(57)【要約】【課題】従来、軟弱地盤の安定や変形を抑制するために用いられる地盤中に硬化材を噴射して混合処理する地盤改良工法は、複合地盤的設計手法により、周囲の土と造成される硬化層の断面積を用いた改良率により改良地盤を設計しており、水平方向の断面性能や改良体単独での形状が考慮されていなかったため、剛性断面低減効率に寄与しない無駄な硬化材注入を伴う円柱状改良体の並列造成を基本とする地盤改良工法が行われてきた。【解決手段】地盤改良体を円筒状改良体として造成すると共に、その円筒の外径から内径を差し引いたリング厚を造成改良体の径の大きさの６〜８分の１に設定するように構成した。【選択図】図１１
2019073914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤改良体を円筒状改良体として造成すると共に、その円筒の外径から内径を差し引いたリング厚を造成改良体の径の大きさの６〜８分の１に設定することを特徴とする地盤硬化層造成工法。
【請求項２】
地盤改良体を円筒状改良体として造成すると共に、その円筒の外径から内径を差し引いたリング厚を造成改良体の径の大きさの６〜８分の１に設定し、そのリング内径部分に低強度の円柱状改良体を複合的に造成することを特徴とする地盤硬化層造成工法。
【請求項３】
改良域直径長さに左右に伸長する攪拌翼を所定の間隔を置いて上下２段に設定し、両下段攪拌翼にそれぞれ側方流路を内設すると共に、同下段攪拌翼の各先端に拡散防止板、その内側、造成予定筒状改良体のリング壁厚相当距離の後退位置に側方流路から開口する噴射ノズルを、それぞれ、設けて構成した注入ロッドを、清水噴射を行いながら対象地盤に正転下降し、所定深度に達したところで、注入ロッドへの圧送材料を清水から硬化材に切換え、硬化材噴射を行いながら逆転上昇させて硬化材の注入を行うことを特徴とする請求項１記載の地盤硬化層造成工法。
【請求項４】
注入ロッド先端部に左右両側に伸長する攪拌翼を、所定内角の角度で交錯する方向に伸長するように、上下２段に所定の間隔を置いて設定すると共に、上段翼一方の先端側腹位置に正転方向に向けて斜め下向きに、下段翼一方の先端側腹位置に逆転方向に向けて斜め上向きに、それぞれ噴射ノズルを設けて構成した注入ロッドを、先ず、清水噴射を行いながら対象地盤に正転下降し、所定深度に達したところで、注入ロッドへの圧送材料を清水から硬化材に切換え、硬化材噴射を行いながら逆転上昇させて硬化材の注入を行うことを特徴とする請求項３記載の地盤硬化層造成工法。
【請求項５】
上下段の攪拌翼は、それぞれ、注入ロッドの軸心から造成予定円筒硬化体外径の半径長さと一致する長さ分伸長し、上段翼と下段翼は内角略３０°程度の角度で交錯し、噴射された噴流の噴射距離は、対向する下段翼或いは上段翼の所定位置に斜め方向から衝突し、同噴射距離を斜辺とする角辺の幅員をもって攪拌翼の回転と噴流衝突に伴う跳ね返りエネルギーにより、注入ロッドの回転に伴ってリング状に対象地盤への注入が行われるようにしたことを特徴とする請求項４記載の地盤硬化層造成工法。
【請求項６】
改良域直径長さに左右に伸長する攪拌翼を所定の間隔を置いて上下２段に設定し、両下段攪拌翼にそれぞれ側方流路を内設すると共に、造成予定筒状改良体のリング壁厚相当距離の後退位置に前記側方流路からの噴射ノズルを開口させ、同下段攪拌翼の各先端に拡散防止板を設定し、更に、注入ロッドの硬化材圧送路下端部に、前記側方流路から開口する噴射ノズルの内側に斜め上向きに開口する側方噴射ノズルを設けると共に、同噴射ノズルからの噴流の衝合部位に拡散防止板を設定した注入ロッドを、硬化材噴射を行いながら対象地盤に正転下降し、所定深度に達したところで、注入ロッドへの圧送材料を清水から硬化材に切換え、硬化材噴射を行いながら逆転上昇させて硬化材の注入を行うことを特徴とする請求項２記載の地盤硬化層造成工法。
【請求項７】
注入ロッドを対象地盤に正転下降する際に行う清水噴射において、噴射する清水にウルトラファインバブル水を用いるようにした請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項６記載の地盤硬化層造成工法。
【請求項８】
改良域直径長さに左右伸長する攪拌翼を、内角略３０°の角度で交錯するように所定の間隔を置いて上下２段に設定すると共に、上段翼一方の先端側腹位置に正転方向に向けて斜め下向きに、下段翼一方の先端側腹位置に逆転方向に向けて斜め上向きに、それぞれ噴射ノズルを設けて構成した注入ロッドを、回転昇降駆動機構を備えたリーダーマシンによって支持させて成る地盤硬化層造成装置。
【請求項９】
改良域直径長さに左右伸長する攪拌翼を所定の間隔を置いて上下２段に設定し、両下段攪拌翼にそれぞれ側方流路を内設すると共に、同下段攪拌翼の各先端に拡散防止板、その内側、造成予定筒状改良体のリング壁厚相当距離の後退位置に側方流路から開口する噴射ノズルを、回転昇降駆動機構を備えたリーダーマシンによって支持させて成る地盤硬化層造成装置。
【請求項１０】
改良域直径長さに左右に伸長する攪拌翼を所定の間隔を置いて上下２段に設定し、両下段攪拌翼にそれぞれ側方流路を内設すると共に、造成予定筒状改良体のリング壁厚相当距離の後退位置に前記側方流路から開口する噴射ノズルと、同下段攪拌翼の各先端に拡散防止板を設定し、更に、注入ロッドの硬化材圧送路下端部に、前記側方流路から開口する噴射ノズルの内側に斜め上向きに開口する側方噴射ノズルを設けると共に、同噴射ノズルからの噴流の衝合部位に拡散防止板を設定した注入ロッドを回転昇降駆動機構を備えたリーダーマシンによって支持させて成る地盤硬化層造成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状地盤硬化層によって地盤の安定や変形を抑制する地盤改良工法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤を安定させたり、地盤の変形を抑制するために用いられる地盤中に硬化材を噴射して混合処理する地盤改良工法は、複合地盤的設計手法により、周囲の土と造成される硬化層の断面積を用いた改良率により改良地盤を設計しており、水平方向の断面性能や改良体単独での形状は考慮されていない。
【０００３】
また、大口径改良体の施工においては、小型機でも高トルク型の地盤改良機を用いることで、攪拌トルクや削孔能力を向上できるものの、硬化層の品質や造成される硬化層径の確保に課題が残されている。そこで、噴射併用効果を用いて大径硬化層の外側付近のみに硬化層を造成する円筒状地盤硬化層による地盤改良が考えられるに至っている。
【０００４】
これに対応して例えば特許文献１に示されるように、改良すべき軟弱土硬化体を円筒状若しくは中空円錐台状とする提案、或いは、特許文献２記載発明におけるように円筒状地盤改良体を列状に並設、若しくは区域全体に亙って並設することの提案、更には、半径がリーダーから地盤混合処理用回転軸までの距離に等しい円筒状地盤改良体を造成する特許文献３記載の発明もなされている。
【０００５】
更に、特許文献４は、地盤改良体の構築によって得られる地盤変形の拘束効果を地盤土の応力の変化として捉え、地盤改良体の形状及び配置によって異なる応力の変化によって生じる地盤土の強度及び剛性の変化のうち、少なくともいずれか一方の変化が増加傾向となる地盤改良体の形状及び配置をもって構築することを提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１９５６２１号公報
【特許文献２】特開２０００−３１９８６４号公報
【特許文献３】特許第３５５１３６０号公報
【特許文献４】特許第４５１４８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これらの発明は、何れも軟弱地盤を支持安定させるために造成される硬化体の形態を中空円筒状とする提案に留まり、個々の硬化体の筒壁の厚さや硬化断面積が水平荷重に対して受ける曲げ剛性やリング変形率に触れるものではなかった。
【０００８】
また、特許文献４記載発明は、地盤変形の拘束効果を地盤土の応力の変化として捉え、地盤改良体の形状及び配置によって異なる応力の変化によって生じる地盤土の強度及び剛性の変化の増加傾向に注目するものの、地盤改良体を中空円筒状に特化し、個々の硬化体の筒壁の厚さや硬化断面積が水平荷重に対して受ける曲げ剛性やリング変形率による断面剛性から環境負荷の低減に迫るものとはなっていない。
更に、硬化体の形態を中空円筒状とする具体的な注入装置については、特許文献３記載発明が僅かに触れるだけであり、改良体の造成環境に対応する造成工法の開発には至っていない。
【０００９】
しかしながら、地盤改良工法において軟弱地盤を支持安定させる枠組みとなるのは、個々の硬化体であり、その構造と造成位置の配置が軟弱地盤の安定度を決定するものとなることは疑いなく、前記のように個々の硬化体の構造と造成位置について、合理的な算出がなされていないため、造成作業において無駄な労力や時間を要するという問題があった。
【００１０】
例えば、盛土下の軟弱地盤から側方に作用する土圧に抵抗する縁切り対策として盛土法尻付近の軟弱地盤中に円柱状改良体を複数列造成する場合、従来、円柱状改良体の変形特性として、弾性係数、粘着力、改良率を考慮して円弧すべり法や有限要素法により数値解析し、有害な周辺変位や改良体にせん断破壊・曲げ引張破壊が生じないように設計する。
【００１１】
円弧すべり解析による簡易的な方法としては、改良深度（Ｄ）に対する改良幅（Ｂ）の比で表わされるＢ／Ｄを０．５〜１．０以上に設定することで、曲げ引張破壊が生じない設計とすることや改良体と周囲の土との複合地盤を設定し、有限要素法断面二次元解析を用いて、周辺変位や曲げ引張破壊が生じない設計とする方法が採られている。
【００１２】
しかしながら、これらの設計手法では、地盤内の改良断面積比率である改良率により改良地盤の変形特性を評価しており、水平力に対する円柱状改良体１本当りの断面剛性は考慮されていない。そのため、改良深度が深い場合、改良範囲が大規模となり、適切な施工本数が算出されない問題を含んでいるほか、硬化体の形態を中空円筒状とする具体的な工法については、前記のように特許文献３記載発明が存在するのみとなっている。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の問題点に対応して、改良対象地盤に対して、従来設計手法による改良地盤の機能を維持したまま、造成範囲を低減することで、施工本数の低減、工期短縮が可能な地盤改良体の最適形状、及び効果的な性能設計により経済的に環境負荷を低減できる地盤改良工法と装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の問題に対応するもので、改良体の形状を中空円筒（リング）状として中空部への硬化材注入を行わないようにすることにより、無対策地盤の範囲を維持したまま、硬化材の無駄を省くと共に、構造的にも水平力に対する曲げ剛性を確保できる改良体断面積を最大限低減できる円筒の筒壁の厚み（以下、リング厚という。）を設定し、円筒硬化体の断面によって計測される実質硬化面積に対応するリング面積比率と断面剛性低減効率から最も有利な断面性能を算出して外面改良率から硬化体の造成径とリング厚、および配置を決定するようにした。
【００１５】
すなわち、地盤中に造成された改良体の鉛直方向の外力に起因する変形に対しては、改良体の断面積（Ａｐ）と弾性係数（Ｅｐ）の積（Ｅｐ×Ａｐ）がその変形量に影響する。一方、水平方向の外力に起因する改良体の変形に対しては、改良体の断面二次モーメント（Ｉｐ）と弾性係数（Ｅｐ）の積である曲げ剛性（Ｅｐ×Ｉｐ）がその変形量に影響する。
【００１６】
例えば、図２に示すように等分布荷重（ｗ）がスパンＬの部材に作用する片持ち梁の自由端部におけるたわみ量は、δ＝ｗ×Ｌ４／（８×Ｅｐ×Ｉｐ）の数式に代入することで算出される。すなわち、部材強度に依存する弾性係数と断面形状により決定される断面二次モーメントにより求められる曲げ剛性（Ｅｐ×Ｉｐ）が大きいほど、たわみ量が小さくなる。別言すれば、改良体１本当りのたわみ量を少なくすることで、改良地盤全体の変形量を低減することができる。
【００１７】
円柱状改良体の断面積は改良径をＤｐとするとＡｐ＝π／４×Ｄｐ２、断面二次モーメントは、Ｉｐ＝π／６４×Ｄｐ４の数式に代入することで算出される。一方、円筒状改良体の断面積は改良径をＤｐ、リング内径をＤｓとすると、Ａｐ＝π／４×（Ｄｐ２−Ｄｓ２）、断面二次モーメントはＩｐ＝π／６４×（Ｄｐ４−Ｄｓ４）の数式に代入することで算出される。
【００１８】
図１−１は、改良径Φ１６００ｍｍにおいて、リング内径を変化させたときのリング面積と断面二次モーメントの算出結果を示す表で、表中のリング内径０ｍの場合は円柱であり、これを基準としてリング面積比率および断面性能比率を算出している。
【００１９】
更に、断面性能比率とリング面積比率の差を剛性断面低減効率として定義しており、この数値が大きいほど断面性能の低下に比べて断面積の低減効率が高いことを示している。グラフはリング内径に関するこれらの値の変化であり、剛性断面低減効率を最も大きくとれる円筒状改良体の最適形状が存在することを示している。
【００２０】
上記実質硬化面積に対応するリング面積比率と断面剛性低減効率を導きだすために、先ず、標準となる円筒硬化体の外径Φ１６００ｍｍにおいて円筒硬化体の外径となる改良径から円筒の内径となるリング内径を差引いたリング厚を０．０５ｍずつ変化させて図１−１〜４に示すような一覧表とし、その各円筒硬化体の断面性能を理論値として算出した。
【００２１】
すなわち、リング内径を０とする円柱状硬化体からリング外径とリング内径を同一とする１６まで、リング厚の変化によってリング面積（硬化材の注入量）及び、改良体の曲げ剛性がどのように変化するかを試算したものである。
【００２２】
その結果、改良体の径がΦ１６００ｍｍの場合は、リング厚０．２５ｍで剛性断面低減効率０．２４９の最高の効率を示し、Φ１４００ｍｍの場合は、リング厚０．２０ｍで剛性断面低減効率０．２４６の最高効率、Φ１２００ｍｍの場合は、リング厚０．１５ｍで剛性断面低減効率０．２４９の最高の効率、Φ１０００ｍｍの場合は、リング厚０．１５ｍで剛性断面低減効率０．２４５の最高の効率となることが確認できた。
【００２３】
この確認結果により、中空円筒状改良体の造成は、造成改良体の径の大きさの６〜８分の１のリング厚で合理的な剛性断面低減効率を確保できるものと考えられる。
【発明の効果】
【００２４】
図１−１〜４により円筒状改良体の最適形状は、例えば、図１−１改良径Φ１６００ｍｍの場合、リング内径はΦ１１００ｍｍであり、リング内径の外径に対する比率は、０．６〜０．８が最適となる。この比率を用いると円筒状改良体は円柱状改良体に比べて、改良体断面積は５割程度に低減するが、断面二次モーメントは７割程度を確保できる。
【００２５】
また、円柱状改良体と円筒状改良体の造成について、円柱状改良体と同一の注入条件で硬化材注入を行った場合、円筒状改良体では注入域が少ないので、注入量は円柱状の０．５倍の量となるが、注入域当りの注入量を高めることで円柱状改良体１本と同量の硬化材を圧縮注入してその結果を検証した。
【００２６】
改良径Φ１６００ｍｍの標準造成により、検証した結果、リング厚０．２５ｍの注入容積で円柱状の０．５倍の量を注入した場合、曲げ剛性比率は円柱状の０．７７６倍と低下したが、硬化材の注入圧を高め円柱状の注入量と同量の硬化材を圧縮注入したところ、曲げ剛性比率は円柱状の１．５５３倍となり、円筒状改良体とすることにより量的に少ない硬化材で、図３に示すように、より効果的な曲げ剛性を得られることが確認された。
【００２７】
図３の一覧表における実施態様のケース１における１．０はリング内径０による円柱状改良体の場合、ケース２における０．５は通常注入により円柱状の０．５倍の量を注入した円筒状改良体の場合、ケース３における１．０は圧縮注入によりケース１における円柱状の注入量と同量の硬化材を注入した円筒状改良体の場合である。
【００２８】
図４−１〜３は浅層改良版上に盛土する場合に、浅層改良版の下部に盛土の沈下変形抑制対策として深層混合処理硬化体を全面的に複数列造成する場合において、改良体１本当りの改良強度を同程度に設定した円柱状改良体と円筒状改良体の施工実施例を比較する。
【００２９】
図４−１と図４−２は円柱状改良体による施工実施例、図４−３は円筒状改良体による施工実施例と浅層改良版の発生応力概念図を示すものである。円柱状改良体としてΦ１６００ｍｍの大口径改良体に造成本数を少なくした低改良率を適用する場合、改良体間の無対策部分が２０００ｍｍと大きくなり、複合地盤として沈下対策機能を発揮せず、浅層改良版の応力負担が大きい。浅層改良版の応力負担が大きいと、押し抜きせん断破壊や曲げ引張破壊が生じることで盛土荷重を受け止めるスラブとしての機能を発揮せず、応力伝播による圧密沈下の助長や盛土のすべり破壊を誘発することとなるため、図４−１の適用はできない。
【００３０】
上記のように円柱状改良体の場合、円筒状改良体による場合と同一改良率で改良径Φ１２００ｍｍを適用して造成本数を増やした改良率１５％でも円筒状の１．８倍の本数が必要となる。
【００３１】
これに対し、円筒状改良体の場合、外面が大口径改良体で、実改良率が１１％でも見かけ上の改良率（外面改良率）が２０％確保できるため、安定性及び沈下抑制効果が大きく、浅層改良版への応力負担も小さい。さらに、円筒内の無処理土は、側方においては円筒改良体によって、頭部においては浅層改良版によって拘束されているため、粘性土の圧密による排水もなく、変形量は極僅かである。
【００３２】
Φ１６００ｍｍの大口径改良体では、無対策部分の範囲が広く、浅層改良版の応力負担が大きく適用できないため、適用可能で一般的に採用されるケースが多いΦ１２００ｍｍの円柱状改良体とΦ１６００ｍｍの円筒状改良体の場合の改良率と浅層改良版の発生応力に対する必要強度を比較した。
【００３３】
同一の改良体縁端距離１５００ｍｍの条件で検証した結果、円柱状改良体では改良率１５％であるのに対して、円筒状改良体とすることにより、実改良率は１１％で０．７３倍に低減するが、浅層改良版や無対策の軟弱粘性土の応力負担を意味する見かけ上の改良率である外面改良率は２０％確保でき、１．３３倍となることが図５により確認された。
【００３４】
浅層改良版の発生応力については、円柱状改良体と円筒状改良体では同等以下となることが確認された。施工本数については、延長１０ｍ当りで比較したところ、円柱状改良体では４１本必要であるのに対し、円筒状改良体では２９本を施工するだけでよく、３割程度低減できる。
【００３５】
図６は、周辺に近接構造物がある軟弱地盤上の盛土の変形抑制対策として深層混合処理硬化体を断面方向に複数列造成する場合において、改良体１本当りの改良強度を同程度に設定した円柱状改良体と円筒状改良体の施工実施例を比較する。
【００３６】
図６−１は円柱状改良体による施工実施例、図６−２は円筒状改良体による施工実施例を示すものである。円筒状改良体は断面積が円柱状改良体の５割程度のため改良強度を２倍に設定することで、改良体１本当りの圧縮強度設定は同等であり、円柱状改良体の半分の対象土を硬化させることにより円筒状改良体１本の造成が可能である。
【００３７】
この事例では、円筒状改良体１本当りについて円柱状改良体１本の約１．５倍の曲げ剛性を確保できる。円筒状改良体による施工は曲げ剛性が大きい分、改良体の列数を低減できるから、施工本数が少なくて済み、円柱状改良体による施工に比べて経済的な設計となり、工期を短縮できる。
【００３８】
施工時の周辺変位について、図７の（１）は円柱状改良体による施工実施例、（２）は円筒状改良体による施工実施例を示すものである。
深層混合処理硬化体の造成時における周辺変位は、硬化材注入時の地中応力発生に起因するものが多く、円柱状改良体の造成においては図７の（１）に示すように円柱状の改良体積全体に硬化材のセメントスラリーを注入することで、側方に注入応力が大きく作用し、周辺に変位を及ぼす。
【００３９】
一方、円筒状改良体の施工においては、外周部のみの硬化材注入であり、注入ロッド周辺の中空部は、貫入時に攪拌することで一時的に強度低下するので注入応力は注入ロッド周辺に向かい、円筒状改良体の外側に向かう応力は軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１−１】円筒硬化体の外径となる改良径から円筒の内径となるリング内径を差引いたリング厚を０．０５ｍずつ変化させて硬化体の断面性能の変化を示す一覧表の改良径Φ１６００ｍｍによるリング面積比率、曲げ剛性比率、剛性断面低減効率を折れ線グラフとして表示したグラフ。
【図１−２】同じく、改良径Φ１４００ｍｍによるリング面積比率、曲げ剛性比率、剛性断面低減効率を折れ線グラフとして表示したグラフ。
【図１−３】同じく、改良径Φ１２００ｍｍによるリング面積比率、曲げ剛性比率、剛性断面低減効率を折れ線グラフとして表示したグラフ。
【図１−４】同じく、改良径Φ１０００ｍｍによるリング面積比率、曲げ剛性比率、剛性断面低減効率を折れ線グラフとして表示したグラフ。
【図１−５】円柱状改良体の形態を示す斜視図。
【図１−６】円筒状改良体の形態を示す斜視図。
【図２】スパンＬの部材に等分布荷重が作用する片持ち梁の自由端部におけるたわみ量の説明図と部材断面図。
【図３】改良径Φ１６００ｍｍの円柱状改良体と円筒状改良体の造成について、円柱状改良体と同一の注入条件で硬化材注入を行った場合における、硬化材の注入量によるリング面積比率、圧縮剛性比率、曲げ剛性比率の変化を対比した一覧表とこれに対応する棒グラフである。
【図４−１】軟弱地盤上の盛土の沈下抑制対策として改良径Φ１６００ｍｍによる円柱状改良体深層混合処理硬化体を全面的に複数列造成する施工例の説明図。
【図４−２】同じく、軟弱地盤上の盛土の沈下抑制対策として改良径Φ１２００ｍｍによる円柱状改良体深層混合処理硬化体を全面的に複数列造成する施工例の説明図。
【図４−３】同じく、軟弱地盤上の盛土の沈下抑制対策として円筒状改良体の造成を用いた施工の場合の説明図である。
【図５】改良径Φ１６００ｍｍ、改良径Φ１２００ｍｍの円柱状改良体と改良径Φ１６００ｍｍ円筒状改良体の造成について、適用可能な改良径Φ１２００ｍｍの円柱状改良体と同一の改良体縁端距離（１５００ｍｍ）で改良径Φ１６００ｍｍの円筒状改良体を配置した場合における、浅層改良版の必要強度と改良率について対比した一覧表とΦ１６００ｍｍ円柱状改良体に対する比率を表した棒グラフである。
【図６−１】軟弱地盤上の盛土による変形抑制対策として円柱状改良体の造成による深層混合処理硬化体を断面方向に複数列造成する施工例の説明図。
【図６−２】同じく、軟弱地盤上の盛土による変形抑制対策として円筒状改良体深層混合処理硬化体を全面的に複数列造成する施工例の説明図。
【図７】深層混合処理硬化体の造成時における周辺変位に係る地中応力の説明図であり、（１）は円柱状改良体の造成による施工の場合、（２）は円筒状改良体の造成による施工の場合である。（３）は（１）の、（４）は（２）の平面図である。
【図８】本発明の実施例を示すもので、注入装置の一例と地盤硬化層造成の施工状況を示す全体側面図。
【図９】同じく、図８の注入装置の注入ロッド先端に設定された攪拌翼の側方流路と噴射ノズルの構成を示す拡大側断面図。
【図１０】同じく、図８の注入装置の注入ロッド先端に設定された攪拌翼の構成を示す拡大側面図。
【図１１】同じく、図８の攪拌翼の設定状況を示す注入ロッド先端部の拡大平面図。
【図１２】同じく、図８の注入装置の注入ロッド先端に設定された攪拌翼の他の実施例による構成を示す拡大側断面図。
【図１３】同じく、図８の注入装置の注入ロッド先端に設定された攪拌翼の他の実施例による構成を示す拡大側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
円筒状改良体の造成施工には、セメントサイロ、ミキシングプラント、グラウトポンプ、深層混合処理機を用いる。深層混合処理機は、図８に示すように、例えば単軸式小型地盤改良機１２を用い、その支持する注入ロッド１の先端部に改良体造成用の、左右に張出す攪拌翼１１を上下２段に設定したモニターＭを着脱可能に装着する。
【００４２】
注入ロッド１は、適宜に継手される継手構造を備えた単管により硬化材圧送流路２が構成されているが、図９に示すように、先端モニター部Ｍにおいて、硬化材圧送路２の下部において下方流路２１と両側腹に開口する側方流路２ａ、２ｂに分岐し、上端はスイベル１５を介して材料供給ホース４１に連接する。
【００４３】
注入ロッド１の先端モニター部Ｍの両側には、前記側方流路２ｂが内設された前記攪拌翼１１Ｂと流路の内設されない１１Ａが左右に張り出して設定され、その下部に所定間隔を置いて、同じく側方流路２ａが内設された攪拌翼１１Ｄと流路の内設されない１１Ｅが左右に張り出して設定され上下２段の構成となっている。
【００４４】
上下攪拌翼の張出し長さは、例えば改良径Φ１６００ｍｍの場合は１６００ｍｍと一致するもので、改良径が異なる場合は、それぞれの改良径に合わせた攪拌翼を設定したモニターに変換して用いるべく、それぞれの改良径に合わせたモニターが予め用意される。
【００４５】
攪拌翼１１Ａ、１１Ｂ及び１１Ｄ、１１Ｅは、それぞれ取付基部１１ａと先端部１１ｂが注入ロッド軸心１３に対して逆方向に傾斜する捻り形状に形成され、注入ロッド１の回動により翼面が旋回作動するように構成されている。
また、下段攪拌翼１１Ｄ、１１Ｅの翼縁には、縁部に沿って複数の掻爪１６、１６が植設されている。
【００４６】
攪拌翼１１Ｂ、１１Ｄに内設される側方流路２ａ、２ｂは、攪拌翼取付部から先端に向けてテーパー状に縮径するノズル形状に構成され、先端開口部は噴射ノズル１４ｘ、ｙとなっている。１４ａは側方流路２ａ、２ｂの先端に着脱可能に螺合するノズルチップであり、注入環境に応じてノズル径を変化させるように交換可能な構成となっている。
【００４７】
噴射ノズル１４は、上段翼と下段翼の先端側に左右に離れてそれぞれ１箇所ずつ設けられ、上段翼の噴射ノズル１４ｘは、正転方向に向けて斜め下向きに、下段翼の噴射ノズル１４ｙは、逆転方向に向けて斜め上向きに開口し、噴射された硬化材は対向する下段翼或いは上段翼の所定位置に斜め方向から衝突することによって噴流の逸走や変位防止が計られる。
【００４８】
上段翼と下段翼は図１１に示すように、内角３０°程度の角度で交差し、噴射された噴流は噴射距離５００ｍｍ程度で対向する下段翼或いは上段翼の所定位置に斜め方向から衝突し、攪拌翼の回転と噴流衝突に伴う跳ね返りエネルギーにより対象地盤への注入が行われる。
【００４９】
以上のように構成した攪拌注入ロッド１は、例えば改良径Φ１６００ｍｍ（リング内径Φ１１００ｍｍ）の場合、例えば噴射圧力６ＭＰａ、１６０Ｌ／分の吐出量で０．５分／ｍの速度で清水噴射を行いながら正転下降され、対象地盤を攪拌し清水充填を行う。
【００５０】
所定深度に達したところで、注入ロッドへの圧送材料を清水から硬化材に切換え、例えば噴射圧力１０ＭＰａ、１６０Ｌ／分の吐出量で１．５分／ｍの速度で硬化材噴射を行いながら逆転上昇させて対象地盤を攪拌し硬化材の注入を行う。
【００５１】
実施例２は、図１２に示すように、注入ロッド１の先端モニター部Ｍに、改良域直径長さに左右伸長する上段攪拌翼１１Ａ、１１Ｂと下段攪拌翼１１Ｄ、１１Ｅを、上下２段に並列して設定し、下段攪拌翼１１Ｄに側方流路２ａを、１１Ｅに側方流路２ｂを、それぞれ、内設すると共に、下段攪拌翼１１Ｄ、１１Ｅの各先端に拡散防止板１７、その内側、リング厚相当後退位置に側方流路２ａ、２ｂの開口噴射ノズル１４が、それぞれ、設定される。
【００５２】
実施例２の場合、上段翼と下段翼は、施工環境に応じて交錯角度を決定すれば良く、平行設定から十文字設定まで任意の内角設定で行うことができる。また、上段翼と下段翼の間隔は３００ｍｍ程度を基準として拡散防止板１７から開口噴射ノズル１４との距離に対応して設定される。
【００５３】
以上のように構成した注入ロッド１を、前記のように清水噴射、硬化材噴射を行いつつ回転昇降駆動させれば、噴射噴流は噴射ノズル１４から拡散防止板１７間に集中して噴射注入され、下段攪拌翼１１Ｄ、１１Ｅの回動に従ってリング状に注入壁を造成していくものである。
【００５４】
これらの施工仕様の場合、硬化材添加量が２００Ｋｇ／ｍ３のときに、セメントスラリーの水セメント比は、Ｗ／Ｃ＝８０％程度となる。水とセメントスラリーの噴射圧力の違いは、ノズル径および吐出量が同一のため、注入材料の比重の違いによるものである。
【００５５】
注入ロッド貫入時の水噴射は、引上時の造成事前処理と応力解放による盛り上がり土の排出を目的としており、通常の機械攪拌工法より注入水が多くなる。
このため、改良体の品質確保を目的として、ウルトラファインバブル水を使用することも可能である。
【００５６】
ウルトラファインバブル水は、気泡径１μｍ以下の気泡を含んだ水で、改良体に混入することにより、化学反応の促進や分散効果により高品質な改良体を造成できる。
【００５７】
図１３は、実施例３を示すもので、注入ロッド１の先端モニター部Ｍに、改良域直径長さに左右伸長する上段攪拌翼１１Ａ、１１Ｂと下段攪拌翼１１Ｄ、１１Ｅを、上下２段に並列して設定し、下段攪拌翼１１Ｄに側方流路２ａを、１１Ｅに側方流路２ｂを、それぞれ、内設すると共に、下段攪拌翼１１Ｄ、１１Ｅの各先端に拡散防止板１７、その内側、リング厚相当後退位置に側方流路２ａ、２ｂの開口噴射ノズル１４ａ、１４ｂが、それぞれ、設定される。
【００５８】
さらに、注入ロッド１の先端モニター部Ｍの攪拌翼下部には、硬化材圧送流路２の側方流路１８が内設されると共に、その流路先端には噴射ノズル１９ｙが開口し、下段攪拌翼１１Ｅのリング厚相当後退位置には拡散防止板２０が設定される。
実施例３の場合、一方の下段攪拌翼である１１Ｅのリング厚相当後退位置には拡散防止板２０が設定されるので、噴射ノズル１９ｙからの噴射噴流は拡散防止板２０に衝突し、噴射ノズル１４ｙ、１４ｙによる噴射注入領域から隔絶され、強度の異なる注入域を構成する。
また、噴射ノズル１９ｙから噴射される硬化材は、既に、噴射ノズル１４ｙ、１４ｙによって噴射された硬化材の残量となるので、リング壁部分の半分量程度の硬化材となる。従って、実施例３においては、実施例２に加えて、リング内径部分にもリング壁部分の半分量程度の硬化材が注入されることになる。
【００５９】
以上のように構成した注入ロッド１を、硬化材噴射を行いつつ回転昇降駆動させれば、噴射噴流は噴射ノズル１４ａ、１４ｂから拡散防止板１７間に集中して噴射注入されると共に、その半分量が噴射ノズル１９ｙから拡散防止板２０間に噴射注入され、下段攪拌翼１１Ｄ、１１Ｅの回動に従ってリング状の高強度の注入壁と低強度のリング内径部改良体を複合的に造成していくものである。
【００６０】
以上のようにして、硬化材噴流の注入部位と注入量を調整操作しながら、造成改良体の径の大きさの６〜８分の１のリング厚で、対象地盤に円筒状に硬化材を注入して円筒状硬化体を造成し、これを複数列造成して地盤の安定化を行うものである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る地盤硬化層造成工法は、上記のように地盤改良体を円筒状改良体として造成すると共に、そのリング厚を造成改良体の径の大きさの６〜８分の１に設定することにより、円柱状改良体の２分の１の硬化材量で７割程度の曲げ剛性を確保でき、極めて有利な剛性断面低減効率の獲得を可能としたもので、軟弱地盤の効率的強化により軟弱な地質のため利用できなかった土地の活用を積極的に押し進めることに利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１      攪拌注入ロッド
１１    攪拌翼
１１Ａ  上段攪拌翼
１１Ｂ  上段攪拌翼
１１Ｄ  下段攪拌翼
１１Ｅ  下段攪拌翼
１１ａ  攪拌翼の取付基部
１１ｂ  攪拌翼の先端部
１２    単軸式小型地盤改良機
１３    注入ロッド軸心
１４    水平方向噴射ノズル
１４ａ  噴射ノズルチップ
１４ｘ  上段翼の噴射ノズル
１４ｙ  下段翼の噴射ノズル
１５    スイベル
１６    攪拌翼の掻爪
１７    拡散防止板
１８    下方側方流路
１９ａ  噴射ノズルチップ
１９ｙ  下部噴射ノズル
２０    下部拡散防止板
２      硬化材圧送路
２ａ    分岐側方流路
２ｂ    分岐側方流路
２１    下方噴射流路
４１    材料供給ホース
Ｇ      対象地盤
Ｍ      ロッド先端のモニター部
Ｗ      造成硬化材層
【図１−１】
2019073914.tif 000003
【図１−２】
2019073914.tif 000004
【図１−３】
2019073914.tif 000005
【図１−４】
2019073914.tif 000006
【図１−５】
2019073914.tif 000007
【図１−６】
2019073914.tif 000008
【図２】
2019073914.tif 000009
【図３】
2019073914.tif 000010
【図４−１】
2019073914.tif 000011
【図４−２】
2019073914.tif 000012
【図４−３】
2019073914.tif 000013
【図５】
2019073914.tif 000014
【図６−１】
2019073914.tif 000015
【図６−２】
2019073914.tif 000016
【図７】
2019073914.tif 000017
【図８】
2019073914.tif 000018
【図９】
2019073914.tif 000019
【図１０】
2019073914.tif 000020
【図１１】
2019073914.tif 000021
【図１２】
2019073914.tif 000022
【図１３】
2019073914.tif 000023