JP2018135683A - 地盤改良装置および地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】杭の埋設と地盤改良との施工を切り離して行なうことができる地盤改良装置および地盤改良方法を提供する。【解決手段】地盤改良装置１は、地盤に埋設された杭より内径の大きい円筒状のケーシング１０と、ケーシング１０の外周面１１ａに配置され、ケーシング１０の下端近傍において地盤改良材を吐出する供給管２１と、ケーシング１０の下端に外側および内側に突出して取り付けられ、ケーシング１０が軸心を中心に回転されることにより杭Ｋの周囲の地盤を円環状に掘削するとともに当該地盤を掘削することにより生じた土砂と地盤改良材とを混練する複数の掘削ビット３０と、を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、杭が埋設される地盤の改良に用いられる地盤改良装置および地盤改良方法に関する。

従来の地盤改良技術が特許文献１に開示されている。この地盤改良技術では、アースオーガによって鉛直孔を掘削し、鉛直孔内にセメントミルク等の固化剤（「セメントミルク」で代表する）を流し込むことにより鉛直孔内の泥土をセメントミルクに置換して、柱状に地盤改良する。そして、セメントミルクが充填された鉛直孔内に杭を挿入し、セメントミルクが固まると杭を含む基礎杭が完成する。

特開２０１４−１５６７５２号公報

しかしながら、上述した地盤改良技術では、セメントミルクが固まる前に杭を埋設する必要があるため地盤改良と杭の埋設との施工を切り離すことなく連続して行なわなければならないところ、柱状地盤改良と杭挿入とのそれぞれの工程に応じた施工機材を使用する必要があるので、例えば、狭小地での施工など、施工機材を入れ替えるのに時間を要するケースには適用が難しいという問題があった。

したがって、本発明の目的は、杭の埋設と地盤改良との施工を切り離して行なうことができる地盤改良装置および地盤改良方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の地盤改良装置は、地中に埋設された杭の周囲の地盤を改良する地盤改良装置であって、前記杭より内径の大きい円筒状のケーシングと、前記ケーシングの外周面または内周面に配置され、前記ケーシングの下端近傍において地盤改良材を吐出する供給管と、前記ケーシングの下端に外側または内側に突出して取り付けられ、前記ケーシングが軸心を中心に回転されることにより前記杭の周囲の地盤を円環状に掘削するとともに当該地盤を掘削することにより生じた土砂と前記地盤改良材とを混練する１または複数の掘削ビットと、を有していることを特徴とする。

本発明によれば、既設の杭の周囲の地盤を円環状に掘削するとともに土砂と地盤改良材とを混練するので、既に埋設された杭の周囲の地盤に対して地盤改良を行なうことができる。

本発明においては、前記掘削ビットが、前記ケーシングの内側方向に突出して前記杭の外周面に接するように配置されたブラシ状部材を有していることが好ましい。このようにすることで、杭の外周面に接する地盤をほぐすとともに地盤改良材と混練することができるので、改良された地盤と杭の外周面とが密に接し、そのため、地盤における水平方向反力を高めることができる。

本発明によれば、既に埋設された杭に対して地盤改良を行なうことができるので、杭の埋設と地盤改良との施工を切り離して行なうことができる。

本発明の第１実施形態に係る地盤改良装置の正面図である。 図１の地盤改良装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る地盤改良装置の正面図である。 図３の地盤改良装置の断面図である。

（第１実施形態）
以下に、本発明の第１実施形態に係る地盤改良装置について、図１および図２を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る地盤改良装置の正面図である。図２は、図１の地盤改良装置の断面図であって、同図中、（ａ）は軸線Ｌと直交する線Ｍに沿う横断面図をＡ−Ａ方向から見た図であり、（ｂ）は図１の軸線Ｌに沿う縦断面図をＢ−Ｂ方向から見た図である。

第１実施形態の地盤改良装置１は、ケーシング１０と、改良材供給部２０と、掘削ビット３０、３０とを有している。

ケーシング１０は、円筒部１１と、天井部１２と、取付部１６、１６とを一体に有している。円筒部１１は、円筒状の鋼材から成り、地中に埋設される杭Ｋの外径より内径が大きくなるように形成されている。天井部１２は、棒状の鋼材から成り、円筒部１１の上端開口の変形を防止し、強度を向上させるために、円筒部１１の上端開口を吹抜け状態に保ちつつ直径方向に延びて配置固定されている。天井部１２は、上壁１３および下壁１４が補強材１５で互いに連結された構造を有している。上壁１３の上面１３ａには、図示しないモータに接続された回転軸Ｊがケーシング１０（すなわち円筒部１１）の軸心が通る軸線Ｌと同軸に固定して取り付けられている。取付部１６は、円筒部１１の外周面１１ａの下端近傍に単一又は複数個設けられ、例えば２個の取付部１６，１６が互いに１８０度の間隔をあけて対向して配置されている。取付部１６、１６には、後述する掘削ビット３０、３０が固定して取り付けられる。ケーシング１０は、モータにより回転軸Ｊが回転されると、軸線Ｌを中心に回転される。

改良材供給部２０は、ケーシング１０の円筒部１１の外周面１１ａに固定して取り付けられた供給管２１と、供給管２１の上部において回転軸Ｊに回転可能に取り付けられたスイベル２２と、を有している。供給管２１は、円筒部１１の外周面１１ａ部分では軸線Ｌと平行に上方から下方に延在して配置されており、その下端が、円筒部１１の下端近傍でかつ後述する掘削ビット３０、３０より上方位置に配置されている。他方、供給管２１の上部は、ケーシング１０の天井部１２の上方で略直角方向へ曲がって回転軸Ｊの方へ略水平方向へ延び、且つ回転軸Ｊの内部で略直角方向へ曲がって回転軸Ｊに沿った略垂直方向へ延びてスイベル２２に接続される。また、供給管２１の下端開口２１ａは、下方に向けられている。スイベル２２には、地盤改良材供給装置２３からパイプＰを通じてセメントミルクなどの地盤改良材が供給される。

掘削ビット３０は、ケーシング１０の取付部１６にボルト１７によって固定して取り付けられている。本実施形態において、掘削ビット３０は２つ設けられているが、１つまたは３つ以上設けられていてもよい。

掘削ビット３０は、アーム３１と、複数のカッター３２と、補強板３３と、内側ブラシ状部材３４と、外側ブラシ状部材３５とを一体に有している。これら「ブラシ状部材３４、３５」は、いわゆる線状材（ワイヤー等）を束ねて成るブラシ構造のもの（図２（ｂ）に例示されている）でもよいが、その他の構造、例えばゴム材や合成樹脂材から成るものであってもよい。アーム３１は、略台形状に形成されており、下面３１ａが内側から外側に向かうにしたがって上方に向かうように傾斜して配置されている。複数のカッター３２は、アーム３１の下面３１ａに突出して設けられている。補強板３３は、略直角三角形状に形成され、アーム３１の上面３１ｂに立設されている。補強板３３の軸線Ｌ方向に沿う縁部３３ａは、取付部１６の側面１６ａに形成されたスリット１６ｂに嵌合される。内側ブラシ状部材３４および外側ブラシ状部材３５は、それぞれアーム３１の内側端面３１ｃおよび外側端面３１ｄに突出して設けられている。内側ブラシ状部材３４は、先端が杭Ｋの外周面に接するように配置されている。掘削ビット３０は、上方から見たときに、ケーシング１０の内側および外側に突出するように配置されている。上記説明では内側ブラシ状部材３４と、外側ブラシ状部材３５とは掘削ビット３０に一体に取り付けられているように説明されているが、外側ブラシ状部材３５については必須のものではなく、あっても無くてもよい。

次に、上述した地盤改良装置１を用いた地盤改良方法について説明する。

まず、地盤に杭Ｋを埋設する。次に、地盤改良装置１を、杭Ｋの頭部を覆うように被せて設置する。このとき、杭Ｋの軸線とケーシング１０の軸線Ｌとを一致させる。そして、図示しないモータを駆動することにより回転軸Ｊを回転させ、さらに、図示しない地盤改良材供給装置を起動して地盤改良材を供給する。これにより、ケーシング１０が回転されて掘削ビット３０のカッター３２が地盤に食い込み地盤を掘削する。また、カッター３２が地盤を掘削したことにより生じた土砂に対して供給管２１の下端開口から地盤改良材が吐出される。地盤改良材が吐出された土砂をアーム３１が通過することにより、土砂と地盤改良材とが混練される。地盤改良装置１によって所定の深さまで掘削した後、ケーシング１０を回転させながら引き上げると、さらに土砂と地盤改良材とがアーム３１によって混練される。その後、地盤改良材によって土砂が固まり、杭Ｋの周囲の地盤が円環状に改良される。

以上より、上述した実施形態の地盤改良装置によれば、既設の杭Ｋの周囲の地盤を円環状に掘削するとともに土砂と地盤改良材とを混練するので、既に埋設された杭Ｋの周囲の地盤に対して地盤改良を行なうことができる。

また、掘削ビット３０が、ケーシング１０の内側方向に突出して杭Ｋの外周面に接するように配置された内側ブラシ状部材３４を有している。このようにすることで、杭Ｋの外周面に接する地盤をほぐすとともに地盤改良材と混練することができるので、改良された地盤と杭Ｋの外周面とが密に接し、そのため、地盤における水平方向反力を高めることができる。

したがって、既に埋設された杭Ｋに対して地盤改良を行なうことができるので、杭の埋設と地盤改良との施工を切り離して行なうことができる。

（第２実施形態）
以下に、本発明の第２実施形態に係る地盤改良装置について、図３および図４を参照して説明する。第２実施形態の地盤改良装置は、主に、管状の支柱部Ｈａの杭頭（上端）にフランジ状の杭頭プレートＨｂが溶接された杭Ｈの周囲の地盤の改良に用いられる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る地盤改良装置の正面図である。図４は、図１の地盤改良装置の断面図であって、図３の軸線Ｌに沿う縦断面図をＣ−Ｃ方向から見た図である。なお、第２実施形態の地盤改良装置において、上記第１実施形態の地盤改良装置と同一の機能を有する構成については、同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態の地盤改良装置２は、ケーシング１０Ａと、改良材供給部２０Ａと、掘削ビット４０、４０とを有している。

ケーシング１０Ａは、円筒部１１と、天井部１２と、取付部１８とを一体に有している。取付部１８は、円筒部１１の下端近傍に単一又は複数個設けられ、例えば２個の取付部１８，１８が互いに１８０度の間隔をあけて対向して配置されている。取付部１８、１８には、後述する掘削ビット４０、４０が固定して取り付けられる。

改良材供給部２０Ａは、ケーシング１０Ａの円筒部１１の外周面１１ａに固定して取り付けられた供給管２１Ａと、供給管２１Ａの上部において回転軸Ｊに回転可能に取り付けられたスイベル２２と、を有している。供給管２１Ａは、円筒部１１の外周面１１ａ部分では軸線Ｌと平行に上方から下方に延在して配置されており、その下端が、円筒部１１の下端近傍でかつ後述する掘削ビット４０、４０より上方位置に配置されている。他方、供給管２１Ａの上部は、ケーシング１０Ａの天井部１２の上方で略直角方向へ曲がって回転軸Ｊの方へ略水平方向へ延び、且つ回転軸Ｊの内部で略直角方向へ曲がって回転軸Ｊに沿った略垂直方向へ延びてスイベル２２に接続される。また、供給管２１Ａの下端開口２１ａは、円筒部１１の下端近傍に形成された貫通孔１１ｂに連通されている。これにより、供給管２１Ａを通じて供給される地盤改良材は、円筒部１１の内側に吐出される。スイベル２２には、地盤改良材供給装置２３からパイプＰを通じてセメントミルクなどの地盤改良材が供給される。なお、供給管２１Ａは、ケーシング１０Ａの天井部１２からケーシング１０Ａの内部へ延び、円筒部１１の内周面に固定して取り付けられていてもよい。

掘削ビット４０は、ケーシング１０Ａの取付部１８にボルト１９によって固定して取り付けられている。本実施形態において、掘削ビット４０は２つ設けられているが、１つまたは３つ以上設けられていてもよい。

掘削ビット４０は、アーム４１と、複数のカッター４２と、取付板４３と、内側ブラシ状部材４４とを一体に有している。内側ブラシ状部材４４の構成については第１実施形態におけると同様の変形例が採用可能である。アーム４１は、略台形状に形成されており、下面４１ａが外側から内側に向かうにしたがって上方に向かうように傾斜して配置されている。アーム４１の上面４１ｂには、リブ４１ｅが突出して形成されており、取付部１８の下面１８ａに形成されたスリット１８ｂに嵌合される。複数のカッター４２は、アーム４１の下面４１ａに突出して設けられている。取付板４３は、長方形板状に形成されており、下端部がアーム４１の外側端面４１ｄに溶接により固定して取り付けられている。取付板４３は、上端部にボルト１９が挿通されるねじ孔が形成されている。内側ブラシ状部材４４は、アーム４１の内側端面４１ｃに突出して設けられている。内側ブラシ状部材４４は、先端が杭Ｈの外周面に接するように配置されている。掘削ビット４０は、上方から見たときに、ケーシング１０Ａの内側に突出するように配置されている。

第２実施形態の地盤改良装置２は、上述した第１実施形態の地盤改良装置１と同様に、上記地盤改良方法に用いることができる。

第２実施形態の地盤改良装置２においても、上述した第１実施形態の地盤改良装置１と同様の作用効果を奏する。

上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

（第１実施形態）
１…地盤改良装置、１０…ケーシング、１１…円筒部、１１ａ…外周面、１２…天井部、１３…上壁、１３ａ…上面、１４…下壁、１５…補強材、１６…取付部、１６ａ…側面、１６ｂ…スリット、１７…ボルト、２０…改良材供給部、２１…供給管、２２…スイベル、３０…掘削ビット、３１…アーム、３１ａ…下面、３１ｂ…上面、３１ｃ…内側端面、３１ｄ…外側端面、３２…カッター、３３…補強板、３３ａ…縁部、３４…内側ブラシ状部材、３５…外側ブラシ状部材、Ｋ…杭、Ｊ…回転軸、Ｌ…軸線、Ｐ…パイプ
（第２実施形態）
２…地盤改良装置、１０Ａ…ケーシング、１１ｂ…貫通孔、１８…取付部、１８ａ…下面、１８ｂ…スリット、１９…ボルト、２０Ａ…改良材供給部、２１Ａ…供給管、４０…掘削ビット、４１…アーム、４１ａ…下面、４１ｂ…上面、４１ｃ…内側端面、４１ｄ…外側端面、４１ｅ…リブ、４２…カッター、４３…取付板、４４…内側ブラシ状部材、Ｈ…杭、Ｈａ…支柱部、Ｈｂ…杭頭プレート

Claims (3)

1. 地中に埋設された杭の周囲の地盤を改良する地盤改良装置であって、
   前記杭より内径の大きい円筒状のケーシングと、
   前記ケーシングの外周面または内周面に配置され、前記ケーシングの下端近傍において地盤改良材を吐出する供給管と、
   前記ケーシングの下端に外側または内側に突出して取り付けられ、前記ケーシングが軸心を中心に回転されることにより前記杭の周囲の地盤を円環状に掘削するとともに当該地盤を掘削することにより生じた土砂と前記地盤改良材とを混練する１または複数の掘削ビットと、を有していることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記掘削ビットが、前記ケーシングの内側方向に突出して前記杭の外周面に接するように配置されたブラシ状部材を有し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。
3. 地中に埋設された杭の周囲の地盤を改良する地盤改良装置であって、
   前記杭の周囲の地盤を円環状に掘削するとともに当該地盤を掘削することにより生じた土砂に対して地盤改良材を吐出し、当該土砂と地盤改良材とを混練することを特徴とする地盤改良方法。

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