JPH02140321A - 軟弱地盤改良工法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、地盤土壌に注入剤を注入してこれらを攪拌
混合することで地盤を改良する軟弱地盤改良工法及び装
置に係り、特に、注入剤の注入に伴う周辺地盤への影響
を緩和しうる軟弱地盤改良工法及び装置に関するもので
ある。

「従来の技術」 埋立地等の軟弱地盤を改良する目的で、この地盤中にセ
メント系硬化剤等の注入剤を注入してこれらを攪拌翼で
攪拌混合し、これにより地盤を硬化させることで地盤改
良を行う軟弱地盤改良工法が従来から知られている。こ
の軟弱地盤改良工法は、 ■　改良強度（品質）の確実性及び要求に応じた強度の
適用が可能 ■　盛土及び放置期間がないことから工期の短縮化が図
れる ■　ドレーン工法、コンパクション工法に比較して周辺
への影響か少ない ■　大深度（２５〜３０ｍ以上）への適応が可能■　比
較的安価である 等の利点を有し、近年その適用範囲及び利用機会が拡充
される傾向にある。

「発明が解決しようとする課題」 しかしなから、前述の如き適用範囲及び利用機会の拡充
に伴って、市街地又はその周辺の軟弱地盤に前記軟弱地
盤改良工法が適用された場合、周辺地盤に悪影響を及ぼ
すといった可能性が指摘されている。すなわち、地盤中
へ注入剤を注入することでこの地盤の体積が膨張するこ
とにより、地盤が盛り上がったり又は地盤に側圧が作用
して、隣接する構造物に影響を及ぼすこともありうる、
といった可能性である。

この発明は前記事情に鑑みてなされたもので、改良すべ
き地盤の周囲への影響を可能な限り緩和しうる軟弱地盤
改良工法及び装置の提供を目的としている。

「課題を解決するだめの手段」 前述した課題を解決するｌ：めに、この発明は、以下に
掲げるような手段を採用している。

すなわち、第１の請求項に係る発明は、オーガースクリ
ュー状に形成された攪拌軸と、この攪拌軸先端に取り付
けられて複数段の攪拌翼を有する注入軸とを備え、かつ
、前記注入軸の上下に注入剤吐出口か設けられた軟弱地
盤改良装置で注入剤と地盤土壌とを攪拌混合させること
で地盤改良を行う軟弱地盤改良工法を、次の各工程を具
備したものとしたことを特徴とする。

（ｉ）前記攪拌軸及び注入軸を回転下降させることでこ
れらを地盤改良すべき地盤内に貫入させる工程 （ｉｊ）地盤改良目標深さから少なくとも注入剤吐出口
間の距離だけ手前の位置で下方に位置する注入剤吐出口
から注入剤を吐出させつつさらに攪拌軸及び注入軸を回
転下降させる工程 （ｉｉｉ）前記注入軸先端が地盤改良目標深さまで到達
した後に、上方に位置する注入剤吐出口から注入剤を吐
出させつつ前記攪拌軸及び注入軸を回転上昇させること
で、地盤土壌と注入剤とを攪拌混合させながら余剰の土
壌を排出して地盤改良を行う工程。

また、第２の請求項に係る発明は、オーガースクリュー
状に形成された中空攪拌軸と、この攪拌軸先端に所定距
離上下動自在に取り付けられ、外周に複数段の攪拌翼を
有する注入軸とを備えた軟弱地盤改良装置において、こ
の注入軸を軸線方向に延びる二重筒に形成すると共に、
その上下にそれぞれ注入剤吐出口を設け、上方に位置す
る注入軸吐出口を前記二重筒の外筒内部に連通させると
共に、下方に位置する注入軸吐出口を二重筒の内筒内部
に連通させ、かつ、この注入軸に、自身の上方及び下方
への移動に応じてそれぞれ外筒及び内筒内部を前記攪拌
軸内部へ連通させる切換装置を設けたことを特徴とする
ものである。

「作用」 この発明では、上方に位置する注入剤吐出口から注入剤
を吐出させつつ攪拌軸及び注入軸を回転上昇させること
で、注入剤の注入量に対応する量の余剰の土壌を排出し
つつ地盤改良を行っているので、注入剤の注入に伴う地
盤の体積膨張を抑制することができる。また、地盤改良
目標深さより少なくとも注入剤吐出口間の距離だけ手前
の位置で下方に位置する注入剤吐出口から注入剤を吐出
しているので、回転上昇時にのみ注入剤を吐出した際に
未改良として残される部分の地盤につし＼ても注入剤を
攪拌混合せしめて地盤改良を行うことができる。

「実施例」 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図ないし第４図は、この発明の一実施例である軟弱
地盤改良装置を示す図である。これら図において、符号
ｌは改良すべき軟弱地盤（以下、単に地盤と称する）Ｇ
上に設置されたクローラ式ベースマシーンであり、クロ
ーラ２、作業部３、及びブーム４により垂直に保持され
た支柱５から概略構成されている。支柱５には攪拌軸駆
動装置６が図示されない上下動駆動装置により上下動自
在に支持され、この攪拌軸駆動装置６には、その下端に
１対の中空筒状の攪拌軸７．７が左右（第１図紙面に垂
直方向）に並んで連結されている。

攪拌軸７先端には、第２図に示すように、注入軸１１が
所定距離上下動自在な状態で取り付けられている。なお
、この攪拌軸７内部には、図示されない注入剤供給手段
によりセメントスラリー等の注入剤が供給される。

攪拌軸７は、第２図に示すように、中空円筒状の軸体８
と、この軸体８外周に形成された螺旋状のスクリュー羽
根９により、全体としてオーガスクリユー状に形成され
ている。なお、この実施例では、攪拌軸７はその長手方
向に複数本接続可能な構成とされている。

一方、注入軸１１は、第２図ないし第３図に示すように
、前記攪拌軸７の軸体８と略凹−径に形成された軸体１
２と、この軸体１２の外周に複数段（この実施例では３
段）設けられた攪拌翼１３．１３、・・・と、軸体１２
の下端部外層に形成された螺旋羽根状の掘削部１４とか
ら概略構成されている。

攪拌軸７下端には、第２図ないし第４図に示すように、
軸体８と同径の取付筒ｌＯが設けられ、これら軸体８及
び取付筒ｉｏは、それぞれの下端及び上端に形成された
フランジ７ａ、１０ａ間がボルト止めされることで互い
に連結されている。

取付筒１０内面は横断面六角形に形成されていると共に
、前記注入軸１１の軸体上端部１２ａは、この取付筒１
ｏ内面に嵌合する横断面六角形状に縮径されて形成され
ている。取付筒１０内面には、前述した六角形の一辺に
相当する長さのポス１５．１５が水平方向に延在されて
刻設される一方、前記軸体上端部１２ａの前記ポス１５
を臨む位置には、このポス１５と同一の水平長さでかつ
その高さがポス１５より高いポス１６が刻設され、これ
らポス１５．１６間にはピン１７が嵌入されている。従
って、前記注入軸１１は、取付筒１０を介して前記攪拌
軸７と一体に回動すると共に、ポス１６の高さ分だけ上
下動自在にこの攪拌軸７に取り付けられている。なお、
縮径された軸体上端部１２ａと軸体１２本体との間には
段部１２ｂが形成され、軸体１２（すなわち注入軸１１
）が最上端にまで至った際に前記取付筒１０下端が段部
１２ｂに当接するように構成されている（第４図参照）
。すなわち、この段部１２ｂは注入軸１１の上方移動の
際のストッパーとして作用する。

軸体１２は中空筒状に形成されていると共に、この軸体
１２の内部には、その全長に亙る長さの供給管１８がそ
の軸線に沿って配設されている。

これにより、軸体１２は、軸体１２そのものを外筒に、
また供給管１８を内筒にした二重筒構造に形成されてい
る。供給管１８は、その上端が前記攪拌軸７と取付筒１
０との接続部分付近にまで延出され、かつ、その上端開
口部が閉塞されると共に、上端部側面に貫通孔１９．１
９、・・・が穿設されている。また、供給管１８は、軸
体１２上端及び最上段の攪拌翼１３の取付位置よりやや
上部において、それぞれリング状の固定部材２０．２２
で軸体１２内面に固定されている。軸体１２上端に位置
する一方の固定部材２０は、その厚さ方向に貫通孔２１
．２１が穿設されている。また、他方の固定部材２２は
、軸体１２内面と供給管１８外面との間の間隙を閉塞す
るようにこの軸体１２内面に設けられている。

供給管１８上端にはリング状の切換部材２３が外嵌され
ている。切換部材２３は、前記攪拌軸７の軸体８及び取
付筒１０の間に挾持されて固定され、その厚さ方向に貫
通孔２４．２４が穿設されている。切換部材２３は、前
記注入軸１１の軸体１２が最下端にまで至った際にこの
切換部材２３により前記供給管１８の貫通孔１９が閉塞
されるように、その厚さが予め設定されている（第５図
参照）。なお、切換部材２３と供給管１８外面との間に
は軸受等が介在されることで、液密な状態でこれら供給
管１８と切換部材２３とが相互に摺動自在とされている
。

また、供給管１８上端の前記切換部材２３下方の位置に
は、同様にリング状のシール部材２５が外嵌、固定され
ている。このシール部材２５は取付筒１０内径よりやや
小径に形成され、上面にゴムリング等の弾性リング２６
が取り付けられている。シール部材２５は、注入軸１１
の軸体１２が最上端にまで至った際にこのシール部材２
５により切換部材２３の貫通孔２４．２４下端開口部を
閉塞しうるように、その取付位置が予め設定されている
（第４図参照）。

以上述べたことから、注入軸１１の軸体１２が最上端に
まで至った際には、シール部材２５により切換部材２３
の貫通孔２４．２４下端開口部が閉塞され、かつ、供給
管１８の上端貫通孔１９．１９が切換部材２３の上方に
位置することで、攪拌軸７の軸体８内部が供給管１８内
部に連通される（第４図参照）。同様に、注入軸１１の
軸体１２が最下端にまで至った際には、切換部材２３に
より供給管１８の上端貫通孔１９．１９が閉塞され、か
つ、シール部材２５が切換部材２３下方へと移動するこ
とで、攪拌軸７の軸体８内部が注入軸１１の軸体１２内
部と供給管１８との間の空間に連通される（第５図参照
）。すなわち、切換部材２３、シール部材２５は、軸体
１２の上下動に応じて注入軸１１の軸体１２内部又は供
給管１８内部を攪拌軸７の軸体８内部へ切り換えて連通
させる切換装置２７を構成している。

また、前記固定部材２２上方の軸体１２には、この軸体
１２内部に連通する逆止弁２８．２８が設けられている
。さらに、軸体１２下端部の掘削部１４には、前記供給
管１８に連通する逆止弁２９．２９（第２図参照）が設
けられている。すなわち、注入軸１１には、その上下端
にそれぞれ注入剤吐出口（逆止弁）２８．２９が設けら
れている。

次に、以上のような構成を有する軟弱地盤改良装置を用
いて、この発明の一実施例である軟弱地盤改良工法を第
６図を参照して説明する。なお、この実施例では、攪拌
軸７．７を２対（４本）用いて地盤改良を行う。

（ｉ）貫入開始 １対の攪拌軸７．７を攪拌軸駆動装置６に連結しく第６
図（ａ）参照）、この駆動装置６により攪拌軸７．７及
び注入軸１１，１１を回転下降させることで、これらを
地盤Ｇ中に貫入させる（第６図（ｂ）参照）。攪拌軸７
．７が十分に貫入した状態で、これら攪拌軸７．７上端
にさらに１対の攪拌軸７．７を連結しく第６図（ｃ）参
照）、さらに前述した貫入工程を継続する。

（ｉ）注入開始 下方に位置する注入剤吐出口（逆止弁）２９が、地盤改
良目標深さ（第６図中破線）から注入剤吐出口２８．２
９間の間隔だけ手前の位置に至った段階で（第６図（ｄ
）参照）、図示されない注入剤供給手段により攪拌軸７
の軸体８内部に注入剤を圧入、供給する。

この状態では、攪拌軸７及び注入軸１１か回転下降して
いることから注入軸１１は最上端の位置にあり、従って
、軸体８内部は供給管１８内部に連通されている。これ
により、軸体８内部に供給された注入剤は、供給管１８
を通じて下方に位置する注入剤吐出口２９に至り、この
吐出口２９から地盤Ｇ中に吐出される（第４図矢印参照
）。そして、さらに攪拌軸７及び注入軸１１を回転下降
させつつ注入剤を吐出させることで、地盤土壌と注入剤
とを攪拌混合して略吐出口２８．２９間の距離の地盤改
良を行う（第６図（ｅ）参照）。

（田）軸引上 注入軸１１先端が地盤改良目標深さにまで到達したら、
次に、攪拌軸７及び注入軸１１を回転させることで回転
上昇させる（第６図（ｆ）参照）。

この状態でも、前述した注入剤供給手段からの攪拌軸７
内部への注入剤供給は継続しておく。

攪拌軸７が回転上昇されている状態では、注入軸１１は
最下端の位置にあり、従って、軸体８内部は注入軸１１
の軸体１２と供給管１８との間の空間に連通されている
。これにより、軸体８内部に供給された注入剤は、軸体
１２を通じて上方に位置する注入剤吐出口２８に至り、
この吐出口２８から地盤Ｇ中に吐出される（第５図矢印
参照）。

そして、さらに攪拌軸７及び注入軸１１を回転上昇させ
つつ注入剤を吐出させることで、地盤土壌と注入剤とを
攪拌混合して地盤改良を行う。

注入剤を地盤Ｇに注入する際、この注入剤の注入量に対
応する量の地盤土壌は余剰になり、前述の如く周囲地盤
に悪影響を及ぼす。しかしながら、この余剰の土壌Ｓは
、攪拌軸７が回転上昇されていることから、そのスクリ
ュー羽根９によって地上に排出される（第６図（ｇ）参
照）。土壌Ｓ排出量は、注入剤注入量及び土壌性状等に
応じて適宜決定すれば良いが、これは攪拌軸７回転数に
より調整可能である。

さらに、２本連結された攪拌軸７．７のうち上方の攪拌
軸７が地上に出現した状態で、この攪拌軸７を切り離し
、再度、駆動装置６を攪拌軸７．７に連結する（第６図
（ｈ）参照）。そして、さらに撹拌軸７、注入軸１１を
回転上昇させつつ、上方に位置する注入剤吐出口２８か
ら注入剤を地盤Ｇ中に吐出させることで、地盤土壌と注
入剤とを攪拌混合し、かつ余剰の土壌Ｓをスクリュー羽
根９で地上に排出しながら地盤改良を行う（第６図（１
）、（ｊ）参照）。

以上説明したような工法により地盤改良を行うことがで
きる。ここで、この実施例では、オーガスクリユー状に
形成された攪拌軸７の先端に注入軸１１を設けた装置で
地盤改良を行っているので、注入剤を地盤Ｇ中に吐出し
つつ攪拌軸７、注入軸１１を回転上昇させることでこれ
らを引き上げる際に、攪拌軸７のスクリュー羽根９で注
入剤の注入量に対応する余剰の地盤土壌を地上に排出さ
せることができる。これにより、従来懸念されていた注
入剤注入による体積膨張を抑制でき、地盤の盛り上がり
や不要な側圧の発生といった現象を可能な限り抑え、周
辺地盤への影響を十分に緩和することが可能となる。

しかも、この実施例では、注入軸１１の上下に注入剤吐
出口２８．２９が設けられていることがら、効率の良い
地盤改良が行える。

すなわち、前述の如く、この実施例では注入剤注入に伴
う不要な土壌を攪拌軸７により排出させているので、地
盤への注入剤注入は攪拌軸７等の引き上げ、すなわち攪
拌軸７等の回転上昇時に行うことが好ましい。この場合
、地盤土壌と注入剤との攪拌混合効率を向上させるため
には、攪拌翼１３の上方に注入剤吐出口を設け、注入剤
吐出口の上昇を攪拌翼１３が追いかけるような構成が好
ましいことは言うまでもない。しかしながら、攪拌翼１
３の上方にのみ注入剤吐出口を設けたのでは、注入剤吐
出を攪拌軸７等引き上げ時から開始した場合、この時点
で攪拌翼１３が位置する部分の地盤には注入剤が注入さ
れずに未改良のまま残される。

しかし、この実施例では、攪拌翼１３，１３、・・・が
設けられた注入軸１１の上下にそれぞれ注入剤吐出口２
８．２９を設け、地盤改良目標深さから吐出口２８．２
９間の距離だけ手前の位置で下方に位置する吐出口２９
から注入剤を吐出しつつ、攪拌軸７等を回転下降させる
ことで地盤改良を行っているので、前述の如く上方にの
み吐出口を設けた場合に未改良として残される部分の地
盤にも注入剤を注入できて地盤改良を行うことができる
。

しかも、下方の吐出口２９から注入剤を吐出しているの
で、攪拌翼１３、・・・が吐出口２９を追いかける構成
となり、土壌と注入剤との攪拌混合効率が高くて大変に
好ましい。さらに、この実施例では、攪拌軸７等の回転
上昇時に上方に位置する注入剤吐出口２８から注入剤を
吐出させて地盤改良を行っているので、この場合にも攪
拌翼１３、・・・が吐出口２Ｂを追いかける構成となり
、前述の如く土壌と注入剤との攪拌混合効率が非常に高
くて大変に好ましい。

以上述べたことから、この実施例によれば、攪拌軸７等
引き上げ時に余剰の土壌Ｓを攪拌軸７で地上に排出させ
ることで周辺地盤への影響を極力緩和し、かつ、′攪拌
翼１３、・・・及び注入剤吐出口２８．２９によって地
盤土壌を余すところなく攪拌混合して地盤改良を行え、
かつ、その効率も大変良好なものとすることができる。

さらに、この実施例では、注入軸１１が所定距離上下動
自在に攪拌軸７に取り付けられ、かつ、この注入軸１１
の上下動に伴って、切換装置２７により注入軸１１の上
下に位置する注入剤吐出口２８．２９への連通が切り換
えられるので、注入軸１．１の回転上昇あるいは下降に
応じて自動的に上方の吐出口２８又は下方の吐出口２９
から注入剤が吐出され、何等特殊な制御機構を設けるこ
となく前述した工法を簡易な構成で実現することができ
る。

なお、この発明の軟弱地盤改良工法及び装置は、その細
部が前記実施例に限定されることなく、種々の変形例が
可能である。−例として、前記注入剤吐出口２８．２９
は攪拌翼１３．１３、・・・と別体に設けられる必要は
なく、翼１３、・・・内部を中空としてその先端に吐出
口を設けたような構成であっても良い。また、前記実施
例では攪拌軸７を上下に２本連結して地盤改良を行って
いたが、攪拌軸７の連結本数あるいは連結の有無につい
ては改良すべき地盤の深さに応じて適宜選択されればよ
いことは勿論である。さらに、前記実施例では、地盤改
良目標深さから吐出０２８．２９間の距離だけ手前で注
入剤の吐出を開始していたが、これより以前で注入剤の
吐出を開始しても良いことは言うまでもない。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれは、上方に
位置する注入剤吐出口から注入剤を吐出させつつ攪拌軸
及び注入軸を回転上昇させることで、攪拌軸により注入
剤の注入量に対応する量の余剰の土壌を地上に排出しつ
つ、注入軸に設けられた攪拌翼で地盤土壌と注入剤とを
攪拌混合することで地盤改良を行っているので、従来懸
念されていた注入剤の注入に伴う地盤の体積膨張を抑制
することができる。これにより、地盤の盛り上がりや不
要な側圧の発生といった現象を可能な限り抑え、周辺地
盤への影響を十分に緩和することが可能となる。

また、地盤改良目標深さより少なくとも注入剤吐出口間
の距離だけ手前の位置で下方に位置する注入剤吐出口か
ら注入剤を吐出しているので、回転上昇時にのみ注入剤
を吐出した際に未改良として残される部分の地盤につい
ても注入剤を攪拌混合せしめて地盤改良を行うことがで
きる。

しかも、攪拌軸等を回転下降させる時には下方の吐出口
から注入剤を吐出し、かつ、攪拌軸等を回転上昇させる
時には上方の吐出口から注入剤を吐出しているので、注
入軸に設けられた攪拌翼が吐出口を追いかける構成とな
り、土壌と注入剤との攪拌混合効率が高くて大変に好ま
しい。

よって、この発明によれば、攪拌軸等引き上げ時に余剰
の土壌を攪拌軸で地上に排出させることで周辺地盤への
影響を極力緩和し、かつ、攪拌翼及び注入剤吐出口によ
って地盤土壌を余すところなく攪拌混合して地盤改良を
行え、かつ、その効率も大変良好なものとすることがで
きる。

さらに、この発明では、注入軸が所定距離上下動自在に
攪拌軸に取り付けられ、かつ、この注入軸の上下動に伴
って、切換装置により注入軸の上下に位置する注入剤吐
出口への連通が切り換えられる装置を用いているので、
注入軸の回転上昇あるいは下降に応じて自動的に上方の
吐出口又は下方の吐出口から注入剤が吐出され、何等特
殊な制御機構を設けることなく前述した工法を簡易な構
成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、この発明の一実施例である軟弱
地盤改良装置を示す図であって、第１図はその全体構成
を示す正面図、第２図は第１図の■円内を拡大視して示
した正面図、第３図は注入軸のみを取り出して示した正
面図、第４図ないし第５図は注入軸の縦断面図であって
、第４図は注太軸が最上端に至った状態の図、第５図は
注入軸が最下端に至った状態の図、第６図はこの発明の
一実施例である軟弱地盤改良工法を説明するための工程
図である。 Ｇ・・・・・・地盤、Ｓ・・・・・・地盤土壌６・・・
・・・攪拌軸駆動装置、７・・・・・・攪拌軸、９・・
・・・・スクリュー羽根、１１・・・・・・注入軸、１
３・・・・・・攪拌翼、１８・・・・・・供給管、２７
・・・・・・切換装置、２８．２９・・・・・・逆止弁
（注入剤吐出口）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）オーガースクリュー状に形成された攪拌軸と、こ
   の攪拌軸先端に取り付けられて複数段の攪拌翼を有する
   注入軸とを備え、かつ、前記注入軸の上下に注入剤吐出
   口が設けられた軟弱地盤改良装置で注入剤と地盤土壌と
   を攪拌混合させることで地盤改良を行う際に、前記攪拌
   軸及び注入軸を回転下降させることでこれらを地盤改良
   すべき地盤内に貫入させる工程と、地盤改良目標深さか
   ら少なくとも注入剤吐出口間の距離だけ手前の位置で下
   方に位置する注入剤吐出口から注入剤を吐出させつつさ
   らに攪拌軸及び注入軸を回転下降させる工程と、前記注
   入軸先端が地盤改良目標深さまで到達した後に、上方に
   位置する注入剤吐出口から注入剤を吐出させつつ前記攪
   拌軸及び注入軸を回転上昇させることで、地盤土壌と注
   入剤とを攪拌混合させながら余剰の土壌を排出して地盤
   改良を行うことを特徴とする軟弱地盤改良工法。
2. （２）オーガースクリュー状に形成された中空攪拌軸と
   、この攪拌軸先端に所定距離上下動自在に取り付けられ
   、外周に複数段の攪拌翼を有する注入軸とを備え、この
   注入軸は軸線方向に延びる二重筒に形成されていると共
   に、その上下にはそれぞれ注入剤吐出口が設けられ、上
   方に位置する注入軸吐出口は前記二重筒の外筒内部に連
   通されていると共に、下方に位置する注入軸吐出口は二
   重筒の内筒内部に連通され、かつ、この注入軸には、自
   身の上方及び下方への移動に応じてそれぞれ外筒及び内
   筒内部を前記攪拌軸内部へ連通させる切換装置が設けら
   れていることを特徴とする軟弱地盤改良装置。