JP5646218B2 - 深層混合処理工法および深層混合処理装置 - Google Patents
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
- E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
- E02D3/126—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and mixing by rotating blades
Description
深層混合処理工法は、セメント系固化材を水で溶いてスラリー状にして地盤に供給するスラリー系工法と、粉体状の固化材を直接地中に供給する粉体系工法とに大別することができる。一般に前者はCDM工法、後者はDJM工法といわれている。両工法の相違点は次の通りである。
スラリー系工法の場合は、セメントまたはセメント系固化材が好適であり、吸水性の高いフライアッシュや石灰系固化材は不向きであるのに対して、粉体系工法の場合はこれらの材料をベースにした広い範囲の材料に適用できるため、低コストの材料を選定することができる。
スラリー系工法では、スラリー化するために固化材を水に溶解することから、その分だけ固化材の体積が増加し、改良地盤の20〜30%程度のスラリーを供給することになる。その結果、飽和している地盤であればその分が余剰土となり、その処理・処分が必要となる。これに対して、粉体系工法の場合は原位置の水分に固化材を吸着させて固化させるため、スラリー系のような固化材の体積増はなく、したがって余剰土も殆ど発生しない。
粉体系工法では、空気圧送される粉体固化材が回転する撹拌翼の背後に一瞬できる空隙に噴射され、撹拌翼により流動化された軟弱土の撹拌面(空隙内面)に散布されて軟弱土内の水分に付着する。粉体固化材とともに噴射された空気は、軸周辺を通って地上に排出される。固化材が付着した軟弱泥土は、撹拌翼の回転速度と撹拌軸の軸方向移動速度の関係で定まる螺旋状の深さ方向ピッチで撹拌翼によって削り取られ、面的に撹拌されることで混合される。この撹拌翼による削り取り作用により、撹拌翼の背後に形成される空隙内には順次新しい固化材付着面が作り出され、固化材の付着・切削・撹拌が繰り返される結果、混合性の高い柱体が造成される。これに対して、スラリー系工法では、粉体系工法のような固化材の原位置土との付着現象がないため、文字通り固化材スラリーと原位置土とを混合撹拌させる必要がある。そのため、混合性能を向上させるために、撹拌翼の形状、正逆回転翼、固定翼の取り付けなどの工夫がなされている。
しかしながら、粉体系工法においては、スラリー系工法と比べて掘削貫入時及び固化材撹拌混合時の撹拌翼の回転抵抗が大きく、改良径の3乗に比例するともいわれており、改良径の大径化が困難であり、施工機械の大型化が不可避である等の問題点が残されていた。
建設需要の低迷と海外需要の増加に伴い低コスト化が余儀なくされている昨今では、大径化、すなわち大断面にすることによって、単位時間当たりの施工量を増やしコストを低減することは極めて重要である。
なお、粉体系工法においては、低含水比の地盤における撹拌混合に際し、原位置に水を供給して原位置土の含水比を調整する工法も提案されている(特許文献1、2参照)が、これらの技術は、低含水比の地盤において含水比を調整する範囲では加水により結果的に撹拌翼の回転抵抗が低減するものであるが、積極的に回転抵抗を低減して改良径の大径化を図ろうとするものではない。
<請求項1記載の発明>
先端部に設けられた径方向に突出する下段撹拌翼と、この下段撹拌翼に対して基端側に所定の間隔を空けて設けられた径方向に突出する上段撹拌翼と、この上段撹拌翼の引上げ時回転方向背後の位置に設けられた第1噴射口と、前記下段撹拌翼の貫入時回転方向背後の位置に設けられた第2噴射口と、を備えた撹拌軸と、
前記撹拌軸内の内部第1ラインを通じて前記第1噴射口に粉体固化材を圧縮空気に乗せて圧送供給する第1供給装置と、
この第1供給装置とは別の供給ラインにより構成された、前記撹拌軸内の内部第2ラインを通じて前記第2噴射口に界面活性剤を含有する流動性向上剤液を圧送供給する第2供給装置とを用い、
前記撹拌軸を、軸心周りに回転させつつ地盤の改良対象部位に掘削貫入するとともに、その過程で前記撹拌軸の先端部の前記第2噴射口から流動性向上剤液を噴射し、回転する前記上段撹拌翼及び下段撹拌翼により原位置土と流動性向上剤液とを撹拌混合し、定着部深度より上段撹拌翼と下段撹拌翼との間隔分以上浅い深度に下段撹拌翼が到達したならば、それ以降は定着部深度まで、前記撹拌軸の先端部の前記第2噴射口からスラリー固化材を噴射し、回転する前記下段撹拌翼により原位置土とスラリー固化材とを撹拌混合して先端部処理を行い、
しかる後に、前記撹拌軸を軸心周りに回転しつつ、前記先端部処理後の挿入状態から引き抜くとともに、その過程で前記上段撹拌翼の回転方向背後に前記第1噴射口から粉体固化材を噴射し、回転する前記上段撹拌翼及び下段撹拌翼により原位置土と粉体固化材とを撹拌混合して柱状の固化体を造成する、
ことを特徴とする深層混合処理工法。
本発明の主たる特徴は、粉体固化材の供給に先立ち、流動性向上剤液を改良対象部位に供給して、掘削貫入時及び固化材撹拌混合時の撹拌翼の回転抵抗を軽減することにある。このように原位置土と流動性向上剤液とを混合すると、原位置土の流動性向上及び粘性低下により、撹拌翼の回転抵抗が軽減するだけでなく、後の粉体固化材との撹拌混合性も向上することになる。
先端部に設けられた径方向に突出する下段撹拌翼と、この下段撹拌翼に対して基端側に所定の間隔を空けて設けられた径方向に突出する上段撹拌翼と、この上段撹拌翼の回転方向背後の位置に設けられた第1噴射口と、前記下段撹拌翼の貫入時回転方向背後の位置に設けられた第2噴射口と、を備えた撹拌軸と、
この撹拌軸を支持するとともに、撹拌軸に回転力、引上げ力及び押し込み力を付与するベースマシンと、
前記撹拌軸内の内部第1ラインを通じて前記第1噴射口に粉体固化材を圧縮空気に乗せて圧送供給する第1供給装置と、
この第1供給装置とは別の供給ラインにより構成された、前記撹拌軸内の内部第2ラインを通じて前記第2噴射口に界面活性剤を含有する流動性向上剤液を圧送供給する第2供給装置と、を備え、
前記撹拌軸の外周面に、前記第1噴射口の近傍から撹拌軸の長手方向に沿って延在する筋状突起を形成し、
前記撹拌軸を、軸心周りに回転させつつ地盤の改良対象部位に掘削貫入するとともに、その過程で前記撹拌軸の先端部の前記第2噴射口から流動性向上剤液を噴射し、回転する前記上段撹拌翼及び下段撹拌翼により原位置土と流動性向上剤液とを撹拌混合し、
しかる後に、前記撹拌軸を軸心周りに回転しつつ、前記改良対象部位に挿入した状態から引き抜くとともに、その過程で前記上段撹拌翼の回転方向背後に前記第1噴射口から粉体固化材を噴射し、回転する前記上段撹拌翼及び下段撹拌翼により原位置土と粉体固化材とを撹拌混合して柱状の固化体を造成するように構成したことを特徴とする深層混合処理装置。
粉体系工法においては、原位置土及びこれと固化材との撹拌混合物の流動性が比較的に乏しいため、原位置に供給した空気が地上に抜けずに改良体内に空気溜まりとして残るおそれがある。これに対して、撹拌軸に上述のような筋状突起を設けると、撹拌軸の回転に伴って突起背後に形成される空隙が空気排出通路となり、原位置に供給した空気はこの空気排出通路を介して上昇して排気されるため、空気溜まりが発生し難くなる。
前記上段撹拌翼の下縁部に、下方に突出する撹拌刃が径方向に間隔を空けて取り付けられており、前記下段撹拌翼の上縁部にも、上方に突出する撹拌刃が径方向に間隔を空けて取り付けられている、請求項2記載の深層混合処理装置。
図1は、本発明に係る深層混合処理装置1を示しており、この装置1は、撹拌軸10を備えたベースマシン20と、粉体固化材を計量圧送する第1供給装置30と、流動性向上剤液およびスラリー固化材を製造し、これらを選択的に切り替えて圧送する第2供給装置40とで構成されている。
(A)同一の段の撹拌翼は図示例では対向方向に2枚突出させているが、3枚以上放射方向に突出させることも可能である。
(B)上記例では、スラリー固化材を併用して先端部処理或は大深度処理を行っているが、本発明ではスラリー固化材は用いなくても良い。
(C)粉体固化材の噴射は、流動性向上剤液の撹拌混合後であれば撹拌軸10の引上げ時のみならず、撹拌軸10を一度引上げた後に再度貫入する過程で行うこともできる。
(D)本発明では、セメント、セメント系固化材、フライアッシュ(石炭灰)、石灰系固化材等の複数種の粉体固化材を同時噴射することができ、その場合、供給ラインを粉体固化材の種類別に設けて個別に圧送・噴射するほか、予め混合可能な材料である場合は共通の供給ラインで圧送・噴射することができる。
(E)本発明では、流動性向上剤液を空気とともに高圧噴射することができ、これにより流動性向上剤液と原位置土との混合性を向上させるとともに、改良体内への気泡混入により改良体の軽量化を図ることができる。スラリー固化材を噴射する際も同様にスラリー固化材を空気とともに高圧噴射することができる。
Claims (3)
- 先端部に設けられた径方向に突出する下段撹拌翼と、この下段撹拌翼に対して基端側に所定の間隔を空けて設けられた径方向に突出する上段撹拌翼と、この上段撹拌翼の引上げ時回転方向背後の位置に設けられた第1噴射口と、前記下段撹拌翼の貫入時回転方向背後の位置に設けられた第2噴射口と、を備えた撹拌軸と、
前記撹拌軸内の内部第1ラインを通じて前記第1噴射口に粉体固化材を圧縮空気に乗せて圧送供給する第1供給装置と、
この第1供給装置とは別の供給ラインにより構成された、前記撹拌軸内の内部第2ラインを通じて前記第2噴射口に界面活性剤を含有する流動性向上剤液を圧送供給する第2供給装置とを用い、
前記撹拌軸を、軸心周りに回転させつつ地盤の改良対象部位に掘削貫入するとともに、その過程で前記撹拌軸の先端部の前記第2噴射口から流動性向上剤液を噴射し、回転する前記上段撹拌翼及び下段撹拌翼により原位置土と流動性向上剤液とを撹拌混合し、定着部深度より上段撹拌翼と下段撹拌翼との間隔分以上浅い深度に下段撹拌翼が到達したならば、それ以降は定着部深度まで、前記撹拌軸の先端部の前記第2噴射口からスラリー固化材を噴射し、回転する前記下段撹拌翼により原位置土とスラリー固化材とを撹拌混合して先端部処理を行い、
しかる後に、前記撹拌軸を軸心周りに回転しつつ、前記先端部処理後の挿入状態から引き抜くとともに、その過程で前記上段撹拌翼の回転方向背後に前記第1噴射口から粉体固化材を噴射し、回転する前記上段撹拌翼及び下段撹拌翼により原位置土と粉体固化材とを撹拌混合して柱状の固化体を造成する、
ことを特徴とする深層混合処理工法。 - 先端部に設けられた径方向に突出する下段撹拌翼と、この下段撹拌翼に対して基端側に所定の間隔を空けて設けられた径方向に突出する上段撹拌翼と、この上段撹拌翼の回転方向背後の位置に設けられた第1噴射口と、前記下段撹拌翼の貫入時回転方向背後の位置に設けられた第2噴射口と、を備えた撹拌軸と、
この撹拌軸を支持するとともに、撹拌軸に回転力、引上げ力及び押し込み力を付与するベースマシンと、
前記撹拌軸内の内部第1ラインを通じて前記第1噴射口に粉体固化材を圧縮空気に乗せて圧送供給する第1供給装置と、
この第1供給装置とは別の供給ラインにより構成された、前記撹拌軸内の内部第2ラインを通じて前記第2噴射口に界面活性剤を含有する流動性向上剤液を圧送供給する第2供給装置と、を備え、
前記撹拌軸の外周面に、前記第1噴射口の近傍から撹拌軸の長手方向に沿って延在する筋状突起を形成し、
前記撹拌軸を、軸心周りに回転させつつ地盤の改良対象部位に掘削貫入するとともに、その過程で前記撹拌軸の先端部の前記第2噴射口から流動性向上剤液を噴射し、回転する前記上段撹拌翼及び下段撹拌翼により原位置土と流動性向上剤液とを撹拌混合し、
しかる後に、前記撹拌軸を軸心周りに回転しつつ、前記改良対象部位に挿入した状態から引き抜くとともに、その過程で前記上段撹拌翼の回転方向背後に前記第1噴射口から粉体固化材を噴射し、回転する前記上段撹拌翼及び下段撹拌翼により原位置土と粉体固化材とを撹拌混合して柱状の固化体を造成するように構成したことを特徴とする深層混合処理装置。 - 前記上段撹拌翼の下縁部に、下方に突出する撹拌刃が径方向に間隔を空けて取り付けられており、前記下段撹拌翼の上縁部にも、上方に突出する撹拌刃が径方向に間隔を空けて取り付けられている、請求項2記載の深層混合処理装置。
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