多重管の先端から高圧流体を噴射して地盤を改良する地盤改良装置
【課題】多重管の先端から高圧流体を噴射して地盤を改良する地盤改良装置において、噴射される流体の種類を切り換えるに際して、作業負担を軽減する。
【解決手段】地盤改良装置は、内管流路２４ａ、中管流路２５ａ、外管流路２６ａ、及び、一端が上側遮蔽弁３９を介して中管流路２５ａに接続され、かつ、他端が下側遮蔽弁３６を介して外管流路２６ａに接続される上側ノズル空部３７を形成する注入管２０と、注入管２０の下端部側面に設けられ、内管流路２４ａを流れる硬化材と上側ノズル空部３７を流れる高圧流体とを噴射する上側ノズル３８とを備える。上側遮蔽弁３９を、中管流路２５ａ内の流体圧力が上側ノズル空部３７内の流体圧力よりも高い場合に開放されるとともに、下側遮蔽弁３６を、外管流路２６ａ内の流体圧力が上側ノズル空部３７内の流体圧力よりも高い場合に開放される。
【解決手段】地盤改良装置は、内管流路２４ａ、中管流路２５ａ、外管流路２６ａ、及び、一端が上側遮蔽弁３９を介して中管流路２５ａに接続され、かつ、他端が下側遮蔽弁３６を介して外管流路２６ａに接続される上側ノズル空部３７を形成する注入管２０と、注入管２０の下端部側面に設けられ、内管流路２４ａを流れる硬化材と上側ノズル空部３７を流れる高圧流体とを噴射する上側ノズル３８とを備える。上側遮蔽弁３９を、中管流路２５ａ内の流体圧力が上側ノズル空部３７内の流体圧力よりも高い場合に開放されるとともに、下側遮蔽弁３６を、外管流路２６ａ内の流体圧力が上側ノズル空部３７内の流体圧力よりも高い場合に開放される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬化材や空気等の高圧流体を多重管内の流路を通じて高圧で供給し、多重管の先端側面に設けたノズルからこれらの高圧流体を噴射させて地盤を改良する地盤改良装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超高圧で流体を噴射させて地盤を切削するとともに硬化材を充填し、固結体を造成することで地盤の改良を行う地盤改良工法において、３重管を注入管とする地盤改良装置が用いられることがある。例えば、特許文献１に記載の装置は、清水を供給する内側の高圧流路と、空気を供給する中間の空気流路と、注入材液を供給する外側の注入流路を有する３重構造の注入管を備えている。そして、この注入管の下端部側面には、清水と空気を噴射する一対の噴射ノズルと、注入材液を噴射する注入ノズルとが設けられている。
【０００３】
特許文献１の装置では、注入管を軸周りに回転させつつ、各噴射ノズルから清水と空気とを噴射させ、注入ノズルから注入材液を噴射させることにより、地盤を改良する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１７２７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置では、噴射ノズルは専ら清水と空気を噴射し、注入ノズルは安定材液あるいは硬化材液を噴射する。すなわち、各ノズルからは予め定められた種類の流体を噴射させている。この装置において、各ノズルから噴射される流体の種類を切り換える場合、例えば安定材液に代えて別の種類の液体を噴射させる場合には、注入管を地上までいったん引き上げて洗浄や切換作業を行い、再度注入管を地盤に形成された孔内に挿入することになる。このため、切り換えに手間を要するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、注入管を地中に存置したままで、噴射される流体の種類を瞬時に切り換えられるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の地盤改良装置は、第１流路、前記第１流路の外側を囲む第２流路、前記第２流路の外側を囲む第３流路、及び、一端が第１逆止弁を介して前記第２流路に接続され、かつ、他端が第２逆止弁を介して前記第３流路に接続される共通流路を形成する多重管と、前記多重管の下端部側面に設けられ、前記第１流路を流れる第１高圧流体と前記共通流路を流れる高圧流体とを噴射する共通ノズルとを備え、前記第１逆止弁を、前記第２流路内の流体圧力が前記共通流路内の流体圧力よりも高い場合に開放されるものとするとともに、前記第２逆止弁を、前記第３流路内の流体圧力が前記共通流路内の流体圧力よりも高い場合に開放されるものとし、前記第２流路を流れる第２高圧流体の圧力を、前記第３流路内の流体圧力よりも高くすることで、前記第１高圧流体と前記第２高圧流体とを前記共通ノズルから噴射させ、前記第３流路を流れる第３高圧流体の圧力を、前記第２流路内の流体圧力よりも高くすることで、前記第１高圧流体と前記第３高圧流体とを前記共通ノズルから噴射させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の地盤改良装置によれば、第２流路を流れる第２高圧流体の圧力と第３流路を流れる第３高圧流体の圧力の強弱を調整することで、共通ノズルから噴射させる流体を第２高圧流体と第３高圧流体とに切り換えることができる。このため、ノズルから噴射される流体の種類を切り換える作業を、注入管としての多重管を地中に存置したまま瞬時に行うことができる。
【０００９】
本発明の地盤改良装置において、前記多重管の下端に地盤を削孔する削孔ビットを設けるとともに、前記多重管に、前記第２流路と前記第３流路の何れかに連通され、地盤の削孔時に前記削孔ビットに供給される削孔水が流れる削孔水流路を形成し、前記第１流路の下端に、前記第１流路に内部空間が連通された弾性体によって作製され、前記第１高圧流体の前記内部空間への供給に伴って膨張されて前記削孔水流路を塞ぐ閉塞部材を設けた場合には、閉塞部材を膨張させることで削孔水流路を閉塞でき、収縮させることで削孔水流路を開放できる。すなわち、多重管を流れる流体の圧力を制御することで、多重管を地中に存置したまま行うことができる。
【００１０】
本発明の地盤改良装置において、前記第１逆止弁を、前記第２流路との境界となる開口を前記共通流路側から塞ぐ閉塞状態と当該開口から離れた開放状態とに変換可能な板状ゴムとし、前記第２逆止弁を、前記第３流路との境界となる開口を前記共通流路側から塞ぐ閉塞状態と当該開口から離れた開放状態とに変換可能な他の板状ゴムとした場合には、流路の切り換え部分における構造を簡素化できる。
【００１１】
本発明の地盤改良装置において、前記多重管の下端部側面であって前記多重管の周方向における前記共通ノズルと反対の位置に、前記第１流路を流れる第１高圧流体と前記第２流路を流れる第２高圧流体とを噴射する他のノズルを設けた場合には、各ノズルから第１高圧流体と第２高圧流体を噴射させることと、一方のノズルから第１高圧流体と第２高圧流体とを、他方のノズルから第１高圧流体と第２高圧流体とを噴射させることの切り換えを容易に行うことができる。
【００１２】
本発明の地盤改良装置において、前記第１高圧流体を高圧で供給される硬化材とするとともに、前記第２高圧流体と前記第３高圧流体の一方を高圧で供給される空気とし、他方を高圧で供給される空気と気泡剤の混合物とする場合には、硬化材による改良範囲と気泡を含んだ硬化材による改良範囲とを選択的に形成できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多重管の先端に設けたノズルから高圧流体を噴射して地盤を改良する地盤改良装置において、噴射される流体の種類を切り換えるに際し、作業負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】地盤改良装置の全体構成を説明する図である。
【図２】注入管の先端部分を拡大して示す断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）は図２のＹ−Ｙ断面図、（ｃ）は図２のＺ−Ｚ断面図である。
【図４】注入管の先端部分における流路等を簡略化して示す図である。
【図５】通常の噴射攪拌工法にて各流路に流す流体を説明する図である。
【図６】（ａ）は地盤の削孔を説明する図である。（ｂ）は地盤の改良処理を説明する図である。
【図７】削孔時における注入管の先端部分を説明する図であり、（ａ）は流体の流れを示す断面図、（ｂ）は流体の流れを簡略化して示す図である。
【図８】地盤改良時における注入管の先端部分を説明する図であり、（ａ）は流体の流れを示す断面図、（ｂ）は流体の流れを簡略化して示す図である。
【図９】閉塞ノズルの洗浄時における注入管の先端部分を説明する図であり、（ａ）は流体の流れを示す断面図、（ｂ）は流体の流れを簡略化して示す図である。
【図１０】（ａ）は、瞬結型の噴射攪拌工法にて各流路に流す流体を説明する図、（ｂ）は、改良時（２）における流体の流れを示す断面図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ瞬結型の噴射攪拌工法の適用例を説明する図である。
【図１２】噴射攪拌工法にて各流路に流す流体の他の例を説明する図である。
【図１３】注入管の先端部分における他の構成を簡略化して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、地盤改良装置１は、造成マシン１０と、注入管２０とを有している。
【００１６】
造成マシン１０は、地盤Ｇを削孔してガイドホールＧＨを形成し、ガイドホールＧＨに挿入された注入管２０の先端部分（後述する下端部分２１）から空気、水、硬化材等の流体を高圧で噴射させるとともに、注入管２０を回転させつつ引き上げることで、地盤Ｇの切削と硬化材の混合攪拌とを同時に行うものである。
【００１７】
注入管２０は、高圧流体を流すための複数の流路を内部に有する多重管によって構成されている。そして、ガイドホールＧＨに挿入された状態で下側に位置する一方の先端部分には、削孔ビット２２が取り付けられ、上側に位置する他方の先端部分には注入管スイベル２３が取り付けられている。便宜上、以下の説明では、一方の先端部分のことを下端部分２１という。
【００１８】
図２及び図３に示すように、注入管２０は、内管２４、中管２５、及び外管２６を有する３重管によって構成されている。すなわち、外管２６の内側空間に中管２５が挿入され、中管２５の内側空間に内管２４が挿入され、かつ、内管２４、中管２５、及び外管２６が同心状に配置されている。そして、内管２４の外径は中管２５の内径よりも小さく定められ、中管２５の外径は外管２６の内径よりも小さく定められている。このため、この注入管２０は、内管２４の中心部に形成される内管流路２４ａと、内管２４の外周面と中管２５の内周面との間に内管流路２４ａを囲む状態で形成される中管流路２５ａと、中管２５の外周面と外管２６の内周面との間に中管流路２５ａを囲む状態で形成される外管流路２６ａとを有している。
【００１９】
内管流路２４ａは第１流路に相当し、地盤Ｇの削孔時において硬化材は供給されず、大気圧の空気で満たされている。一方、地盤Ｇの改良時において、内管流路２４ａにはセメントミルク等の硬化材が高圧で供給される。中管流路２５ａは第２流路に相当し、地盤Ｇの削孔時においては静圧水で満たされる。一方、地盤Ｇの改良時において、中管流路２５ａには、改良の実施形態に応じて選択される流体が、後述するような所用の圧力で供給される。外管流路２６ａは第３流路に相当し、地盤Ｇの削孔時においては削孔用の水（圧力水）が供給される。一方、地盤Ｇの改良時において、外管流路２６ａには空気が高圧で供給される。なお、各流路２４ａ〜２６ａに流れる流体については後で説明する。
【００２０】
内管２４の下端部には、閉塞部材２７の上端部が取り付けられている。この閉塞部材２７は、上面が開放された有底円筒状の弾性体である。本実施形態の閉塞部材２７は、側面部分がゴムによって作製されている。この閉塞部材２７を内包する状態で、注入管２０の下端部には水路形成部材２８が設けられている。水路形成部材２８は、閉塞部材２７を収納可能な大きさの空間が形成された上面開放の有底筒状部材である。水路形成部材２８は肉厚の円筒状をしており、その内径は閉塞部材２７の外径よりも一回り大きく定められている。閉塞部材２７は、水路形成部材２８と同心上に配置されているため、閉塞部材２７の外周面と水路形成部材２８の内周面との間には隙間が形成される。この隙間は、水路形成部材２８の下面まで一連に形成され、削孔水を流すための削孔水流路２９となる。
【００２１】
水路形成部材２８の下端部には、削孔ビット２２が取り付けられている。この削孔ビット２２は、下端に切削用の刃が形成された円筒状部材であり、水路形成部材２８とともに回転する。そして、造成マシン１０によって注入管２０を押し下げつつ軸周りに回転させることで地盤Ｇを削孔することができる。ここで、削孔水流路２９の出口は、削孔ビット２２の内側空間に開口し、削孔水流路２９を通じて削孔水を排出しながら地盤Ｇを削孔することで、削孔時の抵抗低減や刃の目詰まりの防止を図りつつ、削孔した地盤を構成していた土砂を地上に排出する。
【００２２】
水路形成部材２８と注入管２０との境界部分には、分流空部３１が設けられている。この分流空部３１は、閉塞部材２７の外周を囲む扁平なリング状の空間であり、後述する上側ノズル及び下側ノズルよりも下の位置に設けられている。そして、図３（ａ）や（ｂ）に記載された外管連通路３２を介して、分流空部３１と外管流路２６ａとが連通されている。
【００２３】
また、図２や図３（ｂ）に記載されたノズル連通路３３を介して、分流空部３１と下側ノズル空部３４とが連通されている。この下側ノズル空部３４は、下側ノズル３５の高さ位置に、内管２４の外側を囲む状態に形成されたリング状の空間である。そして、下側ノズル３５は、二重型ノズルによって構成されており、内管流路２４ａを流れる高圧流体と外管流路２６ａを流れる高圧流体とを、注入管２０の側方に向かって噴射する。この下側ノズル３５において、外管流路２６ａからの高圧流体を噴射する部分（すなわち下側ノズル空部３４と連通する部分）は、流路の断面積が、削孔水流路２９の断面積よりも十分に小さく定められている。
【００２４】
下側ノズル空部３４の直上には、下側遮蔽弁３６を間に挟んだ状態で上側ノズル空部３７が形成されている。この上側ノズル空部３７は、上側ノズル３８の高さ位置に、内管２４の外側を囲む状態に形成されたリング状の空間である。この上側ノズル空部３７の直上には、上側遮蔽弁３９を間に挟んだ状態で中管流路２５ａの下端が位置している。そして、上側ノズル３８は、注入管２０の周方向において下側ノズル３５と背中合わせの位置（１８０度回転した位置）に設けられている。
【００２５】
この上側ノズル３８もまた二重型ノズルによって構成されており、内管流路２４ａを流れる高圧流体と、中管流路２５ａ又は外管流路２６ａを流れる高圧流体とを、注入管２０の側方であって下側ノズル３５とは反対方向に向けて噴射する。そして、この上側ノズル３８においても、中管流路２５ａや外管流路２６ａからの高圧流体を噴射する部分（すなわち上側ノズル空部３７と連通する部分）は、流路の断面積が、削孔水流路２９の断面積よりも十分に小さく定められている。
【００２６】
下側遮蔽弁３６は、リング状のゴム片によって構成された逆止弁である。この下側遮蔽弁３６は、下側ノズル空部３４と上側ノズル空部３７との境界部分の開口を上側ノズル空部３７側から覆っている。そして、下側ノズル空部３４の流体圧力（すなわち、外管流路２６ａの流体圧力）が上側ノズル空部３７の流体圧力（すなわち、中管流路２５ａの流体圧力）よりも高い場合に上方に湾曲し、境界部分の開口から離れた開放状態に変換される。これにより、上側ノズル空部３７と下側ノズル空部３４とが連通される。反対に、上側ノズル空部３７の流体圧力が下側ノズル空部３４の流体圧力の流体圧力よりも高い場合に下方に押圧されて境界部分の開口を塞いだ閉塞状態に変換される。これにより、上側ノズル空部３７と下側ノズル空部３４とが遮断される。
【００２７】
上側遮蔽弁３９もまた、リング状のゴム片によって構成された逆止弁である。この上側遮蔽弁３９は、中管流路２５ａと上側ノズル空部３７の境界部分の開口を上側ノズル空部３７側から覆っている。そして、中管流路２５ａの流体圧力が上側ノズル空部３７の流体圧力よりも高い場合に下方に湾曲し、境界部分の開口から離れた開放状態に変換される。これにより、中管流路２５ａと上側ノズル空部３７とが連通される。反対に、上側ノズル空部３７の流体圧力が中管流路２５ａの流体圧力の流体圧力よりも高い場合に上方に押圧されて境界部分の開口を塞いだ閉塞状態に変換される。これにより、中管流路２５ａと上側ノズル空部３７とが遮断される。
【００２８】
前述したように、下側ノズル空部３４は、ノズル連通路３３、分流空部３１、及び外管流路２６ａを介して、外管流路２６ａと連通されている。このため、外管流路２６ａの流体圧力が中管流路２５ａの流体圧力よりも高い場合には、下側遮蔽弁３６が開放状態となる一方で上側遮蔽弁３９が閉塞状態になる。この場合、下側ノズル空部３４と上側ノズル空部３７の両方が、外管流路２６ａの流体で満たされることになる。これにより、上側ノズル３８と下側ノズル３５のそれぞれから内管流路２４ａを流れる高圧流体と外管流路２６ａを流れる高圧流体とが噴射される。
【００２９】
反対に、中管流路２５ａの流体圧力が外管流路２６ａの流体圧力よりも高い場合には、下側遮蔽弁３６が閉塞状態となる一方で上側遮蔽弁３９が開放状態になる。この場合、上側ノズル空部３７は中管流路２５ａの流体で満たされ、下側ノズル空部３４は外管流路２６ａの流体で満たされることになる。これにより、上側ノズル３８からは内管流路２４ａを流れる高圧流体と中管流路２５ａを流れる高圧流体とが噴射され、下側ノズル３５からは内管流路２４ａを流れる高圧流体と外管流路２６ａを流れる高圧流体とが噴射される。
【００３０】
このように、本実施形態では、中管流路２５ａの流体圧力と外管流路２６ａの流体圧力との大小関係に応じて、上側ノズル３８から噴射させる高圧流体の種類を切り換えることができる。ここで、上側ノズル空部３７は、中管流路２５ａの流体圧力と外管流路２６ａの流体圧力との大小関係に応じて、供給される高圧流体の種類が切り替わる。そして、上側ノズル空部３７は、中管流路２５ａの流体と外管流路２６ａの流体とによって共通に使用されるので、共通流路に相当する。また、上側ノズル３８は、内管流路２４ａの高圧流体と中管流路２５ａ又は外管流路２６ａの高圧流体とを噴射する共通ノズルに相当する。
【００３１】
前述した注入管２０の下端部分２１は、図４に示すように簡略化して示すことができる。理解を容易にするため、以下の説明に際しては簡略化した図も用いて説明することとする。
【００３２】
次に、この地盤改良装置１を用いた地盤改良工法について説明する。
【００３３】
まず、通常の噴射攪拌工法について説明する。図５に示すように、通常の噴射攪拌工法では、地盤Ｇの削孔時において、外管流路２６ａに削孔水を流し、中管流路２５ａを静圧水で満たし、内管流路２４ａを大気開放する（すなわち大気圧の空気で満たす）。そして、図６（ａ）に示すように、注入管２０の下端部分２１から削孔水を排出しつつ注入管２０を軸回りに回転させ、注入管２０を少しずつ押し下げる。
【００３４】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、削孔時において内管流路２４ａは大気開放されているので、閉塞部材２７の内部空間２７ａも大気圧の空気で満たされる。これにより、閉塞部材２７は膨らまず、削孔水流路２９は開放された状態になる。そして、外管流路２６ａを流れる削孔水の圧力は、中管流路２５ａ内の水圧よりも高いので、下側遮蔽弁３６が開放状態になり、上側遮蔽弁３９が閉塞状態になる。
【００３５】
ここで、各ノズル３５，３８における削孔水の流出部分は、その断面積が削孔水流路２９の断面積よりも十分に小さい。このため、各ノズル３５，３８から流出される削孔水の流量は、削孔水流路２９を通じて排出される削孔水の流量よりも十分に少なくなる。以上より、外管流路２６ａを流れる削孔水は、その大半が削孔水流路２９を通じて排出され、残りが下側ノズル空部３４や上側ノズル空部３７に流入して下側ノズル３５や上側ノズル３８から流出される。
【００３６】
図５に示すように、地盤改良時には、内管流路２４ａに高圧で硬化材を流し、中管流路２５ａ及び外管流路２６ａに高圧空気を流す。これにより、各ノズル３５，３８からは硬化材が高圧空気とともに噴射される。そして、図６（ｂ）に示すように、注入管２０の下端部分２１から硬化材や高圧空気を噴射しつつ注入管２０を軸回りに回転させ、注入管２０を引き上げる。これにより、地盤Ｇの切削と硬化材の攪拌混合とが行われる。
【００３７】
外管流路２６ａの高圧空気を中管流路２５ａの高圧空気よりも低い圧力に調整した場合、図８（ａ），（ｂ）に示すように、地盤改良時において内管流路２４ａには硬化材が高圧で流される。これに伴い、上側ノズル３８及び下側ノズル３５における内管流路２４ａとの連通部分からは、硬化材が噴射される。また、閉塞部材２７の内部空間２７ａに硬化材が充填され、閉塞部材２７が側方に膨らんで削孔水流路２９が閉塞される。削孔水流路２９の閉塞に伴って、外管流路２６ａを流れる高圧空気は、分流空部３１からノズル連通路３３を通じて下側ノズル空部３４に流入する。ここで、中管流路２５ａの空気圧力は、外管流路２６ａの空気圧力よりも高いため、上側遮蔽弁３９が開放状態になるとともに下側遮蔽弁３６が閉塞状態になる。これにより、下側ノズル空部３４と上側ノズル空部３７とが遮断され、中管流路２５ａを流れる高圧空気が上側ノズル空部３７に流入する。なお、中管流路２５ａの高圧空気を外管流路２６ａの高圧空気よりも低い圧力に調整すると、各ノズル３５，３８からは、内管流路２４ａの硬化材が外管流路２６ａの高圧空気とともに噴射される。
【００３８】
このように、地盤改良時においては、各ノズル３５，３８から硬化材が高圧空気ともに噴射される。ここで、上側ノズル３８から噴射される中管流路２５ａの高圧空気を下側ノズル３５から噴射される外管流路２６ａの高圧空気よりも高い圧力に設定した場合、上側ノズル３８から噴射される流体の圧力が下側ノズル３５から噴射される流体の圧力よりも強くなる。これにより、未切削の地盤が相対的に強い力で切削されることとなり、上下のノズル３８，３５を用いて、所望範囲に対する地盤の切削をバランスよく行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態の地盤改良装置１は、内管流路２４ａを流れる硬化剤によって閉塞部材２７を膨張させて削孔水流路２９を塞ぐ構成であるため、内管流路２４ａを流れる硬化剤圧力の圧力を調整することで、地上からであっても容易にかつ瞬時に削孔水流路２９を開閉できる。
【００４０】
図５に示すように、ノズルの閉塞時には、内管流路２４ａに低圧で硬化材を流し、外管流路２６ａに洗浄液（例えば清水）を流す。また、中管流路２５ａは大気開放する。
【００４１】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、内管流路２４ａには硬化材が低圧で流される。これに伴い、閉塞部材２７の内部空間２７ａに硬化材が充填され、閉塞部材２７が側方に膨らんで削孔水流路２９が閉塞される。また、硬化材が低圧で流されているので、上側ノズル３８及び下側ノズル３５からは、硬化材が流出しないか、流出しても僅かな量である。削孔水流路２９の閉塞に伴って、外管流路２６ａからの分流空部３１に流入した洗浄液は、ノズル連通路３３を通じて上昇し、下側ノズル空部３４に流入する。
【００４２】
ここで、中管流路２５ａは大気開放されているので、外管流路２６ａを流れる洗浄液の圧力は中管流路２５ａの流体圧力（すなわち大気圧）よりも高くなる。これにより、下側遮蔽弁３６が開放状態になるとともに上側遮蔽弁３９が閉塞状態になり、下側ノズル空部３４を満たした洗浄液が上側ノズル空部３７の下側から流入し、この上側ノズル空部３７を満たす。下側ノズル空部３４には下側ノズル３５が連通し、上側ノズル空部３７には上側ノズル３８が連通しているため、各ノズル空部３４，３７に流入した洗浄液は、各ノズル３５，３８から排出されて詰まった土砂を排出する。
【００４３】
以上説明したように、通常の噴射攪拌工法において、内管流路２４ａの硬化剤の圧力に応じて閉塞部材２７の膨張度合いを制御でき、外管流路２６ａの流体を削孔水流路２９に流す状態と、下側ノズル空部３４に流す状態とを選択できる。例えば、外管流路２６ａの削孔水を、削孔水流路２９を通じて削孔ビット２２側に流す状態と、外管流路２６ａの高圧空気を下側ノズル３５や上側ノズル３８から噴射させる状態とを選択できる。
【００４４】
このように、各流体の圧力に応じて、内管流路２４ａ、中管流路２５ａ、及び、外管流路２６ａを流れる流体の噴射状態を切り換えることができるので、地上でのバルブ切替えにより流体の種類を切り換える場合に比べて、迅速にかつ連続的に改良体の変更対応が可能になる。
【００４５】
また、中管流路２５ａの流体圧力と外管流路２６ａの流体圧力の大小関係に応じて、上側ノズル３８と下側ノズル３５のそれぞれから同じ流体を噴射させることと、異なる流体を噴射させることを選択できる。例えば、上側ノズル３８及び下側ノズル３５のそれぞれから内管流路２４ａの硬化材と外管流路２６ａの高圧空気とを噴射させる状態と、上側ノズル３８から内管流路２４ａの硬化材と中管流路２５ａの高圧空気を噴射させ、下側ノズル３５から内管流路２４ａの硬化材と外管流路２６ａの高圧空気を噴射させる状態とを選択できる。これにより、注入管２０を地上に引き上げることなくガイドホールＧＨに挿入したままで、噴射状態を選択することができる。
【００４６】
次に、瞬結型の噴射攪拌工法について説明する。図１０に示すように、瞬結型の噴射攪拌工法では、例えば、地盤改良時において、下側ノズル３５と上側ノズル３８のそれぞれから硬化材を高圧空気とともに噴射すること〔改良時（１）〕、あるいは、下側ノズル３５から硬化材を高圧空気とともに噴射し、上側ノズル３８から硬化材と急結剤を噴射すること〔改良時（２）〕を切り換えて行う。なお、削孔時については、通常の噴射攪拌工法と同じであるので、説明は省略する。
【００４７】
地盤改良時において、内管流路２４ａに硬化材を、中管流路２５ａに急結剤を、外管流路２６ａに高圧空気をそれぞれ供給する。そして、改良時（１）では、中管流路２５ａの急結剤圧力を外管流路２６ａの空気圧力よりも低く設定する。これにより、下側遮蔽弁３６が開放状態になるとともに上側遮蔽弁３９が閉塞状態になる。その結果、下側ノズル空部３４と上側ノズル空部３７がともに高圧空気で満たされ、各ノズル３５，３８からは硬化材が高圧空気とともに噴射される。
【００４８】
一方、改良時（２）では、中管流路２５ａの急結剤圧力を、外管流路２６ａの空気圧力よりも高く設定する。これにより、上側遮蔽弁３９が開放状態になるとともに下側遮蔽弁３６が閉塞状態になり、下側ノズル空部３４は高圧空気で満たされ、上側ノズル空部３７は急結剤で満たされる。その結果、下側ノズル３５からは硬化材が高圧空気とともに噴射され、上側ノズル３８からは硬化材と急結剤とが噴射される。
【００４９】
このような瞬結型の噴射攪拌工法は、従来高圧噴射攪拌工法では施工が困難であった箇所に対して好適に適用できる。
【００５０】
例えば、図１１（ａ）に示す事例は、鋼矢板５１で締め切られた既設の人孔部５２における埋め戻し砂を対象としている。この事例において、従来の高圧噴射攪拌工法で施工すると、硬化材（造成杭）が硬化するまでに硬化材の上部にある埋め戻し砂が崩落し、混合された硬化材と置き換わってしまう現象が生じてしまう。これに対し、改良時（２）の工法で施工すると、硬化材が早期に硬化するので、埋め戻し砂と硬化材とが置き換わってしまう前に硬化材を硬化することができ、軟弱な地盤内に杭を造成することができる。また、改良範囲が軟弱部分を通過した後は、改良時（１）の工法で施工すると、通常改良で効率のよい改良を行うことができる。
【００５１】
また、図１１（ｂ）に示す事例は、河川堤防５３の直下での施工を示している。この事例において、従来の高圧噴射攪拌工法で施工すると、杭の造成中に硬化材が河川に漏出する虞があるので、薬液注入などの事前処理が必要になる。これに対し、改良時（２）の工法で施工すると、硬化材が早期に硬化するので、事前処理を行わなくとも硬化材の河川への漏出を防止できる。そして、漏出の危険がない範囲では改良時（１）の工法に切り換えることで、通常改良を効率よく行うことができる。
【００５２】
以上説明した様に、瞬結型の噴射攪拌工法でも、中管流路２５ａの流体圧力と外管流路２６ａの流体圧力の大小関係に応じて、各ノズル３５，３８から噴射させる流体を選択できる。例えば、上側ノズル３８及び下側ノズル３５のそれぞれから内管流路２４ａの硬化材と外管流路２６ａの高圧空気とを噴射させる状態と、上側ノズル３８から内管流路２４ａの硬化材と外管流路２６ａの高圧空気を噴射させ、下側ノズル３５から内管流路２４ａの硬化材と中管流路２５ａの急結剤を噴射させる状態とを選択できる。従って、瞬結型の噴射攪拌工法でも、流体の圧力に応じて、内管流路２４ａ、中管流路２５ａ、及び、外管流路２６ａを流れる流体の噴射状態を切り換えることができる。そして、地上において流体の種類を切り換える場合に比べ、迅速にかつ連続的に改良体の変更対応が可能になる。
【００５３】
ところで、以上の実施形態に関する説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨、目的を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、次のように構成してもよい。
【００５４】
各ノズル３５，３８から噴射させる流体の種類に関しては、改良地盤の状態に応じて適宜選択することができる。例えば、図１２に示す例は、地盤の改良時において内管流路２４ａに高圧硬化材を、中管流路２５ａに高圧空気と気泡材の混合物を、外管流路２６ａに高圧空気を、それぞれ供給するように構成している。そして、通常の改良時（１）では、外管流路２６ａの高圧空気圧力を中管流路２５ａの混合物圧力よりも高くし、各ノズル３５，３８から硬化材と空気とを噴射させる。一方、気泡材を用いる改良時（２）では、中管流路２５ａの混合物圧力を外管流路２６ａの高圧空気圧力よりも高くすることで、上側ノズル３８からは硬化材と気泡剤と空気とを噴射し、下側ノズル３５からは硬化材と空気とを噴射させる。これにより、地盤Ｇにおける所望の深さで強度を弱めて、事後の掘削の行いやすい改良が行える。
【００５５】
閉塞部材２７に関し、前述の実施形態では、上面が開放された有底円筒状の弾性体で構成されたものを例示した。この閉塞部材２７に関し、シート状の弾性体を袋状にした弾性体袋を用いてもよい。この弾性体袋は、内管流路２４ａの流体が内部空間に充填されると、水風船のように膨らんで削孔水流路２９を閉塞する。要するに閉塞部材２７は、内管流路２４ａを流れる流体の充填状態に応じて膨張あるいは収縮し、削孔水流路２９を閉塞したり、開放したりするものであればよい。
【００５６】
また、注入管２０の下端部分２１に関し、前述の実施形態では、外管流路２６ａを流れる流体が分流空部３１及び外管連通路３２を通じて下側ノズル空部３４に流入するように構成されていた。この先端部分に関し、図１３に示すように、中管流路２５ａを流れる流体を分流空部３１及び連通路３３´を通じて下側ノズル空部３４に流入するように構成してもよい。なお、このように構成した場合、外管流路２６ａを流れる流体は、上側遮蔽弁３９を通じて上側ノズル空部３７に流入される。また、分流空部３１を介して削孔水流路２９と中管流路２５ａとが連通することになる。他の構成は、前述した実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００５７】
また、前述の実施形態では、閉塞部材２７の膨張や収縮によって外管流路２６ａの流体を流す流路を切り換えていた。すなわち、閉塞部材２７を収縮させることで外管流路２６ａの流体を削孔水流路２９に導き、閉塞部材２７を膨張させることで外管流路２６ａの流体を下側ノズル空部３４に導いていた。このような流路を切り換えは、閉塞部材２７以外の部材を用いて行ってもよい。例えば、内管流路２４ａの流体圧力に応じて管長手方向に移動する注入差動弁（図示せず）を用いて流路を切り換えるようにしてもよい。
【００５８】
注入管２０に関し、前述の実施形態では３重管によって構成されていたが、２重管で構成してもよいし、４重管によって構成してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 地盤改良装置
１０ 造成マシン
２０ 注入管
２１ 下端部分
２２ 削孔ビット
２３ 注入管スイベル
２４ 内管（２４ａ 内管流路）
２５ 中管（２５ａ 中管流路）
２６ 外管（２６ａ 外管流路）
２７ 閉塞部材（２７ａ 内部空間）
２８ 水路形成部材
２９ 削孔水流路
３１ 分流空部
３２ 外管連通路
３３ ノズル連通路
３４ 下側ノズル空部
３５ 下側ノズル
３６ 下側遮蔽弁
３７ 上側ノズル空部
３８ 上側ノズル
３９ 上側遮蔽弁
５１ 鋼矢板
５２ 人孔部
５３ 河川堤防
Ｇ 地盤
ＧＨ ガイドホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬化材や空気等の高圧流体を多重管内の流路を通じて高圧で供給し、多重管の先端側面に設けたノズルからこれらの高圧流体を噴射させて地盤を改良する地盤改良装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超高圧で流体を噴射させて地盤を切削するとともに硬化材を充填し、固結体を造成することで地盤の改良を行う地盤改良工法において、３重管を注入管とする地盤改良装置が用いられることがある。例えば、特許文献１に記載の装置は、清水を供給する内側の高圧流路と、空気を供給する中間の空気流路と、注入材液を供給する外側の注入流路を有する３重構造の注入管を備えている。そして、この注入管の下端部側面には、清水と空気を噴射する一対の噴射ノズルと、注入材液を噴射する注入ノズルとが設けられている。
【０００３】
特許文献１の装置では、注入管を軸周りに回転させつつ、各噴射ノズルから清水と空気とを噴射させ、注入ノズルから注入材液を噴射させることにより、地盤を改良する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１７２７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置では、噴射ノズルは専ら清水と空気を噴射し、注入ノズルは安定材液あるいは硬化材液を噴射する。すなわち、各ノズルからは予め定められた種類の流体を噴射させている。この装置において、各ノズルから噴射される流体の種類を切り換える場合、例えば安定材液に代えて別の種類の液体を噴射させる場合には、注入管を地上までいったん引き上げて洗浄や切換作業を行い、再度注入管を地盤に形成された孔内に挿入することになる。このため、切り換えに手間を要するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、注入管を地中に存置したままで、噴射される流体の種類を瞬時に切り換えられるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の地盤改良装置は、第１流路、前記第１流路の外側を囲む第２流路、前記第２流路の外側を囲む第３流路、及び、一端が第１逆止弁を介して前記第２流路に接続され、かつ、他端が第２逆止弁を介して前記第３流路に接続される共通流路を形成する多重管と、前記多重管の下端部側面に設けられ、前記第１流路を流れる第１高圧流体と前記共通流路を流れる高圧流体とを噴射する共通ノズルとを備え、前記第１逆止弁を、前記第２流路内の流体圧力が前記共通流路内の流体圧力よりも高い場合に開放されるものとするとともに、前記第２逆止弁を、前記第３流路内の流体圧力が前記共通流路内の流体圧力よりも高い場合に開放されるものとし、前記第２流路を流れる第２高圧流体の圧力を、前記第３流路内の流体圧力よりも高くすることで、前記第１高圧流体と前記第２高圧流体とを前記共通ノズルから噴射させ、前記第３流路を流れる第３高圧流体の圧力を、前記第２流路内の流体圧力よりも高くすることで、前記第１高圧流体と前記第３高圧流体とを前記共通ノズルから噴射させることを特徴とする。
【０００８】
本発明の地盤改良装置によれば、第２流路を流れる第２高圧流体の圧力と第３流路を流れる第３高圧流体の圧力の強弱を調整することで、共通ノズルから噴射させる流体を第２高圧流体と第３高圧流体とに切り換えることができる。このため、ノズルから噴射される流体の種類を切り換える作業を、注入管としての多重管を地中に存置したまま瞬時に行うことができる。
【０００９】
本発明の地盤改良装置において、前記多重管の下端に地盤を削孔する削孔ビットを設けるとともに、前記多重管に、前記第２流路と前記第３流路の何れかに連通され、地盤の削孔時に前記削孔ビットに供給される削孔水が流れる削孔水流路を形成し、前記第１流路の下端に、前記第１流路に内部空間が連通された弾性体によって作製され、前記第１高圧流体の前記内部空間への供給に伴って膨張されて前記削孔水流路を塞ぐ閉塞部材を設けた場合には、閉塞部材を膨張させることで削孔水流路を閉塞でき、収縮させることで削孔水流路を開放できる。すなわち、多重管を流れる流体の圧力を制御することで、多重管を地中に存置したまま行うことができる。
【００１０】
本発明の地盤改良装置において、前記第１逆止弁を、前記第２流路との境界となる開口を前記共通流路側から塞ぐ閉塞状態と当該開口から離れた開放状態とに変換可能な板状ゴムとし、前記第２逆止弁を、前記第３流路との境界となる開口を前記共通流路側から塞ぐ閉塞状態と当該開口から離れた開放状態とに変換可能な他の板状ゴムとした場合には、流路の切り換え部分における構造を簡素化できる。
【００１１】
本発明の地盤改良装置において、前記多重管の下端部側面であって前記多重管の周方向における前記共通ノズルと反対の位置に、前記第１流路を流れる第１高圧流体と前記第２流路を流れる第２高圧流体とを噴射する他のノズルを設けた場合には、各ノズルから第１高圧流体と第２高圧流体を噴射させることと、一方のノズルから第１高圧流体と第２高圧流体とを、他方のノズルから第１高圧流体と第２高圧流体とを噴射させることの切り換えを容易に行うことができる。
【００１２】
本発明の地盤改良装置において、前記第１高圧流体を高圧で供給される硬化材とするとともに、前記第２高圧流体と前記第３高圧流体の一方を高圧で供給される空気とし、他方を高圧で供給される空気と気泡剤の混合物とする場合には、硬化材による改良範囲と気泡を含んだ硬化材による改良範囲とを選択的に形成できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多重管の先端に設けたノズルから高圧流体を噴射して地盤を改良する地盤改良装置において、噴射される流体の種類を切り換えるに際し、作業負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】地盤改良装置の全体構成を説明する図である。
【図２】注入管の先端部分を拡大して示す断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）は図２のＹ−Ｙ断面図、（ｃ）は図２のＺ−Ｚ断面図である。
【図４】注入管の先端部分における流路等を簡略化して示す図である。
【図５】通常の噴射攪拌工法にて各流路に流す流体を説明する図である。
【図６】（ａ）は地盤の削孔を説明する図である。（ｂ）は地盤の改良処理を説明する図である。
【図７】削孔時における注入管の先端部分を説明する図であり、（ａ）は流体の流れを示す断面図、（ｂ）は流体の流れを簡略化して示す図である。
【図８】地盤改良時における注入管の先端部分を説明する図であり、（ａ）は流体の流れを示す断面図、（ｂ）は流体の流れを簡略化して示す図である。
【図９】閉塞ノズルの洗浄時における注入管の先端部分を説明する図であり、（ａ）は流体の流れを示す断面図、（ｂ）は流体の流れを簡略化して示す図である。
【図１０】（ａ）は、瞬結型の噴射攪拌工法にて各流路に流す流体を説明する図、（ｂ）は、改良時（２）における流体の流れを示す断面図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ瞬結型の噴射攪拌工法の適用例を説明する図である。
【図１２】噴射攪拌工法にて各流路に流す流体の他の例を説明する図である。
【図１３】注入管の先端部分における他の構成を簡略化して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、地盤改良装置１は、造成マシン１０と、注入管２０とを有している。
【００１６】
造成マシン１０は、地盤Ｇを削孔してガイドホールＧＨを形成し、ガイドホールＧＨに挿入された注入管２０の先端部分（後述する下端部分２１）から空気、水、硬化材等の流体を高圧で噴射させるとともに、注入管２０を回転させつつ引き上げることで、地盤Ｇの切削と硬化材の混合攪拌とを同時に行うものである。
【００１７】
注入管２０は、高圧流体を流すための複数の流路を内部に有する多重管によって構成されている。そして、ガイドホールＧＨに挿入された状態で下側に位置する一方の先端部分には、削孔ビット２２が取り付けられ、上側に位置する他方の先端部分には注入管スイベル２３が取り付けられている。便宜上、以下の説明では、一方の先端部分のことを下端部分２１という。
【００１８】
図２及び図３に示すように、注入管２０は、内管２４、中管２５、及び外管２６を有する３重管によって構成されている。すなわち、外管２６の内側空間に中管２５が挿入され、中管２５の内側空間に内管２４が挿入され、かつ、内管２４、中管２５、及び外管２６が同心状に配置されている。そして、内管２４の外径は中管２５の内径よりも小さく定められ、中管２５の外径は外管２６の内径よりも小さく定められている。このため、この注入管２０は、内管２４の中心部に形成される内管流路２４ａと、内管２４の外周面と中管２５の内周面との間に内管流路２４ａを囲む状態で形成される中管流路２５ａと、中管２５の外周面と外管２６の内周面との間に中管流路２５ａを囲む状態で形成される外管流路２６ａとを有している。
【００１９】
内管流路２４ａは第１流路に相当し、地盤Ｇの削孔時において硬化材は供給されず、大気圧の空気で満たされている。一方、地盤Ｇの改良時において、内管流路２４ａにはセメントミルク等の硬化材が高圧で供給される。中管流路２５ａは第２流路に相当し、地盤Ｇの削孔時においては静圧水で満たされる。一方、地盤Ｇの改良時において、中管流路２５ａには、改良の実施形態に応じて選択される流体が、後述するような所用の圧力で供給される。外管流路２６ａは第３流路に相当し、地盤Ｇの削孔時においては削孔用の水（圧力水）が供給される。一方、地盤Ｇの改良時において、外管流路２６ａには空気が高圧で供給される。なお、各流路２４ａ〜２６ａに流れる流体については後で説明する。
【００２０】
内管２４の下端部には、閉塞部材２７の上端部が取り付けられている。この閉塞部材２７は、上面が開放された有底円筒状の弾性体である。本実施形態の閉塞部材２７は、側面部分がゴムによって作製されている。この閉塞部材２７を内包する状態で、注入管２０の下端部には水路形成部材２８が設けられている。水路形成部材２８は、閉塞部材２７を収納可能な大きさの空間が形成された上面開放の有底筒状部材である。水路形成部材２８は肉厚の円筒状をしており、その内径は閉塞部材２７の外径よりも一回り大きく定められている。閉塞部材２７は、水路形成部材２８と同心上に配置されているため、閉塞部材２７の外周面と水路形成部材２８の内周面との間には隙間が形成される。この隙間は、水路形成部材２８の下面まで一連に形成され、削孔水を流すための削孔水流路２９となる。
【００２１】
水路形成部材２８の下端部には、削孔ビット２２が取り付けられている。この削孔ビット２２は、下端に切削用の刃が形成された円筒状部材であり、水路形成部材２８とともに回転する。そして、造成マシン１０によって注入管２０を押し下げつつ軸周りに回転させることで地盤Ｇを削孔することができる。ここで、削孔水流路２９の出口は、削孔ビット２２の内側空間に開口し、削孔水流路２９を通じて削孔水を排出しながら地盤Ｇを削孔することで、削孔時の抵抗低減や刃の目詰まりの防止を図りつつ、削孔した地盤を構成していた土砂を地上に排出する。
【００２２】
水路形成部材２８と注入管２０との境界部分には、分流空部３１が設けられている。この分流空部３１は、閉塞部材２７の外周を囲む扁平なリング状の空間であり、後述する上側ノズル及び下側ノズルよりも下の位置に設けられている。そして、図３（ａ）や（ｂ）に記載された外管連通路３２を介して、分流空部３１と外管流路２６ａとが連通されている。
【００２３】
また、図２や図３（ｂ）に記載されたノズル連通路３３を介して、分流空部３１と下側ノズル空部３４とが連通されている。この下側ノズル空部３４は、下側ノズル３５の高さ位置に、内管２４の外側を囲む状態に形成されたリング状の空間である。そして、下側ノズル３５は、二重型ノズルによって構成されており、内管流路２４ａを流れる高圧流体と外管流路２６ａを流れる高圧流体とを、注入管２０の側方に向かって噴射する。この下側ノズル３５において、外管流路２６ａからの高圧流体を噴射する部分（すなわち下側ノズル空部３４と連通する部分）は、流路の断面積が、削孔水流路２９の断面積よりも十分に小さく定められている。
【００２４】
下側ノズル空部３４の直上には、下側遮蔽弁３６を間に挟んだ状態で上側ノズル空部３７が形成されている。この上側ノズル空部３７は、上側ノズル３８の高さ位置に、内管２４の外側を囲む状態に形成されたリング状の空間である。この上側ノズル空部３７の直上には、上側遮蔽弁３９を間に挟んだ状態で中管流路２５ａの下端が位置している。そして、上側ノズル３８は、注入管２０の周方向において下側ノズル３５と背中合わせの位置（１８０度回転した位置）に設けられている。
【００２５】
この上側ノズル３８もまた二重型ノズルによって構成されており、内管流路２４ａを流れる高圧流体と、中管流路２５ａ又は外管流路２６ａを流れる高圧流体とを、注入管２０の側方であって下側ノズル３５とは反対方向に向けて噴射する。そして、この上側ノズル３８においても、中管流路２５ａや外管流路２６ａからの高圧流体を噴射する部分（すなわち上側ノズル空部３７と連通する部分）は、流路の断面積が、削孔水流路２９の断面積よりも十分に小さく定められている。
【００２６】
下側遮蔽弁３６は、リング状のゴム片によって構成された逆止弁である。この下側遮蔽弁３６は、下側ノズル空部３４と上側ノズル空部３７との境界部分の開口を上側ノズル空部３７側から覆っている。そして、下側ノズル空部３４の流体圧力（すなわち、外管流路２６ａの流体圧力）が上側ノズル空部３７の流体圧力（すなわち、中管流路２５ａの流体圧力）よりも高い場合に上方に湾曲し、境界部分の開口から離れた開放状態に変換される。これにより、上側ノズル空部３７と下側ノズル空部３４とが連通される。反対に、上側ノズル空部３７の流体圧力が下側ノズル空部３４の流体圧力の流体圧力よりも高い場合に下方に押圧されて境界部分の開口を塞いだ閉塞状態に変換される。これにより、上側ノズル空部３７と下側ノズル空部３４とが遮断される。
【００２７】
上側遮蔽弁３９もまた、リング状のゴム片によって構成された逆止弁である。この上側遮蔽弁３９は、中管流路２５ａと上側ノズル空部３７の境界部分の開口を上側ノズル空部３７側から覆っている。そして、中管流路２５ａの流体圧力が上側ノズル空部３７の流体圧力よりも高い場合に下方に湾曲し、境界部分の開口から離れた開放状態に変換される。これにより、中管流路２５ａと上側ノズル空部３７とが連通される。反対に、上側ノズル空部３７の流体圧力が中管流路２５ａの流体圧力の流体圧力よりも高い場合に上方に押圧されて境界部分の開口を塞いだ閉塞状態に変換される。これにより、中管流路２５ａと上側ノズル空部３７とが遮断される。
【００２８】
前述したように、下側ノズル空部３４は、ノズル連通路３３、分流空部３１、及び外管流路２６ａを介して、外管流路２６ａと連通されている。このため、外管流路２６ａの流体圧力が中管流路２５ａの流体圧力よりも高い場合には、下側遮蔽弁３６が開放状態となる一方で上側遮蔽弁３９が閉塞状態になる。この場合、下側ノズル空部３４と上側ノズル空部３７の両方が、外管流路２６ａの流体で満たされることになる。これにより、上側ノズル３８と下側ノズル３５のそれぞれから内管流路２４ａを流れる高圧流体と外管流路２６ａを流れる高圧流体とが噴射される。
【００２９】
反対に、中管流路２５ａの流体圧力が外管流路２６ａの流体圧力よりも高い場合には、下側遮蔽弁３６が閉塞状態となる一方で上側遮蔽弁３９が開放状態になる。この場合、上側ノズル空部３７は中管流路２５ａの流体で満たされ、下側ノズル空部３４は外管流路２６ａの流体で満たされることになる。これにより、上側ノズル３８からは内管流路２４ａを流れる高圧流体と中管流路２５ａを流れる高圧流体とが噴射され、下側ノズル３５からは内管流路２４ａを流れる高圧流体と外管流路２６ａを流れる高圧流体とが噴射される。
【００３０】
このように、本実施形態では、中管流路２５ａの流体圧力と外管流路２６ａの流体圧力との大小関係に応じて、上側ノズル３８から噴射させる高圧流体の種類を切り換えることができる。ここで、上側ノズル空部３７は、中管流路２５ａの流体圧力と外管流路２６ａの流体圧力との大小関係に応じて、供給される高圧流体の種類が切り替わる。そして、上側ノズル空部３７は、中管流路２５ａの流体と外管流路２６ａの流体とによって共通に使用されるので、共通流路に相当する。また、上側ノズル３８は、内管流路２４ａの高圧流体と中管流路２５ａ又は外管流路２６ａの高圧流体とを噴射する共通ノズルに相当する。
【００３１】
前述した注入管２０の下端部分２１は、図４に示すように簡略化して示すことができる。理解を容易にするため、以下の説明に際しては簡略化した図も用いて説明することとする。
【００３２】
次に、この地盤改良装置１を用いた地盤改良工法について説明する。
【００３３】
まず、通常の噴射攪拌工法について説明する。図５に示すように、通常の噴射攪拌工法では、地盤Ｇの削孔時において、外管流路２６ａに削孔水を流し、中管流路２５ａを静圧水で満たし、内管流路２４ａを大気開放する（すなわち大気圧の空気で満たす）。そして、図６（ａ）に示すように、注入管２０の下端部分２１から削孔水を排出しつつ注入管２０を軸回りに回転させ、注入管２０を少しずつ押し下げる。
【００３４】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、削孔時において内管流路２４ａは大気開放されているので、閉塞部材２７の内部空間２７ａも大気圧の空気で満たされる。これにより、閉塞部材２７は膨らまず、削孔水流路２９は開放された状態になる。そして、外管流路２６ａを流れる削孔水の圧力は、中管流路２５ａ内の水圧よりも高いので、下側遮蔽弁３６が開放状態になり、上側遮蔽弁３９が閉塞状態になる。
【００３５】
ここで、各ノズル３５，３８における削孔水の流出部分は、その断面積が削孔水流路２９の断面積よりも十分に小さい。このため、各ノズル３５，３８から流出される削孔水の流量は、削孔水流路２９を通じて排出される削孔水の流量よりも十分に少なくなる。以上より、外管流路２６ａを流れる削孔水は、その大半が削孔水流路２９を通じて排出され、残りが下側ノズル空部３４や上側ノズル空部３７に流入して下側ノズル３５や上側ノズル３８から流出される。
【００３６】
図５に示すように、地盤改良時には、内管流路２４ａに高圧で硬化材を流し、中管流路２５ａ及び外管流路２６ａに高圧空気を流す。これにより、各ノズル３５，３８からは硬化材が高圧空気とともに噴射される。そして、図６（ｂ）に示すように、注入管２０の下端部分２１から硬化材や高圧空気を噴射しつつ注入管２０を軸回りに回転させ、注入管２０を引き上げる。これにより、地盤Ｇの切削と硬化材の攪拌混合とが行われる。
【００３７】
外管流路２６ａの高圧空気を中管流路２５ａの高圧空気よりも低い圧力に調整した場合、図８（ａ），（ｂ）に示すように、地盤改良時において内管流路２４ａには硬化材が高圧で流される。これに伴い、上側ノズル３８及び下側ノズル３５における内管流路２４ａとの連通部分からは、硬化材が噴射される。また、閉塞部材２７の内部空間２７ａに硬化材が充填され、閉塞部材２７が側方に膨らんで削孔水流路２９が閉塞される。削孔水流路２９の閉塞に伴って、外管流路２６ａを流れる高圧空気は、分流空部３１からノズル連通路３３を通じて下側ノズル空部３４に流入する。ここで、中管流路２５ａの空気圧力は、外管流路２６ａの空気圧力よりも高いため、上側遮蔽弁３９が開放状態になるとともに下側遮蔽弁３６が閉塞状態になる。これにより、下側ノズル空部３４と上側ノズル空部３７とが遮断され、中管流路２５ａを流れる高圧空気が上側ノズル空部３７に流入する。なお、中管流路２５ａの高圧空気を外管流路２６ａの高圧空気よりも低い圧力に調整すると、各ノズル３５，３８からは、内管流路２４ａの硬化材が外管流路２６ａの高圧空気とともに噴射される。
【００３８】
このように、地盤改良時においては、各ノズル３５，３８から硬化材が高圧空気ともに噴射される。ここで、上側ノズル３８から噴射される中管流路２５ａの高圧空気を下側ノズル３５から噴射される外管流路２６ａの高圧空気よりも高い圧力に設定した場合、上側ノズル３８から噴射される流体の圧力が下側ノズル３５から噴射される流体の圧力よりも強くなる。これにより、未切削の地盤が相対的に強い力で切削されることとなり、上下のノズル３８，３５を用いて、所望範囲に対する地盤の切削をバランスよく行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態の地盤改良装置１は、内管流路２４ａを流れる硬化剤によって閉塞部材２７を膨張させて削孔水流路２９を塞ぐ構成であるため、内管流路２４ａを流れる硬化剤圧力の圧力を調整することで、地上からであっても容易にかつ瞬時に削孔水流路２９を開閉できる。
【００４０】
図５に示すように、ノズルの閉塞時には、内管流路２４ａに低圧で硬化材を流し、外管流路２６ａに洗浄液（例えば清水）を流す。また、中管流路２５ａは大気開放する。
【００４１】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、内管流路２４ａには硬化材が低圧で流される。これに伴い、閉塞部材２７の内部空間２７ａに硬化材が充填され、閉塞部材２７が側方に膨らんで削孔水流路２９が閉塞される。また、硬化材が低圧で流されているので、上側ノズル３８及び下側ノズル３５からは、硬化材が流出しないか、流出しても僅かな量である。削孔水流路２９の閉塞に伴って、外管流路２６ａからの分流空部３１に流入した洗浄液は、ノズル連通路３３を通じて上昇し、下側ノズル空部３４に流入する。
【００４２】
ここで、中管流路２５ａは大気開放されているので、外管流路２６ａを流れる洗浄液の圧力は中管流路２５ａの流体圧力（すなわち大気圧）よりも高くなる。これにより、下側遮蔽弁３６が開放状態になるとともに上側遮蔽弁３９が閉塞状態になり、下側ノズル空部３４を満たした洗浄液が上側ノズル空部３７の下側から流入し、この上側ノズル空部３７を満たす。下側ノズル空部３４には下側ノズル３５が連通し、上側ノズル空部３７には上側ノズル３８が連通しているため、各ノズル空部３４，３７に流入した洗浄液は、各ノズル３５，３８から排出されて詰まった土砂を排出する。
【００４３】
以上説明したように、通常の噴射攪拌工法において、内管流路２４ａの硬化剤の圧力に応じて閉塞部材２７の膨張度合いを制御でき、外管流路２６ａの流体を削孔水流路２９に流す状態と、下側ノズル空部３４に流す状態とを選択できる。例えば、外管流路２６ａの削孔水を、削孔水流路２９を通じて削孔ビット２２側に流す状態と、外管流路２６ａの高圧空気を下側ノズル３５や上側ノズル３８から噴射させる状態とを選択できる。
【００４４】
このように、各流体の圧力に応じて、内管流路２４ａ、中管流路２５ａ、及び、外管流路２６ａを流れる流体の噴射状態を切り換えることができるので、地上でのバルブ切替えにより流体の種類を切り換える場合に比べて、迅速にかつ連続的に改良体の変更対応が可能になる。
【００４５】
また、中管流路２５ａの流体圧力と外管流路２６ａの流体圧力の大小関係に応じて、上側ノズル３８と下側ノズル３５のそれぞれから同じ流体を噴射させることと、異なる流体を噴射させることを選択できる。例えば、上側ノズル３８及び下側ノズル３５のそれぞれから内管流路２４ａの硬化材と外管流路２６ａの高圧空気とを噴射させる状態と、上側ノズル３８から内管流路２４ａの硬化材と中管流路２５ａの高圧空気を噴射させ、下側ノズル３５から内管流路２４ａの硬化材と外管流路２６ａの高圧空気を噴射させる状態とを選択できる。これにより、注入管２０を地上に引き上げることなくガイドホールＧＨに挿入したままで、噴射状態を選択することができる。
【００４６】
次に、瞬結型の噴射攪拌工法について説明する。図１０に示すように、瞬結型の噴射攪拌工法では、例えば、地盤改良時において、下側ノズル３５と上側ノズル３８のそれぞれから硬化材を高圧空気とともに噴射すること〔改良時（１）〕、あるいは、下側ノズル３５から硬化材を高圧空気とともに噴射し、上側ノズル３８から硬化材と急結剤を噴射すること〔改良時（２）〕を切り換えて行う。なお、削孔時については、通常の噴射攪拌工法と同じであるので、説明は省略する。
【００４７】
地盤改良時において、内管流路２４ａに硬化材を、中管流路２５ａに急結剤を、外管流路２６ａに高圧空気をそれぞれ供給する。そして、改良時（１）では、中管流路２５ａの急結剤圧力を外管流路２６ａの空気圧力よりも低く設定する。これにより、下側遮蔽弁３６が開放状態になるとともに上側遮蔽弁３９が閉塞状態になる。その結果、下側ノズル空部３４と上側ノズル空部３７がともに高圧空気で満たされ、各ノズル３５，３８からは硬化材が高圧空気とともに噴射される。
【００４８】
一方、改良時（２）では、中管流路２５ａの急結剤圧力を、外管流路２６ａの空気圧力よりも高く設定する。これにより、上側遮蔽弁３９が開放状態になるとともに下側遮蔽弁３６が閉塞状態になり、下側ノズル空部３４は高圧空気で満たされ、上側ノズル空部３７は急結剤で満たされる。その結果、下側ノズル３５からは硬化材が高圧空気とともに噴射され、上側ノズル３８からは硬化材と急結剤とが噴射される。
【００４９】
このような瞬結型の噴射攪拌工法は、従来高圧噴射攪拌工法では施工が困難であった箇所に対して好適に適用できる。
【００５０】
例えば、図１１（ａ）に示す事例は、鋼矢板５１で締め切られた既設の人孔部５２における埋め戻し砂を対象としている。この事例において、従来の高圧噴射攪拌工法で施工すると、硬化材（造成杭）が硬化するまでに硬化材の上部にある埋め戻し砂が崩落し、混合された硬化材と置き換わってしまう現象が生じてしまう。これに対し、改良時（２）の工法で施工すると、硬化材が早期に硬化するので、埋め戻し砂と硬化材とが置き換わってしまう前に硬化材を硬化することができ、軟弱な地盤内に杭を造成することができる。また、改良範囲が軟弱部分を通過した後は、改良時（１）の工法で施工すると、通常改良で効率のよい改良を行うことができる。
【００５１】
また、図１１（ｂ）に示す事例は、河川堤防５３の直下での施工を示している。この事例において、従来の高圧噴射攪拌工法で施工すると、杭の造成中に硬化材が河川に漏出する虞があるので、薬液注入などの事前処理が必要になる。これに対し、改良時（２）の工法で施工すると、硬化材が早期に硬化するので、事前処理を行わなくとも硬化材の河川への漏出を防止できる。そして、漏出の危険がない範囲では改良時（１）の工法に切り換えることで、通常改良を効率よく行うことができる。
【００５２】
以上説明した様に、瞬結型の噴射攪拌工法でも、中管流路２５ａの流体圧力と外管流路２６ａの流体圧力の大小関係に応じて、各ノズル３５，３８から噴射させる流体を選択できる。例えば、上側ノズル３８及び下側ノズル３５のそれぞれから内管流路２４ａの硬化材と外管流路２６ａの高圧空気とを噴射させる状態と、上側ノズル３８から内管流路２４ａの硬化材と外管流路２６ａの高圧空気を噴射させ、下側ノズル３５から内管流路２４ａの硬化材と中管流路２５ａの急結剤を噴射させる状態とを選択できる。従って、瞬結型の噴射攪拌工法でも、流体の圧力に応じて、内管流路２４ａ、中管流路２５ａ、及び、外管流路２６ａを流れる流体の噴射状態を切り換えることができる。そして、地上において流体の種類を切り換える場合に比べ、迅速にかつ連続的に改良体の変更対応が可能になる。
【００５３】
ところで、以上の実施形態に関する説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨、目的を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、次のように構成してもよい。
【００５４】
各ノズル３５，３８から噴射させる流体の種類に関しては、改良地盤の状態に応じて適宜選択することができる。例えば、図１２に示す例は、地盤の改良時において内管流路２４ａに高圧硬化材を、中管流路２５ａに高圧空気と気泡材の混合物を、外管流路２６ａに高圧空気を、それぞれ供給するように構成している。そして、通常の改良時（１）では、外管流路２６ａの高圧空気圧力を中管流路２５ａの混合物圧力よりも高くし、各ノズル３５，３８から硬化材と空気とを噴射させる。一方、気泡材を用いる改良時（２）では、中管流路２５ａの混合物圧力を外管流路２６ａの高圧空気圧力よりも高くすることで、上側ノズル３８からは硬化材と気泡剤と空気とを噴射し、下側ノズル３５からは硬化材と空気とを噴射させる。これにより、地盤Ｇにおける所望の深さで強度を弱めて、事後の掘削の行いやすい改良が行える。
【００５５】
閉塞部材２７に関し、前述の実施形態では、上面が開放された有底円筒状の弾性体で構成されたものを例示した。この閉塞部材２７に関し、シート状の弾性体を袋状にした弾性体袋を用いてもよい。この弾性体袋は、内管流路２４ａの流体が内部空間に充填されると、水風船のように膨らんで削孔水流路２９を閉塞する。要するに閉塞部材２７は、内管流路２４ａを流れる流体の充填状態に応じて膨張あるいは収縮し、削孔水流路２９を閉塞したり、開放したりするものであればよい。
【００５６】
また、注入管２０の下端部分２１に関し、前述の実施形態では、外管流路２６ａを流れる流体が分流空部３１及び外管連通路３２を通じて下側ノズル空部３４に流入するように構成されていた。この先端部分に関し、図１３に示すように、中管流路２５ａを流れる流体を分流空部３１及び連通路３３´を通じて下側ノズル空部３４に流入するように構成してもよい。なお、このように構成した場合、外管流路２６ａを流れる流体は、上側遮蔽弁３９を通じて上側ノズル空部３７に流入される。また、分流空部３１を介して削孔水流路２９と中管流路２５ａとが連通することになる。他の構成は、前述した実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００５７】
また、前述の実施形態では、閉塞部材２７の膨張や収縮によって外管流路２６ａの流体を流す流路を切り換えていた。すなわち、閉塞部材２７を収縮させることで外管流路２６ａの流体を削孔水流路２９に導き、閉塞部材２７を膨張させることで外管流路２６ａの流体を下側ノズル空部３４に導いていた。このような流路を切り換えは、閉塞部材２７以外の部材を用いて行ってもよい。例えば、内管流路２４ａの流体圧力に応じて管長手方向に移動する注入差動弁（図示せず）を用いて流路を切り換えるようにしてもよい。
【００５８】
注入管２０に関し、前述の実施形態では３重管によって構成されていたが、２重管で構成してもよいし、４重管によって構成してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 地盤改良装置
１０ 造成マシン
２０ 注入管
２１ 下端部分
２２ 削孔ビット
２３ 注入管スイベル
２４ 内管（２４ａ 内管流路）
２５ 中管（２５ａ 中管流路）
２６ 外管（２６ａ 外管流路）
２７ 閉塞部材（２７ａ 内部空間）
２８ 水路形成部材
２９ 削孔水流路
３１ 分流空部
３２ 外管連通路
３３ ノズル連通路
３４ 下側ノズル空部
３５ 下側ノズル
３６ 下側遮蔽弁
３７ 上側ノズル空部
３８ 上側ノズル
３９ 上側遮蔽弁
５１ 鋼矢板
５２ 人孔部
５３ 河川堤防
Ｇ 地盤
ＧＨ ガイドホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流路、前記第１流路の外側を囲む第２流路、前記第２流路の外側を囲む第３流路、及び、一端が第１逆止弁を介して前記第２流路に接続され、かつ、他端が第２逆止弁を介して前記第３流路に接続される共通流路を形成する多重管と、
前記多重管の下端部側面に設けられ、前記第１流路を流れる第１高圧流体と前記共通流路を流れる高圧流体とを噴射する共通ノズルとを備え、
前記第１逆止弁を、前記第２流路内の流体圧力が前記共通流路内の流体圧力よりも高い場合に開放されるものとするとともに、前記第２逆止弁を、前記第３流路内の流体圧力が前記共通流路内の流体圧力よりも高い場合に開放されるものとし、
前記第２流路を流れる第２高圧流体の圧力を、前記第３流路内の流体圧力よりも高くすることで、前記第１高圧流体と前記第２高圧流体とを前記共通ノズルから噴射させ、
前記第３流路を流れる第３高圧流体の圧力を、前記第２流路内の流体圧力よりも高くすることで、前記第１高圧流体と前記第３高圧流体とを前記共通ノズルから噴射させることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
前記多重管には、地盤を削孔する削孔ビットが下端に設けられるとともに、前記第２流路と前記第３流路の何れかに連通され、地盤の削孔時に前記削孔ビットに供給される削孔水が流れる削孔水流路が形成され、
前記第１流路の下端には、前記第１流路に内部空間が連通された弾性体によって作製され、前記第１高圧流体の前記内部空間への供給に伴って膨張されて前記削孔水流路を塞ぐ閉塞部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
【請求項３】
前記第１逆止弁は、前記第２流路との境界となる開口を前記共通流路側から塞ぐ閉塞状態と当該開口から離れた開放状態とに変換可能な板状ゴムであり、
前記第２逆止弁は、前記第３流路との境界となる開口を前記共通流路側から塞ぐ閉塞状態と当該開口から離れた開放状態とに変換可能な他の板状ゴムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良装置。
【請求項４】
前記多重管の下端部側面であって前記多重管の周方向における前記共通ノズルと反対の位置に、前記第１高圧流体と前記第２流路を流れる第２高圧流体とを噴射する他のノズルが設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の地盤改良装置。
【請求項５】
前記第１高圧流体を高圧で供給される硬化材とするとともに、
前記第２高圧流体と前記第３高圧流体の一方を高圧で供給される空気とし、他方を高圧で供給される空気と気泡剤の混合物とすることを特徴とする請求項４に記載の地盤改良装置。
【請求項１】
第１流路、前記第１流路の外側を囲む第２流路、前記第２流路の外側を囲む第３流路、及び、一端が第１逆止弁を介して前記第２流路に接続され、かつ、他端が第２逆止弁を介して前記第３流路に接続される共通流路を形成する多重管と、
前記多重管の下端部側面に設けられ、前記第１流路を流れる第１高圧流体と前記共通流路を流れる高圧流体とを噴射する共通ノズルとを備え、
前記第１逆止弁を、前記第２流路内の流体圧力が前記共通流路内の流体圧力よりも高い場合に開放されるものとするとともに、前記第２逆止弁を、前記第３流路内の流体圧力が前記共通流路内の流体圧力よりも高い場合に開放されるものとし、
前記第２流路を流れる第２高圧流体の圧力を、前記第３流路内の流体圧力よりも高くすることで、前記第１高圧流体と前記第２高圧流体とを前記共通ノズルから噴射させ、
前記第３流路を流れる第３高圧流体の圧力を、前記第２流路内の流体圧力よりも高くすることで、前記第１高圧流体と前記第３高圧流体とを前記共通ノズルから噴射させることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
前記多重管には、地盤を削孔する削孔ビットが下端に設けられるとともに、前記第２流路と前記第３流路の何れかに連通され、地盤の削孔時に前記削孔ビットに供給される削孔水が流れる削孔水流路が形成され、
前記第１流路の下端には、前記第１流路に内部空間が連通された弾性体によって作製され、前記第１高圧流体の前記内部空間への供給に伴って膨張されて前記削孔水流路を塞ぐ閉塞部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
【請求項３】
前記第１逆止弁は、前記第２流路との境界となる開口を前記共通流路側から塞ぐ閉塞状態と当該開口から離れた開放状態とに変換可能な板状ゴムであり、
前記第２逆止弁は、前記第３流路との境界となる開口を前記共通流路側から塞ぐ閉塞状態と当該開口から離れた開放状態とに変換可能な他の板状ゴムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良装置。
【請求項４】
前記多重管の下端部側面であって前記多重管の周方向における前記共通ノズルと反対の位置に、前記第１高圧流体と前記第２流路を流れる第２高圧流体とを噴射する他のノズルが設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の地盤改良装置。
【請求項５】
前記第１高圧流体を高圧で供給される硬化材とするとともに、
前記第２高圧流体と前記第３高圧流体の一方を高圧で供給される空気とし、他方を高圧で供給される空気と気泡剤の混合物とすることを特徴とする請求項４に記載の地盤改良装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１３６８４３（Ｐ２０１２−１３６８４３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８８７１４（Ｐ２０１０−２８８７１４）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（５０９２３５５４５）株式会社ＳＥＥＴ (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（５０９２３５５４５）株式会社ＳＥＥＴ (7)
【Ｆターム（参考）】
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