JPH06346436A - ジェットグラウト式地盤改良工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な改良でパイル造成装置Ｍの能力を高
め、工期を短縮するとともに、切削土と硬化材Ｇとの混
練を促進して均一な未硬化パイルＰを形成する。 【構成】 上記高圧材注入管５を地中の目標深さまで挿
入するのに先立ち、先導管１０で縦孔１０ａを削孔する
ことにより先導管１０を地中の目標深さまで挿入する。
次いで、モニター機構７を連結した高圧材注入管５を上
記先導管１０内に挿入し、先導管１０を引き抜いた後
で、又は先導管１０と高圧材注入管５とを一体に、これ
らを旋回しつつ、高圧水Ｗと硬化材Ｇとを噴出させて、
未硬化パイルＰを造成する。上記モニター機構７は、そ
の下端部にミキサー８を付設して成り、このミキサー８
を作動させて、モルタル状の未硬化パイルを撹拌し、硬
化材と切削地盤とを撹拌しつつ、上記未硬化パイルＰを
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、止水壁、地下連続壁、
基礎地盤の安定工事等において、基礎構造体を形成して
地盤を改良する技術に関し、さらに詳しくは、ジェット
グラウト式地盤改良工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ジェットグラウト式地盤改良工法とし
て、従来より例えば本出願人の提案に係る特公平４−４
８８９４号公報に開示されたものが知られている。図５
（ａ）〜（ｅ）は、ジェットグラウト式地盤改良工法の
手順を示す説明図であり、同図（ａ）は据付工程、同図
（ｂ）は穿孔工程、同図（ｃ）は噴射テスト工程、同図
（ｄ）は造成工程、同図（ｅ）は引抜洗浄工程である。
以下、この従来技術を図５（ａ）〜（ｅ）に基づき説明
する。

【０００３】据付工程《図５（ａ）》では地上にパイル
造成装置Ｍを設置する。このパイル造成装置Ｍは、旋回
昇降駆動装置１、硬化材超高圧供給装置２、超高圧水供
給装置３及び圧縮空気供給装置４と、旋回昇降駆動装置
１に支持された三重管からなる高圧材注入管５とを備え
る。上記高圧材注入管５の上端部にはスイベル６を接続
し、高圧材注入管５の下端部にはモニター機構７を接続
する。上記スイベル６は、超高圧水Ｗと超高圧硬化材Ｇ
との兼用のジェット入口と、高圧エア入口と超高圧水入
口とを備えており、上記ジェット入口には、硬化材超高
圧供給装置２を、超高圧水入口には超高圧水供給装置３
を、高圧エア入口には圧縮空気供給装置４を接続する。

【０００４】上記モニター機構７は、その周面に径方向
外向きに開口された硬化材噴射ノズルと、硬化材噴射ノ
ズルよりも高位置で、硬化材噴射ノズルの開口方向と反
対向きに開口された水噴射ノズルと、水噴射ノズルの周
囲から径方向外向きにエアを噴出するエアノズルとを備
え、モニター機構７の下部には縦孔１０ａを掘削する際
に水Ｗを噴出する水噴出孔と縦孔１０ａを掘削するため
のメタルクラウンが付設されている。

【０００５】穿孔工程《図５（ｂ）》では、縦孔掘削工
程と注入管挿入工程とが並行して行われる。即ち、所定
の施工位置に高圧材注入管５を垂直に立て、高圧材注入
管５の管上部に接続したスイベル６のジェット入口に超
高圧水供給装置３を接続し、高圧材注入管５の管下部に
接続したモニター機構７の給水ノズルから水Ｗを下向き
に吐出させ、旋回・昇降駆動装置１を作動させて高圧材
注入管５を旋回させながら下降させて、縦孔１０ａを穿
孔するとともに、高圧材注入管５を地中の所定の深さま
で挿入する。

【０００６】噴射テスト工程《図５（ｃ）》では、スイ
ベル６のジェット入口に硬化材超高圧供給装置２を、超
高圧水入口に超高圧水供給装置３を、エア入口に圧縮空
気供給装置４をそれぞれ接続し、旋回昇降駆動装置１を
作動させて、高圧材注入管５を試行的に設定された回転
速度で旋回駆動するとともに、試行的に設定された上昇
ストローク速度で上昇させる。

【０００７】造成工程《図５（ｄ）》では、硬化材超高
圧装置２を作動させてスイベル６の硬化材入口からセメ
ントミルク等の硬化材Ｇを圧入するとともに、超高圧水
供給装置３を作動させてスイベル６の超高圧水入口から
超高圧水Ｗを圧入し、エア入口から圧縮空気を圧入す
る。これにより、高圧材注入管５の下部に組み付けたモ
ニター機構７の下段の噴射ノズルから硬化材Ｇを、上段
の噴射ノズルから超高圧水Ｗを、それぞれ管半径方向へ
連続的に噴射させる。

【０００８】そして、旋回引上げ駆動装置１を作動させ
て、高圧材注入管５を旋回駆動しながら引上げ駆動する
ことにより、下段の噴射ノズルから硬化材Ｇを、上段の
噴射ノズルから超高圧水Ｗを、それぞれ超高圧で連続的
に噴出させ、旋回させながら引上げて行き、その噴出力
でその周囲の地盤を切削するとともに、その切削域１１
に未硬化パイルＰを造成する。

【０００９】引抜洗浄工程《図５（ｅ）》では、高圧材
注入管５を地上に引き抜き、管内を清水で洗浄する。こ
の後、次の造成地点に移動し、同様の手順で土中に未硬
化パイルＰを造成する。この未硬化パイルＰが硬化する
ことにより地中に基礎構造体１３が造成される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の地盤改良工
法では、パイル造成装置Ｍの能力に限度があるため、容
易にその能力を高めることはできず、深度が深くなるに
つれて所要の造成径を確保できない場合が生ずる。ま
た、所要の造成径を確保するのに、工期が長期間に及
ぶ。さらに、粘性土の土質においては切削土と硬化材Ｇ
との混練が十分にはなされず、均一な未硬化パイルＰを
形成することができない場合が生ずる。本発明はこのよ
うな事情に鑑みてなされたもので、 簡単な改造でパイル造成装置Ｍの能力を高め、工期
を短縮すること、 切削土と硬化材Ｇとの混練を促進して均一な未硬化
パイルＰを形成することを技術課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のように構成される。従来例と同様の
ジェットグラウト式地盤改良工法であって、以下のよう
に構成したことを特徴とする。即ち、上記高圧材注入管
５を地中の目標深さまで挿入するのに先立ち、先導管１
０で縦孔１０ａを削孔することにより先導管１０を地中
の目標深さまで挿入する。次いで、モニター機構７を連
結した高圧材注入管５を上記先導管１０内に挿入し、先
導管１０を引き抜いた後で、又は先導管１０と高圧材注
入管５とを一体に、これらを旋回しつつ、高圧水Ｗと硬
化材Ｇとを噴出させて、上記未硬化パイルＰを造成す
る。上記モニター機構７は、その下端部にミキサー８を
付設して成り、このミキサー８を作動させて、モルタル
状の未硬化パイルを撹拌し、硬化材Ｇと切削地盤とを撹
拌しつつ、上記未硬化パイルＰを形成する。

【００１２】

【発明の作用】本発明では、上段の噴射ノズルから超高
圧水Ｗが超高圧で噴出する際に、キャビテーション現象
を発生する。特に圧縮エアを超高圧水Ｗの周囲から同時
に噴出させることでキャビテーション現象を一層促進す
る。また、モニター機構７の下端部に付設したミキサー
８が、硬化材Ｇと切削地盤とを撹拌混練して均一なモル
タル状の未硬化パイルを造成するが、上記ミキサー８の
回転によってもキャビテーション現象を生じる。これら
のキャビテーション現象は、高圧水Ｗ及び硬化材Ｇの地
盤切削能力を一層高めるとともに、粘性土の土質におい
ても切削地盤と硬化材Ｇとの混練を促進する。

【００１３】

【発明の効果】本発明は、以下の効果を奏する。 ミキサー８を付設するだけの簡単な改造により地盤
切削能力を高めることができるので、深度が深くなる場
合でも所要の造成径を確保でき、工期を短縮することが
できる。 また、切削地盤と硬化材Ｇとの混練を促進すること
ができるので、均一な未硬化パイルＰを形成することが
できる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明の実施例に係るパイル造成用装置Ｍの
概要図である。パイル造成装置Ｍは、図１で示すよう
に、旋回・昇降駆動装置１、硬化材超高圧供給装置２、
セメントサイロ２ａ、グラウトミキサー２ｂ、水槽２
ｃ、超高圧水供給装置３ａ、超高圧泥水供給装置３ｂ、
泥水タンク３ｃ、圧縮空気供給装置４、三重管からなる
高圧材注入管５、高圧材注入管５の挿入に先立ち縦孔１
０ａを削孔する先導管１０、高圧材注入管５の下端部に
付設されたミキサー８、及びミキサー駆動用モータ９を
具備して成る。なお、同図中の符号３０は排泥用運搬車
である。

【００１５】図２は本発明に係るジェットグラウト式地
盤改良工法に用いられるスイベル６とモニター機構７の
構造を示し、同図(Ａ)はスイベル６の縦断面図、同図
(Ｂ)はモニター機構７の縦断面図である。上記スイベル
６は高圧材注入管５の上端部に、モニター機構７は高圧
材注入管５の下端部に接続される。上記スイベル６は、
高圧エア入口６ａと、超高圧硬化材入口６ｂと、超高圧
水入口６ｃとを備えており、上記高圧エア入口６ａには
圧縮空気供給装置４を、超高圧硬化材入口６ｂには硬化
材超高圧供給装置２を、超高圧水入口６ｃには超高圧水
供給装置３ａを接続する。

【００１６】上記モニター機構７は、その周面に径方向
外向きに開口された硬化材噴射ノズル７ｂと、硬化材噴
射ノズル７ｂよりも高位置で、硬化材噴射ノズル７ｂの
開口方向と反対向きに開口された水噴射ノズル７ｃと、
水噴射ノズル７ｃの周囲から径方向外向きにエアを噴出
するエアノズル７ａとを備え、モニター機構７の下部に
はミキサー８が付設されている。本発明で用いられる高
圧材注入管５は三重管で構成され、この高圧材注入管５
に上記スイベル６とモニター機構７とを連結した状態で
は、スイベル６のエアー入口６ａ・硬化材注入口６ｂ・
及び高圧水注入口６ｃは、それぞれモニター機構７のエ
ア通路７ｅ・硬化材通路７ｆ及び高圧水通路７ｇを介し
てエアノズルａ・硬化材噴射ノズル７ｂ及び高圧水噴射
ノズル７ｃと連通する。なお、高圧水噴射ノズル７ｃ
は、複数の連通管７１を介して高圧水通路７ｇと連通す
る。

【００１７】上記ミキサー８は、上記スイベル６・高圧
材注入管５・及びモニター機構７の各エアー通路内に回
転伝動ケーブルＫを走らせて地上に設置した駆動モータ
９と伝動連結してあり、このミキサー８を作動させて、
モルタル状の未硬化パイルを撹拌し、硬化材Ｇと切削地
盤とを撹拌しつつ、未硬化パイルＰを造成するように構
成されている。上記回転伝動ケーブルＫは、図２で示す
ように、エアー通路内に通してあり、この回転伝動ケー
ブルＫは、上記スイベル６・高圧材注入管５・及びモニ
ター機構７の各接続部において、接続可能に構成されて
いる。また、この回転伝動ケーブルＫは、図２(Ｂ)で示
すように、適宜ボールベアリングＢにより周壁と相対回
転自在に枢支されており、高圧材注入管５・及びモニタ
ー機構７の回転とは独立してミキサー８を回転させるよ
うに構成されている。

【００１８】図３は本発明に係る地盤改良工法の手順を
示す説明図である。以下本発明の地盤改良工法に係る実
施例について説明する。なお、据付・穿孔工程、噴射テ
スト工程、造成工程、及び引抜洗浄工程のうち、従来例
と重複する説明は省する。 ａ．据付・穿孔工程《図３（ａ）》 地上にパイル造成装置Ｍを設置し、高圧材注入管５によ
らずに、あらかじめ先導管１０を地中の所定の深さまで
挿入する。即ち、先導管１０の上端部には専用のスイベ
ル６Ａが接続され、下端部には専用のメタルクラウン９
を有する下部先導管１０Ｂが接続される。所定の施工位
置に先導管１０を垂直に立て、上記スイベル６Ａの泥水
入口６ａにベントナイト泥水供給装置３ｂを接続し、下
部先導管１０Ｂから約０〜５０気圧のベントナイト泥水
Ｗ_１を下向きに吐出させ、旋回・昇降駆動装置１を作動
させて先導管１０を旋回させながら下降させて、メタル
クラウン９で縦孔１０ａを穿孔しつつ、先導管１０を地
中の所定の深さまで挿入する。

【００１９】ｂ．注入管挿入・先導管引抜工程《図３
（ｂ）》 図１及び図３（ｂ）で示すように、上記先導管１０内に
上記高圧材注入管５を挿入し、引き続き先導管１０を引
き抜く。このとき高圧材注入管５の下端部にはあらかじ
めモニター機構７《図２（Ｂ）》を連通連結しておく。
なお、符号２５はスイベル６や高圧材注入管５等を吊持
するための吊持用フックであり、高圧材注入管５や先導
管１０を継ぎたし、あるいは旋回・昇降駆動装置１のチ
ャック機構で先導管１０を持ち替える場合に、安全上の
見地から使用される。

【００２０】ｃ．噴射テスト工程《図３（ｃ）》 前記スイベル６の高圧エア入口６ａには圧縮空気供給装
置４を、超高圧硬化材入口６ｂには硬化材超高圧供給装
置２を、超高圧水入口６ｃには超高圧水供給装置３ａを
それぞれ接続する。また、上記ミキサー８は回転伝動ケ
ーブルＫを介して地上に設置した駆動モータ９と伝動連
結する。前記モニター機構７の硬化材噴射ノズル７ｂか
ら硬化材Ｇを、管半径方向へ連続的に噴射させ、高圧水
噴射ノズル７ｃから高圧水Ｗを噴射させるとともに、高
圧水噴射ノズル７ｃの周囲のエア噴射ノズル７ａから高
圧エアＡを噴射させる。管旋回・昇降駆動装置１を作動
させて、高圧材注入管５を試行的に設定された回転速度
で旋回駆動する。噴射テストが順調なら造成工程へ移行
する。

【００２１】ｄ．造成工程《図３（ｄ）》 旋回・引上げ駆動装置１を作動させて、高圧材注入管５
を旋回駆動しながら引上げ駆動することにより、超高圧
で硬化材Ｇと高圧水Ｗを連続的に噴出させ、これを旋回
させながら引上げて行き、その噴出力でその周囲の地盤
を切削するとともに、駆動モータ９により上記ミキサー
８を作動させて硬化材Ｇと切削地盤とを撹拌・混連す
る。これにより、モルタル状の未硬化パイルを均一に撹
拌し、その切削域１１に未硬化パイルを造成する。この
とき、超高圧水Ｗが超高圧で噴出する際に液体内に局所
的な気泡が発生し、これが消滅する際に大きな衝撃圧が
発生するというキャビテーション現象を伴う。特に圧縮
エアを超高圧水Ｗの周囲から同時に噴出させることでキ
ャビテーション現象を一層促進する。また、ミキサー８
の回転によってもキャビテーション現象を生じる。

【００２２】これらのキャビテーション現象は、高圧水
Ｗ及び硬化材Ｇによる地盤切削能力を高めるとともに、
粘性土の土質においても切削地盤と硬化材Ｇとの混練を
促進する。これにより、ミキサー８を付設するだけの簡
単な改造により地盤切削能力を高めることができるの
で、硬化材超高圧供給装置２の出力に限度がある現状に
おいても、切削半径をさらに大きく、あるいは高圧材注
入管５の旋回速度・引上げ速度を速めて工期を短縮する
ことができる。また、切削土と硬化材Ｇとの混練を促進
することができるので、均一な未硬化パイルＰを形成す
ることができる。

【００２３】ちなみに、硬化材Ｇの吐出圧は１００〜４
００Ｋg／cm^２、吐出量は７０〜２００ l／min、高圧水
の吐出圧は２００〜６００Ｋg／cm^２、吐出量は６０〜
１５０ l／min、圧縮空気の吐出圧は６〜１５Ｋg／c
m²、吐出量は１.５〜５.０ｍ³／min．に設定されてい
る。なお、破砕された地山のスライムは噴射ノズル７ａ
・７ｃから噴出するエアーＡ及び超高圧水Ｗと、噴射ノ
ズル７ｂから噴出する硬化材Ｇによって押し上げられ
て、高圧材注入管５の周囲の排泥通路１０ａを通ってピ
ットＰに排出され、バキューム式排泥運搬車３０で搬出
される。

【００２４】図４は本発明の地盤改良工法に係る別の実
施例実施例装置を示し、図４（Ａ）は地中パイルの造成
状態を示す図、図４（Ｂ）はスライム回収器の縦断面図
である。この地盤改良工法では、上記先導管１０内に上
記高圧材注入管５を挿入したままで、先導管１０と上記
高圧材注入管５とを一体に旋回・引上げ駆動可能に連結
する。即ち、この高圧材注入管５を先導管１０の下端及
び上端より突出させ、先導管１０の上端部にスライム回
収器２０を付設し、このスライム回収器２０を介して上
記高圧材注入管５と前記スイベル６とを連通連結する。
高圧材注入管５の下端部には前記モニター機構７《図２
（Ｂ）》を連通連結する。

【００２５】上記スライム回収器２０は、図４(Ｂ)で示
すように、高圧材注入管５の上端部にネジ部５ｃを介し
て連通連結される注入管連通部５Ａと、この注入管連通
部５Ａの上端部に固定され、前記スイベル６の連通部６
ｄを回転自在に接続するボス連通部１５と、このボス連
通部１５に鍔部１６を介して固設された先導管連通部１
０Ａと、この先導管連通部１０Ａの上半部にアンギュラ
軸受１７を介して相対回転可能に組付けられたケース本
体２１と、ケース本体２１の横側に突設したスライム排
出口２１ａとから構成されている。

【００２６】即ち、旋回・昇降駆動装置１のチャック機
構で先導管１０を拘束して、先導管１０に回転力を付与
すると、その回転力は、先導管１０からネジ部１０ｃを
介して先導管連通部１０Ａ、鍔部１６、ボス連通部１
５、注入管連通部５Ａ、高圧材注入管５を順に介してに
モニター機構７に伝達されることになる。また、スライ
ム排出口２１ａは、図示しないスライム排出ポンプに接
続され、先導管１０と高圧材注入管５との挿通間隙２０
ａに連通している。スライム排出ポンプを作動させるこ
とにより、この挿通間隙２０ａを排泥通路としてスライ
ムを排出する。

【００２７】破砕された地山のスライムは先導管１０と
高圧材注入管５との間の排泥通路２０ａを通ってスライ
ム回収器２０のスライム排出口２１ａより排出される。
これにより、深度が深くなったり、パイル造成装置を複
数台設置して同時に地中パイルを造成する場合において
も、排泥通路２０ａは崩れたり詰まることもないから、
地中パイルの造成工事を確実容易に施工することができ
る。その他の点は、上記第１の実施例と同様である。

【００２８】本発明は上記実施例に限るものではなく、
モニター機構７の下部に駆動モータを固設し、回転伝動
ケーブルＫを介在させることなく、直接ミキサー８を回
転させるようにしても良い。この場合には、モニター機
構７の回転に伴って駆動モータも一体回転するが、ミキ
サー８はモニター機構７よりも高速で相対回転するの
で、実質的にミキサー８の撹拌混練作用が減殺されるこ
ともない。また、この場合には、回転伝動ケーブルＫに
代えて導電ケーブルをエアー通路内に走らせることにな
るが、その導電ケーブルがよじれを生じないよう、スイ
ベル６内に回転摺動式の導電接続子等を設けて導電ケー
ブルを導電接続する。なお、上記実施例における回転伝
動ケーブルＫや導電ケーブルの接続構造についても、適
宜変更を加えて実施し得ることは多言を要しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るパイル造成用装置Ｍの概
要図である。

【図２】本発明の実施例に係るスイベル６とモニター機
構７とを示し、図１(Ａ)はスイベル６の縦断面図、図１
(Ｂ)はモニター機構７の縦断面図である。

【図３】図３(ａ)〜(ｅ)は本発明の第１の実施例に係る
ジェットグラウト式地盤改良工法の手順を示す説明図で
ある。

【図４】本発明の第２の実施例に係るジェットグラウト
式地盤改良工法の説明図で、同図（Ａ）は本発明に係る
地中パイルの造成状態を示す図、同図（Ｂ）はスライム
回収器の縦断面図である。

【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は従来例に係るジェットグ
ラウト式地盤改良工法の手順を示す説明図である。

【符号の説明】

５…高圧材注入管、 ６…スイベル、６ａ
…スイベルのエアー入口、 ６ｂ…スイベルの硬化材
入口、６ｃ…スイベルの高圧水入口、 ７…モニター
機構、７ａ…エアー噴射ノズル、 ７ｂ…硬化材
噴射ノズル、７ｃ…高圧水噴射ノズル、 ８…ミ
キサー、９…駆動モータ、 １０ａ…排
泥通路、１１…切削域、 １３…基礎
構造体、２０ａ…排泥通路、 Ａ…高圧エ
ア、Ｇ…硬化材、 Ｋ…導線（ケー
ブル）、Ｐ…未硬化パイル、 Ｗ…高圧
水、Ｗ_１…泥水（ベントナイト泥水）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧材注入管(５)を地中の目標深さまで
   挿入し、この高圧材注入管(５)の上部に組み付けたスイ
   ベル(６)の硬化材入口(６ｂ)から硬化材(Ｇ)を、高圧水
   入口(６ｃ)から高圧水(Ｗ)をそれぞれ超高圧で圧入する
   とともに、スイベル(６)のエアー入口(６ａ)からエアー
   (Ａ)を圧入し、 上記高圧材注入管(５)の下部に組み付けたモニター機構
   (７)の下段の硬化材噴射ノズル(７ｂ)から硬化材(Ｇ)
   を、上段の高圧水噴射ノズル(７ｃ)から高圧水(Ｗ)を、
   高圧水噴射ノズル(７ｃ)の周囲に形成したエアー噴射ノ
   ズル(７ａ)からエアー(Ａ)をそれぞれ管半径方向へ連続
   的に噴射させ、 上記高圧材注入管(５)を旋回駆動しながら引上げ駆動す
   ることにより、連続的に噴射する硬化材(Ｇ)・高圧水
   (Ｗ)・エアー(Ａ)の旋回噴流でその周囲の地盤を切削す
   るとともに、その切削域(１１)に未硬化パイル(Ｐ)を造
   成し、 この未硬化パイル(Ｐ)が硬化することにより、地中に基
   礎構造体(１３)を造成するジェットグラウト式地盤改良
   工法において、 上記高圧材注入管(５)を地中の目標深さまで挿入するの
   に先立ち、先導管(１０)で縦孔(１０ａ)を削孔すること
   により先導管(１０)を地中の目標深さまで挿入し、上記
   モニター機構(７)を連結した高圧材注入管(５)を上記先
   導管(１０)内に挿入し、先導管(１０)を引き抜いた後
   で、又は先導管(１０)と高圧材注入管(５)とを一体に、
   これらを旋回しつつ、高圧水(Ｗ)と硬化材(Ｇ)とを噴出
   させて、上記未硬化パイル(Ｐ)を造成するように構成
   し、 上記モニター機構(７)は、その下端部にミキサー(８)を
   付設して成り、このミキサー(８)を作動させて、モルタ
   ル状の未硬化パイルを撹拌し、硬化材(Ｇ)と切削地盤と
   を撹拌混練しつつ、上記未硬化パイル(Ｐ)を形成するこ
   とを特徴とするジェットグラウト式地盤改良工法。
2. 【請求項２】 上記ミキサー(８)は、上記スイベル(６)
   ・高圧材注入管(５)・及びモニター機構(７)の各エアー
   通路内にケーブル(Ｋ)を走らせて地上に設置した駆動制
   御手段(９)と接続して構成した請求項１に記載のジェッ
   トグラウト式地盤改良工法。