JP2002227184A - 超音波を利用した地盤改良工法、及び地盤改良撹拌機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地盤に改良連続壁体を造設して地盤の支持力
を向上させる地盤改良工法において、地盤の土砂と固化
材スラリーとを十分に混合して、安定した品質の改良連
続壁体を造設する手段を提供すること。 【解決手段】 基礎が設けられるべき地盤を壁状に掘削
し、該地盤中の土砂と固化材スラリーとを混合すること
により地中に改良連続壁体を造設して、地盤の支持力を
向上させる地盤改良工法において、前記改良連続壁体を
造設すべき範囲で、地盤を掘削する空掘工程（Ｓ１）
と、掘削された地盤の土砂と固化材スラリーとを、超音
波による振動を与えながら混合して改良土を作製する改
良土作製工程（Ｓ２）と、前記改良土を所定期間放置し
て固化させる養生工程（Ｓ３）とを含む超音波を利用し
た地盤改良工法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤に改良連続壁
体を造設して地盤の支持力を向上させる地盤改良工法、
及び該工法に用いる地盤改良撹拌機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、軟弱な地盤の支持力を向上させ
るための地盤改良工法として、地盤に、図６（ａ）に示
す柱体状の改良柱体Ｂや、図６（ｂ）に示す壁体状の改
良連続壁体Ａが造設される。

【０００３】前記改良柱体Ｂは、図７に示すようなプラ
ントを用いて造設される。該プラントは、図に示すよう
に、地盤３を掘削及び撹拌する掘削撹拌翼２５を備えた
地盤改良撹拌機２６が、自走可能な建設機械２７に支持
された支柱２８に昇降自在且つ回転自在に設けられ、ミ
キサー２９により、水とセメント等の固化材とが混練さ
れて作製された固化材スラリーが、ポンプ３０により、
前記地盤改良撹拌機２６に圧送される構成となってお
り、適当な回転駆動源３１により地盤改良撹拌機２６の
掘削撹拌翼２５を回転させて地盤３に貫入することによ
り、改良柱体を造設すべき地盤を所定の深さまで空掘り
した後、固化材スラリーを土砂中に注入し、かつ掘削撹
拌翼２５を回転させながら地盤改良撹拌機２６を引き上
げて、固化材スラリーと土砂とを混合して改良土を作製
し、該改良土を所定期間放置して固化させて、前記改良
柱体Ｂを造設する。

【０００４】一方、前記改良連続壁体Ａを造設する場合
は、まず、図８に示すような掘削機３２、又は、図外の
パワーショベル等の建設機械を用いて地盤３を所定の壁
状で空掘りする。前記掘削機３２は、掘削部３４と、該
掘削部３４を支持すると共に、水平方向へ移動させる地
上走行車３５とからなる。前記掘削部３４は、前記地上
走行車３５の支持フレーム３５ａに昇降可能に支持され
たガイドフレーム３４ａと、該ガイドフレーム３４ａの
上下端部に設けられた図外の駆動源と連動するスプロケ
ット３４ｂと、これらスプロケット３４ｂに巻き掛けら
れた無端チェーン３４ｃと、該無端チェーン３４ｃに多
数固設されたカッター３３とを具備し、前記無端チェー
ン３４ｃを回転させることで、前記カッター３３を回動
させて、地盤を掘削するものである。したがって、この
掘削機３２によれば、地盤を下方にのみならず、水平方
向にも掘削することが可能であり、パワーショベル等よ
り、能率よく空掘を行うことができる。

【０００５】つぎに、上記プラントを用い、図９に示す
ように、前記建設機械２７を空掘した箇所に沿って移動
させながら、固化材スラリーを土砂中に注入し、固化材
スラリーと土砂とを混合して改良土を作製し、最後に、
該改良土を所定期間放置して固化させて、前記改良連続
壁体Ａを造設する。

【０００６】上述した地盤改良工法では、改良連続壁体
Ａ等の強度等は土砂と固化材スラリーを混合してなる改
良土に依存したものとなるので、安定した品質の改良連
続壁体Ａ等を造設するためには、土砂と固化材スラリー
とを十分に混合して良質な改良土を作製することが重要
である。しかし、地盤の土砂が粘土質である場合や繊維
質の泥炭が含まれる場合等には、地盤改良撹拌機２６を
用いて土砂と固化材スラリーとを混合する際に、粘性の
高い土砂や泥炭が地盤改良撹拌機２６の掘削撹拌翼２５
に付着して又は絡み付いて団子状の塊となり、地盤改良
撹拌機２６の混合効率は著しく低下して、十分に混合さ
れていない改良土が塊のまま改良連続壁体中に残ること
があるので、改良連続壁体Ａ等の品質が不安定なものと
なり、また、改良連続壁体Ａ等の強度が著しく劣り、所
望の支持力を発揮できないおそれもある。

【０００７】これを防止するために、共回り防止翼を備
えた地盤改良撹拌機を用いた地盤改良工法や、前記地盤
改良撹拌機２６を高速回転させる工法、又は固化材スラ
リーを少量ずつ必要量に達するまで供給しながら、長時
間に渡って地盤を撹拌する工法等が考案されている。

【０００８】図１０に示す共回り防止翼３８を具備した
地盤改良撹拌機２６Ａによれば、回転軸３６に突設され
た掘削撹拌翼３７を、一定方向に回転して、地盤を撹拌
すると共に、前記回転軸３６に回転自在に取付られた共
回り防止翼３８は、その先端部分が掘削されていない地
盤中に貫入されて保持されるため、掘削撹拌翼３７に付
着して共に回転しようとする土砂等は、この共回り防止
翼３８に係止され、或いは、塊状となった土砂等がせん
断されて、共回り現象の発生を防止し、このことによっ
て、土砂と固化材スラリーとを確実に混合することがで
きる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この地盤改良
撹拌機２６Ａの共回り防止翼３８は、前記改良柱体Ｂを
造設する場合には、有効であるが、前記改良連続壁体Ａ
を造設するにあたっては、あまり有効ではない。すなわ
ち、改良柱体Ｂを造設する場合は、前記共回り防止翼３
８の先端部分が貫入されるべき固い地盤が、上から見て
円状に形成されており、前記共回り防止翼３８はしっか
りと保持されるのに対し、改良連続壁体Ａを造設する場
合は、前記固い地盤は、平行に対向した地盤のみである
ことから、前記共回り防止翼３８をしっかりと保持させ
ることが困難であり、したがって、共回り現象の発生を
防止することも困難である。

【００１０】一方、地盤改良撹拌機２６を高速回転させ
る工法では、地盤改良撹拌機２６を支持するための建設
機械２７や回転力を与えるための駆動源３１等を、高速
回転に対応させるために大型化する必要があるので、プ
ラント全体が高価なものとなり、さらに該プラントを地
盤改良すべき宅地に配送する費用も高額となるので、地
盤改良工法の施工コストが高くなる。また、プラントを
大型化すれば、狭小地では該プラントを使用することが
困難となるので、狭小地の地盤改良を行うことができな
い。

【００１１】他方、固化材スラリーを少量ずつ必要量に
達するまで供給しながら、地盤を長時間に渡って撹拌す
る工法では、地盤改良工法の施工期間が長期化するの
で、施工コストが高くなる。さらに、長時間に渡って地
盤の撹拌を行うと、一旦固化し始めた改良土をも再度撹
拌することとなり、却って改良土の品質を劣化させる場
合も生ずる。

【００１２】さらにまた、前記した掘削機３２の前記カ
ッター３３を、掘削と撹拌の双方をすることができる掘
削撹拌翼に取り替えて、掘削工程と撹拌工程を同じ装置
で行うことも考えられるが、このようにすれば、土砂が
掘削撹拌翼と共に共回りするため、混合効率の低下を招
くという問題がある。

【００１３】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたも
のであり、地盤に改良連続壁体を造設して地盤の支持力
を向上させる地盤改良工法において、地盤の土砂と固化
材スラリーとを十分に混合して、安定した品質の改良連
続壁体を造設する手段を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の超音波を利用した地盤改良工法は、
基礎が設けられるべき地盤を壁状に掘削し、該地盤中の
土砂と固化材スラリーとを混合することにより地中に改
良連続壁体を造設して、地盤の支持力を向上させる地盤
改良工法において、前記改良連続壁体を造設すべき範囲
で、地盤を掘削する空掘工程と、掘削された地盤の土砂
と固化材スラリーとを、超音波による振動を与えながら
混合して改良土を作製する改良土作製工程と、前記改良
土を所定期間放置して固化させる養生工程とを含むもの
であることを特徴としている。

【００１５】請求項２記載の超音波を利用した地盤改良
工法は、請求項１記載の超音波を利用した地盤改良工法
において、前記空掘工程は、超音波による振動を与えな
がら地盤を掘削するものであることを特徴としている。

【００１６】請求項３記載の地盤改良撹拌機は、基礎が
設けられるべき地盤を壁状に掘削し、該地盤中の土砂と
固化材スラリーとを混合することにより地中に改良連続
壁体を造設するための地盤改良撹拌機であって、上下端
部に駆動源と連動するスプロケットが設けられたガイド
フレームと、前記スプロケットに巻き掛けられた無端チ
ェーンと、該無端チェーンに複数固設された翼状体とを
具備し、前記翼状体を回動させることにより、地盤の掘
削又は撹拌の一方又は双方をする掘削撹拌部と、前記掘
削撹拌部により撹拌される土砂に、前記掘削撹拌部に設
けられた吐出口から固化材スラリーを注入する固化材ス
ラリー注入部と、前記掘削撹拌部を支持すると共に、水
平方向へ移動させる掘削撹拌部移動手段と、前記翼状体
の近傍に設けられた超音波発振器とを具備してなるもの
であることを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明の実施の形態に係る地盤改
良工法は、図１に示すように、改良すべき地盤を連続壁
体を造設すべき範囲で掘削する空掘工程（Ｓ１）と、掘
削された地盤の土砂と固化材スラリーとを、超音波によ
る振動を与えながら混合して改良土を作製する改良土作
製工程（Ｓ２）と、前記改良土を所定期間放置して固化
させる養生工程（Ｓ３）とからなるものである。以下、
詳細に説明する。

【００１８】図２及び図３に示すように、前記地盤改良
工法に用いる地盤改良撹拌機１は、縦方向に掘削撹拌翼
（翼状体）２を回動させて地盤３を掘削し、又は、掘削
された土砂を撹拌する掘削撹拌部４と、該掘削撹拌部４
により撹拌される土砂に前記掘削撹拌部４の一部に設け
られた吐出口５ａから固化材スラリーを注入する固化材
スラリー注入部５と、前記掘削撹拌部４を支持すると共
に水平方向へ移動させる、例えば地上走行車（掘削撹拌
部移動手段）６と、前記掘削撹拌翼２の近傍に設置され
た超音波発振器７とを具備してなるものである。

【００１９】前記掘削撹拌部４は、前記地上走行車６に
支持アーム８を介し、その長手方向を鉛直方向にして支
持されたガイドフレーム９と、該ガイドフレーム９の上
端に設けられ、図外の駆動源と連動して回転駆動する駆
動側スプロケット１０と、前記ガイドフレーム９の下端
に設けられた従動側スプロケット１１と、これらスプロ
ケット１０、１１に巻き掛けられた無端チェーン１２と
を具備しており、さらに、前記無端チェーン１２には、
外向きに掘削撹拌翼２が複数固設されている。なお、前
記支持アーム８は、その中間において先端が例えば左側
に折曲され、該先端部は前記地上走行車６の左側部より
さらに突出されている。

【００２０】また、前記ガイドフレーム９には、その両
側部において、長手方向にラック１３が固設されてお
り、これに噛合わされて前記支持アーム８上に設けられ
たピニオンギヤ１４を駆動させることによって、該ガイ
ドフレーム９と共に、前記掘削攪拌部４全体が昇降する
ようになっている。

【００２１】さらにまた、前記ラック１３に付着する土
砂を排除するために、前記ラック１３に向けて高圧水を
噴射する高圧水噴射器１５が、前記支持アーム８上に設
けられており、付着した土砂を排除して前記ピニオンギ
ヤ１４と前記ラック１３の噛み合いを円滑に行わせるよ
うになっている。

【００２２】前記超音波発振器７は、図４に示すよう
に、前記ガイドフレーム９に沿って例えば4箇所に設け
られたものであって、防水ボックス１６内の前記掘削撹
拌翼２側に圧電素子等の振動体１７が複数固定され、こ
れら振動体１７にパルス電圧を印可するための導線１８
が夫々配線されてなるものであり、該導線１８は、前記
防水ボックス１６内を通過して地上まで配線されてい
る。そして、地上において前記パルス電圧が制御される
ことにより、超音波発振器７の動作が制御されるものと
なっている。

【００２３】前記固化材スラリー注入部５は、ミキサー
１９等により作製された固化材スラリーを圧送する搬送
ポンプ２２と、該搬送ポンプ２２と前記ガイドフレーム
９内に通じる受口部２１とを接続するゴムチューブ等の
可撓性素材からなる配管２０と、前記受口部２１から前
記ガイドフレーム９内を通って、下部まで配管された内
部配管２３と、該内部配管２３の先端部であって、前記
ガイドフレーム９の内部から外部へ向けて突出された吐
出口５ａとからなる。

【００２４】以下、前記地盤改良撹拌機１を用いた本実
施の形態に係る地盤改良工法について図５に基づき説明
する。

【００２５】本地盤改良工法においては、まず最初に空
掘工程が行われる。改良連続壁体を造設すべき地盤に前
記地盤改良撹拌機１を移動させて、図５（ａ）に示すよ
うに、地盤３に掘削撹拌部４を前記無端チェーン１２を
回転させながら、下降させてゆき、地盤３を空掘りす
る。前記掘削撹拌部４の下端が所定の深さに到達した後
は、図５（ｂ）に示すように、前記無端チェーン１２を
回転させたまま、前記地上走行車６をゆっくりと移動さ
せて、空掘りした部分（以下、「空掘部」という。）を
一定方向へ所定長さまで拡張し、壁体状に空掘部を形成
する。

【００２６】上記した地盤３の空掘り後、改良土作製工
程が行われる。図５（ｃ）に示すように、図外の前記ポ
ンプ２２により固化材スラリーを前記ガイドフレーム９
の内部配管２３に配管２０を介して圧送し、該固化材ス
ラリーを前記吐出口５ａから吐出させながら、前記無端
チェーン１２を回転させ、さらに、前記超音波発振器７
から超音波を発振させながら、前記地上走行車６を空掘
部に沿って端から端まで１回走行させる。

【００２７】この超音波発振器７により発振された超音
波は、土砂に含まれる水分を振動させて、無数の真空の
空洞を生じさせる、いわゆるキャビテーション現象を引
き起こす。これに伴って、土砂粒子間の結合は分解さ
れ、塊状の土砂は粉砕される。そして、前記真空の空洞
が消失する際に、該空洞が存在していた空間に土砂と固
化材スラリーの粒子が突入して相互に衝突し合い、土砂
と固化材スラリーとが混合されると共に、該衝突により
衝撃性の強い音響エネルギーが液体中に放出され、該音
響エネルギーも又、土砂粒子間の結合の分解を促進す
る。

【００２８】一方、超音波により粉砕された土砂は、前
記掘削撹拌翼２の撹拌により、前記吐出口５ａから注入
される固化材スラリーと混合される。このように、掘削
撹拌翼２による撹拌と超音波発振器７によるキャビテー
ション現象により、塊状の土砂を粉砕するとともに土砂
と固化材スラリーとを混合する。

【００２９】なお、本実施の形態では、改良土作製工程
において地盤改良撹拌機１の掘削撹拌部４を空掘部の端
から端まで１回だけ走行させるものとしたが、地盤の質
や固化材スラリーとの混合比率等を考慮して、該回数を
増やすこととしてもよい。

【００３０】土砂と固化材スラリーとの混合を終えた後
に養生工程が行われ（図５(ｄ)）、前記改良土が所定期
間放置されて固化することにより、改良連続壁体Ａが造
設される。改良連続壁体Ａを複数箇所に造設する場合
は、以上の工程を繰返し所定の箇所に造設する。

【００３１】このように、本実施の形態に係る地盤改良
工法によれば、前記地盤改良撹拌機１を用いて、掘削さ
れた地盤の土砂と固化材スラリーとを、超音波による振
動を与えながら前記掘削撹拌翼２の撹拌により混合して
改良土を作製するので、塊状の土砂が粉砕され前記掘削
撹拌翼２と塊状の土砂が共回りすることが防止され、か
つ、土砂と固化材スラリーとの混合効率が向上される。
これにより、良質な改良土が作製され、改良連続壁体Ａ
の品質を安定的に確保することができる。

【００３２】なお、本実施の形態に係る地盤改良工法で
は、改良土作製工程において超音波を発振するものとし
たが、空掘工程においても超音波を発振するものとして
もよい。空掘工程において超音波を発振することによ
り、土砂に前記キャビテーション現象が生じて、土砂粒
子間の結合が分解されて、塊状の土砂が粉砕される。

【００３３】また、本実施の形態に係る地盤改良撹拌機
１においては、超音波発振器７は、前記ガイドフレーム
９に設けるものとしたが、超音波発振器７を設けるべき
位置や個数は任意に設定してもよい。さらに、本実施の
形態で示した超音波発振器７に代えて、従来より周知な
任意の超音波発振器を用いることも可能である。

【００３４】

【発明の効果】請求項１記載の超音波を利用した地盤改
良工法は、改良連続壁体を造設すべき範囲で、地盤を掘
削する空掘工程と、掘削された地盤の土砂と固化材スラ
リーとを、超音波による振動を与えながら混合して改良
土を作製する改良土作製工程と、前記改良土を所定期間
放置して固化させる養生工程とを含むものであるので、
改良土の混合効率が向上されて、良質な改良土を安定的
に作製することができ、改良連続壁体の品質を安定した
ものとすることができる。

【００３５】請求項２記載の超音波を利用した地盤改良
工法は、請求項１記載の超音波を利用した地盤改良工法
において、前記空掘工程は、超音波による振動を与えな
がら地盤を掘削するものであるので、土砂に前記キャビ
テーション現象が生じて、土砂粒子間の結合が分解され
て、塊状の土砂が粉砕される。これにより、固化材スラ
リーとの混合を促進することができる。

【００３６】請求項３記載の地盤改良撹拌機は、上下端
部に駆動源と連動するスプロケットが設けられたガイド
フレームと、前記スプロケットに巻き掛けられた無端チ
ェーンと、該無端チェーンに複数固設された翼状体とを
具備し、前記翼状体を回動させることにより、地盤の掘
削又は撹拌の一方又は双方をする掘削撹拌部と、前記掘
削撹拌部により撹拌される土砂に、前記掘削撹拌部に設
けられた吐出口から固化材スラリーを注入する固化材ス
ラリー注入部と、前記掘削撹拌部を支持すると共に、水
平方向へ移動させる掘削撹拌部移動手段と、前記翼状体
の近傍に設けられた超音波発振器とを具備してなるもの
であるので、地盤を壁状に掘削する能率及び壁状に掘削
された土砂を撹拌する能率が格段に向上する。また、土
砂に超音波による振動を与えるとともに、翼状体の回動
により土砂と固化材スラリーとを混合することにより、
請求項１記載の地盤改良工法と同様の効果も得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る地盤改良施工法の工
程を示すフローチャートである。

【図２】本発明の実施の形態に係る地盤改良撹拌機等の
構成を示す図である。

【図３】地盤改良撹拌機の正面図である。

【図４】ガイドフレームの一部及びその周辺部を示した
斜視図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る地盤改良工法の説明
図である。

【図６】地盤の支持力を高めるための改良柱体及び改良
地中連続壁体を示す概略斜視図である。

【図７】従来例に係る地盤改良施工法及び地盤改良撹拌
機の説明図である。

【図８】従来例に係る地盤改良施工法、及び、該工法に
おいて使用される掘削機についての説明図である。

【図９】従来例に係る地盤改良施工法、及び、該工法に
おいて使用される地盤改良撹拌機についての説明図であ
る。

【図１０】従来例に係る地盤改良施工法において使用さ
れる地盤改良撹拌機の概略図である。

【符号の説明】

Ａ 改良連続壁体 １ 地盤改良撹拌機 ２ 掘削撹拌翼（翼状体） ３ 地盤 ４ 掘削撹拌部 ５ 固化材スラリー注入部 ５ａ 吐出口 ６ 地上走行車（掘削撹拌部移動手段） ７ 超音波発振器 ９ ガイドフレーム １０ 駆動側スプロケット １１ 従動側スプロケット １２ 無端チェーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥野 智彦 大阪市北区大淀中１丁目１番88号 積水ハ ウス株式会社内 Ｆターム(参考） 2D040 AA01 AB05 BB01 BD03 BD06 EA01 EB00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基礎が設けられるべき地盤を壁状に掘削
   し、該地盤中の土砂と固化材スラリーとを混合すること
   により地中に改良連続壁体を造設して、地盤の支持力を
   向上させる地盤改良工法において、 前記改良連続壁体を造設すべき範囲で、地盤を掘削する
   空掘工程と、 掘削された地盤の土砂と固化材スラリーとを、超音波に
   よる振動を与えながら混合して改良土を作製する改良土
   作製工程と、 前記改良土を所定期間放置して固化させる養生工程とを
   含むものであることを特徴とする超音波を利用した地盤
   改良工法。
2. 【請求項２】 前記空掘工程は、超音波による振動を与
   えながら地盤を掘削するものであることを特徴とする請
   求項１記載の超音波を利用した地盤改良工法。
3. 【請求項３】 基礎が設けられるべき地盤を壁状に掘削
   し、該地盤中の土砂と固化材スラリーとを混合すること
   により地中に改良連続壁体を造設するための地盤改良撹
   拌機であって、 上下端部に駆動源と連動するスプロケットが設けられた
   ガイドフレームと、前記スプロケットに巻き掛けられた
   無端チェーンと、該無端チェーンに複数固設された翼状
   体とを具備し、前記翼状体を回動させることにより、地
   盤の掘削又は撹拌の一方又は双方をする掘削撹拌部と、 前記掘削撹拌部により撹拌される土砂に、前記掘削撹拌
   部に設けられた吐出口から固化材スラリーを注入する固
   化材スラリー注入部と、 前記掘削撹拌部を支持すると共に、水平方向へ移動させ
   る掘削撹拌部移動手段と、 前記翼状体の近傍に設けられた超音波発振器とを具備し
   てなるものであることを特徴とする地盤改良撹拌機。