JP5029404B2 - 回転式掘削機、掘削撹拌工法 - Google Patents

Description

本発明は、ソイルセメント地中壁を構築する際に地盤に掘削溝を形成するための回転式掘削機及びこの回転式掘削機を用いた掘削撹拌工法に関する。

従来より、地中構造物を構築するための土留壁としてソイルセメント地中壁が用いられている。このようなソイルセメント地中壁の構築方法として、掘削機本体の下部に複数のカッタードラムを備えた回転式掘削機を用いて地盤を掘削し、地盤を掘削することで発生した掘削土にセメントミルク等の混入液を混合撹拌してソイルセメントを製造し、このソイルセメントに芯材を埋設する方法が知られている。

このような回転式掘削機の掘削効率を向上する方法として、例えば、特許文献１には、掘削機本体を振動させる振動装置を備えた回転式掘削機が記載されている。かかる回転式掘削機によれば、地盤を掘削する際に掘削機本体を振動させることにより、カッタードラムが振動するため、掘削する際にカッタードラムに作用する掘削反力が軽減され、掘削効率を向上することができる。

また、例えば、特許文献２には、カッタードラムにより地盤を掘削する際に、掘削水を高圧で噴射することにより、掘削により発生した土砂に流動性を与える方法が記載されている。かかる方法によれば、掘削した土砂が順次上方に押しやられることで、掘削の進行を妨げることを防止できるため、掘削効率を向上することができる。

特開２００４―２５１０５７号公報 特開平９−２７３１５０号公報

特許文献１に記載の回転式掘削機では、掘削機本体を大きく振動させなければ、上記の効果が充分に得られない。しかしながら、掘削機本体を大きく振動させると、この振動が地盤を伝わり、幅広い範囲に広がってしまい、周辺住民の住環境を損ねてしまう。

また、特許文献２に記載の方法では、地盤を掘削することで発生した掘削土に掘削水を混入させるため、掘削により発生した土砂の容積が増加してしまい、排土が増加してしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、周囲の住環境を損ねることなく、また、排土の発生を抑えつつ回転式掘削機の掘削効率を向上することである。

本発明の回転式掘削機は、地下水を含む地盤を掘削撹拌するための回転式掘削機であって、掘削機本体と、前記掘削機本体の下部に取り付けられたカッタードラムと、発生した振動が前記掘削機本体に伝達されないように前記掘削機本体に取り付けられた振動体と、を備えることを特徴とする。

上記の回転式掘削機において、前記掘削機本体には、前記振動体を取り付けるための環状の取付部を備え、前記振動体は、振動を発生する振動体本体と、前記振動体本体から延び、前記取付部の内側を、その内面と隙間をもって通過する棒状部と、前記棒状部に固定され、前記棒状部が、前記環状部の内側から抜け落ちるのを防止する係止部とを備えてもよい。

また、前記振動体は、前記掘削機本体に可撓性部材により吊り下げられていてもよい。
また、前記振動体は、前記掘削機本体の下部に取り付けられていてもよい。さらに、前記振動体は、前記掘削機本体の上部にも取り付けられていてもよい。
また、前記掘削機本体には凹部が形成されており、前記振動体は前記凹部の内部に取り付けられていてもよい。

また、本発明の地盤の掘削撹拌工法は、上記の回転式掘削機を用いた地盤の掘削撹拌工法であって、前記カッタードラムを回転させるとともに、前記掘削機本体の下部に設けられた振動手段を振動させながら、前記掘削機本体を下降させて地盤を掘削撹拌し、前記掘削機本体の上部に設けられた振動体を振動させながら、前記掘削機本体を上昇させて地上まで引き上げることを特徴とする。

本発明によれば、掘削機本体はほとんど振動することなく、掘削機周囲の地盤の地下水に対してのみ振動を加えることができる。これにより、地盤の地下水の間隙水圧が上昇し、有効応力が低下するため、地盤のせん断抵抗（すなわち強度）が低下する。このため、周囲に振動を伝播させることなく、掘削機の掘削効率を向上することができる。また、掘削の際に地盤に含まれる地下水を利用することにより掘削水が不要となるため、排土の増加を抑えることができる。

以下、本発明の回転式掘削機の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の回転式掘削機１００により地盤を掘削している様子を示す壁延長方向の鉛直断面図である。また、図２は、本実施形態の回転式掘削機１００の構成を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。本実施形態の回転式掘削機１００は、ソイルセメント地中壁を構築する際に、地盤１０を掘削するとともに、原位置において地盤１０を掘削して発生した土砂及びセメントミルク等の混入液を撹拌するためのものである。図１に示すように、回転式掘削機１００は、クローラ等の揚重機２００により揚重されて用いられる。また、回転式掘削機１００には、地上の供給設備２１０より混入液を供給するホース２２０が接続されている。

図２に示すように、回転式掘削機１００は、掘削機本体１１０と、掘削機本体１１０の下部に設けられた一対のカッタードラム１２０と、掘削機本体１１０の上部及び下部に設けられたバイブレータ１３０Ａ，１３０Ｂと、を備える。また、掘削機本体１００には、その内部を上下方向に貫通するように混入液供給管１４０が設けられている。この混入液供給管１４０の上端に地上の供給設備２１０から延びるホース２２０を接続し、供給設備２１０からホース２２０に混入液を供給することにより、掘削機本体１１０の下部に設けられた排出口１４０Ａから土砂に混入液を供給することができる。

掘削機本体１１０は、直方体の枠状に鋼材が組まれ、その外周面に鋼板が取り付けられて構成される。掘削機本体１１０の正面及び裏面（地盤掘削時における壁厚方向両面）の上部及び下部には、水平方向に間隔を空けて、夫々複数の縦長状の凹部１１０Ａ，１１０Ｂが形成されている。また、掘削機本体１１０の側面の上部及び下部の両側部にも凹部１１０Ａ，１１０Ｂが形成されている。そして、これら凹部１１０Ａ，１１０Ｂ内にバイブレータ１３０Ａ，１３０Ｂが設置されている。このようにバイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂは、凹部１１０Ａ，１１０Ｂ内に収容されているため、後述する地盤１０を掘削する際に回転式掘削機１００を降下させる工程や、回転式掘削機１００を地上まで引き上げる工程において、バイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂが掘削溝の内周面と干渉することを防止できる。

図３は、掘削機本体１１０の凹部１１０Ａ、１１０Ｂ内に取り付けられたバイブレータ１３０Ａ，１３０Ｂを示す図である。同図に示すように、バイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂは、バイブレータ本体（特許請求の範囲における振動体本体に相当）１３１と、バイブレータ本体１３１の上下面から突出する芯棒（特許請求の範囲における棒状部に相当）１３２と、芯棒１３２の先端に接続された皿状部材（特許請求の範囲における係止部に相当）１３３とから構成される。バイブレータ本体１３１の内部には偏心した錘が接続されたモータ（不図示）が内蔵されており、このモータにより錘が回転させられることにより振動が発生し、発生した振動は芯棒１３２及び皿状部材１３３に伝達される。

バイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂは、芯棒１３２を凹部１１０Ａ、１１０Ｂ内に固設された支持リング１３４（特許請求の範囲における環状の取付部に相当）に挿通させることにより、凹部１１０Ａ、１１０Ｂ内に保持されている。また、皿状部材１３３が、支持リング１３４の内径に比べて大きな外径に形成されているため、バイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂの脱落が防止されている。支持リング１３４の内径は芯棒１３２の外径に比べて大きく、芯棒１３２はその一部しか支持リング１３４に当接していないため、バイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂの振動はほとんど掘削機本体１１０に伝達されない。

なお、これらバイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂとしては、後述する地盤１０を掘削撹拌する際には、掘削機本体１１０の下方の地盤１０に含まれる地下水のみに振動を加えることができればよく、また、回転式掘削機１００を引き上げる際には、掘削機本体１１０の上部の掘削土に含まれる地下水のみに振動を加えることができればよいので、小型のものを用いることができる。

以下、本実施形態の回転式掘削機１００により地盤１０を掘削撹拌し、ソイルセメントを製造する方法を説明する。なお、本実施形態の回転式掘削機１００による掘削撹拌の対象となる地盤１０は地下水を含む地盤である。

図４は、回転式掘削機１００により地盤１０を掘削撹拌する様子を示す図である。同図に示すように、地盤１０を掘削撹拌する際には、カッタードラム１２０を回転させるとともに、掘削機本体１１０の下部に取り付けられたバイブレータ１３０Ｂを振動させる。

バイブレータ１３０Ｂを振動させると、その振動は掘削機本体１１０の下方の地盤１０に含まれる地下水に伝わる。砂を多く含む砂質土は、土砂の粒子同士のせん断抵抗による摩擦によって安定を保っているが、上記のように、バイブレータ１３０Ｂにより地盤１０に含まれる地下水に振動が加えられると、地下水の間隙水圧が上昇し、有効応力が減少する。これに伴い、砂の粒子同士のせん断抵抗が低下し、地盤１０の強度が低下する、いわゆる液状化現象が発生し、その結果、地盤１０が軟弱になり掘削作業の効率が向上される。また、このように地盤１０が液状化することにより、カッタードラム１２０に地盤を掘削することにより生じた土砂（以下、掘削土という）が付着することを防止できるので、さらに掘削作業の効率を向上することができる。

しかも、上記のように、バイブレータ１３０Ｂの振動は掘削機本体１１０に伝達されず、さらに、バイブレータ１３０Ｂとして小型のものが用いられているため、バイブレータ１３０Ｂの振動が周囲の地盤１０に伝達されるのを抑止することができる。
このようにして地盤１０を掘削しながら、揚重機により回転式掘削機１００を下降させて、地中壁の底部にあたる深さまで地盤を掘削撹拌する。

上記のようにして回転式掘削機１００により地中壁の底部にあたる深さまで地盤１０を掘削撹拌した後、揚重機により回転式掘削機１００を地上まで引き上げる。
図５は、回転式掘削機１００を引き上げる様子を示す図である。同図に示すように、回転掘削機１００を引き上げる際には、掘削機本体１１０の上部に取り付けられたバイブレータ１３０Ａを振動させる。これにより、地盤１０を掘削撹拌する場合と同様に、掘削機本体１１０の上部に位置する掘削土に含まれる地下水に振動が加えられ、掘削土が流動化して抵抗が小さくなるため、容易に回転式掘削機１００を地上まで引き上げることができる。

上記のように回転式掘削機１００を引き上げるとともに、地上から供給された混入液を掘削機本体１１０の下部に設けられた排出口１４０Ａから掘削土に供給する。供給された混入液はカッタードラム１２０が回転することにより掘削土と撹拌され、原位置においてソイルセメント２０を製造することができる。

このようにしてソイルセメント２０を製造した後、芯材となるＨ型鋼をソイルセメント２０内に建て込み、ソイルセメント２０が硬化することでソイルセメント地中壁が構築される。

本実施形態によれば、掘削機本体１１０の下部に取り付けられたバイブレータ１３０Ｂを振動させることにより、地下水を含む地盤１０が液状化し、地盤１０の耐力が低下するため、掘削効率を向上することができる。さらに、地盤１０が液状化することにより、掘削した土砂がカッタードラム１２０に付着することを防止できるため、掘削効率をより向上することができる。

また、バイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂが掘削機本体１１０に振動が伝わらない状態で保持されており、さらに、バイブレータ１３０Ａ，１３０Ｂとして小型のものが用いられているため、これらバイブレータ１３０Ａ，１３０Ｂを振動させても掘削機本体１１０がほとんど振動することはない。このため、周囲の地盤１０への振動の伝播を抑えることができ、周囲の地盤や近隣住民に対する影響を抑えることができる。

また、本実施形態によれば、掘削の際に地下水を利用しており、掘削水を供給する必要がないため、掘削土の容積が増大することがなく、排土量を削減することができる。

また、掘削機本体１１０の上部にもバイブレータ１３０Ａを設けることにより、回転式掘削機１００の引き上げ時の掘削土の抵抗を抑えることができるため、大型の揚重機を用いることなく、地盤１０の掘削撹拌作業を行うことができる。

なお、本実施形態では、地盤１０を掘削撹拌する際には、掘削機本体１１０の下部に取り付けられたバイブレータ１３０Ｂのみを振動させ、また、回転式掘削機１１０を地上まで引き上げる際には、掘削機本体１１０の上部に取り付けられたバイブレータ１３０Ａのみを振動させるものとしたが、これに限らず、掘削機本体１１０の上部及び下部に取り付けられたバイブレータ１３０Ａ，１３０Ｂを振動させることとしてもよい。

また、本実施形態では、回転式掘削機１００により地下水を含む砂質土からなる地盤１０を掘削撹拌する場合について説明したが、本発明の回転式掘削機１００による掘削の対象となる地盤はこれに限らず、地下水を含みバイブレータ１３０Ｂの振動により間隙水圧の上昇が望める地盤であれば、その他の土質の土砂からなる地盤であっても適用することができる。

また、本実施形態では、バイブレータ１３０Ａ，１３０Ｂの芯棒１３２をリング状部材１３４に挿通させることにより、バイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂを掘削機本体１１０に振動が伝達されない状態で保持するものとしたが、これに限らず、バイブレータ１３０Ａ、１３０Ｂをワイヤ等の可撓性部材により吊り下げることにより保持してもよく、要するに掘削機本体１１０に振動が伝達されないように保持できればその方法は問わない。

また、本実施形態では、まず、地盤１０の掘削撹拌作業を行い、回転式掘削機１００を引き上げる際に、カッタードラム１２０を回転させながら、掘削土に混入液を供給することで、ソイルセメントを製造することとしたが、これに限らず、地盤１０を掘削撹拌するとともに掘削土に混入液を供給し、掘削土と混入液とを撹拌してソイルセメントを製造してもよい。

本実施形態の回転式掘削機により地盤を掘削している様子を示す壁延長方向の鉛直断面図である。 本実施形態の回転式掘削機の構成を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。 掘削機本体の凹部内に取り付けられたバイブレータを示す図である。 回転式掘削機により地盤を掘削撹拌する様子を示す図である。 回転式掘削機を引き上げる様子を示す図である。

符号の説明

１０ 地盤
２０ ソイルセメント
１００ 回転式掘削機
１１０ 掘削機本体
１１０Ａ、１１０Ｂ 凹部
１２０ カッタードラム
１３０Ａ，１３０Ｂ バイブレータ
１３１ バイブレータ本体
１３２ 芯棒
１３３ 皿状部材
１３４ リング部材
１４０ 混入液供給管
１４０Ａ 排出口

Claims (7)

1. 地下水を含む地盤を掘削撹拌するための回転式掘削機であって、
   掘削機本体と、
   前記掘削機本体の下部に取り付けられたカッタードラムと、
   発生した振動が前記掘削機本体に伝達されないように前記掘削機本体に取り付けられた振動体と、を備えることを特徴とする回転式掘削機。
2. 前記掘削機本体には、前記振動体を取り付けるための環状の取付部を備え、
   前記振動体は、
   振動を発生する振動体本体と、
   前記振動体本体から延び、前記取付部の内側を、その内面と隙間をもって通過する棒状部と、
   前記棒状部に固定され、前記棒状部が、前記環状部の内側から抜け落ちるのを防止する係止部とを備えることを特徴とする請求項１記載の回転式掘削機。
3. 前記振動体は、前記掘削機本体に可撓性部材により吊り下げられていることを特徴とする請求項１記載の回転式掘削機。
4. 前記振動体は、前記掘削機本体の下部に取り付けられていることを特徴とする請求項１から３のうち何れかに記載の回転式掘削機。
5. 前記振動体は、前記掘削機本体の上部にも取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の回転式掘削機。
6. 前記掘削機本体には凹部が形成されており、前記振動体は前記凹部の内部に取り付けられていることを特徴とする請求項１から５のうち何れかに記載の回転式掘削機。
7. 請求項５記載の回転式掘削機を用いた地盤の掘削撹拌工法であって、
   前記カッタードラムを回転させるとともに、前記掘削機本体の下部に設けられた振動体を振動させながら、前記掘削機本体を下降させて地盤を掘削撹拌し、
   前記掘削機本体の上部に設けられた振動体を振動させながら、前記掘削機本体を上昇させて地上まで引き上げることを特徴とする掘削撹拌工法。

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