JPH11280054A

JPH11280054A - 地盤改良工法

Info

Publication number: JPH11280054A
Application number: JP10211098A
Authority: JP
Inventors: Kenjiro Oka; 憲二郎岡
Original assignee: Toyo Construction Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】大径でしかも均質な改良柱を効率よくかつ低
コストで造成する。【解決手段】先端に削孔ビット２３を設けると共に先
端部側面に開閉可能な攪拌翼２６を設けた注入ロッド１
を用意し、始めに注入ロッド１を回転下降させて、計画
改良域Ｓの下限Ｓｂまで削孔を行い、次に、注入ロッド
１の周面に設けた二重ノズルとその先端に設けた傾斜ノ
ズルから超高圧水と圧縮空気との混合流体を噴射させな
がら、注入ロッド１を計画改良域Ｓの上限Ｓｂまで回転
上昇させて、その周りを広範囲にプレカッティングし、
しかる後、攪拌翼２６を開いて、前記二重ノズルから超
高圧水に代えてグラウトを噴射しながら、該注入ロッド
１を往復移動させて、前記プレカッティング層内の土壌
とグラウトとを攪拌混合し、改良柱３７を造成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤改良工法に係
り、特に地盤にグラウトを注入して改良柱を造成する地
盤改良工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤にグラウトを注入して改良柱を造成
する地盤改良工法の一つに、高圧噴射攪拌工法がある。
この工法は、注入ロッドの周面からグラウトを、超高圧
水または圧縮空気と併用して高圧噴射させながら、該注
入ロッドを地盤中に回転下降または回転上昇させて、高
圧噴流体のもつエネルギーを利用して地盤を切削しかつ
攪拌混合する工法で（例えば特公昭５６−４４２０６号
公報、特公昭５８−２７３６４号公報等参照）、大径の
改良柱を効率よく造成できるところから、近年、その利
用が拡大しつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記高
圧噴射攪拌工法によれば、注入ロッドから水平方向への
高圧噴射で地盤を切削する方式であるため、地盤中に硬
質層が存在すると、注入ロッド自体の貫入が困難とな
り、地盤性状によっては事前削孔が必要になるという問
題があった。また、土壌中にグラウトが浸透する形態で
混合がすすむため、両者の混合が不十分になり易く、均
質な改良柱を造成することが困難であるという問題があ
った。さらに、超高圧水の併用でグラウトが水で希釈さ
れて誘導排出され易い状態となるため、スライムの排出
量が増大し、圧縮空気を併用した場合にはエアリフト効
果もあってスライムの排出量が著しく増大し、グラウト
の無駄な消費が増加するばかりか、グラウトを多量に含
んでいるため排出スライムの処理がきわめて面倒になる
という問題があった。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、高圧噴射攪拌工
法のもつ利点を最大限に生かしつつその欠点を補い、も
って大径でしかも均質な改良柱を、効率よくかつ低コス
トで造成できる地盤改良工法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１の発明は、先端に削孔ビットを設けると共に、先
端部周面に開閉可能な攪拌翼を設けた注入ロッドを用意
し、始めに注入ロッドを地盤中に回転下降させて、計画
改良域下限まで削孔を行い、次に、注入ロッドの周面か
ら水を高圧噴射させながら、注入ロッドを計画改良域上
限まで回転上昇させて、計画改良断面内の地盤をプレカ
ッティングし、しかる後、前記攪拌翼を開いて、前記注
入ロッドの周面から水に代えてグラウトを噴射させなが
ら、注入ロッドを回転および軸方向移動させて、前記プ
レカッティング層内の土壌とグラウトとを攪拌混合する
ことを特徴としている。

【０００６】この第１の発明においては、注入ロッドの
先端に設けた削孔ビットにより地盤を機械的に削孔する
ので、地盤内に硬質層が存在しても計画改良域の下限ま
で確実に注入ロッドを貫入させることができる。そし
て、この削孔後は、エネルギーの大きい水を高圧噴射し
て地盤をプレカッティングするので、注入ロッド周りの
地盤を広範囲に切削攪拌できる。さらに、このプレカッ
ティング後は、攪拌翼を開くと共にグラウトのみを噴射
させて注入ロッドを回転移動させるが、事前のプレカッ
ティングにより地盤がほぐされているので、攪拌翼に大
きな抵抗がかかることはなく、したがって、その円滑な
回転が保証され、これにより土壌とグラウトとは均質に
攪拌混合される。しかも、この攪拌混合中は水によるグ
ラウトの希釈がないので、グラウトの地上への誘導排出
も抑制される。

【０００７】ところで、地盤によっては、硬質層が混在
しないで比較的軟弱な層のみからなる場合がある。第２
の発明はこのように軟弱地盤を対象としてなされたもの
で、上記した第１の発明と同様の注入ロッドを用意し、
始めに注入ロッドを地盤中に回転下降させて、削孔ビッ
トにより計画改良域上限まで削孔を行い、次に、注入ロ
ッドの周面から水を高圧噴射させながら、注入ロッドを
計画改良域下限まで回転下降させて地盤をプレカッティ
ングし、しかる後、前記攪拌翼を開いて、前記注入ロッ
ドの周面から水に代えてグラウトを噴射させながら、注
入ロッドを回転および軸方向移動させて、前記プレカッ
ティング層内の土壌とグラウトとを攪拌混合することを
特徴としている。

【０００８】この第２の発明においては、第１の発明と
同様の作用効果を奏する他、注入ロッドの回転下降行程
のみで計画改良域のプレカッティングが終了するので、
より効率的に改良柱を造成できる。

【０００９】上記各発明において、上記攪拌翼を開いて
プレカッティング層内の土壌とグラウトとを攪拌混合す
る工程は、少なくとも注入ロッドの回転下降と回転上昇
との２行程で行うようにしてもよく、これにより土壌と
グラウトとはより均質に攪拌混合されるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基いて説明する。

【００１１】図２は、本発明の工法を実行するためのシ
ステムを示したものである。同図において、１は、後に
詳述する二重管構造の注入ロッド、２は自走式の施工機
械、３は施工プラントである。施工機械２は、注入ロッ
ド１を支持する回転・昇降ユニット４を装着したリーダ
５を備えており、施工に際しては、そのリーダ５がバッ
クステー６等を用いて地盤７上に鉛直に立てられる。注
入ロッド１は、前記回転・昇降ユニット４に脱着自在に
支持され、回転・昇降ユニット４の作動に応じてリーダ
５に沿って回転下降または上昇するようになる。注入ロ
ッド１の上端部には、回転・昇降ユニット４に設けた複
数のスイベル８ａ，８ｂを介して施工プラント３内の高
圧ポンプ１０と空気圧縮機１１とが配管９ａ，９ｂが接
続されている。

【００１２】施工プラント３内には、上記した高圧ポン
プ１０と空気圧縮機１１とに加えて、水槽１２やグラウ
トミキサー１３あるいはセメントサイロ（図示略）等が
設置されており、水槽１２とグラウトミキサー１３と
は、前記高圧ポンプ１０に対して切替弁１４を介して配
管接続されている。高圧ポンプ１０は、１〜３ＭＰa
（約10〜30kgf/cm² ）程度の高圧から、３０〜４０ＭＰ
a （約 300〜400kgf/cm²）程度の超高圧までの流体をつ
くる機能を有しており、注入ロッド１には、前記切替弁
１４の操作により、前記した高圧から超高圧までの水ま
たはグラウトが選択的に供給されるようになる。

【００１３】ここで、注入ロッド１は、図３および図４
に良く示されるように、内管１５と外管１６とを同心に
配した二重管構造となっており、その内管１５内は、一
方のスイベル８ａを介して施工プラント３内の高圧ポン
プ１０に配管９ａにて接続する第１の流路１７として、
その内管１５と外管１６との間の環状間隙は、他方のス
イベル８ｂを介して施工プラント３内の空気圧縮機１１
に配管９ｂにて接続する第２の流路１８としてそれぞれ
供されている。

【００１４】注入ロッド１の先端側の周面には、二重ノ
ズル１９が設けられている。この二重ノズル１９は、前
記第１の流路１７に連通する内側ノズル単体２０と前記
第２の流路１８に連通する外側ノズル単体２１とからな
っており、両ノズル単体２０と２１との間には所定の大
きさの環状の間隙（噴射孔）が確保されている。また、
注入ロッド１の先端面には、その軸に対して所定の角度
で傾斜する傾斜ノズル２２が設けられている。この傾斜
ノズル２２は、二重ノズル１９の心部側の噴射孔とほぼ
同じ流路面積となるようにその口径が設定されている。
これにより、いま内管１５内の第１の流路１７に加圧流
体（水またはグラウト）が圧送されてくると、その加圧
流体は二重ノズル１９と傾斜ノズル２２とから同等量噴
射されるようになる。

【００１５】また、注入ロッド１の先端には、その回転
下降に応じて地盤７に孔を開ける削孔ビット２３が設け
られている。この削孔ビット２３は、汎用のオーガーヘ
ッドと同じもので、注入ロッド１から相互に離反する半
径外方向へ延ばされた一対のブレード２４と、各ブレー
ド２４にその延長方向に配列して取付けられた複数の切
刃２５とからなっている。削孔ビット２３は、各ブレー
ド２４の先端の回転軌跡で定まる削孔径が、注入ロッド
１の外径よりも十分に大きな値となるようにその大きさ
が設定されており、したがって、削孔後の孔内面と注入
ロッド１の外周面との間には十分に広い空隙が確保され
るようになっている。

【００１６】また、注入ロッド１の先端側の周面には、
傘状に開閉する一対の攪拌翼２６が設けられている。こ
の一対の攪拌翼２６は上記二重ノズル１９を挟む上下位
置に配置されており、それぞれは、注入ロッド１にピン
２７を用いて共通に軸着された左右一対の可動ブレード
２８を備えている。可動ブレード２８は、上下一対の攪
拌翼２６間で相互にリンク２９により連結されており、
これにより上下一対の攪拌翼２６は連動して開閉動作す
る。一方、注入ロッド１には、円筒状の摺動体３０が外
嵌されており、上側の攪拌翼２６の可動ブレード２８が
この摺動体３０に対しリンク３１により連結されてい
る。摺動体３０は、注入ロッド１の周面に縦向きに固設
したシリンダ３２により下方または上方へ駆動されるよ
うになっており、この摺動体２９の摺動に応じて上下一
対の攪拌翼２６は同期して開閉動作するようになる。し
かして、各攪拌翼２６は、左右一対のブレード２８の先
端の回転軌跡で定まる攪拌径が、後述の計画改良柱の直
径よりわずか小さくなるようにその最大開き距離が設定
されると共に、上記削孔ビット２３による削孔後の孔内
面と注入ロッド１の外周面との間隙内に余裕をもって収
まるようにその最小閉じ距離が設定されている。

【００１７】以下、上記のように構成したシステムによ
る施工手順を、図１に基いて説明する。施工に際して
は、上記した注入ロッド１を、前出図２に示した態様で
施工機械２の回転・昇降ユニット４に支持させ、さら
に、この注入ロッド１にスイベル８ａ，８ｂを介して施
工プラント３内の高圧ポンプ１０と空気圧縮機１１とか
ら延ばした配管９ａ，９ｂを接続する。なおこの時、攪
拌翼２６はシリンダ３２により摺動体３０を上動させて
閉じた状態としておく。この準備完了後、高圧ポンプ１
０の設定圧を調整して、注入ロッド５内の第１の流路１
７に高圧水（１〜３ＭＰa 程度）を供給し、この高圧水
を注入ロッド１の周面の二重ノズル１９およびその先端
の傾斜ノズル２２から噴出させながら、図１に示すよ
うに注入ロッド１を地盤７中に回転下降させる。これに
より、地盤７は、削孔ビット２３によって機械的に切削
され、削孔ビット２３の大きさで定まる所定の径の孔３
５が次第に形成される。

【００１８】上記削孔ビット２３による削孔は、地表か
ら所定距離下がった計画改良域Ｓの上限Ｓａを通過し
て、その下限Ｓｂに到達するまで継続する。本実施の形
態では、事前のボーリング調査により、地盤７が硬質層
Ａと軟弱層Ｂとの互層地盤からなり、その硬質層Ａが地
表から計画改良域Ｓの上限Ｓａまでの間並びに計画改良
域Ｓの中間に存在することを確認しており、この削孔ビ
ット２３による削孔に際しては、上記回転・昇降ユニッ
ト４を制御することで、硬質層Ａの削孔を行う際、注入
ロッド１すなわち削孔ビット２３の回転速度と押込速度
とを落すようにし、これにより硬質層Ａは円滑に削孔さ
れる。しかして、この削孔中、削孔ビット２３の周りに
は前記二重ノズル１９および傾斜ノズル２２から噴出さ
れた水が供給されているので、切削ズリは、孔３５の内
面と注入ロッド１の外周面との間隙を通じて地上へ排出
される。また、削孔ビット２３はこの水によって冷却さ
れ、その摩耗が抑制される。なおこの時、空気圧縮機１
１から注入ロッド１内の第２の流路１８に比較的低圧
（４９０〜５９０ｋＰa …５〜６kgf/cm² ）の圧縮空気
を送って、二重ノズル１９から水と一緒に圧縮空気を噴
射させるようにしても良く、この場合は、エアリフト効
果によって切削ズリの排出が容易になることに加え、二
重ノズル１９が切削ズリで閉塞することもなくなる。

【００１９】削孔ビット２３による削孔が、計画改良域
Ｓの下限Ｓｂまで到達したら、高圧ポンプ１０を調整し
て、注入ロッド１内の第１の流路１７に圧送する高圧水
を超高圧（３０〜４０ＭＰa 程度）に切替え、これと同
時に空気圧縮機９から注入ロッド１内の第２の流路ｂに
比較的高圧（686 〜980kPa…７〜１０kgf/cm² ）の圧縮
空気を圧送し、続いて、図１に示すように、注入ロッ
ド１を回転上昇させる。第１の流路１７への超高圧水の
圧送により、注入ロッド１の二重ノズル１９から空気を
伴った超高圧水（混合流体）が水平方向へ噴射され、こ
の噴射エネルギーの大きい混合流体により地盤７内が強
力に切削攪拌（プレカッティング）される。これにより
地盤７内には、造成しようとする改良柱３７（図１）
の直径にほぼ相当する大径の切削攪拌層（プレカッティ
ング層）３６が形成され、この切削攪拌層３６は、注入
ロッド１の回転上昇に応じて次第に上方へ拡大する。こ
のプレカッティングに際しては、上記削孔におけると同
様に、回転・昇降ユニット４を制御することで、硬質層
Ａをプレカッティングする際、注入ロッド１の回転速度
と引上速度とを落すようにし、これにより計画改良域Ｓ
の中間に存在する硬質層Ａにも、前記した所望の直径を
有する切削攪拌層３６が形成される。なお、この時発生
した切削ズリの一部は、前記削孔ビット２３により形成
された孔３５を通じて地上へ排出される。

【００２０】このようにして、計画改良域Ｓの上限Ｓａ
までのプレカッティングを終えたら、施工プラント３内
の切替弁１４をグラウトミキサー１３側に切替える同時
に、高圧ポンプ１０を調整して、注入ロッド１内の第１
の流路１７に圧送するグラウトを高圧（１〜３ＭＰa 程
度）に設定し、注入ロッド１内の第１の流路１７に高圧
のグラウトを圧送する。これと同時に、図１に示すよ
うに、シリンダ３２により摺動体３０を下動させて一対
の攪拌翼２６を開き、注入ロッド１を回転下降させる。
これにより、注入ロッド１の周面の二重ノズル１９およ
び先端の傾斜ノズル２２からグラウトが噴射され、この
グラウトは、注入ロッド１と共に回転する攪拌翼２６に
よって切削攪拌層３６内の土壌と機械的に攪拌混合さ
れ、前記切削攪拌層３６はグラウト混合層３８と順次置
換される。この時、余剰スライムが前記削孔により形成
された孔３５を通じて地上へ排出されるが、この段階で
は水の噴射は停止されているので、グラウトの誘導排出
は著しく抑制され、余剰スライム中のグラウト量は最小
限に抑えられる。本実施の形態においては、このグラウ
ト噴射と機械攪拌とを、計画改良域Ｓの上限Ｓａと下限
Ｓｂとの間における注入ロッド１の回転下降と回転上昇
との２行程にわたって継続するようにし、これにより計
画改良域Ｓ内には、順次所定の直径を有する改良柱３７
が造成される。その後、攪拌翼２６を閉じて注入ロッド
１を地盤７から引抜き、これにて一つの改良柱３７の造
成は終了する。

【００２１】なお、上記実施の形態において、注入ロッ
ド１の先端部に傘状に開閉する攪拌翼２６を設けたが、
この攪拌翼２６の構造形式は任意であり、例えば、注入
ロッド１の軸に平行な面内で旋回する旋回式の攪拌翼と
してもよい。また、上記実施の形態において、注入ロッ
ド１として、内管１５と外管１６とからなる二重管構造
のものを用いたが、この注入ロッドの構造形式も任意で
あり、水と、空気とグラウトとを各独立に流通させる３
つの流路を有する三重管構造の注入ロッドとしてもよ
く、この場合は、注入ロッドに水と、空気とグラウトと
に専用の噴射ノズルを設けるようにする。

【００２２】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る地
盤改良工法によれば、注入ロッドの先端に設けた削孔ビ
ットにより機械的に削孔して、注入ロッドを所定深度ま
で確実に貫入させることができるので、計画改良域内に
硬質地盤が存在していても、高圧噴射攪拌工法を確実に
実施できる。しかも、水を高圧噴射して、注入ロッドの
周りを広範囲にプレカッティングした後、グラウトを注
入してプレカッティング層内の土砂と機械的に攪拌する
ので、大径でしかも均質な改良柱を効率よく造成でき
る。その上、水をカットした状態でグラウトを注入する
ので、グラウトの地上への誘導排出も抑制され、グラウ
トの消費量が著しく削減されるばかりか、排出スライム
の処理にかかる費用も大幅に低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地盤改良工法の実施状況を工程順
に示す模式図である。

【図２】本発明の工法を実施するための全体システムを
示す模式図である。

【図３】本発明の工法で用いる注入ロッドの先端部の構
造を示す正面図である。

【図４】本発明の工法で用いる注入ロッドの先端部の構
造を示す断面図である。

【符号の説明】

１注入ロッド２施工機械３施工プラント４回転・昇降ユニット７地盤１９二重ノズル２２傾斜ノズル２３削孔ビット２６攪拌翼３５削孔に形成された孔３６切削攪拌層（プレカッティング層）３７改良柱３８グラウト混合層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端に削孔ビットを設けると共に、先端
部周面に開閉可能な攪拌翼を設けた注入ロッドを用意
し、始めに注入ロッドを地盤中に回転下降させて、削孔
ビットにより計画改良域下限まで削孔を行い、次に、注
入ロッドの周面から水を高圧噴射させながら、注入ロッ
ドを計画改良域上限まで回転上昇させて注入ロッドの周
りの地盤をプレカッティングし、しかる後、前記攪拌翼
を開いて、前記注入ロッドの周面から水に代えてグラウ
トを噴射させながら、注入ロッドを回転および軸方向移
動させて、前記プレカッティング層内の土壌とグラウト
とを攪拌混合することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】先端に削孔ビットを設けると共に、先端
部周面に開閉可能な攪拌翼を設けた注入ロッドを用意
し、始めに注入ロッドを地盤中に回転下降させて、削孔
ビットにより計画改良域上限まで削孔を行い、次に、注
入ロッドの周面から水を高圧噴射させながら、注入ロッ
ドを計画改良域下限まで回転下降させて地盤をプレカッ
ティングし、しかる後、前記攪拌翼を開いて、前記注入
ロッドの周面から水に代えてグラウトを噴射させなが
ら、注入ロッドを回転および軸方向移動させて、前記プ
レカッティング層内の土壌とグラウトとを攪拌混合する
ことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項３】攪拌翼を開いてプレカッティング層内の
土壌とグラウトとを攪拌混合する工程を、少なくとも注
入ロッドの回転下降と回転上昇との２行程で行うことを
特徴とする請求項１または２に記載の地盤改良工法。