JP6216479B1 - 地盤改良装置および地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多量の地盤改良材の吐出に起因する地盤の盛り上がりなどの問題を解消する地盤改良装置を提供すること。【解決手段】階段状に配置する内翼２０と、両側端を先細形状とした縦翼８０と、外軸５０の全長にわたって螺旋状を呈する補助翼５１とを設けることで、余剰掘削土の上方への排出を促進して、削孔穴の側圧の増加を低減する。また、地盤改良材の吐出口として、別流路からなる先端吐出口４０と上部吐出口９０を設け、改良体の先端部の造成時には先端吐出口４０から地盤改良材を吐出し、その他の部分の造成時には上部吐出口９０から地盤改良材を吐出することで、品質に優れる改良体を構築する。【選択図】図１

Description

本発明は、深層混合処理工法に属する地盤改良装置および地盤改良方法に関する。

深層混合処理工法は、地盤改良材等を現地盤に注入して、土砂と撹拌混合することにより改良杭を現地盤に多数形成し、現地盤の強度を増大させることを基本とする地盤改良工法である。
例えば、以下の特許文献１には、駆動装置により互いに反対方向に回転する中軸及び外軸からなる掘削軸と、該中軸の、該外軸の下端部から下方に延び出た延出部分に連結された内翼と、該中軸の該延出部分の下端部に離脱自在に装着された削孔刃体と、該外軸の該下端部に連結された外翼とを含んでなる撹拌機を設けた地盤改良装置が開示されている。

特許第３００３０２０号公報

上記した従来の装置および方法では、以下に記載する問題を有する。
（１）削孔段階で中軸の下端に設けた吐出口（図示せず）によって地盤改良材を吐出するため、地盤改良材を多量に注入すると、改良土の体積が現地盤より増大してしまい、削孔部の側圧が増大し、周辺地盤が盛り上がって変位を引き起こすなどの悪影響を及ぼす懸念があった。
（２）従来の攪拌機では、増大した改良土を外側に押し出してしまう傾向があり、この作用も削孔部の側圧増大および周辺地盤の変位の要因となっていた。

よって、本発明は、多量の地盤改良材の吐出に起因する問題を解消可能な手段の提供を目的とする。

上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、地盤を削孔する作業と、地盤内に地盤改良材と土砂とを混合撹拌してなる改良体を造成する作業とを行うための地盤改良装置であって、削孔方向を回転軸として回転する、中軸と、前記中軸の周面から外側へと延伸してある、内翼と、前記中軸の下端に設ける、削孔刃体と、前記削孔刃体の近傍または該削孔刃体と一体化するように設けて削孔液または地盤改良材を吐出可能とした、先端吐出口と、前記中軸の外周との間で隙間を設けるように配置する円筒状の部材からなる外軸であって、該外軸の下端から前記中軸を露出するように構成し、前記中軸の回転方向と反対方向に回転する、外軸と、前記外軸よりも下方の位置で、上下に間隔を設けて配置してあり、前記外軸と共に回転するように取り付けてある、複数の支持体と、前記支持体の周面から外側へと延伸してある、外翼と、前記支持体に設けた外翼同士を上下につなぐように配置してある、縦翼と、前記外軸の下端周辺に設け、前記先端吐出口への流路とは独立した流路でもって地盤改良材を吐出可能とした、上部吐出口と、を少なくとも具備することを特徴とする。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、前記中軸と外軸との間の隙間に、前記上部吐出口へと連通する流路を設けてあることを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１発明または第２発明において、前記内翼を、前記中軸の周面から螺旋階段状に配置してあることを特徴とする。
また、本願の第４発明は、前記第１発明乃至第３発明のうち少なくとも何れかの発明において、前記縦翼の両側端に、内側から外側に向かって先細形状としてある先細部を設けてあることを特徴とする。
また、本願の第５発明は、前記第１発明乃至第４発明のうち少なくとも何れかの発明において、前記外軸の外周に、連続する螺旋羽からなる補助翼を略全長にわたって設けてあることを特徴とする。
また、本願の第６発明は、前記第１発明乃至第５発明のうち少なくとも何れかに記載の地盤改良装置でもって、地盤を削孔する作業と、地盤内に地盤改良材と土砂とを混合撹拌してなる改良体を造成する作業と、を少なくとも実施する地盤改良方法であって、（Ａ）地盤改良装置でもって、最深度まで地盤を削孔する工程と、（Ｂ）地盤改良装置を所定の位置まで引き上げてから前記先端吐出口から地盤改良材を吐出しながら、地盤改良装置を再度最深度まで進行させる工程と、（Ｃ）最深度到達後に、前記先端吐出口からの地盤改良材の吐出を停止して、静止状態で撹拌を行う工程と、（Ｄ）前記上部吐出口から地盤改良材を吐出しながら、地盤改良装置を引抜きつつ混合撹拌を行う工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

本発明によれば、以下に記載する効果のうち、少なくとも何れか１つの効果を奏する。
（１）先端吐出口とは別に、外軸の下端周辺に設けた上部吐出口を具備することで、地盤改良装置の引抜混合撹拌作業での改良体の造成時に、改良体の内部の側圧を低減することができる。
また、上部吐出口の流路を、前記先端吐出口への流路とは独立した構造とすることで、一方の吐出口のみから吐出作業を行うような使用も可能となる。
また、内翼を掘削軸の軸方向に向かって、間欠的かつ螺旋状に配置しておくことで、内側に取り込んだ余剰撹拌土を上方に押し上げて排出することができる。
（２）中軸と外軸との間の隙間を前記上部吐出口へと連通する流路としたことで、外軸の周囲や中軸の内部に新たに流路を設ける必要がない。
（３）外軸に補助翼を設けることにより、余剰撹拌土をスムーズに孔外へと排出することができる。
（４）縦翼の両側端に先細部を設けることで、撹拌土の内側への取り込みを促すことができる。
（５）上記（１）〜（４）の作用効果に伴い、周辺地盤の変位を低減することができる。
（６）改良体の先端部を造成する際には、一度地盤改良装置の引き抜きを行いつつ、先端吐出口から吐出する地盤改良材でもって混合撹拌作業を最深度まで行いつつ、先端部を除くその他の部分の改良体を造成する際には、上部吐出口から吐出する地盤改良材でもって引抜混合撹拌作業を行うことで、全長にわたって品質の高い改良体を造成することができる。

本発明に係る地盤改良装置の全体構成を示す概略図。 縦翼の形状例を示す概略図。 地盤の削孔手順を示す概略図。 改良体の造成手順の方法１を示す概略図。 改良体の造成手順の方法２を示す概略図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

＜１＞全体構成（図１）
図１に、本発明に係る地盤改良装置Ａの全体構成を示す。
本発明に係る地盤改良装置Ａは、掘削方向を回転軸として互いに反対方向に回転する、第１の回転機構および第２の回転機構を少なくとも具備する。
そして、第１の回転機構は、中軸１０、内翼２０、削孔刃体３０および先端吐出口４０、を少なくとも含んでなる。
また、第２の回転機構は、外軸５０、支持体６０、外翼７０、縦翼８０および上部吐出口９０と、を少なくとも含んでなる。
以下、各構成要素の詳細について説明する。

＜２＞中軸
中軸１０は、第１の回転機構としての回転動作を与えるための要素である。
中軸１０は、外軸５０の下端部から下方に延び出るよう配置されており、その先端に削孔刃体３０を設けて、図示しない駆動装置による中軸１０の回転を削孔刃体３０に伝達させて、地盤を削孔する。

＜３＞内翼
内翼２０は、削孔作業によって発生する余剰撹拌土を上方へと送り込むための要素である。
内翼２０は、中軸１０の周面から、該中軸１０の軸方向に向かって間欠状かつ螺旋状を呈する態様で外側へと延伸した構造を呈している。
内翼２０は、中軸１０の軸方向に向かって間欠的かつ中軸１０の周方向に向かって螺旋階段状に配置するとともに、延伸方向を平面視して各１２０°ずらして３枚配置しており、このセットを上下方向に間隔を設けて２セット配置することで、計６枚設けている。

＜３．１＞長さ調節機構
内翼２０は、翼の長手方向（削孔穴の径方向）に向かって長さを調節可能な構造としてもよい。
本実施例では、内翼２０を、中軸１０側に固設してある主翼と、前記基部に対して翼の長手方向に向かって取付位置を変えることが可能な拡張翼とで構成している。

＜４＞削孔刃体
削孔刃体３０は、地盤を削孔するための要素である。
削孔刃体３０は、中軸１０の下端に装着しており、中軸１０とともに回転して地盤を削孔可能に構成している。
削孔刃体３０の形状は、地盤改良装置Ａに設ける公知の削孔装置から適宜選択することができるため、詳細な説明は省略する。

＜５＞先端吐出口
先端吐出口４０は、地盤削孔や、改良体の先端部の造成のために、必要に応じて削孔液または地盤改良材を吐出するための要素である。
先端吐出口４０は、以下の理由から、削孔刃体３０の近傍または削孔刃体３０と一体化するように設けておくことが一般的である。
（理由１）削孔液は、削孔面の周辺に吐出する必要があるため。
（理由２）改良体の先端部の造成作業にあって、一度地盤改良装置Ａを引き上げて最深度の位置まで混合撹拌を行う際に地盤改良材を吐出する必要があるため。
本実施例では、中軸１０の内部に設けた流路（第１の流路４１）を経由して削孔刃体３０の側部に先端吐出口４０を削孔刃体３０と一体化するように設けている。

＜６＞外軸
外軸５０は、第２の回転機構としての回転動作を与えるための要素である。
外軸５０は、中軸１０の外周に対し隙間を設けるように配置する円筒状の部材からなり、図示しない駆動装置によって、中軸１０とは反対方向へと回転するよう構成している。

＜６．１＞補助翼
外軸５０の外周には、略全長にわたって補助翼５１を設けておくことができる。
補助翼５１は、余剰撹拌土を上方へ送り、地上までの排出を促す機能を発揮するための要素である。
よって、上記機能を発揮可能な形状であれば、補助翼５１の形状は如何なる公知形状を採用することができる。
本実施例では、補助翼５１に、連続形成した螺旋羽を用いている。

＜７＞支持体
支持体６０は、外翼７０に外軸５０の回転を伝達するための部材である。
支持体６０は、中軸１０を回転可能な状態で上下に挿通可能な挿通孔を有する略円筒状の部材である。
支持体６０は、外軸５０の下端よりも下方の位置で、上下に間隔を設けて配置してある上支持体６０ａと下支持体６０ｂとに分かれる。
上支持体６０ａは外軸５０の下端に連結することで、外軸５０とともに回転する。
下支持体６０ｂは外軸５０と直接的に連結するものでは無いが、上支持体６０ａに設けた外翼７０や、該外翼７０同士を繋ぐ縦翼８０を介して、間接的に連結することで外軸５０とともに回転する。

＜８＞外翼
外翼７０は、削孔作業によって発生した余剰撹拌土を、内翼２０とともに撹拌する機能を少なくとも発揮するための要素である。
外翼７０は、支持体６０の周面から外側へと延伸するように設け、外軸５０の回転動作と連動して回転するよう構成する。
また、外翼７０は、１つの支持体６０に対し、延伸方向を平面視して各１２０°ずらした態様で計３枚設けている。

＜９＞縦翼
縦翼８０は、上支持体６０ａに設けた外翼７０と、下支持体６０ｂに設けた外翼７０とを連絡することで、外軸５０の回転を下側の支持体に設けた外翼７０に伝達するための機能を少なくとも発揮するための要素である。
本実施例では、縦翼８０の上端に上支持体６０ａに設けた外翼７０と連結可能な上取付片８１ａを設け、縦翼８０の下端に下支持体６０ｂに設けた外翼７０と連結可能な上取付片８１ｂを設けている。
また、縦翼８０の中間部分には、内側へと延伸する中間翼８２を設けておき、この中間翼８２が前記した内翼２０と干渉しないように回転することにより、外翼７０のように掘削土を撹拌する機能を発揮する。

＜９．１＞縦翼の側端形状（図２）
縦翼８０は、その両側端において、内側から外側に向かって先細形状としてある部分を設けておくことができる。
本実施例では、図２に示すように、縦翼８０の全長において、両側端を内側から外側に向かって円弧軌跡を呈するように先細形状とした先細部８３を設けている。
先細部８３を設けることにより、撹拌土を削孔穴の外側に押し出さずに内側へと取り込む作用を得ることができる。

＜１０＞上部吐出口
上部吐出口９０は、地盤改良体の構築に際し、必要に応じて地盤改良材を吐出するための要素である。
上部吐出口９０は、前記した内翼２０、外翼７０および縦翼８０からなる撹拌手段よりも上方の位置において、前記した先端吐出口４０への流路（第１の流路４１）とは独立した流路（第２の流路９１）として設けるものとする。
これは、引抜混合撹拌作業を進めていく際に、これから混合撹拌を行う場所へと地盤改良材を吐出するためである。

＜１１＞使用方法１（図３，４）
前記した地盤改良装置Ａの使用に際し、地盤Ｂの削孔深さが予め定められていない場合の改良体の構築手順の一例について、図３，４を参照しながら以下に説明する。

＜１１．１＞地盤の削孔工程（図３）
まず、地盤改良装置Ａでもって、地盤Ｂを削孔していく。
このとき、先端吐出口４０から必要に応じて削孔液を吐出しながら地盤Ｂの削孔を進める。上部吐出口９０は無吐出の状態とする。
削孔が進むにつれ、削孔部分には掘削土と削孔液が混合されることで掘削土の体積が増加し、余剰分（余剰掘削土）が発生する。
この余剰掘削土は、まず縦翼８０によって内側へと押し出される（図３（ａ））
次に、内側に押し出された余剰掘削土は、階段状に配置してある内翼２０によって上方へと案内される（図３（ｂ））
その後、上方へと案内された余剰掘削土は、外軸５０の周面に螺旋状に設けてある補助翼５１によって上方へと排出される。
これらの作用によって、余剰掘削土が孔内に留まりにくくなり、削孔穴の側圧の増加を低減することができる。

＜１１．２＞改良体の先端部の造成工程（図４（ａ）（ｂ））
地盤改良装置Ａが十分な深度（最深度Ｂ１）にまで達した後は、改良体の造成を始める。
まず、最深度Ｂ１付近の先端部を造成する際には、所定の位置まで地盤改良装置Ａを引き上げる。
この所定の位置とは、所定の深度に地盤改良装置Ａが位置するときに、上部吐出口９０が位置する高さの辺りである。
このとき、先端吐出口４０および上部吐出口９０はともに無吐出の状態である。
地盤改良装置Ａを所定の位置まで引き上げたあとは、前記先端吐出口４０から地盤改良材を吐出しながら再度地盤改良装置Ａを最深度Ｂ１まで進行させたあと、先端吐出口４０からの地盤改良材の吐出を停止して、静止状態で撹拌を行う。このとき上部吐出口９０は常に無吐出の状態である。
このように、先端吐出区間Ｃにおいては、先端吐出口４０から吐き出した地盤改良材を含んだ掘削土を直ちに混合撹拌していくことで、先端部を高品質の改良体とすることができる。

＜１１．３＞先端部を除く改良体の造成工程（図４（ｃ））
改良体の先端部の混合撹拌が終了したあとは、上部吐出口９０から地盤改良材の吐出を始めて、地盤改良装置Ａの引き抜きながら、混合撹拌を行っていく。このとき先端吐出口４０は、無吐出の状態である。
このように、上部吐出区間Ｄにおいては、先端吐出口４０から吐き出した地盤改良材を含んだ掘削土を直ちに混合撹拌していくことで、先端部を高品質の改良体とすることができる。

＜１２＞使用方法２（図５）
前記した地盤改良装置Ａの使用に際し、地盤Ｂの削孔深さが予め定めらまっている場合の改良体の構築手順の一例について、図５を参照しながら以下に説明する。

前記使用方法１と異なり、地盤Ｂの削孔深さが予め定まっている（最深度Ｂ１が予め定まっている）場合には、地盤の削孔を進めていく途中の段階（図５（ａ））から先端吐出口４０から地盤改良材を吐出ながら最深度Ｂ１まで削孔を進め、最深度Ｂ１に達したあとに静止状態で撹拌を行い（図５（ｂ））、その後先端吐出口４０を無吐出の状態とし上部吐出口９０から地盤改良材の吐出を始めて、地盤改良装置Ａの引き抜きながら混合撹拌を行う（図５（ｃ））方法を採用することもできる。

＜１３＞まとめ
このように、本発明に係る地盤改良装置Ａおよび地盤改良方法によれば、余剰掘削土の排出を促すことで、周辺の地盤Ｂの盛り上がりを抑制して変位を低減することができる。
また、改良体の先端部とその他の部分との造成において、地盤改良材の吐出口を変えることで、全長にわたって品質に優れる改良体を構築することができる。

Ａ 地盤改良装置
１０ 中軸
２０ 内翼
３０ 削孔刃体
４０ 先端吐出口
４１ 第１の流路
５０ 外軸
６０ 支持体
６０ａ 上支持体
６０ｂ 下支持体
７０ 外翼
８０ 縦翼
８１ａ 上取付片
８１ｂ 下取付片
８２ 中間翼
８３ 先細部
９０ 上部吐出口
９１ 第２の流路
Ｂ 地盤
Ｂ１ 最深度
Ｃ 先端吐出区間
Ｄ 上部吐出区間

Claims (6)

1. 地盤を削孔する作業と、地盤内に地盤改良材と土砂とを混合撹拌してなる改良体を造成する作業とを行うための地盤改良装置であって、
   削孔方向を回転軸として回転する、中軸と、
   前記中軸の周面から外側へと延伸してある、内翼と、
   前記中軸の下端に設ける、削孔刃体と、
   前記削孔刃体の近傍または該削孔刃体と一体化するように設けて削孔液または地盤改良材を吐出可能とした、先端吐出口と、
   前記中軸の外周との間で隙間を設けるように配置する円筒状の部材からなる外軸であって、該外軸の下端から前記中軸を露出するように構成し、前記中軸の回転方向と反対方向に回転する、外軸と、
   前記外軸よりも下方の位置で、上下に間隔を設けて配置してあり、前記外軸と共に回転するように取り付けてある、複数の支持体と、
   前記支持体の周面から外側へと延伸してある、外翼と、
   前記支持体に設けた外翼同士を上下につなぐように配置してある、縦翼と、
   前記外軸の下端周辺に設け、前記先端吐出口への流路とは独立した流路でもって地盤改良材を吐出可能とした、上部吐出口と、
   を少なくとも具備することを特徴とする、地盤改良装置。
2. 前記中軸と外軸との間の隙間に、前記上部吐出口へと連通する流路を設けてあることを特徴とする、
   請求項１に記載の地盤改良装置。
3. 前記内翼を、前記中軸の周面から螺旋階段状に配置してあることを特徴とする請求項１または２に記載の地盤改良装置。
4. 前記縦翼の両側端に、内側から外側に向かって先細形状としてある先細部を設けてあることを特徴とする、
   請求項１乃至３のうち少なくとも何れか１項に記載の地盤改良装置。
5. 前記外軸の外周に、連続する螺旋羽からなる補助翼を略全長にわたって設けてあることを特徴とする、
   請求項１乃至４のうち少なくとも何れか１項に記載の地盤改良装置。
6. 請求項１乃至５のうち少なくとも何れか１項に記載の地盤改良装置でもって、地盤を削孔する作業と、地盤内に地盤改良材と土砂とを混合撹拌してなる改良体を造成する作業と、を少なくとも実施する地盤改良方法であって、
   （Ａ）地盤改良装置でもって、最深度まで地盤を削孔する工程と、
   （Ｂ）地盤改良装置を所定の位置まで引き上げてから前記先端吐出口から地盤改良材を吐出しながら、地盤改良装置を再度最深度まで進行させる工程と、
   （Ｃ）最深度到達後に、前記先端吐出口からの地盤改良材の吐出を停止して、静止状態で撹拌を行う工程と、
   （Ｄ）前記上部吐出口から地盤改良材を吐出しながら、地盤改良装置を引抜きつつ混合撹拌を行う工程と、
   を少なくとも含むことを特徴とする、
   地盤改良方法。

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