(57)【要約】【課題】土留め壁との接合部と接合部以外の部分を同時に地盤改良することができる装置及び工法を提供する。【解決手段】超高圧ポンプ３０から吐出された硬化材は、流路切替部２０を経てロッド内へ導入される。流路切替部２０は、硬化材をロッド内へ導く流路Ａと、硬化材を硬化材タンク５０へ戻す流路Ｂの切替を行う。モーター６０によりロッド１ａ，１ｂ，１ｃが回転すると、撹拌翼２ａ，２ｂ，２ｃが回転し、噴射口３ａ，３ｂ，３ｃ、４も回転する。回転中は、低圧噴射口３ａ，３ｂ，３ｃからは硬化材が常時噴射される。一方、流路切替部２０によって、ロッド１ａが所定回転角の範囲にある時だけ硬化材が流路Ａを通ることができる。このように、超高圧噴射口４が鋼矢板や連続地中壁などの土留め壁に向いているときだけ、流路Ａをへて、硬化材が超高圧で噴射される。【選択図】　　　図１
2004124514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化材を供給する硬化材タンクと、
前記硬化材を低圧ポンプを介して注入する低圧注入管、前記硬化材を超高圧ポンプを介して注入する超高圧注入管、及び撹拌翼とを備えた超高圧ロッドと、
前記硬化材を低圧ポンプを介して注入する低圧注入管及び撹拌翼とを備えた１以上の低圧ロッドと、
前記超高圧及び低圧ロッドを回転させるモーターと、
前記超高圧ポンプから吐出される前記硬化材を、前記超高圧注入管に送り込むか又は前記硬化材タンクに戻す流路切替部とを備えた機械撹拌装置であって、
前記撹拌翼の回転によって地盤を掘削しつつ、前記低圧注入管から前記掘削方向に平行に前記硬化材を噴出させ、
前記ロッドが１回転する間の所定時間に限って、前記超高圧注入管から前記掘削方向に垂直に前記硬化材を噴出させることを特徴とする機械撹拌装置。
【請求項２】
硬化材を供給する硬化材タンクと、
前記硬化材を低圧ポンプを介して注入する低圧注入管、前記硬化材を超高圧ポンプを介して注入する超高圧注入管とを備えた超高圧ロッドと、
前記硬化材を低圧ポンプを介して注入する低圧注入管を備えた１以上の低圧ロッドと、
前記低圧ロッド及び超高圧ロッドから噴射される硬化材を撹拌する撹拌翼を備えた２以上の撹拌軸と、
前記超高圧ロッド及び前記撹拌軸を回転させるモーターと、
前記超高圧ポンプから吐出される前記硬化材を、前記超高圧注入管に送り込むか又は前記硬化材タンクに戻す流路切替部とを備えた機械撹拌装置であって、
前記撹拌翼の回転によって地盤を掘削しつつ、前記低圧注入管から前記掘削方向に平行に前記硬化材を噴出させ、
前記ロッドが１回転する間の所定時間に限って、前記超高圧注入管から前記掘削方向に垂直に前記硬化材を噴出させることを特徴とする機械撹拌装置。
【請求項３】
硬化材を供給する硬化材タンクと、
前記硬化材を超高圧ポンプを介して注入する超高圧注入管を備えた超高圧ロッドと、
前記硬化材を低圧ポンプを介して注入する低圧注入管を備えた１以上の低圧ロッドと、
前記低圧ロッドから噴射される硬化材を撹拌する撹拌翼を備えた２以上の撹拌軸と、
前記超高圧ロッド及び前記撹拌軸を回転させるモーターと、
前記超高圧ポンプから吐出される前記硬化材を、前記超高圧注入管に送り込むか又は前記硬化材タンクに戻す流路切替部とを備えた機械撹拌装置であって、
前記撹拌翼の回転によって地盤を掘削しつつ、前記低圧注入管から前記掘削方向に平行に前記硬化材を噴出させ、
前記ロッドが１回転する間の所定時間に限って、前記超高圧注入管から前記掘削方向に垂直に前記硬化材を噴出させることを特徴とする機械撹拌装置。
【請求項４】
前記流路切替部は、前記モーターの軸の回転角度を検出し、前記回転角度が所定の範囲にあるときだけ、前記硬化材を前記超高圧注入管に送り込むことを特徴とする請求項１ないし２のいずれか記載の機械撹拌装置。
【請求項５】
請求項１ないし３いずれか記載の機械撹拌装置を使用する機械撹拌工法であって、
前記超高圧注入管と土留め壁とを離間させて前記機械撹拌装置を設置する第１工程と、
前記機械撹拌装置を下降させる間、前記低圧注入管から前記硬化材を噴射する第２工程と、
前記機械撹拌装置を引き上げる間、前記超高圧注入管から前記硬化材を噴射して土留め壁と前記機械撹拌装置の間に地盤改良体を造成すると同時に、撹拌翼にて前記硬化材と地盤とを混合撹拌することにより前記機械撹拌装置の下に地盤改良体を造成する第３工程と、
前記機械撹拌装置を前記土留め壁に沿って移動させる第４工程とを含み、
前記第１ないし第４工程を繰り返して、土留め壁に囲繞された地盤を改良することを特徴とする機械撹拌工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、揺動噴射を伴う機械撹拌装置及び工法に関し、特に、鋼矢板や連続地中壁などの土留め壁近傍の地盤改良に適した装置及び工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設工事用の地盤を、水圧や土圧から保護するために、土留め（山留め）等の仮設構造物が一時的に構築される。土留め壁は、例えばＵ型やＺ型の鋼矢板をかみ合わせて地中に打ち込んだり、モルタルやコンクリートの杭を打ち込むことなどによって形成される。
【０００３】
このような土留め壁によって囲まれた軟弱な地盤にセメントを混合し、地盤を強化する必要がある。機械撹拌工法は、地盤改良のための工法の一つである。機械撹拌工法においては、セメント、石灰、水などを含む硬化材を噴射するロッドを地中に降ろし、ロッド外周に設けた撹拌翼によって噴射された硬化材と土壌を撹拌し混合する。具体的には、固化材などの流路となる固化材移送管を具備するロッド体を地中に挿入し、ロッド体に設けられた撹拌翼を回転且つ上下動させつつ、固化材位相管の下端付近に設けられた噴射ノズルから固化材を高圧噴射することによって円柱状地盤改良体を造成する（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５２０５４号公報（第２頁、段落０００２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、鋼矢板や連続地中壁などの土留め壁との接合部では、撹拌翼が土留め壁に接触するため、地盤改良は困難である。このため、土留め壁との接合部をジェットグラウト工法で地盤改良することも考えられるが、ジェットグラウト工法と機械撹拌工法を併用すれば、それぞれの工法を行う装置が必要となり、工事費も高くなる。
【０００６】
そこで、本発明は、土留め壁との接合部と接合部以外の部分をともに地盤改良することができる機械撹拌装置及び工法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の機械撹拌装置は、硬化材を供給する硬化材タンクと、前記硬化材を低圧ポンプを介して注入する低圧注入管、前記硬化材を超高圧ポンプを介して注入する超高圧注入管、及び撹拌翼とを備えた超高圧ロッドと、前記硬化材を低圧ポンプを介して注入する低圧注入管及び撹拌翼とを備えた１以上の低圧ロッドと、前記超高圧及び低圧ロッドを回転させるモーターと、
前記超高圧ポンプから吐出される前記硬化材を、前記超高圧注入管に送り込むか又は前記硬化材タンクに戻す流路切替部とを備えた機械撹拌装置であって、前記撹拌翼の回転によって地盤を掘削しつつ、前記低圧注入管から前記掘削方向に平行に前記硬化材を噴出させ、前記ロッドが１回転する間の所定時間に限って、前記超高圧注入管から前記掘削方向に垂直に前記硬化材を噴出させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の揺動噴射を伴う機械撹拌装置の概念的ブロック図である。この装置は、モーター６０と多軸装置によって、ロッド１ａ、１ｂ、１ｃを回転させ、１台の装置で広い面積を地盤改良する装置である。但し、ロッドの数は、特に制限はない。また、この装置は、図示しない駆動装置によって、垂直方向と水平方向に移動される。
【０００９】
各ロッド１ａ、１ｂ、１ｃは、撹拌翼２ａ，２ｂ，２ｃと、硬化材噴射口３ａ、３ｂ、３ｃを備える。本実施例では、撹拌翼２ａ，２ｂ，２ｃは、ロッド軸と垂直にとりつけられている。さらに、この撹拌翼２ａ，２ｂ，２ｃの表面を螺旋状に取り巻く刃先（オーガ形状など）が設けられてもよい。これに限らず、撹拌翼２ａ，２ｂ，２は、ロッド外周を螺旋状に取り巻く刃先（オーガ形状など）であってもよい。
【００１０】
硬化材タンク５０の硬化材は、低圧ポンプ４０によってロッド内に送り込まれ、硬化材噴射口３ａ、３ｂ、３ｃから噴出される。低圧ポンプ４０の吐出圧は、たとえば０．５〜１．０メガパスカル程度である。また、ロッド１ａは、揺動噴射口４を備える。硬化材タンク５０の硬化材は、超高圧ポンプ３０によってロッド１ａ内に送り込まれ、揺動噴射口４から噴出される。超高圧ポンプ３０の吐出圧は、たとえば４０メガパスカル程度である。
【００１１】
各ロッド１ａ、１ｂ、１ｃは、たとえば図示しない歯車によって相互に連結され、図示しないモータの回転軸に取り付けた歯車によって、同時に回転される。一般的には、多軸装置を介して各ロッド１ａ、１ｂ、１ｃが回転される。
【００１２】
超高圧ポンプ３０から吐出された硬化材は、流路切替部２０に導入され、そこで、硬化材をロッド内へ導く流路Ａと、硬化材を硬化材タンク５０へ戻す流路Ｂに切り替えられる。具体的には、流路Ａ、ＢにそれぞれバルブＡ、Ｂを設け、バルブＡ開且つバルブＢ閉によって硬化材を流路Ａに導き、バルブＢ開且つバルブＡ閉によって硬化材を流路Ｂに導く。この例では、流路切替部２０は、バルブＡ、Ｂをそれぞれ開閉する信号を送出する。また、バルブは２方向弁であり、流路がＡ又はＢを切り替わるものであればよい。
【００１３】
モーター６０によりロッド１ａ，１ｂ，１ｃが回転すると、撹拌翼２ａ，２ｂ，２ｃが回転し、噴射口３ａ，３ｂ，３ｃ、４も回転する。噴射口３ａ，３ｂ，３ｃからは硬化材が低圧噴射流３３ａ、３３ｂ、３３ｃとなって常時噴射される。一方、流路切替部２０によって、ロッド１ａが所定回転角の範囲にある時だけ硬化材が流路Ａを通り、そのときだけ、噴射口４から硬化材が超高圧噴射流４４となって噴射される。
【００１４】
図２は、ロッド１ａの回転角度（モーター６０の回転軸の回転角度）と超高圧噴射のタイミングとの関係を示す図である。ロッド１ａの上面図において、軸ｒを基準として、時計回り方向に回転角θを定める。軸ｒの正方向に、鋼矢板や連続地中壁などの土留め壁が存在する。従って、θが、マイナスπ／２からプラスπ／２の範囲にある時だけ、流路Ａを開くようにする。そのため、モーター６０に図示しないロータリーエンコーダを取り付けて回転角θを流路切替部２０に送出する。
【００１５】
こうして、θが、マイナスπ／２からプラスπ／２の範囲にある時だけ、鋼矢板や連続地中壁の接合部に向けて、硬化材が、揺動噴射口４から超高圧で噴出される。さらに、β＜π／２として、θが、マイナスβからプラスβの範囲にある時だけ、超高圧噴射を行ってもよい。
【００１６】
図３は、本発明の機械撹拌工法を説明するための地盤の平面図であり、地盤改良できる部分を示す平面図である。
【００１７】
まず、本発明の機械撹拌装置のロッド１ａを土留め壁に向けて設置する。そして、この装置のロッド１ａ、１ｂ，１ｃを地中に降ろしながら、撹拌翼２ａ，２ｂ、２ｃを回転させて、地盤を掘削しつつ、噴射口３ａ、３ｂ、３ｃからの硬化材の噴射により掘削土と硬化材を混合し改良地盤ａ１、ｂ１、ｃ１を造成する。
【００１８】
ロッド１ａ、１ｂ，１ｃを所定の深さまで降ろし終わったら、ロッド１ａ、１ｂ，１ｃを回転しつつ引き上げ、噴射口４からの超高圧噴射により土留め壁の接合部に改良地盤ｄ１を造成する。改良地盤ａ１、ａ２の重なり部分が大きいほど、超高圧噴射の揺動範囲（−βから＋β）は狭くてもよい。ロッド１ａ、１ｂ，１ｃを引き上げるときには、噴射口３ａ、３ｂ、３ｃからの硬化材の噴射は行われないが、撹拌翼２ａ、２ｂ、２ｃが回転しているため、改良地盤ａ１、ｂ１、ｃ１は再度撹拌され、均一な地盤改良体が形成される。
【００１９】
次に、鋼矢板や連続地中壁１００に沿って、本発明の機械撹拌装置を移動して、ロッド１ａ、１ｂ，１ｃが下降する間、噴射口３ａ、３ｂ、３ｃからの低圧噴射を行う。そして、ロッド１ａ、１ｂ，１ｃを引き上げるときに、噴射口４からの超高圧噴射により改良地盤ｄ２を造成する。ロッド１ａ、１ｂ，１ｃを引き上げるときには、噴射口３ａ、３ｂ、３ｃから硬化材の噴射は行われないが、撹拌翼２ａ、２ｂ、２ｃが回転しているため、改良地盤ａ２、ｂ２、ｃ２は再度撹拌され、均一な地盤改良体が形成される。
【００２０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の機械撹拌装置はこれに限定されることはない。例えば、ロッドの先端の低圧噴射口の周囲に、掘削ビットを設けて、掘削を容易にしてもよい。
【００２１】
本発明の機械撹拌工法は、以上説明した実施形態に限定されることはない。たとえば、ロッドを地中の所定位置に降ろす間は、撹拌翼を回転させて地盤を掘削するだけであるが、ロッドを引き上げるときに、低圧噴射流と揺動超高圧噴射流によって地盤改良体を造成する工法としてもよい。さらに、低圧噴射流に替えて超高圧噴射流を使用し、排土も行えば、地盤改良体の強度はさらに向上する。
【００２２】
また、ロッドを地中の所定位置に降ろす間に、低圧噴射流と揺動超高圧噴射流を噴射させ、ロッドを引き上げるときには、低圧噴射流と揺動超高圧噴射流を停止してもよい。
【００２３】
また、ロッドの降下中も引き上げ中も低圧噴射流と揺動超高圧噴射流を噴射させてもよい。その場合は、降下中の硬化材の噴射量と引き上げ中の硬化材の噴射量とを合計した量が、所定の量となるよう調節する必要がある。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、機械撹拌用中空ロッドに硬化材を超高圧にて揺動噴射する装置を設置し、機械撹拌翼を引き上げると同時に、揺動噴射による地盤改良体造成を施工することにより、機械撹拌による地盤改良体と揺動噴射による改良体を同時に造成することができる。このように造成を行うことにより工期が短縮される。
【００２５】
また、揺動噴射装置は、土留め壁側にのみ装着することにより、接合部のみ揺動噴射による地盤改良体の造成が可能となる。硬化材は、接合部のみに噴射されるため、それ以外は硬化材タンクに回収されるため、硬化材を無駄にすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の揺動を伴う機械撹拌装置の一つの実施形態の概念的ブロック図
【図２】揺動噴射領域を示すロッドの上面図
【図３】造成された地盤改良体の平面図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ　ロッド
２ａ、２ｂ、２ｃ　撹拌翼
３ａ、３ｂ、３ｃ　低圧噴射口
４　超高圧噴射口
２０　流路切替部
３０　超高圧ポンプ
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ　低圧噴射流
４０　低圧ポンプ
４４　超高圧噴射流
５０　硬化材タンク
６０　モーター
１００　土留め壁
【図１】
2004124514.tif 000003
【図２】
2004124514.tif 000004
【図３】
2004124514.tif 000005