(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に内外二重の流体経路が形成されたロッドを対象地盤中に挿入しながら地山削孔と、前記ロッドを引き抜きながらスラリー噴射を行う、地盤内に地盤改良体を造成する水平高圧噴射撹拌工法であって、
ロッド挿入時に、前記ロッド内の外部流体経路先端の先端ノズルから圧力水を、前記先端ノズルの先端側に取り付けられた所定長さの先導管で前記ロッドの先端側を地山内で水平支持させながら、前記先端ノズルからの圧力水を先導管の先端まで案内して地山に噴射して地山の先行削孔を行うとともに、前記先端ノズルから所定距離後方に位置し、内部流体経路の端部で前記ロッド側面に形成された第２ノズルからロッド軸線方向とほぼ直交する方向に、前記圧力水より高圧の圧力水を噴射して地山に緩み領域を形成し、
ロッド引き抜き時に、前記外部流体経路を、前記先端ノズルの後方で、かつ前記第２ノズルの前方に設けられ、前記第２ノズルとロッド軸線方向に対して反対方向に流体噴射が可能な第１ノズルに切り替え、該第１ノズルと前記第２ノズルとから、異なる噴射圧力で固化材スラリーをロッド側方の地山に噴射し、前記ロッドの軸線方向に沿った、ほぼ水平をなす円筒形状の地盤改良体を形成することを特徴とする水平噴射撹拌工法。
【請求項２】
前記第１ノズルでのスラリー噴射圧力は、前記第２ノズルでのスラリー噴射圧力より低く設定された請求項１に記載の水平噴射撹拌工法。
【請求項３】
水噴射可能な先端ノズルと、該先端ノズルから所定距離後方に位置し、側面に開口が形成された第１ノズルと、前記先端ノズルの後方と前記第１ノズルとの間に位置し、流体圧力により流体経路を切り替え可能な切替弁と有する外部流体経路と、前記第１ノズルとロッド軸線方向に対して反対方向に流体噴射可能な第２ノズルを有する内部流体経路とが内部に形成されたロッドと、
該ロッドの先端側に取り付けられ、ロッドの先端側を地山内で水平支持させるとともに、前記先端ノズルからの圧力水をその先端まで案内する先導管と、
前記ロッドを地盤中での回転・挿入と、回転・引き抜きが可能な駆動機構と、
前記ロッド後端部から圧力水、あるいはセメントミルクスラリーを供給可能な流体供給手段と、
前記ロッドによる地山削孔、地山切削時に発生する排泥を処理、貯留する手段とを備えた水平高圧噴射撹拌装置であって、
ロッド挿入時に、前記流体供給手段により、前記ロッド内の外部流体経路の先端ノズルから噴射させた圧力水を、前記先導管内を案内させてロッド先端まで案内して地山に噴射し、地盤改良体が造成される範囲の地山の先行削孔と、前記内部流体経路の第２ノズルからロッド軸線方向とほぼ直交する方向に前記圧力水より高圧の圧力水を噴射し、地山の緩み領域形成とを行い、
ロッド引き抜き時に、前記内部流体経路端部を、前記切替弁で前記先端ノズルから前記第１ノズルに切り替え、該第１ノズルと前記第２ノズルとに前記流体供給手段から異なる噴射圧力で固化材スラリーを供給し、それぞれのノズルからロッド側方の地山に固化材スラリー噴射を行うことを特徴とする水平噴射撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水平噴射撹拌工法を行う際に、ほぼ水平方向に地盤改良体を造成する際、その削孔時における排泥効率や前記地盤改良体の造成精度を高めるようにした水平噴射撹拌工法及び同工法に用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤改良工法の一つとして高圧噴射撹拌工法がある。この工法に用いる装置は、ボーリングマシンに、スラリーを側方に高圧噴射可能な噴射装置を備えるだけでよいので、比較的小型にできる。そのため、施工場所が狭い所でもよく用いられる。通常、この高圧噴射撹拌工法は地上に噴射撹拌装置を設置し、その下方の地盤に向かってほぼ鉛直に所定深度まで削孔ロッドで削孔する。削孔ロッドが所定深度に達したら、削孔ロッドの側部に設けられた高圧噴射口からセメント系固化材等を噴出するとともに、削孔ロッドを回転させつつ引き抜くことで、円筒形状の地盤改良体を鉛直方向に形成する。この円筒形状の地盤改良体を平面的に縦横に配列して所定範囲の改良を行う。
【０００３】
ところで、既設構造物下方の地盤を補強する工法として、構造物下方の地盤を水平に削孔し、その削孔内に薬液を圧入して地盤改良する工法が一般に知られている（特許文献１参照）。しかし、既設構造物下の地盤性状によっては薬液注入では要求品質が確保できない場合がある。それに対応する工法として、高圧噴射撹拌工法を水平方向に施工し、円筒形状の地盤改良体を水平方向に並べて造成する工法も提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９３０５０公報
【特許文献２】特開２００３−２４７３８７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の水平方向の高圧噴射撹拌工法では、以下の問題点が認められている。
(1)削孔時に削孔ロッド先端部の方向が定まらない傾向があるため、直線削孔が難しい。
(2)鉛直方向に比べ排泥効率が悪いため、排泥圧の上昇による地盤変動が危惧される。
(3)地盤性状よっては、改良体の造成能力が低下するおそれがある。
特許文献２には、(1)の問題点を解決する構成が開示されているが、(2)の問題点への対応は想定されていない。(2)の場合、特に土被りが浅い場合に対象構造物への影響が大きいため、その対応が求められる。さらに(3)の問題点は、たとえば細粒分含有率が２０％以上であるような地盤で顕著であり、その場合、スラリー噴射による地盤の切削・撹拌効率、造成能力が著しく低下し、地盤改良体の品質不良が懸念される。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、排泥経路の確保や地盤改良体の造成能力の向上を図った水平噴射撹拌工法及び同工法に用いる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、内部に内外二重の流体経路が形成されたロッドを対象地盤中に挿入しながら地山削孔と、前記ロッドを引き抜きながらスラリー噴射を行う、地盤内に地盤改良体を造成する水平高圧噴射撹拌工法であって、ロッド挿入時に、前記ロッド内の外部流体経路先端の先端ノズルから圧力水を、前記先端ノズルの先端側に取り付けられた所定長さの先導管で前記ロッドの先端側を地山内で水平支持させながら、前記先端ノズルからの圧力水を先導管の先端まで案内して地山に噴射して地山の先行削孔を行うとともに、前記先端ノズルから所定距離後方に位置し、内部流体経路の端部で前記ロッド側面に形成された第２ノズルからロッド軸線方向とほぼ直交する方向に、前記圧力水より高圧の圧力水を噴射して地山に緩み領域を形成し、
ロッド引き抜き時に、前記外部流体経路を、前記先端ノズルの後方で、かつ前記第２ノズルの前方に設けられ、前記第２ノズルとロッド軸線方向に対して反対方向に流体噴射が可能な第１ノズルに切り替え、該第１ノズルと前記第２ノズルとから、異なる噴射圧力で固化材スラリーをロッド側方の地山に噴射し、前記ロッドの軸線方向に沿った、ほぼ水平をなす円筒形状の地盤改良体を形成することを特徴とする。
【０００８】
前記第１ノズルでのスラリー噴射圧力は、前記第２ノズルでのスラリー噴射圧力より低く設定することが好ましい。
【０００９】
前記水平噴射撹拌工法に用いられる装置として、水噴射可能な先端ノズルと、該先端ノズルから所定距離後方に位置し、側面に開口が形成された第１ノズルと、前記先端ノズルの後方と前記第１ノズルとの間に位置し、流体圧力により流体経路を切り替え可能な切替弁と有する外部流体経路と、前記第１ノズルとロッド軸線方向に対して反対方向に流体噴射可能な第２ノズルを有する内部流体経路とが内部に形成されたロッドと、該ロッドの先端側に取り付けられ、ロッドの先端側を地山内で水平支持させるとともに、前記先端ノズルからの圧力水をその先端まで案内する先導管と、前記ロッドを地盤中での回転・挿入と、回転・引き抜きが可能な駆動機構と、前記ロッド後端部から圧力水、あるいはセメントミルクスラリーを供給可能な流体供給手段と、前記ロッドによる地山削孔、地山切削時に発生する排泥を処理、貯留する手段とを備えた水平高圧噴射撹拌装置であって、ロッド挿入時に、前記流体供給手段により、前記ロッド内の外部流体経路の先端ノズルから噴射させた圧力水を、前記先導管内を案内させてロッド先端まで案内して地山に噴射し、地盤改良体が造成される範囲の地山の先行削孔と、前記内部流体経路の第２ノズルからロッド軸線方向とほぼ直交する方向に前記圧力水より高圧の圧力水を噴射し、地山の緩み領域形成とを行い、ロッド引き抜き時に、前記内部流体経路端部を、前記切替弁で前記先端ノズルから前記第１ノズルに切り替え、該第１ノズルと前記第２ノズルとに前記流体供給手段から異なる噴射圧力で固化材スラリーを供給し、それぞれのノズルからロッド側方の地山に固化材スラリー噴射を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ロッド挿入時に圧力水で周囲地盤を緩めることで、削孔ロッドと地盤との間に排泥ルートが確保されるので、引き抜きの高圧噴射攪拌による排泥効率がよくなるため、地盤変動が抑制できるという効果を奏する。また、先導管を用いた場合、圧力水の水平噴射が確実に行えるため、削孔の直線性が高まり、高精度の地山削孔が行えるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の水平噴射撹拌工法による全体の施工状態を示した施工状態説明図。
【図２】水平噴射撹拌工法に使用する施工装置の管系統を模式的に示した部分断面図。
【図３】水平噴射撹拌工法施工工程を示した概略施工フロー図。
【図４】水平噴射撹拌工法による施工状態を部分的に拡大して示した施工状態説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の水平噴射撹拌工法及び同工法に用いる装置の実施するための一形態として、以下の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１４】
図１各図は、杭基礎１で支持された既存構造物２の直下及びその周囲に地盤改良体を造成し、既存構造物２の耐震性向上を図る工事の各工程ごとでの施工状態を示している。各図に示された既存構造物２は杭基礎１で支持され、本実施例では、既存構造物２の地下部分は細粒分含有率が２０％以上の透水性が悪い地盤４を想定している。そこで、この地盤４に本発明の水平噴射撹拌工法を適用して、スラリー噴射時における地盤の切削・撹拌効率、地盤改良体３の造成能力の向上を図る。
【００１５】
図１（ａ）には、既存構造物２の直近に工事用立坑５を構築し、立坑５内に水平噴射撹拌施工装置１０、装置の管系統に噴射水を供給するポンプ（図示せず）、水タンク１１、排泥水を一時的に溜める貯槽１２等が設置された状態が示されている。施工状態としては、すでに既存構造物２の底面直下に上段の地盤改良体３が配列造成され、下段の地盤改良体３の施工状態が示されている。具体的には、水平噴射撹拌施工装置１０に装備された駆動機構１０ａとしての推進部に支持されたロッド２０による地盤内削孔状態が示されている。このロッド２０は後述するように、二重管構造からなり、削孔時には、削孔用水ノズル２１による先端削孔及びその後方のノズル３８（後述する。）からの水噴射によるロッド２０の周囲の地盤を緩め、緩み領域６を形成する先行切削とを行う。また、改良体造成時には、ロッド２０の前後位置に離れて配置された２系統の流路の先端に設けられた２本のノズル２８，３８から、それぞれ異なった圧力で、セメントミルク等の固化材が混入された固化材スラリーを噴射し、地盤４内に効率よく地盤改良体３を造成することができる。
【００１６】
図１（ｂ）には、既存構造物２の直下でのロッド挿入に伴う先行削孔と、排泥効果向上のための周辺地盤の先行切削による緩み領域６の形成とが完了し、先端部からロッド２０を引き抜きながらスラリー噴射を行う水平噴射撹拌による地盤改良体３の造成状態が示されている。この時、立坑５内には、駆動機構１０ａの動作でロッド２０の引抜きも行う施工装置１０と、ロッド２０内の供給系統にスラリー状の固化材を供給するために、固化材を一時貯留するスラリータンク１３とが設備されている。
【００１７】
図１（ｃ）には、既存構造物２の直下の地盤内に２段の地盤改良体３が完成した状態が示されている。この地盤改良体３は、同図中の矢視Id-Id線で示した端面図（図１（ｄ））に示したように、上下左右に隣接する地盤改良体３同士は所定の重なりを形成するように造成され、造成後の改良体全体の一体化が図られている。本実施例では、地盤改良体３の直径は約φ７００mmで、互いに約１００mmの重なりが得られるように各地盤改良体３が造成されている。
【００１８】
［ロッドの構成］
本発明の水平噴射撹拌工法の削孔、地盤改良体３の造成に適用するためのロッド２０の構成について、図２を参照して説明する。ロッド２０は、図２に示したように、複数の管体を軸線方向にねじ接合した組立構造からなる。先端側（図中左側）には先端にビット（図示せず）が装着されたメタルクラウン２２を有する先導管２３が同外径の先端ノズルブロック２４に螺合されている。本実施例では、長さ１０００mm，外径φ６０．５mmの先導管２３が用いられている。ロッド２０先端の「のみ下がり」を防止するために、先導管２３には比較的剛性の高い炭素鋼管が採用されている。カップリングを兼ねた先端ノズルブロック２４は、内部流路２４ａの先端に先端ノズルとしての削孔用水ノズル２１を有し、削孔用水ノズル２１の後端には切替弁２５が設けられている。さらに内部流路２４ａの中程には、内部流路２４ａから直交分岐して側面に貫通するように第１ノズル管２７が連結されている。第１ノズル管２７の先端には、スラリーを所定圧力で噴射可能な第１ノズル２８が形成されている。この第１ノズル２８と、削孔用水ノズル２１とは、流体の作用圧力により流路切り替え可能な切替弁２５を介してその流路が制御される。
【００１９】
先端ノズルブロック２４の端部にはカップリング２９を介して同外径の中間管３０が連結されている。中間管３０の反対端には第２ノズルブロック３１が連結されている。第２ノズルブロック３１内には、内部流路３１ａと直交分岐して側面に貫通するように第２ノズル管３２が形成されている。この第２ノズルブロック３１内には、後述するアウターチューブ３３の流体経路と中間管３０とを連通する連通孔３１ｂが形成されている。第２ノズルブロック３１の他端にはカップリング３４を介してアウターチューブ３３とインナーチューブ３５とが同軸的に連結されている。アウターチューブ３３は、リング状流路３３ａ、第２ノズルブロック３１内の連通孔３１ｂ、中間管３０、先端ノズルブロック２４内の内部流路２４ａとを軸方向流路として、先端ノズルブロック２４内の切替弁２５の先端側の削孔用水ノズル２１あるいは先端ノズルブロック２４の中間位置に設けられた第１ノズル管２７とに切り替え可能に流体供給を行える。一方、インナーチューブ３５は中空の管路３５ａとして機能し、第２ノズルブロック３１に連結され、その内部流路３１ａと軸方向流路を構成し、第２ノズル管３２を介して第２ノズル３８に流体供給を行える。なお、アウターチューブ３３とインナーチューブ３５とは、削孔の進行に従って所定の削孔長さまで連結可能な単位長さの炭素鋼鋼管からなり、アウターチューブ３３とインナーチューブ３５間のリング状流路３３ａ、インナーチューブ３５内の管路３５ａとは所定の流路面積を確保した管径に設定されている。
【００２０】
一方、立坑５内に突出する部分のアウターチューブ３３の外側には、立坑５の隔壁を貫通して口元管４０が外嵌されている。この口元管４０の立坑５側にはアウターチューブ３３とインナーチューブ３５の各流路の開閉を行えるゲートバルブ４１と排泥排出口４２とが形成され、端部はプリペンダ４３により止水が図られている。また、アウターチューブ３３とインナーチューブ３５の端部には、図示しない流体供給源からの供給管（ホース）が連結されるようになっている。
【００２１】
ここで、本発明の水平噴射撹拌工法による地盤改良体３の造成手順について、添付図面を参照して説明する。
［削孔工程］
まず、立坑５の発進位置から地盤改良体３を造成予定位置（地盤深さ、水平方向位置）を定めて、削孔ロッド２０による先行削孔を行う（（ステップ１１０、以後、ステップ：Ｓと略記す。））。この先行削孔のための圧力水は、立坑５側の供給ポンプ（図示せず）からアウターチューブ３３を介して送水され、アウターチューブ３３のリング状流路３３ａ、第２ノズルブロック３１内の連通孔３１ｂ、中間管３０、先端ノズルブロック２４内の内部流路２４ａとを通り、開状態の切替弁２５を通じて削孔用水ノズル２１から先導管２３を通じて地山に向けて低圧噴射される。これに合わせて所定回転数、推進力で削孔ロッド２０を地盤４内に挿入するように操作し、先導管２３先端のメタルクラウン２２に装着されたビットにより地盤４を先導管径よりわずかに大きい削孔径で先行削孔を行う（図１（ａ），図４（ａ）参照）。
【００２２】
この削孔用水ノズル２１からの圧力水噴射による先行削孔と同時に、削孔ロッド２０の第２ノズルブロック３１に設けられた第２ノズル３８を利用したジェット水による先行切削（プレジェット）を行い、ロッド周囲に緩み領域６を形成する（Ｓ１３０，図１（ａ））。ジェット水は、削孔用水ノズル２１から噴射される圧力水より高圧に設定され、この高圧噴射により、削孔ロッド２０の周囲に緩み領域６を設けることができる。これにより、排泥が後方へ移動しやすい経路（排泥ルート）を確保することができる。また、あらかじめ緩み領域６を形成することにより、その後の地盤改良体３の造成時に噴射されるスラリーと地山との撹拌混合を容易にすることができる。本実施例では、削孔ロッド２０で改良体範囲での先行削孔を行うとともに、第２ノズル３８から２０MPaのジェット水を毎分８０リットルで噴射して削孔ロッド２０回りに直径約７００mmの先行切削（緩み領域６の形成）を行い、立坑５内の口元管４０への排泥ルートを確保するとともに、後の地盤改良体３の造成径の確保を容易にする（Ｓ１２０，Ｓ１３０，図１（ａ），図４（ａ）参照）。
【００２３】
地盤改良体３の設計長さ分まで削孔ロッド２０の削孔が行われ、削孔工程が完了した後、管系統の切替を行う（Ｓ１４０，Ｓ２００）。削孔工程では、削孔用水ノズル２１と第２ノズル３８からの水噴射を行っていたが、改良体造成工程では、これらの流路系統にセメントミルクスラリーを所定圧力で供給する。以後、ロッド２０（削孔ロッド２０）をスラリー噴射ロッド２０と呼んで説明を行う。スラリー噴射ロッド２０を所定の回転速度と引抜き速度で地盤内から引き抜きながら、第１ノズル２８、第２ノズル３８からのスラリー噴射を行う（Ｓ２１０，Ｓ２２０）。
【００２４】
［改良体造成工程］
管系統の切替は、スラリー噴射ロッド２０の先端ノズルブロック２４内に設けられた切替弁２５の開閉動作により実現する（図２参照）。すなわち、削孔時には、削孔ロッド２０の軸方向流路内では、噴射圧力が５MPaより低圧、たとえば１〜３MPa程度の圧力水が口元からロッド２０先端へ供給されるため、経路中の切替弁２５は内蔵スプリング（図示せず）の付勢力によって軸方向の開状態が保持されている。このため、圧力水は先端の削孔用水ノズル２１にそのまま供給され、削孔用水ノズル２１から水噴射される。圧力水は先導管でロッド２０先端へ導かれ地山に向けて噴射され、先導管２３先端のビットによる地山削孔が行われる。
【００２５】
これに対して、この軸方向流路内に上記圧力以上の圧力水（流体）が供給されると、切替弁２５のスプリングが縮退して切替弁２５が閉状態となり、軸方向流路先端が閉塞する。このため、圧力水は、圧力開放端となっている、先端ノズルブロック２４内に形成された第１ノズル管２７へ流路変更され、第１ノズル２８を通じてロッド２０外に横方向噴射される。実際には、この作用は所定圧以上で軸方向流路に供給されたセメントミルクのスラリーによって実現する。このとき、ロッド２０を引抜きながら、供給系統が異なる第１ノズル２８と第２ノズル３８とから、それぞれ異なる圧力でスラリーを同時噴射して、先行切削により形成された緩み領域６での地山材料とスラリーとの撹拌混合を行う（Ｓ２１０，Ｓ２２０）。本実施例では、地盤４の地盤性状を考慮して、第１ノズル２８でのスラリー供給仕様は、圧力５Mpaで毎分３０リットル、第２ノズル３８でのスラリー供給仕様は、圧力１０Mpaで毎分５０リットルとした。
【００２６】
ここで、図４（ｂ），（ｃ）を参照して、地盤改良体３の造成状態について説明する。図４（ｂ）は、削孔ロッド２０による先行削孔が完了し、改良体造成工程を開始した状態を示している。同図に示したように、まずスラリー噴射ロッド２０を、第１ノズル２８が緩み領域６の先端部（地盤改良体３先端）に位置するまで引き抜き、その位置を始点として第１ノズル２８及び第２ノズル３８からのスラリー噴射（スラリー圧：第２ノズル３８＞第１ノズル２８）を開始する。スラリー噴射ロッド２０を所定回転速度および引き抜き速度で引き抜きながら、上述した圧力で２カ所のノズル２８，３８から、単位時間当たりの設定供給量によるスラリー噴射を行う。当初は、図４（ｂ）に示したように、第１ノズル２８及び第２ノズル３８近傍の緩み領域６に地盤改良体３が造成されるが、その後スラリー噴射ロッド２０を口元側に引き抜きながら、スラリー噴射を行うことで、図４（ｃ）に示したような、所定直径からなる略円筒形状の地盤改良体３を水平に造成することができる。最終的には、図１（ｃ），（ｄ）に示したように、既存構造物２の支持耐力を確保可能な段数の地盤改良体３を造成することができる（Ｓ２３０）。その後、地盤内からロッド等を撤去して施工完了する（Ｓ２４０）。
【００２７】
なお、第１ノズル２８と、その後方の第２ノズル３８との軸線方向の距離は約０．５mとしているので、改良体造成工程における第１ノズル２８からのスラリー噴射圧は、噴射開始から０．５m引き抜いた位置に達するまで第２ノズル３８からのスラリー噴射圧と同程度（１０MPa）か、それよりも若干高圧に設定することで、改良体先端部分の造成径が確保しやすくなる。
【００２８】
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
２  既存構造物
３  地盤改良体
６  緩み領域
１０  水平噴射撹拌装置
２０  ロッド（削孔ロッド、スラリー噴射ロッド）
２１  先端ノズル（削孔用水ノズル）
２３  先導管
２５  切替弁
２８  第１ノズル
３３  アウターチューブ
３５  インナーチューブ
３８  第２ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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