JPH03197713A - 三重構造の噴射ノズルを有する地盤硬化剤噴射注入装置及びその注入工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、軟弱地盤の改良、建設構造物基礎の造成等を
目的として施工する地盤硬化剤注入に用いられる噴射注
入装置及びその工法に関する。

［従来の技術］ 本発明は、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」を従来技
術とする。

本発明と当該従来技術とは、産業上の利用分野が同一で
あり、かつ発明の目的が第一に地盤中の土や泥水スラッ
ジと硬化剤との置換率の向上、第二に所要時間の短縮に
ある点で同一である。

さらに、発明の構成においては、以下の点で共通する。

第一に、互いに隔絶された玉通路を有する注入管（いわ
ゆる三重管）を用いること、第二に、該注入管を回転上
昇させつつ、該注入管下端部のノズルから、清水と気体
と硬化剤とを噴射させること、第三に、清水と気体と硬
化剤とはそれぞれ別個にポンプ、ホース、スイベル、注
入管の通路を経てノズルまで隔絶されたままで圧送され
ること、第四に、清水の高圧噴流、硬化剤の高圧噴流の
到達距離が高められるべく、気体の高圧噴射によって包
合されること、第五に、特許請求の範囲に記載はないが
、ガイドホールの地上付近に湧出する泥水スラッジを積
纒的に吸引収集し、フィルタープレスにより清水に変え
て再利用することである。

従来技術が、本発明と異なる第一の特徴はノズルの構造
又は形状が、核ノズルとそれを包囲する一つの周囲ノズ
ルとからのみなることであり、第二の特徴は、ノズルを
上下二個設けて、上部噴射ノズルでは、清水の高圧噴流
を気体の高圧噴流で包合し、下部噴射ノズルでは、硬化
剤の高圧噴流を気体の高圧噴流で包合することとしたこ
とである。

これにより、地中の土と硬化剤との置換率は向上し、ま
た、硬化剤の到達距離も増したことにより、即座に固結
する性質の硬化剤の使用が可能となるために、施工時間
の短縮が実現することとなった・ ［発明が解決しようとする課題］ 当該従来技術は、かくの如く、有益な発明ではあるが、
土と硬化剤の置換率のさらなる向上をもたらすべく、改
良の余地なしとは言えない。

すなわち、核ノズルと周囲ノズルとの二重構造の有する
限界をいかに克服するかである。注入管がいわゆる三重
管というが如くに三重構造を有するに対して、噴射ノズ
ルが二重構造であることから必然的に上下二つのノズル
を設けねばならないこととなる。三種の流体を噴射時ま
で隔絶して圧送することの意義を生かすためである。注
入管を回転上昇させつつ噴射することに鑑みれば、上部
噴射ノズルにおいて、清水の高圧噴流を気体の高圧噴流
にて包合し、清水の到達距離を増して、可能な限り遠く
まで空隙を造成し、その後、下部噴射ノズルにおいて硬
化剤の高圧噴流を気体の高圧噴流にて包合し、硬化剤を
空隙に可能な限り浸透させることとなる。エアーリフト
効果により到達距離を伸長せしめるものである。

その際、空隙に硬化剤が、いかに浸透するかに置換率の
向上がかかっているが、それは単に上下のノズルの噴射
圧の差のみならず、噴出流量の違い、清水と硬化剤との
粘性や比重の違いにも関わってくる問題であり、さらに
土質の違いが微妙に影響するものと思われる。したがっ
て、当該従来技術に開示する如くに、単に上下のノズル
の口径等を調整することにより噴射圧を等しくする努力
をしても、それだけで到達距離を等しくし、ないしは、
硬化剤の空隙への浸透を向上させることは困難といえる
。

使用する圧力が２００〜６００　ｋｇｆ／ｃｍ”という
高圧である以上、スイベルにより近い上部噴射ノズルが
、噴射圧、噴出流量、到達距離のいずれにおいても大き
くなるのは当然といえるからである。

上記の課題、すなわち清水の到達距離と硬化剤の到達距
離とを一致させることを達成するには、清水と硬化剤と
を同一の気体の高圧噴流で包合することがよく、それに
は、三重管に最も相応しい三重構造を有するノズルがよ
い、ということは着想としては、以上の考察から導かれ
ることではある。しかし、即座に固結する性質の硬化剤
をわざわざ清水と分離して地中深くまで圧送したにも関
わらず、噴射直後に一体となるが如き、方法が果たして
有効であるか否かを試すことは、コロンブスの卵にも似
て天啓と大いなる勇気とが要ることであった。

日々の研鎌と人事を尽くした結果、遂に以下の手段が有
効であることがわかった次第である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するために、互いに隔絶され
た王道路を有する注入管、該注入管を支持するとともに
該注入管をガイドホールに沿って上下動かつ回転させ得
る操作機構、該注入管下端部に設けた噴射ノズル、清水
と気体と地盤硬化剤の三種の流体をそれぞれ該ノズルま
で圧送する圧送ポンプ、圧送ホース及び三重構造を有す
るスイベルとから成る地盤硬化剤注入装置において、噴
射ノズルの構造を核ノズルとそれを包囲する第１包囲ノ
ズルとさらにその周囲を包囲する第２包囲ノズルとから
なる三重構造とした地盤硬化剤噴射注入装置及びその工
法を撮供するものである。

［作用］ 本発明はかくの如く構成されているので、その実施によ
り清水の高圧噴流を硬化剤の高圧噴流により包合し、さ
らに気体の高圧噴流により包合すること、または硬化剤
の高圧噴流を清水の高圧噴流により包合し、さらに気体
の高圧噴流により包合することを実現するものである。

［実施例コ 以下、図面を追いながら、本発明の詳細な説明する。

第１は、本発明のポイントである三重構造の噴射ノズル
から、清水と硬化剤と気体の三種の流体が高圧噴射する
様子を示している。ここで、清水とは、２００〜６００
　ｋｇｆ／ａｍ”の高圧にて圧送及び噴射が可能な程度
の低度の水の清さでたり、浄水である必要はない、従っ
て、地上に湧出してくる泥水スラッジをポンプにて吸引
し、フィルタープレスをしたものを再利用することが可
能である。

硬化剤とは、いわゆるセメントミルクであるが、本発明
においては、即座に固結する性質の硬化剤を使用する。

高圧にて圧送及び噴出がなされること及び気体の高圧噴
流に包合されることにより到達距離が伸びること（エア
ーリフト効果）に基づくものである。

気体とは、通常空気が用いられエアーコンプレッサー等
により圧送される。特殊な地盤においては、安全確保等
のために窒素等の他の気体が用いられる場合も考えられ
る。

以上の三種の流体は、注入管１０の内部の互いに隔絶さ
れた王道路内をそれぞれ圧送され、注入管下端部１１に
設けられた三重構造の噴射ノズルｌ２から高圧にて噴射
される。

第１図（ａ）においては、核ノズル１３から清水が、第
１包囲ノズル１４から硬化剤が、第２包囲ノズル１５か
ら気体が噴射されることにより、清水の高圧噴流１６が
、地盤硬化剤の高圧噴流１７により包合され、さらに気
体の高圧噴ａｌ　８により包合されている。

第１図（ｂ）においては、核ノズル１３から硬化剤が、
第１包囲ノズル１４から清水が、第２包囲ノズル１５か
ら気体が噴射されることにより、地盤硬化剤の高圧噴流
１７が、清水の高圧噴流１６により包合され、さらに気
体の高圧噴ｍ１８により包合されている。

第１図（ａ）と（ｂ）とでは、このように核ノズルから
噴射する流体と第１包囲ノズルから噴射する流体とが入
れ替わっているが、どちらの実施例を選択するかは、土
の粘性や夾雑物の多少等の土質にもよるが、土中の空隙
の造成により大きな威力を発揮するのは第１図（ａ）の
実施例と思われる。なお、核ノズルの口径や形状を変化
させることにより、さらに空隙造成力を増すことも可能
である。

核ノズルが第１包囲ノズルに包囲されずに、共に対等な
位置関係とし両者とも第２包囲ノズルにより包囲される
実施例も可能である。

また、気体が第２包囲ノズルから噴射されずに、核ノズ
ル又は第１包囲ノズルから噴射される実施例も可能であ
る。

第２図は、三重構造の噴射ノズルの具体的な形状を示す
正面図である。第２図（ａ）は中心に核ノズル１３があ
り、それを包囲する第１包囲ノズル１４が環状に形成さ
れ、さらにそれを包囲する第２包囲ノズルがやはり環状
に形成されている。

ここに包囲とは、完全に取り囲むことを要せず、大部分
を囲むものであればよい、噴射された流体は拡がる性質
と有するからである。従って、第１包囲ノズルや第２包
囲ノズルは完全に環状でなくともＣ字体の如き形状或は
、第２図（ｂ）の如く、同心円の上に並ぶ複数のノズル
群から成るもの等であっても有効であることが知られて
いる。

さらに、第１包囲ノズルが入り混じった形状も考えられ
る。

第３図は、三重構造の噴射ノズルを２個設けた実施例の
側面図である。該ノズルを複数個設ける意義は、高圧噴
射により噴射方向と逆向きに注入管が受ける慣性力をつ
り合せることにある。すなわち、清水や硬化剤の如き比
重の大きい流体を２００〜６００　ｋｇｆ／ｃｍ”の高
圧にて噴出すれば注入管は非常に大きい慣性力を噴射の
向きと逆向きに受けることとなる０通常、注入管の支持
をすることとなる操作機構２０は、堅固な構造であるか
らその受ける力によって注入管の支持すること自体に影
響は出ないが、回転上下動がスムーズにいかないことと
なるおそれがある。

従って、慣性力のつり合いを目的として、第３図（ａ）
（ｂ）の如く、注入管に対して互いに背中合せになる向
きにノズルを設ける実施例が有効となる。

なお、慣性力のつり合いのためならば、第３図（ａ）の
如く、注入管の同じ高さの位置に背中合せに同一構造の
ノズルを設けることが有効であるが、第３図（ｂ）の如
く、上工具なる位置にバルブを設け、ノズルの口径や形
状の調整をすることや、上部ノズルでは核ノズルで清水
を噴出し、下部ノズルでは核ノズルで硬化剤を噴出する
ことにより、上部ノズルでは主に空隙の造成、下部ノズ
ルでは主に硬化剤の充填を行うこととする実施例も可能
である。注入管を回転しつつ上昇させながら施工するこ
とに基づく。

複数個のノズルを設ける実施例では、第４図の如く、３
６０度をノズルの個数にて除した角度だけ注入管の回転
軸の回りにずらして設けるのが慣性力のつり合いの点に
おいて有効である。第４図は注入軸の回転軸方向から見
た図であり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれノズ
ルを１個、２個、３個、４個と設けた実施例である。

第５図は、補助噴射ノズル１９を三重構造のノズルより
も下部に設けた実施例の側面図である。

本来、三重構造のノズルを用いるのは清水の到達距離と
硬化剤の到達距離とを伸ばしつつなるべく近似させるこ
とにより、土と硬化剤の置換率の向上を図り、施工時間
の短縮を実現するのが目的である。しかし、一般には、
硬化剤の到達距離の方が短いと考えられる。硬化剤の比
重が大きいからである。そこで硬化剤の充填を補充すべ
く、補助噴射ノズル１９を設ける意義がある。その具体
的な実施例は第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されるよう
に、ｌまたは２以上のノズルにより、硬化剤を気体によ
る包合を伴って又は伴わずに噴出することとなる。

なお、第３図（ｂ）や第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）のごと
くノズルを上下にずらして設ける場合は、上下のノズル
の口径や形状を調整することが有効である。　２００〜
６００ｋｇｆ／ｃｍ”の高圧流体をスイベルを介して圧
送するため、よりスイベルに近い位置にある上のノズル
からより多く、又より強く、より遠くに噴出することと
なりがちだからである。

第６図は、三重構造の噴射ノズルを有する地盤硬化剤噴
射注入装置の全体を示している。ガイドホール２１は、
注入管１０の挿入にさきだってポーリングされた孔であ
る。ガイドホール２１に注入管ｌＯが挿入され、操作機
構２０によって回転上昇されながら、三重構造の噴射ノ
ズル１２から、清水、硬化剤、気体の高圧噴流を噴射し
、地盤改良体２８を形成してゆく、その際、ガイドホー
ル２１の地上付近には泥水スラッジがいわゆるエアーリ
フト効果により湧出してくる。その泥水スラッジを垂れ
流しにしたのでは、再び地盤中に浸透してしまうため、
施工時間の短縮という本発明の目的に反する。そこで吸
引ポンプ２６により積礪的に吸引する方法、さらには、
フィルターブレス２７により清水として再利用する方法
が有効である。

［効果］ 本発明の実施により、従来技術が目的とした土と硬化剤
との置換率の向上、硬化剤の高圧噴流の到達距離の伸長
による大口径の地盤改良体の造成、即座に固結する性質
の硬化剤を使用可能にすることによる施工時間の短縮、
夾雑物の除去洗浄によるより安定した地盤改良の実現等
がより顕著な効果として得られることとなった。

すなわち、第一に、本発明のポイントたる三重構造の噴
射ノズルの使用によって、清水の高圧噴流と硬化剤の高
圧噴流とが一体的に気体の高圧噴流により包合されるこ
ととなるため、空隙造成機能を有する清水噴流の到達距
離と、空隙充填機能を有する硬化剤噴流の到達距離とが
ほぼ近似させることが可能となり、土を硬化剤で置換す
る置換率が飛躍的に向上した。

第二に、従来技術においては、必然的に上下のノズルを
併用することを要したため、上下のノズル口径の調整等
による上下のノズル差圧の調整が不可欠であり、煩雑で
あった。本発明は、その煩雑な調整作業を不要にするも
のである。

以上の二点において、本発明は、従来技術に比して顕著
な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は三重構造の噴射ノズルの側面図、第２図は、三
重構造の噴射ノズルの正面図、第３図は、三重構造の噴
射ノズルを２個設けた実施例の側面図、第４図は１また
は２以上のノズルを設けた実施例を真上（注入管の回転
軸方向）から見た図、第５図は、補助噴射ノズルを設け
た実施例の側面図、第６図は、地盤硬化剤噴射注入装置
全体を示す斜視図である。 ｌＯ・・・　注入管 １１・・・　注入管下端部 １２・・・　三重構造の噴射ノズル １３・・・　核ノズル １４・・・　第１包囲ノズル １５・・・　第２包囲ノズル １６・・・　清水の高圧噴流 １７・・・　地盤硬化剤の高圧噴流 １８・・・　気体の高圧噴流 １９・・・　補助噴射ノズル ２０・・・　操作機構 ２１・・・　ガイドホール ２２・・・　圧送ポンプ ２３・・・　圧送ホース ２４　・　・　・ ２５　・　・　・ ２６　・　・　・ ２７　・　・　・ ２８　・　・　・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに隔絶された三通路を有する注入管、該注入管
   を支持するとともに該注入管をガイドホールに沿って上
   下動かつ回転させ得る操作機構、該注入管下端部に設け
   た噴射ノズル、清水と気体と地盤硬化剤の三種の流体を
   それぞれ該ノズルまで圧送する圧送ポンプ、圧送ホース
   及び三重構造を有するスイベルとから成る地盤硬化剤噴
   射注入装置において、噴射ノズルの構造を核ノズルとそ
   れを包囲する第１包囲ノズルとさらにその周囲を包囲す
   る第２包囲ノズルとからなる三重構造とした地盤硬化剤
   噴射注入装置。 ２、三重構造のノズルを複数個設けたことを特徴とする
   請求項１記載の地盤硬化剤噴射注入装置。 ３、噴流の向きが３６０度をノズルの個数にて除した角
   度だけ互いに異なることとすべく、注入管の回転軸の回
   りに該角度ずつずらして三重構造のノズルを設けたこと
   を特徴とする請求項２記載の地盤硬化剤噴射注入装置。 ４、三重構造のノズルを上下にずらして設けたことを特
   徴とする請求項２又は３記載の地盤硬化剤噴射注入装置
   。 ５、１又は２以上の三重構造のノズルの下部に更に、核
   ノズルと第１周囲ノズルのみ、又は核ノズルのみからな
   る１又は２以上の補助噴射ノズルを設けたことを特徴と
   する請求項１、２、３又は４記載の地盤硬化剤噴射注入
   装置。 ６、上下のノズルの口径等の形状又は構造を変化させる
   ことにより、噴射圧を調節することを特徴とする請求項
   ４又は５記載の地盤硬化剤噴射注入装置。 ７、あらかじめ穿孔されたガイドホールに、互いに隔絶
   された三通路を有する注入管を地盤改良を所望する深度
   の最下端まで挿入し、該注入管下端部に設けられた核ノ
   ズルとをれを包囲する第１包囲ノズルとさらにその周囲
   を包囲する第２包囲ノズルとからなる三重構造の噴射ノ
   ズルから、清水、硬化剤、気体の高圧噴流をそれぞれ噴
   射しつつ、該注入管を回転上昇させることを特徴とする
   地盤硬化剤噴射注入工法。 ８、清水の高圧噴流を硬化剤の高圧噴流により包合し、
   さらに気体の高圧噴流により包合すべく、核ノズルから
   清水を、第１包囲ノズルから硬化剤を、第２包囲ノズル
   から気体を高圧にて噴射することとした請求項７記載の
   地盤硬化剤噴射注入工法。 ９、硬化剤の高圧噴流を清水の高圧噴流により包合し、
   さらに気体の高圧噴流により包合すべく、核ノズルから
   硬化剤を、第１包囲ノズルから清水を、第２包囲ノズル
   から気体を高圧にて噴射することとした請求項７記載の
   地盤硬化剤噴射注入工法。 １０、ガイドホールの地上付近に湧出する泥水スラッジ
   をポンプにて吸引することを特徴とする請求項７、８又
   は９記載の地盤硬化剤噴射注入工法。 １１、地上に湧出する泥水スラッジをフィルタープレス
   にて清水として再利用することを特徴とする請求項７、
   ８、９又は１０記載の地盤硬化剤噴射注入工法。