JP5864517B2 - コラム築造装置 - Google Patents

Description

本発明は、コラム築造装置及びコラム置換築造方法並びに築造コラム用充填材に関する。

従来、軟弱地盤における戸建て住宅や低層建築物、土間スラブ等に対しては、比較的軽微な構造物の基礎として適するものが種々開発されてきた。例えば、深層混合処理工法のように、セメントスラリーやセメント粉体を原地盤と攪拌混合して地盤中に円柱状のソイルセメント固化体を築造して、構造物の基礎としている。ところが、一般的な深層混合処理工法では、施工対象地盤の土質が有機質土やピートの場合、地盤に含まれる有害成分による固化不良が発生しやすいため、多量の固化材スラリーの注入が必要となる。一方、地盤が粘性の高い粘性土の場合は、掘削した粘土塊が攪拌装置に付着して、攪拌混合がうまく行かず、いわゆる共回り現象を起こし、土塊が残存する低品質のソイルセメントになりやすい。また、地盤が有機質土の場合は、多量の固化材スラリーを注入すれば、所要の強度・品質を得ることはできるが、多量の発生残土が生じ、環境への負荷を増大させるのみならず、残土処理費も増大し不経済となる。

そこで、無排土で置換コラム中に土塊の混入が無く、対象地盤の性状に左右されず、安定した品質の置換コラムを築造し、しかもコラムの先端部から末端部まで均一な径の水硬性固化材液置換コラムを築造するコラム築造装置が提案されている（特許文献１等参照）。このコラム築造装置は、内部に水硬性固化材液の供給通路を有する掘削オーガの先端部に、少なくとも掘削爪と該水硬性固化材液の吐出口を備え、該掘削オーガをオーガモータを備えた施工装置で回転させながら所定深度まで掘進し、その後水硬性固化材液を該吐出口より吐出しつつ、該掘削オーガを回転させながら引上げ、掘削部の所定区間を該水硬性固化材液で充填する。

このコラム築造装置によれば、深層混合処理工法と異なり、原位置土との攪拌混合を伴わないので、土質やその性状を選ぶことなく、常にミキシングプラントで作製した水硬性固化材液と同様乃至近い品質のコラムを得ることができる。

特開２０１１−１０６２５３号公報

しかしながら、上記従来のコラム築造装置は、各種地盤、所謂土質に対応するために、数種類のビットを保有し、土質に合わせて変更する必要があった。特に、平板四角形状の掘削刃は、硬い地盤に対して掘削能力、すなわち掘進力や掘削時間が劣り、角刃など数種類の先端形状が必要となる。また、ビットの掘削刃は、板状の一枚ものの刃であったため、大きな力が加わった際に、曲がりや欠けなど劣化しやすい問題があった。
さらに、ビットにおける吐出口は、ビット基板の下端面と同一平面で開口されていたため、下端面に当たった掘削土が吐出口へ誘導されてしまい、土質によっては、掘削土が吐出口を塞ぐことがあった。このため、築造コラム用充填材の吐出の妨げとなったり、掘削土が築造コラム用充填材に混入したりする問題があった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、土質を選ばず、掘削土が混入しない安定した品質のコラムを築造できるコラム築造装置及びコラム置換築造方法並びに築造コラム用充填材を提供することにある。

次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明の請求項１記載のコラム築造装置１１は、施工機本体１３と、
前記施工機本体１３によって地面４３に立てられて軸線回りに回転される円筒状のロッド１７と、
前記ロッド１７の前記軸線４５に沿う方向の一端側に同軸で取り付けられる円板状のビット基板２１と、
前記ビット基板２１の前記ロッド１７と反対側の下端面に前記軸線４５を中心とした円周方向に等間隔で三枚が突設され、直交２辺部５３の一方が前記軸線４５に沿って配置されるとともに互いに接合され、それぞれが直角三角形状をなし、先端を鋭角の三角形状とした掘削刃２３と、
それぞれの前記掘削刃２３の傾斜辺部５５から先端爪部が突出するように固定され、前記軸線４５から異なる距離及び前記下端面から異なる距離で固定された３つの掘削爪２５と、
を具備することを特徴とする。

このコラム築造装置１１では、掘削刃２３が３枚となることで、掘削時の抵抗が分散され、ビット１９の劣化が低減される。掘削刃２３の形状が直角三角形状となることで、先端が鋭角の三角形となり、掘進力が高められる。また、掘削刃２３に掘削爪２５を設けることで、劣化が掘削爪２５に集中し、掘削爪２５のみの交換で掘削能力が回復し、経済性が高まる。それぞれの掘削刃２３に設けられている掘削爪２５は、ビット基板２１からの高さ及び中心からの距離が全て異なるので、固い地盤にも段階的に且つ効果的に掘削が可能となる。掘削刃２３がビット基板２１の下端面に固定されるので、掘削刃２３がロッド径よりも外側にはみ出さず、コラム５１の出来形に影響を与えることがない。その結果、掘削性能が高まり、また、劣化し難くなり、どのような土質の地盤に対しても１種類のビット１９で対応が可能となる。

本発明の請求項２記載のコラム築造装置１１は、請求項１記載のコラム築造装置１１であって、
前記ビット基板２１には前記軸線４５と同軸となって前記下端面から下方へ突出する円筒状の吐出管３７が突設され、該吐出管３７のビット基板２１の下端面からの突出部の外周面には、３つの前記掘削刃２３の互いに接合される直交２辺部の一方が接合されており、
前記吐出管３７の突出先端に吐出口３９が開口され、該吐出口３９の開口の内部には、内部圧力によって開閉する弁が設けられていることを特徴とする。

このコラム築造装置１１では、吐出管３７がビット基板２１の下端面から突出し、その突出先端に吐出口３９が開口するので、下端面に当たった掘削土が吐出口３９に入り難くなる。これにより、吐出口３９が掘削土で詰まることが抑制され、築造コラム用充填材５７のスムースな吐出が可能となるとともに、築造コラム用充填材５７への切削土の混入が抑制される。

請求項１または２記載のコラム築造装置１１を用いるコラム置換築造方法は、
ロッド１７の下端にビット１９を有したオーガ１５を回転させて掘削土を側方地盤へ圧入することで周辺地盤を圧密しながら所定の深度まで回転圧入する掘進工程ａと、
コラム５１の置換底位置に達したら築造コラム用充填材５７を吐出しながら前記オーガ１５を同位置で回転させる先端仕上げ工程ｄと、
前記築造コラム用充填材５７を吐出しながら前記オーガ１５を引上げる充填工程ｅと、
コラム５１の置換予定上端位置の所定距離手前に達したら前記築造コラム用充填材５７の吐出を停止させて仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを調整した後に再び前記オーガ１５を回転させながら引上げる仕上げ工程ｆと、
を含むことを特徴とする。

このコラム置換築造方法では、オーガ１５の先端中心を、築造するコラム５１の軸線４５に位置に合わせする。オーガ１５を回転させながら隣のコラム５１に影響を及ぼさない速度で、掘削土を、上方へ移動させずに側方地盤へ圧入する。これにより、周辺地盤を強固に圧密しながら所定の深度までオーガ１５を回転圧入する。所定深度に達したら、オーガ１５を回転させながら築造コラム用充填材５７を吐出開始し、その状態を所定時間保持する。オーガ１５を回転させ、築造コラム用充填材５７を吐出させながらオーガ１５を引上げる。吐出口３９がコラム５１の置換予定上端位置となる手前で吐出を停止し、引上げる。オーガ１５を引上げた後、必要に応じてコラム５１の仕上り面まで築造コラム用充填材５７を補充する。

請求項１または２記載のコラム築造装置１１を用いるコラム置換築造方法は、
ロッド１７の下端にビット１９を有したオーガ１５を回転させて掘削土を側方地盤へ圧入することで周辺地盤を圧密しながら所定の深度まで回転圧入する掘進工程ａと、
コラム５１の置換底位置に達したら同位置でオーガ１５を所定時間回転させた後に築造コラム用充填材５７を吐出する先端形状安定化工程ｂと、
築造コラム用充填材５７を吐出しながら前記オーガ１５を一旦引上げた後に前記オーガ１５を再度置換底位置に戻す上下動工程ｃと、
前記築造コラム用充填材５７を吐出しながら前記オーガ１５を引上げる充填工程ｅと、
コラム５１の置換予定上端位置の所定距離手前に達したら前記築造コラム用充填材５７の吐出を停止させて仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを調整した後に再び前記オーガ１５を回転させながら引上げる仕上げ工程ｆと、
を含むことを特徴とする。

このコラム置換築造方法では、オーガ１５を回転させながら隣のコラム５１に影響を及ぼさない速度で、掘削土を、上方へ移動させずに側方地盤へ圧入する。これにより、周辺地盤を強固に圧密しながら所定の深度までオーガ１５を回転圧入する。ロッド１７のビット１９がコラム５１の置換底位置に達したら、同位置で所定時間回転させて先端形状を安定（定着）させる。その後、所定距離だけオーガ１５を引上げ、吐出口３９から築造コラム用充填材５７を吐出しながら一旦置換底位置に戻して回転させる。そのままオーガ１５を引上げる。吐出口３９がコラム５１の置換予定上端位置となる手前で吐出を停止し、引上げる。オーガ１５を引上げた後、必要に応じてコラム５１の仕上り面まで築造コラム用充填材５７を補充する。

上記のコラム置換築造方法は、請求項１または２記載のコラム築造装置１１を用いるコラム置換築造方法であって、
ロッド１７の下端にビット１９を有したオーガ１５を回転させて掘削土を側方地盤へ圧入することで周辺地盤を圧密しながら所定の深度まで回転圧入する掘進工程ａと、
コラム５１の置換底位置に達したら同位置でオーガ１５を所定時間回転させた後に築造コラム用充填材５７を吐出する先端形状安定化工程ｂと、
前記築造コラム用充填材５７を吐出しながら前記オーガ１５を引上げる充填工程ｅと、
コラム５１の置換予定上端位置の所定距離手前に達したら前記築造コラム用充填材５７の吐出を停止させて仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを調整した後に再び前記オーガ１５を回転させながら引上げる仕上げ工程ｆと、
を含むことを特徴とする。

このコラム置換築造方法では、オーガ１５を回転させながら隣のコラム５１に影響を及ぼさない速度で、掘削土を、上方へ移動させずに側方地盤へ圧入する。これにより、周辺地盤を強固に圧密しながら所定の深度までオーガ１５を回転圧入する。ロッド１７のビット１９がコラム５１の置換底位置に達したら、同位置で所定時間回転させて先端形状を安定（定着）させる。その後、吐出口３９から築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を引上げる。吐出口３９がコラム５１の置換予定上端位置となる手前で吐出を停止し、引上げる。オーガ１５を引上げた後、必要に応じてコラム５１の仕上り面まで築造コラム用充填材５７を補充する。

上記のコラム置換築造方法は、請求項１または２記載のコラム築造装置１１を用いるコラム置換築造方法であって、
ロッド１７の下端にビット１９を有したオーガ１５を回転させて掘削土を側方地盤へ圧入することで周辺地盤を圧密しながら所定の深度まで回転圧入する掘進工程ａと、
コラム５１の置換底位置に達したら同位置でオーガ１５を所定時間回転させた後に築造コラム用充填材５７を吐出する先端形状安定化工程ｂと、
築造コラム用充填材５７を吐出しながら前記オーガ１５を一旦引上げた後に前記オーガ１５を再度置換底位置に戻す上下動工程ｃと、
コラム５１の置換底位置に達したら前記築造コラム用充填材５７を吐出しながら前記オーガ１５を同位置で回転させる先端仕上げ工程ｄと、
前記築造コラム用充填材５７を吐出しながら前記オーガ１５を引上げる充填工程ｅと、
コラム５１の置換予定上端位置の所定距離手前に達したら前記築造コラム用充填材５７の吐出を停止させて仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを調整した後に再び前記オーガ１５を回転させながら引上げる仕上げ工程ｆと、
を含むことを特徴とする。

このコラム置換築造方法では、オーガ１５を回転させながら隣のコラム５１に影響を及ぼさない速度で、掘削土を、上方へ移動させずに側方地盤へ圧入する。これにより、周辺地盤を強固に圧密しながら所定の深度までオーガ１５を回転圧入する。コラム５１の置換底位置に達したら、同位置で所定時間オーガを回転させて、先端形状を安定させる。その後、築造コラム用充填材５７を吐出しながら一旦所定距離だけオーガ１５を引上げ、再度、オーガ１５を置換底位置に戻して、同位置で回転させる。築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を引上げる。引上げ時は、築造コラム用充填材５７をオーガ１５の吐出口３９から吐出し、対象地盤を混入、撹拌せずにオーガ１５を回転させて引上げる。コラム５１の置換予定上端位置の手前に達したら、築造コラム用充填材５７の吐出を停止させ、仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを確認・調整する。

本発明の築造コラム用充填材５７は、上記のコラム置換築造方法に用いられる築造コラム用充填材５７であって、
主成分に、
高炉セメントＢ種（Ｃ）と、分散材（Ｋ）及びブリーディング低減材（Ｂ）からなる混和材と、水（Ｗ）と、を有し、
水セメント比（（Ｗ＋Ｂ＋Ｋ）／Ｃ）が、８０〜１２０％、
ブリーディング低減材セメント比（Ｂ／Ｃ）が、５．０〜９．０％、
分散材セメント比（Ｋ／Ｃ）が、１．０〜２．５％であり、
且つ前記水、前記分散材、前記ブリーディング低減材、前記高炉セメントＢ種の順で混合撹拌されてなることを特徴とする。

この築造コラム用充填材５７では、それぞれの混和材の性能が充分に発揮され、ブリーディング現象等によるコラム頭レベルの下がりが抑制される。水セメント比を８０〜１２０％とし、配合（撹拌）の順番を、水、混和材、ベントナイト、高炉セメントＢ種とすることで、ブリーディング率（コラム全長に対するコラム頭レベルの下がり）が２．０％以下に低減可能となる。

本発明に係る請求項１記載のコラム築造装置によれば、掘削刃を３枚で構成したことで、掘削時の抵抗が分散され、ビットの劣化が低減されることとなり、掘削刃の形状が直角三角形状となることで、先端が鋭角の三角形となり、掘進力が高められる。また、掘削刃に掘削爪を設ける構成としたことで、掘削刃だけではなく掘削爪にて掘進できるとともに、劣化が掘削爪に集中し、掘削爪のみの交換で掘削能力を回復させることができ、経済性が高まる効果がある。さらに、各掘削爪は、ビット基板からの高さ及び中心からの距離が全て異なる配置構成としたので、地盤が固い場合であっても段階的に且つ効果的に掘削が可能となる。また、掘削刃がビット基板の下端面に固定されているので、掘削刃がロッド径よりも外側にはみ出さず、コラムの出来形に影響を与えることがない。その結果、掘削性能が高まり、また、劣化し難くなり、どのような土質の地盤に対しても１種類のビットで対応が可能となる。すなわち、このコラム築造装置では、土質を選ばず、掘削土が混入しない安定した品質のコラムを築造できるものである。

本発明に係る請求項２記載のコラム築造装置によれば、吐出管がビット基板の下端面から突出し、その突出先端に吐出口が開口するので、下端面に当たった掘削土が吐出口に進入することを防止でき、掘削土等の逆流や詰まりを抑制して、充填材をスムースに充填できる。また、築造コラム用充填材への切削土の混入を抑制できる。

本発明に係るコラム置換築造方法によれば、掘進工程ａ、先端仕上げ工程ｄ、充填工程ｅ、仕上げ工程ｆによって、地面まで築造コラム用充填材を過不足なく充填できる。

本発明に係るコラム置換築造方法によれば、掘進工程ａ、先端形状安定化工程ｂ、上下動工程ｃ、充填工程ｅ、仕上げ工程ｆによって、地面まで築造コラム用充填材を過不足なく充填することができるのに加え、掘削土の混入をより確実に削減でき、さらに確実に築造コラム用充填材を吐出して、安定した形状の先端から置換上部まで品質の高いコラムを築造できる。

本発明に係るコラム置換築造方法によれば、掘進工程ａ、先端形状安定化工程ｂ、充填工程ｅ、仕上げ工程ｆによって、地面まで築造コラム用充填材を過不足なく充填することができるのに加え、先端形状を定着させ、掘削土の混入しない品質の高いコラムを築造できる。

本発明に係るコラム置換築造方法によれば、掘進工程ａ、先端形状安定化工程ｂ、上下動工程ｃ、先端仕上げ工程ｄ、充填工程ｅ、仕上げ工程ｆによって、地面まで築造コラム用充填材を過不足なく充填することができるのに加え、先端形状を定着させ、掘削土の混入をより確実に削減でき、さらに確実に築造コラム用充填材を吐出して、先端から上部まで品質の高いコラムを築造できる。

本発明に係る築造コラム用充填材によれば、ブリーディング率を２．０％以下まで低減させることが可能となる。

（ａ）は本発明の実施形態に係るコラム築造装置に用いるオーガの側面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 （ａ）は図１に示したビットの斜視図、（ｂ）は（ａ）を下方より見た下面図である。 図２に示したビットを要部拡大図と共に表した側面図である。 （ａ）は蓋により吐出口の閉じられたビットの一部分を切り欠いた側面図、（ｂ）は吐出口が開かれたビットの一部分を切り欠いた側面図である。 （ａ）はロッドを位置合わせする工程図、（ｂ）は掘進時の工程図である。 （ａ）は置換底位置に達したオーガを所定時間回転させる先端形状安定化工程及び再度置換底位置に戻す上下動工程の工程図、（ｂ）は築造コラム用充填材を吐出しながらオーガを引上げる充填工程の工程図である。 （ａ）はコラムの置換予定上端位置の所定距離手前に達したら築造コラム用充填材の吐出を停止させて築造コラム用充填材の上面レベルを調整する仕上げ工程の工程図、（ｂ）はコラムの築造が完了した工程図である。 縦軸を深さ、横軸を時間としたコラム築造手順の工程説明図である。 （ａ），（ｂ）は築造されたコラムの先端部分を表す側面図である。 築造コラム用充填材の配合例を表とした説明図である。 先端形状安定化工程、上下動工程を含まない変形例１に係るコラム築造手順の工程説明図である。 上下動工程、先端仕上げ工程を含まない変形例２に係るコラム築造手順の工程説明図である。 先端仕上げ工程を含まない変形例３に係るコラム築造手順の工程説明図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１（ａ）は本発明の実施形態に係るコラム築造装置に用いるオーガの側面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、図２（ａ）は図１に示したビットの斜視図、（ｂ）は（ａ）を下方より見た下面図、図３は図２に示したビットを要部拡大図と共に表した側面図、図４（ａ）は蓋により吐出口の閉じられたビットの一部分を切り欠いた側面図、（ｂ）は吐出口が開かれたビットの一部分を切り欠いた側面図である。
本実施形態に係るコラム築造装置１１（図５参照）は、施工機本体１３と、オーガ１５と、を有する。オーガ１５は、ロッド１７と、ビット１９を有する。ビット１９は、ビット基板２１と、掘削刃２３と、掘削爪２５と、を有する。

施工機本体１３は、起伏自在のリーダ２７（図５参照）を備え、このリーダ２７には、スライド板２９がリーダ２７に沿って摺動自在に設けられる。スライド板２９にはオーガモータ３１が固設され、オーガモータ３１に接続されたオーガ１５の上端にはスイベル３３が連結される。スライド板２９には給進装置（図示省略）が連結され、リーダ２７に沿って進退移動できるようになっている。オーガ１５は、オーガモータ３１に接続されて取り付けられる。従って、オーガ１５には、オーガモータ３１の駆動で回転を与えることができ、また、スライド板２９にはオーガモータ３１が固設されているので、給進装置（図示省略）でスライド板２９をリーダ２７に沿って進退させることで、オーガ１５はオーガモータ３１と共に進退させることができる。給進装置としては、リーダ２７の上端乃至下端に設けられたスプロケットに懸回されて駆動するチェーンまたはシリンダを例示でき、このチェーンやシリンダのロッド１７をスライド板２９に連結することでスライド板２９の進退が可能になる。一回の給進作業で所定深度に到達しない場合は、オーガ１５のチャック部を掴み替えたり、オーガ１５にジョイント４１を継ぎ足すことで対応する。

オーガ１５は、スライド板２９をリーダ２７に沿って下方移動させることで、地盤中に回転させながら掘進することができ、所定深度まで掘進した後は、スライド板２９をリーダ２７に沿って上方移動させることで、回転させながら引き上げることができる。また、スイベル３３を介しオーガ１５の供給通路３５（図１参照）には、水硬性固化材液を供給することができる。なお、オーガ１５は、オーガモータ３１を駆動させたり、停止させることで、回転させたり回転を停止させたりすることができるので、オーガ１５を回転させながら掘進または引上げたり、回転させずに掘進または引上げることを適宜選択して施工することができる。

従って、コラム築造装置１１は、オーガ１５をオーガモータ３１に取り付け、回転させながら、または回転させないで引き上げつつ水硬性固化材液の供給通路３５より水硬性固化材液を供給し、ビット１９に設けた吐出管３７（図２参照）の吐出口３９より吐出し、掘削部の所定区間を該水硬性固化材液で充填する水硬性固化材液置換コラムの築造を可能とする。

ロッド１７は、円筒状に形成され、施工機本体１３によってジョイント４１（図５参照）を介して地面４３に立てられて軸線回りに回転される。ロッド１７は、中空で、中空内が水硬性固化材液の供給通路３５となっている。オーガ１５の外径が比較的大きい場合は、別途内管を配置して供給通路３５としてもよい。

ビット基板２１は、円板状に形成され、ロッド１７の軸線４５に沿う方向の一端側、図１の下端側に同軸で取り付けられる。なお、ビット基板２１は、ロッド１７の軸線４５に沿う方向の下端側に固定されるものであるが、ロッド１７の下端側を塞ぐ端円板４７と兼用されるものであってもよい。つまり、ビット１９は、ロッド１７と一体的に設けられてもよい。ロッド１７の上部側には、上方に向かって徐々に縮径される角度θのテーパー部４９が形成されている。このテーパー部４９は、ロッド１７の引抜き時に、ロッド上部に掘削土が乗り、残土が増大するのを防ぐ役割を果たす。

また、ロッド１７の外径は、築造するコラム５１（図７参照）をの径に対し細径とされ、例えば−１．５〜−５．５ｍｍの範囲で形成される。ロッド１７の外径を上記範囲とすることで、掘削孔内が真空となることに起因する充填不良による改良体（コラム５１）の品質低下を防ぐことができる。

掘削刃２３は、それぞれが直角三角形状に形成され、ビット基板２１のロッド１７と反対側の下端面に軸線４５を中心とした円周方向に等間隔で三枚が突設され直交２辺部５３（図２参照）の一方が軸線４５に沿って配置される。掘削刃２３は、従来のような一枚板状ではなく、３枚刃とすることで、摩耗を分散させて、刃の劣化を低減することができる。なお、掘削刃２３は、回転径が、ビット１９の回転径以下であり、ビット１９の外径よりはみ出さないように形成される。これにより、コラム５１の出来形に影響せずに、設計支持力が確保される。

掘削爪２５は、３つのものからなり、それぞれの掘削刃２３の傾斜辺部５５（図２参照）に固定され軸線４５から異なる距離ｄ１、距離ｄ２、距離ｄ３及び下端面から異なる距離（先端からは距離ｈ１、距離ｈ２）で固定されている。掘削爪２５は、例えば耐衝撃用超硬合金を用いることができる。耐衝撃用超硬合金は、高強度と強靭さ及び硬さに優れ、例えばタングステンカーバイドの粒子をコバルトやニッケルを結合材として製造される。掘削爪２５は、掘削刃２３に対して溶接により固着されるもの、交換可能に締結されるものの何れであってもよい。掘削爪２５の形状は、剣先ビット、平ビット等の任意のものとすることができる。

また、掘削爪２５は、上記のように掘削刃２３の中心軸から異なる距離及び異なる高さに取り付けられている。そして、掘削爪２５は、それぞれ回転方向に対して逆らう方向に角度をつけて掘削刃２３に接合される。これにより、固い地盤にも段階的に掘削することで、高い掘削・掘進能力を確保できる。

以上の構成により、従来工法は土質に応じてビットを変更する必要あったが、上記ビット１９は、あらゆる土質に対して掘削が可能となり、且つ掘削土を上方に移動させることなく、側方へ圧密するように作用させることが可能となる。

ビット基板２１には軸線４５と同軸となって下端面から下方へ突出する円筒状の吐出管３７が突設され、吐出管３７の突出先端に吐出口３９が開口される。つまり、吐出口３９は、ビット１９の中央において、掘削刃２３の接合位置よりも下方まで伸びている。従来のビットはビット基板２１の下端面と同レベルに吐出口があり、横から進入してくる掘削土に対しても障壁がなく詰まりやすかった。これに対し、本構成は、吐出管３７を下端面から垂下させることで、横から吐出口３９に入ろうとする掘削土の進入を阻止することができる。

また、吐出管３７の吐出口３９は、吐出管３７の突出先端側から奥まった位置で開口されている。これにより、吐出口３９の周囲には段部が形成される。この段部には、築造コラム用充填材５７（図６参照）の圧力により開閉するゴム弁５９が設けられている。ゴム弁５９は、段部の小径側が座面６１となることで、掘削土の進入圧力に対しては高い対抗力を有する一方、築造コラム用充填材５７の吐出する圧力によっては容易に開放が可能となっている。

次に、上記構成を有するコラム築造装置１１の作用を説明する。
コラム築造装置１１では、掘削刃２３が３枚となることで、掘削時の抵抗が分散され、ビット１９の劣化が低減される。掘削刃２３の形状が直角三角形状となることで、先端が鋭角の三角形となり、掘進力が高められる。また、各掘削刃２３に掘削爪２５をそれぞれ設けることで、劣化が掘削爪２５に集中し、掘削爪２５のみの交換で掘削能力を回復させることができ、経済性が高まる。それぞれの掘削刃２３に設けられている掘削爪２５は、ビット基板２１からの高さ及び中心からの距離が全て異なるので、固い地盤にも段階的に且つ効果的に掘削が可能となる。掘削刃２３がビット基板２１の下端面に固定されるので、掘削刃２３がロッド径よりも外側にはみ出さず、コラム５１の出来形に影響を与えることがない。その結果、掘削性能が高まり、また、劣化し難くなり、どのような土質の地盤に対しても１種類のビット１９で対応が可能となる。

また、コラム築造装置１１では、吐出管３７がビット基板２１の下端面から突出し、その突出先端に吐出口３９が開口するので、下端面に当たった掘削土が吐出口３９に入り難くなる。これにより、吐出口３９が掘削土で詰まることが抑制され、築造コラム用充填材５７のスムースな吐出が可能となる。その結果、下端面に当たった掘削土が吐出管３７に阻まれ吐出口３９に進入することを防止でき、掘削土等の逆流や詰まりを抑制して、充填材をスムースに充填できる。また、築造コラム用充填材５７への切削土の混入を抑制できる。

次に、上記のコラム築造装置１１を用いた本発明に係るコラム置換築造方法の手順を説明する。
図５（ａ）はロッド１７を位置合わせする工程図、（ｂ）は掘進時の工程図、図６（ａ）は置換底位置に達したオーガ１５を所定時間回転させる先端形状安定化工程及び再度置換底位置に戻す上下動工程の工程図、（ｂ）は築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を引上げる充填工程の工程図、図７は（ａ）はコラム５１の置換予定上端位置の所定距離手前に達したら築造コラム用充填材５７の吐出を停止させて築造コラム用充填材５７の上面レベルを調整する仕上げ工程の工程図、（ｂ）はコラム５１の築造が完了した工程図、図８は縦軸を深さ横軸を時間としたコラム築造手順の工程説明図、図９（ａ），（ｂ）は築造されたコラム５１の先端部分を表す側面図である。

本実施形態に係るコラム置換築造方法は、図８に示すａ〜ｆの工程を有する。すなわち、ロッド１７の下端にビット１９を有したオーガ１５を回転させて掘削土を側方地盤へ圧入することで周辺地盤を圧密しながら所定の深度まで回転圧入する掘進工程ａと、コラム５１の置換底位置に達したら同位置でオーガ１５を所定時間回転させた後に築造コラム用充填材５７を吐出する先端形状安定化工程ｂと、築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を一旦引上げた後にオーガ１５を再度置換底位置に戻す上下動工程ｃと、コラム５１の置換底位置に達したら築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を同位置で回転させる先端仕上げ工程ｄと、築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を引上げる充填工程ｅと、コラム５１の置換予定上端位置の所定距離手前に達したら築造コラム用充填材５７の吐出を停止させて仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを調整した後に再びオーガ１５を回転させながら引上げる仕上げ工程ｆと、を含む。

このコラム置換築造方法では、図５に示すように、オーガ１５を回転させながら隣のコラム５１に影響を及ぼさない速度、例えば０．５〜３．０ｍ／分の速度で、掘削土を、上方へ移動させずに側方地盤へ圧入する。これにより、周辺地盤を強固に圧密しながら所定の深度までオーガ１５を回転圧入する。コラム５１の置換底位置に達したら、同位置で所定時間オーガを回転させて、先端形状を安定させる。具体的には、同位置で３０〜６０秒程度回転させて先端形状を安定させる。

その後、図６（ａ）に示すように、築造コラム用充填材５７を吐出しながら一旦所定距離だけオーガ１５を引上げ、再度、オーガ１５を置換底位置に戻して、同位置で回転させる。具体的には、０．２〜０．５ｍ程度引上げ、流量計で充填材の吐出を確認した上で、再度置換底位置に戻す。このときのオーガ１５の昇降速度は、掘進時と同程度の０．５〜３．０ｍ／分の速度とする。

次いで、図６（ｂ）に示すように、築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を引上げる。引上げ時は、築造コラム用充填材５７をオーガ１５の吐出口３９から吐出し、対象地盤を混入、撹拌せずにオーガ１５を回転させて速度１．０ｍ／分で引上げる。コラム５１の置換予定上端位置の手前、例えば置換予定上端位置の−１．０ｍ〜−０．５ｍに達したら、図７（ａ）に示すように、築造コラム用充填材５７の吐出を停止させ、仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを確認・調整する。

その結果、掘進工程ａ、先端形状安定化工程ｂ、上下動工程ｃ、先端仕上げ工程ｄ、充填工程ｅ、仕上げ工程ｆによって、地面４３まで築造コラム用充填材５７を過不足なく充填することができる。これに加え、図９（ａ）に示すように、コラム５１の先端形状を定着させ、掘削土の混入をより確実に削減できる。なお、コラム５１の先端形状は地盤の土質や掘削状況等により、図９（ｂ）に示すような異なる形状となる場合もある。さらに、確実に築造コラム用充填材５７を吐出して、図７（ｂ）に示す地中最下端の先端から地面の上部まで品質の高いコラム５１を築造できる。

次に、築造コラム用充填材５７について説明する。
図１０は築造コラム用充填材５７の配合例を表とした説明図である。
築造コラム用充填材５７は、主成分に、高炉セメントＢ種（Ｃ）と、分散材（Ｋ）及びブリーディング低減材（Ｂ）からなる混和材と、水（Ｗ）と、を有し、水セメント比（（Ｗ＋Ｂ＋Ｋ）／Ｃ）が、８０〜１２０％、ブリーディング低減材セメント比（Ｂ／Ｃ）が、５．０〜９．０％、分散材セメント比（Ｋ／Ｃ）が、１．０〜２．５％であり、且つ水、分散材、ブリーディング低減材、高炉セメントＢ種の順で混合撹拌されてなる。

なお、築造コラム用充填材５７は、施工性を確保できる配合とすることが望ましい。この場合、築造コラム用充填材５７は、図１０の表に示すように、水セメント比を８０％、９０％、１００％、１２０％の４配合とすることが好ましい。

また、築造コラム用充填材５７の主たる配合は、ブリーディング低減材がベントナイト、分散材がポリカルボン酸系高分子化合物であり、水セメント比に応じた最適配合量を実験により決定した。その結果を、図１０の表に示す。
また、築造コラム用充填材５７を撹拌する際は、必ず「水」＋「分散材」＋「ブリーディング低減材」＋「高炉セメントＢ種」の順で混合撹拌する。これにより、各材料の性能が十分に発揮されることが実験により実証されている。
築造コラム用充填材５７は、上記以外にもブリーディング低減及び施工性向上の効果がある混和材を使用してもよい。

築造コラム用充填材５７では、それぞれの混和材の性能が充分に発揮され、ブリーディング現象等によるコラム頭レベルの下がりが抑制される。水セメント比を８０〜１２０％とし、配合（撹拌）の順番を、水、混和材、ベントナイト、高炉セメントＢ種とすることで、ブリーディング率（コラム全長に対するコラム頭レベルの下がり）が２．０％以下に低減可能となる。

次に、上記のコラム築造装置１１を用いたコラム置換築造方法の変形例を説明する。
図１１は先端形状安定化工程、上下動工程を含まない変形例１に係るコラム築造手順の工程説明図である。
この変形例１に係るコラム置換築造方法は、ロッド１７の下端にビット１９を有したオーガ１５を回転させて掘削土を側方地盤へ圧入することで周辺地盤を圧密しながら所定の深度まで回転圧入する掘進工程ａと、コラム５１の置換底位置に達したら築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を同位置で回転させる先端仕上げ工程ｄと、築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を引上げる充填工程ｅと、コラム５１の置換予定上端位置の所定距離手前に達したら築造コラム用充填材５７の吐出を停止させて仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを調整した後に再びオーガ１５を回転させながら引上げる仕上げ工程ｆと、を含む。

この変形例１に係るコラム置換築造方法では、オーガ１５の先端中心を、築造するコラム５１の軸線４５に位置に合わせする。オーガ１５を回転させながら隣のコラム５１に影響を及ぼさない速度で、掘削土を、上方へ移動させずに側方地盤へ圧入する。具体的には、オーガ１５を正回転させながら、速度０．５〜３．０ｍ／分で、周辺地盤を強固に圧密しながら所定の深度まで回転圧入する（掘進工程ａ）。

所定深度に達したら、オーガ１５を回転させながら築造コラム用充填材５７を吐出開始し、その状態を所定時間（３０〜６０秒）保持する（先端仕上げ工程ｄ）。

次いで、オーガ１５を回転させ、築造コラム用充填材５７を吐出させながらオーガ１５を引上げる（充填工程ｅ）。具体的には、４５〜８５リットル／の流量で築造コラム用充填材５７を吐出しながら、またはそのまま対象地盤を混入・撹拌せずに、オーガ１５を速度１．０ｍ／分で引上げる。

吐出口３９がコラム５１の置換予定上端位置となる手前で吐出を停止し、引上げる。オーガ１５を引上げた後、必要に応じてコラム５１の仕上り面まで築造コラム用充填材５７を補充する（仕上げ工程ｆ）。具体的には、コラム５１の置換予定上端位置の−１．０ｍ〜−０．５ｍに達したら築造コラム用充填材５７の吐出を停止させる。仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを確認・調整した後に、再びオーガ１５を逆回転または正回転で引上げる。これにより、図７（ｂ）に示すように、掘削土の混入なく安定した品質で地盤土を置換したコラム５１の築造が完了する。

図１２は上下動工程、先端仕上げ工程を含まない変形例２に係るコラム築造手順の工程説明図である。
この変形例２に係るコラム置換築造方法は、ロッド１７の下端にビット１９を有したオーガ１５を回転させて掘削土を側方地盤へ圧入することで周辺地盤を圧密しながら所定の深度まで回転圧入する掘進工程ａと、コラム５１の置換底位置に達したら同位置でオーガ１５を所定時間回転させた後に築造コラム用充填材５７を吐出する先端形状安定化工程ｂと、築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を引上げる充填工程ｅと、コラム５１の置換予定上端位置の所定距離手前に達したら築造コラム用充填材５７の吐出を停止させて仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを調整した後に再びオーガ１５を回転させながら引上げる仕上げ工程ｆと、を含む。

この変形例２に係るコラム置換築造方法では、オーガ１５を回転させながら隣のコラム５１に影響を及ぼさない速度で、掘削土を、上方へ移動させずに側方地盤へ圧入する。これにより、周辺地盤を強固に圧密しながら所定の深度までオーガ１５を回転圧入する。ロッド１７のビット１９がコラム５１の置換底位置に達したら、同位置で所定時間回転させて先端形状を安定（定着）させる。その後、吐出口３９から築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を引上げる。吐出口３９がコラム５１の置換予定上端位置となる手前で吐出を停止し、引上げる。オーガ１５を引上げた後、必要に応じてコラム５１の仕上り面まで築造コラム用充填材５７を補充する。

その結果、掘進工程ａ、先端形状安定化工程ｂ、充填工程ｅ、仕上げ工程ｆによって、地面４３まで築造コラム用充填材５７を過不足なく充填することができるのに加え、先端形状を定着させ、掘削土の混入しない品質の高いコラム５１を築造できる。

図１３は先端仕上げ工程を含まない変形例３に係るコラム築造手順の工程説明図である。
この変形例３に係るコラム置換築造方法は、ロッド１７の下端にビット１９を有したオーガ１５を回転させて掘削土を側方地盤へ圧入することで周辺地盤を圧密しながら所定の深度まで回転圧入する掘進工程ａと、コラム５１の置換底位置に達したら同位置でオーガ１５を所定時間回転させた後に築造コラム用充填材５７を吐出する先端形状安定化工程ｂと、築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を一旦引上げた後にオーガ１５を再度置換底位置に戻す上下動工程ｃと、築造コラム用充填材５７を吐出しながらオーガ１５を引上げる充填工程ｅと、コラム５１の置換予定上端位置の所定距離手前に達したら築造コラム用充填材５７の吐出を停止させて仕上り面が置換予定位置となるように築造コラム用充填材５７の上面レベルを調整した後に再びオーガ１５を回転させながら引上げる仕上げ工程ｆと、を含む。

この変形例３に係るコラム置換築造方法では、オーガ１５を回転させながら隣のコラム５１に影響を及ぼさない速度で、掘削土を、上方へ移動させずに側方地盤へ圧入する。これにより、周辺地盤を強固に圧密しながら所定の深度までオーガ１５を回転圧入する。ロッド１７のビット１９がコラム５１の置換底位置に達したら、同位置で所定時間回転させて先端形状を安定（定着）させる。その後、所定距離だけオーガ１５を引上げ、吐出口３９から築造コラム用充填材５７を吐出しながら一旦置換底位置に戻して回転させる。そのままオーガ１５を引上げる。吐出口３９がコラム５１の置換予定上端位置となる手前で吐出を停止し、引上げる。オーガ１５を引上げた後、必要に応じてコラム５１の仕上り面まで築造コラム用充填材５７を補充する。

その結果、掘進工程ａ、先端形状安定化工程ｂ、上下動工程ｃ、充填工程ｅ、仕上げ工程ｆによって、地面４３まで築造コラム用充填材５７を過不足なく充填することができるのに加え、掘削土の混入をより確実に削減でき、さらに確実に築造コラム用充填材５７を吐出して、先端から上部まで品質の高いコラム５１を築造できる。

従って、本実施形態に係るコラム築造装置１１によれば、土質を選ばず、掘削土が混入しない安定した品質のコラム５１を築造できる。

また、本実施形態に係るコラム置換築造方法によれば、掘進工程ａ、先端形状安定化工程ｂ、上下動工程ｃ、先端仕上げ工程ｄ、充填工程ｅ、仕上げ工程ｆによって、地面４３まで築造コラム用充填材５７を過不足なく安定した形状で充填できる。

さらに、本実施形態に係る築造コラム用充填材５７によれば、ブリーディング率を２．０％以下まで低減させることが可能となる。

１１…コラム築造装置
１３…施工機本体
１５…オーガ
１７…ロッド
１９…ビット
２１…ビット基板
２３…掘削刃
２５…掘削爪
３７…吐出管
３９…吐出口
４３…地面
４５…軸線
５１…コラム
５３…直交２辺部
５５…傾斜辺部
５７…築造コラム用充填材

Claims (2)

1. 施工機本体（１３）と、
   前記施工機本体（１３）によって地面に立てられて軸線回りに回転される円筒状のロッド（１７）と、
   前記ロッド（１７）の前記軸線に沿う方向の一端側に同軸で取り付けられる円板状のビット基板（２１）と、
   前記ビット基板（２１）の前記ロッド（１７）と反対側の下端面に前記軸線を中心とした円周方向に等間隔で三枚が突設され、直交２辺部の一方が前記軸線に沿って配置されるとともに互いに接合され、それぞれが直角三角形状をなし、先端を鋭角の三角形状とした掘削刃（２３）と、
   それぞれの前記掘削刃の傾斜辺部（５５）から先端爪部が突出するように固定され、前記軸線から異なる距離及び前記下端面から異なる距離で固定された３つの掘削爪（２５）と、
   を具備することを特徴とするコラム築造装置。
2. 請求項１記載のコラム築造装置であって、
   前記ビット基板（２１）には前記軸線と同軸となって前記下端面から下方へ突出する円筒状の吐出管（３７）が突設され、該吐出管（３７）のビット基板（２１）の下端面からの突出部の外周面には、３つの前記掘削刃（２３）の互いに接合される直交２辺部の一方が接合されており、
   前記吐出管（３７）の突出先端に吐出口（３９）が開口され、該吐出口（３９）の開口の内部には、内部圧力によって開閉する弁が設けられていることを特徴とするコラム築造装置。

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