JP3389527B2 - 地盤の混合処理工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地盤改良工法のうち、
特に固化系流動物を軟弱地盤中に吐出し、原位置土と混
合する地盤の混合処理工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地盤の混合処理工法は、生石灰やセメン
トミルク等の固化系流動物を地盤中の原位置土と混合
し、固化系流動物と粘性土等の原位置土と化学的な結合
作用を利用して、強固な柱状パイルを造成したり、土質
性状を安定化することにより地盤強度を向上するもので
ある。使用装置は、通常、駆動装置により回転される回
転軸及び当該軸下側に設けられた撹拌翼と、回転軸に沿
って設けられた供給管路と、前記供給管路の上流側に固
化系流動物を導入する供給装置等を備えたものである。
固化系流動物は、製造プラント又はアジャスター溜め部
からポンプにより回転軸側の供給管路に圧送され、撹拌
翼の付け根部等に設けられた吐出口から撹拌翼の回転に
よって形成される空隙部に吐出される。吐出された流動
物は、撹拌翼の回転に伴って回転軌跡に散布され、原位
置土と撹拌混合される。

【０００３】この種の処理工法では、固化系流動物と原
位置土との混合度合いが地盤改良品質をほぼ決める。こ
のため、品質を確保するには、固化系流動物が原位置土
に均一に混ざるように原位置土をより良好に解したり細
分化して流動性を上げることが必須となる。そのような
観点から、従来は、回転軸の回転速度や撹拌時間の設定
等の処理制御面から対処し、同時に、撹拌翼の近傍部に
設けられる各種の共廻り防止手段により撹拌翼の移動に
伴う土の共廻りを阻止したり、撹拌翼や撹拌翼同士の間
に付着した土を除去するという混合機構面からも対処し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術にあ
っては、原位置土の流動性を上げて均一混合をそれなり
に可能にするものの、例えば、原位置土が粘性土やビー
ト層等の粘着力の大きい土質、土塊になり易い硬質粘土
質の場合、吐出される固化系流動物の偏りや共廻り等に
起因して今だ充分満足できるものではなかった。

【０００５】本出願人はこのような背景から種々検討し
てきた結果、従来における固化系流動物の吐出し形態を
工夫することにより、原位置土の流動性を上げて均一混
合をより向上できることを知見し、本発明に至った。本
発明の目的は、均一混合をより向上することと、これに
よる固化系流動物の使用量を多少なりとも減少可能にす
ることにある。他の目的は以下の説明と共に明らかにす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明工法は、図１〜図３に例示される如く、回転軸１
及び該回転軸１下側に突設された撹拌翼３Ａ，３Ｂと、
前記回転軸１に沿って設けられた供給管路２と、前記供
給管路２の上流側にセメントミルク等の固化系流動物を
導入する供給装置１０とを備え、前記回転軸１の地中へ
の貫入や引き抜き過程等で、前記供給管路２の下側吐出
口から吐出される固化系流動物と原位置土とを混合する
地盤の混合処理工法において、前記吐出口が、噴射ノズ
ル４にて構成され、かつ前記撹拌翼の混合作動時の回転
方向を向いており、前記供給装置１０が、前記流動物用
の固化系供給手段１１と、圧縮エアー供給手段１２とを
有すると共に、前記供給管路２の上流側との間に介在さ
れる混合エジェクター１３により、前記固化系供給手段
１１から導入される流動物を、前記圧縮エアー供給手段
１２から導入される圧縮エアーに同伴させて、前記供給
管路２を通して前記噴射ノズル４から霧状に吐出させる
構成である。

【０００７】以上の本発明思想は、固化系流動物を専用
ポンプ（グラウトポンプ等）の移送能力により供給管路
の吐出口から吐出する従来方式（以下、これを単独吐出
態様と称する）に代えて、流動物を圧縮エアーに同伴さ
せて、供給管路へ圧送し吐出口から吐出する方式（以
下、これをエアー同伴吐出態様と称する）にしたもので
ある。発明の要部は、地表側の供給装置１０として、流
動物用の固化系供給手段（例えば、グラウトポンプ等）
１１と、圧縮エアー供給手段（空気圧縮機であるコンプ
レッサー等）１２と、混合エジェクター１３とを有し、
セメントミルク等の流動物を、高速の圧縮エアーに乗せ
て、供給管路２を通して吐出口４ｂから霧状に吐出させ
ることにあり、単独吐出態様から想像できない次のよう
な作用効果が得られる。

【０００８】第１に、本発明では、調合（密度及びフロ
ー値等）されたセメントミルク等の流動物を、圧縮エア
ーに乗せて霧状に吐出するため、圧縮エアーの噴射圧及
び流動体の供給量を制御することにより吐出力を増大す
ることが可能となる。この吐出力は、セメントミルク等
の流動物が高速エアーに乗せられ、分散又は細分化され
た状態でエアーに同伴されるため、原位置土に高速でぶ
つかり、土の塊等を粉砕したり、細分化する同時に、高
速エアーの働きで細分化した土や土粒子の流動性を効率
的に増す。このように、エアー同伴吐出態様では、原位
置土の粉砕細分化及び優れた流動化作用が構造的に充分
実現される結果、土の共廻りも防止され、混合性能を向
上できる。これは、原位置土が粘性土やビート層等の粘
着力の大きい土質、土塊になり易い硬質粘土質の場合に
も有効となり、効率的な施工を可能にする。すなわち、
従来の単独吐出態様では、流動体をグラウトポンプで圧
送する場合、当該ポンプ性能を上げたとしても、この種
の流動体の物性により吐出口から吐出される圧を高くす
ることは以外と難しく、本発明の如く吐出力によって原
位置土を粉砕することなど期待できないからである。第
２に、本発明のエアー同伴吐出態様では、前記吐出口４
ｂが、噴射ノズル４にて構成されると共に、前記撹拌翼
３Ａ，３Ｂの混合作動時における回転方向を向いている
と、前記した原位置土の粉砕細分化及び流動化向上の点
からより好ましい形態となり、撹拌翼３Ａ，３Ｂによる
撹拌混合作用も相乗的に向上できる。また、この場合
は、噴射ノズル４の吐出口４ｂが横方向に扁平な開口に
形成されていると、撹拌翼３Ａ又は／及び３Ｂのほぼ前
面から吐出するため前記した各作用を混合対象領域によ
り均等に与えることができる。第３に、本発明のエアー
同伴吐出態様では、回転軸１が円筒形の場合、軸上下方
向に突設されて、地盤との間に隙間を形成するエアー回
収用リブ材９を有していると、地中に吐出された使用済
みのエアーを、前記隙間から地表側へ放出して地盤性状
等に対する影響の虞を解消できる。

【０００９】なお、本発明の混合エジェクター１３とし
ては、例えば、略筒状の本体が内部に貫通装着されたパ
イプ部１４を有しており、筒状の一端側を圧縮エアー導
入用の第１の入口１３ａとし、他端側を供給管路２側へ
の排出口１３ｂとしてそれぞれ形成していると共に、前
記パイプ部１４の本体筒内に位置したパイプ端を前記排
出口１３ｂに向けた固化系流動物導入用の第２の入口１
４ａとして形成しているものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態である図
面を参照しながら更に説明する。図１は本発明の形態例
である地盤の混合処理工法に用いられる装置を模式的に
示す全体構成図、図２は同装置に用いられる回転軸及び
軸下部側の構成例を示す図、図３は噴射ノズルの構成例
を示す図、図４は混合エジェクターの構成例を示す図で
ある。

【００１１】図の混合処理装置は、内部中空の回転軸１
を主体とし、供給管路である供給管２、撹拌翼３Ａ、３
Ｂ、回転駆動機構５及びスイベル管６、固化系供給手段
１１及び圧縮エアー供給手段１２並びに混合エジェクタ
ー１３を組とした供給装置１０等を備え、供給管２に対
しホース１４Ａ等を介して固化系流動体を圧縮エアーに
乗せて圧送可能にしたものである。

【００１２】ここで、回転軸１は有底筒状をなし、内部
上下方向に沿って供給管２を配置しており、軸下端側に
２段に設けられてそれぞれ２枚構成の撹拌翼３Ａ、３Ｂ
と、撹拌翼３Ａに設けられた噴射ノズル４を有し、上端
側に設けられる回転駆動機構５により回転される。すな
わち、施工時には、例えば、回転軸１が図示を省略して
いるベースマシン側の支持用リーダー７及びウインチ機
構等を介して移動可能に支持されて、地盤下へ貫入され
たり、引き抜かれる。回転駆動機構５は、回転軸１を電
動モーター及び減速ギア機構等を介して正転・逆転する
もので、回転軸１を連行しながらリーダー７に沿って昇
降される。

【００１３】回転軸１の下端には図２（ａ）に示す如く
掘削刃８が必要に応じて装着される。回転軸１の外周に
は、エアー回収用リブ材９が対に設けられている。この
リブ材９は、鋼板を溶接したもので、撹拌翼３Ａ，３Ｂ
同士の間と、撹拌翼３Ａの上つまり回転軸１の上下方向
へ延びている。リブ材９の突出量は、回転軸１が回転さ
れるときに軸外周と原位置土との間に隙間を形成し、そ
の隙間を介して噴射ノズル４から吐出されるエアーを地
表側へ放出し易くなるよう設定される。したがって、こ
のようなリブ材９は、図２（ｂ）に示す如く回転軸２１
が断面矩形である場合、該回転軸２１自身により同様な
隙間を形成することから省略される。

【００１４】供給管２は、供給管路を形成するものであ
るが、回転軸１の内径自体を供給管路としてもよい。こ
の供給管２の上端は、スイベル管６の上蓋６ａを貫通
し、供給装置１０の混合エジェクター１３との間に介在
されるホース１４Ａの一端側と接続具２０ａにより接続
されている。下端側は、軸外へ貫通されて、撹拌翼３Ｂ
に装着された噴射ノズル４に接続具２０ｂ等を介し接続
されている。噴射ノズル４は、本体４ａが所定圧を受け
ると噴射可能になる開閉弁付きのものであり、図３に示
す如く扁平な吐出口４ｂに形成されている。そして、撹
拌翼３Ｂの下面略中間に装着されて、吐出口４ｂが撹拌
翼３Ｂの回転方向を向いた状態となっている。なお、こ
の噴射ノズル４は、上下の撹拌翼３Ａ，３Ｂに対し装着
したり、吐出口４ｂを露出させた状態で内蔵させること
もある。

【００１５】ホース１４Ａは、変形自在な管であり、下
流側が供給装置１０へ延びている。供給装置１０は、固
化系供給手段１１及び圧縮エアー供給手段１２を主体に
構成されている。圧縮エアー供給手段１１は、コンプレ
ッサー１７及びレシーバータンク１８からなり、コンプ
レッサー１７の駆動により生成される圧縮エアーがレシ
ーバータンク１８に貯蔵される。レシーバータンク１８
と混合エジェクター１３（後述する第１の入口１３ａ）
との間はパイプ１９ａで接続されており、レシーバータ
ンク１８内の圧縮エアーは、不図示のバルブ操作により
混合エジェクター１３に圧送される。固化系供給手段１
１は、製造されたセメントミルク等をストックするアジ
テータ部１６及びグラウトポンプ１５からなり、ポンプ
１５と混合エジェクター１３（後述する第２の入口１４
ａ）との間はパイプ１９ｂで接続されている。そして、
アジテータ部１６の流動物は、ポンプ１５が駆動される
ことにより、混合エジェクター１３に移送される。な
お、アジテータ部１６は、セメントミルク等の流動物を
製造するプラント自体であったり、アジテータ車等によ
り構成されることもある。

【００１６】混合エジェクター１３は、図４に示す如
く、略筒状の本体からなり、第２の入口を形成するパイ
プ部１４を有している。一端側はエアー導入用の第１の
入口１３ａに形成され、他端側は多少細く絞られた排出
口１３ｂに形成されている。パイプ部１４は、筒状本体
に対し傾きを持って貫通配置され、挿入端側が筒状内の
略中央に位置し、排出口１３ｂ側へ折り曲げられて、排
出口１３ｂに対抗した第２の入口１４ａを形成してい
る。そして、第１の入口１３ａは、レシーバータンク１
８の出口との間にパイプ１９ａを介し接続されて、圧縮
エアーを導入する。第２の入口１４ａは、ポンプ１５の
出口との間にパイプ１９ｂを介し接続させて、固化系流
動物を導入する。なお、図４中、符号２０ｃは第１の入
口１３ａにパイプ１９ａの対応端を連結する接続具であ
り、符号２０ｄはパイプ部１４の外側端部にパイプ１９
ｂの対応端を連結する接続具である。

【００１７】次に、以上の混合処理装置の処理操作につ
いて概説する。施工に際しては、混合処理装置が施工箇
所に移動されて位置決めされた後、回転軸１が回転され
ながら貫入操作される。回転軸１は従来と同様に上端部
に連結された回転駆動機構５により回転されて、所定の
深さまで貫入される。そして、この貫入過程又は／及び
引き抜き過程にて混合操作が行われる。すなわち、混合
処理段階では供給装置１０が稼動される。すると、アジ
テータ部１６の流動物は、ポンプ１５によりパイプ１９
ｂ及び第２の入口１４ａから混合エジェクター１３内に
移送される。移送された流動物は、レシーバータンク１
８及びパイプ１９ａと第１の入口１３ａを介し導入され
る圧縮エアーに乗せられて、排出口１３ｂからホース１
４へ同伴され、更に供給管路２を通って噴射ノズル４の
吐出口４ｂから地中の原位置土へ向けて吐出する。この
吐出態様は、流動物が高速の圧縮エアーに同伴して霧状
に吐出されて、撹拌翼３Ｂの回転軌跡において、撹拌翼
３Ｂの回転方向である前方へ霧状に噴射している。この
ようなエアー同伴吐出態様では、圧縮エアーの噴射圧及
び流動体の供給量を制御することにより吐出力ないしは
噴射力を増大することができ、その吐出力ないしは噴射
力により原位置土に高速でぶつかり、例えば、翼前方に
存在する土の塊等を粉砕したり、細分化すると共に、細
分化した土や土粒子の流動性も効率的に高めることがで
きる。なお、上述の混合エジェクター１３は、第２の入
口１４ａが筒中央に位置していると共に、第１の入口１
３ａと排出口１３ｂとの間に設けられているため、第２
の入口１４ａから導入される固化系流動物を、第１の入
口１３ａから導入される圧縮エアー上に乗せて排出口１
３ｂ、更にホース１４側へ効率よく同伴させることがで
きる。

【００１８】図５（ａ），（ｂ）は本発明を２軸構成の
混合処理装置に適用した例を示している。すなわち、本
発明の混合処理工法及び装置は、図１の如く回転軸１が
単軸構成の場合に限られず、図５（ａ），（ｂ）の如く
２軸構成の場合もある。なお、図５（ａ），（ｂ）で
は、上記形態に対し同じか作用的に類似する部材に同じ
符号を付して、重複した説明を省く。

【００１９】図５（ａ）の装置構成は、上側に設置され
る回転駆動機構により回転される２本の回転軸１と、各
回転軸１の下端側にあって上下各２段に取り付けられた
撹拌翼３Ａ，３Ｂと、各回転軸１の下端に装着された掘
削刃８と、両回転軸１の間に組み込まれた共廻り防止板
２２とを有し、各回転軸１の撹拌翼３Ａ，３同士が互い
の回転軌跡の一部を接円する状態に配置されるととも
に、上記した供給管路である供給管を一方の回転軸１、
又は両回転軸１内に配管している。また、共廻り防止板
２２は、各回転軸１の外周に嵌合している取付部２３同
士を防止板２４により連結した構成であり、回転軸１同
士の間隔を維持し、かつ撹拌翼３Ａ，３Ｂの回転に伴う
土の移動を阻止する。

【００２０】これに対し、図５（ｂ）の装置構成は、上
側に設置される回転駆動機構により回転される２本の回
転軸１と、各回転軸１の下端側にあって上下各２段に取
り付けられた撹拌翼３Ａ，３Ｂと、両回転軸１の間に設
けられて固化系流動物の使用量に応じ原地盤土壌を排土
するスクリューオーガー２６を内設した排土管２５とを
備えたタイプであり、上記した供給管路である供給管を
両方の回転軸１内に配管し、それに対応して設けられた
噴射ノズル４を上下の撹拌翼３Ａ，３Ｂにそれぞれ有し
ている。このタイプは、例えば、上記の混合処理に先立
ち、スクリューオーガー２６の排土作用によって原地盤
土壌の設計量を地上側へ排除し、地盤の盛り上がり等を
防止するものである。そして、本発明は、図５（ｂ）の
ような排土管２５を利用して、上記した使用後のエアー
を地中から放出することも考えられる。

【００２１】このように、本発明は、混合処理装置のタ
イプに制約されることなく、他の公知のものにも必要に
応じて適用可能であり、要は請求項１又は４に記載の技
術要件を具備すればよいものである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
セメントミルク等の固化系流動物を、圧縮エアーに乗せ
て霧状に吐出することから、撹拌翼の混合作用に加え、
原位置土の粉砕細分化及び優れた流動化作用が実現され
ると共に、土の共廻りも防止して混合性能を向上でき
る。そして、このように、均一混合をより向上できるこ
とから、より高速な施工を可能にしたり、造成パイル径
を大きくしたり、品質を維持して原料である流動物の使
用量を多少なりとも節減可能にして、工費の低減に寄与
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明形態例の地盤の混合処理工法を示す模式
全体構成図である。

【図２】上記工法で用いられる回転軸及びその下部構成
例を示す図である。

【図３】上記工法で用いられる噴射ノズルの構成例を示
す図である。

【図４】上記工法で用いられる混合エジェクターの構成
例を示す図である。

【図５】本発明の混合処理工法について他の２例を示す
説明用参考図である。

【符号の説明】

１は回転軸 ２は供給管路 ３Ａ，３Ｂは撹拌翼 ４は噴射ノズル １０は供給装置 １１は固化系供給手段 １２は圧縮エアー供給手段 １３は混合エジェクター １３ａ，１４ａは第１と第２の入口 １３ｂは排出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 磯谷 修二 茨城県古河市雷電町11−10 (72)発明者 谷口 利久 茨城県猿島郡総和町大字下大野2589−２ (72)発明者 城浦 秀男 大阪府大阪市北区長柄東２−１ 24棟 408 (56)参考文献 特開 平５−202514（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−1638（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 3/12 102 E02D 3/12 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸及び該回転軸下側に突設された撹拌
   翼と、前記回転軸に沿って設けられた供給管路と、前記
   供給管路の上流側にセメントミルク等の固化系流動物を
   導入する供給装置とを備え、前記回転軸の地中への貫入
   や引き抜き過程等で、前記供給管路の下側吐出口から吐
   出される固化系流動物と原位置土とを混合する地盤の混
   合処理工法において、前記吐出口が、噴射ノズルにて構成され、かつ前記撹拌
   翼の混合作動時の回転方向を向いており、 前記供給装置が、前記流動物用の固化系供給手段と、圧
   縮エアー供給手段とを有すると共に、前記供給管路の上
   流側との間に介在される混合エジェクターにより、前記
   固化系供給手段から導入される流動物を、前記圧縮エア
   ー供給手段から導入される圧縮エアーに同伴させて、前
   記供給管路を通して前記噴射ノズルから霧状に吐出させ
   ることを特徴とする地盤の混合処理工法。
2. 【請求項２】前記回転軸が、地盤との間に隙間を形成す
   るエアー回収用リブ材を有している請求項１に記載の地
   盤の混合処理工法。