JP2009019375A - 地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業性および経済性を向上させることが可能であるとともに、高品質な地盤改良体の製作を可能とした地盤改良方法を提案する。
【解決手段】先端に掘削刃部３０を備えた掘削軸２を、回転させながら下降させることで地盤Ｇを掘削し、該掘削軸２を利用して掘削土砂と固化剤とを撹拌混合することにより地盤改良を行う地盤改良方法であって、掘削剤のみを注入しつつ地盤Ｇの掘削を行う掘削工程と、掘削軸２を回転させるとともに引揚げつつ固化剤を注入することで掘削土砂と固化剤との撹拌混合を行う改良工程と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、原位置において原地盤と固化材とを撹拌混合することにより地盤改良を行う地盤改良方法に関する。

先端部に形成された掘削刃部と、掘削刃部の上方に形成された撹拌翼とを備えた掘削軸を、自転させながら下降させることにより地盤の掘削を行うとともに、固化材と掘削土砂との撹拌混合を原位置にて行う地盤改良方法がある。

このような従来の地盤改良方法は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、掘削軸１１０を回転させつつ固化材Ｃを注入しながら下降させることにより掘削刃部１２０による地盤Ｇの掘削を行うとともに、移動翼１２１や撹拌翼１２２により掘削土砂と固化材Ｃとの撹拌を行い、一次改良土砂Ｄｃ’を生成する。次に、所定の深度まで掘削した後、図５（ｃ）および（ｄ）に示すように、掘削軸２を回転させつつ固化材Ｃを注入しながら引揚げることで固化材Ｃと一次改良土砂Ｄｃ’との撹拌をさらに行うことで、改良体Ｄｃを構築している（例えば、特許文献１参照）。ここで、図５は、従来の地盤改良方法を示す模式図であって、（ａ）は掘削工程の施工状況を示す断面図、（ｂ）は掘削工程における土中状態を示す断面図、（ｃ）は改良工程の施工状況を示す断面図、（ｄ）は改良工程における土中状態を示す断面図である。
なお、掘削時に注入される固化材Ｃの量は、改良体Ｄｃの形成に必要な固化材の全体量の５０％とし、掘削軸２の引揚げ時に残りの５０％を注入するのが一般的である。
特開２００４−２０４６７４号公報（［００４８］〜［００４９］）

ところが、前記従来の地盤改良方法では、掘削時に注入された固化材Ｃの凝結が進行するので、掘削軸１１０の引揚げ時における抵抗が増加し、作業性に影響をきたす場合があった。また、固化材Ｃの凝結が進行した一次改良土砂Ｄｃ’を、掘削軸２の引揚げ時に再度撹拌してしまうため、計画された強度の改良体Ｄｃが形成されない場合があった。
そのため、固化材Ｃの凝結開始を遅らせることを目的として遅延剤を注入する場合があるが、遅延剤の材料費等により費用が嵩むとともに、遅延剤の投入による手間がかかるという問題点を有していた。

また、掘削時においても、固化材Ｃが凝結することで、掘削時の抵抗が高くなる場合があり、掘削トルクの大きな装置を必要とする場合があった。また、固化材Ｃの凝結が進行することで、掘削時の掘削溝（掘削孔）内の粘性が上昇するため、注入ポンプの能力を大きくする必要があり、注入装置が大掛かりになるという問題点を有していた。
そのため、固化材Ｃの粘性を低下させることを目的として水、セメント比を増加させる場合があるが、固化材Ｃの量が増加することで排泥量が増加して、残土処分等の費用が嵩むという問題点を有していた。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、作業性および経済性を向上させることが可能であるとともに、高品質な地盤改良体の製作を可能とした地盤改良方法を提案することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明の地盤改良方法は、先端に掘削刃部を備えた掘削軸を、回転させながら下降させることで地盤を掘削し、該掘削軸を利用して掘削土砂と固化材とを撹拌混合することにより地盤改良を行う地盤改良方法であって、掘削材のみを吐出しつつ地盤の掘削を行う掘削工程と、前記掘削軸を回転させるとともに引揚げつつ固化材を注入することで前記掘削土砂と前記固化材との撹拌混合を行う改良工程と、を備えることを特徴としている。

かかる地盤改良方法によれば、掘削終了後の引揚げ時に固化材を注入するため、固化材の凝結が進行することによる施工性への悪影響が生じることがなく、作業性に優れているとともに、装置の小型化が可能となり、経済性に優れている。また、土質状況に応じた固化材の配合や注入量を設定できるため、高品質な改良体を形成することが可能となる。また、遅延剤の投入が不要なため、経済性、作業性に優れている。

また、前記地盤改良方法において、前記掘削軸が移動翼および撹拌翼のいずれか一方または両方を備えていれば、掘削土砂と固化材との撹拌をより効果的に行うことが可能となる。

本発明の地盤改良方法によれば、作業性に優れた方法により、高品質に地盤改良を行うことが可能となった。
さらに、作業時間に制限がある場合に、従来技術のように、掘削材と固化材とを同時注入すると、掘削途中で固化材が固化してしまい、掘削作業を中断することができないため、残作業時間内で全作業を完了しない場合は日を改めなければならなくなるが、本発明の方法でれば、掘削途中でも作業を止めることが可能となり、作業時間を有効に活用することができる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
ここで、図１は、本発明の好適な実施形態に係る地盤改良装置の使用状況を示す側面図である。また、図２は、図１に示す地盤改良装置の一部を示す拡大正面図である。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る掘削方法は、先端に掘削刃部を備えた掘削軸を、予め計画された改良深度まで回転させながら下降させることで地盤を掘削し、該掘削軸を利用して原位置にて掘削土砂と固化材とを撹拌混合することにより地盤改良を行うものである。

本実施形態では、図１および図２に示すように、ベースマシン１と、ベースマシン１に昇降可能に支持されている３基の掘削軸２，２，２と、を備えてなる地盤改良装置Ａを使用する。なお、本実施形態では、掘削軸２を３基備えた３軸式の地盤改良装置Ａを利用するものとしたが、掘削軸２の本数はこれに限定されるものではなく、例えば単軸や２本または４本以上の掘削軸を備えた他の多軸式の地盤改良装置であってもよい。

ベースマシン１は、図１に示すように、掘削軸２，２，２を、支持部材１１を介して昇降自在に支持しており、掘削軸２に回転力を付与する駆動モータ１０を備えている。

図１および図２に示すように、掘削軸２，２，２は、ベースマシン１に対して並設された状態で自転可能に支持されている。掘削軸２，２，２は、円柱状の掘削軸本体２０の上部と下部の２箇所において、連結部材４０，４０を介して連結されている。

図２に示すように、各掘削軸本体２０には、先端（下端）に地盤Ｇの掘削を行う掘削刃部３０が形成されているとともに、掘削刃部３０の上方に、掘削刃部３０により切削された掘削土砂の攪拌を行う移動翼２１および撹拌翼２２、または、撹拌翼２３が形成されている。

本実施形態では、円形断面の鋼管により掘削軸本体２０を形成するものとするが、掘削軸本体２０を構成する材料は限定されるものではなく、適宜公知の材料から選定して使用すればよい。また、掘削軸本体２０の断面形状も、円形断面に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

掘削刃部３０は、掘削翼３１と、この掘削翼３１の下端に並設された複数のカッタビット３２，３２，…と、を備えて構成されている。

掘削翼３１は、地盤Ｇの掘削に伴い発生する掘削土砂を上方に押し上げるために螺旋状に形成されている。
また、カッタビット３２，３２，…は、掘削翼３１の下端に、着脱可能に並設されており、磨耗等により地盤Ｇの切削の機能が低下した場合は、適宜交換する。カッタビット３２の個数や配置や間隔等は限定されるものではなく、掘削翼３１の形状や、掘削の対象となる地盤Ｇの土質や強度等に応じて適宜設定すればよい。

本実施形態では、掘削刃部３０として、アタッチメントを掘削軸２の下端に固定することにより構成している。このアタッチメントは、略円柱状に形成された刃部本体３３の外周囲に、螺旋状に加工された鋼板である掘削翼３１を一体に固定することにより形成されている。
なお、掘削刃部３０をアタッチメントせずに、掘削軸２の下端部に直接形成してもよい。また、掘削翼３１の形状寸法は限定されるものではなく、計画された掘削溝Ｍの形状等に応じて適宜設定するものとする。

両端（左右）に配置された掘削軸２ａ，２ｃの掘削刃部３０，３０の下端中心部には、掘削液（掘削材）Ｓを地盤Ｇに吐出するための注入口３４が形成されている。

注入口３４は、地上部に配置されたポンプ等を備える輸送装置（図示省略）と、掘削軸２の内部を挿通する輸送管路を介して連通されている。そして、輸送装置から圧送（輸送）された掘削材Ｓを地盤Ｇに向けて吐出（噴射）する。なお、掘削材Ｓの吐出時の圧力は、地盤Ｇ内への注入（噴射）が可能な程度の圧力に、土質状態等に応じて適宜設定する。

左右（両端）に配置された掘削軸２ａ，２ｃには、図２に示すように、掘削刃部３０の直上に配置されて、掘削刃部３０により切削された掘削土砂を上方に押し上げる移動翼２１と、この移動翼２１の上方に配置されて、上方に押し上げられた掘削土砂の撹拌を行う撹拌翼２２とが形成されている。また、撹拌翼２２の上方には、さらに移動翼２１が配置されており、掘削溝Ｍ内において、掘削土砂の撹拌が効率的に行われるように構成されている。

移動翼２１は、掘削翼３１と同様に、掘削軸２の周囲に螺旋状に巻きつけられた板部材である。本実施形態に係る移動翼２１は、掘削軸２に溶接等により一体に固定されているが、移動翼２１の固定方法は限定されるものではなく、適宜公知の方法により行えばよい。移動翼２１は、その外径（幅）寸法が、掘削翼３１の外径（幅）寸法と同等以下に形成されており、掘削刃部３０により切削された掘削土砂全体を撹拌することが可能に構成されている。
移動翼２１により、切削された掘削溝Ｍ内の掘削土砂は、上方に押し上げられた後、重力で落下することで、上下方向で撹拌される。

撹拌翼２２は、掘削軸２の外周囲に外方向に突設された一対の板材であって、掘削軸２を挟んで対向するように配置されている。撹拌翼２２は、各板材が、掘削軸２の回転方向に対して傾斜するように配置されている。
各撹拌翼２２は、掘削翼３０により切削された掘削溝Ｍ内の掘削土砂全体を撹拌することが可能となるように、隣接する他の掘削軸２と接触しない程度で、一対の板の全幅が掘削翼１１の外径（幅）寸法の同程度となるように構成されている。また、本実施形態では、掘削軸２ａ，２ｃに、撹拌翼２２をそれぞれ２段ずつ形成している。なお、撹拌翼２２の形状寸法や配置数は限定されるものではない。

中央に配置された掘削軸２ｂには、両端の掘削軸２ａ，２ｃの撹拌翼２２，２２に対応する箇所に撹拌翼２３，２３，…が形成されている。

撹拌翼２３は、両端の掘削軸２ａ，２ｃに形成された撹拌翼２２と同様に、掘削軸２ｂの外周囲に外方向に突設された一対の板材であって、掘削軸２ｂを挟んで対向するように配置されている。撹拌翼２３は、各板材が、掘削軸２ｂの回転方向に対して傾斜するように、配置されている。
各撹拌翼２３は、掘削翼３０により切削された掘削溝Ｍ内の全体を撹拌することが可能となるように、隣接する他の掘削軸２ａ，２ｃと接触しない程度で、一対の板材の全幅が掘削翼１１の外径（幅）寸法の同程度となるように構成されている。また、本実施形態では、撹拌翼２３を、３段形成している。なお、撹拌翼２３の形状寸法や配置数等は限定されるものではない。

また、中央の掘削軸２ｂに形成された撹拌翼２３と左右（両端）の掘削軸２ａ，２ｃに形成された撹拌翼２２，２２とは、接触することがないように、高さ方向で互いにずらした位置に形成されている。
この撹拌翼２２，２３が回転することにより、移動翼２１により上下動している掘削土砂を水平方向で撹拌する。

次に、本実施形態に係る地盤改良方法について、図面を介して説明する。
ここで、図３は、本実施形態に係る地盤改良方法を示す模式図であって、（ａ）は掘削工程の施工状況を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の施工時における土中状態を示す断面図、（ｃ）は掘削工程終了時の状況を示す断面図、（ｄ）は（ｃ）における土中状態を示す断面図である。また、図４は、本実施形態に係る地盤改良方法を示す模式図であって、（ａ）は改良工程の施工状況を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の施工時における土中状態を示す断面図、（ｃ）は改良工程終了時の状況を示す断面図、（ｄ）は（ｃ）における土中状態を示す断面図である。

本実施形態に係る地盤改良方法は、所定の改良深度まで掘削材Ｓのみを吐出しつつ地盤の掘削を行う掘削工程と、掘削軸２を回転させながら引揚げつつ固化材Ｃを注入することで掘削土砂と固化材Ｃとの撹拌混合を行う改良工程とからなる。

掘削工程は、図３（ａ）および（ｃ）に示すように、掘削軸２ａ，２ｃの先端から掘削材Ｓを地盤に吐出しつつ、掘削軸２ａ，２ｂ，２ｃを回転させながら下降させることで、地盤Ｇに所定の深度の掘削溝Ｍを形成する工程である。
ここで、掘削材Ｓとして使用される材料は限定されるものではないが、本実施形態ではベントナイト液を使用するものとする。

地盤Ｇの掘削は、掘削材Ｓが吐出されることで軟化された地盤Ｇを、回転しながら下降する掘削軸２，２，２のカッタビット３２，３２，…により切り崩すことにより行われる。掘削溝Ｍ内では、地山Ｇが切り崩されることにより乱された状態となるが、図３（ｂ）および（ｄ）に示すように、掘削材Ｓが混合された掘削土砂である掘削材混合土砂Ｄｓの圧力により、掘削溝Ｍの溝壁面が保持されている。

地盤Ｇの掘削が完了すると、図３（ｄ）に示すように、掘削溝Ｍ内の全体が掘削材混合土砂Ｄ_Ｓにより充填される。

改良工程は、図４（ａ）乃至（ｄ）に示すように、掘削工程により所定の深度までの掘削溝Ｍの掘削が終了した後に行う工程であって、掘削軸２ａ，２ｂ，２ｃの引揚げに伴い、掘削軸２ａ，２ｃの先端に形成された注入口３４，３４から固化材Ｃを掘削材混合土砂Ｄｓに注入しながら、掘削翼３１、移動翼２１および撹拌翼２２，２３により掘削材混合土砂Ｄｓと固化材Ｃとを撹拌混合することで、改良体Ｄｃを形成する工程である。

掘削軸２ａ，２ｃの先端から注入された固化材Ｃは、掘削材混合土砂Ｄｓとともに掘削翼３１および移動翼２１により上方に押し上げられた後、撹拌翼２２により掘削材混合土砂Ｄｓと撹拌されて、重力により下方に落下することを繰り返すことにより、掘削材混合土砂Ｄｓ内に均等に混合される。

なお、改良工程では、必要に応じて、掘削軸２，２，２を繰り返し上下動させることで固化材Ｃと掘削材混合土砂Ｄｓとの撹拌混合をより効果的に行ってもよい。

ここで、固化材Ｃとして使用される材料は限定されるものではなく、改良の対象となる地盤Ｇの状況や必要とされる改良体Ｄｃの強度等に応じて適宜公知の材料の中から適宜選定して使用すればよいが、本実施形態では、セメント系固化材を使用するものとする。

また、固化材Ｃの注入量や配合は、掘削工程において掘削とともに把握された地山状況に応じて、土質毎に設定することで、所望の強度からなる改良体Ｄｃが形成される。

改良工程により掘削軸２，２，２の引揚げが完了すると、図４（ｄ）に示すように、掘削溝の内部において掘削材混合土砂Ｄｓ（掘削土砂）と固化材Ｃとが均等に混ざり合い、高品質の改良体Ｄｃが形成される。

以上、本実施形態の地盤改良方法によれば、掘削終了後の掘削軸２，２，２の引揚げ時に固化材Ｃを注入するため、土質状況に応じた固化材Ｃの配合や注入量を設定することが可能なため、改良体Ｄｃの深さ方向に対して地層の変化による強度の差が生じることがなく、高品質な改良体の形成が可能となる。

また、改良範囲が大深度のために掘削に時間がかかる場合や、掘削途中に何らかの原因により掘削が中断した場合であっても、固化材Ｃの凝結が進行することがなく、作業性に悪影響をきたすことがない。また、遅延剤を使用する必要がないため、経済的である。

また、掘削材Ｓと固化材Ｃとを別々に注入することで、これらの注入材料の粘性を低く抑えることが可能なため、作業性に優れているとともに、注入装置（ポンプ等）の小型化が可能となることで経済性にも優れている。
また、固化材Ｃの粘性を低下させることを目的として、従来の地盤改良方法のように水セメント比を増加させる必要がないため、残土処分量を最小限に抑えることが可能となる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、掘削材と固化材とを、同じ注入口を利用した地盤内に注入する構成としたが、掘削材と固化材をそれぞれ異なる位置に設けられた注入口から注入する構成としてもよい。

また、前記実施形態では、固化材を掘削軸の先端（下端）から注入する場合について説明したが、固化材の注入を行う注入口の位置は、掘削軸の下端に限定されるものではなく、例えば、撹拌翼の直上に配置されていてもよい。
また、前記実施形態では、両端の掘削軸から掘削材または固化材を注入する構成としたが、全ての掘削軸から掘削材または固化材を注入してもよいことはいうまでもなく、注入孔が形成される掘削軸は限定されるものではない。

また、前記実施形態では、掘削軸の自転にともない、水平方向に回転する掘削刃部を備えた、３軸式の掘削装置により円が３つ連結された平面形状の掘削溝を形成する場合について説明したが、掘削溝の形状はこれに限定されないことはいうまでもない。例えば、単軸式の地盤改良装置を利用すれば円形断面の掘削孔が形成される。

また、前記実施形態では、掘削軸が移動翼と撹拌翼とを備える構成としたが、移動翼はたは撹拌翼のいずれか一方のみが配設されていてもよい。

本発明の最良の実施形態に係る地盤改良装置の使用状況を示す側面図である。 図１に示す地盤改良装置の一部を示す拡大正面図である。 本発明の最良の実施形態に係る地盤改良方法を示す模式図であって、（ａ）は掘削工程の施工状況を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の施工時における土中状態を示す断面図、（ｃ）は掘削工程終了時の状況を示す断面図、（ｄ）は（ｃ）における土中状態を示す断面図である。 本発明の最良の実施形態に係る地盤改良方法を示す模式図であって、（ａ）は改良工程の施工状況を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の施工時における土中状態を示す断面図、（ｃ）は改良工程終了時の状況を示す断面図、（ｄ）は（ｃ）における土中状態を示す断面図である。 従来の地盤改良方法を示す模式図であって、（ａ）は掘削工程の施工状況を示す断面図、（ｂ）は掘削工程における土中状態を示す断面図、（ｃ）は改良工程の施工状況を示す断面図、（ｄ）は改良工程における土中状態を示す断面図である。

符号の説明

１ ベースマシン
２ 掘削軸
３０ 掘削刃部
Ａ 地盤改良装置
Ｇ 地盤
Ｍ 掘削溝

Claims (3)

1. 先端に掘削刃部を備えた掘削軸を、回転させながら下降させることで地盤を掘削し、該掘削軸を利用して掘削土砂と固化材とを撹拌混合することにより地盤改良を行う地盤改良方法であって、
   掘削材のみを注入しつつ地盤の掘削を行う掘削工程と、
   前記掘削軸を回転させるとともに引揚げつつ固化材を注入することで前記掘削土砂と前記固化材との撹拌混合を行う改良工程と、を備えることを特徴とする地盤改良方法。
2. 前記掘削軸に移動翼を備えることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良方法。
3. 前記掘削軸に攪拌翼を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の地盤改良方法。

Images