(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ジェット噴流と機械撹拌との併用により地中に固結杭を造成するに際して、地中に挿入する管の長手方向に間隔を設けて取付けた攪拌翼に設けられ且つ硬化材又は水の高圧噴流及び該高圧噴流の周りを覆う空気噴流を噴出する少なくとも２個のノズル装置を用い、これらノズル装置は噴射角度調整自在であり、造成するべき固結杭の仕上がり杭径に応じてノズル装置の噴射角度を調整して交差させることにより該仕上がり杭径の制御を行う注入装置において、前記ノズル装置は、概略水平な本体管部とノズル部とを備え、該ノズル部はテーパ管、ベント管、ノズルの順に連設して構成され、前記ノズル部は回転継手部材を介して前記本体に対し回動自在且つ固定可能に取付けられており、前記テーパ管及びベント管は耐キャビテーション性を有する材料で形成されていることを特徴とする注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ジェット噴流と機械撹拌との併用により地中に固結杭を造成するに際して、地中に挿入する管の長手方向に間隔を設けて取付けた攪拌翼に設けられ且つ硬化材又は水の高圧噴流及び該高圧噴流の周りを覆う空気噴流を噴出する少なくとも２個のノズル装置を用い、これらノズル装置は噴射角度調整自在であり、造成するべき固結杭の仕上がり杭径に応じてノズル装置の噴射角度を調整して交差させることにより該仕上がり杭径の制御を行う注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧ジェット噴流と機械攪拌の併用により地中に固結杭を造成し地盤を改良する工法は公知である。
【０００３】
かかる工法においては、高圧ジェット噴流を地中に挿入する管から直接に噴射させずに該管を中心とする攪拌翼を数段設け、管の中心付近から低圧の硬化材を吐出し、管から一定の距離の攪拌は機械攪拌によって攪拌するとともに、さらに攪拌翼の先端または中間より水または硬化材の高圧ジェットを噴射して地中に固結杭すなわち円管状パイルを造成する。
【０００４】
前述の工法では攪拌翼で造成するパイルの外側に所定の厚みを持つ円管状の造成パイルを付加することになるが、所定の厚みを状況に応じて選択できることが望ましい。このためジェット噴流の到達距離を制御することが必要になる。
【０００５】
ところで、高圧ジェット噴流を地中に注入する場合、土質及び土性（強度、含水比、間隙比）によってジェット噴流の到達距離が異なるため、従来は過大なパワーによって水あるいは硬化材を注入し、造成パイルの仕上がり径を大きめに確保することを優先する傾向にあった。このため材料のロスや多量のスライムの流出等の問題があった。
【０００６】
そこで本出願人は特願平６−３９９８６号において、ジェット噴流の到達距離を容易に制御できるようにし、造成パイルの所定の厚みを状況に応じて選択できるようにして、従来工法による場合の材料のロス等の不都合を解決する固結杭造成における仕上り杭径の制御方法を提案した。
【０００７】
該提案によれば、高圧ジェット噴流と機械撹拌との併用により地中に固結杭を造成するに際し、地中に挿入する管の長手方向に間隔を設けて取付けた攪拌翼に設けて硬化材又は水の高圧噴流及び該高圧噴流の周りを覆う空気噴流を噴出する少なくとも２個のノズルを用い、これらノズルは噴射角度調整自在であり、到達距離に応じてノズルの噴射角度を調整して、これらノズルから噴射される噴流同士を確実に交差させることにより仕上がり杭径の制御を行うことを特徴としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記提案提案自体は有効なものであるが、しかし、ジェット噴流同士を確実に衝突させるためにはノズルの噴射角度を高精度にて調整する必要がある。そして、その様な高精度な調整或いは微調整は非常に煩雑な作業であり、作業労力の増大を招いてしまう。一方、微調整の精度が低く、噴流同士が衝突しない場合には、造成される地中固結杭の仕上り杭径に悪影響が及ぼされる。
【０００９】
また、ノズルから噴射される流体が注入装置内部の流路を通過する際に、テーパのついたテーパ管や折曲したベント管において、キャビテーションや渦流が発生し、その部分を破損してしまうという問題、或いは噴流そのものに乱れを生じてしまうという問題、が見出だされている。
【００１０】
本発明は上述した様な従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ノズルの噴射角度の微調整が可能な注入装置の提供を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
ここで、ノズルから噴射する噴流同士を確実に衝突させて、衝突点以遠における該噴流のエネルギをゼロにせしめ、以てジェット噴流による掘削径の精密な制御を可能とするためには、シャープで且つ十分に収束されたジェット噴流であること、上下のノズルから噴射されるジェット噴流が同様なもの同士であること、が必要である。例えば、一方のジェット噴流がシャープで且つ十分に収束されたジェット噴流であっても、他方が十分に収束されていなければ、ジェット噴流同士の交差とは言い得ず、噴流のエネルギが衝突点以遠でも存在してしまう。すなわち、掘削径の精密な制御が不可能となってしまう。
【００１２】
そして、上記した２つの条件を充足させるためには、テーパ管、ベント管、ノズルが必要である。また、噴流として噴射される流体が流れる流路の仕上げは精密仕上げとすることにより、渦流が発生せず、キャビテーションが生じ難くなる様に構成することが可能である。
【００１３】
本発明の注入装置は、この様な知見に基づいて為されており、高圧ジェット噴流と機械撹拌との併用により地中に固結杭を造成するに際して、地中に挿入する管の長手方向に間隔を設けて取付けた攪拌翼に設けられ且つ硬化材又は水の高圧噴流及び該高圧噴流の周りを覆う空気噴流を噴出する少なくとも２個のノズル装置を用い、これらノズル装置は噴射角度調整自在であり、造成するべき固結杭の仕上がり杭径に応じてノズル装置の噴射角度を調整して２個のノズル装置から噴射される噴流同士を確実に交差させることにより該仕上がり杭径の制御を行う注入装置において、前記ノズル装置は、概略水平な本体管部とノズル部とを備え、該ノズル部はテーパ管、ベント管、ノズルの順に連設して構成され、前記ノズル部は回転継手部材を介して前記本体に対し回動自在且つ固定可能に取付けられており、前記テーパ管及びベント管は耐キャビテーション性を有する材料で形成されている。
【００１４】
上記のように構成された本発明の注入装置によれば、施工に際し、注入装置を地中に挿入する前に、（地上で）高圧噴流を噴出し、該高圧噴流（交差噴流）が確実に衝突し、交差角度が例えば３０°ないし９０°の範囲の所定角度になるように、前記回転継手部材により両ノズル部をそれぞれ回動して微調整する。微調整が完了したならば、前記回転継手部材を操作してノズル部を本体管部に固定する。
【００１５】
また本発明によれば、テーパ管及びベント管は耐キャビテーション性を有する材料で構成されているので、ノズルからジェット噴流として噴射する流体により注入装置内の流路のテーパ部及びベント部でキャビテーションが発生しても、流路は耐久性を有し、破損等の問題は防止されるのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１７】
図１及び図２には、本発明を実施したノズル装置を備えた注入装置が示されている。これらの図において、１は発電機、２は発電機１によって駆動される高圧ポンプ、３は配管、４は配管３に地中に挿入された管を連結しているスイベルジョイント、５は攪拌処理機械、６は地中に挿入された管、７ａ、７ｂ、７ｃは管６にその長手方向に間隔を隔てて数段設けた攪拌翼、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは攪拌翼７ａ、７ｂ、７ｃに設けたノズル装置で、このノズル装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃは図２に示すように、硬化材又は水の高圧噴流Ｊ１及びその高圧噴流Ｊ７の周りを覆う空気噴流Ｊ２からなる高圧複層噴流Ｊを噴射し、交差角度αが調整できるようになっている。図３及び図４を参照しノズル装置１０ａを例に説明する。そのノズル装置１０ａは、本体管部１１とノズル部２０と、両者１１、２０を連結する袋ナット１６とから概略構成されている。
【００１８】
前記本体管部１１は、一端にフランジ部１３が形成され、他端にねじ部１４が形成された外管１２と、内管１５とで二重管に構成されている。
【００１９】
前記ノズル部１０ａのノズルブロック２１には、ノズル部外管２２がフランジ部２３及びボルト２４により結合されている。このノズル部外管２２の他端は、フランジ部２５とねじ部１４に螺合する袋ナット１６とにより本体管部１１に締付け固定されている。したがって、ノズル部２０は、本体管部１１に対し回動自在かつ固定自在に取付けられている。
【００２０】
換言すれば、ノズル部２０の本体管部１１側端部と、本体管部１１のノズル部２０側端部と、袋ナット１６とにより、回転継手が構成されている。そして、この回転継手により、ノズル部２０は、本体管部１１に対して回動自在で且つ固定自在に取り付けられるのである。
【００２１】
そして、ノズル部２０の内部には、本体管部１１側から、テーパ管２６、噴射角度すなわちベント角度βが例えば２２．５°のベント管２８及びノズル２９が連続して設けられている。そのベント管２８は、テーパ管２６に螺合する固定キャップ２７によりテーパ管２６に固定され、このテーパ管２６は、フランジ部２３及びボルト２４によりノズルブロック２１に締付け固定されている。
【００２２】
前記ノズル２９は、ノズルブロック２１の内孔に螺合され、また、ノズルブロック２１には、ノズル２９を隙間を設けて覆うエアキャップ３０が螺合されている。そして、内管１５、テーパ管２６、ベント管２８及びノズル３０の内孔により、高圧噴流Ｊ１の管路が形成されている。他方、外管１２と内管１５との間の管路ａ、ノズル部外管２２とテーパ管２６との間の管路ｂ、ノズルブロック２１と固定キャップ２７及びベント管２８との間の管路ｃ、ノズルブロック２１に形成された複数の透孔ｄ及びエアキャップ３０とノズル２９との間の管路ｅにより、空気噴流Ｊ２の管路が形成されている。
【００２３】
そして、テーパ管２６及びベント管２８の斜線部で示す管路側部分２６ａ及び２８ａは、耐キャビテーション性を有する材料である例えばタングステンカーバイト等の徴硬合金材で形成されている。なお、図中の符号３１、３２、３３及び３４はＯリングである。
【００２４】
次に作用について説明する。
【００２５】
高圧ポンプ２からスイベルジョイント４を経由して攪拌翼７ａ、７ｃに設けたノズル装置１０ａ、１０ｃ、から水または硬化材を噴射する。ここでは硬化材を噴射するものとし、硬化材としてはセメントミルク、モルタル、薬剤などが挙げられる。ノズル装置１０ａ、１０ｃ、は角度調整可能なものであり、交差噴流Ｓが成立するように（出会うように）各々のノズル装置１０ａ、１０ｃ、の噴射角度をセットする。この噴射角度のセットは、両ノズル装置１０ａ、１０ｃ、袋ナット１６を緩め、ノズル部２０を一方向に回動して微調整し、調整したのち袋ナット１６を締め付けてノズル部２０を本体管部１１に固定する。また、交差角度αは、到達距離に応じた角度をあらかじめ定めておきその角度にセットする。
【００２６】
噴流の噴出タイミングについてはその時の施工の状況によって決められるもので、管６の貫入時に噴出するか、管６の引抜き時に噴出する状況に応じていずれでもよい。
【００２７】
攪拌翼７ａ、７ｃによる機械攪拌は、例えば、管６の先端付近から硬化材Ｍを低圧吐出して攪拌造成し攪拌パイルＢ−１が造成される。また、同時にノズル１０ａ、１０ｃから高圧複層噴流Ｊを噴射しながら管６を回転し上下どちらかの方向に処理機械５の位置が移動すると、図に示すように交差噴流Ｓの出会った点Ｔを最外縁Ｒとするコラム状の造成パイルＢ−２が地盤Ａ中に一体的に仕上がることになる。
【００２８】
また、交差角度αは、３０°ないし９０°にとるのが好ましい。これは、９０°以上では、噴流到達距離が短かすぎ、３０°以下では、噴流の衝突態様を極めて高精度に制御する必要があって好ましいくない。したがって、図示の例ではベント管２８のベント角度βを、例えば２２．５°に採り、交差角度αが、４５°になるようにしている。
【００２９】
また、テーパ管２６及びベント管２８を流れる硬化材には、管路の縮小及び曲がりによりキャビテーションが発生するが、管路側部分２６ａ、２８ａは耐キャビテーションを有する材料で形成されているので、耐キャビテーション性が増し、耐久性が向上される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、ノズルの噴射角度を微調整して噴流同士を確実に衝突せしめ、正確な仕上り杭径を得ることができる。また、テーパ管及びベント管等の耐キャビテーション性を増し、耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したノズル装置を備えた注入装置を示す側面図。
【図２】図１の要部を示す拡大図。
【図３】本発明の一実施例を示す側断面図。
【図４】図３のＸ矢視図。
【符号の説明】
Ａ・・・地盤
Ｂ１・・撹拌パイル
Ｂ２・・・造成パイル
Ｊ・・・高圧交差噴流
Ｊ１・・・硬化材又は水の噴流
Ｊ２・・・空気噴流
Ｍ・・・硬化材
Ｓ・・・交差噴流
α・・・交差角度
β・・・ベント角度
１・・・発電機
２・・・高圧ポンプ
３・・・配管
４・・・スイベルジョイント
５・・・攪拌処理機械
６・・・管
７ａ〜７ｃ・・・攪拌翼
１０ａ〜１０ｃ・・・ノズル装置
１１・・・本体管部
１２・・・外管
１３・・・フランジ部
１４・・・ねじ部
１５・・・内管
１６・・・袋ナット
２０・・・ノズル部
２１・・・ノズルブロック
２２・・・ノズル部外筒
２３、２５・・・フランジ部
２４・・・ボルト
２６・・・テーパ管
２６ａ、２８ａ・・・通路側部分
２７・・・固定キャップ
２８・・・ベント管
２９・・・ノズル
３０・・・エアキャップ
３１〜３４・・・Ｏリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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