JP6101732B2

JP6101732B2 - 地盤改良工法

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Publication number: JP6101732B2
Application number: JP2015078393A
Authority: JP
Inventors: 弘之橋田; 武士川口; 建吾谷内; 太一小川
Original assignee: Estech Corp
Current assignee: Estech Corp
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-04-07
Also published as: JP2016199858A

Description

本発明は、土壌に固化材を混合させて地盤改良を行う地盤改良工法に関する。

この種の地盤改良工法として、下記特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載された地盤改良工法では、オーガロッドの先端部に取付けられた掘削翼をオーガロッドの軸心回りに回転させることで地盤を掘削し、掘削された土壌に固化材を供給して土壌および固化材を撹拌する。そして、固化材が固化することで円柱状の造成体が造成される。

ところで地盤改良を行う地盤に、既設造成体が存在する場合がある。既設造成体が存在する地盤を改良する場合では、既設造成体を一旦破砕し、破砕された既設造成体を取除き、続いて上記と同様に、地盤を掘削し、掘削された土壌に固化材を供給して土壌および固化材を撹拌することで、必要な強度の造成体を新設する、という工法が採用されている。

特開２０１１−３８２９１号公報

しかしながら、既設造成体が存在する地盤を改良する場合では、既設造成体を一旦破砕し、破砕された既設造成体を取除き、その後に必要な強度の造成体を新設するという手順であるから、地盤改良に手間がかかることが指摘される。特に、既設造成体が多数本存在する場合には、その分だけ多くの手間がかかる。

そこで本発明は、既設造成体が存在する地盤を改良する場合に、施工の手間を抑え得るとともに、必要な強度の造成体を新設できる地盤改良工法の提供を目的とする。

本発明は、掘削翼と撹拌翼とを備えた地盤改良機を用いて、土壌に固化材を混合してなる既設造成体が設けられた地盤に対し、前記掘削翼が回転することで掘削された土壌と固化していない固化材とを前記撹拌翼の回転により撹拌して造成体を新設する地盤改良工法であって、既設造成体の少なくとも一部を破砕する掘削破砕工程と、新設する造成体に必要な強度を得る量の固化材を、地盤改良機の所定の場所から吐出させる吐出工程と、掘削破砕工程で掘削された土壌および破砕された既設造成体、吐出工程において吐出された固化材を、撹拌翼で撹拌する撹拌工程とを備え、掘削破砕工程での既設造成体の破砕量に基づいて固化材の最少添加量と最多添加量を定め、吐出工程における固化材の吐出量を最少添加量以上の量とし、既設造成体の破砕量が多いほど最少添加量を最多添加量内で多くすることを特徴としている。

上記地盤改良工法において、掘削破砕工程では、掘削翼により地盤が掘削されるとともに既設造成体の少なくとも一部が破砕され、吐出工程では、既設造成体の破砕量に対応する量の固化材として、新設する造成体に必要な強度を得るために、既設造成体の破砕量に応じて最少添加量以上の量の固化材が吐出され、撹拌工程では、掘削破砕工程で掘削された土壌および破砕された既設造成体、さらに、吐出工程において吐出された固化していない固化材が撹拌翼で撹拌されて、造成体が新設される。

本発明の地盤改良工法では、最多添加量は、掘削翼の回転中心と既設造成体の中心とが略一致している場合に対応した固化材の添加量である工法を採用することができる。

既設造成体の破砕量が多ければその分だけ多くの破砕塊や破砕粉が発生し、最も多くの破砕塊や破砕粉が発生するのは、掘削翼の回転中心と既設造成体の中心とが略一致している場合であり、最も多くの破砕塊や破砕粉が発生して土壌と撹拌されるため、上記地盤改良工法のように、固化材の量を最多添加量とすることで、必要な強度を有した造成体が新設される。

本発明の地盤改良工法では、新設される造成体の、既設造成体に対して重なる重なり量が所定の範囲内では、吐出工程における前記最少添加量以上の量の固化材の量は変更しない工法を採用できる。このようにすることで固化材の吐出量の管理が煩雑にならない。

本発明の地盤改良工法では、掘削翼をオーガロッドの先端部側に配置した地盤改良機であって、掘削翼はオーガロッドの中心に対して放射状に三個配置された地盤改良機を用いる工法を採用することができる。

掘削翼をオーガロッドの中心に対して放射状に三個配置した地盤改良機を用いることで、掘削翼を安定して回転させられるので、既設造成体の破砕性が向上する。

本発明の地盤改良工法によれば、既設造成体が存在する地盤を改良する場合に、破砕した既設造成体を取除かないため、地盤改良の手間が抑えられるとともに、掘削された土壌および破砕された既設造成体、さらに、固化していない固化材を撹拌することで、必要な強度の造成体を新設できる。

本発明の一実施形態に係る地盤改良機の全体概略構成図である。同掘削翼を表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。同（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、本実施形態の地盤改良工法を施す現場の地盤における、既設造成体と新設造成体の配置パターンをそれぞれ表す概略平面図である。同図３に示す配置パターンを簡略化し、地盤の土質を砂質土として、一個の既設造成体と一個の新設造成体の関係を五つのパターンで表した説明図である。同地盤の土質を粘性土として、一個の既設造成体と一個の新設造成体の関係を五つのパターンで表した説明図である。同地盤の土質を火山灰質粘性土（ローム）として、一個の既設造成体と一個の新設造成体の関係を五つのパターンで表した説明図である。

以下、図１ないし図４を参照して、本発明の一実施形態に係る地盤改良工法を説明する。はじめに図１を参照しつつ、本地盤改良工法に用いられる地盤改良機１００の説明をする。地盤改良機１００は、後述する掘削翼１０５を除いて一般的に用いられる構成を備えている。

地盤改良機１００は、主としてベースマシン１０１と、ベースマシン１０１から略鉛直方向に立設されたリーダーマスト１０２と、リーダーマスト１０２に対して昇降可能に設置された撹拌装置１０３とを備える。撹拌装置１０３は、オーガロッド１０４と、オーガロッド１０４の先端（下端）側寄りに配置された掘削ヘッドと、オーガロッド１０４をその軸心回りに回転させるためのアースオーガ駆動装置１１０とを備える。掘削ヘッドは、前記掘削翼１０５と、共回り防止翼１０６と、撹拌翼１０７とを備える。

オーガロッド１０４は、その内部に固化材（例えば、セメント系等のスラリー状固化材）を通すための図示しない通路を備え、長尺の筒状に形成されている。前記通路は、オーガロッド１０４の上端から下端に亘って形成されている。前記通路の先端部が固化材の吐出口１０４ａであり、例えば吐出口１０４ａはオーガロッド１０４の下端部近傍に形成されている。

図２に示すように、各掘削翼１０５は板状に形成されており、オーガロッド１０４の先端部に取付けられる回転軸１０５ａの先端周囲に、放射状に三個、等間隔で設けられている。これら掘削翼１０５は、その先端側縁部に沿って複数（本実施形態においては、一枚の掘削翼１０５につき４個）のビット１５５が、着脱自在に装着されている。さらに、回転軸１０５ａの先端面にも、複数（本実施形態においては、周方向に等間隔で配置された３個）のビット１５５が着脱自在に装着されている。ビット１５５は、掘削翼１０５の傾斜面と平行な方向、すなわち掘削翼１０５の回転方向に対して傾斜する方向となるよう装着されている。本実施形態において、ビット１５５は円錐状の刃１５５ａを有し、刃１５５ａが円錐の軸回りに回転自在となるように保持されたコニカルビットである。

共回り防止翼１０６は、掘削翼１０５に対して上方に所定間隔をあけて配置されている。共回り防止翼１０６は、回転軸１０５ａに同軸で、オーガロッド１０４の回転に対して自在に回転（相対回転）しうるように構成されている。本実施形態では、共回り防止翼１０６は、周方向に１８０°間隔で２個設けられている。各共回り防止翼１０６は、掘削翼１０５よりも長く形成されている。この構成により共回り防止翼１０６は、掘削翼１０５で掘削された土壌に対してその径方向外方の地盤に上方から食い込む。このため、掘削翼１０５および後述する撹拌翼１０７が回転しても回転せずに、静止状態が保たれる。これにより、掘削翼１０５の回転で掘削された土壌と、共回り防止翼１０６の上方で撹拌翼１０７によって撹拌される土壌との共回りが防止される。

撹拌翼１０７は、共回り防止翼１０６に対して上方に所定間隔をあけて配置されている。共回り防止翼１０６は、回転軸１０５ａに同軸で、オーガロッド１０４の回転とともに回転するよう構成されている。本実施形態では、撹拌翼１０７は、周方向に１８０°間隔で２個設けられている。各撹拌翼１０７は、掘削翼１０５と同等の長さに形成されている。

上記構成の地盤改良機１００の動作の概略を説明すると、アースオーガ駆動装置１１０の駆動によりオーガロッド１０４が回転すると、掘削翼１０５および撹拌翼１０７が回転する。掘削翼１０５に図示しないウエイトの重量が働いており、あるいはオーガロッド１０４の自重が働いていることで、掘削翼１０５は回転しつつ地盤Ｇを掘削する。掘削中に、あるいは掘削翼１０５の回転を停止させた状態で、吐出口１０４ａから固化材が吐出され、掘削された土壌および固化していない固化材が撹拌翼１０７によって撹拌され、地盤Ｇに造成体が新設される。すなわち、構造物の基礎となる円柱状の新設造成体１が施工される。

本実施形態の地盤改良工法は、既に地盤Ｇに造成体が施工されている場合、すなわち円柱状の既設造成体２が施工されている場合に用いられる。本実施形態における地盤改良工法は、
（１）オーガロッド１０４を回転させ、掘削翼１０５を既設造成体２に接触させて回転させることで、既設造成体２の少なくとも一部を破砕する掘削破砕工程、
（２）新設造成体１に必要な強度（目標強度）を得る量の固化材を吐出口１０４ａから吐出させる吐出工程、
（３）掘削破砕工程で掘削された土壌、破砕された既設造成体２の破砕塊や破砕粉（以下、破砕塊等と称する）、および吐出工程において吐出された固化材を撹拌翼で撹拌する撹拌工程、
を備える。

吐出工程は、撹拌工程が行われている間に行われる。また、吐出工程における固化材の吐出量は、掘削破砕工程での既設造成体の破砕量に基づいて定められる最少添加量と最多添加量における、最少添加量以上の量とし、破砕量が多いほど最少添加量を多くするようにしている。固化材の吐出量は、単に体積あたりの重量として設定している。本実施形態に係る地盤改良工法は、上記工程により、破砕された既設造成体２を取り除くことなく、新設造成体１を施工するものである。

本実施形態の地盤改良機１００を用いて地盤改良を行う手順は、所定深さまで地盤Ｇを掘削し、既設造成体２を破砕しながら固化材を吐出させ、掘削と同時に土壌と固化材との撹拌を行ない、その後オーガロッド１０４を逆回転させて引き抜く。

図３では、本実施形態の地盤改良工法を施す現場の地盤Ｇにおける、既設造成体２と新設造成体１の配置パターンを、それぞれ（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）として例示している。新設造成体１は実線で表わされ、既設造成体２は仮想線で表わされている。なお、この地盤改良工法を実施する現場では、さらに他の既設造成体２の配置パターンが存在することは勿論である。

図４では、図３に示す配置パターンを簡略化して、一個の既設造成体２と一個の新設造成体１の関係を、パターン１ないしパターン５として表している。なお、図４では、既設造成体２および新設造成体１の直径はともに１０００ｍｍ（Φ１０００）としている。新設造成体１の直径は、掘削翼１０５の回転による直径と略等しい。

これらのうち、パターン１は既設造成体２と新設造成体１とのラップ状況として、ラップしあわない（重なりあわない）状態であり、したがってラップ長Ｌは０ｍｍであるから、本発明の実施とはならない。しかしながら、本実施形態では、既設造成体２と新設造成体１とがラップしあわない状況での固化材の吐出量（添加量である）を基準に、他のパターンであるパターン２ないしパターン５について、吐出工程における固化材の吐出量を決定する。換言すれば、既設造成体２と新設造成体１とがラップしあわない状況での固化材の吐出量を基準に、パターン２ないしパターン５について、必要な強度となる新設造成体１を施工するために、ここの添加される固化材の添加量を決定する。本実施形態では、目標強度ｑｖ＝１８００ＫＮ／ｍ^２に設定している。また、地盤Ｇの土質は砂質土を想定している。

なお、既設造成体２と新設造成体１とがラップしあわないとは、すなわち、掘削翼１０５を既設造成体２に接触させずに回転させる場合である。既設造成体２と新設造成体１とがラップしあうとは、掘削翼１０５を既設造成体２に接触させて回転させる場合である。

新設造成体１の中に既設造成体２の破砕塊等が混合すると、これが混合した分だけ、新設造成体１の強度が弱くなることが知られている。逆に、パターン１のように、ラップ長Ｌが０ｍｍである場合には、本実施形態の吐出工程において吐出口１０４ａから吐出させる固化材添加量は、２００ｋｇ／ｍ^３に設定している。

パターン２では、僅かでも既設造成体２に対する新設造成体１のラップ（ラップ長Ｌ）があって、しかしながら既設造成体２の円中心２ａまでは至らないように新設造成体１を施工する場合を表している。具体的には０ｍｍ＜ラップ長Ｌ≦２５０ｍｍと特定しており、この場合では、例えばラップ長Ｌが５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ等であっても、固化材添加量を２３０ｋｇ／ｍ^３と一定にする。この固化材添加量が最少添加量である。このようにすることによって、新設造成体１に必要な強度を確保することができる。また、或る特定のラップ長Ｌ（破砕量）に至るまでのラップ長Ｌの場合は、ラップ長Ｌに違いがあっても固化材添加量を変えない。換言すれば、既設造成体２に対する新設造成体１の重なり量がそのパターンにおける範囲内（請求項の「所定の範囲内」という要件に相当する）では、固化材添加量は変更しない。このようにすることで固化材の吐出量の管理が煩雑にならない。

掘削破砕工程において、既設造成体２が破砕される量が多くなれば、その分だけ固化材を多く添加する必要がある。パターン５のように、既設造成体２の円中心に、新設造成体１の円中心を略一致させるように施工する場合に、必要な固化材の量は最多量となる。この場合の固化材添加量が最多添加量であり、最多添加量として、本実施形態では吐出工程において３５０ｋｇ／ｍ^３と設定する。

パターン３は、パターン２よりもさらに既設造成体２に対する新設造成体１のラップ長Ｌが大きく、新設造成体１の外周面１ｂが既設造成体２の円中心２ａに略一致するまでの施工を表している。具体的には２５０ｍｍ＜ラップ長Ｌ≦５００ｍｍと特定しており、この場合では、例えばラップ長Ｌが３００ｍｍ、３５０ｍｍ、４５０ｍｍ等であっても、固化材添加量を２６０ｋｇ／ｍ^３と一定にする。この固化材の添加量は最少添加量以上の量である。すなわち、破砕量が多いほど最少添加量を多くするようにしている（最少添加量を最多添加量に近付けている）。

パターン４は、パターン３よりもさらに既設造成体２に対する新設造成体１のラップ長Ｌが大きく、しかし新設造成体１の外周面１ｂが既設造成体２の外周面２ｂに至らない状態（新設造成体１と既設造成体２の円中心１ａ，２ａが一致しない）での施工を表している。具体的には５００ｍｍ＜ラップ長Ｌ≦７５０ｍｍと特定しており、この場合では、例えばラップ長Ｌが５５０ｍｍ、６５０ｍｍ、７００ｍｍ等であっても、固化材添加量を３００ｋｇ／ｍ^３と一定にする。この固化材の添加量は最少添加量以上の量である。

パターン５は、既設造成体２の円中心２ａに新設造成体１の円中心１ａを略一致させる場合の施工である。換言すれば、パターン５は、掘削破砕工程において、既設造成体２の円中心２ａに対し掘削翼１０５の回転中心を略一致させる施工である。この場合では、本実施形態では、ラップ長＝１０００ｍｍ（一個の既設造成体２を全て破砕すること）となり、固化材添加量を３５０ｋｇ／ｍ^３に設定している。この場合、固化材添加量は、最多添加量である。

上記パターン２ないしパターン５の施工において、地盤改良機１００を用いて掘削破砕工程、吐出工程、および撹拌工程を行うことにより、新設造成体１を形成することができる。

以上説明した既設造成体２の破砕量と固化材の添加量（吐出量）との関係が、図３の既設造成体と新設造成体の配置パターン等の施工に用いられる。例えば、図３（ａ）の配置パターンでは、二個の既設造成体２Ａ，２Ｂと二個の新設造成体１Ａ，１Ｂとが、それぞれの円中心１ａ，２ａを同一直線上とされた場合を例示している。

この場合、一方の新設造成体１Ａは、パターン２により施工される。他方の新設造成体１Ｂは、パターン２とパターン４で示したラップ長Ｌが組合されるが、パターン５のラップ長Ｌに相当する破砕量とはならないため、固化材添加量の多いほうであるパターン４により施工される。

図３（ｂ）の配置パターンは、図３（ａ）に準ずるので説明を繰り返さない。図３（ｃ）の配置パターンでは、両側の新設造成体１Ａ，１Ｂはパターン３で施工されればよく、中央の新設造成体１Ｃではパターン３におけるラップ長Ｌが二つあって、これに対応する破砕量となるが、パターン５に相当する破砕量とはならないため、パターン４で施工されればよい。あるいは、パターン３とパターン４のうちラップ長Ｌが長いパターン４を用いて全ての新設造成体１Ａ，１Ｂ，１Ｃを施工してもよい。

同様に、図３（ｄ）の配置パターンは、既設造成体２と新設造成体１Ａ，１Ｂ，１Ｃの各円中心１ａ，２ａが一直線上にない場合を例示している。この場合では、両側の新設造成体１Ａ，１Ｂはパターン２を用いて施工する。中央の新設造成体１Ｃは、二つの既設造成体２Ａ，２Ｂに跨るが、パターン５に相当する破砕量とはならないため、パターン４を用いて施工する。あるいは、ラップ長Ｌが長い方であるパターン４を用いて全ての新設造成体１Ａ，１Ｂ，１Ｃを施工してもよい。

図３（ｅ）の配置パターンは、既設造成体２の直径に比べて新設造成体１の直径が大きい場合を例示している。この場合では、図４で説明したパターン２のラップ長Ｌに相当するので、新設造成体１は、パターン２を用いて施工される。

本実施形態の地盤改良工法によれば、既設造成体２が存在する地盤Ｇを改良する場合に、破砕した既設造成体２を取除かないため、地盤改良の手間が抑えられるとともに、掘削された土壌および破砕された既設造成体２、さらに、固化していない固化材を撹拌することで、必要な強度の造成体を新設できる。

本実施形態の地盤改良工法によれば、既設造成体２が存在する地盤Ｇを改良する場合に、破砕した既設造成体２を取除くことなく新設造成体１を施工するから、産業廃棄物を発生させない。また、その地盤Ｇに存在する構造物の基礎が、施工前以上に多く存在する。このため、基礎としての安全度が増す。

本実施形態では、掘削翼１０５は回転軸１０５ａの先端周囲に放射状に三個、等間隔で設けられている。掘削翼１０５を放射状に三個設けることで、これら掘削翼１０５が安定して回転する。このため、既設造成体２の破砕を良好に行える。しかも、これら掘削翼１０５の先端側縁部に沿って配置された複数のビット１５５はコニカルビットであることから、既設造成体２の破砕性がいっそう良好になる。

本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、既設造成体２の直径と新設造成体１の直径は等しい場合、あるいは既設造成体２の直径に比べて新設造成体１の直径が大きい場合を例示した。しかしながら、既設造成体２の直径に比べて新設造成体１の直径が小さい場合でも、本発明を適用させることができる。具体的には、既設造成体２の直径が１０００ｍｍで、新設造成体１の直径が既設造成体２の直径よりも大きく、且つ１６００ｍｍ（Φ１６００）までの場合である。この場合では、地盤掘削の直径が１６００ｍｍとなるから、この直径に応じた径の掘削翼１０５が用いられる。新設造成体１の直径は１０００ｍｍより小さく施工することもできるし、１６００ｍｍより大きく施工することもできる。何れの場合でも、新設造成体１の直径に応じた径の掘削翼１０５が用いられ、新設造成体１の直径にかかわらず、本願発明を適用することができる。同様に、既設造成体２の直径も１０００ｍｍに限られず、１０００ｍｍより小さくても、あるいは１０００ｍｍより大きくても、何れの場合でも本願発明を適用することができる。

上記実施形態では、掘削翼１０５は回転軸１０５ａの先端周囲に、放射状に三個等間隔で設けた場合を例示した。しかしながら、掘削翼１０５は四個、あるいはそれ以上設けてもよい。また、上記実施形態では、ビット１５５としてコニカルビットを用いた場合を例示した。しかしながら、コニカルビットに限定されず、板状のビットであってもよい。

上記実施形態では、施工対象となる土質を砂質土とした。ここで、別の土質として、例えば粘性土（図５参照）、火山灰質粘性土（ローム）（図６参照）等が挙げられる。これら土質の場合では、他の条件を同一にして、固化材添加量を砂質土の場合とで異ならせる。各土質における固化材添加量は、各図に示すとおりである。

１…新設造成体、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…新設造成体、１ａ，２ａ…円中心、１ｂ…外周面、２…既設造成体、２Ａ，２Ｂ…既設造成体、２ａ…円中心、２ｂ…外周面、１００…地盤改良機、１０３…撹拌装置、１０４…オーガロッド、１０４ａ…吐出口、１０５…掘削翼、１０５ａ…回転軸、１０６…共回り防止翼、１０７…撹拌翼、１５５…ビット、Ｇ…地盤、Ｌ…ラップ長

Claims

掘削翼と撹拌翼とを備えた地盤改良機を用いて、土壌に固化材を混合してなる既設造成体が設けられた地盤に対し、前記掘削翼が回転することで掘削された土壌と固化していない固化材とを前記撹拌翼の回転により撹拌して造成体を新設する地盤改良工法であって、
既設造成体の少なくとも一部を破砕する掘削破砕工程と、
新設する造成体に必要な強度を得る量の固化材を、地盤改良機の所定の場所から吐出させる吐出工程と、
掘削破砕工程で掘削された土壌および破砕された既設造成体、吐出工程において吐出された固化材を、撹拌翼で撹拌する撹拌工程とを備え、
掘削破砕工程での既設造成体の破砕量に基づいて固化材の最少添加量と最多添加量を定め、吐出工程における固化材の吐出量を最少添加量以上の量とし、既設造成体の破砕量が多いほど最少添加量を最多添加量内で多くすることを特徴とする地盤改良工法。
最多添加量は、掘削翼の回転中心と既設造成体の中心とが略一致している場合に対応した固化材の添加量である請求項１に記載の地盤改良工法。
新設される造成体の、既設造成体に対して重なる重なり量が所定の範囲内では、吐出工程における最少添加量以上の量は変更しない請求項１記載の地盤改良工法。
掘削翼をオーガロッドの先端部側に配置した地盤改良機であって、掘削翼はオーガロッドの中心に対して放射状に三個配置された地盤改良機を用いる請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の地盤改良工法。