JP6162053B2 - 高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法 - Google Patents
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- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Description
図9(a)に示すとおり、地盤改良体の造成位置の中心に施工機6を据え付け、該施工機に噴射管7をクレーンにより吊って建て付ける。そして、噴射管7の先端から削孔水を吐出させつつ、施工機6によって噴射管7を回転させながら地盤中の計画深度まで挿入する。
噴射管7を計画深度まで挿入したら、噴射管の回転速度(s/回転)と引き上げ時間(s/m)を設定し、硬化材の噴射を開始する。これにより、噴射管先端にある噴射ノズルから硬化材が高圧噴射されるので、その硬化材噴流の強力なエネルギーによって原地盤が切削される。
設定した回転速度で噴射管7を回転させることで、高圧噴射された硬化材の噴射流によって地盤が切削されるとともに、原土と硬化材が強制的に撹拌混合される。そして、最初のステージにおける改良体の部分的造成が完了したら、施工機を作動させて噴射管を第二ステージ、第三ステージ、…へと段階的にステップアップさせる。例えばステップ長(1ステップ当たりの長さ)は25mmに設定され、1m当たりステップ数は40ステップに設定される。このように、各ステージにおいて噴射管を設定速度で回転させながら、噴射ノズルから硬化材を高圧噴射し、設定した引き上げ時間に従って噴射管を段階的にステップアップさせることで、略円柱状の改良体を造成することができる。
所定の改良範囲で改良体を造成した後、噴射管7を地上まで引き抜いて、管内を清水により洗浄する。
(1)ジェットグラウト工法の設計基準値(改良径,設計基準度)は、各工法で予め決められた施工仕様(噴射圧力、吐出量、引き上げ時間など)に基づいて造成された改良体から得られたほぼ最低保証値を示したものである(個々の工事において対象土質、硬化材吐出量の違いによる設計基準値の見直しは行われない)。
(2)改良対象土に対する水および改良材の配合量を明確に定義できない(排泥量およびその濃度、改良径の違い等により、必ずしも吐出量=混合量とならない)。
(1) 引き上げ時間vおよびステップ長Lst(1m当たりステップ数Nst)から
ステップ当たり時間Tstが決まる。(Tst=v/Nst=v×Lst)
(2) ステップ当たり時間Tst、切削回数Ncおよびノズル数Nnから
回転速度Tr(または回転数Nr)を求める。(Tr=Tst×Nn/Nc)
つまり、引き上げ時間、ステップ長、ノズル数はあらかじめ設定された値であり、回転数(または回転速度)はこれらの設定値から算定された計算値となる。
固化材は、例えばセメントや混和剤などで構成されている。
次に、本実施形態における高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法について説明する。
本実施形態における施工仕様の設定方法は、図1に示すとおり、主なプロセスとして、「事前確認」、「試験施工」、「仕様決定」の3つのプロセスを含んでいる。
「試験施工」のプロセスでは、噴射管から高圧噴射される硬化材による地盤切削状態をモニタリングして、所望の改良径が確保されるような噴射管の回転速度Tr等を決定する。
「仕様決定」のプロセスでは、噴射管の回転速度Trとステップ当たり切削回数Ncに基づいて、ステップ当たり時間Tstを確認し、このステップ当たり時間Tst(又は前記最小値Tst(min))とステップ長Lstに基づいて、噴射管の引き上げ時間vを決定する。
はじめに、配合試験を実施して<図1の手順S11>、目標強度を達成するための「改良体体積当たりの固化材量Cclm」を求める<S13>。
Vjg=Cclm×Vclm/(C−Cclm)
※ Cclm=C×Vjg/(Vclm+Vjg)
Tst(min)=Vjg×Lst/Q=Vjg/(Q×Nst)
一方、本実施形態の場合では、図3に示すように、排泥量を考慮しつつ、改良体体積に占める固化材の量が所定の割合(設計強度を満たす割合)になるように、配合比率を決定する。
本願出願人の実験によれば、噴射管の回転速度Tr(回転数Nr)が、その噴射ノズルからの硬化材噴流による地盤切削距離(切削径)に影響を及ぼすことが確認されている。
すなわち、図5(a)に示すように噴射管7が無回転の状態において、硬化材を噴射させた場合には、噴射管7から遠ざかるにつれて切削エネルギー(放射方向のベクトル)は小さくなるが、一定の地盤切削距離は確保される。図5(b)に示すように噴射管7を回転させながら噴射させると、回転の影響で回転方向の力(同心円方向のベクトル)が作用して、その合力である見かけ上の硬化材噴流は次第に横向きになってゆき、噴射管7から遠ざかるにつれて切削エネルギーが減衰する。そのため、図5(a)の無回転状態と比べて、図5(b)の回転状態の地盤切削距離は短くなる。
さらに、図5(c)に示すように噴射管7を更に高速で回転させると、図5(b)の低速回転状態と比べて地盤切削距離がより一層短くなる。
したがって、噴射圧力P (MPa)と硬化材吐出量Q (m3/s)が一定に保持された状況下で、噴射管7の回転速度Tr (s/回転)を変えると、その変化量に応じて硬化材噴流による地盤切削距離が変わるので、回転速度を調節することで地盤切削距離(すなわち改良径)をコントロールできることが分かる。
本発明では、噴射管から高圧噴射される硬化材による地盤切削状態をモニタリングし、所望の改良径が確保されるように噴射管の回転速度をリアルタイムで調節して最適値に設定する。或いは、所望の改良径及び改良体強度が確保されるように、噴射管の回転速度をリアルタイムで調節してそれぞれを最適値に設定する。
かかる地盤切削状態のリアルタイムでのモニタリングを行うために、図6及び図7に示すモニタリング装置1を用いる。
図6は、モニタリング装置1を用いた計測時の様子を示している。
図7は、モニタリング装置1を用いた試験施工全体の様子を示している。
・計測センサー21を備えた下限値測定用計測管24(建込み管)と、
・計測センサー31を備えた上限値測定用計測管34(建込み管)と、
・計測センサー21,31を前記計測管内に吊り下げる吊りケーブル22,32と、
・この吊りケーブルを介して計測センサー21,31を上げ下げするための巻上げ装置25,35と、
・計測センサー21,31によって計測されたデータを記録するとともに当該計測データを利用して情報処理などを行う情報処理装置4を有している。
上限値測定用計測管34は、設計改良径の上限値を2rBに設定した場合に、造成予定の改良体中心から距離rBを隔てた位置に挿入される。ここでいう上限値とは、施工において許容される設計改良径の上限値である。
なお、設計改良径の下限値2rAと上限値2rBは特に限定されるものではなく、地盤条件等に応じて任意の値に設定することができる。
次に、図1及び図7に基づいて、上記構成のモニタリング装置1を用いた試験施工の具体的手順について説明する。
逆に、噴射管先端の噴射ノズルからの硬化材噴流5が下限値測定用計測管24の計測センサー21の地点に到達していなければ、その地点の地盤は切削崩壊しておらず、また下限値測定用計測管24に硬化材噴流5が当たらないので、その計測センサー21で計測される音量レベルは低いままとなる。したがって、このときの音量レベルから、硬化材噴流5による地盤切削距離が下限値rAを下回っていることを判断できる。
そして、地盤切削距離が下限値rAを下回っているときには、たとえば噴射管7の回転数を下げることで、地盤切削距離を延ばすことができる(図5(c)→(b)の関係を参照)。あるいは、回転数を維持したままで、噴射圧力と硬化材吐出量を上げることによっても、地盤切削距離を延ばすことができる。したがって、噴射管7の回転速度を調節することで、地盤切削距離を延ばすことができるとともに、改良径及び/又は改良強度を最適化できる。
逆に、噴射管先端の噴射ノズルからの硬化材噴流5が上限値測定用計測管34の計測センサー31の地点に到達していれば、その地点の地盤は切削崩壊しており、また上限値測定用計測管34に硬化材噴流5が当たり、その計測センサー31で計測される音量レベルが高くなる。したがって、このときの音量レベルから、改良径が上限値rBを上回っていることを判断できる。
そして、地盤切削距離が上限値rBを上回っているときには、たとえば噴射管7の回転数を上げることで、地盤切削距離を抑えることができる(図5(c)→(b)の関係を参照)。したがって、噴射管7の回転速度を調節することで、地盤切削距離を抑えることができるとともに、改良径及び/又は改良強度を最適化できる。
次に、図1に基づいて、上述した試験施工のプロセスに続く仕様決定のプロセスについて説明する。
Vclm=rB 2(またはrA 2)×π×1 ・・・ (1)
Tst=Tr×Nc/Nn ・・・ (2)
手順S31で求めたステップ当たり時間Tstが、手順S17で求めたステップ当たり時間の最小値Tst(min)よりも大きい場合は<S33のYes>、ステップ当たり時間としてTstの方を採用する<S37>。
一方、手順S31で求めたステップ当たり時間Tstが、手順S17で求めたステップ当たり時間の最小値Tst(min)よりも小さい場合は<S33のNo>、ステップ当たり時間としてTst(min)を採用する。このとき、回転速度Trは、前記試験施工の手順S27で求めた値とし、Tst(min)=Tr×Nc/Nn が満たされるように切削回数Ncを増やす<S35>。
v=Tst/Lst=Tst×Nst ・・・ (3)
1m当たりの噴射量Vjgの算出は次式(4)による。
Vjg=Q×v ・・・ (4)
上述した実施形態は一例であって、特許請求の範囲に記載の本発明には、様々な応用例が含まれる。例えば、改良体強度を更に高めるために、硬化材中の固化材量Cを増やして、改良体体積当たりの固化材量の増やすことも可能である(図3参照)。また、ステップアップによる硬化材の噴射を複数回繰り返して、改良体体積当たりの固化材量の増やしてもよい。なお、複数回噴射時の配合比率の考え方は図4に示すとおりである。
4 情報処理装置
5 硬化材噴流
6 施工機
7 噴射管
21 計測センサー
22 吊りケーブル
24 下限値測定用計測管(建込み管)
25 巻上げ装置
31 計測センサー
32 吊りケーブル
34 上限値測定用計測管(建込み管)
35 巻上げ装置
Claims (5)
- 噴射管を段階的にステップアップさせる高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法において、
噴射管から高圧噴射される硬化材による地盤切削状態をモニタリングして、所望の改良径及び改良体強度が確保されるように、前記噴射管の回転速度を決定し、
決定された前記噴射管の回転速度と、ステップ当たり切削回数に基づいて、ステップ当たり時間を決定し、
前記所望の改良径は、予め地中に設置した下限値測定用計測管および上限値測定用計測管の範囲の内の径である、ことを特徴とする高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。 - 前記下限値測定用計測管は、下限値又はそれを上回る改良径が確保されているか否かをリアルタイムで判断するために用いられ、
前記上限値測定用計測管は、上限値又はそれを下回る改良径が確保されているか否かをリアルタイムで判断するために用いられる、ことを特徴とする請求項1に記載の高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。 - 土層又は深度ごとに前記モニタリングを行って、土層又は深度ごとに前記噴射管の回転速度を決定する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。
- 決定された前記噴射管の回転速度に基づいて施工した場合に、造成する改良体の体積当たりの固化材量が所望量に至るように、ステップ当たり時間を決定する、ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。
- 前記ステップ当たり時間とステップ長に基づいて、噴射管の引き上げ時間を決定する、ことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。
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