JPH0639779B2 - 軟弱地盤改良工法及び装置 - Google Patents

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
撹拌混合し、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
の影響が少ない 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械が拡充
される傾向にある。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、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が側圧に作用
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。

「課題を解決するための手段」 前述した課題を解決するために、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、外周にスクリュ
ー羽根が取り付けられて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 (ii)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、外周にスクリュー羽
根が取り付けられて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剤吐出口
を前記二重筒の外筒内部に連通させると共に、下方に位
置する注入剤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。

「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
１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が図示されい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ュー状に形成され
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と略同一径に形成された軸体
１２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
下端部外周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１０が設けられ、これら軸体８及
び取付筒１０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の軸端上端部１２
ａは、この取付筒１０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ボス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１
２ａの前記ボス１５を臨む位置には、このボス１５と同
一の水平長さでかつその高さがボス１５より高いボス１
６が刻設され、これらボス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１
０を介して前記攪拌軸７と一体に回動すると共に、ボス
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、軸端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。

軸端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１０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、１９、…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の間に挾持された固定され、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と軸体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（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（第６図(c)参照）、
さらに前述した貫入工程を継続する。

(ii)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が回転下降して
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１
８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(c)参照）。

(iii)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が、地盤土壌
は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、さらに攪拌軸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(i)、
(j)参照）。

以上説明したような工法によ地盤改良を行うことができ
る。ここで、この実施例では、オーガスクリュー状に形
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から、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
１３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２８、
２９を設け、地盤改良目標深さから吐出口２８、２９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２８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１１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。一例として、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
標深さから吐出口２８、２９間の距離だけ手前に注入剤
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、この発明によれば、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、攪拌軸のスクリュ
ー羽根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
の土壌を攪拌軸のスクリュー羽根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II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図は注入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、１３……攪拌翼、１８……供
給管、２７……切換装置、２８、２９……逆止弁（注入
剤吐出口）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 富貴男 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 小田原 卓郎 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 黒澤 正之 東京都江戸川区船堀５―８―23 黒沢鉄工 株式会社内 (72)発明者 池田 勉 東京都江戸川区船堀５―８―23 黒沢鉄工 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−113923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−146819（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周にスクリュー羽根が取り付けられてオ
   ーガースクリュー状に形成された撹拌軸と、この撹拌軸
   先端に取り付けられて複数段の撹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撹拌混
   合させることで地盤改良を行う際に、前記撹拌軸及び注
   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撹拌
   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撹拌軸及び
   注入軸を回転上昇させることで、地盤土壌と注入剤とを
   撹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. 【請求項２】外周にスクリュー羽根が取り付けられてオ
   ーガースクリュー状に形成された中空撹拌軸と、この撹
   拌軸先端に所定距離上下動自在に取り付けられ、外周に
   複数段の撹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
   する注入剤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剤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
   前記撹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。