JP6553101B2 - 地盤改良攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、掘削土と固化材とを撹拌混合することで円柱状改良体を地盤中に形成する地盤改良攪拌装置に関するものである。

軟弱地盤上に戸建住宅等を建築する場合に、地盤の支持力を高めるべく、縦孔を掘りながら掘削土と固化材とを撹拌混合することにより、「杭」と称される円柱状改良体を軟弱地盤中に形成（打設）することが従来から行われている。このような円柱状改良体の施工方法としては、ベースマシンに搭載されたオーガー装置によって回転駆動されるロッドの先端部に取り付けられた、「先端ビット」と称される地盤改良攪拌装置を用いて、縦孔の掘削および掘削土と固化材との撹拌混合を行う地盤改良工法が一般的である。

かかる地盤改良攪拌装置としては、ロッドと接続される回転軸と、回転軸の先端部に設けられ、地盤を掘削する掘削翼と、回転軸における掘削翼よりも上方に設けられ、掘削土と固化材とを撹拌混合する攪拌翼と、掘削翼と攪拌翼との間で回転軸に対して相対回転可能に設けられる共回り防止翼と、を備えるものが一般的である。

また、かかる地盤改良攪拌装置において撹拌混合を担う攪拌翼としては、平鋼を水平に対して傾斜させた姿勢で回転軸に取り付けたものが一般的であるが、最近では撹拌抵抗低減の観点から様々な形状の撹拌翼が提案されている。例えば特許文献１には、丸棒状に形成した攪拌翼（特許文献１の図１参照）や、丸棒状部材のほぼ全長に亘って板状部材を付加した攪拌翼（特許文献１の図８参照）が開示されている。

特開２０１２−１４９５１７号公報

ところで、上記のような地盤改良攪拌装置によって形成される円柱状改良体は、単杭として施工される場合もあれば、相隣り合う円柱状改良体を部分的にオーバーラップさせた地中連続壁として施工される場合もある。

他方、地盤改良攪拌装置は一般的に、掘削土と固化材との撹拌混合時において、相対的に撹拌抵抗（回転抵抗）が大きいと、相対的に撹拌抵抗が小さくなる方に逃げる性質（傾向）を有している。このため、例えば、地中連続壁において昇順で並ぶ第１〜第５の円柱状改良体を施工する場合に、第１〜第５の円柱状改良体を昇順で施工すると、第ｎ（ｎは２〜５の整数）の円柱状改良体が、その周りを囲む原地盤よりも柔らかい第ｎ−１の円柱状改良体の方に寄ってしまい、各円柱状改良体の施工位置が設計位置からどんどんずれてしまうという問題がある。

それ故、例えば地中連続壁において昇順で並ぶ第１〜第５の円柱状改良体を施工する場合には、第１→第３→第５といった具合に一本おきに円柱状改良体の施工（先行施工）を行った後、第１および第３（または第３および第５）の円柱状改良体の間に第２（または第４）の円柱状改良体を施工（杭間施工）するのが一般的である。

しかしながら、大規模工事における地盤改良で用いられるベースマシンとは異なり、戸建住宅等の小規模建築物の建築工事における地盤改良で用いられるベースマシンは相対的に小さいことから、ベースマシンの重量によって地盤改良攪拌装置が逃げるのを抑える効果は小さい。このため、小規模建築物の建築工事では、杭間施工を行ったとしても、第２（または第４）の円柱状改良体が、先行施工された第１および第３（または第３および第５）の円柱状改良体のうち、より撹拌抵抗が小さい側となる円柱状改良体の方に寄ってしまうという問題がある。

なお、このような問題は、水平に対して傾斜した平板状の攪拌翼（相対的に撹拌抵抗が大きい攪拌翼）を備えた従来の地盤改良攪拌装置か、上記特許文献１のもののように、丸棒状の攪拌翼（相対的に撹拌抵抗が小さい攪拌翼）を備えた地盤改良攪拌装置か、を問わず生じる問題である。

そこで、例えば、一本おきに先行施工された円柱状改良体の養生を行って固化させた後、これらの間に新たな円柱状改良体を杭間施工することも考えられるが、これでは、工程が大幅に遅れるとともに、杭間施工される円柱状改良体が、固化した先行施工の円柱状改良体より撹拌抵抗が小さい原地盤の方に寄ってしまうおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、掘削土と固化材とを撹拌混合して円柱状改良体を形成する地盤改良攪拌装置において、地中連続壁を構成する各円柱状改良体の施工位置が設計位置からずれるのを抑制する技術を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る地盤改良攪拌装置では、相対的に撹拌抵抗が大きいと、相対的に撹拌抵抗が小さくなる方に地盤改良攪拌装置が逃げる性質を逆手に取り、施工中の撹拌箇所における中央部の撹拌抵抗を小さくすることで、地盤改良攪拌装置を撹拌箇所の中心に寄せるようにしている。

具体的には、本発明は、相隣り合う円柱状改良体を部分的にオーバーラップさせて構築される地中連続壁における当該各円柱状改良体を形成する地盤改良攪拌装置を対象としている。

そして、上記地盤改良攪拌装置は、駆動源によって回転駆動される回転軸と、上記回転軸の先端部に設けられ、地盤を掘削する掘削翼と、上記回転軸における上記掘削翼よりも上方に設けられ、固化材と掘削土とを撹拌混合する攪拌翼と、を備え、上記攪拌翼は、少なくとも円形断面を含んだ形状に形成され、上記回転軸から径方向外側に延びる内側撹拌翼部と、当該内側撹拌翼部よりも撹拌抵抗が大きくなるように、水平に対して傾斜した平板状に形成され、当該内側撹拌翼部の先端から更に径方向外側に延びる外側撹拌翼部と、を有しており、上記外側撹拌翼部の先端と上記回転軸の軸心との距離が、上記円柱状改良体の設計半径と等しく設定されているとともに、上記外側撹拌翼部の長さが、上記相隣り合う円柱状改良体の設計オーバーラップ長と等しく設定されていることを特徴とするものである。

なお、本発明において「地中連続壁」とは、相隣り合う円柱状改良体を部分的にオーバーラップさせた複数の円柱状改良体（円柱状改良体群）を意味し、円柱状改良体が直線状に連なったものに限定されず、円柱状改良体をブロック状に連ねたものや、円柱状改良体を格子状に連ねたものも含んでいる。

この構成では、外側撹拌翼部の先端と回転軸の軸心との距離が円柱状改良体の設計半径と等しく設定され、且つ、外側撹拌翼部の長さが設計オーバーラップ長と等しく設定されているので、円柱状改良体を杭間施工する場合、外側撹拌翼部は、両隣の円柱状改良体とのオーバーラップ部と原地盤とを含む不均質な地盤を撹拌することになる。一方、外側撹拌翼部よりも径方向内側に位置する内側撹拌翼部は、両隣の円柱状改良体とのオーバーラップ部を含まない、換言すると、両隣の円柱状改良体によって乱されていない均質な原地盤を撹拌することになる。

そうして、内側撹拌翼部は、相対的に撹拌抵抗が小さくなるような形状に形成されており、且つ、均質な原地盤（より正確には原地盤の掘削土）を撹拌することから、撹拌に伴って内側撹拌翼部がいずれかの方向に逃げるという現象は生じ難い。

これに対し、外側撹拌翼部は、相対的に撹拌抵抗が大きくなるような形状に形成されており、且つ、不均質な地盤（より正確には地盤の掘削土）を撹拌することから、相対的に撹拌抵抗が小さくなる方向に逃げようとする。具体的には、外側撹拌翼部は、相対的に固い原地盤や、両隣の円柱状改良体におけるオーバーラップ部以外の部分によって囲まれた径方向外側よりも、内側撹拌翼部によって今まさに攪拌されて撹拌抵抗が減少している径方向内側に逃げようとする。もっとも、外側撹拌翼部は回転軸を中心に回転しており、３６０度いずれの位置においても径方向内側に逃げようとする（回転中心に寄ろうとする）ことから、結局、撹拌に伴って外側撹拌翼部が逃げるという現象も生じ難くなる。
しかも、平板状というシンプルな形状によって、相対的に撹拌抵抗が大きい外側撹拌翼部を容易に実現することができるとともに、相対的に抗力係数の小さい円形断面を含んだ形状によって、相対的に撹拌抵抗が小さい内側撹拌翼部を容易に実現することができる。

これらにより、地中連続壁を構成する各円柱状改良体を形成する際、撹拌翼による地盤の攪拌に伴って、地盤改良攪拌装置がいずれかの方向に逃げるのが抑えられるので、円柱状改良体の施工位置が設計位置からずれるのを抑制することができる。

ところで、外側撹拌翼部の先端と回転軸の軸心との距離に対する外側撹拌翼部の長さが長過ぎると、撹拌抵抗が大きい形状の撹拌翼のみで撹拌を行うのと大差がなく、また逆に、外側撹拌翼部の先端と回転軸の軸心との距離に対する外側撹拌翼部の長さが短過ぎると、撹拌抵抗が小さい形状の撹拌翼のみで撹拌を行うのと大差がないため、地盤改良攪拌装置がいずれかの方向に逃げるおそれがある。

そこで、上記地盤改良攪拌装置では、上記外側撹拌翼部の長さが、上記外側撹拌翼部の先端と上記回転軸の軸心との距離の２０〜６０％であることが好ましい。

この構成によれば、外側撹拌翼部の先端と回転軸の軸心との距離に対する外側撹拌翼部の長さを適正にすることで、地盤改良攪拌装置がいずれかの方向に逃げるのを抑えることができる。また、外側撹拌翼部の長さに対応する設計オーバーラップ長が、円柱状改良体の設計直径の１０〜３０％になることから、地中連続壁における一般的なオーバーラップ長を実現することができる。

以上説明したように、本発明に係る地盤改良攪拌装置によれば、地中連続壁を構成する各円柱状改良体の施工位置が設計位置からずれるのを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る地盤改良攪拌装置を模式的に示す側面図である。 地盤改良攪拌装置を模式的に示す部分断面図であり、同図（ａ）は掘削翼を示し、同図（ｂ）は共回り防止翼を示し、同図（ｃ）は撹拌翼を示している。 地盤改良攪拌装置が適用される施工機械構成の一例を模式的に示す図である。 地盤改良攪拌装置により形成される円柱状改良体を示す図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は平面図である。 地中連続壁の施工手順を模式的に説明する図である。 地盤改良攪拌装置と円柱状改良体との関係を模式的に示す図である。 円柱状改良体の施工手順を模式的に説明する図である。 地盤改良攪拌装置を用いた試験結果を示す図である。 比較例で用いられた地盤改良攪拌装置を模式的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

−施工機械の全体構成−
図１は本実施形態に係る地盤改良攪拌装置１を模式的に示す側面図であり、図２は地盤改良攪拌装置１を模式的に示す部分断面図であり、図３は地盤改良攪拌装置１が適用される施工機械構成の一例を模式的に示す図であり、図４は地盤改良攪拌装置１により形成される円柱状改良体２０を示す図である。この地盤改良攪拌装置１は、一般に「先端ビット」や「掘削ビット」と称されるものであり、図３に示すベースマシン１０に搭載されたオーガー装置１２により回転駆動されるロッド１３の先端部に取り付けられて、地盤を掘削・撹拌するものである。この地盤改良攪拌装置１は、当然に単杭も施工可能であるが、図４（ａ）に示すような、戸建住宅等の小規模建築物の基礎３１を支持する地中連続壁３０を構成する円柱状改良体２０を形成するのに好適に用いられるものである。

施工機械は、図３に例示するように、ベースマシン１０と、施工箇所の整地や排土の積み込み等の補助作業を行うバックホー１４と、水を貯留するタンク１５と、タンク１５内の水とセメント等の固化材１６とを混練してスラリーを生成する混合プラント１７と、混合プラント１７で生成されたスラリーをロッド１３および地盤改良攪拌装置１に送る圧送ポンプ１８と、これら混合プラント１７や圧送ポンプ１８やオーガー装置１２に電力を供給する発電機１９とで構成されている。

ベースマシン１０は、例えばクローラ式地盤改良機であり、鉛直方向に立設されたリーダー１１と、リーダー１１に昇降可能に装着されたオーガー装置（駆動源）１２と、オーガー装置１２によって回転駆動されるロッド１３と、を備えている。このベースマシン１０では、オーガー装置１２が駆動するとロッド１３が回転駆動し、ロッド１３の先端部に取り付けられた地盤改良攪拌装置１が、地盤に縦孔を掘削するとともに、圧送ポンプ１８によって圧送されたスラリーと掘削土とを昇降・回転しながら撹拌混合することで、円柱状改良体２０が形成される。

−地盤改良攪拌装置−
かかる掘削および撹拌混合を担う地盤改良攪拌装置１は、図１に示すように、回転軸２と、回転軸２の先端部に設けられた掘削翼３と、回転軸２における掘削翼３よりも上方に設けられた攪拌翼４と、を備えている。

回転軸２は、その上端に設けられた取付部２ａがロッド１３先端の取付穴（図示せず）に挿入されるとともに、取付部２ａに形成された凹部（図示せず）に抜け止めピン（図示せず）が挿し込まれることで、ロッド１３の先端部に相対回転不能に取り付けられている。これにより、オーガー装置１２が駆動してロッド１３が回転駆動すると、回転軸２がロッド１３と一体回転するようになっている。なお、回転軸２の中心部には、図２に示すように、ロッド１３の中空部と連通する流路２ｂが形成されており、圧送ポンプ１８により圧送されてロッド１３の中空部を通ったスラリーは、かかる流路２ｂを通って噴射口（図示せず）から噴射されるようになっている。

掘削翼３は、回転軸２と一体回転して地盤を掘削するものであり、図１および図２（ａ）に示すように、回転軸２の先端部から、互いに反対向きに径方向外側へ延びる２枚の羽根板３ａと、これら羽根板３ａの下端部に設けられた複数の掘削刃３ｂと、を有している。羽根板３ａは、掘削刃３ｂによって削られた掘削土を上昇させるべく、水平に対して傾斜した平板状に形成されている。

攪拌翼４は、回転軸２と一体回転することで、掘削翼３によって削られて上昇した掘削土と、噴射口から噴射されたスラリー（固化材）とを撹拌混合するものであり、図１に示すように、２本ずつ上下２段に分けて設けられている。各段に設けられた２本の攪拌翼４は、互いに反対向きに径方向外側へ延びるように形成されているとともに、上段の撹拌翼４と下段の撹拌翼４とは、図２（ｃ）に示すように、回転軸２の軸方向に見て、周方向に９０度ずれるように（直交するように）形成されている。

各攪拌翼４は、回転軸２から径方向外側に延びる内側撹拌翼部５と、この内側撹拌翼部５の先端５ａから更に径方向外側に延びる外側撹拌翼部６と、を有している。これら内側撹拌翼部５と外側撹拌翼部６とは、攪拌翼４における径方向内側と径方向外側とで断面形状が異なるように、より詳しくは、内側撹拌翼部５の撹拌抵抗よりも外側撹拌翼部６の撹拌抵抗の方が大きくなるような形状に形成されている。

具体的には、外側撹拌翼部６は、平鋼で構成されていて、図１に示すように、水平に対して傾斜した平板状に形成されている。一方、内側撹拌翼部５は、平鋼と丸棒鋼とで構成されていて、水平に対して傾斜した平板状と丸棒状とを組み合わせたような形状に、換言すると、外側撹拌翼部６と同じ、水平に対して傾斜した平鋼の略下半分を、丸棒鋼で置き換えたような形状に形成されている。このように、等方性を有していて相対的に抗力係数が小さい円形断面（丸棒鋼）を含むことで、内側撹拌翼部５では、掘削土とスラリーとを撹拌混合する際の撹拌抵抗が相対的に小さくなる一方、このような円形断面を含まない外側撹拌翼部６では、内側撹拌翼部５よりも撹拌抵抗が大きくなる。

もっとも、傾斜した平板状に形成された外側撹拌翼部６に対して、内側撹拌翼部５における丸棒状の部分が大き過ぎると、抗力係数を勘案しても内側撹拌翼部５の撹拌抵抗よりも外側撹拌翼部６の撹拌抵抗の方が大きくなるとはいえず、逆に、内側撹拌翼部５における丸棒状の部分が小さ過ぎると、内側撹拌翼部５の撹拌抵抗と外側撹拌翼部６の撹拌抵抗とに差がつかなくなる。撹拌抵抗は、内側撹拌翼部５および外側撹拌翼部６における平板状の部分の傾斜角度等により異なることから、一義的に規定することはできないが、例えば、平板状の一部を丸棒状で置き換えることを前提とすれば、回転方向における外側撹拌翼部６の投影高さｈ１と、回転方向における、内側撹拌翼部５の丸棒状の部分の投影高さｈ２と、が略等しいことが好ましい。

なお、本実施形態において、平鋼と丸棒鋼とで内側撹拌翼部５を構成しているのは、主として丸棒鋼によって攪拌される固化材と掘削土とを、丸棒鋼から斜め上方に延びる平鋼によって掻き分けることで、丸棒鋼にかかる負荷を減らすためである。このように、局所的にかかる負荷を減らすことで、折れ等の損傷が内側撹拌翼部５に生じるのを抑制することができる。

ところで、回転軸２と掘削翼３と攪拌翼４とは一体回転することから、掘削翼３と攪拌翼４との間の掘削土が、これら掘削翼３および攪拌翼４と一緒に回転（共回り）すると、縦孔内で掘削土の塊が回転しているだけの状態になり、撹拌混合が進行しなくなる場合がある。そこで、本実施形態の地盤改良攪拌装置１では、掘削翼３と攪拌翼４との間に回転軸２に対して相対回転可能に共回り防止翼７を設けている。

共回り防止翼７は、図１および図２（ｂ）に示すように、２つの翼部材８を組み合わせることで構成されている。各翼部材８は、円筒を半割りしたような形状に形成された取付部８ａと、取付部８ａから径方向外側に延びる平板状の翼本体部８ｂと、翼本体部８ｂに対し当該翼本体部８ｂと十字状をなすように設けられた平板状の補助翼部８ｃと、を有している。この共回り防止翼７は、回転軸２に設けられた上下に対向する円環状鍔部２ｃの間の部位を挟むように、２つの翼部材８の取付部８ａ同士を組み合わせ、これら２つの取付部８ａを締結部材９で締結して、回転軸２が内挿される円筒を形成することで、回転軸２に対して相対回転可能に取り付けられている。

この共回り防止翼７は、取付部８ａが円環状鍔部２ｃに挟まれていることから、地盤中で回転軸２と一体に上下動するが、回転軸２に対して相対回転可能に取り付けられていることから、回転軸２、掘削翼３および攪拌翼４が一体回転しても、翼本体部８ｂの先端部が縦孔壁に食い込むことで回転停止する。それ故、掘削翼３と攪拌翼４との間の掘削土が、これら掘削翼３および攪拌翼４と一緒に回転しようとしても、掘削翼３と攪拌翼４との間で回転停止している翼本体部８ｂが抵抗となるので、共回りが防止される。なお、平板状の翼本体部８ｂのみでは、地盤改良攪拌装置１全体が、翼本体部８ｂの板面方向にずれて行く場合があるが、翼本体部８ｂに対して十字状をなすように設けられた補助翼部８ｃが、翼本体部８ｂの板面方向で抵抗として作用することで、翼本体部８ｂの形状に起因するずれが抑制されるようになっている。

−地盤改良攪拌装置と円柱状改良体との関係−
以上のように構成された地盤改良攪拌装置１は、上述の如く、地中連続壁３０を構成する円柱状改良体２０を形成するのに好適に用いられるが、本実施形態において「地中連続壁」とは、図４（ｂ）に示すように、相隣り合う円柱状改良体２０を部分的にオーバーラップさせて構築される複数の円柱状改良体（円柱状改良体群）を意味し、円柱状改良体２０が直線状に連なったものに限定されず、円柱状改良体２０をブロック状に連ねたものや、円柱状改良体２０を格子状に連ねたものも含んでいる。

ところで、地盤改良攪拌装置は一般的に、掘削土と固化材との撹拌混合時において、相対的に撹拌抵抗（回転抵抗）が大きいと、相対的に撹拌抵抗が小さくなる方に逃げる性質（傾向）を有している。このため、例えば、地中連続壁３０において昇順で並ぶ円柱状改良体２０を施工する場合に、円柱状改良体２０を昇順で形成すると、現に施工しようとする円柱状改良体２０が、周りの原地盤よりも柔らかい先行施工された円柱状改良体２０の方に寄ってしまい、各円柱状改良体２０の施工位置が設計位置からどんどんずれてしまうという問題がある。

このため、地中連続壁３０を構築する場合には、円柱状改良体２０の施工位置が設計位置からずれるのを抑えるべく、図５に示すような施工ルールに従って円柱状改良体２０を施工するのが一般的である。なお、図５中の目の細かいハッチングは先行施工された円柱状改良体２０ａを示し、目の粗いハッチングは杭間施工される円柱状改良体２０ｂを示す。

先ず、直線箇所の円柱状改良体２０を施工する場合には、図５（ａ）に示すように、１番→２番→３番といった具合に一本おきに円柱状改良体２０ａの先行施工を行った後、４番→５番の順で円柱状改良体２０ｂの杭間施工を行う。

また、Ｔ字箇所の円柱状改良体２０を施工する場合には、図５（ｂ）に示すように、１番→２番→３番の順で一本おきに円柱状改良体２０ａの先行施工を行った後、４番→５番の順で円柱状改良体２０ｂの杭間施工を行い、その後、１番を基準に一本おきに６番→７番の順で円柱状改良体２０ａの先行施工を行った後、８番→９番の順で円柱状改良体２０ｂの杭間施工を行う。

さらに、十字箇所の円柱状改良体２０を施工する場合には、図５（ｃ）に示すように、先ず中心である１番の円柱状改良体２０ａの先行施工を行い、次いで２番→３番の順で一本おきに円柱状改良体２０ａの先行施工を行った後、４番→５番の順で円柱状改良体２０ｂの杭間施工を行う。次いで、１番を基準に一本おきに６番→７番の順で円柱状改良体２０ａの先行施工を行った後、８番→９番の順で円柱状改良体２０ｂの杭間施工を行う。

しかしながら、大規模工事における地盤改良で用いられるベースマシンとは異なり、戸建住宅等の小規模建築物の建築工事における地盤改良で用いられるベースマシン１０は相対的に小さいことから、ベースマシン１０の重量によって地盤改良攪拌装置が逃げるのを抑える効果が小さい。このため、図５に示すように一本おきに円柱状改良体２０の施工を行ったとしても、先行施工された円柱状改良体２０ａのうち、より撹拌抵抗が小さい側となる円柱状改良体２０ａの方に、杭間施工される円柱状改良体２０ｂが寄ってしまうという問題がある。

なお、一本おきに先行施工された円柱状改良体２０ａの養生を行って固化させた後、これらの間に円柱状改良体２０ｂを杭間施工することも考えられるが、これでは、工程が大幅に遅れるとともに、杭間施工される円柱状改良体２０ｂが、固化した円柱状改良体２０ａより撹拌抵抗が小さい原地盤の方に寄ってしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、上述の如く、主として丸棒鋼からなる内側撹拌翼部５と、平鋼からなる外側撹拌翼部６とで、攪拌翼４を構成するのみならず、円柱状改良体２０の設計オーバーラップ長Ｌｗと関連付けて外側撹拌翼部６等の長さＬ２を規定することで、地盤改良攪拌装置１を撹拌箇所の中心に寄せるようにしている。具体的には、本実施形態の地盤改良攪拌装置１では、図６に示すように、外側撹拌翼部６の先端６ａと回転軸２の軸心ＳＣとの距離Ｌ１が、円柱状改良体２０の設計半径Ｒと等しく設定されているとともに、外側撹拌翼部６の長さＬ２が、相隣り合う円柱状改良体２０の設計オーバーラップ長Ｌｗと等しく設定されている。

この構成では、外側撹拌翼部６の先端６ａと回転軸２の軸心ＳＣとの距離Ｌ１が、円柱状改良体２０の設計半径Ｒと等しく設定されているので、オーガー装置１２が駆動して地盤改良攪拌装置１が回転することで、円柱状改良体２０に対応する略半径Ｒの縦孔が掘削され、掘削土が攪拌される。ここで、外側撹拌翼部６の長さＬ２が、円柱状改良体２０の設計オーバーラップ長Ｌｗと等しく設定されているので、先行施工された２つの円柱状改良体２０ａの間に円柱状改良体２０ｂを杭間施工する場合、外側撹拌翼部６は、両隣の円柱状改良体２０ａのオーバーラップ部２３（図６の目の細かいハッチング参照）と原地盤４０とを含む不均質な地盤２２（図６の目の粗いハッチング参照）を撹拌することになる。一方、外側撹拌翼部６よりも径方向内側に位置する内側撹拌翼部５は、両隣の円柱状改良体２０ｂとのオーバーラップ部２３を含まない部分、換言すると、両隣の円柱状改良体２０ａによって乱されていない均質な原地盤２１を撹拌することになる。

そうして、内側撹拌翼部５は、丸棒鋼を主体として相対的に撹拌抵抗が小さくなるような形状に形成されており、且つ、均質な原地盤２１（より正確には原地盤２１の掘削土）を撹拌することから、撹拌に伴って内側撹拌翼部５がいずれかの方向に逃げるという現象は生じ難い。

これに対し、外側撹拌翼部６は、水平に対して傾斜した平鋼によって相対的に撹拌抵抗が大きくなるような形状に形成されており、且つ、不均質な地盤２２（より正確には地盤２２の掘削土）を撹拌することから、いずれかの方向に逃げようとする。ここで、外側撹拌翼部６は、両隣の円柱状改良体２０ａにおけるオーバーラップ部２３以外の部分２４や原地盤４０により、その外側が囲まれているとともに、スラリーと混合されて内側撹拌翼部５によって攪拌されている掘削土により、その内側が囲まれている。とすれば、外側撹拌翼部６は、相対的に固い原地盤４０や、両隣の円柱状改良体２０ａにおけるオーバーラップ部２３以外の部分２４によって囲まれた径方向外側よりも、内側撹拌翼部５によって今まさに攪拌されて撹拌抵抗が減少している径方向内側に逃げようとする。もっとも、外側撹拌翼部６は回転軸２を中心に回転しており、３６０度いずれの位置においても径方向内側に逃げようとする（回転中心に寄ろうとする）ことから、結局、撹拌に伴って外側撹拌翼部６が逃げるという現象も生じ難くなる。

このように、本実施形態の地盤改良攪拌装置１では、撹拌抵抗が小さく且つ均質な原地盤２１を撹拌する内側撹拌翼部５によって、撹拌抵抗が大きく且つ不均質な地盤２２を撹拌する外側撹拌翼部６の逃げ場を与えることで、地盤改良攪拌装置１を撹拌箇所の中心に寄せるようにしている。このことは、相対的に撹拌抵抗が大きい攪拌翼であれ、撹拌抵抗が小さい攪拌翼であれ、単一の断面形状しか有しない撹拌翼によって、オーバーラップ部２３と原地盤４０とを含む不均質な地盤を撹拌していた従来の地盤改良攪拌装置と大きく異なる点である。

以上により、本実施形態の地盤改良攪拌装置１によれば、地中連続壁３０を構成する各円柱状改良体２０を形成する際、撹拌翼４による地盤の攪拌に伴って、地盤改良攪拌装置１がいずれかの方向に逃げるのが抑えられるので、円柱状改良体２０の施工位置が設計位置からずれるのを抑制することができる。

もっとも、外側撹拌翼部６の先端６ａと回転軸２の軸心ＳＣとの距離Ｌ１に対する外側撹拌翼部６の長さＬ２が長過ぎると、撹拌抵抗が大きい形状の撹拌翼のみで撹拌を行うのと大差がなく、また逆に、距離Ｌ１に対する外側撹拌翼部６の長さＬ２が短過ぎると、撹拌抵抗が小さい形状の撹拌翼のみで撹拌を行うのと大差がないため、地盤改良攪拌装置１がいずれかの方向に逃げる可能性がある。

そこで、本実施形態の地盤改良攪拌装置１では、外側撹拌翼部６の長さＬ２が、外側撹拌翼部６の先端６ａと回転軸２の軸心ＳＣとの距離Ｌ１の２０〜６０％であることが好ましい。このようにすれば、距離Ｌ１に対する外側撹拌翼部６の長さＬ２を適正にすることで、地盤改良攪拌装置１がいずれかの方向に逃げるのを抑えることができる。また、外側撹拌翼部６の長さＬ２に対応する設計オーバーラップ長Ｌｗが、距離Ｌ１の２倍に対応する円柱状改良体２０の設計直径の１０〜３０％になることから、地中連続壁３０における一般的なオーバーラップ長を実現することができる。

−施工手順−
次に、円柱状改良体２０の具体的な施工手順を、図７に示すステップＳ１〜Ｓ９を参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ１では、所定の位置にベースマシン１０を移動し、設計位置（円柱状改良体２０の芯位置）に、地盤改良攪拌装置１のセンター（回転軸２の軸心ＳＣ）を合せる。そうして、例えばロッド１３や補助ロッド（図示せず）に内装された傾斜計（図示せず）で、ロッド１３乃至回転軸２の鉛直度を確認した後、地盤改良攪拌装置１を施工基盤４１にセットする。

次のステップＳ２では、オーガー装置１２を駆動させて地盤改良攪拌装置１を正回転させることで、所定深度まで空掘（スラリーを注入しないで掘削）する。

次のステップＳ３では、所定深度付近で地盤改良攪拌装置１の貫入を停止して、スラリーの注入を開始する。そうして、スラリーの注入量が一定になったことを確認した後、地盤改良攪拌装置１の貫入を開始し、掘削翼３で掘削された掘削土と注入されるスラリーとを撹拌翼４によって撹拌混合する。

次のステップＳ４では、地盤改良攪拌装置１が支持地盤５０に到達したと考えられる深度での着底回転トルク値と、試験施工時に採取された着底基準トルク値と比較し、例えば着底回転トルク値が着底基準トルク値以上であれば、貫入完了と判断する。

次のステップＳ５では、再び一定量でスラリーを注入しながら、地盤改良攪拌装置１を逆回転させて引き上げることで、引上撹拌混合を行う。

次のステップＳ６では、ステップＳ２〜Ｓ５で施工した区間に、地盤改良攪拌装置１を正回転させながら貫入することで、再貫入・再撹拌を行う。

次のステップＳ７では、支持地盤５０から１ｍの区間にて、地盤改良攪拌装置１を上下に一往復させることで先端処理を行う。

次のステップＳ８では、ステップＳ２〜Ｓ５で施工した区間から、地盤改良攪拌装置１を逆回転させながら引き上げることで、再引上・再撹拌を行う。

次のステップＳ９では、施工基盤４１まで地盤改良攪拌装置１を引き抜き、オーガー装置１２を停止させて地盤改良攪拌装置１の回転を止め、次の打設位置へ移動する。

以上のステップＳ１〜Ｓ９の作業を繰り返すことで、相隣り合う円柱状改良体２０を部分的にオーバーラップさせた地中連続壁３０を構築する。

−実験例−
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。

実験例では、図１および図２に示した地盤改良攪拌装置１と、図９に示す地盤改良攪拌装置１０１とを用意した。地盤改良攪拌装置１０１は、地盤改良攪拌装置１の回転軸２、掘削翼３および共回り防止翼７と全く同様の、回転軸１０２、掘削翼１０３および共回り防止翼１０７を備えているが、４本の撹拌翼１０４がその全長に亘って、水平に対して傾斜した平板状に形成されたものを用意した。なお、地盤改良攪拌装置１の撹拌翼４と地盤改良攪拌装置１０１の撹拌翼１０４とは同じ長さであり、且つ、地盤改良攪拌装置１０１の撹拌翼１０４は、外側撹拌翼部６と同じ角度で傾斜している。

そうして、深さ５ｍの円柱状改良体２０ａを一本おきに２本先行施工し、地盤改良攪拌装置１を用い且つ上記ステップＳ１〜Ｓ９に従って、これらの間に深さ５ｍの円柱状改良体２０ｂを杭間施工したものを本発明例とした。

これに対し、深さ５ｍの円柱状改良体２０ａを一本おきに２本先行施工し、地盤改良攪拌装置１０１を用い且つ上記ステップＳ１〜Ｓ９に従って、これらの間に深さ５ｍの円柱状改良体２０ｂを杭間施工したものを比較例とした。

ところで、「円柱状改良体の施工位置が設計位置からずれる」と言っても、その態様は様々である。そして、円柱状改良体２０全体（上端から下端まで）が一律にずれることは寧ろ稀である一方、杭頭（円柱状改良体２０の上端）は設計位置に在るが、下方に行く程ずれているケースも珍しくない。このため、杭頭のずれを計測してもあまり意味がなく、円柱状改良体２０の施工位置が設計位置からずれたか否かの判断は、形成された円柱状改良体２０を掘り起こして確認する方法を除けば、実際に施工に立ち会った作業者の主観に依るところが大きい。

そこで、本実験例では、本発明の効果を客観的に示すべく、相対的に撹拌抵抗（回転抵抗）が大きいと、相対的に撹拌抵抗が小さくなる方に地盤改良攪拌装置が逃げる傾向にあることに着目し、本発明例および比較例について、深度約３０ｃｍ毎に回転トルク値を測定した。その測定結果を図８に示す。

図８に示すように、相対的に撹拌抵抗が大きい撹拌翼１０４を有する地盤改良攪拌装置１０１を用いた比較例では、後述する本発明例に比して大きな回転トルク値が頻繁に計測された。このことから、比較例では、相対的に撹拌抵抗が小さくなる方に、地盤改良攪拌装置１０１が頻繁に逃げようとしたと推察される。また、実際にも、施工中何度も傾斜計がロッド１３乃至回転軸１０２の傾きを検出した。

これに対し、地盤改良攪拌装置１を用いた本発明例では、図８に示すように、比較例のような大きな回転トルク値が計測されることはほとんどなく、平均すると比較例よりも回転トルク値が１６％も低減された。しかも、計測された回転トルク値は、単に小さいだけではなく、どの深度においてもばらつくことはなかった。このことから、本発明例では、地盤改良攪拌装置１が、相対的に撹拌抵抗が小さくなる方に逃げようとする現象は生じなかったと推察される。また、実際にも、施工中、ロッド１３乃至回転軸２の鉛直度が保たれていることが傾斜計により確認された。

以上により、円柱状改良体２０の施工位置が設計位置からずれるのを抑制することができるという、本発明の効果が確認された。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神または主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、平板状と丸棒状とを組み合わせた形状に内側撹拌翼部５を形成したが、これに限らず、例えば内側撹拌翼部５を丸棒状に形成してもよい。

また、上記実施形態では、平板状と丸棒状とを組み合わせた形状に内側撹拌翼部５を形成するとともに、水平に対して傾斜した平板状に外側撹拌翼部６を形成したが、外側撹拌翼部６が内側撹拌翼部５よりも撹拌抵抗が大きくなるような形状に形成されているのであれば、これに限らず、例えば丸棒状および平板状以外の形状の組合せで、内側撹拌翼部５および外側撹拌翼部６を形成してもよい。具体的には、内側撹拌翼部５が、外側撹拌翼部６に比して回転進行方向に対する抵抗が小さい形状であればよいので、例えば、同じような形状同士の組合せであっても、内側撹拌翼部５のみ断面先細り形状にしたり、丸棒状に代えて、内側撹拌翼部５を断面楕円形や断面卵形等の曲面を有する形状にしたりしてもよい。

さらに、上記実施形態では、スラリーと掘削土とを撹拌混合するようにしたが、これに限らず、例えば粉体の固化材と掘削土とを撹拌混合するようにしてもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、地中連続壁を構成する各円柱状改良体の施工位置が設計位置からずれるのを抑制することができるので、掘削土と固化材とを撹拌混合することで円柱状改良体を形成する地盤改良攪拌装置に適用して極めて有益である。

１ 地盤改良攪拌装置
２ 回転軸
３ 掘削翼
４ 攪拌翼
５ 内側撹拌翼部
５ａ 先端
６ 外側撹拌翼部
６ａ 先端
１２ オーガー装置（駆動源）
２０ 円柱状改良体
３０ 地中連続壁
Ｌ１ 距離
Ｌ２ 長さ
Ｌｗ 設計オーバーラップ長
Ｒ 設計半径
ＳＣ 軸心

Claims (2)

1. 相隣り合う円柱状改良体を部分的にオーバーラップさせて構築される地中連続壁における当該各円柱状改良体を形成する地盤改良攪拌装置であって、
   駆動源によって回転駆動される回転軸と、
   上記回転軸の先端部に設けられ、地盤を掘削する掘削翼と、
   上記回転軸における上記掘削翼よりも上方に設けられ、固化材と掘削土とを撹拌混合する攪拌翼と、を備え、
   上記攪拌翼は、少なくとも円形断面を含んだ形状に形成され、上記回転軸から径方向外側に延びる内側撹拌翼部と、当該内側撹拌翼部よりも撹拌抵抗が大きくなるように、水平に対して傾斜した平板状に形成され、当該内側撹拌翼部の先端から更に径方向外側に延びる外側撹拌翼部と、を有しており、
   上記外側撹拌翼部の先端と上記回転軸の軸心との距離が、上記円柱状改良体の設計半径と等しく設定されているとともに、上記外側撹拌翼部の長さが、上記相隣り合う円柱状改良体の設計オーバーラップ長と等しく設定されていることを特徴とする地盤改良攪拌装置。
2. 上記請求項１に記載の地盤改良攪拌装置において、
   上記外側撹拌翼部の長さが、上記外側撹拌翼部の先端と上記回転軸の軸心との距離の２０〜６０％であることを特徴とする地盤改良攪拌装置。

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