(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に硬化材を噴射して前記地盤を切削すると共に、前記硬化材と改良対象土とを混合攪拌して円柱状の改良体を造成する地盤改良攪拌装置であって、
前記地盤中に貫入されるロッドと、
該ロッドに設けられた第１の攪拌翼と、
該第１の攪拌翼に関して前記ロッドの先端側に設けられた第２の攪拌翼と、
該第２の攪拌翼と交差するように設けられ、前記第１の攪拌翼及び前記第２の攪拌翼それぞれの長さよりも短い長さを有する第３の攪拌翼と、
該第３の攪拌翼の先端に設けられ、前記硬化材が噴射されるノズルと
を備え、
前記ロッドは外周に螺旋状の排土スクリューを有し、
前記第２の攪拌翼と前記第３の攪拌翼とは、前記ロッドに対して垂直且つ同一の平面上に設けられ、
前記第２の攪拌翼は前記平面に交差する下面を有し、
前記第２の攪拌翼と前記第３の攪拌翼との間に、空間を有する地盤改良攪拌装置。
【請求項２】
前記第１の攪拌翼及び前記第２の攪拌翼のうち短い方の長さに対する前記第３の攪拌翼の長さの比は０．２〜０．６であり、かつ、前記第１の攪拌翼及び前記第２の攪拌翼のうち短い方の長さと前記第３の攪拌翼の長さとの差は０．８ｍ以上である、請求項１に記載の地盤改良攪拌装置。
【請求項３】
前記第１の攪拌翼及び前記第２の攪拌翼はそれぞれ、１．６〜２．４ｍの長さを有し、前記第３の攪拌翼は、０．６〜１．５ｍの長さを有する、請求項１または２に記載の地盤改良攪拌装置。
【請求項４】
地盤中に硬化材を噴射して前記地盤を切削すると共に、前記硬化材と改良対象土とを混合攪拌して円柱状の改良体を造成する地盤改良攪拌方法であって、
請求項１に記載の地盤改良攪拌装置を用いて、
前記第１の攪拌翼と前記第２の攪拌翼とにより切削可能な前記地盤の第１の領域を、前記第１の攪拌翼と前記第２の攪拌翼が切削しつつ前記地盤中に前記ロッドを貫入するステップと、
前記第１の領域内に前記ノズルから前記硬化材を水平方向へ噴射して、前記第１の領域内であって且つ前記第３の攪拌翼により攪拌可能な前記地盤の第２の領域を除く範囲の改良対象土と、前記硬化材とを混合攪拌するステップと、
前記ロッドの前記排土スクリューが、前記第３の攪拌翼により攪拌された前記第２の領域の未改良土を排出し、前記第２の領域を前記硬化材が混合攪拌された改良土に置き換えるステップと
を含む地盤改良攪拌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地盤改良攪拌装置に係り、特に、地盤中にセメント系固化材スラリー（以下、「硬化材」という）を噴射し、硬化材と改良対象土とを混合攪拌して円柱状の改良体を造成する地盤改良攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
硬化材を用いた深層を対象とする主な地盤改良工法の中では、機械撹拌工法と高圧噴射撹拌工法とが公知である。一般的に機械撹拌工法は、攪拌翼の回転で硬化材を原地盤の土壌と混合するので、その改良径は攪拌翼の軌跡である円の直径となり、改良径を確実に確保できる利点がある。しかし、攪拌翼の回転による切削・混合攪拌では、混合精度が硬化材のジェット噴射による切削・混合攪拌の細分化に及ばず、高圧噴射撹拌工法に比較して改良体の改良強度の均一性に劣るとされている。
【０００３】
一方、高圧噴射撹拌工法はその逆であり、硬化材と土壌との混合精度では機械撹拌工法に勝るが、改良対象地盤が固いと硬化材のジェット噴射の到達距離が短くなるので改良径が減少する。即ち、改良対象地盤の固さにより改良径が変化する。また、このことから必然的に、高圧噴射撹拌工法は、粘着力が高い地盤に対しては、改良径が（極端に）小さくなるので経済性に問題があり、削孔・改良体造成等に伴う排泥処理等の施工上の問題も無視できない。
【０００４】
そこで、機械撹拌工法と高圧噴射撹拌工法とを組み合わせた工法であって、攪拌翼先端に噴射ノズルを備えロッド中心部を攪拌翼で機械的に混合撹拌し、機械的に混合攪拌された周辺を高圧噴射撹拌工法で混合撹拌する「高圧噴射撹拌機械撹拌併用工法」が公知である。この工法は、機械的に混合攪拌された周辺の高圧噴射攪拌工法で混合攪拌された部分については、改良径の確保について高圧噴射撹拌工法と同様の問題があるが、機械的に混合撹拌された部分については確実に改良径が確保され、高圧噴射工法単独と比較すると、大径で均一性がほぼ同等の改良体が造成できる利点がある。
【０００５】
この高圧噴射撹拌機械撹拌併用工法では、主に大径改良体を造成することを主眼とした工法や、機械撹拌部分と高圧噴射攪拌部分との均質化を目的とした工法等、様々な工法が開発されてきた。例えば、特許文献１に記載の工法は、高圧噴射攪拌機械撹拌併用工法において、機械撹拌主体の中心部分と高圧噴射撹拌主体のドーナツ状周辺部分とで改良強度の均一性を確保した改良体の造成と、撹拌翼の貫入抵抗の緩和とを目的とする技術である。特許文献１において高圧噴射攪拌機械撹拌併用工法を実施する装置は、先端に掘削刃を有するロッドの下部に腕木状の主攪拌翼と助攪拌翼とを上下２段に設け、助攪拌翼の長さを主攪拌翼の長さの１／２〜１／４とし、助攪拌翼及び主攪拌翼のそれぞれの先端に設けられたノズルから硬化材を噴射するものである。この装置では、主攪拌翼によって切削された土壌を、助攪拌翼の先端に設けられたノズルから噴射された硬化材によって切削・混合攪拌するので、少なくとも主攪拌翼の軌跡である円の直径と同等の改良径を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２５３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の装置は、通常の軟弱地盤よりせん断強度の大きい地盤における改良に使用されることを想定していない。このような地盤を改良するためには、攪拌翼の１回の先行切削では十分とはいえず、後行の硬化材のジェット噴射による混合攪拌の精度を確保するためには、より確実に原地盤のせん断強さの低下を図る必要がある。助攪拌翼の長さが主攪拌翼の長さの１／２〜１／４である構成では、助攪拌翼の外側の領域は主攪拌翼による１回だけの切削しか行われない。これに対し、仮に助攪拌翼の長さを主攪拌翼の長さと同じにするとすれば、主攪拌翼及び助攪拌翼の両方による切削が可能であるが、それでは硬化材が噴射されるノズルはそれら両攪拌翼の先端に設けられることになるので、主攪拌翼及び助攪拌翼の両方の通過により乱された領域はジェット噴射の方向に対して反対・内側となってしまい、ジェット噴射による切削・混合攪拌をすることができない。
【０００８】
この発明はこのような問題を解決するためになされたもので、沖積粘性土地盤又は沖積砂質土地盤に対し、確実な改良径の確保及び改良体の均質性の確保を可能とした地盤改良を行う地盤改良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】
【０００９】
この発明に係る地盤改良攪拌装置は、地盤中に硬化材を噴射して地盤を切削すると共に、硬化材と改良対象土とを混合攪拌して円柱状の改良体を造成する地盤改良攪拌装置であって、地盤中に貫入されるロッドと、ロッドに設けられた第１の攪拌翼と、第１の攪拌翼に関してロッドの先端側に設けられた第２の攪拌翼と、第２の攪拌翼と交差するように設けられ、第１の攪拌翼及び第２の攪拌翼それぞれの長さよりも短い長さを有する第３の攪拌翼と、第３の攪拌翼の先端に設けられ、硬化材が噴射されるノズルとを備え、ロッドは外周に螺旋状の排土スクリューを有し、第２の攪拌翼と第３の攪拌翼とは、ロッドに対して垂直且つ同一の平面上に設けられ、第２の攪拌翼は平面に交差する下面を有し、第２の攪拌翼と第３の攪拌翼との間に、空間を有する。
第１の攪拌翼及び第２の攪拌翼のうち短い方の長さに対する第３の攪拌翼の長さの比は０．２〜０．６であり、かつ、第１の攪拌翼及び第２の攪拌翼のうち短い方の長さと第３の攪拌翼の長さとの差は０．８ｍ以上であってもよい。
第１の攪拌翼及び第２の攪拌翼はそれぞれ、１．６〜２．４ｍの長さを有し、第３の攪拌翼は、０．６〜１．５ｍの長さを有してもよい。
また、この発明に係る地盤改良攪拌方法は、地盤中に硬化材を噴射して地盤を切削すると共に、硬化材と改良対象土とを混合攪拌して円柱状の改良体を造成する地盤改良攪拌方法であって、請求項１に記載の地盤改良攪拌装置を用いて、第１の攪拌翼と第２の攪拌翼とにより切削可能な地盤の第１の領域を、第１の攪拌翼と第２の攪拌翼が切削しつつ地盤中にロッドを貫入するステップと、第１の領域内にノズルから硬化材を水平方向へ噴射して、第１の領域内であって且つ第３の攪拌翼により攪拌可能な地盤の第２の領域を除く範囲の改良対象土と、硬化材とを混合攪拌するステップと、ロッドの排土スクリューが、第３の攪拌翼により攪拌された第２の領域の未改良土を排出し、第２の領域を硬化材が混合攪拌された改良土に置き換えるステップとを含む。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、第１の攪拌翼及び第２の攪拌翼の両方によって、硬化材のジェット噴射に先立って改良対象範囲に先行切削を施し、改良径を確定しつつ改良対象範囲のせん断強さを確実に低減させ、後行の硬化材のジェット噴射で切削・混合攪拌するので、沖積粘性土地盤又は沖積砂質土地盤に対し、確実な改良径の確保及び改良体の均質性の確保が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態に係る地盤改良攪拌装置の正面図である。
【図２】この実施の形態に係る地盤改良攪拌装置を用いて地盤改良を行う動作を説明するための図である。
【図３】この実施の形態に係る地盤改良攪拌装置を用いて地盤改良を行う動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、この実施の形態に係る地盤改良攪拌装置は、２つの切削・攪拌部１，１を有している。各切削・攪拌部１は、ロッド２を有している。各ロッド２の先端には掘削刃３が設けられている。また、各ロッド２には、第１の攪拌翼４と、第１の攪拌翼４に関してロッド２の先端側に設けられるとともに第１の攪拌翼４と同じ長さを有する第２の攪拌翼５と、第２の攪拌翼５に対して９０°の角度をなして交差するように設けられるとともに第２の攪拌翼５よりも短い長さを有する第３の攪拌翼６とが設けられている。尚、各攪拌翼とも、２つの攪拌翼がロッド２に対して対称となるように設けられており、各攪拌翼の長さとは、一方の攪拌翼の先端から他方の攪拌翼の先端までの長さである。
【００１３】
第３の攪拌翼６の先端には、硬化材が噴射されるノズル８が設けられている。また、ロッド２の先端にも、図示しないノズルが設けられている。ロッド２内には、その長さ方向に延びる図示しない硬化材流通経路が形成されており、ノズル８及びロッド２の先端に設けられたノズルのいずれか一方と硬化材流通経路とが連通するように切り替え可能になっている。ロッド２，２は、互いに対して平行となるように、第１の攪拌翼４と第２の攪拌翼５との間で連結板９によって連結されている。各ロッド２の外周には、第１の攪拌翼４に対してロッド２の先端とは反対側に、螺旋状の排土スクリュー１０が設けられている。
【００１４】
沖積粘性土地盤又は沖積砂質土地盤に対し、当該地盤中に造成される改良体の目標改良径を１．６〜２．４ｍとした場合、第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５それぞれの長さに対する第３の攪拌翼６の長さの比は０．２〜０．６であり、第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５それぞれの長さと第３の攪拌翼６の長さとの差は０．８ｍ以上であることが好ましい。また、第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５の長さはそれぞれ、１．６〜２．４ｍであることが好ましく、第３の攪拌翼６の長さは、０．６〜１．５ｍであることが好ましい。これらは、ノズル８から噴射される硬化材が到達する距離（ただし、少なくとも第１の攪拌翼４が描く円形軌跡まで届くことを前提とする）と、ノズル８から噴射された硬化材が地盤中の土壌を切削した後、ジェット噴射により切削された対象土と硬化材とが混合攪拌されて改良土となり、ロッド２に向かって戻ってくる距離と、地盤中に造成される改良体全体にわたって硬化材が均一に分散して混合攪拌されるか否かとを総合的に検証して設定したものである。
【００１５】
次に、この発明の実施の形態に係る地盤改良攪拌装置の動作について説明する。
図２に示されるように、ロッド２を地盤２０中に貫入する。このとき、ロッド２内の図示しない硬化材流通経路とロッド２の先端に設けられた図示しないノズルとが連通するようになっており、上記沖積粘性土地盤又は上記砂質土地盤の削孔を容易にするために、硬化材流通経路を流通した削孔水を当該ノズルから吐出しながらロッド２を所定の深さまで地盤２０中に貫入する。この際、第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５が回転することにより領域Ａを機械的に切削する。粘性土は一般的に、土の乱れによりせん断強さが低下するという性質を有している。領域Ａは、第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５の回転によって機械的に土の構造が乱されて、その非排水せん断強さが当初の１／２〜１／３程度に低下することになる。尚、ロッド２の貫入速度は、通常０．５分／ｍ〜２．０分／ｍ程度である。ただしこの貫入速度は、硬化材添加量（ロッド貫入時に硬化材の添加を行う場合）、噴射ポンプ能力（硬化材又は掘削水の噴射）、地盤２０の強度等によって決まるものであるので、必ずしもこの範囲内でなければならないわけではない。
【００１６】
ロッド２を所定の深さまで貫入したら、ロッド２の貫入を停止し、ロッド２内の硬化材流通経路とノズル８とが連通するように切り替える。その後、図３に示されるように、硬化材流通経路を流通した硬化材をノズル８から５〜１５ＭＰａ、より好ましくは７〜１０ＭＰａのジェット噴射Ｃとして水平方向に噴射させる。ロッド２を所定回転数で回転させながら所定の速度でロッド２を引き上げると、噴射された硬化材によって地盤が切削されると共に硬化材と改良対象土とが混合攪拌されて、地盤２０中に略円柱状の改良体２１が造成される。ここで、地盤２０は上記沖積粘性土地盤又は上記砂質土地盤であるが、ノズル８から噴射される硬化材のジェット噴射Ｃが領域Ａを切削する時点では、前述のように、領域Ａの非排水せん断強さが当初の１／２〜１／３程度に低下しているので、ノズル８から噴射された硬化材は、少なくとも領域Ａ内を切削することができる。その結果、少なくとも領域Ａの範囲内の改良径を確保することができる。
【００１７】
ただし、硬化材は、第３の攪拌翼６の先端に設けられたノズル８から噴射されるので、第３の攪拌翼６が描く円形軌跡の範囲には硬化材が添加されない。そうすると、改良体２１は、円柱形状ではなく円筒形状になってしまう。しかし、ロッド２には螺旋状の排土スクリュー１０が設けられているので、ロッド２を引き上げる際に、ロッド２近傍の部分の土が排土スクリュー１０によって地盤２０中から排土される。すると、硬化材の噴射により改良対象土が噴射方向に運ばれるものの、ロッド２近傍の土が排土されることによって体積の減少が生じる部分、すなわちロッド２の近傍に、硬化材の噴射によって噴射方向に運ばれた改良対象土が寄り集まってくる。ロッド２の近傍に寄り集まってくる改良土には硬化材が均一に混合されており、第３の攪拌翼６が描く円形軌跡の範囲内も、未改良土が排出されて改良土で置き換えられる。その結果、均質な円柱形状の改良体２１が造成される。
【００１８】
尚、地盤２０中に噴射される硬化材の容量と、地盤２０中から排土される土の容量とに差異があると、地盤２０に変位が生じてしまう。この変位をできる限り抑制するため、領域Ａに噴射される硬化材の容量を予め見積もっておき、見積もられた硬化材の容量とほぼ同じ容量の未改良土を排土スクリュー１０によって排土するようにする。
【００１９】
このように、第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５の両方によって、硬化材のジェット噴射に先立って改良対象範囲に先行切削を施し、改良径を確定しつつ改良対象範囲のせん断強さを確実に低減させ、後行の硬化材のジェット噴射Ｃで切削・混合攪拌するので、沖積粘性土地盤又は沖積砂質土地盤に対し、確実な改良径の確保及び改良体２１の均質性の確保が可能となる。
【００２０】
この実施の形態では、第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５が同じ長さを有していたが、それぞれ異なる長さを有していてもよい。この場合、第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５のうち短い方の長さに対する第３の攪拌翼６の長さの比を０．２〜０．６とすることが好ましく、第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５のうち短い方の長さと第３の攪拌翼６の長さとの差を０．８ｍ以上とすることが好ましい。また、第２の攪拌翼５と第３の攪拌翼６とが９０°の角度をなして交差していたが、９０°であることに限定するものではない。両者が交差していれば角度は任意であるが、両者のなす角度は４５°〜１３５°の範囲であることが好ましい。この範囲外の角度であると、各攪拌翼間で改良対象土が供回りを生じる可能性が高まるからである。
【００２１】
この実施の形態では、ロッド２の貫入時に、ロッド２の先端に設けられた図示しないノズルから掘削水を吐出しているが、これは必須の構成要件ではない。また、この実施の形態では、ロッド２の貫入時には硬化材の噴射を行っていないが、ロッド２の貫入時にも硬化材の噴射を行ってもよい。
【００２２】
この実施の形態では、２つの切削・攪拌部１，１が連結板９によって連結されていたが、この形態に限定するものではない。１つの切削・攪拌部１のみを有するものであってもよいし、３つ以上の切削・攪拌部１を連結板によって連結したものであってもよい。
【００２３】
この実施の形態に係る地盤改良攪拌装置は、第３の攪拌翼６に関してロッドの先端側に設けられるとともに第１の攪拌翼４及び第２の攪拌翼５よりも短い長さを有する第４の攪拌翼を有してもよい。この構成により、短い第４の攪拌翼が最初に地盤２０を切削した後に、長い第２の攪拌翼５が地盤２０を切削するので、ロッド２の地盤２０への貫入が容易になる。
【００２４】
図１〜３に記載のこの発明に係る地盤改良攪拌装置は２軸式であるが、１軸式の地盤改良攪拌装置でも２軸式と全く同様に、この発明の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００２５】
２  ロッド、４  第１の攪拌翼、５  第２の攪拌翼、６  第３の攪拌翼、８  ノズル、２０  地盤、２１  改良体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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