(57)【要約】【課題】従来、攪拌翼による直接攪拌と硬化材噴流による流体攪拌と硬化材注入を併用した硬化層造成は、硬化材噴射が水平方向への噴射を主流としたため、攪拌領域に硬化材が充分にいきわたらず、回転トルクが高く土壌と硬化材の混合むらが発生し易く、均一な土壌の攪拌混合ができない問題があった。【解決手段】上段攪拌翼１１Ａ、Ｂに下方噴射ノズル２２ａ、ｂををそれぞれ設け、その下部に十字状に交差する下段攪拌翼１２Ａ、Ｂを設け、一方翼の取り付け基部上部、他方翼の取り付け基部下部にそれぞれ水平方向噴射ノズル３１ａ、ｂを設定してロッドを回転しながら攪拌注入するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼腹に下方噴射ノズルをそれぞれ設けて左右に伸びる上段攪拌翼と、その下部に所定間隔を開けて十字状に交差する下段攪拌翼を設け、一方の下段攪拌翼の取り付け基部上部、他方の下段攪拌翼の取り付け基部下部にそれぞれ水平方向噴射ノズルを設定した攪拌注入ロッドに硬化材を圧送して各ノズルより高圧噴射しながら攪拌注入ロッドを回転しつつ下降、上昇或いはその双方を行うようにしたことを特徴とする地盤硬化層造成工法
【請求項２】
上段攪拌翼に設ける下方噴射ノズルの一方を同攪拌翼の先端側に、他方を基部側に設定するようにして、先端側下方噴射ノズル噴流が対象地盤の外周部を円周状に破砕し、基部側下方噴射ノズル噴流が対象地盤の内周部を円周状に破砕するように構成した請求項１記載の地盤硬化層造成工法
【請求項３】
上段攪拌翼に設ける下方噴射ノズルの双方を同攪拌翼の先端側に対象地盤の外周部に向けて傾斜設定し、同噴射ノズルからの噴流が攪拌翼の長さ範囲の外側に到達するようにした請求項１記載の地盤硬化層造成工法
【請求項４】
上段攪拌翼に設ける下方噴射ノズルの一方もしくは双方を同攪拌翼の先端側に対象地盤の外周部に向けて傾斜設定し、同噴射ノズルからの噴射圧力を制御することにより同噴射ノズルからの噴流到達距離を変化させ、大径部と小径部を有する地盤硬化層を造成するようにした請求項１記載の地盤硬化層造成工法
【請求項５】
翼腹に下方噴射ノズルをそれぞれ設けて左右に伸びる上段攪拌翼と、その下部に所定間隔を開けて十字状に交差する下段攪拌翼を設け、一方の下段攪拌翼の取り付け基部上部、他方の下段攪拌翼の取り付け基部下部にそれぞれ水平方向噴射ノズルを設定した攪拌注入ロッドを回転上下駆動機構によって支持して成る地盤硬化層造成装置
【請求項６】
各噴射ノズルについて施工条件によって設定位置の変化が必要な部位に、複数のノズル孔を設け、施工環境に応じて選択したノズル孔にノズルチップを嵌入して噴射ノズルとすると共に、他のノズル孔はカバーチップを嵌入して閉塞するようにした請求項５記載の地盤硬化層造成装置
【請求項７】
ノズル孔に嵌入して噴射ノズルを構成するノズルチップについて、噴射孔を所定の角度付けにより穿設して構成し、角度選択によりノズル孔に嵌入することにより所定の角度方向に噴射する噴射ノズルが形成されるようにした請求項６記載の地盤硬化層造成装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、十文字方向に伸びる攪拌翼を２段に設け、上段の攪拌翼に下方に噴射する噴射ノズルを設けた注入ロッドを対象地盤に挿入し、噴射ノズルから地盤改良材を噴射しつつ、注入ロッドを回動上下動させることにより対象地盤中に地盤硬化層を造成する地盤硬化層造成工法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤の構築基礎支保や強化支保については、地盤硬化材を高圧噴射しながら地盤硬化材注入ロッドを回動することにより対象地盤を攪拌掘削する地盤硬化材注入工法が多く行われてきたが、施工環境や地盤の軟弱度によっては、効率が悪く攪拌力も不充分であるという問題があった。
【０００３】
これに対応して、攪拌翼による直接的攪拌が行われるようになり、更に、硬化材注入層の径を大きくするために、例えば特許文献１に示されるように、攪拌翼の先端に噴射ノズルを設けて水平方向に硬化材を噴射するなど攪拌翼に噴射ノズルを設定することも行われるようになってきた。
【０００４】
しかし、従来の硬化材噴射が水平方向への噴射を主流としたため、攪拌翼による直接攪拌と硬化材噴流による流体攪拌との調整に問題があり、攪拌領域に硬化材が充分にいきわたらず、土壌と硬化材の混合むらが発生し易く確実かつ均一な土壌の攪拌混合には更なる問題を残していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
このような混合むらの問題に対応するため、地盤改良材と軟弱土壌の攪拌手段としては、例えば特許文献２に示されるように、注入ロッドに斜め下方乃至斜め上方に噴射する噴射ノズルを設け、噴流を交差させて立体的な噴流攪拌注入を行うと共に、その上部に設けた攪拌翼によって更なる直接攪拌を行う工法や装置も提案されてきている。
【０００６】
また、注入された硬化材が過剰な攪拌や切削水の使用により、流出希釈されることを防止するため、特許文献３に示されるように攪拌翼の先端に拡散防止板を設定したり、特許文献４のように注入ロッドの斜め方向に噴射する噴射ノズルを設けて、同噴射ノズルから攪拌翼の先端に向けて硬化材を噴射することも提案されている。
【特許文献１】特開昭５０−１０７７１４号公報
【特許文献２】特開平６−１４６２６０号公報
【特許文献３】特開平９−２９６４３９号公報
【特許文献４】特開２００５−７６２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
攪拌翼によって直接攪拌を行う場合には、注入ロッドの回動に対して掛かる地盤の抵抗によって発生する回転トルクの増大が問題であり、作業効率に大きく影響している。しかし、上記先行技術の場合、攪拌翼の先端に拡散防止板を設定すれば、注入ロッドを回転するための回転トルクが増大するし、注入ロッド側壁に設けた噴射ノズルからの攪拌翼の下部若しくは上部に向けた硬化材噴射では回転トルク増大に対応することは困難である。
【０００８】
また、中圧噴射機械攪拌工法（ＣＭＳシステム）として用いられている掘進時と引き上げ時に下段攪拌翼の取り付け基部より水平方向に噴射する方法では、φ１４００以上の大口径の場合に翼の先端部までで噴射エネルギーが減衰し機械の回転トルク低減効果が低くなるという問題がある。
【０００９】
更に、φ１４００以上の大口径の場合には、大型の装置を用いても対象地盤の状況によっては硬化材が改良口径の外周部まで到達せず、造成された地盤硬化層外周部に硬化不良が発生する危険があり、攪拌土壌と硬化材の混合むらも生じ易いという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記した課題に対応しようとするものであり、上段攪拌翼の翼腹部に設けた噴射ノズルから地盤硬化材を垂直下方向若しくは斜め下方向に向けて噴射することで、下段攪拌翼が切削する対象地盤を確実に掘削破砕し回転トルクを大幅に低減するようにした。
【００１１】
また、上記下方噴射のノズル位置を、一方を攪拌翼の先端側、他方を基部側にずらせて設定し、ロッドが回動することにより噴射軌跡が二重円を描いて下方地盤を切削してより広範囲の土壌が掘削破砕されるように構成する。
【００１２】
更に、下段攪拌翼の取り付け基部からも硬化材を攪拌翼に沿って水平方向に噴射することにより、掘削噴射流の方向が交錯して粘性地盤での共回り防止を行うと共に地盤の破砕力と硬化材噴流の到達距離も伸長するので、これまで小型機械では不可能であった大口径の地盤改良も施工可能とした。
【００１３】
このように、上段攪拌翼からの下方噴射と下段攪拌翼の取り付け基部からの水平方向噴射の協働噴射をφ１２００以下の攪拌翼に用いることにより土壌の掘削破砕力が飛躍的に強化され、Ｎ値１５以上の硬質地盤での施工を可能とし、攪拌混合効果も高めることができた。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上のように構成したことにより、攪拌注入ロッドの地盤中における回転トルクを大幅に低減でき、土壌の掘削破砕力強化、広範囲土壌の掘削破砕、更には硬化材噴流到達距離の伸長や攪拌混合効果を高めることができたものであり、これを基礎に施工目的に応じて硬化材の噴射吐出量、噴射圧力、噴射部位、噴射角度を変化させることにより様々な施工効果を期することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例を示すもので、攪拌注入ロッドを対象地盤に挿入して地盤硬化層を造成する施工状况を示す装置全体の斜視図
【図２】同じく、上段攪拌翼の噴射ノズルからの下方噴射と共に、下段攪拌翼の取り付け基部から攪拌翼に沿って水平方向に噴射する状況を示す攪拌注入ロッド先端モニター部の拡大斜視図
【図３】同じく、攪拌注入ロッドへの上下攪拌翼の取り付け状況と噴射ノズル及び硬化材流路の状况を示す先端モニター部の拡大側面図
【図４】同じく、攪拌注入ロッドの先端モニター部の拡大底面図
【図５】同じく、上段攪拌翼の翼腹に設定した外側傾斜ノズルからの斜め下方噴射と共に、下段攪拌翼の取り付け基部から各攪拌翼に沿って水平方向に噴射する状況を、上段攪拌翼と下段攪拌翼を伸長方向を捨象して上下に並べて各噴射ノズルの位置と噴射方向を平面模式的に示した攪拌注入ロッド先端モニター部の拡大縦断面側面図
【図６】同じく、攪拌注入ロッドの対象地盤への挿入下降時の状況を示す施工状況の縦断面側面図
【図７】同じく、攪拌注入ロッドの上昇工程における拡径噴射の状況を示す施工状況の縦断面側面図
【図８】同じく、攪拌注入ロッドの上昇工程における拡径噴射により造成硬化層の基根部を拡径させた状況を示す施工状況の縦断面側面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。１は攪拌注入ロッドで、先端モニター部Ｍに上段攪拌翼１１Ａ、１１Ｂが左右に張り出して設定され、その下部に所定の間隔を置いて下段攪拌翼１２Ａ、１２Ｂが上段攪拌翼と十文字状に交差して設定されている。
【００１７】
上段攪拌翼１１Ａ、１１Ｂにはロッド１に設けられた硬化材圧送路２から分岐して翼先端側に延びる噴射流路２１が設けられ、翼腹には噴射流路２１から連通する下方噴射ノズル２２ａ、２２ｂが開口する。下方噴射ノズル２２ａ、２２ｂは所定の間隔を置いて複数の予備ノズル孔２２ｃを穿設し、施工条件に応じて位置を選択して作動させるノズル孔にはノズルチップ２３を嵌合し、使用しないノズル孔にはカバーチップ２４を嵌入して閉塞するようにすれば、施工条件に対して弾力的に対応することができる。
【００１８】
下段攪拌翼１２Ａ、１２Ｂは上段攪拌翼１１から３００ｍｍ程度の間隔をおいてロッド１に対して捻り傾斜をもって植設され、下面側一側にカッタービット３を装備すると共に、ロッド１の下段攪拌翼１２Ａの取り付け基部上部に水平方向噴射ノズル３１ａが攪拌翼の先端に向け攪拌翼に沿って設定される。
【００１９】
更に、攪拌翼１２Ｂの取り付け基部下部に水平方向噴射ノズル３１ｂが攪拌翼の先端に向け攪拌翼に沿って設定され、下段攪拌翼の上面と下面に硬化材噴流が衝接誘導されて飛翔距離が伸長されると共に翼表面と攪拌土砂との衝合抵抗を緩衝して攪拌翼の攪拌混合力を高めるように構成されている。
なお、３１ｃは予備ノズル孔であり、前記下方噴射ノズルの場合と同様に施工条件に応じて位置を選択できるようにしているものである。
【００２０】
攪拌注入ロッド１は、先端部に以上のように構成された上段攪拌翼１１と下段攪拌翼１２を備え、先端に掘削刃１３を設定したモニター部Ｍを装着してクロージョイントにより延長接合可能なロッドによって構成される。
また、ノズル孔２２、３１について予備ノズル孔のうちから位置を選択して嵌合するノズルチップ２３については、ストレート方向のもののほかチップ内において噴射方向に角度付けを行い、チップの嵌入によって噴射ノズルの噴射方向を調整できるように複数種のノズルチップ２３が用意されている。
【００２１】
後端はスイベル１４を介して硬化材プラントに連絡する硬化材供給ホース２５と連結し、これを通じて硬化材プラントにおいて調製され供給されるスラリー状硬化材を受けて硬化材圧送流路２により、上段攪拌翼１１Ａ、１１Ｂに開口する下方噴射ノズル２２ａ、２２ｂ、更に、下段攪拌翼１２Ａの取り付け基部上部の水平方向噴射ノズル３１ａ、同１２Ｂ取り付け基部下部の水平方向噴射ノズル３１ｂに圧送し、各ノズルから前記形態で対象地盤Ｇ中に噴射される。
【００２２】
１５は攪拌注入ロッド１の昇降駆動をリードする主軸リーダーで、施工地盤上に据え付けた母機、リーダーマシン１７によって据え付け支持されると共に、攪拌注入ロッド１を回動可能に包持して昇降駆動を主軸として主導し、回転駆動機構１６によってロッド１に回転駆動を与えるものである。
【００２３】
以上のように構成した攪拌注入ロッド１を回転駆動させながら、硬化材プラントから硬化材を圧送すれば硬化材は圧送流路２を通じて下方噴射ノズル２２ａ、２２ｂ、更に、水平方向噴射ノズル３１ａ、３１ｂに至り対象地盤中に噴射されるが、下方噴射ノズル２２ａからの噴流は下段攪拌翼１２Ａが回動する直前の地盤を下方或いは斜め下方に穿孔破砕し外周部円周状に破砕軌跡Ｒを描いて地盤を切削して行く。
【００２４】
この破砕軌跡の直後に下段攪拌翼１２Ａのカッタービット３が回動削入し、更に、下段攪拌翼１２Ｂの回動直前地盤を下方或いは斜め下方に噴射ノズル２２ｂからの噴流が穿孔破砕し、内周部円周状に破砕軌跡Ｒｓを描き、直後に下段攪拌翼１２Ｂのカッタービット３が回動削入する。
【００２５】
上記上段攪拌翼１１からの下方噴射と同時に下段攪拌翼１２の取り付け基部に設定された水平方向噴射ノズル３１ａ、３１ｂからの硬化材噴射が行なわれるが、ノズル３１ａは攪拌翼１２Ａの取り付け基部上部から翼先端に照準を合わせ、攪拌翼の上面に沿ってやや斜めに噴流が衝接誘導され翼面にこびり着く粘性土等を弾くと共に翼面に誘導されて飛翔距離が伸長される。
【００２６】
ノズル３１ｂは攪拌翼１２Ｂの取り付け基部下部から翼先端に照準を合わせ、攪拌翼の下面に噴流が衝接誘導され翼面にこびり着く粘性土等を弾くと共に翼面に誘導されて飛翔距離が伸長される。このようにノズル２２ａ、２２ｂ、３１ａ、３１ｂは互いに衝合することなく多面的に対象地盤を穿孔破砕し、これと連携して攪拌翼が土壌を攪拌混合するので、攪拌注入ロッドの地盤中における回転トルクを大幅に低減でき、ロッド１を円滑に下降挿入できるものである。
【００２７】
所定の深度に達したところで、ロッド１の回転方向を変え下降時の回転に対して逆回転させながら、再び、硬化材を噴射しながらロッドの上昇引上げを行なって対象地盤中に円柱状の地盤硬化層Ｗを造成し、軟弱地盤の構築基礎支保や強化支保を行なうものであるが、ロッド下降時と上昇引上げ時で作動態様を変化させたり、硬化材圧送条件を変化させるか否かは、施工目的と環境条件によるものである。
【実施例１】
【００２８】
通常施工の場合、例えば、攪拌注入ロッドの対象地盤への挿入下降時に上段攪拌翼ノズルから５〜１５Ｍｐａの噴射圧力で硬化材としてセメントミルクを吐出量１００リッター／ｍｉｎで噴射しながら３０〜５０ｒｐｍで回転させることで、ロッド下降時における回転トルクが減少し、上昇時には更にセメントミルクを噴射圧力１０〜３０Ｍｐａ、吐出量１５０リッター／ｍｉｎで噴射しながら１０〜３０ｒｐｍで回転させることで、攪拌翼径φ１０００の攪拌注入ロッドによりφ１２００の拡径層が造成できた。
【００２９】
この場合のφ１０００の基準径層造成については、セメントミルクの噴射圧力５〜１５ＭＰａ、吐出量１００リッター／ｍｉｎで噴射しながら３０〜５０ｒｐｍでの回転によっている。
【実施例２】
【００３０】
実施例２は図８に示すように下降挿入から引上げ上昇に移る際に、下降挿入時の上段攪拌翼ノズルからの硬化材噴射圧力を５〜１５Ｍｐａとし、吐出量１００リッター／ｍｉｎで噴射しながら３０〜５０ｒｐｍで回転し、引上げ上昇時に所定長さだけ噴射圧力１０〜３０Ｍｐａ、吐出量１５０リッター／ｍｉｎで噴射しながら１０〜３０ｒｐｍで回転させ、その上方では、再び、噴射圧力を５〜１５Ｍｐａとし、吐出量１００リッター／ｍｉｎで噴射しながら３０〜５０ｒｐｍで回転させることにより、基根部を表面層の硬化層より大径のものとして構築基礎造成を行うようにした。
【００３１】
また、上記拡径部の造成については、基根部だけでなく所定間隔毎に拡径して竹節状の硬化層に造成することもできる。更に、拡径部の造成については噴射圧力を増大する手段のほか前記したノズルチップ２３に角度付けした噴射孔を穿設して上段攪拌翼の下方噴射を攪拌翼の外側に向けて噴射されるように設定し、台形斜辺状の噴流軌跡が硬化材注入層Ｗを大径に形成するように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る地盤硬化層造成工法とその装置は、上記のように攪拌翼による物理的攪拌を多面的な非交差噴流の組合せによる複合攪拌により切削土壌と硬化材の極めて混合度の高い均質な改良混合層の造成を可能としたもので、軟弱地盤の効率的強化により軟弱な地質のため利用できなかった土地の活用を積極的に押し進めることに利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１      攪拌注入ロッド
１１Ａ  上段攪拌翼
１１Ｂ  上段攪拌翼
１２Ａ  下段攪拌翼
１２Ｂ  下段攪拌翼
１３    モニター部先端の掘削刃
１４    スイベル
１５    主軸リーダー
１６    ロッドの回転駆動機構
１７    リーダーマシン
２      硬化材圧送路
２１    噴射流路
２２ａ  上段攪拌翼１１Ａの下方噴射ノズル
２２ｂ  上段攪拌翼１１Ｂの下方噴射ノズル
２２ｃ  下方噴射ノズルの予備ノズル孔
２３    ノズルチップ
２４    カバーチップ
２５    硬化材供給ホース
３      カッタービット
３１ａ  下段攪拌翼１２Ａの水平方向噴射ノズル
３１ｂ  下段攪拌翼１２Ｂの水平方向噴射ノズル
３１ｃ  水平方向噴射ノズルの予備ノズル孔
Ｇ      対象地盤
Ｍ      ロッド先端のモニター部
Ｒ      外周部円周状破砕軌跡
Ｒｓ    内周部円周状破砕軌跡
Ｗ      造成硬化材層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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