(57)【要約】【課題】回転軸に掛かる土圧を緩和する多段の内圧緩和翼を用いた深層混合処理装置を提供する。【解決手段】深層混合処理装置において、回転軸１４における撹拌翼１６の上部に、前記回転軸１４の周りの地盤１０をほぐして前記回転軸１４に掛かる土圧を緩和する多段の内圧緩和翼２２を、その幅方向が前記回転軸１４の軸方向と略一致して設け、この内圧緩和翼２２は、Ｌ≦ａ＋２ｂ、ａ≧β／α、Ｄ／４≦ｂ≦Ｄ／２を満足するように構成する。Ｄ：回転軸１４の直径、ａ：内圧緩和翼２２の幅、ｂ：内圧緩和翼２２の長さ、Ｌ：内圧緩和翼２２の取り付け間隔、β：回転軸１４の単位時間当たりの貫入速度、α：回転軸１４の単位時間当たりの回転数とする。【選択図】図１
2018178689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に掘削刃と撹拌翼を有する回転軸を回転しつつ地盤に貫入及び引抜して前記回転軸の先端部からセメントスラリーを吐出して地盤を攪拌混合して固化改良体を構築するようにした深層混合処理装置において、
前記回転軸における前記撹拌翼の上部に、前記回転軸の周りの地盤をほぐして前記回転軸に掛かる土圧を緩和する多段の内圧緩和翼を、その幅方向が前記回転軸の軸方向と略一致して設け、この内圧緩和翼は、次の条件を満足するように構成したことを特徴とする深層混合処理装置。
Ｌ≦ａ＋２ｂ
ａ≧β／α
Ｄ／４≦ｂ≦Ｄ／２
ここでＤ：回転軸の直径
ａ：内圧緩和翼の幅
ｂ：内圧緩和翼の長さ
Ｌ：回転軸における内圧緩和翼の取り付け間隔
β：回転軸の単位時間当たりの貫入速度
α：回転軸の単位時間当たりの回転数
【請求項２】
内圧緩和翼は、少なくとも各段に１個を設けたことを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
【請求項３】
内圧緩和翼は、各段の中心角度を所定角度ずつずらして螺旋状に配置したことを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
【請求項４】
内圧緩和翼は、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けるとともに、上下の段で中心角９０度ずらして設けたことを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
【請求項５】
各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼は、回転軸の軸方向と直交する線上に配置したことを特徴とする請求項４記載の深層混合処理装置。
【請求項６】
各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼は、回転軸の軸方向と９０度以外の角度で交差する線上に配置したことを特徴とする請求項４記載の深層混合処理装置。
【請求項７】
撹拌翼は、縦断面が台形をしたものからなることを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
【請求項８】
撹拌翼は、縦断面が半円又は半楕円形をしたものからなることを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
【請求項９】
セメントスラリーに圧縮空気を混入して噴射するものからなることを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
【請求項１０】
セメントスラリーに、セメントスラリーの流動性を高め、混合直後の土壌を流動化させる流動添加剤を混入して吐出するものからなることを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
【請求項１１】
回転軸は、１軸式からなることを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
【請求項１２】
回転軸は、多軸式からなることを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂質土、シルト質粘土等の軟弱地盤中にスラリー状のセメント系改良材を注入し、原位置で大口径の攪拌翼で攪拌混合して改良地盤を形成する深層混合処理装置において、回転軸の周りの地盤をほぐして回転軸に掛かる土圧を緩和する内圧緩和翼を用いた深層混合処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤＭ（登録商標）工法に代表される深層混合処理工法（スラリー式機械攪拌工法）は、主に軟弱地盤を対象として圧密沈下防止や変形防止のための地盤改良工法であり、所定のスラリーの注入と撹拌軸の１ｍ当りの攪拌回数の基準を満足すれば必要な設計強度の改良地盤を得ることができる。
近年、この工法は、阪神、北越、東日本等の大震災の後、防災対策や地震対策として利用されることが多く、また、エネルギー関連施設や港湾施設において、地盤、杭、構造物の連成系耐震補強及び砂地盤を対象に改良強度３．０〜５．０ＭＮ/ｍ2程度の比較的高強度の地盤改良工法として採用されるケースが増えている。
【０００３】
現状は、大口径化や多軸化してコストを優先する工法や、高圧噴射、特殊噴射と機械攪拌の組み合わせに特化した工法等がある。これらは、機械装備優先型の工法であるため、従来からあるスラリー式機械攪拌工法とは設備構成が異なり、従来工法との汎用性が少ない。また、機械装置・機械構成に特化しているので特定の地盤を対象としている場合が多い。
【０００４】
陸上工事における深層混合処理工法の１軸式又は２軸式攪拌翼の直径は、φ１，０００ｍｍからφ１，３００ｍｍへと拡大してきたが、さらに大口径（たとえば、φ１，６００ｍｍ）にすることにより、より経済的に優れた深層混合処理工法を提供すべく大口径深層混合処理工法の確立が望まれていた。
【０００５】
大口径深層混合処理工法は、対象地盤が洪積粘性土層や硬質砂層などの施工深度が深い場合には、処理機の重量が摩擦により低減し徐々に貫入能力が低下し施工不能になるケースがある。一般に、硬質地盤への対応としては、処理機のモーターを大きくすることにより貫入能力を大きくしており、現有の最大能力９０ｋｗ〜１２０ｋｗの処理機を使用し、刃先先端部には掘削ビットを使用し掘削能力を上げている。
【０００６】
また、土粒子が細かく粘性が非常に強い地盤などの攪拌混合しにくい土などの場合には、セメントスラリーを注入し攪拌混合しても混合物が攪拌羽根の周りで団子状になり、共回り現象を起こし、充分に混ざらないケースがある。その場合には、水セメント比（以下Ｗ／Ｃという）を極端に大きくする場合があるが、セメントスラリーが材料分離を起こす問題があり、目標とする強度を得るために、セメント添加量を大幅に多くした施工を余儀なくされ、セメントスラリーが土中に充分に入りきらず、上方に溢れ出すなどの施工上の支障をきたす。このような施工において、施工能率の低下や材料のロスを少なくし、攪拌翼の破損、貫入不能・引き抜き不能などのトラブルの発生を可能な限り防ぐ施工法が必要であった。
【０００７】
一般に硬質地盤での施工は、施工能率の低下や材料のロスが多くなり、処理機の破損や攪拌翼の破損、貫入不能・引き抜き不能などのトラブルが発生している。硬質地盤に充分に対応できる大口径深層混合処理工法の施工方法の確立は必須であり、回転軸を回転するための駆動部に大きな抵抗がかかり施工不能を来すことが生じるのを防がなければならない。
【０００８】
特許文献１及び２には、攪拌翼に加えて小さな補助翼を攪拌軸に取り付けて攪拌する工法が知られている。
特許文献１には、先端部に掘削ヘッドおよび攪拌翼を複数段備えた攪拌軸を回転上下動させて攪拌軸の先端部の吐出口より吐出した固化材と土壌とを攪拌混合して地盤を改良する地盤改良工法において、攪拌軸の外周に棒状又は板状の攪拌補助部材を所定の間隔で放射状に前記攪拌軸の上部まで多段に取り付け、また、周辺地盤に与える変位を低減させるための円板状の攪拌補助部材を当該攪拌軸に併設した地盤改良装置が記載されている。
特許文献２には、先端部に掘削刃および攪拌翼を複数段備えた攪拌軸を回転上下動させて攪拌翼の噴射ノズルより噴射した固化材と圧縮エアーを同伴させて土壌を攪拌混合して地盤を改良する地盤改良工法において、攪拌軸の外周に板状のエアー回収用リブ材を攪拌翼から攪拌軸の上端部まで連続して対に設けた地盤の混合処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１８４０３０号公報
【特許文献２】特開２０００−２９０９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の地盤改良装置は、攪拌軸の直径に対する棒状又は板状の攪拌補助部材と円板状の攪拌補助部材の形状と寸法、これらの攪拌軸上の取り付けピッチに係る具体的数値が記載されていないから、図面上から推し量る以外にない。特許文献１の図面から推し量ると、棒状又は板状の攪拌補助部材の側方への突出長さは、攪拌軸の直径の約２倍である。このような長さの棒状又は板状の攪拌補助部材が多段に設けられていることと相俟って、駆動装置に掛かる抵抗が増大する。攪拌翼を従来よりも大口径にしようとすると、駆動装置をより大型化する必要がある。また、攪拌軸上の攪拌補助部材の取り付けピッチ間隔が攪拌補助部材の幅の７〜８倍と広いので、攪拌軸の貫入時に攪拌軸の周りに付着する土を十分にほぐすことができず、これも駆動装置に掛かる抵抗が増大する。したがって、攪拌翼を大口径にすることが益々困難になるという問題があった。
【００１１】
特許文献２に記載の地盤の混合処理装置は、固化材と圧縮エアーを同伴させて攪拌翼で土壌を攪拌混合する工法において、リブ材の突出量は、攪拌軸が回転されるときに軸外周と原位置土との間に隙間を形成し、その隙間を介して噴射ノズルから吐出されるエアーを地表面へ放出し易くなるように設定される、と記載している。この工法におけるリブ材は、エアー回収目的のみの効果であり、攪拌軸の全長に亘って対に設けられているので、回転駆動装置に極めて大きな負荷がかかる。そのため、本発明の目的である攪拌翼を大口径にするには、より大型の駆動装置を使用する必要がある、という問題がある。
【００１２】
本発明が解決しようとする第１の課題は、従来から使用されている容量の駆動装置を用いて、従来に比較してより大口径の攪拌翼を用いることを可能にする内圧緩和翼を用いた深層混合処理装置の確立である。
本発明が解決しようとする第２の課題は、簡単で経済的に第１の課題を解決する内圧緩和翼を用いた深層混合処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本出願人は、図５に示すように、従来の回転軸（内圧緩和翼なし）（１）と、本発明の内圧緩和翼を取り付けた回転軸（２）（３）（４）とを準備し、攪拌翼の直径、攪拌時に噴射する圧縮空気の有無、流動添加剤の有無、内圧緩和翼の有無のパラメータを種々変化させて実験を繰り返したところ、適正な形状の内圧緩和翼を使用することで、大口径の攪拌翼を使用しても貫入抵抗を大幅に減少させることを知見した。
具体的には、攪拌翼付き回転軸の貫入引抜抵抗を、駆動部のモーターの電流値として測定してみると、図６（ａ）（ｂ）に示すように、従来の回転軸（内圧緩和翼なし）（１）と、本発明の内圧緩和翼を取り付けた回転軸（２）（３）（４）とでは、特に、貫入時の抵抗値（電流値）に顕著な相違点があることを発見した。
【００１４】
具体的には、図５（１）に示す従来の回転軸（内圧緩和翼なし）では、攪拌翼の直径φ＝１，０００ｍｍにおいて、図６（ａ）の実線で示すように、Ｎ＝２０の砂質土のとき、駆動部のモーターの電流値が約３００Ａに達した。
これに対し、図５（２）に示す本発明の内圧緩和翼を取り付けた攪拌翼直径φ＝１，６００ｍｍでは、図６（ａ）の点線で示すように、Ｎ＝２０の砂質土のとき、駆動部のモーターの電流値が約１３０Ａであった。
図５（３）に示す本発明の内圧緩和翼を取り付けた攪拌翼直径φ＝１，６００ｍｍ、圧縮空気有、流動添加剤有では、図６（ａ）の１点鎖線で示すように、約３０Ａであった。
図５（４）に示す本発明の内圧緩和翼を取り付けた攪拌翼直径φ＝１，６００ｍｍ、圧縮空気有、流動添加剤無、事前削孔有では、図６（ａ）の２点鎖線で示すように、約１２０Ａであった。
【００１５】
本発明による深層混合処理装置は、先端部に掘削刃１５と撹拌翼１６を有する回転軸１４を回転しつつ地盤１０に貫入及び引抜き、前記回転軸１４の先端部からセメントスラリーを噴射して地盤１０を攪拌して固化改良体２５を構築するようにした深層混合処理工法及びその装置において、
前記回転軸１４における前記撹拌翼１６の上部から駆動部１７の下端までの位置に、前記回転軸１４の周りの地盤１０をほぐして前記回転軸１４に掛かる土圧を緩和する多段の内圧緩和翼２２を、その幅方向が前記回転軸の軸方向と略一致して設け、この内圧緩和翼２２は、次の条件を満足するように構成したことを特徴とする。
Ｌ≦ａ＋２ｂ
ａ≧β／α
Ｄ／４≦ｂ≦Ｄ／２
ここでＤ：回転軸１４の直径（ｃｍ）
ａ：内圧緩和翼２２の幅（ｃｍ）
ｂ：内圧緩和翼２２の長さ（ｃｍ）
Ｌ：回転軸１４における内圧緩和翼２２の取り付け間隔（ｃｍ）
β：回転軸１４の単位時間当たりの貫入速度（ｃｍ／分）
α：回転軸１４の単位時間当たりの回転数（回／分）
【００１６】
内圧緩和翼２２は、少なくとも各段に１個を設ける。
内圧緩和翼２２は、各段の中心角度を所定角度ずつずらして螺旋状に配置することが望ましい。
【００１７】
内圧緩和翼２２は、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けるとともに、上下の段で中心角９０度ずらして設け、また、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼２２は、回転軸１４の軸方向と直交する線上に配置する。
【００１８】
各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼２２は、回転軸１４の軸方向と９０度以外の角度で交差する線上に配置することもできる。
【００１９】
撹拌翼１６は、従来の板型をベースとし、台形、半円、半楕円形などの形状とすることで地盤との抵抗を軽減し攪拌抵抗を減らす。これは回転軸１４を回転するための駆動部１７に大きな抵抗がかかり施工不能を来すことがないようにするためであり、抵抗が少なく混合効率に問題が生じない形状のものを使用する。
【００２０】
セメントスラリーに圧縮空気を混入して吐出し、さらに、セメントスラリーの流動性を高め、混合直後の土壌を流動化させる流動添加剤を混入して噴射するものからなるものとすることがより望ましい。
【００２１】
回転軸１４は、１軸式からなるものであってもよいし、また、多軸式であってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の発明によれば、
先端部に掘削刃と撹拌翼を有する回転軸を回転しつつ地盤に貫入及び引抜き、前記回転軸の先端部からセメントスラリーを吐出して地盤を攪拌して固化改良体を構築するようにした深層混合処理装置において、
前記回転軸における前記撹拌翼の上部に、前記回転軸の周りの地盤をほぐして前記回転軸に掛かる土圧を緩和する多段の内圧緩和翼を、その幅方向が前記回転軸の軸方向と略一致して設け、この内圧緩和翼は、
Ｌ≦ａ＋２ｂ
ａ≧β／α
Ｄ／４≦ｂ≦Ｄ／２
ここでＤ：回転軸の直径
ａ：内圧緩和翼の幅
ｂ：内圧緩和翼の長さ
Ｌ：回転軸における内圧緩和翼の取り付け間隔
β：回転軸の単位時間当たりの貫入速度
α：回転軸の単位時間当たりの回転数
の条件を満足するように構成したので、
内圧緩和翼による回転軸の周りの地盤の揉みほぐし効果により、回転軸の貫入時の攪拌抵抗値が大幅に減少する。このため、従来は、深層混合処理機は処理機のモーターを大きくすることにより貫入能力が大きくなり、通常使用する処理機で能力不足が予測される場合にはワンランク大きなモーターを使用するが、本発明では、従前のモーターを使用して大口径深層混合処理工法が可能となる。ちなみに、図６（ａ）によれば、直径が１，０００ｍｍから１，６００ｍｍに大きくなっても抵抗値（電流値）を１／２以下に抑えることができた。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、内圧緩和翼は、少なくとも各段に１個を設けるだけで、回転軸の周りの地盤の揉みほぐし効果が可能である。
【００２４】
請求項３及び４記載の発明によれば、内圧緩和翼は、各段の中心角度を所定角度ずつずらして螺旋状に配置したり、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けるとともに、上下の段で中心角を９０度ずらして設けたりすることにより、回転軸に係る内圧を均等に掛けることができる。
【００２５】
請求項５及び６記載の発明によれば、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼は、回転軸の軸方向と直交する線上に配置したり、回転軸の軸方向と９０度以外の角度で交差する線上に配置したりすることで、効率よく地盤のもみほぐしができる。
【００２６】
請求項７及び８記載の発明によれば、撹拌翼は、縦断面が台形、半円又は半楕円形を採用することにより、圧縮空気による貫入引抜抵抗の低減、流動添加剤の使用により従来の地盤改良機械では貫入困難な硬質砂地盤（Ｎ＞３０）でも改良が可能となる。
【００２７】
請求項９記載の発明によれば、スラリーに圧縮空気を混入して噴射する場合において、攪拌翼先端からの余剰空気は、内圧緩和翼の回転に伴って発生する空隙を利用し土圧が緩和され、かつ、内圧緩和翼が回転軸に沿って断続的に取り付けられているために地上に排出される。また、セメントスラリーを空気加速により砂地盤に対して塑性破壊を起こして液状にし、セメントスラリーの混入をスムースに行うことができる。
【００２８】
請求項１０記載の発明によれば、セメントスラリーの流動性を高め、混合直後の土壌を流動化させる流動添加剤を混入して噴射することにより、地層の違いによらず、大幅な攪拌抵抗値の減少が期待できる。ちなみに、図６（ａ）によれば、直径が１，０００ｍｍから１，６００ｍｍに大きくなっても抵抗値（電流値）を数分の一以下に抑えることができた。
【００２９】
請求項１１及び１２記載の発明によれば、回転軸が１軸式であっても多軸式であっても内圧緩和翼の作用効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による内圧緩和翼を用いた深層混合処理装置の実施例１を示す全体の正面図である。
【図２】図１における内圧緩和翼２２の詳細を示すもので、（ａ）は、内圧緩和翼２２を取り付けた回転軸１４の一部の正面図、（ｂ）は、内圧緩和翼２２の他の例の横断面図、（ｃ）は、内圧緩和翼２２のさらに他の例の正面図である。
【図３】本発明による内圧緩和翼２２の土の破壊状態を示すもので、（ａ）は、粘土の場合の説明図、（ｂ）は、砂の場合の説明図である。
【図４】本発明による深層混合処理装置の２軸式の場合を示すもので、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、横断面図である。
【図５】実証試験仕様一覧を示す図である。
【図６】実証試験における施工中の攪拌抵抗値（電流値）を示すもので、（ａ）は、貫入時の攪拌抵抗値（電流値）を示す図、（ｂ）は、引き抜き時の攪拌抵抗値（電流値）を示す図である。
【図７】攪拌翼の形状による貫入力（Ｎ・ｍ）比較図で、（ａ）は、従来の板状翼が４５度に傾斜した攪拌翼のφの大きさの違いによる特性図（１）と本発明による台形翼の攪拌翼のφの大きさの違いによる特性図（２）（３）（４）、（ｂ）は、本発明による攪拌翼の断面を台形とした例の説明図、（ｃ）は、本発明による攪拌翼の断面を半円形とした例の説明図、（ｄ）は、本発明による攪拌翼の断面を半楕円形とした例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の深層混合処理装置は、先端部に掘削刃１５と撹拌翼１６を有する回転軸１４を回転しつつ地盤１０に貫入及び引抜き、前記回転軸１４の先端部からセメントスラリーを噴射して地盤１０を攪拌して固化改良体２５を構築するようにした深層混合処理装置において、
前記回転軸１４における前記撹拌翼１６の上部から駆動部１７の下端までの位置に、前記回転軸１４の周りの地盤１０をほぐして前記回転軸１４に掛かる土圧を緩和する多段の内圧緩和翼２２を、その幅方向が前記回転軸の軸方向と略一致して設け、この内圧緩和翼２２は、次の条件を満足するように構成したことを特徴とする。
Ｌ≦ａ＋２ｂ
ａ≧β／α
Ｄ／４≦ｂ≦Ｄ／２
ここでＤ：回転軸１４の直径（ｃｍ）
ａ：内圧緩和翼２２の幅（ｃｍ）
ｂ：内圧緩和翼２２の長さ（ｃｍ）
Ｌ：回転軸１４の内圧緩和翼２２の取り付け間隔（ｃｍ）
β：回転軸１４の単位時間当たりの貫入速度（ｃｍ／分）
α：回転軸１４の単位時間当たりの回転数（回／分）
【００３２】
内圧緩和翼２２は、少なくとも各段に１個を設ける例、各段の中心角度を所定角度ずつずらして螺旋状に配置する例、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けるとともに、上下の段で中心角９０度ずらして設ける例、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼２２は、回転軸１４の軸方向と直交する線上に配置する例、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼２２は、回転軸１４の軸方向と９０度以外の角度で交差する線上に配置する例などとすることができる。
【００３３】
撹拌翼１６は、縦断面が台形、半円又は半楕円形の中から適宜選択してもよい。
【００３４】
セメントスラリーに圧縮空気を混入して噴射する深層混合処理工法やセメントスラリーの流動性を高め、混合直後の土壌を流動化させる流動添加剤を混入して噴射する深層混合処理工法とすることで貫入時の攪拌抵抗を減らすことができる。
回転軸１４は、１軸式であっても多軸式であっても利用できる。
【実施例１】
【００３５】
以下、本発明の実施例１を図面に基づき説明する。
図１において、１０は、軟弱地盤で、この地盤１０に固化改良体２５を構築しようとする例を示している。
この地盤１０に、ベースマシーン１１を据え付け、リーダー１２をステー１３で支持して垂直に固定し、このリーダー１２に、上部支持部２６と中間振れ止め部１９と基部振れ止め部１８で１軸式の回転軸１４を保持する。この回転軸１４の下端部には、掘削刃１５が設けられ、この掘削刃１５の上に、複数段の撹拌翼１６が取り付けられる。また、前記回転軸１４の上端部には、この回転軸１４を地盤１０に貫入し、引き抜くために正回転と逆回転を与える駆動部１７が設けられている。また、前記回転軸１４の上端部には、セメントスラリーと圧縮空気を送るためのスラリー注入管２０とエアー注入管２１が結合されている。このスラリー注入管２０とエアー注入管２１から送られたセメントスラリーと圧縮空気は、掘削刃先端吐出口１５及び／又は撹拌翼１６の翼内のセメントスラリー吐出口２３から地盤の攪拌時に土中に噴射される。また、攪拌軸を二重菅とした場合、セメントスラリー吐出口２３と、別途にエアー噴出口２４から吐出することが出来る。
【００３６】
前記回転軸１４の上端部から下端部まで本発明特有に構成した内圧緩和翼２２が設けられる。この内圧緩和翼２２を採用するに至ったのは、前記撹拌翼１６を大口径（たとえば、φ１，６００ｍｍ）にすることにより施工効率を上げ、より経済的に優れた深層混合処理工法を提供しようとしたことにある。
本特許出願人は、攪拌翼の直径、攪拌時に噴射する圧縮空気の有無、流動添加剤の有無、回転軸の周りの付着土をほぐす内圧緩和翼の有無のパラメータを種々変化させて実験を繰り返したところ、適正な形状の内圧緩和翼を使用することで、大口径の攪拌翼を使用しても貫入抵抗を大幅に減少させることを知見した。
【００３７】
前記内圧緩和翼２２は、図２（ａ）に示すように、基本的には、幅ａ、長さｂの形状をなし、回転軸１４の外周に、各段の間隔Ｌをもって取り付けられる。これらａ、ｂ、Ｌの寸法は、次のような特性を有することが望まれる。
（１）内圧緩和翼２２は、回転軸１４の回転時に、この回転軸１４の外周部に地盤１０との間で発生する内圧を緩和する作用をすること。
（２）回転軸１４の回転トルクを弱め、発生する周面付着力を小さくし、上方に圧力を発散させること。
（３）セメントスラリーに圧縮空気を混合して使用する場合には、余剰の圧縮空気を地盤１０の中に滞留させずに上方に抜く作用があること。
（４）セメントスラリーに流動添加剤を使用した場合には、攪拌土壌をより練り混ぜやすくすること。
（５）内圧緩和翼２２の枚数が多すぎたり、各段の間隔が狭すぎたりして攪拌した地盤１０が上方に排土してしまうのを避けること。
（６）造成中は、深度に応じて地中応力やスラリー内圧などにより、回転軸１４の先端の撹拌翼１６で攪拌されても、撹拌翼１６が通過すると回転軸１４の周辺部の内圧の発生を瞬時に抑えられること。
（７）内圧緩和翼２２は、回転軸１４の貫入時と引抜時の造成中において地盤１０が内圧緩和翼２２の回転による外力を受け、地盤１０の中にせん断応力が生じて、その中でせん断抵抗を超える箇所にせん断破壊が生じる。破壊する面は、すべり面といわれ、せん断応力に抵抗する最大のせん断抵抗が生じ破壊に至る。
すべり面の破壊パターンは、粘土の場合と砂の場合とで異なる。
粘土の場合、内圧緩和翼２２の長さｂと地盤１０が破壊される影響範囲ｘは、図３（ａ）のように、押し方向、引き方向ともに次式となる。
ｘ＝ｂ・ｔａｎ４５°
したがって、Ｌ＝ａ＋２ｂとなる。
砂の場合、内圧緩和翼２２の長さｂと地盤１０が破壊される影響範囲ｘは、図３（ｂ）のように、次式となる。＋は押し方向、−は引き方向である。
ｘ＝ｂ・ｔａｎ（４５°±φ／２）  （φ＝３０°）
したがって、Ｌ＝ａ＋２．３ｂとなる。
（８）内圧緩和翼２２の幅ａは、小さすぎるとせん断破壊がほとんど生ぜず、大きすぎると抵抗が大きくなり、大口径の攪拌翼を使用する目的が達成できなくなる。これらを満足する幅ａは、図２（ａ）において、回転軸１４が１回転したときに、内圧緩和翼２２の外周端の一点Ａ０が幅ａだけ移動したＡ１に達する寸法以上とすることが望ましい。
（９）内圧緩和翼２２の長さｂは、長すぎると抵抗が大きくなり、トルクも増大し、部材として回転軸１４への取り付け補強も大きくなり、さらに、通過する中間振れ止め部１９の内径も大きくなり振れ止め効果がなくなる。また、短すぎるとせん断破壊の生じる部分が小さすぎ、内圧緩和の効果が小さくなる。このことから、Ｄ／４≦ｂ≦Ｄ／２が望ましい。Ｄは、回転軸１４の直径である。
【００３８】
以上のような種々の条件を満足する幅ａ、長さｂ、各段の間隔Ｌは、次のように設定される。
（ア）内圧緩和翼２２の幅ａの設定
前記（８）に基づき、幅ａは、回転軸１４が１回転したときに、内圧緩和翼２２の外周端の一点Ａ０が幅ａだけ移動したＡ１に達する寸法以上とするために、
ａ≧β／α
の式で設定する。βは、単位時間当たりの貫入速度で、一般的には、５０〜１５０ｃｍ/分で、αは、単位時間当たりの回転数で、一般的には、１６〜２０回/分である。例えば、β＝１００、α＝２０とすると、ａ＝５ｃｍ以上と設定される。
（イ）内圧緩和翼２２の突出する長さｂの設定
前記（９）に基づき、次の式で設定する。
Ｄ／４≦ｂ≦Ｄ／２
回転軸１４の直径は、一般的に２６．７ｃｍ又は３１.６ｃｍであるが、２６．７ｃｍとすると、６．７≦ｂ≦１３．４となり、ｂ≧６．７ｃｍとなる。
（ウ）内圧緩和翼２２の取り付け間隔Ｌの設定
前記（７）に基づくと、Ｌは、粘土の場合の方が、砂の場合よりも狭くなる。しかし、地盤１０はすべての地層が粘土であったり、砂であったりすることが少ないので、いずれにも適用するためには、狭い方のＬ＝ａ＋２ｂを採用することが望ましい。例えばａ＝１５ｃｍ、ｂ＝１０ｃｍの場合には、Ｌ≦ａ＋２ｂ＝１５＋２０＝３５ｃｍとなる。
【００３９】
このようにして設定された内圧緩和翼２２で地盤１０を攪拌すると、粘土の場合は、図３（ａ）のように斜線で囲まれた地盤１０が破壊される。回転軸１４は、図中の矢印の方向に貫入するから、回転軸１４の外周が確実にほぐされて内圧が緩和される。なお、図３（ａ）においては、内圧緩和翼２２が、回転軸１４の外周に１８０度の間隔で取り付けられているため、回転軸１４の外周の略同一箇所が２重にほぐされる。したがって、左右のいずれか１個の内圧緩和翼２２だけであっても所期の目的は達成できる。
【００４０】
また、図３（ｂ）に示すように、地盤１０が砂の場合は、斜線で示された破壊範囲が粘土の場合よりも広いので、一部重なり合って破壊される。この例でも、内圧緩和翼２２が、回転軸１４の外周に１８０度の間隔で取り付けられているため、回転軸１４の外周の略同一箇所が２重にほぐされる。したがって、左右のいずれか１個の内圧緩和翼２２だけであっても所期の目的は達成できるが、粘着力により内圧が回復する場合があるので対の２個の方が望ましい。
【００４１】
以上のように構成された本発明の内圧緩和翼及びこの内圧緩和翼を用いた深層混合処理装置による実証試験結果を説明する。
実証試験は、図５に示すような従来の仕様（１）と、本発明の３種類の仕様（２）（３）（４）の４種類の仕様で行われた。
この図５において、「径ｍｍ」は、回転する撹拌翼１６の直径で、断面形状、段数は、共通とする。「圧縮空気」は、セメントスラリーと合流する圧縮空気が有は〇、無は×とし、「内圧緩和翼」は、図２（ａ）に示した内圧緩和翼２２が有は〇、無は×とし、「流動添加剤」は、アルカリ金属炭酸塩、無機塩化物、高分子系分散剤で構成されるセメントスラリーに添加する流動添加剤で、有は〇、無は×とする。
地盤１０は、地盤の層は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、深度０〜５ｍがＮ値８の埋土、深度５〜１０ｍがＮ値２０の砂質土、深度１０〜１５ｍがＮ値１３の砂質土、深度１５〜１７ｍがＮ値４の粘性土、深度１７〜２０ｍがＮ値３の粘性土とした。
また、駆動部１７は、同一規格のモーターを使用し、その電流値を測定した。
【００４２】
以上のような条件で貫入の試験をしたところ、図６（ａ）に示すような結果が得られた。
従来の回転軸（１）（径１，０００ｍｍ、圧縮空気×、内圧緩和翼×、流動添加剤×）では、深度０〜５ｍで１３０〜２３０Ａ、深度５〜１０ｍで１８０〜３００Ａ、深度１０〜１５ｍで地盤１０〜１８０Ａ、深度１５〜２０ｍで１２０Ａであった。
本発明の回転軸（２）（径１，６００ｍｍ、圧縮空気×、内圧緩和翼〇、流動添加剤×）では、深度０〜５ｍで１００〜１５０Ａ、深度５〜１０ｍで３０〜１３０Ａ、深度１０〜１５ｍで３０〜１１０Ａ、深度１５〜２０ｍで１２０〜１３０Ａであった。
本発明の回転軸（３）（径１，６００ｍｍ、圧縮空気〇、内圧緩和翼〇、流動添加剤〇）では、深度０〜２０ｍで２０〜３０Ａであった。
本発明の回転軸（４）（径１，６００ｍｍ、圧縮空気〇、内圧緩和翼〇、流動添加剤×、事前削孔あり）では、深度０〜５ｍで３０〜１００Ａ、深度５〜１０ｍで１００Ａ、深度１０〜１５ｍで１００〜１２０Ａ、深度１５〜２０ｍで１２０〜１３０Ａであった。
以上のように、回転軸１４に適正な寸法の内圧緩和翼２２を設けることで、大口径になっても逆に貫入時の攪拌抵抗値が大幅に減少することが判明した。
【００４３】
次に引抜時は、図６（ｂ）に示すような結果が得られた。
従来の回転軸（１）は、深度２０ｍでの引抜開始時は、１７０Ａと高いが、深度２０〜１２ｍ程度までは、粘性土地盤のため１００〜７０Ａにすぐに低下し、深度１２〜９ｍ程度まで７０〜２００Ａまでは砂地盤のため上昇し、深度９〜０ｍ程度まで２００〜５０Ａまで略直線的に低下する。
本発明の回転軸（２）は、引抜開始の深度２０〜１５ｍ程度までは、１５０〜２２０Ａの間を上下動し、深度１５〜１０ｍまで１５０Ａを推移し、深度９ｍの砂地盤で２２０Ａまで上昇するが、以後内圧が０に減少する深度０ｍまでに５０Ａに直線的に低下する。
本発明の回転軸（３）は、深度２０ｍでの引抜開始時は、２２０Ａと高いが、流動添加剤の効果ですぐに７０Ａまで低下し、以後内圧が０に減少する深度０ｍまで６０〜７０Ａを推移する。
本発明の回転軸（４）は、深度２０〜１０ｍ程度までは、１５０〜２２０Ａの間の上下動を繰り返し、深度１０ｍ以後深度０ｍまでに５０Ａに直線的に低下する。
以上のように、回転軸１４に適正な寸法の内圧緩和翼２２を設けることで、貫入時ほどではないが、従来の小さな径と本発明の大口径で引抜時の攪拌抵抗値に大きな変化がないことが判明した。
【００４４】
内圧緩和翼２２の配置は、図２（ａ）の場合に限られず、図２（ｂ）又は図２（ｃ）のように取り付けてもよい。
すなわち、図２（ｂ）では、内圧緩和翼２２は、中心角１２０度の間隔で、かつ、順次Ｌの間隔で螺旋状に多段に配置したものであり、また、図２（ｃ）は、回転軸１４の中心線に対して所定の角度θをもって配置した例を示している。この角度θは、回転軸１４の貫入角度であってもよいし、それ以外でもよい。さらに、内圧緩和翼２２の幅ａは、単位時間当たりの貫入速度βが大きく、単位時間当たりの回転数αが少ないときには、β／αの数値に応じて広くしてもよい。
【００４５】
図１の実施例では、回転軸１４が１軸式の場合を説明したが、図４（ａ）（ｂ）に示すように、径φの撹拌翼１６を取り付けた２本の回転軸１４を間隔ｘをもって配置した２軸式としてもよい。２軸の回転軸１４は、上中下段が基部振れ止め部１８で位置保持のために連結されている。
【００４６】
前記実施例における撹拌翼１６は、従来は、板状翼を断面が４５度に傾斜して回転軸１４に取り付けていたが、図７（ｂ）に示すように両側面を傾斜した台形とし、底面を水平にして回転軸１４に取り付けたものとすることができる。
これは回転軸１４を回転するための回転駆動部１７に大きな抵抗がかからないようにするためである。
砂地盤における従来の撹拌翼を取り付けた回転軸１４と本発明の台形翼を取り付けた回転軸１４による実証試験の結果、図７（ａ）に示すような特性結果が得られた。
従来の４５度の傾斜板の回転軸１４（１）で、φ＝１，０００ｍｍのときは、貫入時の最大貫入力は、４００Ｎ・ｍで、引抜時の最大貫入力は、−７００Ｎ・ｍであった。
本発明の台形翼を取り付けた回転軸１４（２）で、φ＝１２００ｍｍのときは、貫入時の最大貫入力は、５００Ｎ・ｍで、引抜時の最大貫入力は、−４００Ｎ・ｍであった。
本発明の台形翼を取り付けた回転軸１４（３）で、φ＝１，３００ｍｍのときは、貫入時の最大貫入力は、６００Ｎ・ｍで、引抜時の最大貫入力は、−６００Ｎ・ｍであった。
本発明の台形を取り付けた回転軸１４（４）で、φ＝１，５００ｍｍのときは、貫入時の最大貫入力は、７５０Ｎ・ｍで、引抜時の最大貫入力は、−７５０Ｎ・ｍであった。
以上の結果から貫入時は、従来のφ＝１，０００ｍｍと本発明のφ＝１，２００ｍｍが略等しく、引抜時は、従来のφ＝１，０００ｍｍと本発明のφ＝１，５００ｍｍが略等しいということが分かった。
【００４７】
本発明の回転軸１４は、図７（ｂ）に示す台形の場合に限られず、図７（ｃ）に示すような半円形でも、また、図７（ｄ）に示す半楕円形であっても同様の効果が得られる。
以上のように、本発明は、内圧緩和翼を取り付ける効果に加えて、攪拌翼を断面台形等とすることで、さらに貫入時と引抜時の抵抗の減少効果を得ることができる。
【００４８】
本発明は、セメントスラリーの流動性を高め、混合直後の土壌を流動化させる流動添加剤を混入して噴射するものとすることができる。図７に示すように、撹拌翼１６の翼幅が小さいと攪拌混合の乱れが生じ難く、混合効率に問題が生じやすいため流動性のある流動添加剤を使用しその弊害をなくすことができる。深層混合処理改良体の良好な品質を確保するために、混合処理機の１分間当たりの貫入・引き抜き速度、攪拌羽根の段数、及び回転数などは、ある一定の基準値を満たす施工を行ってきたが、流動添加剤を使用することにより基準値を下げても同様の改良体の品質が確保され、施工効率の大幅なアップが見込まれ、施工コストを下げることが出来るなど経済的な施工が行える。
【００４９】
本発明は、セメントスラリーに圧縮空気を混入して噴射することができる。
硬質砂質地盤の貫入に対してセメントスラリーに圧縮空気を混合し、地盤の塑性破壊を起こして処理機の貫入引抜を補助し、また、粘性土層の引き抜き時に対しても圧縮空気により付着抵抗を減らす。セメントスラリーと共に地盤に供給される圧縮空気は、回転軸の外周部に配備された内圧緩和翼によってほぐされた地盤を伝って回転軸周辺より地表面に伝達される。圧縮空気は、造成中において地盤中又は周辺土壌中に留まることがなく、地表面に排出させるため、改良体に悪影響を及ぼさない。
内圧緩和翼は、回転軸に２５ｃｍ〜５０ｃｍピッチで取り付けられており、回転軸の回転に伴って発生するほぐされた地盤を伝って速やかに地表に排出される。その場合にも、まだ固まらない混合物の流動性が必要となり流動添加剤を使用することによる効果がさらに増す。
【符号の説明】
【００５０】
１０…地盤、１１…ベースマシーン、１２…リーダー、１３…ステー、１４…回転軸、１５…掘削刃、１６…撹拌翼、１７…駆動部、１８…基部振れ止め部、１９…中間振れ止め部、２０…セメントスラリー注入管、２１…エアー注入管、２２…内圧緩和翼、２３…セメントスラリー吐出口、２４…エアー噴出口、２５…固化改良体、２６…上部支持部。
【図１】
2018178689.tif 000003
【図２】
2018178689.tif 000004
【図３】
2018178689.tif 000005
【図４】
2018178689.tif 000006
【図５】
2018178689.tif 000007
【図６】
2018178689.tif 000008
【図７】
2018178689.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月10日(2017.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
内圧緩和翼は、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けるとともに、上下の段で中心角度を９０度ずらして設けたことを特徴とする請求項２記載の深層混合処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
内圧緩和翼２２は、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けるとともに、上下の段で中心角度を９０度ずらして設け、また、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼２２は、回転軸１４の軸方向と直交する線上に配置する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
請求項３及び４記載の発明によれば、内圧緩和翼は、各段の中心角度を所定角度ずつずらして螺旋状に配置したり、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けるとともに、上下の段で中心角度を９０度ずらして設けたりすることにより、回転軸に係る内圧を均等に掛けることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
内圧緩和翼２２は、少なくとも一段に１個を設ける例、各段の中心角度を所定角度ずつずらして螺旋状に配置する例、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けるとともに、上下の段で中心角度を９０度ずらして設ける例、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼２２は、回転軸１４の軸方向と直交する線上に配置する例、各段に中心角度を１８０度ずらして２個設けた内圧緩和翼２２は、回転軸１４の軸方向と９０度以外の角度で交差する線上に配置する例などとすることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
内圧緩和翼２２の配置は、図２（ａ）の場合に限られず、図２（ｂ）又は図２（ｃ）のように取り付けてもよい。
すなわち、図２（ｂ）では、内圧緩和翼２２は、中心角度を１２０度の間隔で、かつ、順次Ｌの間隔で螺旋状に多段に配置したものであり、また、図２（ｃ）は、回転軸１４の中心線に対して所定の角度θをもって配置した例を示している。この角度θは、回転軸１４の貫入角度であってもよいし、それ以外でもよい。さらに、内圧緩和翼２２の幅ａは、単位時間当たりの貫入速度βが大きく、単位時間当たりの回転数αが少ないときには、β／αの数値に応じて広くしてもよい。