JP2015068075A - 高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既設構造物直下における地盤を改良するとき、地中障害物の背面側に十分に硬化材を送り込むことにより、地中障害物の背面側にも固結改良体を造成可能にすることで、地盤中に地中障害物が存在するような場所でも、極めて良好に地盤を改良することのできる高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法を提供する。
【解決手段】施工機械１にて地盤中に管ロッド２を所定深度まで挿入し、挿入後、管ロッド２から硬化材を高速高圧で噴射し、この硬化材の噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射した硬化材と地盤とを攪拌混合させ、地盤中に固結改良体を造成して地盤を改良するようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において、既設構造物の下などの地盤中に地中障害物が存在する場合、この地中障害物の際に向けて、管ロッド２を回動させることなく停止した状態で管ロッド２から硬化材を高速高圧で直線的に所定時間噴射し、地中障害物の背面側に噴射した硬化材を廻り込ませるようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法である。
【選択図】図１２

Description

本発明は、地盤中に高速高圧で硬化材を噴射し、この噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射した硬化材と地盤とを攪拌混合させ、地盤中に固結改良体を造成して地盤を改良するようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法に関し、特に、既設構造物直下における地盤を改良するときの高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法に関する。

従来、高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法としては、施工機械４１にて地盤中に管ロッド４２を所定深度まで挿入し、挿入後、図１４に示すように、管ロッド４２を回動させて管ロッド４２先端の噴射口４３からセメントミルク等の硬化材を高速高圧で噴射する。そして、この硬化材の噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射した硬化材と地盤とを攪拌混合させ、この管ロッド４２を回動して一回転（３６０度）させ、これを上方に引き抜きながら行うことにより、地盤中に縦向きの円柱状の固結改良体Ｔを造成して地盤を改良するようにしたものが一般的に知られていた。

また、この高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の別の例として、地盤中に縦向きの円柱状の固結改良体Ｔを造成する代わりに、管ロッド４２の回動を一回転（３６０度）させるのではなく、一定の角度の範囲内で管ロッド４２を回動させ、たとえば、管ロッド４２の回動を三分の一回転（１２０度）させることで、扇形の柱状の固結改良体Ｔを造成して地盤を改良するようにしたものもあった。これは、特に、建物などの既製構造物Ｋがある場所の地盤、すなわち既設構造物Ｋ直下における地盤を改良するときに用いられていた。

このような建物などの既製構造物Ｋ直下における地盤を改良するとき、既設構造物Ｋの下の地盤中には基礎杭などの地中障害物Ｐが多数存在することが多々あった。この地中障害物Ｐが既設構造物Ｋの下などの地盤中に存在する場合において、従来の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法によって地盤を改良しようとすると、回動している管ロッド４２から噴射したセメントミルク等の硬化材が地盤中に存在する地中障害物Ｐに当たって遮られてしまうため、図１５に示すように、噴射した硬化材を地中障害物Ｐの背面側に十分に送り込むことができなかった。このため、既設構造物Ｋ直下における地盤を改良するとき、地中障害物Ｐの背面側に固結改良体Ｔを造成できずに未造成箇所Ｓができてしまうため、地盤を良好に改良することができなくなるといった問題が生じるおそれがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑み、既設構造物直下における地盤を改良するとき、地中障害物の背面側に十分に硬化材を送り込むことにより、地中障害物の背面側にも固結改良体を造成可能にすることで、地盤中に地中障害物が存在するような場所でも、極めて良好に地盤を改良することのできる高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法を提供することを、その課題とする。

第一の発明は、施工機械にて地盤中に管ロッドを所定深度まで挿入し、挿入後、管ロッドから硬化材を高速高圧で噴射し、この硬化材の噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射した硬化材と地盤とを攪拌混合させ、地盤中に固結改良体を造成して地盤を改良するようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において、既設構造物の下などの地盤中に地中障害物が存在する場合、この地中障害物の際に向けて、管ロッドを回動させることなく停止した状態で管ロッドから硬化材を高速高圧で直線的に所定時間噴射し、地中障害物の背面側に噴射した硬化材を廻り込ませるようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法である。

第二の発明は、第一の発明において、管ロッドを回動させることなく停止した状態で管ロッドから硬化材を高速高圧で直線的に所定時間噴射する際の噴射する時間を、地盤中に存在する地中障害物の大きさに基づいて変更するようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法である。

本発明によれば、地盤中に存在する地中障害物の際に向けて、管ロッドを回動させることなく停止した状態で管ロッドから硬化材を高速高圧で直線的に所定時間噴射し、地中障害物の背面側に噴射した硬化材を廻り込ませるようにしたことで、管ロッドから噴射した硬化材を地中障害物の背面側に十分に送り込むことができ、地中障害物の背面側にも固結改良体を造成することにより、地盤中に完璧な固結改良体を造成することができ、これにより、既設構造物直下における地盤を改良するとき、地盤中に存在する地中障害物に邪魔されることなく、極めて良好に地盤を強固な地盤へと改良することができる。

また、管ロッドを回動させることなく停止した状態で管ロッドから硬化材を高速高圧で直線的に所定時間噴射する際の噴射する時間を、地盤中に存在する地中障害物の大きさに基づいて変更するようにしたことで、地中障害物の大きさに応じて硬化材の噴射する時間をコントロールすることにより、効率の良い作業を行うことができ、作業性の向上を図ることができる。

本発明における高圧噴射攪拌機の説明図である。 本発明における特殊先端具の正面図である。 本発明における特殊先端具を下面図である。 本発明における別の特殊先端具の正面図である。 本発明における別の特殊先端具の正面図である。 本発明における別の特殊先端具の正面図である。 既設構造物直下における地盤を改良するときの本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法での状態を説明する上面図である。 （ａ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。（ｂ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。（ｃ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。 本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法における地盤中に固結改良体を造成した状態の説明図である。 （ａ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法における硬化材を噴射しているときの上面図である。（ｂ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法における硬化材を噴射しているときの上面図である。 （ｄ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。（ｅ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。（ｆ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。 本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法における硬化材の噴射状態を説明する上面図である。 本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法における地盤中に他の固結改良体を造成した状態の説明図である。 従来の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の説明図である。 既設構造物直下における地盤を改良するときの従来の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法での状態を説明する上面図である。

本発明による高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の実施形態について説明する。
まず、この高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において使用する高圧噴射攪拌機について説明すると、図１に示すように、地盤中に管ロッド２を所定深度まで挿入あるいは引き抜くための施工機械１を備え、この施工機械１はたとえば自走可能な小型の杭打ち機である。ただし、施工機械１としては小型の杭打ち機に限定されるものではなく、地盤改良の施工深度等の改良規模に応じてボーリングマシンや他の機械でも良い。そして、この施工機械１にあっては、マスト３を立設し、このマスト３に沿って管ロッド２を縦に向けて取り付けると共に、マスト３の上部に管ロッド２を地盤中に挿入したり引き抜いたりする昇降装置４と管ロッド２を回動させる回動装置５をそれぞれ設ける。管ロッド２はその内側を硬化材や圧縮空気等が通るようになる中空状の鋼管であり、その下端である先端に特殊先端具６を取り付けている。

また、高圧噴射攪拌機における施工機械１の周辺設備としては、施工機械１に取り付けた管ロッド２に硬化材や圧縮空気を供給するための設備である。硬化材はセメントミルクであるが、このセメントミルクに各種の添加剤等を混ぜ合わせるようにしても良い。そして、圧縮空気を供給するための設備としては、コンプレッサー１１であり、流量計１２を介してコンプレッサー１１から管ロッド２に圧縮空気を供給する。また、硬化材を供給するための設備としては、水中ポンプ１３を設けた混合装置１４を備え、この混合装置１４において、水中ポンプ１３を用いてセメントサイロ１５からセメント原料を流入すると共に、水中ポンプ１６を設けた水槽１７から水を流入し、これらを混合して硬化材であるセメントミルクを生成する。そして、このセメントミルクを流量計１８を介して高圧ポンプ１９から成る硬化材供給装置２０に供給し、この硬化材供給装置２０から管ロッド２にセメントミルクを供給する。なお、各装置には図示していないがそれぞれ発電機を設けている。

一方、管ロッド２の下端である先端に取り付けた特殊先端具６については、図２、図３に示すように、先端側に多数のビット３１を取り付けた掘削ヘッド３０を備えると共に、横方向の左右両側に突出する水平翼３２を備え、この水平翼３２の下部にもビット３３を取り付ける。また、水平翼３２には管ロッド２の内側と連通する噴射口３４を横方向に向けて設けており、この噴射口３４は水平翼３２の長手方向（左右方向）にわたって複数、たとえば２個の噴射口３４を横に並べるように配置し、ここからセメントミルク等を噴射する。この２個の噴射口３４にあっては、同じ方向に向けており、２個の噴射口３４からセメントミルク等が地盤中に横方向に平行な状態で噴射される。

なお、この噴射口３４については、１個でも良いが、３個以上の複数個にしても良い。また、複数の噴射口３４を横に配置しているが、これを、図４に示すように、上下にずらして配置するようにしても良い。さらには複数の噴射口３４を設ける場合、図５に示すように、３個の噴射口３４を縦に並べるように配置しても良いし、図６に示すように、縦横両方向に並べるように配置しても良い。なお、複数の噴射口３４を縦に並べるように配置する場合は水平翼３２を備えることなく、噴射口３４を特殊先端具６の本体に設けるようにする。また、複数個の噴射口３４を設けたとき、前述したものは噴射口３４が同じ方向に向き平行な状態でセメントミルクが噴射されるようになるが、これに限定されるものではなく、噴射口３４の向きを若干異ならせることにより、噴射するセメントミルクがクロスするように噴射口３４からセメントミルクを噴射させるようにしても良い。

次に、このような構成となる高圧噴射攪拌機を使用して行う高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の例について説明する。なお、この例は、図７に示すように、建物などの既製構造物Ｋ直下における地盤を改良するときである。

図８（ａ）に示すように、管ロッド２を取り付けた施工機械１を所定の位置に設置する。そして、図８（ｂ）に示すように、施工機械１にて管ロッド２を回動させながら地盤中に挿入して行く。このとき、管ロッド２の下端に取り付けた特殊先端具６にて地盤を掘削するが、管ロッド２の挿入を補助するため、特殊先端具６の噴射口３４から圧縮空気や水等を噴射しながら行うようにしている。そして、図８（ｃ）に示すように、管ロッド２を所定深度まで挿入した後、管ロッド２及び特殊先端具６の回動を停止する。

それから、管ロッド２の噴射口３４から地盤中にセメントミルクを高速高圧で噴射し、このセメントミルクの噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射したセメントミルクと地盤とを攪拌混合させ、地盤中に固結改良体Ｔを造成する作業を行う。この地盤中に造成する固結改良体としては、一定の角度の範囲内で管ロッド２を回動させ、具体的には管ロッド２の回動を三分の一回転（１２０度）させることで、図７、図９に示すように、扇形の柱状の固結改良体Ｔとするものである。

これは、管ロッド２における特殊先端具６の２個の噴射口３４を施工する地盤の方向に向けてから管ロッド２をゆっくり回動させつつ、管ロッド２に供給されたセメントミルクと圧縮空気によって、管ロッド２における特殊先端具６の２個の噴射口３４からセメントミルクを地盤中に高速高圧で噴射する。これにより、セメントミルクの噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射したセメントミルクと地盤とを攪拌混合させ、地盤中に固結改良体Ｔを造成するようにしている。

このように管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを噴射するとき、管ロッド２を回動させながら行うようにしているが、地盤中に存在する地中障害物Ｐの場所に来たとき、管ロッド２の回動を停止し、まず、図１０（ａ）に示すように、管ロッド２の噴射口３４を地盤中に存在する地中障害物Ｐの一方の際に向ける。そして、この状態にて、管ロッド２を回動させることなく停止した状態で管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを高速高圧で直線的に所定時間噴射し、このセメントミルクを所定時間噴射する際の噴射する時間としては、たとえば３０秒である。ただし、このセメントミルクを噴射する時間については、この３０秒に限定されるものではなく、地盤中に存在する地中障害物Ｐの大きさなどに基づいて変更するようにしている。たとえば、地中障害物Ｐの大きさが大きいと、セメントミルクを噴射する時間も長めにし、地中障害物Ｐの大きさが小さいと、セメントミルクを噴射する時間も短めにしている。なお、この地中障害物Ｐとしては、建物などの既製構造物Ｋの下に存在する基礎杭などであって、これらは予めその位置やその大きさが特定できるものである。

そして、管ロッド２の噴射口３４から地中障害物Ｐの一方の際に向けてセメントミルクを直線的に所定時間である３０秒噴射したのち、管ロッド２を回動させ、この管ロッド２を回動させながら管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを地中障害物Ｐに向けながら噴射する。そして、再び管ロッド２の回動を停止し、図１０（ｂ）に示すように、管ロッド２の噴射口３４を地中障害物Ｐの他方の際に向ける。そして、この状態にて、管ロッド２を回動させることなく停止した状態で管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを高速高圧で直線的に所定時間である３０秒噴射する。

そして、管ロッド２の噴射口３４から地中障害物Ｐの他方の際に向けてセメントミルクを直線的に所定時間噴射したのち、再び管ロッド２を回動させ、この管ロッド２を回動させながら管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを噴射する。それから、また地盤中に存在する地中障害物Ｐの場所に来たときは、前述と同様、管ロッド２の回動を停止し、管ロッド２の噴射口３４を地中障害物Ｐの際に向けて、管ロッド２を回動させることなく停止した状態で管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを高速高圧で直線的に所定時間噴射する。なお、地盤中に存在する地中障害物Ｐが非常に小さい場合は、前述したような地中障害物Ｐの両方の際に向けてセメントミルクを噴射していたのを、地中障害物Ｐの一方の際のみだけにするようにしても良い。

そして、図１１（ｄ）に示すように、この所定深度において地盤中に扇形の固結改良体Ｔを造成してから、管ロッド２を数センチから数十センチ引く抜き上方に移動させ、その上方の位置においても、前述と同様、管ロッド２を回動させながら管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを噴射し、また、地盤中に地中障害物Ｐが存在する場所では、管ロッド２の回動を停止し、その地中障害物Ｐの際に向けて、管ロッド２を回動させることなく停止した状態で管ロッド２からセメントミルクを高速高圧で直線的に所定時間噴射する。これを、図１１（ｅ）に示すように、管ロッド２を引き抜き上方に移動させながら所望の深度まで繰り返し行うことにより、地盤中に扇形の柱状の固結改良体Ｔを造成する。

そして、最後に地盤中に固結改良体Ｔを造成したのち、図１１（ｆ）に示すように、施工機械１にて管ロッド２を地盤から引き抜くことによって、高圧噴射攪拌工法による地盤改良の作業が完了する。

このような高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法にあっては、地盤中に地中障害物Ｐが存在する場合、この地中障害物Ｐの際に向けて、管ロッド２を回動させることなく停止した状態で管ロッド２からセメントミルクを高速高圧で直線的に所定時間である３０秒噴射することによって、管ロッド２から噴射したセメントミルクが地中障害物Ｐの背面側に廻り込むようになる。これは、地中障害物Ｐの際に向けて管ロッド２からセメントミルクを噴射すると、図１２に示すように、そのセメントミルクが地中障害物Ｐの際に当たって、当たった地中障害物Ｐの正面側の圧力が高く、地中障害物Ｐの背面側の圧力が低くなるという圧力差が生じ、この圧力差により圧力の高い方から低い方に流れるという流体の法則に従って、噴射されたセメントミルクが地中障害物Ｐの背面側に廻り込むようにして流れるようになり、地中障害物Ｐの背面側にも固結改良体Ｔが造成されるようになるものである。なお、地盤中に存在する地中障害物Ｐの大きさなどによって、地中障害物Ｐの背面側にセメントミルクが廻り込むのに時間がかかるため、前述したように、地盤中に存在する地中障害物Ｐの大きさなどに基づいて、セメントミルクの噴射する時間を変更するようにし、地中障害物Ｐの背面側に確実にセメントミルクを廻り込ませるようにする。

なお、前述した高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の例において、地盤中に造成する固結改良体としては、管ロッドの回動を三分の一回転（１２０度）させた扇形の柱状の固結改良体としていたが、これに限定されるものではなく、その他の大きさ（角度）の扇形の柱状の固結改良体でも良く、さらには、管ロッドの回動を一回転（３６０度）させることにより、図１３に示すように、円柱状の固結改良体Ｔとしても良い。また、これ以外の形の固結改良体Ｔにしても良い。

また、地盤中に固結改良体Ｔを造成する方式としては、前述の例では、基本的には管ロッド２を回動させながら管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを噴射して地盤中に固結改良体Ｔを造成する方式のものであったが、この方式のものに限定されるものではなく、たとえば、管ロッド２を所定角度である２，３度回動させてから停止し、この停止した状態で管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを直線的に所定時間噴射し、噴射後、再び管ロッド２を所定角度である２，３度回動させてから停止し、この停止した状態で管ロッド２の噴射口３４からセメントミルクを直線的に所定時間噴射するといった所定角度毎にセメントミルクを噴射して地盤中に固結改良体Ｔを造成する方式のものでも良く、また、その他の固結改良体Ｔを造成する方式のものでも良い。

１…施工機械、２…管ロッド、３…マスト、４…昇降装置、５…回動装置、６…特殊先端具、１１…コンプレッサー、１２…流量計、１３…水中ポンプ、１４…混合装置、１５…セメントサイロ、１６…水中ポンプ、１７…水槽、１８…流量計、１９…高圧ポンプ、２０…硬化材供給装置、３０…掘削ヘッド、３１…ビット、３２…水平翼、３３…ビット、３４…噴射口、４１…施工機械、４２…管ロッド、４３…噴射口

Claims (2)

1. 施工機械にて地盤中に管ロッドを所定深度まで挿入し、挿入後、管ロッドから硬化材を高速高圧で噴射し、この硬化材の噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射した硬化材と地盤とを攪拌混合させ、地盤中に固結改良体を造成して地盤を改良するようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において、
   既設構造物の下などの地盤中に地中障害物が存在する場合、この地中障害物の際に向けて、管ロッドを回動させることなく停止した状態で管ロッドから硬化材を高速高圧で直線的に所定時間噴射し、地中障害物の背面側に噴射した硬化材を廻り込ませるようにしたことを特徴とする高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法。
2. 管ロッドを回動させることなく停止した状態で管ロッドから硬化材を高速高圧で直線的に所定時間噴射する際の噴射する時間を、地盤中に存在する地中障害物の大きさに基づいて変更するようにしたことを特徴とする請求項１記載の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法。

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