JP3056700B2 - 積石層下部の軟弱層地盤を改良する工法及びそのための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、港湾の護岸等が設置さ
れた部分における海底の軟弱地盤の改良に係り、特に、
例えば軟弱層の上部に砂層を設置し、その上に破砕石層
である捨石マウンド層を敷設した状態で、その上部に護
岸が構築された形式の従来型港湾施設における、捨石マ
ウンド層である積石層下部の軟弱層の土質改良に係る新
規な工法及びそのための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、海底の軟弱層の土質を改良した後
に護岸が構築される事例もあるが、過去に構築された一
般的な港湾の護岸等は、概ね海底の軟弱層の上に計画に
より計算された或る厚さの砂層を設置し、更にその上部
に直径が２０cm〜１００cm程度の破砕石にて構成される
捨石マウンド層を築造し、その上部に各種の方法にて護
岸が構築されている。

【０００３】この様な旧式の護岸における捨石層を貫通
して、その下部の軟弱層の土質を改良し、地震その他の
地質変化に対応する場合には、強力なトルクと切刃ビッ
トを有するロックオ−ガを用いて捨石層の破砕石を切砕
し、土質改良手段を軟弱層まで到達させて行う次の様な
方法が知られている。 高圧ジェット固結液の噴射により改良面積円を拡大さ
せて軟弱層を土質改良する方法。 機械的に拡大翼を伸長させて、固結液と軟弱土砂とを
機械的に撹拌混合させて土質改良する方法。 上記２方法を同時に行う方法。

【０００４】然し、上記の方法のみでは、高圧液の噴
射孔が極小であるために詰まる恐れがあり、充分なる撹
拌を行うにはその改良時間が長くなると同時に噴射孔が
詰まった時の処理が難しい。の方法では、機械混合撹
拌のために、粘性度の高い軟弱地盤においては均一な混
合撹拌が難しく、かつそれを行うには、混合撹拌に要す
る時間を充分に掛けねばなない。更にの方法はこれら
を併用した方法であって、軟弱土と固結液を混合撹拌す
ることにより軟弱層を削孔径よりも大きな平面径に渡っ
て地盤改良を行う方法である。

【０００５】この様な在来工法を図４乃至図１０により
具体的に説明する。第１の従来工法に使用される装置
は、図４により明らかなごとく回転ロッド０２の先端に
削孔用のビット０３が装着されており、ビット０３の下
部の吐出口０４から液状物を吐出又は噴射させ、ビット
０３の上部には拡縮自在な撹拌翼０５が装着され、その
上部に略水平方向に向けて高圧の液状物を噴射する水平
ノズル０６が設けられ、更にその上方位置に斜め下方向
に高圧の液状物を噴射する傾斜ノズル０７が設けられた
概略構造である。

【０００６】この様な装置により、先ず吐出口０４から
液状物を吐出又は噴射しつつ、ロッド０２を回転させな
がらビット０３にて地盤Ｅを削孔して、一般的に転石混
じりの硬質地盤Ｅ１、軟弱地盤（要改良土質）Ｅ２と掘
進して所定の深度である下部硬質地盤Ｅ３に達した後、
回転ロッド０２を逆回転させることにより拡縮自在な撹
拌翼０５を拡翼させる。次いで、図５、図６に示すごと
き高圧の液状物ノズルである水平ノズル及び傾斜ノズル
０６、０７から周知の固結用液を高圧噴射させながら、
回転ロッド０２を引き上げることにより軟弱地盤Ｅ２の
土質を改良する。所定の上方部位置即ち軟弱地盤上方部
位に達した後、回転ロッド０２を正回転させて拡縮自在
な撹拌翼０５を縮翼させると共に、高圧の液状物ノズル
０６、０７からの固結用液の高圧噴射を止めて、回転ロ
ッド０２を引き抜くことにより地盤の中間層のみを改良
（ＥＦ部分）する工法である。

【０００７】しかし、この様な工法にあっては、上部の
硬質地盤Ｅ１が粗い密度の玉石或いは礫で構成されてい
る場合には、回転ロッド０２を引き抜く際に、玉石或い
は礫層の掘削孔壁０８が崩壊し、降下時に掘削した小掘
削孔０９内に、崩れた玉石或いは礫が落下して埋もれる
ことがある。その場合、拡縮自在な攪拌翼０５と削孔用
ビット０３とならなる出っ張り部が障害となり、改良装
置全体を引き抜くことができなくなる等の欠点を有して
いた。

【０００８】図７乃至図９に示す第２の在来工法は、や
はり地盤Ｅ下方においてその中間層の軟弱地盤Ｅ２を改
良する装置並びに工法である。従来公知のピッチの大き
な螺旋翼１０を有する硬質ロッド０２の先端に、ロック
削孔用ビット０３を装着し、その上部に開閉式となった
撹拌翼０５が設けられ、上方の玉石混じり砂礫地盤Ｅ１
を降下削孔していく際には撹拌翼０５を削孔方向、即ち
ロッド０２に沿って垂直方向に閉翼装着しておき、地盤
改良目的の軟弱地盤Ｅ２に到達すると、ロッド０２内側
から油圧装置等により開閉式に撹拌翼０５を垂直方向か
ら水平方向に開き（図８参照）、軟弱地盤Ｅ２の土砂を
ビット０３の先端の吐出口０４から吐出される固結用液
と混合させつつ、該地盤Ｅ２を改良して改良部ＥＦと
し、所定の深度に到達すると撹拌翼０５にて混合撹拌し
つつロッド０２を引き上げ、上方の目的深度即ち軟弱改
良地盤Ｅ２の上端まで引き上げが完了すると、油圧装置
により撹拌翼０５を降下削孔時と同じように垂直方向に
ロッド０２に沿って閉翼装置し、下降時に掘削された掘
削孔０９より引き抜く工法（図９参照）がある。

【０００９】しかし、この様な工法においても、上部の
地盤Ｅ１が良く締まった硬質地盤の場合には大した問題
は生じないが、玉石や礫を主体とした粗い密度の地盤で
ある場合、即ち捨石マウンド層のごとき場合には、降下
削孔時に造成した土砂混合の削孔０９に、掘削孔周辺の
玉石並びに礫が崩壊落下し、垂直方向に畳まれた開閉式
の撹拌翼０５である出っ張り部分並びに削孔ビット０３
の出っ張り部分が障害となって、改良装置全体を引き抜
くことができなくなる欠点を有していた。

【００１０】図１０は、上記図７乃至図９のごとき従来
工法を用いて、港湾施設の一部である既設の護岸の下層
部軟弱地盤を改良する工程に関する説明図である。旧式
工法に依る港湾施設は一般に、軟弱地盤Ｅ２の上部にあ
る程度の砂層を施した後、直径が約２０cm〜１００cmの
破砕石Ｓからなる捨石マウンド層Ｅ１を造成し、その上
に堤防等の構築物Ｍを設置すると共に、その内部水域を
埋立てる等して種々の港湾施設が建設されている。

【００１１】この様な旧式工法による港湾施設等が設置
された部分の軟弱地盤における、例えば地震対策等の目
的で、既設の上層部捨石マウンドＥ１を掘削し、その下
層である軟弱地盤Ｅ２のみを地盤改良するには、該図１
０に示すように、一般にはロッド外周にピッチの大きな
螺旋翼１０を設けた所謂硬質ロッド０２の先端に、ビッ
ト０３及び任意数の開閉式の撹拌翼０５を備えたロック
オーガを用いて行っている。

【００１２】この場合、上記の従来例における説明でも
明らかな様に、開閉式の撹拌翼０５を折り畳んだ状態で
捨石マウンドＥ１を掘削し、次いで攪拌翼を閉翼して軟
弱地盤Ｅ２を改良した後、再び開閉式の撹拌翼０５を折
り畳んだ状態でロックオーガを抜き上げるのであるが、
該軟弱地盤改良作業中に図示のごとく、捨石Ｓの端部Ｓ
Ｅが各所において掘削孔０９内に入り込んでくる。その
理由は、上記捨石マウンドが破砕石Ｓのみにより形成さ
れていて、これらの破砕石Ｓは例えば堆積土等により相
互に結合されていないので、オーガの掘削振動等によっ
て容易に滑動し、例えば図示のごとく硬質ロッドの螺旋
翼間に入り込み、結局これらの滑動破砕石の為にオーガ
の抜き上げが不能となってしまうのである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】これら公知の装置及び
工法は、捨石層の下部の軟弱地盤層を改良する工法自体
について見れば適当であると思われる。しかし、この様
な軟弱層地盤の改良にあっては、ある位置において軟弱
層を改良した後これらの装置を抜き取り、次の例えば隣
接位置で繰り返し新たな作業に入るために、強力なロッ
ク用切刃ビットで破砕石の積石により構成されている捨
石層を切砕削孔する必要があるが、捨石層は自然的に積
み重ねて組成されているために、比較的粗い密度であ
る。そのため、捨石層の一部の破砕石は切砕されるが、
他の多くの破砕石は強力なロックビットのトルクによ
り、ロックビットの外側の層内即ち外周部の破砕石間に
押し込まれる場合が多い。そして、該押し込まれた積石
は、ロックビットの通過後ロッドの掘削振動等によって
掘削孔内に戻り、地盤改良装置を引き抜く際に、地盤改
良用撹拌機械装置を該掘削孔内に再び移動された上記積
石が妨害し、その引き抜きを不能とする不具合があっ
た。本発明は、この様な不具合を解消し、作業が確実で
作業性の高い積石層下部の軟弱層地盤の改良工法及びそ
のための装置を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】強力なトルクで捨石層を
掘削可能なロックビットと、高圧固結液噴射口と、拡縮
可能な攪拌翼とを有するロックオーガであって、該オー
ガのロッドには該攪拌翼の縮翼状態外径より大きい径で
且つそのピッチが掘削される積石層の捨石の平均直径よ
りも小さい螺旋翼を設けた上記ロックオーガを用い、該
ロックオーガの攪拌翼を縮翼状態でビットにより積石層
を掘削し、続いて軟弱層を該ビット及び噴射口からの圧
力流体により掘削すると共に、上記攪拌翼を拡翼して固
結剤と軟弱掘削土を攪拌混合し、その後該攪拌翼を縮翼
した状態で且つ上記螺旋翼の端部で上記捨石層の積石の
滑動による掘削孔の閉塞を防止しながら、ロックオーガ
を上記積石層上部まで抜出す操作を繰り返すことを特徴
とする積石層下部の軟弱地盤を改良する工法、及び、捨
石層からなる積石を掘削可能なロックオーガであり、回
転ロッドの先端に固結液噴射口とロックビットを有し、
その上部に拡縮自在な複数の攪拌翼と、水平方向及び下
方傾斜方向に液体を噴射する噴射口と、更に上方のロッ
ドには、該攪拌翼の縮翼時の外径よりもやや大きな外径
であってそのピッチが掘削される積石の平均的直径より
小さい螺旋翼を、少なくとも改良作業時に該ロッドが最
下点まで嵌入された状態でのその捨石層面より上方位置
まで設けられていることを特徴とする積石層下部の軟弱
地盤を改良するための装置である。

【００１５】

【実施の形態】本発明の詳細を図１乃至図３により説明
する。図１は、本発明に係る工法を実施するためのロッ
クオーガの一部を概念的に示すもので、通常のロックオ
ーガ同様に任意の支承手段及び回転駆動手段（図示せ
ず）により駆動されるオーガ軸１２の先端部には、掘削
ビット１３及び地盤改良剤用又は補助掘削用の高圧流体
噴射口１４を備えたいる。また、該掘削ビットの上部に
は例えば上下各一対の拡縮攪拌翼手段１５、１５及び同
じく上下に必要数の掘削用及び地盤改良剤用噴射口１
６、１６を有している。

【００１６】更に、本発明の装置においては、その特徴
点であるオーガ軸１２の略々全長に渡って、又は少なく
とも上方位置の拡縮翼１５が縮翼状態である（図中実
線）位置より上方から、該オーガ軸が施工中に嵌入され
る捨石層からなる地盤Ｅ上面位置に相当する位置の長さ
に渡って、可成り小さいピッチＰの螺旋翼２０を有して
いる。この場合、螺旋翼２０のピッチＰは理論的には掘
削される捨石層の破砕石Ｓの直径によりその上限が決定
されるが、少なくとも掘削時にビットのトルクにより掘
削孔外周部に押込まれた捨石の大部分が、再び滑動して
該螺旋翼の間に入り込むのを防止するために必要なピッ
チ間隔に設けられることが重要である。

【００１７】図２Ａ、Ｂは、前記螺旋翼２０の外周部
と、例えば上下拡縮攪拌翼の拡翼時の外周軌跡との関係
を示す図であって、該図に明らかなごとく攪拌翼を縮翼
すると図に破線ｒで示すように、その外径寸法が上記螺
旋翼２０の外径の軌跡（符号２０で示す）内に収るよう
に構成されている。また、同図Ａ、Ｂから明らかなよう
に、例えば上下一対の攪拌翼１５、１５は互に位相が９
０゜ずれた位置に設けられるのが良く、同様に地盤改良
剤等の流体噴射口１６、１６も、なるべく９０゜位相の
異なる位置（図１参照）に設けることが好ましい。

【００１８】図３は、上記本発明の装置を用いた新規な
施工法を説明するための説明図であって、これにより本
発明の工法を図１０の従来例と対比して説明する。図１
０と同様に旧式工法に依る港湾施設の軟弱層地盤Ｅ２上
には、一般的に砂層を施した後に直径が約２０cm〜１０
０cm程度の破砕石Ｓからなる捨石マウンド層Ｅ１が造成
されており、その上に堤防等の構築物Ｍが設置されてい
る。この様な構築物Ｍの基礎部である捨石マウンドＥ１
下部の軟弱地盤Ｅ２を、上記図１０と同様の方法によ
り、上記本発明に係る構造のオーガを用いて施工する。

【００１９】この場合、掘削ロッド１２の先端部に設け
たロックビット１３により捨石マウンドＥ１の破砕石Ｓ
を切砕削孔した後、攪拌翼１５により軟弱層地盤Ｅ２の
土と固結液を攪拌混合して地盤改良がなされる。ところ
で、本発明の工法においては、上記本発明の装置におい
て説明したごとく、従来公知の硬質ロッドに設けられた
螺旋翼よりも一般的には相当にピッチの短い螺旋翼を有
するロッドを用い、従来工法と同様に切砕削孔及び地盤
改良がなされる。この過程において、捨石マウンドＥ１
の各破砕石Ｓの内の多くはロックビット１３のトルクに
より外周に押出され、更に外周部にある破砕石の間隙等
に押込まれると同時に、その上部に位置する上記ピッチ
の短い螺旋翼端部により内方への滑動を阻止されてい
る。

【００２０】次いで、軟弱地盤の土と固結液とを攪拌混
合後、攪拌翼を縮翼した状態で掘削ロッド１２を回転さ
せながら徐々のに引き抜くが、この場合、螺旋翼２０は
上記のごとく平均的破砕石の直径よりも小さいピッチＰ
に構成されているので、掘削孔１９の外周部に押込まれ
た破砕石は何れも上記螺旋翼外周端の何れかの部分に当
接した状態が維持されて、該螺旋翼間に入り込むことが
できない状態のまま引く抜かれる。この場合、掘削時に
切砕されない状態で外周方向に押し込まれた破砕石は、
その殆どの外径が上記螺旋翼のピッチＰよりも大きいも
のである点が重要である。従って、本発明工法に用いら
れるロックオーガの螺旋翼ピッチは、施工現場に積石さ
れている破砕石の平均的直径に適応した寸法のものを用
いることが重要である。また、この様にして引抜かれた
後の掘削孔１９内には、仮に周囲の破砕石が滑動して該
掘削孔内に落下しても全く不都合がなく、却って下部改
良地盤部の混合土と一体化されて強固な改良地盤が構成
されるものである。

【００２１】

【効果】本発明の第１の効果は、ロックビットにて掘削
孔時に切砕された破砕片は、螺旋翼の羽に乗せられて上
方に運ばれるが、破砕されない捨石は、地盤が粗い密度
の積石層であるため掘削孔外周の積石層の破砕石間隙に
押し込められる。ここで、螺旋翼のピッチが大きい場合
には、一度押込まれた破砕石が掘削ロッドの振動で掘削
孔中へ戻り、該ロッドの回転に支障が生じるが、螺旋翼
の間隔が例えば２０cm程度の短い間隔の場合には、掘削
孔中に戻りかかった石が回転する螺旋翼端に押されて再
び積石層の中に押し込まれる。また第２に、上記のごと
き現象を繰り返すことにより、掘削孔の周囲の積石層の
粗い密度状態が厚密な状態に変わり、地盤改良装置を引
き上げる時には該掘削孔の外周の石が掘削孔内に移動す
ることが無くなり、容易に装置を引き上げることができ
て、装置の引き抜き不能な現象を防止することができ
る。更に第３に、螺旋翼のピッチを短くすることにより
掘削ロッドの剛性がより高くなり、粗い密度の積石層を
掘削する場合に生ずる滑り現象による、堅孔（掘削孔）
の曲りを防止することができると言う格別の作用効果を
も奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置における掘削軸部分の側面図であ
る。

【図２】図１に示す掘削軸の各攪拌翼上部からみた平面
図である。

【図３】本発明の工法の施工状態を説明する概念図であ
る。

【図４】従来工法を説明する概念図である。

【図５】図４同様の工法経過説明概念図である。

【図６】図５と同様の概念図である。

【図７】他の従来工法を説明する概念図である。

【図８】図７同様の工法の経過説明概念図である。

【図９】図８と同様の概念図である。

【図１０】従来工法の施工状態を説明する概念図であ
る。

【符号の説明】

０２、１２ 掘削ロッド ０３、１３ 掘削ビット ０４、０６、０７、１４、１６ 流体噴射口 ０５、１５ 拡縮攪拌翼 Ｅ１ 捨石マウンド Ｅ２ 軟弱地盤 Ｅ３ 下部硬質地盤 ＥＦ 地盤改良部位 Ｓ 積石 Ｍ 防波堤

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強力なトルクで捨石層を掘削可能なロッ
   クビットと、高圧固結液噴射口と、拡縮可能な攪拌翼と
   を有するロックオーガであって、該オーガのロッドには
   該攪拌翼の縮翼状態外径より大きい径で且つそのピッチ
   が掘削される積石層の捨石の平均直径よりも小さい螺旋
   翼を設けた上記ロックオーガを用い、該ロックオーガの
   攪拌翼を縮翼状態でビットにより積石層を掘削し、続い
   て軟弱層を該ビット及び噴射口からの圧力流体により掘
   削すると共に、上記攪拌翼を拡翼して固結剤と軟弱掘削
   土を攪拌混合し、その後該攪拌翼を縮翼した状態で且つ
   上記螺旋翼の端部で上記捨石層の積石の滑動による掘削
   孔の閉塞を防止しながら、ロックオーガを上記積石層上
   部まで抜出す操作を繰り返すことを特徴とする積石層下
   部の軟弱地盤を改良する工法。
2. 【請求項２】 上記高圧固結液噴射口は、ロックオーガ
   のロッドの先端部と拡縮攪拌翼の近傍に２段設け、該２
   段の内上方の噴射口は、下方に傾斜して固結液を噴射で
   きるものであるオーガを使用することを特徴とする請求
   項１記載の積石層下部の軟弱地盤を改良する工法。
3. 【請求項３】 捨石層からなる積石を掘削可能なロック
   オーガであり、回転ロッドの先端に固結液噴射口とロッ
   クビットを有し、その上部に拡縮自在な複数の攪拌翼
   と、水平方向及び下方傾斜方向に液体を噴射する噴射口
   と、更に上方のロッドには、該攪拌翼の縮翼時の外径よ
   りもやや大きな外径であってそのピッチが掘削される積
   石の平均的直径より小さい螺旋翼を、少なくとも改良作
   業時に該ロッドが最下点まで嵌入された状態でのその捨
   石層面より上方位置まで設けられていることを特徴とす
   る積石層下部の軟弱地盤を改良するための装置。
4. 【請求項４】 上記螺旋翼のピッチが、１５cm乃至５０
   cmの範囲内であることを特徴とする請求項３記載の積石
   層下部の軟弱地盤を改良する装置。