(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱地盤を掘削し、掘削土壌中に地盤安定材又は硬化材を注入し該土壌と攪拌混合して軟弱地盤を改良処理する地盤改良工法において、
先端縁部にケーシングカッターを備え、先端部近傍の内径面にケーシングカッターフェイスを有し、更にケーシングカッターフェイスの中心部から立ち上がる中空軸に攪拌翼が数段設けられている掘削パイプを回転駆動装置により回転させつつ軟弱地盤中に垂直に貫入して同地盤を掘削し、掘削された軟弱地盤土壌は掘削パイプ内において前記攪拌翼により攪拌させ、更にホースを通じて供給された地盤安定材又は硬化材を前記土壌中に注入して混合し、同地盤安定材又は硬化材の注入に伴う体積増加分の土壌は前記掘削パイプ内を上昇するのに任せ同掘削パイプ上部に複数設けられた排土孔から自然排土させることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
軟弱地盤を掘削し、掘削土壌中に地盤安定材又は硬化材を注入し該土壌と攪拌混合して軟弱地盤を改良処理する地盤改良装置において、
回転駆動装置により回転される掘削パイプの先端縁部にケーシングカッターが設けられ、同掘削パイプの先端部近傍の内径面にケーシングカッターフェイスが同内径面に固定して設けられ、さらに前記ケーシングカッターフェイスの中心部から立ち上がる中空軸に数段の攪拌翼が設けられ、前記中空軸の上端に設けたスイベルジョイントに掘削パイプの上端開口を通じて挿入したホースが接続され、前記中空軸に地盤安定材等の注入孔が複数設けられ、前記掘削パイプの地上部位に排土孔が複数設けられていることをそれぞれ特徴とする地盤改良装置。
【請求項３】
請求項２に記載した掘削パイプは、外ケーシングと内ケーシングとが回転力を伝達可能な構造で伸縮可能に構成されていることを特徴とする、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、軟弱地盤を掘削しその掘削土壌中に地盤安定材又は硬化材（以下、「安定材」と略称する。）を注入し攪拌混合することにより軟弱地盤を改良処理する地盤改良工法及び同工法の実施に使用する地盤改良装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、軟弱地盤を掘削してその掘削土壌中に安定材を注入し攪拌混合することにより軟弱地盤土壌を改良処理する地盤改良工法及び同工法の実施に使用する地盤改良装置は広く実施されており、例えば▲１▼特公平４−５７８０５号公報、あるいは▲２▼特開平３−１２９００９号公報などに開示されている。
【０００３】
前記▲１▼の公報には、先端に攪拌翼をもつ回転軸の地中貫入時に、同回転軸に取り付けた排土用スクリューで安定材の使用量に対応する量の掘削土壌の排除を行い、回転軸の引き抜き時に、回転軸を貫入時とは逆の方向に回転させながら、地盤土壌と安定材の攪拌混合を行う地盤改良工法及び装置が記載されている。
また、前記▲２▼の公報には、先端の掘削ビットの上方に攪拌翼が突設された掘削ロッドと、この掘削ロッドに回転自在に接続されその攪拌翼位置の内周面に攪拌翼と互い違いの配置で粉砕翼が突設された円筒形のケーシングパイプとを互いに逆回転させ、攪拌翼と粉砕翼とで掘削土壌を粉砕しながら地盤を掘進し、所定深度に到達後、掘削ロッドの先端より安定材を吐出しながら掘削ロッドとケーシングパイプをそれぞれ掘削時とは逆方向に回転させ、攪拌翼と粉砕翼とで掘削土壌を更に粉砕すると同時に、粉砕土壌と安定材を攪拌、混合して軟弱地盤土壌を改良処理する地盤改良工法及び装置が記載されている。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
上述した▲１▼の地盤改良工法は、排土用スクリューで予め排土を強制的に行い、その後の攪拌掘削カッターの引き抜き時に地盤土壌中へ安定材を注入するため、安定材の注入に伴う地盤の盛り上がり、つまり施工時の垂直方向への弊害は確かに防ぐことができる。しかし、安定材は地盤土壌中に直接注入するため水平方向に地盤変位が発生し、周辺の既存構造物に悪影響を与える等の弊害には対処することができない。また、地盤中に障害物や硬い地層が存在する場合にはどうしても先端の掘削攪拌カッターに逃げ（曲がり）が生じ、その結果、地盤改良の不十分又は未処理部を発生して改良地盤の連続性が損なわれ強度や剛性の低下、止水性の欠損などが発生する。
【０００５】
上記▲２▼の地盤改良工法はケーシングパイプを使用する点が注目されるが、ケーシングパイプを使用する目的は安定材の水平方向への流出を防ぐためではなく、掘削土壌中の土塊を粉砕する粉砕翼を設けることに重きが置かれている。また、安定材注入に伴う土壌中の体積増加への対応策は何も開示されていない。これは、所定深度に到達した後に掘削ロッドの先端から安定材を吐出しながら装置を上昇させる施工方法からも明らかである。
【０００６】
従って、本発明の目的は、軟弱地盤を掘削パイプで掘削し掘削パイプ内において掘削土壌中に安定材を注入し攪拌混合処理することにより安定材注入に伴う土壌体積の増加に起因する施工上の弊害を全て解消すること、及び掘削パイプにより高度な垂直精度を維持して掘削を進める軟弱地盤工法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来技術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地盤改良工法は、先端縁部にケーシングカッター５を備え、先端部近傍の内径面にケーシングカッターフェイス６を有し、更にケーシングカッターフェイス６の中心部から立ち上がる中空軸７に攪拌翼８が数段設けられている掘削パイプ２を回転駆動装置１により回転させつつ軟弱地盤中に垂直に貫入して同地盤を掘削し、掘削された軟弱地盤土壌は掘削パイプ２内において前記攪拌翼８により攪拌させ、更にホース９を通じて供給された安定材を前記土壌中に注入して混合し、同安定材の注入に伴う体積増加分の土壌は前記掘削パイプ２内を上昇するのに任せ同掘削パイプ２上部に複数設けられた排土孔１０から自然排土させることを特徴とする。
【０００８】
次に、請求項２に記載した発明に係る地盤改良装置は、回転駆動装置１により回転される掘削パイプ２の先端縁部にケーシングカッター５が設けられ、同掘削パイプ２の先端部近傍の内径面にケーシングカッターフェイス６が同内径面に固定して設けられ、さらに前記ケーシングカッターフェイス６の中心部から立ち上がる中空軸７に数段の攪拌翼８が設けられ、前記中空軸７の上端に設けたスイベルジョイント１１に掘削パイプ２の上端開口を通じて挿入したホース９が接続され、前記中空軸７に安定材の注入孔１２が複数設けられ、前記掘削パイプ２の地上上部に排土孔１０が複数設けられていることをそれぞれ特徴とする。
【０００９】
なお、請求項２に記載した掘削パイプ２は、外ケーシング３と内ケーシング４とが回転力を伝達可能な構造で伸縮可能に構成されていることも特徴とする。
【００１０】
【作用】
掘削パイプ２の先端のケーシングカッター５は軟弱地盤中の一般土壌を掘削するのは勿論のこと、砂礫層、軽石、岩盤等の硬質地盤、あるいは松杭などの障害物をも鋭く掘削するので、これらに対していわゆる掘削パイプ２の逃げ（曲がり）を防ぐことができ、高い垂直精度の掘削が可能である。
【００１１】
ケーシングカッターフェイス６は掘削パイプ２内に進入した土壌のみ掘削する。そして、前記ケーシングカッターフェイス６の中心部から立ち上がる中空軸７に設けた攪拌翼８と安定材を注入する注入孔１２は、掘削パイプ２内の周辺地盤から完全に隔離された土壌に安定材を注入して攪拌混合処理を行なうから、同安定材注入による土壌体積の増加による悪影響は掘削パイプ２の外側の周辺地盤には一切及ばず、即ち、水平方向に地盤変位が発生することもなく、周辺の既存構造物に悪影響を及ぼすこともない。
【００１２】
また、前記掘削パイプ２の地上部に設けた排土孔１０からは掘削パイプ２内の安定材注入により増加した土壌があふれ出し自然排土される。
【００１３】
【実施例】
次に、図示した本発明の実施例を説明する。
図１は無端軌道車１３に掘削パイプ２を装備した地盤改良装置の全体構成を示している。掘削パイプ２は、無端軌道車１３のベースマシン１４により垂直に支持されたリーダー１５に沿って配置し、上端はリーダー１５に沿って昇降する回転駆動装置１と接続し、下部は振れ止め１６により垂直に保持されている。
【００１４】
図２は外ケーシング３と内ケーシング４とを一例としてスプラインによる回転力伝達可能な構造で伸縮可能に構成した掘削パイプ２の構造詳細を収縮状態で示している。内ケーシング４の上部位置に数個の排土孔１０が設けられ、外ケーシング３の先端縁部には下向きに鋭利な切歯状のケーシングカッター５が設けられている。
【００１５】
図３Ａは、図２に示した掘削パイプ２の下部構造を拡大して示している。外ケーシング３の先端縁部に設けられた前記ケーシングカッター５の少し上方の内径面には図３Ｂに示したように回転前縁に切刃６’を持つ構造のケーシングカッターフェイス６が固着されており、更に同ケーシングカッターフェイス６の中心部からは略垂直上向きに中空軸７が取り付けられている。前記中空軸７の直下の前記ケーシングカッターフェイス６の下面中心部には先導カッター１７が設けられ、この先導カッター１７の部位からは掘削パイプ２の正転時に安定材を吐出可能に構成されている。かくして外ケーシング３とケーシングカッターフェイス６、及び中空軸７は一体の構成であり、回転駆動装置１による掘削パイプ２の回転に伴いケーシングカッターフェイス６、中空軸７は一体的に回転駆動される。また、前記中空軸７の上端には安定材を供給するホース９がスイベルジョイント１１を介して連結されている。このため、図１のスラリープラント１８から送られる安定材は、ホース９を通じて前記中空軸７へ供給され、同中空軸７の上下の数箇所に設けられた注入孔１２…及び前記先導カッター１７の位置から土中へ注入することができる。また、中空軸７には前記スイベルジョイント１１と前記ケーシングカッターフェイス６の間に、同中空軸７の軸方向に略等間隔で半径方向の向きに配設された複数の攪拌翼８…が、同中空軸７に対してそれぞれ一体的に設けられている。
【００１６】
次に、図４Ａは前記掘削パイプ２の伸長状態時を示している。図４Ｂ〜Ｅはそれぞれ図４Ａに示した掘削パイプ２のｂ、ｃ、ｄ、ｅ位置での断面図である。前記掘削パイプ２は既述したように外ケーシング３と内ケーシング４とをテレスコピックに伸縮する二重管構造に組合わせてあり、外ケーシング３の内面の軸方向に雄スプライン２０が十分に長く設けられ（図４Ｅ）、内ケーシング４の外周面の全周に図４Ｂのように設けられた雌スプライン２１と噛み合うことにより回転トルクの伝達及び伸縮動作の円滑さと精度向上を可能にしている。更に外ケーシング３の上端のａ範囲の内周面には図４Ｄのように全周にわたり雄スプライン２０が形成され、内ケーシング４の前記雌スプライン２１と全周面にわたり結合して掘削時の巨大な回転力の伝達を可能ならしめている。
【００１７】
なお、図示を省略したが、本発明は、掘削パイプ２を２本以上平行に配列して掘削する多軸式の地盤改良装置として実施することも可能である。
次に、上述のように構成された地盤改良装置による地盤改良工法の実施要領を図５及び図６に基づいて説明する。
図５Ａ〜Ｄは、掘削パイプ２で地上から所定深度到達まで軟弱地盤の地盤改良を進める工程を示している。
【００１８】
まず、図５Ａに示したように、改良しようとする軟弱地盤上の位置へ無端軌道車１３を移動させ、図１又は図２の如く最短状態に収縮させた掘削パイプ２を垂直に保持させ、回転駆動装置１と接続して同掘削パイプ２を正転方向へ回転させつつ下向きの押込み力を与えて軟弱地盤中へリーダー１５に沿って垂直に貫入させ掘削を進める。掘削パイプ２の回転に伴い、ケーシングカッターフェイス６、中空軸７が同方向に一体的に回転して地盤土壌を掘削する。掘削貫入時には、外ケーシング３の先端縁部に設けられた鋭利な刃状のケーシングカッター５が軟弱地盤を円形に掘削する。このとき先導カッター１７の部位から安定材を吐出（先端吐出）して掘削の潤滑を行なうのが好都合である。ケーシングカッター５は、一般土壌の掘削はもとより、砂礫層等の硬質地盤の掘削、あるいは松杭など土中の障害物の掘削も可能なので、硬質地盤や障害物による掘削パイプ２の逃げが生ずることはなく高度な垂直精度を維持しながら掘削貫入を進めることができる。しかも前記ケーシングカッター５により円柱状に掘削された軟弱地盤は、つづいて外ケーシング３の先端部から少し上方に設けられたケーシングカッターフェイス６により粉々に掘削されつつ同掘削パイプ２内に取り込まれる。このような掘削により掘削パイプ２内に取り込んだ掘削土壌は、更に中空軸７の攪拌翼８により攪拌され、かつ同中空軸７に設けられた注入孔１２から注入される安定材と混合されるので、周辺地盤から完全に隔離された掘削パイプ２内での地盤改良処理が可能となり、安定材注入による注入圧及び攪拌混合時の作用圧は一切外部へ影響を及ぼさない。なお、図示を省略したが、攪拌翼８内は二重構造に構成されるので、その内部に傾斜計を設備して掘削パイプ２の傾斜を管理しながら施工することも好ましい。
【００１９】
図５Ｂは、外ケーシング３の長さ相当分の掘削貫入及び地盤改良処理が進んだ段階を示している。このとき外ケーシング３の上端、及び内ケーシング４の排土孔１０は地上に出ている。この段階で一旦回転駆動装置１を止めて軟弱地盤の掘削を中止する。この段階までの掘削貫入に伴って安定材注入により体積が増加しあふれた土壌は、掘削パイプ２内を上昇して内ケーシング４の地上部位に設けられた排土孔１０から自然排土される。従って、掘削パイプ２の貫入時に予め土壌を排土する必要性はないし、周辺地盤への悪影響も一切及ばない。
【００２０】
図５Ｃは、図５Ｂの状態から回転駆動装置１をリーダー１５に沿って引き上げることにより、外ケーシング３を土中に残したまま内ケーシング４を上限まで引き上げた掘削パイプ２の伸長状態を示している。この伸長状態において、内ケーシング４の下部と外ケーシング３の上部（図４Ａのａ範囲）のスプライン結合を全周面にわたり行なわしめロックする（図４Ａ及びＤ参照）。次に、図５Ｄは図５Ｃのように伸長させた掘削パイプ２を回転駆動装置１により再び正転方向に回転させながらリーダー１５に沿って垂直下向きに貫入させて掘削攪拌を最深部まで進めた段階を示している。この掘削攪拌時にも、掘削パイプ２の貫入に伴い、安定材の注入による体積増加した土壌は掘削パイプ２内を上昇して排土孔１０から自然排土される。伸縮可能な二重管構造の掘削パイプ２は、スプライン結合の働きにより確実に回転トルク（掘削攪拌トルク）を伝達できる。そして、伸縮動作もスプラインによって円滑に垂直精度を保ちつつ行なえるから大深度の施工を効率よく行なえる。スプラインの代わりに長い滑りキー等を採用することもできる。
【００２１】
図６Ａ〜Ｃは、前記図５Ｄの最深度掘削状態から掘削パイプ２を地上へ引抜くまでの工程を示している。
図６Ａは、回転駆動装置１により掘削パイプ２を貫入時とは逆転方向に回転させ、かつ中空軸７の注入孔１２から安定材を注入（引抜き吐出）しつつ攪拌混合を重複させて伸長状態の掘削パイプ２を外ケーシング３の上部が地上に現れるまでリーダー１５に沿って引抜いている。周辺地盤が十分に攪拌されているので掘削パイプ２は容易に引き抜くことができ、抜いた跡に改良体２２が露出する。次に、図６Ｂは掘削パイプ２の回転及び安定材注入による攪拌混合処理を一旦中止し、内ケーシング４と外ケーシング３のスプライン結合のロック状態を解除した後、内ケーシング４のみを回転駆動装置１と共にリーダーに沿って最短の収縮状態にまで下降させ、外ケーシング３内に収納した段階を示している。この収縮状態で外ケーシング３と内ケーシング４を一体的に接合する。最後に図６Ｃは、再び回転駆動装置１により掘削パイプ２をやはり逆転方向に回転させながら安定材を注入しつつ軟弱地盤を攪拌混合し、掘削パイプ２をリーダー１５に沿って地上に引き抜いた段階を示し、引き抜いた跡に改良体２２が全部露出している。以上をもって１本の改良体の軟弱地盤改良が完成するのであり、以後軟弱地盤の全域に、同様の工程を繰り返して改良処理を進めるのである。
【００２２】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る地盤改良工法及び地盤改良装置は、以下の効果を奏する。
（１）掘削パイプ先端のケーシングカッターが、軟弱地盤中の一般土壌は勿論のこと、砂礫層等の硬質地盤や松杭等の土中障害物をも鋭く掘削するので、高度な垂直精度を維持した掘削処理ができる。その結果、改良地盤（改良体）の連続性を保ちつつ高品質、高精度の地盤改良が達成される。
（２）周辺地盤から完全に隔離された掘削パイプ内で掘削土壌と安定材とを攪拌混合する改良処理が行なわれ、安定材注入により体積が増加した土壌は攪拌混合処理の過程で掘削パイプ中を地上の排土口へあふれさせ自然排土させるので、周辺地盤へ地盤変位等の悪影響を及ぼすことがなく、無公害の地盤改良が達成される。
（３）掘削パイプは、回転力を伝達可能で伸縮可能な二重管構造に構成されているから、確実な回転トルクの伝達とそれに伴う伸縮時の精度向上により、改良深度が深い場合にも従来の継ぎ足し方式に比して短時間で高度な垂直精度を維持した地盤改良を効率的に短工期で行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】地盤改良装置の全体構成を示した側面図である。
【図２】掘削パイプの収縮状態時を示した断面正面図である。
【図３】Ａは、掘削パイプの収縮状態時の下部構造を拡大して示した断面正面図であり、Ｂはその底面図である。
【図４】Ａは掘削パイプの伸長状態を示した一部切欠の正面図であり、Ｂ〜Ｅは前記Ａにおける各ｂ−ｂ、ｃ−ｃ、ｄ−ｄ、ｅ−ｅ線矢視の断面図である。
【図５】Ａ〜Ｄは、本発明による地上から所定深度到達までの地盤改良を進める工程を示した説明図である。
【図６】Ａ〜Ｃは、本発明による最深度到達状態から掘削パイプを地上に引抜くまでの工程を示した説明図である。
【符号の説明】
５      ケーシングカッター
６      ケーシングカッターフェイス
７      中空軸
８      攪拌翼
２      掘削パイプ
１      回転駆動装置
９      ホース
１０      排土孔
１１      スイベルジョイント
１２      注入孔
３      外ケーシング
４      内ケーシング
【図１】
0003605623.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003605623.tif 000005
【図５】
0003605623.tif 000006
【図６】
0003605623.tif 000007