JPH0665806B2

JPH0665806B2 - 瞬結性薬液を用いる地盤改良工法

Info

Publication number: JPH0665806B2
Application number: JP58128291A
Authority: JP
Inventors: 武彦所; 峰雄村田
Original assignee: 日本綜合防水株式会社; 山口機械工業株式会社
Priority date: 1983-07-14
Filing date: 1983-07-14
Publication date: 1994-08-24
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPS6019816A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、高圧水の噴射による地盤の弛みと瞬結性薬液
注入とを巧妙に組み合わせた地盤の改良工法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

高圧噴射注入工法は広義には薬液注入工法の一分野であ
るにもかかわらず、従来、他の一般注入工法と別に発展
してきた。現在この高圧噴射注入工法としては、大別す
ると、ジェットグラウト工法とＣＣＰ工法とが代表例と
してある。

前者のジェットグラウト工法は、高圧のジェット水また
は薬液を噴射し、その際エアを同伴させてスライムの排
除および切削効率の向上を行いながら、ジェット流によ
り地盤を切削もしくは攪乱させ、そこにできた間隙に硬
化までに数時間以上、一般に１〜２日かかるセメントミ
ルクまたは場合により水ガラスを注入し、いわば地盤を
注入材により置換しようとするものである。

しかし、この工法は、地盤を切削してセメントミルクが
注入され易いように、地盤を完全に攪乱させるものであ
るから、大量の水が必要となり、スライムの排出量が多
くなり、その処理に多大な手間と高価な専用装置を必要
とする。

またスライムと共に注入したセメントミルクが地上へ流
出してしまい、大量の注入材を必要とし経済的でない。
さらに一旦攪乱させて弛めた地盤に早期の強度発現のな
いセメントミルクを注入するものであるため、重機の走
行や近接建造物の重量によって地盤沈下の虞れがあり、
またきわめて崩壊し易い地盤では外的な要因とは関係な
く、自然沈下を招くこともある。

他方、ＣＣＰ工法は、スライムの排出なしに、高圧で、
ゲルタイムが数分の薬液の噴射のみで地盤と薬液の混合
によって改良しようとするものであり、きわめて簡易で
あるという利点はあるものの、地盤の注入材の受入れ容
量を超える注入材を無理に注入するものであるため、地
盤の扛上（隆起）を避けることができず、また噴射圧力
はジェットグラウト工法はど高くなくしかも一定である
ため、均一な軟弱粘性土地盤には有効であるとしても、
特に多層地盤のような場合には改良径が一定でないこと
が多い。

このように、両工法は概してきめ細かな改良に適してお
らず、わが国のような地下水が豊富で複雑な地盤箇所が
多い国においては、均一性の高い改良方法として不十分
なことが多く、したがってこのような問題点を解決し、
施工性に優れかつ経済的な工法の開発が急務となってい
た。

〔発明の目的〕

本発明は、前記事情に鑑み提案されたもので、スライム
の排出を殆ど行わなくて済み、また地盤の扛上もなく、
さらに複雑な地盤の改良にも適しており、施工および経
済性に優れた地盤改良工法を提供することを目的として
いる。

〔発明の構成〕

この目的は、相互に独立した３以上の流路を有する注入
ロッドの基部側に高圧水の噴射ノズルを形成し、この噴
射ノズルより先端側に薬液の注入口を形成し、前記１の
流路を噴射ノズルに連通し、他の２つの流路を注入ロッ
ド内において合流させて前記注入口に連通させ、この注入ロッドを地盤中に挿入した状態で、かつ注入ロ
ッドを回転させながら、前記噴射ノズルからエアを同伴
させることなく高圧水のみを５０kg／cm²以上の圧力で
噴射させて地盤を攪拌することなく地盤の弛緩のみを行
い、この地盤の弛緩とともにまたはその後に、前記注入口か
らゲルタイムが６０秒以内の瞬結性薬液を３０kg／cm²
以下の圧力で弛緩した地盤中に注入し、かつ弛緩してい
ない地盤中にも薬液を浸透注入し、実質的にスライムの排出を行うことなく、かつ地盤の隆
起なしに薬液を注入することを前記注入ロッドを引き上
げる過程で行うことによって達成される。

〔作用〕

本発明に従えば、高圧水を噴射し地盤を弛めるが、これ
はあくまでも続く薬液の注入のための前処理の意味であ
るから、通常、地盤を切削、攪乱および置換できるほど
の圧力や流体量を必要とするものではないので、スライ
ムの排出は殆ど不要であり、あっても少量で足りるか
ら、スライム処理に伴う煩瑣力ら一挙に解決される。

また、本発明では、先に弛んだ地盤に対して、１〜２日
後に強度の発現のあるセメントミルクや瞬結性の薬液を
用いるのではなくして、ゲルタイムが６０秒以内、特に
好ましくは３０秒以内の瞬結性薬液を注入するものであ
る。一般注入において瞬結性薬液を注入すること自体は
公知である。しかし、先に地盤を弛ませておいて、そこ
に瞬結性薬液を注入するという思想は従来例も示唆しな
いところである。そして本発明者らも、瞬結性薬液は、
たとえ地盤が弛んだものであっとしても、注入管の周囲
の限定された領域のみで固結し、折角遠くまで地盤を弛
ませておいたとしても、目的とする改良径まで到達しな
いであろうとの予断を有していた。しかし、実際に注入
を行ってみるとその予断は明らかな誤りで、弛んだ部分
の全てに瞬結性薬液が到達し改良効果を発揮することが
明らかになった。

一方、従来のジェットグラウト工法は、地盤を完全に切
削、攪乱した後、続く注入材の注入によって地盤を置換
してしまうことに根本思想がある。

このために、積極的にエアを同伴させて大量の水を用い
てスライムの排出を行うが、このときスライムと共に注
入材が排出されてしまう。したがって、注入材の排出が
ある故に高価な薬液を用いることができず、安価なセメ
ントミルクを膨大量使用するので、特に密度の高い砂地
盤に対しては殆ど無力である。

いま第１図のように、粘性土地盤Ｃと砂質土地盤Ｓとが
互層となっている場合を考えてみると、砂質土地盤Ｓは
密度が高いので切削力が十分作用せず、そこが窄れてし
まい均一な改良径が得られず、改良の連続性および均一
性がえらず、遮水壁とする場合において、窄れた砂質土
地盤Ｓにおいて通水を生じることになる。

これに対して、本発明は、地盤が弛めばよいのであるか
ら、スライムの排出を殆ど行わなくて足り、且つ大量の
水も必要としない。しかも注入材は瞬結性薬液であるか
ら、まず弛んだ地盤に対して改良が行われ、続いて弛ん
でいない砂質土地盤に対して浸透改良が行われるので、
全体として連続的な均質性の高い遮水壁等を造成する点
で有効である。そして、瞬結性薬液はスライムと共に流
出したり、水によって希釈されたり、改良目的部分以外
に逸走することも殆どないので、改良目的領域に量的に
少ない注入量で確実に改良できるものである。

またジェットグラウト工法では、切削量と同一のセメン
トミルク注入量としている。したがって、切削径以上の
改良径は得られない。これに対して、本発明において
は、注入量を順次増して行けば、弛み地盤以上の改良径
の造成体を得ることができる。この点も、ジェットグラ
ウト工法の延長線上からは想到できない注目すべきこと
っである。

ＣＣＰ工法もスライム処理の点を除いて基本的にジェッ
トグラウト工法と同様な難点がある。しかも加える噴射
圧力以上の改良径は得られないために、密度の高い砂質
土層をはさむ複雑な地盤に対しては有効でない。また、
前述のように、地盤の隆起を生じ、かつ仕上がり径が比
較的小径であるという、ジェットグラウト工法にない欠
点もある。

これに対して、本発明によれば、薬液の注入に先立って
地盤を弛めて薬液の注入を無理なく行うようにしてある
ので、地盤の隆起はないし、改良径は地盤を弛めるとき
に適当な圧力を選定しておけば大径化も可能であるとと
もに、薬液の注入量を量を増すことによって弛めた地盤
径以上の改良径が得られ、大型設備を用いずしてなお大
径の改良径が得られる。

このように、本発明法によれば、従来の高圧噴射注入工
法の諸問題点を一挙に解決できる。

〔発明の具体例〕

本発明は、注入ロッドにより高圧水を噴射し地盤を弛め
る工程を含んでいる。

注入ロッドの地盤への設置は、予め他の方法で削孔した
孔内に挿入設置する方法でもよいが、注入ロッド自体を
削孔注入ロッドとして、この削孔注入ロッドにより削孔
しながら挿入するのが、工程が一工程でよいので簡易で
ある。注入ロッドの構造としては、瞬結性薬液を用いる
ので、注入口近傍まで流路を独立的に構成する必要があ
る、したがって、少なくとも２流路管以上のものが必要
となり、また高圧水噴射経路を薬液注入経路とは別とし
ておくのが作業性を考えた場合好ましいので、３流路以
上の管を使用する。削孔注入ロッドを使用する場合、高
圧水の経路は薬液注入経路の一つを流用できる。

地盤を弛める場合、深度を深めながらすなわち前進過程
で行うこともできるけれども、一旦、目的深度まで挿入
した後、引き上げる過程で行うのが作業性の点で望まし
い。特に削孔注入ロッドを用いる場合においてそうであ
る。

また、本発明では、注入ロッドを、軸心回りに回転させ
る。この回転により、高圧水により、注入ロッドの周囲
の地盤が弛緩される。また、後述の具体例のように、注
入ロッドの先端より基部側に高圧水の噴射ノズルを形成
し、この噴射ノズルより先端側に薬液の注入口を形成し
ておき、この注入ロッドの回転とともに、引き上げを行
うと、前記噴射ノズルから高圧噴射された高圧水によ
り、周囲の地盤が弛緩され、この弛緩地盤中に薬液が浸
透するようになる。したがって、地盤の改良は、基本的
に１工程のみで足り、きわめて簡易となる。

一方、本発明では、前述のジェットグラウト工法とは異
なり、エアを同伴させない。したがって、スライムの排
出を防止でき、地上でのスライム処理設備が不要とな
る。しかも、エアを同伴させたり、スライムを排出する
とすれば、そのエアまたはスライムに乗って、瞬結性薬
液が逸走してしまい、弛緩されていない地盤に対しても
当該瞬結性薬液を注入する目的が達成できない。

高圧水の噴射の圧力は地盤性状に対応して適宜選定すれ
ばよいが、地盤を弛める関係上、５０kg／cm²以上、特
に１００kg／cm²以上の圧とするのが好ましい。しかし
地盤を攪乱させるほどの圧力を必要としないので、せい
ぜい最大２５０kg／cm²程度で足りる。勿論、改良径を
より大きくしたい場合にはそれ以上の圧力を加えること
もできる。

他方、本発明はゲルタイムが６０秒以内の瞬結性薬液を
注入する工程を含んでいる。この注入は、高圧水の噴射
と同時でもよいし、かつその後であってもよい。同時に
行う場合、注入ロッドの基部側から高圧水を噴射し、先
端側から瞬結性薬液を注入することができる。後に瞬結
性薬液を注入する場合、注入ロッドにより施工時間をず
らすだけでよい。また、専用の高圧噴射管により弛緩さ
せ、その後、これを撤去し、代って専用の瞬結性薬液注
入管を設置して注入することもできるけれども、工程が
２工程となり経済的でなく、したがって、前述の構造の
挿入管にて施工するのが望ましい。

瞬結性薬液としては、砂質土に対しては水ガラス等の溶
液系のものを、粘土質に対しては粒子系子系または懸濁
系のものを使用するのが望ましく、さらに互層地盤に対
しては当該層ごとに薬液種類を選択しながら施工するの
が望ましい。

瞬結性薬液のゲルタイムは６０秒以内、特には３０秒以
内が望ましい。薬液として瞬結性のものを用いる最大の
主眼点は、対象地盤中にある水、あるいは地盤の弛緩用
に用いた水による希釈を受けることなく、弛んだ地盤に
対して確実に注入することである。

もし、この注入に当って、緩結性薬液を用いると、水に
よる希釈を受け、改良効果が発揮されず、緩んだ地盤よ
りかなり遠方まで逸失してしまう。このように、緩結性
薬液は、それ本来の欠点が、本発明が予め地盤を水等に
より弛緩させるという事項を含んでいるので、一層顕著
となり、使用できない。

これに対して、瞬結性薬液は、単なる注入では限定範囲
の固結に留ってしまうけれども、地盤を弛緩させた上で
注入されるので、弛緩部分の全てに注入され固結体を形
成する。そして、水による希釈や逸失がないから、予め
設計された弛緩径のゾーンに確実に注入され改良が図ら
れる。しかも、注入量を増すことによって弛緩径より大
きな径の浸透固結体を造成できる。この点、本発明が特
異とするところである。従来の高圧噴射注入工法で大径
のものを得ようとすれば、必然的に大型のポンプを必要
とする。これに対して、本発明に従えば、低圧の小型ポ
ンプを用いながらも、大径の固結体を造成できるのであ
る。また、砂質土に対しても有効に改良効果を発揮し、
たとえば遮水壁として完全なものを造成できる。

瞬結性薬液の注入圧としては、通常５０kg／cm²以下、
特に３０kg／cm²の低圧とされ、改良が図られる。

〈施工例〉次に第３図によって施工法の一例を説明する。

本例は、３流路を有する削孔注入ロッド１を用い、引上
げ過程で高圧水の噴射と瞬結性薬液Ｇの注入を行う例で
ある。

この削孔注入ロッド１としては、その先端に第４図に示
す先端装置を装着したものを使用できる。

１０は外管で、その先端には先端沓１２が螺着され、ま
た副ドリル１４が着脱自在とされている。この副ドリル
１４は、削孔時に用いられ、薬液の注入時には外され
る。

１６は外管１０に内装された第１流路子、１８は先端沓
１２に内装された第１流路子で、これらは接手２０によ
り連結されている。２２は逆止弁、２４は弁座２５を有
する中子、２６はノズルである。

高圧水Ｗは、第１流路子１６と連結される第２内管２８
と外管１０との間を通り、環状逆止弁３０を撓ませ、高
圧水噴射ノズル３２から直交方向に噴出される。注入材
のＡ液または穿孔水Ｗ′は、第１内管３４から流路３
６、接手２０内、第２流路子１８内、弁座２５内、中子
２４内を通り、ノズル２６から先方へ吐出される。注入
材のＢ液は、第１外管２８と第１内管３４との間を通
り、流路３８、外管１０内、流路４０、先端沓１２と第
２流路子１８および中子２４との間を通り、先方へ吐出
される。

施工に当っては、第３図(a)に示すように、副ドリル１
４を装着した状態で、穿孔水Ｗ′をノズル２６から噴出
させながら、ロッド１に回転力と押込力を与え、地盤の
表層の硬い部分を削孔する。続いて、副ドリル１４を外
した状態で、(b)図のように、ロッド１の自重とノズル
３８から穿孔水Ｗ′の削孔力のみによって削孔を行う。
削孔が所定深度まで達したならば、(c)図のように、途
中の適当な深さ位置で停止し、次に(d)図のように、ロ
ッド１を回転し、同時に高圧水Ｗをノズル３２から噴出
させ、弛みゾーンＺ_１を形成するとともに、ノズル２６
の前方の先端沓１２で囲まれた部分で、Ａ，Ｂ両液を合
流させ混合後周辺地盤に注入する。

ここで、混合薬液Ｇは、弛みゾーンＺ_１にまず優先的に
浸透した後、続いてそのゾーンＺ_１の外方にも注入され
る。この工程をロッド１を、(e)図のように所定長引き
上げながら行うことによって、(e)および(f)図のように
弛みゾーンＺ_１の径より大径の連続固結体Ｚ_２を造成で
きる。

互層地盤への適用例を、第１図と関連的に示すと第２図
の通りである。

上記例は、注入材が先端前方へ流出される削孔注入ロッ
ドの例であるが、第５図のように横方向に注出してもよ
い。

第５図は、３流路先端装置の例で、３重管の先端に装着
される。５０は流路ブロック、５２は外管、５４は連結
管、５６は先端管で、この順に螺合連結されている。

流路ブロック５０には、同心的に中接手５８および内接
手６０が螺着されている。また内接手６０内の高圧水路
６０ａは、流路ブロック５０の外壁面に固定された高圧
水噴射ノズル３２に連なる迂回路５０ａと連通してい
る。そして、中接手５８と内接手６０との間隙、ならび
に流路ブロック５０に軸心と平行的に複数形成された連
通孔がＢ液路６２になっている。Ａ液路６３は、流路ブ
ロック５０に軸心と平行的に複数形成された連通孔をも
って構成されている。

外管５２内には、弁筒６４が内装され、その内部にスプ
リング６６により基部側へ付勢されたスプール弁６８が
配されている。スプール弁６８は、平常時はスプリング
６６による付勢によりスプリング座７０の透孔７０ａを
開けるが、Ｂ液路６２を通してＢ液の圧力が作用する
と、押し上げられ、透孔７０ａを閉鎖する。さらに弁筒
６４には、深さ方向に間隔を老いた吐出口６４ａ，６４
ｂおよび混合室６４ｃが形成されている。スプール弁６
８には、流入口６８ａ，連通孔６８ｂおよび流出口６８
ｃが形成されている。

かくして、いま削孔時の穿孔水Ｗ′は、Ａ液路６３、環
状逆止弁７２、外管５２に形成された連通孔５２ａう通
り、さらにスプール弁６８と弁座７０との間に透孔７０
ａを通り、先端管５６から噴出される。

また、注入時には、高圧水路６０ａを通して、高圧水を
本発明の注入口を構成するノズル３２から噴出させる。
同時にまたはその後に、瞬結性薬液のＡ，Ｂ両液をそれ
ぞれ供給する。Ｂ液は、その圧力によりスプール弁６８
を押し上げ、吐出口６４ａから混合室６４ｃに至る。こ
のとき、Ａ流路６３、逆止弁７２および連通孔５２ａを
通るＡ液は、スプール弁６８が押し上げられている結
果、流入口６８ａ、連通孔６８ｂ、流出口６８ｃを通
り、吐出口６４ｂから混合室６４ｃに至る。その結果、
Ａ，Ｂ両液は混合室６４ｃにおいて向流的に合流、接
触、混合され、注出ノズル７４から周辺地盤へ注入され
る。

〔発明の効果〕以上の通り、本発明によれば、スライム排出が殆んどな
くその処理手間から解放され、地盤の隆起を防止でき、
複雑な地盤の改良も可能であり、きめ細かな確実な改良
を行うことができ、さらに簡易にかつ大径の改良を達成
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の高圧噴射注入工法による互層地盤の改
良例を示す断面図、第２図は従来例と対応的に示した本
発明法による改良例を示す縦断面図、第３図(a)〜(f)は
本発明に係る一施工例を施工順に示す概要図、第４図は
地中挿入管例を示す縦断面図、第５図は他の注入ロッド
例の縦断面図である。１……削孔注入ロッド、Ｚ_１……弛みゾーン、Ｚ_２……
改良固結体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村田峰雄東京都目黒区上目黒５丁目30番２号山口機械工業株式会社内 (56)参考文献特開昭55−155815（ＪＰ，Ａ) 特公昭48−6210（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相互に独立した３以上の流路を有する注入
ロッドの基部側に高圧水の噴射ノズルを形成し、この噴
射ノズルより先端側に薬液の注入口を形成し、前記１の
流路を噴射ノズルに連通し、他の２つの流路を注入ロッ
ド内において合流させて前記注入口に連通させ、この注入ロッドを地盤中に挿入した状態で、かつ注入ロ
ッドを回転させながら、前記噴射ノズルからエアを同伴
させることなく高圧水のみを５０kg／cm²以上の圧力で
噴射させて地盤を攪拌することなく地盤の弛緩のみを行
い、この地盤の弛緩とともにまたはその後に、前記注入口か
らゲルタイムが６０秒以内の瞬結性薬液を、３０kg／cm
²以下の圧力で弛緩した地盤中に注入し、かつ弛緩して
いない地盤中にも薬液を浸透注入し、実質的にスライムの排出を行うことなく、かつ地盤の隆
起なしに薬液を注入することを前記注入ロッドを引き上
げる過程で行うことを特徴とする瞬結性薬液を用いる地
盤改良工法。