JP3763513B2

JP3763513B2 - 超音波を利用した地盤改良工法、及び地盤改良撹拌機

Info

Publication number: JP3763513B2
Application number: JP2000301640A
Authority: JP
Inventors: 義則住友; 一夫堀; 智彦奥野
Original assignee: Sekisui House Ltd
Current assignee: Sekisui House Ltd
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2020-10-02
Also published as: JP2002105948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤に改良柱体を造設して地盤の支持力を向上させる地盤改良工法、及び該地盤改良工法に用いる地盤改良撹拌機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軟弱な地盤に住宅等を建築する場合には、図５(a)に示すように、地盤に改良柱体１を複数造設して地盤の支持力を向上させる地盤改良工法が施工される。また、前記改良柱体１の１本当たりの支持力を向上させるために、図５(b)に示すように、改良柱体１に複数の節部を設けた節付き改良柱体２を造設する地盤改良工法もある。
【０００３】
前記節付き改良柱体２は、改良柱体の胴部の外径が拡大した節部を有するので、通常の改良柱体１と比べて、地盤との摩擦力が増大する。このため、造設すべき改良柱体の本数を少なくしたり、改良柱体の長さを短くすることができ、地盤改良工法を簡略化することができる。
【０００４】
前記改良柱体１は、図６に示すようなプラントを用いて造設される。該プラントは、図に示すように、地盤を掘削及び撹拌する掘削撹拌翼８０を備えた地盤改良撹拌機８００が、建設機械３により固定された支柱４に昇降自在かつ回転自在に設けられ、ミキサー５により、水とセメント等の固化材とを混錬した固化材スラリーが作製され、該固化材スラリーがポンプ６により、前記地盤改良撹拌機８００に圧送される構成となっており、適当な駆動源７により地盤改良撹拌機８００の掘削撹拌翼８０を回転させて地盤に貫入することにより、改良柱体１を造設すべき地盤を所定の深さまで空掘りした後、固化材スラリーを吐出し、かつ掘削撹拌翼８０を回転させながら地盤改良撹拌機８００を引き上げて、固化材スラリーと土砂とを混合して改良土を作製し、該改良土を所定期間放置して固化させることにより、改良柱体１を造設する。なお、節付き改良柱体２を造設する場合には、回転軸の回転方向の正反により回転外径が拡大又は縮小する拡大翼を備えた地盤改良撹拌機を用いる。
【０００５】
上述した地盤改良工法では、改良柱体１の強度等は土砂と固化材スラリーを混合してなる改良土に依存したものとなるので、安定した品質の改良柱体を造設するためには、土砂と固化材スラリーとを十分に混合して良質な改良土を作製することが重要である。しかし、地盤の土砂が粘土質である場合や繊維質の泥炭が含まれる場合等には、地盤改良撹拌機８００を用いて土砂と固化材スラリーとを混合する際に、粘性の高い土砂や泥炭が地盤改良撹拌機８００の掘削撹拌翼８０に付着して又は絡み付いて団子状の塊となり、該掘削撹拌翼８０と共に回転する現象、いわゆる共回り現象が生じる。該共回り現象が生じると、地盤改良撹拌機８００の混合効率は著しく低下して、十分に混合されていない改良土が塊のまま改良柱体中に残ることがあるので、改良柱体の品質が不安定なものとなり、また、改良柱体の強度が著しく劣り、所望の支持力を発揮できないおそれもある。
【０００６】
これを防止するために、共回り防止翼を備えた地盤改良撹拌機を用いた地盤改良工法や、前記地盤改良撹拌機８００を高速回転させる工法、又は固化材スラリーを少量ずつ必要量に達するまで圧送しながら、長時間に渡って地盤を撹拌する工法等が考案されている。
【０００７】
図７は、前記地盤改良撹拌機９００を説明するための模式図であり、改良柱体を造設すべき地盤を空掘りした後、土砂と固化材スラリーとを混合して改良土を作製する工程における前記地盤改良撹拌機９００を示している。
【０００８】
図に示すように、回転軸９０は時計回りに回転しており、これに伴って掘削撹拌翼９２Ｈ、９２Ｍ、９２Ｌも時計回りに回転して、地盤を撹拌する。一方、共回り防止翼９３は、その先端部分が掘削されていない地盤中に貫入して保持されているため、掘削撹拌翼９２Ｈ、９２Ｍ、９２Ｌの回転により、土砂及び固化材スラリーが回転軸９０を中心として時計回りに回転し、共回り防止翼９３の面に時計回りの方向の圧力を与えたとしても、共回り防止翼９３は、土砂等と共に回転することはなく静止状態を維持する。これにより、粘土質の土砂等が掘削撹拌翼９２Ｈ、９２Ｍ、９２Ｌと共に回転し始めたとしても、共回り防止翼９３により回転が抑止されて、塊状の土砂等が強制的にせん断されるので、共回り現象が起こることを防いで、土砂と固化材スラリーとを確実に混合することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の共回り防止翼を備えた地盤改良撹拌機９００においては、地盤中に岩石等の障害物がある場合に、共回り防止翼９３の先端部分が該障害物に当たって、地盤改良撹拌機９を地盤中に押し込めないことが起こり得る。また、改良柱体の周囲の地盤が軟らかい場合には、地盤が共回り防止翼９３を静止状態に維持することができず、共回り防止翼９３も土砂等と共に回転して共回り現象を防止することができなくなり、また、改良柱体の周囲の地盤まで乱してしまうこととなる。
【００１０】
一方、地盤改良撹拌機８００を高速回転させる工法では、地盤改良撹拌機８００を支持するための建設機械３や回転力を与えるための駆動源７等を、高速回転に対応させるために大型化する必要があるので、プラント全体が高価なものとなり、さらに該プラントを地盤改良すべき宅地に配送する費用も高額となるので、地盤改良工法の施工コストが高くなる。また、プラントを大型化すれば、狭小地では該プラントを使用することが困難となるので、狭小地の地盤改良を行うことができない。
【００１１】
他方、固化材スラリーを少量ずつ必要量に達するまで圧送しながら、地盤を長時間に渡って撹拌する工法では、地盤改良工法の施工期間が長期化するので、施工コストが高くなる。さらに、長時間に渡って地盤の撹拌を行うと、一旦固化し始めた改良土をも再度撹拌することとなり、却って改良土の品質を劣化させる場合も生ずる。
【００１２】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、地盤に改良柱体を造設して地盤の支持力を向上させる地盤改良工法において、地盤の土砂と固化材スラリーとを十分に混合して、安定した品質の改良柱体を造設する手段を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためになされた本発明の請求項１に係る地盤改良工法は、改良すべき地盤を所定の深さまで掘削する空掘工程と、掘削された地盤の土砂と固化材スラリーとを、超音波による振動を与えながら混合して改良土を作製する改良土作製工程と、前記改良土を所定期間放置して固化させる養生工程とを含むものである。
【００１４】
これにより、超音波による振動が土砂中の粒子間の結合を分解して土砂の塊を破壊させるとともに、翼状体が土砂と固化材スラリーとを混合するので、土砂と固化材スラリーとを均質かつ十分に混合されて、良質な改良土が作製される。
【００１５】
また、本発明（請求項２）は、請求項１記載の超音波利用した地盤改良工法において、前記空堀工程は、超音波による振動を与えながら地盤を掘削するものである。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係る地盤改良撹拌機は、固化材スラリーを吐出するための吐出口が設けられた中空状の回転軸と、前記回転軸の先端に設けられた削孔ヘッドと、前記回転軸から水平方向に突設され、地盤を掘削又は撹拌の一方又は双方をする翼状体と、前記翼状体又は翼状体の近傍に設けられた超音波発振器とを具備してなるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
本発明の実施の形態に係る地盤改良工法は、図１に示すように、改良すべき地盤を所定の深さまで掘削する空掘工程（Ｓ１）と、掘削された地盤の土砂と固化材スラリーとを、超音波による振動を与えながら混合して改良土を作製する改良土作製工程（Ｓ２）と、前記改良土を所定期間放置して固化させる養生工程（Ｓ３）とからなるものである。
【００１８】
図２は、前記地盤改良工法に用いる地盤改良撹拌機の構成を説明するための正面図及び側面図である。
図に示すように、本地盤改良撹拌機１００は、その先端に吐出口１０ａが形成された中空状の回転軸１０と、その先端部分に掘削チップ１１０を有し、回転軸１０の先端部分に前記吐出口１０ａを塞がないように設けられた削孔ヘッド１１と、回転軸１０に一定の間隔で、水平面に対して一定角度の傾斜を有するように相対向して設けられた一対の掘削撹拌翼（翼状体）１２Ｈ、１２Ｍ、１２Ｌと、掘削撹拌翼１２Ｍに埋設された超音波発振器１３とを備えてなるものである。
【００１９】
なお、図示しないが、本地盤改良撹拌機１００も、上述と同様に、建設機械３により固定された支柱４に昇降自在に設けられ、ミキサー５により、水と固化材とを混錬した固化材スラリーが作製され、該固化材スラリーがポンプ６により、地盤改良撹拌機１００に圧送されるものとなっており、また、適当な駆動源７により、回転軸１０が回転されるものとなっている。
【００２０】
前記掘削撹拌翼１２Ｈ、１２Ｍ、１２Ｌは、回転軸１０から各々水平方向に突出して設けられており、掘削撹拌翼１２Ｈ、１２Ｌが突出する方向と、掘削撹拌翼１２Ｍが突出する方向とは、互いに直交するものとなっている。また、掘削撹拌翼１２Ｌの一辺縁側には、掘削チップ１１０が設けられている。
【００２１】
また、掘削撹拌翼１２Ｍには、超音波発振器１３が各々埋設されている。図３は、図２(b)におけるＡ−Ａ断面図であるが、図に示すように、掘削撹拌翼１２Ｍの両面には、超音波発振器１３を埋め込むための切欠きが各々設けられており、該切欠きに超音波発振器１３が各々嵌入され、さらに、該切欠きを封止する蓋３０が設けられている。
【００２２】
超音波発振器１３は、ケース３１の内側に圧電素子等の振動体３２が吊着され、振動体３２にパルス電圧を印可するための導線３３が設けられてなるものであり、該導線３３は、回転軸１０に貫入されて回転軸１０の中空から地上に延設されており、地上において該パルス電圧を制御することにより、超音波発振器１３の動作を制御できるものとなっている。
【００２３】
また、前記蓋３０とケース３１とが接する面は各々平滑に加工されており、蓋３０とケース３１とは良好に密着している。これにより、超音波発振器１３にパルス電圧が印可されることにより発振される超音波が、その振動が減衰することなく外部へ伝搬されるものとなっている。
【００２４】
以下、前記地盤改良撹拌機１００を用いた本実施の形態に係る地盤改良工法について図４を用いて説明する。
本地盤改良工法においては、まず最初に空掘工程が行われる（図４(a)）。改良柱体を造設すべき地盤に地盤改良撹拌機１００を位置せしめた後、図に示すように、地盤に回転軸１０を回転しながら貫入して、削孔ヘッド１１及び掘削撹拌翼１２Ｌにより地盤を空掘りする。
【００２５】
地盤改良撹拌機１００の先端が所定の深さに到達した後、改良土作製工程が行われる（図４(b)）。ポンプ６により固化材スラリーを地盤改良撹拌機１００の回転軸１０内に圧送して、該固化材スラリーを回転軸１０の吐出口１０ａから吐出させながら、回転軸１０を回転させたままで、地盤改良撹拌機１００を引き上げ、さらに地盤改良撹拌機１００を一往復昇降させる。これと同時に、超音波発振器１３から超音波を発振させる。
【００２６】
超音波発振器１３により発振された超音波は、土砂に含まれる水分を振動させて、無数の真空の空洞を生じさせる（キャビテーション現象）。これにより、土砂粒子間の結合が分解されて、塊状の土砂が粉砕される。さらに、前記真空の空洞が消失する際に、該空洞が存在していた空間に土砂及び固化材スラリーの粒子が突入して互いに衝突し、土砂と固化材スラリーとが混合されるとともに、該衝突により衝撃性の強い音響エネルギーが液体中に放出され、該音響エネルギーも土砂の結合を分解する。
【００２７】
一方、超音波により粉砕された土砂は、掘削撹拌翼１２Ｈ、１２Ｍ、１２Ｌの回転により、回転軸１０の吐出口１０ａから吐出された固化材スラリーと混合される。
このように、掘削撹拌翼１２Ｈ、１２Ｍ、１２Ｌによる撹拌と超音波発振器１３によるキャビテーション現象とにより、塊状の土砂を粉砕するとともに土砂と固化材スラリーとを混合する。
【００２８】
なお、本実施の形態では、改良土作製工程において地盤改良撹拌機１００を一往復だけ昇降させるものとしたが、地盤の質や固化材スラリーとの混合比率等を考慮して、該往復回数を増減することとしてもよい。
【００２９】
土砂と固化材スラリーとの混合を終えた後に養生工程が行われ（図４(c)）、前記改良土が所定期間放置されて固化することにより、改良柱体が造設される。これを繰り返して、改良すべき地盤に複数の改良柱体を造設する。
【００３０】
このように、本実施の形態に係る地盤改良工法によれば、前記地盤改良撹拌機１００を用いて、掘削された地盤の土砂と固化材スラリーとを、超音波による振動を与えながら掘削撹拌翼１２Ｈ、１２Ｍ、１２Ｌの回転により混合して改良土を作製するので、塊状の土砂が粉砕されて共回り現象を防ぎ、かつ、土砂と固化材スラリーとの混合効率が向上される。これにより、良質な改良土が作製され、改良柱体の品質を安定的に確保することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態に係る地盤改良工法では、改良土作成工程において超音波を発振するものとしたが、空堀工程においても超音波を発振するものとしてもよい。空堀工程において超音波を発振することにより、土砂に前記キャビテーション現象が生じて、土砂粒子間の結合が分解されて、塊状の土砂が粉砕される。
【００３２】
また、本実施の形態に係る地盤改良工法においては、地盤中に円柱状の改良柱体１が造設されるものとしたが、本発明は、節部を有する節付き改良柱体２が造設される場合においても同様の効果を得ることができるのは当然である。該節付き改良柱体２を造設する場合には、例えば、回転軸の回転方向により開閉して回転半径が拡縮する拡大翼を地盤改良撹拌機の回転軸に設け、さらに本実施の形態と同様に、該地盤改良撹拌機の掘削撹拌翼に超音波発振器を設けたものを用いる。
【００３３】
また、本実施の形態に係る地盤改良撹拌機１００においては、超音波発振器１３は、掘削撹拌翼１２Ｍに埋設するものとしたが、必ずしも埋設する必要はなく、掘削撹拌翼１２Ｍの表面に固定するものとしてもよい。また、超音波発振器１３を設けるべき位置や個数は任意に設定することができ、例えば、その他の掘削撹拌翼１２Ｈ、１２Ｌに、又は、掘削撹拌翼近傍の回転軸１０に埋設又は固定するものとしてもよい。さらに、本実施の形態で示した超音波発振器１３に代えて、従来より周知な任意の超音波発振器を用いることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る地盤改良工法によれば、改良すべき地盤を所定の深さまで掘削する空掘工程と、掘削された地盤の土砂と固化材スラリーとを、超音波による振動を与えながら混合して改良土を作製する改良土作製工程と、前記改良土を所定期間放置して固化させる養生工程とを含むので、超音波による振動が土砂粒子間の結合を分解し、かつ、土砂の粒子と固化材スラリーの粒子とが互いに衝突しながら混合される。これにより、共回り現象を防ぎ、かつ、改良土の混合効率が向上されて、良質な改良土が安定的に作製することができ、改良柱体の品質を安定したものとすることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記空堀工程は、超音波による振動を与えながら地盤を掘削するものとしたので、土砂に前記キャビテーション現象が生じて、土砂粒子間の結合が分解されて、塊状の土砂が粉砕される。これにより、固化材スラリーとの混合を促進することができる。
【００３６】
また、本発明に係る地盤改良撹拌機によれば、固化材スラリーを吐出するための吐出口が設けられた中空状の回転軸と、前記回転軸の先端に設けられた削孔ヘッドと、前記回転軸から水平方向に突設され、地盤を掘削又は撹拌の一方又は双方をする翼状体と、前記翼状体又は翼状体の近傍に設けられた超音波発振器とを具備してなるので、土砂に超音波による振動を与えるとともに、翼状体の回転により土砂と固化材スラリーとを混合する。これにより、前記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る地盤改良工法の工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係る地盤改良撹拌機１００の構成を示す正面図及び側面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】地盤改良撹拌機１００を用いた地盤改良工法を説明するための模式図である。
【図５】地盤の支持力を高めるための改良柱体１及び節付き改良柱体２を示す模式図である。
【図６】地盤改良撹拌機８００を含むプラントを示す模式図である。
【図７】共回り防止翼付き地盤改良撹拌器９００を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０回転軸
１０ａ吐出口
１００地盤改良撹拌機
１１削孔ヘッド
１２Ｈ、１２Ｍ、１２Ｌ掘削撹拌翼
１３超音波発振器

Claims

基礎が設けられるべき地盤を掘削し、該地盤中の土砂と固化材スラリーとを混合することにより地中に改良柱体を造設して、地盤の支持力を向上させる地盤改良工法において、
改良すべき地盤を所定の深さまで掘削する空掘工程と、
掘削された地盤の土砂と固化材スラリーとを、超音波による振動を与えながら混合して改良土を作製する改良土作製工程と、
前記改良土を所定期間放置して固化させる養生工程とを含むものであることを特徴とする超音波を利用した地盤改良工法。
前記空堀工程は、超音波による振動を与えながら地盤を掘削するものであることを特徴とする請求項１記載の超音波を利用した地盤改良工法。
地盤を掘削し、該地盤中の土砂と固化材スラリーとを混合することにより地中に改良柱体を造設するための地盤改良撹拌機であって、
固化材スラリーを吐出するための吐出口が設けられた中空状の回転軸と、
前記回転軸の先端に設けられた削孔ヘッドと、
前記回転軸から水平方向に突設され、地盤を掘削又は撹拌の一方又は双方をする翼状体と、
前記翼状体又は翼状体の近傍に設けられた超音波発振器とを具備してなるものであることを特徴とする地盤改良撹拌機。