(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中において硬化材を噴射し、この噴射圧を利用して地盤を切削し、切削土砂と前記硬化材とを攪拌混合することで前記地盤中に改良体を造成する噴射攪拌地盤改良工法であって、
ケーシング管を使用して前記地盤を斜めに削孔する工程と、
前記硬化材の噴射口が備わる噴射管を前記ケーシング管内に挿入する工程と、
前記ケーシング管を後退することで、及び／又は、前記噴射管を推進することで、前記噴射口を前記ケーシング管の先端縁から所定長前方に位置させる工程と、
前記噴射管を軸心回りに回転し、かつ前記硬化材を噴射しつつ、前記噴射管及び前記ケーシング管を後退する工程と、を有し、
前記所定長は、前記改良体に混入した空気が前記ケーシング管と前記噴射管との間の間隙に導かれ、当該間隙を通して排出される長さとし、
前記噴射管及び前記ケーシング管の後退は同時に行い、かつ前記硬化材の噴射は噴射方向が水平方向よりも上方を向かないように行う、
ことを特徴とする噴射攪拌地盤改良工法。
【請求項２】
地盤中において硬化材及び高圧流体を噴射し、この噴射圧を利用して地盤を切削し、切削土砂と前記硬化材とを攪拌混合することで前記地盤中に改良体を造成する噴射攪拌地盤改良工法であって、
ケーシング管を使用して前記地盤を斜めに削孔する工程と、
前記硬化材の噴射口及び前記高圧流体の噴射口が先端側からこの順に備わる噴射管を前記ケーシング管内に挿入する工程と、
前記ケーシング管を後退することで、及び／又は、前記噴射管を推進することで、前記高圧流体の噴射口を前記ケーシング管の先端縁から所定長前方に位置させる工程と、
前記噴射管を軸心回りに回転し、かつ前記硬化材及び前記高圧流体を噴射しつつ、前記噴射管及び前記ケーシング管を後退する工程と、を有し、
前記所定長は、前記改良体に混入した空気が前記ケーシング管と前記噴射管との間の間隙に導かれ、当該間隙を通して排出される長さとし、
前記噴射管及び前記ケーシング管の後退は同時に行い、かつ少なくとも前記高圧流体の噴射は噴射方向が水平方向よりも上方を向かないように行う、
ことを特徴とする噴射攪拌地盤改良工法。
【請求項３】
前記ケーシング管は単位管を軸方向に継ぎ足して構成し、
基端部の単位管を取り外し、その分前記ケーシング管を後退することで、前記噴射口を前記ケーシング管の先端縁から所定長前方に位置させる作業を行う、
請求項１又は請求項２記載の噴射攪拌地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤中において硬化材や高圧流体、圧縮空気等を噴射し、この噴射圧を利用して地盤を切削し、切削土砂と硬化材とを攪拌混合することで地盤中に改良体を造成する噴射攪拌地盤改良工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地盤を固化する地盤改良工法は、薬液注入工法と攪拌混合工法とに大別することができ、また、攪拌混合工法は、機械攪拌工法と、噴射攪拌工法と、機械及び噴射を併用する複合攪拌工法とに大別することができる。これらの地盤改良工法のなかでも噴射攪拌工法は、薬液注入工法が得意としない軟弱粘性土地盤やシルト地盤等をも強固に固化することができ、また、機械攪拌工法や複合攪拌工法と異なり施工機械が大口径ボーリング機械程度の小規模なもので足りることから、例えば、ＣＣＰ工法、ＪＳＧ工法（登録商標）、ＣＪＧ工法等のさまざまな工法が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
もっと、これらの噴射攪拌工法によると、図１０の（１）に示すように、噴射ロッド１０１を地盤Ｇに対して斜めに挿入した場合は、当該噴射ロッド１０１の先端部に備わる噴射口１０２から硬化材Ｊが斜め上方に噴射されることになる。したがって、改良体１１０の上端部に空気だまり（空洞）１１１が形成され、この空気だまり１１１に当接する地盤１１２が崩壊するおそれがある。そこで、例えば、図１０の（２）に示すように、硬化材Ｊの噴射方向が斜め上方を向かないように噴射口１０２を改良する提案がなされている（例えば、特許文献２等参照。）。この提案によると、改良体１１０に混入した空気が当該改良体１１０の上端部に留まるおそれはなく、破線Ｘで示すように、噴射ロッド１０１と孔内壁面１２０との間の間隙（クリアランス）を通して円滑に排出されることになり、地盤Ｇが崩壊するおそれがないとされている。
【０００４】
しかしながら、噴射ロッド１０１と孔内壁面１２０との間の間隙は狭く、また、孔内壁面１２０は凹凸等が存在するため、当該間隙に空気だまりが形成され、この空気だまりに当接する地盤１１３が崩壊するおそれがある。そして、当該地盤１１３が一部でも崩壊するとスラリー状の土砂を排泥することができなくなる。しかも、空気だまりは、下方にむかって広がり、最終的には改良体１１０の上端部にまで広がるおそれがある。改良体１１０の上端部にまで空気だまりが広がれば、前述した形態と同様に、当該空気だまりに当接する地盤が崩壊するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５８−２７３６４号公報
【特許文献２】特開平１１−１０７２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする主たる課題は、空気だまりを原因とする地盤崩壊のおそれがない噴射攪拌地盤改良工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するための本発明は、次の通りである。
〔請求項１記載の発明〕
地盤中において硬化材を噴射し、この噴射圧を利用して地盤を切削し、切削土砂と前記硬化材とを攪拌混合することで前記地盤中に改良体を造成する噴射攪拌地盤改良工法であって、
ケーシング管を使用して前記地盤を斜めに削孔する工程と、
前記硬化材の噴射口が備わる噴射管を前記ケーシング管内に挿入する工程と、
前記ケーシング管を後退することで、及び／又は、前記噴射管を推進することで、前記噴射口を前記ケーシング管の先端縁から所定長前方に位置させる工程と、
前記噴射管を軸心回りに回転し、かつ前記硬化材を噴射しつつ、前記噴射管及び前記ケーシング管を後退する工程と、を有し、
前記所定長は、前記改良体に混入した空気が前記ケーシング管と前記噴射管との間の間隙に導かれ、当該間隙を通して排出される長さとし、
前記噴射管及び前記ケーシング管の後退は同時に行い、かつ前記硬化材の噴射は噴射方向が水平方向よりも上方を向かないように行う、
ことを特徴とする噴射攪拌地盤改良工法。
【０００８】
〔請求項２記載の発明〕
地盤中において硬化材及び高圧流体を噴射し、この噴射圧を利用して地盤を切削し、切削土砂と前記硬化材とを攪拌混合することで前記地盤中に改良体を造成する噴射攪拌地盤改良工法であって、
ケーシング管を使用して前記地盤を斜めに削孔する工程と、
前記硬化材の噴射口及び前記高圧流体の噴射口が先端側からこの順に備わる噴射管を前記ケーシング管内に挿入する工程と、
前記ケーシング管を後退することで、及び／又は、前記噴射管を推進することで、前記高圧流体の噴射口を前記ケーシング管の先端縁から所定長前方に位置させる工程と、
前記噴射管を軸心回りに回転し、かつ前記硬化材及び前記高圧流体を噴射しつつ、前記噴射管及び前記ケーシング管を後退する工程と、を有し、
前記所定長は、前記改良体に混入した空気が前記ケーシング管と前記噴射管との間の間隙に導かれ、当該間隙を通して排出される長さとし、
前記噴射管及び前記ケーシング管の後退は同時に行い、かつ少なくとも前記高圧流体の噴射は噴射方向が水平方向よりも上方を向かないように行う、
ことを特徴とする噴射攪拌地盤改良工法。
【０００９】
〔請求項３記載の発明〕
前記ケーシング管は単位管を軸方向に継ぎ足して構成し、
基端部の単位管を取り外し、その分前記ケーシング管を後退することで、前記噴射口を前記ケーシング管の先端縁から所定長前方に位置させる作業を行う、
請求項１又は請求項２記載の噴射攪拌地盤改良工法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、空気だまりを原因とする地盤崩壊のおそれがない噴射攪拌地盤改良工法となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】削孔管を設置した状態を示す説明図である。
【図２】削孔管によって削孔した状態を示す説明図である。
【図３】インナー管を引き抜いた状態を示す説明図である。
【図４】噴射管を挿入した状態を示す説明図である。
【図５】噴射管の先端部を突出させた状態を示す説明図である。
【図６】噴射工程を示す説明図である。
【図７】改良体の造成状態を示す説明図である。
【図８】改良体に混入した空気の流れを示す説明図である。
【図９】噴射管からの噴射例である。
【図１０】従来の改良体の造成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、発明を実施するための形態を説明する。
本形態の噴射攪拌地盤改良工法においては、まず、準備工として作業足場の構築等を適宜行い、また、図１に示すように、削孔管（削孔ロッド）１０を支持する削孔機７０を地盤Ｇ上に配置する。この配置は、地盤Ｇの削孔開始位置に削孔管１０の先端部が位置するように行う。また、削孔機７０による削孔管１０の支持は、例えば、地上構造物９０等を避けるために、当該削孔管１０が地盤Ｇに対して垂直ではなく傾斜するように行う。この傾斜角αは施工条件によって決定され、特に限定されないが、例えば１０〜８０°、好ましくは３０〜６０°、より好ましくは４０〜５０°とすることができる。なお、噴射方向を噴射管に対して垂直とする従来の方法によると、傾斜角αの限界が約１０°であるとされている。
【００１３】
削孔機７０の配置や削孔管１０の支持角調節等とともに、又はこれに前後して、図示しない超高圧ポンプの設置や配管系統の接続等を適宜行う。特に図示はしないが、削孔開始位置には、地盤Ｇを掘り起こして排泥溜まり（空掘）を造成することができる。削孔や噴射攪拌等にともなって排泥溜まりに溜まった排泥は、随時バキューム車等を使用して吸引し、産業廃棄物処分場等に運搬して処分することができる。また、排泥中に硬化材が混入していないようであれば、脱水装置等を使用して土砂分と液状分とに分離し、分離した液状分は、更に凝集処理等した後、削孔液や圧力液として再利用することができる。
【００１４】
次に、図２に示すように、削孔管１０を使用して地盤Ｇを斜めに削孔する。本形態の削孔管１０は、ケーシング管（外管）１１と、このケーシング管１１の内方に同軸的に配置されたインナー管（内管）１２とからなる二重管である。したがって、地盤Ｇは二重管削孔される。ただし、この削孔は、例えば、ケーシング管１１のみからなる単管を使用して行うことや、ケーシング管１１内に複数の他の管が同軸的に配置された三重管以上の多重管を使用して行うこともできる。
【００１５】
本形態において、ケーシング管１１の先端部には、リングビットやメタルクラウン等からなるアウタービット１１Ａが備えられている。また、インナー管１２の先端部には、ボタンビットやクロスビット等からなるインナービット１２Ａが備えられている。一方、削孔機７０には、パーカッションドリル等からなる管体制御手段が備えられている。この管体制御手段は、ケーシング管１１及びインナー管１２を軸心回りに回転することや、推進及び後退（進退）すること、更に打撃することができるように構成されている。したがって、当該管体制御手段によってケーシング管１１及びインナー管１２に軸心回りの回転力や軸方向への打撃力を加えつつ、当該ケーシング管１１及びインナー管１２を推進することで地盤Ｇを円滑に削孔することができる。
【００１６】
この削孔は、必要により削孔水等の削孔液を吐出しながら行うことができる。また、ケーシング管１１やインナー管１２は、削孔長等に応じて単位管を適宜継ぎ足して構成することができる。
【００１７】
地盤Ｇの削孔が終了したら、図３に示すように、地盤Ｇ中に埋設されたケーシング管１１及びインナー管１２のうちインナー管１２を、例えば、前述管体制御手段等を使用してケーシング管１１内から引き抜く。そして、図４に示すように、インナー管１２を引き抜いて中空となったケーシング管１１内に噴射管（噴射ロッド）２１を挿入する。
【００１８】
この噴射管２１の先端部（モニター）２１Ａには、硬化材Ｊ（図６参照）を噴射する噴射口２２が備えられている。ただし、本発明は、硬化材Ｊのみを噴射する噴射攪拌工法にのみ適用されるものではなく、後で詳説するように、圧縮エアの噴射や高圧水の噴射等を併用する噴射攪拌工法にも適用することができる。したがって、噴射管２１としては、単管構造、二重管構造、三重管構造以上の多重管構造等の公知の噴射管を適宜使用することができる。また、図示例では、硬化材Ｊの噴射口２２が１つのみ設けられているが、当該噴射口２２は、噴射管２１を挟んで相反する位置（１８０度反対位置）にそれぞれ設けられていても、軸方向に適宜の間隔をあけて２つ以上の複数設けられていてもよい。
【００１９】
噴射管２１をケーシング管１１内に挿入したら、通常これに続いて、図５に示すように、ケーシング管１１を後退することで、及び／又は、噴射管２１を推進することで、噴射管２１を前方に突出させ、噴射口２２をケーシング管１１の先端縁から所定長Ｌ前方に位置させる。
【００２０】
ここで、噴射管２１の推進は、例えば、前述した管体制御手段等を使用して当該噴射管２１に軸方向前方への打撃力を加えることによって行うことができる。他方、ケーシング管１１の後退は、例えば、前述した管体制御手段等を使用して当該ケーシング管１１を所定長Ｌ後退させることによって行うことができる。
【００２１】
ただし、ケーシング管１１を、前述したように単位管を軸方向に継ぎ足して構成している場合は、図５中に示すように、基端部の（最も地上側の）単位管１１Ｂを取り外し、当該単位管１１Ｂの長さの分だけ、他の単位管で構成されるケーシング管１１を後退することで、噴射口２２がケーシング管１１の先端縁から所定長Ｌ前方に位置するように構成するのが好ましい。この方法によると、噴射口２２の突出長が所定長Ｌとなるように正確に制御することができる。
【００２２】
なお、単位管や管体制御手段、削孔機７０等の各種機材・設備としては、通常、既存のもの、又はこれを改良したものを利用することになり、既存の機材・設備等を利用する場合は、単位管１１Ｂの長さを調節することができない。しかるに、このような場合は、後述する所定長Ｌを決定するための各種パラメータを変更することによって、所定長Ｌを単位管１１Ｂの長さに一致させるとよい。
【００２３】
以上のようにして噴射口２２をケーシング管１１の先端縁から所定長Ｌ前方に位置させたら、次に、図６に示すように、例えば、前述した管体制御手段等を使用して噴射管２１を軸心回りに回転しつつ、硬化材Ｊを噴射口２２から噴射する。そして、この硬化材Ｊの噴射圧が所定圧まで、例えば２０〜４０ＭＰａ程度にまで高まったら、例えば、前述した管体制御手段等を使用して噴射管２１及びケーシング管１１を同時に後退する。
【００２４】
ここで、硬化材Ｊの噴射は、噴射方向が水平方向よりも上方を向かないように、つまり、地盤Ｇに対するケーシング管１１の傾斜角がα°である本形態においては、噴射管２１に対する硬化材Ｊの噴射方向がα°以下となるように行う。これにより、図７に示すように、改良体Ｇｘの上端部が噴射管２１の軸心を中心とする円錐状となる。したがって、図１０の（２）に基づいて前述したように、改良体Ｇｘに混入した空気が当該改良体Ｇｘの上端部に留まるおそれはなく、空気だまり（空洞）を原因とする地盤Ｇの崩壊が防止される。
【００２５】
しかも、本形態においては、噴射口２２がケーシング管１１の先端縁から所定長Ｌ前方に位置する状態で、噴射管２１及びケーシング管１１を同時に後退するため、図８の（１）に示すように、改良体Ｇｘに混入した空気は、破線Ｘで示すように、ケーシング管１１と噴射管２１との間の間隙（クリアランス）１１ｘに導かれ、当該間隙１１ｘを通して円滑に排出される。したがって、空気だまりを原因として地盤Ｇが崩壊するおそれがない。
【００２６】
この点、図８の（２）に示すように、噴射口２２の突出長が所定長Ｌよりも短いＬｘであると（Ｌｘ＜Ｌ）、改良体Ｇｘに混入した空気がケーシング管１１の外方に向かってしまい、当該空気の流れが止まってしまうおそれがある。そして、空気の流れが止まると、改良体Ｇｘの上端部に空気だまりが形成され、この空気だまりに当接する地盤Ｇが崩壊するおそれがある。
【００２７】
そこで、所定長Ｌは、改良体Ｇｘに混入した空気を間隙１１ｘに導くという観点から、例えば、地盤Ｇの状態（地質）や、硬化材Ｊの質量・噴射圧・噴射量、噴射管２１及びケーシング管１１の後退速度（引上げ速度）、噴射管２１の回転速度、噴射口２２の数等をパラメータとして決定することができ、例えば、３０〜１００ｃｍ、好ましくは３０〜５０ｃｍとすることができる。なお、地盤Ｇの状態に関して、例えば、砂地盤であればＮ値、礫分含有率、細粒分含有率等がパラメータとなり、粘性土地盤であれば粘着力、粗粒分含有率、塑性指数、液性指数等がパラメータとなる。
【００２８】
また、硬化材Ｊとしては、例えば、水／セメント比１００〜２００のセメントミルクや、このセメントミルクに増粘剤を添加したもの等を使用することができる。増粘剤としては、例えば、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を使用することができる。
【００２９】
なお、以上においては、改良体Ｇｘに混入した空気がケーシング管１１と噴射管２１との間の間隙１１ｘを流れると説明したが、当該空気の一部がケーシング管１１の外方を流れることを一切否定する趣旨ではない。改良体Ｇｘの上端部に空気だまり形成されない状態であればよい。また、改良体Ｇｘに混入した空気が、単独で間隙１１ｘを通されることに限定する趣旨ではなく、当該空気は、通常、スラリー状の排泥中に混入した状態で間隙１１ｘを通されることになる。
【００３０】
以上では、図９の（１）に模式的に示すように、噴射管２１の噴射口２２から硬化材Ｊのみを高圧噴射する形態、例えば、ＣＣＰ−Ｐ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｈｕｒｎｉｎｇ  Ｐｉｌｅ−Ｐａｔｔｅｒｎ）工法、ＣＣＰ−Ｌ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｈｕｒｎｉｎｇ  Ｐｉｌｅ−Ｌａｒｇｅ）工法、ＣＣＰ−Ｓ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｈｕｒｎｉｎｇ  Ｐｉｌｅ−Ｓｕｐｅｒ）工法等のＣＣＰ工法等に適用される形態を示したが、これに限定する趣旨ではない。
【００３１】
例えば、図９の（２）に示すように、硬化材Ｊを圧縮空気Ａで包囲して高圧噴射する形態、例えば、ＪＳＧ（Ｊｕｍｂｏ  Ｊｅｔ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｇｒｏｕｔ）工法（登録商標）等にも適用することができる。この形態においては、改良体Ｇｘに混入する空気の量がより多くなるため、本発明による効果がより発揮される。
【００３２】
また、本発明は、例えば、図９の（３）に示すように、硬化材Ｊの下段噴射口２２ａ及び高圧流体たる水Ｗの上段噴射口２２ｂが先端側からこの順に備わる噴射管２１を使用して地盤改良する場合においても適用することができる。この場合においては、少なくとも高圧流体たる水Ｗの噴射方向が水平方向よりも上方を向かないようにする必要があり、特に図９の（２）に示す例では、硬化材Ｊの噴射方向も水平方向よりも上方を向かないようにしている。ただし、硬化材Ｊは、図９の（４）に示すように、下段噴射口２２ａから噴射管２１に対して直交する方向（垂直方向）に噴射することもできる。
【００３３】
また、この場合は、図９の（３）や（４）に示すように、水Ｗを圧縮空気Ａで包囲して上段噴射口２２ｂから高圧噴射することもできる。同様に、図９の（５）に示すように、硬化材Ｊを圧縮空気Ａで包囲して下段噴射口２２ａから噴射することもできる。もちろん、水Ｗは、図９の（６）に示すように、圧縮空気で包囲することなく上段噴射口２２ｂから高圧噴射することもできる。さらに、図９の（７）に示すように、下段噴射口２２ａを上下方向に適宜の間隔をあけて２つ設け、各下段噴射口２２ａから硬化材Ｊを圧縮空気Ａで包囲して噴射することもできる。
【００３４】
以上、図９の（３）〜（７）に示す形態においては、下段噴射口２２ａから噴射する硬化材Ｊの噴射圧を２〜５ＭＰａ程度の通常の噴射とすることを想定しているが、例えば、２０〜４０ＭＰａ程度の高圧噴射とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、地盤中において硬化材や高圧流体、圧縮空気等を噴射し、この噴射圧を利用して地盤を切削し、切削土砂と硬化材とを攪拌混合することで地盤中に改良体を造成する噴射攪拌地盤改良工法として適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…削孔管（削孔ロッド）、１１…ケーシング管（外管）、１１Ｂ…単位管、１１ｘ…間隙（クリアランス）、１２…インナー管（内管）、２１，１０１…噴射管（噴射ロッド）、２１Ａ…噴射管先端部（モニター）、２２，２２ａ，２２ｂ，１０２…噴射口（噴射ノズル）、７０…削孔機、９０…地上構造物、１２０…孔内壁面、Ａ…圧縮空気、Ｊ…硬化材、Ｇ…地盤、Ｇｘ…改良体。
【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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