(57)【要約】【課題】回転軸を地盤中に貫入するときの掘削抵抗を小さくし、回転軸の貫入時間を短縮するとともに、貫入時の掘削ヘッドや攪拌翼あるいは回転軸への負荷を低減する。【解決手段】地盤中に貫入可能な上下に向かう回転軸３と、回転軸３の下端に取り付けた掘削ヘッド６と、掘削ヘッド６の上方の回転軸３に回転軸３を中心にして対称に取り付けた一対の攪拌翼７を有する地盤改良装置であって、一対の攪拌翼７の一方の攪拌翼７に、固化材に圧縮エアーを混合した改良材料Ｇを、一方の攪拌翼７の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて霧状に吐出する吐出孔１４を備え、掘削ヘッド６に、少なくとも圧縮エアーを含有する掘削材料Ｊを、一対の攪拌翼７の他方の攪拌翼７の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて線状に噴射する噴射ノズル１５を備える。【選択図】図３
2020070593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に貫入可能な上下に向かう回転軸と、回転軸の下端に取り付けた掘削ヘッドと、掘削ヘッドの上方の回転軸に回転軸を中心にして対称に取り付けた一対の攪拌翼を有する地盤改良装置であって、
一対の攪拌翼の一方の攪拌翼に、固化材に圧縮エアーを混合した改良材料を、一方の攪拌翼の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて霧状に吐出する吐出孔を備え、
掘削ヘッドに、少なくとも圧縮エアーを含有する掘削材料を、一対の攪拌翼の他方の攪拌翼の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて線状に噴射する噴射ノズルを備えたことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
請求項１に記載された地盤改良装置において、
掘削ヘッドに備える噴射ノズルが向かう斜め下方の角度は、回転軸の軸方向に対して１５から４５度であることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された地盤改良装置において、
掘削ヘッドに備える噴射ノズルの掘削材料の噴射圧力は、０．８から３０ＭＰａであることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の地盤改良装置を用いて地盤中に地盤改良体を造成して地盤を改良する地盤改良方法であって、
地盤中に回転軸を回転させながら貫入するときに、攪拌翼に備える吐出孔から改良材料を霧状に吐出するとともに、掘削ヘッドに備える噴射ノズルから掘削材料を線状に噴射することを特徴とする地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤中に改良材料を吐出し、改良材料と地盤を混合攪拌して地盤中に地盤改良体を造成する地盤改良装置及び地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤中に回転軸を貫入しながら改良材料を吐出し、吐出した改良材料と地盤を混合攪拌し、地盤中に地盤改良体を造成して地盤を改良する地盤改良方法が知られている（特許文献１参照）。
この地盤改良方法に用いる地盤改良装置は、前部にマストを立設する施工機を備え、マストに沿うように上下に向かう２本の回転軸を取り付ける。マストの上部には、２本の回転軸を地盤中に貫入し又は地盤中から引抜くための回転装置及び昇降装置を備える。２本の回転軸の下端には、地盤を掘削する掘削ヘッド及び攪拌翼をそれぞれ取り付けている。
【０００３】
図１０は、従来の地盤改良装置の掘削ヘッド４２及び攪拌翼４４を示す斜視図である。
図に示すように、２本の回転軸４１の下端それぞれに取り付ける掘削ヘッド４２は、複数の掘削ビット４３を備え、掘削ビット４３は回転軸４１の回転で地盤に貫入され掘削が行われる。
攪拌翼４４は、回転軸４１を中心にして回転軸４１に対称に取り付けた一対の構成とし、この一対の攪拌翼４４を、掘削ヘッド４２の上方の回転軸４１に、例えば上下３段となるように取り付けている。最下段の一対の攪拌翼４４は、その下方に複数の掘削ビット４５を備え、掘削ビット４５は回転軸４１の回転で地盤に貫入され掘削が行われる。また、最下段の一対の攪拌翼４４は、セメントミルクなどの固化材と圧縮エアーを混合した改良材料Ｇを地盤中に霧状に吐出する吐出孔４６を備えている。
【０００４】
地盤中に地盤改良体を造成して地盤を改良する地盤改良方法は、施工機のマストに備える回転装置及び昇降装置により２本の回転軸４１を回転させながら地盤中に貫入し、２本の回転軸４１の下端の掘削ヘッド４２に備える複数の掘削ビット４３及び最下段の一対の攪拌翼４４に備える複数の掘削ビット４５によって地盤を掘削する。この地盤の掘削とともに、最下段の一対の攪拌翼４４に備える吐出孔４６から固化材と圧縮エアーを混合した改良材料Ｇを吐出し、上下３段の一対の攪拌翼４４により改良材料Ｇと掘削した地盤を混合攪拌する。これにより、地盤中に上下に向かう円柱状の地盤改良体を造成して地盤を改良する。
【０００５】
しかしながら、従来の地盤改良装置を用いる地盤改良方法では、回転軸４１を地盤中に貫入するときに、現場地盤の土質によっては掘削抵抗が非常に大きくなり、回転軸４１の貫入に多大な時間を要する、あるいは回転軸４１の貫入ができないという問題がある。また、回転軸４１を地盤中に貫入するときの掘削抵抗が大きいと、掘削ヘッド４２や攪拌翼４４あるいは回転軸４１に大きな負荷がかかり、そのため、これらが破損する、あるいは回転軸４１の貫入及び回転を行う回転装置及び昇降装置において故障が発生するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１１７２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転軸を地盤中に貫入するときの掘削抵抗を小さくし、回転軸の貫入時間を短縮するとともに、貫入時の掘削ヘッドや攪拌翼あるいは回転軸への負荷を低減する地盤改良装置及び地盤改良方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、地盤中に貫入可能な上下に向かう回転軸と、回転軸の下端に取り付けた掘削ヘッドと、掘削ヘッドの上方の回転軸に回転軸を中心にして対称に取り付けた一対の攪拌翼を有する地盤改良装置であって、一対の攪拌翼の一方の攪拌翼に、固化材に圧縮エアーを混合した改良材料を、一方の攪拌翼の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて霧状に吐出する吐出孔を備え、掘削ヘッドに、少なくとも圧縮エアーを含有する掘削材料を、一対の攪拌翼の他方の攪拌翼の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて線状に噴射する噴射ノズルを備えた地盤改良装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、掘削ヘッドに備える噴射ノズルから掘削材料を噴射して、回転軸直下及びその周囲の地盤を予め掘削することで、回転軸を地盤中に貫入するときの掘削抵抗を小さくすることができる。これにより、回転軸の貫入時間を短縮できるとともに、貫入時の掘削ヘッドや攪拌翼あるいは回転軸への負荷を低減し、掘削ヘッドや攪拌翼あるいは回転軸の破損を防止でき、また回転装置や昇降装置での故障といった問題もなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】地盤改良装置を示す側面図である。
【図２】地盤改良装置の掘削ヘッド及び攪拌翼を示す正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視拡大図である。
【図４】回転軸の横断面図である。
【図５】回転軸の下端の縦断面図である。
【図６】別の回転軸の横断面図である。
【図７】別の回転軸の下端の縦断面図である。
【図８】別の回転軸の下端の縦断面図である。
【図９】改良材料によるエアーリフト現象と掘削材料によるエアーリフト現象を説明する図である。
【図１０】従来の地盤改良装置の掘削ヘッド及び攪拌翼を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の地盤改良装置及び地盤改良方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る地盤改良装置及び地盤改良方法は、地盤の改良を行う作業現場において、地盤中に回転軸を貫入し、貫入した回転軸によって、地盤中に固化材であるセメントミルクに圧縮エアーを混合した改良材料を吐出し、改良材料と地盤を混合攪拌することで、地盤中に地盤改良体を造成して地盤を改良するものである。ここで使用する固化材は、セメントミルクであるが、セメントミルクなどのセメント系固化材に限らず、その他の固化材でもよい。また、固化材に添加剤などを混ぜ合わせて使用してもよい。
【００１２】
図１は、地盤改良装置を示す側面図である。図２は、地盤改良装置の掘削ヘッド及び攪拌翼を示す正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ矢視拡大図である。
地盤改良装置は、図１に示すように、自走可能な施工機１を備え、施工機１の前部にマスト２を立設し、立設したマスト２に沿うように上下に向かう２本の回転軸３を取り付けている。２本の回転軸３は、地盤中に貫入可能となる。図１では、２本の回転軸３は手前側と奥側に配置されているため、図中では１本しか見えない。マスト２の上部には、２本の回転軸３を地盤中に貫入し又は地盤中から引抜くための回転装置４及び昇降装置５を備えている。２本の回転軸３の下端には、地盤を掘削する掘削ヘッド６及び攪拌翼７をそれぞれ取り付けている。なお、施工機１の周辺には、図示していないが、施工機１に取り付けた回転軸３に、セメントミルク（固化材）、圧縮エアー、水などを供給するための各種の設備を備えている。
【００１３】
次に、２本の回転軸３の下端それぞれに取り付けた掘削ヘッド６及び攪拌翼７について、図２、図３を参照して説明する。
掘削ヘッド６は、回転軸３の下端に取り付けた、回転軸３を中心にして対称になる一対の掘削翼１１を有する。一対の掘削翼１１の下方には、地盤を掘削する複数の掘削ビット１２を備える。
【００１４】
攪拌翼７は、回転軸３を中心にして回転軸３に対称に取り付けた一対の構成とする。一対の攪拌翼７は、掘削ヘッド６の上方の回転軸３に、例えば上下３段となるように取り付けている。なお、一対の攪拌翼７は、上下３段に限らず、１段あるいは２段や４段以上の複数段でもよい。また、２本の回転軸３において、上下３段に取り付ける一対の攪拌翼７の間には、共回り防止板８をそれぞれ備え、共回り防止板８が２本の回転軸３に接続している。
【００１５】
最下段の一対の攪拌翼７は、その下方に地盤を掘削する複数の掘削ビット１３を備えている。また、最下段の一対の攪拌翼７の一方の攪拌翼７には、吐出孔１４を備えている。吐出孔１４は、一方の攪拌翼７の回転方向の前方でかつ斜め下方に向かい、この吐出孔１４からセメントミルクに圧縮エアーを混合した改良材料Ｇを地盤中に霧状に吐出する。
【００１６】
掘削ヘッド６は、噴射ノズル１５を備える。噴射ノズル１５は、一対の攪拌翼７の他方の攪拌翼７の回転方向の前方でかつ斜め下方に向かい、この噴射ノズル１５から少なくとも圧縮エアーを含有する掘削材料Ｊを地盤中に線状に噴射し、地盤を掘削する。ここでの掘削とは、地盤を直接掘ることだけでなく、地盤をほぐす（地盤を緩める）ことも含むものである。掘削材料Ｊは、圧縮エアーであるが、これに限らず、水を含む圧縮エアー、あるいは圧縮エアーにセメントミルク（固化材）などを混ぜたものでもよい。
【００１７】
掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５において、それが向かう斜め下方の角度は、回転軸３の軸方向に対して１５から４５度である。
即ち、角度が１５度よりも小さいと、回転軸３直下の地盤のみが掘削されて、回転軸３の周囲の地盤の掘削が不十分となり、掘削を良好に行うことができない。また、角度が４５度よりも大きいと、回転軸３直下の地盤の掘削が不十分となり、掘削を良好に行うことができない。
【００１８】
また、噴射ノズル１５において、掘削材料Ｊを噴射するときの噴射圧力は、０．８から３０ＭＰａである。噴射圧力は、現場地盤の土質によって異なる。例えば、地盤が砂質層や粘土層の場合、噴射圧力は０．８から１ＭＰａがよい。また、礫や岩盤が存在する硬い層の場合、噴射圧力は１から３０ＭＰａがよい。
即ち、噴射圧力が０．８ＭＰａよりも低いと、どのような土質の地盤でも、掘削材料Ｊによる掘削が不十分となり、掘削を良好に行うことができない。また、噴射圧力が３０ＭＰａよりも高いと、掘削材料Ｊを供給するための部品を剛性の高いものにする必要があり、また掘削材料Ｊを供給する設備も性能の高いものにする必要があり、そのため、これらの部品や設備の費用が大幅にアップする。
【００１９】
次に、掘削ヘッド６と一対の攪拌翼７などの寸法について説明する。なお、これは一例であり、寸法はこれに限定されない。
２本の回転軸３において、その間隔（図２中にＰで示す）は１６００ｍｍであり、回転軸３の直径は２００から３５０ｍｍである。掘削ヘッド６において、一対の掘削翼１１を含んだ横方向の長さ（図２中にＳで示す）は６００から８００ｍｍである。
一対の攪拌翼７において、その横方向の長さ（図２中にＬで示す）は１６００ｍｍであり、一対の攪拌翼７を２本の回転軸３にそれぞれ取り付けることで、その横方向の長さは３２００ｍｍになる。
【００２０】
また、最下段の一対の攪拌翼７に備える吐出孔１４と掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５において、その上下方向の間隔（図２中にＨで示す）は、好ましくは７００から９００ｍｍであり、より好ましくは８００ｍｍである。つまり、吐出孔１４と噴射ノズル１５の上下方向の間隔を、一対の攪拌翼７の横方向の長さ（１６００ｍｍ）の約半分にするのがよい。これにより、攪拌翼７に備える吐出孔１４から吐出する改良材料Ｇと掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５から噴射する掘削材料Ｊとが互いに干渉することがなく、かつ、後述する吐出孔１４から吐出する改良材料Ｇによるエアーリフト現象Ｕ１と、噴射ノズル１５から噴射する掘削材料Ｊによるエアーリフト現象Ｕ２を良好に行うことができる。
【００２１】
次に、吐出孔１４への改良材料Ｇの供給経路及び噴射ノズルへの掘削材料Ｊの供給経路について説明する。ここでは、２本の回転軸３に二重管を使用した場合である。
図４は、回転軸３の横断面図である。図５は、回転軸３の下端の縦断面図である。
回転軸３は、図４に示すように、同心に配置する内管２１と外管２２からなり、内管２１の内側を第一通路２３に、内管２１と外管２２の間を第二通路２４にする。第一通路２３ではセメントミルクを供給し、第二通路２４では圧縮エアーを供給する。なお、第二通路２４では圧縮エアーのみを供給しているが、これに限定されない。
【００２２】
回転軸３の下端では、図５に示すように、第二通路２４を分岐する。分岐した第二通路２４の一方を最下段の一対の攪拌翼７の一方の攪拌翼７に備える吐出孔１４に接続し、分岐した第二通路２４の他方を掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５に接続する。また、第一通路２３を最下段の一対の攪拌翼７の一方の攪拌翼７に備える吐出孔１４に接続する。
分岐した第二通路２４の一方は、図示していないが、吐出孔１４に接続する直前に第一通路２３と合流する。これにより、第一通路２３で供給されてきたセメントミルクに第二通路２４で供給されてきた圧縮エアーを混合し、混合したものが改良材料Ｇとなって吐出孔１４から吐出する。また、分岐した第二通路２４の他方は、噴射ノズル１５に接続することで、第二通路２４で供給されてきた圧縮エアーが掘削材料Ｊとなって噴射ノズル１５から噴射する。
【００２３】
また、ここでは、２本の回転軸３に二重管を使用しているが、これに限定されるものではなく、以下で説明するように、例えば、２本の回転軸３に三重管を使用してもよい。
図６は、回転軸３の横断面図である。図７は、回転軸３の下端の縦断面図である。図８は、別の回転軸３の下端の縦断面図である。
三重管を使用した場合、回転軸３は、図６に示すように、同心に配置する内管３１と中間管３２と外管３３からなり、内管３１の内側を第一通路３４に、内管３１と中間管３２の間を第二通路３５に、中間管３２と外管３３の間を第三通路３６にする。第一通路３４では水を含む圧縮エアーを供給し、第二通路３５ではセメントミルクを供給し、第三通路３６では圧縮エアーを供給する。
【００２４】
回転軸３の下端では、図７に示すように、第一通路３４を掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５に接続する。これにより、第一通路３４で供給されてきた水を含む圧縮エアーが掘削材料Ｊとなって噴射ノズル１５から噴射する。また、第二通路３５と第三通路３６を最下段の一対の攪拌翼７の一方の攪拌翼７に備える吐出孔１４に接続する。第二通路３５と第三通路３６は、図示していないが、吐出孔１４に接続する直前に合流する。これにより、第二通路３５で供給されてきたセメントミルクに第三通路３６で供給されてきた圧縮エアーを混合し、混合したものが改良材料Ｇとなって吐出孔１４から吐出する。
【００２５】
回転軸３に三重管を使用した場合は、二重管を使用する場合と異なり、噴射ノズル１５での掘削材料Ｊの噴射圧力のコントロールと、吐出孔１４での改良材料Ｇを吐出するときの吐出圧力のコントロールを簡単に行うことができる。
即ち、回転軸３に二重管を使用した場合は、圧縮エアーを供給する第一通路２３が分岐し、吐出孔１４と噴射ノズル１５の両方に接続しているため、吐出孔１４の吐出圧力と噴射ノズル１５の噴射圧力において、どちらか一方の圧力を変えると、他方の圧力も変わってしまう。そのため、吐出圧力と噴射圧力のコントロールが難しい。
【００２６】
一方、回転軸３に三重管を使用した場合は、掘削材料Ｊである水を含む圧縮エアーが第一通路３４で供給され、改良材料Ｇであるセメントミルクと圧縮エアーが第二通路３５と第三通路３６で供給されることから、吐出孔１４への供給経路と噴射ノズル１５への供給経路が別々である。供給経路が別々であるから、吐出孔１４の吐出圧力と噴射ノズル１５の噴射圧力において、どちらか一方の圧力を変えても、他方の圧力が変わることはない。これにより、吐出圧力と噴射圧力のコントロールを簡単に行える。
【００２７】
また、回転軸に使用する三重管の別の例について説明する。回転軸３は、前述のものと同様、第一通路３４で水を含む圧縮エアーを供給し、第二通路３５でセメントミルクを供給し、第三通路３６で圧縮エアーのみを供給する。
回転軸３の下端では、図８に示すように、第三通路３６を分岐する。分岐した第三通路３６の一方を最下段の一対の攪拌翼７の一方の攪拌翼７に備える吐出孔１４に接続する。これとともに、第二通路３５も最下段の一対の攪拌翼７の一方の攪拌翼７に備える吐出孔１４に接続する。分岐した第三通路３６の一方と第二通路３５は、図示していないが、吐出孔１４に接続する直前に合流する。これにより、第二通路３５で供給されてきたセメントミルクに第三通路３６で供給されてきた圧縮エアーを混合し、混合したものが改良材料Ｇとなって吐出孔１４から吐出する。
【００２８】
また、第一通路３４を掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５に接続する。これとともに、分岐した第三通路３６の他方も噴射ノズル１５に接続する。分岐した第三通路３６の他方と第一通路３４は、図示していないが、噴射ノズル１５に接続する直前に合流する。これにより、第一通路３４で供給されてきた水を含む圧縮エアーに第三通路３６で供給されてきた圧縮エアーを混合し、混合したものが掘削材料Ｊとなって噴射ノズル１５から噴射する。
【００２９】
このように第一通路３４で供給されてきた水を含む圧縮エアーに第三通路３６で供給されてきた圧縮エアーを、噴射ノズル１５の直前で混合することで、噴射ノズル１５から噴射する掘削材料Ｊの噴射圧力を、簡単に高くすることができる。即ち、第一通路３４で供給されてきた水を含む圧縮エアーは、その圧力を高くしようとしても、含まれる水により圧力を高くするのが難しかったが、第三通路３６で供給されてきた圧縮エアーは、水を含んでいないことから、その圧力を簡単に高くすることができる。これにより、圧力を高くした圧縮エアーを第三通路３６で供給し、噴射ノズル１５の直前で、第一通路３４で供給されてきた水を含む圧縮エアーに混合させることで、噴射ノズル１５から噴射する掘削材料Ｊの噴射圧力を簡単に高くすることができる。
【００３０】
以上で説明した地盤改良装置については、掘削ヘッド６及び攪拌翼７を取り付ける回転軸３を２本にする２軸方式の地盤改良装置であるが、これに限定されるものではなく、例えば、掘削ヘッド６及び攪拌翼７を取り付ける回転軸３を１本にする単軸方式の地盤改良装置でもよい。
【００３１】
次に、地盤改良装置を用いて地盤中に地盤改良体を造成して地盤を改良する地盤改良方法について説明する。
本地盤改良方法においては、施工機１のマスト２に備える回転装置４及び昇降装置５により２本の回転軸３を回転させながら地盤中に貫入する。このとき、攪拌翼７に備える吐出孔１４から改良材料Ｇを霧状に吐出するとともに、掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５から掘削材料Ｊを線状に噴射する。
【００３２】
即ち、２本の回転軸３を回転させながら地盤中に貫入するときに、２本の回転軸３の下端の掘削ヘッド６に備える複数の掘削ビット１２及び最下段の一対の攪拌翼７に備える複数の掘削ビット１３によって地盤を掘削する。また、掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５から掘削材料Ｊを線状に噴射し、噴射した掘削材料Ｊによって回転軸３直下及びその周囲の地盤を掘削する。
地盤の掘削とともに、最下段の一対の攪拌翼７に備える吐出孔１４からセメントミルクに圧縮エアーを混合した改良材料Ｇを霧状に吐出する。続いて、回転軸３に取り付ける上下３段の一対の攪拌翼７によって、地盤中に吐出した改良材料Ｇと掘削した地盤を混合攪拌する。これを所定の深度まで行い、その後、回転軸３を引抜く。これにより、地盤中に上下に向かう円柱状の地盤改良体を造成する。
【００３３】
地盤改良体を造成するとき、最下段の一対の攪拌翼７に備える吐出孔１４から吐出するセメントミルクに圧縮エアーを混合した改良材料Ｇにより、地盤を掘削して地盤改良体を造成する部分でエアーリフト現象Ｕ１が起こる。これとともに、掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５から噴射する圧縮エアーの掘削材料Ｊにより、地盤を掘削して地盤改良体を造成する部分でエアーリフト現象Ｕ２も起こる。
エアーリフト現象Ｕ１，Ｕ２とは、地盤中に吐出又は噴射された圧縮エアーによって、地盤を掘削して細分化された土のうち余剰分の土が泥土となって地上に向かって上昇する現象である。
【００３４】
図９は、吐出孔１４から吐出する改良材料Ｇによるエアーリフト現象Ｕ１と噴射ノズル１５から噴射する掘削材料Ｊによるエアーリフト現象Ｕ２を説明する図である。
本実施形態に係る地盤改良装置及び地盤改良方法では、図３に示すように、攪拌翼７に備える吐出孔１４が一対の攪拌翼７の一方の攪拌翼７の回転方向の前方に向かうことで、改良材料Ｇは、一対の攪拌翼７の一方の攪拌翼７の回転方向の前方に吐出する。また、掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５が一対の攪拌翼７の他方の攪拌翼７の回転方向の前方に向かうことで、掘削材料Ｊは、一対の攪拌翼７の他方の攪拌翼７の回転方向の前方に噴射する。
【００３５】
即ち、改良材料Ｇと掘削材料Ｊは、回転軸３を中心にして１８０度反対の位置で吐出あるいは噴射する。よって、図９に示すように、吐出孔１４から吐出する改良材料Ｇによるエアーリフト現象Ｕ１と噴射ノズル１５から噴射する掘削材料Ｊによるエアーリフト現象Ｕ２が、常に回転軸３を中心にして１８０度反対の位置で起こる。これにより、エアーリフト現象Ｕ１，Ｕ２が回転軸の周囲で均等に起こるようになり、余剰分の土を泥土として上昇させて地上に良好に排出することができ、造成する地盤改良体内部を均一な状態にでき、品質の良い地盤改良体を地盤中に造成することができる。
【００３６】
これに対し、吐出孔１４から吐出する改良材料Ｇによるエアーリフト現象Ｕ１と噴射ノズル１５から噴射する掘削材料Ｊによるエアーリフト現象Ｕ２とが、回転軸３に対して同じ側で起こると、エアーリフト現象の偏りが発生し、泥土を上昇させて排出できる場所とできない場所が存在する。このため、造成する地盤改良体内部が均一な状態にならず、強度の弱い部分も存在するようになり、造成する地盤改良体の品質が悪くなる。
【００３７】
なお、ここでは、改良材料Ｇと掘削材料Ｊは、回転軸３を中心にして１８０度反対の位置で吐出あるいは噴射するようにしていたが、その位置関係は、１８０度反対の位置に限定されるものではなく、そのどちらか一方を基準にしたときに、回転軸３を中心にして１３５度から２２５度（１８０±４５度）の範囲内の反対の位置であればよい。
【００３８】
以上説明したように、地盤中に回転軸３を貫入する際に、掘削ヘッド６に備える複数の掘削ビット１２及び最下段の一対の攪拌翼７に備える複数の掘削ビット１３によって地盤を掘削するとともに、掘削ヘッド６に備える噴射ノズル１５から水を含む圧縮エアーの掘削材料Ｊを線状に噴射して、回転軸３直下及びその周囲の地盤を予め掘削することで、回転軸３を地盤中に貫入するときの掘削抵抗を小さくすることができ、回転軸３の貫入時間を短縮できる。また、掘削抵抗を小さくできることで、貫入時の掘削ヘッド６や攪拌翼７あるいは回転軸３への負荷を低減して、掘削ヘッド６や攪拌翼７あるいは回転軸３の破損を防止できるとともに、回転軸３の貫入及び回転を行う回転装置４及び昇降装置５での故障をなくすことができる。
【００３９】
（回転軸の貫入試験）
本発明の地盤改良装置及び地盤改良方法の効果を確認するため、回転軸の貫入試験を行った。
回転軸の貫入試験では、以下の実施例１と比較例１で示す地盤改良装置を用いて、回転軸の貫入時間を比較した。
【００４０】
（実施例１）
実施例１の地盤改良装置は、本実施形態で説明したものであり、地盤中に貫入可能な上下に向かう２本の回転軸を備え、２本の回転軸の下端に掘削ヘッドを取り付けるとともに、掘削ヘッドの上方の回転軸に回転軸を中心にして対称に一対の攪拌翼を上下３段に取り付ける。また、一対の攪拌翼の一方の攪拌翼には、一方の攪拌翼の回転方向の前方に向かう吐出孔を備え、吐出孔から改良材料Ｇ（セメントミルクに圧縮エアーを混合したもの）を吐出する。掘削ヘッドには、一対の攪拌翼の他方の攪拌翼の回転方向の前方に向かう噴射ノズルを備え、噴射ノズルから掘削材料Ｊ（セメントミルクに圧縮エアーを混合したもの）を噴射する。
【００４１】
（比較例１）
比較例１の地盤改良装置も、地盤中に貫入可能な上下に向かう２本の回転軸を備え、２本の回転軸の下端に掘削ヘッドを取り付けるとともに、掘削ヘッドの上方の回転軸に回転軸を中心にして対称に一対の攪拌翼を上下３段に取り付ける。また、一対の攪拌翼の一方の攪拌翼には、一方の攪拌翼の回転方向の前方に向かう吐出孔を備え、吐出孔から改良材料Ｇ（セメントミルクに圧縮エアーを混合したもの）を吐出する。しかしながら、実施例１の地盤改良装置と異なり、掘削ヘッドには、噴射ノズルを備えず、掘削ヘッドから掘削材料Ｊを噴射しない。
【００４２】
（試験結果）
実施例１と比較例１の回転軸の貫入試験の結果を、以下の表１に示す。
なお、回転軸の貫入試験の結果は、縦軸が深度を示し、横軸が時間の経過を示す。また、表１には、回転軸の貫入試験の結果とともに、地盤の各深度でのＮ値も示す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
実施例１の場合、回転軸の貫入は、所定深度の１０ｍまで問題なく貫入した。貫入時間は約１７分３０秒であった。また、回転軸の貫入開始から回転軸を引抜いて一連の作業が完了するまでの時間は約３１分であった。
これに対し、比較例１の場合、回転軸の貫入は、所定深度の１０ｍまで貫入する際に何回かの停止あるいは貫入速度の低下があり、特に、地盤のＮ値が５０を超えている場所で回転軸の貫入が停止し、あるいは貫入速度が低下した。貫入時間は約２７分３０秒であった。また、回転軸の貫入開始から回転軸を引抜いて一連の作業が完了するまでの時間は約４２分であった。
【００４５】
以上のように、所定深度の１０ｍまで回転軸を貫入する時間は、実施例１が比較例１より約１０分短かった。また、一連の作業が完了するまでの時間も、実施例１が比較例１より約１１分短かった。つまり、実施例１は、比較例１と比較して、回転軸の貫入時間、一連の作業が完了するまでの時間が短かった。このように、地盤中に地盤改良体を造成して地盤を改良する作業において、その作業時間を短縮することができた。
【符号の説明】
【００４６】
１…施工機、２…マスト、３…回転軸、４…回転装置、５…昇降装置、６…掘削ヘッド、７…攪拌翼、８…共回り防止板、１１…掘削翼、１２…掘削ビット、１３…掘削ビット、１４…吐出孔、１５…噴射ノズル、２１…内管、２２…外管、２３…第一通路、２４…第二通路、３１…内管、３２…中間管、３３…外管、３４…第一通路、３５…第二通路、３６…第三通路、４１…回転軸、４２…掘削ヘッド、４３…掘削ビット、４４…攪拌翼、４５…掘削ビット、４６…吐出孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年2月8日(2019.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、地盤中に貫入可能な上下に向かう回転軸と、回転軸の下端に取り付けた掘削ヘッドと、掘削ヘッドの上方の回転軸に回転軸を中心にして対称に取り付けた一対の攪拌翼を有する地盤改良装置であって、一対の攪拌翼の一方の攪拌翼に、固化材に圧縮エアーを混合した改良材料を、一方の攪拌翼の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて霧状に吐出する吐出孔を備え、掘削ヘッドに、少なくとも圧縮エアーを含有する掘削材料を、一対の攪拌翼の他方の攪拌翼の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて線状に噴射する噴射ノズルを備え、攪拌翼に備える吐出孔と掘削ヘッドに備える噴射ノズルは、上下方向に間隔を空けて配置するとともに、地盤中に回転軸を貫入するときに、吐出孔からの改良材料の吐出と噴射ノズルからの掘削材料の噴射を、同時に行う地盤改良装置である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に貫入可能な上下に向かう回転軸と、回転軸の下端に取り付けた掘削ヘッドと、掘削ヘッドの上方の回転軸に回転軸を中心にして対称に取り付けた一対の攪拌翼を有する地盤改良装置であって、
一対の攪拌翼の一方の攪拌翼に、固化材に圧縮エアーを混合した改良材料を、一方の攪拌翼の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて霧状に吐出する吐出孔を備え、
掘削ヘッドに、少なくとも圧縮エアーを含有する掘削材料を、一対の攪拌翼の他方の攪拌翼の回転方向の前方でかつ斜め下方に向けて線状に噴射する噴射ノズルを備え、
攪拌翼に備える吐出孔と掘削ヘッドに備える噴射ノズルは、上下方向に間隔を空けて配置するとともに、
地盤中に回転軸を貫入するときに、吐出孔からの改良材料の吐出と噴射ノズルからの掘削材料の噴射を、同時に行うことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
請求項１に記載された地盤改良装置において、
掘削ヘッドに備える噴射ノズルが向かう斜め下方の角度は、回転軸の軸方向に対して１５から４５度であることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された地盤改良装置において、
掘削ヘッドに備える噴射ノズルの掘削材料の噴射圧力は、０．８から３０ＭＰａであることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載された地盤改良装置において、
攪拌翼に備える吐出孔と掘削ヘッドに備える噴射ノズルの上下方向の間隔は、一対の攪拌翼の横方向の長さの半分であることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の地盤改良装置を用いて地盤中に地盤改良体を造成して地盤を改良する地盤改良方法であって、
地盤中に回転軸を回転させながら貫入するときに、攪拌翼に備える吐出孔から改良材料を霧状に吐出するとともに、掘削ヘッドに備える噴射ノズルから掘削材料を線状に噴射することを特徴とする地盤改良方法。