(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アースオーガーは、筒部の外周に螺旋ねじ状の掘削羽根を有すると共に、下端に先鋭な円錐部が設けられ、前記アースオーガーを正転しながら所定深さの掘削孔を形成し、この後、前記アースオーガーを毎分２５回転以下の低速で逆回転すると共に、該アースオーガーに垂直方向の軸力を加え、前記アースオーガーにより地表部から投入した骨材に水平方向の力を加えて掘削孔の周囲及び掘削孔内を圧密する地盤改良工法であって、地盤改良を行う改良地盤の地表部において、ボーリングを行って地中より改良地盤のサンプルを採取し、この採取したサンプルの室内土質試験により含水比を得ると共に、該サンプルの圧密試験を行って前記改良地盤に適した前記アースオーガーの前記垂直方向の軸力と逆回転の速度を設定し、設定する前記垂直方向の軸力は２〜３トンであり、前記改良地盤の地表部に、隣合う掘削孔を桝目の交差位置に配置し、改良地盤容積は、周囲の掘削孔の中心を結ぶ線に囲まれた部分の前記地表部の面積に、前記掘削孔の深さを掛けたものであり、前記改良地盤容積に対して６％〜７％の前記骨材を追加すると共に、この追加量を前記掘削孔の数で割った量にほぼ相当する前記骨材を各掘削孔に追加し、前記骨材が砂であることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記骨材が生石灰を含むことを特徴とする請求項１記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アースオーガーを用いた地盤改良工法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種の地盤改良工法として、特開昭５１−１３６３１５号公報には、地盤中に挿入されるケーシング内に砂を充填してケーシングを引上げ、地盤中に形成された砂柱を通じて排水することにより地盤を締固め、次いで前記砂柱にグラウト材を注入して固締させる地盤改良工法があり、また、特公昭５２−６０６号公報には、地表に直立される架構体に沿って昇降できるようにされた駆動機構を有し、下方先端部に掘削スクリューと、これに続く上方に断続した螺旋状の攪拌および破砕プレートをそれぞれ設けた中空筒状のオーガを、前記駆動機構により可逆転できるように結合され（公報特許請求の範囲）、この提案された工法は、先端部に掘削スクリュー、これに続く部分に攪拌および破砕プレートなどを各々設けると共に、内部に生石灰又は消石灰（以下石灰という）給送スクリューコンベヤと圧縮空気通路とを、前記先端部に各々開口して構成したオーガーを用い、掘削土をできるだけ排出させることのないようにして土壌を柱状に掘削し、かつ同時に掘削土を掘削孔内で攪拌砕土させ、この砕土された掘削土中に前記スクリューコンベヤにより給送される石灰を圧縮空気によって噴出させ、掘削土および土中水とを攪拌混合して、この石灰を掘削土および土中水と反応させて、軟弱地盤中に強固な石灰と掘削土とにより柱状体を造成するものであり（公報第３欄第19〜32行）、さらに、特開平７−２１６８６６号公報には、アースオーガーを用いて、地盤に所定深さの掘削孔を形成する工程と、前記掘削孔の先端部にて、前記アースオーガーのオーガーヘッドよりパイル先端部固定液を選択的に注入する工程と、前記パイル先端部固定液の注入後、前記オーガーヘッドよりパイル周辺部充填液の注入後、前記掘削孔にパイルを建て込む工程と、前記パイルが所定高さレベルになるように、該パイルを前記地盤に定着させる工程と、を備えるセメントミルク工法における孔壁地盤改良方法（特許請求の範囲）があり、この地盤改良方法では、セメントミルクは、パイル先端部固定液とパイル周辺部充填液を２種類用いるが、それぞれの場合における成分配合を好適に選定する事により、摩擦力及び支持力等を大幅に向上させることができる。特に、パイル周辺部充填液は、普通ポルトランドセメント及びセメント系固化材を主成分として、これに適量のベントナイトが添加されたものである。例えば、特に砂質土に対しては普通ポルトランドセメントが、また粘性土に対しては、セメント系固化材がそれぞれ地盤改良効果を発揮し、これにより地盤強度を各段に高めることができる（第０００９段）と記載されている。
【０００３】
上記従来のものは、いずれも石灰やセメント等の固化材を多量に使用して地中に柱状体を形成することにより地盤の改良を図るものであり、それらの材料費がかさむと共に、固化材などの使用により環境への影響も懸念される。また、掘削部分のみ強固な柱状部に形成するため、掘削部分の周囲における締め固め効果に劣る面があった。
【０００４】
そこで、本発明は、環境への適合性に優れ、掘削孔の周囲を効果的に圧密することができる地盤改良工法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は、縦方向からの圧密と横方向からの圧密との違いを研究し、横方向からの静止土圧係数付近の強さで加圧することにより従来より早く圧密が進むことを見出すに至った。例えて平易に説明すれば、豆腐のようなものの水抜きにおいては、適当な荷重を加えることにより比較的短時間で水が抜け、前記荷重が大きすぎると水抜きに必要以上の時間がかかり、かつ崩れる場合がある。
【０００６】
そこで、発明者は鋭意研究により、掘削後、加圧する際にはアースオーガーの回転を毎分２５回転以下、好ましくは２０回転程度の低速に押えることにより、効果的な圧密を可能とし、また、骨材も大きな骨材だけでは加圧力の制御が難しくなるため、山砂などの粒子配合の良いものを用いた。さらに、極軟質な地盤で微粒子で構成される地盤等については生石灰などの混合も有効であった。
【０００７】
そして、請求項１の発明は、アースオーガーは、筒部の外周に螺旋ねじ状の掘削羽根を有すると共に、下端に先鋭な円錐部が設けられ、前記アースオーガーを正転しながら所定深さの掘削孔を形成し、この後、前記アースオーガーを毎分２５回転以下の低速で逆回転すると共に、該アースオーガーに垂直方向の軸力を加え、前記アースオーガーにより地表部から投入した骨材に水平方向の力を加えて掘削孔の周囲及び掘削孔内を圧密する地盤改良工法であって、地盤改良を行う改良地盤の地表部において、ボーリングを行って地中より改良地盤のサンプルを採取し、この採取したサンプルの室内土質試験により含水比を得ると共に、該サンプルの圧密試験を行って前記改良地盤に適した前記アースオーガーの前記垂直方向の軸力と逆回転の速度を設定し、設定する前記垂直方向の軸力は２〜３トンであり、前記改良地盤の地表部に、隣合う掘削孔を桝目の交差位置に配置し、改良地盤容積は、周囲の掘削孔の中心を結ぶ線に囲まれた部分の前記地表部の面積に、前記掘削孔の深さを掛けたものであり、前記改良地盤容積に対して６％〜７％の前記骨材を追加すると共に、この追加量を前記掘削孔の数で割った量にほぼ相当する前記骨材を各掘削孔に追加し、前記骨材が砂である地盤改良工法である。
【０００８】
この請求項１の構成によれば、掘削方向に軸力を加えた状態でアースオーガーを低速で逆回転することにより、掘削孔周囲の地盤を効果的に締め固めることができ、毎分２５回転以下で低速回転することにより、オーガーの回転により骨材に静止土圧係数に近い適度な加圧力を付与することができる。また、改良地盤容積に対して、６〜７％の骨材を追加することにより、地盤が崩壊することなく、適切な圧密を行うことができる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、前記骨材が生石灰を含む地盤改良工法である。
【００１０】
この請求項２の構成によれば、自然環境に適した安全な工法となる。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１ないし図４は、本発明の一実施例を示し、同図に示すように、レッカー車などの作業車のブーム１の先端にリーダー２を連結し、このリーダー２を地表部３に立設し、前記リーダー２に沿って減速機付き回転手段４を移動可能に設け、この回転手段４にアースオーガー５を回動可能に垂設している。このアースオーガー５は筒部６の外周に螺旋ねじ状の掘削羽根７を有し、さらに、下端には先鋭な円錐部８が設けられている。
【００１２】
次に、本発明の地盤改良工法の手順について説明する。まず、地盤改良を行う地表部３において、ボーリングを行い、地中からサンプルを採取し、所定の試験を行う。これにより、後述する各種データを算出する。まず、図１及び図２に示すように、アースオーガー５を掘削方向に回転して所定深さの掘削孔11を形成する。この後、アースオーガー５を低速で逆回転し、地表部から骨材12を投入する。この場合、図３に示すようにアースオーガー５に加える垂直荷重Ｗである軸力は、２〜３トン程度とし、アースオーガー５は毎分２５回転以下、好ましくは２０回転程度とする。また、骨材12には、アースオーガー５の掘削により排出された掘削土及び砂たる山砂13を用いることができ、この場合、改良地盤容積の６％程度から１０％未満，好ましくは６％程度から７％程度の骨材12を投入する。すなわち、改良地盤容積の６％程度から１０％程度の骨材12を追加し、掘削土を全て掘削孔11に戻して用いる場合は、追加する山砂13は地盤改良容量の６％程度から７％程度とすることが好ましい。尚、前記改良地盤容積とは、地盤を改良する箇所の面積に掘削孔11の掘削深さをかけたものであり、具体的に図４により説明すると、周囲の丸５，丸４，丸９，丸13，丸17，丸21，丸22，丸23，丸24，丸20，丸16，丸12，丸３，丸8，丸７，丸６に示す掘削孔11の中心線により囲まれた部分（図中一点鎖線で表示）が地表部３の改良地盤面積であり、この面積に図２に示した掘削孔11の深さをかけたものが改良地盤容積となる。そして、この地盤改良容積の６％程度から１０％未満，好ましくは６％程度から７％程度の骨材12を追加し、各掘削孔11には、全体の追加量を掘削孔11の数で割った量にほぼ相当する量の骨材12を追加する。さらに、軟質地盤では前記骨材12に、生石灰14を含むことができる。生石灰14を用いる場合は、生石灰14と山砂13とを混合した後に掘削孔11に投入したり、先に生石灰14を掘削孔11に投入した後、山砂13を投入したりすることができる。このようにアースオーガー５に加える垂直荷重Ｗと回転数とを設定することにより、骨材12が水平方向に向かう力を効果的に得ることができ、掘削孔11の周囲の地盤を効果的に圧密することができる。尚、アースオーガー５と回転手段４とを合わせた自重が２〜３トン程度であれば、この例では、別個にウエートなどを設けることなく、垂直荷重Ｗを得ることができる。また、垂直荷重Ｗを大きく設定する場合は、回転手段４にウエート（図示せず）を設けたり、該回転手段４にワイヤー（図示せず）などを連結し、このワイヤーを巻き取るなどして下向きの荷重を付加するようにすれば良い。
【００１３】
ここで作用について詳述すると、粘性土を攪拌すると液状の柔らかさになり、この状態で放置すると液性の性質を失ったり、剛な状態になったりするが、この攪拌がランダムで静的に近い（静止土圧係数に近い状況）応力で加圧すると、構造配列が不完全配向構造から配向構造に近い上記に変化する。この現象をシキソトロピー現象と呼び、古くから認識されている。
【００１４】
一方、高速道路などの盛土試験で実際の変位値と今までの理論値に違いが見られ、この違いは異方圧密によるせん断強度の増加と説明されている。すなわち、地盤の中の要素を検討すると、等方圧密は特殊な場合であり、普通は有効土かぶり圧と側方の拘束圧力の値は異なるわけである。そこで、地盤中のひずみは鉛直（垂直）方向のみに生じ、水平方向にはひずみは生じない。従って、このような地盤中の応力やひずみの条件に合わせた圧密試験を現在Ｋ０試験と呼んでいる。静止土圧係数Ｋ０の値は、０．９５−ｓｉｎΦ´に近似する（Φ´は土中の内部摩擦角）。
【００１５】
静止土圧係数Ｋ０をSkemptonらの異方圧密された正規圧密粘性土の非排水せん断試験より考慮すると、以下の考えられる。１）含水比が等しい場合には、Ｋ０圧密を受けたものの方が大きい非排水せん断強度を持つ。２）せん断に要した時間の差などからシキソトロピー的な要因を有する可能性がある。３）応力履歴が異なると粘土の骨格構造が異なってくる。
【００１６】
さらに、軸に縦方向の荷重を加えて強制付加することに伴う含水量の変化を考慮すると、機械反力となる全荷重ξ（実施例では２〜３トン）と事前の土中の含水量δ（初期含水量）、アースオーガー５の使用による影響半径Ｒには単純な線形関係が見られる。ここで、前記影響半径Ｒは１．６ｍ（メートル）とした。
【００１７】
Ｃ＝ξ＊Ａ（ε／δ＊１．６）
上記式で機械的付加速度Ｃが得られ、この機械的付加速度Ｃは、アースオーガー５の回転速度に関連する。尚、上記式で、εは含水比係数であり、下記の表１に示すように、改良すべき地盤の含水比により決まる。
【００１８】
【表１】
0003594121.tif 000002
【００１９】
これらのことから、改良後の地盤強度は次の式で現すことができる。
【００２０】
【数１】
0003594121.tif 000003
【００２１】
上記において、Ａは土中の間隙圧係数，Ｎは土中の強度係数（標準貫入試験値＋１）である。
【００２２】
そして、静止土圧係数近くの力で水平に近い応力を加えながらゆっくりと加圧することにより最低の応力の増加が地盤内にほぼ均質に起こることとなる。この加圧はアースオーガー５を逆回転させ、その重量と回転速度を制御することにより調整可能となり、静止土圧係数を大幅に越えて加圧すると地盤全体の破壊を招くため、そのような地盤では、生石灰14を混ぜることにより、生石灰14の吸水発熱と吸水膨張により調整する。そして、骨材12の投入量は、改良地盤容積の６％程度から１０％未満，好ましくは６％程度から７％程度を追加した量であり、すなわち掘削土に追加する骨材12の山砂13は地盤改良容積の６％〜７％とすることにより、地盤破壊のない安定した施工が可能となる。尚、骨材投入量が地盤改良容積の１０％を超えると地盤破壊の可能性が増加する。
【００２３】
図４は施工手順を示す平面図であり、丸に記載した数値の順に掘削孔11箇所の地盤改良を行うことにより、広い範囲の地盤改良を効率良く行うことができる。そして、図４に示すように、隣合う掘削孔11，11を桝目の交差位置に配置し、相互の間隔を２ｍとし、対角線位置の間隔Ｈを略２．８３ｍとし、これにより、間隔Ｈを前記影響半径Ｒ（１．６ｍ）の２倍以下としたから、隣合う掘削孔11位置において影響半径Ｒが重なり合い、確実な地盤改良を行うことができる。
【００２４】
このように本実施例では、請求項１に対応して、アースオーガー５は、筒部６の外周に螺旋ねじ状の掘削羽根７を有すると共に、下端には先鋭な円錐部８が設けられ、アースオーガー５を正転しながら所定深さの掘削孔11を形成し、この後、アースオーガー５を毎分２５回転以下の低速で逆回転すると共に、アースオーガー５に掘削方向の軸力を加え、アースオーガー５により地表部３から投入した骨材12に水平方向の力を加えて掘削孔11の周囲及び掘削孔11内を圧密する地盤改良工法であるから、掘削方向に軸力を加えた状態でアースオーガー５を低速で逆回転することにより、掘削孔11周囲の地盤を効果的に締め固めて地盤改良を行うことができる。また、生石灰14などを添加する場合もその使用量を少なく押えることができる。また、毎分２５回転以下であるから、比較的低速回転することにより、オーガー５の回転により骨材12に静止土圧係数Ｋ０に近い適度な加圧力を付与することができる。
【００２５】
また、このように本実施例では、請求項１に対応して、地盤改良を行う改良地盤の地表部３において、ボーリングを行って地中より改良地盤のサンプルを採取し、この採取したサンプルの室内土質試験により含水比を得ると共に、該サンプルの圧密試験を行って前記改良地盤に適したアースオーガー５の垂直方向の軸力と逆回転の速度を設定し、設定する垂直方向の軸力は２〜３トンであり、改良地盤の地表部３に、隣合う掘削孔11を桝目の交差位置に配置し、改良地盤容積は、周囲の掘削孔11の中心を結ぶ線に囲まれた部分の地表部３の面積に、掘削孔11の深さを掛けたものであり、改良地盤容積に対して６％〜７％の骨材12を追加すると共に、この追加量を掘削孔11の数で割った量にほぼ相当する骨材12を各掘削孔11に追加し、骨材12が砂であるから、掘削孔11の周囲を効果的に圧密することができる。さらに、改良地盤容積に対して、６〜７％の骨材を追加するから、地盤が崩壊することなく、適切な圧密を行うことができ、地盤破壊のない安定した施工が可能となる。
【００２６】
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、骨材12が生石灰を含む地盤改良工法であるから、自然環境に適した安全な工法となる。
【００２７】
さらに、実施例上の効果として、改良前にボーリングにより調査を行い、少なくとも採取したサンプルの室内土質試験により含水比を得ると共に、圧密試験結果の値を得るようにし、また、内部摩擦角Φ´に基いた静止土圧係数Ｋ０，初期含水量δ，間隙圧係数Ａ，強度係数Ｎや含水比係数εを算出することにより、現場に適した機械的な付加速度Ｃと機械の付加全荷重ξにより、好適な垂直荷重Ｗとアースオーガー５の回転速度を設定することができる。
【００２８】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、アースオーガーは、筒部の外周に螺旋ねじ状の掘削羽根を有すると共に、下端に先鋭な円錐部が設けられ、前記アースオーガーを正転しながら所定深さの掘削孔を形成し、この後、前記アースオーガーを毎分２５回転以下の低速で逆回転すると共に、該アースオーガーに垂直方向の軸力を加え、前記アースオーガーにより地表部から投入した骨材に水平方向の力を加えて掘削孔の周囲及び掘削孔内を圧密する地盤改良工法であって、地盤改良を行う改良地盤の地表部において、ボーリングを行って地中より改良地盤のサンプルを採取し、この採取したサンプルの室内土質試験により含水比を得ると共に、該サンプルの圧密試験を行って前記改良地盤に適した前記アースオーガーの前記垂直方向の軸力と逆回転の速度を設定し、設定する前記垂直方向の軸力は２〜３トンであり、前記改良地盤の地表部に、隣合う掘削孔を桝目の交差位置に配置し、改良地盤容積は、周囲の掘削孔の中心を結ぶ線に囲まれた部分の前記地表部の面積に、前記掘削孔の深さを掛けたものであり、前記改良地盤容積に対して６％〜１０％の前記骨材を追加すると共に、この追加量を前記掘削孔の数で割った量にほぼ相当する前記骨材を各掘削孔に追加し、前記骨材が砂である地盤改良工法であり、環境への適合性に優れ、掘削孔の周囲を効果的に圧密することができる地盤改良工法を提供することができる。
【００３０】
また、請求項２の発明は、前記骨材が生石灰を含む地盤改良工法であり、環境への適合性に優れ、掘削孔の周囲を効果的に圧密することができる地盤改良工法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す掘削開始初期の断面図である。
【図２】本発明の一実施例を示す掘削孔を形成した状態の断面図である。
【図３】本発明の一実施例を示すアースオーガーを逆回転して圧密作業を行っている状態の断面図である。
【図４】本発明の一実施例を示す地盤改良を行う地表部の平面図である。
【符号の説明】
３  地表部
５  アースオーガー
６  筒部
７  掘削羽根
８  円錐部
11  掘削孔
12  骨材
13  山砂（砂）
14  生石灰
【図１】
0003594121.tif 000004
【図２】
0003594121.tif 000005
【図３】
0003594121.tif 000006
【図４】
0003594121.tif 000007