JPH07111052B2

JPH07111052B2 - 地盤の改良または強化工法

Info

Publication number: JPH07111052B2
Application number: JP3129473A
Authority: JP
Inventors: 昌平千田; 武彦所; 正俊扇田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPH05255925A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軟弱地盤の改良または
強化工法に係り、特に一旦緩ませた地盤中に粘度の高い
セメント系などの自硬性材料をいわば押し込むように圧
入することにより改良を図る工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の地盤改良工法としては、種々の
ものが知られている。その代表例は、薬液注入工法であ
る。この工法は、周知のように、地盤中に挿入した注入
管により低圧で薬液を注入するものである。また、この
場合、薬液を地盤を乱すことなく、浸透圧入させること
を基本思想としている。

【０００３】他方で、近年、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多く用いられるように
なってきた。この高圧噴射工法は、地盤をグラウトまた
は水のもつ高圧力により乱しながら同時に地盤中にグラ
ウトを注入するものである。この高圧噴射工法は、極端
にいえば地盤の攪拌工法とも言える。他方、純粋な攪拌
工法としては、主に粘性地盤を対象にし、攪拌羽根を有
する攪拌軸を地盤に挿入した状態で、その攪拌軸を通し
てまたは別途の供給系統からセメント系材料を供給し、
攪拌羽根により地盤を攪拌しながらその攪拌領域をセメ
ント系材料により置換または土砂と攪拌混合するもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の薬液圧
入工法では、浸透圧入を行うために、粘度の低い材料、
主として水ガラス系の材料を用いるので、改良強度は低
いとともに、耐久性に乏しい。さらに、改良強度が低い
理由は、地盤を改良材により置換するのではなく浸透注
入または割裂注入することをもって良しとするので、単
位容積当たりの改良材の占める割合が低く不均一なこと
にも起因している。

【０００５】さらに問題点を付言すれば、通常砂質土層
の場合には、浸透注入を行うことができるが、注入条件
のわずかな差異により割裂注入の形態となり、浸透注入
を行うことができないことが多々ある。他方、粘性土層
に注入する場合、割裂注入となり、改良材が逸走するこ
とが多い。このために、目的の領域のみを確実に改良す
ることが困難であり、しかも逸走に伴う材料ロスが多
い。また、目的の改良径は均一にできず、トリー状（樹
木状あるいは脈状）になることが多い。

【０００６】第２の高圧噴射工法では、地盤を極端に乱
し、かつスライム（泥水）処理に多大な手間と費用を要
する。さらに、切削および注入を均一に行おうとすれ
ば、そしてスライムの排出を充分に行おうとすれば、改
良速度を低下させる必要があり、時間がかかる工法であ
る。しかも、砂質地盤に対しては、強度として３０kg／
cm²以上、粘性地盤の場合には１０kg／cm²以上を目標
にするが、地盤性状による強度のばらつきおよび改良体
の位置による強度のばらつきが極めて大きいことが問題
である。特に、粘性土地盤の場合、切削不十分なことに
よる土塊の抱き込みによるばらつきが大きい。

【０００７】第３の攪拌工法は、設備が大型化すること
が大きな欠点であり、かつ粘性土層の場合、土粒子と改
良材との混合物が攪拌羽根に共回りしてしまい、攪拌効
果がさほど高くなく、もって改良強度の均一性に欠け
る。他方、この攪拌工法は、前述のように粘性地盤を対
象にする。砂質地盤への適用も不可能ではないが、攪拌
軸および攪拌羽根の地盤に対する抵抗が大きいので、巨
大な攪拌手段を用いない限り適用することができない。

【０００８】したがって、本発明の主たる課題は、改良
強度および改良体の均一性を高めること、簡単なかつ小
型の設備により施工を行うことができるようにするこ
と、圧密効果により限定されたまたは目的の個所のみに
強固な改良体を造成することにある。

【０００９】上記課題は、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、次いでこの緩んだ地盤中に高
粘性の自硬性材料を圧入することにより、前記弛緩泥土
を押し上げて排除するとともに前記自硬性材料による置
換を行い改良体を造成することで解決できる。

【００１０】また、この場合、高圧液により地盤を緩め
る時点と、自硬性材料の圧入時点とが異なるせることも
できるし、噴射注入管の先端部に注出口を形成し、この
注出口より基端側に噴射ノズルを設け、噴射注入管の引
上げ過程で地盤の弛緩と自硬性材料の圧入とをほぼ同時
に行うこともできる。高圧液噴射ノズルからの高圧液の
噴射圧力が５０kg／cm²Ｇ以上とすることができる。地
盤を緩める液は、水に界面活性剤を添加すると切削能力
が高まる。排除された泥土に自硬性材料を添加して改良
体の造成材料とすることができる。排除された泥土を上
澄液と濃縮泥土とに分離し、前記上澄液は地盤の弛緩用
の液としてそのまま又は水に添加して再利用することが
好ましい。前記濃縮泥土は自硬性材料に添加して改良体
の造成材料として再利用することができる。一方、噴射
管は２つの流路を有し、その一方の流路を地盤の弛緩用
液の供給に用い、他方の流路を穿孔時における削孔水の
供給および地盤弛緩後の自硬性材料の供給に用いること
ができる。噴射管が３つの流路を有する場合には、その
第１の流路を地盤の弛緩用液の供給に用い、第２の流路
を弛緩用液による地盤の切削能力向上および泥土の地上
へのエアリフトを行う圧縮空気の供給に用い、第３の流
路を地盤弛緩後の自硬性材料の供給に用いることができ
る。

【００１１】改良対象域に鉄筋類を挿入して改良体中に
埋設すれば、杭または壁とすることができる。一つの改
良体を連設すれば、柱列杭または柱列壁を造成できる。

【００１２】

【作用】本発明は、「一旦地盤を緩めた後、その緩んだ
部分に圧入すると、たとえばジェットグラウト工法のよ
うに地盤の攪拌と注入とを同時に行いかつ単位水量の多
い流動性の高い注入剤を用いる場合に比較して、圧密の
範囲が拡大しかつ改良後の強度が高まる」との知見に基
礎を置いている。

【００１３】本発明にしたがって高圧水を噴射すると、
対象地盤を緩めることができる。地盤の弛緩は、主に大
きな土粒子とこれらの土粒子間を繋いでいるその周りの
細かい土粒子との接合が分断されることにより行われ
る。また、この分断により空隙部分の割合が多くなり、
続く改良材の圧入の道が形成される。

【００１４】この緩んだ対象地盤に対して、スランプ値
が小さい改良材（自硬性材料）を圧入すると、地盤の緩
んだ部分に改良材が押し込まれるように圧入される。こ
の圧入により、緩んだ地盤を押し広げるように改良材が
注入される。このとき、改良材のスランプ値が小さいの
で、改良材の逸走が防止されるとともに、緩んだ地盤部
分が改良材により置換され、あたかもその地盤部分が改
良材により充填されるようになる。さらに、改良材の押
し込み圧力により、地盤部分が圧密されるとともに、軟
弱な部分には多くの改良材が圧入される一方で、強度の
高い部分に対しては、地盤の緩み度合いが少ないので、
改良材の圧入量が少なく圧入され、もって全体としては
均一な強度をもったかつ均一な改良径の改良体を造成で
きる。

【００１５】他方、用いる設備として、細い管たとえば
70mm程度のものを用いることで充分に対応できるので、
設備費が高圧噴射工法や攪拌工法に比較して、低廉とな
る。

【００１６】しかも、地盤を緩めるのに高圧水を用いる
ので、スライムとしては、高圧噴射工法にみられるよう
にセメントと土粒子との混合スライムでなく、水と土粒
子との混合物であるので、スライム処理が容易である利
点がある。また、砂質地盤に対しても本発明を容易に適
用でき、この点、従来の攪拌工法と顕著な相違がある。
しかも、地盤の対象域の緩め化と改良材の圧入とを別工
程または別ステージで行うので、高圧噴射工法にみられ
る改良強度のばらつきがなくなる。

【００１７】

【実施例】以下本発明を図面を参照しながら具体例を挙
げてさらに詳説する。図１〜図４は第１の具体例で、図
１に示すように、先端部にノズル１を有する噴射管２を
地盤中にある深度まで挿入し、その後、図２に示すよう
に、この噴射管２を回転しながら引き上げる過程で、前
記噴射ノズル１から高圧水Ｗを地盤の性状（土質、軟弱
度など）や目的の改良径に対応した圧力、好ましくは一
般的に５０kg／cm²以上の圧力、特に好ましくは80〜35
0 kg／cm²の圧力をもって噴射して対象地盤を緩める。
この緩んだ地盤部分を符号Ｓで示す。

【００１８】次いで、この工程が終了したならば、図３
のように、緩んだ対象部分に圧入管２Ａを挿入し、たと
えばその先端から、スランプ値（ＪＩＳＡ１１０
１）が５以上、より好ましくは８以上の自硬性改良材Ｇ
を流し込んで、図４のように改良体を造成する。

【００１９】改良材Ｇを圧入するときのその態様を図５
および図６に示した。図６における〜は経時を示
す。これらの図面からも、本発明の改良材を圧入する場
合には、クリーム状に圧入されることが判明するであろ
う。

【００２０】本発明において、改良材としては、セメン
トモルタル系、セメント粘土系、石灰系などの自硬性の
あるものが用いることができ、前述のように粘度が高い
ものが用いられる。このうち最も好ましいのはセメント
モルタル系のもので、これに微粒子スラグ、ベントナイ
トなどの他の無機材料、発泡剤、気泡剤、分離防止剤、
減水剤などの各種添加剤などを添加することができる。
さらに、水ガラスやその硬化剤をある割合で添加するこ
ともできる。

【００２１】第１の具体例は、噴射管２と圧入管２Ａと
を別個に用いる例であるが、第２の具体例として示す図
７のように、内管２１と外管２２とを有する同心２重管
からなる噴射管２０を用い、まずその噴射管２０に回転
力と押し込み力を作用させつつその先端の切削ビット２
３により地盤を切削しながら、所定深度まで噴射管２０
を地盤中に挿入する。

【００２２】次にこの噴射管２０を回転しながら引き上
げる過程で、先端より基部側周壁に設けた噴射ノズル２
４から高圧水を噴射し、地盤の対象域を緩める。同時に
先端に開口する注出口２５から前記の改良材Ｇを圧入す
る。

【００２３】なお、２６は内管２１と外管２２との間隙
を塞ぐプラグである。

【００２４】図７を参照しながら圧密態様を概念的な説
明を行うと、改良材Ｇの注入により、一旦地盤の緩んだ
部分に改良材Ｇが充満したのちに、圧入を続行すると、
後の改良材が先に吐出された改良材を外方に押し込むよ
うに作用し、結果として第７図のように、周囲に改良材
の圧密部分Ｚ₁を、中心部分に固結体Ｚ₂をもった改良
体を造成できる。

【００２５】一方、第２の具体例のように、２重管また
は複流路管を用いる場合、噴射管を挿入させる過程で高
圧水を噴射して地盤を緩めることができる。この下降過
程で地盤を緩めることは、第１の具体例においても適用
できる。

【００２６】一方、前記各例は連続的な改良体を造成す
る例であるが、図８のように、間欠的な改良ステージを
造成することもできる。この場合は、枝状骨格により地
盤全体を強化させることを意図するものである。

【００２７】本発明において、高圧水の圧力としては、
通常圧入管近傍にまたは注入ポンプの出側に設けられる
ゲージの圧力をいう。この圧力としては、前述のように
５０kg／cm²以上とするのが好ましいが、場合により１
００kg／cm²以上とすることが好ましいことがある。噴
射水量としては、５〜１５リットル／分が望ましい。

【００２８】本発明における噴射管としては、通常外径
が８０mm以下のもので足りる。圧入管についても同様で
ある。圧入にあたり、ホース類など用いることができ
る。

【００２９】本発明は、各種の工事に適用できる。たと
えば図９のように、軌道３１路盤における土砂部分３０
の強化や、図１０のように、コンクリート構造物４０の
下方に軟弱部分の改良などを挙げることができる。３２
はバラストである。

【００３０】一方、地盤を弛緩させる高圧液としては、
水を用いるのが入手の容易性およびコストの点が好まし
いが、水に界面活性剤を添加すると、地盤に対する切削
性が高まる。また、弛緩によって生成した泥土を、上澄
液と濃縮泥土とに分離したのち、その上澄液を用いるこ
とができる。たとえば、図１１に示すように、高圧噴射
管２０の口元に泥土ピット５０を設けて、改良材Ｇによ
る置換に伴って、高圧噴射管２０と孔壁との間を上昇し
た泥土５１をポンプ５２により汲み上げて、分離装置５
３により上澄液５１Ａと濃縮泥土５１Ｂとに分離し、そ
の上澄液５１Ａはポンプ５４により、供給する高圧水Ｗ
に添加して、あるいは泥土の水分が多い場合には、上澄
液５１Ａのみを供給して、地盤の切削に用いることがで
きる。他方、濃縮泥土５１Ｂはホッパー５５を介して、
ミキシングドラム５６に供給し、そこにおいて改良材Ｇ
と混合させた後、ポンプ５７により高圧噴射管２０に充
填または置換用の改良材として供給することができる。
このように、上澄液を切削用に利用すると、小さな粒子
分を含んでいるので、切削性が良好である。また、濃縮
泥土を再利用すると、泥水処理がその分低減する。な
お、泥土５１を処理することなく、そのまま改良材Ｇに
添加することもできる。

【００３１】ところで、用いる管としては、前述のよう
に、噴射管２と圧入管２Ａとを別々に用意することな
く、両者の機能をもった単一の管であることが、施工性
に優れる。この場合、たとえば図７に示す２重管の場
合、外管側を地盤の弛緩用の液の供給に用い、内管側を
改良材Ｇの供給とともに、それに先立つ穿孔時において
は、削孔水の供給に用いることができる。

【００３２】たとえば図１２に示すような３重管６０を
用いることもできる。この３重管６０は外管６１、中管
６２および内管６３を有し、外壁に噴射ノズル６４を取
付け、その周囲にエアＡの環状吐出口６５を形成したも
のである。狭い環状吐出口６５から圧縮または高圧たと
えば５kg／cm²以上のエアを吐出させると、泥土５１は
エアリフト効果により円滑に地上に排出されるととも
に、地盤の切削能力が高まる。

【００３３】改良材Ｇを確実にまたはより圧入させたい
場合、図１３に示すように、改良材Ｇを供給する流路を
蓋体２７により閉塞し、当初流し込みによって行ってい
たまたは低い圧力で圧入を行っていた改良材Ｇをそれ以
上地盤が受付けなくなったとき、高い圧力をもって圧入
させることができる。その際、圧力計２８により圧力を
監視しながら、圧入度合い、換言すれば地盤の圧密度を
制御できる。かかる圧密は、通常、改良材Ｇが数時間以
内で硬化または半硬化するので、その状態以前に行うこ
とが望まれる。

【００３４】本発明によれば、強度の高い改良体を得る
ことができるので、強度の高い杭体を造成できる。ま
た、この杭体を連設することで、柱列杭または柱列壁の
造成も行うことができる。この場合、単に改良材のみで
改良体を造成するほか、１本または複数本の鉄筋または
適宜の形状の鋼材（鉄筋類という）を改良体内に挿入す
ることで、その改良体の補強を図るのが好ましい。たと
えば、図１４および図１５に示すように、各改良体Ｚ内
に１本または複数本の鉄筋または適宜の形状の鋼材から
なる鉄筋類７０を埋設するとともに、各改良体Ｚをラッ
プさせることで連設することで造成できる。さらに、鉄
筋類として、改良材の送給に用いた噴射管を地盤中に残
して、これを改良体の補強に用いることもできる。

【００３５】一方、本発明は、機械的攪拌混合手段と併
用することができる。たとえば、図１６に示すように、
先端部に切削ビット８２を切削ロッド８０を用いて、所
定深度まで削孔する。もちろん、その過程で好ましくは
切削ビット８２の下方に設けた噴射ノズル８３により周
囲地盤を弛緩させながら、削孔を行う。次いで、図１８
のように、引き上げの過程で、改良材Ｇを自然流下また
は圧入させる。これにより、図１９に示すような改良体
を得ることができる。なお、切削ビット８２の上方に攪
拌羽根をロッド８０に突出して設けることもできる。

【００３６】（実験例）本発明者らは、ほぼ図７に近似
する噴射管を用いて、砕石粉埋め立て地において改良の
実験を行った。地盤弛緩用液：高圧水（圧力200 kg／cm
²）、その噴射量80リットル／分、切削速度：３０分／
ｍ、使用改良材：セメント、ベントナイト、砂のセメン
ト−ベントナイト系モルタルである。一方、比較例とし
て、いわゆるＣＣＰ工法での改良も行った。

【００３７】施工後数日経過して、掘り起こして固結体
の改良状況を観察したところ、本発明例では、図１７お
よび図１８に示す形状であったのに対して、比較例にお
いては、図１９および図２０に示すように改良形状が不
均一なものであった。しかも、固結体内に図示のように
多数の土塊を抱き込んだ状態となり、均一性が悪いもの
であった。これによって、本発明によれば、従来例に比
較して、理想的な形状をもった固結体として改良できる
ことが判明した。

【００３８】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、改良強度
が高まる、簡単なかつ小型の設備により施工を行うこと
ができる、圧密効果により限定されたまたは目的の個所
のみに均一で強固な改良体を造成することができるなど
の利点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の具体例を施工順に示した第１の工程の概
要図である。

【図２】第１の具体例を施工順に示した第２の工程の概
要図である。

【図３】第１の具体例を施工順に示した第３の工程の概
要図である。

【図４】第１の具体例を施工順に示した第４の工程の概
要図である。

【図５】改良材の圧入形態の概略図である。

【図６】改良材の移動過程を示す平面図である。

【図７】第２の具体例の概要図である。

【図８】他の改良形態の概要図である。

【図９】他の施工例の概要図である。

【図１０】他の施工例の概要図である。

【図１１】泥土の再利用例の概要図である。

【図１２】３重管の要部断面図である。

【図１３】圧入を行う場合の例の概要図である。

【図１４】柱列杭の断面図である。

【図１５】柱列杭の平明図である。

【図１６】他の攪拌羽根を有する装置による改良例の工
程概要図であり、その（Ａ）〜（Ｄ）の順で施工が行わ
れる。

【図１７】本発明例による改良固結体の外形正面図であ
る。

【図１８】本発明例による改良固結体の外形平面図であ
る。

【図１９】比較例による改良固結体の外形正面図であ
る。

【図２０】比較例による改良固結体の外形平面図であ
る。

【符号の説明】

１…ノズル、２…噴射管、２０…噴射管、２４…ノズ
ル、Ｗ…水、Ｇ…改良材、Ｓ…緩んだ地盤部分。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者扇田正俊東京都国立市東三丁目19の７セジュール国立Ａ２ (56)参考文献特開昭57−3911（ＪＰ，Ａ) 特開平１−102122（ＪＰ，Ａ) 実表昭63−503230（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、次いでこの緩んだ地盤中に高粘性の自硬性
材料を圧入することにより、前記弛緩泥土を押し上げて
排除するとともに前記自硬性材料による置換を行い改良
体を造成することを特徴とする地盤の改良または強化工
法。
【請求項２】高圧液により地盤を緩める時点と、自硬性
材料の圧入時点とが異なる請求項１記載の地盤の改良ま
たは強化工法。
【請求項３】噴射注入管の先端部に注出口を形成し、こ
の注出口より基端側に噴射ノズルを設け、噴射注入管の
引上げ過程で地盤の弛緩と自硬性材料の圧入とをほぼ同
時に行う請求項１記載の地盤の改良または強化工法。
【請求項４】高圧液噴射ノズルからの高圧液の噴射圧力
が５０kg／cm²Ｇ以上とする請求項１記載の地盤の改良
または強化工法。
【請求項５】地盤を緩める液は、水に界面活性剤を添加
したものである請求項１記載の地盤の改良または強化工
法。
【請求項６】排除された泥土に自硬性材料を添加して改
良体の造成材料とする請求項１記載の地盤の改良または
強化工法。
【請求項７】排除された泥土を上澄液と濃縮泥土とに分
離し、前記上澄液は地盤の弛緩用の液としてそのまま又
は水に添加して再利用する請求項１記載の地盤の改良ま
たは強化工法。
【請求項８】排除された泥土を上澄液と濃縮泥土とに分
離し、前記濃縮泥土は自硬性材料に添加して改良体の造
成材料として再利用する請求項１記載の地盤の改良また
は強化工法。
【請求項９】噴射管は２つの流路を有し、その一方の流
路を地盤の弛緩用液の供給に用い、他方の流路を穿孔時
における削孔水の供給および地盤弛緩後の自硬性材料の
供給に用いる請求項１記載の地盤の改良または強化工
法。
【請求項１０】噴射管は３つの流路を有し、その第１の
流路を地盤の弛緩用液の供給に用い、第２の流路を弛緩
用液による地盤の切削能力向上および泥土の地上へのエ
アリフトを行う圧縮空気の供給に用い、第３の流路を地
盤弛緩後の自硬性材料の供給に用いる請求項１記載の地
盤の改良または強化工法。
【請求項１１】改良対象域に鉄筋類を挿入して改良体中
に埋設して、杭または壁とする請求項１記載の地盤の改
良または強化工法。