(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モニタを設けたロッドを改良するべき地盤に切削されたボーリング孔内に挿入する工程と、モニタに設けたノズルから地盤を切削するための流体を噴射し或いは地盤改良材を噴射して、地盤の切削と改良材との混合を行うジェット噴射工程と、ロッドを回転しながら引き上げる工程とを有し、前記ジェット噴射工程では、地盤を切削して改良材と混合する領域の断面形状が非円形の閉じた形状となる様に構成され、前記ジェット噴射工程においては、前記モニタに設けたノズルが前記ロッドの中心軸を中心として公転する工程と、前記ノズルを設けた部材自体が自転する工程とが同時に行われ、前記ノズルが公転する角速度と、前記ノズルを設けた部材が自転する角速度とが相違していることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
地盤を切削して改良材と混合する領域の断面形状が正方形であり、前記ノズルが公転する角速度と前記ノズルを設けた部材が自転する角速度との比が大略３：１である請求項１の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤中に改良体を造成する事により地盤を改良する地盤改良工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
その様な地盤改良について非常に有効な工法として、所謂「ジェットグラウト工法」が良く知られている。この工法（以下、「地盤改良工法」或いは「従来の工法」等と記載する）は、改良するべき地盤にボーリング孔を切削し、先端にモニタを設けたロッドをボーリング孔内に挿入し、モニタに設けたノズルから水平方向に地盤改良材（を含む）ジェットを噴射して、地盤の切削と改良材との混合を行う。そして地盤の切削・改良材との混合を行いつつ、ロッドを回転しながら地上側へ引き上げる。これにより、地盤と地盤改良材との混合物からなり、ジェット到達距離と等しい半径方向寸法を有する円柱形の改良体を造成する事が出来る。
【０００３】
ここで、比較的広い範囲に亘って地盤改良を行う必要がある場合には、図１５で示す様に、複数の改良体１、２、３を造成する事により、従来の技術では対応してきた。その際に、未改良個所が発生しない様に、改良体１、２、３の一部分（一部領域）をオーバーラップさせて施工するのが一般的である。
【０００４】
しかし、図１５においてハッチングを付して示す領域（オーバーラップ領域）においては、一度造成された改良体をジェットにより切削・混合して再度改良することになる。そして、特に、符号１２３で示す中央の領域では、合計３回改良される事になる。この様に、同じ領域を複数回改良するという事は、地盤改良材を余計に消費する事を意味するので、施工コストを高騰させる原因となる。
【０００５】
また、造成された改良体のオーバーラップ領域をジェットにより切削する際に、改良体は地盤改良材の混合物であるため、ジェットにより切削の際に発生するスラリーは産業廃棄物として処理しなければならない。ここで、産業廃棄物の処理にはコストが嵩み、施工費用を増加させる原因となってしまう、という問題も存在する。
【０００６】
これに対して、図１６で示す様に、造成された改良体１、２、３、４がオーバーラップしない様に施工し、符号６、７で示す未改良の領域のみを別工程にて改良する事も可能である。
【０００７】
しかし、図１６で示す様な技術では、改良体１、２、３、４にオーバーラップ領域が発生しない様に造成する事がかなり困難である。また、未改良領域６、７のみを改良する様に施工する事も、困難であり、特別な機器等を必要とする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、上述した様なオーバーラップする領域を発生させる事無く、しかも、未改良の領域を発生させること無く、複数の改良体を造成し、以って、広い範囲に亘る地盤改良を可能ならしめる地盤改良工法の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、モニタを設けたロッドを改良するべき地盤に切削されたボーリング孔内に挿入する工程と、モニタに設けたノズルから地盤を切削するための流体を噴射し或いは地盤改良材を噴射して、地盤の切削と改良材との混合を行うジェット噴射工程と、ロッドを回転しながら引き上げる工程とを有し、前記ジェット噴射工程では、地盤を切削して改良材と混合する領域の断面形状が非円形の閉じた形状となる様に構成され、前記ジェット噴射工程においては、前記モニタに設けたノズルが前記ロッドの中心軸を中心として公転する工程と、前記ノズルを設けた部材自体が自転する工程とが同時に行われ、前記ノズルが公転する角速度と、前記ノズルを設けた部材が自転する角速度とが相違している。
【００１０】
かかる構成を具備する本発明によれば、断面が非円形の閉じた形状の改良体、例えば矩形状断面を有する改良体が造成されるので、複数箇所にわたって改良体を造成する際に、重複して改良される領域（オーバーラップ領域）が発生しない。そのため、少なくともオーバーラップ領域に使用される分の地盤改良材の使用量が節約される。また、ジェット噴射により地盤を切削する際に、オーバーラップ箇所を切削する必要が無いので、オーバーラップ箇所の切削により発生する産業廃棄物を処理する必要が無くなり、その分だけ産業廃棄物処理コストが節約できる。
【００１２】
特に、地盤を切削して改良材と混合する領域の断面形状を正方形とする場合は、前記ノズルが公転する角速度（公転角速度）と前記ノズルを設けた部材が自転する角速度（自転角速度）との比が大略３：１であるのが好適である。
【００１３】
発明者は種々研究の結果、上述した様な条件を満たした場合には、前記ノズルの描く公転軌跡は、造成しようとする正方形断面を有する改良体と等しい長さの辺を有する正方形に、同一長さの辺を有する正三角形が内接して移動する場合に、その正三角形の重心が描く軌跡と一致する事を見出した。従って、ノズルから噴射されるジェットの到達距離が、前記正三角形の頂点から重心までの距離と等しければ、当該ジェットにより正方形断面を有するように地盤が切削・混合される事になるのである。
【００１４】
本発明の実施に際して、前記ジェットは所謂交差噴流により構成され、前記ノズルは交差噴流を構成するべく１対設けられるのが好ましい。交差噴流はジェットの到達距離を高精度にて制御できるからである。
【００１５】
また上述した様な構成を有する本発明によれば、簡単な機構で実施可能であり、組み立てコスト、施工コストが低減し、地盤改良工法に費やされる労力が節約できる。
【００１６】
また、自転角速度と公転角速度との比率を変える事等、極めて簡単な改良或いは変更を行う事により、造成される改良体の断面形状を変化させる事が出来るので、適用範囲が極めて広い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面の図１−図１４を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の１実施形態による地盤改良工法の施工の概要を示している。図１から明らかように、本発明の実施形態にかかる地盤改良工法によれば、断面正方形の改良体１０（地盤を切削して改良材と混合する領域）が造成される。そして図１において点線で示す様に、改良体１０を複数造成したとしても、改良体１０の断面が正方形であるため、図１５の従来技術のように地盤改良個所が重複してしまう事は無い。また、正方形断面を有する改良体同士が接触する様に造成して、図１６で示す従来技術のような未改良領域の残存、という問題を解消することが出来る。
【００１９】
図１において、符号２０で示すのはモニタであり、モニタ２０からは地盤改良材を含むジェットＪ１、Ｊ２、Ｊ３が噴射される。ジェットＪ１、Ｊ２により改良すべき地盤を切削し、Ｊ３により地盤改良材と混合するのである。また、図１において点線ＴＬはモニタ２０に設けたジェット噴射用ノズルの軌跡を示し、符号ＬはジェットＪ１、Ｊ２、Ｊ３の到達距離を示している。
【００２０】
なお、図示の実施形態において、地盤を切削するためのジェット（Ｊ１、Ｊ２）は、到達距離Ｌを高精度にて制御できるように、交差噴流を用いている。
【００２１】
モニタ２０およびスウィベル２１の構造の１例が、図２で示されている。図２において、ロッド２２に接続したモニタ２０は、ロッド２２と同一角速度で回転する円盤２４と、該円盤２４とは異なる角速度で回転可能なパイプ２８（ノズルを設けた部材）とを含んでおり、所謂ターンテーブルとして構成されている。またモニタ２０の上部にはスウィベル２１が接続されており、該スウィベル２１はロッド２２と同一角速度、すなわちモニタ２０とは異なる角速度で回転し、ロッド２２から供給される切削水、圧縮空気、改良材などの各流体をモニタ２０に供給する。
【００２２】
ロッド２２とモニタ２０をそれぞれ異なる角速度で回転する方法として、ロッド２２とモニタ２０を各々独立して回すことも可能であるが、図２においては、歯車を用いて回す方法を例示しており、以下において、当該例示について説明する。
【００２３】
円盤２４の内部には、ロッド２２及び円盤２４と一体的に回転する第１の歯車３０と、パイプ２８と一体的に回転し且つ歯車３０と噛み合っている第２の歯車３２、とが設けられている。そして図示の実施形態においては、第１の歯車３０の歯数Ｔ３０と、第２の歯車３２の歯数Ｔ３２との間には、
Ｔ３０：Ｔ３２＝１：３    ・・・・    （１）
なる関係が存在する。そのため、モニタ２０では、パイプ２８が１回転する間に、円盤２４は３回転するのである。
【００２４】
ここで、パイプ２８にはノズルＮ１、Ｎ２が設けられており、該ノズルＮ１、Ｎ２からは、地盤を切削するためのジェットＪ１、Ｊ２をそれぞれ噴射している。そして前述した通り、ジェットＪ１、Ｊ２は交差噴流を構成している。またノズルＮ２の下部には、ノズルＮ１、Ｎ２と正反対の方向にノズルＮ３が設けられており、該ノズルＮ３からは地盤改良材を噴射している。
【００２５】
地盤を切削するためのジェットＪ１、Ｊ２を構成する流体としては、例えば高圧水その他を使用する。ここで、ジェットＪ１、Ｊ２を地盤改良材で構成し、当該地盤改良材により地盤を切削する様に構成することも可能である。
【００２６】
次に、図３−図１４を参照して、図示の実施形態の作用を説明する。図３−図１４において、交差噴流を構成するジェットＪ１、Ｊ２は単一の矢印Ｊで表現しており、ノズルＮ１、Ｎ２も点Ｎで表現して、図示を簡略化している。
【００２７】
以下の説明において、「公転」なる文言は、図２で示す円盤２４の回転に従ってパイプ２８が図１の点線ＴＬで示す様な円形の軌跡上を移動する事を意味している。また「自転」なる文言は、パイプ２８自体の回転、或いはパイプ２８に取り付けられたノズルＮ１、Ｎ２（ノズルＮ）がパイプ２８の回転に従って回転移動する事（軌跡ＴＬ上を移動する事）を意味している。ここで、上述した通りパイプ２８が１回転する間に円盤２４は３回転するので、図示の実施形態によれば、「公転」回転数は「自転」回転数の３倍となる。
【００２８】
正方形断面を有する改良体１０の造成の１過程を模式的に示す断面図である図３において、ノズルＮの軌跡（公転軌跡）ＴＬが構成する円の半径寸法を「ｒ」とすれば、ノズルＮの初期位置（図３で示す位置）の座標（ｘ、ｙ）は（ｒ、０）となり、一般化すると次式（２）、（３）
の通りになる。
【００２９】
ｘ＝ｒｃｏｓωｔ  ・・・・  （２）
ｙ＝ｒｓｉｎωｔ  ・・・・  （３）
この式（２）、（３）において、符号ωはノズルＮの公転角速度である。
【００３０】
図３で示す初期位置において、ノズルＮからのジェットＪはＸ軸上を左方向に噴射されており、その先端は符号Ｊ−Ｅで示されている。
【００３１】
次に、ノズルＮの公転軌跡について、図４を参照して説明する。図４において、改良体１０の正方形断面の長さを符号ａで示す。そして以下の説明において、
「正方形１０」なる文言は、１辺の長さがａの正方形を意味する。
【００３２】
図３で説明したノズルＮの公転軌跡は、１辺の長さがａの正三角形が正方形１０（１辺の長さがａの正方形）に常に内接する様に移動している場合における当該正三角形の重心の軌跡に一致する。すなわち、位置Ｎ０におけるノズルＮからのジェットＪ−Ｓの先端位置Ｆを１頂点とし且つ正方形１０と内接する正三角形ＦＧＨの重心は、位置Ｎ０と一致する。そして、位置ＮＧのノズルから噴射するジェットＪ−Ｇの先端Ｋ（位置Ｋは、正方形１０の辺上の１点でもある）を１頂点とし且つ正方形１０と内接とする正三角形ＫＮＭの重心は、位置ＮＧと一致するのである。
【００３３】
そして、位置Ｎ０もＮＧも、共に軌跡ＴＬ上の点である。すなわち、正方形１０と内接する正三角形の重心の軌跡は、正方形１０の中心と同心で且つ寸法ｒの半径を有する円となる。
【００３４】
次に、軌跡ＴＬの半径ｒについて考察する。図４の正三角形ＦＧＨを考慮すると、位置Ｎ０から噴射されるジェットＪ−Ｓの到達距離Ｌは、１辺の長さａの正三角形における頂点から重心までの距離に等しいので、
Ｌ＝ａ／３1/2   ・・・・  （４）
なる数式で表される。ここで、
ａ＝２（Ｌ−ｒ）＝２Ｌ−２ｒ
であり、この式に上式（４）を代入すれば、
ａ＝２（ａ／３1/2 ）−２ｒ
となる。これをｒについて整理すれば
ｒ＝｛（１／３1/2 ）−（１／２）｝ａ  ・・・・  （５）
となる。すなわち、造成しようとする（正方形断面を有する）改良体の１辺の長さが決定すれば、式（５）に従って、ノズルＮの公転軌跡ＴＬの半径寸法ｒ（図２における寸法ｒと同一）が決定されるのである。
【００３５】
ここで、図示の実施形態において、正方形（改良体）１０の外周をジェットの先端Ｊ−Ｅ（図３参照）が、例えば２０秒で１周する様に設定するならば、すなわち、ノズルＮの自転速度がπ／１０（＝２π／２０：ｒａｄ／ｓｅｃ）であるのならば、式（２）、（３）におけるノズルＮの公転角速度ωは、その３倍なので、３π／１０（ｒａｄ／ｓｅｃ）となる。
【００３６】
再び図３において、ジェット先端位置Ｊ−Ｅの初期座標（換言すれば、図４の符号Ｆの座標）は（−ａ／２，０）となる。そして図４をも合わせて参照して、ジェット先端位置Ｊ−Ｅの座標（Ｘ、Ｙ）を一般化して表現すると、
Ｘ＝ｘ＋（ａ／３1/2 ）ｃｏｓ（ωｔ／３）  ・・・・  （６）
Ｙ＝ｙ−（ａ／３1/2 ）ｓｉｎ（ωｔ／３）  ・・・・  （７）
となる。換言すれば、上式（６）、（７）が、ノズルＮ（及びそこから噴射されるジェットＪ）の自転の軌跡を一般化して示す数式であり、すなわち、ジェットＪによる切削・混合の軌跡を示すこととなる。
【００３７】
図５−図１４は、上式（６）、（７）で示すジェットＪによる切削・混合の進捗を図示したものである。図５−図１４において、符号θはノズルＮの公転した角度を示しており、
θ＝ωｔ  となる。
【００３８】
図５は、ノズルＮ（或いはパイプ２８）が、図３で示す位置（初期位置）に対して左回転方向にπ／４（ｒａｄ）だけ公転移動した状態を示している。ノズルＮは、公転移動の１／３の角速度で自転するので、そこから噴射されるジェットＪは、Ｘ軸に対して平行とはならず、図５で示す様な角度（自転による回転角度）を有している。そして、ノズルＮの公転及び自転により、ジェットＪも移動し、その先端Ｊ−Ｅは、初期位置におけるジェット先端の位置Ｆ（図４の頂点Ｆと同じ）から、図５で示す位置に移動する。その結果、図５においてハッチングを付して示す領域が切削され、地盤改良材と混合される。ここで、当該改良された領域の断面形状は、従来の円形断面を有する改良体では形成し得なかった断面形状となっている。
【００３９】
この際に、切削・改良された領域（ハッチングを付して示す領域）において、点Ｆと点Ｊ−Ｅとを結ぶ線分は、Ｙ軸と平行な直線となっている。換言すれば、ジェットＪの先端は、Ｙ軸と平行に図中上方に移動している。
【００４０】
図６は、ノズルＮが初期位置に対して左回転方向にπ／２だけ公転移動した状態を示している。なお、符号ＴＬは公転軌跡を示している。この段階においても、点Ｆと点Ｊ−Ｅとを結ぶ線分は、Ｙ軸と平行な直線となっている。なお図示の簡略化のため、図７−図１３においては、改良された領域にハッチングを付していない。
【００４１】
図７は、ノズルＮが初期位置に対して左回転方向にπ（ｒａｄ）だけ公転移動した状態を示している。この段階においては、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは、Ｙ軸に平行に移動した後に、Ｘ軸と平行に図中右方向に移動している。図８で示す段階、すなわちノズルＮが初期位置に対して５π／４だけ公転移動した段階では、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは、Ｘ軸と平行に図中右方向へ、さらに移動している。そして、ノズルＮが２π（ｒａｄ）だけ公転移動すると（換言すれば公転軌跡ＴＬ上を１回転すると）、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは図９で示す様な位置に到達する。
【００４２】
図１０は、ノズルＮが初期位置に対して１１π／４だけ公転移動した状態を示している。この段階においては、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは、Ｘ軸と平行移動をしておらず、Ｙ軸と平行に図中下側へ移動している。図１１で示す段階、すなわちノズルＮが初期位置に対して１３π／４だけ公転移動した段階では、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは、Ｙ軸と平行に図中下側へさらに移動している。
【００４３】
図１２は、ノズルＮが初期位置に対して１７π／４だけ公転移動した状態を示している。この段階においては、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは、Ｙ軸と平行移動をしておらず、Ｘ軸と平行に図中左方向へ移動している。
【００４４】
さらに図１３で示す段階では、ノズルＮが初期位置に対して１１π／２だけ公転移動して、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは、Ｘ軸と平行には移動しておらず、Ｙ軸と平行に図中上側へ移動している。そして、ノズルＮが初期位置に対して６πだけ公転移動すると、すなわち公転軌跡ＴＬ上を３回転すると、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは初期位置Ｆまで戻り（すなわち、自転を１回転行い）、図１４で示す様に、正方形断面を有する領域の切削及び地盤改良材との混合が為される。
【００４５】
従って、通常のグラウト工法のように、ロッド２２（図２）を回転しつつ地上側に引き上げれば、正方形断面を有する改良体が地盤中に造成される。そして、地盤改良工法初期のボーリングロッドの切削を、隣接する改良体造成の際のボーリングロッド（図示せず）よりも寸法ａだけ離隔した位置で行えば、図１で示す様に、重複した改良領域を発生させる事なく、広範囲に亘って地盤改良を行う事が出来るのである。
【００４６】
なお、図５−図１４において、ノズルＮの公転方向は左回転方向であり、ノズルＮの自転方向は右回転方向であるが、図２のロッド２２、円盤２４、２６は右ネジを切ってあるのが一般的であるため、公転方向を右回転方向にして、自転方向を左回転方向にする事が好ましい。また、図５−図１４において、正方形１０の角部には若干のアールがつくが、直角な角部とアールのついた角部との差異は、実際の地盤改良工法施工に際しては無視出来る程度の小さなものである。
【００４７】
図示の実施形態では正方形断面を有する改良体を造成するが、円盤２４とパイプ２８との回転速度比や寸法を適宜設定すれば、断面形状が非円形の閉じた形状の改良体、例えば矩形断面を有する改良体を造成する事も可能である。またモニタ２０の構成は、図２で示すターンテーブルに限定されるものではない。モニタ２０の構造としては、パイプの自転と公転とを所定の回転比（角速度比）で行う事が可能であれば、適用する事が出来る。
【００４８】
なお図示の実施形態では、パイプ２８が１回転する間に、円盤２４は正確に３回転するので、ノズルが公転する角速度と前記パイプ（ノズルを設けた部材）が自転する角速度との比も正確に３：１となる。しかし本発明の技術的範囲は、当該比が正確に３：１である場合のみを包含するものではなく、概略３：１であれば本発明の技術的範囲に包含される事を付記する。
【００４９】
【発明の効果】
上述した本発明の作用効果について、以下に列挙する。
【００５０】
（１）  複数箇所にわたって改良体を造成する際に、重複して改良される領域（オーバーラップ領域）が発生しない。
（２）  地盤改良材の使用量が節約される。
（３）  地盤改良材を包含した産業廃棄物の発生量が減少するので、産業廃棄物処理コストが節約できる。
（４）  簡単な機構で実施可能であり、組み立てコスト、施工コストが低減し、地盤改良工法に費やされる労力が節約できる。
（５）  簡単な改良により、造成される改良体の断面形状を変化させる事が出来るので、適用範囲が極めて広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態による地盤改良工法の施工の概要を示す平面図。
【図２】本発明の実施に用いられるモニタの１例を示す側面図。
【図３】改良体造成の１過程を模式的に示す断面図。
【図４】改良体の断面形状を正方形にする原理を模式的に示す断面図。
【図５】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図６】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図７】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図８】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図９】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図１０】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図１１】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図１２】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図１３】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図１４】地盤を切削・混合する１過程を模式的に示す断面図。
【図１５】従来の改良工法の問題点を説明する平面図。
【図１６】その他の従来の改良工法における問題点を説明する平面図。
【符号の説明】
１、２、３、４、１０・・・改良体
２０・・・モニタ
２１・・・スウィベル
Ｊ、Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３・・・ジェット
ＴＬ・・・ノズルの公転軌跡
Ｌ・・・ジェット到達距離
２２・・・ロッド
２４・・・円盤
２８・・・パイプ
３０、３２・・・歯車
Ｎ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３・・・ノズル
ｒ・・・ノズル公転軌跡の半径寸法
ａ・・・正方形の１辺の長さ
Ｊ−Ｅ・・・ジェット先端位置
【図１】
0004003997.tif 000002
【図２】
0004003997.tif 000003
【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】
0004003997.tif 000008
【図８】
0004003997.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004003997.tif 000011
【図１１】
0004003997.tif 000012
【図１２】
0004003997.tif 000013
【図１３】
0004003997.tif 000014
【図１４】
0004003997.tif 000015
【図１５】
0004003997.tif 000016
【図１６】
0004003997.tif 000017