(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧噴射工法に用いられる液体が内部を通るロッドと、前記ロッドの長手方向に一列に順に配置されるとともに前記液体を水平方向に噴射させる第１，第２および第３の噴射ノズルと、を有し、
中央に配置された前記第２の噴射ノズルのノズル径が、その両端に配置された前記第１および第３の噴射ノズルの径よりも小さいことを特徴とする高圧噴射工法用噴射装置。
【請求項２】
前記第１の噴射ノズルの径と前記第３の噴射ノズルの径とが等しく、前記第１および第３の噴射ノズルの各通水断面積Ａ0と、前記第２の噴射ノズルの通水断面積Ａiとの比（Ａ0／Ａi）は１．４〜２の範囲内である請求項１に記載の高圧噴射工法用噴射装置。
【請求項３】
前記第１の噴射ノズルの中心位置と前記第２の噴射ノズルの中心位置との間隔、および、前記第２の噴射ノズルの中心位置と前記第３の噴射ノズルの中心位置との間隔が最大で１５ｍｍである請求項１または２に記載の高圧噴射工法用噴射装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の噴射装置を用いて、改良対象地盤内に差し込んだ前記ロッドの前記噴射ノズルから高圧水を噴射することで軟泥化域を形成し、前記軟泥化域に充填材を送り込むことを特徴とする高圧噴射工法による地盤改良工法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の噴射装置を用いて、改良対象地盤内で前記噴射ノズルから地盤改良用薬液を高圧で噴射することを特徴とする高圧噴射工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の到達効率を高めた高圧噴射工法用噴射装置およびその噴射装置を用いた高圧噴射工法による地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、地盤中に挿入した噴射管の先端部に設けた高圧液噴射ノズルから高圧水を噴射して対象地盤を緩めて泥土化し、次いでこの緩んだ地盤中に硬化材スラリーなどが添加された自硬性材料を圧入することにより、前記弛緩泥土を押し上げて排除するとともに前記自硬性材料による置換を行い地盤改良体を造成する地盤改良工法を開示する。
【０００３】
地盤改良工法のための従来の高圧噴射工法は、図７（ａ）（ｂ）のようにロッドＲに噴射ノズルＮを１ヶ所のみ設けて行われているが、ノズル内部の構造を改良することで噴流の到達効率を向上させている。噴射ノズルの配置を工夫した高圧噴射工法技術として、図８（ａ）のように噴射ロッドＲ上に噴射ノズルＮ１，Ｎ２を少なくとも上下一対設け、図８（ｂ）のようにジェット噴射工程で噴射される流体が交差噴流することで重複改良域や未改良域の無い効率良い改良域を造成することが提案されている（特許文献２，３参照）。
【０００４】
また、図９（ａ）（ｂ）のように噴射ロッドＲの先端部にロッド長手方向に離れてかつ１８０°反対の周方向位置に配置した一対の重合噴射ノズルＮ３，Ｎ４から地盤硬化材を噴射し、効率良く改良域を造成することが提案されている（特許文献４，５，６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１１１０５２号公報
【特許文献２】特開平１１−２３７８５９号公報
【特許文献３】特開２００１−１１５４４２号公報
【特許文献４】特開２００４−１１６００６号公報
【特許文献５】特開２００６−９３９６号公報
【特許文献６】特開２０１２−４１７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
改良対象の地盤中に形成する地盤改良体の径を大きくするためには、噴射ノズルから噴射した噴流の距離減衰を小さくし、強い流速を保ちながら到達性を高める必要がある。この到達性を高めるために、従来、噴射ノズルに対する工夫はなされているが、ノズル配置に関する工夫はほとんどなされていない。
【０００７】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、噴流の到達効率を上昇させ、より遠くまで到達させることのできる高圧噴射工法用噴射装置およびその噴射装置を用いた高圧噴射工法による地盤改良工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本実施形態による高圧噴射工法用噴射装置は、高圧噴射工法に用いられる液体が内部を通るロッドと、前記ロッドの長手方向に一列に順に配置されるとともに前記液体を水平方向に噴射させる第１，第２および第３の噴射ノズルと、を有し、中央に配置された前記第２の噴射ノズルのノズル径が、その両端に配置された前記第１および第３の噴射ノズルの径よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
この高圧噴射工法用噴射装置によれば、中央に配置された第２の噴射ノズルのノズル径を、その両端に配置された第１および第３の噴射ノズルの径よりも小さくすることで、第２の噴射ノズルによる噴流の主流線のブレや蛇行を、両端の第１および第３の噴射ノズルによる噴流により抑制するとともに距離減衰を低減し、噴流の到達効率を高めることができる。
【００１０】
上記高圧噴射工法用噴射装置において、前記第１の噴射ノズルの径と前記第３の噴射ノズルの径とが等しく、前記第１および第３の噴射ノズルの各通水断面積Ａ0と、前記第２の噴射ノズルの通水断面積Ａiとの比（Ａ0／Ａi）は１．４〜２の範囲内であることが好ましい。
【００１１】
また、前記第１の噴射ノズルの中心位置と前記第２の噴射ノズルの中心位置との間隔、および、前記第２の噴射ノズルの中心位置と前記第３の噴射ノズルの中心位置との間隔が最大で１５ｍｍであることが好ましい。
【００１２】
本実施形態の高圧噴射工法による地盤改良工法は、上述の噴射装置を用いて、改良対象地盤内に差し込んだ前記ロッドの前記噴射ノズルから高圧水を噴射することで軟泥化域を形成し、前記軟泥化域に充填材を送り込むことを特徴とする。
【００１３】
この高圧噴射工法による地盤改良工法によれば、噴射ノズルからの高圧の噴流により地盤内を切削し軟泥化するが、この切削のとき、噴流の到達効率が高くなっているので、切削による軟泥化域の半径を大きくすることができる。このため、地盤改良体が大きくなり、大きな地盤改良体を造成することができる。
【００１４】
本実施形態の高圧噴射工法によるもう１つの地盤改良工法は、上述の噴射装置を用いて、改良対象地盤内で前記噴射ノズルから地盤改良用薬液を高圧で噴射することを特徴とする。
【００１５】
この高圧噴射工法による地盤改良工法によれば、噴射ノズルからの高圧の噴流の到達効率が高くなっているので、地盤内において薬液が注入される範囲を広くすることができ、薬液による地盤改良範囲を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、噴流の到達効率を上昇させ、より遠くまで到達させることのできる高圧噴射工法用噴射装置およびその噴射装置を用いた高圧噴射工法による地盤改良工法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態による噴射装置のロッドと噴射ノズルを示す正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図２】本実験例を行った実験水槽の概略図である。
【図３】実験例１，２，比較例１〜３における高圧噴流の実験条件を示す図である。
【図４】実験例１，２，比較例１〜３の実験結果を示すグラフで、ノズル噴射口からの距離と計測した流速との関係を示す。
【図５】実験例３，比較例４における高圧噴流の実験条件を示す図である。
【図６】実験例１，３，比較例４の実験結果を示すグラフで、ノズル噴射口からの距離と計測した流速との関係を示す。
【図７】従来の高圧噴射工法に用いられたロッドと噴射ノズルを示す正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図８】特許文献２，３で用いられるロッドと噴射ノズルを示す正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図９】特許文献３，４，５で用いられるロッドと噴射ノズルを示す正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図１０】図１（ａ）（ｂ）の噴射装置を用いた高圧噴射工法による地盤改良工法の主要工程（ａ）（ｂ）（ｃ）を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による噴射装置のロッドと噴射ノズルを示す正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【００１９】
本実施形態の噴射装置は、図１（ａ）（ｂ）のように、鉄鋼材料や各種合金などからなるとともに高圧噴射工法に用いられる水等の液体が内部を通るロッド９と、ロッド９の長手方向に並んで配置された噴射ノズル１，２，３と、を備え、ロッド９の一端には、高圧ポンプ（図示省略）が接続される。噴射ノズル１，２，３の図１（ａ）のように正面から見たときの形状は円形状である。
【００２０】
ロッド９が鉛直方向にセットされると、噴射ノズル１，２，３は鉛直方向に並び、高圧ポンプ（図示省略）により高圧液体が噴流Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３となって各噴射ノズル１〜３から水平方向に噴射するようになっている。
【００２１】
噴射ノズル１，２，３は、ロッド９の外面上互いに独立して形成されている。このため、噴射ノズル１，２，３から噴射する噴流Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は独立している。
【００２２】
噴射ノズル１，２，３は、ロッド９の長手方向に一列に並んでおり、中央に配置された噴射ノズル２の径がその上下両端に配置された噴射ノズル１，３の径よりも小さくなっている。
【００２３】
また、噴射ノズル１の径と噴射ノズル３の径とは等しく、噴射ノズル１，３の各通水断面積Ａ0と、中央に配置された噴射ノズル２の通水断面積Ａiとのノズル通水断面積比（Ａ0／Ａi）は、１．４〜２程度であることが好ましい。
【００２４】
また、図１（ａ）のように、噴射ノズル１の中心位置と噴射ノズル２の中心位置との間隔Ｌ、および、噴射ノズル２の中心位置と噴射ノズル３の中心位置との間隔Ｌは、最大で１５ｍｍであることが好ましい。
【００２５】
本実施形態による図１（ａ）（ｂ）の噴射装置によれば、高圧ポンプ（図示省略）から鉛直方向にセットされたロッド９へ高圧水が供給されると図１（ｂ）のように噴射ノズル１，２，３から噴流Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３が水平方向に噴射するが、従来の１点噴射型に比べて、鉛直方向に噴射ノズルを３点配置し、このうち中央の噴射ノズル２のみを両端部の噴射ノズル１，３と比較し小さい径とすることで、両端部の噴射ノズル１，３による噴流Ｊ１，Ｊ３の存在が主流線の噴流Ｊ２のぶれや蛇行を抑える効果を発揮し、その結果、噴流Ｊ１〜Ｊ３の到達効率が向上し大きくなる。
【００２６】
また、中央の噴射ノズル２のみを両端部の噴射ノズル１，３と比較し小さい径とする３点噴射型において噴射ノズル１，２および２，３の各間隔Ｌが１５ｍｍ以下であると、到達効率が高く、噴射液体をより遠くまで到達させることができる。
【００２７】
なお、例えば、CJG工法では圧縮空気を添わせた高圧水で地盤内を切削するが、この場合、圧縮空気用ノズルの開口の中心に、そのノズルよりも径の小さな高圧水用ノズルが配置される構成が公知である（例えば、特許文献５の図２参照）。しかし、この公知例は、高圧水用ノズルの周囲に圧縮空気用ノズルの開口が位置し、圧縮空気用ノズル全体としては１個であるので、噴射ノズル１，２，３をロッド長手方向に直列に互いに独立して配置した本実施形態の構成と明らかに相違する。
【００２８】
（実験例）
次に、本発明を実験例、および比較のための実験例（以下、「比較例」という。）により具体的に説明する。本実験例は高圧噴流実験であり、図２に示す実験水槽に高圧水を水平方向に噴射し、噴射後の噴流の流速を横軸方向の所定位置で電磁流速計（アレック電子製、ACM-200）により計測した。高圧水の噴射にはグラウトポンプ（最大出力：3.5MPa）を用いた。
【００２９】
実験条件は、図３に示すとおりであり、実験例１，２および比較例２，３は、３点噴射型で、中央の噴射ノズルの径Ｄiを1.9mm、2.1mm、2.4mm、3.3mm、両端部の噴射ノズルの径Ｄ0を2.6mm、2.5mm、2.4mm、1.9mmとし、ノズル間隔Ｌ（図１（ｂ））を15mmとした。実験例１、実験例２における各ノズル通水断面積比（Ａ0／Ａi）は、２，１．４である。比較例２，３はノズル通水断面積比を実験例１，２よりも小さくし、各ノズル通水断面積比（Ａ0／Ａi）が１，０．３である。比較例１は、径を4.2mmとした噴射ノズル１個による１点噴射型である。
【００３０】
図４に実験例１，２および比較例１〜３における噴射口からの距離と計測した流速との関係を示す。図４の実験結果から、中央の噴射ノズルの径が小さく、両端部の噴射ノズルの径が大きく、ノズル通水断面積比（Ａ0／Ａi）が２，１．４と大きい実験例１，２が、距離減衰がもっとも低減し、もっとも流速が大きく、到達効率がもっとも高いことがわかった。中央の噴射ノズルの径が大きく、両端部の噴射ノズルが小さくノズル通水断面積比（Ａ0／Ａi）がもっとも小さい比較例３がもっとも到達効率が低く、１点噴射の比較例１および中央と両端部の噴射ノズルの径が等しい比較例２がそれらの中間の到達効率であった。この実験結果から、３点噴射型で、中央の噴射ノズルの径が小さく、両端部の噴射ノズルの径が大きくノズル通水断面積比が１．４，２の場合がもっとも到達効率が高いことがわかった。
【００３１】
なお、ノズル通水断面積比（Ａ0／Ａi）が２を超えて大きくなると、端部の噴射ノズル径が極端に大きくなるため、２点噴射での到達効率に近似すると考えられるところ、本発明者等の実験・検討によれば、２点噴射型は到達効率が低い結果となることが判明している。
【００３２】
次に、上記実験例１（中央の噴射ノズルの径Ｄi1.9mm、両端部の噴射ノズル径Ｄ02.6mm）における噴射ノズル間隔Ｌを、図５のように、実験例３として10mm、比較例４として実験例１よりも長い20mmに変えて、上述と同様の高圧噴流実験を行った。
【００３３】
図６に実験例１，３および比較例４における噴射口からの距離と計測した流速との関係を示す。図６の実験結果から、中央の噴射ノズルの径が小さく、両端部の噴射ノズルの径が大きい場合でも、噴射ノズル間隔Ｌが15mm、10mmである実験例１，３は、噴射ノズル間隔Ｌが20mmである比較例４よりも到達効率が高いことがわかった。この実験結果から噴射ノズル間隔Ｌが15mm以下であると、到達効率が高いことがわかった。
【００３４】
次に、本実施形態による噴射装置を高圧噴射工法による地盤改良工法に用いた例について説明する。
【００３５】
図１０は、図１（ａ）（ｂ）の噴射装置を用いた高圧噴射工法による地盤改良工法の主要工程（ａ）（ｂ）（ｃ）を説明するための概略図である。
【００３６】
図１０（ａ）のように、本工法に用いられるツールス１０は、上端から下端に向けて長く延びたロッド１２と、ロッド１２の先端部を構成するモニタ１３と、を有する。先端部のモニタ１３は、側面に高圧水を噴射するために設けられた図１（ａ）（ｂ）と同様の噴射ノズル１，２，３と、充填材を地盤内に送り込んで充填するために先端側に設けられた充填口１１と、を有する。なお、ロッド１２は、充填材が通る中央孔と高圧水が通る高圧水孔とを内部に有する特殊二重管構造となっている。
【００３７】
図１０（ａ）のようにツールス１０をバックホウＢＨに取り付けた状態で、ツールス１０を地表面Ｓから地盤Ｇの穴Ａ’内に貫入させる。次に、図１０（ｂ）のようにロッド１２の先端部であるモニタ１３の噴射ノズル１，２，３から高圧水の噴流Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３を噴射させながらツールス１０を回転方向ｄに回転させるとともに、ツールス１０を上方ｃに引き上げながらモニタ１３の先端の充填口１１から充填材を送り出す。このように、ツールス１０を回転させかつ一定速度で引き上げながら噴射ノズル１〜３から高圧水の噴流Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３を噴射することで、地盤Ｇを所定の半径及び引き上げ高さで切削して軟泥化域とするとともに、充填口１１から充填材を送り出し圧入することで軟泥化域内に底部側から充填材を充填する。
【００３８】
図１０（ｃ）のように、ツールス１０を所定長さだけ引き上げ、軟泥化域内に充填材を充填させると、充填が完了し、充填材が時間とともに固化するこれにより、所定半径および所定高さを有する地盤改良体Ｂを地盤Ｇ内に造成することができる。このようにして、地盤内に充填材を圧入することで改良地盤を造成できる。
【００３９】
図１０（ｂ）において噴射ノズル１〜３からの噴流Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３により地盤Ｇを切削するとき、噴流Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の到達効率が高くなっているので、切削による軟泥化域の半径を大きくすることができる。このため、地盤改良体の半径が大きくなり、大きな地盤改良体を造成することができる。
【００４０】
なお、上記充填材は、セメント等の自硬性材料が混入されたものであるが、例えば、地盤Ｇ内の地盤改良体を造成するとき地盤Ｇ内から押し出された泥土にセメント等の自硬性材料を混入したもの、他から得た土にセメント等の自硬性材料を混入したものなどを用いることができる。
【００４１】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図１０（ａ）〜（ｃ）では、地盤Ｇ内に軟泥化域を形成しながら充填材を充填したが、図１０（ｂ）の工程において、地盤Ｇ内に形成する地盤改良体の半径と高さに対応した所定半径と所定高さの軟泥化域を地盤Ｇ内に形成した後、セメント等の自硬性材料を混入した充填材を充填するようにしてもよい。この場合、ロッド１２は高圧水が通る単管構造でもよく、所定半径と所定高さの軟泥化域を形成した後、ツールス１０を引き抜き、充填材の充填のための管を別に差し込んで充填材を充填するようにしてもよい。
【００４２】
また、自硬性材料を混入したスラリー状の充填材をノズル１〜３から高圧噴射し、地盤Ｇを所定の半径及び引き上げ高さで切削して軟泥化域とし、充填材を時間とともに固化するようにしてもよい。また、高圧水をノズル１〜３から高圧噴射し、地盤Ｇを所定の半径及び引き上げ高さで切削して軟泥化域としてから、自硬性材料を混入したスラリー状の充填材をノズル１〜３から高圧噴射し、時間とともに固化するようにしてもよい。
【００４３】
また、図１０（ａ）のようにツールス１０のロッド１２とその先端部のモニタ１３を地盤Ｇ内に貫入し、モニタ１３の噴射ノズル１，２，３から地盤改良用薬液を高圧で噴射し、ツールス１０を回転させかつ一定速度で引き上げながら、地盤Ｇ内の所定域に注入することで薬液注入による地盤改良を行うこともできる。すなわち、地盤内に注入された薬液は時間とともに硬化して地盤を固結し、地盤のせん断強度を増加させることができる。このとき、噴射ノズル１〜３からの噴流Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の到達効率が高くなっているので、地盤内において薬液が注入される範囲を広くすることができ、薬液による地盤改良範囲を大きくすることができる。
【００４４】
また、図１（ａ）（ｂ）のロッドに設ける噴射ノズルは、各種の構造であってよく、例えば、ロッドに孔を直接設ける構造やロッドに埋没する交換可能なノズルチップ式構造などであってよい。
【符号の説明】
【００４５】
１，２，３ 噴射ノズル
９，１２ ロッド
Ｂ 地盤改良体
Ｇ 地盤
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３      噴流
Ｌ ノズル間隔
Ｓ 地表面
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図３】
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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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