TWI665360B - Construction method of high-pressure jet mixing method, site improvement body and manufacturing body - Google Patents

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Abstract

提供一種在不縮窄製造的改良體的間距下儘可能減少超過有效壁厚之多餘的部分，且於製造改良體時的機械控制簡單之施工方法。
在利用高壓噴射攪拌工法製造以複數根的改良體構成的製造體之情況，以由組合直徑相異的複數種(較佳為2至5種左右)扇形之形狀來構成改良體的剖面形狀之方式製造各改良體。改良體的剖面形狀係由小徑的扇形和大徑的扇形至少2種組合所構成，具有小徑的扇形構成的小徑部及大徑的扇形構成的大徑部，相對於有效壁厚從最小徑的扇形決定中心角。在製造改良體時，透過使噴射管的旋轉數呈間斷地變化而控制該改良體的直徑。此際，亦可監控利用被高壓噴射之改良材進行之地盤切削狀態，確認改良體直徑、有效壁厚。

Description

高壓噴射攪拌工法的施工方法、地盤改良體及製造體
本發明係有關一種利用高壓噴射攪拌工法(所謂的噴射灌漿(jet grout)工法)製造地盤改良體之方法、由製造的複數根的地盤改良體的組合構成的製造體之方法、及地盤改良體及製造體的構造。
高壓噴射攪拌工法，係為一般藉由從安裝於噴射管前端的噴嘴將改良材(硬化材)和空氣往水平方向噴射以切削地盤並將土和改良材混合攪拌之地盤改良工法。通常係使***地盤的狀態之噴射管旋轉，按每一定時間階段性地一次上拉數cm(亦即使上升)藉以製造大致圓柱狀的大口徑改良體。圖20表示高壓噴射攪拌工法之程序的概要。
<工程a>
如圖20(a)所示那樣，於地盤改良體的製造位置的中心裝置施工機6，利用吊車吊掛噴射管7並安裝於該施工機。接著，使削孔水從噴射管7的前端吐出並利用施工機6使噴射管7一邊旋轉一邊***至地盤中的計劃深度為止。
<工程b>
將噴射管7***至計劃深度為止後，設定噴射管的旋轉 數(rpm)和吊起時間(s/m)，開始噴射改良材。藉此，由於改良材從位在噴射管前端的噴嘴被高壓噴射，故藉其改良材噴流的強力能量切削原地盤。
<工程c>
以設定的旋轉數使噴射管7旋轉，藉高壓噴射的改良材之噴射流切削地盤並使原土與改良材被強制地攪拌混合。接著，在最初階段中之改良體的部分的製造完了之後，使施工機作動讓噴射管以第二階段、第三階段、…階段性地上升。例如階長(每1階的長度)設為25mm，每1m的階數設為40階。如此，於各階段使噴射管以設定速度一邊旋轉一邊從噴嘴高壓噴射改良材，隨著所設定之吊起時間使噴射管階段地上升，藉此可製造大致圓柱狀的改良體。
<工程d>
在既定的改良範圍製造改良體後，將噴射管7抽出到地上，以清水洗淨管內。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平2-27015號公報
高壓噴射攪拌工法(噴射灌漿工法/JG工法)係使噴射管一邊旋轉一邊噴射漿體狀的改良材，故而圓形形狀為基本。此外，如全面改良般進行100%改良之情 況(例如底盤改良等)，進行圓形形狀的重疊配置之施工(圖21(a))。
但是，在進行防護擋土牆缺損部時的壁狀配置(圖21(b))、進行液狀化對策時的格子狀配置(圖21(c))之情況，在圓形形狀中相對於有效壁厚(設計上設為必要的壁厚)會產生多餘的部分。
特別是，埋設管之直徑越大，相對於有效壁厚之必要的改良體之直徑變越大，不要的部分變多。不要的部分變多時，材料費、排泥費變多、環境負荷亦變大。
又，伴隨著上述的增加，施工所需的工期亦變長。
又，在防護擋土牆缺損部的情況，雖留下壁狀的部分進行掘削，但此時當不要的改良體變多，不僅掘削效率會降低，產業廢棄物處理費需求亦變多，招致施工費增大、環境負荷增大。
為解決上述問題，如圖22所示，探討了一種一邊使噴射管搖動一邊噴射漿體狀的改良材以構築壁狀、格子狀、扇形狀的改良體。
然而，在構築圖22所示那樣的壁狀、格子狀、扇形狀的改良體時，會產生所謂在中心部(要的部分)變得無法確保必要的壁厚之問題。
於是，檢討透過構築如圖23所示橢圓形狀的改良體，在中心部(要的部分)一邊確保必要的壁厚(有效壁厚)一邊減少不要部分的面積(體積)。橢圓形狀的改良體，如圖24所示，係可藉由使噴射改良材之噴射管的旋轉數「連續地變化」而製造。
將改良體設成橢圓形狀之情況，最大徑係依各噴射灌漿工法的能力所決定。此時，有必要縮短間距(配置間隔)(圖25中L2<L1)以確保必要的壁厚。亦即如圖25所示，在將以往製造成圓形狀的改良體變更為橢圓形狀之情況，相對於在圓形狀的改良體的情況能確保壁厚t的間距(配置間隔)是L1，在橢圓形狀的改良體的情況則是L2(L2<L1)。
如此當間距(配置間隔)變短時，則施工根數增加。亦即，將改良體的形狀設為橢圓形狀，可減少不要部分的面積(超過有效壁厚t之部分的體積)，但間距變短會增加製造的根數，故而整體的施工費未必變少而亦有施工費依情況而增加。
又，在橢圓形狀的扁平率變大的情況，重疊寬度變大。於此情況，改良材噴流到達鄰接之改良體的中心(噴射位置)，成為所謂即便噴射改良材亦無法切削地盤的狀態(column-in-column)的風險變大，可能招致無法施加鄰接樁、變成小徑等之施工不良。
又，如圖24所示，為了在製造橢圓形狀的改良體之際使旋轉數「連續地變化」，需要用以控制施工機械的裝置。一般的鑽機以油壓控制者居多，故為連續地使旋轉數變化，必需連續地增減使用在旋轉用的油壓控制之油量，因而成為複雜構成之裝置(使閥無段開閉之裝置)。在油壓控制上，因油量依油溫而變化(因黏度會變化)，故需要因應於油溫、黏度而回饋閥之開閉量的計器、控制裝置。為此，因施工機械、設備的大型化、重量增 加、機械控制的複雜化而衍生施工效率大幅降低的問題。
有鑑於上述先前技術之問題點，本發明之目的在於提供一種在不縮窄製造之改良體的間距(配置間隔)下，能儘量減少超過有效壁厚之多餘的部分，且於改良體製造時的機械控制簡單之施工方法、地盤改良體、製造體。
這樣的目的係透過以下方式達成，即、利用以使噴射管一邊旋轉一邊噴射改良材之高壓噴射攪拌工法，且以將直徑相異的複數種扇形組合的形狀來構成改良體的剖面形狀之方式製造之方法，改良體的前述剖面形狀，係由小徑的扇形和大徑的扇形至少2種組合所構成，以在壁厚方向配置最小徑的扇形並在壁的延長方向依序成為大徑之方式配置前述複數種扇形。
上述施工方法中，以有效壁厚成為改良體的最大徑的0.7倍以下之方式製造改良體。
又，上述施工方法中，將改良體的最小徑設定成最大徑的0.2至0.8倍。
又，在上述施工方法中，在a：壁厚係數(有效壁厚/改良體的最大徑)
b：小徑係數(改良體的最小徑/最大徑)中將a/b設為0.9以下。
又，上述施工方法中，相對於有效壁厚，以從最小徑的扇形決定中心角，依序決定大徑的扇形的中心角者較佳。
「有效壁厚」是指，改良體所含有的最大矩形剖面( 改良體可含有的最大尺寸的剖面矩形區域)之短邊側的厚度。此處提及的剖面係水平方向的剖面。
又，上述施工方法中，在製造改良體時，以使高壓噴射攪拌工法所用的噴射管的旋轉數呈間斷地變化而控制改良體的直徑者較佳。
又，上述施工方法中，以改良體的前述剖面形狀係由將直徑相異的2至5種扇形組合的形狀所構成者較佳。
又，上述施工方法中，以監控利用從高壓噴射攪拌工法所用之噴射管高壓噴射之改良材進行之地盤切削狀態者較佳。
又，前述之目的係透過以下方式達成，即，利用上述施工方法製造以複數根的改良體構成的製造體。
又，前述之目的係透過以下方式達成，即，一種利用使噴射管一邊旋轉一邊噴射改良材的高壓噴射攪拌工法製造的地盤改良體，其剖面形狀係由組合直徑相異的複數種扇形之形狀所構成。
又，前述之目的係透過以下方式達成，即，一種利用使噴射管一邊旋轉一邊噴射改良材的高壓噴射攪拌工法所製造且為由複數根的地盤改良體的組合所構成之製造體，改良體的剖面形狀是由組合直徑相異的複數種扇形的形狀所構成，係將該改良體重疊配置複數根而成。
此外，在上述的地盤改良體及製造體中，改良體的前述剖面形狀係由小徑的扇形和大徑的扇形至少 2種組合所構成，且具有小徑的扇形構成的小徑部及大徑的扇形構成的大徑部。又以在壁厚方向配置最小徑的扇形並在壁的延長方向依序成為大徑之方式配置前述複數種扇形。
在此情況，以製造有效壁厚是改良體的最大徑的0.7倍以下者較佳。
又，以設定成改良體的最小徑為最大徑的0.2至0.8倍者較佳。
又，a：壁厚係數(有效壁厚/改良體的最大徑)
b：小徑係數(改良體的最小徑/最大徑)
以a/b為0.9以下者較佳。
高壓噴射攪拌工法(噴射灌漿工法)的最大徑係依各工法的規格(噴射壓力、吐出量、吊起速度、旋轉數等)來決定能力。於是，藉由將小徑之直徑、有效壁厚設為最大徑且無次元化，成為可評估各種壁厚、徑的組合。又，雖從壁厚與最大徑來決定間距(配置間隔)，但藉由間距亦用最大徑且無次元化的值(間距比)來表示，亦可評估column-in-column的風險。
有關本發明的施工方法，係利用使噴射管一邊旋轉一邊噴射改良體的高壓噴射攪拌工法，以將直徑相異的複數種扇形組合後的形狀(多扇形)構成改良體的剖面形狀之方式進行製造。
如此透過將改良體的剖面形狀以多扇形來構成，可減少多餘的部分的面積(超過有效壁厚t之部分的體積)。 亦即，剩餘率(不要部分的面積(體積)對改良體的有效面積(體積))比起圓形、橢圓形的情況還變得少，故而可大幅減少改良材的使用量、排泥量。亦即，噴射量比起圓形改良、橢圓改良還要減少，故而最後可大幅地縮減材料費、排泥費(產業廢棄物處理費)。
而且，用以製造具有有效壁厚的製造體之間距(配置間隔)因為和以往的圓形是相同間隔(圖1中L3=L1)，所以施工根數也可設成和以往的圓形改良體相同。亦即，如同橢圓改良，可在不增加削孔費下減低噴射量。又可減低column-in-column的風險。
如此依據本發明，可保持和製造圓形的改良體之情況同等的間距(配置間隔)並減少製造的改良體的多餘的部分的面積(超過有效壁厚t之部分的體積)。因此本發明可說是兼備在製造圓形的改良體之情況的優點(長的間距)及在製造橢圓形的改良體之情況的優點(多餘的部分的面積減少)兩種優點。
又，透過將改良體的剖面形狀設成多扇形，改良材的噴射時間變少且施工速度比以往還快速，每1根改良體的製造時間變短，可達成所謂縮短工期之特別效果。因此，依據本發明，可有效率地製造具備必要的壁厚之改良體，又可有效率地構築「由複數根的改良體所構成之製造體」。
又，例如，在製造小徑的扇形和大徑的扇形至少2種組合構成之多扇形改良體的情況，以依據有效壁厚從最小徑的扇形決定中心角，剩餘的部分依序成為大 徑的方式決定最大徑的扇形者較佳。藉此，可確實地製造滿足有效壁厚之多扇形改良體。
又本發明中，在製造多扇形改良體時，使噴射管的旋轉數「呈間斷地變化」以控制該改良體的直徑。如此透過使旋轉數呈間斷地變化，相較於連續地使旋轉數變化的情況(亦即製造橢圓形的改良體之情況)，在控制上簡單且裝置構成變簡單，故而可抑制施工機械、設備的大型化、重量增加，能防止施工效率降低。又，因為控制簡單且裝置構成簡單，所以對於既有的施工機械能透過簡單的改造來對應。
又本發明中，較佳為，以有效壁厚成為改良體的最大徑的0.7倍以下之方式製造改良體。又，較佳為，將改良體的最小徑設定成最大徑的0.2至0.8倍。
又，較佳為，a/b是成為0.9以下。於此情況，設成a：壁厚係數(有效壁厚/改良體的最大徑)，b：小徑係數(改良體的最小徑/最大徑)。
再者以成為a≒b2的方式設定者較佳。
透過以這樣的條件設定製造改良體，形成效率佳的形狀(相對於有效壁厚t多餘的面積(體積)少的形狀)。
又，較佳為，本發明中的多扇形改良體係由組合直徑相異的2至5種扇形之形狀所構成。透過採用這樣的形狀製造改良體，可在未使噴射管的旋轉數之控制複雜下減少多餘的部分的面積(超過有效壁厚t之部分的體積)。
此外，較佳為，由組合直徑相異的3種以上的扇形之 形狀來構成多扇形。藉此，能更減少多餘的面積(體積)。
又，更佳為，由組合3至5種扇形的形狀來構成多扇形。組合3至5種扇形的情況是實用的且剩餘率的減低幅度大，成為效率最佳的形狀(多餘的面積(體積)少的形狀)。
又本發明中，成為監控利用被高壓噴射之改良材進行地盤切削狀態。此監控係例如按土層或按深度來進行。藉此，可確認構成改良體的剖面形狀之各扇形直徑、有效壁厚，可製造按照設計的改良體及製造體。
又，依據本發明的地盤改良體及製造體，可大幅減少改良材的使用量、排泥量。亦即，因為噴射量比圓形改良、橢圓改良還要減少，所以最後可大幅縮減材料費、排泥費(產業廢棄物處理費)。
1‧‧‧監控裝置
4‧‧‧資訊處理裝置
5‧‧‧改良材噴流
6‧‧‧施工機
7‧‧‧噴射管
21‧‧‧計測感測器
22‧‧‧吊纜
24‧‧‧下限值測定用計測管(架設管)
25‧‧‧捲揚機
31‧‧‧計測感測器
32‧‧‧吊纜
34‧‧‧上限值測定用計測管(架設管)
35‧‧‧捲揚機
[圖1]表示將以有關本發明的實施形態製造的改良體和先前技術比較之圖。
[圖2]係將以有關本發明的實施形態製造的改良體的剖面形狀的一例之圖，表示由直徑相異的2種扇形組合構成之改良體。
[圖3]有關以本發明的實施形態製造的改良體的剖面形狀的一例之圖，表示由直徑相異的3種扇形組合構成之改良體。
[圖4]係以有關本發明的實施形態製造的改良體的剖面形狀的一例之圖，表示由直徑相異的4種扇形組合構成之改良體。
[圖5]係以有關本發明的實施形態製造的改良體的剖面形狀的一例之圖，表示由直徑相異的5種扇形組合構成之改良體。
[圖6]表示有關本發明的改良體及製造體的其他實施形態之圖。
[圖7]表示在改良體製造時之噴射管旋轉數的變化之圖表。
[圖8]表示有關本發明的製造體的一例之壁狀製造體的俯視圖，圖8(a)表示將大小2種扇形組合構成的改良體重疊配置複數根而成的壁狀製造體，圖8(b)表示將3種扇形組合構成的改良體重疊配置複數根而成的壁狀製造體，圖8(c)表示將改良體沿著圓形重疊配置複數根而成的俯視圓形的壁狀製造體。
[圖9]表示有關本發明的製造體的一例之面狀製造體的俯視圖，表示將大小2種扇形組合構成的改良體重疊配置複數根而成的面狀製造體。
[圖10]表示實施本發明時所用的監控裝置之構成例的圖。
[圖11]表示在有關剖面圓形的改良體(比較例1)的模擬之條件設定和結果之圖。
[圖12]表示在有關剖面橢圓形的改良體(比較例2)的模擬之條件設定和結果之圖。
[圖13A]表示在有關剖面多扇形的改良體(實施例)的模擬之條件設定和結果之圖。
[圖13B]表示在有關剖面多扇形的改良體(實施例)的 模擬之條件設定和結果之圖。
[圖13C]表示在有關剖面多扇形的改良體(實施例)的模擬之條件設定和結果之圖。
[圖14A]表示圖11至圖13所載之剩餘率〔剩餘量(Ajg-Aw)/壁面積Aw〕和壁厚係數a(a=t/D1)之關係的圖表。
[圖14B]表示從圖14A所圖示之結果中抽出有關圓形改良體(比較例1)和橢圓形改良體(比較例2)之結果的圖表。
[圖14C]表示從圖14A所圖示之結果中抽出有關圓形改良體(比較例1)和多扇形改良體(實施例)之結果的圖表。
[圖15]表示圖11至圖13所載之壁厚係數a(a=t/D1)和間距比(L/D1)之關係的圖表。
[圖16]表示圖11至圖13所載之壁厚係數a(a=t/D1)和根數比之關係的圖表。
[圖17]表示有關圖13B及圖13C所載之多扇形改良體(實施例)的小徑係數b(b=D2/D1)和剩餘率比之關係的圖表。
[圖18]表示有關圖13B及圖13C所載之多扇形改良體(實施例)的「壁厚係數a/小徑係數b」和剩餘率比之關係的圖表。
[圖19]表示有關圖13B及圖13C所載之多扇形改良體(實施例)的「小徑係數b的平方b2」和剩餘率比之關係的圖表。
[圖20]表示利用高壓噴射攪拌工法進行地盤改良的 樣子之工程圖。
[圖21]表示用高壓噴射攪拌工法製造的改良體的配置例之圖。
[圖22]表示用以往的高壓噴射攪拌工法製造的改良體的形狀之圖。
[圖23]表示用以往的高壓噴射攪拌工法製造的改良體的形狀之圖。
[圖24]表示在改良體製造時噴射管旋轉數之變化的圖表。
[圖25]表示用以往的高壓噴射攪拌工法製造的改良體的形狀之圖。
本申請案中，視需要將以高壓噴射攪拌工法製造的1根1根柱狀的地盤改良體稱為「改良體」。且將由重疊配置所製造之複數根的改良體構成之構造物稱為「製造體」。
就有關高壓噴射攪拌工法的本發明而言，係使噴射管旋轉同時高壓噴射改良材(硬化材)以製造設計形狀的改良體(地盤改良體)，將此過程改變削孔點並重複複數次，藉以製造以複數根的改良體所構成之製造體。製造體之具體例方面，例如，除了在後述的實施形態所舉出之壁狀製造體外，還可舉出面狀製造體、格子狀製造體等。
又，有關構成本發明的製造體之改良體的剖面形狀為，由組合直徑相異的複數種扇形的形狀所構成 。透過使這樣的改良體重疊配置複數根而構成製造體。所謂重疊配置是指使鄰接的改良體部分地搭接之配置。
在要製造構成製造體的改良體之際，如圖2至圖5所例示，以將直徑相異的複數種扇形以各個扇形的中心角部(要的部分)所組合的形狀來構成改良體的剖面形狀(剖面的輪廓形狀)之方式進行製造。此外，在如圖2(b)至圖5(b)例示的實施形態中，構成改良體的剖面形狀之扇形的中心角之和係360°。亦即，藉由中心角之和成為360°那樣的扇形組合，構成改良體剖面的輪廓形狀。但是中心角之和不限為360°，如圖6(a)所例示，因應施工條件也可適宜選擇小於360°的角度。又，如圖6(a)、圖6(b)、圖6(c)所例示，扇形組合不限為點對稱的形狀，可因應必要的壁厚、形狀作適宜選擇。
此外，將在本實施形態製造之改良體的剖面形狀(組合直徑相異的複數種扇形後之整體輪廓形狀)視需要稱為「多扇形」。多扇形(多風扇形狀)是意味著將複數種扇形組合所構成之形狀(輪廓形狀)。
以下，以利用高壓噴射攪拌工法製造壁狀製造體之情況作為具體例，針對本發明之具體的實施形態作說明。
(圖面所載之實施形態的說明)
圖1將在本實施形態製造的改良體與先前技術作比較。
圖1(a)、圖1(b)係和圖1所示之先前技術相同的剖面圖，圖1(c)係表示以本實施形態製造之改良體的剖面圖。
圖1所載之符號分別表示以下的尺寸。
t：有效壁厚(設計上設為最低限度的壁厚)
D1：圓形改良體之直徑，橢圓形改良體之長徑，多扇形改良體的最大徑部分的徑
D2：橢圓形改良體的短徑，多扇形改良體的最小徑部分的徑
L1：先前技術(圓形)的改良體的製造間距(配置間隔)
L2：先前技術(橢圓形)的改良體的製造間距(配置間隔)
L3：本實施形態(多扇形)的改良體的製造間距(配置間隔)
此外，圖1所示之實施形態及先前技術，係假定在相同條件的現場製造滿足有效壁厚t之改良體及壁狀製造體。因此，圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)中有效壁厚t係共通。
改良體的有效壁厚t如圖1所示，指改良體所含有的最大矩形剖面之短邊側的厚度。有效壁厚t係設成在構築壁狀製造體上最低限必要的尺寸，超過壁厚t所製造的改良體部分係假設就算不存在也不會產生機能上的問題之多餘的部分(剩餘部分)。當然，即便有此多餘的部分，亦無損及製造的壁狀製造體之機能。
又，圖1所示之實施形態及先前技術為，使用之施工機械的規格是共通，利用該施工機械可製造的最大改良徑假設為D1。因此，圖1(a)的圓形改良體之直徑，圖1(b)的橢圓形改良體之長徑、圖1(c)的多扇形改良體的最大徑全部為D1。
圖1(a)所示之先前技術中，圖1(a)左圖表示以有效壁厚t、既定間距L1製造的重疊配置之圓形改良體。
圖1(a)中央圖表示圓形改良體的單體與在其內側存在有效壁厚t的矩形部分(改良體內側的最大矩形剖面)之關係。
圖1(a)顯示右圖係圓形改良體的內側，且超過有效壁厚t之多餘的部分(剩餘部分)的剖面。
圖1(b)所示之先前技術中，圖1(b)左圖表示以有效壁厚t、既定間距L2製造的重疊配置的橢圓形改良體。
圖1(b)中央圖表示橢圓形改良體的單體與在其內側存在有效壁厚t的矩形部分(改良體內側的最大矩形剖面)之關係。此外，圖1(b)中央圖以虛線表示在使用相同施工機械製造圓形改良體之情況的輪廓。由同一圖可明瞭，在相同現場且使用相同規格的施工機械之情況，能製造之改良體的最大徑不變。
圖1(b)右圖係橢圓形改良體的內側，表示超過有效壁厚t之多餘的部分(剩餘部分)的剖面。此外，圖1(b)右圖中，以右上陰影線表示將改良體的剖面形狀從圓形改變為橢圓形而變不見的剩餘部分的剖面。
圖1(c)所示之本發明的實施形態中，圖1(c)左圖表示以有效壁厚t、既定間距L3製造之重疊配置的多扇形改良體。
圖1(c)中央圖係表示多扇形改良體的單體與在其內側存在有效壁厚t的矩形部分(改良體內側的最大矩形剖面)之關係。此外，圖1(c)中央圖以虛線表示在使用相同 施工機械製造圓形改良體之情況的輪廓。由同一圖可明瞭，在相同現場且使用相同規格的施工機械之情況，能製造之改良體的最大徑不變。
圖1(c)右圖係多扇形改良體的內側，表示超過有效壁厚t之多餘的部分(剩餘部分)的剖面。此外，圖1(c)右圖中，以右上陰影線表示將改良體的剖面形狀從圓形改變為多扇形而變不見的剩餘部分的剖面。
又，圖2表示以本實施形態製造的改良體。同圖所示之實施形態係對應圖1(c)所示之實施形態。
圖2(a)表示具有多扇形的剖面形狀之改良體的一例之剖面圖。
圖2(b)係將構成圖2(a)的改良體剖面形狀之複數種扇形可視化之圖，係表示藉由直徑相異的2種扇形(大徑的扇形和小徑的扇形)之組合構成改良體的剖面形狀的輪廓之圖。
在製造圖2所示那樣的大徑的扇形和小徑的扇形的2種組合構成之多扇形改良體之情況，以依據有效壁厚t從小徑的扇形決定中心角，剩餘的部分設為大徑的扇形者較佳。藉此，可確實地製造滿足有效壁厚之多扇形改良體。
此外，圖2(b)中，為了易於理解改良體的剖面形狀的構成(扇形組合圖案)，權宜地將各扇形的輪廓個別地明示，但在實際製造之改良體的內側沒有形成像圖2(b)所示那樣的交界線(圖2(b)中央的×狀的交界線)。
其次，針對比較圖1(a)所示之圓形改良體和 圖1(c)所示之多扇形改良體後可知的本實施形態之優點作說明。
圖1(a)所示之圓形改良體係以徑D1製造，在其剖面的內側確保有壁厚t×橫寬L1的矩形區域。亦即，將徑D1的圓形改良體以間距LI製造必要的根數，並以鄰接改良體在既定長度(D1-L1)範圍搭接(overlap)的方式重疊配置地製造，藉此可將滿足有效壁厚t之壁狀製造體製造設計長度。但是，如圖1(a)右圖所示，在圓形改良體的內側形成有超過有效壁厚t之多餘的部分(剩餘部分)。
一方面，圖1(c)所示之多扇形改良體係以最大徑D1、最小徑D2製造，在其剖面的內側確保有壁厚t×橫寬L3(L3=L1)的矩形區域。亦即，將最大徑D1、最小徑D2的多扇形改良體以間距L3製造必要根數，並以鄰接改良體在既定長度(D1-L3)範圍搭接的方式重疊配置地製造，藉此可將壁厚t以上的壁狀製造體製造設計長度。其中，此實施形態中，如圖1(c)右圖所示，在圓形改良體的內側形成有少量之超過有效壁厚t之多餘的部分(剩餘部分)。
此外，經比較圖1(a)所示之圓形改良體和圖1(c)所示之多扇形改良體後，可知剩餘部分明顯減少。且瞭解在製造之改良體的內側確保有相同尺寸的壁厚t×橫寬L3(L3=L1)的最大剖面積。亦即，用以製造具備必要的壁厚t之壁狀製造體的改良體間距係成為相同間隔(圖1中L3=L1)，所以就算將圓形改良體改變多扇形改良體，施工根數還是不變。
其次，針對經比較圖1(b)所示之橢圓形改良體和圖1(c)所示之多扇形改良體而可知的本實施形態之優點作說明。
圖1(b)所示之橢圓形改良體係以長徑D1、短徑D2製造，在其剖面的內側確保有壁厚t×橫寬L2(L2<L1)的矩形區域。亦即，可將長徑D1、短徑D2的橢圓形改良體以間距L2製造必要根數並以鄰接改良體在既定長度(D1-L2)範圍搭接的方式重疊配置地製造，藉此可將壁厚t以上的壁狀製造體製造設計長度。但是，如圖1(b)右圖所示，在橢圓形改良體的內側形成有超過有效壁厚t之多餘的部分(剩餘部分)。
一方面，圖1(c)所示之多扇形改良體係以最大徑D1、最小徑D2製造，在其剖面的內側確保有壁厚t×橫寬L3(L3=L1)的矩形區域。亦即，可將最大徑D1、最小徑D2的多扇形改良體以間距L3製造必要根數，並以鄰接改良體在既定長度(D1-L3)範圍搭接的方式重疊配置地製造，藉此可將壁厚t以上的壁狀製造體製造設計長度。其中，此實施形態中，如圖1(c)右圖所示，在圓形改良體的內側形成有少量之超過有效壁厚t之多餘的部分(剩餘部分)。
接著，經比較圖1(b)所示之橢圓形改良體和圖1(c)所示之多扇形改良體後，在橢圓形改良體的情況，能確保壁厚t之最大矩形剖面的面積是「t×L2」，而在多扇形改良體的情況，能確保壁厚t之最大矩形剖面的面積是「t×L3」(L3>L2，L3=L1)。亦即，因為在多扇形 改良體的內側能確保有和圓形改良體的情況相同尺寸的剖面矩形區域，不會像橢圓形改良體時有製造間距變短的情況，沒有施工根數增加的情況。(在將圓形改良體改變為橢圓形改良體之情況，製造間距變短，施工根數增加。)
因此從上述的比較結果，依據本發明，瞭解可同時達成在製造圓形的改良體之情況的優點(長的製造間距)及在製造橢圓形的改良體之情況的優點(多餘的部分的面積(體積)減少)的兩種優點。
此外，在上述的實施形態中，例示了在藉由直徑相異的2種扇形(大徑的扇形和小徑的扇形)之組合構成改良體的剖面形狀之情況，惟有關本發明的多扇形改良體的態樣不受此所限。圖3至圖5表示多扇形改良體的其他實施形態。
圖3(a)表示具有多扇形的剖面形狀之改良體的其他例之剖面圖。
圖3(b)係將構成圖3(a)的改良體剖面形狀之複數種扇形可視化之圖，表示藉由直徑相異的3種扇形組合構成改良體的剖面形狀的輪廓之圖。
如圖3(b)所示那樣，就此實施形態製造的改良體而言，在壁厚t的方向配置最小徑的扇形(圖3(b)之中央的扇形)，且以比前述「最小徑的扇形」為基點往壁的延長方向(附圖中和壁厚t正交之方向)依序成為大徑的方式配置3種扇形。
圖4(a)表示具有多扇形的剖面形狀之改良體 的其他例之剖面圖。
圖4(b)係將構成圖4(a)的改良體剖面形狀之複數種扇形可視化之圖，表示藉由直徑相異的4種扇形組合構成改良體的剖面形狀的輪廓之圖。
如圖4(b)所示那樣，就此實施形態製造的改良體而言，在壁厚t的方向配置最小徑的扇形(圖4(b)之中央的扇形)，且以前述「最小徑的扇形」為基點往壁的延長方向(附圖中和壁厚t正交之方向)依序成為大徑的方式配置4種扇形。
圖5(a)表示具有多扇形的剖面形狀之改良體的其他例之剖面圖。
圖5(b)係將構成圖5(a)的改良體剖面形狀之複數種扇形可視化之圖，表示藉由直徑相異的5種扇形組合構成改良體的剖面形狀的輪廓之圖。
如圖5(b)所示那樣，就此實施形態製造的改良體而言，在壁厚t的方向配置最小徑的扇形(圖5(b)之中央的扇形)，且以前述「最小徑的扇形」為基點往壁的延長方向(附圖中和壁厚t正交之方向)依序成為大徑的方式配置5種扇形。
此外，圖2(b)、圖3(b)、圖4(b)、圖5(b)中，為易於理解改良體的剖面形狀的構成(扇形組合圖案)，權宜地將各扇形的輪廓個別地明示，但實際製造之改良體的內側沒有形成像同圖所示那樣的交界線。
又，圖2至圖5例示了有關本發明的多扇形改良體，惟較佳為，以將直徑相異的3種以上的扇形組合成 的形狀來構成多扇形者較理想。藉此，能更減少多餘的面積(體積)。但是，扇形種類越多，多餘的面積變越少，有必要更精細的控制。因此，更佳為，以將3至5種扇形組合的形狀來構成多扇形者較佳。組合3至5種扇形時成為實用且效率最佳的形狀(多餘的面積(體積)少的形狀)。
(改良體的製造方法)
關於自昔知實施之高壓噴射攪拌工法的施工程序係依據圖20之前述那樣。在利用此高壓噴射攪拌工法製造圓形的改良體(以往的改良體)之情況，如圖7所示那樣，噴射管的旋轉數係一定。又，在製造橢圓形的改良體(以往的改良體)之情況，使噴射管的旋轉數連續地變化。具體而言係如圖7所示那樣，以劃曲線(正弦曲線)之方式使旋轉數連續地變化。亦即，噴射管的旋轉數呈無段變化。
一方面，有關在製造本實施形態的多扇形改良體之情況，使噴射管的旋轉數(旋轉速度)間斷地變化。具體而言係如圖7所示那樣，以劃矩形波之方式使旋轉數呈間斷地變化，控制製造之多扇形改良體的直徑。此處所說的「間斷」，換言之係意味著旋轉數階段狀變化或在複數階段呈階段地變化。
例如在要製造由圖2例示之大小2種扇形組合構成的多扇形之改良體的情況，如圖7所示，使噴射管的旋轉數在min(低速)和max(高速)之間以2階段呈間斷地變化。同樣地，在要製造由圖3例示之3種扇形組合構成 的多扇形之改良體的情況，使噴射管的旋轉數3階段呈間斷地變化。在要製造由圖4例示之4種扇形組合構成的多扇形之改良體的情況，使噴射管的旋轉數4階段呈間斷地變化。在要製造由圖5例示之5種扇形組合構成的多扇形之改良體的情況，使噴射管的旋轉數5階段呈間斷地變化。
此外，在依據本發明製造多扇形的改良體之情況，改良材係在使噴射管正旋轉時從在被安裝該噴射管前端的噴嘴高壓噴射。亦即，在噴射管連續地持續旋轉(但是噴射管的旋轉數係呈間斷地變化)狀態下高壓噴射改良材。因此，在改良材被高壓噴射時，噴射管持續旋轉。如此，透過使噴射管旋轉同時高壓噴射改良材，在改良材的到達範圍內可進行三次元的攪拌混合，達成所謂可有效率地構築均質的改良體之特別效果。
利用上述方法，將多扇形改良體以重疊配置且於俯視中呈線狀繋接的方式製造複數根，藉以製造如圖8(a)、圖8(b)、圖8(c)的俯視圖例示之壁狀製造體。此外，本發明之適用範圍未必受限於在製造圖8所示那樣的壁狀製造體，亦適用於製造由複數根的改良體的組合所構成之所有的製造體。例如在製造圖9所示那樣的面狀製造體之際，亦可適用本發明。圖9所示之面狀製造體係透過以將複數根的多扇形改良體重疊配置且於俯視中呈面狀繋接的方式製造所構築。
(地盤切削狀態之監控)
有關本發明的高壓噴射攪拌工法，為了控制要製造的各改良體的徑(改良徑)，以即時掌握基於來自於噴射 管之改良材噴流所進行之地盤切削狀態(利用改良材噴流進行之地盤切削距離)者較佳。於是，例如在試驗施工的過程中，使用圖10所示之監控裝置1進行試驗施工。
於此試驗施工的過程中，以監控利用從噴射管高壓噴射之改良材進行之地盤切削狀態，以確保所期望的改良徑的方式即時調節噴射管的旋轉數(旋轉速度)而設成最佳值。
為進行此種地盤切削狀態之即時監控，使用圖10所示之監控裝置1。圖10係表示使用了監控裝置1之試驗施工整體的樣子。
如圖10所示，監控裝置1具有：備有計測感測器21之下限值測定用計測管24(架設管)；備有計測感測器31之上限值測定用計測管34(架設管)；將計測感測器21,31懸掛於前述計測管內之吊纜22,32；經由此吊纜使計測感測器21,31升降用的捲揚機25,35；及記錄藉由計測感測器21,31所計測之資料並利用該計測資料進行資訊處理等之資訊處理裝置4。
吊纜22,32係擔任在計測管24,34內吊設計測感測器21,31之角色。此吊纜22,32係以可反覆捲揚地安裝在設於地表側的捲揚機25,35。能以伴隨著噴射管7的下降、上升使捲揚機25,35作動而追隨噴射管7的動作 之方式升降計測管內的計測感測器21,31。
在使用此監控裝置1的試驗施工之過程中，一開始，在設計改良徑的下限值及上限值之地點(例如與改良體的中心相隔距離rA及距離rB的地點)切削縱孔，如圖10所示在各削孔部架設的下限值測定用計測管24和上限值測定用計測管34。被架設的計測管24,34內建有計測感測器21,31，用以掌握利用改良材噴流進行之地盤切削距離。
接著開始試驗施工，在其過程按土層或深度利用計測感測器21,31監控地盤切削狀態。接著，以下限值側的計測感測器21檢知各土層或深度之規格，設定不會被上限值側的計測感測器31檢知的旋轉數(旋轉速度)。
此外，上述的實施形態中，針對一個地點(與改良體的中心相隔距離rA及距離rB之地點)監控地盤切削狀態，惟監控的地點未必限定在一個地點，亦可針對複數地點監控。在針對複數地點監控的情況，準備複數組計測感測器21,31、計測管24,34等，分別設置在需要監控的處所。
[實施例]
其次，針對本發明之具體的實施例作說明。
以在相同現場且使用相同施工機械為前提，實施製造剖面形狀相異的複數類型的改良體和壁狀製造體之模擬。此模擬中，針對表1所示之比較例、實施例驗證了效果。
在模擬之條件設定和結果之詳細係如圖11至圖13所示那樣。
圖11係表示在有關剖面圓形的改良體(比較例1)之模擬的條件設定和結果。
有關剖面圓形的改良體(比較例1)的模擬中，將直徑D1的值固定為1，針對有效壁厚t設定了複數條件。又，將藉由模擬所導出之剩餘率、間距比、根數比當成結果。
圖12係表示在有關剖面橢圓形的改良體(比較例2)之模擬的條件設定和結果。
有關剖面橢圓形的改良體(比較例2)的模擬中，將長徑D1的值固定為1，針對短徑D2、有效壁厚t設定了複數條件。又，將藉由模擬所導出之剩餘率、間距比、根數比當成結果。
圖13表示在有關剖面多扇形的改良體(實施例)之模擬的條件設定和結果。
有關剖面多扇形的改良體(實施例)的模擬中，將大徑D1的值固定成1，針對短徑D2、有效壁厚t設定了複數條件。又，將藉由模擬所導出之剩餘率、剩餘比、間距比、根數比當成結果。
(模擬結果的重點)
圖11至圖13所示之模擬結果中，將驗證本發明效果 上成為重點者以圖表表示於圖14至圖19中。
圖14A係將圖11至圖13所載之剩餘率〔剩餘量(Ajg-Aw)/壁面積Aw〕和壁厚係數a(a=t/D1)之關係圖表化者。
圖14B係從圖14A所圖示之結果中抽出有關圓形改良體(比較例1)和橢圓形改良體(比較例2)之結果並圖表化者。
圖14C係從圖14A所圖示之結果中抽出有關圓形改良體(比較例1)和多扇形改良體(實施例)之結果並圖表化者。
圖15係將圖11至圖13所載之壁厚係數a(a=t/D1)和間距比(L/D1)之關係圖表化者。
圖16係將圖11至圖13所載之壁厚係數a(a=t/D1)和根數比之關係圖表化者。所謂根數比是指以圓形改良體(比較例1)為基準的比率，表示一定區間內製造之改良體根數的增減之比率。
圖17係將有關圖13所載之多扇形改良體(實施例)的小徑係數b(b=D2/D1)和剩餘率比之關係圖表化者。所謂剩餘率比是指以圓形改良體(比較例1)的剩餘率為基準的比率。
圖18係將有關圖13所載之多扇形改良體(實施例)的「壁厚係數a/小徑係數b」和剩餘率比之關係圖表化者。
圖19係將有關圖13所載之多扇形改良體(實施例)的「小徑係數b的平方b2」和剩餘率比之關係圖表 化者。
(依據圖14至圖19之考察)
依據圖14A至圖14C所示之模擬結果，確認了透過改良體的剖面形狀製造多扇形，可達成遠低於圓形改良體之剩餘率，且可達成不輸橢圓形改良體之低的剩餘率。
特別是，確認了透過以壁狀製造體的有效壁厚t成為多扇形改良體的最大徑D1的0.7倍以下之方式製造多扇形改良體，可達成更低的剩餘率，可有效率地製造改良體。
依據圖15及圖16所示之模擬結果，在同一現場、同一區間內製造複數根的改良體之情況，確認了即使選擇圓形改良體、多扇形改良體任一者，製造間距没變，製造的根數仍不變。一方面，在選擇橢圓形改良體之情況，確認了經比較圓形改良體、多扇形改良體，製造間距變小，製造的根數增加。
因此，依據有關多扇形改良體的本發明，瞭解到能達成比圓形改良體還低的剩餘率，並可將圓形改良體保持相同的製造間距(可保持製造的根數)。
依據圖17所示之模擬結果，確認了透過將多扇形改良體的最小徑設為最大徑的0.2至0.8倍，可有效地減低所製造之改良體的剩餘率比，確認了可有效率地製造改良體。
依據圖18所示之模擬結果，看到在藉由a：壁厚係數(有效壁厚/改良體的最大徑)
b：小徑係數(改良體的最小徑/最大徑)且a/b成為0.9以下 的方式所製造之多扇形改良體，剩餘率比降低，確認了可有效率地製造改良體。
依據圖19所示之模擬結果，看到藉由b：小徑係數(改良體的最小徑/最大徑)且a≒b2的方式所製造的多扇形改良體，剩餘率比相對於各壁厚係數a變最小，確認了可有效率地製造改良體。

Claims (8)

  1. 一種高壓噴射攪拌工法的施工方法，係在以使噴射管一邊旋轉一邊噴射改良材之高壓噴射攪拌工法中，以將直徑相異的複數種扇形組合的形狀來構成改良體的剖面形狀之方式進行製造，其特徵為：改良體的前述剖面形狀，係由小徑的扇形和大徑的扇形至少2種組合所構成，以在壁厚方向配置最小徑的扇形並在壁的延長方向依序成為大徑之方式配置前述複數種扇形，以有效壁厚成為改良體的最大徑的0.7倍以下之方式製造改良體，有效壁厚係指改良體所含有的最大矩形剖面之短邊側的厚度，將改良體的最小徑設為最大徑的0.2至0.8倍，在壁厚係數設為a且係有效壁厚/改良體的最大徑、小徑係數設為b且係改良體的最小徑/最大徑之條件下，a/b為0.9以下。
  2. 如請求項1之高壓噴射攪拌工法的施工方法，其中相對於有效壁厚，從最小徑的扇形決定中心角，依序決定大徑的扇形的中心角。
  3. 如請求項1之高壓噴射攪拌工法的施工方法，其中在製造改良體時，使高壓噴射攪拌工法所用的噴射管的旋轉數呈間斷地變化而控制改良體的直徑。
  4. 如請求項1之高壓噴射攪拌工法的施工方法，其中改良體的前述剖面形狀係由將直徑相異的2至5種扇形組合的形狀所構成。
  5. 如請求項1之高壓噴射攪拌工法的施工方法，其中監控利用從高壓噴射攪拌工法所用之噴射管高壓噴射之改良材進行之地盤切削狀態。
  6. 一種高壓噴射攪拌工法的施工方法，其特徵為：利用如請求項1的高壓噴射攪拌工法的施工方法，製造以複數根的改良體所構成的製造體。
  7. 一種地盤改良體，係由將直徑相異的複數種扇形組合的形狀來構成剖面形狀之地盤改良體，其特徵為：由小徑的扇形和大徑的扇形至少2種組合構成剖面形狀，以在壁厚方向配置最小徑的扇形並在壁的延長方向依序成為大徑之方式配置前述複數種扇形，有效壁厚為改良體的最大徑的0.7倍以下，有效壁厚係指改良體所含有的最大矩形剖面之短邊側的厚度，改良體的最小徑為最大徑的0.2至0.8倍，在壁厚係數設為a且係有效壁厚/改良體的最大徑、小徑係數設為b且係改良體的最小徑/最大徑之條件下，a/b為0.9以下。
  8. 一種製造體，係由如請求項7之地盤改良體的複數根的組合所構成之製造體，係將前述地盤改良體重疊配置複數根而成。
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