JP4200167B2 - 深層混合処理工法 - Google Patents

Description

本願発明は対象地盤の掘削土砂を一旦地上に排出し、これを地上のリサイクルプラントでセメントスラリーなどの固化材と攪拌混合して混合スラリーを製造し、これを地盤中に再び注入する深層混合処理工法に関するものである。

従来の深層混合処理工法は、先端部に攪拌翼が装着された回転軸の噴射口からセメントなどの固化材を地盤内に注入して攪拌混合することにより固結柱体を造成するものである。この工法は軟弱地盤上に盛土道路、河川堤体、擁壁およびボックスカルバートなどを構築する際の基礎地盤の安定を図るために広く適用されている。また、その他の深層混合処理工法としては、例えば特開２００１−３５５２３０号公報の発明が開示されている。
特開平２００１−３５５２３０号公報

しかし、上記の工法は、固化材と地盤中の土砂とを原位置で攪拌混合するため、場所によって微妙に変化する土砂の土性値（含水比、粒度）に固化材配合量が対応できず、固結柱体の強度にバラツキがあるという問題があった。また固化材と地盤中の土砂とを原位置で攪拌混合して高強度の固結柱体を造成するには、対象地盤中の土砂１ｍ^３に対してセメントを２００〜３００ｋｇ混合するのが限界であるため高強度のソイルセメント固結柱体の造成が困難であった。また地盤中に固化材を注入すると、その体積分だけ地盤が押し出されて盛り上がり土が発生する。この盛り上がり土は産業廃棄物として扱わざるを得ないという問題があった。さらに水平変位が生じて近接構造物に悪影響を与えることがあった。

本願発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、均一かつ高強度の固結柱体が形成できるとともに、盛り上がり土および水平変位が発生しない深層混合処理工法を提供することである。

以上の課題を解決するための深層混合処理工法は、ベースマシンのリーダに昇降自在に設置された駆動モータと、該駆動モータに回転自在に設置された土砂排出用ケーシングと、該土砂排出用ケーシングの下端部に設置された掘削バケットと、該掘削バケットの上部開口部に位置する土砂排出用ケーシングに設置されたフィンと、土砂排出用ケーシング内から掘削バケットの底部にかけて設けられた回転自在なスクリューフィーダとからなり、該スクリューフィーダの回転軸内には混合スラリー用圧送路が形成され、該混合スラリー用圧送路の噴射口が掘削バケットの底部から突出した回転軸の先端部に開口された深層混合処理装置を使用するものであり、掘削バケットと、土砂排出用ケーシングと、スクリューフィーダとを正回転させながら地盤に貫入した後、掘削バケットと、土砂排出用ケーシングとを逆回転、スクリューフィーダを正回転させながら引き抜きつつ、回転軸の噴射口から混合スラリーを注入するとともに、掘削バケットの上部における掘削土砂をフィンで掘削バケット内に取り込んでスクリューフィーダによって土砂排出用ケーシングから外部に排出した後、該外部に排出した土砂とセメントスラリーとで製造した混合スラリーをスクリューフィーダの回転軸における噴射口から注入して混合スラリー固結柱体を製造することを特徴とする。

掘削バケットで掘削した対象地盤の土砂をフィンで掘削バケット内に取り込んでスクリューフィーダにより土砂排出用ケーシングから外部に排出することができる。また対象地盤の土砂を一旦地上に排出し、これを地上プラントでセメントスラリーなどの固化材と攪拌混合して混合スラリーを製造し、この混合スラリーを地盤中に再び注入して地盤を改良することにより、土砂の土性値と、これに対応するセメント配合量の設定の精度が飛躍的に向上するため、固結柱体の強度のバラツキがなくなり均一にすることができる。またセメント配合量を対象地盤の土砂１ｍ^３に対して２００〜３００ｋｇ以上混合することが可能であることから、高強度の固結柱体を造成することができる。また盛り上がり土および水平変位の発生を防ぐことができる。

以下、本願発明の深層混合処理装置および深層混合処理工法の構築方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。はじめに深層混合処理装置の実施の形態について説明し、次に、この深層混合処理装置を使用した深層混合処理工法の実施の形態について説明するが、各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成は異なった符号を付して説明する。

図１は、深層混合処理装置１を示したものであり、ベースマシン２のリーダ３に昇降自在に設置された駆動モータ４と、該駆動モータ４に回転自在に設置された土砂排出用ケーシング５と、該土砂排出用ケーシング５の下端部に設置された掘削バケット６と、該掘削バケット６の上部開口に位置する土砂排出用ケーシング５に設置されたフィン７と、土砂排出用ケーシング５内から掘削バケット６の底部にかけて設けられた回転自在なスクリューフィーダ８とから構成されている。

この駆動モータ４は、リーダ３に支持体９で取り付けられたケーシング用モータ１０と、このケーシング用モータ１０の上面に設置されたスクリューフィーダ用モータ１１とからなり、該スクリューフィーダ用モータ１１の上面に接続した昇降用ワイヤー１２でリーダの頂部１３から吊り下げられ、この昇降用ワイヤー１２の巻き上げ、または巻き戻しによってリーダ３に沿って昇降するようになっている。

このケーシング用モータ１０には土砂排出用ケーシング５が回転自在に取り付けられ、この下端部に設けた４枚のフィン７によって土砂排出用ケーシング５に掘削バケット６を接合している。このフィン７は正回転（時計回り）方向側を下側にして傾斜し、内側端が土砂排出用ケーシング５の外周面に接続されるとともに、外側端が掘削バケット６の上部開口１４の内周面に接続されている。

この掘削バケット６は、図２〜図４に示すように、上部が開口した円筒形であり、底部１５が尖塔形に形成され、この底部１５には二つの土砂取込口１６が開口され、これが油圧シリンダ１７で移動する蓋体１８により開閉自在となっている。また土砂取込口１６の口縁には内部ビット１９が、底部１５の外周面には外部ビット２０がそれぞれ設置され、これらのビット１９、２０で掘削された土砂が土砂取込口１６から掘削バケット６内に取り込まれるようになっている。

一方、土砂排出用ケーシング５内にはスクリューフィーダ用モータ１１で回転するスクリューフィーダ８が設置され、このスクリューフィーダ８の下端部が土砂排出用ケーシング５の下端部から突出し、その回転軸２１が掘削バケット６の底部中心部に回転自在に設置され、その先端部が底部１５から外部に突出している。このスクリューフィーダ６の回転軸２１内には、混合スラリー用圧送ホース２３が接続された混合スラリー用圧送路２２が形成され、該混合スラリー用圧送路２２の噴射口２４が回転軸２１の先端部に設けられている。

これらの土砂排出用ケーシング５と掘削バケット６とフィン７とはケーシング用モータ１０によって同じ方向に同時に回転するが、スクリューフィーダ８はスクリューフィーダ用モータ１１によってこれらとは別回転する。このためスクリューフィーダ８は掘削バケット６などが正回転しているときは同様に正回転し、逆回転するときには正回転するようになっている。

したがって、掘削バケット６が正回転すると掘削された土砂は土砂取込口１６からバケット６内に取り込まれるとともに、この取り込まれた土砂がフィン７によって上部開口から掘削バケット６外に排出される。しかし、掘削バケット６が逆回転（反時計回り）すると外部に排出された土砂がフィンによって上部開口から掘削バケット６内に取り込まれ、これがスクリューフィーダ８の正回転によって土砂排出用ケーシング５内に取り込まれて土砂排出口２５から地上に排出される。

次に、上記の深層混合処理装置１を使用した深層混合処理工法について説明する。この工法は対象地盤の土砂を一旦地上に排出し、これと固化材とを地上のリサイクルプラントで混合して混合スラリーを製造し、これを再び地盤中に注入するものであり、図５に示すように、上記の深層混合処理装置１における混合スラリー用圧送ホース２３が地上のリサイクルプラント２６に接合されている。

まず、図５に示すように、ケーシング用モータ１０によって掘削バケット６を正回転させて地盤２７を掘削するが、この回転と同時に土砂排出用ケーシング５およびフィン７も回転する。そして、この掘削バケット６のビット１９、２０で掘削された土砂２８が、開口した土砂取込口１６から掘削バケット６内に取り込まれ、これがフィン７によって掘削バケット６外に上部開口１４から排出される。そして、この掘削を地盤２７の所定深さまで行ったところで、掘削バケット６などの正回転を止めると、ほぐれた土砂の柱体２９が形成される。

次に、図６に示すように、この掘削バケット６の逆回転と同時にスクリューフィーダ８も正回転するため、これらを回転させながら引き抜きを開始するとともに、土砂（上記の掘削土砂２８ではなく別途準備した土砂）とセメントスラリーとを混合した混合スラリー３１をスクリューフィーダ８の回転軸２１における噴射口２４から注入する。この掘削バケット６の逆回転による引き抜きの際には、土砂取込口１６は蓋体１８で閉塞されている。

そして、この掘削バケット６の逆回転に伴うフィン７の回転によってバケット６内に土砂２８が取り込まれるとともに、これがスクリューフィーダ８によって土砂排出用ケーシング５内に取り込まれて土砂排出口２５から外部に排出される。そして、この土砂排出口２５から排出された掘削土砂２８が落下用シュート３２によって地上に積み上げられる。

次に、この積み上げられた掘削土砂２８をペイローダ３３でリサイクルプラント２６の近くまで運び、ここからバックホウ３４でリサイクルプラント２６に投入し、セメントスラリーなどの固化材と混合して混合スラリー３１を製造する。

次に、この混合スラリー３１を混合スラリー用圧送ホース２３で回転軸２１の混合スラリー用圧送路２２に送り、この混合スラリー用圧送路２２の噴射口２４から注入する。そして、この作業を連続して行うことにより、掘削土砂２８を利用した均一な強度の固結柱体３５を造成することができるとともに、盛り上げ土および水平変位の発生を防ぐこともできる。

このように本願発明の深層混合処理工法は、対象地盤の掘削土砂２８を一旦地上に排出し、これを利用して、地上のリサイクルプラント２６でセメントスラリーなどの固化材と攪拌混合して混合スラリー３１を製造して地盤中に注入するものである。

深層混合処理装置の一部切欠正面図である。 掘削バケットの断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 掘削バケットの斜視図である。 深層混合処理工法の断面図である。 深層混合処理工法の断面図である。

符号の説明

１ 深層混合処理装置
２ ベースマシン
３ リーダ
４ 駆動モータ
５ 土砂排出用ケーシング
６ 掘削バケット
７ フィン
８ スクリューフィーダ
９ 支持体
１０ ケーシング用モータ
１１ スクリューフィーダ用モータ
１２ 昇降用ワイヤー
１３ リーダの頂部
１４ 上部開口
１５ 底部
１６ 土砂取込口
１７ 油圧シリンダ
１８ 蓋体
１９ 内部ビット
２０ 外部ビット
２１ 回転軸
２２ 混合スラリー用圧送路
２３ 混合スラリー用圧送ホース
２４ 噴射口
２５ 土砂排出口
２６ リサイクルプラント
２７ 地盤
２８ 土砂
２９ 柱体
３０ 空隙部
３１ 混合スラリー
３２ 落下用シュート
３３ ペイローダ
３４ バックホウ
３５ 固結柱体

Claims (1)

1. ベースマシンのリーダに昇降自在に設置された駆動モータと、該駆動モータに回転自在に設置された土砂排出用ケーシングと、該土砂排出用ケーシングの下端部に設置された掘削バケットと、該掘削バケットの上部開口部に位置する土砂排出用ケーシングに設置されたフィンと、土砂排出用ケーシング内から掘削バケットの底部にかけて設けられた回転自在なスクリューフィーダとからなり、該スクリューフィーダの回転軸内には混合スラリー用圧送路が形成され、該混合スラリー用圧送路の噴射口が掘削バケットの底部から突出した回転軸の先端部に開口された深層混合処理装置を使用するものであり、掘削バケットと、土砂排出用ケーシングと、スクリューフィーダとを正回転させながら地盤に貫入した後、掘削バケットと、土砂排出用ケーシングとを逆回転、スクリューフィーダを正回転させながら引き抜きつつ、回転軸の噴射口から混合スラリーを注入するとともに、掘削バケットの上部における掘削土砂をフィンで掘削バケット内に取り込んでスクリューフィーダによって土砂排出用ケーシングから外部に排出した後、該外部に排出した土砂とセメントスラリーとで製造した混合スラリーをスクリューフィーダの回転軸における噴射口から注入して混合スラリー固結柱体を製造することを特徴とする深層混合処理工法。

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