JP3220925U - 液状化防止地盤改良施工用オーガー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液状化防止に十分な強度を有し、地盤の塑性度によらず掘削した土がセメントミルクの噴射管の噴射口に詰まって施工作業を妨げることなく、掘削する穴の途中に瓦礫等が存在したり、掘削する穴の深さ方向に凹凸が存在していても安定したソイルセメントを形成することができ、安定して液状化防止地盤改良施工を行うことができるオーガー装置を提供する。【解決手段】オーガー装置１１は、中央に軸方向に延びるオーガー管１２と、このオーガー管の下端から半径横方向に延びる２つの撹拌羽根１３、１３と、それらの最外端に設けられる噴射管を備え、オーガー管、各撹拌羽根及び噴射管の各内部にセメントミルクの供給路ｐ１、ｐ２がそれぞれ形成され、かつ、各噴射管の側面にセメントミルクの噴射口１４、１４が形成されるとともに、撹拌羽根より上方のオーガー管の側面にもセメントミルクの噴射口１５が形成され、ソイルセメントの円柱体を形成可能とした。【選択図】図１

Description

本考案は、地震時に液状化が起き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を効果的に防止することができる液状化防止地盤改良施工用オーガー装置に関するものである。

特許文献１には、地震時に地盤に起こる液状化は次の条件が整ったときに生じると記載されている。
（１）地表面から１５ｍ〜２０ｍより浅い位置に砂層がある。
（２）地下水面より下にあって水に飽和されている。
（３）砂粒の大きさが均一な細粒径の砂ないし中粒径の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。

上記の関係は、特許文献１に記載されているように数式で表すことができ、地盤を強く締め付けることにより、Ｎ値が大きくなり、地盤強度が大きくなる。
一方、水圧が上昇して、土圧＝地震時に発生する地下の水圧、となると、地盤強度が０となり、地盤の破壊が生じる。これによる生じるのが液状化である。

地盤の上に構造物がない場合、あるいはあっても非常に軽い構造物である場合には、液状化が発生しやすい。
例えば、地盤の上に構造物がない場合としては、道路、駐車場等が例示でき、また構造物があったとしても非常に軽いものとしては木造建物等が例示できる。このような場合、液状化が起こりやすい。

このような液状化を防止するための１つの方策として、特許文献１には、図２に示すように、セメントミルクと原地盤を混合して、多数のソイルセメントの円筒柱を形成することにより、液状化を防止することができる液状化防止地盤改良施工用オーガー装置が提案されている。このオーガー装置は、通常、移動可能な施工機械（車両）のマストに設けられた深層混合処理装置（例えば、特許文献２）に着脱可能に取り付けられる。

図３に特許文献１のオーガー装置１を模式的に縦方向図で示す。このオーガー装置１は、中央に軸方向に延びるオーガー管２と、このオーガー管２の下端から半径横方向に延びる一対の回転撹拌羽根５、５、これら一対の回転撹拌羽根５、５の最外端に軸方向に延び下端に噴射口７、７を有する噴射管６、６を備えている。オーガー管２はその外周に排土螺旋羽根３を備えている。また撹拌羽根５、５の下端には、複数の掘削刃８、８・・・が下向きに設けられている。また、噴射管６、６の下方にも掘削刃８、８が設けられている。さらに、オーガー管２の下端にも掘削刃８が設けられている。

一方、オーガー管２の中央には、セメントミルクの供給路４（ｄ１）が設けられ、撹拌羽根５、５の内部にはセメントミルクの供給路ｄ２が設けれ、噴射管６、６の内部にはセメントミルクの供給路ｄ３が設けられ、これらの供給路ｄ１、ｄ２、ｄ３は連通している。

上記のような構成の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低コストで創成することができる。そして、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利点がある。

上記特許文献１の技術によれば、液状化防止地盤の造成に際して、円筒状をなすソイルセメントを低コストで創成でき、地盤改良作業を効率的に遂行することができるようになった。
しかしながら、特許文献１のオーガー装置により創成される円柱状のオイルセメントでは、構造が中実ではないため強度的に十分満足ものではなく、より効果的な液状化防止のためには、さらなる強度が必要とされる。
また、特許文献１の技術では、撹拌羽根の最外端に軸方向下方に延びる噴射管の噴射口から下方に向けてセメントミルクを噴出するため、地盤の塑性度によっては、掘削する際に掘削した土がセメントミルクの噴射管の噴射口に詰まって、施工作業を妨げることがあった。

また、地盤は必ずしも深さ方向に均一な土砂の層で形成されておらず、途中に瓦礫層等が存在しているような場合、安定したソイルセメントの円筒柱が形成できないおそれがあった。
さらに、地盤を掘削した場合、掘削穴の壁面には深さ方向に凹凸が生じることがあり、このような場合、ソイルセメントが供給されない箇所が存在し、ソイルセメントの外面と掘削穴の壁面との間に空隙が生じ、その部分の安定性が損なわれるおそれがある。
このように、上記特許文献１の技術にはさらに検討、改良すべき余地があった。

実用新案登録第３１７２２０９号公報 特開平７−３４４４４号公報

本考案は、以上のような従来技術の問題点を解消し、液状化防止のために十分な強度を有し、地盤の塑性度によって、掘削する際に掘削した土がセメントミルクの噴射管の噴射口に詰まって、施工作業を妨げることがなく、掘削する穴の途中に瓦礫層等が存在したり、掘削する穴の深さ方向に凹凸が存在していても安定したソイルセメント構造体を形成することができ、上載構造物の無い駐車場、道路、荷重の軽微な木造家屋等に対し、安定して液状化防止地盤改良施工を行うことができるオーガー装置を提供することを課題とする。

本考案によれば、上記課題を解決するため、第１に、深層混合工法に用いられるオーガー装置において、中央に軸方向に延びるオーガー管と、該オーガー管の下端から半径横方向に延びる少なくとも２つの撹拌羽根と、各撹拌羽根の最外端面に横水平方向にセメントミルクを噴射する噴射口を備え、前記オーガー管及び前記各撹拌羽根の各内部にセメントミルクの供給路がそれぞれ形成され、かつ、前記撹拌羽根より上方の前記オーガー管の少なくとも１つの側面にも横水平方向にセメントミルクを噴射する噴射口が形成され、各セメントミルクの噴射口からセメントミルクを噴射させ、ソイルセメントの円柱体を形成可能としたことを特徴とする液状化防止地盤改良施工用オーガー装置が提供される。
また、第２に、上記第１の考案において、前記オーガー管の少なくとも１つの側面に形成されたセメントミルクの噴射口より上方の前記オーガー管の側面に、前記オーガー管の回転にともなって回転する少なくとも２つ以上の撹拌翼が取り付けられていることを特徴とする液状化防止地盤改良施工用オーガー装置が提供される。
また、第３に、上記第２の考案において、前記２つ以上の撹拌翼より下方の前記オーガー管の側面に、前記オーガー管が回転しても静止状態を保つ少なくとも４つ以上の撹拌翼が取り付けられていることを特徴とする液状化防止地盤改良施工用オーガー装置が提供される。
また、第４に、上記第３の考案において、前記４つ以上の撹拌翼が、共回り防止翼の役割を担っていることを特徴とする液状化防止地盤改良施工用オーガー装置が提供される。
さらに、第５に、上記第３または第４の考案において、前記オーガー管の側面で、前記２つ以上の撹拌翼と前記４つ以上の撹拌翼の間に、幅方向に傾斜した撹拌翼がさらに取り付けられていることを特徴とする液状化防止地盤改良施工用オーガー装置が提供される。

本考案のオーガー装置によれば、上記構成を採用したので、液状化防止のために十分な強度の複数のソイルセメントの円柱体を効率的に創成することができ、掘削する穴の途中に瓦礫等が存在したり、掘削する穴の深さ方向に凹凸が存在していても安定したソイルセメント構造体を形成することができ、上載構造物の無い駐車場、道路、荷重の軽微な木造家屋等に対し、安定して液状化防止地盤改良施工を行うことが可能となる。
また、第１の撹拌翼と第２の撹拌翼に加え、両者の間に傾斜した第３の撹拌翼を設けると、さらに、原地盤とセメントミルクとの混合をさらに効率よく行うことができるという利点がある。

本考案の第１実施形態に係るオーガー装置の縦方向模式図である。 本考案の第２実施形態に係るオーガー装置の縦方向模式図である。 従来のオーガー装置の縦方向模式図である。

以下、本考案に係るオーガー装置を実施形態に基づいて詳述する。
図１は本考案の第１実施形態に係るオーガー装置の縦方向模式図である。
このオーガー装置１１は、地震時に液状化が起きる可能性の高い地盤に対し、セメントミルクと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を効果的に防止するものである。このオーガー装置１１は、特許文献１のオーガー装置と同様、通常、移動可能な施工機械（車両）のマストに設けられる深層混合処理装置（例えば、特許文献２）に着脱可能に取り付けられる。

第１実施形態のオーガー装置１１は、中央に軸方向に延びるオーガー管１２と、このオーガー管１２の下端から半径横方向に延びる一対の回転撹拌羽根１３、１３と、これら一対の回転撹拌羽根１３、１３の最外端の軸方向水平にセメントミルクを噴射する噴射口１４、１４を備えている。また、撹拌羽根１３、１３より上方のオーガー管１２の側面にも、セメントミルクの噴射口１５、１５（一方の噴射口は紙面裏側にあり、図示されていない）が形成されている。この噴射口１５は大径の場合１つでもよいし、小径の場合２以上であってもよい。撹拌羽根１３、１３は回転方向に例えば約３０度下向きに傾斜していてもよい。このような傾斜形態にすると、地盤の掘削、ソイルセメントの撹拌をより効率的に行うことができるようになる。

また撹拌羽根１３、１３には、複数の掘削刃１６、１６・・・が下向きに設けられている。また、オーガー管１２の下端にも掘削刃１６が設けられている。掘削刃１６は、例えば掘削方向下向きに４５度程度の傾斜を持たせると、掘削効率をより向上させることができる。撹拌羽根１３、１３の下方に設けられる掘削刃１６、１６・・・の数は抗径に応じて個数を設定する。

セメントミルク噴出口１５、１５より上のオーガー管１２の側面には４つの第１の撹拌翼１７、１７・・が取り付けられており、第１の撹拌翼１７、１７・・より上方のオーガー管１２の側面には２つの第２の撹拌翼１８、１８がさらに取り付けられている。４つの第１の撹拌翼１７、１７・・は、全体が平面視で十字型であり、オーガー管１２が回転しても静止するようになっており、十字型共回り防止翼の役割も担っている。この共回り防止翼は、粘性土地盤などで問題となる土の共回り現象による撹拌不良を低減させる。共回り現象とは、粘着力のある地盤を混合撹拌する場合、未改良土が団子状態となり、撹拌翼と共に回転する現象である。共回り現象が生じると土塊のまま残ったり、外周辺部が殻状に固化したコラムができあがったりするが、共回り防止翼はこの現象を防止する。第２の撹拌翼１８、１８は、オーガー管１２の回転とともに右回りに回転するようになっている。その表面を撹拌方向に向かって例えば約２０度程度傾斜するように構成してもよい。第２の撹拌翼１８、１８を主としてセメントミルクと地盤の混合を行うものであるが、上記のように傾斜をつけると、撹拌効果のより効率化が期待できる。

さらに、オーガー管１２の中央には、セメントミルクの供給路ｐ１が設けられ、撹拌羽根１３、１３の内部にはセメントミルクの供給路ｐ２が設けれ、これらの供給路ｐ１、ｐ２は連通しており、セメントミルクの噴出口１４、１４；１５、１５ともつながっている。噴出口１４、１４；１５、１５は単に孔形状であってもよいし、突出口形状であってもよい。

第１実施形態のオーガー装置１１によるソイルセメント円柱体の形成は次のようにして行う。
先ず、図示しない深層混合処理装置（例えば特許文献２参照）を、強化改良すべき地盤の所定位置に設ける、あるいは移動する。ここで、オーガー装置は着脱自在に装着されている。オーガー装置１１はウィンチ（図示せず）により上下動可能に制御され、かつモータ（図示せず）により正逆回転可能になっている。また、オーガー装置１１においてはセメントミルク供給路を通じてセメントミルクを各噴射口に供給、噴射可能となっている。

オーガー装置１１によるソイルセメント円柱体の形成は、掘削時にセメントミルクを噴出させて行う。オーガー装置１１には、上記したように、セメントミルク噴出口１４、１４が撹拌羽根１３、１３の最外端の軸方向水平に形成され、さらにオーガー管１１の側面にもメントミルク噴射口１５、１５が形成されており、掘削時に規定の速度で掘削を行い、セメントミルクを噴出させる。掘削が完了したらセメントミルクの注入をやめ、撹拌羽根１３、１３と、第２の撹拌翼１８、１８を逆回転させ、撹拌しながら引き上げる。第１実施形態のオーガー装置１１では、上記のように配置された噴出口１４、１４；１５、１５からセメントミルクが噴出されることから、掘削穴の途中に瓦礫層が存在していてもその部分に十分にセメントミルクが供給されるため、その部分のソイルセメントの強度が低下せず、安定化を図ることができる。さらに、セメントミルク噴出口１４、１４より上方のオーガー管１２の側面に、オーガー管１２が回転しても静止状態を保つ第１の撹拌翼１７、１７・・、その上にオーガー管１２とともに回転する第２の撹拌翼１８、１８を取り付けたことから、掘削穴の壁面に凹凸が存在していても、凹部に十分セメントミルクが供給され、ソイルセメントの外壁と掘削穴の壁面との間に隙間が生じることなく、安定した強度のソイルセメントを形成することが可能となる。また掘削時に静止状態を保つ第１の撹拌翼１７、１７・・と掘削時に右回転する第２の撹拌翼１８、１８を設けたので、掘削時に土が強制的に切り刻まれ、セメントミルクが均等に注入され、良質なソイルセメント円柱体が形成できる。

次に、本考案の第２実施形態のオーガー装置について説明する。
図２は本考案の第２実施形態に係るオーガー装置の縦方向模式図である。
このオーガー装置２１は、地震時に液状化が起きる可能性の高い地盤に対し、セメントミルクと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を効果的に防止するものである。このオーガー装置２１も、特許文献１のオーガー装置と同様、通常、移動可能な施工機械（車両）のマストに設けられる深層混合処理装置（例えば、特許文献２）に着脱可能に取り付けられる。

第２実施形態のオーガー装置２１は、中央に軸方向に延びるオーガー管２２と、このオーガー管２２の下端から半径横方向に延びる一対の回転撹拌羽根２３、２３と、これら一対の回転撹拌羽根２３、２３の最外端の軸方向水平にセメントミルクを噴射する噴射口２４、２４を備えている。また、撹拌羽根２３、２３より上方のオーガー管２２の側面にも、セメントミルクの噴射口２５が形成されている。この噴射口２５は大径の場合１つでもよいし、小径の場合２以上であってもよい。第２実施形態の場合は、大径であるので噴射口２５は１つとしている。撹拌羽根２３、２３の２３Ａ、２３Ａの部分は回転方向下向きに約３０度傾斜させることができる。このような傾斜形態にすると、地盤の掘削、ソイルセメントの撹拌をより効率的に行うことができるようになる。

また撹拌羽根２３、２３には、複数の掘削刃２６、２６・・・が下向きに設けられている。また、オーガー管２２の下端にも掘削刃２６が設けられている。掘削刃２６、２６・・・の２６Ａ、２６Ａ・・・の部分は、例えば回転方向下向きに４５度程度の傾斜を持たせると、掘削効率をより向上させることができる。撹拌羽根２３、２３の下方に設けられた掘削刃２６、２６・・・の数は抗径に応じて個数を設定する。第２実施形態では図面左側の掘削刃２６は２個、図面右側の掘削刃２６は３個、オーガー管２２の下方の掘削刃２６は１個となっている。

セメントミルク噴出口２５より上のオーガー管２２の側面には４つの第１の撹拌翼２７、２７・・が取り付けられており、第１の撹拌翼２７、２７・・より上方のオーガー管２２の側面には２つ第２の撹拌翼２８、２８が取り付けられている。第２の撹拌翼２８、２８の２８Ａ、２８Ａの部分は、その表面を撹拌方向に向かって例えば約２０度程度傾斜するように構成してもよい。このようにすると、撹拌効果のより効率化が期待できる。さらに、第１の撹拌翼２７、２７・・と第２の撹拌翼２８、２８との間のオーガー管２２の側面には、幅方向に傾斜した第３の撹拌翼２９が設けられている。第３の撹拌翼２９は幅方向に、例えば２０度の角度をもって傾斜させることができる。このように第３の撹拌翼２９に傾斜角度を持たせると、さらに良好にセメントミルクと地盤との撹拌混合効果が向上するという利点がある。これらの撹拌翼の数は必要に応じて任意に設定可能である。４つの第１の撹拌翼２７、２７・・は、第１実施形態と同様、全体が平面視で十字型であり、オーガー管２２が回転しても静止するようになっており、十字型共回り防主翼の役割も担っている。第２の撹拌翼２８、２８は、主としてセメントミルクと地盤との撹拌混合を行うものであり、第３の撹拌翼２９も、主としてセメントミルクと地盤との撹拌混合を行うものである。第２の撹拌翼２８、２８と第３の撹拌翼２９を設けることにより、両者が相まって撹拌混合効果を第１実施形態以上に向上させる。

さらに、オーガー管２２の中央には、セメントミルクの供給路ｐ１が設けられ、撹拌羽根２３、２３の内部には、第１実施形態と同様にセメントミルクの供給路ｐ２（図示省略）が設けれ、これらの供給路ｐ１、ｐ２は連通しており、セメントミルクの噴出口２４、２４；２５ともつながっている。噴出口２４、２４；２５は単に孔形状であってもよいし、突出口形状であってもよい。

第２実施形態のオーガー装置２１によるソイルセメント円柱体の形成は次のようにして行う。
先ず、図示しない深層混合処理装置（例えば特許文献２参照）を、強化改良すべき地盤の所定位置に設ける、あるいは移動する。ここで、オーガー装置は着脱自在に装着されている。オーガー装置２１はウィンチ（図示せず）により上下動可能に制御され、かつモータ（図示せず）により正逆回転可能になっている。また、オーガー装置２１においてはセメントミルク供給路を通じてセメントミルクを各噴射口に供給、噴射可能となっている。

オーガー装置２１によるソイルセメント円柱体の形成も、掘削時にセメントミルクを噴出させて行う。オーガー装置２１には、上記したように、セメントミルク噴出口２４、２４が撹拌羽根２３、２３の最外端面に形成されており、さらにオーガー管２１の側面にセメントミルク噴射口２５が形成されていることから、掘削穴の途中に瓦礫層が存在していてもその部分に十分にセメントミルクが供給されるため、その部分のソイルセメントの強度が低下せず、安定化を図ることができる。さらに、セメントミルク噴出口２４、２４より上方のオーガー管２２の側面に第１の撹拌翼２７、２７・・、その上に第２の撹拌翼２８、２８、オーガー管２２の側面で第１の撹拌翼２７、２７・・と第２の撹拌翼２８、２８の間に第３の撹拌翼２９を取り付けたことから、掘削穴の壁面に凹凸が存在していても、凹部に十分セメントミルクが供給されることから、ソイルセメントの外壁と掘削穴の壁面との間に隙間が生じることなく、安定した強度のソイルセメントを形成することが可能となる。また掘削時に静止状態を保つ第１の撹拌翼２７、２７・・と掘削時に右回転する第２の撹拌翼２８、２８とさらに掘削時に右回転する第３の撹拌翼２９を設けたので、掘削時に土が強制的に切り刻まれ、セメントミルクが均等に注入され、より良質なソイルセメント円柱体が形成できる。

ここで、第２実施形態のオーガー装置２１の各部の設計寸法例を示す。回転撹拌羽根２３、２３のオーガー管２２からの長さは６００ｍｍ、第１の撹拌翼２７、２７・・のオーガー管２２からの長さは７００ｍｍ、５５０ｍｍ、７００ｍｍ、５５０ｍｍ、第２の撹拌翼２８、２８のオーガー管２２からの長さは６００ｍｍ、第３の撹拌翼２９のオーガー管２２からの長さは６００ｍｍである。この寸法のオーガー装置２１は抗径が６００φの場合に使用されるものである。

以上、本考案を２つの実施形態について述べたが、本考案はこれらの実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて、回転撹拌羽根１３、２３の数を３以上、回転撹拌羽根１３、２３に形成されるセメントミルク噴射口の数を３以上、第１の撹拌翼２７、２７の数を２、３あるいは５以上、第２の撹拌翼２８、２８の数を３以上とすることができる。また、第３の撹拌翼２９の数を２以上とすることができ。さらに、オーガー装置１１、２１をスクリュウ形式としてもよい。

１１、２１ オーガー装置
１２、２２ オーガー管
１３、１３、２３、２３ 回転撹拌羽根
１４、１４、２４、２４ セメントミルク噴射口
１５、１５、２５ セメントミルク噴射口
１６、１６、２６、２６ 掘削刃
１７、１７・・、２７、２７・・ 第１の撹拌翼
１８、１８、２８、２８ 第２の撹拌翼
２９ 第３の撹拌翼
ｐ１、ｐ２ セメントミルク供給路

Claims (5)

1. 深層混合工法に用いられるオーガー装置において、
   中央に軸方向に延びるオーガー管と、該オーガー管の下端から半径横方向に延びる少なくとも２つの撹拌羽根と、各撹拌羽根の最外端面に横水平方向にセメントミルクを噴射する噴射口を備え、前記オーガー管及び前記各撹拌羽根の各内部にセメントミルクの供給路がそれぞれ形成され、かつ、
   前記撹拌羽根より上方の前記オーガー管の少なくとも１つの側面にも横水平方向にセメントミルクを噴射する噴射口が形成され、
   各セメントミルクの噴射口からセメントミルクを噴射させ、ソイルセメントの円柱体を形成可能としたことを特徴とする液状化防止地盤改良施工用オーガー装置。
2. 前記オーガー管の少なくとも１つの側面に形成されたセメントミルクの噴射口より上方の前記オーガー管の側面に、前記オーガー管の回転にともなって回転する少なくとも２つ以上の撹拌翼が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の液状化防止地盤改良施工用オーガー装置。
3. 前記２つ以上の撹拌翼より下方の前記オーガー管の側面に、前記オーガー管が回転しても静止状態を保つ少なくとも４つ以上の撹拌翼が取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の液状化防止地盤改良施工用オーガー装置。
4. 前記４つ以上の撹拌翼が、共回り防止翼の役割を担っている請求項３に記載の液状化防止地盤改良施工用オーガー装置。
5. 前記オーガー管の側面で、前記２つ以上の撹拌翼と前記４つ以上の撹拌翼の間に、幅方向に傾斜した撹拌翼がさらに取り付けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の液状化防止地盤改良施工用オーガー装置。