JPH0678613B2 - 柱状地盤改良工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、柱状地盤改良装置を用い、掘削刃装置により
地盤に孔を掘削すると同時に、前記掘削刃の先端からセ
メントミルク等の凝固剤を噴出させ、掘削した土壌と凝
固剤とを混合することによって、柱状の地盤改良を行う
に際して、掘削装置の掘進深度とセメントミルク等の供
給量とを比例させた状態で、装置の駆動を自動的に制御
できるようにする方法に関する。

（従来の技術） 柱状地盤改良装置においては、アースドリル等の掘削刃
装置により、地盤に垂直な孔を所定の深さで掘削し、そ
の掘削された孔の土にセメントミルク等の凝固剤を混合
し、その孔の中に充填されて固化した混合物によって、
場所打ち杭等の柱状地盤改良を行う方法を用いている。
上記したような施工装置においては、アースドリル等の
掘削装置と、前記アースドリルの掘削刃の先端より、セ
メントミルク等を噴出させるような凝固剤噴出装置を設
けている。そして、最初にアースドリルにより所定の深
さの孔を掘削し、その後で、前記ドリルを引き抜きなが
ら、セメントミルク等をドリルの刃先から噴出させ、凝
固剤を掘削した土壌に混合する等の方法が用いられてい
る。

例えば、特開昭59−27027号公報に記載されているよう
な装置においては、モルタルの注入量と、アースドリル
の引き抜き速度とを同一の表示機構で表示し、オペレー
タがその表示機構の表示を見ながら操作するように構成
している。そして、掘削された孔の部分での土質に応じ
てドリルの上昇速度が変化することを見て、凝固剤を適
当な量ずつ供給し、凝固剤を混合した土を掘削孔に充填
する作業を行い得るようにするものである。また、特開
昭57−205616号公報に示される例においては、アースド
リルの引き抜き速度に対応させて、セメントミルクの供
給用可変容量液圧ポンプの駆動を制御するように構成し
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記したような凝固剤の供給の制御機構
を有する場所打ち杭工法は、専ら、比較的大型の建物等
の基礎として用いられる装置に関するものであり、大口
径の掘削孔に大量の凝固剤を注入して混合を行い、重量
の大きな建物の基礎を作成するために施工されることが
多い。

これに対して、比較的小型の基礎工事、つまり、一般の
住宅等の基礎の地盤改良工事等においては、上記したよ
うに基礎の掘削装置と、凝固剤の供給装置の運転を連動
させるような機構を設けていることは非常に少ないもの
である。そして、オペレータがドリルの上下動の速度
と、ポンプの凝固剤の送り出し量とを比較し、経験によ
って装置の運転を行うようにしていることが多い。した
がって、セメントミルク等の凝固剤の供給量の制御が、
良好に行われ得ずに、凝固剤を無駄に使用する等の不都
合な状態が発生したり、または、土と凝固剤の混合割合
が一定にならず、場所打ち杭が所定の強度に形成されな
い等の問題が発生しやすいものであった。

さらに、従来より用いられちる場所打ち杭の施工装置に
おいては、オペレータは掘削装置の運転と、凝固剤の供
給装置、およびミキシングプラントの、それぞれの稼働
状態を常時監視することが必要であるために、一人のオ
ペレータでは十分に対処することができない等の問題が
ある。したがって、比較的場所打ち杭の施工本数の少な
い工事現場でも、クレーン等の掘削車両のオペレータの
他に、セメントミルク圧送装置の監視補助人員を配置す
ることが必要であり、それらによって工事の省力化が阻
害される等の欠点が発生している。

また、アースオーガー等による掘削と、セメントミルク
の供給とを平行して行う場合には、地盤の土質等によっ
ては、掘削刃の進む速度に対して、セメントミルクの供
給量とが良好な状態に制御できず、それによって場所打
ち杭の強度が不足したりすることがある。さらに、過剰
にセメントミルクを供給することによって、凝固剤を無
駄に使用する等の問題が発生し、場所打ち杭の品質の管
理や、工事のコスト等の点で、改良を要する多くの問題
を有している。

これに加えて、前記特開昭57−205616号公報に示される
ような従来例の場合には、本体の心臓部である液圧ポン
プを可変容量式の装置で構成し、モータも可変容量式の
装置を用いることが必要であり、それらの装置の制御が
複雑になる等の問題を有しており、さらに、掘削装置の
下降、上昇の速度の制御の動作を、オペレータの経験と
勘に依存しなければならない等の問題を有している。

（発明の目的） 本発明は、上記したような従来より用いられている施工
方法の欠点を解消するもので、セメントミルク等の凝固
剤の供給と、掘削刃装置の掘削深度とを連動させる機構
を設け、掘削機のオペレータが全ての装置の管理を行う
ことにより、作業の省力化を可能にするとともに、場所
打ち杭の品質の向上を図り得るような施工方法を提供す
ることを目的としている。

（問題点を解決するための手段および作用） 本発明は、掘削装置により地盤に所定の深さの孔を掘削
するとともに、前記掘削装置の掘削部材の先端からセメ
ントミルク等の凝固剤を供給し、掘削した土に前記凝固
剤を混合して柱状の地盤改良を行う方法に関する。本発
明においては、凝固剤の攪拌供給装置に設けた流量計
と、掘削装置に設けた深度計とからの出力を制御装置に
入力するとともに、単位掘削長さに対する凝固剤の供給
量をその制御装置にあらかじめ入力し、前記深度計から
出力される掘削深度に応じて、凝固剤の供給量を調節し
ながら掘削刃の先端から噴出させ、前記掘削部材の回転
により掘削土と凝固材の混合攪拌の動作を行い、単位掘
削深さの当たりの凝固剤の供給量を一定にするような制
御を行う手段を用いている。

上記したような方法を用いることによって、本発明にお
いては、単位掘削深さ当たりのセメントミルク供給量を
設定した場合に、その掘削刃の進行の状態に応じて、セ
メントミルクの供給量のコントロールを自動的に行い得
るものとなる。したがって、本発明においては、掘削刃
装置の進み具合が設定値よりも少ない場合には、凝固剤
の供給量を少なくして、過剰にセメントミルクを供給す
ることを防止できる。また、地盤が軟かい場合には、掘
削深度を低下させてセメントミルクの供給量に掘削深度
を合せることができるので、掘削された土とセメントミ
ルクとの混合状態が良好に維持され、場所打ち杭の品質
管理を良好に行い得るとともに、杭の強度を一定に維持
できるものとすることが可能である。

（実施例） 図示された例に従って、本発明の柱状地盤改良工法を説
明する。第１図に示されるように、本発明の工法を適用
可能な装置は、掘削装置を支持する車両１と、前記掘削
装置に対して、セメントミルクを供給するための、セメ
ントミルク圧送装置20とから構成される。前記掘削装置
は、油圧クレーン等の車両１の支持ブームにガイド柱２
を支持させ、前記ガイド柱２に沿って、掘削モータ３を
含む上部部材を案内するように構成しており、前記上部
部材は車両１に設けた巻上げウインチ10と、ガイド柱２
の上部に設けたヘッドシーブ12を介して配置するワイヤ
11を用いて上下動を行う機構を構成している。

前記上部部材には、掘削モータ３により駆動が行われる
ロッド４、前記ロッド４の上部に設けられるスイベル
５、ロッドの下部に設けられる掘削刃６とからなる。前
記ロッドは従来より用いられているオーガーと同様に、
スパイラル状のフライトを中空なロッドの周囲に形成し
ているもので、掘削刃６により掘削した土のうちの余分
なものを、オーガーによって上部に排出でるような機構
のものが用いられる。また、前記ロッド４としては、オ
ーガーを用いずに、ロッドの先端部に掘削機構のみを設
けることも当然可能であり、その場合には、掘削された
土を孔の外に排出させる機能を設けずに、前記掘削機構
を掘削を行う手段と、凝固材としてのセメントミルクと
土とを混合する手段とを、有する機構として構成するこ
とも可能である。

前記ロッド４の上部のスイベル５に接続されるホース28
を介して、セメントミルクを供給するためのセメントミ
ルク圧送装置20は、ミキシングプラント21とタンク22、
および、圧送ポンプ23とから構成される。また、前記圧
送ポンプ23の排出部には、切換弁25を介して送り管27
と、戻し管26とが接続され、過剰なセメントミルクは戻
し管26を介してタンク22に戻すようになっている。前記
掘削モータを含む上部部材をガイド柱に沿って上下動さ
せるための巻上げウインチ10の駆動と、セメントミルク
圧送装置20の切換弁25の動作、および、掘削機構の上部
装置の下降の情報とは、それぞれ制御装置30に入力さ
れ、その掘削深度とセメントミルクの供給量との比較が
行われ、その比較情報にもとづいてそれぞれの装置の駆
動の制御の動作が行なわれるものとなる。

第２図に示される制御装置30においては、セメントミル
クの供給量の設定と検知とを行うための流量計31と、深
度計41とを設け、これらの計器の針の移動に連動する移
動部材35、45を設けている。そして、これらの移動部材
35、45には、一般に歯部36を、他方に回転体46を設け、
回転体46に形成した歯が移動部材35の歯部36に噛み合っ
て、両部材の差動を検知するようにしている。まず、上
記した差動駆動機構の構成を説明すると、流量計31の針
等の表示機構の駆動機構に連動させるように設けている
連動機構32には、ワイヤ巻取りドラム33を設け、前記ド
ラム33に両端を巻き掛けたワイヤ34には、その途中の部
分に移動部材35を設けている。また、移動部材35には前
記したように、対向する移動部材45に向けて歯部36を設
けている。

前記深度計41にも、流量計31の場合と同様にして、表示
機構の駆動装置に連動する連動機構42を設け、ドラム43
にワイヤ44を巻き掛けるとともに、前記ワイヤ44の途中
の部分に移動部材45を設けている。そして、前記移動部
材45には回転体46を設け、回転体46の一方の側には移動
部材35の歯部36に噛み合う歯を形成し、他方に作動子47
を配置する。

さらに、前記移動部材45には、作動子47の移動範囲の検
知を行うために、上部スイッチ装置48と下部スイッチ装
置49とを設けている。これらのスイッチ機構は、作動子
47により押されることによって、それぞれの接点48a、4
9aが接続されるような機構のもので、移動部材35と45と
の移動速度が一致している場合には、回転体46が回転し
ないので、作動子47によって、スイッチ機構が作動する
ことがないようになっている。

また、前記制御装置30には、電源装置19からの給電手段
と、上部スイッチ装置48によって作動されるセメントミ
ルク圧送装置20の切換弁25と、下部スイッチ装置49によ
って作動される巻上げウインチ10の油圧モータ18の駆動
切換弁16とが接続されており、２つの移動部材35、45の
駆動が連動されない場合には、前記作動子によっていず
れかのスイッチ機構が接続されて、セメントミルク圧送
装置20または巻上げウインチ10の駆動の制御が行い得る
ようにする。さらに、前記した巻上げウインチ10におい
ては、オペレータが手動で操作するためのハンドル15
と、巻上げウインチ10の油圧モータ18に油圧を供給する
ためのポンプ13、および、油圧回路の切換を行うための
切換弁16とを設けており、巻上げウインチ10の駆動に際
しては、ハンドル15によって操作弁14の回路を接続して
から、切換弁16による制御を行うように設定する。

次に、第１図、第２図に示されるように、前記掘削装置
を用いて地盤に孔８を掘削し、セメントミルクを注入す
るとともに、その混合を行う場合の動作を説明する。ま
ず、電源19をオンにすると、電磁弁に通電されて、巻上
げウインチ10の切換弁16と、セメントミルク圧送装置20
の切換弁25とが、それぞれ矢印方向に移動され、巻上げ
ウインチ10によるワイヤ11の巻き取りと、セメントミル
ク圧送装置20からのセメントミルクの送り出しとができ
る状態に設定される。そして、ハンドル15を操作するこ
とによって、ウインチ10が回転してワイヤ11を緩め、掘
削モータを駆動してロッド４を回転させ、掘削刃６によ
り掘削孔８の掘削を開始する。それと同時に、セメント
ミルク圧送装置20のタンクから圧送ポンプ23によってセ
メントミルクを送り出し、送り管27からホース28、スイ
ベル５を経て、ロッド４を通して掘削刃６に向けてセメ
ントミルクを送り出す。

前記掘削装置において、例えば、セメントミルクの供給
量を70kg/mに設定すると、深度計41が表示する掘削刃６
の掘削深度と、流量計31が表示するセメントミルクの供
給量との関係が良好に維持されている場合、つまり、両
方の計器によって作動される移動部材35、45の進み状態
が一定の値を示している場合には、両者に差動は発生し
ないので、回転体46は回転せずに、その設定値にしたが
ってそのままの状態で掘削の動作が行なわれるものとな
る。

これに対して、地盤が堅かったり、硬い石があったりし
て、掘削の作用に障害が生じる場合には、掘削刃６の掘
削深度が低下するので、移動部材35の移動速度に対し
て、他方の移動部材45の速度が低くなるために、回転体
が反時計方向に回転され、作動子47が上部スイッチ装置
48を押し、接点48aを接続する。そして、上部スイッチ
装置の電流が制御回路50に流れ、切換弁25の電磁弁を通
電するので、前記切換弁25が移動され、弁を切換えて送
り出し管27を閉じるとともに戻し管26を開放し、圧送ポ
ンプ23より送り出されるセメントミルクをタンク22に向
けて戻すようになる。

したがって、そのままの状態で、掘削刃６が尚も回転し
て掘削の作業を継続するが、前記掘削刃６からはセメン
トミルクは送り出されずに、掘削の作業のみが行なわれ
る。そして、掘削刃部分に対する障害がなくなり、掘削
刃が進行すると、それにつれて移動部材45が移動される
ので、停止している移動部材35に対して、掘削装置の移
動部材45が移動し、回転体46は時計方向に回転する。そ
の動作によって、作動子47による上部スイッチ装置48へ
の押圧が解除されて、接点48aを解放するので、制御回
路50を介して電磁弁をオフして、切換弁25の回路を戻し
管26から送り管27へと切換え、掘削部に向けてセメント
ミルクを送り出すようになる。

これとは逆に、地盤が軟らかで、掘削刃の進行が速い場
合には、流量計31による移動部材35の移動速度よりも深
度計41の移動部材45が速く進むことになるので、回転体
46が時計方向に回転され、下部スイッチ装置49を作動子
47によって押圧することになる。

したがって、前記下部スイッチ装置49の接点49aが接続
されて、制御回路51を介して電磁弁を作動させ、切換弁
16の油圧回路を閉じることになり、ウインチ10の油圧モ
ータ18の回転を停止させるので、セメントミルクは送り
込まれるが、掘削刃６の進行は停止されたままの状態と
なる。そして、この場合にも流量計31により測定された
セメントミルクの送り量が所定の値になると、切換弁16
はふたたび管路を開放してモータを回転させ、掘削刃６
による掘削の作業が継続されるものとなる。

上記した装置において、回転体46の作動子47の動作範囲
を比較的広く設定し、セメントミルクの供給量と掘削刃
６の進行に若干の狂いが生じたとしても、その両方の装
置の動作を停止させないようにし、許容範囲を10〜20％
程度に広く設定することができるものとなる。なお、上
記した本発明の装置においては、セメントミルクの供給
量と掘削刃の進行速度とを連動させるための機構とし
て、上記したように、対向して配置した移動部材を用い
ることに代えて、他の電気的な差動駆動機構を用いるこ
とも可能である。

そして、その場合には、両者の連動の差の許容範囲を比
較的大きく設定することが可能であり、それによって、
両者の設定値に若干の誤差が発生した場合でも、掘削と
セメントミルクの供給とを正常な状態で行い得るように
することができるものとなる。なお、上記した本発明の
柱状地盤改良工法は、掘削しながらセメントミルクを供
給して、掘削土とセメントミルクとを混合する方式の工
法、または、一旦掘削刃により所定の深さの孔を形成
し、その後で、アースドリルを引き抜く途中でセメント
ミルクを供給して、掘削された土にセメントミルクを混
合する方式の工法等の任意の工法に適用が可能であり、
さらに、アースドリルを用いる工法一般にも適用が可能
なものである。

また、上記した本発明の実施例においては、最初の掘削
と同時にセメントミルクの供給を行う場合の例について
主として説明を行ったが、土と凝固剤との混合を良好に
するために、掘削刃装置を複数回往復移動させるような
施工方式を用いる場合でも、前記掘削刃装置の往復移動
毎に凝固剤の供給量を設定し、その設定値にもとづい
て、差動駆動機構を作動させるようにすることによっ
て、上記したような制御の動作を正確に行わせ得るもの
となる。

（発明の効果） 本発明の柱状地盤改良工法は、上記したような装置を用
いるのであるから、掘削孔の掘削とセメントミルクの注
入の動作を正確に設定することが可能であり、設計強度
にしたがった場所打ち杭の強度を維持することができる
ものとなる。したがって、前述したような構成の装置を
用いることによって、場所打ち杭の施工コストを低下さ
せ得るものとなる他に、装置のメンテナンスを容易に行
い得るものとなり、オペレータの負担を軽減することが
できるものなる。

また、本発明においては、オペレータは装置の稼働状態
を常時監視する必要がなく、ミキシングプラントの運転
と掘削装置本体の保守を同時に行うことができるものな
り、掘削の作業の途中で、セメントミルク圧送装置に対
するセメントや水の補給等の作業を行うことができ、作
業の省力化を計り得るものとなる。さらに、本発明の装
置においては、セメントミルクの送り出しの作業が停止
された場合でも、その凝固剤は戻し管を介してタンクに
回収されるので、凝固剤の無駄な使用が防止されるの
で、障害物等によって掘削が遅くなる場合でも、その施
工コストに影響を与えることが少なくなる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を適用可能な場所打ち杭の施工装置の構
成を示す説明図であり、第２図は本発明を適用する制御
機構の構成を示す説明図である。 図中の符号 １……車両、３……掘削モータ、６……掘削刃、10……
巻上げウインチ、13……油圧ポンプ、14……操作弁、16
……切換弁、20……セメントミルク圧送装置、21……ミ
キシングプラント、30……制御装置、31……流量計、32
……連動機構、35……移動部材、36……歯部、41……深
度計、42……連動機構、45……移動部材、46……回転
体、47……作動子、48・49……スイッチ装置、50・51…
…制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削装置により地盤に所定の深さの孔を掘
   削するとともに、前記掘削装置の掘削部材の先端からセ
   メントミルク等の凝固剤を供給し、掘削した土に前記凝
   固剤を混合して柱状の地盤改良を行うに際して、 凝固剤の攪拌供給装置に設けた流量計と、掘削装置に設
   けた深度計とからの出力を制御装置に入力するととも
   に、単位掘削長さに対する凝固剤の供給量をその制御装
   置にあらかじめ入力し、 前記深度計から出力される掘削深度に応じて、凝固剤の
   供給量を調節しながら掘削刃の先端から噴出させ、前記
   掘削部材の回転により掘削土と凝固材の混合攪拌の動作
   を行い、単位掘削深さ当たりの凝固剤の供給量を一定に
   するような制御を行うことを特徴とする柱状地盤改良工
   法。