(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射管ロッドの先端部に組み付けられ、超高圧硬化材を受け入れる入口と、硬化材噴射ノズルと、前記入口から前記硬化材噴射ノズルまでの間に形成される超高圧液体通路とを有し、
前記超高圧液体通路は、前記入口側に連続して位置する直線状の入口側通路と、前記硬化材噴射ノズル側に連続して位置する直線状の噴射ノズル側通路と、前記入口側通路と前記噴射ノズル側通路の間に連続して位置する少なくとも一つの直線状の中間通路とを備えており、
これらの通路が交差する部分をコーナー部に形成するとともに、該コーナー部の曲がり角をすべて５０°以内に設定しており、
前記入口側通路は、流れ方向上流側から見て、前記噴射管ロッドの軸線に対し前記入口側通路の軸線が前記硬化材噴射ノズルの位置する側とは反対側に屈曲するように設けられていることを特徴とする、モニター機構。
【請求項２】
請求項１に記載のモニター機構において、前記超高圧液体通路の内面が超硬合金で形成されていることを特徴とするモニター機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧噴流液による地盤の切削を旋回噴流で行う地盤改良工法に使用するモニター機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超高圧噴流液により地盤を切削する地盤改良工法としては、超高圧噴射工法が知られている。この超高圧噴射工法にはＣＣＰ工法等の単管式超高圧噴射工法や、ジェットグラウト工法（ＪＳＧ工法）等の二重管式超高圧噴射工法、コラムジェットグラウト工法（ＣＪＧ工法）やロジンジェットパイル工法（ＲＪＰ工法）等の三重管式超高圧噴射工法などがある。
【０００３】
この種の超高圧噴流液により地盤を切削する地盤改良工法では、地中の目標深さまで挿入された噴射管ロッドの下部に設けられたモニター機構の硬化材噴射ノズルから超高圧噴流液（セメントミルク等の超高圧硬化材）を地盤中に噴射させ、噴射管ロッドを旋回させながら引き上げることにより、超高圧噴流液による地盤の切削と、土粒子と硬化材の混合攪拌とを旋回噴流で行ってパイル状の固化体（改良体）を造成している。超高圧噴流液による地盤の切削・攪拌機構は、動圧作用、衝撃力、脈動負荷、キャビテーション現象、クサビ効果、研磨効果等が効果的に働くことによるものである。
通常、図１１に示すように、モニター機構３０の超高圧噴流液を地盤中に噴射させる硬化材噴射ノズル３１は、超高圧液体通路３２から直角状に設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
近時の地盤改良においては、超高圧ポンプの開発が進み、超高圧噴流液の吐出量や吐出圧の増大が可能となったことに伴い、地盤中に造成するパイル状の固化体（改良体）の造成径の大径化がすすめられるようになっている。造成径が大きくなるにしたがって、吐出量と吐出圧を増加したり、噴射管ロッドを二重管、三重管として硬化材噴射ノズルを増やしたり、超高圧ポンプも増やしたりすることで、造成径の拡大化の実現を図っている。
このように造成径を大径化するにあたっては、噴射管ロッド内を圧送するセメントミルク等の超高圧硬化材の送給量が大量であることが求められるようになってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３０６８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかる超高圧硬化材を大量に送給するとなると、噴射管ロッド径やモニター機構の径に機械装置上制約、限度があるために、流速の増加が避けられず、当該流速の増加により結果的に噴射管ロッドやモニター機構内に形成されている図１１に示すような超高圧液体通路３２と硬化材噴射ノズル３１の直角部に於いては不可避的に乱流が生じ、地盤中に噴出するエネルギーの損失を引き起す原因となり、造成径の大径化に躍進するには限界があった。また、造成径の大径化に伴う超高圧硬化材の吐出量と吐出圧の増加によってモニター機構の損耗が激しく、消耗費の高騰化につながっている。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、上記のような、噴射管ロッドを地中の目標深さまで挿入し、この噴射管ロッドの上部に取り付けたスイベルの硬化材入口から硬化材を超高圧で圧入し、前記噴射管ロッドの下部に組み付けたモニター機構の硬化材噴射ノズルから前記硬化材を管半径方向へ連続的に噴射させ、前記噴射管ロッドを旋回駆動して、前記硬化材の高圧噴流でその周囲の地盤を切削攪拌して造成する地盤改良工法において、モニター機構の入口から前記硬化材噴射ノズルまでの間に形成される超高圧液体通路の構成に工夫を凝らすことにより、造成径の大径化に伴い超高圧硬化材の吐出量と吐出圧が増加しても乱流の発生を防止でき、またモニター機構の損耗の減少、耐久性の向上を図り得る地盤改良工法に使用するモニター機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、モニター機構の入口から硬化材噴射ノズルまでの超高圧液体通路にコーナー部が存在している場合、そのコーナー部において超高圧硬化材が屈曲させられるときの曲がり角をすべて５０°以内に設定すると、超高圧液体通路内における乱流の発生を防止できることを知見した。そして、乱流の発生を防止して流れを整流化することにより、超高圧硬化材の噴射距離を飛躍的に増大できることを知見した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【０００９】
本発明のモニター機構は、請求項１に記載のように、噴射管ロッドの先端部に組み付けられ、超高圧硬化材を受け入れる入口と、硬化材噴射ノズルと、前記入口から前記硬化材噴射ノズルまでの間に形成される超高圧液体通路とを有し、前記超高圧液体通路は、前記入口側に連続して位置する直線状の入口側通路と、前記硬化材噴射ノズル側に連続して位置する直線状の噴射ノズル側通路と、前記入口側通路と前記噴射ノズル側通路の間に連続して位置する少なくとも一つの直線状の中間通路とを備えており、これらの通路が交差する部分をコーナー部に形成するとともに、該コーナー部の曲がり角をすべて５０°以内に設定しており、前記入口側通路は、流れ方向上流側から見て、前記噴射管ロッドの軸線に対し前記入口側通路の軸線が前記硬化材噴射ノズルの位置する側とは反対側に屈曲するように設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載のモニター機構は、請求項２に記載のように、前記超高圧液体通路の内面が超硬合金で形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、前記モニター機構の前記超高圧硬化材を受け入れる入口から前記硬化材噴射ノズルまでの超高圧液体通路におけるコーナー部の曲がり角をすべて５０°以内に設定しているので、超高圧液体通路に超高圧硬化材の吐出量、吐出圧が増加する場合でも、乱流の発生を防止でき、超高圧液体がスムーズに硬化材噴射ノズルに突入することになり、したがって噴射される超高圧噴流の噴流断面を円状にし、円断面の大きさを小さくすることができ、これにより超高圧噴流液体の飛距離を飛躍的に伸ばすことができて造成径の大型化に躍進することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、モニター機構の損耗の減少、耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のモニター機構の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の地盤改良工法に使用される噴射管ロッドの頭部に取り付けられるスイベルの外観図である。
【図３】本発明の一実施例の地盤改良工法の施工手順を示す説明図である。
【図４】本発明の地盤改良工法により造成される固化体（改良体）の一実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の地盤改良工法により造成される固化体（改良体）の他の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の地盤改良工法により造成される固化体（改良体）の更に他の実施例を示す断面図である。
【図７】他の実施例のモニター機構の縦断面図である。
【図８】図７のモニター機構の噴射管ロッドの頭部に取り付けられるスイベルの外観図である。
【図９】更に他の実施例のモニター機構の縦断面図である。
【図１０】図９のモニター機構の横断面図である。
【図１１】従来例のモニター機構における超高圧液体通路と硬化材噴射ノズルの取合い部分を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、本発明の地盤改良工法に使用するモニター機構１は、ＣＣＰ工法等の単管式超高圧噴射工法などによる地盤改良工法にて地中にパイル状の固化体（改良体、以下同じ）を造成する際に使用する単管用の噴射管ロッド２の先端部にカップリング３を介して取り付けられる。噴射管ロッド２の頭部には図２に示す単管用のスイベル５が取り付けられる。
【００１５】
スイベル５は、図２に示すように、その上部の周面一部に開口され、超高圧ポンプ（図示せず）からの超高圧硬化材の入口６と、この入口６から中心部に延び、更に軸心に沿って下端面まで連通する通路７とを備えている。尚、スイベル５の頭部には噴射管ロッド２をクレーン等で吊持するためのフック部８を一体に設けている。
【００１６】
図１に示すように、モニター機構１は、スイベル５の通路７の下端に連通する噴射管ロッド２内の超高圧硬化材通路４からの超高圧硬化材を受け入れる入口９、超高圧硬化材を管半径方向へ連続的に噴射させる単一の硬化材噴射ノズルＮ、および入口９から硬化材噴射ノズルＮまでの間に連通状に形成される超高圧液体通路１１を有する単管構造からなる。超高圧液体通路１１は、入口９側に連続して位置する入口側通路１２と、硬化材噴射ノズルＮ側に連続して位置する噴射ノズル側通路１３と、入口側通路１２と噴射ノズル側通路１３の間に連続して位置する少なくとも一つの中間通路、すなわち図示例では二つの第１および第２の中間通路１４・１５とを備える。
【００１７】
本発明者は、モニター機構１の入口９から硬化材噴射ノズルＮまでの超高圧液体通路１１にコーナー部が存在している場合、そのコーナー部において超高圧硬化材が屈曲させられるときの曲がり角が５０°を超えると、超高圧液体通路１１に超高圧液体（硬化材）の吐出量、吐出圧が増加する場合に、超高圧液体通路１１内の流れ状態は乱流となることを知見した。そこで、かかる乱流の発生を防止でき、超高圧液体がスムーズに硬化材噴射ノズルＮに突入して、噴射される超高圧噴流の噴流断面を円状にし、かつ円断面の大きさを小さくすることができ、これにより超高圧噴流液体の飛距離を飛躍的に伸ばすことができるように、モニター機構１の入口９から硬化材噴射ノズルＮまでの超高圧液体通路１１に存在するコーナー部の曲がり角α１〜α４をすべて５０°以内に設定している。
【００１８】
具体的には、流れ方向上流側から見た場合の噴射管ロッド２の軸線に対する入口側通路１２の軸線が屈曲する角度α１、流れ方向上流側から見た場合の入口側通路１２の軸線に対する第１の中間通路１４の軸線が屈曲する角度α２、流れ方向上流側から見た場合の第１の中間通路１４の軸線に対する第２の中間通路１５の軸線が屈曲する角度α３、および流れ方向上流側から見た場合の第２の中間通路１５の軸線に対する噴射ノズル側通路１３の軸線が屈曲する角度α４を、すべて５０°以内に設定している。
【００１９】
α１〜α４の具体的な数値としては、例えば、α１〜α４をすべて４５°に設定してもよいし、α１〜α３を５０°に設定し、α４のみ４０°に設定してもよい。
【００２０】
このような構成により、乱流の発生を効果的に防止することができ、超高圧噴流液体の飛距離を飛躍的に伸ばすことができる。
【００２１】
また、本実施形態では、流れ方向上流側から見て、噴射管ロッド２の軸線に対し入口側通路１２の軸線が硬化材噴射ノズルＮの位置する側とは反対側に屈曲するように入口側通路１２が設けられ、そこから第１の中間通路１４が下方（ほぼ真下）に伸びるように設けられ、さらに、第１の中間通路１４よりも短い第２の中間通路１５を介して噴射ノズル側通路１３に接続されているので、噴射ノズル側通路１３を長く設定することができる。これにより、噴射ノズル側通路１３において流れを整流化でき、この面でも超高圧噴流液体の飛距離の増大に寄与している。
【００２２】
入口側通路１２、第１・２の中間通路１４・１５、あるいは噴射ノズル側通路１３が湾曲状に形成されていると、該湾曲状の通路の出口で整流とならないため、入口側通路１２、第１・２の中間通路１４・１５、および噴射ノズル側通路１３はそれぞれ直線状に形成して、液体の流れを各通路の出口側（下流側）で整えて乱れのない流れになるようにしている。
【００２３】
この点は、超高圧液体通路１１の屈曲部（コーナー部）も同様であり、各屈曲部が円弧状に丸味を有していると、ここで乱流が発生し易くなる。そこで、超高圧液体通路１１の屈曲部はコーナー部に形成している。
【００２４】
さらに、超高圧液体通路１１の内面、および硬化材噴射ノズルＮは硬化材による損耗を減少し、耐摩耗性を付与するために、超硬合金１６、例えば、炭化タングステンとコバルトを混合して焼結した超硬合金で形成する。
【００２５】
次に、上記のモニター機構１を先端部に取り付けた噴射管ロッド２（単管）を使用するＣＣＰ工法等の単管式超高圧噴射工法による本発明に係る地盤改良工法にて地中にパイル状の固化体（改良体、以下、同じ）Ｐを垂直に造成する施工手順を図３の（ａ）〜（ｃ）を参照して以下に説明する。図３の（ａ）は噴射管ロッドによる削孔工程図、（ｂ）はパイル状の固化体の造成工程図、（ｃ）は噴射管ロッドの引き抜き工程図である。以下、工程順に説明する。
【００２６】
（１）噴射管ロッドによる削孔工程
図３（ａ）に示すように、地上にボーリングマシンＭを設置し、噴射管ロッド２による削孔を水又はベントナイト泥水を噴出しながら目的の削孔深度まで行う。
【００２７】
（２）造成工程
図３（ｂ）に示すように、造成工程では、噴射管ロッド２をモニター機構１ごと連続的に回転させながら引き上げて行くと同時に、超高圧硬化材Ｇを硬化材噴射ノズルＮから連続的に噴射させ、その旋回噴流で周囲の地盤を切削するとともに、土粒子と硬化材を混合攪拌してその切削域に図３（ｃ）に示すようにパイル状の固化体Ｐを造成する。パイル状の固化体Ｐとしては、例えば、噴射管ロッド２をモニター機構１ごと連続的に回転させることにより図４に示すような断面円形状に形成する。
または、噴射管ロッド２をモニター機構１ごと図５（ａ）に示すように１回転する間に４５°（噴射停止角度θ）ごとに停止と回転とを繰り返して間欠回転させるか、あるいは図５（ｂ）に示すように１回転する間に２２．５°（噴射停止角度θ）ごとに停止と回転を繰り返して回転させることにより断面放射形柱状の固化体Ｐを造成することができる。
更に又、高圧噴流の噴射（例えば４０°）と噴射停止（例えば１４０°）とを交互に繰り返すことで、図６に示すように断面蝶形の壁状の固化体（止水壁）Ｐを造成することができる。
【００２８】
ここにおいて、注目すべきは、モニター機構１の入口９から硬化材噴射ノズルＮまでの超高圧液体通路１１に存在するコーナー部の曲がり角α１〜α４をすべて５０°以内に設定している構成であるから、超高圧液体通路１１に超高圧液体（硬化材）の吐出量が多くなる場合でも、乱流の発生を防止でき、超高圧液体がスムーズに硬化材噴射ノズルＮに突入することになり、したがって噴射される超高圧噴流の噴流断面を円状にし、かつ円断面の大きさを小さくすることができ、これにより超高圧噴流液体の飛距離を飛躍的に伸ばすことができて固化体Ｐの造成径の大型化に躍進することができる点である。また、入口側通路１２、第１・２の中間通路１４・１５および噴射ノズル側通路１３のそれぞれが液体の進路方向に対して直線状に形成されているので、液体の流れを各通路の出口側（下流側）で整えることができて有効確実に乱流のない流れにすることができる点である。
【００２９】
（３）噴射管ロッドの引き抜き工程
造成完了後は、図３（ｃ）に示すように、超高圧硬化材の供給を停止して、噴射管ロッド２を地上に引き抜く。なお、噴射管ロッド２を引き抜いた後は、該噴射管ロッド２内を清水で洗浄し、次の造成地点に移動させる。また、噴射管ロッド２の引き抜きにより固化体Ｐの上方に生じる穴２０は、排泥やモルタル等で穴埋めを行う。
【００３０】
上記実施例のモニター機構１は単管構造からなるが、これに代えて、図７に示すように、二重管構造のモニター機構１を採用することもできる。この二重管構造のモニター機構１は、超高圧硬化材通路４及び圧縮空気通路２１を有する二重管の噴射管ロッド２の先端側に取り付けられるものである。超高圧硬化材通路４の上端部は図８に示す二重管用のスイベル５の超高圧硬化材入口６と、圧縮空気通路２１の上端部はスイベル５に設けられる圧縮空気入口５ａとそれぞれ連通状態になす。そして、二重管構造のモニター機構１は、スイベル５の超高圧硬化材入口６と二重管の噴射管ロッド２内の超高圧硬化材通路４を介して連通する上記実施例の超高圧液体通路１１と同じ構造の超高圧液体通路１１と、同スイベル５の圧縮空気入口５ａと同噴射管ロッド２内の圧縮空気通路２１を介して連通する圧縮空気通路２３を有する二重管構造のモニター管１０と、超高圧液体通路１１の下端部に設けられた単一の硬化材噴射ノズルＮと、圧縮空気通路２３の下端部に設けられ且つ硬化材噴射ノズルＮを包囲する形に設けられた圧縮空気噴射ノズル２２を有するものである。なお、超高圧液体通路１１の内面、および硬化材噴射ノズルＮは、上記実施例の場合と同様に硬化材による損耗を減少し、耐摩耗性を付与するために、炭化タングステンとコバルトを混合して焼結した超硬合金１６で形成する。
【００３１】
図７に示す二重管構造のモニター機構１は、単一の硬化材噴射ノズルＮを有する片噴射用であるが、これに代えて、図９、図１０に示すように二つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２を持つ両噴射用の二重管構造のモニター機構１を採用することもできる。
【００３２】
この両噴射用の二重管構造のモニター機構１は、モニター管１０の管側部に２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２を設けてなる。
【００３３】
すなわち、両噴射用の二重管構造のモニター機構１は、スイベル５の超高圧硬化材入口６と二重管の噴射管ロッド２内の超高圧硬化材通路４を介して連通する上記実施例の超高圧液体通路１１と同じ構造をした２本の超高圧液体通路１１、１１、及び同スイベル５の圧縮空気入口５ａと同噴射管ロッド２内の圧縮空気通路２１を介して連通する圧縮空気通路２３を有する二重管構造のモニター管１０と、モニター管１０の管側部に各超高圧液体通路１１の下端部に連通するよう設けられた２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２と、各圧縮空気通路２３の下端部に設けられ且つ各硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２を包囲する形に設けられた圧縮空気噴射ノズル２２を有するものである。
【００３４】
超高圧液体を逆方方向に噴射する２つの硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２は、モニター管１０の管側部に、管軸芯に対して直角方向逆向きで取り付けている。
本実施形態では、図１０に示すように、一方の硬化材噴射ノズルＮ１の軸線ａと他方の硬化材噴射ノズルＮ２の軸線ｂが互いに平行とならないように、ずれ角度Ｓだけ両者の方向をずらしている。具体的には、噴射管ロッド２の軸線と平行な向きに見た場合に、硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２の軸線ａ，ｂと交差する仮想線Ｚ（この例では、仮想線Ｚはモニター機構１の軸心を通るようになっている）を想定し、この仮想線Ｚから測った一方の硬化材噴射ノズルＮ１の軸線ａの方向（仮想線Ｚと軸線ａのなす角）をθ１、仮想線Ｚから測った他方の硬化材噴射ノズルＮ２の軸線ｂの方向（仮想線Ｚと軸線ｂのなす角）をθ２とすると、θ１＝θ２＋Ｓとなっている。
但し、互いの軸線ａ，ｂが平行となるように硬化材噴射ノズルＮ１，Ｎ２を設けてもよい。
【００３５】
上記各実施例では、噴射ノズルを１箇所ないし２箇所に設けたものについて説明しているが、３箇所以上に設けたものでも実施することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  モニター機構
２  噴射管ロッド
４  超高圧硬化材通路
５  スイベル
９  入口
１０  モニター管
１１  超高圧液体通路
１２  入口側通路
１３  噴射ノズル側通路
１４  第１の中間通路
１５  第２の中間通路
１６  超硬合金
Ｎ、Ｎ１、Ｎ２  硬化材噴射ノズル
Ｐ  固化体
α１〜α４  超高圧液体通路におけるコーナー部の曲がり角
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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