JP2014047482A - 地盤改良装置、地盤改良装置の残土排出抑制体および地盤改良工法 - Google Patents

Abstract

【課題】ソイルセメント杭の施工に伴って発生する掘削残土や固化材混入残土の排出量を大幅に削減可能な地盤改良装置、地盤改良装置の残土排出抑制体および地盤改良工法を提供する。
【解決手段】回転ロッド１と、回転ロッド１と共に回転して削孔する掘削翼２と、掘削翼２の上側に設置され、掘削翼２および回転ロッド１と共に回転して掘削翼２によって掘削された掘削土を固化材と撹拌混合する撹拌翼３を備えて構成する。掘削翼２および撹拌翼３の上側に、回転ロッド１に貫通させかつ孔壁と回転ロッド１との隙間を塞ぐように残土排出抑制体４を設置する。残土排出抑制体４は削孔Ａの削孔径とほぼ同径のどんぐり形状に形成する。下端部に撹拌翼３に脱着自在に嵌合可能な嵌合溝4dを形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、現地掘削土とセメントミルク等の固化材とを撹拌混合して地盤中にソイルセメント柱体(以下「ソイルセメント杭」)を形成して地盤を強化する地盤改良装置、地盤改良装置の残土排出抑制体および地盤改良工法に関し、地耐力強化はもとよりソイルセメント杭の施工に伴って発生する掘削残土および固化材混入残土の排出量を大幅に削減することができる。

地盤改良工法として現地盤を掘削し、混合処理機を用いて現地掘削土をセメント系の固化材と攪拌混合し、かつ所定の強度に固化させることにより地盤中にソイルセメント杭を形成して地盤を強化する地盤改良工法が知られている。

例えば、特許文献１には、回転ロッドの下端部に掘削刃を有する掘削翼を備え、かつその上側の回転ロッドの外周に複数の撹拌翼を備えた混合処理機を回転させながら目標深度まで掘進した後、回転ロッドの先端から固化材を吐出し、かつ混合処理機を回転させて掘削土を固化材と撹拌混合しながら徐々に引き抜くことにより地盤中に円柱状のソイルセメント杭を形成することにより地盤を強化する地盤改良工法が記載されている。

特公昭５８２９３７４号公報 特開２０１１−６９０９３号公報 特開平０４−１８５８１３号公報 特開２００７−１９１９９０号公報

しかし、この種の地盤改良工法では、掘削残土やセメントミルク等の固化材を含んだ固化材混入残土が大量に発生し、特に固化材混入残土は産業廃棄物扱いとなり、処分するにはマニフェストをとって産業廃棄物業者に依頼する必要があるため処理費用が嵩む等の課題があった。また、地上に大量に溢れ出して敷地内を汚す等して敷地内環境を悪化させる等の課題もあった。

さらに、地盤中に形成されるソイルセメント杭は、ソイルセメントが特に圧密されることなく自然に固化して形成されるため、固化材の注入量などによっては必ずしも充分な強度が得られない場合があり、また、ソイルセメント杭周囲の地盤の締め固が充分になされないために、必ずしも期待する程の地耐力を確保できないでしまう場合があった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、地耐力強化はもとより掘削残土や固化材混入残土の排出量を大幅に削減できる地盤改良装置、地盤改良装置の残土排出抑制体および地盤改良工法を提供することを目的とするものである。

本発明は、回転ロッドを介して掘削翼と撹拌翼を回転させて、削孔および掘削土を固化材と撹拌混合して削孔内にソイルセメント杭を形成する際に、地盤強度(地耐力)を高めて品質向上を図ることはもとより、掘削残土と固化材混入残土の排出量を大幅に削減して、これら残土の処理に要する費用を大幅に削減すると共に、これら残土の大量排出によって汚れ等の敷地内環境の悪化を未然に防止できるようにしたものである。

本発明によれば、固化材が混入された掘削土が撹拌翼によって地上にかき揚げられるものの、孔壁と回転ロッドとの間に残土排出抑制体が設置されていることにより、掘削土や固化材混入土が削孔より地上に溢れ出して残土となることはないため、これらの残土処理に要する費用を大幅に削減することができ、また特に固化材混入残土の排出によって敷地内環境を悪化させることもない。

また、掘削残土や固化材購入残土が削孔より地上にほとんど溢れ出ることがないので、ソイルセメント杭ごとに計画通りの固化材を注入することができ、これによりほぼ設計通りの強度を有するソイルセメント杭を形成することができる。

また、残土排出抑制体を削孔内の孔壁と回転ロッドとの間に停止させ、その下方で掘削翼と撹拌翼を回転させながら昇降させて掘削土を固化材と撹拌混合してソイルセメント杭を形成することにより、ソイルセメント杭とソイルセメント杭を介してその周囲の地盤が圧密され、これにより地耐力を高めることができて品質の向上を図ることができる。

また、残土排出抑制体は回転ロッドに当該回転ロッドの軸方向に摺動可能に取り付けられ、かつ下端部に回転ロッドに取り付けられた撹拌翼に脱着自在に嵌合可能な嵌合溝が設けられていることで、回転ロッドと共に残土排出抑制体を削孔により任意の深さまで移動し、所定の深度に達した地点で回転ロッドから残土排出抑制体を切り離し、かつその地点に停止させ、残土排出抑制体より以深においてソイルセメント杭を形成して地耐力を高めることもできる。

さらに、残土排出抑制体は、例えば、削孔径とほぼ同径のどんぐり形状体または図3(b)に図示するような紡錘形状体に形成されていることにより、孔壁と回転ロッドとの隙間を確実に塞ぐことが可能であると共に、孔壁と回転ロッドとの間を回転ロッドと共に回転させながらスムーズに移動させることができる。

本発明によれば、孔壁と回転ロッドとの間に残土排出抑制体が設置されていることにより、掘削土や固化材混入土が削孔より地上に大量に溢れ出して残土となることはなく、このため、これらの残土処理に要する費用を大幅に削減することができ、また固化材混入残土の排出によって敷地内が汚れる等の敷地内環境を悪化させることもない。

さらに、残土排出抑制体を削孔内に停止させ、その下方で掘削翼と撹拌翼を回転させながら昇降させて掘削土と固化材とを撹拌混合してソイルセメント杭を形成することにより、ソイルセメント杭とソイルセメント杭を介してその周囲の地盤が圧密されることにより地盤強度(地耐力)を高めることができて品質の向上を図ることができる。

本発明の地盤改良装置の一実施形態を示し、建設重機に据え付けられた地盤改良装置を示す側面図である。 図１に図示する地盤改良装置を示し、図2(a)はその全体を示す側面図、図2(b)は図2(a)におけるイ−イ線断面図、図2(c)は残土排出抑制体と撹拌翼との結合部を示す要部拡大図である。 残土排出抑制体の変形例を示し、図3(a)は螺旋状リブに代えて複数の縦リブを備えたどんぐり形状の残土排出抑制体の斜視図、図3(b)は紡錘体形状に形成された残土排出抑制体の側面図、図3(c)は図3(a)に図示する残土排出抑制体の平面図である。 (a)〜(d)本発明の地盤改良工法の施工手順を示す説明図である。 (a),(b)は本発明の地盤改良工法の施工手順を示す説明図である。 (a),(b)は本発明の地盤改良工法の施工手順を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法の施工手順を示す説明図である。 (a),(b)は本発明の地盤改良工法の施工手順を示す説明図である。

図１〜図３は本発明の一実施形態を示し、オーガーモータ(図省略)を駆動源に回転する回転ロッド１に、回転ロッド１と共に回転して地盤を削孔する掘削翼２、当該掘削翼２の上側に取り付けられ、回転ロッド１および掘削翼２と共に回転して掘削土を地上から注入される固化材(セメント系固化材等)と撹拌混合する撹拌翼３、そして、撹拌翼３の上側に取り付けられ、回転ロッド１と孔壁との間にあって掘削土および固化材混入土（ソイルセメント）が削孔より地上に溢れ出ないように抑制する残土排出抑制体４をそれぞれ備えている。

回転ロッド１は鉛直方向に連続する中空をなし、中空部は地上から地盤中に注入される固化材の注入路1aをなし、また、回転ロッド１の先端部には注入路1aに連通する固化材の吐出口1bが形成されている。そして、回転ロッド１は建設重機５に鉛直に据え付けられたスライドリーダー６にオーガーモータと共に昇降自在に設置されている。

掘削翼２は、回転ロッド１の下端部に二方向ないし四方向に水平に複数取り付けられ、撹拌翼３は撹拌翼２より上側の回転ロッド１の外周に水平に複数取り付けられている。

各掘削翼２の下端部には複数の掘削刃2aが突設され、また、撹拌翼３は回転ロッド１の両側に左右対称に取り付けられ、かつ回転ロッド１の鉛直方向に一定間隔おきに取り付けられている。

さらに、回転ロッド１の鉛直方向に隣接する撹拌翼３は、回転ロッド１の円周方向に90ずつ互いにずれた状態に取り付けられている。なお、撹拌翼３は掘削翼２と同様に二方向ないし四方向に取り付けられていてもよい。

残土排出抑制体４は、掘削翼２および撹拌翼３とほぼ同一径か若しくはやや大きい径の円柱状に形成され、かつ下端部が下方向に徐々に小径をなす円錐状に形成されている。これにより残土排出抑制体４は全体的に側面から見てほぼどんぐり形状に形成されている。

また、残土排出抑制体４の円柱部4aと円錐部4bの外周には、それぞれ螺旋状リブ７と螺旋状翼８が残土排出抑制体４の鉛直方向に連続して形成されている。

なお、螺旋状リブ７は残土排出抑制体４の円柱部4aの外周に丸鋼または異形鉄筋などの鉄棒をらせん状に溶接する等の方法により簡単に形成することができる。

また、図3(a),(c)に図示するように柱状部4aの外周にアングル材などからなる縦リブ９を取り付けることにより、残土排出抑制体４の孔壁に対する摩擦抵抗を低減することができ、これにより回転ロッド１の駆動源として回転トルクと押込み力の小さい小型のオーガーモータで対応することができる。

さらに、残土排出抑制体４の円柱部4aと円錐部4bの中心部には鉛直方向に貫通する貫通孔4cが形成され、当該貫通孔4cを回転ロッド１が摺動可能に貫通している。これにより、残土排出抑制体４は回転ロッド１に沿って自由に昇降し、かつ回転ロッド１の円周方向に自由に回転するようになっている。また、図2(c)に図示するように、円錐部4bの下端部、すなわち貫通孔4cの周縁部に嵌合溝4dが回転ロッド１の軸直角方向に水平に形成されている。

そして、当該嵌合溝4dが回転ロッド１に取り付けられた最上段の左右撹拌翼３に嵌め込まれることにより、残土排出抑制体４は回転ロッド１に固定され、回転ロッド１を介して掘削翼２および撹拌翼３と共に回転し、かつ掘削翼２および撹拌翼３と共にスライドリーダー６に沿って昇降するようになっている。

符号10は、掘削土が掘削翼２および撹拌翼３と共に回転する「掘削土の共回り現象」を防止する共回り防止翼であり、共回り防止翼10は一番下の撹拌翼３の上下両側に回転自在に取り付けられている。

また、上下共回り防止翼10の先端部は一体に連続し、これにより上下共回り防止翼９は側面から見て横長の枠状に構成されている。

このような構成において、オーガーモータ（図省略）を駆動源に回転ロッド１が回転することにより、掘削翼２と撹拌翼３が回転ロッド１と共に回転し、同時に回転ロッド１がオーガーモータと共にスライドリーダー６に沿って下降することにより地盤を掘削することができる。

また、残土排出抑制体４の嵌合溝4dが最上段の左右撹拌翼３に嵌め込まれて、残土排出抑制体４が回転ロッド１に固定されることにより、残土排出抑制体４は掘削翼２および撹拌翼３と共に回転し、同時に掘削翼２および撹拌翼３と共に下降することにより削孔内に回転しながら押込まれる。

さらに、残土排出抑制体４の嵌合溝4dを回転ロッド１の左右撹拌翼３から外して、残土排出抑制体４を削孔内の途中に残し(図5(a),(b)参照)、掘削翼２と撹拌翼３のみを回転させながら地中に押し込むことにより削孔を継続することができる。

また同時に、回転ロッド１の軸心に形成された固化材の注入路1aを介して地上から掘削中の削孔内に固化材を注入すると、回転ロッド１の下端部に形成された固化材の吐出口1bから掘削土内に固化材が吐出され、かつ掘削土と撹拌混合することによりソイルセメントを形成することができる。

なお、オーガーモータの回転トルクと押込み力が大きいとき、残土排出抑制体４の外径は掘削翼２および撹拌翼３の外径より大きくすることができ、逆に、オーガーモータの回転トルクと押込み力が小さいときは、残土排出抑制体４の外径は掘削翼２および撹拌翼３の外径より小さくするのがよい。

このような構成において、次に本発明の地盤改良装置による地盤改良工法について説明する(図４〜図８参照)。なお、図で示す削孔Ａ内において、点で表示した部分は掘削土と固化材とからなる固化材混入土(ソイルセメント)を示し、無表示部分は掘削土を示す。

(1) 最初に、形成されるソイルセメント杭の杭芯に回転ロッド１の軸心を鉛直に合わせ、掘削翼２、撹拌翼３および残土排出抑制体４を鉛直にセットする (図4(a)参照)。

(2) 次に、オーガーモータ(図省略)を作動させ、回転ロッド１を介して掘削翼２、撹拌翼３および残土排出抑制体４を回転させながら地中に押し込む。そうすると、掘削翼２の掘削刃2aにより地盤が掘削されて削孔が開始される。同時に、撹拌翼３が掘削翼２と共に回転することにより掘削翼２によって掘削された掘削土が撹拌され、地上に排出される(図4(b),(c)参照)。

こうして削孔と撹拌を続けることにより、残土排出抑制体４が削孔Ａの孔口に到達するまでは、掘削土が削孔Ａから地上に溢れ出すが(図4(b),(c) 参照)、残土排出抑制体４が削孔Ａ内に押し込まれ、削孔Ａの孔口が残土排出抑制体４によって塞がれると、それ以降、掘削土が削孔Ａより地上に溢れ出すことはほとんどなくなる(図4(d)参照)。

また、残土排出抑制体４が回転しながら削孔Ａ内に押し込まれることにより、削孔Ａの孔壁が周囲に押しやられるように圧密される。また、掘削土の一部が孔壁に圧密される。こうして、所定の深さまで削孔と撹拌を継続する(概ね地盤面より２ｍ程度の深さ)。

なお、残土排出抑制体４の円柱部4aと円錐部4bにそれぞれ螺旋状リブ７と螺旋状翼８が形成されていることにより、残土排出抑制体４を削孔Ａ内に回転させながら比較的容易に押し込むことができる。

(3) 次に、回転ロッド１に取り付けられた最上段の撹拌翼３から残土排出抑制体４の嵌合溝4cを外して、残土排出抑制体４を回転ロッド１から切り離す。

なお、回転ロッド１を一時停止させ、削孔Ａの内方に強めに押し込むことにより、残土排出抑制体４の嵌合溝4cを撹拌翼３から容易に外すことができる(図2(c)参照)。

そして、残土排出抑制体４を削孔Ａ内の孔口付近に残したまま、回転ロッド１を介して掘削翼２と撹拌翼３を回転させて削孔を再開する(図5(a)参照)。同時に、回転ロッド１の注入路1aを介して地上から削孔Ａ内に固化材を注入する。こうして、削孔Ａ内に固化材を吐出しながら削孔と撹拌を最終の設計深度まで継続して行う(図5(a)参照)。

また、削孔Ａが最終深度に到達したら固化材の注入を停止し、回転ロッド１を介して掘削翼２、撹拌翼３を回転させて再攪拌しながら回転ロッド１、掘削翼２および撹拌翼３を徐々に上昇させる(図5(b)参照)。

そうすると、回転ロッド１、掘削翼２および撹拌翼３の下降の際は、掘削翼２による削孔と並行して、地上より注入された固化材が回転ロッド先端の固化材吐出口1bから削孔Ａ内に吐出され、撹拌翼３によって掘削土と撹拌混合される。また、回転ロッド１、掘削翼２および撹拌翼３が上昇する段階で再撹拌されることにより、地盤面よりほぼ２ｍ以降の深さにソイルセメント杭Ｂの下杭B1が形成される(図5(b)参照)。

その間、撹拌翼３によって掘削土や固化材混入土が削孔Ａ内を地上にかき揚げられるものの、削孔Ａの孔口付近における孔壁と回転ロッド１との間が残土排出抑制体４によって塞がれていることにより、掘削土や固化材混入土が地上に大量に溢れ出して残土となることはない。これにより、固化材混入残土の処理が容易になり、また、固化材混入残土が地上に溢れ出して敷地内環境を悪化させることもない。

また、残土排出抑制体４の円柱部4aに螺旋状リブ７が形成されていることにより残土排出抑制体４の孔壁との摩擦抵抗が充分に確保され、これにより残土排出抑制体４が掘削土や固化材混入土によって削孔Ａの外に押し上げられることもない。

また、ソイルセメント杭Ｂの下杭B1は削孔Ａ内で圧密され、さらに下杭B1を介して周囲の地盤が圧密されることにより地耐力の大きい地盤に改良することができる(図5(b)参照)。

(5) こうして、ソイルセメント杭Ｂの下杭B1が形成されたら、掘削翼２、撹拌翼３および共回り防止翼10を削孔Ａより地上に一度引き上げる(図6（a）参照)。そうすると、削孔Ａの孔口付近の孔壁が残土排出抑制体４によって周囲に圧密されたことにより、削孔Ａ内の下杭B1より上方の掘削土が減少して沈下する(図6(a)参照)。そこで、削孔当初に削孔Ａより地上に溢れ出した掘削土は削孔Ａ内に戻して処理すればよい(図6(b)参照)。

(6) 次に、オーガーモータを再作動させ、残土排出抑制体４を地上に残し、そして回転ロッド１を介して掘削翼２と撹拌翼３のみを回転させながら削孔Ａ内に再び押し込む(図７参照)。

同時に、回転ロッド１の注入路1aを介して地上から削孔Ａ内に固化材を注入する。こうして、固化材を吐出しながら削孔と撹拌をソイルセメン杭Ｂの下杭B1に到達するまで継続して行うことによりソルセメント杭B1の上に上杭B2を形成する(図７参照)。

なお、下杭B1の上端部より一定深の範囲(Ｌ＝0.5m程度)に固化材を重複注入し、かつこの範囲を含む上下数メートルの範囲について削孔と撹拌を繰返し行うことにより下杭B1と上杭B2を一体的に形成することができる(図8(a)参照)。

以上の施工手順により、下杭B1と上杭B2が一体的に連続するソイルセメント杭Ｂを構築することができる(図8(b)参照)。

また、ソイルセメント杭Ｂは削孔Ａ内で圧密され、さらにソイルセメント杭Ｂを介して周囲の地盤が圧密されることにより地耐力の大きい地盤に地盤改良することができる。

本発明は、現地掘削土とセメントミルク等の固化材とを撹拌混合して地盤中にソイルセメント杭を形成して地盤を強化する際に、地盤を強化することはもとより掘削残土や固化材混入残土の排出を大幅に削減することができる。

１ 回転ロッド
1a 固化材の注入路
1b 固化材の吐出口
２ 掘削翼
2a 削孔刃
３ 撹拌翼
４ 残土排出抑制体
4a 円柱部
4b 円錐部
4c貫通孔
4d 嵌合溝
５ 建設重機
６ スライドリーダー
７ 螺旋状リブ
８ 螺旋状翼
９ 縦リブ
10 共回り防止翼

Claims (7)

1. 回転ロッドと、当該回転ロッドと共に回転して削孔する掘削翼と、当該掘削翼の上側に設置され、当該掘削翼および前記回転ロッドと共に回転して前記掘削翼によって掘削された掘削土を固化材と撹拌混合する撹拌翼を備えた地盤改良装置において、前記掘削翼および撹拌翼の上側に前記回転ロッドに貫通させ、かつ孔壁と前記回転ロッドとの間を塞ぐように取り付けられた残土排出抑制体を備えて構成されていることを特徴とする地盤改良装置。
2. 請求項１記載の地盤改良装置において、残土排出抑制体は前記回転ロッドの軸方向に摺動可能に取り付けられ、かつ下端部に前記撹拌翼に脱着自在に嵌合可能な嵌合溝が設けられていることを特徴とする地盤改良装置。
3. 請求項１または２記載の地盤改良装置において、残土排出抑制体はほぼ削孔径に相当する板状体、最大径がほぼ削孔径に相当するどんぐり形状体または紡錘形状体であることを特徴とする地盤改良装置。
4. 回転ロッドと共に掘削翼を回転させて削孔しながら、撹拌翼を前記回転ロッドおよび掘削翼と共に回転させて、掘削土を固化材と撹拌混合して削孔内にソイルセメント柱体を形成する地盤改良工法において、前記回転ロッドに貫通させて前記掘削翼および撹拌翼の上側に、残土排出抑制体を孔壁と回転ロッドとの間を塞ぐように取り付けることにより、前記掘削土を固化材と撹拌混合する際に固化材混入土が削孔の外に溢れ出さないようにすることを特徴とする地盤改良工法。
5. 請求項４記載の地盤改良工法において、削孔内の掘削翼および撹拌翼の上側に残土排出抑制体を停止させて、削孔および掘削土を固化材と撹拌混合してソイルセメント柱体を形成することを特徴とする地盤改良工法。
6. 回転ロッドと、当該回転ロッドと共に回転して削孔する掘削翼と、当該掘削翼の上側に設置され、当該掘削翼および前記回転ロッドと共に回転して前記掘削翼によって掘削された掘削土を固化材と撹拌混合する撹拌翼とを備えた地盤改良装置の、前記回転ロッドに貫通させた最大径がほぼ削孔径に相当するどんぐり形状体または紡錘形状体の本体の下端部に、前記地盤改良装置の撹拌翼に嵌合可能な嵌合溝が設けられていることを特徴とする残土排出抑制体。
7. 請求項６記載の残土排出抑制体において、外周に螺旋状リブと螺旋状翼が設けられていることを特徴とする残土排出抑制体。

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