JP2739641B2

JP2739641B2 - 地盤改良工法

Info

Publication number: JP2739641B2
Application number: JP3746996A
Authority: JP
Inventors: 憲二郎岡
Original assignee: Toyo Construction Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1998-04-15
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH0971929A

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、より詳しくは高圧噴射攪拌工法により形成した地盤
改良体内に中空の芯材を埋設して支持力の増大を図る地
盤改良工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧噴射攪拌工法は、注入ロッドを地盤
内で回転移動させながら、その先端の噴射ノズルから該
注入ロッドと直角方向へ地盤改良剤を単独に、あるいは
水またはエアと混合して高圧噴射し、地盤改良剤と周辺
土砂とを攪拌混合して円柱状の改良体を形成する工法
で、土質の影響を受けにくく、一回の施工で広い範囲の
地盤を改良でき、しかも改良体相互の密着性に優れてい
るところから、土留壁や止水壁の造成に多用されている
（例えば、特公昭５０−１４８０３号公報、特公昭５１
−８４９３号公報等参照）。

【０００３】一方、最近、上記高圧噴射攪拌工法により
形成した地盤改良体内に中空の芯材を埋設して支持力の
増大を図る工法の開発が進められ、例えば特開平３−２
０８９８６号公報に明らかにされている。この工法は、
管に挿入した注入ロッドを回転させながら管に先行して
地盤中に掘進させ、この掘進中、注入ロッドの先端部か
らこれと直角方向へ地盤改良剤を高圧噴射して管の周り
の地盤を改良し、この改良体内に管をそのまま残すよう
にするもので、管が芯材として改良体を補強し、地盤の
支持力が著しく増大するようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平３−２０８９８６号公報に記載の地盤改良工法によ
れば、その基礎となる高圧噴射攪拌工法の実施に際し、
噴射ノズルを詰まらせる心配のない、セメントミルク系
の注入剤を用いる必要があるため、地盤中に注入した注
入剤（地盤改良剤）がブリージングを起し易く、芯材と
しての管と地盤改良体との接合強度（接着力）が不足し
て、支持力の点でいま一つ不安が残るという問題があっ
た。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、その課題とするところは、高圧噴射攪拌工
法の利点を損なうことなく該工法により形成された改良
体とこれに埋設する芯材との接合強度の増大を図ること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、中空の芯材に挿入した注入ロッドを回転
させながら、前記注入ロッドの先端の噴射ノズルから該
注入ロッドと直角方向へ地盤改良剤を高圧噴射して、該
注入ロッドと一体的に芯材を地盤中に貫入する第１工程
と、前記芯材から注入ロッドを引抜き、代わりに注入機
を芯材内に挿入して、該注入機を芯材の軸方向へ所定ピ
ッチで送りながら各送り位置で注入機に地盤改良剤を圧
送し、この地盤改良剤の圧力により芯材に設けた逆止弁
を開いて芯材の周りに地盤強化剤を２次注入する第２工
程とを含むようにしたことを特徴とする。

【０００７】上記のように構成した地盤改良工法におい
ては、始めに高圧噴射攪拌工法の要領で注入ロッドから
地盤改良剤を高圧噴射して改良体を形成すると同時に、
この改良体で芯材を包み、その後、芯材の周りに、セメ
ントモルタル系の注入剤のようなブリージングを起しに
くい地盤改良剤を２次注入して、前記改良体と芯材との
間の接着力を増大せしめることができる。

【０００８】本発明において、上記第１工程の地盤改良
剤としてはセメントミルク系の注入剤を、第２工程の地
盤改良剤としてはセメントモルタル系注入剤をそれぞれ
用いるのが望ましい。本発明は、上記第１工程に先行し
て、地盤にガイド穴を削孔する削孔工程を設け、第１工
程を前記ガイド穴に沿って実行するようにしても良いも
のである。本発明はまた、芯材の先端部に高圧水または
圧縮エアを噴出するノズルを設け、第１工程を実行する
際、前記ノズルから高圧水または圧縮エアを噴出して、
芯材内にその先端から後端へ向かう流体の流れをつく
り、この流体の推進力を利用して余剰スライムを地上へ
排出するようにしても良いものである。本発明におい
て、上記芯材の種類は任意であり、例えば鋼管や繊維強
化プラスチックチューブを用いることができる。また、
この芯材の外表面には、凹凸を設けておくのが望まし
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１０】図１は、本発明の第１の実施の形態を示し
たものである。本発明の実施に際しては、鋼管（芯材）
１と先端に噴射ノズル２を設けた注入ロッド３とを用意
する。鋼管１には、図２および３に示すように、予めそ
の外表面に複数の環状突起４を設けると共に、その管壁
に軸方向および円周方向に配列して複数の逆止弁５を設
けておく。環状突起４は、例えばリング状部材を鋼管１
に嵌合して溶接固定することにより設けることができ
る。また逆止弁５としては、例えば特開平６−２２８９
４０号公報に記載のものを用いることができる。このも
のは、径方向に横断する係止片６ａを有する環状の支持
体６とこの支持体６内に嵌装された弾性変形可能な円板
状の弁体７とからなり、鋼管１に開けた段付きの貫通孔
８に嵌着されている。逆止弁５は、その弁体７の周縁部
を貫通孔８内の段差に着座させることで、外部から鋼管
１内への土砂の流入を規制し、一方、鋼管１にかかる内
圧でその弁体７を外方へ弾性変形させることで、貫通孔
８を開くようになっている。なお、噴射ノズル２の先端
には削孔ビット９を設けるのが望ましい。

【００１１】施工に際しては、図４に示すように、事前
に自走式掘削機械１０のリーダー１１に連動可能に装着
された２つの回転ユニット１２，１３に鋼管１と注入ロ
ッド３とを支持させる。この時、鋼管１に挿入した注入
ロッド３先端の噴射ノズル２が鋼管１の先端から突出す
るように両者を位置決めし、打込方向前側の回転ユニッ
ト１２に鋼管１の後端部を、打込方向後側の回転ユニッ
ト１３に注入ロッド３の中間部をそれぞれ支持させる。
なお、鋼管１はリーダー１１の先端部に設けたガイド１
４にも支持させる。また、注入ロッド３の後端にスイベ
ル１５を取付けると共に、このスイベル１５にグラウト
ポンプ（図示略）から延ばしたホース１６を接続する。

【００１２】上記準備完了後、掘削機械１０のアーム１
０ａの操作でリーダー１１を地盤Ａ上に垂直に立て、前
記回転ユニット１２，１３の作動により鋼管１と注入ロ
ッド３とを相互に逆方向へ回転させながら一体的に地盤
Ａ中に打込む。そして、図１に示すように注入ロッド
３の先端が地表から所定距離Ｌ₁ だけ貫入した時点で、
注入ロッド３内にホース１６およびスイベル１５を通じ
てセメントミルク系注入剤（地盤改良剤）を圧送する。
すると、このセメントミルク系注入剤は注入ロッド３の
先端の噴射ノズル２から、注入ロッド３と直角方向へジ
ェット流として噴射され、注入ロッド３の周りの土砂が
セメントミルク系注入剤と攪拌混合される。この攪拌混
合により、注入ロッド３の周りには所定の径Ｄを有する
円柱状の混合層１７が形成され、この混合層１７は、注
入ロッド３の貫入に応じて次第に下方へ拡張し、これと
共に鋼管１がこの混合層１７内に貫入する。

【００１３】次に、所定の深度Ｌ₂ にわたって混合層１
７が形成されたら、図１に示すように注入ロッド３を
鋼管１から引抜き、代わりに、同図に示すように鋼管
１内にその先端側まで注入機１８を挿入する。注入機１
８としては、例えば前記特開平６−２２８９４０号公報
に記載のものを使用することができる。このものは、図
５にも示すように、拡縮可能な上下一対の膨出体（ゴム
製）１９と、この膨出体１９を拡縮させる駆動手段（図
示略）とを備えており、その一対の膨出体１９を膨出変
形させることにより鋼管１内の任意の位置に固定可能と
なる。注入機１８には、地上から延ばした注入管２０を
通じてセメントモルタル系注入剤（地盤改良剤）が圧送
されるようになっており、このセメントモルタル系注入
剤は、注入機１８の開口２１から一対の膨出体１９の間
に形成される密閉の圧力室２２内に噴出する。

【００１４】次に、図１に示すように、鋼管１の先端
側から所定のピッチで上記注入機１８を引上げ、各引上
げ位置で駆動手段により一対の膨出体１９を膨出変形さ
せて圧力室２２を形成し、この圧力室２２に注入管２０
を通じてセメントモルタル系注入剤を圧送する。する
と、この圧力室２２内の圧力により鋼管１に設けた逆止
弁５が開弁し、鋼管１の周りの混合層（１次混合層）１
７内にセメントモルタル系注入剤が２次注入される。こ
の結果、図１およびに示すように鋼管１の周りには
鋼管１に密着する状態で２次混合層２３が形成され、こ
の２次混合層２３は、注入機１８の引上げに応じて次第
に上方へ拡張する。そして、１次混合層１７の長さＬ₂
範囲に対して前記２次注入を完了したら、注入機１８を
鋼管１から引抜き、各混合層１７、２３の硬化を待つ。

【００１５】これにより鋼管１の周りには、図１に示
すように１次混合層１７が硬化した１次改良体２４と２
次混合層２３が硬化した２次改良体２５とが多重に形成
され、鋼管１が強固な改良層内に埋設されることにな
る。しかも２次注入に用いたセメントモルタル系注入剤
は、ブリージングを起しにくいので、２次改良体２５と
鋼管１との間の接着力が著しく増大し、地盤改良層の支
持力が著しく増大するようになる。本第１の実施の形態
においては特に、鋼管１の外表面に環状突起４を設けて
いるので、２次改良体２５と鋼管１との間の接着力がよ
り一層増大する。また、１次混合層１７の形成を地表か
ら距離Ｌ₁ だけ下降した位置からスタートさせたので、
混合層１７の形成に用いられるセメントミルク系注入剤
がブリージンを起しても、鋼管１からの２次注入によっ
て再充填され、安全性が高まる。

【００１６】ここで、上記鋼管１の外表面には、上記環
状突起４に代えて、例えば図６〜８に示すように環状溝
４ａ（図６）、球面状突起４ｂ（図７）、あるいはスプ
ライン状歯４ｃ（図８）等の種々の凹凸を設けることが
できる。何れの場合も、鋼管１と改良体との間の接着力
がより一層増大し、地盤改良層の支持力が高まる。

【００１７】なお、上記１次混合層１７の形成に際して
は、セメントミルク系注入剤に水またはエアを混ぜてこ
れらを同時噴射するようにしても良く、この場合は、セ
メントミルク系注入剤の噴射範囲が拡大して、同じ噴射
圧力でもより大径の１次混合層１７を形成することがで
きる。また、２次注入するセメントモルタル系注入剤に
凝固促進剤を混入するようにしても良く、この場合は、
２次混合層１７が速やかに固まるので、工期の短縮を図
ることができる。また、最終的に鋼管１内に鋼材などの
補強材を充填するようにしても良く、これにより支持力
はより一層増大する。さらに、上記鋼管１および注入ロ
ッド３は、それぞれ継ぎ足しながら長さを延ばしても良
いもので、この場合は、より深くまで地盤改良すること
ができる。

【００１８】図９は、本発明の第２の実施の形態を示し
たものである。本第２の実施の形態の特徴とするところ
は、注入ロッド３からセメントミルク系注入剤を高圧噴
射して混合層１７を形成しながら鋼管１と注入ロッド３
とを一体的に地盤Ａへ貫入する工程（第１工程）に先行
して削孔工程を設けた点にある。この削孔工程は、図９
およびに示すように、杭体とすべき鋼管１内に、先
端に偏心拡張ビット２６を有する削孔ロッド２７を挿入
し、削孔ロッド２７の回転により削孔を行いながら鋼管
１を沈下させる工程（）と、鋼管１を所定深度まで沈
下させた後、削孔ロッド２７と共に鋼管１を引抜く工程
（）とを含んでいる。この削孔工程により地盤Ａに
は、鋼管１の直径よりわずか大きな口径を有するガイド
穴２８が形成される。

【００１９】本第２の実施の形態では、この後、前記ガ
イド穴２８に沿って上記第１の実施の形態と同じ工程を
実行する。すなわち、鋼管１と注入ロッド３とを前記ガ
イド穴２８に沿って貫入して１次混合層１７を形成し
（）、鋼管１を所定深度まで貫入した後、注入ロッド
３を鋼管１から引抜き（）、その後、鋼管１内に注入
機１８を挿入して鋼管１の周りに２次混合層２３を形成
する（）。本第２の実施の形態においては、事前に形
成したガイド穴２８に沿って注入ロッド３と鋼管１とを
貫入するので、これらの地盤中への貫入が極めて簡単と
なり、地盤改良の作業性が向上する。また、削孔工程に
おいては鋼管１をそのまま用いるので、無駄がない。な
お、このガイド穴２８を形成する方法は任意であり、偏
心拡張ビット２６を用いない他の方法を採用することが
できる。

【００２０】ところで、上記したように注入ロッド３の
先端の噴射ノズル２から地盤改良剤を高圧噴射して１次
混合層１７を形成する際、余剰スライムが鋼管１とその
周りの地盤層との間の隙を通じて地上へ排出されるが、
粘性土地盤を対象とし、あるいは斜め乃至水平施工を行
う場合に、この余剰スライムの排出が困難になり、１次
混合層１７の安定形成が困難になることがある。

【００２１】図１０〜１３は、上記した余剰スライム対
策を含む第３の実施の形態を示したものである。本第３
の実施の形態においては、余剰スライムを鋼管１内を通
じて強制的に地上へ排出することを意図して、打設すべ
き鋼管１の後端に後述のマスタカップリング３０と、排
泥スイベル３１と延長管３２とを順に接続し、さらに鋼
管１内に配管ユニット３３を配設している。配管ユニッ
ト３３は、図１３に良く示されるように、先端に上向き
ノズル３４を有する複数（ここでは２本）の流体管３５
と、これら流体管３５を位置固定する外接リング３６お
よび内接リング３７と、流体管３５の基端（ノズル３４
を設けた側と反対側）に接続されたリング状の中空ヘッ
ダ３８とからなっている。外接リング３６の内径は鋼管
１の内径とほぼ同じ値に設定され、また内接リング３７
の外径は鋼管１の内径から流体管３５の直径の２倍強を
差引いた値に設定されおり、したがって流体管３５は、
配管ユニット３３を鋼管１内に挿入した状態で鋼管１の
内面に沿って延ばされるようになる。この配管ユニット
３３は、図１２に示すように、その外接リング３６を鋼
管１の後端に当接させるまで鋼管１内に挿入され、この
状態でノズル３４が鋼管１の先端開口のわずか内側に上
向きに位置決めされるようになる。

【００２２】一方、マスタカップリング３０は、図１１
および１２に良く示されるように、その内面の長手方向
中間部に環状突起３９を有すると共に、この環状突起３
９の前・後部に雌ねじ部４０，４１を設けている。マス
タカップリング３０は、一方のめねじ部４０を鋼管１の
後端部外周に設けた雌ねじ部１ａに螺合させることによ
り該鋼管１に一体化されている。しかして、このマスタ
カップリング３０の環状突起３９の片面には環状溝４２
が設けられており、前記したようにマスタカップリング
３０を鋼管１にねじ込んだ状態において、その環状溝４
２に上記配管ユニット３３の中空ヘッダ３８が嵌入され
るようになっている。なお、マスタカップリング３０に
は、前記環状溝４２を後端に連通する連通路４３が設け
られている。

【００２３】一方、マスタカップリング３０の他方の雌
ねじ部４１には、前記延長管３２が螺合接続されるよう
になっており、この延長管３２には、マスタカップリン
グ３０の後端に連接する状態で前記排泥スイベル３１が
外装されている。延長管３２には排泥スイベル３１に臨
んで貫通孔４４が設けられると共に、その内部には注入
ロッド３を摺動自在に案内しかつ前記貫通孔４４より上
側通路を閉じる遮へい板４５が内装されている。また、
排泥スイベル３１には、図１１に示すように、前記延長
管３２の貫通孔４４に通じる排泥口４６と前記マスタカ
ップリング３０の連通路４３に通じる水またはエア供給
口４７が設けられ、排泥口４６には貯泥池から延ばした
排泥ホース４８が、水またはエア供給口４７には高圧ポ
ンプまたは空気圧縮機から延ばした圧送管４９がそれぞ
れ接続されるようになっている。なお、鋼管１を回転さ
せるための回転ユニット１２は、延長管３２を把持する
ようになっている。

【００２４】本第３の実施の形態においては、注入ロッ
ド３の先端の噴射ノズル２から地盤改良剤を高圧噴射し
て１次混合層１７を形成する際、圧送管４９、排泥スイ
ベル３１、マスタカップリング３０の連通路４３を通じ
て流体管３５に高圧水または圧縮エアを供給する。する
と、この高圧水または圧縮エアは、流体管３５の先端の
ノズル３４から鋼管１の先端開口のわずか内側に上向き
に噴射され、鋼管１内に地盤改良剤の噴射で発生した余
剰スライムは、鋼管１の先端開口から鋼管１内に流入
し、エゼクタまたはエアリフトの効果で鋼管１内を上昇
する。そして、この鋼管１内を上昇した余剰スライム
は、延長管３２の貫通孔４４から排泥スイベル３１内に
流入し、その排泥口４６から排泥ホース４８を経て図示
を略す貯泥池へ排出される。この時、余剰スライムの排
出量は、ノズル３４に供給する高圧水または圧縮エアの
圧力を制御して調整し、これにより１次混合層１７が安
定して形成されるようになる。

【００２５】そして、上記一次混合層１７を形成した後
は、マスタカップリング３０をねじ回して、該マスタカ
ップリング３０、延長管３２および排泥スイベル３１を
含む上部分を鋼管１から取外す共に、注入ロッド３と一
体的にこれらを上方へ持上げ、鋼管１の内部の配管ユニ
ット３３を鋼管１から引抜く。その後は、上記第１、第
２の実施の形態と同様に鋼管１内に前記注入機１８を挿
入して鋼管１の周りに２次混合層２３を形成する。ここ
で、図１１に示すように鋼管１の先端に内外径に拡がり
を有する削孔ビット５０を取付けておくことにより、鋼
管１を貫入する際、鋼管１内に侵入する土砂にノズル３
４が直接当ることがなくなり、その損傷を未然に防止す
ることが可能になる。なお、本第３の実施の形態におい
て、ノズル３４を含む流体管３５を鋼管１の内部に配置
するようにしたが、本発明は、該流体管３５を鋼管１の
外面に沿わせて位置固定的に設けても良いものである。
ただし、この場合は、消耗品として鋼管１と共に地盤Ａ
内に残すこととなる。また、この流体管３５は、より多
数設けて高圧水用と圧縮エア用とに分けて用いても良
い。

【００２６】上記３つの実施の形態においては、１本の
鋼管（芯材）周りの地盤改良について述べたが、地盤改
良層が相互にラップするように縦横に本工法を実施すれ
ば、所定範囲の地盤を改良できることはいうまでもな
い。また、地盤改良層を相互にラップさせながら本工法
を一方向へ連続に実施すれば、強度的に優れた土留壁や
止水壁の造成が可能になる。また、芯材としての鋼管１
は、周りの改良体との接着により押込力に対してはもと
より引抜力に対しても大きな抵抗となるので、そのまま
基礎杭としての利用が可能になる。さらに、本発明は、
上記２つの実施の形態における鋼管１を繊維強化プラス
チックチューブに代えても良いものであるが、この場合
は、鋼管１と同様に芯材として十分なる強度を有するこ
とはもとより、一旦形成した地盤改良層を後に掘削する
際、その掘削が容易になる。

【００２７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る地盤改良工法によれば、高圧噴射攪拌工法により形
成した改良体で芯材を包み、かつ芯材を通して２次注入
した地盤改良剤で前記改良体と芯材との間の接着力を高
めるようにしたので、改良地盤の支持力を著しく増大せ
しめる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を工程順に示す断面
図である。

【図２】本発明で用いる鋼管の表面状態の一例を示す斜
視図である。

【図３】本発明で用いる逆止弁の構造の一例を示す断面
図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態における鋼管および
注入管の打込み状態を示す正面図である

【図５】本発明で用いる注入機の構造の一例を示す模式
図である。

【図６】本発明で用いる鋼管の表面状態の他の例を示す
斜視図である。

【図７】本発明で用いる鋼管の表面状態の、さらに他の
例を示す斜視図である。

【図８】本発明で用いる鋼管の表面状態の、さらに他の
例を示す斜視図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態を工程順に示す断面
図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態における鋼管およ
び注入管の打込み状態を示す正面図である

【図１１】本第３の実施の形態で用いる鋼管の内部およ
び上部構造を示す断面図である。

【図１２】本第３の実施の形態で用いる鋼管の内部およ
び上部構造を拡大して示す断面図である。

【図１３】本第３の実施の形態で用いる配管ユニットの
構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１鋼管（芯材）２噴射ノズル３注入ロッド４鋼管の外表面の突起（凹凸）５逆止弁１０打込機械１２回転ユニット１３回転ユニット１７１次混合層１８注入機２３２次混合層２４１次改良体２５２次改良体２６削孔ビット２８ガイド穴３０マスタカップリング３１排泥スイベル３２延長管３３配管ユニット３４ノズル３５流体管Ａ地盤

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中空の芯材に挿入した注入ロッドを回転
させながら、前記注入ロッドの先端の噴射ノズルから該
注入ロッドと直角方向へ地盤改良剤を高圧噴射して、該
注入ロッドと一体的に芯材を地盤中に貫入する第１工程
と、前記芯材から注入ロッドを引抜き、代わりに注入機
を芯材内に挿入して、該注入機を芯材の軸方向へ所定ピ
ッチで送りながら各送り位置で注入機に地盤改良剤を圧
送し、この地盤改良剤の圧力により芯材に設けた逆止弁
を開いて芯材の周りに地盤強化剤を２次注入する第２工
程とを含むことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】第１工程の地盤改良剤としてセメントミ
ルク系注入剤を、第２工程の地盤改良剤としてセメント
モルタル系注入剤をそれぞれ用いることを特徴とする請
求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】第１工程に先行して、地盤にガイド穴を
削孔する削孔工程を設定し、第１工程を前記ガイド穴に
沿って実行することを特徴とする請求項１に記載の地盤
改良工法。
【請求項４】芯材の先端部に高圧水または圧縮エアを
噴出するノズルを設け、第１工程を実行する際、前記ノ
ズルから高圧水または圧縮エアを噴出して、芯材内にそ
の先端から後端へ向かう流体の流れをつくり、この流体
の推進力を利用して余剰スライムを地上へ排出すること
を特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項５】芯材として、鋼管を用いることを特徴と
する請求項１〜４の何れか１項に記載の地盤改良工法。
【請求項６】芯材として、繊維強化プラスチックチュ
ーブを用いることを特徴とする請求項１〜４の何れか１
項に記載の地盤改良工法。
【請求項７】芯材の外表面に凹凸を設けることを特徴
とする請求項５または６に記載の地盤改良工法。