(57)【要約】【課題】  安価に施工できると共に、騒音や振動が発生し難い状態で、掘削範囲の周りの広いエリアにわたり地盤強化を図れるようにする。【解決手段】  回転軸芯周りに回転駆動させることで周囲地盤Ｇを押圧自在な回転翼３を、地中に配置したケーシング１を挿通する状態にその先端側に配置し、ケーシング１内に回転翼３によって周囲へ押し出すための土Ｓを位置させると共に、回転翼３を回転軸芯周りに回転駆動させて土Ｓを周囲地盤Ｇに押し出して周囲地盤Ｇの強化を図るにあたり、回転翼３の回転駆動に伴う周囲地盤Ｇへの土Ｓの押出土量と、回転翼３の回転トルク値とを地盤改良施工時の同深度での施工時間を決定する上での管理値として計測しながら地盤改良施工を行う。【選択図】        図１
2005256350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸芯周りに回転駆動させることで周囲地盤を押圧自在な回転翼を、地中に配置したケーシングを挿通する状態にその先端側に配置し、前記ケーシング内に前記回転翼によって周囲へ押し出すための土を位置させると共に、前記回転翼を前記回転軸芯周りに回転駆動させて前記土を前記周囲地盤に押し出して前記周囲地盤の強化を図るにあたり、
前記回転翼の回転駆動に伴う周囲地盤への押出土量と、前記回転翼の回転トルク値とを地盤改良施工時の同深度での施工時間を決定する上での管理値として計測しながら地盤改良施工を行う地盤改良工法。
【請求項２】
回転軸芯周りに回転駆動させることで周囲地盤を押圧自在な回転翼を、地中に配置したケーシングを挿通する状態にその先端側に配置し、前記ケーシング内に前記回転翼によって周囲へ押し出すための土を位置させると共に、前記回転翼を前記回転軸芯周りに回転駆動させて前記土を前記周囲地盤に押し出して前記周囲地盤の強化を図るにあたり、
予め、周囲地盤の所定範囲を所定の強度に改良するのに必要な目標押出土量と、前記所定の強度に改良するのに必要な押圧力を生み出す為の前記回転翼の目標回転トルク値とを設定しておき、地盤改良施工時に、前記回転翼の回転駆動に伴う周囲地盤への押出土量と、前記回転翼の回転トルク値とを測定し、その押出土量が前記目標押出土量を満たすと共に、前記回転翼の回転トルク値が前記目標回転トルク値を満たすまで同深度での施工を続行する地盤改良工法。
【請求項３】
前記ケーシング内に、前記回転翼とは別の回転駆動系で前記回転軸芯周りに回転駆動自在なオーガーを設けておき、そのオーガーの回転駆動によって先端側へ前記土を送る請求項１又は２に記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状化防止や軟弱粘性地盤のせん断強度の向上を図ることが可能な地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の地盤改良工法としては、オーガーによって地盤に穴を掘削して、その穴に砂（又は改良土等）を充填し、更に、オーガーで再掘削したり振動を充填土に加える等して締め固めることで、砂杭を形成する方法があった。そして、砂杭の締め固めに伴って、周囲地盤への圧力の伝播によって多少の地盤強化をも期待すると言ったものであった。また、施工に当たっては、穴内への砂の充填量については、最終的に、穴が塞がるまで充填することを管理値として実施されていた。
尚、この様な従来技術に関しては、当業者の間で広く知られているものであるが、特にこの施工に関して詳しく言及した特許文献などは見あたらないので、先行技術文献は示していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の地盤改良工法によれば、充填土として改良土を用いる場合には、セメントや水ガラス等の改良材を使用する必要があり、コストアップにつながる問題点がある。
また、これらの改良材を使用しないにしても、締め固めに伴って騒音や振動が発生する問題がある。また、地盤改良範囲は、土を充填した砂杭の範囲と、その周囲の僅かな範囲に限られ、締め固めによる地盤改良効果の効率が低い問題点もあった。
【０００４】
従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、安価に施工できると共に、騒音や振動が発生し難い状態で、掘削範囲の周りの広いエリアにわたり地盤強化を図れる地盤改良工法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の特徴構成は、回転軸芯周りに回転駆動させることで周囲地盤を押圧自在な回転翼を、地中に配置したケーシングを挿通する状態にその先端側に配置し、前記ケーシング内に前記回転翼によって周囲へ押し出すための土を位置させると共に、前記回転翼を前記回転軸芯周りに回転駆動させて前記土を前記周囲地盤に押し出して前記周囲地盤の強化を図るにあたり、前記回転翼の回転駆動に伴う周囲地盤への押出土量と、前記回転翼の回転トルク値とを地盤改良施工時の同深度での施工時間を決定する上での管理値として計測しながら地盤改良施工を行うところにある。
【０００６】
本発明の第１の特徴構成によれば、回転翼の回転駆動に伴って周囲地盤を押圧しながら締め固めて改良することができる。そして、前記ケーシング内に位置させてある土は、回転翼の回転軌跡上に次から次へと供給されることによって周囲地盤内に押し出され、継続的に地盤改良を進めることができる。その結果、改良範囲を回転翼外周側へ順次拡張していくことが可能となる。
この改良メカニズムの一例を説明すると、図６に示すように、前記回転翼３で土Ｓを周囲地盤Ｇに押し出す初期段階において、回転翼３の回転軌跡の直ぐ外周側に環状の第一改良領域Ｐ１が形成される。更に、土Ｓの押し出しを継続するに伴って、前記第一改良領域Ｐ１は、内周側から新たに押し出されてきた土Ｓの押圧力を受けて、第一改良領域Ｐ１の外周側地盤を更に押圧して第二改良領域Ｐ２を増殖して行く。便宜上、ここでは、領域を分けた説明を行ったが、現実的には、これらの行程の繰り返しによって分かれ目のない全体とした改良範囲を広い範囲にわたって確保することが可能となる。
また、前記回転翼の回転駆動に伴う周囲地盤への押出土量と、前記回転翼の回転トルク値とを地盤改良施工時の同深度での施工時間を決定する上での管理値として計測しながら地盤改良施工を行うから、地盤状況のバラツキが有る場合であっても、より確実に改良域を拡張して行くことが可能となる。
【０００７】
本発明の第２の特徴構成は、回転軸芯周りに回転駆動させることで周囲地盤を押圧自在な回転翼を、地中に配置したケーシングを挿通する状態にその先端側に配置し、前記ケーシング内に前記回転翼によって周囲へ押し出すための土を位置させると共に、前記回転翼を前記回転軸芯周りに回転駆動させて前記土を前記周囲地盤に押し出して前記周囲地盤の強化を図るにあたり、予め、周囲地盤の所定範囲を所定の強度に改良するのに必要な目標押出土量と、前記所定の強度に改良するのに必要な押圧力を生み出す為の前記回転翼の目標回転トルク値とを設定しておき、地盤改良施工時に、前記回転翼の回転駆動に伴う周囲地盤への押出土量と、前記回転翼の回転トルク値とを測定し、その押出土量が前記目標押出土量を満たすと共に、前記回転翼の回転トルク値が前記目標回転トルク値を満たすまで同深度での施工を続行するところにある。
【０００８】
本発明の第２の特徴構成によれば、回転翼の回転駆動に伴って周囲地盤を押圧しながら締め固めて改良することができる。そして、前記ケーシング内に位置させてある土は、回転翼の回転軌跡上に次から次へと供給されることによって周囲地盤内に押し出され、継続的に地盤改良を進めることができる。その結果、改良範囲を回転翼外周側へ順次拡張していくことが可能となる。
この改良メカニズムの一例については、本発明の第１の特徴構成による説明に記載したとおりである。
また、予め、周囲地盤の所定範囲を所定の強度に改良するのに必要な目標押出土量と、前記所定の強度に改良するのに必要な押圧力を生み出す為の前記回転翼の目標回転トルク値とを設定しておき、地盤改良施工時に、前記回転翼の回転駆動に伴う周囲地盤への押出土量と、前記回転翼の回転トルク値とを測定し、その押出土量が前記目標押出土量を満たすと共に、前記回転翼の回転トルク値が前記目標回転トルク値を満たすまで同深度での施工を続行するから、地盤状況のバラツキが有る場合であっても、より確実に改良域を拡張して行くことが可能となる。
即ち、例えば、対象地盤中に予想できなかった非常に緩い箇所（又は空洞等）が存在しているような場合、前記押出土量が当初設定した目標押出土量に達したとしても、現実的には地盤中には緩い箇所が残っている可能性が高く、こんな場合でも、回転トルク値が目標回転トルク値に達するまで施工を継続して土を供給して押し出すことで、前記緩い箇所を押出土で閉め固め、所定の強度に改良することができる。
また、別の状況として、例えば、対象地盤中に予想できなかった玉石等の石塊が存在しているような場合、回転翼による押圧力に対する反力が大きなり、回転トルク値としては上昇し易いものの、その石塊の周囲地盤にまでは締め固め力が作用していない可能性が高く、こんな場合でも、押出土量が目標押出土量に達するまで土を供給して続けることで、前記石塊の周囲地盤にも土の締め固め力を作用させ、所定の強度に改良することができる。
このように、前記目標押出土量と目標回転トルク値とを設定しておき、押出土量と回転トルク値とを管理することで、地盤状況にバラツキがあっても全体を所定の強度に改良することが可能となる。
【０００９】
本発明の第３の特徴構成は、前記ケーシング内に、前記回転翼とは別の回転駆動系で前記回転軸芯周りに回転駆動自在なオーガーを設けておき、そのオーガーの回転駆動によって先端側へ前記土を送るところにある。
【００１０】
本発明の第３の特徴構成によれば、本発明の第１又は２の特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、前記オーガーの回転駆動によって土を先端側へ送ることで、前記回転翼の回転軌跡内に次から次へと土を供給することができ、回転翼による地盤への土の押し出しを途切れ目無く効率よく実施することが可能となる。また、回転翼とオーガーとの駆動系を異ならせてあることで、前述のような前記回転翼の回転トルク値の管理を、オーガーの駆動とは別に実施できるから、施工管理精度の維持を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の地盤改良工法を実施するためのオーガー装置Ｋの一実施形態を示している。
オーガー装置Ｋは、図には示さないがベースマシンに装着され、任意の施工位置にセットできるように構成されている。
軸芯を上下方向に向けた状態に設置される円筒形状のケーシング１と、ケーシング１に内挿状態に設置されて縦軸芯周りに回転駆動自在なオーガー２と、そのオーガー２の下端側に同様に縦軸芯周りに回転駆動自在に設けられる回転翼３と、前記ケーシング１及びオーガー２及び回転翼３を各別に縦軸芯周りに回転駆動自在な回転駆動部４を備えて構成してある。
【００１３】
前記ケーシング１は、金属製の円筒材で構成され、下端部には掘削ビット（不図示）を装着してあってもよい。このケーシング１は、前記オーガー２のケースとなると共に、掘削時には掘削土を排土するガイドとなり、地盤改良時にはオーガー２内部空間に充填された土Ｓを周囲地盤Ｇと隔離した状態で収納及びガイドすることができ、更には、周囲地盤Ｇを受け止めて変位し難くすることができる。
【００１４】
前記オーガー２は、金属で構成してあり、筒状のオーガー軸２ａの外周に螺旋翼２ｂを一体に設けて構成されている。
当該実施形態においては、螺旋翼２ｂは、オーガー２を正転（例えば平面視で左回転）させた状態で上下の螺旋翼２ｂ間に位置する土Ｓを上方へ誘導し、逆転（例えば平面視で右回転）させた状態で上下の螺旋翼２ｂ間に位置する土Ｓを下方へ誘導する姿勢に形成されている。また、前記オーガー軸２ａには、前記回転翼３の駆動軸３ａが内挿されている。
【００１５】
前記回転翼３は、図２、図３に示すように、前記オーガー軸２ａに内挿された駆動軸３ａと、その下端部に一体的に取り付けられた基体部３ｂと、基体部３ｂの外周に放射状に設けられた複数の翼部３ｃとを備えて構成されている。そして、当該実施形態においては、翼部３ｃは、駆動軸３ａを正転（例えば平面視で左回転）させた状態では対象地盤を掻き取って掘削し、逆転（例えば平面視で右回転）させた状態では周囲地盤Ｇへ土を押し出して圧密させる姿勢に形成されている。
具体的には、翼部３ｃは、平面視において基体部３ｂから外方へ向けた左巻きの渦巻き線に沿う形状に形成してある。そして、翼部３ｃの横断面は、図４に示すように、略三角形を示し、下面と傾斜面との稜線部分が、掘削刃Ｈとして構成されている。
また、傾斜面となる翼部内周面５は、回転翼３の正転方向の回転駆動に伴って、前記掘削刃Ｈで掻き取った土Ｓを、上方へ誘導できるように構成されている。一方、縦面となる翼部外周面６は、回転翼３の逆転方向の回転駆動に伴って土Ｓを周囲地盤Ｇ側に押し出すことができるように構成されている。
【００１６】
前記回転駆動部４は、例えば、電気や油圧による駆動源によって構成することができ、前記ケーシング１、及び、オーガー２、及び、回転翼３をそれぞれ各別に回転駆動できるように構成されている。尚、図には示さないが、回転駆動部４には、前記ケーシング１、及び、オーガー２、及び、回転翼３それぞれに対して、回転駆動のオン・オフを切り替えるスイッチ機構や、回転方向を切り替える回転切替機構や、回転速度を変更する速度変更機構、及び、それらの回転駆動に伴って作用する回転トルク値等を表示するモニタ機構等が備えられている。
【００１７】
尚、当該実施形態においては、当該オーガー装置Ｋを三つ一組として使用し、図５に示すように、平面視において正三角形の頂点部分に位置する配置に構成してある。
【００１８】
次に、地盤改良工法の手順について説明する（図７参照）。
［１］  所定深度まで掘削を行う。掘削は、オーガー装置Ｋを地盤に当接させながら前記回転翼３、オーガー２、ケーシング１を正転方向に回転駆動することで実施する。対象地盤は、前記回転翼３の掘削刃Ｈによって掻き取られながら翼部内周面５で上方のケーシング１内空部に送られる。そして、ケーシング１内空部では、オーガー２によって更に上方に送られて排土される。
［２］  該当ステップにおける地盤改良施工を行う。ケーシング１内空部の所定位置から下方に土Ｓが充填された状態にした後、回転翼３とオーガー２とを逆転方向に回転駆動する。但し、この時には、ケーシング１の回転駆動は停止させた状態で行う。回転翼３とオーガー２との回転駆動によって、前記翼部外周面６が土Ｓを周囲地盤Ｇ側に押し出すと共に、螺旋翼２ｂによってケーシング１内の土が回転翼３回転軌跡に向けて供給される。従って、継続して、回転翼３の外方に圧密改良ゾーンが拡大してゆく。
そして、施工管理としては、予め、周囲地盤Ｇの所定範囲を所定の強度に改良するのに必要な目標押出土量Ｄ１と、前記所定の強度に改良するのに必要な押圧力を生み出す為の前記回転翼３の目標回転トルク値Ｔ１とを設定しておき、地盤改良施工時に、前記回転翼３の回転駆動に伴う周囲地盤Ｇへの土Ｓの押出土量Ｄ２と、前記回転翼３の回転トルク値Ｔ２とを測定し、その押出土量Ｄ２が前記目標押出土量Ｄ１を満たすと共に、前記回転翼３の回転トルク値Ｔ２が前記目標回転トルク値Ｔ１を満たすまで同深度での施工を続行する。尚、押出土量Ｄ２は、例えば、ケーシング１内空部における土の上面位置の下降量から割り出したり、施工途中にケーシング１内へ投入した土の量から割り出すことができる。そして、回転トルク値Ｔ２は、回転駆動部のモニタ機構による値を採用できる。
［３］  前記オーガー装置Ｋを所定寸法引き上げて、次のステップでの地盤改良施工を行う。以下、［２］［３］の繰り返しによって柱状の改良体を形成する。
【００１９】
尚、目標押出土量Ｄ１と目標回転トルク値Ｔ１とは、対象とする土質に応じて設定される各種係数をもとにして、計画改良範囲と、計画改良強度とを考慮して設定することができる。
また、改良強度は、例えば、標準貫入試験値（所謂「Ｎ値」）や、一軸圧縮試験強度等の形で表現することができる。
【００２０】
当該地盤改良工法によれば、施工に伴う騒音や振動を最小限にしながら、掘削径に比べてより広い範囲まで地盤改良を行うことができる。また、使用するのは、セメントや水ガラス等の改良材を使用することも可能であるが、基本的には、回転翼によって押し出す土の締め固めエネルギーによって改良域を拡大するものであるから、より経済的に地盤改良を実施することが可能となる。更には、押出土量と回転トルクの両面からの施工管理によって、自然地盤では避けることができない物性のバラツキや異物の混入が有る場合であっても、より確実に改良域を拡張して行くことが可能となる。
【００２１】
〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。
【００２２】
〈１〉  当該地盤改良工法に用いるオーガー装置は、先の実施形態で説明したものに限るものではなく、例えば、回転翼３とオーガー２とが各別に回転駆動できる構成に替えて、同一の回転駆動系によって、同一回転駆動するように構成してあってもよい。尚、同一回転駆動系を用いることで、装置の簡単化、及び、コストダウンを図ることができる。
また、先の実施形態で説明した異なる回転駆動系を備えた構成によれば、例えば、回転翼３とオーガー２との回転速度を異ならせるような駆動方式を採ることが可能である。その例としては、地盤改良施工の初期の段階では地盤の圧密変形が生じ易いことから、その段階ではオーガー２の回転速度を上げて、回転翼３への土の供給量を増加させる方法が挙げられる。こうすることで、地盤改良の効率をさらに向上させることが可能となる。この場合の初期の段階とは、１施工ステップ内での施工における初期を意味することの他、改良範囲全体での施工本数が少なくてまばらな状態を初期とすることもある。
また、オーガー装置の構成としては、掘削工程の後の地盤改良工程においては、オーガー２を設けずに、ケーシング１と回転翼３のみを設け、ケーシング１内の土Ｓの自重によって回転翼３の回転軌跡内に下がるように構成するものであってもよい。
〈２〉  前記オーガー２は、先の実施形態で説明した螺旋翼２ｂを全長にわたって設けてあるものに限らず、例えば、縦方向に間隔をあけて複数箇所に設けてあるものであってもよい。
〈３〉  前記回転翼３は、先の実施形態で説明した形状のものに限るものではなく、適宜、形状変形が可能である。例えば、図８に示すように、翼部３ｃが螺旋翼で構成してあり、この螺旋翼が、図に示すように、基体部３ｂに取り付けられている基端部から斜め上方に伸びる螺旋翼に形成してあれば、その螺旋翼の下面で土Ｓを周囲地盤Ｇに押し出すことが可能である。
また、回転翼３そのものには、先の実施形態においては、掘削機能と、土の押出機能との両方を備えたもの説明したが、それぞれの機能部毎に分割した構成とするものであってもよい。
〈４〉  当該地盤改良工法は、先の実施形態で説明したオーガー装置を用いて実施することに限らず、適宜、変更した装置を用いて実施するものであってもよい。
また、オーガー装置は、正三角形の頂点部にそれぞれの軸芯が位置するように三組のオーガー装置を用いることに替えて、一組のオーガー装置による施工や、二組、又は、四組以上の複数組のオーガー装置を用いた施工であってもよい。また、三組のオーガー装置を使用する場合であっても、その配置は正三角形に限らず、正三角形以外の三角形による配置や、一列に並べた配置であってもよい。
また、オーガー装置による掘削方向は、鉛直方向に限らず、斜め下方や、横方向、斜め上向き方向や、上方向等、３６０度何れの方向であっても可能である。但し、横方向や、それより上方を向いた施工に関しては、ケーシング内に土を保持する機構を別途設けることが好ましい。
【００２３】
尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】オーガー装置の概念を示す説明図
【図２】回転翼の側面図
【図３】回転翼の上面視断面図
【図４】翼部の断面図
【図５】オーガー装置の配置を示す平面視断面図
【図６】改良メカニズムを示す平面視模式図
【図７】施工フローを示す説明図
【図８】別実施形態の回転翼を示す側面視断面図
【符号の説明】
【００２５】
１      ケーシング
２      オーガー
３      回転翼
Ｄ１    目標押出土量
Ｄ２    押出土量
Ｇ      周囲地盤
Ｓ      土
Ｔ１    目標回転トルク値
Ｔ２    回転トルク値
【図１】
2005256350.tif 000003
【図２】
2005256350.tif 000004
【図３】
2005256350.tif 000005
【図４】
2005256350.tif 000006
【図５】
2005256350.tif 000007
【図６】
2005256350.tif 000008
【図７】
2005256350.tif 000009
【図８】
2005256350.tif 000010