JP7465762B2

JP7465762B2 - 排泥排出促進機構

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Publication number: JP7465762B2
Application number: JP2020143396A
Authority: JP
Inventors: 宏幸阿部
Original assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Current assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2024-04-11
Anticipated expiration: 2040-08-27
Also published as: JP2022038759A

Description

この発明は、排泥排出促進機構に係り、特に、高圧噴射撹拌工法の実施に際して発生する排泥を、より効果的に地上に排出させる技術に関する。

地盤改良工法の一つとして、高圧噴射撹拌工法が知られている。
この工法においては、まず地上に地盤改良装置を設置し、その下方の地盤に向けてほぼ鉛直に所定深度までケーシングで削孔し、縦孔を形成する。
ケーシングが所定深度に達したら、ケーシングに代えて二重管注入ロッド等の注入ロッドを縦孔内に挿入し、その先端に装着されたモニタのノズルからセメント系固化材液をエアと共に半径方向外方に向けて高圧で噴射すると共に、注入ロッドを回転させる。
この結果、固化材液の高圧噴流によって切削された土壌が、固化材液と撹拌混合される。
この注入ロッドを所定の速度で引き上げることで、土壌内に円筒形状の改良体が鉛直方向に造成される。

この高圧噴射撹拌工法の施工過程においては、土壌と固化材液混合物である排泥（スライム）が発生するが、基本的に排泥は縦孔内面と注入ロッド外面との間の隙間を経由して地上に圧送され、スライムピットに貯留される。
ところが、排泥の粘性が比較的高い場合や、排泥中に粘土塊や木片等の異物が多く混入している場合には、上記隙間が詰まってしまい、排泥が地上に排出されない事態が生じる。
このままの状態で施工を続けると、注入ロッドからの噴射圧力によって周辺地盤が隆起する等の問題が生じるため、詰まりが発生した際には施工を中断して注入ロッドを引き上げ、水を噴射して詰まりを解消せざるを得ず、時間的にも労力的にも大きな損失となる。

このため、排泥の詰まりを防止するための対策がこれまでも種々提案されている。
例えば、以下の特許文献１においては、縦孔内に注入ロッドとは別体のエア管を挿入し、その先端の噴射口から圧縮エア等を斜め上方に噴射して排泥に添加することで、排泥の詰まりを防止する技術が開示されている。
また、以下の特許文献２においては、注入ロッドの側面に設けた複数の空気吐出孔から空気を吐出することで、排泥の排出効果を高める技術が開示されている。
特許第６３０４７３０号特開２０００－０１７６４９

しかしながら、特許文献１の技術の場合、ただでさえ狭い縦孔内に注入ロッドとは異なるエア管を複数本挿入する必要があり、その設置に手間を要することはもちろん、排泥の流通経路が狭められる結果、期待したほどの排出促進効果が得られないという問題があった。

これに対し、特許文献２の技術の場合には注入ロッド自体に空気吐出孔が設けられるため、特許文献１のような問題は生じないが、空気吐出孔から空気が水平方向に吐出されるため、空気は縦孔の内壁面を一旦直撃した後、上昇に転じることとなる。
すなわち、特許文献２の方式にあっては、エアの圧力を直に排泥に作用させることができず、主として空気量の増加による浮力向上効果に頼るものであるため、やはり排出効率の劇的な向上は期待できなかった。

この発明は、このような現状に鑑みて案出されたものであり、高圧噴射撹拌工法の実施に際して生じる排泥によって注入ロッド内の経路が閉塞することを有効に防止できる技術の実現を目的としている。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載した排泥排出促進機構は、地盤中に形成された縦孔内に注入ロッドを挿入し、当該注入ロッドを回転させながら所定距離ずつ段階的に引き上げる際に、注入ロッドの先端に設けられたモニタのノズルから固化材液とエアを高圧で噴射し、この固化材液の高圧噴流によって土壌を切削すると共に、切削した土壌と固化材液とを撹拌混合し、地盤中に改良体を造成する高圧噴射撹拌工法の実施に際し、上記注入ロッド及びモニタの少なくとも一方に反転流路を設け、この反転流路を上記注入ロッドに対して90度（好ましくは45度）よりも小さい角度で配置させることにより、その上端開口部を上方に向け、この反転流路の下端を供給された圧縮エアの流路と連通させ、この反転流路の上端開口部から上方向に噴射されるエアの添加によって、縦孔と注入ロッドとの間の隙間に存する排泥の上昇を促進するように構成したことを特徴としている。

請求項２に記載した排泥排出促進機構は、請求項１における注入ロッド及びモニタが、それぞれ同心円状に配置された第１の流路、第２の流路及び第３の流路を備えた三重管構造を備えており、上記第１の流路には固化材液が供給され、上記第２の流路には第１のエアコンプレッサから改良体造成用の高圧エアが供給され、上記ノズルは、上記第１の流路及び第２の流路と連通され、上記第３の流路には第２のエアコンプレッサから排泥排出促進用の高圧エアが供給され、上記反転流路の下端は、上記第３の流路と連通されていることを特徴としている。

請求項３に記載した排泥排出促進機構は、請求項１における上記注入ロッド及びモニタが、それぞれ同心円状に配置された第１の流路及び第２の流路を備えた二重管構造を備えており、上記第１の流路には固化材液が供給され、上記第２の流路には共通のエアコンプレッサを介して改良体造成用の高圧エアと排泥排出促進用の高圧エアが供給され、上記ノズルは、上記第１の流路及び第２の流路と連通され、上記反転流路の下端は、分岐箇所を介して上記第２の流路と連通されていることを特徴としている。

請求項４に記載した排泥排出促進機構は、請求項１～３における注入ロッド及びモニタの少なくとも一方の外周面に、その下端が上記反転流路の上端開口部に連なり、上端が地上側に位置するガイド溝が形成されており、上記反転流路の上端開口部から吐出された排泥排出促進用のエアが、このガイド溝に沿って地上方向に案内されることを特徴としている。

請求項５に記載した排泥排出促進機構は、請求項１～４における反転流路が、上記注入ロッドよりも径の大きな上記モニタの胴部内に複数本設けられており、それぞれの上端開口部が、注入ロッドの外周面から張り出した上記胴部の段部上に形成されており、各反転流路は、上記第２の流路と平行するように配置されており、上記排泥排出促進用のエアが地上方向に噴射されることを特徴としている。

請求項６に記載した排泥排出促進機構は、請求項１～５における反転流路が、上記注入ロッドの外殻内に形成されており、その上端開口部が、注入ロッドの外周面に対して面一に形成されていることを特徴としている。

この発明に係る排泥排出促進機構によれば、縦孔内に挿入される注入ロッドやモニタに設けられた反転流路の上端開口部からエアが上方向に高圧で噴射する構造を備えているため、上端開口部よりも上に位置する排泥に対してエアの圧力をダイレクトに添加することができ、縦孔内に排泥が滞留することを有効に抑制できる。

以下、添付の図面に従い、この発明の実施形態を説明する。
初めに、図１に従い、高圧噴射撹拌工法の一般的な手順について説明する。
まず、図１(a)に示すように、地表10に地盤改良装置12を設置し、ケーシング13の先端から高圧の削孔水を噴射しながら所定のストローク速度で地盤14内に下降させることにより、計画深度まで縦孔15を穿設する。

つぎに、図１(b)に示すように、注入ロッド16を縦孔15の底部まで建込んだ後、注入ロッド16の先端に設けられたモニタのノズルから固化材と水の混合物である固化材液及びエアを高圧で噴射しながら回転させ、所定のストローク速度で計画深度まで上昇させる。

この結果、図１(c)に示すように、土壌と水、固化材の混合物である円柱状の改良体（杭体）17が形成される。
この施工を通じて、土壌と水、固化材の混合物である排泥18が、注入ロッド16と縦孔15の隙間を経由して地上に圧送され、スライムピット19に貯められる。

図２は、注入ロッド16の先端に装着されたこの発明に係る第１のモニタ30の縦断面図であり、中心に配置された第１の管体31と、その外側に配置された第２の管体32と、その外側に配置された第３の管体33と、円筒状の胴部34と、第１のノズル35と、第２のノズル36と、複数の反転流路37と、各反転流路37の先端に設けられた上端開口部としてのエア吐出口38を備えている。
胴部34の径は、注入ロッド16の径よりも大きいため、注入ロッド16の外周面よりも外側に張り出しており、上端に段部34aが形成されている。

第１の管体31は、比較的径の大きな広径部31aと、比較的径の小さい狭径部31bと、両者の境に形成された漏斗状の弁座部31cからなる。
この弁座部31cに図示しない鋼球を嵌合することにより、第１の管体31の下端開口31dが閉塞される（詳細は後述）。

図２のＡ－Ａ断面図である図３に示すように、第１の管体31、第２の管体32及び第３の管体33は、それぞれ同心円状に配置されており、第１の管体31内には円筒状の第１の流路39が形成されている。
また、第１の管体31と第２の管体32との間には、円環状の第２の流路40が形成されている。
さらに、第２の管体32と第３の管体33との間には、円環状の第３の流路41が形成されている。

第１のノズル35は、中央開口部35aと、これを取り巻くように形成された周縁開口部35bを備えている。中央開口部35aは、第１の流路39と連通接続されている。また周縁開口部35bは、第２の流路40と連通接続されている。
第２のノズル36も、中央開口部36aと、これを取り巻くように形成された周縁開口部36bを備えている。中央開口部36aは、第１の流路39と連通接続されている。また周縁開口部36bは、第２の流路40と連通接続されている。

エア吐出口38は、胴部34の段部34a上に４つ設けられており、各エア吐出口38に接続された４本の反転流路37は、それぞれの下端37aが連結管（連結路）42を介して第３の流路41と連通接続されている。
各反転流路37は、第３の流路41と平行するように配置されており、第３の流路41を介して地上から供給される高圧エアの向きを逆転させ、地上に向けて垂直噴射する機能を有している。

この第１のモニタ30に接続される注入ロッド16は、それぞれ同心円状に配置された第１の管体50、第２の管体51及び第３の管体52を備えた所謂三重管構造を備えており、第１の管体50内には円筒状の第１の流路53が、第１の管体50と第２の管体51との間には円環状の第２の流路54が、第２の管体51と第３の管体52との間には円環状の第３の流路55がそれぞれ形成されている。
また、注入ロッド16側の第１の流路53、第２の流路54、第３の流路55は、それぞれ第１のモニタ30側の第１の流路39、第２の流路40、第３の流路41と連通接続されている。

図４に示すように、注入ロッド16の第１の流路53には、地盤改良装置12の三重管スイベル60を介して、高圧ポンプ61及びスラリープラント62からセメントと水を混練した固化材液が高圧で供給される。
また、第２の流路54には第１のエアコンプレッサ63からエアが高圧で供給されると共に、第３の流路55には第２のエアコンプレッサ64からエアが高圧で供給される。

このため、図５に示すように、予め第１の管体31の弁座部31cに鋼球65を嵌合して下端開口31dを閉塞しておくと、第１のノズル35及び第２のノズル36から固化材液66がエア67と共に勢いよく噴射され、高圧噴流68が形成される。
同時に、各反転流路37の先端に設けられたエア吐出口38からは排泥排出促進用のエア69が、上方（地上側）に向けて高圧で噴射される。

ここでは、第１のノズル35及び第２のノズル36から噴射される改良体造成用のエア67の単位時間当たりの量と、各エア吐出口38から噴射される排泥排出促進用のエア69の単位時間当たりの量が等しくなるように設定されているが（例えばそれぞれ2.0m³／min）、第１のエアコンプレッサ63及び第２のエアコンプレッサ64の出力を別個に制御することにより、相互の比率に差異を設けることもできる。

図６は、高圧噴射撹拌工法の施工過程における排泥排出促進機構の働きを示すものであり、縦孔15内に第１のモニタ30を挿入し、第１のノズル35及び第２のノズル36から固化材液66及びエア67を噴射させると同時に、第１のモニタ30を所定の速度で回転させ、所定のタイミングで第１のモニタ30を１ステップ（例えば２．５cm）ずつ引き上げることにより、改良体17が地盤14内に形成される。

この過程で大量の排泥70が発生することとなるが、これらは第１のノズル35及び第２のノズル36から排出されるエア67や固化材液66の圧力を受けて縦孔15内を上昇していき、第１のモニタ30のエア吐出口38から高圧で噴射される上向きのエア69によって加勢され、縦孔15内に滞留することなく地上に排出される。

図７に示すように、エア吐出口38よりも下の位置に排泥70が滞留し、縦孔15を閉塞する事態も生じ得るが、この場合には図８に示すように、一旦注入ロッド16を下げて第１のモニタ30のエア吐出口38を滞留箇所よりも下の位置に移動させることにより、上向きの高圧エア69で滞留した排泥70を解きほぐすことができる。

図９に示すように、第１のノズル35及び第２のノズル36からエア67を噴射せずに固化材液66のみを高圧噴射させることによって改良体17を形成する施工に際しても、同施工を通じて発生した排泥70は、エア吐出口38から噴射される上向きの高圧エア69によって効果的に排出され得る。
この場合、第１のエアコンプレッサ63の稼働を停止して第１のノズル35及び第２のノズル36へのエアの供給を遮断すると共に、第２のエアコンプレッサ64を稼働させて反転流路37及びエア吐出口38へのエアの供給が行われる。

図１０に示すように、第１のモニタ30の下端開口31dから噴射される削孔水72を用いて地盤14に縦孔15を形成する際にも、この削孔過程で生じた排泥70は、エア吐出口38から噴射される上向きの高圧エア69によって地上に排出される。
因みに、この削孔に際しては、第１のモニタ30内の弁座部31cから鋼球65を取り外し、第１の管体31の下端開口31dを開放すると共に、第１のノズル35及び第２のノズル36を閉栓した上で、地上から高圧の削孔水72が第１の流路39に供給される。

図１１は、第１のモニタ30の第３の管体33の外周面に、各反転流路37及びエア吐出口38に連なる複数のガイド溝74を形成した例を示している。
この場合、エア吐出口38から噴射されたエア69は、ガイド溝74に沿って進行することで指向性が高まり、より効果的に排泥を刺激することが可能となる。

上記においては注入ロッド16の先端に取り付けられた第１のモニタ30に反転流路37及びエア吐出口38を設けた例を示したが、注入ロッド16の途中に反転流路及びエア吐出口を設けることにより、排泥の排出を促進することもできる。

図１２はその一例を示すものであり、注入ロッド16の外殻を構成する第３の管体52を比較的肉厚に構成し、その内部に下方から斜め上方に延びる反転流路37を複数形成すると共に、各反転流路37の下端37aを、第３の管体52と第２の管体51との間に形成された第３の流路55に連通接続した構造を備えている。
各反転流路37と第３の流路55のとのなす角は、例えば20度以下に設定されている。

各反転流路37の上端は、第３の管体52の外周面において楕円状に開口しており、これが排泥排出促進用のエア吐出口38として機能する。
このエア吐出口38は、第３の管体52の外周面と面一となるように形成されており、外側に一切の出っ張りがないため、注入ロッド16を継ぎ足して建て込む際にチャッキングの邪魔にならない。

図示は省略したが、この場合も第１の管体50内の第１の流路53には、地上に設置された高圧ポンプ61及びスラリープラント62から固化材液が供給される。
また、第１の管体50と第２の管体51との間に形成された第２の流路54には、地上の第１のエアコンプレッサ63から改良体造成用の高圧エアが供給される。
さらに、第２の管体51と第３の管体52との間に形成された第３の流路55には、地上の第２のエアコンプレッサ64から排泥排出促進用の高圧エアが供給される。

上記のように、各反転流路37は下方から斜め上方に向けて所定の長さが確保されているため、第３の流路55を介して地上から供給された高圧エアは、反転流路37を介して進行方向が反転され、エア吐出口38から地上方向に向けて高圧エアが噴射される。
この結果、その上方に存する排泥を効果的に刺激し、地上への排出を促すことができる。

このように、注入ロッド16の途中に反転流路37及びエア吐出口38を設けることにより、第１のモニタ30に設ける場合に比べ、より地上に近い位置で排泥に高圧のエア69を噴射し、その排出を促すことができる。
なお、図示は省略したが、第３の流路55を注入ロッド16における上下の複数箇所で分岐させ、それぞれの分岐管に反転流路37を接続することにより、深さの異なる複数の箇所において排泥の排出を促すこともできる。

図１３は、注入ロッド16の先端に装着された第２のモニタ80の縦断面図であり、中心に配置された第１の管体31と、その外側に配置された第２の管体32と、円筒状の胴部34と、第１のノズル35と、第２のノズル36と、複数の反転流路37と、各反転流路の先端に設けられたエア吐出口38を備えている。

第１の管体31は、比較的径の大きな広径部31aと、比較的径の小さい狭径部31bと、両者の境に形成された漏斗状の弁座部31cからなる。
この弁座部31cに鋼球65を嵌合することにより、第１の管体31の下端開口31dが閉塞されている。

第１の管体31及び第２の管体32は、それぞれ同心円状に配置されており、第１の管体31内には円筒状の第１の流路39が形成されている。
また、第１の管体31と第２の管体32との間には、円環状の第２の流路40が形成されている。

エア吐出口38は、胴部34の段部34a上に複数個設けられており、各エア吐出口38に接続された反転流路37は、それぞれの下端37aが分岐管（分岐路）81を介して第２の流路40と連通接続されている。
各反転流路37は第２の流路40と平行するように配置されており、第２の流路40を介して地上から供給された高圧エアの進行方向を逆転させ、地上に向けて垂直噴射する機能を有している。

この第２のモニタ80に接続される注入ロッド16は、それぞれ同心円状に配置された第１の管体50及び第２の管体51を備えた所謂二重管構造を備えており、第１の管体50内には円筒状の第１の流路53が、第１の管体50と第２の管体51との間には円環状の第２の流路54がそれぞれ形成されている。
また、注入ロッド16側の第１の流路53及び第２の流路54は、それぞれ第２のモニタ80側の第１の流路39及び第２の流路40と連通接続されている。

図１４に示すように、注入ロッド16の第１の流路53には、地盤改良装置12の二重管スイベル83を介して、高圧ポンプ61及びスラリープラント62からセメントと水を混練した固化材液が高圧で供給される。
また第２の流路54には、第１のエアコンプレッサ63からエアが高圧で供給される。

このため、この第２のモニタ80を用いて高圧噴射撹拌工法を施工すると、改良体17の形成過程で生じた排泥は、第１のノズル35及び第２のノズル36から排出されるエアや固化材液の圧力を受けて縦孔15内を上昇していき、第２のモニタ80のエア吐出口38から高圧で噴射される上向きのエア69によって加勢され、縦孔15内に滞留することなく地上に排出される。

上記の第１のモニタ30の場合、第１のノズル35及び第２のノズル36から噴射される改良体造成用のエア67と、各エア吐出口38から噴射される排泥排出促進用のエア69が、それぞれ別個のエアコンプレッサ及び流路を介して供給されるため、流路やノズル、吐出口に目詰まりが生じた際には、各コンプレッサの稼働状況を観察することで何れの系統が閉塞しているのか判断できるメリットを備えている。
また、第１のモニタ30の場合には、各エアコンプレッサの出力を個別に調整することにより、改良体造成用のエア67の供給量と排泥排出促進用のエア69の供給量の比率を、自由に調整できるメリットもある。

これに対し、第２のモニタ80の場合には、第１のノズル35及び第２のノズル36から噴射される改良体造成用のエア67と、エア吐出口38から噴射される排泥排出促進用のエア69が共通のエアコンプレッサ及び流路から供給されるため、目詰まりが何れの系統で発生したのか判断できないデメリットや、改良体造成用のエア67の供給量と排泥排出促進用のエア69の供給量の比率が固定となるデメリットがある反面、構成の簡素化や機構全体の軽量化を図れるメリットがある。

高圧噴射撹拌工法の一般的な施工手順を説明する模式図である。この発明に係る第１のモニタの構成を示す断面図である。図２のＡ－Ａ断面図である。地盤改良装置と第１のエアコンプレッサ、第２のエアコンプレッサ及び高圧ポンプとの接続関係を示す図である。第１のモニタの稼働時の構成を示す断面図である。高圧噴射撹拌工法の施工過程におけるこの発明の機能を説明する図である。高圧噴射撹拌工法の施工過程におけるこの発明の機能を説明する図である。高圧噴射撹拌工法の施工過程におけるこの発明の機能を説明する図である。高圧噴射撹拌工法の施工過程におけるこの発明の機能を説明する図である。削孔過程におけるこの発明の機能を説明する図である。第１のモニタの変形例を示す断面図である。注入ロッドの途中に反転流路及び排泥排出促進用のエア吐出口を設けた例を示す断面図である。この発明に係る第２のモニタの稼働時の構成を示す断面図である。地盤改良装置と第１のエアコンプレッサ及び高圧ポンプとの接続関係を示す図である。

10 地表
12 地盤改良装置
13 ケーシング
14 地盤
15 縦孔
16 注入ロッド
17 改良体
18 排泥
19 スライムピット
30 第１のモニタ
31 モニタの第１の管体
32 モニタの第２の管体
33 モニタの第３の管体
34 胴部
35 第１のノズル
36 第２のノズル
37 反転流路
38 エア吐出口
39 モニタの第１の流路
40 モニタの第２の流路
41 モニタの第３の流路
42 連結管
50 注入ロッドの第１の管体
51 注入ロッドの第２の管体
52 注入ロッドの第３の管体
53 注入ロッドの第１の流路
54 注入ロッドの第２の流路
55 注入ロッドの第３の流路
60 三重管スイベル
61 高圧ポンプ
62 スラリープラント
63 第１のエアコンプレッサ
64 第２のエアコンプレッサ
65 鋼球
66 固化材液
67 改良体造成用のエア
68 高圧噴流
69 排泥排出促進用のエア
70 排泥
72 削孔水
74 ガイド溝
80 第２のモニタ
81 分岐管

Claims

地盤中に形成された縦孔内に注入ロッドを挿入し、当該注入ロッドを回転させながら所定距離ずつ段階的に引き上げる際に、注入ロッドの先端に設けられたモニタのノズルから固化材液とエアを高圧で噴射し、この固化材液の高圧噴流によって土壌を切削すると共に、切削した土壌と固化材液とを撹拌混合し、地盤中に改良体を造成する高圧噴射撹拌工法の実施に際し、
上記注入ロッド及びモニタの少なくとも一方に反転流路を設け、
この反転流路を上記注入ロッドに対して90度よりも小さい角度で配置させることにより、その上端開口部を上方に向け、
この反転流路の下端を供給された圧縮エアの流路と連通させ、
この反転流路の上端開口部から上方向に噴射されるエアの添加によって、縦孔と注入ロッドとの間の隙間に存する排泥の上昇を促進するように構成した排泥排出促進機構であって、
上記注入ロッド及びモニタが、それぞれ同心円状に配置された第１の流路、第２の流路及び第３の流路を備えた三重管構造を備えており、
上記第１の流路には固化材液が供給され、
上記第２の流路には第１のエアコンプレッサから改良体造成用の高圧エアが供給され、
上記ノズルは、上記第１の流路及び第２の流路と連通され、
上記第３の流路には第２のエアコンプレッサから排泥排出促進用の高圧エアが供給され、
上記反転流路の下端は、上記第３の流路と連通されていることを特徴とする排泥排出促進機構。
上記注入ロッド及びモニタの少なくとも一方の外周面には、その下端が上記反転流路の上端開口部に連なり、上端が地上側に位置するガイド溝が形成されており、
上記反転流路の上端開口部から吐出された排泥排出促進用のエアが、このガイド溝に沿って地上方向に案内されることを特徴とする請求項１に記載の排泥排出促進機構。
上記反転流路が、上記注入ロッドよりも径の大きな上記モニタの胴部内に複数本設けられており、
それぞれの上端開口部が、注入ロッドの外周面から張り出した上記胴部の段部上に形成されており、
各反転流路は、上記第３の流路と平行するように配置されており、
上記排泥排出促進用のエアが地上方向に噴射されることを特徴とする請求項１または２に記載の排泥排出促進機構。
上記反転流路が、上記注入ロッドの外殻内に形成されており、
その上端開口部が、注入ロッドの外周面に対して面一に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排泥排出促進機構。