JP4822908B2 - 地盤改良工法 - Google Patents

Description

本発明は、バックホウなどの建設機械をベースマシンとし、該ベースマシンのアームの先端に取り付けた混合攪拌装置を改良予定地盤面に対して鉛直方向に垂下させ、該垂下させた混合攪拌装置により軟弱地盤を地表面より掘削しながら土壌とセメント系固化材等を混合、攪拌して固化処理する地盤改良工法に関する。

従来、この種の軟弱地盤改良工法の中で、主にセメント系固化材等を用いる改良工法において使用される地盤改良機は、図４に示すとおりバックホウ等の建設機械をベースマシンとし、該ベースマシン１のアーム６の先端に取り付けた鉛直方向に回動するロータリー式混合攪拌装置４の先端部に設けた上部吐出口7a及び下部吐出口7bより固化材スラリーを吐出しながら、該混合攪拌装置４を地表面8aから軟弱地盤８中に貫入・引き抜きを行いつつ軟弱土と固化材を混合攪拌し、軟弱地盤を固化処理する地盤改良工法が公知である。

前記地盤改良工法の一般的な施工方法としては、改良するべき対象地盤の地表面に、消石灰等でのライン引き、あるいは目印としてポールを建てるなどして、一施工サイクルの区画ごとの作業領域の区割り表示をおこない、該区割り表示された改良対象地盤の地表面に対して、ベースマシン１のアーム６の先端に取り付けた混合攪拌装置４を垂下直立させ、該直立した混合攪拌装置４を地表面8aから地中に貫入しつつ、固化材スラリーを吐出し、混合攪拌装置４を上下させて貫入・引抜きを行うことにより、設計固化材添加量を混合し設計深度まで混合撹拌を行ったら、次の区画に移るという作業を繰り返して施工していた。
また、場合によっては貫入した混合攪拌装置を、そのまま改良領域の地盤中を前後に移動させて地盤改良を行う工法もあった。（例えば特許文献１、2、3参照。）

特開平10-204868号公報 特開2003-342947号公報 特開2004-257206号公報

前記ベースマシンのアームの先端に混合攪拌装置を取り付けた地盤改良機は、出来る限り大きい改良深度を対象としていることから、地盤改良機の混合攪拌装置の重量が大きく、かつ、その躯体の高さはアームを上限近く上げたときの高さとほぼ等しいような機械構成になっている。
そして、ベースマシンによる混合攪拌装置は、貫入開始時では地盤抵抗がないことから、前記混合攪拌装置を改良予定地盤に貫入を開始するときに、混合攪拌装置がぶれるので地中への貫入時の鉛直性が損なわれ易いという欠点があった。
また、改良対象地盤の地表面に玉石、砂礫、障害物等が存在する場合には、地表面に垂直に立てた混合攪拌装置がそれらの障害物に当たり、混合攪拌装置の攪拌翼の回転方向と反対方向のぶれが大きく、一層鉛直精度は損なわれやすい状態となるという問題もあった。
また改良体のラップ施工が必要な場合にラップが確実に出来ない場合もあった。

また、図４に示すように混合攪拌装置４の貫入開始時には、混合攪拌装置４の攪拌翼５が改良予定地盤８の地表面８ａで矢印Ａ方向に回転し、掘削貫入を開始するのであるが、その時、混合攪拌装置４の躯体４Ｂには、攪拌翼５が回転する矢印Ａ方向と逆の矢印Ｂ方向に移動する力が働く。
そのため、改良開始時に混合攪拌装置４の攪拌翼５を設計改良位置に正しくセットしても、撹拌翼５が回転し始めると同時に混合撹拌装置４のセット位置は、攪拌翼５が回転する方向と逆方向の矢印Ｂ方向にずれるという問題があった。

また、混合攪拌装置４をセットした後、回転翼５の回転貫入初期の時点では、地表面Ｓの土が攪拌翼５によって掻き揚げられ、その際土壌中に混ざっている砂利などが障害となり、更にぶれの原因ともなっていた。

また、前記のタイプの地盤改良施工に当たっては、固化材スラリー混合の場合、図５に示すとおり、混入した固化材スラリー量の体積相当分は、地表面８ａに盛り上がり土（固化材混入泥土）１０として生ずるため、設計改良深さが混合攪拌装置４の躯体４Ｂの上端縁部の近傍までの深さの改良施工をする場合、固化材スラリーが混入した固化材混入泥土１０がアーム６先端のブラケット３部分、あるいはその上のシリンダー２部分にまで付着し、土粒子等がシリンダー２内に侵入することがあり、これらの部分が故障の原因になり易いという問題があった。

この発明は、バックホウ等の建設機械をベースマシンとしてその先端に鉛直方向に回動する混合攪拌装置を装着した地盤改良機の混合攪拌翼を、地表面から軟弱地盤中に貫入・引き抜きを行いつつ軟弱土と固化材を混合攪拌し、軟弱地盤を固化処理する地盤改良工法において、改良前に改良対象領域の地表面を予め掘削して、前記混合撹拌装置の混合攪拌翼が回転したときの円形軌道の半径相当の深度であり、かつ、混合攪拌装置の幅員と略同じ幅員からなる前掘溝を形成し、該前堀溝内に鉛直方向に回動する混合攪拌装置を建て込み地盤改良することを特徴とする。

本発明の地盤改良工法は上記のように、改良対象領域の地表面に前堀溝を形成する構成とし、該前堀溝内に建て込んだ混合攪拌装置の貫入時のぶれを前堀溝の側面で規制できるのでぶれを少なくすることができ、改良範囲の鉛直性の精度向上と施工位置セットの精度確保に大きく寄与することが出来る。
また、施工時に発生する盛り上がり泥土がブラケット、シリンダー部分に付着することを減少させることができるので、施工機械の作動性の向上・保守に寄与でき、もって、地盤改良の施工性を向上させることができる。

なお、本発明において使用する混合撹拌装置を用いて地盤改良を行うと、その改良平面形状は矩形となる。そのため、１００％より小さい改良率の設定、全面改良の場合の改良杭の重複が最小に抑えられる等の効果を奏することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の地盤改良工法に使用する地盤改良機の混合攪拌装置の先端攪拌翼を、改良対象地盤への貫入時前に、該地盤の地表面に別途用意したバックホウなどで予め掘削形成した前堀溝に、建て込んだ状態の概念図である。
また、図２は地盤改良機を平面的に表した図である。
図１〜２において、ベースマシン１はバックホウである。該ベースマシン１のアーム６の先端にはブラケット３が取り付けられ、該ブラケット３を介して混合攪拌装置４が装着されている。
また、混合攪拌装置４の先端部分には攪拌翼５が左右両側に取り付けられており、その近傍に、スラリー上部吐出口７ａ及びスラリー下部吐出口７ｂが配設されていて、前記地盤改良機による地盤改良は、平面的に図示した図２に示すように、改良対象領域に形成される地盤改良の平面改良形状が矩形状となるように構成されている。

固化材スラリーを図示しないセメント系固化材スラリーを製造するスラリープラントより圧送し、スラリー下部吐出口７ｂから吐出し始めたのを確認したら、攪拌翼５を回転させながら混合攪拌装置４を地盤８に貫入させる。
そのとき貫入を容易にするために図示されていない空気圧縮機から配管され混合攪拌装置４の先端部近傍から圧縮空気を噴射する。

改良施工は、スラリー下部吐出口７ｂから固化材スラリーを吐出し、また圧縮空気を併用しながら、設計改良深度までほぼ定速で貫入して、設計深度にて先端処理を行いながら固化材スラリーの吐出口をスラリー下部吐出口７ｂからスラリー上部吐出口７ａに変更し、ほぼ定速で混合攪拌装置４を引き上げる。
この引き上げが地表面８ａまで到達したら、１サイクルの施工が終了することになる。後は、ベースマシン１を移動させ隣の施工区画に移り、前記サイクルを繰り返すことにより、改良施工を続ける。

図３は、前記前堀溝９を横方向に連ねて長さｈ（ｎ施工区画分）だけ掘削設置し、１施工区画の面積Ａを施工中に盛り上がり土（固化材混入泥土）１０が盛り上がりつつある状況である。この前堀溝９の断面形状（Ｂ×Ｈ）と、盛り上がり土（固化材混入泥土）１０と、吐出した固化材スラリー量の関係については、段落番号１８にて説明する。

図４は前記の施工工程において、混合攪拌装置４が地中に貫入し始める時の状態を概念的に示す。
図４に示すように、混合攪拌装置４が地中に貫入し始める時、混合攪拌装置４は、ベースマシン１（バックホウ）が通常装備するバケットに比較して相当重量が大きくまた長さが長いから、アーム６先端のブラケット３が支点となるために必然的に、その先端の攪拌翼部分が回転する方向の逆の方向へ押し出され、施工位置がぶれやすく、回転トルクが大きければ大きいほど振れは大きい。
つまりこの貫入開始時には、攪拌翼５が地表面８ａで回転するから、混合攪拌装置４には、攪拌翼５が回転するＡ方向と逆のＢ方向に移動する力が働き、その上ベースマシン１による貫入力は一番弱い状態であるから、施工位置のセット精度と一層鉛直精度は損なわれやすい状態となる。
そこで、改良箇所の地表面８ａに図１に示すとおり前堀溝９を設けておけば、この前堀溝９が混合攪拌装置の貫入に当たってガイドホールのような役割を果たし、貫入時の鉛直精度の正確さ、次杭とのラップ精度の向上、施工方向性の管理のし易さ等の改善ができる。

また、前記の施工工程において、固化材スラリーを吐出しながら混合攪拌装置４を貫入及び引抜きを行う工程で、改良対象土と固化材スラリーの混合された固化材混入泥土１０が改良箇所の地表面部分に盛り上がってくる。
図５は、設計改良長１１が混合攪拌装置長さに近く混合攪拌装置が設計改良深度の下端に位置する場合で、固化材混入泥土１０がブラケット３及びシリンダー２部分に付着している状態を示すが、この盛り上がる固化材混入泥土１０の量は、当該区画に注入された固化材スラリー量と、混合攪拌装置４が占める体積相当量とほぼ等しい。
そこで、改良箇所の地表面８ａに前堀溝９を設けておけば、固化材混入泥土１０をこの前堀溝９部分に吸収することができ、ブラケット３及びシリンダー２部分に固化材混入泥土１０が付着することを防ぐことができる。

図３は、前堀溝９の形状（幅：B(m)、深さ：H(m)）と１区画当たりの盛り上がり土量Ｓ(m³)、改良対象土量Ｖ（m³）の関係を示す。
水固化材比(W/C)を1.0、固化材添加量をａ_w (ｔ/m³)、１区画の改良平面形状面積Ａ(m²)、改良杭数ｎ(個)とすると、ほぼ次式の関係が成り立つ。
V＝ｎ×A×L(m³)・・・・・・・・・・・（１）
S≒V×(ａ_ｗ／0.76)×（1.0〜1.2）・・・（２）
Ｂ×Ｈ×ｈ≧Ｓ・・・・・・・・・・・・（３）
前堀溝９の形状は、上式を満足するように現場条件に合わせて適宜設定すればよい。
また、改良工程が終了する時点では、改良対象領域の土は撹乱され固化材スラリーと混合されて泥土化しているため、混合撹拌装置４には、鉛直方向のロータリー式回転によって、貫入時より更に大きくぶれる力が加わるが、先行掘削した前堀溝９のために抑えられ振れが生じない。

また、本発明の改良工法に用いられる混合攪拌装置を、バックホウのアームの先端に取付け例を示したが、これに限定されるものでなく、三点支持式杭打機のリーダーに混合攪拌装置を装着し、昇降させながら混合攪拌しても良い。

なお、本地盤改良機による地表面からの地盤改良（浅層〜中層地盤改良）では、混合攪拌装置の貫入にあたり、固化材スラリーの吐出時期を地表面から任意の深さより開始し、引き抜き時に前記の任意の深度で停止することにより、空打ち部（地表面から任意の深さの固化材未混入部）を作ることが出来る。

施工１サイクル平面積2.25m²（□1.5m×1.5ｍ）設計改良深度8.0ｍ、セメント系固化材添加量100kg/m³、水固化材比1.0、固化材比重ρ＝3.12、注入スラリー体積は8.0ｍ貫入時に設計量の1/2仮定して約1.2m³、また、混合攪拌装置の占める概略体積は1.2m³（8.0ｍ貫入時）であったので、1サイクル当たりの溝掘削深度は、（1.2m³+1.2m³）÷2.25m²≒1.0ｍと計算された。
また、改良工程終了時には、注入スラリー体積は2.4m³であるから同じく溝掘削深度は2.4m³÷2.25m²≒1.0ｍであるので、施工対象区画を幅1.5m、深さ1.0ｍの溝状に掘削して地盤改良工を施工した。なお深さHは固化材添加量に応じ自在に設定すればよい。
なお、図３に施工状況の概念図を示す。

施工した結果、貫入開始時のぶれも少なく、設計貫入深度貫入時（貫入深度最大時）に盛り上がる固化材混入泥土１０がほぼ前堀溝９を満たし、ブラケット３及びシリンダー２部分に固化材混入泥土１０が付着することを防ぐことができた。

本発明は、ベースマシンに取り付けた混合攪拌装置により軟弱地盤を固化処理する地盤改良工の鉛直施工精度向上、施工機械保守の容易性に貢献できる。

本発明の工法に使用する地盤改良機の混合撹拌装置先端部が改良対象地盤への貫入時に、前堀溝に挿入された状態の概念図。 前記地盤改良機を平面的に表した図。 本発明の施工状態を示す概念図。 従来施工時の混合攪拌装置が地中に貫入し始める時の状態の概念図。 従来の工法における混合撹拌装置の長さと設計改良長がほぼ等しい場合の最深部改良状態を示す図。

符号の説明

１ ベースマシン
２ シリンダー
３ ブラケット
４ 混合攪拌装置
４Ｂ 躯体
５ 攪拌翼
６ アーム
７ａ スラリー上部吐出口
７ｂ スラリー下部吐出口
８ 地盤
８ａ 地表面
９ 前堀溝
１０ 盛り上がり土（固化材混入泥土）
１１ 設計改良深さ
Ａ 改良体平面形状面積
Ｂ 前堀溝の幅
Ｈ 前堀溝の深度

Claims (1)

1. バックホウ等の建設機械をベースマシンとしてその先端に鉛直方向に回動する混合攪拌装置を装着した地盤改良機の混合攪拌翼を、地表面から軟弱地盤中に貫入・引き抜きを行いつつ軟弱土と固化材を混合攪拌し、軟弱地盤を固化処理する地盤改良工法において、
   改良前に改良対象領域の地表面を予め掘削して、前記混合撹拌装置の混合攪拌翼が回転したときの円形軌道の半径相当の深度であり、かつ、混合攪拌装置の幅員と略同じ幅員からなる前掘溝を形成し、
   該前堀溝内に鉛直方向に回動する混合攪拌装置を建て込み地盤改良することを特徴とする地盤改良工法。

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