JP2802548B2 - 水平地盤改良工法およびそれに用いる装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水平方向に地盤改
良を行う工法およびその工法に好適な掘削攪拌装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地盤改良工法には良質の土砂と軟
弱な土壌とを置換える置換工法、バイブロフローテーシ
ョンなどの締固め工法、サンドドレーン、生石灰パイル
などの脱水工法、薬液注入による固結工法など多種のも
のが存在する。

【０００３】中でも、前記固結工法中に分類される深層
混合処理工法は近年、その発展に目覚ましいものがあ
る。深層混合処理工法は、原理的にはＣＤＭ工法、ＣＳ
−Ｌ工法、ＪＳＴ工法などに代表される機械的攪拌混合
方式、ＣＣＰ工法、ＪＳＧ工法などに代表される超高圧
噴射攪拌混合方式およびＨＱＳ工法、スイング工法など
に代表される噴射・機械混合併用方式に大別される。前
述した深層混合処理工法などは、全て基本的に、地盤鉛
直方向について地盤改良を行うことに主眼を置き、開発
がなされたものである。

【０００４】しかし、地盤中に埋設・構築される押管、
シールド等の周辺地盤の補強、既成トンネル回りの補
強、ビルなどの構造物に近接して行われる地盤掘削時の
変位防止のための地盤強化等のために水平方向に地盤改
良の要請が生じる場合がある。

【０００５】前記深層混合処理工法の内、この種の要求
に安易に対応し得る工法として、たとえばＣＣＰ工法を
挙げることができる。前記ＣＣＰ工法は、他の工法と比
較してもコンパクトであるため、狭小現場における機動
性に富み、ボーリングマシンを操作し得る空間があれ
ば、容易に地盤中にパイル状の固結体を形成させること
ができるため水平方向地盤改良にそのまま適用できる。

【０００６】以下、図８および図９に基づき、ＣＣＰ工
法により水平地盤改良を行った一具体例について説明す
る。

【０００７】図８において、ヒューム管などの押管５０
はジャッキ５１により地盤水平方向に押込まれる。５２
はそのためのジャッキスタンドである。前記ジャッキス
タンド５１の背面にはジャッキ５１の反力を受けるため
に、その地盤後方にＣＣＰ杭が形成され、さらに押管５
０の回りに対しても、その補強のために、図９の横断面
図に示されるように、円周に沿って水平ＣＣＰ杭を形成
した例である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ＣＣＰ工法は、超高圧ジェットにより、地盤を薬液また
はセメントミルクにて攪拌混合しながら間隙を充填させ
る工法であるため、地盤鉛直方向にロッドを挿入する場
合には、ロッド直角方向、すなわち噴射方向は連続した
地盤であるため、何ら問題はないが、前述のように、地
盤水平方向にＣＣＰ杭を形成させる水平地盤改良の場合
には、その超高圧ジェットにより周辺地盤の隆起などの
弊害をもたらす場合があった。また、埋設構造物によっ
ては、圧力作用を嫌うケースもあり、圧力作用の少ない
改良工法が望まれる。さらに、水平方向地盤改良の場合
には、特に改良領域が限定される場合が多いため、固結
剤の逸走等が無く、確実に所定領域を改良し得る改良工
法の採用が望まれる。

【０００９】そこで本発明の主たる課題は、水平方向地
盤改良に当たり、周辺地盤の隆起などの施工障害を無く
すとともに、目的の領域を確実に固結体を形成し得る水
平地盤改良工法およびそれに好適な掘削攪拌装置を提供
するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明の請求項１記載の発明は、外管および内管の二重管構
造をなし、前記外管および内管の両者を同時に軸心回り
に回転させる回転手段と、前記外管を位置固定させた状
態で前記内管を機械的に前後進させる手段と、前記外管
の先端部に一端部が軸支された第１掘削翼と、その軸支
位置より前方において内管の先端部に一端部が軸支され
た第２掘削翼とにより構成し、これらを回り対偶により
連結し、前記内管の後退により前記連結部が縦断面にお
いて軸心から離間する方向に拡翼するようにしたリンク
式拡翼ビットと、外部からの液が前記内管を通った後、
外管との間の誘導空間に抜け、誘導空間の先端側から連
通孔を通して内管内に入り、内管先端部に形成された第
１の吐出口を通る送液路と、前記誘導空間に連通し、前
記外管の先端部における前記第１攪拌翼近傍に形成され
た第２の吐出口と、前記内管に形成され、前記内管の前
進に伴って前記第２の吐出口を閉鎖し、前記内管の後退
により前記第２の吐出口を開口させる内管閉塞部と、前
記外管に形成され、前記内管の前進時には前記連通孔を
前記誘導空間と連通状態とし、前記内管の後退により前
記連通孔を閉塞させて前記第１の吐出口への液の案内を
阻止する外管閉塞部とを備えた掘削攪拌装置を用い；そ
の地盤挿入部を、実質的に水平方向に向けて、前記内管
を前進させた状態で、地盤の所定深さまで前記液として
掘削水を用いて前記第１の吐出口から吐出させつつ掘削
しながら挿入し、所定深さ部位において、前記内管を後
退させ前記拡翼ビットを拡翼した状態で、前記外管およ
び内管の両者を同時に軸心回りに回転させながら拡翼範
囲内を攪拌しつつ引抜きを行うとともに、前記第２の吐
出口から地盤固結用注入剤を拡翼範囲内に吐出させ、そ
の攪拌領域を固結させることを特徴とする水平地盤改良
工法である。

【００１１】請求項２記載の発明は、外管および内管の
二重管構造をなし、前記外管を位置固定させた状態で前
記内管を機械的に前後進させる手段と、前記外管および
内管の両者を同時に軸心回りに回転させる回転手段と、
前記外管の先端部に一端部が軸支された第１掘削翼と、
その軸支位置より前方において内管の先端部に一端部が
軸支された第２掘削翼とにより構成し、これらを回り対
偶により連結し、前記内管の後退により前記連結部が縦
断面において軸心から離間する方向に拡翼するようにし
たリンク式拡翼ビットと、外部からの液が前記内管を通
った後、外管との間の誘導空間に抜け、誘導空間の先端
側から連通孔を通して内管内に入り、内管先端部に形成
された第１の吐出口を通る送液路と、前記誘導空間に連
通し、前記外管の先端部における前記第１攪拌翼近傍に
形成された第２の吐出口と、前記内管に形成され、前記
内管の前進に伴って前記第２の吐出口を閉鎖し、前記内
管の後退により前記第２の吐出口を開口させる内管閉塞
部と、前記外管に形成され、前記内管の前進時には前記
連通孔を前記誘導空間と連通状態とし、前記内管の後退
により前記連通孔を閉塞させて前記第１の吐出口への液
の案内を阻止する外管閉塞部とを備え；前記内管の前進
時において、液を前記第１の吐出口から吐出させ、前記
内管の後退時において前記第２の吐出口から吐出させる
ように構成した、ことを特徴とする掘削攪拌装置であ
る。

【００１２】

【作用】本発明においては、先端部にその径方向に拡幅
自在な拡翼ビットを有する二重管構造の掘削ロッドを用
い、これを水平方向に向けて前記掘削ロッドを所定深さ
まで貫入させた後、前記掘削ロッド先端部の拡翼ビット
を拡翼し、前記掘削ロッドの回転により拡翼範囲内を攪
拌混合しながらロッド引抜きを行う機械的攪拌方式と
し、この攪拌に伴う緩んだ地盤領域に固結用注入剤を供
給し地盤改良を行うため、従来のジェット噴射工法のよ
うに地盤に高圧力を作用させないため、地盤隆起などの
施工障害を無くすことができる。また、機械的に攪拌を
行うため、この領域においては、確実に固結用注入剤に
よる地盤改良体を造成することができる。

【００１３】一方、装置の面からみると、掘削時におい
ては掘削水を掘削ロッドの前方の第１の吐出口から吐出
させるものの、固結用注入剤は拡翼ビットの後方部分に
おいて第２の吐出口から吐出させるので、攪拌部分に対
して確実に固結用注入剤を混入させることができる。仮
に、固結用注入剤の吐出口が拡翼ロッドの前方であった
り、中間であると、掘削ロッドの引き抜きに伴う攪拌が
完了した部位に対して固結用注入剤が供給される態様と
なり、攪拌領域に対する固結用注入剤の混入を行い難い
ことと比較すればその利点が明らかである。

【００１４】他方、本発明においては、内管の機械的前
後進により掘削水と固結用注入剤との流路の切替えを行
うようにしてあるので、その流路の切替えは、流体圧を
用いて切り換える場合に比較して、かつ、掘削ロッドが
比較的大径なものであってもきわめて安定して行い得
る。

【００１５】拡翼ビットの構造との関係で、内管の前後
進によって流路の切替えを行うことができるものである
ことが必要である。特に、内管の前進時には、掘削ロッ
ドの前方の第１の吐出口から掘削水が吐出され、内管の
後退により拡翼ビット拡翼させて、拡翼ビットの後方部
分において第２の吐出口から固結用注入剤が吐出される
ことが必要である。

【００１６】また、内管の後退により拡翼ビット拡翼さ
せた状態で軸心回りに外管および内管を回転させる際に
おいて、内管に対して、大きい引張力と回転トルクとが
作用する。また、外管および内管は所定長さ単位のもの
を連結する必要がある。したがって、内管内全長に渡っ
て中空流路を形成して掘削水および固結用注入剤の流路
に採ると、管の強度不足が生じ、大きい引張力と回転ト
ルクとに耐えられない。また、大きい引き抜き力が必要
であり、掘削ロッドの径として比較的大径のものが必要
となるために、管相互をネジ連結で連結することは妥当
ではなく、ピン連結を採用することが必要である。この
ために、単位内管内を順次連なる流路構成を採りにく
い。

【００１７】そこで、本発明においては、外部からの液
が前記内管を通った後、外管との間の誘導空間に抜け、
誘導空間の先端側から連通孔を通して内管内に入り、内
管先端部に形成された第１の吐出口を通る送液路を形成
したものである。かかる流路構造を採ることにより、前
記の問題を一挙に解決できる。第１の吐出口への液の案
内と第２の吐出口への液の案内への切替えは、本発明に
係る内管閉塞部および外管閉塞部により行うことができ
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を図面に示す具体例に基づき詳
説する。

【００１９】図１において、拡翼型掘削ロッド１は、外
管２および内管３の二重管よりなり、前記内管３は掘削
ロッド１頭部に設備される内管移動手段により、ロッド
１軸方向に移動自在となっている。

【００２０】前記内管移動手段は、ロッド側部に油圧シ
リンダー５、６を備え、その伸縮自在のシリンダー軸５
ａ、６ａを内管３と固定金具１３を介して固定すること
によって、前記油圧シリンダー５、６の伸縮操作に伴
い、内管３がロッド１軸方向に移動自在となっている。

【００２１】７は回転減速機で、チャック７ａを介して
外管２を回転させるとともに、この外管２の回転力が前
記油圧シリンダー５、６を伝達部材として内管３に伝達
され、同時に内管３が回転するようになっている。ま
た、本発明においては、特に掘削ロッド１を水平にして
使用するため、内管３および外管２の管軸がずれないよ
うに、内管３のジョイントピン１４を外管２の内周面ま
で延在して、軸ずれのないようにしている。

【００２２】一方、前記掘削ロッド１の先端において
は、ロッド１径方向に拡翼自在の拡翼ビット８を備えて
いる。前記拡翼ビット８は、一方端が外管２に対し軸支
される第１掘削翼９、１１と、この他方端に軸支される
（回り対偶によって連結される）第２掘削翼１０、１２
が連結され、さらに前記第２掘削翼１０、１２が内管３
の先端部に軸支されるリンク構造となっている。

【００２３】したがって、前記内管移動手段により内管
３がロッド軸基端側に引抜かれた場合には、その移動に
伴って図２に示されるように、ロッド１径方向に拡翼す
るようになっている。なお、前記拡翼ビット８の拡翼刃
は好ましくは２〜４枚程度とされる。また、本実施例に
おいては、攪拌ロッド１先端部位に一組の拡翼ビット８
を設けた例を示すが、図５に示されるように、ロッド１
軸方向に沿って拡翼ビット８、８’を複数組み設けるよ
うにすることもできる。さらに、前記拡翼ビット８の拡
翼確認のために、油圧シリンダー５、６のシリンダー軸
５ａ、６ａにロータリーエンコーダなどの移動量検出手
段を取付け、前記シリンダー軸５ａ、６ａの移動量を検
出するようにして、拡翼状態の確認を行うこともでき
る。

【００２４】他方、本具体例においては、図３に示され
るように、連通孔３ｂより若干基端側に、開口部を残し
て外管２より内管３外周まで突出する外管閉塞部２ａ部
が形成されている。

【００２５】また、拡翼ビット８の閉翼時には固結剤吐
出孔２ｃを閉塞する、図４にその断面を図示する内管閉
塞部３ｃが、開口部を残して内管３から外管２の内周ま
で突出して形成されている。

【００２６】したがって、拡翼ビット８の閉翼時、すわ
なち掘削ロッド１の地盤挿入時においては、ロッド１頭
部のスイベル４より供給される掘削水は、内管３Ａの内
通部を通った後、一旦連通孔３ａより内管３と外管２と
の誘導空間に抜け、前記外管閉塞部２ａ部の開口部を通
り、連通孔３ｂにより再度内管３Ｂ内に導流され、第１
吐出孔３Ｃより外部に吐出されるようになっている。

【００２７】一方、拡翼ビット８の開翼時、すなわち掘
削ロッド１による地盤攪拌時においては、内管３の移動
に伴い、連通孔３ｂを前記外管閉塞部２ａが閉塞し、か
つ内管閉塞部３ｃが第２吐出口２ｃの閉塞を解くため、
固結剤は第２吐出口２ｃより吐出するようになってい
る。

【００２８】前述の如く、本掘削ロッド１においては、
ロッド貫入時にはロッド１先端の第１吐出口３Ｃより掘
削水を吐出し、攪拌引抜き時には、第２吐出口２ｃより
攪拌領域に直接固結剤を吐出するようにしているため、
効率的に固結剤と攪拌土との混合を行い得るため、固結
体の形成が確実なものとなる。

【００２９】次に前記掘削ロッド１の地盤貫入手段の一
例について図６に示す。

【００３０】前記回転減速機７および内管移動手段など
を備えるロッド基端部を移動台車２２上に搭載するとと
もに、この移動台車２２を走行レール２１に載置し、た
とえば前記移動台車２２に設備される油圧モータなどに
より、前記走行レール２１のフランジと周接するローラ
ー２３を駆動し、地盤対向方向に進退自在とすることが
できる。なお、２０は前記走行レール２１の先端には、
ロッド外管２支持のためのホルダーである。

【００３１】以上詳説の掘削ロッド１を用い、水平方向
地盤改良を行う際には、図７(a) 〜(e) の施工手順図に
示されるように、先ず最初に図７(a) のように、地盤Ｇ
の壁面より口元管２４を貫入し、その外周をコーキング
Ｓを施す。次に、前記口元管２４にロッド１と前記口元
管２４とのシールおよび攪拌時のスライム排出のための
排出弁２６を有するプリペンダー２５を装着する。

【００３２】以上の準備工が完了したならば、図７(c)
に示されるように、掘削ロッド１を閉翼状態とし、掘削
水をスイベル４より供給しつつ地盤水平方向に貫入す
る。所定深さまで貫入したならば、図７(d) に示される
ように、攪拌ロッドの拡翼ビット８を拡翼し、図７(e)
の如く、掘削ロッド１を回転しながら拡翼ビット８の拡
翼範囲内を攪拌しつつ引抜くとともに、その攪拌領域に
固結剤を供給する。前記攪拌引抜きに伴うスライムは、
適宜前記排出弁２６の開弁操作によって排出する。

【００３３】以上の作業手順により、円柱状に固結体を
形成せしめ、地盤改良を行うことができる。なお、前記
施工手順は一回の攪拌引上げで改良を行うシングルスト
ローク方式の場合を示したが、最初の引上げ工程では土
砂攪拌のみを行い、再度貫入せしめ再度の引上げ工程時
に固結剤投入攪拌を行うダブルストローク１方式、さら
に再攪拌を加えたスリーストローク方式によることもで
きる。また、前記掘削ロッド１の引上げ速度は、地盤種
別によって適宜決定されるが、好ましくは３〜１５cm/m
in、より好ましくは５〜１０cm/minとされる。

【００３４】なお、本発明工法に用いる固結剤として
は、ベントナイトモルタル、セメントミルクなどのスラ
リー系固結剤の他、石灰、セメント、水砕スラグなどの
粉体系固結剤などを挙げることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳説のとおり、本発明によれば、周
辺地盤の隆起などの施工障害を伴うことなく、地盤水平
方向の攪拌領域内に確実に固結体を形成せしめることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る掘削ロッドの縦断面図である。

【図２】掘削ロッドの拡翼ビット拡翼状態図である。

【図３】図１のIII −III 線矢視図である。

【図４】第１図のIV−IV線矢視図である。

【図５】本発明に係る掘削ロッドの変形例を示す図であ
る。

【図６】掘削ロッドの地盤貫入手段の一具体例図であ
る。

【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は本発明工法の施工手順図
を示す図である。

【図８】ＣＣＰ工法による水平方向地盤改良の一例を示
す図である。

【図９】図８のIX−IX線矢視図である。

【符号の説明】

１…掘削ロッド、２…外管、３…内管、４…スイベル、
５、６…油圧シリンダー、７…回転減速機、８…拡翼ビ
ット、２０…ホルダー、２１…走行レール、２５…プリ
ペンダー

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外管および内管の二重管構造をなし、前記外管および内管の両者を同時に軸心回りに回転させ
   る回転手段と、 前記外管を位置固定させた状態で前記内管を機械的に前
   後進させる手段と、 前記外管の先端部に一端部が軸支された第１掘削翼と、
   その軸支位置より前方において内管の先端部に一端部が
   軸支された第２掘削翼とにより構成し、これらを回り対
   偶により連結し、前記内管の後退により前記連結部が縦
   断面において軸心から離間する方向に拡翼するようにし
   たリンク式拡翼ビットと、 外部からの液が前記内管を通った後、外管との間の誘導
   空間に抜け、誘導空間の先端側から連通孔を通して内管
   内に入り、内管先端部に形成された第１の吐出口を通る
   送液路と、 前記誘導空間に連通し、前記外管の先端部における前記
   第１攪拌翼近傍に形成された第２の吐出口と、 前記内管に形成され、前記内管の前進に伴って前記第２
   の吐出口を閉鎖し、前記内管の後退により前記第２の吐
   出口を開口させる内管閉塞部と、 前記外管に形成され、前記内管の前進時には前記連通孔
   を前記誘導空間と連通状態とし、前記内管の後退により
   前記連通孔を閉塞させて前記第１の吐出口への液の案内
   を阻止する外管閉塞部とを備えた掘削攪拌装置を用い； その地盤挿入部を、実質的に水平方向に向けて、前記内
   管を前進させた状態で、地盤の所定深さまで前記液とし
   て掘削水を用いて前記第１の吐出口から吐出させつつ掘
   削しながら挿入し、 所定深さ部位において、前記内管を後退させ前記拡翼ビ
   ットを拡翼した状態で、前記外管および内管の両者を同
   時に軸心回りに回転させながら拡翼範囲内を攪拌しつつ
   引抜きを行うとともに、前記第２の吐出口から地盤固結
   用注入剤を拡翼範囲内に吐出させ、その攪拌領域を固結
   させることを特徴とする水平地盤改良工法。
2. 【請求項２】外管および内管の二重管構造をなし、 前記外管を位置固定させた状態で前記内管を機械的に前
   後進させる手段と、前記外管および内管の両者を同時に軸心回りに回転させ
   る回転手段と、 前記外管の先端部に一端部が軸支された第１掘削翼と、
   その軸支位置より前方において内管の先端部に一端部が
   軸支された第２掘削翼とにより構成し、これらを回り対
   偶により連結し、前記内管の後退により前記連結部が縦
   断面において軸心から離間する方向に拡翼するようにし
   たリンク式拡翼ビットと、 外部からの液が前記内管を通った後、外管との間の誘導
   空間に抜け、誘導空間の先端側から連通孔を通して内管
   内に入り、内管先端部に形成された第１の吐出口を通る
   送液路と、 前記誘導空間に連通し、前記外管の先端部における前記
   第１攪拌翼近傍に形成された第２の吐出口と、 前記内管に形成され、前記内管の前進に伴って前記第２
   の吐出口を閉鎖し、前記内管の後退により前記第２の吐
   出口を開口させる内管閉塞部と、 前記外管に形成され、前記内管の前進時には前記連通孔
   を前記誘導空間と連通状態とし、前記内管の後退により
   前記連通孔を閉塞させて前記第１の吐出口への液の案内
   を阻止する外管閉塞部とを備え； 前記内管の前進時において、液を前記第１の吐出口から
   吐出させ、前記内管の後退時において前記第２の吐出口
   から吐出させるように構成した、 ことを特徴とする掘削攪拌装置。