JP6913037B2 - 二重管高圧噴射攪拌装置および二重管高圧噴射攪拌工法 - Google Patents

Description

本発明は、二重管高圧噴射攪拌装置および二重管高圧噴射攪拌工法に関する。

軟弱地盤等を高強度に改良するための地盤改良工法として、高圧噴射攪拌工法が知られている。高圧噴射攪拌工法は、一連の工程のなかに貫入工程と造成工程を含む工法である。貫入工程は、地盤にロッドを貫入する工程であり、造成工程の前に行われる。造成工程は、地盤に貫入したロッドの側面から固化材スラリーを噴射することにより、円柱状の地盤改良体を造成する工程である。

貫入工程では、地盤にロッドを貫入するにあって、地盤を削孔するための水（以下、「削孔水」という。）をロッドの下端から吐出する。一方、造成工程では、削孔水の供給を停止して、ロッドの側面から固化材スラリーを噴射する。高圧噴射攪拌工法のなかには、ロッドの側面から固化材スラリーと同時に圧縮空気を噴射する方式もある。

高圧噴射攪拌工法における削孔水の吐出および停止の切替方法として、たとえば特許文献１には、弁座とボールとによって構成された切替バルブを用いた方法が記載されている。具体的には、貫入工程では、ロッド内にボールを投入せずに、弁座を通る流路を通して削孔水を吐出孔に送る。その後、造成工程では、固化材スラリーとしてのセメントミルクを噴射するにあたって、ボールを投入することによって流路を封止し、セメントミルクを噴射ノズルに送る。

一方、特許文献２には、削孔水の吐出および停止の切替方法として、以下の方法が記載されている。まず、貫入工程では、ロッド内に止水ボールを投入せずに削孔水噴射ノズルを開孔し、削孔水噴射ノズルから削孔水を噴射するとともに、固化材液噴射ノズル内にモニタ用プラグを取り付けて、固化材液噴射ノズルをモニター用プラグで塞いでおく。その後、造成工程では、ロッド内に止水ボールを投入することによって削孔水噴射ノズルを閉孔するとともに、固化材液の噴射圧力によってモニタ用プラグを固化材液噴射ノズルの外に押し出すことにより、固化材液噴射ノズルから固化材液を噴射させる。

なお、上記特許文献１に記載のボールと、上記特許文献２に記載の止水ボールは、通常、スチール製であるため、以降の説明では、それらを「スチールボール」と総称する。

特開２００３−２８６７１７号公報 特開２０１０−２７５７９７号公報

上記特許文献１、２に記載された技術では、ロッド内に投入したスチールボールで削孔水の吐出孔を塞ぐことにより、削孔水の吐出を停止する仕組みになっている。このため、１つの地盤改良体を造成した後、次の地盤改良体の造成作業に着手する場合は、削孔水の吐出を再開するために、スチールボールをロッドの外に取り出す必要がある。スチールボールを取り出すには、ロッドの下端部からモニタ部を取り外してからスチールボールを回収しなければならず、作業に時間がかかる。また、回収したスチールボールは転がりやすいため、取り扱いが面倒なうえに紛失しやすいなどの問題もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、地盤改良体の造成作業のたびに回収が必要となるスチールボールを使用しなくても、削孔水の吐出孔の開閉状態を切り換えることができる二重管高圧噴射攪拌装置および二重管高圧噴射攪拌工法を提供することにある。

本発明は、二重管構造のロッドを備え、前記ロッドの下端から削孔水を吐出させながら前記ロッドを地盤に貫入する貫入工程と、前記地盤に貫入した前記ロッドの側面から圧縮空気と固化材スラリーを噴射させて地盤改良体を造成する造成工程と、を含む高圧噴射攪拌工法に用いられる、二重管高圧噴射攪拌装置であって、
前記ロッドは、前記削孔水および前記圧縮空気を流すための第１流路と、前記固化材スラリーを流すための第２流路と、前記ロッドの下端部に設けられたモニタ部と、を備え、
前記モニタ部は、前記モニタ部の下端に設けられ、前記第１流路を通して供給される前記削孔水を下方に吐出させる吐出孔と、前記モニタ部の側面に設けられ、前記第１流路を通して供給される前記圧縮空気と前記第２流路を通して供給される前記固化材スラリーを噴射させるノズル部と、前記モニタ部の下端に上下方向に移動可能に設けられ、前記吐出孔の開閉状態を切り換える切換弁と、を備え、
前記切換弁は、前記ロッドを前記地盤に貫入する際に土圧を受ける第１受圧部と、前記第１流路を通して供給される前記圧縮空気の圧力を受ける第２受圧部と、を備え、前記第１受圧部で前記土圧を受けたときは前記切換弁が上方に移動することによって前記吐出孔を開孔し、前記第２受圧部で前記圧縮空気の圧力を受けたときは前記切換弁が下方に移動することによって前記吐出孔を閉孔するように構成されている。

また、本発明は、削孔水および圧縮空気を流すための第１流路と、固化材スラリーを流すための第２流路と、ロッド下端部に設けられたモニタ部と、を備える二重管構造のロッドを使用し、前記ロッドの下端から前記削孔水を吐出させながら前記ロッドを地盤に貫入する貫入工程と、前記地盤に貫入した前記ロッドの側面から前記圧縮空気と前記固化材スラリーを噴射させて地盤改良体を造成する造成工程と、を含む高圧噴射攪拌工法であって、
前記モニタ部に、前記削孔水を吐出させるための吐出孔と、上下方向の移動によって前記吐出孔の開閉状態を切り換える切換弁とを設けておき、
前記貫入工程では、前記ロッドの貫入に伴う土圧によって前記切換弁を上方に移動させることにより前記吐出孔を開孔するとともに、前記第１流路に前記削孔水を供給して前記吐出孔から前記削孔水を吐出させ、
前記造成工程では、前記削孔水の供給を停止して前記第１流路に前記圧縮空気を供給するとともに、前記第２流路に前記固化材スラリーを供給し、前記圧縮空気の圧力で前記切換弁を下方に移動させることにより前記吐出孔を閉孔するとともに、前記圧縮空気と前記固化材スラリーを前記ロッドの側面から噴射させる。

本発明によれば、地盤改良体の造成作業のたびに回収が必要となるスチールボールを使用しなくても、削孔水の吐出孔の開閉状態を切り換えることができる。

本発明の実施形態に係るロッドの構成例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るモニタ部の構成を示す概略断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ位置の断面図である。 図２に示すモニタ部をＢ方向から見た概略断面図である。 本発明の実施形態に係る切換弁の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る切換弁の第１変形例を説明する図である。 本発明の実施形態に係る切換弁の第２変形例を説明する図である。 本発明の実施形態に係る切換弁の第３変形例を説明する図である。 貫入工程における切換弁の動作を示す概略断面図である。 造成工程における切換弁の動作を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の実施形態においては、地盤改良のために地盤に貫入されるロッドとして、二重管構造のロッドを使用する。二重管構造のロッドを使用する技術的な意義は以下のとおりである。

地盤改良工法の一つである高圧噴射攪拌工法では、改良対象域の地盤にロッドを貫入する必要がある。高圧噴射攪拌工法で使用されるロッドには、単管構造、二重管構造、三重管構造などがある。単管構造のロッドには１つの流路が存在し、二重管構造のロッドには同心円状に２つの流路が存在し、三重管構造のロッドには同心円状に３つの流路が存在する。

高圧噴射攪拌工法においては、たとえば、削孔水、圧縮空気および固化材スラリーといった３つの異なる流体をロッド内に供給する場合がある。その場合、三重管構造のロッドを使用すれば、各々の流体を３つの流路に分けて流すことができる。ただし、三重管構造のロッドは、二重管構造のロッドに比べて、外径が大きい、重量が重い、経済性に劣るなどの難点がある。

そこで、本発明の実施形態においては、３つの異なる流体を二重管構造のロッドを使用して流す方式を採用することにより、上記の難点を解消することとした。具体的には、二重管構造のロッドが有する２つの流路のうち、第１流路を削孔水と圧縮空気の兼用（共用）流路とし、第２流路を固化材スラリーの専用流路とすることにより、ロッドの小型化、軽量化、経済性の改善を実現している。

本明細書においては、二重管構造のロッドを備える高圧噴射攪拌装置を「二重管高圧噴射攪拌装置」と定義し、二重管構造のロッドを使用する高圧噴射攪拌工法を「二重管高圧噴射攪拌工法」と定義する。また、各部の相対的な位置関係を説明するにあたって、地盤にロッドを貫入するときのロッドの姿勢、すなわちロッドを垂直に立てた姿勢を基準に、ロッドの中心軸と平行な方向を「上下方向」、ロッドの直径方向を「径方向」、ロッドの中心軸に直交する方向を「水平方向」と定義する。

＜二重管高圧噴射攪拌装置＞
本発明の実施形態に係る二重管高圧噴射攪拌装置は、たとえば図１に示すような二重管構造のロッド（以下、単に「ロッド」ともいう。）１０を備える。二重管高圧噴射攪拌装置の構成要素としては、ロッド１０の他にも、たとえば、流体供給用のホース、ポンプなどを挙げることができる。なお、図１は、ロッド１０の構造を概略的かつ模式的に示すもので、実際の施工現場で使用するロッドの構造を正確に示すものではない。

（ロッドの構成）
図１は本発明の実施形態に係るロッドの構成例を示す概略図である。図１ではロッドの一部を断面で示している。
ロッド１０は、ロッド本体１１と、モニタ部１２とを備えている。ロッド１０の内部には、第１流路１３と第２流路１４が同心円状に形成されている。ロッド本体１１は、外管１１ａと内管１１ｂを有する二重管構造になっている。

ロッド１０の径方向において、第１流路１３はロッド１０の外周側に形成され、第２流路１４はロッド１０の中心側に形成されている。第１流路１３は、ロッド本体１１の内部で外管１１ａと内管１１ｂの間に形成され、第２流路１４は内管１１ｂの内側に形成されている。なお、ロッド１０の仕様によっては、第１流路１３がロッド１０の中心側、第２流路１４がロッド１０の外周側に形成される場合もある。また、ロッド１０の長さ方向（図１の上下方向）の途中で、第１流路１３と第２流路１４の位置関係が反転する場合もある。

モニタ部１２は、ロッド１０の下端部に設けられている。モニタ部１２は、ロッド本体１１に対して着脱可能に取り付けられている。

ロッド１０の上端部にはスイベル１５が取り付けられている。スイベル１５には、流体供給用のホース１６，１７が接続されている。ホース１６は削孔水と圧縮空気を供給するためのもので、ホース１７は固化材スラリーを供給するためのものである。ホース１６はスイベル１５を介して第１流路１３につながっており、ホース１７はスイベル１５を介して第２流路１４につながっている。このため、削孔水と圧縮空気は、ホース１６およびスイベル１５を通して第１流路１３に供給され、固化材スラリーは、ホース１７およびスイベル１５を通して第２流路１４に供給される。

第１流路１３は削孔水と圧縮空気の兼用流路であるが、第１流路１３に供給する流体を削孔水とするか圧縮空気とするかは、流体の供給源側で、たとえば弁やポンプ等の駆動により切り替え可能となっている。この切り替え機能によって、後述する貫入工程では第１流路１３に削孔水が供給され、造成工程では圧縮空気が供給される。

（モニタ部の構成）
図２は本発明の実施形態に係るモニタ部の構成を示す概略断面図である。また、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ位置の断面図であり、図４は図２に示すモニタ部をＢ方向から見た概略断面図である。
モニタ部１２は、モニタ本体２１と、弁取付部２２とを有する。モニタ本体２１の上端部はロッド本体１１の下端に接続される。モニタ本体２１の上端側は、ロッド本体１１と同様に、第１流路１３と第２流路１４を有する二重管構造になっている。モニタ本体２１の側面には、ノズル部２３が設けられている。ノズル部２３は、１つのモニタ部１２に２つ設けられている。各々のノズル部２３は、それぞれ同心円状の二重ノズルになっている。具体的には、同心円状の中心側が固化材スラリー用のノズル（以下、「スラリーノズル」ともいう）で、外周側が圧縮空気用のノズル（以下、「エアーノズル」ともいう）になっている。エアーノズルは、スラリーノズルを囲むように円環状に形成されている。エアーノズルは第１流路１３に連通し、スラリーノズルは第２流路１４に連通している。「連通」とは、流体が流通できるように連なっていることを意味する。

モニタ部１２の下端側は、第１流路１３を形成する空洞になっている。弁取付部２２は、モニタ本体２１の下端部に着脱可能に取り付けられている。モニタ本体２１に弁取付部２２を取り付けるための構造としては、たとえば、雄ネジと雌ネジによるネジ連結構造を適用することができる。

弁取付部２２には吐出孔２４が設けられている。吐出孔２４は、第１流路１３を通して供給される削孔水をロッド１０の下端から下方に吐出させるための孔である。吐出孔２４の断面形状は円形になっている。ここで記述する吐出孔２４の断面形状とは、ロッド１０の中心軸に直交する方向に吐出孔２４を断面した場合の形状をいう。吐出孔２４は、モニタ部１２の中心軸上において、モニタ部１２内の底面２５とモニタ部１２の下端面２６との間を貫通するように形成されている。モニタ部１２内の底面２５は、弁取付部２２の上面側に形成され、モニタ部１２の下端面２６は、弁取付部２２の下面側に形成されている。このため、モニタ部１２の下端面２６は、モニタ部１２内の底面２５よりも下方に位置している。また、吐出孔２４の上端は、モニタ部１２内の底面２５で上向きに開孔し、吐出孔２４の下端は、モニタ部１２の下端面２６で下向きに開孔している。

モニタ部１２の下端には切換弁３１が設けられている。切換弁３１は、上下方向（モニタ部１２の中心軸方向）に移動可能に設けられている。なお、ロッド本体１１とモニタ本体２１は、互いに同軸上に連結されることから、ロッド１０の中心軸方向とモニタ部１２の中心軸方向とは実質的に同じ方向となる。切換弁３１は、上下方向への移動によって吐出孔２４の開閉状態を切り換えるものである。具体的には、切換弁３１は、上方への移動によって吐出孔２４を開孔し、下方への移動によって吐出孔２４を閉孔する。この切り換え機能により、切換弁３１は、第１流路１３に供給される削孔水と圧縮空気の流れを切り換える。すなわち、吐出孔２４を開孔した状態では、第１流路１３に供給される削孔水を、吐出孔２４を通してロッド１０の下端から吐出させ、吐出孔２４を閉孔した状態では、第１流路１３に供給される圧縮空気をノズル部２３から噴射させる。

（切換弁の構成）
図５は本発明の実施形態に係る切換弁の構成を示す斜視図である。
切換弁３１は、弁先端部３２と、胴部３３と、弁頭頂部３４とを備えている。切換弁３１は、上述のように弁取付部２２に形成された吐出孔２４を利用して、モニタ部１２の下端に取り付けられている。切換弁３１は、上下方向において、少なくとも２つに分割可能な構造になっている。本実施形態においては、一例として、胴部３３と弁頭頂部３４は一体構造になっているが、弁先端部３２は、胴部３３の端部にネジ連結構造等によって着脱可能になっている。このように切換弁３１を分割可能な構造とする理由は、弁取付部２２の吐出孔２４に胴部３３を挿入して切換弁３１を取り付けるためである。

（弁先端部）
弁先端部３２は、円錐面３２ａと円環面３２ｂを有する円錐形に形成されている。弁先端部３２は、モニタ部１２の下端面２６よりも下方に突出して配置されている。また、弁先端部３２は、先鋭部が下向きとなる逆さ円錐形に配置されている。弁先端部３２の円錐面３２ａは、ロッド１０を地盤に貫入する際に土圧を受ける第１受圧部に相当する。「受圧部」とは、圧力を受ける部分をいう。弁先端部３２の円錐面３２ａには、ロッド１０を地盤に貫入するときの貫入抵抗が土圧となって加わる。このため、ロッド１０の貫入時は、弁先端部３２の円錐面３２ａに加わる土圧に押されて切換弁３１が上方に移動する。

弁先端部３２の円環面３２ｂは、モニタ部１２の下端面２６と対向するように配置されている。弁先端部３２の円環面３２ｂには凸部３２ｃが形成されている。凸部３２ｃは、弁先端部３２の円環面３２ｂに土圧が加わって切換弁３１が上方に移動した場合でも、モニタ部１２の下端面２６と弁先端部３２の円環面３２ｂとの間に適度な隙間を確保し、この隙間を通して吐出孔２４の下端から削孔水を吐出させるために形成されている。円環面３２ｂに設ける凸部３２ｃの数は１つでもよいが、本実施形態においては、好ましい例として、円環面３２ｂに複数の凸部３２ｃが設けられている。複数の凸部３２ｃは、円環面３２ｂの円周方向に均等な間隔で配置されている。

なお、図２および図５では弁先端部３２の円環面３２ｂに４つの凸部３２ｃを設ける構成を例示しているが、凸部３２ｃの数は２つでも、３つでも、５つ以上でもよい。また、凸部３２ｃの形状や寸法は必要に応じて変更してもよい。また、凸部３２ｃは、弁先端部３２の円環面３２ｂに対向するモニタ部１２の下端面２６に形成してもよい。つまり、凸部３２ｃは、弁先端部３２の円環面３２ｂとモニタ部１２の下端面２６のうち少なくとも一方に形成すればよい。また、切換弁３１が土圧に押されて上方に移動した場合でも吐出孔２４の下端から削孔水を吐出させ得るものであれば、円環面３２ｂと下端面２６の少なくとも一方に、凸部３２ｃに代えて凹部（不図示）を放射状に形成してもよいし、凹部と凸部を組み合わせた凹凸をほう形成してもよい。

また、吐出孔２４の下端を弁先端部３２で塞がないための構成としては、上述した凸部３２ｃや凹部、凹凸の他にも、たとえば図６Ａ、図６Ｂ、または図６Ｃに示すような切換弁３１の構成が考えられる。
図６Ａはロッドの中心軸方向でモニタ部を下方から見た図である。図示のように、切換弁３１の弁先端部３２には、削孔水連通路３５を露出するように、一対の切欠部３９が形成されている。一対の切欠部３９は、円錐体の両側を切換弁３１の中心軸と平行に切り欠いた形態になっている。これにより、切換弁３１の上方への移動によって弁先端部３２がモニタ部１２の下端面２６に突き当たった場合でも、削孔水連通路３５が常に下向きに開孔した状態になる。したがって、削孔水連通路３５を通して吐出孔２４から削孔水を吐出させることができる。
図６Ｂおよび図６Ｃはいずれも切換弁を斜め上方から見た図である。図６Ｂにおいては、切換弁３１の弁先端部３２の平面視形状がＩ形になっている。また、同図においては、Ｅ１方向から見た弁先端部３２の側面視形状が三角形、Ｅ２方向から見た弁先端部３２の側面視形状がＩ形になっている。一方、図６Ｃにおいては、切換弁３１の弁先端部３２の平面視形状がＸ形になっている。また、同図においては、Ｅ１方向およびＥ２方向から見た弁先端部３２の側面視形状がいずれも台形になっている。

（胴部）
胴部３３は、吐出孔２４に上下動自在に嵌合されている。胴部３３の長さ寸法（上下方向の寸法）は、吐出孔２４の深さ寸法よりも大きく設定されている。胴部３３の断面形状は、楕円形になっている。ここで記述する胴部３３の断面形状とは、ロッド１０の中心軸に直行する方向に胴部３３を断面した場合の形状をいう。また、胴部３３の断面形状を表す楕円形には、数学的に定義される楕円だけでなく、たとえば上記図３に示すように円の円周上の二箇所を互いに平行に切り欠いたような形状を含む。胴部３３の断面形状は、胴部３３の長さ方向全体にわたって一様な形状になっている。また、胴部３３の断面形状は吐出孔２４の断面形状と相異しており、これによって吐出孔２４に胴部３３を嵌合した状態でも、吐出孔２４の内部に削孔水連通路３５（図２および図３を参照）が形成される構成になっている。

ここで、削孔水連通路３５の開孔面積と、ノズル部２３に形成されるエアーノズル（圧縮空気用のノズル）の開孔面積との関係について説明する。
削孔水連通路３５の開孔面積とは、吐出孔２４と胴部３３の嵌合部分を水平方向に断面したときに、削孔水連通路３５の断面形状と胴部３３の断面形状の相異によって吐出孔２４内に形成される開孔部分（削孔水が流れる部分）の面積をいう。一方、エアーノズルの開孔面積とは、ロッド本体１１の側面に設けられたノズル部２３において、圧縮空気を噴射するためのノズルの空気流路を上下方向に断面したときに形成される円環状の開孔部分の面積をいう。

削孔水連通路３５の開孔面積をＳａ（ｍｍ^２）、エアーノズルの開孔面積をＳｂ（ｍｍ^２）とすると、ロッド１０の構成としては「Ｓａ＞Ｓｂ」を満たすことが好ましい。また、ＳａとＳｂの比率をＲ＝Ｓａ／Ｓｂで表す場合、Ｒの値は２以上５以下であることが好ましい。

なお、上記エアーノズルの開孔面積Ｓｂは、モニタ部１２に複数のノズル部２３が設けられている場合は、すべてのノズル部２３についてエアーノズルの開孔面積を足し合わせた値で規定する。したがって、エアーノズルの開孔面積Ｓｂは、モニタ部１２に設けられるノズル部２３の個数によって変わる。たとえば、モニタ部１２に２個のノズル部２３が設けられている場合は、１個のノズル部２３が設けられている場合に比べて、エアーノズルの開孔面積Ｓｂが２倍になる。

（弁頭頂部）
弁頭頂部３４は、切換弁３１が吐出孔２４の開閉状態を切り換えるにあたって、吐出孔２４の上端の開孔を開閉する部分となる。弁頭頂部３４は、円盤状に形成されている。弁頭頂部３４の直径（外径）は、吐出孔２４の内径よりも大きく設定されている。弁頭頂部３４の上面３４ａは、第１流路１３を通して供給される圧縮空気の圧力を受ける第２受圧部に相当する。弁頭頂部３４は、切換弁３１が下方に移動した際に、弁頭頂部３４の下面３４ｂがモニタ部１２内の底面２５に接触することで吐出孔２４を閉孔する。モニタ部１２内の底面２５にはシール部材３６が設けられている。シール部材３６は、弁頭頂部３４を底面２５に接触させたときの密着性を高めるものである。シール部材３６は、たとえば、ゴム製のパッキンで構成することができる。シール部材３６は、弁頭頂部３４の下面３４ｂと対向するように配置されている。なお、シール部材３６は、モニタ部１２内の底面２５に代えて、弁頭頂部３４の下面３４ｂに配置してもよいし、底面２５と下面３４ｂの両方に配置してもよい。

モニタ部１２は、上方に移動した切換弁３１の位置を保持する保持部を備えている。保持部が切換弁３１の位置を保持する力（以下、「保持力」という。）は、ロッド１０を所望の深さまで貫入する途中で何らかの理由によりロッド１０を所定量だけ引き上げた場合でも、その前に土圧によって上方に移動した切換弁３１が安易に滑り落ちない程度の大きさに設定されている。また、保持部の保持力は、第１流路１３に圧縮空気を供給し、これによって弁頭頂部３４の上面３４ａが圧縮空気の圧力を受けた場合に、圧縮空気に押されて切換弁３１が下方に移動し得る程度の大きさに設定されている。保持部は、移動抵抗増加部材３７と、マグネット３８とを用いて構成されている。

（移動抵抗増加部材）
移動抵抗増加部材３７は、吐出孔２４の内部に配置されている。移動抵抗増加部材３７は、吐出孔２４における胴部３３の移動抵抗を増加させることにより、切換弁３１の位置を保持するものである。移動抵抗増加部材３７は、３つのＯリング３７ａを用いて構成されている。吐出孔２４の内壁には上下方向に位置をずらして三箇所に周溝が形成され、各々の周溝にＯリング３７ａが１つずつ取り付けられている。Ｏリング３７ａの内周側は、胴部３３の外周面に接触している。ただし、胴部３３の断面形状の一部（切り欠き部分）は、径方向でＯリング３７ａから離間するように径が小さくなっており、そこに削孔水連通路３５が形成されているため、そこではＯリング３７ａが胴部３３に接触していない。

（マグネット）
マグネット３８は、モニタ部１２の下端面２６に配置されている。マグネット３８は、磁気吸引力を利用して切換弁３１の位置を保持するものである。マグネット３８は、弁先端部３２の円環面３２ｂと対向するように配置されている。切換弁３１を構成する弁先端部３２、胴部３３および弁頭頂部３４のうち、少なくとも弁先端部３２は磁性体によって構成されている。このため、マグネット３８の磁気吸引力は弁先端部３２に作用し、この磁気吸引力によって弁先端部３２が吸引される構成になっている。弁先端部３２に作用するマグネット３８の磁気吸引力は、切換弁３１の上方への移動によって弁先端部３２の円環面３２ｂがマグネット３８に近づくほど大きくなる。したがって、上方に移動した切換弁３１の弁先端部３２に対して、マグネット３８の磁気吸引力を有効に作用させることができる。特に、上記図６に示すように、吐出孔２４の下端を弁先端部３２で塞がないよう、切換弁３１の弁先端部３２に一対の切欠部３９を形成した構成では、土圧によって切換弁３１が上方に移動した場合に、弁先端部３２がマグネット３８に隙間なく接触するようになる。このため、マグネット３８の磁気吸引力を最大限に発揮させて高い保持力を確保することができる。

＜二重管高圧噴射攪拌工法＞
続いて、本発明の実施形態に係る二重管高圧噴射攪拌工法について説明する。
二重管高圧噴射攪拌工法は、ロッドの下端から削孔水を吐出させながらロッドを地盤に貫入する貫入工程と、地盤に貫入したロッドの側面から圧縮空気と固化材スラリーを噴射させて地盤改良体を造成する造成工程と、を含む。以下、工程別に詳しく説明する。

（貫入工程）
まず、貫入工程においては、図示しないボーリングマシンでロッド１０を垂直に支持するとともに、ホース１６およびスイベル１５を通してロッド１０の第１流路１３に削孔水を供給する。そして、ボーリングマシンの駆動によりロッド１０の貫入を開始する。これにより、改良対象域の地盤にロッド１０が徐々に貫入されていく。

その際、ロッド１０の下端部に設けられたモニタ部１２には、地盤への貫入に伴う土圧が加わる。この土圧は、図７に示すように、モニタ部１２の下端に設けられた切換弁３１の弁先端部３２に上向きに加わる。そうすると、弁先端部３２の円錐面３２ａが土圧を受けるため、切換弁３１が土圧に押されて上方に移動する。切換弁３１が上方に移動すると、切換弁３１の弁頭頂部３４はシール部材３６から離間する。このため、吐出孔２４が開孔した状態となる。

その結果、ロッド１０の第１流路１３に供給された削孔水は、図７の破線の矢印で示すように、弁頭頂部３４とシール部材３６との間を通して吐出孔２４の削孔水連通路３５に流れ込む。また、マグネット３８と弁先端部３２との間には、凸部３２ｃによって隙間が確保されているため、削孔水連通路３５に流れ込んだ削孔水は、マグネット３８と弁先端部３２との間の隙間を通して吐出孔２４の下端から吐出する。これにより、ロッド１０の下端から削孔水を吐出させながらロッド１０を地盤に貫入させることができる。また、切換弁３１の弁先端部３２が円錐形に形成されているため、切換弁３１に掘進性能を付与することができる。その後、ロッド１０を所望の深さまで貫入したら、削孔水の供給を停止する

なお、貫入工程においては、ロッド１０を貫入する途中で、たとえばロッド１０がジャミングした場合に、その削孔を容易にするためにロッド１０を何度か上下動させることがある。その場合、ロッド１０を引き上げた瞬間に土圧が解除されるため、たとえば、移動抵抗増加部材３７やマグネット３８などの保持部を備えていないと、切換弁３１が下方に移動して吐出孔２４を塞いでしまうおそれがある。これに対し、移動抵抗増加部材３７やマグネット３８などの保持部を備える場合は、ロッド１０の引き上げによって土圧が解除されても、切換弁３１の下方への移動が保持部によって抑制される。このため、吐出孔２４を開孔状態に維持し、削孔水の吐出を継続させることができる。なお、仮に、保持部の保持力が不足して切換弁３１が下方に移動してしまった場合でも、その後、土圧の作用によって切換弁３１を上方に移動させることで、吐出孔２４を開孔させることは可能である。

（造成工程）
次に、造成工程においては、ロッド１０の第１流路１３に供給する流体を圧縮空気に切り換えるとともに、第２流路１４に対して固化材スラリーの供給を開始する。ここで、第１流路１３に圧縮空気を供給すると、図８に示すように、切換弁３１の弁頭頂部３４に圧縮空気の圧力が加わる。そうすると、弁頭頂部３４の上面３４ａが圧縮空気の圧力を受けるため、切換弁３１が圧縮空気の圧力に押されて下方に移動する。切換弁３１が下方に移動すると、切換弁３１の弁頭頂部３４がシール部材３６に接触する。このため、吐出孔２４が閉孔した状態となる。

その結果、ロッド１０の第１流路１３に供給された圧縮空気は、吐出孔２４から吐出することなく、ノズル部２３から噴出する。このとき、ノズル部２３からは固化材スラリーが圧縮空気と一緒に高圧で噴射する。固化材スラリーと圧縮空気の噴射方向は、一般的には水平方向である。

造成工程では、上述のようにロッド１０の側面から固化材スラリーと圧縮空気を噴射しながらロッド１０を軸回りに回転させる。また、造成工程では、ロッド１０を軸回りに回転させながら、ロッド１０を連続的または段階的に引き上げる。これにより、固化材スラリーが原土と攪拌混合され、円柱状の地盤改良体が造成される。

こうして１つの地盤改良体の造成を終えたら、第１流路１３への圧縮空気の供給と第２流路１４への固化材スラリーの供給を共に停止した後、次の地盤改良体の造成作業に着手する。これにより、改良対象域の地盤に順次、地盤改良体を形成することができる。

＜実施形態の効果＞
本発明の実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。

（ａ）本実施形態においては、ロッド１０のモニタ部１２の下端に切換弁３１を設け、この切換弁３１を、弁先端部３２に加わる土圧と、弁頭頂部３４に加わる圧縮空気の圧力を利用して、上下方向に移動することにより、吐出孔２４の開閉状態を切り換える構成を採用している。これにより、スチールボールを使用しなくても、吐出孔２４の開閉状態を切り換えることができる。このため、１つの地盤改良体の造成を終えて、次の地盤改良体の造成作業に着手する場合に、その都度、スチールボールをロッドの外に取り出す必要がなくなる。したがって、地盤改良体の造成作業を効率よく行うことができる。

（ｂ）本実施形態においては、上方に移動した切換弁３１の位置を保持する保持部（３７，３８）を備えた構成を採用している。これにより、ロッド１０を貫入する途中で何らかの理由により切換弁３１の弁先端部３２に土圧が加わらなくなった場合でも、切換弁３１の下方への移動を抑制し、吐出孔２４の開孔状態を維持することができる。

（ｃ）本実施形態においては、吐出孔２４の断面形状と胴部３３の断面形状との相異により、吐出孔２４に削孔水連通路３５が形成される構成を採用している。これにより、吐出孔２４と胴部３３との嵌合によって切換弁３１の傾きを抑制しつつ、削孔水の吐出に必要な削孔水連通路３５を確保することができる。

（ｄ）本実施形態においては、モニタ部１２内の底面２５にシール部材３６を設けた構成を採用している。これにより、切換弁３１の下方への移動によって吐出孔２４を閉孔させる場合に、切換弁３１の弁頭頂部３４がモニタ部１２内の底面２５に接触するときの密着性を高めることができる。このため、第１流路１３に供給する圧縮空気を、吐出孔２４から極力漏らすことなく、ノズル部２３から噴射させることができる。

（ｅ）本実施形態においては、切換弁３１の弁先端部３２を円錐形に形成した構成を採用している。これにより、ロッド本体１１を地盤に貫入する場合に、切換弁３１に掘進機能を付与することができる。

（ｆ）本実施形態においては、削孔水連通路３５の開孔面積Ｓａを、エアーノズルの開孔面積Ｓｂよりも大きく設定した構成を採用している。これにより、ロッド１０の第１流路１３に削孔水を供給する場合に、エアーノズルからの削孔水の吐出を抑制し、より多くの削孔水を吐出孔２４から吐出させることができる。特に、ＳａとＳｂの比率を表すＲ（Ｒ＝Ｓａ÷Ｓｂ）の値を２以上５以下とすることで、エアーノズルからの削孔水の吐出を効果的に抑制し、より顕著な効果が得られる。

なお、貫入工程で第１流路１３に削孔水を供給する場合に、エアーノズルからの漏水を確実に防止する手段として、たとえば、エアーノズルの開孔をＯリングなどで塞ぐことが考えられる。その場合は、削孔水の供給に伴う水圧がＯリングに加わるため、貫入工程では、削孔水の水圧でＯリングが外れないよう、単位時間あたりの削孔水の供給水量を制限する必要がある。また、貫入工程から造成工程に移る場合は、削孔水の供給量を増やしてエアーノズルの部分に加わる水圧を上昇させ、Ｏリングをエアーノズルの外に射出させる必要がある。

しかしながら、二重管高圧噴射攪拌装置において、第１流路１３に対する削孔水の供給水量が一定となるように制御しても、第１流路１３内の水圧は必ずしも一定にならない。たとえば、貫入工程でロッド１０を地盤に押し込む場合は、削孔水の吐出孔が土によって塞がれるため、削孔水の水圧がモニタ部１２内で上昇しやすくなる。そのため、貫入工程中に削孔水の水圧が上昇し、エアーノズルからＯリングが外れてしまうおそれがある。また、エアーノズルにＯリングを取り付ける場合は、圧縮空気の噴射に必要なノズルの開孔寸法よりも大きい、既製のＯリングの寸法を基準に、ノズルを開孔させる必要がある。このため、貫入工程中にＯリングが外れると、エアーノズルから多量の削孔水が漏出し、ロッド１０の下端から吐出する削孔水量が不足してしまう。その結果、削孔速度が低下するおそれがある。

また、貫入工程中にエアーノズルからＯリングが外れたかどうかを地上部から判別することは難しい。このため、削孔速度が想定速度よりも遅くなった場合や、削孔水ポンプの吐出流量の変化が想定よりも少ない場合に、初めてエアーノズルからの漏水を疑うことになる。また、実際にエアーノズルからＯリングが外れているかどうかを確認するには、モニタ部１２が地上に現れるまでロッド１０を引き上げる必要がある。このため、作業効率の著しい低下を招いてしまう。

一方、貫入工程中にエアーノズルからＯリングが外れないよう、エアーノズルの開孔寸法を過度に狭くすると、造成工程で削孔水の供給量を増やして水圧を高めたときに、Ｏリングをエアーノズルの外に射出させることが困難になる。Ｏリングがエアーノズルの外に射出されないと、エアーノズルの一部または全部がＯリングで塞がれたままになるため、ノズル部２３から圧縮空気と固化材スラリーを正常に噴射させることができなくなる。

これに対し、上記実施形態においては、エアーノズルにＯリングを取り付けることなく、切換弁３１を用いて、吐出孔２４からの削孔水の吐出と、エアーノズルからの圧縮空気の噴射を切り換えている。このため、貫入工程では、吐出孔２４から必要十分な量の削孔水を吐出させながらロッド１０を地盤に貫入させることができる。したがって、貫入工程を効率よく行うことができる。また、造成工程では、エアーノズルの外にＯリングを射出させる必要がなくなるため、ノズル部２３のエアーノズルから圧縮空気と固化材スラリーを正常に噴射させることができる。さらに、１回の造成作業を行うたびにエアーノズルにＯリングを取り付ける手間を省くことができるため、造成作業のサイクルタイムを短縮することができる。

また、上記実施形態においては、エアーノズルの開孔寸法を、Ｏリングのリング断面の太さ寸法に依存することなく、必要最小寸法に設定することができる。このため、エアーノズルの開孔をＯリングで塞ぐ場合に比べて、エアーノズルの開孔寸法を小さく設定することができる。これにより、ノズル部２３から圧縮空気と固化材スラリーを同時に噴射させる場合に、固化材スラリーを囲繞する圧縮空気の流速を増大させることができる。具体的には、地盤の切削能力を保持するために必要とされる音速の半分以上まで圧縮空気の流速を増大させることができる。したがって、造成工程で造成される地盤改良体の外径を拡大させることが可能となる。

＜変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

たとえば、上記実施形態においては、吐出孔２４の内壁に周溝を形成し、この周溝にＯリング３７ａを取り付けた構成を採用しているが、これに限らず、たとえば、切換弁３１の胴部３３の外周面に凹み部を形成し、この凹み部にＯリングを取り付けた構成を採用してもよい。

また、上記実施形態においては、吐出孔２４の断面形状を円形とし、吐出孔２４に嵌合される胴部３３の断面形状を楕円形としたが、これに限らず、たとえば、胴部３３の断面形状を、角を丸めた三角形、四角形などの多角形としてもよい。また、吐出孔２４の断面形状を多角形、胴部３３の断面形状を円形としてもよい。

また、上記実施形態においては、弁頭頂部３４を円盤状としたが、弁頭頂部３４の形状は、吐出孔２４の上端の開孔を開閉可能な形状であればどのような形状であってもよい。

また、上記実施形態においては、弁先端部３２の好ましい形状の一つとして円錐形を例に挙げたが、弁先端部３２の形状は、土圧を受ける第１受圧部を有する形状であればよい。

また、上記実施形態においては、移動抵抗増加部材３７とマグネット３８を用いて保持部を構成しているが、これに限らず、移動抵抗増加部材３７とマグネット３８のうち一方だけを備えた構成を採用してもよい。また、上方に移動した切換弁３１の位置を保持できるものであれば、どのような構成の保持部を採用してもかまわない。

また、上記実施形態においては、１つのモニタ部１２に２つのノズル部２３を設けることにより、固化材スラリーを２方向に同時に噴射する構成を採用しているが、これに限らず、１つのモニタ部１２に１つのノズル部２３を設けることにより、固化材スラリーを１方向にのみ噴射する構成を採用してもよい。

１０ ロッド、１２ モニタ部、１３ 第１流路、１４ 第２流路、２３ ノズル部、２４ 吐出孔、２５ 底面、３１ 切換弁、３２ 弁先端部、３２ａ 円錐面（第１受圧部）、３３ 胴部、３４ 弁頭頂部、３４ａ 上面（第２受圧部）、３５ 削孔水連通路、３６ シール部材、３７ 移動抵抗増加部材（保持部）、３８ マグネット（保持部）。

Claims (11)

1. 二重管構造のロッドを備え、前記ロッドの下端から削孔水を吐出させながら前記ロッドを地盤に貫入する貫入工程と、前記地盤に貫入した前記ロッドの側面から圧縮空気と固化材スラリーを噴射させて地盤改良体を造成する造成工程と、を含む高圧噴射攪拌工法に用いられる、二重管高圧噴射攪拌装置であって、
   前記ロッドは、前記削孔水および前記圧縮空気を流すための第１流路と、前記固化材スラリーを流すための第２流路と、前記ロッドの下端部に設けられたモニタ部と、を備え、
   前記モニタ部は、前記モニタ部の下端に設けられ、前記第１流路を通して供給される前記削孔水を下方に吐出させる吐出孔と、前記モニタ部の側面に設けられ、前記第１流路を通して供給される前記圧縮空気と前記第２流路を通して供給される前記固化材スラリーを噴射させるノズル部と、前記モニタ部の下端に上下方向に移動可能に設けられ、前記吐出孔の開閉状態を切り換える切換弁と、を備え、
   前記切換弁は、前記ロッドを前記地盤に貫入する際に土圧を受ける第１受圧部と、前記第１流路を通して供給される前記圧縮空気の圧力を受ける第２受圧部と、を備え、前記第１受圧部で前記土圧を受けたときは前記切換弁が上方に移動することによって前記吐出孔を開孔し、前記第２受圧部で前記圧縮空気の圧力を受けたときは前記切換弁が下方に移動することによって前記吐出孔を閉孔するように構成されている
   二重管高圧噴射攪拌装置。
2. 前記モニタ部は、前記上方に移動した前記切換弁の位置を保持する保持部をさらに備える
   請求項１に記載の二重管高圧噴射攪拌装置。
3. 前記切換弁は、前記吐出孔に上下動自在に嵌合される胴部を含み、
   前記保持部は、前記吐出孔における前記胴部の移動抵抗を増加させることにより、前記切換弁の位置を保持する移動抵抗増加部材を含む
   請求項２に記載の二重管高圧噴射攪拌装置。
4. 前記切換弁は、前記第１受圧部を含む、磁性体からなる弁先端部を有し、
   前記保持部は、前記弁先端部を磁気吸引力で吸引することにより、前記切換弁の位置を保持するマグネットを含む
   請求項２または３に記載の二重管高圧噴射攪拌装置。
5. 前記弁先端部は円錐形に形成されている
   請求項４に記載の二重管高圧噴射攪拌装置。
6. 前記切換弁は、前記吐出孔に上下動自在に嵌合される胴部を含み、
   前記吐出孔の断面形状と前記胴部の断面形状との相異により、前記吐出孔に削孔水連通路が形成されている
   請求項１または２に記載の二重管高圧噴射攪拌装置。
7. 前記吐出孔の断面形状が円形であり、前記胴部の断面形状が楕円形である
   請求項６に記載の二重管高圧噴射攪拌装置。
8. 前記ノズル部は、圧縮空気用のノズルを有し、
   前記削孔水連通路の開孔面積が、前記圧縮空気用のノズルの開孔面積よりも大きい
   請求項６または７に記載の二重管高圧噴射攪拌装置。
9. 前記削孔水連通路の開孔面積をＳａ（ｍｍ^２）、前記圧縮空気用のノズルの開孔面積をＳｂ（ｍｍ^２）、Ｒ＝Ｓａ／Ｓｂとしたときに、Ｒの値が２以上５以下である
   請求項８に記載の二重管高圧噴射攪拌装置。
10. 前記切換弁は、前記第２受圧部を含む弁頭頂部を有し、前記弁頭頂部が前記モニタ部内の底面に接触することで前記吐出孔を閉孔するものであり、
    前記切換弁の弁頭頂部と前記モニタ部内の底面のうち少なくともいずれか一方に、前記弁頭頂部と前記底面とを接触させたときの密着性を高めるシール部材が設けられている
    請求項１から９のいずれか１項に記載の二重管高圧噴射攪拌装置。
11. 削孔水および圧縮空気を流すための第１流路と、固化材スラリーを流すための第２流路と、ロッド下端部に設けられたモニタ部と、を備える二重管構造のロッドを使用し、前記ロッドの下端から前記削孔水を吐出させながら前記ロッドを地盤に貫入する貫入工程と、前記地盤に貫入した前記ロッドの側面から前記圧縮空気と前記固化材スラリーを噴射させて地盤改良体を造成する造成工程と、を含む高圧噴射攪拌工法であって、
    前記モニタ部に、前記削孔水を吐出させるための吐出孔と、上下方向の移動によって前記吐出孔の開閉状態を切り換える切換弁とを設けておき、
    前記貫入工程では、前記ロッドの貫入に伴う土圧によって前記切換弁を上方に移動させることにより前記吐出孔を開孔するとともに、前記第１流路に前記削孔水を供給して前記吐出孔から前記削孔水を吐出させ、
    前記造成工程では、前記削孔水の供給を停止して前記第１流路に前記圧縮空気を供給するとともに、前記第２流路に前記固化材スラリーを供給し、前記圧縮空気の圧力で前記切換弁を下方に移動させることにより前記吐出孔を閉孔するとともに、前記圧縮空気と前記固化材スラリーを前記ロッドの側面から噴射させる
    二重管高圧噴射攪拌工法。

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