JP2789527B2 - 地盤改良における柱状固結体の施工方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は地盤を掘削しながら安定材を吐出し、この安
定材と掘削した土とを地盤中で混合撹拌して、該掘削部
位に柱状の固結体を形成してなる地盤改良における柱状
固結体の施工方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の施工方法として、例えば第９図に示し
たような地盤改良装置１を利用した工法が知られてい
る。この装置１は、駆動装置本体２の下部に正逆回転可
能な回転シャフト３を設け、この回転シャフト３の先端
部に穿孔ビット４を、また穿孔ビット４よりやや上方位
置に掘削翼５と撹拌翼６をそれぞれ取付けると共に、回
転シャフト３の掘削翼５付近に安定材の吐出孔７を開設
した構造となっている。そして、回転シャフト３を作動
し掘削翼５で地盤８を掘削する際、吐出孔７からは石灰
系やセメント系等の化学的安定材を吐出し、これと掘削
された土とを撹拌翼６によって混合撹拌し、該掘削部位
に柱状の固結体９を形成することで地盤を改良するもの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来の地盤改良方法にあっては、掘削
された土に石灰系やセメント系等の安定材を混合し、十
分に撹拌して一様に均質の固結体９を形成するのを目的
としていたため、以下に例示するように構築場所の条件
等によっては適切に対応できない問題があった。即ち、
例えば周辺の地盤中に海水や酸性水等の浸食性物質が含
まれている場合、固結体の表面から浸食による劣化が進
むことから、固結体の耐食性を増すためには固結体全体
を増強・密実化しなければならず、その分安定材の添加
量が多くなったり、寸法の割増といった問題があった。
また、伏流水を含む地盤の場合には固結体が十分に固ま
る前に安定材が徐々に散逸してしまって地盤改良効果が
それ程期待できないといった問題があった。

そこで、本発明の技術的課題は、どのような悪い条件
の下でも、その地盤に対して最適な固結体を構築できる
ようにする点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記技術的課題を解決するために、 第１に、地盤を掘削しながら安定材を吐出し、この安
定材と掘削した土とを混合撹拌して該掘削部に柱状の改
良固結体を形成し、その後、その外周近傍内方に上記安
定材又は他の材料を吐出し、該改良固結体の外周近傍内
方に円筒状の強化固結体層を形成したことを特徴とする
地盤改良における柱状固結体の施工方法を手段とし、 第２に、駆動装置本体の下部に回転シャフトを有し、
この回転シャフトの先端部近傍に掘削翼と撹拌翼とを固
設してなる柱状固結体の施工装置において、上記回転シ
ャフトの内部に安定材および他の材料の供給通路を設け
ると共に、掘削翼付近の回転シャフト及び、掘削翼又は
撹拌翼の先端部付近に吐出孔をそれぞれ開設し、該掘削
翼又は撹拌翼の先端部付近に開設された吐出孔の吐出方
向が、掘削翼又は撹拌翼の回転半径方向と垂直な方向で
あり、かつ各々の吐出孔と前記供給通路とは切換弁によ
って接続されるか若しくは複数の供給通路に各々接続さ
れてなることを特徴とする柱状固結体の施工装置を手段
としている。

本発明において、安定材や他の材料を掘削部の中心部
とその外周近傍内方とに分けて吐出する方法は種々であ
るが、特に第２の発明に係るような施工装置を用いる場
合には、施工装置の適当な部位にそれぞれの吐出孔を設
けて吐出させることで、容易に施工を行なうことができ
る。

また、掘削土と混合して中心部に改良固結体を形成す
るための安定材及びその外周近傍内方に円筒状の強化固
結体層を形成するために吐出する安定材または他の材料
の種類は、掘削地盤の土質条件や使用目的などに合わせ
て選択できるのは勿論であり、両者が同一材料となる場
合もある。安定材としては、例えば石灰系やセメント系
などの化学的安定材が用いられる。また、外周近傍内方
の部位に吐出する材料としては、上記安定材の他にファ
イバ混入のセメントモルタルやポリマーセメントモルタ
ルなどの高強度材料又は、瀝青材や水ガラス系材料など
の急速固化材が用いられる。また、これらを実際に使用
する場合には液状態で用いるのが好ましい。

〔作用〕

上述の手段によれば、掘削部には化学安定材と掘削土
とを撹拌して土を改良固化した柱状の改良固結体が形成
され、その外周近傍内方の部位に使用目的に応じて種々
の材料を吐出することで円筒状の強化固結体層を形成す
ることができる。

〔実施例〕

以下添付図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る柱状固結体と施工装置11の回転
シャフト12部分を示したものである。この回転シャフト
12は駆動装置本体２の下部に正逆回転可能に取付けられ
ており、その下端部には穿孔ビット４が、また穿孔ビッ
ト４の上部近傍には掘削翼５と撹拌翼６とが固設されて
いる。穿孔ビット４は先細形状の板状体で形成されてお
り、回転シャフト12の駆動時に一緒に回転して地盤に穴
を開ける。また、掘削翼５及び撹拌翼６は共に水平方向
に延びる四角形状の板状体によって形成されているが、
特に掘削翼５の下端部には凹凸状の掘削刃13が形成され
ている。そして、これら掘削翼５及び撹拌翼６は、回転
シャフト12の正方向の回転に合わせて、共に同一の仰角
を以って回転シャフト12に固設されている。なお、撹拌
翼６は回転シャフト12の上下方向に多段に亘って設けら
れており、それぞれが互いに90度ずつ角度をずらして配
設されている。

一方、この実施例にあっては掘削翼５近傍の回転シャ
フト12に第１の吐出孔14が、また掘削翼５の先端部には
掘削翼５の裏面側に配設された導管15に導かれた第２の
吐出孔16がそれぞれ設けられており、これらの吐出孔1
4,16は回転シャフト12の内部に形成された安定材などの
供給通路と接続されている。この供給通路は、第２図及
び第３図に示したように、回転シャフト12内に１本しか
形成されない場合と２本形成される場合の２種類があ
り、１本の場合は主に同一種類の安定材を吐出する場合
に用いられ、供給通路17の下部に両方の吐出孔14,16を
切り換えるための切換弁18a,18b,18cを設けた構造とな
っている。また、第３図に示すように、回転シャフト12
の内部中央に設けられた隔壁19によって仕切られて２本
の供給通路20a,20bが形成される場合は、異なる種類の
安定材又は安定材と他の材料を吐出する場合に用いら
れ、一方の供給通路20aの下部が回転シャフト12に開設
された第１の吐出孔14に接続され、他の供給通路20bの
下部が第２の吐出孔16に導かれる導管15に接続された構
造となっている。

次に、上記構成からなる装置を用いて地盤を改良する
施工法を第４図及び第５図に基づいて説明する。

まず第４図に示すように、回転シャフト12を正方向に
回転させて穿孔ビット４で地盤に穴を開け、掘削翼５に
よって次第に掘り進む。この掘削と同時に、回転シャフ
ト12に開設された第１の吐出孔14から石灰系やセメント
系等の化学的安定材を吐出し、撹拌翼６によって掘削さ
れた土と安定材とを十分に混合撹拌して、該掘削部位に
改良固結体24を形成していく。次に、所定深度まで掘り
進んだことを確認した後、今度は第５図に示したように
回転シャフト12を逆回転させながら一定速度で引き上げ
ていく。そして、それと同時に第１の吐出孔14からの安
定材の供給を停止し、掘削翼５の先端部に開設された第
２の吐出孔16から安定材または他の材料を供給する。こ
の場合、第２図に示したように供給通路17が１本の回転
シャフト12では、切換弁18a,18b,18cを全て切り換える
ことで供給通路17と第２の吐出孔16とを接続し、第３図
に示したように供給通路20a,20bが２本の回転シャフト1
2では、第１の吐出孔14に接続する供給通路20aへの安定
材の供給を停止し、他の供給通路20bに安定材または他
の材料を送り込むことで第２の吐出孔16から吐出させる
ことができる。特に前者は同一の安定材を吐出する場合
に、後者は異なる種類の材料を吐出する場合に有利であ
る。また、回転シャフト12を引上げながら、掘削翼５の
先端部付近に設けられている第２の吐出孔16から、改良
固結体24の外周近傍内方の部位に材料を吐出するので、
吐出された材料と中心部の土との機械的混合が行なわれ
ず、材料の性能が十分に生かされた円筒状の強化固結体
25が形成されることとなる。

従って、同一の安定材によって両方の固結体24,25を
形成する場合、例えば両者の安定材の濃度を変え、中心
部より外周部の濃度を高くしておくことで、より高強度
の固結体を外周部に形成することができ、海岸での地下
水が海水となっているような砂地盤での地盤改良におい
て、抵抗力を持たせることができる。

また、異なる種類の材料を用いて上記のような条件で
の地盤改良を行なうことも可能で、この場合には第１の
吐出孔14からは石灰系やセメント系等の安定材を吐出
し、通常の柱状固結体を形成する一方、第２の吐出孔16
からは海水などに劣化されず、かつ海水を通さないポリ
マーセメントミルクを吐出し、前記柱状固結体の外周近
傍内方に緻密な円筒状固結体を形成することで効果的な
地盤改良を行なうことができる。

更に、第６図に示すように、上下の河川26,27に挟ま
れた場所での地盤改良では地下水が伏流水28として流動
状態にあるため、従来の工法による固結体の形成では安
定材の散逸を防止することができない。そこで、この実
施例では掘削部に上述と同様の改良固結体24を形成する
一方、該改良固結体24の外周近傍内方の部位には水ガラ
ス系材料等の急速固化材を吐出して短時間に強化固結体
25aを形成し、内部の改良固結体24が十分に硬化するま
での間その表面を保護することで、伏流水28による安定
材の散逸を防止することができる。

また、第７図に示すように、圧密未了層29が固い地層
30の上にあるような地盤を改良する場合には、従来の改
良工法では同図左側に図示したように、形成した固結体
９と周辺の圧密未了層29との付着が良いことから圧密の
進行に伴なってフリクションが固結体９に作用し、過大
な荷重となって固結体９を破壊するおそれがあるが、同
図右側に図示したように、内側には上述と同様の改良固
結体24を形成し、該改良固結体24の外周近傍内方に瀝青
材による強化固結体25b（絶縁層）を形成することによ
って圧密未了層29との付着を絶つことができ、上記フリ
クションによる改良固結体24の破壊を防止することがで
きる。

更に、第８図に示すように、柱状の固結体を互いにオ
ーバラップさせて自立土留め壁31を形成することで地盤
８を改良する場合には、オーバラップさせた部位に剪断
応力や曲げ引張応力が集中してしまう。従って、このよ
うな場合には内側に上述と同様の改良固結体24を形成す
る一方で、該改良固結体24の外周近傍内方にはファイバ
入のセメントミルク或はセメントモルタルを用いた強化
固結体25cを形成することによって、剪断応力や曲げ引
張応力に対して抵抗力のある柱状固結体とすることがで
きる。

〔効果〕

以上説明したように、本発明に係る地盤改良における
柱状固結体の施工方法によれば、掘削部に柱状の改良固
結体を形成し、その外周近傍内方に円筒状の強化固結体
層を形成して二重構造とし、かつ該固結体の特性を種々
選択できるようにしたので、どのような悪い地盤条件の
下でも、柱状固結体が適切に保護されて強度が向上した
柱状固結体を得ることができる。

また、本発明に係る施工装置によれば、掘削翼付近の
回転シャフト及び、掘削翼又は撹拌翼の先端部付近に吐
出孔を設け、各吐出孔から掘削部とその外周部近傍内方
の部位とにそれぞれ同一又は特性の異なる材料を吐出で
きるようにしたので、柱状の改良固結体と円筒状の強化
固結体層とからなる二重構造の柱状固結体を容易に形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る地盤改良における柱状固結体の施
工装置の一実施例を示す正面斜視図、第２図及び第３図
は回転シャフトの内部構造の別異の実施例を示す断面
図、第４図は本装置を用いた掘削時の説明図、第５図は
本装置の引上げ時の説明図、第６図乃至第８図は本発明
に係る施工方法の別異の実施例を示す説明図、第９図は
従来の柱状固結体の施工装置の一例を示す正面斜視図で
ある。 1,11……地盤改良装置 ２……駆動装置本体 3,12……回転シャフト ５……掘削翼 ６……撹拌翼 7,14,16……吐出孔 ８……地盤 ９……固結体 17,20a,20b……供給通路 18a,18b,18c……切換弁 24……改良固結体 25,25a,25b,25c……強化固結体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02D 3/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地盤を掘削しながら安定材を吐出し、この
   安定材と掘削した土とを混合撹拌して該掘削部に柱状の
   改良固結体を形成し、その後、その外周近傍内方に上記
   安定材又は他の材料を吐出し、該改良固結体の外周近傍
   内方に円筒状の強化固結体層を形成したことを特徴とす
   る地盤改良における柱状固結体の施工方法。
2. 【請求項２】駆動装置本体の下部に回転シャフトを有
   し、この回転シャフトの先端部近傍に掘削翼と撹拌翼と
   を固設してなる柱状固結体の施工装置において、 上記回転シャフトの内部に安定材および他の材料の供給
   通路を設けると共に、掘削翼付近の回転シャフト及び、
   掘削翼又は撹拌翼の先端部付近に吐出孔をそれぞれ開設
   し、該掘削翼又は撹拌翼の先端部付近に開設された吐出
   孔の吐出方向が、掘削翼又は撹拌翼の回転半径方向と垂
   直な方向であり、かつ各々の吐出孔と前記供給通路とは
   切換弁によって接続されるか若しくは複数の供給通路に
   各々接続されてなることを特徴とする柱状固結体の施工
   装置。