JP6876843B2

JP6876843B2 - 地盤改良装置及び地盤改良方法

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Publication number: JP6876843B2
Application number: JP2020048851A
Authority: JP
Inventors: 浩史矢部; 田中　肇一; 肇一田中; 健一今給黎
Original assignee: Fudo Tetra Corp
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Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: JP2020109253A

Description

本発明は、地盤中にセメントスラリー等の流体を高圧噴射する回転ノズルを用いる地盤改良装置及び地盤改良方法に関する。

この種のセメントスラリーを地盤中に噴射して改良体を造成する地盤改良装置として、図１７に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。

この地盤改良装置１は、図１７に示すように、従来のバックホウやパワーショベルから構成されていて、軟弱な地盤を掘削して改良するものであり、走行可能な本体２に取り付けられたブーム３と、ブーム３に取り付けられたアーム４と、アーム４の先端部に取り付けられたバケット５とを備えている。このバケット５の内部における基端側には、第１のノズル部材６及び第２のノズル部材７が設けられている。

そして、バケット５を地盤８に潜り込ませた状態で地盤８内で移動させ、第１のノズル部材６及び第２のノズル部材７の各噴射孔から、加圧気体及び固化材スラリーをそれぞれ噴射することにより、バケット５内の土塊を加圧気体の噴射により細かく粉砕しながら固化材スラリーと攪拌混練して改良する。

特開２０１６−５６５８８号公報特開平１０−３１１０２４号公報

しかしながら、前記従来の地盤改良装置１では、アーム４の先端部に取り付けられたバケット５内に設けた各ノズル部材６，７から１方向に加圧気体及び固化材スラリーをそれぞれ噴射するため、ある一定の範囲しか改良を行うことができなかった。また、バケット５では地盤８に潜り込ませる範囲が限られているため、例えば、地盤８中にある既設構造物直下の地盤改良を行うことは難しかった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、簡単かつ確実に地盤の削孔（ほぐす）範囲及び改良範囲を広く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を目的とする。

本願発明の地盤中に可動部に設けられた噴射ノズルから流体を高圧噴射させて該地盤の削孔と改良を行う地盤改良装置は、前記可動部に、前記流体が流通する流体通路を内部に有して所定方向に伸縮する伸縮体を設け、この伸縮体は、基端開口側が閉塞され、前記可動部の先端に連結された大径の筒体と、前記大径の円筒体内にスライド自在に挿入されて抜け止めされた少なくとも１つの小径の筒体と、を備え、前記伸縮体の小径の筒体の先端に前記流体の噴射力の反力により回転する回転ノズルを設け、前記伸縮体の小径の筒体を前記回転ノズルより高圧噴射される前記流体の流体圧で前記伸縮体の大径の筒体に対して伸長自在にしたことを要旨とする。

また、本願発明の地盤中に可動部に設けられた噴射ノズルから流体を高圧噴射させて該地盤の削孔と改良を行う地盤改良方法は、前記可動部として、先端に前記流体の噴射力の反力により回転する回転ノズルを取り付けたロッドを用い、前記地盤中に前記回転ノズルの噴射ノズルより掘削用の流体を噴射させて該地盤を緩めながら前記ロッドを貫入し、前記ロッドを所定深さ貫入した後で、前記回転ノズルの噴射ノズルより改良用の流体を噴射させながら該ロッドを引き抜いて前記地盤中に改良体を形成することを要旨とする。

本願発明の地盤改良装置によれば、地盤改良装置の可動部に、流体が流通する流体通路を内部に有して所定方向に伸縮する伸縮体を設け、この伸縮体は、基端開口側が閉塞され、可動部の先端に連結された大径の筒体と、大径の円筒体内にスライド自在に挿入されて抜け止めされた少なくとも１つの小径の筒体と、を備え、伸縮体の小径の筒体の先端に流体の噴射力の反力により回転する回転ノズルを設け、伸縮体の小径の筒体を回転ノズルより高圧噴射される流体の流体圧で伸縮体の大径の筒体に対して伸長自在にしたことにより、例えば、地盤上や地盤中にある既設構造物直下等に空洞部がある場合でも、既設構造物直下等の空洞部まで伸縮体の小径の筒体を所定方向に伸長させながら削孔及び地盤改良をすることができる。これにより、地盤の削孔範囲及び改良範囲を広くすることができる。

また、本願発明の地盤改良方法によれば、先端に流体の噴射力の反力により回転する回転ノズルを取り付けたロッドを用い、地盤中に回転ノズルの噴射ノズルより掘削用の流体を噴射させて該地盤を緩めながらロッドを貫入し、ロッドを所定深さ貫入した後で、回転ノズルの噴射ノズルより改良用の流体を噴射させながら該ロッドを引き抜いて地盤中に改良体を形成することにより、ロッドを昇降動させる小型の地盤改良装置により地盤改良を短時間で簡単かつ確実に広範囲にて行うことができる。

本発明の第１実施形態の地盤改良装置の側面図である。上記地盤改良装置の可動部に取り付けられる伸縮体の断面図である。上記伸縮体の先端に取り付けられる回転ノズルの断面図である。上記回転ノズルの正面図である。図３中Ｙ−Ｙ線に沿う断面図である。上記回転ノズルの回転原理を示す説明図である。上記地盤改良装置の地盤改良中の状態を示す説明図である。上記地盤改良装置の地盤改良中の状態の要部を示す斜視図である。上記回転ノズルの他の形態の断面図である。上記回転ノズルの別の形態の断面図である。上記回転ノズルの別の形態の正面図である。（ａ）上記回転ノズルの更に別の形態の断面図、（ｂ）は同回転ノズルの噴射ノズルの正面図である。図１２（ａ）中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。図１２（ａ）中Ｚ−Ｚ線に沿う断面図である。本発明の第２実施形態の地盤改良装置の地盤改良直前の状態を示す説明図である。上記第２実施形態の地盤改良装置の地盤改良中の状態を示す説明図である。従来の地盤改良装置の側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態の地盤改良装置の側面図、図２は同装置の可動部に取り付けられる伸縮体の断面図、図３は同伸縮体の先端に取り付けられる回転ノズルの断面図、図４は同回転ノズルの正面図、図５は図３中Ｙ−Ｙ線に沿う断面図、図６は同回転ノズルの回転原理を示す説明図、図７は同装置の地盤改良中の状態を示す説明図、図８は同装置の地盤改良中の状態の要部を示す斜視図である。

図１及び図７に示すように、地盤改良装置１０は、杭打ち機等をベースマシンとして、その昇降ケーシング（可動部）１８に設けられた回転ノズル４０から水或いはセメントスラリー（固化材スラリー）等の流体Ｓを地盤８中に高圧噴射して地盤８の削孔と改良を行うものであり、クローラ等を備えた走行機１１と、この走行機１１上に旋回自在に搭載された旋回機１２とを備えている。旋回機１２にはリーダサポート１３を介してリーダ１４が枢支されて起伏用シリンダ１５で起伏動作されるようになっている。リーダ１４には、その前面に図示しないガイドパイプとラック１６が一体的に形成され、オーガマシン１７がガイドパイプに係合してラック１６に噛み合う図示しないピニオンの回動によりリーダ１４に沿って昇降するようになっている。このオーガマシン１７により昇降する昇降ケーシング１８の下部側は、下部ガイド１９で鉛直方向を維持するように保持されている。

図１及び図２に示すように、昇降ケーシング１８の下端（先端）１８ａには、水平方向に伸縮する伸縮体２０が取り付けられている。この伸縮体２０は、基端開口２１ａ側が蓋体２２で閉塞され、中央が昇降ケーシング１８の下端１８ａに連結された大径の円筒体（筒体）２１と、この大径の円筒体２１内にスライド自在に挿入されて抜け止めされた中径の円筒体（筒体）２３と、先端開口２４ｂ側が蓋体２５で閉塞され、中径の円筒体２３内にスライド自在に挿入されて抜け止めされた小径の円筒体（筒体）２４とで構成されている。各円筒体２１，２３，２４の内部は流体Ｓが流通する流体通路２６になっている。また、大径の円筒体２１の中央に形成された流体供給口２１ｃには、水槽とセメントスラリーを生成するプラント（いずれも図示省略）に連結された配管３０が接続されており、各円筒体２１，２３，２４内に、水或いはセメントスラリー等の流体Ｓが切り換え供給されるようになっている。そして、各円筒体２１，２３，２４の流体通路２６に流通する流体Ｓの流体圧により大径の円筒体２１に対して中径の円筒体２３と小径の円筒体２４が伸長するようになっている。尚、水槽或いはプラントから配管３０へは図示しないポンプにより高圧（例えば、圧力６０kgf/cm²）に加圧された状態で供給されるようになっている。

また、図２に示すように、大径の円筒体２１の蓋体２２の中央にはワイヤ挿通孔２２ａが形成されており、このワイヤ挿通孔２２ａから挿通されたワイヤ３１の先端３１ａが小径の円筒体２４の蓋体２５の内面に取り付けられたスイベル機構３２に連結されている。このワイヤ３１は、大径の円筒体２１の蓋体２２の外面にブラケット３３を介して取り付けられたターンシーブ３４を経由して、昇降ケーシング１８にブラケット３５を介して取り付けられた電動ウインチ３６により巻き取られるようになっている。そして、大径の円筒体２１に対して中径の円筒体２３と小径の円筒体２４が伸長した状態で、電動ウインチ３６によりワイヤ３１が巻き取られると、大径の円筒体２１に対して中径の円筒体２３と小径の円筒体２４が縮退して大径の円筒体２１内に中径の円筒体２３と小径の円筒体２４が収容されるようになっている。さらに、図３に示すように、小径の円筒体２４の蓋体２５の中央にはネジ孔２５ａが形成されており、このネジ孔２５ａを介して小径の円筒体２４の蓋体２５の外面には、流体Ｓの噴射力の反力により回転する回転ノズル４０が取り付けられている。

図３、図４、図５に示すように、回転ノズル４０は、流体Ｓが流通する主流体通路（流体通路）４３が中心に突出した軸部４２まで形成されたホルダ（固定部）４１と、主流体通路４３に連通する副流体通路（流体通路）５３が形成され、ホルダ４１の軸部４２を中心として流体Ｓの噴射力の反力により回転する回転体（回転部）５１とで構成されている。

ホルダ４１は大径の円柱状に形成されており、その前面の中央には小径で円柱状の軸部４２が一体突出形成されている。この軸部４２にはボールベアリング４５と一対のドライベアリング４６，４６を介して回転体５１が回転自在に支持されている。

ホルダ４１の主流体通路４３は、ホルダ４１の底面側より内周面にネジ孔を形成した大径面部４３ａと、円錐面部４３ｂと、軸部４２側に形成された小径面部４３ｃとから構成されている。そして、大径面部４３ａのネジ孔には、円筒状の連結筒体４７の外周面の前側に形成されたネジ部４７ａが螺合されている。また、円筒状の連結筒体４７の外周面の後側に形成されたネジ部４７ｂは、伸縮体２０の小径の円筒体２４の蓋体２５のネジ孔２５ａに螺合されている。これにより、伸縮体２０内の流体通路２６からホルダ４１の主流体通路４３に水或いはセメントスラリーの流体Ｓが供給されるようになっている。

さらに、図３及び図５に示すように、主流体通路４３の小径面部４３ｃの中途には、回転体５１の副流体通路５３に連通する４つの連絡通路４４が十字状に形成されている。また、図３に示すように、軸部４２まで形成された主流体通路４３の先端には、ネジ孔となっている先端口４３ｄが形成されており、この先端口４３ｄには噴射ノズル４８が取り付けられている。

回転体５１は、ホルダ４１の外径と同径の円柱状に形成されており、その中央にホルダ４１の軸部４２が挿通される断面円形の中心孔５２が形成されている。

図３〜図５に示すように、回転体５１の副流体通路５３は、ホルダ４１の主流体通路４３に４つの連絡通路４４で連通する円環状通路５３ａと、この円環状通路５３ａから外周側に向けて放射状に３つ形成された分岐通路５３ｂとで形成されている。図３に示すように、回転体５１の中心孔５２には、副流体通路５３の円環状通路５３ａを挟むように一対の円環状凹部５２ａ，５２ａが形成されており、各円環状凹部５２ａに嵌合されたシールリング５４により円環状通路５３ａからの流体Ｓの漏れを防ぐようなっている。さらに、各分岐通路５３ｂの先端口は閉塞栓５５Ａで塞がれている。

また、図３及び図４に示すように、回転体５１には、副流体通路５３の各分岐通路５３ｂに連通する噴射孔（流体通路）５６が水平である主流体通路４３に対する鉛直面外に三次元的に所定角度θ傾斜させて副流体通路５３の各分岐通路５３ｂから外周側に向けて放射状に３つ形成されている。図５に示すように、噴射孔５６の基端口５６ｂは分岐通路５３ｂに接続されている。

図３に示すように、回転体５１の噴射孔５６が所定角度θ傾斜していることにより、噴射孔５６の先端口５６ａに取り付けられた噴射ノズル５８から水或いはセメントスラリーの流体Ｓが高圧噴射されたとき、回転体５１がこの噴射力により、ホルダ４１の軸部４２を中心として回転するようになっている。即ち、図６に示すように、噴射ノズル５８から高圧噴射される流体Ｓの噴射力をＦとすると、ホルダ４１の軸部４２に直交する面内において噴射力Ｆの水平分力であるＦ×ｓｉｎθ＝Ｆ′が作用する。この水平分力Ｆ′が推進力（反力）となって、回転体５１がホルダ４１の軸部４２を中心として回転する。

また、図３及び図４に示すように、回転体５１の３つの噴射孔５６の各先端口５６ａはネジ孔となっていて、その１つ先端口５６ａには噴射ノズル５８が取り付けられており、残りの他の噴射孔５６の先端口５６ａには閉塞栓５５Ｂが取り付けられている。

さらに、図３に示すように、ホルダ４１の前面４１ａ側と該前面４１ａに相対向する回転体５１の後面５１ｂ側には、回転体５１の回転状況を検知する回転センサ６０を設けてある。この回転センサ６０は、回転体５１の後面５１ｂ側に取り付けられた半導体ＭＲ素子等から成る近接スイッチ６１と、ホルダ４１の前面４１ａ側に等間隔毎に複数取り付けられたシート状のマグネット（永久磁石）６２とで構成されている。この回転センサ６０により回転体５１が回転しているか、停止しているかが検知されて、地盤改良中の回転体５１の回転状態を簡単かつ確実に確認できるようになっている。

尚、図２に示すように、伸縮体２０の大径の円筒体２１の先端開口の端部２１ｂは内側に折り曲げられると共に、中径の円筒体２３の基端開口の端部２３ａは外側に折り曲げられて抜け止めされ、また、中径の円筒体２３の先端開口の端部２３ｂは内側に折り曲げられると共に、小径の円筒体２４の基端開口の端部２４ａは外側に折り曲げられて抜け止めされている。さらに、伸縮体２０の大径の円筒体２１の蓋体２２のワイヤ挿通孔２２ａとワイヤ３１の間及び３つの円筒体２１，２３，２４の抜け止めされた各端部間等は図示しないシール部材等によりシールされていて流体Ｓが外に漏れないようになっている。

以上第１実施形態の地盤改良装置１０によれば、図１に示すように、地盤８に形成した穴部８ａ内に、昇降ケーシング１８の下端１８ａに取り付けられた伸縮体２０を所定深さまで入れ、配管３０より流体としての水Ｓを供給する。この水Ｓの配管３０から伸縮体２０内への吐出時の水圧により、図７に示すように、伸縮体２０の大径の円筒体２１に対して中径の円筒体２３と小径の円筒体２４が水平方向に伸長しながら削孔する。この際、小径の円筒体２４の先端開口２４ｂに取り付けられた回転ノズル４０の噴射ノズル４８，５８が回転しながら水Ｓを高圧（ジェット）噴射する。

詳述すると、回転ノズル４０のホルダ４１の軸部４２の噴射ノズル４８から直線状の高圧噴射水Ｓ１がジェット噴射されると共に、この直線状の高圧噴射水Ｓ１を中心として回転ノズル４０の回転体５１の外周側に傾斜した噴射ノズル５８から螺旋状（渦巻き状）の高圧噴射水Ｓ２がジェット噴射されることにより、直線状の高圧噴射水Ｓ１の先端が所謂ツイストドリルの刃先の先端のように機能すると共に、螺旋状の高圧噴射水Ｓ２が所謂ツイストドリルの螺旋状の切刃のように機能するため、地盤８の穴部８ａの側壁から地盤８中にある既設構造物９直下の空洞部８ｂまで簡単かつ確実に水平直線状に円く削孔することができる。また、傾斜した噴射ノズル５８が回転しながら高圧噴射水Ｓ１を螺旋状にジェット噴射することで、地盤８の削孔（ほぐす）範囲が広くなる。さらに、削孔範囲が広くなることで、水平方向に伸縮する伸縮体２０がある場合でも、その先端抵抗の低減に寄与することができ、また、回転ノズル４０の回転補助に寄与することができる。

そして、地盤８の穴部８ａの側壁の水平方向の削孔後は、配管３０より流体としてのセメントスラリーＳを切り換え供給する。この場合も、回転ノズル４０の中央の噴射ノズル４８から直線状の高圧噴射セメントスラリーＳ１がジェット噴射されると共に、この直線状の高圧噴射セメントスラリーＳ１を中心として回転ノズル４０の外周側に傾斜した噴射ノズル５８から螺旋状の高圧噴射セメントスラリーＳ２がジェット噴射されるため、地盤８中にある既設構造物９直下の空洞部８ｂにセメントスラリーＳを簡単かつ確実にジェット噴射することができ、セメントスラリーＳのジェット噴射による改良体Ｋと既設構造物９の底面との密着を容易に行うことができる。

地盤８中にある既設構造物９直下の地盤改良の後は、セメントスラリーの流体Ｓを伸長した伸縮体２０内から抜きながら電動ウインチ３６によりワイヤ３１を巻き取ることにより、伸縮体２０の大径の円筒体２１に対して中径の円筒体２３と小径の円筒体２４を縮退させて大径の円筒体２１内に中径の円筒体２３と小径の円筒体２４を収容する。次に、昇降ケーシング１８の下端１８ａに取り付けられた伸縮体２０を地盤８の穴部８ａより引き上げることにより、下方（下側）の地盤改良作業が終了する。そして、この地盤改良作業を上方（上側）に順次繰り返すことにより、図８に示すように、改良体Ｋを横長団子状に地盤８中にある既設構造物９直下まで行って既設構造物９直下を地盤改良する。

このように、地盤改良装置１０の昇降ケーシング１８の下端１８ａに、水或いはセメントスラリーの流体Ｓが流通する流体通路２６を内部に有して水平方向に伸縮する伸縮体２０を取り付け、この伸縮体２０の小径の円筒体２４の先端に流体Ｓの噴射力Ｆの反力Ｆ′により回転する回転ノズル４０を取り付け、伸縮体２０を回転ノズル４０の噴射ノズル４８，５８より高圧噴射される流体Ｓの流体圧で水平方向に伸長自在したことにより、図１及び図７に示すように、地盤８中にある既設構造物９直下に空洞部８ｂがある場合に、既設構造物９直下の空洞部８ｂまで伸縮体２０を水平方向に伸長させながら短時間で削孔及び地盤改良をすることができる。これにより、地盤８の削孔範囲及び改良範囲をより一段と広くすることができる。

また、伸縮体２０内の流体通路２６に流通する流体Ｓの流体圧を利用して伸縮体２０の大径の円筒体２１に対して中径の円筒体２３と小径の円筒体２４を水平方向に伸長するようにしたことにより、伸縮体２０を伸長させる駆動源が不要となり、その分低コスト化を図ることができる。

さらに、伸縮体２０の小径の円筒体２４の蓋体２５にスイベル機構３２を介して先端３１ａが連結されたワイヤ３１を電動ウインチ３６で巻き取ることにより、伸縮体２０の中径の円筒体２３と小径の円筒体２４を大径の円筒体２１に対して簡単かつ確実に縮退させることができる。

また、回転ノズル４０の回転体５１の副流体通路５３を、ホルダ４１の主流体通路４３に４つ連絡通路４４で連通する円環状通路５３ａと、この円環状通路５３ａから外周側に向けて放射状に３つ形成された分岐通路５３ｂとで形成し、この各分岐通路５３ｂに噴射孔５６の基端口５６ｂを接続したことにより、水或いはセメントスラリーの流体Ｓをホルダ４１の主流体通路４３から回転体５１の噴射孔５６の先端口５６ａまでスムーズに高速で流通させることができ、噴射ノズル５８から水或いはセメントスラリーの流体Ｓを簡単かつ確実にジェット噴射させることができる。

図９は回転ノズルの他の形態の断面図である。

この他の形態の回転ノズル４０Ａは、回転体５１の３つの噴射孔５６のホルダ４１の主流体通路４３に対する傾斜角度θ，θ′が異なるように形成されている（θ＜θ′）。これにより、傾斜角度θ，θ′の異なる各噴射孔５６の先端口５６ａにそれぞれ取り付けられた各噴射ノズル５８から水或いはセメントスラリーの流体Ｓを高圧噴射させることができるため、地盤８の削孔域及び改良域を拡幅することができる。また、１回にできるセメントスラリーＳのジェット噴射による改良体の範囲を広くすることができる。

図１０は回転ノズルの別の形態の断面図、図１１は同回転ノズルの正面図である。

この別の形態の回転ノズル４０Ｂは、回転体５１の同一円周上の内側の列に形成された３つの噴射孔５６が回転体５１の中心から外周側に向けて所定距離隔てた円周上の外側の列に更に３つ形成されている。これにより、内側と外側の二列に位置する各噴射孔５６の先端口５６ａにそれぞれ取り付けられた各噴射ノズル５８から水或いはセメントスラリーの流体Ｓを高圧噴射することができるため、地盤８の削孔域及び改良域をより一段と拡幅することができる。また、１回にできるセメントスラリーＳのジェット噴射による改良体の範囲をより一段と広くすることができる。

図１２（ａ）は回転ノズルの更に別の形態の断面図、図１２（ｂ）は同別の形態の回転ノズルの噴射ノズルの正面図、図１３は図１２（ａ）中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、図１４は図１２（ａ）中Ｚ−Ｚ線に沿う断面図である。

この更に別の形態の回転ノズル４０Ｃは、ホルダ４１の主流体通路４３の先端口４３ｄ及び回転体５１の噴射孔５６の先端口５６ａに取り付けられた各噴射ノズル４８，５８の座金部分に削孔補助用のエアＡを供給するエア通路４８ｂ，５８ｂを設け、その各エア通路４８ｂ，５８ｂの先端口４８ｃ，５８ｃを各噴射ノズル４８，５８のノズル孔４８ａ，５８ａを囲むように円環状（リング状）に形成してある。また、各エア通路４８ｂ，５８ｂは回転体５１及びホルダ４１に形成した各エア供給通路５９，４９に連通している。尚、回転体５１の副流体通路５３の各分岐通路５３ｂの先端口は円環ブロック状の閉塞体５５Ｃで塞がれていると共に、副流体通路５３の各分岐通路５３ｂに連通する噴射孔（流体通路）５６及び先端口５６ａは閉塞体５５Ｃに形成されており、他の構成は、図３に示す回転ノズル４０の構成と略同様であるため、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

そして、回転体５１の各噴射ノズル４８，５８より水或いはセメントスラリーの流体Ｓを地盤８中に高圧噴射して地盤８を削孔する際に、各噴射ノズル４８，５８のノズル孔４８ａ，５８ａの周りの先端口４８ｃ，５８ｃからエアＡを高圧噴射することができるようになっている。これにより、伸縮体２０を水平方向に伸長させて、地盤８中にある既設構造物９直下の地盤を削孔する際に、各噴射ノズル４８，５８のノズル孔４８ａ，５８ａの周りの先端口４８ｃ，５８ｃよりエアＡを高圧噴射させることができるため、地盤削孔を簡単かつ確実にスムーズに行うことができる。

図１５は本発明の第２実施形態の地盤改良装置の地盤改良直前の状態を示す説明図、図１６は同地盤改良装置の地盤改良中の状態を示す説明図である。

図１５及び図１６に示すように、地盤改良装置７０は、小型のボーリングマシンをベースマシンとして、その掘削用（ボーリング用）のロッド（可動部）７８に設けられた回転ノズル４０から水或いはセメントスラリー（固化材スラリー）等の流体Ｓを地盤８中に高圧噴射して地盤８の削孔と改良を行うものであり、ベース７１と、このベース７１上に設けられた装置本体７２と、この装置本体７２に図示しない油圧シリンダ等を駆動源とする可動板７３を介して昇降動自在に取り付けられたスイベルヘッド７４とを備えている。このスイベルヘッド７４は、ロッド７８が挿通されるスピンドル７５と、このスピンドル７５の下端に設けられ、ロッド７８を把持するロッドチャック７６を備え、手動レバー７７の操作によりロッド７８を鉛直方向に昇降することができるようになっている。

また、ロッド７８の下端（先端）７８ａには、図３に示す回転ノズル４０が取り付けられている。この回転ノズル４０の主流体通路４３には、円筒状のロッド７８内に挿入された配管７９より掘削用の水或いは改良用のセメントスラリー等の流体Ｓが切り換え供給されるようになっている。そして、回転ノズル４０は流体Ｓの噴射力の反力により回転するようになっている。尚、ロッド７８は、複数本継ぎ足して長くできるようになっている。

次に、地盤改良装置７０を用いた地盤８の削孔と改良を説明する。

まず、図１５に示すように、下端７８ａに流体Ｓの噴射力の反力により回転する回転ノズル４０を設けたロッド７８を地盤改良装置７０のスイベルヘッド７４に取り付け、手動レバー７７を操作してロッド７８を鉛直（縦）方向に下降させる。この際、地盤８中に回転ノズル４０の噴射ノズル４８，５８より掘削用の流体Ｓを噴射させて地盤８を緩めながらロッド７８を貫入する。

次に、図１６に示すように、ロッド７８を所定深さ貫入した後で、回転ノズル４０の噴射ノズル４８，５８より改良用の流体Ｓを噴射させながらロッド７８を引き抜いて地盤８中に円柱状の改良体Ｋを形成する。

この地盤改良装置７０を用いた地盤改良方法によれば、地盤８中に回転ノズル４０の噴射ノズル４８，５８より掘削用の流体Ｓを噴射させて地盤８を緩めながらロッド７８を貫入し、ロッド７８を所定深さ貫入した後で、回転ノズル４０の噴射ノズル４８，５８より改良用の流体Ｓを噴射させながらロッド７８を引き抜いて地盤８中に円柱状の改良体Ｋを造成するため、手動レバー７７の操作でロッド７８を昇降動させる小型の地盤改良装置７０により地盤改良を短時間で簡単かつ確実に広範囲にて行うことができる。さらに、回転ノズル４０の外周面側にも噴射ノズルを取り付けたものを用いれば、より大径の改良体を造成することが可能となる。

尚、前記第１実施形態によれば、３つの噴射孔の少なくとも１つに噴射ノズルを取り付けたが、３つの噴射孔のうちの２つの噴射孔に噴射ノズルを取り付けたり、３つ全ての噴射孔に噴射ノズルを取り付けたりして、用途に合わせて噴射ノズルの取り付けの組み合わせを変えるようにしても良い。また、回転体の同一円周上に形成される噴射孔の数は、２つ以下でも、４つ以上でも良い。さらに、回転センサは、磁気系のものを用いたが、光学系のものでも良い。

さらに、前記第１実施形態によれば、地盤改良装置の可動部の下端に取り付けられた伸縮体を大中小の複数の円筒体で構成したが、伸縮体を大中小等の複数の四角形状の筒体で構成するようにしても良い。また、杭打ち機の可動部に、先端に回転ノズルを備える伸縮体を取り付けたが、バックホウやパワーショベル等をベースマシンとして、その延長マスト（可動部）に、先端に回転ノズルを備える伸縮体を取り付けても良い。さらに、共同溝等の地中にある既設構造物の直下を地盤改良したが、地上にある既設構造物の直下を地盤改良するようにしても良い。

８地盤
１０地盤改良装置
１８昇降ケーシング（可動部）
１８ａ下端（先端）
２０伸縮体
２１大径の円筒体（筒体）
２１ａ基端開口
２４小径の円筒体（筒体）
２６流体通路
３１ワイヤ
３６電動ウインチ（ウインチ）
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ回転ノズル
４１ホルダ（固定部）
４１ａ前面（相対向する面）
４２軸部
４３主流体通路（流体通路）
４３ｄ先端口
４４連絡通路
４８噴射ノズル
４８ａノズル孔
４８ｂエア通路
４８ｃ先端口
４９エア供給通路
５１回転体（回転部）
５１ｂ後面（相対向する面）
５３副流体通路（流体通路）
５３ａ円環状通路（環状通路）
５３ｂ分岐通路
５５Ｂ閉塞栓
５６噴射孔（流体通路）
５６ａ先端口
５６ｂ基端口
５８噴射ノズル
５８ａノズル孔
５８ｂエア通路
５８ｃ先端口
５９エア供給通路
６０回転センサ
７８ロッド（可動部）
７８ａ下端（先端）
Ｓ水或いはセメントスラリー（流体）
Ａ削孔補助用のエア
Ｋ改良体
Ｆ噴射力
Ｆ′ 反力
θ，θ′ 傾斜角度

Claims

地盤中に可動部に設けられた噴射ノズルから流体を高圧噴射させて該地盤の削孔と改良を行う地盤改良装置において、
前記可動部に、前記流体が流通する流体通路を内部に有して所定方向に伸縮する伸縮体を設け、この伸縮体は、基端開口側が閉塞され、前記可動部の先端に連結された大径の筒体と、前記大径の円筒体内にスライド自在に挿入されて抜け止めされた少なくとも１つの小径の筒体と、を備え、前記伸縮体の小径の筒体の先端に前記流体の噴射力の反力により回転する回転ノズルを設け、前記伸縮体の小径の筒体を前記回転ノズルより高圧噴射される前記流体の流体圧で前記伸縮体の大径の筒体に対して伸長自在にし、
前記回転ノズルの前記流体が流通する流体通路が形成された固定部の軸部を中心として該流体通路に連通する流体通路が形成された回転部を回転自在に設け、
前記固定部の軸部を中心とした流体通路に対する鉛直面外に前記回転部の流体通路の一部の先端を斜め方向に傾斜させて外周側に向けて形成し、
前記傾斜した流体通路の一部の先端に先端口を設け、この先端口に噴射ノズルを取り付け、
かつ、前記固定部の流体通路の前記軸部の先端に先端口を形成し、この先端口に噴射ノズルを取り付けて、該噴射ノズルを中心として前記傾斜した流体通路の先端の先端口に取り付けられた前記噴射ノズルから噴射される前記流体の噴射力の反力により前記軸部を中心として前記回転部を回転自在にしたことを特徴とする地盤改良装置。
請求項１記載の地盤改良装置であって、
前記回転ノズルは、
前記流体が流通する主流体通路が中心に突出した軸部まで形成された前記固定部としてのホルダと、
前記主流体通路に連通する副流体通路が形成され、前記ホルダの軸部を中心として回転する前記回転部としての回転体と、を備え、
前記回転体に、前記副流体通路に連通する噴射孔を前記主流体通路に対する鉛直面外に斜め方向に所定角度傾斜させて該副流体通路から外周側に向けて放射状に複数形成し、
前記複数の噴射孔の先端口の少なくとも１つに噴射ノズルを取り付けると共に他の噴射孔の先端口に閉塞栓を取り付けたことを特徴とする地盤改良装置。
請求項１記載の地盤改良装置であって、
前記伸縮体の小径の筒体の先端にウインチに巻かれるワイヤを取り付け、前記ワイヤの巻き取りにより前記伸縮体を縮退自在したことを特徴とする地盤改良装置。
請求項２記載の地盤改良装置であって、
前記ホルダと前記回転体の相対向する面側に該回転体の回転状況を検知する回転センサを設けたことを特徴とする地盤改良装置。
請求項２記載の地盤改良装置であって、
前記主流体通路の先端口及び前記噴射孔の先端口に取り付けられた各噴射ノズルに削孔補助用のエアを供給するエア通路の先端口を該各噴射ノズルのノズル孔に並列に設け、このエア通路を前記ホルダ及び前記回転体に形成した各エア供給通路に連通させたことを特徴とする地盤改良装置。
請求項１記載の地盤改良装置の回転ノズルを用い、地盤中に可動部に設けられた噴射ノズルから流体を高圧噴射させて該地盤の削孔と改良を行う地盤改良方法において、
前記可動部として、先端に前記流体の噴射力の反力により回転する前記回転ノズルを取り付けたロッドを用い、前記地盤中に前記回転ノズルの噴射ノズルより掘削用の流体を噴射させて該地盤を緩めながら前記ロッドを貫入し、前記ロッドを所定深さ貫入した後で、前記回転ノズルの噴射ノズルより改良用の流体を噴射させながら該ロッドを引き抜いて前記地盤中に改良体を形成することを特徴とする地盤改良方法。