JP2023045341A - 地盤改良体造成装置、地盤改良工法 - Google Patents
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Abstract
Description
改良対象地盤に注入材料を注入して地盤改良体を円筒状改良体として造成する装置であって、円筒状改良体の改良外径から改良内径を差し引いたリング厚が改良外径の大きさのほぼ4~8分の1に設定された円筒状改良体を造成する装置において、
造成する改良体の改良内径より小さい翼径となる複数枚の上段攪拌翼と、
注入材料の流路と噴射ノズルを備えた、造成する改良体の改良外径より小さい翼径となる複数枚の下段攪拌翼と、を有する地盤改良体造成装置によって達成される。
この地盤改良体造成装置では、下段攪拌翼は、
下向きに注入材料を噴射可能な下向き噴射ノズルと、
外方向に向かって且つ斜め下向きに注入材料を噴射可能な斜め下向き噴射ノズルと、
の何れか一方または両方を有している。
この場合、造成するリング厚部分のほぼ3分の2の面積に相当する外側領域部分を、前記斜め下向き噴射ノズル2箇所から噴射する注入材料で造成するとともに、造成するリング厚部分の残りのほぼ3分の1の面積に相当する内側領域部分を、リング厚中央部に備えた前記下向き噴射ノズルから噴射する注入材料で造成する。
攪拌翼を正回転させながら地盤改良体造成装置を地中に貫入する貫入工程と、
攪拌翼を逆回転させながら地盤改良体造成装置を地中から引上げる引上工程と、
を含む地盤改良工法によって達成される。
この地盤改良工法では、貫入工程において、貫入の過程で噴射ノズルを介して注入材料を地中に注入し、その際、円筒状改良体の造成に必要な予め定めた所定の注入量のほぼ4分の3を注入する。また、引上工程において、引上げの過程で噴射ノズルを介して注入材料を地中に注入し、その際、前記所定の注入量の残りほぼ4分の1を注入するとともに、貫入時のほぼ2倍~4倍の上昇速度で地盤改良体造成装置を地中から引上げる。
下段攪拌翼は、造成する円筒状改良体の内径とほぼ一致する位置に、改良体内側領域への注入材料の流入を防止するための注入材料流入防止板を備えてもよい。
この場合、前記流入防止板は、地中に貫入する時の攪拌翼回転方向に対して斜角となる方向で設置される。
前記上段攪拌翼と前記下段攪拌翼の中間部に、改良体内側領域への注入材料の流入を防止するための流入防止翼を備えてもよい。
この場合、前記流入防止翼は、造成する円筒状改良体の内径とほぼ一致する位置に流入防止板を備え、攪拌翼と共回りしないようにロッドに対して回転自在に取り付けられる。
前記上段攪拌翼と前記下段攪拌翼の中間部に、改良体内側領域への注入材料の流入を防止するための流入防止リング翼を備えてもよい。
この場合、前記流入防止リング翼は、造成する円筒状改良体の内径とほぼ一致する位置に円筒形状の流入防止リングを備え、攪拌翼と共回りしないようにロッドに対して回転自在に取り付けられる。
円柱状改良体の断面積は改良外径をDpとすると、Ap=π/4×Dp2、断面二次モーメントは、Ip=π/64×Dp4の数式に代入することで算出される。一方、円筒状改良体の断面積は改良外径をDp、改良内径をDsとすると、Ap=π/4×(Dp2-Ds2)、断面二次モーメントは、Ip=π/64×(Dp4-Ds4)の数式に代入することで算出される。図2に改良外径φ1800mmにおいて、改良内径を変化させたときのリング面積と断面二次モーメントの算出結果を円柱比率で示す。さらに、断面性能比率とリング面積比率の差を剛性断面低減効率として定義し、この数値が大きいほど断面性能の低下に比べて断面積の低減効率が高いことを示している。
円筒状改良体の最適形状は、例えば、改良外径φ1800mmの場合、改良内径は1200mmであり、リング厚の外径に対する比率は、4~8分の1が最適となる。この比率を用いると、円筒状改良体は、円柱状改良体に比べて、改良体断面積は5割程度に低減するが、断面二次モーメントは8割程度を確保できる。
はじめに、この出願で用いる主な用語について説明する。
円筒状改良体の施工概要は、図4に示すように、セメントサイロ、ミキシングプラント、グラウトポンプ、深層混合処理機を用いる。深層混合処理機に備えた地盤改良体造成装置はボーリングロッドを有している。このボーリングロッド(以下単に「ロッド」という。)の先端には、特殊攪拌翼を装着している。なお、この出願では、特殊攪拌翼を必要に応じて単に「攪拌翼」という。
本実施形態の地盤改良体造成装置は、ロッドと、ロッド先端に設けられた特殊攪拌翼を有している。ロッドと特殊攪拌翼には、注入材料を圧送するための流路が設けられており、また、特殊攪拌翼には、流路を介して圧送された注入材料を噴射するための噴射ノズルが設けられている。
また、斜め下向き噴射ノズルA,Bを介して注入材料を外側に噴射することで、改良外径の外側にある原地盤が改良外径の内側に入り込むことを防止できる。
また、造成するリング厚部分の外側領域と内側領域を、異なる噴射ノズルからの注入材料で造成することで、リング厚部分の外側と内側とで偏りのない円筒状改良体を造成することができる。
次に、上記構成の地盤改良体造成装置を用いて円筒状改良体を造成する地盤改良工法について説明する。
・攪拌翼を正回転させながら地盤改良体造成装置を地中に貫入する貫入工程と、
・攪拌翼を逆回転(貫入時の回転方向とは逆方向で回転)させながら地盤改良体造成装置を地中から引上げる引上工程と、
の2工程を含んで構成される。
さらに、噴射による施工能力への効果が期待できない引上げ工程では、造成する改良内径より小さい翼径の上段攪拌翼21,22,23の回転により、上部の土塊を掻き分けることで、引上げ能力を高められる構造となっている。
また、上段攪拌翼21,22,23ではリング厚部分の攪拌を行わずに下段攪拌翼41,42,43のみで攪拌することで、リング厚部分に重点的に材料を注入撹拌し、均質な円筒状改良体を造成できる。
例えば、攪拌翼を正回転させながら地盤改良体造成装置を地中に貫入する際には、噴射ノズルAに通ずる攪拌翼内の流路をバルブで閉鎖し、他方の噴射ノズルBから注入材料を地中に注入するようにし、また、攪拌翼を逆回転させながら地盤改良体造成装置を地中から引上げる際には、噴射ノズルBに通ずる攪拌翼内の流路をバルブで閉鎖し、他方の噴射ノズルAから注入材料を地中に注入するようにしてもよい。
また、例えば、攪拌翼の回転方向を正回転から逆回転に変えるときに、回転方向の逆転に連動して、流路を開閉するバルブを作動させてもよい。
特殊攪拌翼の全体図を図6に示す。
下段攪拌翼の改良内径部に設置した流入防止板45は、攪拌翼の水平回転により、円筒状改良体と内部土の縁切りに対しても有効であり、確実な円筒形状の造成に寄与する。
流入防止翼51は、造成する円筒状改良体の内径とほぼ一致する位置に流入防止板55を備えている。
また、流入防止翼51は、上下の攪拌翼と共回りしないようにロッドに対して回転自在に取り付けられている。
このように、流入防止翼51を攪拌翼の回転動作と同一とならないようにロッドに対して回転フリーで取り付けることにより、地中での回転抵抗とならず、改良内径部との縁切り効果が期待できる。
流入防止リング翼61は、造成する円筒状改良体の内径とほぼ一致する位置に円筒形状の流入防止リング65を備えている。
また、流入防止リング翼61は、上下の攪拌翼と共回りしないようにロッドに対して回転自在に取り付けられている。
このように、流入防止リング翼61を攪拌翼の回転動作と同一とならないようにロッドに対して回転フリーで取り付けることにより、地中での回転抵抗とならず、改良内径部との縁切り効果が期待できる。
41,42,43 下段攪拌翼
45 流入防止板
51 流入防止翼
55 流入防止板
61 流入防止リング翼
65 流入防止リング
Claims (6)
- 地盤改良体を円筒状改良体として造成する装置であって、
円筒状改良体の改良外径から改良内径を差し引いたリング厚が改良外径の大きさのほぼ4~8分の1に設定された円筒状改良体を造成する装置において、
造成する改良内径より小さい翼径となる複数枚の上段攪拌翼と、
注入材料の流路と噴射ノズルを備えた、造成する改良外径より小さい翼径となる複数枚の下段攪拌翼と、を有しており、
前記下段攪拌翼は、
下向きに注入材料を噴射可能な下向き噴射ノズルと、
外方向に向かって且つ斜め下向きに注入材料を噴射可能な斜め下向き噴射ノズルと、
の何れか一方または両方を有する、ことを特徴とする地盤改良体造成装置。 - 請求項1記載の装置であって、
攪拌翼の段数を複数備えたことを特徴とする地盤改良体造成装置。 - 請求項1または請求項2記載の装置であって、
前記下段攪拌翼は、前記斜め下向き噴射ノズルを2箇所に、前記下向き噴射ノズルを少なくとも1箇所に、それぞれ有しており、
造成するリング厚部分のほぼ3分の2の面積に相当する外側領域部分を、前記斜め下向き噴射ノズル2箇所から噴射する注入材料で造成し、
造成するリング厚部分の残りのほぼ3分の1の面積に相当する内側領域部分を、前記下向き噴射ノズルから噴射する注入材料で造成する、
ことを特徴とする地盤改良体造成装置。 - 請求項1または請求項2記載の装置であって、
改良体内側領域に送液するための噴射ノズルを有することを特徴とする地盤改良体造成装置。 - 請求項1または請求項2記載の装置を用いて円筒状改良体を造成する地盤改良工法であって、
前記噴射ノズルから注入材料を噴射する際に、注入量または噴射圧力を変化させる、ことを特徴とする地盤改良工法。 - 請求項1または請求項2記載の装置であって、
前記下段攪拌翼は、造成する円筒状改良体の内径とほぼ一致する位置に、改良体内側領域への注入材料の流入を防止するための注入材料流入防止板を備えており、
前記流入防止板は、地中に貫入する時の攪拌翼回転方向に対して斜角となる方向で設置されている、ことを特徴とする地盤改良体造成装置。
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