(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隔絶された三流路の注入管とそれに連通する３つの噴射ノズルを具備する注入ロッドを用いて地盤中に地盤改良体を造成する地盤改良体造成工法において、まず、該注入ロッドを、地盤改良体を造成せんとする所望の深度の上端まで、削孔ビットにて回転しつつ削孔挿入し、次いで、引き続き削孔しつつも、希望する地盤改良体造成のための空洞を予め形成すべく、清水を、ロッド先端部にあるモニタ部近傍であって該ロッドの軸上略同位置に設けられた第１及び第２噴射ノズルから高圧噴射するとともに、該第１及び第２噴射ノズルの後方、即ちスイベル側よりに設けられた第３噴射ノズルから仕上げ用清水又はエアを高圧噴射しつつ、所望の深度まで大径削孔し、最後に、所望深度から後方へ注入ロッドを回転後退しつつ、上記第１、第２及び第３噴射ノズルから硬化剤を高圧噴射し、所望の深度上端、即ち形成希望の地盤改良体の上端まで該ロッドを引き上げることにより、大径の地盤改良体を造成することを特徴とする地盤改良体造成工法。
【請求項２】
互いに隔絶された三流路の注入管であって、それらの二流路に連通する二つの噴射ノズルと他の一つの流路に連通する二者択一式の二つの噴射ノズルを具備する注入ロッドを用いて地盤中に地盤改良体を造成する地盤改良体造成工法において、まず、該注入ロッドを、上記の二者択一式の噴射ノズルの内、当該注入ロッドの先端部に設けられた第４噴射ノズルにて清水を噴射しつつ、所望の深度の上端まで、削孔ビットにて回転削孔しつつ挿入し、次いで、引き続き削孔しつつも、希望する地盤改良体造成のための空洞を予め形成すべく、清水をロッド先端部にあるモニター部近傍に設けられた第１及び第２噴射ノズルから高圧噴射すると共に、上記ロッド先端部の第４噴射ノズルを原則的に閉鎖し、その後方すなわち第１及び第２噴射ノズルと注入ロッド軸上同位置であって、３つのノズルが該ロッド円周に対し略等角度になるように設けられた第３噴射ノズルからも清水又はエアを高圧噴射しつつ、所望の深度まで大径削孔し、最後に、所望深度から後方へ注入ロッドを回転後退しつつ、上記第１、第２及び第３噴射ノズルから硬化剤を高圧噴射し、所望の深度上端、即ち、形成希望の地盤改良体の上端まで該ロッドを引き上げることにより、大径の地盤改良体を造成することを特徴とする地盤改良体造成工法。
【請求項３】
互いに隔絶された三流路を有する注入管、該注入管を内蔵する注入ロッド、該注入ロッドを上下動且つ回転させ得る操作機構、該注入管に連通する噴射ノズル、清水又は気体若しくは地盤硬化剤の三種の流体をそれぞれ該噴射ノズルまで圧送する圧送ポンプ、及び三重若しくは三本のスイベルからなる地盤改良体造成装置において、前記噴射ノズルの内二つ即ち、第１及び第２噴射ノズルが、該注入ロッドの先端部近傍であって、注入ロッドの軸上略同位置に設けられると共に、他の一つの第３噴射ノズルを該第１及び第２噴射ノズル後方即ち、スイベル側よりに設けられていることを特徴とする地盤改良体造成装置。
【請求項４】
清水、エア又は硬化剤を噴射又は注入するための第３噴射ノズルが、注入ロッドの軸上であって、第１及び第２噴射ノズルの後方、即ちスイベル側にあるとともに、第１、第２及び第３噴射ノズルが、該注入ロッドの円周に対し略等角度にあることを特徴とする請求項３記載の地盤改良体造成装置。
【請求項５】
互いに隔絶された三流路を有する注入管、該注入管を内蔵する注入ロッド、該注入ロッドを上下動且つ回転させ得る操作機構、該注入管に連通する第１、第２及び第３噴射ノズル、清水又は気体若しくは地盤硬化剤の三種の流体をそれぞれ該噴射ノズルまで圧送する圧送ポンプ、及び三重若しくは三本のスイベルからなる地盤改良体造成装置において、清水又は気体若しくは硬化剤を噴射又は注入するための前記第１、第２及び第３噴射ノズルが、注入ロッドの軸上略同位置にあって、該位置の円周に対し略等角度に配置されていることを特徴とする地盤改良体造成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物の基礎の造成等なかんずく軟弱地盤の改良を目的として施工する地盤改良剤注入工法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
本発明は、構造的には、平成１年特許願第３０７７号（出願日：平成１年１月１０日）の「地盤硬化剤噴射注入装置」、及び平成１年特許願３３６１０５号（出願日平成１年１２月２５日）の「三重構造の噴射ノズルを有する地盤硬化財噴射注入装置及びその注入方法」を従来技術とする。
本発明と、当該従来技術とは、産業上の両分野が同一であり、且つ、発明の目的が大径の地盤改良体を造成せんとする点で同一である。又、本件発明は、引用した上記の従来技術であるいわゆる三重管の注入ロッドを前提としている点で共通する。
以上が直接的な先行技術ではあるが、全般的には、軟弱地盤の硬化工法即ち軟弱地盤中に地盤改良体を造成する周知の方法として、まず、掘削ロッドにて所定地盤まで削孔し、ついで掘削ロッドに代えて硬化剤噴射ロッド若しくは、両者を兼用したロッドにて回転上昇しつつ硬化剤を噴射し、削孔することにより地盤改良体を造成する方法が存在した。この代表例であって、草分け的な工法ないし装置は、本件出願に係る発明者のいわゆるＣＣＰ工法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記代表例であるＣＣＰ工法は、当時は画期的な工法であったが、次第により効率よく、より大径の地盤改良体を造成せんとする競争に移行してきた。
【０００５】
従来工法の場合、地盤改良体を造成せんとする所望深度の最下端迄  削孔し、その後ロッドを回転上昇しつつ硬化剤を高圧噴射するわけであるが、その際、地盤改良体造成のための硬化剤を噴射し、それによって、空洞部を形成し,該改良体を造成することとなる。この場合、実際に地盤改良体を造成せんとする空洞部は硬化剤噴射時に同時に形成されることとなるので、清水若しくは硬化剤が、地盤に浸透し、掘削容易な状況となる時間が無いか、少ないこととなる。その結果として、当然ながら地盤改良体を造成しようとするための空洞部は、勢い小さなものとなる。そのため、従来ロッド内の注入管を単管から二重管或いは三重管へと改良すると共に、硬化剤等の噴射圧を高めるなどの工夫がなされてきた。
【０００６】
しかしながら、これらの発明でも、目標とする効率的で且つ大径の地盤改良体を造成するには至らなかった。
そこで、本発明は、以下の手段をとることにより効率的で確実な大径の地盤改良体を造成することができることとなった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第一手法として、互いに隔絶された三流路の注入管とそれに連通する３つの噴射ノズルを具備する注入ロッドを用いて地盤中に地盤改良体を造成する地盤改良体造成工法において、まず、該注入ロッドを、まず地盤改良体を造成せんとする所望の深度の上端まで、削孔ビットにて回転しつつ削孔挿入し（第１工程）、次いで、引き続き削孔しつつも、希望する地盤改良体造成のための空洞を予め形成すべく、清水を、ロッド先端部にあるモニタ部近傍であって該ロッドの軸上略同位置に設けられた第１及び第２噴射ノズルから高圧噴射するとともに、該第１及び第２噴射ノズルの後方、即ちスイベル側よりに設けられた第３噴射ノズルから仕上げ用清水又はエアを高圧噴射しつつ、所望の深度まで大径削孔し（第２工程）、最後に、所望深度から後方へ注入ロッドを回転後退しつつ、上記第１、第２及び第３噴射ノズルから硬化剤を高圧噴射し、所望の深度上端、即ち形成希望の地盤改良体の上端まで該ロッドを引き上げることにより（第３工程）、大径の地盤改良体を造成する地盤改良体造成工法とそれに使用する装置を提供する。
【０００８】
また、第二手法として、互いに隔絶された三流路の注入管であって、それらの二流路に連通する二つの噴射ノズルと他の一つの流路に連通する二者択一式の二つの噴射ノズルを具備する注入ロッドを用いて地盤中に地盤改良体を造成する地盤改良体造成工法において、まず、該注入ロッドを、上記の二者択一式の噴射ノズルの内、当該注入ロッドの先端部に設けられた第４噴射ノズルにて清水を噴射しつつ、所望の深度の上端まで、削孔ビットにて回転削孔しつつ挿入し（第１工程）、次いで、引き続き削孔しつつも、希望する地盤改良体造成のための空洞を予め形成すべく、清水をロッド先端部にあるモニター部近傍に設けられた第１及び第２噴射ノズルから高圧噴射すると共に、上記ロッド先端部の第４噴射ノズルを原則的に閉鎖し、その後方すなわち第１及び第２噴射ノズルと注入ロッド軸上同位置であって、３つのノズルが該ロッド円周に対し略等角度になるように設けられた第３噴射ノズルからも清水又はエアを高圧噴射しつつ、所望の深度まで大径削孔し（第２工程）、最後に、所望深度から後方へ注入ロッドを回転後退しつつ、上記第１、第２及び第３噴射ノズルから硬化剤を高圧噴射し、所望の深度上端、即ち、形成希望の地盤改良体の上端まで該ロッドを引き上げることにより（第３工程）、大径の地盤改良体を造成する地盤改良体造成工法とそれに使用する装置を提供する。
【０００９】
【作用】
上記第１工程は従来の初期段階の工程であるが、第２工程に於いて清水を対象地盤に十分に浸透させつつ、該高圧水によって対象地盤を十分に掘削することができる。特に、第一手法によれば、図１にて示すように第１及び第２噴射ノズルから高圧噴射した清水をまず浸透させつつ掘削進行し、さらに、ロッドの後方に有る第３噴射ノズルから清水またはエアを高圧噴射することにより、上記噴射で掘削容易となった状態の地盤を再度、高圧噴射するため、より大径の地盤改良体用空洞を形成することができる。
【００１０】
他方、上記第二手法の場合、注入ロッドの同位置に等角度にて３つの噴射ロッドが設けてあるため、上記第一手法と異なり、一気に地盤改良体用空洞部を形成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を引用しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る第１の実施形態である注入ロッド１０を示す概略図である。本図によれば、注入ロッド１０の先端部のみを示しているが、まず、最先端部には削孔ロッドの機能をも有しているため、ビット１８を有している。 このビットは、本発明を実施する際の第１工程である所望深度までの削孔に機能する。該ビット１８の近傍には、モニター部１９が設けられており、さらにその近傍には、第１噴射ノズル１２及び第２噴射ノズル１３が設けられている。また、当該第１及び第２噴射ノズルの後方即ちスイベル側よりには、第３噴射ノズル１４が設けられている。第１及び第２噴射ノズルは該注入ロッド軸上同位置にあるが、第３噴射ノズル１４は、一つのみ別位置に存在することとなる。これにより、水切りによる削孔が時差式により行われる所に本件発明の特徴がある。
【００１３】
さらに具体的に説明をすると、第１噴射ノズル１２と第２噴射ノズル１３からは、むろん他の流体若しくは気体を噴射することができるが、原則的に、清水１５、１６を高圧噴射する。一方、第３噴射ノズル１４からは、先の噴射により、ゆるんだ地盤をさらに掘削するいわゆる仕上げ用清水又はエアを高圧噴射する。これらの第１、第２及び第３噴射ノズルは、特に上述の地盤改良体造成の為の空洞部を形成するための第２工程において特に重要な意義がある。
【００１４】
図２は、本件発明に係る第２の実施形態を示した概略図である。即ち、ロッド本体１１の先端部には、他の形態と同様ビット２７を有しているが、その最先端中心部には、ロッド掘削進行用の第４噴射ノズル２３を有している。この噴射ノズルからは、次の工程として硬化剤を噴射しても良いが、第１工程及び地盤改良体の空洞部を形成する第２工程にあっては、通常清水を噴射しつつ注入ロッド１０を回転させ、掘削進行することとなる。
【００１５】
しかし、上記第３工程に入り、注入ロッド１０を回転上昇させながら、硬化剤を噴射する場合、当該第４噴射ノズル２３の手前付近において、従来手法であれば、地上より鋼球を落下させ、ノズルを閉鎖し、それにより第１及び第２噴射ノズル２０、２１とロッド軸上同位置、等角度に設けられた第３噴射ノズル２２からも清水またはエアを噴射する。この場合、上記第１の実施形態と異なり、いわゆる三重管の機能を生かし一気に地盤改良体の空洞部を形成せんとする手法である。即ち、三重管であって、それに連通する３つの噴射ノズルを同位置、等角度に配置し、強力かつ一気に上記空洞部を形成することにある。
ちなみに、図２におけるロッド本体１１内の破線は、三流路における流管２８、２９、３０をそれぞれ示している。
【００１６】
図３は、上記第２の実施形態におけるロッド本体１１の軸に対しての直角断面図即ち、Ｂ−Ｂ'断面図である。上述のように、第１、第２及び第３噴射ノズル２０、２１、２２がそれぞれ略等角度に位置していることがわかる。 従って、清水、エア又は硬化剤も図中ａ、ｂ、ｃのように略等角度に高圧噴射される。 本図は、図２に対応したものであるが、図１におけるＡ−Ａ’断面図の場合と同様となる。
【００１７】
以下、図４、図５及び図６に従い、本件発明に係る工程を説明する。
【００１８】
図４においては、注入ロッド本体１１を操作機構（図示なし）にて回転させ、所望の対象地盤上端部３３より第１、第２及び第３噴射ノズルから、主として清水を高圧噴射しつつ削孔開始している状態を示している。その場合、留意されるべきは、第１及び第２噴射ノズルのみで、削孔する場合、一部実線及び破線３４で示す空洞部のみが形成されることとなるが、仕上げ用の第３噴射ノズルから、清水またはエアを高圧噴射すると、実線３３と破線３２にて示す様に、より大径の空洞部を形成することができるということである。その結果は、図５にて示す通りである。
【００１９】
図６は、所望の大径空洞部を形成後、注入ロッド本体１１を回転上昇させつつ、削孔時に主として清水用として用いた３つの噴射ノズルを使用して、硬化剤を高圧噴射する状態を示している。即ち、この硬化剤噴射時に、造成すべき空洞部を形成するのではなく、図４のごとく削孔機能を持った注入ロッドを掘削進行させる際、高圧水を噴射させることにより、予め削孔作業をも行っている点に、重大な意義がある。
【００２０】
【発明の効果】
本件発明は、対象地盤に掘削進行する際に、大径の空洞部を形成し対象地盤下端に到達後注入ロッドを回転上昇させつつ、地盤硬化剤を充填するというステップを踏む工法ないし装置である点に特に特徴があるが、削孔過程や硬化剤充填過程に無駄を無くすると同時に効率よく大径の空洞部を形成でき、従って、初期の目標通り確実に大径の地盤改良体を造成することができる。
【００２１】
具体的な効果を挙げると、上記第１及び第２噴射ノズルから、清水を高圧噴射することにより、硬化剤を噴射する前に予め空洞部を形成することができるわけであるが、それのみならず、仕上げ用の第３噴射ノズルより清水またはエアを高圧噴射することにより、先の噴射により緩んだ対象地盤が更に掘削され、より、大径の空洞部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に係る第２の実施形態を示す概略図である。
【図３】第２の実施形態である図２に於けるＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本件発明に係る第１の実施形態に於ける工程図である。
【図５】本件発明に係る第１の実施形態に於ける工程図である。
【図６】本件発明に係る第１の実施形態に於ける工程図である。
【符号の説明】
１０  注入ロッド
１１  注入ロッド本体
１２、２０  第１噴射ノズル
１３、２１  第２噴射ノズル
１４、２２  第３噴射ノズル
１５、１６、２４、２５  清水又は硬化剤
１７  清水、エア又は硬化剤
１８、２７  ビット
１９  モニター部
２３  第４噴射ノズル
２６  清水又は硬化剤
３１  スライム排出用間隙
３２  所望の空洞部
３４  第１及び第２噴射ノズルのみで形成された空洞部
３５  形成済み所望の空洞部
３６  硬化剤充填済み空洞部
【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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