JP4966613B2

JP4966613B2 - 地盤改良工法および地盤改良装置

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Publication number: JP4966613B2
Application number: JP2006244145A
Authority: JP
Inventors: 利久谷口; 誠大塚
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-09-08
Also published as: JP2008063871A

Description

本発明は、回転軸の先端に装備した掘削ヘッドで地盤を掘削しながら回転軸を地盤に貫入する際の抵抗を小さくして、施工を容易にすることのできる地盤改良工法および地盤改良装置に関するものである。

地盤改良工法においては、地盤に貫入される回転軸の先端に地上から流体を送り込み、その流体を、回転軸の先端の攪拌翼や掘削ヘッドに設けた吐出口から掘削地盤中に噴射することが一般的に行われている。

特許文献１や特許文献２には、地上の供給手段から圧縮空気と液状物を、回転軸中の別経路を通して回転軸の先端に送り込み、攪拌翼に付設した混合エジェクターにより、圧縮空気に液状物を同伴させて噴射するものが開示されている。

図１１は一例として、特許文献１に記載された地盤改良装置の構成を示している。

この図１１において、地盤に貫入される回転軸５０１の内部には、圧縮空気用の供給管路５０２と液状物用の供給管路５０３とが設けられており、各供給管路５０２、５０３の上端入口５０２ａ、５０３ａには、圧縮空気供給装置５０４および液状物供給装置５０５からの配管５０４ａ、５０５ａがそれぞれ接続されている。

また、各供給管路５０２、５０３の下端出口５０２ｂ、５０３ｂは、回転軸５０１の下端の攪拌翼５０６に設けられた混合エジェクター５０７に接続されている。そして、混合エジェクター５０７により、供給管路５０２を通して送られて来た圧縮空気に、供給管路５０３を通して送られて来た液状物を同伴させて噴射するようになっている。
特許第３４１６７７４号公報特開２００３−７４０４９号公報

ところで、各流体種類毎に回転軸５０１の内部に供給管路（経路）５０２、５０３を設けて、最終的に土壌に向けて噴射する直前に流体を混合エジェクター５０７で混合して噴射する方式は、回転軸５０１の内部に多数の供給管路５０２、５０３を確保しなくてはならず、スイベルジョイントや軸内配管が複雑になるため、設備コストが嵩むという問題がある。

通常の施工装置では、回転軸内に供給管路を１〜２本だけ設けているのが一般的であり、そのような設備に、上記の特許文献１あるいは特許文献２に記載の技術を適用することは、コスト的に非常に難しい。

本発明は、上記事情を考慮し、コストの上昇を抑えつつ、地盤への貫入時の掘削抵抗を軽減して、施工能率を向上させることのできる地盤改良工法および同工法に使用する地盤改良装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の地盤改良工法は、地盤改良に際し、回転軸の先端に装備した掘削ヘッドで地盤を掘削して地盤中に回転軸を貫入し、その貫入時に、前記回転軸に沿って配した供給管路を通して地上から流体を送り込み、その流体を前記掘削ヘッドに設けた吐出口から掘削土壌に向けて噴射する地盤改良工法において、前記流体の供給装置として、地上に、圧水供給装置と圧縮空気供給装置とを備え、これら両供給装置から供給される圧水と圧縮空気を、前記供給管路の入口に導入する手前で合流させた上で、供給管路を通して前記掘削ヘッドに送り込み、前記吐出口から掘削土壌に向けて噴射することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の地盤改良工法であって、前記圧水供給装置から延ばした送水管に前記圧縮空気供給装置から延ばした送気管を合流させることで、圧水の流れに圧縮空気の流れを合流させ、その合流点の手前の、前記圧縮空気供給装置から延ばした送気管上に、前記合流点側からの流体の流れを阻止する逆止弁と、規定圧以上の圧力を逃がす安全弁と、を設けたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の地盤改良工法であって、前記掘削ヘッドに、下端縁に掘削爪を有した螺旋翼を設け、その螺旋翼の回転方向の背面側に流体の噴射ボックスを設け、その噴射ボックスに、前記螺旋翼の回転方向の前方へ向けて流体を吐出する吐出口、後方へ向けて流体を吐出する吐出口、螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出する吐出口、の少なくとも１つを設けたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の地盤改良工法であって、前記噴射ボックスに、螺旋翼の回転方向の前方へ向けて流体を吐出する吐出口と、後方へ向けて流体を吐出する吐出口と、螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出する吐出口と、の３種の吐出口を設け、掘削地盤の状況に応じて、いずれか１つの吐出口を選択的に開放して流体を吐出させ、他を塞ぐことを特徴とする。

請求項５の発明は、鉛直に支持され、先端に装備した掘削ヘッドで地盤を掘削して地盤中に貫入される回転軸と、該回転軸を回転させつつ昇降させる駆動装置と、前記回転軸に沿って配された第１の供給管路と、前記掘削ヘッドに設けられ、前記第１の供給管路を通して送り込まれてきた流体を掘削土壌に向けて吐出する吐出口と、地上に設けられた圧水供給装置および圧縮空気供給装置と、前記圧水供給装置から供給される圧水を前記第１の供給管路の入口に送り込む送水管と、前記第１の供給管路の入口の手前の前記送水管上に設けられた挿入口と、前記圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を前記挿入口に合流させる送気管と、前記送気管上に装備され、前記挿入口側からの流体の逆流を阻止する逆止弁と、該逆止弁の上流側の送気管上に装備され、規定圧以上の圧力を逃がす安全弁と、を備えたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５に記載の地盤改良装置であって、前記掘削ヘッドに、下端縁に掘削爪を有した螺旋翼が設けられ、その螺旋翼の回転方向の背面側に流体の噴射ボックスが設けられ、その噴射ボックスに、螺旋翼の回転方向の前方へ向けて流体を吐出する吐出口、後方へ向けて流体を吐出する吐出口、螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出する吐出口、のいずれか１つが設けられていることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載の地盤改良装置であって、前記噴射ボックスに、螺旋翼の回転方向の前方へ向けて流体を吐出する吐出口と、後方へ向けて流体を吐出する吐出口と、螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出する吐出口と、の３種の吐出口が、そのうちの１つのみを選択的に開放できるように設けられていることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の地盤改良装置であって、前記掘削ヘッドの上側に位置させて前記回転軸の先端に設けられた攪拌翼と、前記第１の供給管路とは別に前記回転軸に沿って配された第２の供給管路と、該第２の供給管路を通して地上から送られてきた安定材を前記攪拌翼の回転高さにおいて掘削土壌中に吐出する安定材の吐出口と、地上に設けられた安定材の圧送供給装置と、前記回転軸に沿って配された第２の供給管路の入口に、前記圧送供給装置から圧送された安定材を導入する安定材用の圧送管と、前記安定材の圧送供給装置から送られてくる安定材を、必要に応じて、前記第１の供給管路の入口に導入する流路変更手段と、を具備することを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８に記載の地盤改良装置であって、前記流路変更手段が、前記圧送管と送水管とを連絡する連絡管と、該連絡管を開閉する第１のバルブと、該第１のバルブが開のときに前記連絡管の接続点よりも前記送水管の上流側への流体の逆流を阻止するために閉じられる第２のバルブと、前記連絡管の接続点よりも下流側の前記圧送管上に設けられ、前記第１のバルブと連動して逆に開閉制御される第３のバルブと、から構成されいることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項５〜９のいずれか１項に記載の地盤改良装置であって、前記掘削ヘッドの上側に位置させて前記回転軸の先端に設けられた攪拌翼と、前記第１の供給管路とは別に前記回転軸に沿って配された第２の供給管路と、該第２の供給管路を通して地上から送られてきた安定材を前記攪拌翼の回転高さにおいて掘削土壌中に吐出する安定材の吐出口と、地上に設けられた安定材の圧送供給装置と、前記回転軸に沿って配された第２の供給管路の入口に、前記圧送供給装置から圧送された安定材を導入する安定材用の圧送管と、前記圧送管上に設けられた空気導入口と、前記圧縮空気供給手段より供給される圧縮空気を前記圧送管上の空気導入口に導入し、圧送管内を圧送される安定材の中に圧縮空気を混入させる空気導入管と、を具備することを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１０に記載の地盤改良装置であって、前記逆止弁の下流の送気管上に分岐点を設けてその分岐点より前記空気導入管を分岐して設けると共に、前記送気管を通して供給される圧縮空気の導入先を、前記送水管上の挿入口にするか圧送管上の空気導入口にするかを切り換える切換バルブ手段を設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、掘削ヘッドに設けた流体の吐出口から、掘削土壌に向かって圧水と圧縮空気の混合流体を噴射するので、掘削ヘッドと土砂の間の摩擦を効率良く減らすことができ、掘削抵抗を小さくすることができる。また、圧水と圧縮空気は、供給管路の入口に導入する手前で合流させた上で、供給管路を通して掘削ヘッドに送り込むので、回転軸に沿って設ける供給経路の数を増やさずにすみ、余分なコストアップを抑制することができる。

請求項２の発明によれば、圧水を送り込む送水管に圧縮空気を送り込む送気管を合流させることにより、圧水に圧縮空気を混ぜるので、簡単な構成で混合２流体を１本の供給管路の入口に導入することができる。また、合流点の手前の送気管上に逆止弁と安全弁を設けているので、何かの拍子に急激に送水管内の圧力が上昇した場合にも、逆止弁の作動により、圧水が圧縮空気供給装置側に侵入するのを確実に防止できる。また、何らかの原因で送気管内の圧力が急上昇するような場合にも、安全弁が働くことにより、規定以上の圧力上昇を抑えることができる。その結果、圧縮空気供給装置を安全に保護することができる。

請求項３の発明によれば、掘削ヘッドの螺旋翼の背面側に流体の噴射ボックスを設け、その噴射ボックスに流体の噴射方向を定める吐出口を設けているので、予め定めた方向に向かって圧水と圧縮空気の混合流体を噴射することができる。また、噴射ボックスに吐出口を設けていることから、無理のないレイアウトで必要な方向の吐出口を配置することができる。

請求項４の発明によれば、開放する吐出口と閉鎖する吐出口を予め決めることで、螺旋翼の回転方向の前方、または後方、あるいは螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出することができる。従って、砂質系等の粘着力の小さい地盤を掘削する場合は、螺旋翼の回転方向の前方へ向けて圧水と圧縮空気の混合流体を吐出することにより、螺旋翼の前方での掘削抵抗を減らすことができる。また、粘性の強い地盤を掘削する場合は、螺旋翼の回転方向の後方へ向けて圧水と圧縮空気の混合流体を吐出することにより、螺旋翼の背面に沿って移動する土砂との抵抗を減らすことができ、それにより掘削抵抗を減らすことができる。また、接合杭を施工するための掘削を行う場合は、螺旋翼の径方向外方へ向けて水と空気の混合流体を吐出することにより、螺旋翼の外周の回転抵抗を減らすことができる。

請求項５の発明によれば、掘削ロッドに設けた流体の吐出口から、掘削土壌に向かって、圧水と圧縮空気の混合流体を噴射することができるので、掘削ヘッドと土砂の間の摩擦を効率良く減らすことができ、掘削抵抗を小さくすることができる。また、圧水と圧縮空気は、第１の供給管路の入口に導入する手前で合流させた上で、第１の供給管路を通して掘削ヘッドに送り込むことができるので、回転軸に沿って設ける供給経路の数を増やさずにすみ、余分なコストアップを抑制することができる。

また、送水管と合流する手前の送気管上に逆止弁と安全弁を設けているので、何かの拍子に急激に送水管内の圧力が上昇した場合にも、逆止弁の作動により、圧水が圧縮空気供給装置側に侵入するのを確実に防止できるし、何らかの原因で送気管内の圧力が急上昇するような場合にも、安全弁が働くことにより、規定以上の圧力上昇を抑えることができ、その結果、圧縮空気供給装置を安全に保護することができる。

請求項６の発明によれば、掘削ヘッドの螺旋翼の背面側に流体の噴射ボックスを設け、その噴射ボックスに流体の噴射方向を定める吐出口を設けているので、予め定めた方向に向かって圧水と圧縮空気の混合流体を噴射することができる。また、噴射ボックスに吐出口を設けているので、無理のないレイアウトで、必要な方向の吐出口を配置することができる。

請求項７の発明によれば、開放する吐出口と閉鎖する吐出口を決めておくことで、螺旋翼の回転方向の前方、または後方、あるいは螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出することができる。従って、砂質系等の粘着力の小さい地盤を掘削する場合は、螺旋翼の回転方向の前方へ向けて圧水と圧縮空気の混合流体を吐出することにより、螺旋翼の前方での掘削抵抗を減らすことができる。また、粘性の強い地盤を掘削する場合は、螺旋翼の回転方向の後方へ向けて圧水と圧縮空気の混合流体を吐出することにより、螺旋翼の背面に沿って移動する土砂の抵抗を減らすことができ、それにより掘削抵抗を減らすことができる。また、接合杭を施工するための掘削を行う場合は、螺旋翼の径方向外方へ向けて水と空気の混合流体を吐出することにより、螺旋翼の外周の回転抵抗を減らすことができる。

請求項８の発明によれば、攪拌翼の回転高さに設けた吐出口から安定材を吐出して現地土と混合するという通常の使い方の他に、流路変更手段を設けたことにより、必要時に、掘削ヘッドの吐出口からも、安定材を吐出することができる。従って、掘削ヘッドの深さにおいても、地盤中に安定材を供給することができ、例えば、軟らかい地盤の場合は、回転軸の貫入時において、圧水の供給と安定材の供給を切り換えながら、掘削ヘッドの吐出口から交替で圧水と安定材を吐出することにより、貫入の時点で、掘削土に安定材を混合させることができる。また、硬い地盤の場合は、掘削ヘッドの吐出口から圧水を吐出しながら、地盤中に回転軸を貫入させ、貫入後の回転軸の引き抜き時に、攪拌翼の回転高さにおいて安定材を吐出し、また、圧水の代わりに掘削ヘッドの吐出口からも安定材を吐出し、それにより、安定材を現地土と混合させることができる。

請求項９の発明によれば、圧送管と送水管よりなる配管系に、連絡管と３つのバルブを設けるだけで流路変更手段を簡単に構成することができ、バルブの制御により、流路を適宜変更して、安定材を第２の供給管路ばかりでなく、第１の供給管路にも導入することができる。

請求項１０の発明によれば、攪拌翼の回転高さにおいて吐出する安定材の圧送管上に空気導入口を設け、その空気導入口から圧縮空気を安定材中に混入させることができるようにしたので、その圧縮空気の混入によって安定材の流動性を調整することができ、攪拌性能を向上させることができる。

請求項１１の発明によれば、安定材の圧送管上に設けた空気導入口に圧縮空気を導入する空気導入管を、逆止弁の下流の送気管上に分岐して設け、切換バルブ手段により圧縮空気の導入先を切り換えられるようにしたので、設備コストを抑えながら、掘削時と攪拌時の両方に有効に圧縮空気を役立てることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１に全体構成を示すように、本実施形態の地盤改良工法を実施する地盤改良装置は、ベースマシン１０２のリーダー１０３のガイド１０３ａに沿って鉛直方向に昇降自在に支持された回転軸１０１と、該回転軸１０１を昇降させるワイヤー吊り下げ式の昇降駆動装置１０４と、該昇降駆動装置１０４の昇降部に装備された回転駆動装置１０５とを有し、昇降駆動装置１０４によって回転軸１０１を昇降させながら、回転駆動装置１０５で回転軸１０１を回転駆動することにより、回転軸１０１の先端に取り付けた掘削攪拌手段１１０により地盤を掘削し、その掘削土壌中に安定材を注入し、攪拌混合して地盤を改良するものである。回転軸１０１は、リーダー１０３の下部に設けた下部振れ止め機構１５０によって掘削と貫入を案内される。

図２は地盤改良装置の要部のシステム構成を示す図、図３は回転軸１０１の先端に設けた掘削攪拌手段１１０の構成を示す図である。

回転軸１０１の内部には、図示しないが、回転軸１０１に沿って、圧水と圧縮空気を混合した摩擦軽減用の流体を流通させる第１の供給管路と、それと別系統で安定材を流通させる安定材用の第２の供給管路と、が設けられている。

また、地上には、安定材の圧送供給装置２０５として、ミルクプラント圧送ポンプ２０２および流量計２０３が設けられており、ミルクプラント圧送ポンプ２０２から流量計２０３を経て送り出される安定材を、安定材圧送管２０１およびスイベルジョイント１０８を介して、回転軸１０１内に配設した安定材用の第２の供給管路の上端入口に導入するようになっている。

また、地上には、圧水供給装置２１３および圧縮空気供給装置２２３が設けられている。圧水供給装置２１３は、加圧ポンプよりなる加水圧送装置２１１と、その圧力や流量を制御する加水制御装置２１２とから構成され、圧水を送水管２１０およびスイベルジョイント１０８を介して、回転軸１０１内に配設した主に摩擦軽減用流体の流通路である第１の供給管路の上端入口に導入するようになっている。

前記送水管２１０のスイベルジョイント１０８への導入部の直前には、挿入口２１５が設けられており、その挿入口２１５に、圧縮空気供給装置２２３から延ばした送気管２２０の先端が接続されている。

圧縮空気供給装置２２３は、空気圧縮機２２１と、その圧力や流量を制御する空気制御装置２１２とから構成されており、送気管２２０を通して送り込んだ圧縮空気を、挿入口２１５から送水管２１０内を流れる圧水に合流させるようになっている。

また、送水管２１０の圧力と送気管２２０の圧力は大きく違う可能性があることから、送気管２２０上には、挿入口２１５側からの流体の逆流を阻止する逆止弁２２４が設けられると共に、逆止弁２２４の上流側の送気管２２０上には、規定圧以上の圧力を逃がす安全弁２２５が設けられている。

また、圧送管２０１と送水管２１０の間には、安定材の圧送供給装置２０５から送られてくる安定材を、必要に応じて、通常は圧水の流通路である第１の供給管路の入口に導入する流路変更手段３００が設けられている。この場合の流路変更手段３００は、圧送管２０１上の分岐点２０４と送水管２１０上の分岐点２１４とを接続する連絡管３０１と、該連絡管３０１を開閉する第１のバルブ３１１と、該第１のバルブ３１１が開のときに連絡管３０１の接続点（分岐点２１４）よりも送水管２１０の上流側への流体の逆流を阻止するために閉じられる第２のバルブ３１２と、連絡管３０１の接続点（分岐点２０４）よりも下流側の圧送管２０１上に設けられ、第１のバルブ３１１と連動して逆に開閉制御される第３のバルブ３１３と、から構成されいる。なお、第１〜第３のバルブ３１１〜３１３はいずれも電磁バルブよりなり、図示しない制御装置により、互いに関連を持って制御される。

一方、掘削攪拌手段１１０としては、図３に示すように、回転軸１０１の最先端に掘削ヘッド１２０が設けられると共に、その上側に、攪拌翼１１２と共回り板１１３とが、上下方向に複数段に交互に設けられている。本実施形態では、掘削ヘッド１２０の回転半径は、攪拌翼１１２の回転半径よりも小さく設定されている。

攪拌翼１１２は、回転軸１０１から半径方向に直線的に延びるバー状のもので、回転軸１０１の軸線に対して傾斜した羽根板よりなる。最下段の攪拌翼１１２は、下端に掘削爪１１４を有しており、攪拌ばかりでなく掘削機能も果たせるようになっている。また、上段の攪拌翼１１２の回転方向の背面には、回転軸１０１内の供給管路を通して送られてくる安定材の吐出ボックス（吐出口）１１５が設けられている。この吐出ボックス１１５からの安定材の吐出は、主に回転軸１０１の引き上げのときに行われる。

また、掘削ヘッド１２０としては、下端縁１２１ａに多数の掘削爪１２２を有した２条の螺旋翼１２１が設けられている。この２条の螺旋翼１２１は、回転軸１０１を中心に１８０°対称に配置されており、それぞれが１８０°の角度範囲で巻いている。つまり、各螺旋翼１２１は半ピッチ分だけ設けられている。

また、各螺旋翼１２１の下端縁１２１ａは、外周端から内周端に向かって上り傾斜した直線状になっており、２つの螺旋翼１２１の下端縁１２１ａで構成される掘削ヘッド１２０の先端が、中心部が凹み、周縁部が突出した下向きの凹形状になっている。

そして、一方の螺旋翼１２１の回転方向の背面側に、図４に示すように、摩擦軽減用の流体の噴射ボックス１３０が設けられている。この噴射ボックス１３０は、図５に示すように、長方形ブロック状のボックス本体１３１と、その外面の必要箇所にボルトで固定されたカバー１４１、１４２、１４３とからなる。

ボックス本体１３１は、長手方向の一方の端面に流体の入口１３２、内部にその入口１３２に連なる分岐通路１３３を有し、短手方向の両端面と長手方向の他端面に、前記分岐通路１３３に連なる吐出口１３５、１３６、１３７を有しており、螺旋翼１２１の背面に取り付けられた状態で、吐出口１３５は螺旋翼１２１の回転方向の前方へ向き、吐出口１３６は螺旋翼１２１の回転方向の後方へ向き、吐出口１３７は螺旋翼１２１の回転半径方向外方へ向いている。また、ボックス本体１３１の入口１３２に、回転軸１０１を通して配設した摩擦軽減用の流体の供給管路の先端の配管１１８が接続されている。

カバー１４１、１４２、１４３は、各吐出口１３７に合わせて設けられており、任意に取り付けできるようになっている。図示例では、このうち１つのカバー１４１だけが、噴射口１４１ａを有する開放用となっており、他のカバー１４２、１４３は閉鎖用となっている。開放用のカバー１４１を取り付けた場合は、その吐出口１３５を開放でき、閉鎖用のカバー１４２、１４３を取り付けた場合は、その吐出口１３６、１３７を閉鎖できるようになっている。つまり、カバー１４１〜１４３の付け替えにより、３種の吐出口のうちの１つのみを選択的に開放できるようになっている。

次に上記構成の地盤改良装置を用いた地盤改良工法について説明する。

地盤改良に際しては、まず、昇降駆動装置１０４および回転駆動装置１０５により回転軸１０１を回転させつつ、掘削ヘッド１２０を地盤に向けて下降させる。それにより、回転軸１０１の先端に装備した掘削ヘッド１２０で地盤を掘削し、地盤中に回転軸１０１を貫入していく。

その貫入時には、圧水供給装置２１３から圧水を供給し、圧縮空気供給装置２２３から圧縮空気を供給する。そうすると、供給された圧水と圧縮空気が挿入口２１５を通過する時点で合流し、スイベルジョイント１０８を介して回転軸１０１内の第１の供給管路の上端入口に導入される。

そして、第１の供給管路を通して掘削ヘッド１２０に送り込まれた圧水と圧縮空気の混合流体は、噴射ボックス１３０の開放された吐出口１３５、１３６、１３７から掘削土壌に向けて噴射される。図示例では、吐出口１３５が開放されているので、その吐出口１３５およびカバー１４１の噴射口１４１ａを通して、螺旋翼１２１の回転方向の前方へ向けて混合流体が吐出される。

このように、掘削ヘッド１２０に設けた流体の吐出口１３５〜１３７から、掘削土壌に向かって圧水と圧縮空気の混合流体を噴射するので、掘削ヘッド１２０と土砂の間の摩擦を効率良く減らすことができ、掘削抵抗を小さくすることができる。その結果、図１に示すような掘削抵抗の偏り等による回転軸１０１の振れθ（軸ずれ）を減らす効果も期待できる。

また、圧水と圧縮空気は、第１の供給管路の入口に導入する手前で合流させた上で、第１の供給管路を通して掘削ヘッド１２０に送り込むので、回転軸１０１に沿って設ける供給経路の数を増やさずにすみ、余分なコストアップを回避できる。

また、圧水を送り込む送水管２１０の途中に挿入口２１５を設け、その挿入口２１５に圧縮空気を送り込む送気管２２０の先端を接続するだけで、圧水に圧縮空気を混ぜることができるので、簡単な構成で混合２流体を１本の供給管路の入口に導入することができる。

また、合流点の手前の送気管２２０上に逆止弁２２４と安全弁２２５を設けているので、何かの拍子に急激に送水管２１０内の圧力が上昇した場合にも、逆止弁２１４の作動により、圧水が圧縮空気供給装置２２３側に侵入するのを確実に防止できる。また、何らかの原因で送気管２２０内の圧力が急上昇するような場合にも、安全弁２２５が働くことにより、規定以上の圧力上昇を抑えることができるので、圧縮空気供給装置２２３を安全に保護することができる。

また、掘削ヘッド１２０の螺旋翼１２１の背面側に流体の噴射ボックス１３０を設け、その噴射ボックス１３０に流体の噴射方向を定める吐出口１３５〜１３７を設けているので、予め定めた方向に向かって圧水と圧縮空気の混合流体を噴射することができる。また、噴射ボックス１３０に吐出口１３５〜１３７を設けていることから、無理のないレイアウトで必要な方向を向いた吐出口１３５〜１３７を配置することができる。

また、開放する吐出口と閉鎖する吐出口を決め、開放する吐出口には噴射口のついた開放用のカバーを取り付け、閉鎖する吐出口には閉鎖用のカバーを取り付けることで、螺旋翼１２１の回転方向の前方、または後方、あるいは、螺旋翼１２１の回転半径方向外方へ向けて、選択的に流体を吐出することができる。

従って、砂質系等の粘着力の小さい地盤を掘削する場合は、螺旋翼１２１の回転方向の前方へ向けて圧水と圧縮空気の混合流体を吐出することにより、螺旋翼１２１の前方での掘削抵抗を減らすことができる。また、粘性の強い地盤を掘削する場合は、螺旋翼１２１の回転方向の後方へ向けて圧水と圧縮空気の混合流体を吐出することにより、螺旋翼１２１の背面に沿って移動する土砂との抵抗を減らすことができ、それにより掘削抵抗を減らすことができる。さらに、接合杭を施工するための掘削を行う場合は、螺旋翼１２１の径方向外方へ向けて水と空気の混合流体を吐出することにより、螺旋翼１２１の外周の回転抵抗を減らすことができる。

所定深度までの回転軸１０１の貫入が終了したら、次に、ミルクプラント圧送ポンプ２０２を運転し、圧送管２０１及び第２の供給管路を経由して、攪拌翼１１２の吐出ボックス１１５から安定材を吐出しながら、回転軸１０１を引き上げていき、現地土と安定材を攪拌・混合し、円柱状に改良体（杭体）を構築していく。以上により、効率良く地盤改良を行うことができる。

なお、図６に示すように、攪拌翼１１２よりも掘削ヘッド１２０の回転半径が小さい場合は、掘削した孔底部ＭＡの径Ｄ１が改良体（杭体が構築される孔を符号ＭＢで示す）の径Ｄ２よりも小さくなるので、所定径・所定深度の杭体を構築する場合は、掘削ヘッド１２０の高さ分だけ仕様外となり、そのため、その分だけ深さを余分に掘削しておく必要があるが、図７、図８に示す掘削攪拌手段１１０Ｂのように、攪拌翼１１２と掘削ヘッド１２０Ｂの回転半径をほぼ等しく設定しておけば、掘削した孔底部ＭＡの径Ｄ１が改良体（杭体が構築される孔を符号ＭＢで示す）の径Ｄ２と等しくなるので、孔内全長を有効径を有する杭体として構成することができる。従って、掘削抵抗が大きくなることを考慮しない場合は、その方が有利である。

また、上述したような、攪拌翼１１２の回転高さに設けた吐出ボックス１１５から安定材を吐出して現地土と混合するという通常の使い方の他に、流路変更手段３００を設けたことにより、必要時には、送水管２１０及び第１の供給管路を経由し、掘削ヘッド１２０の噴射ボックス１３０からも、安定材を吐出することができ、掘削ヘッド１２０の深さにおいて地盤中に安定材を供給することもできる。

例えば、掘削ヘッド１２０の噴射ボックス１３０および攪拌翼１１２の吐出ボックス１１５の両方から適当な比率（１０：０〜０：１０まで自由に比率を変更できる）で安定材を吐出する場合は、第２のバルブ３１２を閉じ、第１のバルブ３１１と第３のバルブ３１３の開閉割合を適当に設定する。そうすることにより、圧送管２０１及び第２の供給管路を通して攪拌翼１１２の吐出ボックス１１５から安定材を土中に吐出できると共に、送水管２１０及び第１の供給管路を通して掘削ヘッド１２０の噴射ボックス１３０から安定材を土中に吐出できる。

従って、例えば、軟らかい地盤の場合は、回転軸１０１の貫入時において、圧水の供給と安定材の供給を切り換えながら、掘削ヘッド１２０の噴射ボックス１３０から交替で圧水と安定材を吐出することにより、貫入の時点で、掘削土に安定材を混合させることができる。

また、硬い地盤の場合は、掘削ヘッド１２０の噴射ボックス１３０から圧水を吐出しながら、地盤中に回転軸１０１を貫入させ、貫入後の回転軸１０１の引き抜き時に、攪拌翼１１２の回転高さにおいて安定材を吐出し、また、圧水の代わりに掘削ヘッド１２０の噴射ボックス１３０からも安定材を吐出し、それにより、安定材を現地土と混合させることができる。

なお、流路変更手段３００は、圧送管２０１と送水管２１０よりなる配管系に、連絡管３０１と３つのバルブ３１１〜３１３を設けるだけで簡単に構成することができる。

図９は、本発明の他の実施形態の要部構成を示す図である。

この実施形態の地盤改良装置では、安定材の圧送管２０１上に空気導入口２０６を設け、その空気導入口２０６に、逆止弁２２４の下流の送気管２２０上に設けた分岐点２２６から分岐して設けた空気導入管２２０Ａの先端を接続し、圧送管２０１内を圧送される安定材の中に圧縮空気を混入させることができるようにしている。また、送気管２２０を通して供給される圧縮空気の導入先を、送水管２１０上の挿入口２１５にするか圧送管２０１上の空気導入口２０６にするかを切り換える切換バルブ手段として、分岐点２２６の下流側に、２つのバルブ２２７、２２８を設けている。

このような構成を採用することにより、地盤掘削時には、バルブ２２７を開いてバルブ２２８を閉じることにより、圧縮空気を圧水に混入させることができ、その混合流体を掘削ヘッド１２０に送り込むことができ、上述の効果を発揮することができる。また、攪拌時には、バルブ２２７を閉じバルブ２２８を開くことにより、圧縮空気を安定材に混入させることができ、圧縮空気の混入した安定材を攪拌状態の掘削土壌中に吐出することができる。従って、圧縮空気の混入によって安定材の流動性を調整することができ、攪拌性能を向上させることができる。

また、そのために用意する空気導入管２２０Ａは、逆止弁２２４の下流の送気管２２０上に分岐して設け、バルブ２２７、２２８で圧縮空気の導入先を切り換えるようにしているので、設備コストを抑えながら、掘削時と攪拌時の両方に有効に圧縮空気を役立てることができる。

図１０は、本発明の更に別の実施形態の要部構成を示す図である。

この実施形態の地盤改良装置では、空気制御装置２２２と逆止弁２２４の間の管路上に、図２に示すように直接安全弁２２５を設けるのではなく、同管路上にタンク２２９を設け、そのタンク２２９に安全弁２２５を取り付けている。その他の構成は、図９の実施形態と同様である。

このように構成した場合は、逆流流体（水やミルク）がもし逆止弁２２４を潜り抜けてしまった場合も、タンク２２９を介して安全弁２２５により外部に放出することができ、空気制御装置への水やミルクの逆流を確実に防止することができる。

本発明の実施形態の地盤改良工法を実施する地盤改良装置の全体構成の概要を示す側面図である。地盤改良装置の要部のシステム構成を示す図である。地盤改良装置の回転軸の先端に設けた掘削攪拌手段の構成を示す側面図である。前記掘削攪拌手段を構成する掘削ヘッドの、上下逆にして見た斜視図である。前記掘削ヘッドの螺旋翼の背面に設けられる噴射ボックスの構成図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。本発明の実施形態の地盤改良装置の掘削攪拌手段により地盤に孔掘削を行っている状態を示す断面図である。本発明の他の実施形態の地盤改良装置の要部を拡大して示す側面図である。図７の地盤改良装置の掘削攪拌手段により地盤に孔掘削を行っている状態を示す断面図である。本発明の更に他の実施形態の地盤改良装置の要部のシステム構成を示す図である。本発明の更に別の実施形態の地盤改良装置の要部のシステム構成を示す図である。従来の地盤改良装置の構成を示す側面図である。

符号の説明

１０１回転軸
１０４昇降駆動装置
１０５回転駆動装置
１１０，１１０Ｂ掘削攪拌手段
１１２攪拌翼
１１５安定材の吐出ボックス（吐出口）
１２０，１２０Ｂ掘削ヘッド
１２１螺旋翼
１２１ａ下端縁
１２２掘削爪
１３０噴射ボックス（吐出口）
１３５〜１３７吐出口
２０１圧送管
２０４分岐点（接続点）
２０５安定材の圧送供給装置
２０６空気導入口
２１０送水管
２１３圧水供給装置
２１４分岐点（接続点）
２１５挿入口（合流点）
２２０送気管
２２３圧縮空気供給装置
２２４逆止弁
２２５安全弁
２２０Ａ空気導入管
２２６分岐点
２２７バルブ（切換バルブ）
２２８バルブ（切換バルブ）
２２９タンク
３００流路変更手段
３０１連絡管
３１１第１のバルブ
３１２第２のバルブ
３１３第３のバルブ

Claims

地盤改良に際し、回転軸の先端に装備した掘削ヘッドで地盤を掘削して地盤中に回転軸を貫入し、その貫入時に、前記回転軸に沿って配した供給管路を通して地上から流体を送り込み、その流体を前記掘削ヘッドに設けた吐出口から掘削土壌に向けて噴射する地盤改良工法において、
前記流体の供給装置として、地上に、圧水供給装置と圧縮空気供給装置とを備え、これら両供給装置から供給される圧水と圧縮空気を、前記供給管路の入口に導入する手前で合流させた上で、供給管路を通して前記掘削ヘッドに送り込み、前記吐出口から掘削土壌に向けて噴射することを特徴とする地盤改良工法。
請求項１に記載の地盤改良工法であって、
前記圧水供給装置から延ばした送水管に前記圧縮空気供給装置から延ばした送気管を合流させることで、圧水の流れに圧縮空気の流れを合流させ、その合流点の手前の、前記圧縮空気供給装置から延ばした送気管上に、前記合流点側からの流体の流れを阻止する逆止弁と、規定圧以上の圧力を逃がす安全弁と、を設けたことを特徴とする地盤改良工法。
請求項１に記載の地盤改良工法であって、
前記掘削ヘッドに、下端縁に掘削爪を有した螺旋翼を設け、その螺旋翼の回転方向の背面側に流体の噴射ボックスを設け、その噴射ボックスに、前記螺旋翼の回転方向の前方へ向けて流体を吐出する吐出口、後方へ向けて流体を吐出する吐出口、螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出する吐出口、の少なくとも１つを設けたことを特徴とする地盤改良工法。
請求項３に記載の地盤改良工法であって、
前記噴射ボックスに、螺旋翼の回転方向の前方へ向けて流体を吐出する吐出口と、後方へ向けて流体を吐出する吐出口と、螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出する吐出口と、の３種の吐出口を設け、掘削地盤の状況に応じて、いずれか１つの吐出口を選択的に開放して流体を吐出させ、他を塞ぐことを特徴とする地盤改良工法。
鉛直に支持され、先端に装備した掘削ヘッドで地盤を掘削して地盤中に貫入される回転軸と、
該回転軸を回転させつつ昇降させる駆動装置と、
前記回転軸に沿って配された第１の供給管路と、
前記掘削ヘッドに設けられ、前記第１の供給管路を通して送り込まれてきた流体を掘削土壌に向けて吐出する吐出口と、
地上に設けられた圧水供給装置および圧縮空気供給装置と、
前記圧水供給装置から供給される圧水を前記第１の供給管路の入口に送り込む送水管と、
前記第１の供給管路の入口の手前の前記送水管上に設けられた挿入口と、
前記圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を前記挿入口に合流させる送気管と、
前記送気管上に装備され、前記挿入口側からの流体の逆流を阻止する逆止弁と、
該逆止弁の上流側の送気管上に装備され、規定圧以上の圧力を逃がす安全弁と、
を備えたことを特徴とする地盤改良装置。
請求項５に記載の地盤改良装置であって、
前記掘削ヘッドに、下端縁に掘削爪を有した螺旋翼が設けられ、その螺旋翼の回転方向の背面側に流体の噴射ボックスが設けられ、その噴射ボックスに、螺旋翼の回転方向の前方へ向けて流体を吐出する吐出口、後方へ向けて流体を吐出する吐出口、螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出する吐出口、のいずれか１つが設けられていることを特徴とする地盤改良装置。
請求項６に記載の地盤改良装置であって、
前記噴射ボックスに、螺旋翼の回転方向の前方へ向けて流体を吐出する吐出口と、後方へ向けて流体を吐出する吐出口と、螺旋翼の回転半径方向外方へ向けて流体を吐出する吐出口と、の３種の吐出口が、そのうちの１つのみを選択的に開放できるように設けられていることを特徴とする地盤改良装置。
請求項５〜７のいずれか１項に記載の地盤改良装置であって、
前記掘削ヘッドの上側に位置させて前記回転軸の先端に設けられた攪拌翼と、
前記第１の供給管路とは別に前記回転軸に沿って配された第２の供給管路と、
該第２の供給管路を通して地上から送られてきた安定材を前記攪拌翼の回転高さにおいて掘削土壌中に吐出する安定材の吐出口と、
地上に設けられた安定材の圧送供給装置と、
前記回転軸に沿って配された第２の供給管路の入口に、前記圧送供給装置から圧送された安定材を導入する安定材用の圧送管と、
前記安定材の圧送供給装置から送られてくる安定材を、必要に応じて、前記第１の供給管路の入口に導入する流路変更手段と、
を具備することを特徴とする地盤改良装置。
請求項８に記載の地盤改良装置であって、
前記流路変更手段が、
前記圧送管と送水管とを連絡する連絡管と、
該連絡管を開閉する第１のバルブと、
該第１のバルブが開のときに前記連絡管の接続点よりも前記送水管の上流側への流体の逆流を阻止するために閉じられる第２のバルブと、前記連絡管の接続点よりも下流側の前記圧送管上に設けられ、前記第１のバルブと連動して逆に開閉制御される第３のバルブと、
から構成されいることを特徴とする地盤改良装置。
請求項５〜９のいずれか１項に記載の地盤改良装置であって、
前記掘削ヘッドの上側に位置させて前記回転軸の先端に設けられた攪拌翼と、
前記第１の供給管路とは別に前記回転軸に沿って配された第２の供給管路と、
該第２の供給管路を通して地上から送られてきた安定材を前記攪拌翼の回転高さにおいて掘削土壌中に吐出する安定材の吐出口と、
地上に設けられた安定材の圧送供給装置と、
前記回転軸に沿って配された第２の供給管路の入口に、前記圧送供給装置から圧送された安定材を導入する安定材用の圧送管と、
前記圧送管上に設けられた空気導入口と、
前記圧縮空気供給手段より供給される圧縮空気を前記圧送管上の空気導入口に導入し、圧送管内を圧送される安定材の中に圧縮空気を混入させる空気導入管と、
を具備することを特徴とする地盤改良装置。
請求項１０に記載の地盤改良装置であって、
前記逆止弁の下流の送気管上に分岐点を設けてその分岐点より前記空気導入管を分岐して設けると共に、前記送気管を通して供給される圧縮空気の導入先を、前記送水管上の挿入口にするか圧送管上の空気導入口にするかを切り換える切換バルブ手段を設けたことを特徴とする地盤改良装置。