JP2019090262A - 貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤に吐出する補助水量を精度よく管理した改良土混合処理を行うことができ、地盤改良における正確な強度を把握することができる。【解決手段】ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３において、規定量の試料土と、排土式深層混合処理機による撹拌翼を有する回転ロッドの貫入時に地盤に向けて吐出される補助水量の水とを混合させる一次撹拌を行い、規定量の含水比試料土を作成する工程と、ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ６において、規定量の含水比試料土に硬化材を混合する二次撹拌を行うことで改良土供試体を作成する工程と、を有する改良土配合試験方法を使用し、改良土供試体の分析結果に基づいて回転ロッドの貫入時の補助水量を設定する工程と、撹拌翼に設けられる吐出口から設定された補助水量の水を地盤に向けて吐出し、補助水量を掘削深度毎に制御しながら貫入する工程と、を有する排土式深層混合処理工法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法に関する。

従来、都市部における地盤改良工法では、近接施工となるケースが多く、周囲地盤の変位を抑えた変位低減型の工法が求められており、例えば特許文献１に示されるような２軸の回転軸を有する処理装置を用いた排土式深層混合処理工法が知られている。
特許文献１は、２軸の回転軸を貫入する際に、固化材の供給量に相当する土量を積極的に排土した後、回転軸の引き抜き時に貫入した地盤に固化材を供給して撹拌混合することで、固化材の供給に伴う地盤膨張を防止して周辺地盤に変位が生じることを回避する変位低減型の地盤改良工法である。この場合には、貫入時に固化材を供給しないので、固化材が混入されずに元の地盤のまま排土される。

また、変位低減型の工法でなく施工効率を合理化した地盤改良工法として、例えば特許文献２に示すような先端部に撹拌翼を備え並列に配置された３軸の回転軸を有する３軸深層混合処理装置を使用した３軸式深層混合処理工法も知られている。

さらに、近年では、大口径の撹拌翼で改良面積を大きくした大口径改良を可能とした２軸の地盤改良工法を実施されるケースもあり、この場合には施工費を低減できる利点がある。ところが、太径の撹拌翼で貫入施工を行うときには、貫入抵抗が大きくなることから、貫入速度が低下し、施工能率が低下する傾向にあった。そのため、貫入時には例えば下段吐出口より水を吐出して流動化を促進することにより、貫入抵抗を減少させ施工速度を確保するとともに、引抜時において上段吐出口よりスラリーを吐出し、撹拌混合することで改良体を造成することも行われている。

特許第３０９４２６６号公報 特許第４４１８３０５号公報

しかしながら、上述したような貫入時において水を地盤に吐出して流動化を促進する施工の場合には、スラリーの配合試験では、地盤から試料を採取しスラリーを混合して行う配合試験となることから、貫入時に流動化を促進するための補助水が考慮された方法にはなっていない。そのため、施工後のチェックボーリングで安全率により強度が確保されていることを確認するという不確実な管理方法となり、地盤改良における正確な強度が確保できないという問題があり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、地盤に吐出する補助水の水量を精度よく管理した改良土混合処理を行うことができ、地盤改良における正確な強度を把握することができる貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法は、排土式深層混合処理機によって施工される改良土の配合を試験する貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法であって、規定量の試料土と、前記排土式深層混合処理機による撹拌翼を有する回転ロッドの貫入時に地盤に向けて吐出される補助水量の水とを混合させる一次撹拌を行い、規定量の含水比試料土を作成する工程と、前記規定量の含水比試料土に硬化材を混合する二次撹拌を行うことで改良土供試体を作成する工程と、を有することを特徴としている。

また、本発明に係る貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法は、排土式深層混合処理機によって施工される改良土の配合を試験する貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法であって、規定量の試料土に対し、前記排土式深層混合処理機による撹拌翼を有する回転ロッドの貫入時に地盤に向けて吐出される補助水量の水と規定配合の配合水量から水セメント比を見直した修正水セメント比を評価する工程と、前記規定量の試料土に前記修正水セメント比の硬化材を混合する撹拌を行うことで改良土供試体を作成する工程と、を有することを特徴としている。

また、本発明に係る貫入時補助水施工に対する排土式深層混合処理工法は、上述した改良土配合試験方法によって得られた試験結果を用いた排土式深層混合処理工法であって、前記改良土配合試験方法により作成された改良土供試体を分析する工程と、前記改良土供試体の分析結果に基づいて前記排土式深層混合処理機の前記回転ロッドの貫入時の補助水量を設定する工程と、前記撹拌翼に設けられる吐出口から設定された前記補助水量の水を地盤に向けて吐出し、前記補助水量を掘削深度毎に制御しながら貫入する工程と、を有することを特徴としている。

請求項１に係る本発明では、規定量の試料土と貫入時の補助水量とを混合させる一次撹拌を行い、規定量の含水比試料土を作成し、この規定量の含水比試料土に硬化材を混合する二次撹拌を行うことで改良土供試体を作成し、作成された改良土供試体を分析した分析結果に基づいて排土式深層混合処理機の撹拌翼の貫入施工時の補助水量を設定することができる。そして、撹拌翼に設けられる吐出口から地盤に向けて水を吐出し流動化を促進するための補助水量を掘削深度毎に制御しながら貫入する施工を行うことができる。
このように本発明では、事前に補助水による土質性状の変化（水分の増加、土粒子分の減少）を反映した配合試験を行って管理することができる。とくに、本発明のように排土式で変位低減型の深層混合処理の場合には、回転ロッドの貫入時に補助水を吐出するため含水比が高くなった混合土が排出されるが、吐出される水の補助水量が好適な量に精度よく管理されるため、地盤改良時における周辺地盤の変位を小さく抑えることができる。

請求項２に係る本発明では、試料土の性状は現地の性状のまま試験を行うことができる。混合する硬化材に対して、規定の配合に対する配合水に貫入時の補助水量を加算し、排土量を考慮して新たに水セメント量を修正して計算する。この修正水セメント量で配合した硬化材を試料土と混合することで改良土供試体を作成し、作成された改良土供試体を分析した分析結果に基づいて排土式深層混合処理機の撹拌翼の貫入施工時の補助水量を設定することができる。
このように本発明では、事前に補助水による土質性状の変化（水分の増加、土粒子分の減少）を反映した配合試験を行って管理することができる。とくに、本発明のように排土式で変位低減型の深層混合処理の場合には、回転ロッドの貫入時に補助水を吐出するため含水比が高くなった混合土が排出されるが、吐出される水の補助水量が好適な量に精度よく管理されるため、地盤改良時における周辺地盤の変位を小さく抑えることができる。

また、改良土供試体の作成方法については、従来規定されている作成方法（地盤工学会基準ＪＧＳ０８２１−２００９、「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」）によることができるため、他の試験結果とも比較検証ができ再現性もあり、試験結果を保証することができる。

また、本発明に係る貫入時補助水施工に対する排土式深層混合処理工法は、前記回転ロッドは、２軸で設けられ、前記撹拌翼は、撹拌径が１６００ｍｍ以上であることを特徴としている。

本発明では、上述したように回転ロッドの貫入時に改良土配合試験方法によって得られた結果に基づく補助水量を管理することで、地盤改良時における周辺地盤の変位を小さく抑えることができ、排土式で変位低減型の深層混合処理に好適となる。そのため、２軸の回転ロッドで撹拌径１６００ｍｍの大口径の撹拌翼を有する排土式２軸深層混合処理装置を使用した排土式２軸深層混合処理工法を効果的に採用することができる。

本発明の貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法によれば、地盤に吐出する補助水の水量を精度よく管理した改良土混合処理を行うことができ、地盤改良における正確な強度を把握することができる。

本発明の第１の実施の形態による改良土配合試験方法の作業工程を示すフロー図である。 （ａ）〜（ｆ）は、排土式深層混合処理工法の工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による改良土配合試験方法の作業工程を示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態による貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法について、図面に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本実施の形態の貫入時補助水施工に対する第１改良土配合試験方法は、排土式深層混合処理機１（図２参照）によって施工される改良土の配合を試験するものである。そして、本実施の形態の第１排土式深層混合処理工法は、上述の第１改良土配合試験方法によって得られた試験結果（改良土の配合）を用いて、排土式深層混合処理機１によって深層混合処理を行う施工方法となっている。

ここで、図２に示すように、排土式深層混合処理機１は、先端部に撹拌翼１２を備え並列に配置された２軸の回転ロッド１１、１１と、これら２軸の回転ロッド１１、１１の各外周面に設けられたスパイラル１３と、回転ロッド１１、１１の先端部から地盤Ｇに固化材を噴出する固化材吐出口１４と、を備えている。

各回転ロッド１１は、それぞれ先端部に掘削翼１５を備え、それぞれ専用の駆動モータ１６によって独立に駆動される。そして、これら回転ロッド１１、１１の回転方向は、貫入時、引き抜き時において回転して排土する方向とする。なお、引き抜き時には、２軸の回転ロッド１１、１１の中央に掘削土を集めた状態で排土する。

図２に示すように、撹拌翼１２は、２軸の回転ロッド１１、１１の先端部側においてそれぞれ複数段（図示例では４段）で設けられている。各回転ロッド１１に設けられる撹拌翼１２の撹拌径は、例えば１６００ｍｍのものを採用することができる。

固化材吐出口１４は、各回転ロッド１１、１１の撹拌翼１２近傍に設けられている。そして、回転ロッド１１の内部には、軸方向全体にわたって流路（不図示）が設けられており、それら流路の上端部に供給された固化材が固化材吐出口１４まで流通する構成となっている。具体的には、ロッド貫入時の改良部先端処理時には固化材を下段側の固化材吐出口１４から吐出し、引き抜き時には固化材を上段側の固化材吐出口１４から吐出することが基本となっている。なお、本実施の形態のように２軸の回転ロッド１１、１１の場合には、下段側と上段側の固化材吐出口１４を切り替えて使用する。

次に、貫入時補助水施工に対する第１改良土配合試験方法、及び第１排土式深層混合処理工法について、図１に基づいて具体的に説明する。
先ず、ステップＳ１において、規定量の試料土と、回転ロッド１１（図２参照）の貫入時に地盤Ｇに向けて吐出される所定の補助水量の水とを混合する。その後、ステップＳ１で混合した試料土と所定量の補助水とを１０分間で一次撹拌を行い（ステップＳ２）、規定量の含水比試料土を作成する（ステップＳ３）。
なお、このときの一次撹拌に要する時間は、通常、地盤工学会基準ＪＧＳ０８２１−２００９に定める１０分程度である。

次に、ステップＳ４では、ステップＳ３で作成した規定量の含水比試料土に対して硬化材を混合する。その後、混合した規定量の含水比試料土と硬化材とを１０分間で二次撹拌を行い（ステップＳ５）、改良土供試体を作成する（ステップＳ６）。
なお、このときの二次撹拌に要する時間は、通常、地盤工学会基準ＪＧＳ０８２１−２００９に定める１０分程度である。
ここまでのステップＳ１〜Ｓ６が、第１改良土配合試験方法による作業フローとなる。

次に、第１排土式深層混合処理工法は、先ず、ステップＳ７において、上述した第１改良土配合試験方法により作成された改良土供試体で強度試験を実施し配合を分析する。具体的には、ステップＳ７で作成された改良土供試体の配合を変化させて強度試験を行い、補助水量と配合の組み合わせを選定する。

その後、ステップＳ８において、改良土供試体の分析結果に基づいて図２に示す排土式深層混合処理機１の回転ロッド１１の貫入施工時の補助水量を設定する。次いで、後述する施工時において、撹拌翼１２に設けられる固化材吐出口１４から地盤Ｇに向けて水を吐出し流動化を促進するための補助水量（前記ステップＳ８で設定した補助水量）を掘削深度毎に制御しながら貫入することにより施工する。

具体的な施工としては、先ず、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、排土式深層混合処理機１を所定の施工位置に位置決めした後、２軸の回転ロッド１１、１１をそれぞれ回転させて地盤Ｇに貫入していく。その際、貫入速度を考慮して回転ロッド１１、１１の回転量を適正に制御してそれぞれのスパイラル１３により排土を行う。このとき、撹拌翼１２に設けられる固化材吐出口１４から地盤Ｇに向けて水を吐出し、流動化を促進するための補助水量（前記ステップＳ８で設定した補助水量）を掘削深度毎に制御しながら貫入する。
そして、図２（ｃ）に示すように、回転ロッド１１、１１の先端（掘削翼１５）が所定の改良下端深度に到達したときに貫入を停止する。

次いで、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、回転ロッド１１、１１を改良領域Ｐ中の途中まで引き抜く。このときの各回転ロッド１１は、固化材を固化材吐出口１４より吐出させながら回転ロッド１１、１１及び撹拌翼１２を貫入時の回転を維持したまま引き上げることで、１スパンあたりの改良領域Ｐの地盤改良が完了する（図２（ｆ）参照）。

そして、所望深度までの改良体が施工された後、図２（ｆ）に示すように排土式深層混合処理機１の装置全体を地上に引き上げて次の施工位置まで移動させ、上述した改良土配合試験方法により得られた補助水量に基づいて図２（ａ）〜（ｆ）の工程を同様に繰り返して他の改良体を施工する。

次に、上述した貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
第１の実施の形態では、図１に示すように、事前に補助水による土質性状の変化（水分の増加、土粒子分の減少）を反映した配合試験を行って管理することができる。とくに、本実施の形態のように排土式で変位低減型の深層混合処理の場合には、回転ロッド１１の貫入時に補助水を吐出するため含水比が高くなった混合土が排出されるが、吐出される水の補助水量が好適な量に精度よく管理されるため、地盤改良時における周辺地盤の変位を小さく抑えることができる。

また、本第１の実施の形態では、上述したように回転ロッド１１の貫入時に第１改良土配合試験方法によって得られた結果に基づく補助水量を管理することで、地盤改良時における周辺地盤の変位を小さく抑えることができ、排土式で変位低減型の深層混合処理に好適となる。そのため、２軸の回転ロッド１１、１１で撹拌径１６００ｍｍの大口径の撹拌翼１２を有する排土式２軸深層混合処理装置１を使用した排土式２軸深層混合処理工法を効果的に採用することができる。

上述のように本実施の形態による貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法では、地盤に吐出する水の補助水量を精度よく管理した改良土混合処理を行うことができ、地盤改良における正確な強度を把握することができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態による貫入時補助水施工に対する第２改良土配合試験方法、及び第２排土式深層混合処理工法について、図３に示すフロー図に基づいて説明する。
ここで、第２の実施の形態における試験方法で改良土の配合を試験する排土式深層混合処理機１（図２参照）は上述した第１の実施の形態と同様である。また、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態で用いた図２を参照して説明する。

先ず、ステップＳ１０において、規定量の試料土を作成する。
一方で、回転ロッド１１（図２参照）の貫入速度と地盤Ｇに向けて吐出される所定の補助水量を設定する（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ１１で設定した貫入速度で撹拌される対象土に投入される補助水量を算定する（ステップＳ１２）。具体的には、改良対象土の体積当たり補助水量を算定する。そして、ステップＳ１３において、投入される補助水量から排土率を設定して排土量を算定する。さらに、排土後の改良対象土量に対する規定配合（水セメント比）から、セメント添加量と配合水量を算定する（ステップＳ１４）。

その後、ステップＳ１５において、算定されたセメント添加量、配合水量と補助水量から、修正した水セメント比（修正水セメント比）を算定する。ステップＳ１０で作成した規定量の試料土に対して修正水セメント比の硬化材を混合する（ステップＳ１６）。その後、ステップＳ１０で混合した規定量の試料土と、修正水セメント比の硬化材とを１０分間撹拌を行い（ステップＳ１７）、改良土供試体を作成する（ステップＳ１８）。
なお、このときの撹拌に要する時間は、通常、地盤工学会基準ＪＧＳ０８２１−２００９に定める１０分程度である。
ここまでのステップＳ１０〜Ｓ１８が、第２改良土配合試験方法による作業フローとなる。

次に、排土式深層混合処理工法は、先ず、ステップＳ１９において、上述した第２改良土配合試験方法により作成された改良土供試体で強度試験を実施し配合を分析する。具体的には、ステップＳ１９で作成された改良土供試体の配合を変化させて強度試験を行い、補助水量と配合の組み合わせを選定する。

その後、ステップＳ２０において、改良土供試体の分析結果に基づいて図２に示す排土式深層混合処理機１の回転ロッド１１の貫入施工時の補助水量を設定する。次いで、後述する施工時において、撹拌翼１２に設けられる固化材吐出口１４から地盤Ｇに向けて水を吐出し流動化を促進するための補助水量（前記ステップＳ２０で設定した補助水量）を掘削深度毎に制御しながら貫入することにより施工する。
具体的な施工としては、上述した第１の実施の形態と同様であるのでここでは詳しい説明を省略する。

第２の実施の形態では、試料土の性状は現地の性状のまま試験を行うことができる。混合する硬化材に対して、規定の配合に対する配合水に貫入時の補助水量を加算し、排土量を考慮して新たに水セメント量を修正して計算する。この修正水セメント量で配合した硬化材を試料土と混合することで改良土供試体を作成し、作成された改良土供試体を分析した分析結果に基づいて排土式深層混合処理機１の撹拌翼１４の貫入施工時の補助水量を設定することができる。
このように本実施の形態では、事前に補助水による土質性状の変化（水分の増加、土粒子分の減少）を反映した配合試験を行って管理することができる。とくに、本実施の形態では、上述したように回転ロッド１１の貫入時に補助水を吐出するため含水比が高くなった混合土が排出されるが、吐出される水の補助水量が好適な量に精度よく管理されるため、地盤改良時における周辺地盤の変位を小さく抑えることができる。

また、改良土供試体の作成方法については、従来規定されている作成方法（地盤工学会基準ＪＧＳ０８２１−２００９、「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」）によることができるため、他の試験結果とも比較検証ができ再現性もあり、試験結果を保証することができる。

以上、本発明による貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した第１の実施の形態における一次撹拌および二次撹拌による撹拌時間、第２の実施の形態における撹拌時間をそれぞれ１０分程度としているが、必ずしもこの撹拌時間の範囲であることに限定されることはない。

また、本実施の形態では、排土式深層混合処理装置１として、回転ロッド１１が２軸で設けられ、撹拌翼１２は撹拌径が１６００ｍｍ以上の太径の装置を採用しているが、これに限定されることはなく、撹拌径が例えば１０００ｍｍ〜１３００ｍｍのものを用いるようにしてもよい。例えば、貫入時の抵抗が大きいと想定される地盤では、上述した１６００ｍｍ以上でない撹拌径のものを採用することも可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 排土式深層混合処理装置
１１ 回転ロッド
１２ 撹拌翼
１３ スパイラル
１４ 固化材吐出口
１５ 掘削翼
Ｇ 地盤
Ｐ 改良領域

Claims (4)

1. 排土式深層混合処理機によって施工される改良土の配合を試験する貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法であって、
   規定量の試料土と、前記排土式深層混合処理機による撹拌翼を有する回転ロッドの貫入時に地盤に向けて吐出される補助水量の水とを混合させる一次撹拌を行い、規定量の含水比試料土を作成する工程と、
   前記規定量の含水比試料土に硬化材を混合する二次撹拌を行うことで改良土供試体を作成する工程と、
   を有することを特徴とする貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法。
2. 排土式深層混合処理機によって施工される改良土の配合を試験する貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法であって、
   規定量の試料土に対し、前記排土式深層混合処理機による撹拌翼を有する回転ロッドの貫入時に地盤に向けて吐出される補助水量の水と規定配合の配合水量から水セメント比を見直した修正水セメント比を評価する工程と、
   前記規定量の試料土に前記修正水セメント比の硬化材を混合する撹拌を行うことで改良土供試体を作成する工程と、
   を有することを特徴とする貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法。
3. 請求項１又は２に記載の貫入時補助水施工に対する改良土配合試験方法によって得られた試験結果を用いた排土式深層混合処理工法であって、
   前記改良土配合試験方法により作成された改良土供試体を分析する工程と、
   前記改良土供試体の分析結果に基づいて前記排土式深層混合処理機の前記回転ロッドの貫入時の補助水量を設定する工程と、
   前記撹拌翼に設けられる吐出口から設定された前記補助水量の水を地盤に向けて吐出し、前記補助水量を掘削深度毎に制御しながら貫入する工程と、
   を有することを特徴とする貫入時補助水施工に対する排土式深層混合処理工法。
4. 前記回転ロッドは、２軸で設けられ、
   前記撹拌翼は、撹拌径が１６００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の貫入時補助水施工に対する排土式深層混合処理工法。

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