(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に少なくとも一対の水平軸によるカッタードラムを備え、その上方位置に水平軸による攪拌翼ドラムを備えた地盤改良装置の支柱を地上から鉛直に吊り下げ、地上の泥水供給装置から供給するベントナイト泥水等を前記カッタードラムの先端近傍へ供給して前記カッタードラムによる地盤の掘削を行い、前記一対のカッタードラムが掘削した土壌は掻き上げ直上位置に設置した揚泥ポンプで直ちに揚泥管を通じて地上の礫分離装置まで排出し、礫分離装置において掘削土壌から礫を除去し、その余の泥土は再び掘削孔内の上部へ戻す工程と、
前記の地盤改良装置が所定の深度まで地盤を掘削した後の引き揚げ工程において前記攪拌翼ドラムを回転し、同攪拌翼ドラムよりも少し上方の位置へ地上の安定材供給装置から地盤安定材を供給して掘削孔内に戻された泥土との攪拌、混合を行いながら前記地盤改良装置を引き上げる工程とからなることを特徴とする、大深度対応の地盤改良工法。
【請求項２】
地上から鉛直に吊り下げられる支柱の先端部に少なくとも一対の水平軸によるカッタードラムを備え、その少し上方の位置に水平軸による攪拌翼ドラムを備えており、前記一対のカッタードラムが掘削土壌を掻き上げる直上位置に揚泥ポンプが設置され、この揚泥ポンプは揚泥管を通じて地上の礫分離装置と接続されており、
地上のベントナイト泥水等の泥水供給装置と接続された給泥管は、前記カッタードラムの先端近傍の位置に設置した注出口と接続されており、また、地上の安定材供給装置と接続された安定材供給管は、前記攪拌翼ドラムよりも少し上方の位置に設置した注出口と接続されており、
地上の前記礫分離装置は、揚泥管を通じて排出された掘削土壌から礫を除去すると共に礫以外の泥土を再び掘削孔内の上部へ戻す構成であり、
前記カッタードラムが回転されその先端近傍へ前記注出口を通じて供給されるベントナイト泥水等を利用して地盤の掘削が行われ、所定の深度まで掘削した後の引き抜き工程において前記の攪拌翼ドラムが回転され、前記注出口を通じて攪拌翼ドラムの直上近傍へ供給された前記地盤安定材を掘削孔内の泥土と攪拌、混合しつつ引き上げが行われることをそれぞれ特徴とする、大深度対応の水平カッター式地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、地下７０ｍ〜１００ｍ前後の大深度まで地盤を掘削し地耐力を有する地盤に改良するための地盤改良工法、及び同工法の実施に使用される水平カッター式の地盤改良装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱地盤を掘削すると共に原位置（掘削孔内）の掘削土壌中へ安定材、硬化材、固結材等々と称される地盤改良材（以下、地盤安定材と云う。）を注入し攪拌、混合して安定化させる地盤改良工法及び地盤改良装置は、昭和５０年度頃より以降に種々開発され実施されて多くの実績を残している。例えば実公昭５８−１０７５０号、特開昭６３−３００１１０号公報記載の発明などが参照される。
【０００３】
従来、例えば軟弱地盤に立地する港湾の護岸堤基礎を構築する方策として、大深度の地盤改良を可能にする地盤改良工法及び装置の開発が進められているが、現在のところ改良可能な最大深度は約４０ｍ程度でしかない。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
従来の地盤改良工法及び地盤改良装置によって改良可能な最大深度は約４０ｍ程度であるため、更に深い地下７０ｍ〜１００ｍ付近に軟弱地盤が存在する場合には対処できないという問題がある。
のみならず、前述した従来方式の地盤改良装置の場合は、地盤改良の深度が深くなるのに比例して回転軸（ケリーバー）が長大となり、これを支える地盤改良機のベースマシンも必然的に大規模なものになり過ぎて、機械設備の費用が莫大になる他、回転軸を長くするにも限度があり、陸上工事には適用不可能な場合が多い。
【０００５】
また、従来の地盤改良装置は、水平なプロペラ型のカッターを備えている程度の構成で、ヘドロ状の軟弱地盤の改良を主たる対象としているため、地下にＮ値５０以上の砂礫層や軟岩が存在する地盤の掘削、改良は不可能である。この意味からも、種々な地層構成となっていることが多い大深度の地盤改良が阻まれる原因になっている。
【０００６】
更に、礫が混在する地盤の改良においては、比重が大きい礫が掘削孔の底部に沈積して掘削、攪拌軸の掘削トルクの増大をもたらし、限界点以上の大深度になると掘削不能となってしまい、大深度対応の地盤改良を至難にする原因となっている。
従って、本発明の目的は、地下７０ｍ〜１００ｍ前後の大深度の地盤改良を可能ならしめると共に改良施工の作業時間の短縮と掘削、攪拌の垂直精度の確保、制御が容易であり、また、施工用機械設備のコストを低減できて経済的な地盤改良工法と地盤改良装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る大深度対応の地盤改良工法は、
先端に少なくとも一対の水平軸によるカッタードラムを備え、その上方位置に水平軸による攪拌翼ドラムを備えた地盤改良装置の支柱を地上から鉛直に吊り下げ、地上の泥水供給装置から供給するベントナイト泥水等を前記カッタードラムの先端近傍へ供給して前記カッタードラムによる地盤の掘削を行い、前記一対のカッタードラムが掘削した土壌は掻き上げ直上位置に設置した揚泥ポンプで直ちに揚泥管を通じて地上の礫分離装置まで排出し、礫分離装置において掘削土壌から礫を除去し、その余の泥土は再び掘削孔内の上部へ戻す工程と、
前記の地盤改良装置が所定の深度まで地盤を掘削した後の引き揚げ工程において前記攪拌翼ドラムを回転し、同攪拌翼ドラムよりも少し上方の位置へ地上の安定材供給装置から地盤安定材を供給して掘削孔内に戻された泥土との攪拌、混合を行いながら前記地盤改良装置を引き上げる工程とからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載した発明に係る大深度対応の水平カッター式地盤改良装置は、
地上から鉛直に吊り下げられる支柱の先端部に少なくとも一対の水平軸によるカッタードラムを備え、その少し上方の位置に水平軸による攪拌翼ドラムを備えており、前記一対のカッタードラムが掘削土壌を掻き上げる直上位置に揚泥ポンプが設置され、この揚泥ポンプは揚泥管を通じて地上の礫分離装置と接続されており、
地上のベントナイト泥水等の泥水供給装置と接続された給泥管は、前記カッタードラムの先端近傍の位置に設置した注出口と接続されており、また、地上の安定材供給装置と接続された安定材供給管は、前記攪拌翼ドラムよりも少し上方の位置に設置した注出口と接続されており、
地上の前記礫分離装置は、揚泥管を通じて排出された掘削土壌から礫を除去すると共に礫以外の泥土を再び掘削孔内の上部へ戻す構成であり、
前記カッタードラムが回転されその先端近傍へ前記注出口を通じて供給されるベントナイト泥水等を利用して地盤の掘削が行われ、所定の深度まで掘削した後の引き抜き工程において前記の攪拌翼ドラムが回転され、前記注出口を通じて攪拌翼ドラムの直上近傍へ供給された前記地盤安定材を掘削孔内の泥土と攪拌、混合しつつ引き上げが行われることをそれぞれ特徴とする。
【００１３】
【作用】
請求項１及び２の発明において、一対の水平なカッタードラムは、Ｎ値が５０以上の砂礫地盤はもとより、軟岩その他の硬質地盤でも鋭利に掘削可能である。よって地盤をその地層構成の如何にかかわらず掘削可能であるから、大深度の地盤改良に対応できる。例えば既に改良した固い改良地盤との接続面の切削も行えるから、改良地盤の連続性，一体性の確保も容易である。
【００１４】
前記カッタードラムが掘削した土砂は、直ちに揚泥ポンプで地上の礫分離装置まで揚泥管を通じて排出するので、掘削土壌がカッタードラムにからみ付くような現象は発生せず、カッターの回転トルク及び地盤改良装置の掘進力の抵抗原因とはならないし、礫が沈積する不都合も生じない。礫分離装置で礫を除去した残りの泥土は、適正な含水比率に調整して掘削孔内の上部へ戻すから、孔壁の崩壊防止の機能を働くし、最終的には地盤安定材との混合材料となって、品質の良い改良地盤を形成する。
【００１５】
大深度の地盤改良であるため、カッタードラムによる地盤の掘削時にはできるだけ薄く少量のベントナイト泥水等を掘削の潤滑を行う程度にカッター近傍へ注出し、掘削土壌の固化を避ける。地盤を所定の深度まで掘削した後の引き抜き工程においては、攪拌翼ドラムを回転させると共に攪拌翼ドラムの近傍からセメントミルク等の地盤安定材を適量注入することによって掘削孔内の泥土との攪拌、混合の処理を十分に行える。カッタードラム及び攪拌翼ドラムの回転方向を適正に選択することにより、これらの回転の相互作用及び掘削孔内の泥土の下向き移動の反作用として浮揚力を発生し引き上げ抵抗の軽減を達成できる。
【００１８】
【実施例】
次に、図示した本発明の実施例を説明する。
図１と図２は第１実施例の地盤改良装置による地盤改良工法における地盤の掘削工程と、最深部からの引き上げ工程の概況を示している。図中の符号１は地盤掘削用のカッタードラムであり、これは支柱２の下端部に一対設置されている。
但し、一対の限りでなく、複数対の実施が可能である。詳細は図３、図４に示したように、カッタードラム１は水平な回転軸を中心に回転する回転ドラムの外周面に多数のカッタービットを軸方向へ螺旋状の配置で植え付けた構成である。一対のカッタードラム１，１は、各々の刃先円（外径円）がほぼぴったり接する水平方向に平行な配置で設置されている。図示例の場合、一対のカッタードラムは各々の回転ドラムの中央部を軸受板３によって片持ち式に支持され、直上の水平なプレート５上に設置した２台の油圧モータ６，６により各カッタードラムは個別に同一の周速度となるように同期駆動される。前記軸受板３の上端は支柱２の下端に一体的に接合されている。軸受板３内に配置した回転駆動軸を仲介としてカッタードラム１は油圧モータ６で回転駆動される。
【００１９】
前記カッタードラム１の上方に、一対の攪拌翼ドラム７，７が設置されている。攪拌翼ドラム７は、水平な回転軸を中心に回転する回転ドラムの外周面に掘削土壌の攪拌手段の一例として、帯板状の螺旋羽根を一定の間隔で多条に突設させた構成である。攪拌翼ドラム７も前記軸受板３によって回転ドラムの中央部を片持ち式に支持されている。一対の攪拌翼ドラム７，７は、前記したカッタードラム１，１と同じ向きに水平な回転軸により平行に設置されており、直下の水平なプレート８の下面に設置した２台の油圧モータ９，９によって各攪拌翼ドラムが個別に同一の周速度で同期駆動される。攪拌翼ドラム７と油圧モータ９とを連結する回転駆動軸も、軸受板３内に設置されている。
【００２０】
前記一対の攪拌翼ドラム７，７の中間部であって、前記一対のカッタードラム１，１が掘削土壌を掻き上げる垂直な接線の直上位置に２基（但し、２基に限らず、複数基とされる。）のピストン式揚泥ポンプ１０，１０が垂直下向きの配置で、前記上下のプレート８及びプレート５を貫通した状態に設置されている。各揚泥ポンプ１０の下端は末広がりのベルマウス形状の吸込口１０ａに形成されている。また、揚泥ポンプ１０の上部には、シリンダ内の図示を省略した往復ピストン（又はプランジャー）を駆動する油圧ジャッキ１０ｂが垂直下向きに設けられている。更にシリンダ本体の比較的下方の位置であって前記往復ピストンの下降限界位置の直下及び真横の位置に逆止め弁１０ｃと１０ｄが設けられている。
即ち、ピストンが上昇するときは、直下の逆止め弁１０ｃが開き掘削土壌をシリンダ内に吸い込む。このとき真横の逆止め弁１０ｄは閉じられている。ピストンが下降するときは直下の逆止め弁１０ｃが閉じられ、シリンダ内で圧縮された土壌は開かれた真横の逆止め弁１０ｄを通って押し出される。前記土壌を導く揚泥管１１’は、前記真横の逆止め弁１０ｄの出口に接続されている。左右２本の揚泥管１１’は、支柱２の下端より少し上方の位置で１本の太い揚泥管１１に合流されている。この揚泥管１１は支柱２の中心部に配置され、地上の礫分離装置１２と接続されている。従って、ピストン式揚泥ポンプ１０は、少なくとも７０ｍ〜１００ｍ以上の距離を管内圧送できる機種とされている。
【００２１】
支柱２は、具体的には図５に詳示したように、鋼材で横断面をＨ形状に形成されており、ウエブの中心部に前記揚泥管１１が一体的に配置されている。また、ウエブの片面に沿って油圧ホース類１３や信号ケーブル、制御用ケーブルなどが複数本配置され、他側面に沿って地盤掘削用に使用するベントナイト泥水等の給泥管１４と、セメントミルクその他の地盤安定材を供給する安定材供給管１４’とが各１本ずつ配設されている。安定材供給管１４’の下部は２方向弁２１を介して２本に分岐され、各々は軸受板３において攪拌翼ドラム７の直上位置に開口する引き抜き吐出用の注出口２２と接続されている。また、給泥管１４は、軸受板３の中空部を利用して同軸受板下端に設けた貫入吐出用の注出口２３と接続されている。給泥管１４は、地上の泥水供給装置１５と接続され、地盤の掘削工程時に軸受板先端の注出口２３からベントナイト泥水等が吐出される。また、安定材供給管１４’は地上の地盤安定材供給装置１６と接続され、引き抜き工程時に攪拌翼ドラム７よりも少し上方の注出口２２から地盤安定材が吐出され、孔内土壌との混合，攪拌に供される。支柱２は、継ぎ足し作業の容易性と施工の効率向上を考慮して、その単位長さを１０ｍ〜２０ｍぐらいとされ、前記揚泥管１１も一体的に付設した支柱ユニットとして構成されている。支柱ユニットの継ぎ足し又は切り離しの作業を容易ならしめるため、地上の掘削孔の口部に支柱把持装置１７が設置されている。なお、図４〜図６中の符号２５は揚泥ポンプ、逆止め弁などを泥土から保護する保護カバーである。
【００２２】
上記構成の地盤改良装置を用いた大深度対応の地盤改良工法は、次のように実施される。
地盤の掘削工程は、図１に示したように、先端に一対の水平なカッタードラム１を備えた支柱２を地上のリーダー又はクレーン（図示は省略）で鉛直に吊り下げ、地上の泥水供給装置１５から泥水ポンプ１５ａにより圧送する極く少量のベントナイト泥水等を給泥管１４を通じてカッター近傍の注出口２３から供給（貫入吐出）しつつカッタードラム１による地盤の掘削を行う。カッタードラム１は軟岩等であっても鋭利に掘削可能である。掘削の進捗に従い前記支柱２を下降させる。支柱２の下降は、順次支柱ユニットを継ぎ足すと共にクレーン等を操作し自重を利用して下げることによって行われる。支柱ユニットの継ぎ足し作業は（切り離し作業も）、まず支柱把持装置１７により先行する支柱の上端部をつかませてその位置を固定する。その直上に次順位の支柱ユニットを吊り込んで接合作業を行う。
【００２３】
一対のカッタードラム１，１が地盤を掘削して掻き上げる掘削土壌は、直ちに直上位置の揚泥ポンプ１０により揚泥管１１を通じて地上の礫分離装置１２まで排出させる。礫分離装置１２は、例えば振動フルイシステムにより礫１８を回収槽１９へ分別し、泥土は調合槽１２ａ内で水分濃度を適正に調整した後、泥土ポンプ１２ｂにより送泥管１２ｃを通じて掘削孔内の上部へ返送する。
【００２４】
所定の深度まで掘削を完了した後の引き抜き工程は、図２のように攪拌翼ドラム７を回転させ、地上の地盤安定材供給装置１６から泥水ポンプ１６ａで圧送されるセメントミルク等の地盤安定材を前記安定材供給管１４’を通じて攪拌翼ドラム近傍の注出口２２から供給し、掘削土壌との攪拌、混合処理を行わしめる。そして、クレーン等の操作により支柱２を順次適度な速度で引き上げて引き抜き工程を進める。この場合にも支柱ユニットの継手位置毎に支柱把持装置１７により支柱を固定させ、地上へ露出した先順位の支柱ユニットの切り離し作業を行う。かくして攪拌翼ドラム７及びカッタードラム１が上昇した跡の掘削孔内に改良土２０が均一に形成されるのである。
【００３４】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る大深度対応の地盤改良工法及び地盤改良装置によれば、水平軸によるカッタードラムがＮ値５０以上の硬質地盤，軟岩などを鋭利に効率よく切削（掘削）するので、地層構成が複雑な大深度の地盤改良が容易に可能である。また、カッタードラムは既に改良した地盤との接続面の切削も行なえるので、改良地盤の連続性（一体化）の確保が容易にできる。
【００３５】
本発明はまた、カッタードラムが掘削した土砂は、直ちに揚泥ポンプで地上へ排出するので、少なくともカッタードラムの周囲に掘削土壌がからみ付いて回転トルクの抵抗要因となったり、掘削切羽部の圧力が増大して掘削，掘進の抵抗が大きくなる不都合は解消され、大深度の地盤改良を容易に可能ならしめる。揚泥ポンプで排出した掘削土壌から礫を除去し、その余の泥土は再び掘削孔内の上部へ戻すので均質で高品質の地盤改良を行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施例の地盤掘削工程を示した立面図である。
【図２】  第１実施例の引き抜き工程を示した立面図である。
【図３】  地盤改良装置の主要部を示した側面図である。
【図４】  地盤改良装置の主要部を示した正面図である。
【図５】  支柱の平面図である。
【図６】  図４のＡ−Ａ線矢視の断面図である。
【符号の説明】
１     カッタードラム
７     攪拌翼ドラム
２     支柱
１４   給泥管
１５   ベントナイト泥水プラント
１０   揚泥ポンプ
１１   揚泥管
１２   礫分離装置
１２ａ 泥水ポンプ
１６   セメントミルクプラント
１７   支柱把持装置
【図１】
0003704666.tif 000002
【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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