(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤改良すべき範囲の対象地盤に対して、高圧噴射切削工程を行い、しかる後、液状硬化剤噴射工程を行う地盤改良工法であって、
前記高圧噴射切削工程では、地盤中に前記地盤改良する範囲の上端まで挿入した噴射管先端部の噴射ノズルからエアーと液体とを含む高圧液を噴射してエアーリフト効果により掘削土砂の一部を排出しつつ残留土砂の周囲に泥水を混合させると共に、前記地盤改良する範囲の下端まで前記対象地盤を切削攪拌させ、
前記液状硬化剤噴射工程では、前記高圧噴射切削工程終了位置から前記泥水よりも高い比重の液状硬化剤を噴射し、掘削孔内に残留している土砂及び泥水のうちで泥水を液状硬化剤により押し上げて掘削孔の外へ排出することによって、泥水を液状硬化剤に置換させ、
前記高圧噴射切削工程を終えたら、次に、液状硬化剤噴射工程に移行することを特徴とする、地盤改良工法。
【請求項２】
前記液体にベントナイト泥水、ポリマー泥水の少なくとも一方を用いることを特徴とする、請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記液体に水を用いることを特徴とする、請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
前記液状硬化剤にセメント系硬化剤溶液を用いること特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の地盤改良工法。
【請求項５】
前記液状硬化剤の噴射を低圧力で行うことを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の地盤改良工法。
【請求項６】
前記液状硬化剤の噴射圧力が１００ｋｇｆ／ｃｍ２以下であることを特徴とする、請求項５に記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤の改良工法に関し、特に、地盤改良すべき範囲の対象地盤に対して高圧噴射切削工程と液状硬化剤噴射工程とを行うに際し、排泥の産業廃棄物としての処理をなくすと共に経済性並びに施工性に配慮した地盤改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤改良工法として、従来から種々の工法が知られている。その代表例として薬液注入工法がある。この工法は、地盤中に挿入した注入管により自硬性の薬液を低圧で注入し、地盤を乱すことなく薬液を浸透圧入させることによって地盤を補強する工法である。
【０００３】
一方、近年において多用されている地盤改良工法の中に、いわゆるジェットグラウト工法に代表される高圧噴射工法がある。この工法は、地盤中に挿入した噴射管先端部の噴射ノズルから高圧水を噴射し、地盤を切削するような形態で乱しながら同時に地盤中にグラウト材を注入する工法である。
【０００４】
ところで、この高圧噴射工法では、高圧水を噴射しつつグラウト材を注入する関係で、排泥の中にグラウト材も多く含まれる問題ががある。この問題は、最近における産業廃棄物処理規制の強化や処理施設不足に伴い重要な問題となってきた。
【０００５】
このような問題が生じにくい地盤改良技術としては、特公平７ー１１１０５２号工法に記載される技術がある。
【０００６】
この技術は、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、そして、この緩んだ地盤中に、例えば高粘性のセメント系自硬性材料を圧入することにより、弛緩泥土を押し上げてそっくり排除するとともにその自硬性材料による全置換を行い改良体を造成するものである。これにより、排泥の中に、産業廃棄物処理の必要な自硬性材料が含まれるのを防止又は抑制することも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特公平７ー１１１０５２号工法に記載される技術においては、確かに、切削工程と固化材噴射工程とを分離した場合には、排泥の中に自硬性材料が含まれるのを防止又は抑制できる利点が得られるものの、次のような解決すべき課題もあった。
第１に、自硬性材料を圧入することにより、弛緩泥土を押し上げてそっくり排除してその自硬性材料による全置換を行うために、大量の自硬性材料を使用することになり、大変不経済であること。この点は地盤改良範囲が広範囲になればなるほど顕著になること。
第２に、このように自硬性材料による全置換を行うために、施工に時間がかかり、コスト高になること。しかも、全置換する分だけ、排泥処理量も多大になる問題があること。
第３に、自硬性材料に全置換すべき弛緩泥土は比重が大きく粘性も高いために、その弛緩泥土の全てを排出するには多大な手間と時間を要し、この点からも施工性が悪くコスト高になること。
【０００８】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、産業廃棄物処理の必要なセメントミルク等の自硬性材料の排出を完全にも防止して産廃処理費用の低減並びに自硬性材料の無駄をなくすと共に、経済性の向上、施工性の向上、並びに信頼性の向上を併せて図ることができるように工夫した技術を提供することを目的とする。
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明では、地盤改良すべき範囲の対象地盤に対して、高圧噴射切削工程を行い、しかる後、液状硬化剤噴射工程を行う地盤改良工法であって、前記高圧噴射切削工程では、地盤中に前記地盤改良する範囲の上端まで挿入した噴射管先端部の噴射ノズルからエアーと液体とを含む高圧液を噴射してエアーリフト効果により掘削土砂の一部を排出しつつ残留土砂の周囲に泥水を混合させると共に、前記地盤改良する範囲の下端まで前記対象地盤を切削攪拌させ、前記液状硬化剤噴射工程では、前記高圧噴射切削工程終了位置から前記泥水よりも高い比重の液状硬化剤を噴射し、掘削孔内に残留している土砂及び泥水のうちで泥水を液状硬化剤により押し上げて掘削孔の外へ排出することによって、泥水を液状硬化剤に置換させ、前記高圧噴射切削工程を終えたら、次に、液状硬化剤噴射工程に移行する方法とした。その場合、液体にベントナイト泥水、ポリマー泥水、あるいは水などを用いることもできる。また、液状硬化剤として、特にセメント系硬化剤溶液が好適である。また、液状硬化剤を噴射する圧力については、これを低圧力で行うのが大変好適であり、例えば、１００ｋｇｆ／ｃｍ２以下、好ましくは１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で行うのが好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図１〜図５を参照して説明する。
図１〜図４は、本発明の地盤改良工法を示す周辺装置を含む工程図であり、図５は同工法で用いるロッド（噴射管）の噴射ノズル部分の配置関係を示す一部断面正面図である。
【００１１】
本実施の形態に係る地盤改良工法は、図１〜図３に示すように、地盤改良すべき範囲の対象地盤Ｇに対して高圧噴射切削工程を行い、しかる後、図４に示すように、液状硬化剤噴射工程を行う工法を採用している。
【００１２】
次いで、これらの詳細について説明する。なお、以下の説明では、杭を造成する際の地盤改良工法について述べることにする。
高圧噴射切削工程においては、まず、図１に示すように、例えば三重管式のロッド（噴射管）１を備える通常のコラムマシンＭを用い、造成すべき杭上端までロッド１を挿入する。その際、必要に応じて先端から削孔水を供給しつロッド１を回転させて先端の掘削ビット２（図５参照）により掘削しながら挿入する。
【００１３】
このロッド１には、削孔用ポンプ３から、ホース４及び三重管スイベル５を介して例えば清水が高圧供給される。また、削孔水に基づく排泥は排泥ポンプ６により図２に示す脱水分離装置７に送られる。
【００１４】
次いで、図２及び図３に示すように、ロッド１の下部高圧噴射ノズル８及び上部高圧噴射ノズル９（図５参照）から、超高圧水（液体）とエアーの併用ジェットを噴射しつつ、ロッド１を回転させながら、造成すべき杭下端まで順次挿入して切削攪拌を行う。超高圧水としては、ここではベントナイト泥水を用いているが、勿論、ポリマー泥水、あるいは清水も利用することができる。ベントナイト泥水やポリマー泥水の場合には、清水よりも比重が高いので、削孔壁の保持効果が大きい利点がある。したがって、地盤の性状によって選択すればよい。
【００１５】
ジェット噴射のためのエアーはコンプレッサー１０によりホース１１を介してロッド１に送られ、超高圧水は泥水策液プラント１２、超高圧水ポンプ１３によりホース１４を介してロッド１に送られる。そして、このジェット噴流で切削攪拌された地盤中の土砂はエアーリフト効果などで地上に噴出される。
【００１６】
この際、切削土砂の一部のみが排出されるように、ジェット噴流の強さや量、並びにロッド１の挿入速さ（切削速度）等を地盤の性状（土質、軟弱度）や目的とする改良径に対応させて適宜に調整する。こうすることで、エアーリフト効果により切削土砂の一部を排出して残留土砂の周囲に泥水を混合させた状態（残留土砂と泥水の混合物２０）とすることができる。また、この状態では、内部に残留土砂と泥水が存在する、比較的比重の高い状態となるので、孔壁の崩壊防止作用も大変良好な状態に発揮させることができる。
【００１７】
なお、地上に噴出した状態の土砂は含水率も高く、そのままでは産業廃棄物として処理する必要がある。しかし、この場合の排泥はセメントなどの硬化剤は全く含まれていないので、一般残土として処理が可能となる。したがって、排泥処理用の脱水・分離装置７においては、脱水した地盤土砂は残土として処理し、処理後の水分は次の削孔水や硬化剤の混練り用水として使用することができる。
【００１８】
高圧噴射切削工程を終えたら、次に、液状硬化剤噴射工程に移行するが、その前に、上記の一次切削において造成すべき杭径が確保されているかどうかを計測する。この方法は、ロッド１の先端近くの外周に設けてある超音波センサー（図示せず）を利用する公知の技術で行うことができる。杭径が十分でない場合は、上記と同様の方法により必要に応じて二次切削を行えばよい。なお、このとき、エアーを併用しないで、つまり、土砂が排出され過ぎないように配慮する場合もある。勿論、状況に応じてエアーを併用する場合もある。何れにしても、土砂の沈殿防止の目的で、再撹拌してもよい。
【００１９】
次に、液状硬化剤噴射工程においては、図４に示すように、切削孔Ｈの底部から泥水よりも高い比重の液状硬化剤Ｋを噴射し、切削孔Ｈ内に残留している土砂及び泥水のうちの泥水を液状硬化剤Ｋにより押し上げて掘削孔Ｈの外へ排出することによって、泥水を液状硬化剤Ｋに置換する工程を行う。
【００２０】
即ち、切削孔Ｈの底部まで挿入したロッド１を回転させながらその硬化材噴射ノズル１５から、硬化材としてのセメントミルク等をエアーを使用しない低圧で噴射しつつ、ロッド１をゆっくりと上昇させていく。すると、切削孔Ｈ内における泥水は噴出されるセメントミルクに置き換えられ、その比重差などによって泥水が地上に押し出される。
【００２１】
したがって、掘削孔Ｈ内の残留土砂及び泥水の混合物２０は、セメントミルクと完全に置換されることはなく、比重の高い残留土砂は切削孔内にある程度停留し、新たに、その周囲に存在していた泥水からセメントミルクが取って代わって混合される、いわゆる半置換状態になる。
【００２２】
セメントミルクの噴射圧力としては、１００ｋｇｆ／ｃｍ２以下の圧力が好ましく、より好ましくは１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ２程度である。この噴射圧力については、泥水とセメントミルクとの比重差によっても大きく左右されるが、概ね、１００ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力では、排出する泥水中にセメントミルクが混入する恐れ、あるいは混入する割合が高くなるからである。また、１０ｋｇｆ／ｃｍ２以下の圧力では、液状硬化材噴射工程に要する作業時間が長くなり、その分、作業性が低下するからである。
【００２３】
なお、作業性を考慮して、噴射圧力を十分に高くした場合、押し出された泥水には微量の土砂分やセメントミルクの混合が考えられるので、万全を期す意味で濁水処理し、処理後の水は再利用し、余剰水はｐＨ処理後放水する。
【００２４】
このような地盤改良方法を採用した場合、所定量のセメントミルクを改良孔内に計画的に残せるので、極めて経済的であり、しかも、セメントミルクをほとんど排出しないようにすることができる。したがって、従来一般の高圧噴射工法のように大量のセメントミルクを地表に排出する無駄や産業廃棄物としての処理に多大な費用及び時間がかかるのを根本的になくすことができ、作業性、経済性並びに信頼性の何れにも優れた工法とすることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、地盤改良すべき範囲の対象地盤に対して高圧噴射切削工程を行い、しかる後、液状硬化剤噴射工程を行う地盤改良工法であって、高圧噴射切削工程では、地盤中に挿入した噴射管先端部の噴射ノズルからエアーと液体とを含む高圧液を噴射してエアーリフト効果により掘削土砂の一部を排出しつつ残留土砂の周囲に泥水を混合させ、液状硬化剤噴射工程では、掘削孔の底部から泥水よりも高い比重の液状硬化剤を噴射し、掘削孔内に残留している土砂及び泥水のうちの泥水を液状硬化剤により押し上げて掘削孔の外へ排出することによって、泥水を液状硬化剤に置換する方法としたので、産業廃棄物処理の必要なセメントミルク等の自硬性材料の排出を完全にも防止して産廃処理費用の低減並びに自硬性材料の無駄をなくすと共に、経済性の向上、施工性の向上、並びに信頼性の向上を併せて図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工程図のうちの削孔工程を示す一部断面正面図である。
【図２】本発明に係る工程図のうちの高圧噴射切削工程を示す一部断面正面図である。
【図３】本発明に係る工程図のうちの切削完了状態を示す一部断面正面図ある。
【図４】本発明に係る工程図のうちの液状硬化剤噴射工程状態を示す一部断面正面図ある。
【図５】本発明に係る地盤改良工法において用いるロッドの先端部分の正面図である。
【符号の説明】
１  ロッド
２  掘削ビット
３  削孔用ポンプ
４  ホース
５  三重管スイベル
６  排泥ポンプ
７  脱水・分離装置
８  下部噴射ノズル
９  上部噴射ノズル
１０  コンプレッサー
１１  ホース
１２  泥水策液プラント
１３  超高圧水ポンプ
１４  ホース
１５  硬化材噴射ノズル。
２０  残留土砂と泥水の混合物
Ｈ    切削孔（掘削孔）
Ｋ    硬化材（セメントミルク）
Ｇ    地盤
【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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