JP4418305B2 - ３軸深層混合処理工法 - Google Patents

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本発明は、３軸の回転軸を備えた３軸深層混合処理装置による地盤改良工法である３軸深層混合処理工法に関する。
この種の３軸深層混合処理工法としてはたとえば特許文献１に示されるものがあるが、これは図５に示すように３軸の回転軸１のうち両側の２軸の回転軸１ａをそれぞれ独立の駆動源２により逆方向に回転させ、中央の回転軸１ｂは動力伝達装置３を介して両側の回転軸１ａのいずれか一方と同方向（したがって他方とは逆方向）に回転させるというものである。
そして従来の３軸深層混合処理工法では、各回転軸１をそれぞれ正回転させて各攪拌翼４により地盤を攪拌しながらその全体を地盤中に所定深度まで貫入した後、各回転軸１をそれぞれ逆回転させて引き抜くのであるが、そのような貫入工程や引き抜き工程の途中で各回転軸１の先端部からセメントスラリーやセメント粉体等の固化材を地盤中に供給して原地盤の土と攪拌混合することにより改良土とし、それを硬化させることで地盤改良を行うものである。
特許第３１５６０４３号公報
ところで、上記従来の３軸深層混合処理工法では、３軸の回転軸１の各攪拌翼４により図６に示されるような３連の攪拌領域５が形成されてそこで固化材と原地盤の土とが攪拌混合されることになるのであるが、そのような攪拌領域５における攪拌混合が必ずしも充分に行われずに所期の改良効果が得られない場合も想定される。特に、従来においては、中央の攪拌翼４の回転方向は両側の攪拌翼４のいずれか一方と常に同方向になることから、図６（ａ），（ｂ）に示すように逆方向に回転するものどうしの間ではそれなりの攪拌効果も期待できるが、同方向に回転するものどうしの間では改良土の流れが分断されてしまってそこでは改良土が停滞してしまい、それにより攪拌領域５内において固化材と土との攪拌混合状態に偏りが生じる場合があることが指摘されている。
上記事情に鑑み、本発明は、３軸の回転軸により形成される３連の攪拌領域において土と固化材とをより確実かつ効率的に攪拌混合することを可能とする３軸深層混合処理工法を提供することを目的とする。
本発明は、先端部に攪拌翼を備えた３軸の回転軸を並設し、それら回転軸を正回転させて地盤に貫入するとともに逆回転させて地盤から引き抜く間に、回転軸の先端部から固化材を地盤中に供給して各攪拌翼により形成される３連の攪拌領域において攪拌混合することにより地盤改良を行う３軸深層混合処理工法であって、３軸の回転軸のうち両側の回転軸を同一方向に回転させるとともに中央の回転軸を両側の回転軸とは逆方向に回転させることにより、前記攪拌領域全体にわたって改良土が連続して流れる一連の攪拌流を形成し、かつ、各回転軸からの固化材の供給量に差をもたせることにより、前記攪拌領域内において改良土圧に差を生じさせて攪拌領域内における改良土の水平方向の流れを促進せしめることを基本とする。
そして、請求項１の発明は、各回転軸からの固化材の供給量を時間とともに増減することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、各回転軸からの固化材の供給量を各回転軸の負荷に応じて設定し、高負荷の回転軸からの供給量を低負荷の回転軸からの供給量よりも大きく設定することを特徴とするものである。
本発明によれば、基本的に各回転軸の回転方向を上記のように設定することにより、各攪拌翼による３連の攪拌領域全体にわたって改良土が連続して流れるような一連の攪拌流が自ずと形成され、それにより従来のように攪拌領域の一部において攪拌流が分断されて改良土がそこに停滞してしまうようなことがなく、より確実かつ効率的な攪拌混合効果が得られ、優れた地盤改良効果が得られる。しかも、各回転軸からの固化材の供給量に差をもたせることにより、供給量の大きい回転軸付近では改良土圧が相対的に高まるとともに、供給量の小さい回転軸付近では改良土圧が相対的に低くなるので、攪拌領域各部において改良土圧に自ずと差が生じ、その結果、攪拌領域内において改良土が水平方向に移動するような改良土の流れが自ずと促進され、攪拌混合効果をより一層高めることができるという基本的な効果が得られる。
以上に加え、請求項１の発明によれば、各回転軸からの固化材の供給量を時間とともに増減することにより、攪拌領域の各部での改良土圧が時間とともに変動するので、攪拌混合がより効率的に行われ、攪拌領域全体を充分に均質化することができる。
また、請求項２の発明によれば、高負荷の回転軸ほど供給量を大きく設定することにより、固化材の供給による回転抵抗の減少によって負荷を軽減でき、それにより地盤状況に応じた最適な運転が可能となり、併せて、固化材の供給量の差による上記のような優れた攪拌混合効果が得られる。
本発明の一実施形態を図１〜図４に示す。図１に示すように本実施形態の３軸深層混合処理工法では、従来と同様に、並設した３軸の回転軸１の先端部にそれぞれ複数段（図示例では４段）の攪拌翼４を備えた構成の３軸深層混合処理装置を用いて、それらの攪拌翼４により図２に示すような３連の攪拌領域５を形成してそこで原地盤の土と固化材とを攪拌混合して改良土とするのであるが、本実施形態の３軸深層混合処理工法では、各回転軸１をそれぞれ専用の駆動源２により独立に駆動するものとしておいて、それらの回転方向を、貫入時の正回転時および引き抜き時の逆回転時のいずれにおいても、図示しているように両側の回転軸１ａが同一方向に回転するとともに中央の回転軸１ｂがそれらとは逆方向に回転する（つまり、３軸の回転軸１ａ，１ｂ、１ａが交互に逆方向に回転する）ものとしている。
各回転軸１の回転方向をそのように設定したことにより、図２に示すように貫入時および引抜き時のいずれにおいても３連の攪拌領域５全体にわたって改良土が連続して流れるような一連の攪拌流が形成され、したがって図６に示した従来の場合のように攪拌領域５の一部において改良土の流れが分断されてそこに停滞してしまうようなことがなく、それにより攪拌領域５全体にわたって固化材と土とを偏りなく確実かつ効率的に攪拌し混合できるものとなっている。なお、各回転軸１の先端部には、最下段の攪拌翼４付近と最上段の攪拌翼４付近に、それぞれ固化材の吐出口９，１０が設けられていて、貫入時には固化材を下段側の吐出口９から吐出し、引き抜き時には固化材を上段側の吐出口１０から吐出することが基本となっている。
以上に加え、本実施形態の３軸深層混合処理工法では、各回転軸１からの固化材（セメントスラリーやセメント粉体等）の供給量に差をもたせることにより上記の攪拌領域５において改良土圧に差が生じるようにしており、それにより攪拌領域５において改良土が水平方向に移動するような流れを促進せしめるようにしている。なお、以下の説明において供給量の「大」、「中」、「小」なる記載はあくまで相対的なものであり、「小」にはゼロ（つまり供給を行わないこと）も含むものとする。
すなわち、たとえば図３（ａ）に示すように、両側の回転軸１ａからの供給量を相対的に大とし、中央の回転軸１ｂからの供給量を相対的に小とすると、攪拌領域５の両側における改良土圧が中央部よりも相対的に高まるような改良土圧の勾配が自ずと生じ、それにより改良土が両側から中央部に向かって流れるような改良土の流れが促進されることになる。逆に、図３（ｂ）に示すように、中央の回転軸１ｂからの供給量を相対的に大とし、両側の回転軸１ａからの供給量を相対的に小とすることにより、攪拌領域５の中央部における改良土圧が両側よりも相対的に自ずと上昇し、それにより改良土が中央部から両側に向かって流れるような改良土の流れが促進されることになる。
あるいは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、中央の回転軸１ｂからの供給量を相対的に中とし、その両側の２軸の回転軸１ａの一方からの供給量を大、他方からの供給量を小として、全体として供給量を３段階に設定することにより、改良土圧が一方側から他方側に小さくなるような勾配が自ずと生じ、それにより改良土が一方側から他方側に向かって流れるような改良土の流れが促進されることになる。
したがって、本実施形態によれば、各攪拌翼４により形成される３連の攪拌領域５において基本的に図２に示したような一連の攪拌流が安定に生じていることに加え、固化材の供給量に差をもたせることで攪拌領域５内の改良土圧に積極的に差を生じさせることによって上記のような水平方向の流れも促進することができ、それにより優れた攪拌混合効果が得られ、優れた地盤改良効果が得られる。しかも、そのような改良土圧の差を各回転軸１からの固化材の供給量を調節することのみで行い得るから、そのために何等面倒な操作や複雑な機構を必要とせずコスト増の要因は殆どないし、攪拌混合効率の向上により固化材の総供給量を削減することも可能である。
本実施形態の固化材の吐出時期については、貫入時、引き抜き時、あるいはその双方のいずれでも良い。具体的な工程としては、図３や図４の（ａ）あるいは（ｂ）の状態のいずれかを選択して、その状態のままで貫入工程と引き抜き工程を継続して行うことでも良く、また、たとえば貫入時には（ａ）の状態とし、引き抜き時には（ｂ）の状態とする（あるいはその逆）ことでも良いが、（ａ）の状態と（ｂ）の状態を一定時間ごとに交互に繰り返すことが好ましく、そのようにすれば攪拌領域５全体における攪拌混合状態をより均質化することができる。
なお、（ａ）の状態あるいは（ｂ）の状態をそのまま一定時間継続した場合、地質や固化材の供給量その他の状況によっては、供給量を大とした回転軸の付近において改良土圧が次第に上昇していき、ある時点で上昇限界に達すると急速に周囲に流れ出して土圧が安定するという現象が生じる場合があり、その場合は攪拌領域５内において改良土の脈動が自ずと生じることになり、そのような脈動によっても結果的に充分な攪拌混合効果が得られる。
ところで、本実施形態のような３軸深層混合処理工法では、地盤状況によっては各回転軸１にかかる負荷に差が生じる場合も想定される。たとえば原地盤が粘性土の場合には、両側の回転軸１ａに対する回転抵抗が中央の回転軸１ｂに対する回転抵抗よりも大きくなって両側の回転軸１ａに中央の回転軸１ｂよりも大きな負荷がかかる場合があり、逆に原地盤が砂質土の場合には両側の回転軸１ａよりも中央の回転軸１ｂにより大きな負荷がかかる場合がある。そこで、上記のような供給量の調節を回転軸１にかかる負荷の状況に応じて行うことも考えられる。
すなわち、そのような負荷のアンバランスが生じた場合、高負荷の回転軸１からの供給量を大とし、低負荷の回転軸１からの供給量を相対的に中ないし小とすることにより、供給量を大とした回転軸１においては多量の固化材によって回転抵抗が低減して負荷が自ずと軽減されることになり、それにより各回転軸１のトルクを負荷に応じて適正に調整することが可能であって地盤状況に応じた最適な運転が可能となる。しかも、それと同時に、供給量に差をもたせることによって上記のような改良土圧の差とそれによる改良土の流れが自ずと生じるので、併せて優れた攪拌混合効率を得ることができる。
さらに、上記のように各回転軸１からの供給量に差をもたせることに加えて、各回転軸１の回転数を調節することによっても、改良土圧に差をもたせることができる。つまり、回転軸１の回転数を大きくすればそれだけ攪拌領域における改良土圧を高めることができるので、供給量を大とした回転軸１の回転数を他の回転軸よりも大きくすることにより、そこでの改良土圧をより高めて土圧勾配をより顕著に生じさせ、上記のような改良土の流れをより促進させることができる。
以上で本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、地盤の状況その他の諸条件を考慮して具体的な工程や装置の各部の構成については、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、すなわち請求項１の発明のように各回転軸からの固化材の供給量を時間とともに増減するか、あるいは請求項２の発明のように各回転軸からの固化材の供給量を各回転軸の負荷に応じて設定して高負荷の回転軸からの供給量を低負荷の回転軸からの供給量よりも大きく設定する限りにおいて、様々な変更や応用が可能であることはいうまでもない。たとえば、各回転軸における供給量の設定や供給量の変動パターンの設定は任意であって、各回転軸からの供給量をより多段階にあるいは連続的に変化させたり、脈動的に変化させることも不可能ではない。また、上記実施形態では３軸の回転軸１をそれぞれの駆動源２により独立に駆動するものとしたが、両側の回転軸１ａと中央の回転軸１ｂの回転方向を逆にし、かつそれらの回転数を制御可能に構成する限りにおいて、従来のように２台の駆動源２により適宜の動力伝達機構３を介して駆動するようにしても良い。
本発明の実施形態である３軸深層混合処理工法の基本工程を示す図である。 同、攪拌領域における攪拌状態を示す図である。 同、具体的な工程の一例を示す図である。 同、具体的な工程の他の例を示す図である。 従来の３軸深層混合処理工法を示す図である。 同、攪拌領域における攪拌状態を示す図である。
符号の説明
１（１ａ、１ｂ） 回転軸
２ 駆動源
４ 攪拌翼
５ 攪拌領域
９，１０ 吐出口

Claims (2)

  1. 先端部に攪拌翼を備えた３軸の回転軸を並設し、それら回転軸を正回転させて地盤に貫入するとともに逆回転させて地盤から引き抜く間に、回転軸の先端部から固化材を地盤中に供給して各攪拌翼により形成される３連の攪拌領域において攪拌混合することにより地盤改良を行う３軸深層混合処理工法であって、
    ３軸の回転軸のうち両側の回転軸を同一方向に回転させるとともに中央の回転軸を両側の回転軸とは逆方向に回転させることにより、前記攪拌領域全体にわたって改良土が連続して流れる一連の攪拌流を形成し、
    かつ、各回転軸からの固化材の供給量に差をもたせることにより、前記攪拌領域内において改良土圧に差を生じさせて攪拌領域内における改良土の水平方向の流れを促進せしめるとともに、各回転軸からの固化材の供給量を時間とともに増減することを特徴とする３軸深層混合処理工法。
  2. 先端部に攪拌翼を備えた３軸の回転軸を並設し、それら回転軸を正回転させて地盤に貫入するとともに逆回転させて地盤から引き抜く間に、回転軸の先端部から固化材を地盤中に供給して各攪拌翼により形成される３連の攪拌領域において攪拌混合することにより地盤改良を行う３軸深層混合処理工法であって、
    ３軸の回転軸のうち両側の回転軸を同一方向に回転させるとともに中央の回転軸を両側の回転軸とは逆方向に回転させることにより、前記攪拌領域全体にわたって改良土が連続して流れる一連の攪拌流を形成し、
    かつ、各回転軸からの固化材の供給量に差をもたせることにより、前記攪拌領域内において改良土圧に差を生じさせて攪拌領域内における改良土の水平方向の流れを促進せしめるとともに、各回転軸からの固化材の供給量を各回転軸の負荷に応じて設定し、高負荷の回転軸からの供給量を低負荷の回転軸からの供給量よりも大きく設定することを特徴とする３軸深層混合処理工法。
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