JP3172209U - 液状化防止地盤改良施工用スクリュウオーガー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地震時に液状化が起こる可能性の高い原地盤の性質を変えることにより地震時に液状化が起こりにくくする工法に使用のスクリュウオーガー装置を提供する。【解決手段】液状化防止施工用のスクリュウオーガー装置１において、回転攪拌羽根の半径方向最外端にセメントミルク噴射管６を設置し、オーガー管２、回転攪拌羽根及びセメントミルク噴射管を通じ、噴射管の下端噴射口７からセメントミルクを噴出させ、施工地盤に液状化防止リングコラムの造成を可能とする。【選択図】図１

Description

本考案は、地震時に液状化が起こる可能性の高い地盤にセメントミルクと原地盤を混合して原地盤の性質を変えることにより地震時に液状化が起こりにくくする工法に適用供与するスクリュウオーガー装置に関するものである。

地震時に地盤に起こる液状化は次の条件が揃ったときに生じる。
（１）地表面から１５ｍ〜２０ｍ以浅に砂層がある。
（２）地下水面より下にあって水で飽和されている。
（３）砂粒の大きさが均一な細砂〜中砂により構成されている。
（４）地盤の締まり方が緩く、標準貫入試験のＮ値が１５以下である。
これを式で表すと次のようになる。

（数１）
τ＝（σ−ｕ）ｔａｎφ°・・・・・（Ａ）式

ここで、各記号は次を表す。
τ：地盤強度
σ：土圧
ｕ：地震時発生する地下の水圧
φ°：地盤を構成する土の内部摩擦角

以上の（Ａ）式、（Ｂ）式の関係から明らかなように、地盤を強く締めることにより（Ｂ）式中のN値が大きくなり、ｔａｎφ°が大きくなり、τが大きくなる。
一方、（σ−ｕ）で水圧が上昇してσ＝ｕとなると、（σ−ｕ）＝０となり、地盤強度が０となり、地盤の破壊が生ずる。このような現象を生じる原因の一つが液状化である。

以上の説明においては、地盤の上に上載構造がない場合、若しくはあっても非常に軽い構造物である場合に、液状化が発生しやすい。
例えば、上載構造物のない場合の例として、道路、駐車場等が挙げられ、また、上載構造があったとしても、非常に軽いものの例として、木造建屋等を挙げることができる。
以上から、別言すれば、同じ地盤でも、液状化の起きる場所は、上載構造物がないか、或いはあっても上載構造物が軽い構造物である場所である。

これは、先の（A）式に、上載構造物の荷重を加味した次の式により説明することができる。
（数３）
τ＝（ΔP＋σ−ｕ）ｔａｎφ° ・・・・・（C）式
ここで、各記号は次を表す。
τ：地盤強度
ΔP：上載構造物の荷重
σ：土圧
ｕ：地震時発生する地下の水圧

上記（C）式において、地震発生時にΔPの上載構造物の真下では、水圧が上昇して、σ＝ｕとなり、（σ−ｕ）＝０となった場合、前記（C）式は、次の式で与えられる。
（数４）
τ＝（ΔP）ｔａｎφ° ・・・・・（D）式
この（D）式において、（σ−ｕ）＝０となったとしても、τ（＝（ΔP）ｔａｎφ°）：地盤強度はゼロとなってはいないので、地盤の破壊は起こらない。

以上から明らかなように、上載構造物の荷重を加味した地盤の破壊は起こらないので、液状化問題は発生しない。これに対して地盤の上に上載構造がない場合、若しくはあっても非常に軽い構造物である場合に液状化が発生しやすくなる。
そして、地震時に液状化が起こる場所は、道路、駐車場など、上載構造物のないところ、(D)式で説明すればΔP＝０の場所であり、また木造家屋等の上載荷重が小さいところ、(D)式で説明すればΔP≒０の場所であると言うことができる。

公知の深層混合工法に使用のオーガー装置はセメントミルクを注入して中実円柱を創成するものである。
本考案は、上記例示した(D)式でΔP＝０の場所、ΔP≒０の場所、即ち地震時に液状化が起こる場所又は起こりやすい場所を、液状化しない地盤に替えておくことが必要であることから、図３に示す配置でリングコラムを創成する深層混合工法を施せば、液状化対策として十分であると考えられ、従来の深層混合工法により中実円柱として創成することなく、柱体が筒状であるリングコラムを創成した地盤とすることにより液状化対策が可能であることを見出した。

特開平７−３４４４４公報

「バーチカルドレーン工法の問題点とその解決方法」著者岡林郁夫、発行所株式会社総合土木研究所、平成１１年８月２０日第１版第１刷発行、P９１-９３

以上から、本考案は、要するに、液状化しない地盤に改良する必要のある該当地盤箇所について予測検証し、地震時に液状化が起こる可能性の高い地盤にセメントミルクと原地盤を混合して原地盤の性質を変え地震時に液状化が起こりにくくするための工法に使用される地盤改良装置における新規なスクリュウオーガー装置を提供し、地盤改良作業を効率的に遂行するスクリュウオーガー装置を提供することである。

本考案は、上記課題を解決するために、上記の地盤改良装置におけるスクリュウオーガー装置おいて、中央に軸方向のオーガー管、該オーガー管の下端から半径横方向に延びる撹拌羽根及び撹拌羽根の最外端に軸方向に伸び下端に噴射口を有する噴射管を備え、スクリュウオーガー装置の引き降ろし作業時に、スクリュウオーガー装置を一方向の回転動を与え、回転攪拌羽根及びセメントミルク噴射管下端の掘削刃により掘削し、回転攪拌羽根により撹拌し、排土螺旋羽根により排土すると共に、スクリュウオーガー装置の引き上げ作業時に、スクリュウオーガー装置を他方向の回転動を与え、排土の埋め戻しを可能とし、且つオーガー管、回転攪拌羽根及びセメントミルク噴射管の各内部に形成した供給路を通じ、噴射管の下端噴射口からからセメントミルクを噴射させることによりソイルセメントの円筒柱を創成するものとし、施工地盤に液状化防止リングコラムの造成を含んで施工可能とした。本考案は、この創成したソイルセメントの円筒柱においてその内部に施工地盤の土壌が埋め戻されたものであって、これにより液状化を防ぐ地盤を造成すること可能となる。本考案は、この液状化防止地盤としての円筒柱をなすソイルセメントを創成する改良されたスクリュウオーガー装置を提供する。

本考案のスクリュウオーガー装置によれば、液状化防止地盤を造成に際して、円筒柱をなすソイルセメントを創成することができる。
掘削と排土を同じ作業工程として行うことができ、またソイルセメントの円筒柱の創成と埋め戻し作業を同じ作業工程として実施できるので、地盤改良作業を効率的に遂行することが可能となる。

本考案になるスクリュウオーガー装置の模式図であり、（ａ）は縦方向模式図であり（ｂ）は平面模式図である。 本考案になるスクリュウオーガー装置による施工で創成されたソウルセメントの断面模式図であり、スクリュウオーガー装置の噴射管とソイルセメントの位置関係を示す。 本考案になるスクリュウオーガー装置に使用による施工例を示す図である。

以下、本考案の実施の形態を図面に従って説明する。
スクリュウオーガー装置１は、通常移動自在な施工機械のマストに脱着自在に設置されるスクリュウオーガーを備えた深層混合処理装置において、そのスクリュウオーガー装置部分の改良に係るものである。スクリュウオーガー装置１は、その外周に排土螺旋羽根３を備えた軸方向のオーガー管２を有し、その下端に掘削刃８を備えている。また、当該オーガー管２の内部にはセメントミルクを供給する供給路ｄ1を有している。オーガー管２の下端には半径方向に対向して延びる一対の撹拌羽根5、５を備えている。これらの撹拌羽根5、５の内部に、供給路ｄ１に続くセメントミルク供給用の供給路ｄ２を有している。更に撹拌羽根5、５の外側端部には、軸方向の吐出管６，６が備えられ、吐出管６，６の内部に、供給路ｄ２に続いてセメントミルクを供給する供給路ｄ３が形成され、吐出管６の下端に噴出口７を有する。
撹拌羽根5、５の外側下面及び吐出管６，６の下端にそれぞれ掘削刃８を備える。

スクリュウオーガー装置１によるソイルセメントＳの円筒柱を創成するに際して、以下に説明する。

（１）深層混合処理装置におけるスクリュウオーガー装置１の交換取り付け
先ず先行の深層混合処理装置（例えば特開平７−３４４４４公報参照）を地盤の所定位置に設置する。ここで、この深層混合処理装置において、スクリュウオーガー装置は着脱自在に装着されている。そこで、本考案では、先行の深層混合処理装置における着脱自在なスクリュウオーガー装置において、地層地均し処理のため、図１（ａ）に示めした本考案に係るスクリュウオーガー装置１に交換セット（図示省略）する。セットされたスクリュウオーガー装置１はウィンチにより上下動可能に制御されると共にモーターにより正逆回転可能に制御される。また、接続セットされたスクリュウオーガー装置１において、セメントミルク供給路を通じてセメントミルクを末端噴射口へと供給噴射可能となっている。

（２）形状
深層混合処理装置に着脱自在に設置される本考案のスクリュウオーガー装置１は、その外周に排土螺旋羽根３を備えた軸方向のオーガー管２を有すると共に、その下端に掘削刃８を備えている。また、オーガー管２の下端には半径方向に対向して延びる一対の撹拌羽根5、５を備え、更に当該撹拌羽根5、５の最外端には、端部から更に軸方向に延びる外端吐出管６，６が備えられる。一方、撹拌羽根5、５の外側下端及び外端吐出管６，６の下端にも掘削刃８が形成されている。上記オーガー管２、撹拌羽根5、５及び外端吐出管６，６の内部には一連の各供給路（ｄ1，ｄ2，ｄ3）が形成され、セメントミルク供給路４を形成している。

（３）掘削作業
スクリュウオーガー装置１が降下され、駆動手段（図示省略）により回動されると、１５〜２０ｍ以浅の砂質土層地面に対向して配置された掘削刃８により掘削が開始される。掘削された掘削土は排土螺旋羽根３による撹拌及び土質均しが行なわれながら掘削が進められ、その際、排土螺旋羽根３の背後へと上方に排出され、徐々に掘削が実行される。

（４）セメントミルクの供給
１５〜２０ｍ以浅の砂質土層地面における掘削が所定の深度に達した所で、今度はスクリュウオーガー装置1を逆転動させ、これにより上部の排土を前記排土螺旋羽根３を介すなどして埋め戻し作業を開始する。その際、セメント混練プラント（図示省略）から圧送されたセメントミルクが、オーガー装置1の供給路4を通じ、回動される噴射管６の下端噴射口7から下方に噴射される。ここで、噴射管６は螺旋状に回転上昇する軌跡を描いて回転され移動される。 セメントミルクの供給は、オーガー管２の内部に形成されたセメントミルク供給用の供給路d１、これに続く撹拌羽根5、５の内部に形成された供給路d ２、更に続く噴射管６の内部に形成された供給路ｄ３を通じ噴射管６下端に噴出口７から噴射され、埋め戻された土砂に環状に噴射される。ここにおいて、セメントミルクが螺旋状の軌跡を描いて噴射され、セメントミルクは埋め戻された砂質土層の土壌近傍に環状に浸透されることとなり、結果、内部に砂質土が埋め戻された状態で円筒状の柱が創生され、図２（ｂ）に示すように、最終的に内部砂質土が地表に達するまで充填された円筒状柱体としてソイルセメントＳが形成される。端的に液状化防止リングコラムと表現することができる。

本考案は、スクリュウオーガー装置1が、オーガー管２の下端に、この下端から半径方向外側に延びる複数の撹拌羽根5を備え、更にこの複数の各撹拌羽根5の外側先端に下方に噴射口を有する軸方向の噴射管６を備えた構造を有している。
本考案のスクリュウオーガー装置1によれば、このスクリュウオーガー装置1を交換するのみで、適用使用すれば、原地盤中に円筒状のソイルセメントを形成することができ、これによって、原地盤に、内部に原地盤土壌の埋め戻された円筒状の柱を創成し、これを図３に例示するように、多数行列をなして造成することにより、荷重負荷の低い砂層土壌において、これを地震時に液状化が起こりにくい地盤として改良することが可能となる。
本考案は、オーガー管の下端に、この下端から半径方向外側に延びる羽根を備え、更にこの羽根の外方先端に下方に噴射口を有する軸方向噴射管を備える構造であるので、先行のスクリュウオーガー装置のオーガー管部分において、その下端に、羽根及び軸方向噴射管を付設する構造上の簡単な改造で、安価に提供でき、容易に交換可能して使用でき、地震時に液状化が起こりにくい地盤改良の施工に供することができる。

以上、本考案のスクリュウオーガー装置1は、円筒状のソイルセメントＳを創成するため、オーガー管２下端の周囲に、半径方向の一対の羽根を介して、一対の噴射管を備えるものとして説明したが、半径方向の羽根を３本以上としたり、また排土螺旋羽根の径を撹拌羽根5の長さの範囲内で任意に変更したりすることは、本考案の範囲である。

符合の説明

１ スクリュウオーガー装置
２ オーガー管
３ 排土螺旋羽根
４ 供給路
５ 羽根
６ 噴射管
７ 噴射口
８ 切削刃
Ｅ 原地盤
Ｓ ソイルセメント

Claims (1)

1. 地盤改良装置におけるスクリュウオーガー装置おいて、中央に軸方向のオーガー管、該オーガー管の下端から半径横方向に延びる撹拌羽根及び撹拌羽根の最外端に軸方向に伸び下端に噴射口を有する噴射管を備え、且つオーガー管、回転攪拌羽根及び噴射管の各内部に形成した供給路形成し、噴射管の下端噴射口からからセメントミルクを噴射させソイルセメントの円筒柱を創成可能とした液状化防止地盤改良施工用スクリュウオーガー装置。