説明

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、ノズルの下側部分についての洗浄効率を高めることができ、洗浄作業の効率化を図る。
【解決手段】
本発明の地盤改良装置1は、内管流路24aと内管流路24aの外側を囲む外管流路26aを形成する注入管20と、二重型ノズルによって構成され、内管流路24aを流れる硬化材と外管流路26aを流れる高圧空気とを噴射する上側ノズル38とを備える。そして、外管流路26aの最下部である分流空部31を下側ノズル35の高さ位置よりも低く定め、分流空部31と下側ノズル35との間を下側ノズル35に向かって上昇するノズル連通路33によって連通し、高圧空気に代えて洗浄液を外管流路26aに供給することで、下側ノズル35を下側から洗浄する。

【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装置において、多重管を注入管とするものが知られている。例えば、特許文献1に記載の装置は、高圧水(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。
【0003】
この注入管の下端部側面には、高圧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。図10に示すように、噴射ノズルNは、中心部分N1から高圧水を噴射し、外周部分N2から空気を噴射する二重型ノズルによって構成されている。また、注入管Pの下端には削孔ビット(図示せず)が設けられており、注入管Pを軸回りに回転させながら押し下げてガイドホールを自削孔した後に、注入管Pを軸回りに回転させながら引き上げることで、地盤に固結体を造成できる構成になっている。
【0004】
この装置では、自削孔時において噴射ノズルNからは高圧水や空気が噴射されないため、切削で生じた土砂が噴射ノズルNに詰まる虞がある。噴射ノズルNが目詰まりした場合、その後の改良工程で噴射ノズルNから高圧水や空気を噴射させても、詰まった土砂を除去できないことがある。空気を噴射する外周部分N2の隙間は、高圧水を噴射する中心部分N1の直径よりも狭くなっている。そして、空気が目詰まりを除去する力は水よりも小さいので、外周部分N2において目詰まりが残ってしまう可能性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【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】
【0006】
噴射ノズルNの目詰まりを除去するため、空気流路Fから洗浄水を供給して洗浄することが考えられる。しかし、図9(b)に矢印で示すように、空気流路Fを上から下へと流れる洗浄水は、噴射ノズルNにおける上側部分に流れ込み易い。そして、外周部分N2の全周に亘って目詰まりが生じていた場合、上部の目詰まりが除去されると、その後は、洗浄水が上部から流出する。その結果、外周部分N2の下部については目詰まりの除去が難しいといった問題があった。従って、現場では、そのような場合には、注入管Pを引き上げて噴射ノズルNの清掃を行う必要があった。
【0007】
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、多重ノズルから空気及び他の流体を噴射させて地盤を改良する地盤改良装置において、多重ノズルの下側部分に対する洗浄効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するため、本発明の地盤改良装置は、第1流路、及び前記第1流路の外側を囲む第2流路を形成する多重管と、前記第1流路に連通された内側部分、及び、前記第2流路に連通されて前記内側部分の外側を囲む外側部分を有し、前記第1流路を流れる高圧流体と前記第2流路を流れる高圧空気とを噴射する多重ノズルとを備え、前記第2流路の最下部を前記ノズルの高さ位置よりも低く定め、前記最下部と前記多重ノズルとの間を前記多重ノズルに向かって上昇する折り返し部分によって連通し、前記高圧空気に代えて洗浄液を前記第2流路に供給することで、前記多重ノズルを洗浄するように構成したことを特徴とする。
【0009】
本発明の地盤改良装置によれば、第2流路を流れる洗浄液は、多重ノズルよりも低い位置まで流下した後に上昇して多重ノズルに流入する。すなわち、多重ノズルの下側部分から洗浄液が流入する。これにより、従来洗浄が困難であった多重ノズルの下側部分について、上側部分よりも優先して目詰まりを除去できる。また、多重ノズルの下側部分が洗浄されることで、上側部分の土砂が落下しやすくなる。このように、多重ノズルの全周に亘って土砂が洗浄され易くなるため、多重管を引き上げずに洗浄液の供給によって多重ノズルの清掃を行うことも可能となる。その結果、洗浄作業の効率化を図ることができる。
【0010】
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、前記削孔ビットと前記第2流路との間を、削孔水流路によって開閉可能な状態で連通し、地盤の削孔時に、前記第2流路を、削孔水を供給するための流路として用いる場合には、第2流路を削孔水の供給にも用いることができ、注入管について構成の簡素化が図れる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、多重管の先端側面に設けた多重ノズルから高圧流体を噴射させて地盤を改良する地盤改良装置において、多重ノズルの下側部分についての洗浄効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【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】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8】閉塞ノズルの洗浄時におけるノズル周辺の部分拡大図である。
【図9】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。
【図10】従来技術を説明する図であり、(a)はノズルの正面図、(b)はノズルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。外管流路26aは第2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。中管流路25aは第3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には高圧空気が供給される。なお、各流路24a〜26aに流れる流体については後で説明する。
【0018】
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。
【0019】
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ているため、削孔水流路29を通じて削孔水を排出しながら地盤Gを削孔すると、削孔時の抵抗低減や刃の目詰まりを防止が図れ、削孔を円滑に行うことができる。
【0020】
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。従って、この分流空部31は、外管流路26aの最下部ということができる。
【0021】
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。ここで、下側ノズル空部34は分流空部31よりも上方に位置するので、ノズル連通路33は、分流空部31と下側ノズル35との間を下側ノズル35に向かって上昇する折り返し部分に相当する。
【0022】
下側ノズル35は、二重型ノズルによって構成されており、図8に拡大して示すように、内管流路24aを流れる高圧流体を中心部分35a(内側部分に相当する)から噴射させ、外管流路26aを流れる高圧流体を、中心部分35aの外側を囲む外周部分35b(外側部分に相当する)から噴射させる。なお、この下側ノズル35において、外周部分35bにおける流路の断面積は、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。
【0023】
図2に示すように、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。
【0024】
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を流れる高圧流体を中心部分から噴射させ、中管流路25a又は外管流路26aを流れる高圧流体を外周部分から噴射させる。なお、上側ノズル38による流体の噴射方向は、下側ノズル35の噴射方向と反対である。そして、この上側ノズル38においても、外周部分における流路の断面積は、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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
図5に示すように、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。
【0032】
このとき、注入管20が軸回りに回転するので、削孔ビット22で削られた土砂が各ノズル35,38に入り込む。なお、削孔水はノズル連通路33を通じて各ノズル35,38流れ込むが、その大半が削孔水流路29から排出されているため、入り込む土砂を押し戻すことは難しい場合がある。このため、各ノズル35,38は入り込んだ土砂によって目詰まりすることがある。
【0033】
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。
【0034】
各ノズル35,38における外周部分からは空気が噴射されるが、先に行われた削孔時において目詰まりが生じると、空気によって外周部分の上部については目詰まりの除去が期待できる。しかし、上部の目詰まりが除去されると、その部分から空気が噴射されるため、下部の目詰まりについては除去されにくい。
【0035】
そこで、ノズルが目詰まりした閉塞時において、この地盤改良装置1では、図5に示すように、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。
【0036】
図7(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。
【0037】
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。
【0038】
このように、洗浄液は、下側ノズル空部34及び上側ノズル空部37の下側から流入する。そして、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。このため、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。
【0039】
図8は、下側ノズル35の周辺部分を拡大して示す断面図である。この図では、下側ノズル35に流れ込む洗浄水の経路を矢印によって示している。外管流路26aから外管連通路32を通じて分流空部31に流れ込んだ洗浄水は、ノズル連通路33を上昇して下側ノズル空部34に流入する。ここで、下側ノズル35が二重型ノズルによって構成され、洗浄液が下側ノズル空部34の下側から流入するので、下側ノズル35の外周部分35bにおいても洗浄液は下側から流入する。このように、洗浄液は、外周部分35bの下側から流入して流れるので、外周部分35bの下部から排出されやすい。なお、以上は下側ノズル35についての説明であるが、上側ノズル38についても同様にあてはまる。すなわち、洗浄液は、上側ノズル38における外周部分の下部から排出されやすい。
【0040】
目詰まりした各ノズル35,38において、外周部分の下部に詰まっていた土砂が排出されると、この土砂の排出によって生じた空部に周辺の土砂が落下しやすくなり、各ノズル35,38の目詰まりを効率よく除去することができる。その結果、従来は注入管20を地上に引き上げて行っていた各ノズル35,38の洗浄を地中で行うことができる。
【0041】
そして、洗浄水を各ノズル35,38へ供給するに際しては、外管流路26aの高圧空気に代えて洗浄水を供給し、この洗浄水圧力を中管流路25aの圧力(大気圧)よりも高くすればよい。このため、地上からの操作によって容易に洗浄を行うことができる。
【0042】
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。
【0043】
まず、洗浄液に関し、清水以外のものも用いることができる。例えば、清水に界面活性剤を添加したものを用いてもよい。また、溶剤成分を含有させた水を用いてもよい。
【0044】
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。
【0045】
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及びノズル連通路33を通じて下側ノズル空部34に流入するように構成されていた。この先端部分に関し、図9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。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。
【0046】
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。
【0047】
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。また、各ノズル35,38についても、三重型ノズルのような多重ノズルを用いることができる。
【符号の説明】
【0048】
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
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、及び前記第1流路の外側を囲む第2流路を形成する多重管と、
前記第1流路に連通された内側部分、及び、前記第2流路に連通されて前記内側部分の外側を囲む外側部分を有し、前記第1流路を流れる高圧流体と前記第2流路を流れる高圧空気とを噴射する多重ノズルとを備え、
前記第2流路の最下部を前記ノズルの高さ位置よりも低く定め、前記最下部と前記多重ノズルとの間を前記多重ノズルに向かって上昇する折り返し部分によって連通し、
前記高圧空気に代えて洗浄液を前記第2流路に供給することで、前記多重ノズルを洗浄するように構成した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流路と前記削孔ビットとの間を開閉可能な状態で連通する削孔水流路が設けられ、
地盤の削孔時に、前記第2流路を、削孔水を供給するための流路として用いることを特徴とする請求項1に記載の地盤改良装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図8】
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【図9】
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【図7】
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【図10】
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【公開番号】特開2012−136844(P2012−136844A)
【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2010−288715(P2010−288715)
【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)】