JPH07122261B2 - 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

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、建築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、本発明の構成においては、以下の点で共通す
る。

第一に、互いに隔絶された三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
積極的に吸引収集し、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包囲ノズ
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、
土と硬化剤と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、核ノズルと包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受体の高圧噴
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200〜600kgf/cm²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
射流量、到達距離のいずれか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拘
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
大いなる勇気が要ることであった。

日々の研鑽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噴射ノズ
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なる地盤硬化剤噴射注入装置にお
いて、前記噴射ノズルの構造が、前記清水及び前記硬化
剤のうち互いに異なるいずれか一方を各々噴射するため
の核ノズル及びそれを包囲する第１包囲ノズルと、該第
１包囲ノズルの周期を更に包囲しかつ前記気体を噴射す
るための第２包囲ノズルとからなる、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工法を提
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］ 以下、図面を追いながら、本発明の実施例を説明する。

第１図は、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、200〜600kgf/
cm²の高圧にて圧送及び噴射が可能な程度の低度の水の
清さで足り、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
た三通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12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、清水と高圧噴流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
流18により包含されている。

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
流18により包含されている。

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
の粘性や交雑物の多少等の土質にもよるが、度中の空隙
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。

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15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を有するからである。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字体の如き形状であっても、或いは、第２図（ｂ）の
如く、第１包囲ノズル14と第２包囲ノズル15とがそれぞ
れ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200〜600kgf/cm²の高圧にて噴射すれ
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。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わせになる
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わせに同一構造
のノズル12a、12bを設けることが有効であるが、第３図
（ｂ）の如く、上下異なる位置にノズル12c、12dを設
け、ノズルの口径や形状を調整をすることや、上部ノズ
ル12cでは核ノズルで清水を噴出し、下部ノズル12d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、36
0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図は注入管の回転軸方向から見た
図であり、第４図（ａ）は１個のノズル12eを、第４図
（ｂ）は２個のノズル12f、12gを、第４図（ｃ）は３個
のノズル12i、12j、12hを、第４図（ｄ）は４個のノズ
ル12k、12l、12n、12mを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、１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。第５図（ａ）は、三重構
造の噴射ノズル12に加えて補助噴射ノズルとして二重構
造の噴射ノズル19a及び単孔のノズル19bを設けた実施例
であり、第５図（ｂ）は、三重構造の噴射ノズル12に加
えて補助噴射ノズルとして二重構造の噴射ノズル19cを
設けた実施例であり、第５図（ｃ）は、三重構造の噴射
ノズル12に加えて補助噴射ノズルとして単孔の噴射ノズ
ル19dを設けた実施例である。二重構造の噴射ノズル19a
及び19cは、核ノズルから硬化剤が、包囲ノズルから気
体が噴射される。また、単孔ノズル19b及び19dからは、
硬化剤が噴射される。

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。200〜600kg
f/cm²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。ガイドボール21は、注
入管10の挿入にさきだってボーリングされた孔である。
ガイドホール21に注入管10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
り積極的に吸引する方法、さらには、フィルタープレス
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、
交雑物の除去洗浄によるより安定した地盤改良の実現等
がより顕著な硬化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を
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、本発明は、硬化剤、清水、気体の三種の流体
を、三重構造のノズルを用いずに任意の組合せにより上
下の別々のノズルから噴射させる場合において必要であ
った上下の各ノズル口径の調整等による上下のノズル差
圧の調整を不要にすることによって、その煩雑な作業を
省くことを実現した。

以上の２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（ａ）は、清水を噴射する核ノズルと、硬化剤を
噴射する第１包囲ノズルと、気体を噴射する第２包囲ノ
ズルとからなる三重構造の噴射ノズルの側面図であり、
第１図（ｂ）は、硬化剤を噴射する核ノズルと、清水を
噴射する第１包囲ノズルと、気体を噴射する第２包囲ノ
ズルとからなる三重構造の噴射ノズルの側面図である。 第２図（ａ）は、同心的な核ノズル13と、第１包囲ノズ
ル14と、第２包囲ノズル15とからなる三重構造の噴射ノ
ズルの正面図であり、第２図（ｂ）は、核ノズルと、２
つの同心円の上に並ぶ複数のノズル群から成る第１包囲
ノズル及び第２包囲ノズルとからなる三重構造の噴射ノ
ズルの正面図である。 第３図（ａ）は、２個の三重構造の噴射ノズルを同じ高
さに設けた実施例の側面図であり、第３図（ｂ）は、２
個の三重構造の噴射ノズルを上下にずらして設けた実施
例の側面図である。 第４図（ａ）は１個のノズルを設けた実施例を真上（注
入管の回転軸方向）から見た図であり、第４図（ｂ）は
２個のノズルを設けた実施例についての、第４図（ｃ）
は３個のノズルを設けた実施例についての、及び第４図
（ｄ）は４個のノズルを設けた実施例についての同様の
図である。 第５図（ａ）は、三重構造の噴射ノズルに加えて補助噴
射ノズルとして二重構造の噴射ノズル及び単孔のノズル
を設けた実施例の側面図であり、第５図（ｂ）は、三重
構造の噴射ノズルに加えて補助噴射ノズルとして二重構
造の噴射ノズルを設けた実施例の側面図であり、第５図
（ｃ）は、三重構造の噴射ノズルに加えて補助噴射ノズ
ルとして単孔の噴射ノズルを設けた実施例の側面図であ
る。 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。 10……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……スイベル 25……スラッジ吸引部 26……吸引ポンプ 27……フィルタープレス 28……地盤改良体

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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噴射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な
   る地盤硬化剤噴射注入装置において、 前記噴射ノズルの構造が、前記清水及び前記硬化剤のう
   ち互いに異なるいずれか一方を各々噴射するための核ノ
   ズル及びそれを包囲する第１包囲ノズルと、該第１包囲
   ノズルの周期を更に包囲しかつ前記気体を噴射するため
   の第２包囲ノズルとからなる、 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。
2. 【請求項２】前記三重構造の噴射ノズルを複数個設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の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。
3. 【請求項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るべく、注入管の回
   転軸の回りに該角度ずつずらして前記三重構造の噴射ノ
   ズルを設けたことを特徴とする請求項２に記載の三重構
   造の噴射ノズルを有する地盤硬化剤噴射注入装置。
4. 【請求項４】前記三重構造の噴射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のいずれかに
   記載の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。
5. 【請求項５】前記三重構造の噴射ノズルの下部に、更に
   核ノズルと第１包囲ノズルのみ、又は核ノズルのみから
   なる１又は２以上の噴射補助ノズルを設けたことを特徴
   とする請求項１に記載の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。
6. 【請求項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のいずれかに記載の三重構造の噴射ノ
   ズルを有する地盤硬化剤噴射注入装置。
7. 【請求項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
   れた核ノズル及びこれを包囲する第１包囲ノズルの各々
   から清水及び硬化剤のうち互いに異なるいずれか一方の
   流体を噴射すると同時に、該第１の包囲ノズルの周囲を
   更に包囲する第２包囲ノズルから気体を噴射しつつ、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. 【請求項８】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
   に記載の地盤硬化剤噴射注入工法。
9. 【請求項９】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又は８のいずれかに記載の地盤硬化剤噴射注入工
   法。