JP2790761B2 - 軟弱地盤改良工法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、遠浅海岸，河川，湖
沼の流域等の地盤の改良技術の分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、国土が島国状に大きく相互
に分離され狭隘な面積である我が国にあっては、全域的
に山岳，林野部が多く、しかも、充密状に複雑に入り組
んだ海岸線に迫っている地勢条件にあって本来的に農耕
や工業利用地に用いる平野部の面積は著しく狭小であ
り、そのため、国土の改良、改善による有効利用は旧く
から極めて重要視され、可及的に実利用面積を拡張する
べく、遠浅海岸，河川，湖沼等の流域を埋め立てたり、
浚渫したりする地盤改良技術がさまざまな角度から研究
開発され、実効ある技術は現実に採用され、更なる種々
の軟弱地盤改良技術が改良研究され続けている。

【０００３】而して、一般的に含水比が著しく高い、か
かる遠浅海岸や河川，湖沼等の流域の地盤の改良にあっ
ては、かねてより例えば、サンドドレーン工法やケミコ
パイル工法等の技術が採用されているが、当該対象地盤
の地下水を逆に利用し、荷重印加等の工程を採らずにす
るべく所謂薬液注入工法等も広く実用化されているもの
の、近時各種産業における公害問題や環境調和問題のク
ローズアップに伴い、建設産業にあっても、かかる薬液
注入工法は地下水汚染による公害発生問題や環境破壊問
題が無視出来なくなり、これに代替する技術としてセメ
ント等の粉体改良材を空気輸送等を介し当該軟弱地盤内
の土壌に圧送噴出して両者を混合攪拌し、可及的に均一
分散状態にして経時的に固化させる粉体噴射攪拌工法が
案出されて種々の改良のもとに実用化され、相当の実績
を上げるに至っている。

【０００４】かかる粉体噴射攪拌工法の基本的概略を図
５，６で略説すると、台車１のリーダー２にセットした
削孔パイプ（オーガーの態様も採用可）３をしてモータ
による所定の回転作用、及び、ウインチ等による下向き
の静圧印加作用を付与して該削孔パイプ３の先端に一体
的に側設した攪拌翼４，４と共に当該軟弱地盤５中に削
孔６を掘削形成させ、その下向削孔プロセス、或いは、
引き上げプロセスにて該攪拌翼４に沿ってその基部から
側延させたノズル７からスイーベルジョイント８を介し
て削孔パイプ３内の送給通路を介して圧送したセメン
ト、スラグ等の粉体改良材１０を噴出して削孔６内の土
壌１１と攪拌し、可及的に均一分散状態に混合し、経時
的に凝固させて地盤改良を行うものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、かかる噴
射攪拌工法は地下水汚染等の公害問題や環境破壊問題も
発生せず、深層に亘る地盤改良も可能にする等の種々の
メリットから近時広く採用されるようになってきてはい
る。

【０００６】しかしながら、地盤５中に噴出したセメン
ト等の改良材１０は吸湿状態において初めて経時的凝固
が物理化学的に起るものであることから、例えば、含水
比が２５％以下のドライな地盤５中に於ては削孔土壌と
の混合攪拌を行っても、凝固反応が促進され難い難点が
あり、結果的に設計強度の地盤改良が行われないという
欠点があった。

【０００７】又、深層に於ける土壌に対する粉体１０の
噴射攪拌を行うに際してはさまざまな性状の地層が間に
介在し、例えば、超ドライな真砂層や密度の高い負岩層
や粘着度の高い重粘度層等が在る場合には、攪拌翼２の
回転に伴い土壌が共回りして改良材との混合攪拌が充分
に行われないという不都合さもある。

【０００８】これは、単に攪拌翼４を装備した削孔パイ
プ３のみならず、該削孔パイプ３が断面多角形（スピル
の態様も含めて）の場合においても同様な不具合があ
る。

【０００９】したがって、本来的には種々の利点がある
かかる粉体噴射攪拌技術は上述の如き不具合の条件のも
とでは含水状態とまでは言わないとしても、含湿状態に
おいても設計強度に至らない凝固が現出されたり、粘着
性の高い地盤に対しては共回りを防止したり、或いは、
土壌の壊砕や裂断が成されることが好ましいことが分っ
ていたが、従来技術のシステムではこれに対処すること
は出来ないというマイナス点があった。

【００１０】そこで、出願人は粉体噴射攪拌工法を用い
るに、地盤性状により凝固不充分や共回り，壊砕，裂断
不良等の問題点を解決すべき技術的課題とし、ドライオ
ーバーな地盤であっても、又、粘着度の高い地盤であっ
ても、確実に粉体噴射攪拌工法の利点とを発揮すること
が出来る発明（特願平５−１５８４３号）として先に出
願した。

【００１１】しかしながら、粉体改良材の噴出に際し、
水等の液体を別方向に噴射して地盤性状に応じて最適含
水状態を現出し、又、地盤壊砕を付与するプロセスで粉
体改良材送給通路に露結作用を与えて目詰まりを生ずる
不具合があることが分ってきた。

【００１２】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく軟弱地盤の改良に際し、地盤の状体に応じて最適
合水状態を与え、壊砕作用をも与える液体送給を行うに
もかかわらず粉体送給経路に露結作用を介しての目詰ま
りを発生させず、確実に粉体改良材の送給が行えるよう
にし、設計通りの地盤改良が浅層や深層の如何を問わ
ず、介在地層の種類にかかわらず、確実に行えるように
して建設産業における土木技術利用分野に益する優れた
軟弱地盤の改良方法、及び、該方法に直接使用する装置
を提供せんとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、遠浅海岸や河川，湖沼
の流域の軟弱地盤等の地盤を粉体噴射攪拌工法により改
良施工をするに、所定断面形状の削孔パイプを当該改良
地盤領域に搬入セットした台車のリーダーに所定にセッ
トし、所定トルクの回転作用を与えると共に下向き静圧
を印加し、削孔水助勢をする等のもとで当該軟弱地盤に
所定の削孔を行い、当該所定深度までの削孔プロセス、
或いは、所定深度からの引き上げプロセスにおいて、ス
イーベルジョイントを介し削孔パイプ内に設けた粉体送
給通路と液圧送通路に所定の粉体改良材、及び、水等を
圧送し、プレボーリング等により予め知らされている地
盤性状の所定の含水比以上の地層に於ては改良材の粉体
のみをノズルから噴出し、削孔内の土壌と攪拌し、均一
分散状態に攪拌して経時的に凝固して所定に地盤改良を
行うようにし、而して、地盤内の地層がドライな真砂層
や負岩層、或いは、高粘着性の層の場合にはスイーベル
ジョイントを介し開閉バルブの調整により水等の所定の
液を送給して別のノズルから粉体とは別方向に噴出し、
堅い粘着性の層を壊砕，裂断し、又、真砂層等に対して
は所定の吸湿作用を与え共回りを防止し、最適凝固プロ
セスが現出出来るようにし、この間、液送給に伴い、粉
体改良材の送給通路、及び、或いは、そのノズルが冷却
されて露結作用により粉体改良材の目詰りが生ずるよう
な場合には該粉体改良材の通路ノズルに添設したヒータ
を介して加熱液体、気体、或いは、電熱により昇温させ
てそれを防止し、設計通りの強度，剛性を有する地盤改
良を現出することが出来るようにした技術的手段を講じ
たものである。

【００１４】

【実施例】次に、この出願の発明の１実施例を図５を採
用し、図１〜図５を参照して説明すれば以下の通りであ
る。

【００１５】尚、図６と同一態様部分は同一符号を用い
て説明するものとする。

【００１６】図示実施例は遠浅海岸，河川，湖沼の流域
等の軟弱地盤に対する改良材としてのセメントの粉体噴
射攪拌工法による地盤改良を行う態様であり、所定の地
盤改良領域に図５に示す様に、この出願の発明の要旨の
中心の１つを成す軟弱地盤改良装置Ａのクローラタイプ
等の台車１０を搬入セットし、併せて、粉塵除去装置１
２、及び、バッチャープラント１３も併設するようにさ
れ、台車１のリーダー２に沿って断面方形の削孔パイプ
３' がセットされ、上部に駆動装置１４がセットされ、
ウインチ方式等の削孔時の静圧付与装置１５が設けられ
ている。

【００１７】尚、削孔パイプ３' は地盤５に対し削孔６
を形成するに、地上にフード１６が介設されて除塵除去
装置１２に接続され、セメント粉体の改良材６を輸送す
る空気の大気への逸散を図るに際し、共に上昇する該セ
メントの改良材６を除塵捕捉することが出来るようにさ
れている。

【００１８】又、フード１６は分割方式にされてセット
される削孔パイプ３' を削孔６の上部に於てロータリー
シール２７を介して周囲から囲繞するようにされ、下端
のゴムリング部で地表面にシール裡にセットされるよう
にされている。

【００１９】而して、スイーベルジョイント８は削孔パ
イプ３' の所定部位に設けられてバッチャープラント１
３にホース通路１７でセメントの改良材１０を、そし
て、ホース通路１８により水１９を圧送することが出来
るようにされている。

【００２０】そして、図１に示す様に、断面方形の削孔
パイプ３の内部には二重管方式の通路パイプ２０が設け
られ、その内管２１は外管２２の内部に同心的に挿通さ
れて改良材としての粉体セメント１０をバッチャープラ
ント１３からスイーベルジョイント８を介し送給される
ようにされ、外管２２と内管２１の間のリング状断面通
路には水１９が圧送され、当該図１に示す様に、削孔パ
イプ３' の先端部に於て径方向に設けられた断面Ｃ型の
一対の攪拌翼４，４の基部に設けられた粉体ノズル７'
から改良材としての粉体セメント１０を空気輸送されて
所定に噴出され、攪拌翼４の回転による削孔６内の土壌
と攪拌されて可及的に均一分散状態に混合されるように
されている。

【００２１】尚、攪拌翼４はこれまで土壌と改良材の攪
拌混合の機能を主とするものでありビットではなく、し
たがって、削孔を目的とするものではない。

【００２２】そして、内管２１と外管２２のリング状間
隙に接続する通路１９' からは水１９が攪拌翼２と交叉
する噴出ノズル７''から粉体セメント１０とは交叉する
方向に噴出するようにされている。

【００２３】そして、図１に示す様に、粉体セメント１
０のノズル７' と水１９の噴出ノズル７''は削孔パイプ
３' の軸方向に交叉して同一レベルに在るようにする。

【００２４】尚、粉体セメント１０の噴出ノズル７' と
水１９の噴出ノズル７''を同心的に配設しないことは該
粉体セメント１０の噴出ノズル７' の目詰りを防止する
ためである。

【００２５】そして、粉体セメント１０の輸送に与った
空気はノズル７' から噴出された後は該粉体セメント１
０と分離されて回転される削孔パイプ３の陵部３' の背
部間隙を通って浮上し、フード１６内から除塵装置１２
に排出されて相拌するセメントの粉体１０を除去されて
大気に無公害裡に放出されるようにされている。

【００２６】尚、駆動装置１４にあっては図２に示す様
に、駆動モータ２３によりギヤ装置２４，２５を介し削
孔パイプ３' に所定方向の回転作用を与えるようにされ
ている。

【００２７】尚、セメントの粉体１０送給用のホース通
路１７、及び、水１９の送給用のホース通路１８は図示
しない適宜のソレノイド式等の開閉バルブが介設されて
台車１の操作室からの制御により所定に開閉調節される
ようにされている。

【００２８】そして、この出願の発明のポイントの１つ
であるヒータとしての電熱式のニクロム線２６がセメン
トの粉体６の送給通路の内管２１からノズル７までの壁
の内部に適宜の絶縁材を介してスパイラル状に添設され
て該粉体６の送給通路２１を加熱して所定に昇温するよ
うにされ、台車１に設けられている適宜の温度コントロ
ーラに電気的に接続されている。

【００２９】尚、３２は温度センサであって、内管２１
の温度状態を検出して該温度コントローラに送信して、
ヒータ２６の温度を調節するようにされている。

【００３０】上述軟弱改良装置の構成において、当該改
良される軟弱地盤５の所定部位に台車１を搬入セット
し、併せて、バッチャープラント１３、及び、除塵装置
１２を所定に設置する。

【００３１】そして、撹拌翼４，４を一体的に先端部に
有する削孔パイプ１（当然のことながら、内管２１、外
管２２、ヒータ２６等は予め内蔵してある）をリーダー
２にセットし、駆動装置１４を作動させ、フード１６を
ロータリーシール２７を介して削孔パイプ３' に囲繞し
てセットする。

【００３２】そして、駆動装置１４によりパイプ１に所
定の回転トルクを付与しウィンチにより下向の静圧を付
与することにより削孔６を攪拌翼４，４により形成して
いく。

【００３３】そして、所定深度まで削孔４を形成した
後、パイプ１を逆回転させながら、上昇させ、その間、
バッチャープラント１３を介し開閉バルブの開放により
ホース通路１７' から削孔パイプ３' の内管２１内に改
良材としての粉体セメント１０を空気輸送式に圧送し、
ノズル７' から該粉体セメント１０を地盤５内に所定に
噴出させる。

【００３４】そこで、攪拌翼４が削孔パイプ３' と共に
回転することにより、該攪拌翼４の反面でノズル７' よ
り粉体セメント１０が噴射されて削孔６内の土壌と攪拌
翼４により在来態様と同様に攪拌され、可及的に均一に
分散混合され経時的に凝固していく。

【００３５】その際、プレボーリングにより削孔６中の
地盤５の地層が低含水比の場合には開閉バルブを所定に
開閉調節して水送給ホース通路１８よりの水１９を内管
２１、外管２２のリング状間隙の通路を圧送させて通路
１９' より他のノズル７' から粉体セメント１０の噴出
の前後にて噴射し、当該地盤５の土壌に注散水して最適
吸湿状態にし、経時的に相前後して噴出される粉体セメ
ント１０の凝固を設計通りに確実に物理化学的に行える
ようにする。

【００３６】而して、削孔パイプ３' の引き上げプロセ
スにおいて、地盤５の性状が図４に示す様に、通常の、
例えば、３０％程度の含水比状態の土壌２８の場合に
は、水１９の送給ホース通路１８の開閉バルブは閉鎖状
態で良いが、真砂層２９等の低含水比のドライ状態の地
層、或いは、負岩層２３や粘着性の高い重粘度層３０に
対して攪拌翼４による土壌壊砕等が困難であることが分
っている場合には、図示しない深度計による当該ノズル
７''の部位の位置が当該含水状態を要する地層に在る場
合に、開閉バルブを調整裡に開閉して水１９の流量を所
定に調節しながら、ノズル７''から水ジェットを当該地
層中に噴出して適宜の含水状態にし、当該地層の壊砕，
裂断を行うと共に縁切りして共回りを防止し、該土壌と
粉体セメント１０の攪拌混合と物理化学的凝固反応を促
進する。

【００３７】そして、上述粉体セメント６の噴出プロセ
スに与かった輸送空気はノズル７'から噴出した後、該
粉体セメント１０と分離され浮上し、パイプ１の陵部３
１の背部間隙から上昇してフード１６内に上がり、除塵
装置１２によって随伴して上昇したセメントを分離し大
気中に無公害裡に放出される。

【００３８】このプロセスに於て削孔しパイプ３' はロ
ータリーシール２７により支障なくフード１６に対し回
転昇降自在である。

【００３９】このようにして、地盤３内に低含水状態の
ドライな真砂層等の層２９があっても、低含水比に送水
して粉体セメント１０との経時的凝固反応が設計通りに
促進されるようにし、又、負岩層や重粘度層等強度，剛
性の高い地層や粘着性の高い層３０に於ては含水状態に
することにより縁切りをなし、共回りを防止し、含水さ
せた水分により上述同様セメント１０の経時的凝固反応
が促進されるようにされ、設計通りの地盤改良が出来る
ようにされる。

【００４０】上述プロセスにおいて、水１９の送給通路
としての内管２１と外管２２のリング状間隙、及び通路
１９' を送給され、ノズル７''から噴出されるが、該水
１９は所定時間連続的に通水されることにより該リング
状の間隙、通路１９' 、ノズル７''は経時的に冷却され
ることになる。

【００４１】而して、当然のことながら、それらの近傍
も冷却され、セメントの粉体改良材の通路の内管２１も
冷却され、低温化により露結現象が生じる。

【００４２】その結果、該内管２１の内部にも粉体輸送
用の空気中の水分が露結され、空気輸送される粉体改良
材１０の目詰りが生じる用な虞がある。

【００４３】しかしながら、この出願の発明にあって
は、内管２１の壁内に配設されているヒータの電熱線２
６が通電され、該内管２１を加熱昇温されることから冷
却は阻止され、したがって、露結は防止され、結果的に
露結は防止され、セメントの粉体改良材１０の目詰りは
発生せず、スムースにセメントの粉体改良材１０の輸送
噴出が続行され、結果的に設計通りの軟弱地盤改良が行
われる。

【００４４】この間、通路近辺の温度は温度センサ３２
によって検出され台車１の操作室の温度コントロールに
より設定温度に制御される。

【００４５】尚、この出願の発明の実施態様は上述実施
例に限るものでないことは勿論であり、例えば、ヒータ
は電熱方式ばかりでなく、加熱液体を用いることが可能
であることは勿論のことであり、又、液体以外の加熱気
体をも使用可能であり、又、適用工法は一般の地盤改良
における深層混合攪拌等の粉体噴射攪拌工法に用いるこ
とが出来ることは勿論のことである。

【００４６】そして、加熱部分はノズル部分以外の一般
送給通路部分だけでも可能である。

【００４７】又、設計変更的にはヒータの通路に併設す
る態様がスパイラル状ばかりでなく併行線状、パネル状
であるようにすることも可能であることは勿論であり、
サーモスタットを併設することも設計変更の範囲であ
る。

【００４８】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
にセメント等の粉体改良材を噴射攪拌する地盤内の浅
層，深層に対する粉体噴射攪拌工事において、該粉体改
良材の噴出方向とは異なる方向に他のノズルを用いて水
等所定の液を噴出してドライな地層に対する好適な吸湿
状態を現出したり、地盤内を裂砕したりし、経時的に該
液と粉体改良材の混合による最適凝固反応を促進させて
全ての深度における粉体改良材の凝固を図ることが出
来、又、負岩層や重粘度層等の粘着性の高い地層に対し
ては吸湿状態を現出させることにより、縁切りをなし、
攪拌翼やパイプとの共回り減少を防止し、壊砕、裂断を
介して設計通りの土壌と粉体改良材の混合攪拌を図り、
設計通りの凝固を現出させることが出来るという優れた
効果が奏されるに伴い、液噴出に伴い粉体改良材送給通
路やそのノズルが冷却されて露結による粉体改良材の目
詰りを起すことがなく、スムースな噴出を維持出来ると
いう優れた効果が奏される。

【００４９】したがって、従来の如く設計含水比状態の
地盤でなければ施工が出来ないという在来技術とは異な
り、地層全体に亘り、地層が含水状態の異なる複数層の
場合であっても、複層に亘り確実に粉体噴射攪拌工法が
設計通りに適用出来、粉体噴射攪拌工法の本来的なメリ
ットをフルに用いることが出来るという優れた効果が奏
される。

【００５０】そして、粉体改良材送給通路が定温に維持
出来るため、通路径の変化がなく、スムースな輸送が可
能となる効果もあり、改良材の管壁への付着によるブリ
ッジ現象も阻止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の１実施例の部分切截拡大斜視
図である。

【図２】同、駆動機構の部分切截側面図である。

【図３】攪拌翼の回転部分断面模式平面図である。

【図４】粉体噴射攪拌の模式部分断面図である。

【図５】同プラントの全体概略模式部分断面側面図であ
る。

【図６】従来技術に基づく粉体噴射攪拌工法の模式側面
図である。

【符号の説明】

４ 軟弱地盤 １ 削孔パイプ １１ スイーベルジョイント １０ 粉体改良 ７' ノズル １９ 液体 ５'' 別のノズル ２８，２９，３０ 要吸湿土層 Ａ 地盤改良装置 ２ リーダー ２１ 改良材通路 １９ 液圧送通路 ２６ ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−173216（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−78312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−17917（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02D 3/12 102

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】改良域の軟弱地盤に削孔パイプを貫入し該
   削孔パイプ中にスイーベルジョイントを介し粉体改良材
   を圧送して削孔パイプのノズルから土壌中に噴出し該削
   孔パイプに一体の攪拌翼にて該土壌と攪拌混合するよう
   にする軟弱地盤改良工法において、上記削孔パイプ内に
   て粉体改良材とは別に液体を圧送して上記ノズルとは別
   のノズルより該粉体改良材の噴出方向とは別方向に噴出
   するようにし、併せて粉体改良材の削孔内送給通路とそ
   のノズルの少なくとも後者を昇温するようにすることを
   特徴とする軟弱地盤改良工法。
2. 【請求項２】上記昇温を加熱液体により行うことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の軟弱地盤改良工法。
3. 【請求項３】上記昇温を加熱気体により行うことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の軟弱地盤改良工法。
4. 【請求項４】上記昇温を電熱ヒータにより行うことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の軟弱地盤改良工
   法。
5. 【請求項５】上記昇温を定温制御を介して行うことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の軟弱地盤改良工
   法。
6. 【請求項６】改良域の軟弱地盤に貫入する削孔パイプ中
   にスイーベルジョイントを介し接続する粉体改良材送給
   通路が設けられて該削孔パイプのノズルに連通され、該
   ノズルは該削孔パイプに一体の攪拌翼に併設されている
   ようにする軟弱地盤改良装置において、台車のリーダー
   にセットされる削孔パイプに粉体改良材の送給通路と共
   に液体圧送通路がスイーベルジョイントを介して設けら
   れ、該削孔パイプの各々の別方向に指向されたノズルに
   接続され、該粉体改良材送給通路とそのノズルの少なく
   とも後者にヒータが併設されていることを特徴とする軟
   弱地盤改良装置。
7. 【請求項７】上記ヒータがスパイラル状に配設されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の軟弱地
   盤改良装置。