(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部および該本体部の下部が径方向に拡大した拡大部を有し、かつ多数の既存杭によって下方より支持された既設設備基礎の直下の前記既存杭同士間の地盤を高圧噴射攪拌工法により地盤改良し、その地盤を固化する地盤改良方法であって、
前記既設設備基礎の前記拡大部で、平面視して前記既存杭の間を上下方向に削孔して貫通させて貫通孔を設ける第１工程と、
該貫通孔に注入管を挿通させつつ、さらに該注入管を前記既設設備基礎の下方の改良対象地盤内に挿入する第２工程と、
前記注入管先端から改良材を地盤内に高圧噴射して地盤改良体を造成する第３工程と、
を有し、
前記第１工程〜第３工程は、既設設備の運転と並行に行われることを特徴とする地盤改良方法。
【請求項２】
前記改良対象地盤のうち平面視で外周部分を先行して地盤改良した後、その外周改良体によって囲まれた内側部分を地盤改良することを特徴とする請求項１に記載の地盤改良方法。
【請求項３】
前記既設設備基礎上に作業床としてコンクリート路盤が設けられる場合において、
前記既設設備基礎の平面視で最外周部と、既設設備の運転中に走行する操業車両の走行線路と、の間のコンクリート路盤には、高圧噴射によって生じるスライムを誘導して引き抜くための誘導孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良方法。
【請求項４】
前記地盤改良体を造成した後に、前記既設設備基礎の下面と前記地盤改良体との間に形成される空隙に、前記貫通孔を通して固化材を充填することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基礎地盤等を安定させるために高圧噴射攪拌工法によって地盤改良体を造成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような高圧噴射攪拌工法では、例えば注入管を地中に挿入するとともに、超高圧硬化材と圧縮空気を圧入し、注入管先端の噴射ノズルから地中に向けて噴射することによって、噴射ノズルの周囲の地盤が切削され、噴射した硬化材と切削土砂とが混合して、その領域の地盤を改良する地盤改良工法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７７７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の地盤改良方法では、以下のような問題があった。
すなわち、例えば製鉄所に設けられる既存の高炉を改修して高炉容積を拡大する工事において、その既設の高炉基礎の直下の地盤の基礎耐力を高炉容積に対応した強度に高めるために地盤改良が行われる場合がある。この場合、従来の高圧噴射攪拌工法では、高炉基礎の平面視の外側から基礎下側に連絡する作業空間を設け、その作業空間を使用して注入管を所定位置に挿入することになるが、狭小な作業空間での施工となることから、手間がかかるうえ、改良工事が完了するまでの期間、基礎上の地上部分を占有する必要がある。しかも、高炉基礎の平面視の中心側ほど注入管の挿入作業が困難になることから、作業効率が低下するという問題があった。
さらに、上述のような既存の高炉の場合には、高炉の停止期間を短縮することが求められているうえ、地盤改良期間中であってもなるべく高炉を運転させることが求められており、その点で改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、作業効率を向上させ、既設設備の運転と並行して地盤改良作業を行うことができ、地盤改良にかかる工期の短縮を図ることができる地盤改良方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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る地盤改良方法では、本体部および本体部の下部が径方向に拡大した拡大部を有し、かつ多数の既存杭によって下方より支持された既設設備基礎の直下の既存杭同士間の地盤を高圧噴射攪拌工法により地盤改良し、その地盤を固化する地盤改良方法であって、既設設備基礎の拡大部で、平面視して既存杭の間を上下方向に削孔して貫通させて貫通孔を設ける第１工程と、貫通孔に注入管を挿通させつつ、さらに注入管を既設設備基礎の下方の改良対象地盤内に挿入する第２工程と、注入管先端から改良材を地盤内に高圧噴射して地盤改良体を造成する第３工程と、を有し、第１工程〜第３工程は、既設設備の運転と並行に行われることを特徴としている。
【０００７】
本発明では、既設設備基礎に上下方向に貫通する注入孔挿入用の貫通孔を削孔し、この貫通孔を用いて注入管を既設設備基礎下の地中に挿入し、注入管先端から改良材を地盤内に高圧噴射する高圧噴射攪拌を行うことにより地盤改良体を造成することができる。そのため、従来のように既設設備基礎の外側から既設設備基礎の下方へ連絡する作業空間を設ける必要がなく、狭小な作業空間での作業が可能になるので、作業効率を向上させることができ、地盤改良工事にかかる工期が短縮され、さらには既設設備の改造工事に要する全体工期の短縮を図ることができる。
【０００８】
また、本発明の地盤改良方法では、地上部に地盤改良装置を配置するだけの作業となることから、注入管を地中に挿入した状態の地盤改良中であっても、既設設備基礎近傍の地上部を走行する操業車両の運行状況に合わせて、適宜、地盤改良作業を中断して地盤改良装置を容易に移動させることが可能である。そのため、既設設備基礎の下方に上記作業空間を設ける場合のように地盤改良作業に伴って操業車両の走行が妨げられるのを防止することができ、長期にわたって既設設備を停止させずに済むという利点があり、既設設備を運転させながら既設設備基礎の直下に地盤改良体を造成することができる。その他、地上部での既設設備にかかる作業に応じて適宜、地盤改良工事を中断し、地盤改良装置を移動させることで、既設設備の運転への影響を抑制しつつ、地盤改良工事を行うことができる。
【０００９】
また、本発明に係る地盤改良方法では、改良対象地盤のうち平面視で外周部分を先行して地盤改良した後、その外周改良体によって囲まれた内側部分を地盤改良することが好ましい。
【００１０】
この場合、改良対象地盤のうち、その平面視で外周部分を先行させて改良するので、その外周部分に形成される外周改良体によって囲まれる内側部分の範囲の地盤が拘束される。そのため、高圧噴射に伴って生じるスライムが前記内側部分の地盤および外周改良体の外側の地盤において地上に吹き出すのを防止することができ、噴出するスライムによって地上の操業車両の走行が妨げられるのを防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明に係る地盤改良方法では、既設設備基礎上に作業床としてコンクリート路盤が設けられる場合において、既設設備基礎の平面視で最外周部と、既設設備の運転中に走行する操業車両の走行線路と、の間のコンクリート路盤には、高圧噴射によって生じるスライムを誘導して引き抜くための誘導孔が設けられていることがより好ましい。
【００１２】
このような構成とすることにより、施工した高圧噴射の施工に伴って生じるスライムを誘導孔より排出することができ、例えばその誘導孔より吸引することでスライムを誘導孔に向けて誘導することが可能となり、強制的にスライムを吸引して引き抜くことができる。
そして、既設設備基礎の平面視で最外周部と、既設設備の運転中に走行する操業車両の走行線路と、の間の任意の位置に誘導孔を設け、その位置でスライムを回収することができるので、コンクリート路盤の下面に沿ってスライムが移動して走行線路付近で噴出するのを防ぐことができ、走行線路上の操業車両の走行を妨げるという不具合を防止することができる。
【００１３】
また、本発明に係る地盤改良方法では、地盤改良体を造成した後に、既設設備基礎の下面と地盤改良体との間に形成される空隙に、貫通孔を通して固化材を充填することがより好ましい。
【００１４】
これにより、造成した地盤改良体と既設設備基礎との間に空隙が形成されている場合であっても、その空隙に例えばモルタル等の固化材を充填することができ、その固化材が固化することで既設設備基礎に作用する力を確実に地盤に伝達することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の地盤改良方法によれば、既設設備基礎に設けた貫通孔を使用してその既設設備基礎の直下に地盤改良体を造成することができるので、作業効率の向上を図ることができる。
そして、例えば既設設備基礎の下方に連絡する作業空間といった地盤改良にかかる作業期間全体にわたって地上部を占有する領域をなくすことが可能となり、既設設備の運転と並行して地盤改良作業を行うことができ、地盤改良にかかる工期の短縮を図ることが可能となることから、既設設備基礎において合理的な補強を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態による地盤改良体を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す地盤改良体の平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、地盤改良の工程を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図３（ｃ）に続く地盤改良の工程を説明するための図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、図４（ｃ）に続く地盤改良の工程を説明するための図である。
【図６】誘導孔を用いたスライム引抜き状態を示す側面図である。
【図７】図６に示すスライム引抜き状態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態による地盤改良方法について、図面に基づいて製鉄所の高炉における地盤改良方法を例にとり説明する。
【００１８】
図１および図２に示すように、本実施の形態による地盤改良方法は、例えば製鉄所の高炉の改修工事で既存の高炉の容積を拡大する場合の一例を示しており、その高炉基礎１（既設設備基礎）の直下の地盤Ｇの基礎耐力を高めるために高圧噴射攪拌工法を施して地盤改良体Ｋを造成するものである。
【００１９】
ここで、高炉基礎１は、本体部１Ａと、その本体部１Ａの下部が径方向（鉛直方向に対して直交する方向）に拡大した拡大部１Ｂとを有し、この拡大部１Ｂは地盤Ｇ内に埋設されている。また、地表面Ｇａ上には、図３（ａ）に示すように、天井１１を有する施工空間Ｒが設けられている。この施工空間Ｒの高さ寸法は、例えば３ｍ程度とされる。
【００２０】
本実施の形態による改良範囲（対象地盤Ｇ’）、すなわち地盤改良体Ｋの位置は、図１および図２に示すように、高炉基礎１の拡大部１Ｂの直下の範囲でああって、その改良深度は例えば地表付近の砂質土Ｇ１の範囲とされる。つまり、拡大部１Ｂの径方向の中央部分に位置する本体部１Ａの直下は、地盤改良体Ｋの範囲外となっている。なお、この改良深度は、高炉基礎１の直下の地層の状態に応じて適宜設定することができる。
そして、高炉基礎１は、多数の既存杭２、２、…によって下方より支持されており、それら既存杭２同士の間の領域を使用して地盤改良体Ｋが造成される。
【００２１】
次に、地盤改良方法について、図面に基づいてさらに詳細に説明する。
図３〜図５に示すように、地盤改良体Ｋの施工方法としては、既設設備（高炉）の稼働中において、高圧噴射攪拌工法により地盤改良装置３のロッド３３(注入管)を対象地盤Ｇ’に挿入して地盤固化を行うものであり、高炉基礎１の拡大部１Ｂの下方に埋設されている既存杭２、２同士間の対象地盤Ｇ’に図４に示すロッド３３を挿入し、このロッド先端３３ａ（注入管先端）からセメントミルク（改良材）を改良対象地盤Ｇ’に向けて高圧噴射し、その改良対象地盤Ｇ’を攪拌混合して固化させて地盤改良体Ｋを造成している。これにより既存杭２の鉛直支持力と水平剛性を高め、耐荷重を向上させることができる。
【００２２】
先ず、図３（ａ）に示すように、高炉基礎１の拡大部１Ｂ上の施工空間Ｒにおいて、拡大部１Ｂを上下方向に削孔して貫通孔１２を設ける。すなわち、高炉基礎１の拡大部１Ｂの上面に到達する例えば外径φ３００ｍｍの複数のボーリングを所定箇所毎に行い、このボーリング孔よりも小径の鋼管４を建て込む。このとき鋼管４内をモルタルで充填し、穴埋めしておく。その後、鋼管４から高炉基礎１の拡大部１Ｂを上下方向に削孔して貫通孔１２を設ける。なお、これら貫通孔１２を用い、例えば１５〜２０本に１本程度の割合で地盤調査を行って、支持層（改良対象地盤Ｇ’）の確認を行う。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示すように、施工空間Ｒに地盤改良装置３を設置し、削孔ビット３２を先端（下端）に備えたケーシング３１を、土質条件に応じた回転数と削孔速度によって施工深度まで削孔するとともに改良対象地盤Ｇ’内に挿入する。
【００２４】
その後、図３（ｃ）に示すように、ケーシング３１内にセメント高圧噴射用の二重管からなるロッド３３を建て込むとともに、ケーシング３１を引き抜く。なお、場合によっては、ケーシング３１を残した状態としておいてもよい。
ここで、図３（ｃ）に示すロッド３３の建て込み時においては、図４（ａ）に示すように、粘性土地盤に対しては、プレジェット工を施工する。具体的には、改良対象地盤Ｇ’のみに清水による超高圧噴射を行い、その地山を排土するとともに、このときのスライムを地上の施工空間Ｒに設置した図示しないサンドポンプ等により排土する。
【００２５】
次いで、図４（ｂ）に示すように、高圧噴射攪拌により地盤改良体Ｋを造成する。この場合、ロッド先端３３ａから改良材を噴射しつつ、ロッド３３を引き上げることで改良対象地盤Ｇ’に略円柱状の地盤改良体Ｋを造成する。排出されるスライムは上述と同様のサンドポンプ（図示省略）によって吸い上げる。そして、図４（ｃ）に示すように、地盤改良体Ｋの造成が完了した後、ロッド３３を地上まで引き抜きながら貫通孔１２の内部を洗浄する。
なお、図４および図５では、見やすくするために地盤改良体Ｋの径寸法を大きくした図となっている。
【００２６】
次に、図５（ａ）に示すように、形成した地盤改良体Ｋの天端Ｋａと高炉基礎１の拡大部１Ｂの下面１ｂを、貫通孔１２に挿通させた充填ロッド５より高圧水を噴射させて洗浄する。その後、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、高炉基礎１の下側の空隙Ｓに向けて充填ロッド５より無収縮充填材Ｐ（固化材）を充填するとともに、貫通孔１２および鋼管４にも充填ロッド５を引き抜きながら無収縮充填材Ｐを充填して施工が完了となる。
【００２７】
次に、高圧噴射攪拌に伴って生じるスライムを強制的に回収する方法について説明する。
図６および図７に示すように、形成する地盤改良体Ｋの外方の地上部には、トーピードカー６（操業車両）が走行するための走行線路７が敷設されており、高炉の運転中には、この走行線路７上をトーピードカー６が定期的に走行している。ここで、高炉基礎１の拡大部１Ｂの上方の地面には、作業床として施工性を確保するためのコンクリート路盤８が設けられている。
そして、高炉基礎１の拡大部１Ｂにおける平面視で最外周部１ａと、高炉の運転中に走行するトーピードカー６の走行線路７と、の間のコンクリート路盤８には、高圧噴射によって生じるスライムＭを誘導して引き抜くための誘導孔９が設けられている。
【００２８】
この場合、施工した高圧噴射の施工に伴って生じるスライムＭを誘導孔９より排出することができ、例えばその誘導孔９より図示しない吸引装置（バキューム）によって吸引することでスライムＭを誘導孔９に向けて誘導することが可能となり、強制的にスライムＭを吸引して引き抜くことができる。なお、図６および図７の矢印は、スライムＭが誘導されて移動する向きを示している。
そして、高炉基礎１の平面視で最外周部１ａと、高炉の運転中に走行するトーピードカー６の走行線路７と、の間の任意の位置に誘導孔９を設け、その位置でスライムＭを回収することができるので、コンクリート路盤８の下面８ａに沿ってスライムＭが移動して走行線路７付近で噴出するのを防ぐことができ、走行線路７上のトーピードカー６の走行を妨げるという不具合を防止することができる。
【００２９】
次に、上述した地盤改良方法を実施することによる作用について説明する。
本地盤改良方法では、図３〜図５に示すように、高炉基礎１の拡大部１Ｂに上下方向に貫通するロッド挿入用の貫通孔１２を削孔し、この貫通孔１２を用いてロッド３を高炉基礎１下の地中に挿入し、ロッド先端３３ａから無収縮充填材Ｐを改良対象地盤Ｇ’内に高圧噴射する高圧噴射攪拌を行うことにより地盤改良体Ｋを造成することができる。
そのため、従来のように高炉基礎１の外側から高炉基礎１の下方へ連絡する作業空間を設ける必要がなく、狭小な作業空間での作業が可能になるので、作業効率を向上させることができ、地盤改良工事にかかる工期が短縮され、さらには高炉の改修にかかる工期の短縮を図ることができる。
【００３０】
また、地上部に地盤改良装置３を配置するだけの作業となることから、ロッド３３を地中に挿入した状態の地盤改良中であっても、高炉基礎１上の地上部（ここでは施工空間Ｒ）を走行するトーピードカー６（図６および図７参照）の運行状況に合わせて、適宜、地盤改良作業を中断して地盤改良装置３を容易に移動させることが可能である。そのため、高炉基礎１の下方に上記作業空間を設ける場合のように地盤改良作業に伴ってトーピードカー６の走行が妨げられるのを防止することができ、長期にわたって高炉を停止させずに済むという利点があり、高炉を運転させながら高炉基礎１の直下に地盤改良体Ｋを造成することができる。その他、地上部での高炉にかかる作業に応じて適宜、地盤改良工事を中断し、地盤改良装置３を移動させることで、高炉の運転への影響を抑制しつつ、地盤改良工事を行うことができる。
【００３１】
また、本地盤改良方法では、図２に示すように、改良対象地盤Ｇ’のうち平面視で外周部分を先行して地盤改良した後、その外周改良体Ｋ１によって囲まれた内側部分（符号Ｋ２）を地盤改良する手順とすることが好ましい。
この場合、改良対象地盤Ｇ’のうち、外周改良体Ｋ１を先行させて改良するので、その外周改良体Ｋ１によって囲まれる内側部分Ｋ２の範囲の地盤が拘束される。そのため、高圧噴射に伴って生じるスライムが前記内側部分Ｋ２の地盤および外周改良体Ｋ１の外側の地盤において地上に吹き出すのを防止することができ、図６および図７に示すように、噴出するスライムＭによって地上のトーピードカー６の走行が妨げられるのを防ぐことができる。なお、図２において、破線で示すラインが、外周改良体Ｋ１とその内側部分Ｋ２との境界を示している。
【００３２】
また、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、造成した地盤改良体Ｋと高炉基礎１との間に空隙Ｓが形成されている場合であっても、その空隙Ｓに無収縮充填材Ｐを充填することができ、その無収縮充填材Ｐが固化することで高炉基礎１に作用する力を確実に地盤に伝達することができる。
【００３３】
さらに、地盤改良を行う目的で削孔した貫通孔１２の空間も無収縮充填材Ｐによって充填されるので、高炉基礎１自体の強度の低下を抑えることができ、高炉基礎１と地盤改良体Ｋとの一体性を高めることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態による地盤改良方法では、貫通孔１２を開ける本数、すなわち貫通孔１２の空隙の高炉基礎１に占める割合は、例えば高炉基礎１の全体の体積の１０％程度の割合であるため、貫通孔１２を削孔する際に高炉基礎１の鉄筋を切断してもその基礎自体の強度を大きく低下させることはない。
【００３５】
上述した本実施の形態による地盤改良方法では、高炉基礎１に設けた貫通孔１２を使用してその高炉基礎１の直下に地盤改良体Ｋを造成することができるので、作業効率の向上を図ることができる。
そして、例えば高炉基礎１の下方に連絡する作業空間といった地盤改良にかかる作業期間全体にわたって地上部を占有する領域をなくすことが可能となるので、高炉の運転と並行して地盤改良作業を行うことができ、地盤改良にかかる工期の短縮を図ることが可能となることから、高炉基礎１において合理的な補強を実現することができる。
【００３６】
以上、本発明による地盤改良方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では改良対象地盤Ｇ’のうち平面視で外周改良体Ｋ１を先行して地盤改良した後、その外周改良体Ｋ１によって囲まれた内側部分Ｋ２を地盤改良することとしているが、このような手順に限定されることはなく、高炉基礎１の形状、地質条件、地上部のトーピードカーの配置、高炉の運転状態などに基づいて適宜、設定することがえきる。
【００３７】
また、本実施の形態では既設設備（既設設備基礎）として高炉（高炉基礎１）を一例としたが、高炉（高炉基礎）であることに限定されることはなく、製鉄所に設けられる建屋（建屋基礎）などを既設設備の対象とすることができる。なお、製鉄所の既設設備に制限されることもない。
さらに、本実施の形態では操業車両としてトーピードカー６を一例としているが、これに限定されることはなく、例えば高温、大重量の積荷などを輸送する操業車両であってもかまわない。
【００３８】
また、高炉基礎１の直下に造成する地盤改良体Ｋの範囲や、ロッド３３の挿入本数（改良本数）、その位置、間隔、深度などは、とくに制限されず、適宜変更可能である。
【００３９】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  高炉基礎（既設設備基礎）
１Ａ  本体部
１Ｂ  拡大部
２  既存杭
３  地盤改良装置
４  鋼管
５  充填ロッド
６  トーピードカー（操業車両）
７  走行線路
８  コンクリート路盤
９  誘導孔
１２  貫通孔
３１  ケーシング
３２  削孔ビット
３３  ロッド（注入管）
３３ａ  ロッド先端（注入管先端）
Ｇ  地盤
Ｇ’  改良対象地盤
Ｋ  地盤改良体
Ｍ  スライム
Ｐ  無収縮充填材（固化材）
Ｓ  空隙
【図１】
0005810018.tif 000002
【図２】
0005810018.tif 000003
【図３】
0005810018.tif 000004
【図４】
0005810018.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005810018.tif 000007
【図７】
0005810018.tif 000008