特許 6203101 高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法及びこの地盤改良方法に用いる特殊ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6203101

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法及びこの地盤改良方法に用いる特殊ヘッド

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20170914BHJP

【ＦＩ】

   E02D3/12 102

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-65049(P2014-65049)

(22)【出願日】2014年3月27日

(65)【公開番号】特開2015-187352(P2015-187352A)

(43)【公開日】2015年10月29日

【審査請求日】2016年10月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000236610

【氏名又は名称】株式会社不動テトラ

(74)【代理人】

【識別番号】100110319

【弁理士】

【氏名又は名称】根本 恵司

(74)【代理人】

【識別番号】100096448

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 嘉明

(72)【発明者】

【氏名】田中 肇一

(72)【発明者】

【氏名】磯谷 修二

(72)【発明者】

【氏名】岡戸 雅則

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 嘉孝

(72)【発明者】

【氏名】今給黎 健一

【審査官】 西田 光宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３２２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１６３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２１８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１８９０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６９３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０７３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２７２１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２５２８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５３２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１２０６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３８５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２５２８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１５４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３６３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５３９９０５６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤中に管ロッドを所定深度まで挿入し、挿入後、管ロッドに取り付けた特殊ヘッドの噴射ノズルから硬化材を高速高圧で噴射し、この硬化材の噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射した硬化材と地盤とを攪拌混合させ、地盤中に固結改良体を造成して地盤を改良する高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において、
特殊ヘッドに２個以上の複数の噴射ノズルを略横方向に離間して設け、この複数の噴射ノズルにおいてそれぞれ噴射方向を僅かにずらして噴射した先で硬化材が交差するように硬化材を交差噴射させると共に、この複数の噴射ノズルからの硬化材の交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなくあるいは上方に移動しながら行い、その後、管ロッドを所定の長さ上方に引き上げてからあるいは上方に移動したところから、複数の噴射ノズルからの硬化材の交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなくあるいは上方に移動しながら行い、これを上方に向かって繰り返し行うことにより、地盤中に壁形の固結改良体を造成するようにしたことを特徴とする高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法。

【請求項2】

複数の噴射ノズルからの硬化材の交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなくあるいは上方に移動しながら行い、これを上方に向かって繰り返し行う際、噴射ノズルからの硬化材の交差噴射における回転方向にあっては、一方向に回転したら、管ロッドを上方に引き上げた次はその逆の方向に回転するようにし、回転方向を交互に変えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法。

【請求項3】

前述の請求項１及び請求項２の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法に用いる特殊ヘッドであって、
縦に向かうヘッド本体を備えると共に、このヘッド本体に左右両側の横方向に突出する攪拌翼を取り付け、このヘッド本体と攪拌翼とに複数の噴射ノズルを設けるようにしたことを特徴とする地盤改良方法に用いる特殊ヘッド。

【請求項4】

前記ヘッド本体と攪拌翼とに設けた複数の噴射ノズルにあっては、そのそれぞれの角度を変更可能にし、噴射したセメントミルクの交差する位置を任意の位置に変更できるようにしたことを特徴とする請求項３記載の地盤改良方法に用いる特殊ヘッド。

【請求項5】

前記ヘッド本体と攪拌翼とに設けた複数の噴射ノズルにあっては、ノズルボディの先端に設け、このノズルボディが当該ヘッド本体及び攪拌翼から突出するようにしたことを特徴とする請求項３及び４記載の地盤改良方法に用いる特殊ヘッド。

【請求項6】

前記攪拌翼において、噴射ノズル及びノズルボディを設けた箇所の反対側に、噴射ノズル及びノズルボディあるいはバランサー部材を取り付けたことを特徴とする請求項５記載の地盤改良方法に用いる特殊ヘッド。

【請求項7】

前記ヘッド本体に攪拌翼を上下に二つ取り付け、このヘッド本体と二つの攪拌翼との前後両側に複数の噴射ノズルをそれぞれ設けると共に、上の攪拌翼を取り付けた上部側と下の攪拌翼を取り付けた下部側とを回転自在につなげ、この上部側の前後両側に設けた複数の噴射ノズルと下部側の前後両側に設けた複数の噴射ノズルとを、異なる方向に向けるようにしたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の地盤改良方法に用いる特殊ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤中に硬化材を高速高圧で噴射し、この噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射した硬化材と地盤とを攪拌混合させ、地盤中に固結改良体を造成して地盤を改良するようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法及びこの地盤改良方法に用いる特殊ヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法としては、高圧噴射攪拌機を使用し、この高圧噴射攪拌機の施工機械４１にて地盤中に管ロッド４２を所定深度まで挿入し、挿入後、図１８に示すように、管ロッド４２を回転させながら管ロッド４２に取り付けた特殊ヘッド４３の噴射ノズル４４からセメントミルク等の硬化材を高速高圧で噴射する。そして、この硬化材の噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射した硬化材と地盤とを攪拌混合させ、管ロッド４２を一回転させる。そして、この作業を、管ロッド４２を引き上げながら上方に向かって繰り返し行うことにより、地盤中に縦向きの円柱状の固結改良体Ｔｃを造成して地盤を改良するようにしたものが一般的に知られていた。

【0003】

そして、このような高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において、地盤中に壁形の固結改良体を造成しようとすると、図１９に示すように、前述した縦向きの円柱状の固結改良体Ｔｃを直線上に多数造成するようにし、これにより、壁形の固結改良体を地盤中に造成するようにしていた。また、既設構造物直下の地盤を改良する場合、既設構造物の近傍に管ロッド４２を挿入してから地盤中に縦向きの円柱状の固結改良体Ｔｃを多数造成し、既設構造物直下の地盤を改良するようにしていた。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

かかる従来の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法にあっては、地盤中に壁形の固結改良体を造成する際、縦向きの円柱状の固結改良体Ｔｃを直線上に多数造成するようにしていたため、その施工する作業時間が大幅に長くなり、これによって、工期の長期化を招くおそれがあり、さらには、造成した壁形の固結改良体についても、多数の円柱状の固結改良体Ｔｃを直線上に造成するようにしていたため、図１９において斜線で表わした箇所に示すように、不必要な部分も造成してしまい、これによって、硬化材を大量に使用することで、工費の高騰を招くるおそれもあった。さらに、既設構造物直下の地盤を改良する場合は、地盤中に縦向きの円柱状の固結改良体Ｔｃを造成するため、既設構造物直下の奥の地盤まで固結改良体Ｔｃを造成することができず、地盤を良好に改良することができないといったこともあった。

【0005】

そこで、本発明は、このような従来の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法における不具合に鑑み、地盤中に壁形の固結改良体を造成する際、この壁形の固結改良体の造成を容易なものにして、施工する作業時間を短くして工期の短縮を図ると共に、工費の低減も図る高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法を提供することを、その課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第一の発明は、地盤中に管ロッドを所定深度まで挿入し、挿入後、管ロッドに取り付けた特殊ヘッドの噴射ノズルから硬化材を高速高圧で噴射し、この硬化材の噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射した硬化材と地盤とを攪拌混合させ、地盤中に固結改良体を造成して地盤を改良する高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において、特殊ヘッドに２個以上の複数の噴射ノズルを略横方向に離間して設け、この複数の噴射ノズルにおいてそれぞれ噴射方向を僅かにずらして噴射した先で硬化材が交差するように硬化材を交差噴射させると共に、この複数の噴射ノズルからの硬化材の交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなくあるいは上方に移動しながら行い、その後、管ロッドを所定の長さ上方に引き上げてからあるいは上方に移動したところから、複数の噴射ノズルからの硬化材の交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなくあるいは上方に移動しながら行い、これを上方に向かって繰り返し行うことにより、地盤中に壁形の固結改良体を造成するようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法である。

【0007】

第二の発明は、第一の発明において、複数の噴射ノズルからの硬化材の交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなくあるいは上方に移動しながら行い、これを上方に向かって繰り返し行う際、噴射ノズルからの硬化材の交差噴射における回転方向にあっては、一方向に回転したら、管ロッドを上方に引き上げた次はその逆の方向に回転するようにし、回転方向を交互に変えるようにした高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法である。

【0008】

第三の発明は、第一又は第二の発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法に用いる特殊ヘッドであって、縦に向かうヘッド本体を備えると共に、このヘッド本体に左右両側の横方向に突出する攪拌翼を取り付け、このヘッド本体と攪拌翼とに複数の噴射ノズルを設けるようにした地盤改良方法に用いる特殊ヘッドである。

【0009】

第四の発明は、第三の発明において、ヘッド本体と攪拌翼とに設けた複数の噴射ノズルにあっては、そのそれぞれの角度を変更可能にし、噴射したセメントミルクの交差する位置を任意の位置に変更できるようにした地盤改良方法に用いる特殊ヘッドである。

【0010】

第五の発明は、第三又は第四の発明において、ヘッド本体と攪拌翼とに設けた複数の噴射ノズルにあっては、ノズルボディの先端に設け、このノズルボディが当該ヘッド本体及び攪拌翼から突出するようにした地盤改良方法に用いる特殊ヘッドである。

【0011】

第六の発明は、第五の発明において、攪拌翼において、噴射ノズル及びノズルボディを設けた箇所の反対側に、噴射ノズル及びノズルボディあるいはバランサー部材を取り付けた地盤改良方法に用いる特殊ヘッドである。

【0012】

第七の発明は、第三、第四、第五のいずれかの発明において、ヘッド本体に攪拌翼を上下に二つ取り付け、このヘッド本体と二つの攪拌翼との前後両側に複数の噴射ノズルをそれぞれ設けると共に、上の攪拌翼を取り付けた上部側と下の攪拌翼を取り付けた下部側とを回転自在につなげ、この上部側の前後両側に設けた複数の噴射ノズルと下部側の前後両側に設けた複数の噴射ノズルとを、異なる方向に向けるようにした地盤改良方法に用いる特殊ヘッドである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、特殊ヘッドに設けた複数の噴射ノズルから噴射した先で硬化材が交差するように硬化材を交差噴射させると共に、これを所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなくあるいは上方に移動しながら行い、その後、管ロッドを所定の長さ上方に引き上げてからあるいは上方に移動したところから、複数の噴射ノズルからの硬化材の交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなくあるいは上方に移動しながら行い、これを上方に向かって繰り返し行うようにしたことで、地盤中に壁形の固結改良体を造成する際、従来のような縦向きの円柱状の固結改良体を直線上に多数造成するといったことを無くして、壁形の固結改良体を容易に造成することができ、これにより、施工する作業時間を短くして工期の短縮を図ることができると共に、工費の低減も図ることができる。しかも、既設構造物直下の地盤を改良する場合でも、既設構造物直下の奥の地盤まで壁形の固結改良体を造成することができ、既設構造物直下の地盤を良好に改良することができる。

【0014】

また、噴射ノズルからの硬化材の交差噴射における回転方向を、一方向に回転したら、管ロッドを上方に引き上げた次はその逆の方向に回転するようにし、回転方向を交互に変えるようにしたことで、作業の効率が非常に良くなり、これにより、さらなる工期の短縮を図ることができる。

【0015】

本発明によれば、特殊ヘッドにおいて、縦に向かうヘッド本体を備えると共に、このヘッド本体に左右両側の横方向に突出する攪拌翼を取り付け、このヘッド本体と攪拌翼とに複数の噴射ノズルを設けるようにしたことで、地盤中に所望の横幅及び大きさの壁形の固結改良体を容易に造成することができる。

【0016】

また、複数の噴射ノズルにあって、そのそれぞれの角度を変更可能にし、噴射したセメントミルクの交差する位置を任意の位置に変更できるようにしたことで、地盤中に造成する固結改良体の大きさを所望の大きさに変更することができる。また、複数の噴射ノズルをノズルボディの先端に設け、このノズルボディがヘッド本体及び攪拌翼から突出するようにしたことで、ノズルボディ内の管路の長さを長くすることができ、これにより、噴射ノズルから噴射した硬化材の直進性を高め、地盤中において噴射した硬化材が周囲に拡散するのを抑えることができ、硬化材の噴射を良好に行うことができる。また、攪拌翼において、噴射ノズル及びノズルボディを設けた箇所の反対側に、噴射ノズル及びノズルボディあるいはバランサー部材を取り付けたことで、特殊ヘッドを地盤中で回転させるとき、特殊ヘッドにおける前後の力学的バランスが保たれるようになり、これにより、特殊ヘッド及び管ロッドを地盤中にて良好に回転させることができる。また、ヘッド本体に攪拌翼を上下に二つ取り付け、上の攪拌翼を取り付けた上部側と下の攪拌翼を取り付けた下部側とを回転自在につなげ、この上部側の前後両側に設けた複数の噴射ノズルと下部側の前後両側に設けた複数の噴射ノズルとを、異なる方向に向けるようにしたことで、一度の作業によって、特殊な形の壁形の固結改良体を地盤中に容易にかつ簡単に造成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において使用する高圧噴射攪拌機の説明図である。

【図2】本発明の地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの正面図である。

【図3】本発明の地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの側面図である。

【図4】本発明の地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの平面図である。

【図5】本発明の地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの噴射ノズルについての説明図である。

【図6】（ａ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。（ｂ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。（ｃ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。

【図7】（ｄ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。（ｅ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。（ｆ）本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の作業工程の説明図である。

【図8】本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法においてセメントミルクを交差噴射させたときの状態説明図である。

【図9】本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において地盤中に造成する壁形の固結改良体の斜視図である。

【図10】本発明の地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの別の例の正面図である。

【図11】本発明の地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの別の例の正面図である。

【図12】本発明の地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの別の例の平面図である。

【図13】本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において地盤中に造成する壁形の固結改良体の説明図である。

【図14】本発明の地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの別の例の正面図である。

【図15】本発明の地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの別の例の平面図である。

【図16】本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において地盤中に造成する特殊な形の壁形の固結改良体の説明図である。

【図17】本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において既設構造物直下の地盤を改良するときの説明図である。

【図18】従来の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法の説明図である。

【図19】従来の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において地盤中に造成する壁形の固結改良体の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法及びこの地盤改良方法に用いる特殊ヘッドの一実施形態について説明する。
まず、この高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において使用する高圧噴射攪拌機について説明すると、図１に示すように、地盤中に管ロッド２を所定深度まで挿入あるいは引き上げるための施工機械１を備え、この施工機械１はたとえば自走可能な小型の杭打ち機である。ただし、施工機械１としては小型の杭打ち機に限定されるものではなく、地盤改良の施工深度等の改良規模に応じてボーリングマシンや他の機械でも良い。そして、この施工機械１にあっては、マスト３を立設し、このマスト３に沿って管ロッド２を縦に向けて取り付けると共に、マスト３の上部に管ロッド２を地盤中に挿入したり引き抜いたりする昇降装置４と管ロッド２を回転させる回転装置５をそれぞれ設ける。管ロッド２はその内側を硬化材や圧縮空気等が通るようになる中空状の鋼管であり、その下端である先端に特殊ヘッド６を取り付けている。

【0019】

また、高圧噴射攪拌機における施工機械１の周辺設備としては、施工機械１に取り付けた管ロッド２及び特殊ヘッド６に硬化材や圧縮空気等を供給するための設備である。硬化材はセメントミルクであるが、このセメントミルクに各種の添加剤等を混ぜ合わせるようにしても良い。そして、圧縮空気を供給するための設備としては、コンプレッサー１１であり、流量計１２を介してコンプレッサー１１から管ロッド２に圧縮空気を供給する。また、硬化材を供給するための設備としては、混合装置１４を備え、この混合装置１４において、セメントサイロ１５からセメント原料を流入すると共に、水中ポンプ１６を設けた水槽１７から水を流入し、これらを混合して硬化材であるセメントミルクを生成する。そして、このセメントミルクを流量計１８を介して高圧ポンプ１９から成る硬化材供給装置２０に供給し、この硬化材供給装置２０から管ロッド２にセメントミルクを供給する。なお、各装置は図示していない発電機によって作動するようになる。

【0020】

一方、管ロッド２の下端である先端に取り付けた特殊ヘッド６については、図２、図３、図４に示すように、先端側に多数のビット３１を設けた縦に向かう略円柱状のヘッド本体３０を備えると共に、このヘッド本体３０に左右両側の横方向に突出する横向きの略角柱状の攪拌翼３２を取り付け、この攪拌翼３２の下部にもビット３３を設ける。この攪拌翼３２の横の長さとしては、たとえば４００〜１０００ｍｍ程度である。なお、ヘッド本体３０及び攪拌翼３２は、その内部に硬化材であるセメントミルクや圧縮空気等が通るための通路が形成されている。なお、この圧縮空気の通路については、後述するエアノズル３５につながるようにしている。また、攪拌翼３２は、その形状を横向きの略角柱状のものにしていたが、これに限定されるものではなく、横向きの略円柱状のものなどでも良い。

【0021】

そして、ヘッド本体３０と攪拌翼３２とには、その前側において前方に向かう噴射ノズル３４を３個設け、この噴射ノズル３４は、ノズルボディ３８の先端に設けると共に管ロッド２の内側に連通し、ここから硬化材であるセメントミルクを噴射する。また、３個の噴射ノズル３４及びノズルボディ３８はヘッド本体３０に設けると共に、攪拌翼３２の左右にそれぞれ設けて、各噴射ノズル３４が略横方向に離間するように配置する。この３個の噴射ノズル３４の略横方向への離間する距離としては、たとえば２００〜５００ｍｍ程度である。なお、この噴射ノズル３４については、３個に限定されるものではなく、２個、４個、あるいは５個、６個というように２個以上の複数の噴射ノズル３４を略横方向に離間して設けるようにしても良い。また、２個以上の複数の噴射ノズル３４については、略横方向に離間して設けるようにしたものであれば、上下方向において多少の上下差があっても良い。

【0022】

そして、ヘッド本体３０と攪拌翼３２とに設けた３個の噴射ノズル３４にあっては、図５に示すように、ヘッド本体３０に設けた中央の噴射ノズル３４は真っ直ぐ前方に向かうものの、攪拌翼３２の左右に設けた両側の噴射ノズル３４はそれぞれが中央側に僅かにずれて向くようにしており、これにより、３個の噴射ノズル３４においてそれぞれ噴射方向を僅かにずらすことにより、噴射した先の一点で噴射したセメントミルクが交差するように、すなわち、セメントミルクを交差噴射させる。

【0023】

また、この３個の噴射ノズル３４については、そのそれぞれの角度（向き）を変更可能にしている。ただし、３個の噴射ノズル３４にあっては、角度を変更しても、常に、噴射した先で噴射したセメントミルクを交差させるようにする。これにより、図５において点線で表わしたように、噴射したセメントミルクの交差する位置を任意の位置に変更できるようにし、地盤中に造成する固結改良体の大きさを所望の大きさに変更することができる。

【0024】

また、噴射ノズル３４の周囲には複数のエアノズル３５を設けており、このエアノズル３５から噴射した圧縮空気によって噴射ノズル３４から噴射したセメントミルクを包み込むようにすることで、地盤中に噴射したセメントミルクをより遠くまで到達させることができるようにしている。

【0025】

さらに、噴射ノズル３４を先端に設けたノズルボディ３８にあっては、ヘッド本体３０及び攪拌翼３２から前方に突出するようにしており、このノズルボディ３８の突出する寸法としては、１００〜３００ｍｍ程度である。そして、この突出したノズルボディ３８の外側にはガードカバー３６を取り付け、このガードカバー３６は上下左右それぞれにパネルを設けた構成となるものであって、このガードカバー３６により突出したノズルボディ３８を保護するようにし、これにより、ノズルボディ３８が摩耗したり損傷したりするのを防止している。このように、ノズルボディ３８を前方に突出するようにしたことにより、その先端に設けた噴射ノズル３４から噴射するセメントミルクの直進性を高め、地盤中において噴射した硬化材が周囲に拡散するのを抑えることができ、硬化材の噴射を良好に行えるようにしている。

【0026】

また、攪拌翼３２にあっては、その前側に噴射ノズル３４及びノズルボディ３８を設けた左右の箇所において、その反対側の後側に前記ガードカバー３６と略同形のバランサー部材３７をそれぞれ取り付ける。この攪拌翼３２の左右の後側に取り付けたバランサー部材３７によって、特殊ヘッド６を地盤中で回転させるとき、このバランサー部材３７と前側に設けたノズルボディ３８及びガードカバー３６とにおいて前後の力学的バランスが保たれるようになり、これにより、特殊ヘッド６及び管ロッド２を地盤中にて良好に回転させることができる。

【0027】

次に、このような構成となる特殊ヘッド及び高圧噴射攪拌機を用いて行う本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法について説明する。

【0028】

図６（ａ）に示すように、施工機械１に管ロッド２を取り付ける。そして、図６（ｂ）に示すように、施工機械１にて管ロッド２を回転させながら地盤中に挿入して行く。そして、管ロッド２の下端に取り付けた特殊ヘッド６にて地盤を掘削するが、このとき、地盤中への挿入が困難な場合は、管ロッド２の挿入を補助するため、特殊ヘッド６の噴射ノズル３４やエアノズル３５から水や圧縮空気などを噴射しながら行うようにする。そして、図６（ｃ）に示すように、管ロッド２を所定深度まで挿入する。

【0029】

そして、特殊ヘッド６に設けた３個の噴射ノズル３４から噴射した先で硬化材であるセメントミルクが交差するようにセメントミルクを交差噴射させる。このとき同時に、その周囲に設けた複数のエアノズル３５からも圧縮空気を噴射させる。これにより、噴射したセメントミルク及び圧縮空気の噴射エネルギーで地盤を切削しながら噴射したセメントミルクと地盤とを攪拌混合させ、地盤中に壁形の固結改良体Ｔを造成する作業を行う。

【0030】

これは、図７（ｄ）に示すように、特殊ヘッド６に設けた３個の噴射ノズル３４を施工する地盤に向けてから、管ロッド２及び特殊ヘッド６を回転させながら３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させ、この３個の噴射ノズル３４からのセメントミルクの交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなく行う。この回転方向は一方向のみであって、たとえば左方向に回転させて行き、この左方向とは上方から見たときの時計回り方向である。

【0031】

このセメントミルクの交差噴射における回転については、図８に示すように、３個の噴射ノズル３４を地盤中に造成しようとする壁形の固結改良体Ｔの右端部に向けてから、３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射する。それから左方向である上方から見たときの時計回り方向に回転させて行く。そして、３個の噴射ノズル３４が地盤中に造成しようとする壁形の固結改良体Ｔの左端部に向かって、ここまでセメントミルクを交差噴射する。

【0032】

なお、このときの回転の所定の角度としては、３個の噴射ノズル３４の離間する距離によって異なるものの、地盤中に造成する壁形の固結改良体Ｔにおいて、その横幅を５００ｍｍ以上にしようとすると、たとえば３〜３０度程度である。

【0033】

そして、管ロッド２及び特殊ヘッド６を回転させながら３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させ、この交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなく行った後、管ロッド２及び特殊ヘッド６を所定の長さ上方に引き上げる。この上方への引き上げる長さとしては、３０〜２００ｍｍ程度である。また、管ロッド２及び特殊ヘッド６を上方に引き上げるときは、回転することなく引き上げる。

【0034】

そして、図７（ｅ）に示すように、管ロッド２及び特殊ヘッド６を上方に引き上げてから、管ロッド２及び特殊ヘッド６を回転させながら３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させ、この交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなく行う。このときの回転方向は、先程とは逆の方向で、右方向である上方から見たときの反時計回り方向である。

【0035】

その後、管ロッド２及び特殊ヘッド６を所定の長さ上方に引き上げる。そして、管ロッド２及び特殊ヘッド６を上方に引き上げてから、管ロッド２及び特殊ヘッド６を回転させながら３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させ、この交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなく行う。このときの回転方向は、また逆の方向となる左方向である上方から見たときの時計回り方向である。

【0036】

このように、管ロッド２及び特殊ヘッド６を回転させながら３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させる際の回転方向にあっては、一方向である左方向に回転したら、管ロッド２を上方に引き上げた次はその逆の方向である右方向に回転するようにし、回転方向を交互に変えるようする。

【0037】

そして、この管ロッド２及び特殊ヘッド６を回転させながら３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させ、これを所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなく行う一連の作業を、上方に向かって繰り返し行う。これにより、管ロッド２及び特殊ヘッド６を上方に引き上げながら、前述の一連の作業を行うことで、図７（ｆ）に示すように、上方に向かって壁形の固結改良体Ｔが段階的に造成されるようになる。なお、固結改良体Ｔが段階的に造成されるが、下側の固結改良体Ｔが固まる前に上側に固結改良体Ｔを造成することで、上下に位置する固結改良体Ｔが分断されることなく一体的なものにすることができる。

【0038】

そして、前述の一連の作業を、上方に向かって繰り返し行って、所定の深度まで壁形の固結改良体Ｔを造成したら、管ロッド２及び特殊ヘッド６を回転させながら３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させる作業を停止し、地盤中に挿入した管ロッド２及び特殊ヘッド６を地上に引き抜く。これによって、図９に示すような壁形の固結改良体Ｔを地盤中に造成することにより、地盤の改良が行われる。

【0039】

一方、本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法及びこの地盤改良方法に用いる特殊ヘッドについては、前述の一実施形態にて説明したものに限定されるものではなく、その他のものでも良い。

【0040】

たとえば、本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において、前述のものでは、管ロッド２及び特殊ヘッド６を回転させながら３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させ、この３個の噴射ノズル３４からのセメントミルクの交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上下に移動することなく行うようにしていたが、この代わりに、３個の噴射ノズル３４からのセメントミルクの交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上方に少しずつ移動しながら行い、その後、上方に移動したところから、３個の噴射ノズル３４からの硬化材の交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上方に少しずつ移動しながら行い、これを上方に向かって繰り返し行うといったようにしても良い。このように３個の噴射ノズル３４からのセメントミルクの交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に上方に移動しながら行うようにした場合、前述のものではセメントミルクの交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に行った後に、管ロッド２及び特殊ヘッド６を所定の長さ上方に引き上げる作業が必要になるが、この作業をなくすことができ、作業時間を短縮することができる。

【0041】

また、本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法において、前述のものでは、管ロッド２及び特殊ヘッド６を回転させながら３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させ、セメントミルクの交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に行うようにしているが、この代わりに、３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させる際、管ロッド２及び特殊ヘッド６の回転を停止して、回転停止状態にて、３個の噴射ノズル３４からセメントミルクを交差噴射させ、これを複数回にわたって所定の角度だけ段階的に回転させることにより、所定の範囲に行うようにしても良い。このように回転停止状態にてセメントミルクを噴射させると、噴射したセメントミルクの到達する距離を延ばすことができ、これにより、噴射した先の一点で噴射したセメントミルクが交差する交差位置を遠くにすることができ、地盤中に長手方向の長さが長い壁形の固結改良体Ｔを造成することができる。

【0042】

さらに、前述のものでは、３個の噴射ノズル３４からの交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に行い、これを上方に向かって繰り返し行う際、噴射ノズル３４からの交差噴射における回転方向を、一方向である左方向に回転したら、管ロッド２及び特殊ヘッド６を上方に引き上げた次はその逆の方向である右方向に回転するようにし、回転方向を交互に変えるようにしているが、この代わりに、３個の噴射ノズル３４からの交差噴射を所定の角度だけ回転して所定の範囲に行った後、管ロッド２を上方に引き上げるときに、管ロッド２及び特殊ヘッド６を元に戻す方向に回転し、上方において、３個の噴射ノズル３４から交差噴射を行うときの回転方向を、先程と同じ方向に回転するようにし、このように回転方向を交互に変えるのではなく、常に同じ方向にするようにしても良い。ただし、このように回転方向を常に同じ方向にすると、管ロッド２を上方に引き上げるときあるいは引き上げる前後において元に戻す作業が必要となり、作業の効率が少し低下するおそれがある。

【0043】

また、特殊ヘッド６については、前述のものでは、ヘッド本体３０を備え、このヘッド本体３０に攪拌翼３２を取り付けて、このヘッド本体３０と攪拌翼３２とに複数の噴射ノズル３４を先端に設けたノズルボディ３８を設けた構成としていたが、たとえば、図１０に示すように、攪拌翼３２を取り付けることなく、ヘッド本体３０のみの構成とし、このヘッド本体３０を少し大径にすることで、ここに複数の噴射ノズル３４を略横方向に離間して設けるようにしても良い。

【0044】

また、特殊ヘッド６は、ヘッド本体３０と攪拌翼３２とからなり、ここに略横方向に離間して複数の噴射ノズル３４を設けるようにしていたが、この複数の噴射ノズル３４にあっては、ヘッド本体３０と攪拌翼３２とに上下二段にわたって設けるようにしても良く、さらには、図１１に示すように、ヘッド本体３０に攪拌翼３２を上下に二つ取り付けて、このヘッド本体３０と上下二つの攪拌翼３２とに複数の噴射ノズル３４を上下二段にわたって設けるようにしても良い。なお、この複数の噴射ノズル３４を上下二段にわたって設けるのを、三段以上の複数段にしても良い。このように、複数の噴射ノズル３４を上下複数段にわたって設けることにより、１回のセメントミルクの交差噴射によって上下方向に厚みのある大きな固結改良体Ｔを造成することができ、これにより、上方に向かって固結改良体Ｔを造成するスピードを早くすることができ、効率の良い作業を行うことができる。

【0045】

また、複数の噴射ノズル３４にあっては、ヘッド本体３０及び攪拌翼３２から前方に突出するようにしていたが、噴射ノズル３４からの硬化材であるセメントミルクの噴射において、所望の直進性を有するようになるのであれば、ヘッド本体３０及び攪拌翼３２から前方に噴射ノズル３４を突出させることなく、ヘッド本体３０及び攪拌翼３２の側面から直接噴射するようにしても良い。

【0046】

さらに、特殊ヘッド６にあっては、その複数の噴射ノズル３４をヘッド本体３０及び攪拌翼３２の前側に前方に向けて設けていたが、この代わりに、図１２に示すように、攪拌翼３２の左右の後側に設けたバランサー部材３７を無くし、ヘッド本体３０及び攪拌翼３２において、前側に設けた複数の噴射ノズル３４と同じ位置に同じ形状の複数の噴射ノズル３４をヘッド本体３０及び攪拌翼３２の後側に後方に向けて設けるようにし、また、ガードカバー３６も同様に設けるようにする。これにより、図１３に示すように、管ロッド２及び特殊ヘッド６を中心にして前後両側に同時に、壁形の固結改良体Ｔを地盤中に造成することができ、作業効率の大幅な向上を図ることができるようになる。

【0047】

また、特殊ヘッド６にあっては、ヘッド本体３０に攪拌翼３２を上下に二つ取り付け、このヘッド本体３０と二つの攪拌翼３２との前後両側に３個の噴射ノズル３４及びノズルボディ３８をそれぞれ設ける。そして、図１４に示すように、上の攪拌翼を取り付けた上部側と下の攪拌翼を取り付けた下部側との間に回転機構部３９を設け、この回転機構部３９によって、上部側と下部側とを回転自在につなげる。そして、この上部側の前後両側に設けた３個の噴射ノズル３４と下部側の前後両側に設けた３個の噴射ノズル３４とを、回転機構部３９にて回転し、異なる方向に向けるようにする。これは、たとえば、図１５に示すように、上部側と下部側とを９０度、異なる方向に向ける。

【0048】

これにより、一度の作業によって、図１６に示すように、十字状となる壁形の固結改良体Ｔを地盤中に造成することができるようになり、十字状といった特殊な形の壁形の固結改良体Ｔを容易にかつ簡単に造成することができる。なお、上部側と下部側とにおける異なる方向としては、９０度に限定されるものではなく、３０度や４５度等の他の角度でも良い。

【0049】

また、本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法にあっては、既設構造物Ｋ直下の地盤を改良する場合でも、地盤中に壁形の固結改良体Ｔを造成することで、既設構造物Ｋ直下の奥の地盤まで壁形の固結改良体Ｔを造成することができ、既設構造物Ｋ直下の地盤を良好に改良することができる。これは、図１７に示すように、既設構造物Ｋの近傍に管ロッド２を挿入し、ここで地盤中に壁形の固結改良体Ｔを既設構造物Ｋの奥まで造成する。これを多数行うことで、既設構造物Ｋ直下の地盤中に壁形の固結改良体Ｔを多数造成することができ、これにより、既設構造物Ｋ直下の地盤を改良するようにしている。

【0050】

また、本発明の高圧噴射攪拌工法による地盤改良方法にあっては、地盤中に壁形の固結改良体Ｔを造成して地盤を改良するだけのものに適用されるものではなく、これ以外にも、地盤中に縦に向かう板状の遮水板を設置し、その周囲に壁形の固結改良体Ｔを造成することによって、地盤を遮水板及び壁形の固結改良体Ｔによって分断して地盤を改良するようにしたもの、具体的には、地盤中に汚染物質が有する汚染土壌が存在する地盤において、汚染土壌の周囲に遮水板及び壁形の固結改良体Ｔを造成することにより、汚染土壌をその内部に封じ込めて周辺の地盤に汚染土壌の汚染物質が流出するのを防止する、あるいは調整池や河川の堤防において、調整池や河川の周囲に遮水板及び壁形の固結改良体Ｔを造成することにより、内部に水等を封じ込めて周囲に流出するのを防止するといった地盤改良方法にも適用することができる。

【符号の説明】

【0051】

１…施工機械、２…管ロッド、３…マスト、４…昇降装置、５…回転装置、６…特殊ヘッド、１１…コンプレッサー、１２…流量計、１４…混合装置、１５…セメントサイロ、１６…水中ポンプ、１７…水槽、１８…流量計、１９…高圧ポンプ、２０…硬化材供給装置、３０…ヘッド本体、３１…ビット、３２…攪拌翼、３３…ビット、３４…噴射ノズル、３５…エアノズル、３６…ガードカバー、３７…バランサー部材、３８…ノズルボディ、３９…回転機構部、４１…施工機械、４２…管ロッド、４３…特殊ヘッド、４４…噴射ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】