(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
類似工法の高圧噴射攪拌工法では、原地盤と混合するため、充填材の吐出速度の上限はなく、また、硬化材を噴射ノズルにより横方向に吐出している。一方、高圧噴射置換工法における吐出速度の上限値は機械の性能で決まっていた。また、原材料を再利用することから充填材の吐出口径を大きくする必要があり、このため、ノズルは使用できず、下向き吐出であった。
【0005】
高圧噴射置換工法において充填材の吐出速度が速すぎると充填材が原地盤と混合してしまい、改良体の品質が低下する。また、吐出速度が遅すぎると充填性能が減少してしまい、改良体の直径が小さくなってしまう。
【0006】
高圧噴射置換工法は、ロッドを地盤に挿入し、引き上げる際に切削と充填を実施する工法である。充填材の吐出口の吐出径が一定であることから、吐出口における充填材の流速は時間当たりの吐出量によって決まってくる。地盤切削時の切削直径は、地盤種別と引上げ速度によって決定されることから、切削目標直径により引上げ速度が決定される。引上げ速度が決定すると、切削した体積分の充填材を吐出する必要があることから、充填材の時間当たり吐出量が決まってしまう。つまり、充填材の吐出速度は、引上げ速度で決まってしまうため、この吐出速度を調整し管理することは困難であった。また、充填材の吐出が下向きとなってしまうため、横方向への充填性能は低下していた。
【0007】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、充填材の充填性能(品質や寸法等)を向上させるために充填材の吐出速度を管理する高圧噴射置換工法の施工管理方法、および、そのための充填材吐出ロッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者等は、上記目的達成のため、鋭意検討・研究の結果、次のような知見を得て本発明に至った。すなわち、排泥と充填材の混合を防止するために硬い材料をゆっくり吐出することが考えられるが、充填材を切削直径全体に充填させるには、材料の流動性とある程度の吐出速度が必要である。そこで、排泥と充填材の混合を抑制し、充填性能が高い吐出速度の管理値(上限値および下限値)を設定し、また、充填性能を向上させるために、吐出口の先端側に受け部材を設置して、充填材が横方向に吐出するようにした。
【0009】
すなわち、本実施形態による高圧噴射置換工法の施工管理方法は、高圧水
および圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、前記泥土化された地盤内に充填材を地盤内に挿入したロッドの吐出口から吐出する工程と、前記吐出された充填材により前記泥土を外部に押し出す工程と、を含み、地盤改良のために前記泥土化された地盤内に前記充填材による改良体を造成する高圧噴射置換工法の施工管理方法であって、前記充填材が前記吐出口から吐出する吐出速度の上限値および下限値を設定し、前記ロッドは、前記ロッドの端面の吐出口に対向するように設けられた受け部材と、
前記ロッドの端面の外周側から延びて前記受け部材を支持する支持部材と、前記端面と前記受け部材との間で前記ロッドの周方向に形成された開口と、を有し、前記端面と前記受け部材との距離および前記受け部材の吐出口側の平面寸法の少なくとも一方を調整することで前記開口から吐出する充填材の吐出速度を前記設定した上限値と下限値との範囲内となるように調整し、前記充填材を前記範囲内の吐出速度で前記開口から地盤内へ吐出させることを特徴とする。
【0010】
この高圧噴射置換工法の施工管理方法によれば、吐出口のあるロッドの端面とロッドの端面に対向する受け部材との間でロッドの周方向に開口が形成され、この開口から充填材を横方向(ロッドの軸方向に直交する方向)に吐出できるので、下向き吐出と比べて横方向の充填性能が向上する。また、吐出口に対向して受け部材を設けることで充填材の吐出速度を調整することができる。すなわち、ロッドの端面と受け部材との距離および受け部材の吐出口側の平面寸法の少なくとも一方を調整することで、開口から吐出する充填材の吐出速度を設定した範囲内に管理することができる。すなわち、吐出速度の上限値を設定することで、地盤内において泥土と充填材との混合を抑制でき、このため、品質のよい改良体を造成することができる。また
、吐出速度の下限値を設定することで、泥土化された空間内に充填材を満たして充填できるため、想定通りの径を有する改良体を造成することができる。
【0011】
なお、上記高圧噴射置換工法において前記泥土化工程と前記吐出工程とが前記ロッドを回転させながら引き上げることで実行されることが好ましい。
【0012】
本実施形態による充填材吐出ロッドは、高圧水
および圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、前記泥土化された地盤内に充填材を地盤内に挿入したロッドの吐出口から吐出する工程と、前記吐出された充填材により前記泥土を外部に押し出す工程と、を含み、地盤改良のために前記泥土化された地盤内に前記充填材による改良体を造成する高圧噴射置換工法に用いる充填材吐出ロッドであって、ロッド軸方向の端面に形成された吐出口と、前記ロッドの端面の吐出口に対向するように設けられた受け部材と、
前記ロッドの端面の外周側から延びて前記受け部材を支持する支持部材と、前記端面と前記受け部材との間で前記ロッドの周方向に形成され前記吐出口からの充填材を吐出する開口と、を有し、前記開口からの前記充填材の吐出速度を調整するために前記端面と前記受け部材との距離および前記受け部材の前記吐出口側の平面寸法の少なくとも一方を調整可能であることを特徴とする。
【0013】
この充填材吐出ロッドによれば、吐出口のあるロッドの端面とロッドの端面に対向する受け部材との間でロッドの周方向に開口が形成され、この開口から充填材を横方向(ロッドの軸方向に直交する方向)に吐出できるので、下向き吐出と比べて横方向の充填性能が向上する。また、吐出口に対向して受け部材を設けることで充填材の吐出速度を調整することができる。すなわち、ロッドの端面と受け部材との距離および受け部材の吐出口側の平面寸法の少なくとも一方を調整することで開口から吐出する充填材の吐出速度を調整でき、充填材の吐出速度を設定した上限値以下とすることにより、地盤内において泥土と充填材との混合を抑制でき、このため、品質のよい改良体を造成することができ、また、充填材の吐出速度を設定した下限値以上とすることにより、泥土化された空間内に充填材を満たして充填できるため、想定通りの径を有する改良体を造成することができる。
【0014】
上記充填材吐出ロッドにおいて前記ロッドの端面側から延びて前記受け部材を支持する支持部材を有することで、受け部材をロッドの端面に対向するようにして支持することができる。
【0015】
また、前記ロッドの端面と前記受け部材との距離を調整するために前記受け部材の位置を調整する位置調整機構を有することで、吐出速度の調整が可能である。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、充填材の充填性能(品質や寸法等)を向上させるために充填材の吐出速度を管理する高圧噴射置換工法の施工管理方法、および、この施工管理方法のための充填材吐出ロッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】本実施形態による高圧噴射置換工法の施工手順(a)〜(c)を説明するための概略図である。
【
図2】本実施形態による高圧噴射置換工法を用いた地盤改良工法の主要工程を説明するための概略図である。
【
図3】
図2のロッドの先端部を拡大して示す斜視図である。
【
図4】
図3のロッドの先端部を側面から見た図(a)およびロッドの先端下方から見た図(b)である。
【
図5】本実験例において充填材の吐出速度の上限値設定のために用いた実験装置の断面を示す図であり、(a)は実験前を示し、(b)は実験後を示す。
【
図7】本実験例において充填材の吐出速度の下限値設定のために用いた実験装置の断面を示す図であり、(a)は実験前を示し、(b)は実験後を示す。
【
図9】
図3,
図4とは別の例におけるロッドの先端部を側面から見た図(a)およびロッドの先端下方から見た図(b)である。
【
図10】
図9の受け部材の位置を調整する位置調整機構を設けた例におけるロッドの先端部を側面から見た図(a)およびロッドの先端下方から見た図(b)である。
【
図12】
図10(a)の位置調整機構の別の例を示す部分拡大図である。
【
図13】
図3,
図4とはさらに別の例におけるロッドの先端部を側面から見た図(a)およびロッドの先端下方から見た図(b)である。
【
図14】
図3,
図4とはさらに別の例におけるロッドの先端部を側面から見た図(a)および吐出口と受け板との距離および受け板の直径を変更した後の状態を示す(a)と同様の図(b)である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
図1は本実施形態による高圧噴射置換工法の施工手順(a)〜(c)を説明するための概略図である。
図2は本実施形態による高圧噴射置換工法を用いた地盤改良工法の主要工程を説明するための概略図である。
図3は
図2のロッドの先端部を拡大して示す斜視図である。
図4は
図3のロッドの先端部を側面から見た図(a)およびロッドの先端下方から見た図(b)である。
【0019】
図1〜
図4を参照して高圧噴射置換工法に用いられる充填材吐出ロッド(以下、「ロッド」という。)の構成について説明する。ロッド11は、高圧水と、圧縮空気と、充填材と、をそれぞれ供給する特殊三重管構造から構成され、地盤切削のために高圧水と圧縮空気をそれぞれ周面から横方向に噴射させる噴射口12aと、充填材の吐出のために先端部12の端面18に設けられた吐出口13と、を有する。
図1〜
図3の先端部12において噴射口12aは吐出口13よりも上方に設けられ、噴射口12aと吐出口13とはロッド11の軸方向に所定距離だけ離れている。
【0020】
図3,
図4(a)のように、ロッド11の先端部12の中心に円形状の孔13aがロッド11の軸方向に延びるように形成され、孔13aが端面18で開口し吐出口13となっている。ロッド11の上端から供給された充填材が孔13aを通して吐出口13から下向きに吐出される。
【0021】
たとえば、ロッド11の先端部12の直径を160mm、吐出口13および孔13aの直径Dを40mmとすることができるが、これらは一例であって、他の寸法であってもよい。
【0022】
図3,
図4(a)、(b)のように、ロッド11の先端部12の端面18に形成された吐出口13に対向するようにその下方に円板状の受け部材14が配置され、吐出口13から下向きに吐出された充填材をいったん受け止めるようになっている。十字状の支持部材15が先端部12の端面18の外周の四点から吐出口13の
下方へと傾斜して延びて交差するように設けられ、中間部分に受け部材14を取り付けて支持し保護する。受け部材14は、その位置が調整されて溶接等により支持部材15に取り付けられる。
【0023】
ロッド11の先端部12の端面18の吐出口13に対向して受け部材14を配置することで、端面18と受け部材14との間に空間が形成され、この空間がロッド周方向に開放し、開口16となる。吐出口13から下向きに吐出された充填材は、受け部材14にいったん受け止められ、上記空間内に満たされてから、開口16から横方向hに地盤内へと吐出する。
【0024】
充填材が、上述のように、吐出口13と受け部材14との間に形成される空間の開口16から横方向hに吐出すると考えると、
図3のように受け部材14と吐出口13との間の距離をL、受け部材14の直径をB、充填材の吐出流量をQとした場合、充填材の流速vは、以下の式(1)で表すことができる。
v=Q/(LBπ) (1)
【0025】
受け部材14が吐出口13の正面に位置することで、吐出口13から吐出した充填材が受け部材14に当たり、充填材が開口16から横方向hに吐出するとともに、式(1)から明らかなように、受け部材14と吐出口13との距離Lおよび受け部材14の直径Bの少なくともいずれか一方を調整することで、充填材の吐出流量が一定の場合でも吐出速度を変更することができる。
【0026】
図1〜
図4を参照して本実施形態による高圧噴射置換工法を用いた地盤改良工法について説明する。まず、
図1(a)のように、改良対象の地盤内に対しロッド11を回転させながら地表面から削孔し、地盤内に穴を略鉛直方向に形成する。
【0027】
次に、
図1(b)のように、ロッド11の噴射口12aから高圧水と圧縮空気を噴射させながらロッド11を回転させ、地盤内を切削することで、地盤内を泥土化するとともに、ロッド11を一定速度で引き上げながらロッド11の先端部12の吐出口13、開口16を通して充填材を吐出する。このとき、吐出口13および受け部材14(
図3,
図4)は、充填された充填材Aの中にある。
【0028】
また、充填材の吐出速度の上限値を2.5m/sに設定し、下限値を0.8m/sに設定する。かかる吐出速度の上限値および下限値の設定は、上述のように、受け部材14と吐出口13との距離Lおよび/または受け部材14の直径Bを予め調整しておくことで実現することができる。
【0029】
図1(b)、
図2のように、充填材Aを地盤内に圧入し充填するとともに、充填材Aの圧入にともなって充填材Aの上方に存在する泥土Cを上部へと押し上げ、地表面へと押し出し排除する。
【0030】
地盤内から排泥された泥土Cをポンプ等により貯泥槽21に送り貯蔵し、貯泥槽21から泥土をポンプ22で混練プラント23に送り、混練プラント23で泥土にセメント等の固化材を混入し、必要に応じて水ガラス等の添加材を加えて充填材とし、この充填材をコンクリートポンプ24によりロッド11へと圧送する。充填材は、ロッド11を通して先端部12の吐出口13から地盤内へと圧入される。このように、地盤内から押し出された泥土を充填材として再利用する。
【0031】
図1(c)のように、ロッド11を所定高さだけ引き上げ、地盤内の泥土化された空間内に充填材Aを満たすことで充填が完了する。これにより、地盤内に充填材Aからなる改良体が造成される。
【0032】
本実施形態によれば、
図3,
図4のように、吐出口13のあるロッド11の端面18と端面18に対向する受け部材14との間でロッドの周方向に開口16が形成され、この開口16から充填材を横方向hに吐出できるので、下向き吐出と比べて横方向の充填性能が向上する。
【0033】
また、受け部材14と吐出口13との距離Lおよび/または受け部材14の直径Bを予め調整することで、開口16から吐出する充填材の吐出速度を設定した範囲内に管理することができる。すなわち、ロッド11の吐出口13からの充填材の吐出速度に上限値を設定し、吐出速度を上限値以下に管理することで、地盤内において泥土と充填材との混合を抑制でき、このため、品質のよい改良体を造成することができる。また、充填材の吐出速度に下限値を設定し、吐出速度を下限値以上に管理することで、泥土化された空間内に充填材を満たして充填できるため、想定通りの径を有する改良体を造成することができる。
【0034】
〈実験例〉
上述のように、充填材の吐出速度が速すぎると排泥と充填材が混合してしまうため、次のように実験により吐出速度の上限値を設定し、また、吐出速度が遅すぎると充填性能(改良体の径)が減少してしまうため、同じく実験により流速の下限値を設定した。
【0035】
(1)上限値の設定
図5(a)、(b)に実験装置の断面を示す。
図5(a)のように容器内に加水泥土を投入し、中央に充填管を設置した。ここで、加水泥土とは、高圧水で切削した地盤を模擬したものであり、その密度を1.22g/cm
3に設定した。充填管の先端の吐出口から充填材を30L(リットル)吐出し、
図5(b)のように改良体を造成した。充填材は、加水泥土にセメントを混入したもので、その密度は1.28g/cm
3であった。1日養生後に加水泥土を撤去して改良体を取り出し、トリミングして供試体を作製し、一軸圧縮試験を実施した。また、実験時に充填材をモールドに詰めて供試体を作製し、1日養生後に同じく一軸圧縮試験を実施した。モールドで作製した供試体の強度と容器内で造成した改良体の強度との強度比(改良体の1軸圧縮強度/モールド供試体の1軸圧縮強度)を算定した。本実験は、吐出速度を6種類に変更して実施した。その実験結果を表1および
図6に示す。この実験結果から、吐出速度が2.5m/s以上になると、強度比が急激に下がることが判明した。このため、吐出速度の上限値を2.5m/sに設定した。
【0037】
(2)下限値の設定
図7(a)、(b)に実験装置の断面を示す。
図7(a)のように、容器内に加水泥土を投入し、容器の角に充填管と受け板を設置した。ここで、加水泥土とは、高圧水で切削した地盤を模擬したものであり、密度を1.22g/cm
3に設定した。充填管の先端の吐出口から充填材を12L(リットル)吐出し、
図7(b)のように改良体を造成した。充填材は、加水泥土にセメントを混入したもので、その密度は1.28g/cm
3であった。1日養生後に加水泥土を撤去して改良体表面を出し、吐出口からの拡がりを計測して面積を算定した。実験は、吐出速度を4種類に変更して実施した。その実験結果を表2,
図8に示す。この実験結果から吐出速度が0.8m/s以下になると、改良体の面積が小さくなることが判明した。これから充填材の吐出速度の下限値を0.8m/sに設定した。
【0039】
次に、ロッド11の先端部の別の例について
図9〜
図14を参照して説明する。
【0040】
図9は
図3,
図4とは別の例におけるロッドの先端部を側面から見た図(a)およびロッドの先端下方から見た図(b)である。
図9(a)、(b)の例は、
図3,
図4の受け部材14が円板状であるのに対し、受け部材24を円錐形状にしたものである。受け部材24は、その位置が調整されて溶接等により支持部材15に取り付けられる。
【0041】
図10は、
図9の受け部材の位置を調整する位置調整機構を設けた例におけるロッドの先端部を側面から見た図(a)およびロッドの先端下方から見た図(b)である。
図11は、
図10(a)の位置調整機構の部分拡大図である。
図12は、
図10(a)の位置調整機構の別の例を示す部分拡大図である。
【0042】
図10(a)、(b)の例は、円錐形状の受け部材24を、その外周近傍に設けた平坦部24fの複数箇所で支持部材としてのねじ棒26によりロッドの端面18に端面18から離れて取り付けたもので、
図11の位置調整機構25を有する。
【0043】
図11のように、位置調整機構25は、ねじ棒26とナット27a、27bと端面18に形成されたねじ穴29とから構成される。受け部材24の平坦部24fの孔を貫通したねじ棒26がロッドの端面18のねじ穴29にねじ込まれ、ナット27a、27bの位置を調整することで、吐出口13と受け部材24との距離Lを調整することができる。
【0044】
図12に示す位置調整機構35は、ボルト28が受け部材24の平坦部24fのねじ孔にねじ込まれ、さらに圧縮コイルばね30を貫通してロッドの端面18のねじ穴29にねじ込まれた状態で、ボルト28を回転させることにより吐出口13と受け部材24との距離Lを調整することができる。
【0045】
図13は、
図3,
図4とはさらに別の例におけるロッドの先端部を側面から見た図(a)およびロッドの先端下方から見た図(b)である。
図13(a)、(b)の例は、受け部材を複数の円板状の受け部材24a〜24dから構成し、溶接等により支持部材15に取り付けたものである。この取り付け時に、上部の受け部材24aから順に省略することで、吐出口13と受け板との距離Lおよび受け板の直径Bを調整することができる。各受け部材24a〜24dは、
図9の受け部材24を水平方向に複数に分割した同心円状の形状を有する。
【0046】
図14は、
図3,
図4とはさらに別の例におけるロッドの先端部を側面から見た図(a)および吐出口と受け板との距離および受け板の直径を変更した後の状態を示す(a)と同様の図(b)である。
図14(a)の例は、ボルト48を、円板状の受け部材46aの外周近傍の孔に貫通させ、円筒状のスペーサ47aを貫通させ、ロッドの端面18のねじ穴29にねじ込んだものである。
【0047】
図14(a)における受け部材46aおよびスペーサ47aを、
図14(b)のように直径の大きい受け部材46b、および、長さの長いスペーサ47bに変更することで、吐出口13と受け部材との距離Lおよび受け部材の直径Bを調整することができる。さらに、受け部材46a、46bとは異なる直径の受け部材、および、スペーサ47a、47bとは異なる長さのスペーサを用意しておき、これらの受け部材とスペーサとを組み合わせることで、吐出口13と受け部材との距離Lおよび受け部材の直径Bを多段階に調整することができる。なお、
図14(a)、(b)において受け部材46a、46bは、円板状に構成したが、これに限定されず、たとえば、
図9のような円錐形状にしてもよい。
【0048】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、本実施形態では、充填材の吐出速度の上限値を2.5m/s、下限値を0.8m/sに設定したが、これらは一例であって、充填材の密度や吐出圧力等の他の条件を考慮・変更することで、吐出速度の上限値・下限値を別の値に設定することができる。
【0049】
また、本実施形態におけるロッド11は、
図1(a)の削孔にも使用されるが、削孔時には、別に用意した削孔用ロッドに変更してもよい。また、ロッド11の先端部12は、通常、モニタと呼ばれる部分に相当する。