JP7470030B2 - 貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法 - Google Patents

Description

本発明は、貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法に関する。

従来、都市部における地盤改良工法では、近接施工となるケースが多く、周囲地盤の変位を抑えた変位低減型の工法が求められており、例えば特許文献１に示されるような２軸の回転軸を有する処理装置を用いた排土式深層混合処理工法が知られている。
特許文献１は、２軸の回転軸を貫入する際に、固化材の供給量に相当する土量を積極的に排土した後、回転軸の引抜き時に貫入した地盤に固化材を供給して撹拌混合することで、固化材の供給に伴う地盤膨張を防止して周辺地盤に変位が生じることを回避する変位低減型の地盤改良工法である。この場合には、貫入時に固化材を供給しないので、固化材が混入されずに元の地盤のまま排土される。

さらに、大径の撹拌翼で改良面積を大きくした大径改良を可能とした２軸の地盤改良工法を実施されるケースもあり、この場合には施工費を低減できる利点がある。大径の撹拌翼で貫入施工を行うときには、貫入抵抗が大きくなることから、貫入速度が低下し、施工能率が低下する傾向にあった。そのため特許文献２では、貫入時には例えば下段吐出口より水を吐出して流動化を促進することにより、貫入抵抗を減少させ施工速度を確保するとともに、引抜き時において上段吐出口よりスラリーを吐出し、撹拌混合することで改良体を造成することも行われている。

近年では、耐震補強で高い改良強度を必要とするケースもあり、この場合には地盤に添加する固化材量が多くなり大量の改良材スラリーを吐出することが必要となる傾向にあった。

特許第４８８５３２５号公報 特許第６６４０８２０号公報

しかしながら、上述したような改良材スラリーは排土式深層混合処理機の攪拌翼を有する回転ロッドの内部に装備した供給管の管径により制限されるため、大量のスラリーを吐出するためには回転ロッドの引抜きの施工速度を遅くしスラリー吐出し時間を長くする必要があり、施工速度が低下し施工能率低下するという問題があった。

また、回転ロッドの内部の供給管の管径を拡大するためには、工事毎の固化材添加量に合わせて回転ロッド自体を製作し直す必要があり、既に所有されている装備を大量に製作し直すにはコスト面で問題があり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、地盤に吐出する改良材スラリー量をロッド装備の改造製作を行うことなく効率よく供給することができ、地盤改良における正確な強度を発揮できる貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法、および排土式深層混合処理工法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法は、排土式深層混合処理機によって施工される改良土の配合を試験する貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法であって、前記排土式深層混合処理機による撹拌翼を有する回転ロッドの貫入時に地盤に向けて吐出される第１スラリー量に基づいて排土率を設定して排土量を算定する工程と、算定した前記排土量から排土され地盤内に残存するセメント添加量及び配合水量を算出する工程と、規定量の試料土に対し、前記セメント添加量及び配合水量に対して引抜き時に吐出される第２スラリー量を加算して見直した修正配合量を評価する工程と、前記規定量の試料土に前記修正配合量の硬化材を混合する撹拌を行うことで改良土供試体を作成する工程と、を有することを特徴としている。

また、本発明に係る排土式深層混合処理工法は、上述した貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法によって得られた試験結果を用いた排土式深層混合処理工法であって、前記改良土配合試験方法により作成された改良土供試体を分析する工程と、前記改良土供試体の分析結果に基づいて前記排土式深層混合処理機の前記回転ロッドの貫入時の前記第１スラリー量、及び引抜き時の前記第２スラリー量を設定する工程と、前記撹拌翼に設けられる吐出口から設定された前記第１スラリー量を地盤に向けて吐出し、前記第１スラリー量を掘削深度毎に制御しながら貫入する工程と、排土による残存スラリーに基づいて算出した引抜き時に吐出する前記第２スラリー量を深度毎に制御しながら引き抜く工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、試料土の性状は現地の性状のまま試験を行うことができる。混合する硬化材に対して、規定の配合に対する配合水に貫入時に吐出する第１スラリー量に対し、排土量を考慮して地盤内に残存する硬化材量を修正して計算する。この修正硬化材量に引抜き時に吐出する第２スラリー量で配合した硬化材の加算した量を試料土と混合することで改良土供試体を作成し、作成された改良土供試体を分析した分析結果に基づいて排土式深層混合処理機の撹拌翼の貫入施工時時と引抜き施工時のスラリー量を設定することができる。

このように本発明では、事前にスラリー添加と排土による土質性状の変化（硬化材・水分の増加、土粒子分の減少）を反映した配合試験を行って管理することができる。
とくに、本発明のように排土式で変位低減型の深層混合処理の場合には、回転ロッドの貫入時に吐出する第１スラリー量と引抜き時に吐出する第２スラリー量とを好適な量に分配して精度よく管理されるため、地盤改良時における周辺地盤の変位を小さく抑えることができる。

また、改良土供試体の作成方法については、従来規定されている作成方法（地盤工学会基準ＪＧＳ０８２１－２００９、「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」）によることができるため、他の試験結果とも比較検証ができ再現性もあり、試験結果を保証することができる。

また、本発明に係る排土式深層混合処理工法は、前記回転ロッドは、２軸で設けられ、前記撹拌翼は、撹拌径が１６００ｍｍ以上であることを特徴としている。

この場合には、貫入時にスラリーを吐出すため撹拌翼上部のスクリューが地中に入るまでは強制的な排土が行われないが、撹拌翼装備範囲は短いため上述の状態は浅層部のみで生じるため周辺に変位を及ぼすことは少なく、改良スラリーで流動化しているため浅層部の排土は地表面に排出されやすい。流動化された改良土が排出され難い深度が深くなった場合には、上部のスクリューによる強制排土が行われるため改良スラリーが水平方向に地盤を押すことは無く、従来の排土式深層混合処理工法と同様に変位を低減することが可能である。

本発明の貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法によれば、貫入時に吐出した第１スラリーが撹拌され混合された改良土砂として排土量を評価するため、排土する固化材量と地盤内に残存する固化材量を推定することができる。さらに、推定結果に基づいて引抜き時に吐出する第２スラリー量を決定することで、地盤に吐出するスラリー量を精度よく管理した改良土混合処理を行うことができ、地盤改良における正確な強度を把握することができる。

本発明の貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法の作業工程を示すフロー図である。 （ａ）～（ｆ）は、排土式深層混合処理工法の工程を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法について、図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施の形態の貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法は、排土式深層混合処理機１（図２参照）によって施工される改良土の配合を試験するものである。そして、本実施の形態の排土式深層混合処理工法は、上述の改良土配合試験方法によって得られた試験結果（改良土の配合）を用いて、排土式深層混合処理機１によって深層混合処理を行う施工方法となっている。

ここで、図２に示すように、排土式深層混合処理機１は、先端部に撹拌翼１２を備え並列に配置された２軸の回転ロッド１１、１１と、これら２軸の回転ロッド１１、１１の各外周面に設けられたスパイラル１３と、回転ロッド１１、１１の先端部から地盤Ｇに固化材を噴出する固化材吐出口１４と、を備えている。

各回転ロッド１１は、それぞれ先端部に掘削翼１５を備え、それぞれ専用の駆動モータによって独立に駆動される。そして、これら回転ロッド１１、１１の回転方向は、貫入時、引抜き時において回転して排土する方向とする。なお、引抜き時には、２軸の回転ロッド１１、１１の中央に掘削土を集めた状態で排土する。

図２に示すように、撹拌翼１２は、２軸の回転ロッド１１、１１の先端部側においてそれぞれ複数段（図示例では４段）で設けられている。各回転ロッド１１に設けられる撹拌翼１２の撹拌径は、例えば１６００ｍｍのものを採用することができる。

固化材吐出口１４は、各回転ロッド１１、１１の撹拌翼１２近傍に設けられている。そして、回転ロッド１１の内部には、軸方向全体にわたって流路（不図示）が設けられており、それら流路の上端部に供給された固化材が固化材吐出口１４まで流通する構成となっている。具体的には、ロッド貫入時の改良部処理時には固化材を下段側の固化材吐出口１４から吐出し、引抜き時には固化材を上段側の固化材吐出口１４から吐出することが基本となっている。
なお、本実施の形態のように２軸の回転ロッド１１、１１の場合には、下段側と上段側の固化材吐出口１４を切り替えて使用する。

次に、貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法について、図１及び図２に基づいて具体的に説明する。

先ず、ステップＳ１において、規定量の試料土を作成する。
一方で、回転ロッド１１（図２参照）の貫入速度と地盤Ｇに向けて吐出される所定のスラリー量を設定する（ステップＳ２）。その後、ステップＳ２で設定した貫入速度で撹拌される対象土に投入される第１スラリー量を算定する（ステップＳ３）。具体的には、改良対象土の体積当たりの第１スラリー量を算定する。

そして、ステップＳ４において、投入される第１スラリー量から排土率を設定して排土量を算定する。
さらに、排土後の改良対象土量に対する規定配合（水セメント比）から、セメント添加量と配合水量を算定する（ステップＳ５）。

その後、ステップＳ６において、算定されたセメント添加量、配合水量と引抜き時に添加する第２スラリー量から、修正合計した配合（セメント添加量、配合水量）を算定する。そして、ステップＳ１で作成した規定量の試料土に対して修正合計配合の硬化材を混合する（ステップＳ７）。
その後、ステップＳ１で混合した規定量の試料土と、修正合計配合の硬化材とを１０分間撹拌を行い（ステップＳ８）、改良土供試体を作成する（ステップＳ９）。
なお、このときの撹拌に要する時間は、通常、地盤工学会基準ＪＧＳ０８２１－２００９に定める１０分程度である。
ここまでのステップＳ１～Ｓ９が、改良土配合試験方法による作業フローとなる。

次に、排土式深層混合処理工法は、先ず、ステップＳ１０において、上述した改良土配合試験方法により作成された改良土供試体で強度試験を実施し配合を分析する。具体的には、ステップＳ１０で作成された改良土供試体の配合を変化させて強度試験を行い、配合の組み合わせを選定する。

その後、ステップＳ１１において、改良土供試体の分析結果に基づいて図２に示す排土式深層混合処理機１の回転ロッド１１の貫入施工時のスラリー量を設定する。次いで、後述する施工時において、撹拌翼１２に設けられる固化材吐出口１４から地盤Ｇに向けてスラリー量（前記ステップＳ１１で設定したスラリー量）を掘削深度毎に制御しながら貫入することにより施工する。
そして、図２（ｃ）に示すように、回転ロッド１１、１１の先端（掘削翼１５）が所定の改良下端深度に到達したときに貫入を停止する。

次いで、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、回転ロッド１１、１１を改良領域Ｐ中の途中まで引き抜いた後、再度貫入させ先端部の撹拌回数を確保する。次に、引抜き時には各回転ロッド１１は、固化材を固化材上側吐出口１４より吐出させながら回転ロッド１１、１１及び撹拌翼１２を引抜き時の回転に切替え引き上げることで、１スパンあたりの改良領域Ｐの地盤改良が完了する（図２（ｆ）参照）。

そして、所望深度までの改良体が施工された後、図２（ｆ）に示すように排土式深層混合処理機１の装置全体を地上に引き上げて次の施工位置まで移動させ、上述した改良土配合試験方法により得られたスラリー量に基づいて図２（ａ）～（ｆ）の工程を同様に繰り返して他の改良体を施工する。

本実施形態では、試料土の性状は現地の性状のまま試験を行うことができる。引抜き時に混合する硬化材に対して、貫入時の第１スラリー量を加算し、排土量を考慮して新たに配合セメント量を修正して計算する。この修正配合セメント量で配合した硬化材を試料土と混合することで改良土供試体を作成し、作成された改良土供試体を分析した分析結果に基づいて排土式深層混合処理機１の撹拌翼１４の貫入施工時と引抜き施工時のスラリー量を設定することができる。

このように本実施形態では、事前に貫入時及び引抜き時のスラリー量と排土による土質性状の変化（水分の増加、土粒子分の減少）を反映した配合試験を行って管理することができる。
とくに、本実施形態では、上述したように回転ロッド１１の貫入時に第１スラリー量を吐出するため混合土が排出されるが、引抜き時に吐出される第２スラリー量が好適な量に精度よく管理されるため、地盤改良時における正確な強度を把握することができる。そのため、地盤改良時における周辺地盤の変位を小さく抑えることができる。

また、改良土供試体の作成方法については、従来規定されている作成方法（地盤工学会基準ＪＧＳ０８２１－２００９、「安定処理土の締固めをしない供試体作製方法」）によることができるため、他の試験結果とも比較検証ができ再現性もあり、試験結果を保証することができる。

なお、本実施形態では、排土式深層混合処理工法を管理システムを用いて管理することも可能である。この場合、管理システムに記録し保存した各深度の貫入時および吐出し時の改良材スラリー量と設計計画した改良材のスラリー量を比較し、引抜き時の吐出に必要な改良材スラリー量をガイダンス指示して施工管理を支援する機能を有することを特徴としている。

さらに地層上部での必要改良強度が大きく、地層下部での必要改良強度が小さい場合には、貫入施工時のみ、引抜き施工時のみ、及び貫入時と引抜き時の両施工時に改良スラリーを吐出すなど施工時に得られる情報（貫入抵抗の指標となる電流値など）により選択を行うことが可能で、ある区間の深度毎に強度が変化する場合にも精度よく吐出し量を調節することを可能としている。

このように本実施形態の貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法によれば、地盤に吐出する改良材スラリー量をロッド装備の改造製作を行うことなく効率よく供給することができ、地盤改良における正確な強度を発揮できる。

以上、本発明による貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法、及び排土式深層混合処理工法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

また、本実施形態では、排土式深層混合処理装置１として、回転ロッド１１が２軸で設けられ、撹拌翼１２は撹拌径が１６００ｍｍ以上の太径の装置を採用しているが、これに限定されることはなく、撹拌径が例えば１０００ｍｍ～１３００ｍｍのものを用いるようにしてもよい。例えば、貫入時の抵抗が大きいと想定される地盤では、上述した１６００ｍｍ以上でない撹拌径のものを採用することも可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 排土式深層混合処理装置
１１ 回転ロッド
１２ 撹拌翼
１３ スパイラル
１４ 固化材吐出口
１５ 掘削翼
Ｇ 地盤
Ｐ 改良領域

Claims (3)

1. 排土式深層混合処理機によって施工される改良土の配合を試験する貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法であって、
   前記排土式深層混合処理機による撹拌翼を有する回転ロッドの貫入時に地盤に向けて吐出される第１スラリー量に基づいて排土率を設定して排土量を算定する工程と、
   算定した前記排土量から排土され地盤内に残存するセメント添加量及び配合水量を算出する工程と、
   規定量の試料土に対し、前記セメント添加量及び配合水量に対して引抜き時に吐出される第２スラリー量を加算して見直した修正配合量を評価する工程と、
   前記規定量の試料土に前記修正配合量の硬化材を混合する撹拌を行うことで改良土供試体を作成する工程と、
   を有することを特徴とする貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法。
2. 請求項１に記載の貫入引抜き時吐出施工に対する改良土配合試験方法によって得られた試験結果を用いた排土式深層混合処理工法であって、
   前記改良土配合試験方法により作成された改良土供試体を分析する工程と、
   前記改良土供試体の分析結果に基づいて前記排土式深層混合処理機の前記回転ロッドの貫入時の前記第１スラリー量、及び引抜き時の前記第２スラリー量を設定する工程と、
   前記撹拌翼に設けられる吐出口から設定された前記第１スラリー量を地盤に向けて吐出し、前記第１スラリー量を掘削深度毎に制御しながら貫入する工程と、
   排土による残存スラリーに基づいて算出した引抜き時に吐出する前記第２スラリー量を深度毎に制御しながら引き抜く工程と、
   を有することを特徴とする排土式深層混合処理工法。
3. 前記回転ロッドは、２軸で設けられ、
   前記撹拌翼は、撹拌径が１６００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の排土式深層混合処理工法。
   

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