JP4674186B2 - 地盤改良工法及び地盤改良機 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中に土壌と改良材とが混合されてなる改良体を形成する地盤改良工法、及びそれに用いる地盤改良機に関する。

軟弱な基礎地盤の上に建築構造物や土木構造物を建造しようとする際、斯かる軟弱な基礎地盤の支持力を増強し、また、地盤沈下を防止するとった目的のために、従来、種々の地盤改良工法が行われている。
最も一般的な地盤改良工法において使用される地盤改良装置は、主として、ベースマシンと、該ベースマシンから略鉛直方向に立設されたリーダーマストと、該リーダーマストに対して昇降可能に設置された攪拌装置とを備えて構成されている。該攪拌装置は、主に、オーガロッドと、該オーガロッドを回転させるためのアースオーガ駆動装置とを備えており、また、オーガロッドの先端付近からは、セメント系等のスラリー状固化材が吐出可能なように構成されたものである。

そして、斯かる構成の地盤改良機を用いた地盤改良工法は、前記攪拌装置によって地盤中の所定の深さまで土壌を掘削するとともに、オーガロッドの先端付近から吐出した固化材と土壌とを攪拌混合し、円柱状の改良体を形成することにより、軟弱な地盤を改良するものである。

近年、このような地盤改良工法が建築基礎工法として広く認知されるようになり、需要が増加するにつれ、軟弱な地盤の上にある硬質地盤をも掘削し、軟弱地盤と併せて改良したいという要望が高まる傾向にある。
しかしながら、この種の地盤改良工法は、もともと軟弱な地盤を改良することを前提とする技術であるため、Ｎ値の高い砂層や粘土土層、ガラ、礫、転石層を含むような硬質な地盤を掘削および改良することを考慮したものではない。

硬質地盤の掘削を考慮した地盤改良機としては、オーガロッドの先端部に掘削翼と攪拌翼とを備えるとともに、該掘削翼の下方に該掘削翼よりも小径の先行掘削翼を備えることにより、掘削動力の低減を図ったもの（特許文献１）、エアハンマドリルを用いてビットに打撃振動を与えながら掘削するもの（特許文献２）、減速装置を介してオーガロッドに掘削ヘッドを装着し、掘削能力を向上させたもの（特許文献３）等が知られている。

特開平４−２４７１１７号公報 特開平８−１１４０７９号公報 特開２００３−２７８１４６号公報

しかしながら、上記のような地盤改良機を用いた場合であっても、確かに、掘削能力は幾分向上するものの、掘削翼にかかる応力を低減することはできず、掘削翼先端部に設けられたビット等が早く磨耗してしまい、掘削能力が低下するという問題があった。

また、土壌と固化材との攪拌が不十分となり、形成された改良体が不均質なものとなる虞もあった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、掘削翼の磨耗を低減しつつ地盤の掘削を速やかに行うことのできる地盤改良工法および地盤改良機を提供することを一の課題とする。また、本発明は、土壌と固化材とが十分に混合された均質な改良体を形成しうるような地盤改良工法および地盤改良機を提供することを他の課題とする。

斯かる従来の課題を解決するべく、本発明は、掘削翼をオーガロッドによって回転させることによって地盤を掘削し、且つ、該掘削により削られた土壌と固化材とを攪拌混合することにより、前記地盤中に土壌と固化材とが混合されてなる円柱状の改良体を形成する地盤改良工法であって、前記オーガロッドが内筒および外筒を備えた二重管構造に形成されており、前記内筒の内側および、前記内筒と前記外筒の間にそれぞれ液体の流路が形成され、該流路内に水と固化材が前記オーガロッドの基端部側から先端部側に向かって別々に供給され、前記掘削翼の底面より斜め下向きに水を高圧噴射すると同時に、前記オーガロッドの先端部から固化材を下方に吐出しながら地盤を掘削することを特徴とする地盤改良工法を提供する。

本発明に係る地盤改良工法によれば、掘削翼の底面より斜め下向きに水を高圧噴射しつつ掘削翼を回転させて地盤を掘削するため、噴射された水によって地盤中の土が軟化して泥状となって除去され、また、土の軟化作用によって岩石も削り取られ易くなる。即ち、このような水の高圧噴射による地盤の掘削作用および軟化作用が発揮されることにより、掘削翼による地盤の掘削作用を大幅に改善することができる。また、水又は固化材の高圧噴射による地盤の掘削作用および軟化作用により、掘削翼に設けられたビットの磨耗が低減され、掘削翼の長寿命化を図ることができる。さらに、高圧水の噴射によって土壌中の粘度や砂等が解れて土壌と固化材とが混ざりやすくなるため、掘削翼や攪拌翼による機械攪拌作用が大幅に向上し、均質な改良体が形成されやすくなるという優れた効果を発揮する。

また、本発明は、前記攪拌翼には複数のビットが備えられており、該ビットの間隙より前記水又は固化材の高圧噴射を行うことを特徴とする地盤改良工法を提供する。

掘削翼に設けられたビットの間隙より水の高圧噴射を行うようにすれば、前記水の高圧噴射による地盤の掘削作用及び軟化作用が、ビットによる掘削作用をより効果的に改善しうるものとなる。

また、本発明は、回転によって地盤を掘削する掘削翼と、該掘削翼を回転させながら上下動させうるオーガロッドとを備えている地盤改良機において、前記オーガロッドが内筒および外筒を備えた二重管構造に形成されており、前記内筒の内側および、前記内筒と前記外筒の間にそれぞれ水または固化材を前記オーガロッドの基端部側から先端部側に向かって別々に流すための流路が形成されており、且つ前記オーガロッドの先端部に、前記固化材が流される流路と連通した固化材吐出口が形成され、前記掘削翼の底面には、前記流路から供給される水を斜め下向きに高圧噴射する噴射手段が設けられていることを特徴とする地盤改良機を提供する。

斯かる構成の地盤改良機によれば、掘削翼の底面に水を斜め下向きに高圧噴射する噴射手段が設けられているため、該噴射手段より斜め下向きに水を高圧噴射しつつ掘削翼を回転させて地盤を掘削することができる。これにより、上述の如き水の高圧噴射による地盤の掘削作用および軟化作用が発揮されることとなり、掘削翼による地盤の掘削作用が大幅に改善され、地盤掘削作業を円滑に行うことが可能となる。また、水の高圧噴射による地盤の掘削作用および軟化作用により、掘削翼に設けられたビットの磨耗が低減され、掘削翼の長寿命化を図ることができる。

以上のように、本発明に係る地盤改良工法および地盤改良機によれば、掘削翼の磨耗を低減しつつ地盤の掘削を速やかに行うことが可能となる。また、本発明に係る地盤改良工法および地盤改良機によって形成された改良体は、土壌と固化材とが均質に混合されたものとなる。

図１は、本発明に係る地盤改良機の一実施形態を示した斜視図であり、図２は、該地盤改良機の先端部分を拡大して示した図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ視断面図である。

図１に示す如く、本実施形態に係る地盤改良機は、回転しながら上下動させうるように構成されたオーガロッド２と、該オーガロッド２の先端部に装着された掘削翼３と、該掘削翼３の掘削面となる先端縁部に沿って装着された複数のビット４と、該掘削翼３の上方に設けられた共回り防止翼５と、該共回り防止翼５の上方に設けられた攪拌翼６とを備えて構成されている。

オーガロッド２は、その内部に固化材及び水の流路がそれぞれ別々に形成されており、基端部側から供給された固化材および水を、先端部側へとそれぞれ別々に供給しうるように構成されている。本実施形態においては、図２に示したように、該オーガロッド２は内筒２ａと外筒２ｂとからなる二重管構造となっており、内筒の内部が高圧で供給される水の流路２１として機能し、該内筒２ａと外筒２ｂとの間隙が固化材の流路２２として機能するように構成されている。

先端部側面に装着された掘削翼３は、図１〜図３に示したように、回転方向に向かってその先端側（底面側）が、せり出すように傾斜して備えられている。具体的には、該掘削翼３は、水平面に対して３０〜４５°の俯角をもって備えられている。そして、その先端側縁部３ａに沿って複数（本実施形態においては、１枚の掘削翼につき４個）のビット４が装着されている。

さらに、該ビット４とビット４との間には、噴射手段としての噴射ノズル７が複数備えられている。個々の噴射ノズル７と前記オーガロッド２に形成された水の流路２２とは、攪拌翼３の進行方向に対して後ろ側となる面（以下、単に「背面」ともいう）に配された配管８を介して水が流通しうるように構成されている。

前記ビット４は、掘削翼３の傾斜面と平行で且つ該掘削翼３の回転方向に向かうように装着されている。本実施形態においては、該ビット４として、図２に示したようなコニカルビットが採用されている。コニカルビットは、円錐状の刃を有し、刃がその円錐の軸周りに回転自在となるように保持されて構成されたものである。

そして、本実施形態における前記噴射ノズル７は、前記掘削翼３の底面より斜め下向きに、前記ビット４と同方向に水を高圧噴射しうるよう、前記ビット４と同方向に向けて配置されている。具体的には、噴射ノズル７は、水平面に対して２０〜５０°、より好ましくは３０〜４５°の俯角となるように設けられる。

また、前記オーガロッド２の先端部には、前記固化材の流路２１と連通した固化材吐出口１１が形成されており、基端側から供給された固化材を吐出しうるように構成されている。該固化材としては、例えば、セメントスラリー等のセメント系固化材を挙げることができる。

さらに、前記共回り防止翼５は、オーガロッド２と同軸で且つ該オーガロッド２に対して自在に回転しうるように備えられており、しかも、前記掘削翼３よりも大径に構成されたものである。該共回り防止翼５は、掘削翼３よりも大径に構成されているため、掘削翼３や攪拌翼６が回転しても該共回り防止翼５は静止状態を保ち、掘削された土壌と掘削翼３や攪拌翼６との共回りが防止される。

上記実施形態の地盤改良機を用いた地盤改良工法としては、例えば、固化材を吐出させながら所定深さまで地盤を掘削することにより掘削と同時に土壌と固化材との混合を行った後、オーガロッドを逆回転させて引き抜き、改良体を形成する方法や、予め所定の深さまで地盤の掘削のみを行い、次いで逆回転させながら一旦引き抜き、再度正回転させながら固化材を吐出しつつ所定深さまで挿入して土壌と固化材とを攪拌混合し、その後逆回転させて引き抜くことにより改良体を形成する方法などを例示することができる。

本実施形態の地盤改良工法は、上記のような工法において、地盤を掘削する際に、前記噴射ノズル７から水を高圧で噴射しながら行うものである。
水の噴射圧力は、２０〜４０ＭＰａとすることが好ましい。

また、水の噴射量は特に限定されるものではないが、固化材を構成する水の配合量の範囲内で噴射することが好ましい。

一方、固化材吐出口１１より吐出する固化材については、従来と同様にして行うことが可能であるが、好ましくは、前記噴射ノズル７より噴射される水の噴射量に鑑みて、水の含有量を減らした配合とする。

本実施形態の地盤改良機を用いた地盤改良工法によれば、以下のような優れた効果を発揮することができる。即ち、噴射ノズル７より噴射された高圧の水により地盤が掘削されるとともに地盤中の土が軟化され、しかも、掘削翼３の先端に備えられたビット４によっても同時に掘削が行われるため、高圧水の噴射による作用と掘削翼３による作用とが同時に発揮され、地盤の掘削が極めて円滑に行われることとなる。
また、高圧水の噴射によって土壌中の粘度や砂等が解れて土壌と固化材とが混ざりやすくなるため、掘削翼３や攪拌翼６による機械攪拌作用が大幅に向上し、均質な改良体が形成されやすくなるという優れた効果を発揮する。

さらに、前記実施形態の地盤改良工法は、水を高圧で噴射する方式であるため、固化材を高圧で噴射する場合と比較して該水を供給するための高圧ポンプや配管等の各種装置類に与える悪影響が少なく、これらの機器の故障が少なくメンテナンスが容易であるという効果がある。

また、本実施形態の地盤改良機は、噴射ノズル７がビット４の間隙に配置され、しかも該ビット４と同方向に水を高圧噴射しうるように構成されているため、該噴射ノズル７より噴射された水は、個々のビット４と接触する岩石の周辺土壌を軟化させ、該岩石の掘り起こしを容易とし、掘削をより一層円滑にするという効果がある。

このように、本実施形態の地盤改良機によれば、高圧水を噴射することによって掘削翼３に備えられたビット４への負荷が低減されるため、ビット４の磨耗量も軽減されることとなり、その交換頻度を減らして作業性の改善を図ることができる。
また、土壌と固化材との攪拌効率も改善され、均質な改良体を形成することができる。

尚、本発明に係る地盤改良機は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の態様を取り得るものである。

また、前記実施形態においては、ビットとビットの間隙全てから噴射する場合について説明したが、噴射口の数については特に限定されるものではなく、また、片側の掘削翼のみから噴射させるようにしてもよい。オーガロッド２から噴射ノズル７まで水を流通させる配管８についても、上記実施形態のように掘削翼３の背面に設けても良く、或いは、該掘削翼３の内部に設けても良い。

さらに、前記地盤改良機の先端部を、交換可能なジョイント構造とすることができる。即ち、前記掘削翼３と共回り防止翼５との間に、オーガロッド２の連結部を設け、該連結部よりも先端側を取り外し自在な構成とすることができる。

前記ビット４は、本実施形態のような円錐状の刃に限定されず、角錐状での刃であってもよい。また、取り外し自在とする種々の構成を採用することができ、あるいは、該ビット４を従来の固定刃としてもよい。
また、前記掘削翼３は、上記実施形態のように板状のものに限定されず、螺旋状に湾曲したものであってもよい。

本発明の地盤改良工法についても、上記のような態様に限定されるものではなく、例えば、掘削時における水又は固化材の噴射を間欠としたり、また、地盤の硬さに応じて噴射を作動および停止するようにしてもよい。

本発明に係る地盤改良機の一実施形態を示した斜視図。 図１の地盤改良機において、先端部を拡大して示した正面図。 図２の側面図。

１ 地盤改良機
２ オーガロッド
３ 掘削翼
４ ビット
５ 共回り防止翼
６ 攪拌翼
７ 噴射ノズル

Claims (5)

1. 掘削翼をオーガロッドによって回転させることによって地盤を掘削し、且つ、該掘削により削られた土壌と固化材とを攪拌混合することにより、前記地盤中に土壌と固化材とが混合されてなる円柱状の改良体を形成する地盤改良工法であって、前記オーガロッドが内筒および外筒を備えた二重管構造に形成されており、前記内筒の内側および、前記内筒と前記外筒の間にそれぞれ液体の流路が形成され、該流路内に水と固化材が前記オーガロッドの基端部側から先端部側に向かって別々に供給され、前記掘削翼の底面より斜め下向きに水を高圧噴射すると同時に、前記オーガロッドの先端部から固化材を下方に吐出しながら地盤を掘削することを特徴とする地盤改良工法。
2. 前記攪拌翼には複数のビットが備えられており、該ビットの間隙より前記水又は固化材の高圧噴射を行うことを特徴とする請求項１記載の地盤改良工法。
3. 前記水又は固化材の噴射方向が、前記攪拌翼に備えられたビットと同方向であることを特徴とする請求項１又は２記載の地盤改良工法。
4. 前記水又は固化材の噴射圧力が、２０〜４０ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の地盤改良工法。
5. 回転によって地盤を掘削する掘削翼と、該掘削翼を回転させながら上下動させうるオーガロッドとを備えている地盤改良機において、前記オーガロッドが内筒および外筒を備えた二重管構造に形成されており、前記内筒の内側および、前記内筒と前記外筒の間にそれぞれ水または固化材を前記オーガロッドの基端部側から先端部側に向かって別々に流すための流路が形成されており、且つ前記オーガロッドの先端部に、前記固化材が流される流路と連通した固化材吐出口が形成され、
   前記掘削翼の底面には、前記流路から供給される水を斜め下向きに高圧噴射する噴射手段が設けられていることを特徴とする地盤改良機。

Images