(57)【要約】【課題】地盤改良対象が細粒分含有率Fcの高い地盤であっても、充分な真空吸水機能を確保できる機械攪拌式真空締固め工法、および機械攪拌式真空締固め工法に用いられる攪拌装置を提供する。【解決手段】この機械攪拌式真空締固め工法は、液状化対策の対象とされた砂層Ｇ２へ真空吸水機能を有する攪拌翼１５ａ，１５ｂを回転させながら貫入する工程と、攪拌翼が回転しながら砂層を攪拌する工程と、砂層において攪拌で生じた余剰間隙水を攪拌翼から真空吸引装置１３により吸水する工程と、を含み、攪拌翼が回転するとき攪拌翼の近傍に設けられた土除去装置１６により攪拌翼に付着した土を取り除く。【選択図】図１
2015055101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化対策の対象とされた砂層へ真空吸水機能を有する攪拌翼を回転させながら貫入する工程と、前記攪拌翼が回転しながら前記砂層を攪拌する工程と、前記砂層において前記攪拌で生じた余剰間隙水を前記攪拌翼から真空吸引装置により吸水する工程と、を含み、
前記攪拌翼が回転するとき前記攪拌翼の近傍に設けられた土除去装置により前記攪拌翼に付着した土を取り除くことを特徴とする機械攪拌式真空締固め工法。
【請求項２】
前記攪拌翼は前記真空吸水機能を主に上下面において発揮し、前記土除去装置は前記上下面に付着した土を取り除くことを特徴とする請求項１に記載の機械攪拌式真空締固め工法。
【請求項３】
前記攪拌翼が前記攪拌を行いながら前記液状化対策の対象砂層の下端またはその近傍に達した後、前記吸水を行いながら前記攪拌翼を前記液状化対策の対象砂層の上端またはその近傍まで引き上げる請求項１または２に記載の機械攪拌式真空締固め工法。
【請求項４】
改良対象の地盤内に貫入されて回転軸を中心に回転しながら前記地盤を攪拌するとともに真空吸水機能を有する攪拌翼と、
前記攪拌翼の近傍に設けられて前記攪拌翼に付着した土を取り除く土除去装置と、を備えることを特徴とする機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置。
【請求項５】
前記攪拌翼は前記真空吸水機能を主に上下面において発揮し、前記土除去装置は前記上下面に付着した土を取り除くことを特徴とする請求項４に記載の機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置。
【請求項６】
前記攪拌翼は、前記回転軸方向に短い平板状の形状を有することを特徴とする請求項４または５に記載の機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置。
【請求項７】
前記攪拌翼は、前記回転軸に直交する面から略回転方向に傾斜していることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置。
【請求項８】
前記土除去装置は、前記攪拌翼に接近して配置されて土を掻き取る掻き取り棒を有し、前記掻き取り棒は、前記攪拌翼の回転方向に対して反対方向に回転する請求項４乃至７のいずれか１項に記載の機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置。
【請求項９】
前記土除去装置は、前記攪拌翼に接近して配置されて土を掻き取る掻き取り棒を有し、前記掻き取り棒は固定されている請求項４乃至７のいずれか１項に記載の機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置。
【請求項１０】
前記撹拌翼を回転させる中空構造の回転ロッドを備え、
前記攪拌翼は、前記上下面に配置された吸水部と、前記吸水部の内側に配置された通水部と、を備え、
前記回転ロッドの内部空間と前記攪拌翼の通水部とが連通し、
前記回転ロッドの内部空間を真空吸引することで、前記攪拌翼の吸水部を通して前記攪拌で生じた地盤内の余剰間隙水を吸引する請求項４乃至９のいずれか１項に記載の機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良のための機械攪拌式真空締固め工法、およびこの工法に用いられる攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震時には飽和したゆるい砂層が液状化を起こし、甚大な被害を与えることがある。砂層の液状化対策として、密度増加を図る締固め工法に着目すると、ゆるい砂層に振動を与えて締め固める振動棒締固め工法がある。また、振動時に振動棒の先端付近から吸水する吸水型振動棒締固め工法がある（非特許文献１参照）。後者の工法の利点として次のことが挙げられる。すなわち、ゆるい砂層に振動を与えると、砂層が液状化（構造の破壊）を起こして剛性が低下し、振動が遠方まで伝達しなくなるが、吸水すると、剛性が回復して振動が遠方まで伝達するとともに、砂の構造の再構築がなされて、締固め効果が大きくなる。しかしながら、地盤に振動を与えると、周辺地盤に振動被害を与える恐れがある。
【０００３】
そこで、本発明者の一人が先に他の発明者とともに特願2013-063202において機械攪拌式真空締固め工法を提案した。この工法は、砂層内で、吸水機構付き攪拌翼を回転させるとともに、砂層の上方向に移動させて砂層を全体的に締め固めるものである。この工法の特徴は、攪拌により砂の構造を破壊すること（振動を与えて液状化させることと同じ意味）と、構造破壊時に生じた余剰の間隙水を真空吸水することであり、吸水型振動棒締固め工法と同様の締固め効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「吸水型振動締固め工法」パンフレット（吸水型振動締固め工法協会発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、液状化対策の対象である砂層が細粒分含有率Fcの高い土質であると、吸水機構付き攪拌翼に細粒土が塊状に張り付いて、真空吸水機能が低下してしまい充分な締固め効果が得られないという課題があることが判明した。ちなみに、吸水型振動棒締固め工法においても、その適用はFc10％程度が限界である。
【０００６】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、地盤改良対象が細粒分含有率Fcの高い地盤であっても、充分な真空吸水機能を確保できる機械攪拌式真空締固め工法、および機械攪拌式真空締固め工法に用いられる攪拌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法は、液状化対策の対象とされた砂層へ真空吸水機能を有する攪拌翼を回転させながら貫入する工程と、前記攪拌翼が回転しながら前記砂層を攪拌する工程と、前記砂層において前記攪拌で生じた余剰間隙水を前記攪拌翼から真空吸引装置により吸水する工程と、を含み、前記攪拌翼が回転するとき前記攪拌翼の近傍に設けられた土除去装置により前記攪拌翼に付着した土を取り除くことを特徴とする。
【０００８】
この機械攪拌式真空締固め工法によれば、砂層内において攪拌翼による攪拌で生じた余剰間隙水を攪拌翼から真空吸引により吸水することにより砂層を締め固める際に、回転する攪拌翼に付着した土を土除去装置によって取り除くことで攪拌翼の真空吸水機能が低下せず、充分な真空吸水機能を確保することができる。このため、液状化対策の対象とされた砂層について充分な締固め効果を得ることができる。
【０００９】
上記機械攪拌式真空締固め工法において前記攪拌翼は前記真空吸水機能を主に上下面において発揮し、前記土除去装置は前記上下面に付着した土を取り除くことが好ましい。真空吸水機能を主に発揮する上下面に付着した土を取り除くので、攪拌翼の真空吸水機能が低下せず、充分な真空吸水機能を確保することができる。
【００１０】
なお、前記攪拌翼は、回転軸方向に短い平板状の形状を有することが好ましい。攪拌翼が、たとえば、板状のように、回転軸方向（上下）に短い偏平な形状であることで、上下面の面積が大きく、このため、上下面が充分な真空吸水機能を発揮することができる。
【００１１】
また、前記攪拌翼が前記攪拌を行いながら前記液状化対策の対象砂層の下端またはその近傍に達した後、前記吸水を行いながら前記攪拌翼を前記液状化対策の対象砂層の上端またはその近傍まで引き上げることが好ましい。
【００１２】
本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置は、改良対象の地盤内に貫入されて回転軸を中心に回転しながら前記地盤を攪拌するとともに真空吸水機能を有する攪拌翼と、前記攪拌翼の近傍に設けられて前記攪拌翼に付着した土を取り除く土除去装置と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
この機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置によれば、改良対象の地盤内において攪拌翼による攪拌で生じた余剰間隙水を攪拌翼から真空吸引により吸水することにより地盤を締め固める際に、攪拌翼に付着した土を土除去装置によって取り除くことで攪拌翼の真空吸水機能が低下せず、充分な真空吸水機能を確保することができる。このため、地盤改良の対象とされた地盤について充分な締固め効果を得ることができる。
【００１４】
上記機械攪拌式真空締固め工法用攪拌装置において前記攪拌翼は前記真空吸水機能を主に上下面において発揮し、前記土除去装置は前記上下面に付着した土を取り除くことが好ましい。真空吸水機能を主に発揮する上下面に付着した土を取り除くので、攪拌翼の真空吸水機能が低下せず、充分な真空吸水機能を確保することができる。
【００１５】
また、前記攪拌翼は、前記回転軸方向に短い平板状の形状を有することが好ましい。攪拌翼が、たとえば、板状のように、回転軸方向（上下）に短い偏平な形状であることで、上下面の面積が大きく、このため、上下面が充分な真空吸水機能を発揮することができる。
【００１６】
また、前記攪拌翼は、前記回転軸に直交する面から略回転方向に傾斜していることが好ましい。これにより、地盤内において攪拌翼が上下に移動するとき土の移動を抑制することができる。
【００１７】
また、前記土除去装置は、前記攪拌翼に接近して配置されて土を掻き取る掻き取り棒を有し、前記掻き取り棒は、前記攪拌翼の回転方向に対して反対方向に回転することが好ましい。回転する攪拌翼に対し近接して配置された掻き取り棒がその反対方向に回転することにより、攪拌翼に付着した土を掻き取って効率的に取り除くことができる。
【００１８】
なお、攪拌翼を回転させるロッドが二軸構成である場合、各ロッドに掻き取り棒を他方のロッドの攪拌翼に接近するようにそれぞれ設け、各ロッドの回転方向を反対にすることで、攪拌翼に付着した土を効率的に取り除くことができる。
【００１９】
また、前記土除去装置は、前記攪拌翼に接近して配置されて土を掻き取る掻き取り棒を有し、前記掻き取り棒は固定されていることが好ましい。回転する攪拌翼に対し近接して配置された掻き取り棒が固定されることにより、攪拌翼に付着した土を掻き取って効率的に取り除くことができる。
【００２０】
また、前記撹拌翼を回転させる中空構造の回転ロッドを備え、前記攪拌翼は、前記上下面に配置された吸水部と、前記吸水部の内側に配置された通水部と、を備え、前記回転ロッドの内部空間と前記攪拌翼の通水部とが連通し、前記回転ロッドの内部空間を真空吸引することで、前記攪拌翼の吸水部を通して前記攪拌で生じた地盤内の余剰間隙水を吸引するように構成できる。土除去装置は攪拌翼の上下面のフィルタ部に付着した土を除去する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、地盤改良対象が細粒分含有率Fcの高い砂層等の地盤であっても、充分な真空吸水機能を確保できる機械攪拌式真空締固め工法、および機械攪拌式真空締固め工法に用いられる攪拌装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法を実施するための機械攪拌式真空締固め装置および改良対象の地盤断面を概略的に示す図（ａ）およびそれらの要部を図１（ａ）の方向Ｂから見た概略図（ｂ）である。
【図２】図１の一対のロッド下端の攪拌翼および掻き取り棒を示す側面図である。
【図３】図２の攪拌翼の上面図（ａ）、撹拌翼等を図３（ａ）のB-B線方向に切断してみた断面図（ｂ）および図３（ａ）のc-c線方向に切断してみた断面図（ｃ）である。
【図４】本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法の各工程Ｓ０１〜Ｓ１２を説明するためのフローチャートである。
【図５】図３の攪拌翼貫入工程Ｓ０５から吸水停止工程Ｓ１０までの施工サイクルを説明するためのグラフである。
【図６】図３の攪拌翼に適用可能なプラスチックボードドレイン材（ＰＢＤ）を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図７】図３（ａ）の撹拌翼１５ａの外周面１５ｉを図３（ａ）の方向VIIから見た概略図である。
【図８】細粒分含有率Fcの高い土を真空吸水したときの経過時間と吸引水量との関係を示すグラフである。
【図９】図２，図３の土除去装置１６の別の例を示す図（ａ）およびさらに別の例を示す図（ｂ）である。
【図１０】図２，図３の攪拌翼の別の例を示す上面図（ａ）および図１０（ａ）のXB-XB線方向に切断してみた断面図（ｂ）である。
【図１１】図２，図３の攪拌翼のさらに別の例を示す上面図である。
【図１２】本実験例に使用した実験装置を概略的に示す図であって、実験装置の平面図（ａ）および縦断面図（ｂ）である。
【図１３】図１２の実験装置に用いた真空ポンプ設備を概略的に示す図である。
【図１４】図１２の実験装置に用いた撹拌翼の上面図（ａ）および図１４（ａ）のXIVB-XIVB線方向に切断してみた断面図（ｂ）である。
【図１５】図１２の実験装置に用いた攪拌棒の断面図である。
【図１６】本実験例における経過時間と地表面の沈下量との関係を示す図である。
【図１７】図１のロッドを二重軸構造とし、攪拌翼と掻き取り棒とが互いに反対方向に回転するように構成した例を示す要部縦断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法を実施するための機械攪拌式真空締固め装置および改良対象の地盤断面を概略的に示す図（ａ）およびそれらの要部を方向Ｂから見た概略図（ｂ）である。図２は図１の一対のロッド下端の攪拌翼および掻き取り棒を示す側面図である。図３は図２の攪拌翼の上面図（ａ）、図３（ａ）のB-B線方向に切断してみた断面図（ｂ）および図３（ａ）のc-c線方向に切断してみた断面図（ｃ）である。図４は本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法の各工程Ｓ０１〜Ｓ１２を説明するためのフローチャートである。図５は図３の攪拌翼貫入工程Ｓ０５から吸水停止工程Ｓ１０までの施工サイクルを説明するためのグラフである。なお、図３（ｃ）は、図の横方向を長めに図示している。
【００２４】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、機械攪拌式真空締固め装置１０は、クローラークレーン１１と、クローラークレーン１１に上端が支持され鉛直上下方向に駆動されかつ回転駆動される中空構造の一対のロッド１２ａ，１２ｂと、吸水ホース１４を通して地盤内の間隙水を吸引する真空ポンプなどから構成される真空吸引装置１３と、ロッド１２ａ，１２ｂの下端１２ｃにそれぞれ設けられた真空吸水機能を有する攪拌翼１５ａ，１５ｂと、攪拌翼１５ａ，１５ｂの近傍に設けられた土除去装置１６と、を備える。
【００２５】
機械攪拌式真空締固め装置１０における攪拌装置は、ロッド１２ａ，１２ｂと、攪拌翼１５ａ，１５ｂと、土除去装置１６と、から構成される。土除去装置１６は、図２のように、攪拌翼１５ａ、１５ｂの近傍にその半径方向に延びるように配置された掻き取り棒１６ａ，１６ｂを有する。
【００２６】
すなわち、ロッド１２ａの下端には、攪拌翼１５ａがロッド中心軸に対して直交する方向に取り付けられ、その下方に一対の掻き取り棒１６ａが同じく直交方向に取り付けられている。同様に、ロッド１２ｂの下端には、攪拌翼１５ｂがロッド中心軸に対して直交する方向に取り付けられ、その上方に一対の掻き取り棒１６ｂが同じく直交方向に取り付けられている。掻き取り棒１６ａ，１６ｂは、棒状部材であり、たとえば、鉄鋼材料等の金属材料からなる丸棒、角棒、型鋼、円筒管、平板などから、または、これらの組み合わせから構成できる。
【００２７】
ロッド１２ａの攪拌翼１５ａは、となりのロッド１２ｂの一対の掻き取り棒１６ｂの間に延びるように配置されている。同様に、ロッド１２ｂの攪拌翼１５ｂは、となりのロッド１２ａの一対の掻き取り棒１６ａの間に延びるように配置されている。換言すると、一対の掻き取り棒１６ａ，１６ｂは、互いにとなりのロッド１２ｂ，１２ａの攪拌翼１５ｂ、１５ａへと接近して攪拌翼１５ｂ，１５ａを上下に挟むようにして配置されている。
【００２８】
ロッド１２ａは、回転方向Ｒに回転駆動され、ロッド１２ｂは、回転方向Ｒと反対の回転方向Ｒ’に回転駆動される。このため、攪拌翼１５ａ、１５ｂが回転駆動されると、掻き取り棒１６ａ、１６ｂも互いに反対方向に回転する。このため、掻き取り棒１６ａ、１６ｂは、反対方向に回転する攪拌翼１５ｂ、１５ａの表面に付着した土を掻き取って除去することができる。
【００２９】
攪拌翼１５ａは、図３（ａ）〜（ｃ）のように、上面１５ｅおよび下面１５ｆを有する板状に構成され、ロッド１２ａの回転軸方向（上下）に短くその横方向に長い形状であることで、上下面１５ｅ，１５ｆの面積が大きくなっている。攪拌翼１５ａはその中心のロッド１２ａを回転軸として回転駆動される。
【００３０】
攪拌翼１５ａは、図３（ａ）〜（ｃ）のように、上下方向の中央に配置された鋼板１５ｇと、側面に配置された補強用鋼板１５ｈと、ロッド１２ａのある中心領域を補強するよう幅方向に延びて上下に帯状に配置された補強用鋼板１５ｊ、１５ｋと、を有し、鋼板１５ｇ、１５ｈとにより構成された上下の枠内に通水部２２が配置され、通水部２２を覆うようにフィルタ部２３が配置されている。
【００３１】
撹拌翼１５ａの通水部２２は、たとえば、図６に示すように、内部に波型断面の補強材２１が収容された薄型角筒状の多孔質材からなる芯材から構成される。フィルタ部２３は、目詰まりを防止するために通水部２２の外周を被覆するように設けられた不織布等からなり、吸水可能となっている。芯材は多孔質であり吸水部を構成するとともに、芯材の内部には通水部２２として水が流れる通路２２ａが形成される。すなわち、図３（ａ）〜（ｃ）のように、撹拌翼１５ａの通水部２２には、補強材２１により通水路２２ａが中心のロッド１２ａに向けて形成され、通水部２２の上下面にフィルタ部２３が位置する。このように、撹拌翼１５ａは、通水部２２、吸水部およびフィルタ部２３により、上面１５ｅおよび下面１５ｆが真空吸水機能を有する吸水面になっている。
【００３２】
なお、実際の施工においては、不織布等からなるフィルタ部２３を保護するために、攪拌翼１５ａ、１５ｂの外面全体に金網などを巻くことが好ましい。また、吸水部、通水部２２およびフィルタ部２３は、たとえば、地盤の鉛直方向に打設されて内部を減圧することで地盤中の水を排水するようにした真空圧密地盤改良工法に適用されるプラスチックボードドレイン材（ＰＢＤ）を使用することができる。
【００３３】
攪拌翼１５ａは、図３（ａ）〜（ｃ）、図６のように、通水部２２の内部の通路２２ａと、ロッド１２ａの孔１２ｅを介して、ロッド１２ａの内部空間１２ｄとが連通する構造になっている。
【００３４】
攪拌翼１５ａは、図３（ａ）のように、ロッド１２ａを挟んで領域Ｗ，Ｖに分割されて構成されるが、領域Ｗ，Ｖは、略回転方向Ｒに向けて水平面から所定の傾斜角で傾斜している。すなわち、撹拌翼１５ａの外周面１５ｉを図３（ａ）の方向VIIから見た図７に示すように、領域Ｗ（実線）は、図７の左から右へと水平面ｈから下向きに角度θだけ傾斜し、領域Ｖ（破線）は、図７の右から左へと水平面ｈから下向きに角度θだけ傾斜している。なお、水平面ｈは、ロッド１２ａが鉛直方向に配置されれば、ロッド１２ａに直交する面と同義である。
【００３５】
攪拌翼１５ａの幅（図３（ａ）の縦方向長さ）が広くなると、地盤内において攪拌翼１５ａを上下方向に移動させる際に周囲の土が上下方向に押されて移動する可能性があり、かかる土の移動を極力防止するために攪拌翼１５ａを水平面から傾斜角θで取り付ける必要がある。ここで、土の移動防止のための傾斜角θは次の式(1)から求めることができる。
θ＝tan-1(V/（R×4r)）                (1)
ただし、V：引き抜き速度、R：回転速度、r：攪拌翼の半径である。
【００３６】
真空吸引装置１３により吸水ホース１４を通してロッド１２ａの内部空間１２ｄが減圧されることで、攪拌翼１５ａの上下面１５ｅ，１５ｆにおいてフィルタ部２３，通水部２２，および通路２２ａを通して地盤内の間隙水が図３（ｂ）の方向ａに吸引される。吸引された間隙水は、ロッド１２ａの内部空間１２ｄを矢印方向ｂに流れ、吸水ホース１４を通して外部へ排出される。攪拌翼１５ｂも図３（ａ）〜（ｃ）、図６、図７と同様の構造であり、同様にして間隙水を吸引する。
【００３７】
次に、図１〜図５を参照して本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法の各工程について説明する。
【００３８】
まず、対象の地盤について液状化対策が必要であるか否かを調査する（Ｓ０１）。すなわち、対象地盤において、土質調査（標準貫入試験、粒度試験など）を行い、この土質調査の結果（Ｎ値や粒度分布など）から、各砂層の液状化の可能性について判定をする。その結果、たとえば、図１のように、対象地盤Ｇにおいて、上部から順に、液状化対策を必要としない砂層Ｇ１，液状化対策が必要な飽和したゆるい砂層Ｇ２，硬い砂層Ｇ３が存在すると判定された場合には、飽和したゆるい砂層Ｇ２に対して締固めを行う。
【００３９】
たとえば、図１，図５に示すように、液状化対策が必要な砂層Ｇ２は、深度３〜９ｍの範囲に存在するとして説明する。なお、すでになされた土質調査等により液状化対策の必要性の有無等が判断されている場合には、この調査工程は省略される。
【００４０】
図１のような機械攪拌式真空締固め装置１０を用意し、機械攪拌式真空締固めの準備を行い（Ｓ０２）、クローラークレーン１１等を改良対象地盤面に設置する（Ｓ０３）。
【００４１】
次に、二連のロッド１２ａ，１２ｂをクローラークレーン１１の上部に取り付ける（Ｓ０４）。ロッド１２ａ，１２ｂの下端１２ｃには攪拌翼１５ａ，１５ｂおよび掻き取り棒１６ａ，１６ｂが取り付けられる。
【００４２】
次に、クローラークレーン１１によりロッド１２ａ，１２ｂを回転させながら鉛直方向下側へ駆動し、ロッド１２ａ，１２ｂの下端（先端）の攪拌翼１５ａ，１５ｂを回転させながら地盤Ｇ内へと、たとえば、図５のように１ｍ／分程度の貫入速度で貫入させる（Ｓ０５）。攪拌翼１５ａ，１５ｂの回転とともに掻き取り棒１６ａ、１６も回転する。
【００４３】
攪拌翼１５ａ，１５ｂが、液状化対策の対象とされた砂層Ｇ２の上端（図５の深度３ｍ）から図１，図２の回転方向Ｒ，Ｒ’に掻き取り棒１６ａ、１６とともに回転しながら貫入することで砂層Ｇ２内を機械的に攪拌する（Ｓ０６）。かかる機械攪拌により砂層Ｇ２における砂の構造を破壊し液状化を発生させ、この破壊時に余剰間隙水が生じる。
【００４４】
次に、攪拌翼１５ａ，１５ｂが砂層Ｇ２の下端（図５の深度９ｍ）に達する（Ｓ０７）と、攪拌翼１５ａ，１５ｂの回転方向を反転させて回転させながらロッド１２ａ，１２ｂを引き上げるとともに、真空吸引装置１３を稼動させて、攪拌翼１５ａ，１５ｂの上下面１５ｅ，１５ｆを通して砂層Ｇ２から生じた余剰間隙水の真空吸水を行う（Ｓ０８）。これにより、砂層Ｇ２の締め固めが行われる。
【００４５】
攪拌翼１５ａ，１５ｂをたとえば、図５のように引き上げ速度１ｍ／分程度として引き上げ、攪拌翼１５ａ，１５ｂが砂層Ｇ２の上端（図５の深度３ｍ）に達する（Ｓ０９）と、真空吸引装置１３の稼働を止め、吸水を停止する（Ｓ１０）。
【００４６】
引き続き、ロッド１２ａ，１２ｂの駆動により攪拌翼１５ａ，１５ｂを地盤面上まで引き上げる（Ｓ１１）。砂層Ｇ２に対する締め固めにより地盤面が沈下しているので、必要に応じて、地盤面に砂を投入する（Ｓ１２）。
【００４７】
本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法によれば、液状化対策の対象とされた飽和したゆるい砂層Ｇ２の中に真空吸水機能を持つ攪拌翼１５ａ，１５ｂを回転させながら貫入させ、攪拌翼１５ａ，１５ｂが対象の砂層Ｇ２の下端に達すると、真空吸引装置１３の稼動による真空吸水を行いながら、攪拌翼１５ａ，１５ｂを対象の砂層Ｇ２の上端まで引き上げることで、攪拌翼１５ａ，１５ｂによる機械攪拌で砂の構造を破壊した時（液状化の発生時）に生じる余剰間隙水を真空吸水し、これにより、飽和したゆるい砂層Ｇ２を十分に締め固めることができる。
【００４８】
また、真空吸水機能を有する攪拌翼を用いることで吸水工程の実施が容易となり、施工コスト的にも有利であることから、経済的な液状化対策が可能である。
【００４９】
本実施形態では、真空吸水を併用することで、吸水RC工法と同等の締固め効果を得ることができ、締固め効果を向上させることができる。また、砂の構造を破壊するために、振動ではなく、機械攪拌を用いることにより改良対象地盤に振動を与える必要がないから、周辺区域に好ましくない振動を与えずに締め固めによる地盤改良施工を実施することができる。
【００５０】
本実施形態において、図１，図２のように、攪拌翼１５ａ，１５ｂに付着した土を取り除くための土除去装置１６として掻き取り棒１６ａ、１６ｂを攪拌翼１５ａ，１５ｂの上下に設置することで、攪拌翼１５ａ、１５ｂが回転駆動されている間に掻き取り棒１６ａ、１６ｂも攪拌翼１５ｂ、１５ａと反対方向に回転し、攪拌翼１５ａ、１５ｂと掻き取り棒１６ｂ、１６ａとがそれぞれ交差し重なり合うたびに、攪拌翼１５ａ，１５ｂに付着した土を掻き取って取り除くことができる。
【００５１】
攪拌翼１５ａ，１５ｂに付着した土を取り除くことの効果について図８を参照して説明する。細粒分含有率Fcの高い土を真空吸水すると、その経過時間と吸引水量との関係は、図８の実線のようになり、時間の経過とともに吸水率（＝吸引水量／単位時間）が低下する。この原因は、攪拌翼１５ａ，１５ｂの上下面（吸水面）１５ｅ，１５ｆに細粒土が吸い寄せられて付着し、脱水した土の層厚が次第に大きくなるからである。この付着した細粒土を図８の経過時間ａの時点で除去すると、時間と吸引水量との傾き（＝吸水率）が図８の破線で示すようになり、初期のように増加し、吸水効果が元に戻る。その後、さらに経過時間ｂの時点で付着した細粒土を除去すると、図８の破線のようになり、吸水率が初期のように増加し、実線で示す除去なしの場合（時間ｂで除去せず）よりも大きく、吸水効果が元に戻る。
【００５２】
上述のように、細粒分含有率Fcの高い地盤の場合、真空吸引中に攪拌翼１５ａ，１５ｂの上下面（吸水面）１５ｅ，１５ｆに細粒土が付着してしまい、真空吸水機能が低下してしまうが、攪拌翼１５ａ，１５ｂの上下面（吸水面）１５ｅ，１５ｆに付着した細粒土を掻き取り棒１６ｂ、１６ａにより取り除くことで、攪拌翼１５ａ、１５ｂの真空吸水機能が低下せずに良好に維持される。したがって、攪拌翼１５ａ、１５ｂを通した吸水機能を充分に確保できる。
【００５３】
特に、本実施形態の攪拌翼１５ａ，１５ｂは、主に上下面１５ｅ，１５ｆが真空吸水機能を発揮し、上下面１５ｅ，１５ｆの面積が側面や外周面の面積よりもはるかに大きいので、吸水面の面積が大きく、充分な真空吸水機能を発揮することができる。このように面積が大きく真空吸水機能を発揮する上下面１５ｅ，１５ｆに付着した土を全面的に効率的に取り除くことができるので、攪拌翼１５ａ，１５ｂの真空吸水機能が低下せず、充分な真空吸水機能を確保することができる。
【００５４】
また、攪拌翼１５ａ，１５ｂに代えてパイプ状の攪拌棒とすることもできるが、棒構造の場合、攪拌棒の外周面に円周方向に均一に孔を設けると、攪拌棒の上下の孔に付着した土しか取り除くことができず、特に、細粒分含有率Fcの高い砂の場合にこの傾向が顕著となって、攪拌棒の上下の直線部分のみしか真空吸水しなくなり、充分な締固め効果が得られない場合があるが、本実施形態の面構造によれば、攪拌翼１５ａ、１５ｂの吸水面（上下面１５ｅ、１５ｆ）の全面から付着した土を取り除くので、かかる問題点が発生せず、このため、細粒分含有率Fcの高い地盤に対しても有効である。
【００５５】
次に、図２，図３の土除去装置１６の別の例について図９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図１，図２の土除去装置１６は、攪拌翼１５ａ、１５ｂに対し掻き取り棒１６ａ、１６ｂを水平に配置したが、図９（ａ）の例は、その掻き取り棒１６ａ、１６ｂの攪拌翼１５ａ、１５ｂに向いた側に、鋼線や硬質ゴム等からなる可撓性のある線状物から構成される突起物１６ｃを設けたものである。掻き取り棒１６ａ，１６ｂが攪拌翼１５ｂ，１５ａと交差し重なり合うたびに、突起物１６ｃが攪拌翼１５ａ、１５ｂの表面を撫でることで、表面に付着した土を効率的に取り除くことができる。この掻き取り棒に突起物を設ける構造は、たとえば、掻き取り棒と攪拌翼とが交差するときのクリアランスを確保できない（クリアランスが大きくなる）場合に好適である。
【００５６】
図９（ｂ）の例は、攪拌翼１５ａの表面付近を、傾斜面を有する掻き取り部材１６ｄが移動して攪拌翼１５ａの表面から付着土を取り除くようにしたものである。掻き取り部材１６ｄにより、取り除いた土が下方向ｖに押しつけられることで地盤に鉛直力が作用し締固め効果の増加が期待できる。
【００５７】
図１〜図３では、攪拌翼１５ａ、１５ｂを連結した二連のロッド１２ａ，１２ｂは、それぞれ互いに反対方向に回転する単軸構造であるが、ロッドを二重軸構造とし、そのロッドに連結した攪拌翼と掻き取り棒とが互いに反対方向に回転するように構成した例について図１７を参照して説明する。図１７は、図１のロッドを二重軸構造とし、攪拌翼と掻き取り棒とが互いに反対方向に回転するように構成した例を示す要部縦断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。なお、攪拌翼３５と掻き取り棒３６は、図１７（ａ）では重なった状態で示され、図１７（ｂ）では位相が９０度ずれた状態で示されている。
【００５８】
図１７（ａ）（ｂ）に示すように、ロッド３０は、内管軸３１ａと、その外側に配置された外管軸３１ｂと、を有する二重軸構造となっている。内管軸３１ａの下端には攪拌翼３５が連結され、外管軸３１ｂの下端には掻き取り棒３６が連結されている。攪拌翼３５は、図３（ａ）（ｂ）と同様の構成で、通水部２２、吸水部およびフィルタ部２３により、上面１５ｅおよび下面１５ｆが真空吸水機能を有する吸水面になっている。掻き取り棒３６は、攪拌翼３５の上下において攪拌翼３５に接近する棒構造となっている。
【００５９】
ロッド３０は、図１と同様にクローラークレーン１１に取り付けられ、真空吸引装置１３により吸水ホース１４を通してロッド３０の内管軸３１ａの内部空間３１ｃが減圧されることで、攪拌翼３５の上下面（吸水面）を通して地盤内の間隙水を吸引する。
【００６０】
ロッド３０は、内管軸３１ａがモータ（図示省略）の回転軸と連結し、回転方向Ｒに回転駆動され、外管軸３１ｂがモータ（図示省略）の回転軸と公知の反転歯車機構（図示省略）を介して連結し、回転方向Ｒとは反対方向Ｒ’に回転駆動されるように構成される。ロッド３０は、内管軸３１ａの回転により攪拌翼３５を回転させ、地盤中において砂層を攪拌するとともに、その反対方向に回転する掻き取り棒３６により、攪拌翼３５に付着した土が掻き取られて除去される。
【００６１】
また、図１７（ａ）（ｂ）において、掻き取り棒３６は必ずしも回転する必要がなく、ロッド３０は、反転歯車機構（図示省略）を省略し、外管軸３１ｂが固定される構造であってもよい。すなわち、内管軸３１ａがモータ（図示省略）により回転駆動されるが、外管軸３１ｂが固定されることで掻き取り棒３６が固定され、攪拌翼３５が回転し、固定された掻き取り棒３６と交差するたびに、攪拌翼３５に付着した土が掻き取られて除去される。
【００６２】
なお、図１７のロッド３０は、図１のクローラークレーン１１に単数取り付けてよいが、複数取り付けてもよく、複数のロッド３０を用いることで施工効率が向上する。
【００６３】
次に、図２，図３の攪拌翼１５ａ，１５ｂの別の例について図１０（ａ）（ｂ），図１１を参照して説明する。図１０（ａ）（ｂ）の攪拌翼２５ａは、上下に配置された鋼板２５ｂと外周面に配置された鋼板２５ｄと側面に配置された鋼板２５ｄ’とを備えて内部が空洞の箱状に構成されている。鋼板２５ｂは上下面に多数の孔２５ｅが形成されて吸水部を構成する。また、内部の空洞が通水部２５ｃを構成し、通水部２５ｃは、ロッド１２ａの内部空間１２ｄに連通している。鋼板２５ｂの上下面には、不織布等からなるフィルタ部２５ｆが配置されている。図１０（ａ）（ｂ）の攪拌翼２５ａによれば、図１の真空吸引装置１３により吸水ホース１４を通してロッド１２ａの内部空間１２ｄが減圧されることで、攪拌翼２５ａの上下面１５ｅ，１５ｆからフィルタ部２５ｆ、多数の孔２５ｅ、通水部２５ｃを通して地盤内の間隙水を吸引する。
【００６４】
図３（ａ），図１０（ａ）の攪拌翼１５ａ、２５ａは、所定幅でロッド１２ａから半径方向に延び、かつ、その180度反対方向にも延びて180度間隔で取り付けた２つの攪拌翼構成を有する。これに対し、図１１の攪拌翼２５ｅは、所定幅でロッド１２ａから半径方向に延び、その90度、180度、270度の方向にも延びて90度間隔で取り付けた４つの攪拌翼構成（十字状の平面構成）を有し、その内部構成は図１０（ｂ）とほぼ同様の構成である。図１１の攪拌翼２５ｅによれば、攪拌翼における吸水面（上下面１５ｅ，１５ｆ）の面積が増えて真空吸水機能が増す。
【００６５】
〈実験例〉
次に、本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法について実験によりその効果を確認した。
【００６６】
実験装置を図１２（ａ）（ｂ）に示す。図１２（ａ）（ｂ）の直径30cm×高さ1mの円筒容器内に、細粒分含有率Fc30％の細粒土を含む珪砂による砂層を水中落下方式で、相対密度Dr=60％、高さ80cmで作製した。次に、砂層上面に海成粘土を置き、負圧シール層を形成した。砂の締固めは、真空吸水機能付き攪拌翼に近接して掻き取り棒を固定して配置した。
【００６７】
本実験例に用いた攪拌翼の構造を図１４（ａ）（ｂ）に示す。この攪拌翼は、片側の長さが100mmで、3mm厚さの鋼板に幅100mm×奥行き100mm×厚さ3.9mmの図６と同様のプラスチックボードドレイン材(PBD)を上下面に貼り付けたものである。攪拌翼の傾斜角θ（図7）を1.5度とした。また、本実験例では比較のために、攪拌棒を用いて同様の実験を行った。攪拌棒は、図１５のように、片側の長さが100mmで外径22mmの中空円筒棒(内径16mm)に、直径7.5mmの孔を開孔率18％で開け、外側に織布を巻いたものである。
【００６８】
真空吸水機能付き攪拌翼と掻き取り棒を回転させて、砂層の下端位置まで貫入させた。攪拌翼が下端に達すると、攪拌翼を反転させて上昇させ、その時同時に、図１３の真空ポンプ設備を作動させて、砂層からの真空吸水を開始した。この上昇過程においては砂の構造の破壊と余浄水の吸引および固定された掻き取り棒による攪拌翼に付着した砂の取り除きが同時に行われるので、砂は締め固まる。攪拌翼が砂層の上端に達すると、真空吸引を停止した。真空吸水には-60kN/m2の負圧を作用させた。本実験における羽切り回数T（回/m）は、200回/mであり、実験条件は、M：攪拌翼の個数＝2、R：回転速度＝15回/分、V：引き抜き速度＝0.15m/分である。羽切り回数Tは、次式(2)から求めることができる。
T=M×(R/V）                (2)
【００６９】
上記実験において所定の経過時間毎に地表面の沈下量を測定した。図１４の面構造の攪拌翼の場合と棒構造の攪拌棒の場合について沈下量の比較結果を図１６に示す。図１６の結果から次のことが判明した。
(1)攪拌棒（棒構造）と攪拌翼（面構造）の場合の経過時間と沈下量とを雌グラフを比較すると、攪拌棒ではほとんど吸水できなかったのに対し、面構造の攪拌翼では十分な吸水効果を得ることができた。
(2)攪拌翼を用いた実験での沈下量（8cm沈下時）から締固め後の相対密度Drを求めると、Dr=92％となり、通常の液状化対策において相対密度Drは80％以上が必要と考えられるので、十分な締固め効果を得ることができた。
【００７０】
なお、本発明による機械攪拌式真空締固め工法の施工に際しては、上記羽根切り回数を数段階に変更した現地試験施工を実施し、羽根切り回数と地表面の沈下体積（形状）および吸引水量（排水量）との関係を把握して最適の羽根切り回数を設定することが望ましい。この試験施工を実施することにより、細粒分含有率Fcが高い砂層に対しても十分な締固め効果を得ることができる。
【００７１】
また、本発明によれば、細粒分含有率Fcが30％というFcの高い砂層についても、吸水効率が低下せずに充分な締め固め効果を得ることができるので、図４の土質調査において細粒分含有率Fcが高いと判定された場合には、本発明の適用が効果的であり、また、Fcが10％程度の場合には、本発明の撹拌翼または攪拌棒のいずれかを選択することができる。
【００７２】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、機械攪拌式真空締固め工法は、通常、複数軸（複数ロッド）で施工することが多く、本実施形態では二軸としたが、これ以上であってもよい。
【００７３】
また、撹拌翼の構成は、図３，図１０，図１１に限定されず、他の構成であってもよく、たとえば、プロペラ形状であってもよい。すなわち、撹拌翼を回転方向に切断して見た断面が回転軸方向（上下）に短い略楕円形状や略長円状になるよう構成し、撹拌翼全体を鉄鋼等の金属材料製のスクリーン兼用のリブから構成し、不織布等からなるフィルタ部で覆うようにしてもよい。この場合、撹拌翼の内部に多孔の管等を支持部材として配置してもよい。
【００７４】
また、本実施形態では、攪拌翼が貫入されて砂層を攪拌しながら改良対象の砂層の下端に達してから真空吸水を開始したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、攪拌翼が砂層の下端に達する前から真空吸水を開始してもよい。
【００７５】
また、本実施形態では、改良対象の砂層の上端に達してから真空吸水を停止したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、砂層の上端に達する前に真空吸水を停止してもよい。
【００７６】
なお、本明細書において、改良対象の砂層の上端、下端に達するとは、上端、下端の近傍に達することも含む。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 機械攪拌式真空締固め装置
１１ クローラークレーン
１２ａ，１２ｂ ロッド
１３ 真空吸引装置
１５ａ，１５ｂ 攪拌翼
１５ｅ 上面（吸水面）
１５ｆ 下面（吸水面）
１６ 土除去装置
１６ａ，１６ｂ 掻き取り棒
１６ｃ 突起物
１６ｄ 掻き取り部材
２２ 通水部
２３ フィルタ部
２５ａ，２５ｅ 攪拌翼
２５ｂ 吸水部
２５ｃ 通水部
３５ 撹拌翼
３６ 掻き取り棒
Ｇ 対象地盤
Ｇ２ 液状化対策の必要な飽和したゆるい砂層
Ｒ 回転方向
Ｒ’ 回転方向Ｒと反対の回転方向
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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