JP2010275797A - 自削孔モニターおよび高圧噴射撹拌工法 - Google Patents

Abstract

【課題】削孔時に固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを無くして、削孔能率の向上と削孔水のロスを低減できるようにした自削孔モニターおよび高圧噴射撹拌工法を提供する。
【解決手段】下端部に削孔水噴射ノズル４を備え、側部に固化材液噴射ノズル５を備え、かつ前記削孔水噴射ノズル４に削孔水を圧送する液体流路と前記固化材液噴射ノズル５に固化材液を圧送する液体流路を兼ねた液体流路７を内蔵した自削孔モニターに用いる。固化材液噴射ノズル５内にモニター用プラグ１０を取り付ける。モニター用プラグ１０は内周面が先端方向に徐々に小径となるような円錐形状に形成された固化材液噴射ノズル５の内周面の形状に対応して、先端方向に徐々に小径に形成された円錐状部１０ｂを備えて形成する。削孔の際は固化材液噴射ノズル５を塞ぎ、地盤改良の際は固化材液の噴射圧力によってノズル５の外に押出されるように形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧噴射撹拌工法（ジェットグラウト工法）および本工法に用いられる自削孔モニターに関し、主に削孔時に固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを無くして、削孔能率の向上と削孔水のロスを低減することができる。

高圧噴射撹拌による地盤改良工法として、例えば、図３に図示するように、注入管ロッド１の先端から削孔水を噴射して地盤を切削しながら計画深度まで削孔した後、注入管ロッド１の先端から固化材液を噴射し、かつ注入管ロッド１をその軸周りに回転させながら徐々に引き上げて注入管ロッド１の周囲に切削土と固化材液とからなる柱状の地盤改良体Ａを造成する方法が知られている。

この場合、注入管ロッド１の先端部には、削孔の際は、削孔水を噴射して地盤を削孔し、地盤改良の際は地盤中に固化材液を高圧噴射して地盤改良体Ａを造成するための自削孔モニター２が接続されている。

自削孔モニター２は、例えば、図４に図示するようにモニター本体の下端部に掘削ビット３と削孔水噴射ノズル４を、側部に固化材液噴射ノズル５と圧縮エア噴射ノズル６をそれぞれ有し、さらにモニター本体内に削孔水と固化材液を圧送するための液体圧送流路７と圧縮エアを圧送するための圧縮エア圧送流路８が内蔵され、液体圧送流路７は削孔水圧送流路と固化材液圧送流路の両方を兼ねて内蔵されている。

そして、削孔の際は、液体圧送流路７内に削孔水を圧送し、削孔水噴射ノズル４から削孔水を高圧噴射してモニター本体下方の地盤を切削することにより注入管ロッド１を計画深度まで挿入することができる。

一方、地盤改良の際は、液体圧送流路７内に止水ボール９を投入して削孔水噴射ノズル４を内側ら塞いだ後、液体圧送流路７内に固化材液を圧送し、固化材液噴射ノズル５から地盤中に固化材液を高圧噴射し、同時に自削孔モニター２を注入管ロッド１と共にその軸回りに回転させながら徐々に引き上げることにより、注入管ロッド１の周囲に固化材液と切削土からなる柱状の地盤改良体Ａを造成することができる。

この場合、固化材液のジェット噴流によって地盤が切削され、切削された土砂と固化材液が混合攪拌されることにより地盤改良体Ａが造成される。また、圧縮エア噴射ノズル６から噴射された固化材液の周囲に圧縮空気を沿わせて噴射することにより、固化材液のジェットエネルギーが地下水によって衰えるのを低減することができる。

特開２００８−９５４４２号公報

しかし、モニター本体に内臓された液体圧送流路は、削孔水流路と固化材液流路の両方の流路を兼ねており、また削孔水噴射ノズルは特に塞がれているわけではないので、自削孔モニターによって削孔しながら注入管ロッドを計画深度まで挿入する間、液体圧送流路に圧送された削孔水は固化材液噴射ノズル４からも放出される。

このため、対象地盤が特に比較的硬質な地盤の場合は、削孔水の圧力が高くなり、その結果固化材液噴射ノズルから削孔水が多量に逸水されることとなって、削孔が困難に陥るだけでなく削孔水のロスが大きくなる等の課題があった。

また、注入管ロッドを接続する際や削孔水から固化材に切り換える際に、液体圧送流路内が一時的に減圧状態になるため、地下水の静水圧によって固化材液噴射ノズル内に地中の地盤砂が入り込み、固化材液噴射ノズルが目詰まりを起こすおそれがあった。

なお、固化材液噴射ノズルの目詰まりを防止する自削孔モニターとして、固化材液噴射ノズルの先端部にノズルの先端部を覆う封止部を設け、地盤改良の際に固化材液の噴射圧力で封止を解除するように構成された自削孔モニターが開示されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１に記載された自削孔モニターの場合は、封止部は固化材液噴射ノズルの外側に取り付けられているため、削孔中に周囲の地盤との摩擦で簡単に離脱してしまうおそれがあった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、削孔の際に固化材液噴射ノズルから無駄に放出される削孔水を無くして、削孔能率の向上と削孔水のロスの低減を可能にした自削孔モニターおよび高圧噴射撹拌工法を提供することを目的とする。

請求項１記載の自削孔モニターは、下端部に削孔水噴射ノズルを備え、側部に固化材液噴射ノズルを備え、かつ前記削孔水噴射ノズルに削孔水を圧送する液体流路と前記固化材液噴射ノズルに固化材液を圧送する液体流路を兼ねた液体流路を内蔵してなる自削孔モニターにおいて、前記固化材液噴射ノズル内に、削孔の際は固化材液噴射ノズルを塞ぎ、地盤改良の際は固化材液の噴射圧力によってノズルの外に押し出されるように形成されたモニター用プラグを備えてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、削孔の際および削孔水から固化材液に切り替える際は、固化材液噴射ノズルがモニター用プラグによって塞がれていることにより、削孔の際に固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを防止することができ、また、削孔が完了して削孔水から固化材液に切り換える際には、地下水圧によって土などが固化材液噴射ノズル内に入り込むのを防止することができるため、削孔能率が向上し地盤改良を効率的に行うことができる等の効果を有する。

通常、削孔時の削孔水の送水圧力は２ＭＰａ程度あり、また地盤改良時の固化材液の噴射圧力は１０〜４０ＭＰａ程度あるため、２ＭＰａ程度の送水圧力程度ではノズルの外に押し出されないで固化材液噴射ノズル内に留まり、１０〜４０ＭＰａ程度の固化材液の噴射圧力でノズルの外に押し出されるように自削孔用モニターの材質、硬さ、大きさ、形状等を設定すればよい。

請求項２記載の自削孔モニターは、請求項１記載の自削孔モニターにおいて、モニター用プラグは内周面が先端方向に徐々に小径となるような円錐形状に形成された固化材液噴射ノズルの内周面の形状に対応して、先端方向に徐々に小径に形成された円錐状部を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、モニター用プラグの円錐状部の外周面が固化材液噴射ノズルの先端方向に徐々に小径となるようなテーパ面をなしていることにより、削孔時の削孔水の送水圧力によって、モニター用プラグが固化材液噴射ノズルの外に簡単に押し出されるようなことはないので、固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを防止することができる。

また、円錐状部の内側端面のほうが外側（先端側）端面よりも断面積が大きいので、モニター用プラグにノズルの外側から内向きに作用する力よりもノズルの内側から外向きに作用する力のほうが大きくなる。

このため、削孔水から固化材液に切り替える際などにノズル内が一時的に減圧状態になったとしても、モニター用プラグがノズルの内方に押込まれ、土などがノズル内に入ってノズルの目詰まりを引き起こすようなことはない。

請求項３記載の自削孔モニターは、請求項１または２記載の自削孔モニターにおいて、モニター用プラグは弾性材から形成されてなることを特徴とするものである。この場合の自削孔モニター用プラグの材質としては、例えばゴムやプラスチック等が調達および加工が容易で、しかも硬さも自由に調整できる等の理由により適している。

請求項４記載の高圧噴射撹拌工法は、下端部に削孔水噴射ノズルを備え、側部に固化材液噴射ノズルを備え、かつ前記削孔水噴射ノズルに削孔水を圧送する液体流路と前記固化材液噴射ノズルに固化材液を圧送する液体流路とを兼ねた液体流路を内蔵してなる自削孔モニターを用いて地盤改良体を造成する高圧噴射撹拌工法において、請求項１〜３のいずれかひとつに記載された自削孔モニターを用い、当該自削孔モニターの固化材液噴射ノズル内にモニター用プラグを取り付けて固化材液噴射ノズルを塞ぐ工程と、前記液体流路に削孔水を圧送し、削孔水噴射ノズルから削孔水を噴射しながら地盤を削孔する工程と、前記液体流路に固化材液を圧送し、前記固化材液噴射ノズルから噴射される固化材液の噴射圧力によって前記モニター用プラグを固化材液噴射ノズルの外に押し出す工程と、固化材液噴射ノズルから地盤中に固化材液を噴射しながら自削孔用モニターを徐々に引き上げる工程とから構成されてなることを特徴とするものである。

本発明は、削孔の際および削孔水から固化材液に切り替える際などは、固化材液噴射ノズルがモニター用プラグによって塞がれていることにより、削孔の際に固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを低減することができ、また、削孔が完了して削孔水から固化材液に切り換える際には、地下水圧によって土などが固化材液噴射ノズル内に入り込むのを防止することができるため、削孔能率が向上し地盤改良を効率的かつ経済的に行うことができる等の効果を有する。

自削孔モニターの先端部分を示し、（ａ）はモニター用プラグが取り付けられ、削孔水が噴射する状態を示す縦断面図、（ｂ）はモニター用プラグが外に押出され、固化材液が噴射する状態を示す縦断面図である。 固化材液噴射ノズルを示し、（ａ）はモニター用プラグが取り付けられた状態を示す縦断面、（ｂ）はモニター用プラグが取り付けられる前の状態を示す縦断面である。 （ａ）〜（ｄ）は、自削孔モニターによる高圧噴射撹拌工法の施工手順を図である。 自削孔モニターの先端部分を示し、（ａ）は削孔水が噴射する状態を示す縦断面図、（ｂ）は固化材液が噴射する状態を示す縦断面図である。

図１（ａ），（ｂ）は、注入管ロッドの先端部に接続された自削孔モニターの先端部分を示し、また、図２（ａ），（ｂ）は自削孔モニターに取り付けられている固化材液噴射ノズルとモニター用プラグを示したものである。

図において、モニター本体の下端部に掘削ビット３と削孔水噴射ノズル４がそれぞれ設けられている。また、側部に固化材液噴射ノズル５と圧縮エア噴射ノズル６が設けられている。

さらに、モニター本体には削孔水と固化材液を圧送する液体圧送流路７と圧縮エアを圧送するエア圧送流路がそれぞれ内蔵され、液体圧送流路７は削孔水噴射ノズル４と固化材液噴射ノズル５に接続され、また削孔水を圧送する流路と固化材液を圧送する流路の両方を兼ねている。エア圧送流路８は圧縮エア噴射ノズル６に接続されている。

固化材液噴射ノズル５と圧縮エア噴射ノズル６は同心円状に設けられ、内側に固化材液噴射ノズル５が設けられ、その外周に圧縮エア噴射ノズル６が設けられている。

さらに、固化材液噴射ノズル５は、モニター本体の直径方向に所定の長さに形成され、その先端はモニター本体の側面に開口している。また、固化材液噴射ノズル５の内径は、先端部分５ａが一定長さに渡り一定で最も細く、基端部分５ｂが一定長さに渡り一定で先端部分５ａより太く、かつ先端部分５ａと基端部分５ｂ間の中間部分５ｃは先端部分５ａ側から基端部分５ｂ側方向に徐々に太くなるように形成されている。

そして、このように形成された固化材液噴射ノズル５内に、モニター用プラグ１０が取り付けられている。モニター用プラグ１０は、固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａおよび中間部分５ｃの内部の形状とそれぞれ対応する断面形状に形成された柱状部１０ａと円錐状部１０ｂとから形成されている。

柱状部１０ａは、固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａに挿入可能な円柱状に形成され、円錐状部１０ｂは固化材液噴射ノズル５の中間部分５ｂに挿入可能な円錐形状に形成され、かついずれの部分も固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａと中間部分５ｃに挿入された際に、固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａと中間部分５ｃの内周面に完全に密着するように形成されている。

さらに、柱状部１０ａと円錐状部１０ｂはゴムやプラスチック等の弾性材から一体に形成されている。

このような構成において、注入管ロッド１を所定の深度まで挿入する際、液体圧送流路７内に削孔水を圧送し、削孔水噴射ノズル４から地盤中に削孔水を高圧噴射することにより地盤を切削して注入管ロッド１を所定の深度まで挿入することができる。

その際、特にモニター用プラグ１０によって固化材噴射ノズル５は完全に塞がれていることにより、固化材液噴射ノズル５から削孔水が無駄に放出されることはないため、削孔をきわめて効率的に行うことができ、削孔水が無駄に放出されることもない。

この場合、モニター用プラグ１０の内側には液体圧送流路７内に圧送された削孔水によって２ＭＰａ程度の送水圧力が作用するが、モニター用プラグ１０の円錐状部１０ｂの外周面が固化材液噴射ノズル５の先端方向に徐々に小径となるテーパ面に形成されていることにより、モニター用プラグ１０が削孔水の送水圧によって固化材液噴射ノズル５の外に簡単に押し出されるようなことはない。

また、モニター用プラグ１０には、外部から地下水による静水圧Ｐ１が内向きに作用するが、円錐状部１０ｂの内側端面の面積Ｓ１が柱状部１０ａの外側端面の面積Ｓ２より大きいので、ノズル５の外側からモニター用プラグ１０に作用する内向きの力よりもノズル５の内側からモニター用プラグ１０に作用する外向きの力のほうが大きい。

このため、削孔水から固化材液に切り替える際などにノズル５内が一時的に減圧状態になったとしても、モニター用プラグ１０がノズル５の内方に押込まれ、土などがノズル５内に入ってノズル５の目詰まりを引き起こすようなことはない。

この場合、モニター用プラグ１０の柱状部１０ａの外径を固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａの内径よりやや大きめに形成したり、あるいは柱状部１０ａの直径を適切に変えて柱状部１０ａの外周面と固化材液噴射ノズル５の先端部分５ａの内周面との摩擦力を適切に調整して内向きの圧力Ｐ１に対する抵抗力を調整することもできる。

一方、地盤中に固化材液を噴射して地盤改良を行う際は、液体圧送流路７内に止水ボール９を投入して削孔水噴射ノズル４を塞いだ後、液体圧送流路７内に削孔水に代えて固化材液を圧送し、固化材噴射ノズル５から固化材液を高圧噴射して、固化材液噴射ノズル５内に取り付けられたモニター用プラグ１０を固化材液の噴射圧力によって外に押し出すことにより、固化材液を地盤中に噴射して地盤改良を行うことができる。

この場合、モニター用プラグ１０には液体圧送流路７内に圧送された固化材液によって１０〜４０ＭＰａとかなり大きな噴射圧力が作用することにより、モニター用プラグ１０は収縮変形して固化材液噴射ノズル４の外に押し出される。

なお、円錐状部１０ｂの長さＬ1を変えて円錐状部１０ｂの内側端面の面積Ｓ１を適切に調整することにより、固化材液の噴射圧力によって外に押し出される際のモニター用プラグ１０の抵抗力を調整することができる。

次に、本発明に係るモニター用プラグを取り付けた自削孔モニターによる高圧噴射撹拌工法の施工手順を説明する。

(1) 最初に、固化材液噴射ノズル５内にモニター用プラグ１０を取り付ける。この場合、固化材液噴射ノズル５は通常、モニター本体にねじ込み式により脱着自在に取り付けられていることから、固化材液噴射ノズル５をモニター本体から取り外し、その後方からノズル５内にモニター用プラグ１０を挿入することにより取り付けることができる。

(2) 次に、モニター用プラグ１０を取り付けた自削孔モニター２を注入管ロッド１の先端部に接続する。そして、自削孔モニター２内の液体圧送流路７内に地上から注入管ロッド１を介して削孔水を圧送し、同時に自削孔モニター２を注入管ロッド１と共に回転させながら地盤中に押し込んで削孔する。

なお、圧縮エア噴射ノズル６は、削孔中に土などが入り込んで目詰まりを起さないようにノズル６から噴射される圧縮エアで除去できるようなシールやキャップ等で塞いでおくのが望ましい。

また、この種のシールやキャップはモニター用プラグ１０に後付けし、固化材液の噴射圧力によってモニター用プラグと一緒に除去できるようにしてもよい。

(3) 計画深度まで削孔したら、次に自削孔モニター２内の液体流路７内に止水ボール９を投入して削孔水噴射ノズル４を塞ぐ。

(4) 次に、自削孔モニター２内の液体流路７に地上から注入管ロッド１を介して固化材液を圧送し、固化材液の噴射圧力によって固化材液噴射ノズル５内のモニター用プラグ１０をノズル５の外に押出してノズル５を開放する。

(5) 次に、自削孔モニター２内の液体圧送流路７内に固化材液を、圧縮エア流路８内に圧縮空気をそれぞれ圧送し、固化材液噴射ノズル５から固化材液を、圧縮エア噴射ノズル６から圧縮エアをそれぞれ高圧噴射する。

そして、同時に自削孔モニター２を注入管ロッド１と共にその軸回りに回転させながら徐々に引き上げることにより、注入管ロッド１の周囲に切削土と固化材液とからなる地盤改良体Ａを造成する。

本発明は、削孔時に固化材液噴射ノズルから削孔水が無駄に放出されるのを防止して、削孔能率の向上と削孔水のロスを低減できるようにした自削孔モニター用プラグおよび高圧噴射撹拌工法を提供する。

１ 注入管ロッド
２ 自削孔モニター
３ 掘削ビット
４ 削孔水噴射ノズル
５ 固化材液噴射ノズル
６ 圧縮エア噴射ノズル
７ 液体圧送流路
８ 圧縮エア圧送流路
９ 止水ボール
１０ モニター用プラグ
１０ａ 柱状部
１０ｂ 円錐状部
Ａ 地盤改良体

Claims (4)

1. 下端部に削孔水噴射ノズルを備え、側部に固化材液噴射ノズルを備え、かつ前記削孔水噴射ノズルに削孔水を圧送する液体流路と前記固化材液噴射ノズルに固化材液を圧送する液体流路を兼ねた液体流路を内蔵した自削孔モニターにおいて、前記固化材液噴射ノズル内に、削孔の際は固化材液噴射ノズルを塞ぎ、地盤改良の際は固化材液の噴射圧力によってノズルの外に押し出されるように形成されたモニター用プラグを備えてなることを特徴とする自削孔モニター。
2. モニター用プラグは、内周面が先端方向に徐々に小径となるような円錐状に形成された固化材液噴射ノズルの内周面の形状に対応して、先端方向に徐々に小径に形成された円錐状部を備えていることを特徴とする請求項１記載の自削孔モニター。
3. モニター用プラグは、弾性材から形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載の自削孔モニター。
4. 下端部に削孔水噴射ノズルを備え、側部に固化材液噴射ノズルを備え、かつ前記削孔水噴射ノズルに削孔水を圧送する液体流路と前記固化材液噴射ノズルに固化材液を圧送する液体流路とを兼ねた液体流路を内蔵した自削孔モニターを用いて地盤改良体を造成する高圧噴射撹拌工法において、請求項１〜３のいずれかひとつに記載された自削孔モニターを用い、当該自削孔モニターの固化材液噴射ノズル内にモニター用プラグを取り付けて固化材液噴射ノズルを塞ぐ工程と、前記液体流路に削孔水を圧送し、削孔水噴射ノズルから削孔水を噴射しながら地盤を削孔する工程と、前記液体流路に固化材液を圧送し、前記固化材液噴射ノズルから噴射される固化材液の噴射圧力によってモニター用プラグを固化材液噴射ノズルの外に押し出す工程と、固化材液噴射ノズルから地盤中に固化材液を噴射しながら自削孔用モニターを徐々に引き上げる工程とから構成されてなることを特徴とする高圧噴射撹拌工法。

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