JPH035518A - 二重管による地盤硬化材超高圧噴射注入工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、軟弱地盤の安定、構築物の基礎、地山の支保
等を目的として施工される地盤硬化材注入工法に関する
ものであり、従来の１三重管による超高圧噴射工法と同
等もしくはそれ以上の性能を発揮しつる二重管工法を堤
供するものである。

［従来の技術］ 従来、硬化材噴流を用いた地盤改良工法は数多く存在し
た。これら工法の歴史的流れは、第３図に示す如くであ
り、その中でも最も旧式なものが硬化材のみを噴射する
一重管５１（特許第８２５０１８号、同第８１８０３４
号）である（同図（Ａ））、その後噴射力増大と硬化材
到達距離の伸長を図るべく気体の包含による噴射（二重
管５２、特許第８３３２１４号）がなされた（同図（Ｂ
））が、効率注入や施工の確実化に乏しく、最終的に同
図（Ｃ）に示す如き三重管５３を発明するに至った。

図（Ｃ）の如き三重管による工法は、特願平１−３０７
７号等にあるが、これら詳細については上記開示に委ね
ることとし、ここではその概略のみを述べる。

即ち、三重管５３の先端の側壁には重合構造の上下各噴
射ノズル５６．５７が穿設され、三重管５３を回転上昇
させつつ噴流物を噴射するというものである。

即ち、上部噴射ノズル５６からは周囲を加圧気体で包合
せしめ、その気体の誘導効果により超高圧水が噴射され
スラッジを除去洗浄し、噴流水の威力増大を期すべく便
用された気体は、次には地表に逃げようとする際に切削
したスラッジや水を容易に排出して土中に人為的空間を
作る。この空気圧によるスラッジ等の排出効果がいわゆ
るエアーリフト効果である。

その後下部噴射ノズル５７から、周囲を加圧気体で包合
した超高圧硬化材を上記空間に積換充填することで上質
の地盤改良体を造成しようとするものであった。

し発明が解決しようとする問題点］ 従来、二重管工法に使用されていたポンプには、ある一
定の限界があり、それは硬化材と在来地盤との強制置換
力や破壊力なる面においても大きく影響を及ぼした。高
圧水の導入というべく三重管は、その洗浄除去なる効果
を巧みに操った、いわば注入効率と施工の確実化を目的
とする妥協的発明であったといえなくもない、しかし、
無論、こうした効果を十分果たし得たこともまた事実で
ある。

だが、高圧水ポンプ等の導入や注入管構造の複雑化は大
幅なコストの増大をもたらし、施工の煩雑性、困難性を
増すこととなった。また高圧水噴射は、硬化材濃度の希
釈という新たな問題も投げかけ、高圧水と加圧気体との
相乗効果により上昇する泥水スラッジは、その処理に極
めて高額な費用を要するため施工作業上の隘路となって
いた。

更にまた、複数の噴射口を有する三重管は各噴射口相互
間に差圧を生じ、施工の確実性が保てないという問題を
有する。

従って、前述の如き従来改良は進歩的ではあるが、それ
と同時に一面的欠陥も有する。

そこで、本発明者はこうした現状に鑑みて改良手段を他
に求めた。その結果、従来の二重管工法にわずかな付加
手段を構じることにより、三重管と同等もしくはそれ以
上の効果が得られることを突き止めたものである。

本発明はこのことから、従来の三重管の能力を十分に達
し得る二重管を、具体的には、噴射圧３００　ｋｇ　ｆ
／ｃｍ２以上、硬化材吐出ｆｆｉ　１００　ｆｌ／ｍｉ
ｎ以上の二重管による超高圧噴射工法を提供するもので
ある。これにより施工作業の簡易化、コストの大幅な低
減を図る。また、円柱改良体のみを造成する三重管と異
なり、あらゆる施工状況にも適合しつるよう、様々な形
状の地盤改良体が造成できる構成をなすことにより、施
工の一暦なる確実化を図ることもその目的とする。

［課題を解決するための手段］ Ｅ記目的を達成するため、従来の二重管工法において噴
射圧３００　ｋｇ　ｆ／ｃｍ２以上、硬化材吐出量１０
Ｏβ／ａＩｉｎ以上の能力を有する硬化材スラリーを連
続的に運転可能な超高圧ポンプを採用したものである。

具体的には、特願昭６２−２３７９９６号等のポンプ装
置に特願昭６３−７７０７５号等の流体圧送装置を適用
して噴射力の強化を図るなど、本発明の目的が達しつる
ならば、適宜状況に応じた構成でポンプを使用すれば良
い。

ポンプ性能の向上に貢献しつるものとしては他に、特願
昭６３−６８８８２号、特願昭６３−８８６２３号のバ
ルブ装置、特願昭６３−７９０４９号の流体圧送装置等
がある。なお、例えば、重管工法に上記ポンプを採用す
るのと異なり、二重管工法に採用する本発明においては
、周囲ノズルより噴射される加圧気体と核ノズルより噴
射される硬化材との一体的効果が要求されるため加圧気
体の送圧力は、硬化材における上記能力と同調しつるも
のが望ましい。

また、強力モーターの使用及び自動制御等で、ロッド回
転数や回転角を随時調整ないしは限定することにより、
あらゆる形状の地盤改良体を造成する。

［作用］ 従来の二重管と異なり、硬化材は噴射圧３００ｋｇ　ｆ
／ｃｒｒ＋”以上、吐出１１００４２／ｍｉｎ以上の威
力で噴射されるため、超高速流体となって対象土壌を崩
壊すると共に強制撹拌しつつ混入し、纒めて強固で上質
な地盤改良体を造成する。

また、硬化材の周囲を包合する加圧気体は流動液中に気
泡として現われ空洞を作るキャビテーション現象を惹起
する。この空洞は気体が圧力の高い部分に達すると破裂
し、液体中に圧力波を生じる。この時発生する衝撃圧力
は非常に大きく地盤の破砕に多大の効果を生じる。この
衝撃圧力の大きさは、周囲の圧力を３００　ｋｇ　ｒ／
ｃｒｒＩ′として実験した結果、Ｐ’　＝ＫｘＰ、Ｘ　
（ｒｅ　／ｒ）　５ｋｇ／ｃば、Ｋ：実験定数０．１６
３、Ｐ：周囲の圧力３００ｋｇ／ｃｍ２、　Ｐ’　　：
気泡が破裂した時の圧力、ｒ。

、始めの気泡の大きさ、ｒ：破裂する時の気泡の大きさ
の式が得られた。ここで「。／ｒは１１０３程度であり
、上式よりＰ’　＝０．１６３Ｘ３００Ｘ　　（，１１
０，３）’　：　１７００ｋｇ／ｃｒｎ’となり、纒め
て大きな衝撃力が得られた。この実験により、噴流水と
空気の併用噴射により噴流水の圧力激突は礪めて小さく
なることがわかり、且つ空気を噴流水で包合することに
より、空気と水の混合は噴流水を空気で包合するよりも
十分混合されてキャビテーション効果を増大させること
が確認された。

以上の室内実験の結果を現場実験の結果と対比させても
同様の結果が得られた。その気体の銹導効果の促進で、
硬化材の到達距離を伸長せしめ破砕力を増進するため、
遠方の細かい先端空間にまでも硬化材が行き届き、施工
の確実性、注入効率を担保する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ説
明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る二重管による超高圧
噴射工法の概略図である。即ち、注入管１０はＦ部側壁
に重合構造の噴射ノズル１１を有し、その核ノズル１２
け、注入管内の硬化材流路、硬化材注入口１６に、また
周囲ノズル１３は注入管内の加圧気体流路、加圧気体注
入口１７にそれぞれ連通している。

また、注入管ＩＯの上端部はこれを回転しつつ上下に作
動させ且つ回転速度を調整する回転推進後退機構１９に
接続し、下端部には制御弁１４、掘削刃１５が設置され
ている。

従って、制御弁１４を開いて潤滑液を圧入しつつ注入Ｗ
１０を高速回転させて下降せしめれば、特別にポーリン
グすることなく注入管自体によって注入孔を掘削するこ
とができる。

その後、所定の深度まで掘削したところで制ｉ卸弁１４
を閉じ、超高圧グラウトポンプ２０より、３００　ｋｇ
　ｆ／ｃｍ２以上の高圧力と共に１００２／ｍｉｎ以上
の硬化材を、また、エアーコンプレッサー２１より加圧
気体を注入しつつ注入管１０を回転上昇せしめる。

かくすることにより、核ノズルから硬化材が、周囲ノズ
ルより噴射される加圧気体に包合される形で噴射される
。これは高速流体となって対象土壌を崩壊すると共に強
制撹拌しつつ混入し、鶴めて強固で上質な地盤改良体を
造成することとなる。

また、自動制御装置１８によって、回転角度を調整ない
しは限定せしめれば、第２図に示すような施工状況に合
致した様々な形状の改良体２２を造成することもできる
。

例えば、同図（ａ）は回転角を４５度、（ｂ）は９０度
、（Ｃ）は１８０度にそれぞれ限定した場合における改
良体の概略形状を示している。

従って、自動制御等で任意の角度αに設定せしめれば５
０ツトは角度αの範囲内を往復回転することとなり、所
期する形状を造成することができる。ところで、三重管
と同等もしくはそれ以上の噴射力を与えるポンプは既に
存在しているが、その原理の一例としての超高圧ポンプ
装置は特願昭６２−２３７９９６号、特願昭６３−５８
５２３号等において詳しく開示されているのでここでは
省略する。具体的方法としては面性のクロ＜特願昭６２
−２３７９９６号等のポンプ装置に特願昭６３−７７０
７５号等の流体圧送装置を適用して噴射力の強化を図る
など、適宜状況に応じた構成でポンプを使用するのが良
い。

［発明の効果］ 本発明は以上の構成により以下に記載するような効果を
奏する。

即ち、第１として、前述した超高圧ポンプを採用したこ
とにより、従来の二重管では不可能であった強力な噴射
で、具体的には噴射圧３００ｋｇｆ／ｃｍ２以上、硬化
材吐出ｆｆ１１００℃／ｗｉｎ以上で、硬化材と在来地
盤を強制混合撹拌し、極めて強固な地盤改良体の造成を
可能とした。

これは三重管による高圧噴射法と同等もしくはそれ以上
の能力を有するといえ、高圧水によるスラッジの洗浄除
去なる効果を排除せしめても十分果たしつる能力として
その意義は礪めて大きい。

また、このことから、コストの高い三重管工法によらず
して、簡易な本発明による二重管工法で足りるケースが
激増するものと思われる。こうした意味において本発明
は、施工状況やコストに応じた施工法選択の幅を広げた
といえ、正に画期的である。

また、第２として、周囲ノズルより加圧気体を噴射せし
めたことにより、硬化材は該気体に包合されつつ噴射さ
れるため、その到達距離を伸長せしめる。従って、該硬
化材は遠方の細かい先端空間にまで行き届き、施工の確
実化、注入効率の向上が図れる。

更に第３として、本発明は自動制御等により、回転数、
回転角を自由に調整もしくは限定できるため、あらゆる
施工状況に適合しつる形状の地盤改良体造成が可能であ
る。

また、加圧気体によるリフト効果という一重管にはない
効果で噴射力、硬化材到達距離を促進するため、大径の
改良体造成も可能となり、正に万能である。このことか
ら、円柱改良体以外の造成が困難であった三重管に比べ
、無駄な空間を残すことなく、確実な施工を担保するこ
とができる。

さて、本発明における上記３つの効果は、従来工法では
達し得ない、あるいは、二重管工法であるからこそ実現
できるものである。

なぜなら、第１の効果は、従来の一重管、二重管工法に
おいて当時のポンプ性能を考慮すれば陽めて困難なもの
であり、言い換えれば、現在においてこそ本発明により
達し得る効果であるといえる。

また、第２の効果を一重管工法に期待することは不可能
であり、本発明に係る二重管工法でこそ発揮しつるもの
である。確かに一重管工法に超高圧ポンプを使用して施
工の簡略化、コストの大幅な低減を図る方がむしろ好ま
しいようではある。

がしかし、二重管工法はその特徴たる硬化材と加圧気体
による相乗効果で施工の確実化、注入効率の向上という
地盤改良の究掻目的を十分に達しつる点で更に優れてい
るといえる。

更に第３の効果を複数の噴射口を有する三重管に期待す
ることは困難であるばかりか、同工法の目的からして不
当である。ゆえに本効果は１つの噴射口しか有さない三
重管であるからこそ容易に実現でき、しかも正当に期待
しつるものであるといえる。

従って、上記３つの効果は、二重管と最近開示された超
高圧ポンプという共に従来存在した装置を有機的に結び
つけたからこそ同時に発揮しつるものであり、総和以上
の効果を生ずる。

更に加えて、本発明は上昇スラッジの高額処理、硬化材
濃度の希釈、あるいは、前述した差圧問題を生じること
なく現在の施工ニーズに十分こ応えることができる。な
お、実施の実際において、礪めで高額（コスト高）とな
る本業界において、本発明のいわば三重管改良工法は、
同時出願のいわゆる一重管改良工法と共に、礪めて有益
な発明である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係る地盤硬化材超高圧噴射
注入工法の概略図、第２図は本発明で造成しつる改良体
の形状例、第３図は地盤硬化材注入工法の歴史的流れを
それぞれ示している。 １０・・・注入管（二重管） １１．５４．５５・・・噴射ノズル １２・・・核ノズル １３・・・周囲ノズル １４・・・制御弁 １５・・・掘削刃 １６・・・硬化材注入口 １７・・・加圧気体注入口 １８・・・自動制御装置 １９・・・回転推進後退機構 ２０・・・グラウトポンプ ２１・・・エアーコンプレッサー ２２・・・地盤改良体 ５０・・・操作機構 ５１・・・−重管 ５２・・・二重管 ５３・・・三重管 ５６・・・上部噴射ノズル ５７・・・下部噴射ノズル 第３１ （Ａ） （Ｂ） 一１０！ 第１図 第２図 （ｂ） （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下部側壁に重合構造の噴射ノズル（１１）、下端部
   に制御弁（１４）と掘削刃（１５）を設けた注入管（１
   ０）をモーター等によって作動する回転推進後退機構に
   より、制御弁（１４）を開いた状態で潤滑液を圧入しつ
   つ高速回転下降させて注入孔を掘削し、所定の深度で制
   御弁（１４）を閉じ、噴射ノズル（１１）の核ノズル（
   １２）から硬化材、周囲ノズル（１３）から加圧気体を
   それぞれ噴射させつつ回転上昇せしめることにより土壌
   中に地盤改良体を造成する工法において、超高圧ポンプ
   等を使用することによりその噴射圧力を３００ｋｇｆ／
   ｃｍ＾２以上、硬化材吐出量を１００ｌ／ｍｉｎ以上に
   せしめたことを特徴とする二重管による地盤硬化材超高
   圧噴射注入工法。 ２、注入管（１０）の回転数、回転角を回転装置、自動
   制御等で自由に調整ないしは限定することによりあらゆ
   る形状を有する地盤改良体を造成できる請求項１記載の
   二重管による地盤硬化材超高圧噴射注入工法。