(57)【要約】    【課題】  水平方向及び鉛直方向共に地盤強度を均一にすることができ、且つ処理杭の鉛直方向の剛性を高めて造成できる固化杭造成方法を提供すること。    【解決手段】  平面視で軸芯を結ぶ形状が三角形となるように配置された３つの攪拌軸を有する固化杭造成装置の先端を、施工する原地盤位置に合わせて攪拌軸を回転させ、貫入又は引き上げを行いつつ、該装置先端近傍から固化材を吐出又は噴射しながら、原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単軸又は多軸の攪拌軸を有する固化杭造成装置の先端を、施工する原地盤位置に合わせて攪拌軸を回転させ、貫入又は引き上げを行いつつ、該装置先端近傍から固化材を吐出又は噴射しながら、該操作を一回又は該攪拌軸の先端位置をずらして同様の操作を複数回繰り返して原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法。
【請求項２】
前記固化杭造成装置が、平面視で軸芯を結ぶ形状が三角形となるように配置された３つの攪拌軸を有する装置である請求項１記載の原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法。
【請求項３】
前記同様の操作を複数回繰り返して行う施工が、最初の施工で用いた固化杭造成装置をそのまま用いるか、又は別途の固化杭造成装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法。
【請求項４】
前記略三角形断面の固化杭を構成する３つ又は４つの単杭の径が、全て同一、一部の単杭が互いに同一、又は全て異なる径であることを特徴とする請求項１記載の原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法。
【請求項５】
原地盤土中、適宜の間隔で多数造成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法。
【請求項６】
適宜の間隔で多数造成して、改良率１００％の固化杭を造成する請求項５記載の原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を改良するために固化杭を多数造成する際、地盤強度を均一にすることができ、且つ鉛直方向の剛性を高めて造成できる略三角形断面の固化杭造成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地盤の改良工法のひとつに固化杭造成工法がある。この固化杭造成工法は、例えば、機械式攪拌混合装置の先端を、施工する柱体の芯に合わせて中空攪拌軸を回転させ、装置先端近傍から固化材を吐出しながら攪拌羽根を回転し、原地盤土と攪拌混合しながら貫入を行い、設計深度に達したところで吐出を停止し、攪拌軸をそのままの回転又は逆転して、更に攪拌混合しながら地盤上に引き上げて柱状体を造成する工法である。また、固化材の吐出口を上方の攪拌羽根近傍の攪拌軸に設け、固化材の吐出を地盤上に引き上げる工程で行い、且つ原地盤土と攪拌混合しながら造成する方法も知られている。また、高圧のジェット噴流を地中に注入して固化杭を造成し地盤を改良する噴流式の固化杭造成方法が知られている。
【０００３】
機械式攪拌混合装置を用いて固化杭を造成する際、複数本の攪拌掘削軸を用いて原位置土中に固化材を注入し、攪拌混合して地盤を改良する多軸混合処理装置が知られている。特開平１０−２９２３６２号公報には、混合処理機の駆動装置へ着脱自在に適用される３軸同期装置の１本の駆動軸が内外に同心に配置した内外の２軸構造とし、且つ２軸は正反対の方向へ回転する構成とした３軸同期装置と、これを利用することによって鉛直精度（直進性）の高い地盤改良処理を行う３軸混合処理機が開示されている。特開平１０−２９２３６２号公報に記載されるように、従来の３軸攪拌混合処理装置は、３つの攪拌軸が横一列に並んでいるため、地中連続固化壁のような施工方法には適する。
【特許文献１】特開平１０−２９２３６２号公報（請求項１、段落番号０００５）
【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、図１３に示すように、このような３軸攪拌混合処理装置を用いて四方に対して適宜の間隔で固化杭８０を造成し、広い範囲の地盤を均一に強化する場合、横一列方向（Ｈ方向）に対し垂直な方向（Ｖ方向）における地盤強度は、横一列方向における地盤強度に対して十分でないという、所謂地盤強度の不均一化が生じる。また、Ｖ方向に対しては間隙ｗが発生するため、盛土により不均一な圧力が発生すると、例えば図中、矢印ａで示す方向に地盤が滑り易くなるという問題がある。
【０００５】
更に、従来の３軸攪拌混合処理装置１００で造成される固化杭８０の鉛直方向の剛性（断面２次モーメント）は、Ｉ２＝ｂ２ｈ２３/１２で計算されるように（図１４参照）、その値は小さいため、施工時において、固化杭８０は鉛直方向に傾斜して造成されるという問題がある（図１５参照）。このように従来の３軸攪拌混合処理装置１００による固化杭８０の造成方法では、水平方向及び鉛直方向（深度方向）共に、地盤強度を均一化できないという問題があった。また、単軸攪拌混合処理装置を用いて造成される固化杭はもっぱら図１３及び図１４に示されるような略矩形断面形状であり、略三角形断面の固化杭は知られていなかった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、水平方向及び鉛直方向共に地盤強度を均一に造成できる固化杭造成方法を提供することにあり、また本発明の他の目的は更に固化杭の鉛直方向の剛性を高めて造成できる固化杭造成方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、単軸又は多軸の攪拌軸を有する固化杭造成装置の先端を、施工する原地盤位置に合わせて攪拌軸を回転させ、貫入又は引き上げを行いつつ、該装置先端近傍から固化材を吐出又は噴射しながら、該操作を一回又は該攪拌軸の先端位置をずらして同様の操作を複数回繰り返して、原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成すれば、水平方向及び鉛直方向共に地盤強度を均一にすることができること、平面視で軸芯を結ぶ形状が三角形となるように配置された３つの攪拌軸を有する固化杭造成装置を使用すれば、固化杭を鉛直方向の剛性を高めて造成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、単軸又は多軸の攪拌軸を有する固化杭造成装置の先端を、施工する原地盤位置に合わせて攪拌軸を回転させ、貫入又は引き上げを行いつつ、該装置先端近傍から固化材を吐出又は噴射しながら、該操作を一回又は該攪拌軸の先端位置をずらして同様の操作を複数回繰り返して原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法を提供するものである。
【０００９】
また、本発明（２）は、前記固化杭造成装置が、平面視で軸芯を結ぶ形状が三角形となるように配置された３つの攪拌軸を有する装置である前記原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法を提供するものである。
【００１０】
また、本発明（３）は、前記同様の操作を複数回繰り返して行う施工が、最初の施工で用いた固化杭造成装置をそのまま用いるか、又は別途の固化杭造成装置を用いる前記原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法を提供するものである。
【００１１】
また、本発明（４）は、前記略三角形断面の固化杭を構成する３つ又は４つの単杭の径が、全て同一、一部の単杭が互いに同一、又は全て異なる径である前記原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法を提供するものである。
【００１２】
また、本発明（５）は、原地盤土中、適宜の間隔で多数造成する前記原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法を提供するものである。
【００１３】
また、本発明（６）は、適宜の間隔で多数造成して、改良率１００％の固化杭を造成する前記原地盤土中に略三角形断面の固化杭を造成する方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、原地盤土に形成される１つの固化杭は、略三角形断面であるため、これを適宜の間隔で多数形成した改良地盤は、水平方向における地盤強度を均一にすることができる。また、盛土により不均一な圧力が発生した場合、地盤が滑り易くなるという問題を回避できる。また、３軸固化杭造成装置を用いれば、処理杭を鉛直方向の剛性を高めて造成できるため鉛直方向に傾くことなく、直進性に優れた造成ができる。このため、原位置土の鉛直方向においても地盤強度を均一にすることができる。また、三角形の頂点にある攪拌軸の設置位置、攪拌羽根の大きさなどを制限した装置とすれば、装置の小型化が図れ、また、改良区域の境界にある既設構造物等による制約にも対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態における略三角形断面の固化杭を造成する方法を図１〜図９を参照して説明する。図１は、本例の造成方法で用いる３軸攪拌混合処理装置を左側から見た概略図、図２は図１の装置を正面から見た概略図、図３は図２のＡ−Ａ線から見た端面図でリーダーと３つの攪拌軸の位置関係を示す図、図４は原位置土に造成された固化杭を模式的に示す図、図５は本例の造成方法で造成された固化杭の断面形状を示す図、図６及び図７は本例の造成方法で造成された固化杭の他の断面形状を示す図、図８は本例の造成方法で原位置土に適宜のピッチで造成された固化杭の平面図である。図９は本例の造成方法で原位置土に適宜のピッチで造成された他の固化杭の平面図である。図５中、二点鎖線で示す外側の三角形は断面２次モーメントを算出する基礎となる形状であり、二点鎖線で示す内側の三角形は各攪拌軸で造成された円形断面の中心を結んで形成された形状を示す。
【００１６】
図１及び図２で示すように、本例の略三角形断面の固化杭を造成する方法で用いる３軸攪拌混合処理装置１０は、クローラークレーンｍ上に固定されたリーダー１１に対して吊り下げワイヤー１２により昇降自在に取り付けられている。３つの攪拌軸は平面視で軸芯を結ぶ形状が三角形となるように配置され、装置のリーダー１１側に三角形の底辺を構成する２軸１５ａ、１５ｂを配置し、リーダーと離れる側に三角形の頂点を構成する１軸１５ｃを配置している（図３参照）。軸芯を結ぶ形状が本例では正三角形であるがこれに限定されず、三角形の頂点のある攪拌軸１５ｃの位置が更にリーダー１１側に位置するものであってもよい。
【００１７】
３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃはターンテーブル１６を介してオーガモーター１４ａ〜１４ｃにそれぞれ接続されている。すなわち、３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃは独立してオーガモーター１４ａ〜１４ｃに接続されており、リーダー１１側の２つの攪拌軸１５ａ、１５ｂの回転方向とリーダー１１より遠い位置にある１つの攪拌軸１５ｃの回転方向は逆回転とすることで、施工時の装置の捩れを防止している。また、３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃはリーダー１１に対して下部ガイド１７によりガイドされている。
【００１８】
３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃのそれぞれ先端部分には、攪拌羽根１９が１段又は２段で形成され、且つ互いの攪拌羽根１９が接触しないように、段違いで形成されている。３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃに附設される攪拌羽根１９は、平面視で互いに重複部分を有し、３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃで造成される固化杭が一部でラップするようになっている。また、軸間振れ止め枠体１８を３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃに附設することで、一の攪拌軸が他の攪拌軸の回転に影響されて軸振れする現象を防止している。また、掘削ビット２１を３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃの先端に附設して掘削が容易になるようにしている。また、３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃにおいて、先端又は攪拌羽根１９近傍には、固化材を吐出する不図示の固化材吐出口が形成されている。従って、３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃは通常中空管であり、該中空管内に固化材吐出口と地上の固化材供給手段を接続する配管が通されている。なお、攪拌羽根の設置形態としては、上記のような段違い攪拌羽根に限定されず、例えば３軸の回転が同期されて、同一面内にある攪拌羽根が互いに接触することなく、タップする１段攪拌羽根構造のものであってもよい。
【００１９】
３軸攪拌混合処理装置１０において、３軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃの位置関係としては、上記のようなリーダー１１側に三角形の底辺を構成する２軸１５ａ、１５ｂを配置する形態に限定されず、３軸１５ａ、１５ｂ、１５ｃはターンテーブル１６に固定され、ターンテーブル１６は回転自在且つ任意の位置で固定可能であるため、リーダー１１に対して三角形の頂点の位置は任意の位置をとることができる。また、３軸攪拌混合処理装置１０はリーダー１１に対してワイヤーで吊り下げられる他、ラック、ピニオン、チェーン等による強制昇降により貫入等が行われるものであってもよい。
【００２０】
次に、３軸攪拌混合処理装置１０を用いて略三角形断面の固化杭を造成する方法の一例を説明する。すなわち、３軸攪拌混合処理装置１０の先端を、施工する原位置地盤の所定の位置に合わせて３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃを回転させ、固化材を吐出することなく、攪拌羽根１９を回転し、原地盤土をほぐしながら貫入を行い、設計深度に達したところで貫入を停止する貫入工程、３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃをそのまま回転又は逆転して、今度は、攪拌羽根近傍の固化材吐出口から固化材を吐出しながら攪拌羽根を回転し、ほぐされた原地盤土と攪拌混合しながら３軸攪拌混合処理装置１０を設計高まで引き上げて、均一な略三角形断面の固化杭２０を形成する造成工程とを有する。なお、固化材の吐出時期は、上記引き上げ工程に限定されず、貫入工程で行ってもよい。
【００２１】
３軸攪拌混合処理装置１０を用いて造成された固化杭２０は、図５に示すように略三角形断面である。固化杭２０の断面形状を示す略三角形状は、３軸攪拌混合処理装置１０の３つの攪拌軸１５ａ〜１５ｃの位置関係から定義されたものであり、広く解する。すなわち、略三角形状は三角形の３つの頂点に位置する攪拌軸がそれぞれ造成する円形断面２０１〜２０３が重なり合ったものであるか、接したもの（不図示）であり、このような断面形状のすべてを含むものである。
【００２２】
図５の固化杭２０は、図１４で示される従来の横並びの固化杭８０と比べて、鉛直方向の剛性、すなわち断面２次モーメント（Ｉ１＝ｂ１ｈ１３/１２）が大きいため、図４に示すように、施工時、鉛直方法に対する傾斜が起こらず直進性が優れている。固化杭２０と従来の固化杭８０の断面２次モーメントを計算すると、ｂ１が１．８ｍ、ｈ１が１．７３ｍ、ｂ２が２．４ｍ、ｈ２が０．８ｍの場合、本発明に係る固化杭２０はＩ１が０．２９ｍ４であり、従来の固化杭８０のＩ２０．１０ｍ４と比較して約３倍の剛性を有することになる。
【００２３】
また、本発明の略三角形断面の他の固化杭としては、図６の固化杭２０ａが挙げられる。固化杭２０ａは、高さの低い三角形の３つの頂点に位置する攪拌軸であって、且つ三角形の高さ部分に相当する頂点に位置する攪拌軸に附設された攪拌羽根の長さが短い（回転径が小さい）もので造成したものである。また、本発明の略三角形断面の他の固化杭としては、図７の固化杭２０ｂが挙げられる。固化杭２０ｂは、通常攪拌羽根の長さが異なる単軸攪拌混合処理装置を３機用意し、単独の施工を装置を変えてそれぞれ造成したものであるか、又は３軸高圧ジェット噴流装置を用い、３軸それぞれの固化材の吐出圧力を変化させて造成したものであり、略三角形断面の固化杭を構成するそれぞれの固化杭２０５、２０６、２０７の径が全て異なるものである。固化杭２０ａ、２０ｂの鉛直方向の剛性は、固化杭２０の鉛直方向の剛性ほど高くはないものの、従来の横並びの固化杭８０と比べて大きいものである。
【００２４】
なお、図５及び図６で示される固化杭２０、２０ａは３軸攪拌混合処理装置１０を用いて造成されたものに限定されず、単軸攪拌混合処理装置を用いて造成したもの又は単軸攪拌混合処理装置と二軸攪拌混合処理装置を併用して造成したものであってもよい。単軸攪拌混合処理装置を用いて略三角形断面の固化杭２０を造成する場合、攪拌軸を有する固化杭造成装置の先端を、施工する原地盤位置に合わせて攪拌軸を回転させ、貫入又は引き上げを行いつつ、該装置先端近傍から固化材を吐出又は噴射しながら例えば固化杭２０１を造成し、次いで攪拌軸の先端位置をずらして同様の操作により固化杭２０２を造成し、次いで攪拌軸の先端位置をずらして同様の操作により固化杭２０３を造成する。また、単軸攪拌混合処理装置を用いて略三角形断面の固化杭２０ａを造成する場合、小径の固化杭２０４は、固化材の吐出圧力を下げて造成する方法、あるいは攪拌羽根の攪拌域の径が小さな他の単軸攪拌混合処理装置を用いて造成する方法等が挙げられる。
【００２５】
本発明の略三角形断面の固化杭を造成する方法としては、通常、改良地盤中に上記の略三角形断面の固化杭を適宜の間隔で多数造成することで行われる。すなわち、図８に示すように、固化杭２０を図中、左右方向に該固化杭２０の幅径ｂ１をピッチとし、図中、上下方向に該固化杭２０の高さｈ１をピッチとして多数造成する場合、従来の横並びの固化杭８０で多数造成されるもの（図１３）と比較して、Ｈ方向及びＶ方向共に、間隙ｗが発生することがないため、盛土により不均一な圧力が発生しても、例えば符号ａで示す方向に地盤が滑ることもない。また、図９に示すように、改良地盤中に上記の略三角形断面の固化杭２０ａを適宜の間隔で多数造成して、改良率１００％の固化杭を造成することもできる。
【００２６】
次に、本発明の他の実施の形態における略三角形断面の固化杭を造成する方法を図１０〜図１２を参照して説明する。図中、固化杭の構造を明確にするため、本来存在しない輪郭形状を残して示した。本例の略三角形断面の固化杭３０は、三角形の３つの頂点に位置する攪拌軸（外側軸）と該三角形の略中心に位置する攪拌軸（内側軸）を有し、２つの外側軸間の長さが当該２つの外側軸に附設された攪拌羽根の半径長さの合計と略同じであり、内側軸の攪拌羽根の長さが外側軸の長さより小さい４軸攪拌混合処理装置１０を用いて造成されたものである。すなわち、固化杭３０は、３つの大きな径の固化杭２０１、２０２及び２０３がそれぞれ接しており、３つの固化杭２０１、２０２及び２０３で形成された内部の空隙部分を小さな径の固化杭２０５が埋めている。この方法によれば、略三角形断面の太い固化杭を造成することができる。
【００２７】
図１１に示す固化杭３０ａにおいて図１０の固化杭３０と相違する点は、固化杭３０ａは、外側軸が高さの低い三角形の３つの頂点に位置する攪拌軸とした点である。すなわち、固化杭３０ａは、２つの大きな径の固化杭２０１、２０２と１つの小さな径の固化杭２０４がそれぞれ接しており、３つの固化杭２０１、２０２及び２０４で形成された内部の空隙部分を小さな径の固化杭２０５が埋めている。
図１２に示す固化杭３０ｂにおいて図１０の固化杭３０と相違する点は、固化杭３０ｂは、外側軸が変形三角形の３つの頂点に位置する攪拌軸とした点である。すなわち、固化杭３０ｂは、それぞれ異なる径の固化杭３０２、３０３、３０４がそれぞれ接しており、３つの固化杭３０２、３０３及び３０４で形成された内部の空隙部分を更にこれら３つの固化杭の径と異なる径の固化杭３０１が埋めている。すなわち、固化杭３０、３０ａ、３０ｂにおいて、４つの固化杭の径は全て同一、一部の単杭が互いに同一、又は全て異なる径であってもよい。
【００２８】
また、固化杭３０、３０ａは４軸攪拌混合処理装置を用いて造成されたものに限定されず、単軸攪拌混合処理装置、単軸攪拌混合処理装置と二軸攪拌混合処理装置、単軸攪拌混合処理装置と三軸攪拌混合処理装置、又は２台の二軸攪拌混合処理装置をそれぞれ併用して造成したものであってもよい。単軸攪拌混合処理装置を用いて略三角形断面の固化杭３０を造成する場合、攪拌軸を有する固化杭造成装置の先端を、施工する原地盤位置に合わせて攪拌軸を回転させ、貫入又は引き上げを行いつつ、該装置先端近傍から固化材を吐出又は噴射しながら例えば固化杭２０１を造成し、次いで攪拌軸の先端位置をずらして同様の操作により固化杭２０２を造成し、順次固化杭２０３及び固化杭２０５を造成する。
【００２９】
本発明において用いる固化材としては、特に制限されず、セメントミルクなどのスラリー及び紛粒体等が挙げられる。また、本発明の固化杭造成方法で用いる固化杭造成装置としては、上記の単軸又は多軸攪拌混合処理装置に限定されず、高圧のジェット噴流を地中に噴射する噴射口を備えた挿入管を有する噴流式の単軸又は多軸の固化杭造成装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本例の造成方法で用いる３軸攪拌混合処理装置を左側から見た概略図である。
【図２】図１の装置を正面から見た概略図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線から見た端面図でリーダーと３つの攪拌軸の位置関係を示す図である。
【図４】原位置土に造成された固化杭を模式的に示す図である。
【図５】本例の造成方法で造成された固化杭の断面形状を示す図である。
【図６】本例の造成方法で造成された固化杭の他の断面形状を示す図である。
【図７】本例の造成方法で造成された固化杭の他の断面形状を示す図である。
【図８】本例の造成方法で原位置土に適宜のピッチで造成された固化杭を示す平面図である。
【図９】本例の造成方法で原位置土に適宜のピッチで造成された他の固化杭を示す平面図である。
【図１０】他の例の造成方法で造成された固化杭の断面形状を示す図である。
【図１１】他の例の造成方法で造成された固化杭の他の断面形状を示す図である。
【図１２】他の例の造成方法で造成された固化杭の他の断面形状を示す図である。
【図１３】従来の造成方法で原位置土に適宜のピッチで造成された固化杭を示す平面図である。
【図１４】従来の造成方法で造成された固化杭の断面形状を示す図である。
【図１５】従来の造成方法において原位置土に造成された固化杭を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    ３軸攪拌混合処理装置
１１    リーダー
１２    吊り下げワイヤー
１３    シーブブロック
１４ａ〜１４ｃ    オーガモーター
１５ａ〜１５ｃ    攪拌軸
１６              ターンテーブル
１７              下部ガイド
１８              軸間触れ止め枠体
１９              攪拌羽根
２０、２０ａ、２０ｂ、３０、３０ａ、３０ｂ、８０      固化杭
２１              掘削ビット
ｍ      クローラークレーン
【図１】
2005344314.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005344314.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005344314.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005344314.tif 000011
【図１０】
2005344314.tif 000012
【図１１】
2005344314.tif 000013
【図１２】
2005344314.tif 000014
【図１３】
2005344314.tif 000015
【図１４】
2005344314.tif 000016
【図１５】
2005344314.tif 000017