(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌軸及び前記攪拌軸に沿って固化材を移送して原地盤中に吐出する供給機構を有した施工機を用いて、対象の地盤改良領域で前記施工機を移動しながら、前記供給機構が前記攪拌軸の貫入過程などで前記固化材を吐出して原地盤の土と混合した自硬性流動物により造成される改良杭を、縦横方向に多数を順に造成する地盤改良工法において、
前記改良杭を造成する際は前記自硬性流動物を深さ方向に形成する過程で、前記自硬性流動物のうち地表に上昇し排出されるものを自硬性排泥として用いて造成される改良杭と一体となった足場層を形成し、
前記施工機を前記足場層に沿って前進移動して、その足場層及び前記造成された改良杭により施工機の総重量を分散支持することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記地表に排出される自硬性排泥は前記自硬性流動物とほぼ同じ組成からなることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記足場層はその下に造成される改良杭を略中心とする広がりで設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
前記供給機構は、前記攪拌軸の下部又は攪拌軸に取り付けられた攪拌翼に設けられて、固化材供給手段より導入される固化材を圧縮エアー供給手段より導入される圧縮エアーに同伴して、圧縮エアーと固化材とを霧状に吐出する混合エジェクターを有していることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象の地盤改良領域において施工機を移動しながら縦横方向に多数の改良杭を造成する地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良工法には、攪拌軸及び攪拌軸に沿ってセメントスラリーなどの固化材を移送して原地盤中に吐出する供給機構を有した施工機を用い、対象の地盤改良領域で施工機を移動しながら、供給機構が攪拌軸の貫入過程、又は、貫入及び引き抜き過程で固化材を吐出して原地盤の土と混合した自硬性流動物により造成される改良杭を、縦横方向に多数を順に造成することがある。この工法は深層混合処理工法とも称されており、通常は攪拌軸の下側に攪拌翼を有し、供給機構から吐出された固化材を原地盤の土と機械的に混合攪拌される。
【０００３】
以上の工法では、杭打設順序として、施工機総重量（数十トン〜数百トン）の影響を受けないようにするため、造成された改良杭ないしは杭列に施工機が載らないように移動する打ち下がり施工が好適とされる。特に、既設構造物（河川を含む。以下、同じ）に接近した領域の施工では、変位影響を最小限に抑える方法として、低変位型の供給機構や比較的軽い施工機を選定して、既設構造物から離れる方向へ移動する打ち下がり施工が多用されている。
【０００４】
すなわち、地盤改良領域の付近に既設構造物がある場合は、まず、改良杭を既設構造物に最も近い側に沿って造成し、そこから既設構造物に対し離れる側に向けて、他の改良杭を順に造成する。これは、造成された改良杭や杭列が保護壁として機能し、その後に造成される改良杭による地盤の変形を食い止め既設構造物への影響を防ごうとするものである。他の対策には、既設構造物と地盤改良領域との間に膨張を吸収する変位吸収孔を設けることもある。更に、特許文献１の対策は、図６に示されるごとく固化材に硬化遅延剤を混入することにより、Ｎ列目の改良杭列を施工する際には少なくともその直前に施工したＮ−１列目の改良杭列が未硬化状態を維持するようにして、その未硬化の改良杭列を変位吸収孔として機能させる構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６０８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した防護壁、変位吸収孔、特許文献１の対策は、片側が河川であるような地形条件や既設構造物に極めて近い領域では適用できない場合が多く、しかも原地盤中への固化材の吐出により地盤の体積膨張に起因した変位に有効であっても、施工機の総重量に起因した変位については機能しなかった。この点は、上記した打ち下がり施工でも同様であり、改良杭又は杭列の造成前に施工機の総重量により周囲地盤あるいは周囲構造物に変位を生じ、軽量な施工機に交換しなければならなかった例も報告されている。
【０００７】
本発明者らは、以上のような背景から、地盤改良領域が非常に軟弱であったり施工機の総重量が制約されるような実際の施工をとおして、改良杭造成時の地盤の体積変化に起因した変位とともに、改良杭造成前に施工機の総重量に起因した地盤の変位を最小限に抑える方法を検討してきた結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の目的は、簡易構成により、特に、施工機の総重量に起因した変位を抑えることができる地盤改良工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、攪拌軸及び前記攪拌軸に沿って固化材を移送して原地盤中に吐出する供給機構を有した施工機を用いて、対象の地盤改良領域で前記施工機を移動しながら、前記供給機構が前記攪拌軸の貫入過程などで前記固化材を吐出して原地盤の土と混合した自硬性流動物により造成される改良杭を、縦横方向に多数を順に造成する地盤改良工法において、前記改良杭を造成する際は前記自硬性流動物を深さ方向に形成する過程で、前記自硬性流動物のうち地表に上昇し排出されるものを自硬性排泥として用いて造成される改良杭と一体となった足場層を形成し、前記施工機を前記足場層に沿って前進移動して、その足場層及び前記造成された改良杭により施工機の総重量を分散支持することを特徴としている。
【０００９】
以上の本発明において、『固化材』としては、セメントスラリーやそれに類似のものである。『供給機構』としては、施工時に攪拌軸の貫入や固化材の吐出による原地盤の体積膨張ないしは変位を低減するため、原地盤に吐出された固化材を原地盤の土と混合して自硬性流動物とし、その一部を地表に排出可能なものである。これには、請求項４に特定した混合エジエクター吐出方式以外にも、例えば、特公平４−５７８０５号公報、特許第３０７５４４９号公報、特許第３１２５２４４号公報に開示されている機構、それらに類似する機構を含む。
【００１０】
以上の本発明は請求項２から４のように具体化されることがより好ましい。すなわち、
（１）前記地表に排出される自硬性排泥は前記自硬性流動物とほぼ同じ組成からなる構成である（請求項２）。
（２）前記足場層はその下に造成される改良杭を略中心とする広がりで設けられている構成である（請求項３）。
【００１１】
（３）前記供給機構は、前記攪拌軸の下部又は攪拌軸に取り付けられた攪拌翼に設けられて、固化材供給手段より導入される固化材を圧縮エアー供給手段より導入される圧縮エアーに同伴して、圧縮エアーと固化材とを霧状に吐出する混合エジェクターを有している構成である（請求項４）。この混合エジェクターは、例えば特許第３６２２９０３号公報に開示されているごとく、圧縮エアーと固化材とを霧状に吐出することにより、原地盤の土粒子間の結合力を低減し、固化材と原地盤の土との混合攪拌を促進して均一な自硬性流動物を得られるようにし、かつ、その自硬性流動物の一部を圧縮エアーのリフトアップ効果により地上に排出され易くする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明は、改良杭の造成過程において、供給機構より吐出される固化材と原地盤の土とを混合した自硬性流動物を深さ方向に形成するが、その際、自硬性流動物のうち地表に排出されるものを自硬性排泥として使用して足場層を形成する。施工手順としては、従来の打ち下がり施工とは逆の前進施工、つまり施工機を造成される改良杭と一体化している足場層に沿って前進移動する。このため、本発明は、改良杭の造成過程で地表に上昇排出される自硬性流動物を足場の材料として活用し、かつ、造成される改良杭と一体となった足場層によって施工機の総重量を分散支持して施工機荷重に起因した変位を簡易に低減できる。すなわち、本発明の前進施工は、施工機の総重量に起因した変位を防ぐ変位低減対策として有効にしたことに意義がある。勿論、改良杭が足場層に一体化されているため大きな荷重を受けても変位し難くなる点でも優れている。
【００１３】
請求項２の発明は、地表に排出される自硬性排泥は原地盤中に形成される自硬性流動物の一部であり、良質な自硬性排泥として足場層の材料に用いられる点を確認的に特定したものである。
【００１４】
請求項３の発明は、足場層はその下に造成される改良杭を略中心とした広がりで設けられているため、造成される改良杭により効率的に補強された状態となり、施工機に対する安定した支持力を付与できる。
【００１５】
請求項４の発明は、供給機構が上記した混合エジエクター有し、該エジェクター吐出方式により、原地盤の土粒子間の結合力を低減し、固化材と原地盤の土とを均一に混ぜた自硬性流動物を得られるようにし、その自硬性流動物の一部を圧縮エアーのリフトアップ効果により地上に排出され易くして、原地盤中に吐出される固化材に起因した地盤の体積変化を低減できるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明工法の前進施工を説明するための模式図である。
【図２】本発明工法に用いられた供給機構を構成している混合エジェクターなどを示す構成図である。
【図３】本発明工法を適用して地盤改良された第１施工例を示す模式図である。
【図４】上記第１施工例における変位計測結果を示すグラフである
【図５】本発明工法を適用して地盤改良された第２施工例を示す模式図である。
【図６】上記第２施工例における変位計測結果を示すグラフである
【図７】特許文献１に開示されている打ち下がり施工を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の形態例を図面を参照しながら説明する。この形態例では、実際の地盤改良として、図３に示される地盤改良領域で適用した実施例１、図５に示される地盤改良領域での適用した実施例２を挙げる。図１及び図２は各実施例の地盤改良工法に適用した要部を示す模式図である。以下の説明では、各実施例で採用した地盤改良工法において、使用された施工機特徴及び工法特徴を明らかにした後、図３の実施例１、図５の実施例２について詳述する。
【００１８】
（施工機特徴）図１及び２は各実施例で適用した地盤改良工法の要部を模式的に示している。まず、地盤改良工法に使用される施工機は、走行式ベースマシン１と、ベースマシン１で移動可能に起立された支持リーダー２と、支持リーダー２の一側に沿って上下動される昇降機構３と、昇降機構３に保持されている回転駆動機構４及びスイベル５と、昇降機構３により昇降されるとともに回転駆動機構４により回転される攪拌軸６と、攪拌軸６の下側に設けられた複数段の攪拌翼７と、攪拌軸６に沿って移送された圧縮エアーと固化材とを霧状に原地盤中に吐出する供給機構とを備えている。
【００１９】
施工時には、攪拌軸６が支持用リーダー２及び昇降機構３を介して上下動可能に支持され、地盤下へ貫入されたり引き抜かれる。回転駆動機構４は、攪拌軸６をモーター及び減速ギア機構等を介し正転・逆転するもので、攪拌軸６と共に支持リーダー２に沿って昇降される。符号９は上昇排出される噴射エアーによる汚れを防ぐ防護カバーである。
【００２０】
攪拌軸６は、実施例１では図１の拡大図のごとく単軸構成、実施例２では図２に模式化したごとく２軸構成で、各軸の攪拌翼７はそれぞれ２枚で３段構成となっている。また、２軸構成では、各軸の撹拌翼７同士が互いの回転軌跡とラップしない状態に配置されるとともに、両攪拌軸６の間に介在された共廻り防止板１７を有している。共廻り防止板１７は、攪拌軸６同士の間隔を維持し、各撹拌翼７の回転に伴う土の移動を阻止し易くする。攪拌軸６には施工条件に応じて不図示の掘削刃が下端に装着される。
【００２１】
また、上記供給機構は、攪拌軸６の内部上下方向に沿って配置されている配管経路１３，１４と、地表側に設けられた不図示の固化材供給手段及び圧縮エアー供給手段と、攪拌軸６の下側又は攪拌翼７に装着された混合エジェクター８とを備えている。このうち、配管経路１３，１４の各上端は、固化材供給手段及び圧縮エアー供給手段の対応配管経路に対しスイベル５などを介し接続されている。各下端は、直に又は接続パイプを介し軸外へ貫通されて、混合エジクター８の対応入口側に接続されている。
【００２２】
混合エジェクター８は、図２に原理を示すごとく エアー供給部８ａ、セメントスラリー（固化材）供給部８ｂ、混合室８ｃ、吐出口８ｄなどを有している。そして、この構造では、供給部８ｂ内に導入されたセメントスラリーは、供給部８ａから導入される圧縮エアーに乗せられて混合室８ｃに入った後、吐出口８ｄから所定噴射圧で吐出される。なお、以上の固化材供給手段、圧縮エアー供給手段、混合エジェクター９については、特許第３４１６７４４号公報や特許第３６２２９０３号公報などを参照されたい。
【００２３】
（工法特徴）地盤改良工法では、図１に示されるごとく対象の改良地盤領域１０に多数の改良杭１５を縦横に順に造成する。この場合、改良杭１５は図１の下側に示したごとく杭列Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4・・・の順に造成される。この杭造成では、固化材であるセメントスラリーを原地盤の土と攪拌混合した自硬性流動物１５ａが深さ方向に形成される。この過程では、自硬性流動物１５ａのうち地表に上昇し排出されるものを自硬性排泥１５ｂとして用い、造成される改良杭１５と一体となった足場層１６が形成される。杭打設順序としては、施工機を足場層１６に沿って前進移動つまり前進施工により行う。
【００２４】
詳述すると、施工に際しては、施工機が改良地盤領域１０の施工箇所に移動されて、最初の杭造成予定部に位置決めされる。杭造成予定部には、足場層１６に応じた凹部１２が杭造成に先立って形成される。凹部１２は杭造成予定部の地表側の地盤を所定深さに掘削したもの、枠体等で自硬排泥１５ｂを貯めるようにしてもよい。凹部１２や前記枠体の設計は、施工箇所の地盤性状や打設する固化材性状などの施工条件、改良杭の造成過程において原地盤に吐出した固化材が地中から地表へ排出される排出量などを考慮し、深さと面的広さが設定される。通常は、例えば３０ｃｍ〜１５０ｃｍ程度の深さで、かつ、隣接する改良杭同士の上部を足場層１６により一体物に連結する大きさである。また、凹部１２又は凹部１２内に形成される足場層１６は、その下に造成される改良杭１５の杭径に応じた杭用縦孔１１を略中心とする広がりで設けられることが好ましい。
【００２５】
施工では、攪拌軸６が回転駆動機構４により回転されて所定の深さまで貫入される。この貫入過程、又は、貫入と引き抜きの各過程にて攪拌混合が行われる。この操作では、例えば、固化材であるセメントスラリーが配管経路１３を通って混合エジェクター８の供給部８ｂに圧送されるとともに、圧縮エアーが配管経路１４を通って混合エジェクター８の供給部８ａまで圧送される。そして、混合エジェクター８は、供給部８ａが所定圧になると不図示の弁機構が開状態に切り換えられ、圧縮エアーが供給部８ａから混合室８ｃへ導入され、供給部８ｂのセメントスラリーがその圧縮エアーに乗せられて混合室８ｃに入った後、吐出口８ｄから圧縮エアーとセメントスラリーとを霧状に原地盤の土へ向けて噴出する。この噴出態様は、セメントスラリーが圧縮エアーに同伴されて霧状に噴出され、例えば撹拌翼７の回転軌跡内で撹拌翼７の回転方向である前方へ噴射している。
【００２６】
以上のエアー同伴吐出態様では、圧縮エアーの噴射圧及びセメントスラリーの供給量を制御することにより、例えば、翼前方に存在する土の塊等を粉砕したり細分化した土や土粒子の流動性を効率的に高める。その結果、この施工では、改良杭用の均一な自硬性流動物１５ａが得られ、かつ、その自硬性流動物１５ａの一部を圧縮エアーのリフトアップ効果により攪拌軸６に沿って上昇し、自硬性排泥１５ｂとして地表側の凹部１２に排出し易くなる。この排出量は他の吐出工法に比べてかなり多い。通常は、投入されたセメントスラリー量と同程度となり、地盤内での体積変化が低減され、かつ、凹部１２に効率よく貯められる。
【００２７】
また、以上の地盤改良工法において、前進施工では、図１の下側に例示したごとく改良杭１５として、杭列Ｌ1の各改良杭１５が終了したときに施工機をその杭列Ｌ1上に乗るよう移動し、次の杭列Ｌ2の各改良杭１５を造成する。続いて、施工機をその杭列Ｌ2上に乗るよう移動し、次の杭列Ｌ3の各改良杭１５を造成する。続いて、施工機をその杭列Ｌ3上に乗るよう移動し、次の杭列Ｌ4の各改良杭１５を造成する。続いて、施工機をその杭列Ｌ4上に乗るよう移動し、これを最終の杭列まで繰り返すことになる。この前進施工では、施工機の総重量が足場層１６及び造成された改良杭１５により分散支持されるため、軟弱地盤であっても施工機荷重に起因した変位を大幅に低減できる。
【００２８】
（実施例１）図３は実際の地盤改良で採用された前進施工の事例１を示している。この事例１の本工事は、河川改修に先立ち、改修護岸の基礎地盤を深層混合処理工法にて改良し、護岸の沈下低減及び滑り破壊の防止を図る。工事概要を以下に示す。
（１）改良工法は、ＣＩ−ＣＭＣ工法（図２に示した混合エジェクターの吐出方式であり、１６００ｍｍ×２軸）
（２）回良率は、ａｐ＝４６．８％
(３）改良強度は、ｑｕｃｋ＝２００ＫＮ／ｍ２
（４）施工機は、標準施工機（日立住反重機械建機クレーン（株）製のＳＰ１１０）  （５）機械総重量は、１２２．８ｔ
（６）機械接地圧は、１６２ＫＮ／ｍ２
【００２９】
この地盤改良領域の地盤は、厚さ１０〜２０ｍ程度の軟弱な沖積層（粘性土、有機質土）で構成されており、また、変位を起こしやすい河川沿いの改良であるため、河川護岸（許容変位±１０ｃｍ）の変位に留意した施工が必要であった。
【００３０】
地盤改良施工中は、図３に示す１６箇所（河川の片側に黒丸で示した箇所）に変位杭を設置し、動態観測を実施した。河川護岸の許容変位が１００ｍｍであることから、変位の管理基準を以下の様に設定して施工を実施した。なお、本工事では、上記した足場層は改良杭上に厚さが約５０ｃｍとなるよう敷設した。
・一次管理値は５０ｍｍ（許容値×０．５）である。施工では変位量が一次管理値を超えた場合、監督員に報告し、施工方法（打設順序、施工速度など）の変更等を協議する。
・二次管理値は８０ｍｍ（許容値×０．８）である。施工では変位量が二次管理値を超えた場合、施工を一時中断し、対策について協議する。
【００３１】
図４の変位計測結果は、以上の設定で行ったときの水平変位量の計測結果の一例を示している。横軸は施工日、縦軸は変位量（ｍｍ）である。実施工において、深層混合処理は、当初、低変位工法であるＣＩ−ＣＭＣ工法を用いて打ち下がり施工を実施する計画であったため、河川側り最前列から施工を開始した。その結果、施工開始４日間で４０ｍｍ度の変位が発生し、同様の方法で施工を継続した場合、許容量を超えることが予想された。そこで、変位の要因を究明するため、施工時に発生する排泥量を計測したところ、投入スラリー量と同程度であった。そこで、変位の要因が施工機荷重にあると考え、打設順序を打ち下がり施工から前進施工に変更した。その結果、増加傾向にあった変位が止まり、前進施工による変位低減効果が確認された。本工事は、水平変位量５０ｍｍ以下で施工を完了した。
【００３２】
（実施例２）図５は実際の地盤改良で採用された前進施工の事例２を示している。この事例２の本工事は、河川改修に先立ち、改修護岸基礎を深層混合処理工法にて改良することにより、護岸基礎地盤の沈下抑止及び支持力の確保を図るものである。工事概要を以下に示す。
（１）改良工法は、ＣＩ−ＣＭＣ工法（混合エジェクターの吐出方式であり、１３００ｍｍ×単軸）
（２）回良率は、ａｐ＝７８．５％
(３）改良強度は、ｑｕｃｋ＝１５０ＫＮ／ｍ２
（４）施工機は、小型施工機（日本車輌製造（株）製のＤＨＪ１２）
（５）機械総重量は、１６．１ｔ
（６）機械接地圧は、７９ＫＮ／ｍ２
【００３３】
この地盤改良領域の地盤は、非常に軟弱な高含水比腐植土（ｗｎ＝３００％〜１０００％）で構成されており、小型のバックホウ（０．４ｍ３）でも走行が困難なほど足場が不安定な状態であった。さらに、施工箇所が廃棄物処分場の遮水壁（薄型鋼矢板：シートウオール）に近接（最小離隔１．０ｍ）していたため、施工機の安定及び変位減対策として、小型施工機による前進施工が採用された。
【００３４】
本工事では、遮水壁天端に設置した８箇所の観測点（図５中、黒丸で示した測点１〜測点８）及び２箇所の傾斜計（四角で示した２箇所の地中傾斜計）によって動態観測を実施した。また、近接する遮水壁の許容変位が５０ｍｍであったため、一次管理値を１５ｍｍ（許容値×０．３）、二次管理値を３０ｍｍ（許容値×０．６）として施工を行った。なお、本工事でも、上記した足場層は改良杭上に厚さが約５０ｃｍとなるよう敷設した。
【００３５】
図６（ａ）,（ｂ）は、以上の設定で行ったときの変位計測結果のうち、処分場に最も接近した位置における遮水壁天端の変位計測結果、つまり測点５〜８での結果を示す。横軸は施工日、縦軸はＸ方向又はＹ方向の変位量（ｍｍ）である。この事例２でも、ＣＩ−ＣＭＣ工法と前進施工との採用により、最大変位９ｍｍ程度の超低変位施工を実現できたことが分かる。以上のように実施例１と２では、いずれの事例も変位が発生しやすい地盤条件下において超低変位の施工を実現しており、前進施工が変位低減対策として有効であったと判断できる。
【００３６】
なお、本発明工法は、請求項で特定される構成を備えておればよく、細部は以上の形態を参考にして変更したり展開可能なものである。その例として、供給機構としては、混合エジェクターの吐出方式に限られず、杭施工時に固化材（セメントスラリー）の地中投入量相当を地表へ排出可能な他の方式であっても差し支えない。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・ベースマシン
２・・・支持リーダー
３・・・昇降機構
４・・・回転駆動機構
５・・・スイベル
６・・・攪拌軸
７・・・攪拌翼
８・・・混合エジェクター
１０・・・地盤改良領域（１１は杭用縦孔、１２は凹部）
１３，１４・・・配管経路
１５・・・改良杭（１５ａは自硬性流動物、１５ｂは自硬性排泥）
１６・・・足場層
Ｌ１〜Ｌ5・・・杭列
【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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