(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に攪拌翼を備えた３軸の回転軸を並設し、それら回転軸を正回転させて地盤に貫入するとともに逆回転させて引き抜く間に、回転軸の先端部から地盤中に固化材を供給して各攪拌翼により形成される３連の攪拌領域において攪拌混合することにより地盤改良を行い、かつ、中央の回転軸の外周面にのみ、貫入時の正回転時には周囲の土を上方に押し上げるとともに引き抜き時の逆回転時には周囲の土を下方に押し下げるスパイラルを設けてなる３軸深層混合処理装置によって地盤改良を行うための３軸深層混合処理工法であって、
各回転軸を正回転させて地盤に貫入していきつつ中央の回転軸に形成したスパイラルによってその周囲の土を上方に押し上げることにより、それら３軸の回転軸による攪拌領域の中央部での土圧を両側よりも低下させて攪拌領域の両側から中央部に向かう改良土の流れを促進し、かつ、各回転軸を逆回転させて地盤から引き抜く際には前記スパイラルにより周囲の土を下方に押し下げることにより、攪拌領域の中央部での土圧を両側よりも上昇させて攪拌領域の中央部から両側に向かう改良土の流れを促進することを特徴とする３軸深層混合処理工法。
【請求項２】
請求項１記載の３軸深層混合処理工法であって、
３軸の回転軸のうち両側２軸の回転軸からのみ固化材の供給を行うことを特徴とする３軸深層混合処理工法。
【請求項３】
請求項１または２記載の３軸深層混合処理工法であって、
３軸の回転軸のうち両側の回転軸を同一方向に回転させるとともに中央の回転軸を両側の回転軸とは逆方向に回転させることにより、攪拌領域全体にわたって改良土が連続して流れる一連の攪拌流を形成することを特徴とする３軸深層混合処理工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３軸の回転軸を備えた３軸深層混合処理装置による地盤改良工法である３軸深層混合処理工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の３軸深層混合処理装置としてはたとえば特許文献１に示されるものがあるが、その基本構成は、図９に示すように３軸の回転軸１のうち両側の２軸の回転軸１ａをそれぞれ独立の駆動源２により逆方向に回転させ、中央の回転軸１ｂは動力伝達装置３を介して両側の回転軸１ａのいずれかと同方向（したがって他方とは逆方向）に回転させるというものである。
【０００３】
このような３軸深層混合処理装置による従来の３軸深層混合処理工法では、各回転軸１をそれぞれ正回転させて各攪拌翼４により地盤を攪拌しながらその全体を地盤中に所定深度まで貫入した後、各回転軸１をそれぞれ逆回転させて引き抜くのであるが、そのような貫入工程や引き抜き工程の途中で各回転軸１の先端部からセメントスラリーやセメント粉体等の固化材を地盤中に供給して原地盤の土と攪拌混合することにより改良土とし、それを硬化させることで地盤改良を行うものである。
【０００４】
また、３軸の回転軸によるものではないが、地盤に固化材を供給して攪拌混合するという地盤改良工法として、たとえば特許文献２や特許文献３には、固化材の供給量に相当する土量を積極的に排土することで固化材の供給に伴う地盤膨張を防止して周辺地盤の変状を回避するという工法も提案されている。
【特許文献１】特許第３１５６０４３号公報
【特許文献２】特公平５−６２１６７号公報
【特許文献３】特許第３０９４２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に示されるような従来の３軸深層混合処理装置やそれによる３軸深層混合処理工法では、３軸の回転軸１の各攪拌翼４により図１０に示されるような３連の攪拌領域５が形成されてそこで固化材と原地盤の土とが攪拌混合されることになるのであるが、そのような攪拌領域５における攪拌混合が必ずしも充分に行われずに所期の改良効果が得られない場合も想定される。特に、従来一般の３軸深層混合処理装置では、中央の攪拌翼４の回転方向は両側の攪拌翼４のいずれかとは常に同方向に回転することから、図１０（ａ），（ｂ）に示すように逆方向に回転するものどうしの間ではそれなりの攪拌効果も期待できるが、同方向に回転するものどうしの間では改良土の流れが分断されてしまってそこでは改良土が停滞してしまい、それにより攪拌領域５内において固化材と土との攪拌混合状態に偏りが生じる場合があることが指摘されている。
【０００６】
また、特許文献２や特許文献３に示されるような排土を行うものでは、固化材の供給量に見合うように排土量を厳密に管理する必要があるが、そのような排土量は必ずしも容易に行い得るものではない。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、３軸の回転軸により形成される３連の攪拌領域において土と固化材とをより確実かつ効率的に攪拌混合することを可能とする３軸深層混合処理装置による３軸深層混合処理工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、先端部に攪拌翼を備えた３軸の回転軸を並設し、それら回転軸を正回転させて地盤に貫入するとともに逆回転させて引き抜く間に、回転軸の先端部から地盤中に固化材を供給して各攪拌翼により形成される３連の攪拌領域において攪拌混合することにより地盤改良を行い、かつ、中央の回転軸の外周面にのみ、貫入時の正回転時には周囲の土を上方に押し上げるとともに引き抜き時の逆回転時には周囲の土を下方に押し下げるスパイラルを設けてなる３軸深層混合処理装置によって地盤改良を行うための３軸深層混合処理工法であって、各回転軸を正回転させて地盤に貫入していきつつ中央の回転軸に形成したスパイラルによってその周囲の土を上方に押し上げることにより、それら３軸の回転軸による攪拌領域の中央部での土圧を両側よりも低下させて攪拌領域の両側から中央部に向かう改良土の流れを促進し、かつ、各回転軸を逆回転させて地盤から引き抜く際には前記スパイラルにより周囲の土を下方に押し下げることにより、攪拌領域の中央部での土圧を両側よりも上昇させて攪拌領域の中央部から両側に向かう改良土の流れを促進することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明の３軸深層混合処理工法であって、３軸の回転軸のうち両側２軸の回転軸からのみ固化材の供給を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の３軸深層混合処理工法であって、３軸の回転軸のうち両側の回転軸を同一方向に回転させるとともに中央の回転軸を両側の回転軸とは逆方向に回転させることにより、攪拌領域全体にわたって改良土が連続して流れる一連の攪拌流を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の３軸深層混合処理工法では、貫入時には中央の回転軸の外周面にのみ設けているスパイラルによってその周囲の土を上方に押し上げることにより、攪拌領域の中央部での土圧を両側よりも相対的に低下させ、それにより攪拌領域の両側から中央部へ向かうような改良土の流れを促進して攪拌領域全体での攪拌混合を有効に促進する。逆に、引き抜き時には上記のスパイラルによってその周囲の土を下方に押し下げることにより、攪拌領域の中央部の土圧を両側よりも相対的に上昇させ、それにより攪拌領域の中央部から両側へ向かうような改良土の流れを促進させて攪拌領域全体での攪拌混合を有効に促進する。したがって本発明によれば、貫入時および引き抜き時のいずれにおいても、３軸の回転軸による３連の攪拌領域全体にわたって固化材と土とが偏りなく充分に攪拌混合されて優れた地盤改良効果が得られる。
【００１３】
本発明においては固化材の供給は任意であり、たとえば固化材の供給を３軸の全てから、あるいは中央の１軸から行うことでも良いのであるが、固化材の供給を両側の２軸からのみ行うこととすれば、特に貫入時に供給された固化材が上記のような両側から中央部に向かう改良土の流れに乗って攪拌領域全体に自ずと行き渡ることになり、優れた攪拌混合効果が得られる。しかも、固化材を２軸からのみ供給することとすれば、従来一般の２軸攪拌混合処理装置における固化材の供給機構や供給設備をそのまま転用可能であるから、設備費や管理費の点でも有利である。
【００１４】
また、３軸の回転軸の回転方向の設定は従来と同様でも良いのであるが、両側の回転軸を同一方向に回転させて中央の回転軸をそれらとは逆方向に回転させることにより、各攪拌翼による３連の攪拌領域全体にわたって改良土が連続して流れるような一連の攪拌流が形成されるので、より効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を図１〜図８に示す。図１は本実施形態の３軸深層混合処理工法を実施するために用いる３軸深層混合処理装置（以下では本実施形態の３軸深層混合処理装置という）の基本構成を示す概略構成図であって、これは従来の３軸深層混合処理装置と同様に３軸の回転軸１を並設し、各回転軸１の先端部にそれぞれ複数段（図示例では４段）の攪拌翼４を備えたものであるが、３軸の回転軸１のうち中央の回転軸１ｂの外周面にスパイラル６を形成している。そのスパイラル６は、最上段の攪拌翼４よりも上部においてたとえば４００ｍｍ程度のピッチで回転軸１ｂの全長にわたって、あるいは要所に部分的に設ければ良いが、いずれにしても貫入時の正回転時には周囲の土を上方に押し上げ、かつ引き抜き時の逆回転時には周囲の土を下方に押し下げるような向きに形成されている。そして、各回転軸１の先端部には、最下段の攪拌翼４付近と最上段の攪拌翼４付近に、それぞれ固化材の吐出口９，１０が設けられていて、貫入時には固化材を下段側の吐出口９から吐出し、引き抜き時には固化材を上段側の吐出口１０から吐出することが基本となっている。
【００１６】
また、本実施形態の３軸深層混合処理装置では、各回転軸１はそれぞれ専用の駆動源２により独立に駆動され、かつそれらの回転方向は、貫入時の正回転時および引き抜き時の逆回転時のいずれにおいても、図示しているように両側の回転軸１ａが同一方向に回転するとともに中央の回転軸１ｂがそれらとは逆方向に回転する（つまり、３軸の回転軸１ａ，１ｂ，１ａが交互に逆方向に回転する）ものとされている。
【００１７】
各回転軸１の回転方向をそのように設定したことにより、本実施形態の３軸深層混合処理装置では、図２（ａ），（ｂ）に示すように貫入時および引き抜き時のいずれにおいても、改良土が３連の攪拌領域５全体にわたって連続して流れるような一連の安定した攪拌流が形成されるものとなっており、図１０に示した従来の場合のように攪拌領域５の一部において改良土の流れが分断されてしまうようなことがなく、それにより攪拌領域５全体にわたって固化材と土とを確実かつ効率的に攪拌し混合できるものとなっている。
【００１８】
さらに、本実施形態の３軸深層混合処理装置には、各回転軸１の下端部相互間にそれら回転軸１どうしを結ぶ線上においてその方向に対して傾斜するようにスタビライザ８が３段にわたって設置されており、それらスタビライザ８により攪拌領域５における上記のような一連の攪拌流がより確実かつ効率的に生じるようになっている。すなわち、図３に示すように各回転軸１の下部どうしを連結している２段の連結部材７には、上段側の連結部材７の上部、および下段側の連結部材７の上部および下部にそれぞれ板状のスタビライザ８がいずれも図４（ａ）、（ｂ）に示すように連結部材７の長さ方向に対して傾斜する状態で固定されている。そして、それらスタビライザ８の向き（設置方向）はいずれも図５（ａ）に示すように貫入時の正回転時において両側から中央部に向かう攪拌流に沿う方向（したがって中央部から両側に向かう攪拌流に対しては横切る方向）に設定されている。
【００１９】
そのようなスタビライザ８を設けたことにより、図５（ａ）に示すように、貫入時においては外側から中央部に向かう方向の攪拌流はスタビライザ８に案内されて滞ることなくスムーズに流れるが、中央部から外側に向かう方向の攪拌流はスタビライザ８に妨げられるようになっており、それにより実線矢印で示すような中央部に向かう攪拌流に比べて波線矢印で示すような外側に向かう攪拌流が抑制されるようになっている。同様に、各回転軸１の回転方向が逆になる引き抜き時においては、図５（ｂ）に示すように、中央部から外側に向かう方向の攪拌流はスタビライザ８に案内されて滞ることなくスムーズに流れるが、外側から中央部に向かう方向の攪拌流はスタビライザ８に妨げられ、それにより外側に向かう攪拌流に比べて中央部に向かう攪拌流が抑制されるようになっている。
【００２０】
上記構成の３軸深層混合処理装置による３軸深層混合処理工法の具体的な工程を図６〜図７に示す。まず図６（ａ）に示すように各回転軸１をそれぞれ正回転させて地盤に貫入していく。この際、固化材の供給は、両側の回転軸１ａの最下段の攪拌翼４付近に設けられている吐出口９からのみ行う。
【００２１】
それにより、各攪拌翼４により形成される３連の攪拌領域５においては上記のような連続する一連の攪拌流が生じることに加え、スパイラル６によりその周囲の土が自ずと上方に押し上げられていくことから、攪拌領域５の中央部の土圧が両側の土圧よりも自ずと相対的に低下し、しかも攪拌領域の両側にのみ固化材が供給されることから両側での土圧が中央部での土圧よりも相対的に上昇し、さらにスタビライザ８によって中央部に向かう攪拌流が外側に向かう攪拌流に比べて促進されることから、図６（ｂ）中の白抜き矢印で示すように両側から中央部に向かって流れるような改良土の流れが自ずと促進され、それによって攪拌領域５全体にわたって攪拌混合が促進されて充分な攪拌混合効果が得られる。
【００２２】
また、引き抜き時には図７（ａ）、（ｂ）に示すように各回転軸１をそれぞれ逆回転させることから、上記とは全く逆に、スパイラル６によりその周囲の土が自ずと下方に押し下げられて攪拌領域５の中央部の土圧が両側の土圧よりも自ずと相対的に上昇するとともに、スタビライザ８によって外側に向かう攪拌流が中央部に向かう攪拌流に比べて促進されることから、中央側から両側に向かって流れるような改良土の流れが自ずと促進され、貫入時と同様に攪拌領域５全体にわたって攪拌混合が促進されて充分な攪拌混合効果が得られる。なお、引き抜き時における固化材の供給は、両側の回転軸１ａの最上段の攪拌翼付近に設けている吐出口１０から行う。
【００２３】
このように、本実施形態の３軸深層混合処理装置およびそれによる３軸深層混合処理工法によれば、主として中央の回転軸１ｂの外周面に設けたスパイラル６による貫入時における押し上げ作用、引き抜き時における押し下げ作用によって、各攪拌翼４による３連の攪拌領域５全体において水平方向の改良土の流れが自ずと促進され、それにより固化材と土とが偏りなく確実かつ効率的に攪拌混合されて充分な地盤改良効果が得られる。
【００２４】
図８は上記実施形態の３軸深層混合処理装置（本機）と、従来一般の２軸深層混合処理装置（従来機）との性能比較のための試験結果を示す。これは改良地盤に対する針貫入強度を材齢ごとに測定したもので、（ａ）は固化材の混入率が１０％の場合、（ｂ）は１５％の場合であり、いずれも固化材を本機では両側２軸からのみ供給し、従来機では２軸の双方から行った場合の例である。図８から明らかなように、本機では従来機に比べて若齢段階から改良土の強度が高まっており、優れた地盤改良効果が得られることが実証されている。
【００２５】
なお、上記のようなスパイラル６は、先端部に攪拌翼４を備えた回転軸１の外周面に設けられるものであることから、その設置形態においては上述した特許文献２に示されるような排土用のスクリューや特許文献３に示されるようなプロペラ状の排土翼と共通すると思われるやもしれぬ。しかし、それら特許文献２〜３におけるスクリューや排土翼はいずれも引き抜き時に固化材の供給量に相当する土量を積極的に排土することで地盤膨張を防止することを目的とするものであるのに対し、本実施形態のスパイラル６は攪拌領域における攪拌混合効率の向上を目的とするものであって単に排土を行うためのものではなく、周囲の土を貫入時には押し上げ引き抜き時には押し下げることで攪拌領域における改良土の水平移動を効率的に促進するためのものであるから、このスパイラル６に要求される機能やその具体的な構成は特許文献２〜３におけるスクリューや排土翼とは全く異なることは言うまでもない。
【００２６】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例に過ぎず、本発明は中央の回転軸１ｂに設けたスパイラル６によって貫入時に土の押し上げを行い、引き抜き時に土の押し下げをように構成する限りにおいて、各部の構成や具体的な工程についてはたとえば以下に列挙するような様々な応用や変更が可能である。
【００２７】
３軸の回転軸１の回転方向は上記実施形態のように交互に逆方向になるように設定することが好ましいが、中央の回転軸１ｂにスパイラル６を設けることのみで上述したメカニズムにより自ずと充分な攪拌混合効果が得られて従来機に比べて改善効果が得られることから、必ずしもそのように構成することはなく、各回転軸１の回転方向については従来と同様とすることでも良い。いずれにしても、各回転軸１の駆動源２としては電動モータのみならず油圧モータその他の駆動源も採用可能であるし、３軸の回転軸１をそれぞれ独立の駆動源２により駆動するのみならず従来と同様に動力伝達機構３を介して駆動するようにしても勿論良い。
【００２８】
同様に、上記実施形態のように攪拌領域５全体にわたって一連の攪拌流が確実に生じるようにスタビライザ８を設けることが好ましいのではあるが、そのスタビライザ８も必須ではない。また、スタビライザ８を設ける場合においても、貫入時や引き抜き時における各回転軸１の回転方向を考慮して各工程において好ましい攪拌流が生じるようにその位置や向きを設定すれば良く、たとえば上段側に設けるスタビライザ８と下段側に設けるスタビライザ８を逆向きに設けることにより、攪拌領域の上下において中央部に向かう攪拌流と外側に向かう攪拌流が同時に生じるように構成することも考えられる。
【００２９】
固化材の供給に関しては、上記実施形態のように両側２軸からのみ行うことに限らず、３軸の回転軸１の全てから、あるいは中央１軸からのみ供給を行うことでも良いし、工程の途中で供給軸を適宜切り替えたり、供給量を刻々と変化させるようなことでも良い。固化材の供給時期についても、貫入時だけ、あるいは引き抜き時だけ、または貫入時と引き抜き時の双方について適宜行うことでも良い。また、上記実施形態のように固化材の吐出口９，１０を各回転軸１の先端部にそれぞれ２箇所ずつ設けることに限らず、吐出口は必要な回転軸の必要な位置に適宜設ければ良い。そして、本発明では、たとえば図６〜図７に示したような貫入時と引き抜き時に生じる改良土の流れに対応させて、貫入時には両側の回転軸１ａから供給し、引き抜き時には中央の回転軸１ｂからの供給に切り替えることが考えられ、そのようにすれば中央部と両側とでの改良土圧の差とそれに伴う改良土の流れがより顕著に生じて必要最小限の固化材を攪拌領域全体にわたってより効率的に供給することが可能である。ただし、そのように供給軸を切り替えることはそのための機構や操作も必要となるので、上記実施形態のように貫入時と引き抜き時のいずれにおいても両側２軸の回転軸１ａからのみ供給することが最も現実的であり、それによっても十分な効果が得られるし、その場合には、従来一般の２軸攪拌混合処理装置における固化材の供給機構や供給設備をそのままの使用形態で転用可能であるから設備費や管理費の点でも有利である。
【００３０】
いずれにしても、少なくとも貫入時においては固化材の供給は回転軸１の最先端から行うことが好ましく、かつ、そこから供給した固化材を直ちに攪拌翼４により攪拌することが好ましいことから、最下段の攪拌翼４は可及的に回転軸１の最先端部に設けることが好ましい。したがって、上記実施形態のように貫入時には両側２軸の回転軸１ａの下段側の吐出口９から固化材の供給を行うことを想定する場合には、図３に示したように両側２軸の回転軸１ａにおける最下段の攪拌翼４を最先端部に設置し、中央の回転軸１ｂの最下段の攪拌翼４はそれよりも上側に設置することが好ましい。逆に、仮に中央の回転軸１ｂからの固化材の供給をメインとする場合には、中央の回転軸１ｂの最下段の攪拌翼４を最先端部に設置し、両側の回転軸１ａの最下段の攪拌翼４をそれよりも上側に設置すれば良い。
【００３１】
さらに、本発明では地盤の状況等の諸条件に応じて各回転軸１の回転数やトルクを調節することも考えられる。すなわち、回転軸１の回転数を大きくすれば改良土圧がより高まるので、図６に示したような貫入時には両側の回転軸１ａの回転数を中央の回転軸１ｂの回転数よりも大きく設定することで攪拌領域における両側の土圧をより高めて中心側に向かう改良土の流れをより顕著に生じさせることができる。同様に、図７に示すような引き抜き時には中央の回転軸１ｂの回転数を両側の回転軸１ａの回転数よりも大きく設定することで中央部の土圧をより高めて両側に向かう流れをより顕著に生じさせることができる。また、本実施形態のような３軸深層混合処理工法では、地盤状況によっては各回転軸１にかかる負荷に差が生じる場合も想定されるので、そのような負荷のアンバランスが生じた場合、高負荷がかかる回転軸の回転数を相対的に小さくしてそのトルクを増大させ、低負荷の回転軸の回転数を相対的に大きくしてそのトルクを低下させることにより、それぞれの回転軸１のトルクを負荷に応じて適正に調整することができて地盤状況に応じた最適な運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態である３軸深層混合処理工法を実施するために用いる３軸深層混合処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】同、一連の攪拌領域における基本的な攪拌流を示す図である。
【図３】同、３軸の回転軸の具体的な構成例を示す図である。
【図４】同、スタビライザの設置状態を示す断面図である。
【図５】同、攪拌領域における攪拌状態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態である３軸深層混合処理工法の貫入時の工程を示す図である。
【図７】同、引き抜き時の工程を示す図である。
【図８】同、地盤改良効果の実証試験結果を示す図である。
【図９】従来の３軸深層混合処理装置の概略構成を示す図である。
【図１０】同、攪拌領域における攪拌状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１（１ａ、１ｂ）  回転軸
２  駆動源
４  攪拌翼
５  攪拌領域
６  スパイラル
７  連結部材
８  スタビライザ
９，１０  吐出口
【要約】
【課題】  土と固化材とを確実かつ効率的に攪拌混合することを可能とする３軸深層混合処理工法を提供する。
【解決手段】  先端部に攪拌翼４を備えた３軸の回転軸１を並設し、中央の回転軸１ｂの外周面にのみ、貫入時の正回転時には周囲の土を上方に押し上げるとともに引き抜き時の逆回転時には周囲の土を下方に押し下げるスパイラル６を設け、そのスパイラルによる土の押し上げと押し下げにより、攪拌領域５の中央部での土圧を貫入時には低下させ引き抜き時には上昇させて攪拌領域での改良土の水平方向の流れを促進する。固化材の供給を両側２軸の回転軸１ａからのみ行う。３軸の回転軸のうち両側の回転軸１ａを同一方向に回転させ中央の回転軸１ｂをそれらとは逆方向に回転させることにより、攪拌領域５全域にわたって改良土が連続して流れるような一連の攪拌流を形成する。
【選択図】      図６
【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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