(57)【要約】【課題】ロッドの位置検出を迅速に行えるようにして、作業の迅速化を図ること。【解決手段】軟弱地盤内に構造物を構築する場合にその周辺地盤所定の深層部分を対象として地上付近から地盤強化を図るべく、地盤内を進行しながら固化材を吐出して当該固化剤と周囲の土とを攪拌混合することで柱状の改良体を地盤内に形成するためのロッド５５を地盤内に貫入する攪拌杭施工装置５において、地盤内におけるロッド５５の位置を検出するロッド位置検出手段１００を直進誘導用剣先部５５ａの内部に設けた密閉状の収納室１０２に取り付ける。【選択図】  図１
2005009227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱地盤中に攪拌羽根を備えたロッドを回転させながら貫入し、前記ロッドより吐出した固化材と、前記ロッド周囲の土とを、前記攪拌羽根によって機械的に攪拌することにより、地盤中に柱状の改良体を形成することで地盤改良を行う攪拌杭施工装置において、
地盤内におけるロッドの位置を検出するロッド位置検出手段をロッドの内部に設けた密閉状の収納室に取り付けたことを特徴とする攪拌杭施工装置。
【請求項２】
前記ロッド位置検出手段は、出発点からどの方角にロッドがあるかを検出する３軸の地磁気センサと、出発点からどれ位の距離にロッドがあるかを検出する加速度センサと、これらのセンサの出力信号を演算処理してロッドの位置を検出する中央演算処理装置と、中央演算処理装置による演算結果を記憶する記憶媒体としてのメモリと、電池式の電源装置とを有することを特徴とする請求項１に記載の攪拌杭施工装置。
【請求項３】
軟弱地盤中に攪拌羽根を備えたロッドを回転させながら貫入し、前記ロッドより吐出した固化材と、前記ロッド周囲の土とを、前記攪拌羽根によって機械的に攪拌することにより、地盤中に柱状の改良体を形成することで地盤改良を行う攪拌杭工法において、
地盤中における前記ロッドの位置を検出するためのロッド位置検出手段をロッドの内部に密閉状に収納した状態で前記ロッドを地盤中に貫入し、ロッドが予定位置に到着した段階で前記ロッド位置検出手段によりロッドの位置データを検出し、当該位置データに基づいて前記ロッドの次回貫入経路を決定する攪拌杭工法。
【請求項４】
前記位置データを記憶媒体に記憶させ、前記ロッドを引き上げた後、前記記憶媒体をロッド位置検出手段から抜き出して当該記憶媒体に記憶されている位置データをデータ読み取り装置で読み取り、当該読み取ったデータに基づいて、前記ロッドの次回貫入経路を決定することを特徴とする請求項３に記載の攪拌杭工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は攪拌杭施工装置及び攪拌杭工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱地盤内に例えばトンネルなどの構造物を構築する場合、予めその周辺地盤の所定の深層部分を対象として、止水性を高めたり、強化したりして地盤自体を補強する、地盤改良を必要とする場合がある。軟弱地盤の改良方法として、比較的広い範囲を対象とし、地上付近から全面的に地盤強化を図るいわゆる機械攪拌杭工法がある。
【０００３】
機械攪拌杭工法は、先端に攪拌羽根を備えた中空ロッドを回転させながら地盤中に貫入し、ロッドの先端付近から固化材を吐出して固化材とロッド周囲の土とを攪拌羽根で攪拌し、もって柱（杭）状の改良体であるソイルセメントコラムを形成する。
【０００４】
ところで、従来の機械攪拌杭工法は、鉛直方向の施工を前提としている。このため、地上付近に構造物や鉄道施設などが存在する場合、その下層を対象とした地盤改良に従来の機械攪拌杭工法を用いることは難しかった。
【０００５】
詳しくは、改良すべき地盤の地上付近に構造物や鉄道施設などが存在する場合に当該工法により改良体を形成しようとすると、ロッドを斜めに貫入しなければならないが、この場合にはロッドの鉛直方向の分力が低減し、貫入力不足を起こす他、地盤に貫入したロッドが斜めになるため、ベースマシンの安定性が悪くなると共に、ロッドの貫入角度の精度も悪くなるという問題が発生する。
【０００６】
また、施工深度の増大に伴いロッドの重量が大きくなると共に、ロッドの剛性が低くなるため、ロッド先端部が曲がりやすくなり、貫入の直進性が損なわれるという問題が発生する。
【０００７】
このように、機械式の攪拌杭工法においては、斜め方向の施工にはいくつかの問題があるとされていた。
【０００８】
そのため、地上付近に構造物や鉄道施設などが存在する場合に、その下層を対象とした地盤改良には、注入工法、又は圧縮空気を併用しない噴射攪拌工法によって、施工を行ってきた。
【０００９】
しかしながら、注入工法では、粘性土地盤においては割裂注入となる傾向が強く、均質な改良は望めず、しかも地盤隆起を起こす可能性が大きいため、上層又は地上に構造物が在れば少なからず影響を与える虞があった。
【００１０】
また、噴射攪拌工法の場合においても、固化材を直接噴射する（圧縮空気を併用しない）方式では、掘削土の排出を積極的には行わないことを前提としており、少量しか土砂を排出しないため、送り込んだ固化材により地盤隆起を起こす可能性が大きいことや、１本あたりの改良体が小さいため、施工能率が悪かった。なお、圧縮空気を併用する方式では、斜め施工を行うと、地盤中に空気溜まりを残し、未改良部分を生じてしまうという問題があった。
【００１１】
そこで、注入工法及び噴射攪拌工法のように、地盤隆起や空気溜まりなどの問題が発生しない機械攪拌工法によって、斜め方向に改良体を形成できれば好都合であるという観点から、改良すべき地盤の地上付近に構造物や鉄道施設などがある場合でも、これらの施設の側方から斜め下方向に改良体を形成することが可能な攪拌杭施工装置が本願出願人によって提供されている（例えば特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平２００３−２０６３７号公報
【００１３】
図３〜図５は、前記公報に記載の攪拌杭施工装置５を示すものであり、装置５はクローラ付車体６０に取り付けられている。
【００１４】
攪拌杭施工装置５は、ソイルセメントコラムを軟弱地盤５０内に斜めに形成する。
【００１５】
地盤内にソイルセメントコラムを形成するために、攪拌杭施工装置５には、軟弱地盤５０に貫入するためのロッド５５と、このロッド５５に取り付けられた攪拌羽根５３，５４と、ロッド５５の先端付近からセメント系固化材を吐出する固化材吐出口９８とを備えている。
【００１６】
また、この攪拌杭施工装置５は、ロッド５５をその長手方向に移動自在且つチャッキング可能に支持するロッドチャック７４と、ロッド５５を回転させるための回転駆動手段であるパワースイベル５７と、ロッドチャック７４を固定すると共にパワースイベル５７をスライド自在に保持するスライドテーブル５６と、ロッド５５を地盤５０中に貫入するためパワースイベル５７をスライドさせるスライド手段としての油圧シリンダ５８とを備えている。
【００１７】
更に、攪拌杭施工装置５は、ロッド５５の鉛直方向に対する貫入角度を所定の範囲内で調整するため、スライドテーブル５６の鉛直方向に対する傾斜角度を調整する調整手段７２と、ロッド５５の貫入時の直進性を保持するため、ロッド５５の本体部５５ｂの先端部に取り付けられ、ロッド５５の直進誘導用に使用される直進誘導用剣先部５５ａと、ロッド５５の中央部に設けられロッドの直進性を保持する直進性保持手段８０とを有している。
【００１８】
このような攪拌杭施工装置５によってロッド５５を回転させながら地盤中に貫入し、ロッド５５の先端付近、具体的には攪拌羽根５３に設けられた固化材吐出口９８から固化材を吐出しながら、固化材とロッド周囲の土とを攪拌羽根５３，５４で攪拌し、これによって、柱（杭）状の改良体であるソイルセメントコラム９６を形成する（図４参照）。
【００１９】
形成されたソイルセメントコラム９６は、小径区間９６ａと大径区間９６ｂとを有する。小径区間９６ａは攪拌羽根５３，５４のみによって形成されるが、大径区間９６ｂは吐出口９８からの固化材の吐出と併用して、攪拌羽根５３の先端にある噴射ノズル５９から固化材を高圧で噴射することによって形成される部分である。
【００２０】
図５は地盤中に複数のソイルセメントコラム９６を配列した場合の横断面図であり、計画通り正しく配列されている状態を示している。
【００２１】
この図からわかるように、正規に配列されている状態においてソイルセメントコラム９６は、隣接するソイルセメントコラム９６と大径区間９６ｂ同士で相互に交差して連結し、小径区間９６ａ同士では交差しないようになっていることがわかる。
【００２２】
ところで、施工領域が深くなると、前記直進誘導用剣先５５ａや直進性保持手段８０を備えていてもロッド５５の直進性が損なわれることが考えられる。すると、図５で示した正規の配列がくるい、ソイルセメントコラム９６の全体の配列が計画通りに進まなくなるという問題を生じる。ソイルセメントコラム９６の施工数が少なければそれほど問題ないが、多数の場合には、大幅にずれてしまうことがあり得る。また隣接するソイルセメントコラム９６同士が本来結合すべきところで結合しないと、改良体として十分な機能を発揮しない虞がある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、これまでは、このようなことがないようにロッド５５による地盤内進行が終了した後、位置検出装置である例えば市販のジャイロ計測器等の精密機器を、ロッド５５中空内の先端部分まで落としてロッド５５の位置を計測していた。
【００２４】
しかしながら、ロッド５５内は、削孔水，薬液，固化剤等で汚れており、また場所によってはそれらがロッド５５の中空内に充填状態にある関係で、精密機器である位置検出装置をロッド５５内に直接入れることはできない。このため、位置検出装置を密閉性及び防水性の高いケースに入れる等して、位置検出装置を十分保護した状態でロッド内先端まで搬送せねばならず面倒であった。また、位置検出装置によるロッド内での位置検出を終了した後、位置検出装置をロッドから回収した後でなければロッドの引き上げができなかった。このため、時間的ロスが大きく、次の作業に移行するまでに時間がかかった。
【００２５】
本発明はこのような実情に鑑みて為されたものであり、その解決しようとする課題は、ロッドの位置検出を迅速に行えるようにして、作業の迅速化を図ることができる攪拌杭工法及び攪拌杭施工装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明は以下の手段とした。
【００２７】
即ち、本発明は、軟弱地盤中に攪拌羽根を備えたロッドを回転させながら貫入し、前記ロッドより吐出した固化材と、前記ロッド周囲の土とを、前記攪拌羽根によって機械的に攪拌することにより、地盤中に柱状の改良体を形成することで地盤改良を行う攪拌杭施工装置において、地盤内におけるロッドの位置を検出するロッド位置検出手段をロッドの内部に設けた密閉状の収納室に取り付けた。
【００２８】
固化材としては、セメント系固化材などを例示できる。この固化材と水を適宜な割合で混練してスラリーを生成し、これをロッドの先端付近の吐出口から吐出できる。
【００２９】
ロッドは、改良すべき部分の地上付近にある施設などに衝突しないようにするため、所定の長さで複数に分割しておき、地盤に貫入するときに１個ずつ接続するようになっている。
【００３０】
ロッド位置検出手段は、出発点からどの方角にロッドがあるかを検出する３軸の地磁気センサと、出発点からどれ位の距離にロッドがあるかを検出する加速度センサと、これらのセンサの出力信号を演算処理してロッドの位置を検出する中央演算処理装置と、中央演算処理装置による演算結果を記憶する記憶媒体としてのメモリと、電池式の電源装置とを有すると好適である。
メモリとしてはＩＣカードを例示できる。
【００３１】
本発明によれば、ロッドの内部に設けた密閉状の収納室にロッド位置検出手段を取り付けたので、ロッド位置検出手段が削孔水，薬液，固化剤等で汚れてしまうことは一切ない。
【００３２】
またロッド位置検出手段はロッドとともに地盤内を移動するので、地盤中におけるロッドの到達予定位置にロッドが到着後、ロッド位置検出手段を作動させ、ロッドの位置決めを行うに必要なデータの収集を行い、その後ロッドを地上付近の出発点にまで引き上げて、前記メモリを収納室から取り出す。そして、メモリに記憶されている、ロッドの地盤内最終到着位置についてのデータをパーソナルコンピュータ（図示せず）で読み取り、これを解析することにより、ロッドの位置決めを行う。このようにして、ロッドの位置検出を実行する。
【００３３】
パーソナルコンピュータには、これらのデータを解析し、ロッドの位置決めを確定するためのプログラムが組み込まれているのは勿論である。
そして、当該読み取ったデータ、すなわち位置データに基づいて、前記ロッドの次回貫入経路を決定する。このとき前回貫入したロッドによって施工されたソイルセメントコラムの形成、配置状態が当初予定していたものと異なっている場合は、これを考慮して次回貫入経路を決定する。すなわちロッドの前回貫入経路の誤差をロッドの次回貫入経路で補正するのである。このようにすることで、改良体であるソイルセメントコラム９６を複数バランスよく形成することができる。
【００３４】
ロッド位置検出手段をロッドとともに移動することによる最大のメリットは、これまでよりもはるかに作業時間の短縮が可能になるという点にある。
すなわち、ロッドが目的地に到着してからロッド位置検出手段を当該目的地に到着させ、ロッド位置検出手段がロッドの位置を検出した後、ロッド位置検出手段をロッドよりも先に回収していたこれまでの方法に比べ、ロッド位置検出手段を単独で移動させなくても済む分、作業時間の短縮が可能になる。
【００３５】
また、本発明は、攪拌杭工法でもある。すなわち、本発明の攪拌杭工法は、軟弱地盤中に攪拌羽根を備えたロッドを回転させながら貫入し、前記ロッドより吐出した固化材と、前記ロッド周囲の土とを、前記攪拌羽根によって機械的に攪拌することにより、地盤中に柱状の改良体を形成することで地盤改良を行う攪拌杭工法において、地盤中における前記ロッドの位置を検出するためのロッド位置検出手段をロッドの内部に密閉状に収納した状態で前記ロッドを地盤中に貫入し、ロッドが予定位置に到着した段階で前記ロッド位置検出手段によりロッドの位置データを検出し、当該位置データに基づいて前記ロッドの次回貫入経路を決定するというものである。
【００３６】
さらに、前記位置データを記憶媒体に記憶させ、前記ロッドを引き上げた後、前記記憶媒体を収納室から抜き出して当該記憶媒体に記憶されている位置データをコンピュータに備えられているデータ読み取り装置で読み取り、当該読み取ったデータに基づいて、前記ロッドの次回貫入経路を決定してもよい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発の実施の形態を添付した図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は本発明に係るロッド５５の一側面である。ロッド５５が既述した従来のロッド５５と相違する点は、ロッド５５の先端部である直進誘導用剣先部５５ａの内部に、地盤内におけるロッド５５の位置を検出するためのロッド位置検出手段１００を取り付けた点、及びそれに関連する部分である。よって、従来技術で述べた部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
ロッド位置検出手段１００は、直進誘導用剣先部５５ａの内部に設けた密閉状の収納室１０２に収納した状態で取り付けられている。収納室１０２には、図示しない開閉フタが設けられており、当該フタの開閉により、収納室１０２内に対してロッド位置検出手段１００を着脱できるようになっている。また、収納室１０２には防振材等を取り付けてあり、ロッドに生じる振動等の悪影響をロッド位置検出手段１００ができるだけ受けないようにしている。
【００４０】
また、図２のブロック図で示すように、ロッド位置検出手段１００は、出発点からどの方角にロッドがあるかを検出する３軸の地磁気（方位）センサ１００ａと、出発点からどれ位の距離にロッドがあるかを検出する加速度センサ１００ｂと、これらのセンサの出力信号を演算処理してロッド５５の位置データ（正確にはロッド５５の先端部の位置データ）を検出する中央演算処理装置（以下ＣＰＵ）１００ｃと、ＣＰＵ１００ｃにより演算された位置データを記憶する記憶媒体としてのメモリ１００ｄと、電池式の電源装置１００ｅとを少なくとも有し、これらが電気的につながっている。メモリとしては、ＩＣカードを例示できる。なお、地磁気（方位）センサ１００ａや加速度センサ１００ｂからのデータをＩＣカードに書き込むカードライタ（記憶媒体書込装置）を有しているが、ここでは図示しない。また、少なくともロッド５５の先端部分は、地盤内における磁場の影響を受けないように非磁性材質のステンレス製となっている。
【００４１】
次にこのような構成の攪拌杭施工装置を用いた攪拌杭工法の作用効果を述べる。
【００４２】
本実施形体に係るロッド５５にあっては、ロッド位置検出手段１００を直進誘導用剣先部５５ａの内部に密閉状に設けた収納室１０２に取り付けたので、ロッド位置検出手段１００が削孔水，薬液，固化剤等で汚れてしまうことは一切ない。
【００４３】
またロッド位置検出手段１００はロッド５５とともに地盤内を移動するので、地盤中におけるロッド５５の到達予定位置にロッドが到着すると、ロッド位置検出手段が作動し、ロッドの位置決めを行うに必要なデータの収集を行う。
【００４４】
その後、ロッド５５を地上付近のロッド出発点にまで引き上げたならば、前記収納室１０２を開き、前記位置データが記憶されているメモリ１００ｄを取り出す。
【００４５】
メモリ１００ｄに記憶されている、地磁気（方位）センサ１００ａや加速度センサ１００ｂからのデータであって、ロッドの位置を特定するために必要な位置データをパーソナルコンピュータ（図示せず）に備えられているカードリーダ等のデータ読み取り装置で読み取ることにより、ロッド５５の位置検出を簡便に行える。パーソナルコンピュータには、これらのデータを解析し、ロッドの位置決めを確定できるようになっているプログラムが組み込まれているのは勿論である。
【００４６】
そして、当該読み取ったデータ、すなわち位置データに基づいて、前記ロッドの次回貫入経路を決定する。このとき前回貫入したロッドによって施工されたソイルセメントコラムの形成状態が当初予定していたものと異なっている場合は、これを考慮して次回貫入経路を決定する。すなわちロッドの前回貫入経路の誤差をロッドの次回貫入経路で補正するのである。このようにすることで、改良体であるソイルセメントコラム９６を複数バランスよく形成することができる。
【００４７】
ロッド位置検出手段１００をロッド５５とともに移動することによるメリットは、これまでよりもはるかに作業時間の短縮が可能になるという点にある。
【００４８】
すなわち、これまではロッド５５が目的地に到着してからロッド位置検出手段１００を当該目的地に到着させ、ロッド位置検出手段１００がロッド５５の位置に関するデータを収集した後、ロッド位置検出手段１００をロッド５５よりも先に回収していたが、それに比べ、ロッド位置検出手段１００を単独で移動しなくても済む分、作業時間の短縮が可能になる。したがって、次の作業への移行時間を短縮できる。
【００４９】
尚、本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、この実施形態では、ロッド位置検出手段１００を直進誘導用剣先部５５ａに設けたものを例示したが当該取付位置に限定されるものではないのは勿論である。
【００５０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、ロッドの位置検出を迅速に行えるので、作業の迅速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロッドの外観図である。
【図２】本発明に係るロッドの先端部に搭載されるロッド位置検出手段のブロック図である。
【図３】従来技術を説明するための図である。
【図４】従来技術を説明するための別の図である。
【図５】従来技術を説明するためのさらに別の図である。
【符号の説明】
５  攪拌杭施工装置
５０  軟弱地盤
５３  攪拌羽根
５５  ロッド
５５ａ  直進誘導用剣先部
５５ｂ  本体部
５６  スライドテーブル
５７  パワースイベル
５８  油圧シリンダ
５９  噴射ノズル
６０  クローラ付車体
７２  調整手段
７４  ロッドチャック
８０  直進性保持手段
９６  ソイルセメントコラム（柱状の改良体）
９６ａ  小径区間
９６ｂ  大径区間
９８  固化材吐出口
１００  ロッド位置検出手段
１００ａ  ３軸の地磁気センサ
１００ｂ  加速度センサ
１００ｃ  中央演算処理装置
１００ｄ  メモリ
１００ｅ  電池式の電源装置
１０２  収納室
【図１】
2005009227.tif 000003
【図２】
2005009227.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005009227.tif 000006
【図５】
2005009227.tif 000007