【手続補正書】
【提出日】平成17年6月23日(2005.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】高圧噴射注入地盤改良工法
【特許請求の範囲】
【請求項１】地盤中に挿入した注入管を、軸回りに回転させながら引き上げる過程で、
前記注入管の上側位置において、エアを同伴させることなく高圧水のみを一つの噴射ノズルから圧力が１５〜２５ＭＰａ、流量が５０〜２００リットル／分の条件で、側方に噴射すること、
ならびに、前記注入管の下側位置において、軸心に対して反対の各位置から、それぞれ圧縮エアを同伴させながら、セメントミルクを噴射ノズルから圧力が２５〜５０ＭＰａ、流量が１００〜２００リットル／分の条件で、高圧噴射すること、
によって、地上側への排泥を行いながら地盤中に硬化体を造成することを特徴とする高圧噴射注入地盤改良工法。
【請求項２】地盤中に挿入した注入管を、軸回りに回転させながら引き上げる過程で、
前記注入管の上側位置において、軸心に対して反対の各位置から、それぞれエアを同伴させることなく高圧水のみを噴射ノズルから圧力が１５〜２５ＭＰａ、流量が２５〜１００リットル／分の条件で、側方に噴射すること、
ならびに、前記注入管の下側位置において、軸心に対して反対の各位置から、それぞれ圧縮エアを同伴させながら、セメントミルクを噴射ノズルから圧力が２５〜５０ＭＰａ、流量が１００〜２００リットル／分の条件で、高圧噴射すること、
によって、地上側への排泥を行いながら地盤中に硬化体を造成することを特徴とする高圧噴射注入地盤改良工法。
【請求項３】注入管の下側位置における各噴射ノズルの、一方が実質的に水平で、他方が高位であり斜め下方に指向しており、両者のセメントミルク噴射到達距離が交差する関係にある請求項１または２記載の高圧噴射注入地盤改良工法。
【請求項４】３重管を使用し、各噴射ノズルに至るまでにおいて、内管内をセメントミルク流路、内管と中管との間を高圧水流路、中管と外管との間をエア流路とした注入管を使用する１〜３のいずれか１項に記載の高圧噴射注入地盤改良工法。
【請求項５】硬化体の改良径を２．８〜３．８ｍとなるように、各噴射ノズルからの噴射条件及び引き上げ速度を調整する請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧噴射注入地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧噴射注入地盤改良工法に関する。ただし、この「高圧噴射注入地盤改良工法」とは、通称的に使用され、撹拌や混合の程度により「高圧噴射撹拌混合地盤改良工法」とも呼ばれるものであるが、以下の説明の技術的事項を代表的に表したものであることと理解されたい。
【０００２】
【従来の技術】
この種の高圧噴射注入地盤改良工法には、古くは「ＣＣＰ工法」などがあるが、近年では、大改良径のものが要求されており、これに対応した従来工法には、大別して図７に示すものがある。なお、図７において、注入管、その二重管と三重管の区別を模式的に示し、噴射ノズルからの吐出圧力及び方向を矢印のベクトルで示し、同図中のＷは水を、Ｍはセメントミルクを、Ａはエアを示す。したがって、Ｍ＋Ａはエア同伴セメントミルクを、Ｗ＋Ａはエア同伴水を示す。なお、「ＣＪＧ」はコラムジェットグラウトとも呼ばれ、その変形については、下方のセメントミルクの吐出ノズルを２つ設け、交差するようにした「クロスジェット工法」がある。スーパーとは、「スーパージェットグラウト工法」とも呼ばれ、３００リットル／分で２ヶ所から吐出する改良径として５〜６ｍを目標とする本来の「スーパージェットグラウト工法」と、２００リットル／分で２ヶ所から吐出する改良径として３．５ｍを目標とする「スーパーミディジェットグラウト工法」とがある。
【０００３】
従来では、いわゆる「ＪＳＧ工法」や「コラムジェット工法（ＣＪＧ工法）」が多用されている。しかし、これらの工法は、処理速度や改良径の点において充分なものとはいえず、現在では、これらの工法を発展させた「ＲＪＰ工法」が多用されている。「ＲＪＰ工法」とは、地盤中の注入管を軸回りに回転させながら引き上げるにあたり、注入管から一側方に高圧水及び圧縮エアを噴射するとともに、この噴出位置よりも下方の注入管から一側方にセメントミルク及び圧縮エアを高圧噴射する工法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このＲＪＰ工法も、処理速度が充分に速いとはいえず、３．２ｍ径の硬化体を１ｍ造成するにあたり、約６０分かかってしまう。また、このＲＪＰ工法によっても、３．２ｍ程度の改良径が実用限界である。さらに、この工法は、排泥量が多く、排泥の処理費が嵩むという問題を抱えている。
【０００５】
そこで、本発明の主たる課題は、処理速度を速く、改良径を大きくすることができ、しかも排泥量が多くならない高圧噴射注入地盤改良工法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明、次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
地盤中に挿入した注入管を、軸回りに回転させながら引き上げる過程で、
前記注入管の上側位置において、エアを同伴させることなく高圧水のみを一つの噴射ノズルから圧力が１５〜２５ＭＰａ、流量が５０〜２００リットル／分の条件で、側方に噴射すること、
ならびに、前記注入管の下側位置において、軸心に対して反対の各位置から、それぞれ圧縮エアを同伴させながら、セメントミルクを噴射ノズルから圧力が２５〜５０ＭＰａ、流量が１００〜２００リットル／分の条件で、高圧噴射すること、
によって、地上側への排泥を行いながら地盤中に硬化体を造成することを特徴とする高圧噴射注入地盤改良工法。
【０００７】
＜請求項２記載の発明＞
地盤中に挿入した注入管を、軸回りに回転させながら引き上げる過程で、
前記注入管の上側位置において、軸心に対して反対の各位置から、それぞれエアを同伴させることなく高圧水のみを噴射ノズルから圧力が１５〜２５ＭＰａ、流量が２５〜１００リットル／分の条件で、側方に噴射すること、
ならびに、前記注入管の下側位置において、軸心に対して反対の各位置から、それぞれ圧縮エアを同伴させながら、セメントミルクを噴射ノズルから圧力が２５〜５０ＭＰａ、流量が１００〜２００リットル／分の条件で、高圧噴射すること、
によって、地上側への排泥を行いながら地盤中に硬化体を造成することを特徴とする高圧噴射注入地盤改良工法。
【０００８】
＜請求項３記載の発明＞
注入管の下側位置における各噴射ノズルの、一方が実質的に水平で、他方が高位であり斜め下方に指向しており、両者のセメントミルク噴射到達距離が交差する関係にある請求項１または２記載の高圧噴射注入地盤改良工法。
【０００９】
＜請求項４記載の発明＞
３重管を使用し、各噴射ノズルに至るまでにおいて、内管内をセメントミルク流路、内管と中管との間を高圧水流路、中管と外管との間をエア流路とした注入管を使用する請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧噴射注入地盤改良工法。
【００１０】
＜請求項５記載の発明＞
硬化体の改良径を２．８〜３．８ｍとなるように、各噴射ノズルからの噴射条件及び引き上げ速度を調整する請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧噴射注入地盤改良工法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明に係る高圧噴射注入地盤改良工法は、地盤中に挿入した注入管を、軸回りに回転させながら引き上げる過程で処理することにより改良体を造成するものである。これに使用する注入管、及び注入管の地盤中への挿入方法は、特に限定されるものではない。例えば、削孔機によってあらかじめ孔を形成し、形成された孔に注入管を挿入する方法による、あるいはケーシング掘りしながら建て込みケーシング管を引き抜く方法や、以下で述べる本実施の形態のように、注入管を自穿孔型とし、削孔にともなって注入管が地盤中に挿入される方法によることができる。
【００１２】
図１に示すように、地盤Ｇ中に挿入した注入管１０を、軸回りに回転させながら引き上げる過程で、注入管１０の先端部、通常モニターと称される部分の上側位置における高圧水噴射ノズル（図３において符号１５）から側方に、あるいは望ましくは軸芯を挟んで相反する二側方（１８０度反対位置）に、エアを同伴させることなく高圧水Ｗのみを噴射することによって、注入管周辺部（Ｋの範囲）の土砂を緩めるあるいは泥状化させる。この処理において、高圧水Ｗのみの噴射による場合、圧縮エアを噴射しないので、特に、ＲＪＰ工法との比較においても、エアリフト効果により過剰な排泥とならない利点がある。
【００１３】
この際使用する高圧水Ｗとしては、高圧水自体のほか、必要ならば、泥状化領域の孔壁保持性やセメントミルクとの混合容易性の観点から増粘剤を添加することができ、これにより１００〜７５０ｍＰａ・ｓの粘度を有するものも使用できる。したがって、本発明は増粘剤添加のものも「高圧水」に含むものである。粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満であると、泥状化領域の孔壁が崩壊しやすくなる。また、粘度が７５０ｍＰａ・ｓ超であると、セメントミルクが目標域に注入されず、セメントミルクにともなって噴射される圧縮エアのエアリフト効果によってセメントミルクが上方に逸走し余剰泥状物と一緒に排出されてしまう可能性が大きくなる。水に添加する増粘剤としては、セルロース系、アクリル系、天然高分子系、繊維状鉱物系のものなど、種々のものを使用することができる。
【００１４】
高圧水Ｗを噴射する圧力としては、送給ポンプの元圧（送り圧力）で１５〜２５ＭＰａとされる。１５ＭＰａ未満では、下側位置でのセメントミルクの噴射による改良径との関係で、引き上げに伴う先行する処理径が十分でなく、他方２５ＭＰａを超えると地盤を乱し過ぎ、過剰な排泥となる。高圧水Ｗの吐出量は、５０〜２００リットル／分とされる。高圧水噴射ノズルは、単一のほか、図３に示されているように、軸芯を挟んで相反する位置（１８０度反対位置）に２つの高圧水噴射ノズル１５，１５を設置するのが望ましい。したがって、この場合には、各高圧水噴射ノズル１５からの単位吐出量は、２５〜１００リットル／分、より好ましくは３５〜７５リットル／分とされる。高圧水Ｗの吐出量は、噴射圧と共に先行処理径を規定するとともに、下方から噴射したセメントミルク分がリフトする際にこれを希釈し、セメント分が希薄な排泥とすること関係する。この観点から、高圧水Ｗの吐出量には下限があり、また過剰な吐出量は、先行処理径が過大となり、余分な排泥をもたらす。
【００１５】
かくして、図１に示す処理径（Ｋ）は０．８〜１．２ｍ程度となり、下側位置でのセメントミルクの噴射による改良径（最終的に造成できる硬化体の改良径＝２．８〜３．８ｍ）とのバランスにおいて、排泥量が相対的に少ない状態で目的の硬化体の改良径を得ることができるようになる。
【００１６】
図１に示すように、注入管１０の下側位置において、軸心に対して反対の各位置から、それぞれ圧縮エアＡを同伴させながら、セメントミルクＭをセメントミルク噴射ノズル１６，１６から圧力が２５〜５０ＭＰａ、流量が１００〜２００リットル／分の条件で、高圧噴射する。
【００１７】
これによって、泥状化された土砂の一部を圧縮エアＡによるエアリフト効果によって地上へ移動させながら、Ｒの範囲の土砂をも切削し、セメントミルクＭと撹拌・混合して硬化体を造成する。
【００１８】
この場合において、高圧水噴射ノズル１５，１５とセメントミルク噴射ノズル１６，１６との離間距離は２０ｃｍ〜１２０ｃｍが、特に下側セメントミルク噴射ノズル１６との離間距離は４５ｃｍ〜８０ｃｍが望ましい。離間距離が短いと、相互が干渉して本発明の効果が低減するおそれがある。
【００１９】
セメントミルクＭ及び圧縮エアＡの噴射方向は、図６の（Ａ）に示すように、いずれをも水平方向にすることもできるが、図１及び図６の（Ｂ）に示すように、噴射位置を上下方向に関して異なる位置とし、かつ上側の噴射を所定角度斜め下方向に、下側の噴射を水平方向にするのがより好ましい。この後者の形態では、水平方向の噴射による改良面を、斜め下方向の噴射線が賽の目状に切削することになり、特に粘性土での改良に際して、きめ細かく全体を改良できる。すなわち、目的の改良部分全体を均質に乱しながらセメントミルクに置換、撹拌、混合できる。セメントミルク噴射ノズル１６，１６相互の離間距離は１０ｃｍ〜５０ｃｍが望ましい。上側セメントミルク噴射ノズル１６の水平面との傾斜角度は、５度〜２０度が望ましい。
【００２０】
セメントミルクＭは、各セメントミルク噴射ノズル１６，１６（図３参照）から、それぞれ１００〜２００リットル／分の噴射量とされ、好ましくは１１０〜１４０リットル／分とし、かつ噴射圧をポンプＰ２（図２参照）の元圧で２５〜５０ＭＰａ、特に３５〜４５ＭＰａとするのが望ましい。また、圧縮エアＡは、それぞれ噴射量を５〜１８ｍ3／分、通常は６〜８ｍ3／分程度とし、噴射圧をコンプレッサ２３（図２参照）の元圧で１．０５ＭＰａ以上とするのが好ましい。コンプレッサは上限が７ｋｇ／ｃｍ2タイプのものではなく、より高圧の圧力で送給できる高圧タイプのものを用い、８〜１２ｋｇ／ｃｍ2程度の圧力を保持するのが望ましい。
【００２１】
セメントミルクの噴射圧力及び噴射量は、主に改良径及び処理速度を規定する。目標の改良径２．８〜３．８ｍ（通常は２．８〜３．５ｍで十分）を得るためには、圧力が低いと目標の改良径が得られず、他方、目標の改良径から過度の圧力は不要である。噴射量は、主に必要な処理速度から下限が決められ、過度の噴射量はせセメント分のリフトが過大となる。
【００２２】
この際使用するセメントミルクＭとしては、これのみのほか、必要ならば、目標域への確実な注入及び上方への逸送防止の観点から、水／セメント比１００〜２００のセメントスラリーに増粘剤を添加することができ、これにより好ましくは１５０〜２０００ｍＰａ・ｓの粘度を有するものを、より好ましくは２５０〜５００ｍＰａ・ｓの粘度を有するものを使用することができる。セメントミルクの粘度が１５０ｍＰａ・ｓ未満であると、泥状化領域中に注入したセメントミルクが上方に逸走しやすく、セメントミルク混じりの泥状物が排出されてしまう。一方、粘度が２０００ｍＰａ・ｓ超とすると、使用する増粘剤の添加量が過剰となりコスト高になるとともに粘性が高すぎてセメントミルクの圧送ラインで閉塞トラブルが発生しやすくなる。
【００２３】
増粘剤としては、セルロース系、アクリル系、天然高分子系、繊維状鉱物系のものなど、種々のものを使用することができる。
【００２４】
次に、本工法を実施するうえでの、具体的な装置構成例について、図２〜図５を参照しながら説明する。
図２に示すように、本装置構成例では、注入管１０の基端部１０Ａに、高圧水Ｗを圧送するための高圧水圧送ホース３１、セメントミルクＭを圧送するためのセメントミルク圧送ホース３２及び圧縮エアＡを圧送するための圧縮エア圧送ホース３３が取り付けられている。
【００２５】
高圧水Ｗは、貯留槽３０，３０に貯留され、この貯留槽３０，３０から超高圧ポンプＰ１によって高圧水圧送ホース３１を通して、注入管１０に送られる。また、セメントミルクＭは、スラリープラント３０Ａにおいて、セメントサイロ３０Ｂから輸送路３４を通して送られてきたセメントと高圧水貯留槽３０から輸送路３５を通して送られてきた高圧水Ｗとの混合により生成され、このスラリープラント３０Ａから超高圧ポンプＰ２によってセメントミルク圧送ホース３２を通して、注入管１０に送られる。さらに、圧縮エアＡは、コンプレッサ３６によって、圧縮エア圧送ホース３３を通して、注入管１０に送られる。なお、２５及び２６は、セメントミルクＭ又は圧縮エアＡの流量計であり、また、２７，２８及び２９は発電機である。
【００２６】
このようにして高圧水Ｗ、セメントミルクＭ及び圧縮エアＡが供給される注入管１０は３流路管（三重管）であり、先端には、図３〜図５に示すいわゆるモニター（先端装置とも呼ばれる）が装備する。モニターは、基端部に中心部に削孔水Ｗ０及びセメントミルクＭ流路１１、中間に高圧水Ｗ流路１２、外側に圧縮エアＡ流路１３の３流路を有する。
【００２７】
この基端部の先端側には、内管部２０、２１、２２及び先端体２３が設けられている。また、注入管１０は自穿孔型となっており、その先端部には、削孔ビット１４が取り付けられている。この削孔ビット１４には、削孔水Ｗ０流路１１を通して送られてきた削孔水Ｗ０を吐出させる吐出口が形成されている。
【００２８】
また、内管部２０には、高圧水Ｗのみを噴射する高圧水噴射ノズル１５，１５が取り付けられ、図４にも示されているように高圧水Ｗ用通路１２，１２と連通されており、注入管１０の上下方向に関して同じ位置に、かつ相反する位置に２ヶ所設けられている。高圧水Ｗの噴射方向は、いずれも水平方向になっている。
【００２９】
さらに、注入管１０の高圧水噴射ノズル１５，１５の設けられた位置よりも下方には、二側方にセメントミルクＭ及び圧縮エアＡを高圧噴射するセメントミルク噴射ノズル１６，１６が設けられている。このセメントミルク噴射ノズル１６は、図３中に拡大して示すように、セメントミルクＭを噴射する核ノズル１６Ａと、この核ノズル１６Ａの周囲を包囲し圧縮エアＡを噴射する包囲ノズル１６Ｂとで構成されており、それぞれが、セメントミルクＭ流路１１又は圧縮エアＡ流路１３と連通されている（なお、圧縮エアＡ流路１３と包囲ノズル１６Ｂとの連通は、圧縮エアＡ流路１３と直交する連絡流路１３Ａを介してのものである。）。セメントミルク噴射ノズル１６は、注入管１０の上下方向に関して異なる位置に、かつ相反する位置に２ヶ所設けられている。セメントミルクＭ及び圧縮エアＡの噴射方向は、上側のセメントミルク噴射ノズル１６は斜め下方向に、下側のセメントミルク噴射ノズル１６は水平方向になっている。これによる効果は、前述したとおりである。
【００３０】
削孔水Ｗ０及びセメントミルクＭ流路１１から削孔水Ｗ０を図示しない削孔水吐出口に送り、又はセメントミルクＭをセメントミルク噴射ノズル１６に送るという流路方向の切り替えは、注入管１０の先端に内蔵させた切替バルブ１７によって行う。
【００３１】
この切替バルブ１７は、弁座１７Ａとこの弁座１７Ａに向かって投入されるボール１７Ｂとによって構成される。削孔水Ｗ０の供給に際しては、ボール１７Ｂを投入せず、削孔水Ｗ０を、弁座１７Ａを通る流路１８を通して削孔水吐出口に送る。セメントミルクＭの供給に際しては、ボール１７Ｂを投入することにより流路１８を封止し、セメントミルクＭをセメントミルク噴射ノズル１６に送る。
【００３２】
このようにしてなる注入管１０を用いて地盤Ｇを改良するにあたっては、図２に示すように、まず、ボーリングマシン等の削孔装置４０を用い、注入管１０先端の図示しない吐出口から削孔水Ｗ０を吐出させながら地盤改良予定下限位置に、注入管１０の先端部が到達するまで地盤を削孔し、注入管１０を所定位置に配置する。
【００３３】
そして、注入管１０を軸回りに回転させながら引き上げるにあたり、前述した造成処理を行うことになる。この処理にあたり地上部に排出された排泥は、空堀４１内に一時的に蓄えられ、この空堀４１からバキューム車２４によって吸い上げられ、搬出される。この際、排泥を図示しない脱水装置によって土砂分と液状分とに分離し、分離した液状分をさらに凝集処理し、削孔水や圧力水として再利用するとよい。
【００３４】
【実施例】
以上で説明した工法をもって、図３〜５に示す注入管を用いて、地盤改良速度を計測するための実験を行った。
高圧水として清水を用い、噴射量５０リットル／分、噴射圧２０ＭＰａで、それぞれ高圧水噴射ノズル１５，１５から噴射させた。また、セメントミルクとして、水／セメント比１００のものを用い、噴射量１２５リットル／分、噴射圧３５ＭＰａで、それぞれセメントミルク噴射ノズル１６，１６から噴射させた。さらに、圧縮エアは、噴射量１１ｍ3／分、噴射圧１．０５ＭＰａで噴射させた。その結果、各種土質に対して１ｍ当りの削孔時間は、標準的には表１に示すものとなり、「ＲＪＰ工法」の場合に比較して、短くなり、また、排泥量は、「ＲＪＰ工法」の場合に比較して、約１０％程度低減できることを確認した。さらに、改良径として２．８〜３．５ｍの範囲内でそれぞれ良好な改良体を造成できることも確認できた。
【００３５】
【表１】
2003286717.tif 000001
【００３６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る高圧噴射注入地盤改良工法によれば、処理速度を速く、改良径を大きくすることができ、しかも排泥量が多くならない工法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
地盤改良処理を説明するための断面模式図である。
【図２】
本発明に係る工法を実施するための装置構成例である。
【図３】
注入管の縦断面図である。
【図４】
注入管の横断面図である（高圧水噴射ノズルの備わる部位）。
【図５】
注入管の横断面図である（上側のセメントミルク噴射ノズルの備わる部位）。
【図６】
土砂の切削形態を示した図である。
【図７】
従来工法と本発明工法との対比説明図である。
【符号の説明】
１０…注入管、１１〜１３…流路、１４…削孔ビット、１５，１６…噴射ノズル、１７…切替バルブ、２０、２１、２２…内管部、２４…バキューム車、３０…貯留槽、３０Ｂ…セメントサイロ、３０Ａ…スラリープラント、３１〜３３…圧送ホース、３６…コンプレッサ、Ａ…圧縮エア、Ｇ…地盤、Ｌ…高圧水、Ｍ…セメントミルク、Ｗ０…削孔水。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2003286717.tif 000002
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2003286717.tif 000003