認する方法 - Google Patents

Description

この発明は、改良体の改良半径を確認する方法及び装置に係り、特に、高圧噴射攪拌工法により地盤中に造成される改良体の改良半径を造成中に確認する方法及び装置に関する。

高圧噴射攪拌工法は、超高圧ポンプにより高圧を付された固化材スラリーが、ロッドの先端部分に設けられたノズルから噴射されるときのエネルギーによって地盤を切削して、地盤中に改良体を造成する工法である。しかし、改良体は地盤中に造成されることから改良体自体を目視することはできないため、改良体を掘削して露出させない限り、改良体の改良半径を直接測定することはできない。

改良体の造成中に改良半径を判定する方法が特許文献１に記載されている。この方法では、注入管からの距離が異なる複数の地点に設けた各縦孔内に建込み管を固定し、各建込み管内に検知器を設けた後、注入管の噴射ノズルから固化材スラリーを高圧噴射し、噴射された固化材スラリーが建込み管に衝突する際に発生する音または建込み管の振動を検知器で検知することで固化材スラリーがどの建込み管まで到達したかを判定することにより、造成中の改良体の改良半径を判定している。

特許第５５４２５９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、建込み管内に検知器を設ける必要がある。そうすると、建込み管には、検知器を収容できる程度の内径を有するものを用意する必要があり、検知器の構成に応じた建込み管を用意しなければならないといった問題点があった。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、高圧噴射攪拌工法において造成中の改良体の改良半径が設計改良半径に達しているか否かを改良体の造成中に確認する方法及び装置を提供することを目的とする。

地盤中に固化材スラリーを噴射して地盤を切削すると共に固化材スラリーと改良対象土を混合攪拌して改良体を造成しながら改良体の改良半径を確認する方法は、固化材スラリーが噴射されるノズルを有する注入管が地盤に挿入される位置から、予め設定された設計改良半径だけ離れた位置に１つまたは複数の到達管を地盤に挿入するように設けるステップと、この到達管に、到達管に生じる加速度を検知する検知器を設けるステップと、注入管を地盤中に挿入した後、注入管を回転させつつ引き上げながらノズルから固化材スラリーを噴射するステップと、注入管を引き上げる間、到達管に生じる加速度を検知するステップと、検知された加速度に基づいて、造成中の改良体の改良半径が設計改良半径に達しているか否かを判定するステップとを含み、検知器は、一定の検知時間間隔で加速度を検知し、一定の検知時間間隔は、ｔ＝３０Ｂ／［π・（ｒ＋Ｂ／２）・ａ］で表されるｔ未満の間隔であり、ここで、Ｂ［ｍ］は注入管から到達管を見たときの到達管の幅［ｍ］であり、ｒ［ｍ］は注入管から到達管までの距離であり、ａ［ｒｐｍ］は注入管の回転の回転数である。
造成中の改良体の改良半径が設計改良半径に達していないと判定された場合には、固化材スラリーの噴射及び注入管の引き上げを停止した後、注入管を再び地盤中に挿入し、注入管を引き上げながらノズルから固化材スラリーを噴射するステップと、注入管を引き上げる間、到達管の加速度を検知するステップと、検知された加速度に基づいて、造成中の改良体の改良半径が設計改良半径に達しているか否かを判定するステップとを行ってもよい。
固化材スラリーが噴射されるノズルを有する注入管が地盤に挿入される位置から、予め設定された設計改良半径だけ離れた位置以外に、少なくとも１つの別の到達管を設けるステップと、少なくとも１つの別の到達管に、少なくとも１つの別の到達管に生じる加速度を検知する検知器を設けるステップとをさらに含んでもよい。
検知器は、到達管または別の到達管の地盤よりも上方の位置に着脱自在に固定されてもよい。

地盤中に固化材スラリーを噴射して地盤を切削すると共に固化材スラリーと改良対象土を混合攪拌して改良体を造成しながら改良体の改良半径を確認する装置は、固化材スラリーが噴射されるノズルを有する注入管が地盤に挿入される位置から、予め設定された設計改良半径だけ離れた位置において地盤に挿入するように設けられた１つまたは複数の到達管と、到達管に生じる加速度を検知する検知器と、検知器によって検知された加速度を記録する記録計とを備える。
固化材スラリーが噴射されるノズルを有する注入管が地盤に挿入される位置から、予め設定された設計改良半径だけ離れた位置以外において地盤に挿入するように設けられた少なくとも１つの別の到達管と、少なくとも１つの別の到達管に設けられ、少なくとも１つの別の到達管に生じる加速度を検知する検知器とをさらに備えてもよい。
到達管は注入管と同一の管状部材であってもよい。
検知器は、到達管または別の到達管の地盤よりも上方の位置に着脱自在に固定されてもよい。

この発明によれば、注入管を引き上げながらノズルから固化材スラリーを噴射する間、注入管から設計改良半径に相当する距離だけ離れた位置に設けられた到達管に生じる加速度を検知し、検知された加速度に基づいて、造成中の改良体の改良半径が設計改良半径に達しているか否かを判定することにより、造成中の改良体が設計改良半径に達しているか否かを改良体の造成中に確認することができる。

この発明の実施の形態に係る方法において用いられる高圧噴射攪拌装置の全体図である。 この実施の形態に係る方法において検知された加速度の記録を示す図である。 この実施の形態に係る方法において、注入管及び到達管の配置を簡略化して示した図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この実施の形態で用いられる高圧噴射攪拌装置の全体図を図１に示す。図１には、改良を行う地盤６の上に置かれた高圧噴射攪拌装置１が示されている。高圧噴射攪拌装置１は、地盤６に挿入可能な注入管４を備えている。注入管４は回転しながら上下方向に移動可能となっている。注入管４の一方の端部は、スイベル３を介してホース７の一端に接続されている。ホース７の他端は、固化材スラリーを調製、圧送する図示しないプラントに接続されている。注入管４の他方の端部には、固化材スラリーを噴射するノズル９が設けられている。ノズル９は、注入管４内に形成された図示しないスラリー流路を介して、ホース７に連通している。

注入管４が地盤６に挿入される位置Ａから、任意の距離Ｌだけ離れた位置Ｂに、円筒形状を有する鉄製の管である到達管５が注入管４と平行となるように地盤６に挿入されている。到達管５には図１に示されるように、地盤６よりも上方の位置に、到達管５に生じる加速度を検知する検知器である加速度センサー１０が、図示しないマグネット等の固定手段で着脱自在に取り付けられている。この加速度センサー１０の到達管５への固定位置は、加速度センサー１０が到達管５に生じる加速度を施工中継続的に測定できるような位置に取り付ければよいが、通常は到達管５の天端部付近に取り付けられる。加速度センサー１０は、検知された加速度を記録する記録計１１に電気的に接続されている。尚、距離Ｌは、地盤中で固化材スラリーを噴射することにより造成される改良体８の改良半径として予め設定された設計改良半径に相当する。

次に、この実施の形態の高圧噴射攪拌工法の動作について説明する。
図１に示されるように、改良を行う地盤６に高圧噴射攪拌装置１を設置し、注入管４を回転させながら下降させて地盤６に挿入する。注入管４を所定の深さまで挿入したら、注入管４の下降を止める。図示しないプラントからホース７を介して固化材スラリーを高圧で圧送すると、固化材スラリーは、注入管４内に形成された図示しないスラリー流路を通った後、ノズル９から噴射される。注入管４を所定回転数で回転させながら所定の速度で注入管４を引き上げると、噴射された固化材スラリーによって地盤が切削されると共に固化材スラリーと改良対象土とが混合攪拌されて、地盤中に略円柱状の改良体８が造成される。

このとき造成される改良体８の改良半径は、ノズル９から、噴射された固化材スラリーが到達する位置までの距離となる。固化材スラリーが到達する位置は、固化材スラリーの噴射圧力だけではなく、切削される地盤の固さ（せん断強さ）にも影響される。地盤の固さ（せん断強さ）を施工前に確実に把握することはできないので、造成される改良体の改良半径が設計改良半径を満足しない可能性がある。

そこで、この実施の形態では、注入管４を地盤６に挿入する前に、注入管４が地盤６に挿入される位置Ａから、設計改良半径に相当する距離Ｌだけ離れた位置Ｂに、円筒形状を有する鉄製の管である到達管５を予め地盤６に挿入しておく。注入管４を引き上げる間、到達管５に取り付けられた加速度センサー１０は、到達管５に生じる加速度を検知し、検知結果を記録計１１に伝送する。ノズル９から噴射された固化材スラリーが到達管５にまで達しない場合には、固化材スラリーは到達管５を振動させないが、固化材スラリーが到達管５にまで達する場合には、固化材スラリーが到達管５を振動させる。

そうすると、図２に示されるように、ノズル９から噴射された固化材スラリーが到達管５にまで達しない場合に比べて、固化材スラリーが到達管５にまで達する場合のほうが、検知される到達管５の加速度が大きくなり、記録計１１においてチャート１２に記録される加速度のピークは、前者に比べて後者のほうが大きくなる。これにより、改良体８の造成中に、改良体８の改良半径が設計改良半径に達しているか否かを判定することができる。尚、前者の場合の加速度のピークを明確にするために、ノズル９から固化材スラリーの噴射開始前に、到達管５の加速度を検知しておくことが望ましい。

改良体８の造成中に改良体８の改良半径が設計改良半径に達していないと判定された場合には、ノズル９からの固化材スラリーの噴射及び注入管４の引き上げを中止し、注入管４を再度、引き上げ開始の位置あるいは改良体８の改良半径が設計改良半径に達しなくなった位置まで挿入する。その後、注入管４の引き上げ速度を低下させて、ノズル９からの固化材スラリーの噴射及び注入管４の引き上げを行う。この際にも、改良体８の改良半径が設計改良半径に達しているか否かを同じ方法で判定する。尚、注入管４の引き上げ速度を低下させるのは、改良体８の改良半径を増加させるためである。その他の方法としては、固化材スラリー用のポンプに余力があれば、固化材スラリーの噴射圧力を上昇させたり、ノズル９のノズルチップを変更して固化材スラリーの噴射流量を増加させたりしてもよい。また、先行削孔を行い、改良対象範囲を乱して、固化材スラリーの再噴射に先だって改良対象地盤のせん断強度を下げてもよい。

このように、注入管４を引き上げながらノズル９から固化材スラリーを噴射する間、注入管４から設計改良半径に相当する距離Ｌだけ離れた位置に設けられた到達管５に生じる加速度を検知し、検知された加速度に基づいて、造成中の改良体８の改良半径が設計改良半径に達しているか否かを判定することにより、造成中の改良体８が設計改良半径に達しているか否かを改良体８の造成中に確認することができる。

この実施の形態では、注入管４に形成されたノズル９から固化材スラリーのみが噴射される形態の単管式高圧噴射攪拌工法を行っているが、この形態に限定するものではない。注入管４が二重管構造となっており、固化材スラリーを取り巻くように固化材スラリーとともにエアーが噴射される二重管工法にも適用できる。さらに注入管４が三重管構造等の多重管工法にも適用できる。

この実施の形態では、到達管５は、円筒形状を有する鉄製の管であったが、この形態に限定するものではない。到達管５は、鉄製の棒状のものや、丸鋼棒、Ｈ鋼等、噴射された固化材スラリーが到達管５に当たることによって生じる振動を加速度として検知できる特性を有するものであればどのようなものであってもよい。したがって、到達管５として、注入管４を構成する管状部材と同じものを用いれば、本発明に係る方法及び装置の準備を簡素化することができる。

この実施の形態では、到達管５は１本だけ設けられているが、この形態に限定するものではない。注入管４が地盤６に挿入される位置から、予め設定された設計改良半径だけ離れた位置に複数の到達管５を設けてもよい。さらに、注入管４が地盤６に挿入される位置から、予め設定された設計改良半径だけ離れた位置以外に、１つの又は注入管４からの距離が異なる複数の別の到達管を設けることにより、造成されている改良体８の改良半径の範囲を確認することができる。尚、別の到達管にも、到達管５に加速度センサー１０を設けるのと同様にして同様の加速度センサーを設けて、別の到達管に生じる加速度を検知する必要がある。

到達管５に生じる加速度を検知する加速度センサー１０が一定の検知時間間隔で間欠的に検知するものである場合には、その検知時間間隔によっては、固化材スラリーが到達管５に当たっている場合と当たっていない場合とを図２に示されるようには明確に区別することができない。図３に、注入管４及び到達管５の配置を簡略化して示す。図３において、到達管５の直径をＢ［ｍ］とし、注入管４の中心から到達管５までの距離をｒ［ｍ］とする。長さ（ｒ+Ｂ／２）の線分Ｌが注入管４を中心として回転すると、線分Ｌの端部が円Ｓの軌跡を描くことになる。円Ｓの直径が到達管５の直径よりも非常に大きい場合には、注入管４のノズル９（図１参照）から噴射された固化材スラリーが到達管５を振動させるのは、固化材スラリーが円Ｓの軌跡のうちの長さＢの部分を通るときであると考えることができる。そうすると、図３において、線分Ｌの端部が円Ｓの軌跡を描く途中で、長さＢの部分を通るときを、固化材スラリーが到達管５に当たって到達管５を振動させるときであると考えることができる。

ここで、線分Ｌの端部が長さＢの部分を通る時間をｔとすると、ｔは以下の式（１）で表される。
ｔ＝Ｂ／（ｒ＋Ｂ／２）ω ・・・（１）
ただし、ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］は、線分Ｌが注入管４を中心として回転する際の角速度であり、これは注入管４の回転の角速度を模式的に表している。ここで、注入管４の回転の回転数をａ［ｒｐｍ］とすれば、
ω＝２πａ／６０［ｓｅｃ］＝πａ／３０ ・・・（２）
式（２）を式（１）に代入すると
ｔ＝３０Ｂ／［π・（ｒ＋Ｂ／２）・ａ］ ・・・（３）
となる。

加速度センサー１０（図１参照）の検知時間間隔を上記式（３）から得られるｔよりも小さい値にしておけば、回転数ａにムラがあったとしても、固化材スラリーが長さＢの部分を通る間には少なくとも１回は、固化材スラリーのジェット噴流が到達管５に直接当たって生じる加速度を検知することができる。そうすると、注入管４が１回転する間には、少なくとも１回、固化材スラリーのジェット噴流が到達管５に直接当たって生じた振動による到達管５の加速度を検知することができる。その結果、図２に示されるように、固化材スラリーが到達管５に当たっている場合と当たっていない場合とで加速度のピークが区別できるほどに明確になる。

上記の説明では、到達管５が円筒形状であるために、長さＢを到達管５の直径としていたが、到達管５が円筒形状及び円柱形状以外の形状である場合には、注入管４から到達管５を見たときの到達管５の幅、すなわち、到達管５の長さ方向に対して垂直な方向の到達管５の最も長い部分の長さをＢとしてもよい。

以上、主に高圧噴射されるジェット噴流が固化材スラリーである場合について説明したが、三重管工法等で地盤を切削するジェット噴流が超高圧削孔水である場合も、固化材スラリーのジェット噴流を超高圧削孔水のジェット噴流に置き換えた概念が適用され、本発明の知見に含まれることは言うまでもない。

４ 注入管、５ 到達管、６ 地盤、８ 改良体、９ ノズル、１０ 加速度センサー（検知器）、１１ 記録計。

Claims (1)

1. 地盤中に固化材スラリーを噴射して地盤を切削すると共に前記固化材スラリーと改良対象土を混合攪拌して改良体を造成しながら該改良体の改良半径を確認する方法であって、
   前記固化材スラリーが噴射されるノズルを有する注入管が地盤に挿入される位置から、予め設定された設計改良半径だけ離れた位置に１つまたは複数の到達管を地盤に挿入するように設けるステップと、
   該到達管に、該到達管に生じる加速度を検知する検知器を設けるステップと、
   前記注入管を地盤中に挿入した後、前記注入管を回転させつつ引き上げながら前記ノズルから前記固化材スラリーを噴射するステップと、
   前記注入管を引き上げる間、前記到達管に生じる加速度を検知するステップと、
   検知された加速度に基づいて、造成中の改良体の改良半径が前記設計改良半径に達しているか否かを判定するステップと
   を含み、
   前記検知器は、一定の検知時間間隔で前記加速度を検知し、該一定の検知時間間隔は、
   ｔ＝３０Ｂ／［π・（ｒ＋Ｂ／２）・ａ］
   で表されるｔ未満の間隔であり、
   ここで、Ｂ［ｍ］は前記注入管から前記到達管を見たときの該到達管の幅［ｍ］であり、ｒ［ｍ］は前記注入管から前記到達管までの距離であり、ａ［ｒｐｍ］は前記注入管の回転の回転数である、方法。

Images