(57)【要約】【課題】地盤改良範囲を拡大造成できる地盤改良工法を提供する。【解決手段】硬化材注入管４の先端部にモニター機構８が取り付けられ、モニター機構８は第１攪拌翼９を硬化材注入管４の管軸方向先端側に向けて閉じる姿勢と管半径方向へ突出する開き姿勢とにわたって支軸１０回りに揺動可能に具備し、第１攪拌翼９には第１攪拌翼９の回転による遠心力で突出する第２攪拌翼９１を備える。改良体の造成に際しては硬化材注入管４を回転させながら地中から引抜くと同時に、該硬化材注入管４の回転に伴い一体的に回転する開姿勢の第１攪拌翼９と第２攪拌翼９１により地山を広範囲に掘削・攪拌することができる。【選択図】図２
2007332582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先導管と、硬化材注入管と、この硬化材注入管の先端部に取り付けられ、軸方向先端側に鞘部を有する第１攪拌翼を前記硬化材注入管の管軸方向先端側に向けて閉じる姿勢と管半径方向へ突出する開き姿勢とにわたって支軸回りに揺動可能に具備したモニター機構とを用意し、
前記先導管を地中の所定深さまで貫入して削孔する先行削孔工程と、先行削孔後、前記モニター機構が取り付けられた硬化材注入管を前記先導管に挿入する工程と、この硬化材注入管挿入後、前記先導管を地中から引抜く工程と、先導管引抜き後前記硬化材注入管を管軸回りに回転させながら前記第１攪拌翼を管半径方向へ突出させて開くと同時に、前記硬化材注入管内に硬化材を圧送する工程と、前記硬化材注入管を管軸回りに回転させながら地中から引抜くと同時に、該硬化材注入管の回転に伴い一体的に回転する前記開姿勢の第１攪拌翼により地山を掘削しながら前記硬化材を前記硬化材注入管の先端側から地盤中に注入・攪拌し、改良体を地中に造成する工程と、を含み、
前記造成工程では、前記第１攪拌翼の鞘部内に収納される退入姿勢と前記第１攪拌翼の軸方向先端側に向けて突出する突出姿勢とにわたって退入・突出自在に備えられた第２攪拌翼を、前記第１攪拌翼の回転による遠心力で突出させて前記地山を前記第１攪拌翼と共に掘削・攪拌することを特徴とする、地盤改良工法。
【請求項２】
前記第２攪拌翼は前記突出姿勢と鞘部内に納まる折畳み姿勢とにわたって第１攪拌翼の軸方向と直交する枢軸回りに回転可能に取り付けている、請求項１記載の地盤改良工法。
【請求項３】
硬化材注入管と、この硬化材注入管の先端部に取り付けられたモニター機構とを備え、前記モニター機構が第１攪拌翼を前記硬化材注入管の管軸方向先端側に向けて閉じる姿勢と管半径方向へ突出する開き姿勢とにわたって支軸回りに揺動可能に具備しており、前記第１攪拌翼がこれの軸方向先端側に鞘部を有し、第２攪拌翼が前記鞘部内に収納される退入姿勢と、前記第１攪拌翼の回転による遠心力で前記鞘部からこれの軸方向先端側に向けて突出する姿勢とにわたって退入・突出自在に備えられていることを特徴とする、地盤改良装置。
【請求項４】
前記第２攪拌翼は前記突出姿勢と鞘部内に納まる折畳み姿勢とにわたって第１攪拌翼の軸方向と直交する枢軸回りに回転可能に取り付けている、請求項３記載の地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的軟弱な地盤中に硬化材を注入し、地盤と攪拌混合することにより改良体の造成を行う地盤改良工法およびそれに用いられる地盤改良装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の地盤改良工法には、攪拌掘削軸に、掘削土壌を攪拌し硬化材を混合する攪拌翼を直交状に固定してなる機械攪拌工法（例えば、特許文献１参照）や、機械攪拌とジェット噴射（高圧噴射攪拌）とを併用する工法（例えば、特許文献２，３参照）などがある。
また、攪拌翼が固定された方式とは異なり、任意の掘削深さで硬化材注入ロッドを回転させながら該注入ロッドの下端部に開閉可能に備えた一対の攪拌翼を開き、この攪拌翼で拡幅掘削・攪拌を行う拡幅式（開翼式）地盤改良工法（例えば、特許文献４参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３２８５５４号公報（図１）
【特許文献２】特開２０００−１７６５０号公報
【特許文献３】特開２００５−７６２１１号公報（図３）
【特許文献４】特開平１０−１２１４５９号公報（図１）
【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、特許文献１等に記載される機械攪拌工法では、地表面から改良地盤まで同じ改良径で掘削する必要があるため削孔等に多大な時間を要し、また、対象地盤中に削孔の障害物となる捨石、コンクリート塊、木杭などが存在する箇所は削孔できない等の問題があった。
また、特許文献２，３等に記載される機械攪拌と高圧噴射攪拌とを併用する工法においても、削孔径を大きくする必要があり削孔等に多大な時間を要し、また高圧噴射攪拌に伴い硬化材の混入した排泥が多く生じてくるので、産業廃棄物となりこの処理に要するコストが高くなる。かと言って、高圧噴射注入工法で、硬化材を地表面に噴出させないで施工すると、周辺地盤の地盤隆起が起こり、周辺家屋や地下埋設物に悪影響を及ぼすことになるといった課題がある。
特許文献４に記載された拡幅式地盤改良工法においても、特許文献１等に記載される機械攪拌工法の場合と同様に、攪拌翼が対象地盤中の捨石等の障害物に当たった場合、それ以上掘削・攪拌を続けることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、削孔径は小さくても改良径の大きい改良体を得ることができ、硬化材の混入した排泥量の削減を図ることのできる地盤改良工法およびそれに用いられる地盤改良装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記のような、硬化材注入管の下端部に攪拌翼を開閉可能に備える開翼式の地盤改良工法において、攪拌翼の構造に工夫を凝らすことにより機械的な拡幅掘削・攪拌、地盤改良範囲の拡大化を図れる地盤改良工法およびそれに用いられる地盤改良装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、捨石等の地中障害物を容易にかわして改良体を造成できる地盤改良工法およびそれに用いられる地盤改良装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の地盤改良工法は、請求項１に記載のように、先導管と、硬化材注入管と、この硬化材注入管の先端部に取り付けられ、軸方向先端側に鞘部を有する第１攪拌翼を前記硬化材注入管の管軸方向先端側に向けて閉じる姿勢と管半径方向へ突出する開き姿勢とにわたって支軸回りに揺動可能に具備したモニター機構とを用意し、前記先導管を地中の所定深さまで貫入して削孔する先行削孔工程と、先行削孔後、前記モニター機構が取り付けられた硬化材注入管を前記先導管に挿入する工程と、この硬化材注入管挿入後、前記先導管を地中から引抜く工程と、先導管引抜き後前記硬化材注入管を管軸回りに回転させながら前記第１攪拌翼を管半径方向へ突出させて開くと同時に、前記硬化材注入管内に硬化材を圧送する工程と、前記硬化材注入管を管軸回りに回転させながら地中から引抜くと同時に、該硬化材注入管の回転に伴い一体的に回転する前記開姿勢の第１攪拌翼により地山を掘削しながら前記硬化材を前記硬化材注入管の先端側から地盤中に注入・攪拌し、改良体を地中に造成する工程と、を含み、前記造成工程では、前記第１攪拌翼の鞘部内に収納される退入姿勢と前記第１攪拌翼の軸方向先端側に向けて突出する突出姿勢とにわたって退入・突出自在に備えられた第２攪拌翼を、前記第１攪拌翼の回転による遠心力で突出させて前記地山を前記第１攪拌翼と共に掘削・攪拌することに特徴を有するものである。
このような構成によれば、先導管により先行削孔を行うので、削孔径は小さく大深度削孔を可能にし、また先行削孔の任意の深さ位置で第１攪拌翼を開くことにより改良径の大きい地盤改良を達成できる。さらに第１攪拌翼で機械的に攪拌するので、高圧噴射攪拌によるような硬化材の混入した排泥量の発生はなく、排泥（産業廃棄物）処理の問題も解消できる。
また、第２攪拌翼が第１攪拌翼の回転による遠心力で突出して地山を掘削・攪拌することにより地盤の改良範囲を拡大することができる。
地盤の改良範囲を拡大する目的で当初から第１攪拌翼を長い寸法に設定しておくことが考えられるが、これでは地中障害物に当たる機会が多くなり、地中障害物に当たるとそれ以上攪拌・掘削できなくなるという問題が生じる。その点、第２攪拌翼を第１攪拌翼の回転による遠心力で突出するようにしておけば、その第２攪拌翼の突出方向に地中障害物が存在すると第２攪拌翼はそれ以上突出することはないため、該地中障害物を避けて掘削・攪拌を可能にする。
【０００７】
請求項１記載の地盤改良工法は、請求項２に記載のように、前記第２攪拌翼は前記突出姿勢と鞘部内に納まる折畳み姿勢とにわたって第１攪拌翼の軸方向と直交する枢軸回りに回転可能に取り付けることができる。これによれば、第２攪拌翼が地中障害物に当たるとその反力で第２攪拌翼が枢軸回りに該地中障害物から逃げる方向に回転するため、該地中障害物を抵抗少なくかわすことができ、地中障害物の周囲でも改良体を造成できる。
【０００８】
本発明の地盤改良装置は、請求項３に記載のように、硬化材注入管と、この硬化材注入管の先端部に取り付けられたモニター機構とを備え、前記モニター機構が第１攪拌翼を前記硬化材注入管の管軸方向先端側に向けて閉じる姿勢と管半径方向へ突出する開き姿勢とにわたって支軸回りに揺動可能に具備しており、前記第１攪拌翼がこれの軸方向先端側に鞘部を有し、第２攪拌翼が前記鞘部内に収納される退入姿勢と、前記第１攪拌翼の回転による遠心力で前記鞘部からこれの軸方向先端側に向けて突出する姿勢とにわたって退入・突出自在に備えられていることに特徴を有するものである。
このような構成によれば、先行削孔の任意の深さ位置で第１攪拌翼を開くことにより改良径の大きい地盤改良を達成できる。また、第１攪拌翼で機械的に攪拌するので、高圧噴射攪拌によるような硬化材の混入した排泥量の発生はなく、排泥（産業廃棄物）処理の問題も解消できる。さらに、第２攪拌翼が第１攪拌翼の回転による遠心力で突出して地山を掘削・攪拌することにより地盤の改良範囲を拡大することができる。第２攪拌翼の突出方向に地中障害物が存在すると第２攪拌翼はそれ以上突出することはないため、該地中障害物を避けて掘削・攪拌を可能にする。
【０００９】
請求項３記載の地盤改良装置は、請求項４に記載のように、第２攪拌翼は前記突出姿勢と鞘部内に納まる折畳み姿勢とにわたって第１攪拌翼の軸方向と直交する枢軸回りに回転可能に取り付けることができる。これによれば、第２攪拌翼が地中障害物に当たるとその反力で第２攪拌翼が枢軸回りに該地中障害物から逃げる方向に回転するため、該地中障害物を抵抗少なくかわすことができ、地中障害物の周囲でも改良体を造成できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の地盤改良工法によれば、先導管により先行削孔を行うので、削孔径は小さく大深度削孔を可能にする。
本発明の地盤改良工法および地盤改良装置によれば、先行削孔の任意の深さ位置で第１攪拌翼を開くことにより改良径の大きい地盤改良を達成できる。また、第１攪拌翼で機械的に攪拌するので、高圧噴射攪拌によるような硬化材の混入した排泥量の発生はなく、排泥処理の問題も解消できる。さらに、第２攪拌翼を第１攪拌翼の回転による遠心力で突出させて地山を拡幅掘削・攪拌することにより地盤の改良範囲を拡大することができる。第２攪拌翼の突出方向に地中障害物が存在すると第２攪拌翼はそれ以上突出することはないため、該地中障害物を避けて掘削・攪拌を可能にする。
【００１１】
第２攪拌翼は突出姿勢と鞘部内に納まる折畳み姿勢とにわたって第１攪拌翼の軸方向と直交する枢軸回りに回転可能に取り付けておくことにより、第２攪拌翼が地中障害物に当たった場合も該障害物を抵抗少なくかわすことができ、地中障害物の周囲でも改良体を造成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の地盤改良工法による作業工程順を示す説明図、図２は本発明の地盤改良工法に使用する地盤改良装置のモニター機構の縦断面図、図３は図２の地盤改良装置のモニター機構の平面図である。
【００１３】
本発明の地盤改良工法の一実施例を図１（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図１の（ａ）は先導管による先行削孔工程図、（ｂ）硬化材注入管の建て込み工程図、（ｃ）は第１攪拌翼の開き工程図、（ｄ）は改良体の造成工程図、（ｅ）は硬化材注入管の引抜き工程図である。以下、工程順に説明する。
【００１４】
（１）先導管による先行削孔工程
図１（ａ）に示すように、地上にボーリングマシンＭを設置し、先導管１による先行削孔３を水又は泥水を循環しながら目的の深度まで行う。即ち、先導管１の頭部に接続されたスイベル２の入口２ａに水又は循環泥水を供給し、先導管１のメタルクラウン１ａを装着した先端部先導管１ｂから前記水又は泥水を吐出させ、先導管１を管軸回りに回転させながらメタルクラウン１ａで先行削孔することにより先導管１を地中の所定の深さまで貫入する。
【００１５】
（２）硬化材注入管の建て込み工程
先行削孔後、図１（ｂ）に示すごとく地盤改良装置の一構成部材である硬化材注入管４を先導管１内に所定の深さまで建て込み、しかる後先導管１を引抜く。
【００１６】
ここで使用される地盤改良装置の硬化材注入管４、モニター機構８、及び第１、２攪拌翼９，９１の一例を説明すると、硬化材注入管４は二重管ロッドからなり、図１（ｃ）に示すように、その頭部には硬化材入口５、圧力水または圧力油など圧力流体導入口６及び流体導出口（図示せず）を有するスイベル７が接続され、先端部にはモニター機構８が接続される。硬化材入口５は硬化材供給装置（図示せず）と接続される。
【００１７】
モニター機構８は、図２、図３に示すように、硬化材注入管４の先端部に第１攪拌翼９を支軸１０回りに揺動可能に軸支する。第１攪拌翼９はこれの軸方向先端側に断面半割形状の鞘部９ａを有し、棒状の超硬合金製の第２攪拌翼９１が鞘部９ａ内に収納される退入姿勢（図２中、仮想線Ｃで示す状態）と、第１攪拌翼９の回転による遠心力で鞘部９ａからこれの軸方向先端側に向けて突出する姿勢（図２中、実線Ｂで示す状態）とにわたって退入・突出自在に備えられている。さらに詳しくは、第２攪拌翼９１の基端側に枢軸９２を第１攪拌翼９の軸方向と直交するように挿通固定し、該枢軸９２の両端を鞘部９ａに軸方向に所定長さに設けた上下一対の案内溝９ｂ，９ｂに摺動自在に嵌合することにより第２攪拌翼９１が鞘部９ａ内に収納される退入姿勢と、第１攪拌翼９の回転による遠心力で鞘部９ａからこれの軸方向先端側に向けて突出する姿勢とにわたって退入・突出自在である。
そして、第１攪拌翼９に対し第２攪拌翼９１はこれの突出姿勢（図３中、実線Ｂで示す状態）と鞘部９ａ内に納まる折畳み姿勢（図３中、仮想線Ｃで示す状態）とにわたって第１攪拌翼９の軸方向と直交する枢軸９２回りに回転可能に取り付けている。
【００１８】
一方、第１攪拌翼９の上方に対応する硬化材注入管４の内部にはシリンダ１１を縦向きに固定し、このシリンダ１１内にピストン１２を往復運動するよう設けている。第１攪拌翼９の支軸１０より後方の揺動基端部９ｃとピストン１２とは連杆１３を介して連結している。圧力流体導入口６から送られてくる圧力流体１４の流体圧でピストン１２が下降し、圧力流体１４が戻されることによりピストン１２が上昇する。このピストン１２の下降、上昇により連杆１３を介して第１攪拌翼９が硬化材注入管４の管軸方向先端側に向けて閉じる姿勢（図２中、仮想線Ａで示す状態）と、管半径方向へ突出する開き姿勢（図２中、実線で示す状態）とにわたって支軸１０回りに揺動するように構成されている。第１攪拌翼９の揺動最大角θは９０°である。但し、０°＜θ≦９０°であればよい。
先導管１内には硬化材注入管４が第１攪拌翼９を閉じた姿勢で建て込まれる。
【００１９】
（３）第１攪拌翼の開き工程
硬化材注入管４の建て込み後は、図１（ｃ）に示すように、硬化材注入管４のスイベル７の硬化材入口５に硬化材を圧送し、圧力流体導入口６に圧力流体を送り込む。そして、ボーリングマシンＭで硬化材注入管４を管軸回りに回転下降させながら流体圧を高めていってモニター機構８の第１攪拌翼９を管半径方向へ開いて行く。この時、硬化材は低吐出にて調整しながら硬化材注入管４内に圧送する。
【００２０】
（４）改良体の造成工程
第１攪拌翼９が開くと（図２中、実線状態参照）、図１（ｄ）に示すように、硬化材注入管４を回転させながら引抜いて行き、これと同時に、硬化材注入管４の回転（正転または逆転）に伴い一体的に回転する開姿勢の第１攪拌翼９により地山を掘削しながら硬化材を硬化材注入管４の先端側から低圧、中圧、または高圧にて地盤中に注入・攪拌し、改良体１５を地中に造成する。その際、第２攪拌翼９１が第１攪拌翼９の回転による遠心力で突出して地山を第１攪拌翼９と共に攪拌・掘削するので、第２攪拌翼９１の突出量分だけ地盤の改良範囲を拡大することができる。図１（ｄ）、図２において、Ｒは改良半径を示し、ｒは改良半径Ｒのうちの拡幅分を示す。
かかる造成によれば、小口径の先行削孔３でも、改良範囲Ｈ（図１（ｅ）参照）だけの区間で第１攪拌翼９が開くとともに第２攪拌翼９１が突出することにより削孔時間および工期を短縮できる。
【００２１】
改良体の造成工程において、造成途上で捨石等の地中障害物が無い通常の地盤であれば、滞りなく断面円形（円柱状）の改良体１５を造成することができる。
また、図４に示すように、第１攪拌翼９が矢印Ｄ方向に回転して攪拌・掘削しているとき第２攪拌翼９１が地中障害物１６に当たった場合でも、第２攪拌翼９１が枢軸９２回りに前記矢印Ｄ方向とは反対方向、すなわち鞘部９ａ内に納まる折畳み方向（矢印Ｅ方向）に回転することにより、障害物１６を抵抗少なくかわすことができる。
【００２２】
（５）硬化材注入管の引抜き工程
造成完了後は、硬化材、圧力流体の供給を停止し、第１攪拌翼９を閉じて、図１（ｅ）に示すように、硬化材注入管４を引抜く。硬化材注入管４の引抜き後は、硬化材注入管４の引抜きにより改良体１５の上方に残る先行削孔３を排泥やモルタル等で穴埋めを行う。
なお、引抜かれた硬化材注入管４は管内を清水で洗浄したうえで、次の施工位置に移動させる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、第１攪拌翼９を閉じ姿勢と開き姿勢とにわたって支軸１０回りに揺動させる機構としてはピストン１２と連杆１３とからなるものについて例示したが、これに限られず、適宜変更を加えて実施することができる。
【００２４】
本発明の地盤改良工法は水平の地盤改良にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の地盤改良工法による作業工程順を示す説明図である。
【図２】本発明の地盤改良工法に使用する地盤改良装置のモニター機構の縦断面図である。
【図３】図２の地盤改良装置のモニター機構の平面図である。
【図４】第２攪拌翼が地中障害物をかわす状態図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  先導管
３  先行削孔
４  硬化材注入管
８  モニター機構
９  第１攪拌翼
９ａ  鞘部
１０  支軸
１５  改良体
９１  第２攪拌翼
９２  枢軸
【図１】
2007332582.tif 000003
【図２】
2007332582.tif 000004
【図３】
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【図４】
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