(57)【要約】【課題】軟弱地盤の表層部又は深度方向における中間層部を均一な品質の固化地盤に改良する地盤改良装置及び地盤の改良工法を提供すること。【解決手段】地中に貫入及び引上げされる基部１と、基部１に対して鉛直方向に摺動可能に且つ基部１の前後方向における一方の側部に設置される可動部２、３と、地上から供給される固化材を地中に吐出する固化材吐出口と、基部１に付設される鉛直方向に所定のピッチで左右方向に延出する第１攪拌両翼１２と、可動部２、３に付設される鉛直方向に所定のピッチで第１攪拌両翼１２と同じ方向に延出する第２攪拌両翼２２、第３攪拌両翼３２と、可動部２、３を基部１に対して所定のストロークで往復上下動させ、第１攪拌両翼１２、第２攪拌両翼２２及び第３攪拌両翼３２により地盤にせん断力を与えて地中攪拌を行なう地盤改良装置１０。【選択図】図１
2008169602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に所定の長さを有し地中に貫入及び引上げされる基部と、
鉛直方向に所定の長さを有し該基部に対して鉛直方向に摺動可能に且つ該基部の前後方向における一方の側部に設置される可動部と、
地上から供給される改良材を地中に吐出する改良材吐出口と、
該基部に付設される鉛直方向に所定のピッチで左右方向に延出する第１攪拌両翼と、
該可動部に付設される鉛直方向に所定のピッチで該第１攪拌両翼と同じ方向に延出する第２攪拌両翼と、
該可動部を該基部に対して所定のストロークで往復上下動させ、該第１攪拌両翼と該第２攪拌両翼間の地盤にせん断力を与える可動部駆動手段と、
を備えることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
鉛直方向に所定の長さを有し該基部に対して鉛直方向に摺動可能に且つ該基部の前後方向における他方の側部に設置される第２可動部と、
該第２可動部に付設される鉛直方向に所定のピッチで該第１攪拌両翼と同じ方向に延出する第３攪拌両翼と、
該第２可動部を該基部に対して所定のストロークで往復上下動させ、該第１攪拌両翼と該第３攪拌両翼間の地盤にせん断力を与える第２可動部駆動手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の地盤改良装置。
【請求項３】
鉛直方向に所定の長さを有し地中に貫入及び引上げされる基部と、
鉛直方向に所定の長さを有し基部に対して鉛直方向に摺動可能に且つ該基部の前後方向における両側部にそれぞれ設置される第１可動部及び第２可動部と、
地上から供給される改良材を地中に吐出する改良材吐出口と、
該第１可動部に付設される鉛直方向に所定のピッチで左右方向に延出する第２攪拌両翼と、
該第２可動部に付設される鉛直方向に所定のピッチで該第２攪拌両翼と同じ方向に延出する第３攪拌両翼と、
該第１可動部及び第２可動部を該基部に対して所定のストロークでそれぞれ往復上下動させ、該第１攪拌両翼と該第２攪拌両翼間及び該第１攪拌両翼と該第３攪拌両翼間のそれぞれの地盤にせん断力を与える第１可動部駆動手段及び第２可動部駆動手段と、
を備えることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項４】
前記基部の下端部には、水平掘進方向に対して転がるような方向に回転するローラを、更に設置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤改良装置。
【請求項５】
前記改良材吐出口は、深度方向の下方、水平掘進方向の前方及び後方の３方向の中、少なくとも一方向に改良材が吐出するように設置されることを特徴とする請求項１又は３記載の地盤改良装置。
【請求項６】
請求項１の地盤改良装置の基部を地盤に貫入し、地表から又は所定の深度から地盤中に改良材を吐出し、該改良材を吐出しつつ該可動部を該基部に対して所定のストロークで往復上下動させ、該第１攪拌両翼と該第２攪拌両翼により地盤にせん断力を与えてほぐしつつ、該改良材と攪拌混合する工程を有することを特徴とする地盤の改良工法。
【請求項７】
前記地盤と改良材を攪拌混合しながら、該地盤改良装置を水平掘進方向に前進させることを特徴とする請求項６記載の地盤の改良工法。
【請求項８】
前記地盤改良装置を水平掘進方向に前進させながら、該基部を鉛直方向又は斜め方向に昇降させて更に地盤を攪拌することを特徴とする請求項７記載の地盤の改良工法。
【請求項９】
請求項３の地盤改良装置の基部を地盤に貫入し、地表から又は所定の深度から地盤中に改良材を吐出し、該改良材を吐出しつつ該第１可動部及び第２可動部を該基部に対してそれぞれ同期又は同期させることなく所定のストロークで往復上下動させ、該第２攪拌両翼と該第３攪拌両翼により地盤にせん断力を与えてほぐしつつ、該改良材と攪拌混合する工程を有することを特徴とする地盤の改良工法。
【請求項１０】
前記地盤と改良材を攪拌混合しながら、該地盤改良装置を水平掘進方向に前進させることを特徴とする請求項９記載の地盤の改良工法。
【請求項１１】
前記地盤改良装置を水平掘進方向に前進させながら、該基部を鉛直方向又は斜め方向に昇降させて更に地盤を攪拌することを特徴とする請求項１０記載の地盤の改良工法。
【請求項１２】
請求項１の地盤改良装置の基部の下端部に、水平掘進方向に対して転がるような方向に回転するローラを更に設置した地盤改良装置を用い、該基部を地盤に貫入し、地表から又は所定の深度から地盤中に改良材を吐出し、該改良材を吐出しつつ該可動部を該基部に対して所定のストロークで往復上下動させ、該第１攪拌両翼と該第２攪拌両翼により地盤にせん断力を与えてほぐしつつ、該改良材と攪拌混合し、ローラを回転させながら、該地盤改良装置を水平掘進方向に前進させることを特徴とする地盤の改良工法。
【請求項１３】
請求項３の地盤改良装置の基部の下端部に、水平掘進方向に対して転がるような方向に回転するローラを更に設置した地盤改良装置を用い、該基部を地盤に貫入し、地表から又は所定の深度から地盤中に改良材を吐出し、該改良材を吐出しつつ該第１可動部及び第２可動部を該基部に対してそれぞれ同期又は同期させることなく所定のストロークで往復上下動させ、該第２攪拌両翼と該第３攪拌両翼により地盤にせん断力を与えてほぐしつつ、該改良材と攪拌混合し、ローラを回転させながら、該地盤改良装置を水平掘進方向に前進させることを特徴とする地盤の改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤の表層部又は深度方向における中間層部を均一な品質の固化地盤に改良するか、あるいは汚染地盤を浄化する地盤改良装置及び地盤の改良工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
干潟、浚渫埋め立て地などの軟弱地盤の表層部の地盤改良工法として、セメントミルクなどの固化材を軟弱地盤と攪拌混合して、該混合物を固化させることにより地盤の土質を改良する地盤改良工法がある。
【０００３】
このような地盤改良工法としては、作業機側に取着するための取着手段と、攪拌手段と、を備え、上記攪拌手段は、上部回転軸と、下部回転軸と、上記両回転軸間に設けてある中間部材と、上記両回転軸間に所要間隔を設けて並設してある無端状の搬送チェーンと、該搬送チェーン間に架設されており、かつ搬送方向に所要間隔で設けてある攪拌部材と、上記搬送チェーンを駆動させる駆動手段と、を備える軟弱地盤攪拌機を用いて軟弱な地盤を土質改良する地盤改良工法が知られている（特開平０９−１４３９８０号公報）。この地盤改良工法によれば、攪拌時において搬送チェーンの脱落の危険性がなく、かつ攪拌抵抗を減少させることで攪拌効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開平０９−１４３９８０号公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の軟弱地盤攪拌機は、チェーンを一方向に走行させるだけで、地盤を強制的にせん断するものではない。このため、均一な攪拌混合を行なうには、十分な時間をかける必要があった。また、深度方向全体の攪拌を行なうため、深度方向における中間層部の改良を行なうことはできなかった。なお、深度方向における中間層部を改良する工法とは、例えば、表層部は改良を行なわず、表層部以下の所定深度について改良を行ない、その後、表層部の土砂を撤去して改良された凹部地盤を得るような工法を言う。
【０００５】
また、近年、揮発性有機塩素化合物（ＶＯＣ）を含む汚染土壌を浄化する方法として、汚染地盤に金属触媒を添加し、金属触媒による還元分解反応により、低分子量のエチレンガスやアセチレンガスと分解し、最終的には炭酸ガスへと分解する方法が採用されている。このような汚染土壌の浄化工法においても、地盤に強制的な攪拌混合を与える地盤改良装置の開示が望まれていた。
【０００６】
従って、本発明の目的は、地盤を強制的なせん断力により攪拌混合するることができ、地盤の表層部又は深度方向における中間層部を均一な品質の改良地盤に改良する地盤改良装置及び地盤の改良工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、従来の攪拌プレートを取り付けたチェーンを上下方向に循環走行させる攪拌混合機構とは全く異なり、一対の攪拌両翼を相対的に往復上下動させることで地盤に強制的なせん断力を与えるような装置を使用すれば、軟弱地盤の表層部あるいは深度方向における中間層部を均一な品質の改良地盤に改良することができることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明（１）は、鉛直方向に所定の長さを有し地中に貫入及び引上げされる基部と、鉛直方向に所定の長さを有し該基部に対して鉛直方向に摺動可能に且つ該基部の前後方向における一方の側部に設置される可動部と、地上から供給される改良材を地中に吐出する改良材吐出口と、該基部に付設される鉛直方向に所定のピッチで左右方向に延出する第１攪拌両翼と、該可動部に付設される鉛直方向に所定のピッチで該第１攪拌両翼と同じ方向に延出する第２攪拌両翼と、該可動部を該基部に対して所定のストロークで往復上下動させ、該第１攪拌両翼と該第２攪拌両翼間の地盤にせん断力を与える可動部駆動手段と、を備える地盤改良装置を提供するものである。
【０００９】
また、本発明（２）は、鉛直方向に所定の長さを有し地中に貫入及び引上げされる基部と、鉛直方向に所定の長さを有し基部に対して鉛直方向に摺動可能に且つ該基部の前後方向における両側部にそれぞれ設置される第１可動部及び第２可動部と、地上から供給される改良材を地中に吐出する改良材吐出口と、該第１可動部に付設される鉛直方向に所定のピッチで左右方向に延出する第２攪拌両翼と、該第２可動部に付設される鉛直方向に所定のピッチで該第２攪拌両翼と同じ方向に延出する第３攪拌両翼と、該第１可動部及び第２可動部を該基部に対して所定のストロークでそれぞれ往復上下動させ、該第１攪拌両翼と該第２攪拌両翼間及び該第１攪拌両翼と該第３攪拌両翼間のそれぞれの地盤にせん断力を与える第１可動部駆動手段及び第２可動部駆動手段と、を備える地盤改良装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明（３）は、前記（１）の地盤改良装置の基部を地盤に貫入し、地表から又は所定の深度から地盤中に改良材を吐出し、該改良材を吐出しつつ該可動部を該基部に対して所定のストロークで往復上下動させ、該第１攪拌両翼と該第２攪拌両翼により地盤にせん断力を与えてほぐしつつ、該改良材と攪拌混合する工程を有する地盤の改良工法を提供するものである。
【００１１】
また、本発明（４）は、前記（２）の地盤改良装置の基部を地盤に貫入し、地表から又は所定の深度から地盤中に改良材を吐出し、該改良材を吐出しつつ該第１可動部及び第２可動部を該基部に対してそれぞれ同期又は同期させることなく所定のストロークで往復上下動させ、該第２攪拌両翼と該第３攪拌両翼により地盤にせん断力を与えてほぐしつつ、該改良材と攪拌混合する工程を有する地盤の改良工法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の地盤改良装置において、可動部を、第２攪拌両翼（第３攪拌両翼）が基部の第１攪拌両翼とすれ違うように往復上下動させ、且つ改良材の噴射位置を制御すれば、深度方向における中間層部を均一な品質の改良地盤に改良することができる。また、基部の下端部にローラを設置した地盤改良装置を用いローラを回転させながら水平掘進させれば、基部の下端部が進行方向に先行して進むため、地盤改良装置を押し込む作用力を低減することができる。また、斜め傾斜姿勢の地盤改良装置をローラを回転させながら水平方向に掘進し、更に昇降移動させれば、該地盤改良装置がオービタル軌道を描く移動をするため、攪拌効率を一層向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の実施の形態における地盤改良装置を図１〜図３を参照して説明する。図１は本例の地盤改良装置の斜視図、図２は図１の地盤改良装置の分解斜視図、図３は図１の地盤改良装置を地上の補助機械に設置した斜視図をそれぞれ示す。なお、本明細書において、地盤改良装置の「前」は、地中の水平掘進方向に向かう側を言い、「後」はその逆方向を言う。また、「左右」は、地盤改良装置の前方側を正面視した際の方向を言う。
【００１４】
なお、本発明において、改良材としては、固化材又は浄化材が挙げられるが、先ず第１の実施の形態として、改良材として固化材を使用した形態について説明する。
【００１５】
地盤改良装置１０は、地上の補助機械であるバックホー５０に連結される鉛直方向に所定の長さを有し地中に貫入及び引上げされる板状の基部１と、鉛直方向に所定の長さを有し基部１に対して鉛直方向に摺動可能に且つ基部１の前後方向における一方の側部１９１に設置される第１可動部２と、第１可動部２と同じ形状であって基部１の前後方向における他方の側部１９２に設置される第２可動部３と、地上から供給される固化材を地中に吐出する固化材吐出口（図１〜図３では不図示）と、基部１に付設される鉛直方向に所定のピッチで左右方向に延出する第１攪拌両翼１２と、第１可動部２に付設される鉛直方向に所定のピッチで第１攪拌両翼１２と同じ方向に延出する第２攪拌両翼２２と、第２可動部３に付設される鉛直方向に所定のピッチで第１攪拌両翼１２と同じ方向に延出する第３攪拌両翼３２と、第１可動部２を基部１に対して所定のストロークで往復上下動させ、第１攪拌両翼１２と第２攪拌両翼２２間の地盤にせん断力を与える第１油圧シリンダー１４（第１可動部駆動手段）と、第２可動部３を基部１に対して所定のストロークで往復上下動させ、第１攪拌両翼１２と第３攪拌両翼３２間の地盤にせん断力を与える第２油圧シリンダー１５（第２可動部駆動手段）とを備えるものである。
【００１６】
基部１の上部には、第１可動部２を所定のストロークで往復上下動させる第１油圧シリンダー１４と、第２可動部３を所定のストロークで往復上下動させる第２油圧シリンダー１５と、基部１に第１油圧シリンダー１４及び第２油圧シリンダー１５を固定するための固体板１７と、基部１を補強するための補強板１８と、バックホーとの接合を行なうピン孔１６を備えている。第１油圧シリンダー１４は、油圧シリンダー本体１４１、ロッド１４２及び第１可動部２の接合部２１１と接合する継手１４３を備えている。第２油圧シリンダー１５は、同様に、油圧シリンダー本体１５１、ロッド１５２及び第２可動部３の接合部３１１と接合する継手１５３を備えている。第１油圧シリンダー１４及び第２油圧シリンダー１５は、地上の油圧ユニットに不図示の油圧ホースで連結されている。第１油圧シリンダー１４のロッド１４２及び第２油圧シリンダー１５のロッド１５２は、制御装置により同期又は同期することなく、所定のストロークで往復運動する。所定のストロークは、例えば第１攪拌両翼１２〜第３攪拌両翼３２が鉛直方向に略同じ間隔で設置されている場合、攪拌両翼の鉛直方向の設置間隔か、あるいはそれより少し大となる寸法で十分である。
【００１７】
基部１の形状は、本例の板状のものに限定されず、矩形断面の中空管なども使用できる。また、第１可動部２の駆動源である第１油圧シリンダー１４及び第２可動部３の駆動源である第２油圧シリンダー１５は、これに限定されず、例えば油圧モータや電動モータなどのモータ、あるいは空気圧シリンダーなども使用できる。モータの場合、クランクやカムを設置することで、第１可動部２や第２可動部３を往復運動させることができる。
【００１８】
基部１の鉛直方向中央部から下方に向けて複数個設置される第１攪拌両翼１２の鉛直方向におけるピッチ（設置間隔）や設置個数（本例では５つ）は、地盤の土質やせん断効率の観点から適宜決定される。また、第１攪拌両翼１２の断面形状は、本例では菱形であるが、これに限定されず、矩形断面のものであってもよい。
【００１９】
また、基部１の下方には、左右方向に突出する突起部１３ａ、１３ｂを形成している。突起部１３ａ、１３ｂは、第１可動部２及び第２可動部３の縦案内スリット２３、３３に遊嵌して第１可動部２及び第２可動部３の往復上下動を案内するものである。
【００２０】
基部１の下端部には、図４に示すように、水平掘進方向に対して転がるような方向に回転するローラ８を、更に設置するのがよい。図４は基部１の下端部の部分拡大図である。ローラ８は、ローラ８を回転させる別途の駆動装置はなくてもよいが、正転及び逆転させる別途の駆動装置を設置したほうが、オービタル軌道を描く地盤攪拌ができると共に、基部を作動させる地上の補助機械の作用力を低減することができる点で好ましい。また、地上に別途の駆動装置を設置せずとも、基部１に対する第１可能部２又は第２可動部３との往復移動のエネルギーを動力とする駆動手段を設置することもできる。このような往復移動のエネルギーを動力とする駆動手段としては、クランク機構又はカム機構が挙げられる。
【００２１】
基部１の下端部にローラ８を設置した地盤改良装置１０を用い、ローラ８を回転させながら水平掘進させれば、ローラ８の前進運動により、基部１の下端部が進行方向に先行して進むため、基部を作動させる地上の補助機械の作用力を低減することができる。また、地盤中、地盤改良装置１０を掘進方向に対して下り傾斜に設置し、掘進運動に加えて、上下に昇降させれば、装置１０が地盤の鉛直方向に対してオービタル（楕円）軌道を描くため、より一層攪拌効率が向上する。ローラ８は、図４のように基部１の両側に、ローラ８の設置面が基部１の下端より更に下方位置となるよう一対で設置する形態の他、基部１の端部に１個設置するものであってもよい。ローラ８は平面視で攪拌両翼内に収まるように設置される。ローラ８の回転速度は水平掘進速度に応じて適宜決定される。また、ローラ８の回動面８２に、小さなビット８１を多数設置することが、基部１の地盤への貫入や地中水平掘進移動を容易にさせる点で好ましい。
【００２２】
次ぎに、第１可動部２及び第２可動部３を説明するが、両部材は同じ形状であるため、第１可動部２を説明し、第２可動部３の説明を省略する。第１可動部２は、所定長さと幅の板状物であり、基部１と係止する側には、基部１の厚みよりやや大きな幅で上下端に至る案内溝２１４が形成され、上方には油圧シリンダー１４の継手１４３とピン結合するピン孔３１２を有する上部結合部２１１が形成され、下方基部１側の出っ張り状部２１３には、基部１の突起部１３ａを係止する縦案内スリット２３が形成されている。
【００２３】
また、第１可動部２に複数個設置される第２攪拌両翼２２の鉛直方向におけるピッチ（設置間隔）や設置個数（本例では７つ）は、地盤の土質やせん断効率の観点から適宜決定される。また、第２攪拌両翼２２の設置形状や断面形状は、本例では菱形断面形状で外側に向けて下り傾斜に設置されているが、これに限定されず、断面形状は矩形断面であってもよく、また水平設置であってもよい。第１可動部２における第２攪拌両翼２２の設置位置は、油圧シリンダー１４の最大又は最小ストローク位置において、基部１の第１攪拌両翼１２間の中間位置になるようにするのがよい。すなわち、第１攪拌両翼１２と第２攪拌両翼２２が側面視で交互に配置されていることが、小さな往復上下動で攪拌効率を高めることができる点で好ましい。
【００２４】
第１可動部２及び第２可動部３の形状は、上記のものに限定されず、例えば図５に示すような、コ字状断面の管状部材であってもよい。また、第１可動部２及び第２可動部３の下端には複数個の尖り部６を設けて、貫入を容易にすることもできる（図５参照）。また、第２攪拌両翼２２と第３攪拌両翼３２の先端部の水平掘進方向の前後面には、ビット２２１、３２１を形成して攪拌効率を高めるようにしてもよい。ビット２２１、３２１は、往復上下動の際、基部１の第１攪拌両翼１２に激突しない高さとなるように形成される。
【００２５】
地盤改良装置１０は、基部１に第１可動部２及び第２可動部３を組み付けることで形成される。組み付け後の地盤改良装置１０は、図１に示すように、第１攪拌両翼１２、第２攪拌両翼２２及び第３攪拌両翼３２の全てが、水平掘進方向に対して直交する方向（左右方向）に延びており、且つ水平掘進方向（側面視）において互いが数ｃｍ程度の隙間を有している。また、第１攪拌両翼１２と第２攪拌両翼２２、あるいは第１攪拌両翼１２と第３攪拌両翼３２はそれぞれ側面視で交互に配置されている。このような構造を採ることにより、第１攪拌両翼１２と第２攪拌両翼２２間、第１攪拌両翼１２と第３攪拌両翼３２間に介在する土砂に対して好適なせん断を与えることができる。なお、本例では第１攪拌両翼１２、第２攪拌両翼２２及び第３攪拌両翼３２共に、主たる５本の攪拌両翼の鉛直方向における設置間隔は同じである。なお、第２攪拌両翼２２及び第３攪拌両翼３２のそれぞれ下方の２本の設置間隔はやや狭いものの、上方の５本の設置間隔と同じであってもよい。
【００２６】
基部１と、第１可動部２又は第２可動部３の係止形態としては、上記係止形態に限定されず、例えば、基部１に凹部断面又は凸部断面の縦状案内部を形成し、これと係止する凸部断面又は凹部断面の縦状案内部を第１可動部２又は第２可動部３に形成するものであってもよい。
【００２７】
また、本発明の地盤改良装置としては、上記地盤改良装置１０（第１の地盤改良装置）以外に、地盤改良装置１０において第１可動部２又は第２可動部３のいずれか一方の設置を省略した装置（第２の地盤改良装置）及び地盤改良装置１０において基部１の第１攪拌両翼１２の設置を省略した装置（第３の地盤改良装置）が挙げられる。
【００２８】
第２の地盤改良装置においては、基部１の第１攪拌両翼１２と一方の第１可動部２の第２攪拌両翼２２により、あるいは基部１の第１攪拌両翼１２と一方の第２可動部３の第３攪拌両翼３２により地盤にせん断力を与えて地中攪拌を行なうものである。第２の地盤改良装置は、対向する２列の攪拌両翼によりせん断を行なうため、３列の攪拌両翼でせん断を行なう地盤改良装置１０より、同じ往復上下動条件ではせん断力で劣るものの、同様の効果を奏する。
【００２９】
第３の地盤改良装置においては、第１可動部２の第２攪拌両翼２２と第２可動部３の第３攪拌両翼３２により地盤にせん断力を与えて地中攪拌を行なうものである。第３の地盤改良装置は、対向する２列の攪拌両翼によりせん断を行なうため、３列の攪拌両翼でせん断を行なう地盤改良装置１０より、同じ往復上下動条件ではせん断力で劣るものの同様の効果を奏する。
【００３０】
地盤改良装置１０において、地上から供給される固化材を地中に吐出する固化材吐出口の設置位置としては、例えば深度方向の下方、水平掘進方向の前方又は後方の３方向の中、少なくも１方向に固化材が吐出するように設置すればよく、好適には、深度方向の下方、水平掘進方向の前方及びその後方の３方に固化材が吐出されるように設置する。固化材吐出口は、基部１、第１可動部２及び第２可動部３のいずれに設置してもよいが、第１可動部２又は第２可動部３に設置すると、往復上下動の際、吐出域が広くなり、深度方向に拡散散布ができる点で好ましい。
【００３１】
固化材吐出口を基部１に設置する例を図５を参照して説明する。基部１には複数、本例では３つの中空部１１３を縦方向に形成し、固化材流路とする。中空部１１３には他端が地上の固化材供給手段に接続される配管の一端が接続される。地盤改良装置１０の後方に固化材を吐出するために、基部１の後方面に固化材吐出管１１４を設置すると共に、第１可動部２の前面には、固化材吐出管１１４の開口窓２１１を形成して、前方への固化材吐出を可能としている。固化材吐出管１１４は、中空部１１３のひとつと連通している。開口窓２１１の鉛直方向の開口長さは往復上下動の範囲よりやや大とする寸法である。また、地盤改良装置１０の後方に固化材を吐出するためには、同様に基部１の後面に固化材吐出管１１４を設置すればよい。また、地盤改良装置１０の左右方向の側方に固化材を吐出するためには、例えば基部１の側面１１５の前後方向の中央部に固化材吐出管１１４を設置すればよい。基部１の側面１１５の前後方向の中央部に固化材吐出管１１４を設置すれば、第１可動部２や第２可動部３に開口窓を設ける必要がなくなる。また、地盤改良装置１０の下方に固化材を吐出するためには、基部１の下端か、あるいは第１可動部２や第２可動部３の下端に固化材吐出管１１４を設置すればよい。なお、固化材吐出手段から固化材吐出口を接続する固化材流路は、基部１、第１可動部２及び第２可動部３の内部の中空部の他、外部配管としてもよい。
【００３２】
地盤改良装置１０において、固化材吐出口の設置個数や設置位置は適宜決定されるが、改良域が深度方向に深い場合、地盤改良装置１０の鉛直方向の全体に所定の間隔で多数設置するのが、固化材吐出効率が向上する点で好ましい。固化材吐出口の所定の間隔としては、特に制限されないが、最小の間隔は攪拌両翼の上下方向における設置間隔である。なお、地盤改良装置１０自体を昇降させる工法をとる場合、固化材吐出口の設置間隔は広く採ることができる。固化材の供給手段としては、特に制限されないが、エジェクター吐出とすることが、地盤の掘削効果や攪拌精度が向上する点で好ましい。固化材としては、液状、粉体及び粒状体並びにこれらの気体同伴体が挙げられる。
【００３３】
地盤改良装置１０は、複数個を準備し、前後方向または左右方向に並列配置した装置あるいは縦に直列配置した装置としても使用できる。これにより施工効率が向上する。また、地盤改良装置１０をユニット化して、並列配置や直列配置ができるような接続部を設けておけば、改良域に応じた水平方向の長さ寸法や鉛直方向の長さ寸法とすることができる。
【００３４】
基部１を地中に貫入あるいは引上げする地上の補助機械としては、バックホーに限定されず、台船、クレーンや杭打機などが挙げられる。補助機械は、地盤改良装置１０を地中に鉛直方向、地盤改良装置１０の掘進方向に対する前後又は左右における斜め方向に貫入ができ、鉛直方向への引き上げや傾斜方向への引上げができ、また水平掘進方向への前進または後退ができ、更に貫入や引き上げを行いつつ、水平掘進方向への前進または後退がでるものが好ましい。
【００３５】
次ぎに、本発明の実施の形態における地盤改良工法を図６〜図１０を参照して説明する。図７〜図１０は本例の工法を説明するための模式図である。本例の地盤改良工法は、第１の地盤改良装置を使用した工法（第１の工法）、第２の地盤改良装置を使用した工法（第２の工法）、第３の地盤改良装置を使用した工法（第３の工法）及びこれらの地盤改良装置の基板の下端にローラを設置した装置を使用した工法（第４の工法〜第６の工法）が挙げられる。第１の工法〜第３の工法においては、２列の攪拌両翼でせん断を行うか、あるか３列の攪拌両翼でせん断を行なうかの相違はあるものの、基本工法はいずれの工法も同じであるため、第１の工法について主に説明し、他の工法の説明は省略する。
【００３６】
第１の工法は、基部１を地盤６０に鉛直方向（図７（Ａ）のＸ方向参照）、掘進方向の前後方向における斜め方向（図７（Ｂ）のＹ方向）又は掘進方向の左右方向における斜め方向（不図示）に貫入し、地表から又は所定の深度から地盤中に固化材を吐出し、該固化材を吐出しつつ第１可動部２及び第２可動部３を基部１に対して所定のストロークで往復上下動させ、第１攪拌両翼と第２攪拌両翼及び第１攪拌両翼と第３攪拌両翼により地盤にせん断力を与えて地盤を攪拌する工程を有するものである。なお、図７中、黒抜き矢印は可動部の往復上下方向を示し、白抜き矢印は装置の移動方向を示す。これは以下の図面において同様である。
【００３７】
なお、第２の工法においては、固化材を吐出しつつ第１可動部２（又は第２可動部３）を基部１に対して所定のストロークで往復上下動させ、第１攪拌両翼と第２攪拌両翼（第３攪拌両翼）により地盤にせん断力を与えて地盤を攪拌する。また、第３の工法においては、固化材を吐出しつつ第１可動部２及び第２可動部３を基部１に対して所定のストロークで往復上下動させ、第２攪拌両翼と第３攪拌両翼により地盤にせん断力を与えて地盤を攪拌する。なお、第１の地盤改良装置の第１可動部２又は第２可動部３のいずれか一方の油圧シリンダーの作動を停止させて第２の地盤改良装置の変形例として使用することもできる。
【００３８】
第１の工法において、第１可動部２と第２可動部３は同期して又は同期することなく、交互に往復上下動させることができる。第１可動部２又は第２可動部３の往復上下動のストロークとしては、第１攪拌両翼１２と第２攪拌両翼２２あるいは第１攪拌両翼１２と第３攪拌両翼３２がすれ違う状態とする距離であり、具体的には攪拌両翼の鉛直方向の設置間隔が好適であり、最大でも攪拌両翼の鉛直方向の設置間隔の２倍である。このような小さな往復上下動であっても、装置全体長において、地盤のせん断が可能となる。このため、図６に示すように、地表から深度Ｈ１に地盤改良装置１０を貫入し、水平掘進移動させて改良を行なう際、地盤改良装置１０の中間部１８１より下方部分に固化材を吐出させるようにすれば、所定深度Ｈ２より下方の中間層の地盤６１を改良することができる。このような工法は、例えば中間層の地盤６１を改良後、表層部６２の土砂を除去すれば、凹部が形成された改良地盤とすることができる。従来のチェーンを一方に回転させる工法では、図８（Ｂ）に示すように、固化材の吐出位置を調節しても、固化材は装置長全体に行き渡り、部分改良を行なうことは不可能であった。また、本例の地盤改良装置１０において、第１可動部２又は第２可動部３の往復上下動は、地盤の状況に合わせて油圧シリンダー１４、１５のロッドの速度を自在に変化させれば、更に攪拌混合精度を高めることができる。
【００３９】
第１の工法において、第１可動部２又は第２可動部３の往復上下動を行いつつ、地盤改良装置１０を上下方向あるいは傾斜方向に昇降させることができる（図７（Ａ）及び（Ｂ））。これにより、攪拌混合精度を高めることができる。第１工法において、水平掘進移動を伴わない場合、矩形の単杭を造成することができる。また、水平掘進移動を行なえば、壁状や格子状の改良を行なうことができる。また、水平掘進移動の際、地盤改良装置１０を昇降させれば、攪拌混合精度を高めることができる（図９参照）。この地盤改良装置１０の昇降幅は、固化材吐出口の深度方向における設置間隔の０．５〜１．０倍とすれば、より効率的な攪拌混合が可能となる。
【００４０】
第１の工法において、平面視で広い面積を有する改良域の施工方法を図１０を参照して説明する。図１０中、改良はａ列及びｃ列は往路、ｂ列及びｄ列は復路であり、ｂ列以降の改良は、近接の改良部分の未改良側の一部をラップして改良を行なう工法である。すなわち、ａ列の改良に際して固化材は少なくとも前方側へ吐出しつつ行う。ａ列の改良後、地盤改良装置１０は姿勢をそのまま横移動するか、あるいは一度引上げて横移動し再貫入する。次いでｂ列の改良に際して固化材は少なくとも後方側へ吐出しつつ改良を行う。ｂ列の改良後、地盤改良装置１０は姿勢をそのままで横移動する。次いで同様にｃ列の改良を行う。これを順次繰り返して行う。なお、上記の施工においては、列変更の際、地盤改良装置１０の姿勢を補助機械により１８０度反転して、常に前方側が同じとなるようにすることもできる。なお、地盤改良装置１０を掘進方向の左右方向に傾斜させた姿勢で前方へ掘進移動させれば、例えば堤防などの法面（傾斜面）の造成が可能となる。
【００４１】
第４の工法〜第６の工法においては、前記第１の工法〜第３の工法と同様に、２列の攪拌両翼でせん断を行うか、あるか３列の攪拌両翼でせん断を行なうかの相違はあるものの、基本工法はいずれの工法も同じであるため、第４の工法について主に説明する。また、第４の工法において、第１の工法と同様の実施部分についてはその説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４２】
第４の工法は、基部１を地盤６０に直進方向又は傾斜方向に貫入し、地表から又は所定の深度から地盤中に固化材を吐出し、固化材を吐出しつつ第１可動部２及び第２可動部３を基部１に対してそれぞれ同期又は同期させることなく所定のストロークで往復上下動させ、第１攪拌両翼１２と第２攪拌両翼２２、及び第１攪拌両翼１２と第３攪拌両翼３２により地盤にせん断力を与えて地盤を攪拌し、ローラ８を回転させながら、地盤改良装置１０を水平掘進方向に前進させる工法である。なお、第５の工法においては、固化材を吐出しつつ第１可動部２（又は第２可動部３）を基部１に対して所定のストロークで往復上下動させ、第１攪拌両翼と第２攪拌両翼（第３攪拌両翼）により地盤にせん断力を与えて地盤を攪拌する。また、第６の工法においては、固化材を吐出しつつ第１可動部２及び第２可動部３を基部１に対して所定のストロークで往復上下動させ、第２攪拌両翼と第３攪拌両翼により地盤にせん断力を与えて地盤を攪拌する。
【００４３】
基部１の下端部にローラ８を設置した地盤改良装置１０を用い、ローラ８を回転させながら水平掘進させれば、ローラ８の前進運動により、基部１の下端部が進行方向に先行して進むため、基部を作動させる地上の補助機械の作用力を低減することができる（図８参照）。この際、地盤改良装置１０の昇降を併せて行なうことにより、地盤改良装置１０が地盤の鉛直方向（側面視）に対してオービタル（楕円）軌道を描くため、地盤への食い込みや攪拌精度を高めることができる。また、ローラ８の回転速度は、地盤の状況、水平掘進速度などを考慮して適宜に決定される。また、地盤改良装置１０を地中に貫入する際、ローラ８を回転させれば、地盤改良装置１０の地中への貫入を容易にすることができる。なお、オービタル軌道攪拌は、ローラ８を付設せずとも、例えば、地上の補助機械の操作によっても達成することができる。
【００４４】
次ぎに第２の実施の形態における地盤改良装置及び地盤改良工法について説明する。本例の実施の形態における地盤改良装置及び地盤改良工法において、第１の実施の形態における地盤改良装置及び地盤改良工法と同じ構成要素についてはその説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、第２の実施の形態における地盤改良装置及び地盤改良工法において、第１の実施の形態における地盤改良装置及び地盤改良工法と異なる点は、改良する対象地盤が汚染地盤である点、改良材が浄化材である点にある。
【００４５】
汚染地盤としては、揮発性有機塩素化合物を含有する地盤が挙げられる。また、揮発性有機塩素化合物としては、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ペルクロロエチレン、１，１−ジクロロエチレン、トランス−１，２−ジクロロエチレン、シス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、ジクロロメタンなどが挙げられる。また、汚染土壌中には、ダイオキシン類や残留農薬などが含まれていてもよい。これらの汚染物質は、大気汚染の原因となっており、大気中に放出されないよう、分解除去する必要がある。
【００４６】
浄化材としては、公知の浄化材を使用でき、例えば鉄粉または酸化鉄粉が挙げられる。土壌に鉄粉または酸化鉄粉を散布することにより、揮発性有機塩素化合物が還元分解され、最終的に炭酸ガス、塩素ガス、水などの無害ガスに分解される。第２の実施の形態では、鉄粉またはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を含む酸化鉄粉を空気または窒素に分散させたガスを浄化材吐出口より噴射させることにより、土壌中に鉄粉または酸化鉄粉を広く分散させ、第１攪拌両翼１２と第２攪拌両翼２２、第１攪拌両翼１２と第３攪拌両翼３２あるいは第２攪拌両翼２２と第３攪拌両翼３２により地盤にせん断力を与えてほぐしつつ、改良材と攪拌混合する。このため、還元分解反応が促進され、汚染物質を効果的に分解させ、汚染された土壌を浄化することができる。また、本例の地盤改良工法によれば、例えば汚染地盤中の汚染区域が、地盤中、深度方向の中間部分にある場合、浄化材の噴射を当該位置に限定して行ない、当該区域の地盤に集中してせん断を与えてほぐすことができ、効果的な浄化を行うことができる。
【００４７】
また、本発明においては、改質材として、固化材と浄化材を併用することができる。すなわち、地盤改良装置においては、複数の改質材吐出口の中、一部を固化材吐出口とし、他部を浄化材吐出口とすることができる。この場合、浄化材としては、空気又は窒素に、鉄粉又は酸化鉄粉末、焼き石膏及び水溶性高分子を分散させたガスとするのが好適である。これにより、固化速度を遅延させ、揮発性有機塩素化合物を分解除去して汚染土壌を浄化することができると共に、原地盤の地耐力の低下を防止して、固化地盤を造成することができる。焼き石膏は、硫酸カルシウムのニ水和物を低温加熱処理して得ることができる。また、水溶性高分子としては、凝集効果を有する高分子凝集剤が使用でき、例えばアニオン系及びノニオン系、カチオン系、両性の高分子凝集剤が好適である。なお、改質材として固化材と浄化材を併用する工法における固化材及び浄化材の詳細は、特開２００６−１３０４１２号公報記載の公知の方法と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本例の地盤改良装置の斜視図。
【図２】図１の地盤改良装置の分解斜視図。
【図３】図１の地盤改良装置を地上の補助機械に設置した斜視図。
【図４】基部１の下端部の部分拡大図。
【図５】一部を切り欠いて示す地盤改良装置の概略図。
【図６】本例の地盤改良装置を使用した地盤改良工法を説明する図。
【図７】本例の工法を説明する模式図。
【図８】（Ａ）本例の他の工法を、（Ｂ）は従来の工法をそれぞれ説明する模式図。
【図９】本例の他の工法を説明する模式図。
【図１０】本例の他の工法を説明する模式図。
【符号の説明】
【００４９】
１  基部
２  第１可動部
３  第２可動部
６  尖り部
８  ローラ
１０  地盤改良装置
１１  基部
１２  第１攪拌両翼
１４  第１油圧シリンダー
１５  第２油圧シリンダー
２２  第１攪拌両翼
３２  第２攪拌両翼
５０  バックホー
６０  改良地盤
６１  中間層部
【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】
2008169602.tif 000008
【図７】
2008169602.tif 000009
【図８】
2008169602.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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