(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤改良装置に備えられて水平面内で回転する水平攪拌翼と、前記水平攪拌翼の回転範囲外周部に位置して鉛直面内で回転する鉛直攪拌翼とを、それぞれ地盤中で回転駆動させて土砂を攪拌しながら、攪拌した部分に改良材注入手段で改良材を注入することによって平面視略矩形状の範囲の地盤を改良するとともに、
前記地盤改良装置に備えた側方噴射手段で改良材を側方に噴射することによって、前記平面視略矩形状の範囲の地盤の側方部分を地盤改良することを特徴とする地盤改良方法。
【請求項２】
地盤中において土砂と改良材とを混合し攪拌することによって地盤を改良する装置であって、
駆動源によって回転駆動される回動軸の下端部に、水平面内で回転駆動される水平攪拌翼と、
前記水平攪拌翼の回転範囲外周部に位置して鉛直面内で回転駆動される鉛直攪拌翼と、
攪拌した部分に前記改良材を注入する改良材注入手段と、
前記水平攪拌翼および鉛直攪拌翼の攪拌範囲に対し側方に向けて改良材を噴射する側方噴射手段と、
を備えて構成されていることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項３】
請求項２記載の地盤改良装置であって、前記側方噴射手段が前記鉛直攪拌翼の翼先端部に備えられていることを特徴とする地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立坑や開削工事等を行うときに用いて好適な地盤改良方法および地盤改良装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド立坑工事や開削工事等を行うには、周囲に山留壁を構築して、この山留壁の内部を掘削しており、このときには、掘削中における山留壁の変形を抑制することを目的として、山留壁内部の地盤の改良を行っている。
【０００３】
従来、このような地盤改良に、スクリュー状の攪拌翼を地盤中で回転させて土砂を攪拌しつつ、攪拌翼が回転する部分にスラリーやベントナイト等の改良材を注入することによって、土砂と改良材とを攪拌混合する構成の機械攪拌式の地盤改良装置が用いられる場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような構成の従来の地盤改良装置では、攪拌翼が山留壁に接触すると攪拌翼あるいは山留壁が損傷する可能性があるため、装置の攪拌翼が山留壁に接触しないように施工を行っている。その結果、山留壁に近接した部分が地盤改良できない、という問題が存在する。
これは、山留壁に限らず、例えば既存の構造物の基礎部が近接して存在する場合や、中間杭が先行して構築されている場合等においても共通する問題である。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、山留壁や他の構造物等に密着させて地盤改良を行うことのできる地盤改良方法および地盤改良装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、地盤改良装置に備えられて水平面内で回転する水平攪拌翼と、前記水平攪拌翼の回転範囲外周部に位置して鉛直面内で回転する鉛直攪拌翼とを、それぞれ地盤中で回転駆動させて土砂を攪拌しながら、攪拌した部分に改良材注入手段で改良材を注入することによって平面視略矩形状の範囲の地盤を改良するとともに、前記地盤改良装置に備えた側方噴射手段で改良材を側方に噴射することによって、前記平面視略矩形状の範囲の地盤の側方部分を地盤改良することを特徴としている。
【０００６】
請求項２に係る発明は、地盤中において土砂と改良材とを混合し攪拌することによって地盤を改良する装置であって、駆動源によって回転駆動される回動軸の下端部に、水平面内で回転駆動される水平攪拌翼と、前記水平攪拌翼の回転範囲外周部に位置して鉛直面内で回転駆動される鉛直攪拌翼と、攪拌した部分に前記改良材を注入する改良材注入手段と、前記水平攪拌翼および鉛直攪拌翼の攪拌範囲に対し側方に向けて改良材を噴射する側方噴射手段と、を備えて構成されていることを特徴としている。
【０００７】
これにより、水平攪拌翼と鉛直攪拌翼とを回転駆動させて地盤中の土砂を攪拌しつつ、改良材注入手段で改良材を注入していくことによって、平面視略矩形状の範囲の地盤を改良することができる。さらに、側方噴射手段で側方に向けて改良材を噴射することによって、水平攪拌翼と鉛直攪拌翼とで改良する範囲の側方部分を地盤改良することができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の地盤改良装置であって、前記側方噴射手段が前記鉛直攪拌翼の翼先端部に備えられていることを特徴としている。
【０００９】
これにより、鉛直攪拌翼を回転させながら側方噴射手段で改良材を噴射することによって、改良材を万遍なく注入することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る地盤改良方法および地盤改良装置の実施の形態の一例を、図１ないし図５を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、地盤改良装置１は、改良機本体２と、改良機本体２を支持するベースマシン３と、改良機本体２に改良材を供給する改良材供給機（改良材注入手段）４とから概略構成されている。
【００１２】
改良機本体２は、ベースマシン３のブーム５に支持されて略鉛直方向に延在する例えば二本一対のロッド（回動軸）６，６を備えている。これらのロッド６，６は、その上端部が駆動源７に連結されて支持されており、この駆動源７では、各ロッド６をその軸線回りに回転駆動させるとともに、各ロッド６を上下に昇降駆動させるようになっている。
【００１３】
各ロッド６は、管状で、その上端部には改良材供給機４に接続された供給管８が連結されている。また各ロッド６の下端部には改良材を吐出するための図示しない吐出口が形成されている。これによって、ロッド６においては、改良材供給機４から供給管８を介して供給されるスラリーやベントナイト等の改良材を図示しない吐出口から吐出するようになっている。
【００１４】
図２および図３に示すように、これらロッド６，６の下端部には攪拌ヘッド１０が備えられており、この攪拌ヘッド１０は、各ロッド６の最下端部に一体に設けられて水平面内で回転する下部水平攪拌翼（水平攪拌翼）１１と、下部水平攪拌翼１１の上方に設けられて同じく水平面内で回転する上部水平攪拌翼（水平攪拌翼）１２と、上部水平攪拌翼１２のさらに上方に設けられて鉛直面内で回転する鉛直攪拌翼１３とを備えて構成されている。
【００１５】
下部水平攪拌翼１１はスクリュー状を成しており、複数の攪拌ビット１１ａによって平面視略円形の範囲の地盤を攪拌するようになっている。
上部水平攪拌翼１２は、下部水平攪拌翼１１よりも所定寸法大径を有しており、複数の攪拌ビット１２ａで、下部水平攪拌翼１１で攪拌した範囲よりもさらに大径の範囲の地盤を平面視略円形に攪拌するようになっている。このとき、二本一対のロッド６，６において、双方の上部水平攪拌翼１２，１２は、それぞれの攪拌範囲が互いに重なりなう（図４中、一点鎖線（イ）で示した範囲）よう、その外径が設定されている。このため、双方の上部水平攪拌翼１２，１２は、回転時に互いに干渉しないよう、段違いに設けられている。
【００１６】
鉛直攪拌翼１３は、各ロッド６に備えられたギヤボックス１５の両面側にそれぞれ備えられている。
二本一対のロッド６，６のうち、一方のロッド６に設けられたギヤボックス１５ａ内には、ロッド６と一体に設けられた駆動ギヤ（図示なし）が設けられている。この駆動ギヤには、当該ギヤボックス１５ａの両面側の鉛直攪拌翼１３，１３が、駆動ギヤに噛み合う従動ギヤ（図示なし）を介して連結されており、これによって、ギヤボックス１５ａの両面側の鉛直攪拌翼１３，１３には、駆動ギヤおよび従動ギヤを介してロッド６の回転が伝達されるようになっている。
また、この駆動ギヤ（図示なし）には、これに噛み合うギヤ（図示なし）を一端に備えた連結ロッド１６が連結されている。そして、連結ロッド１６の他端は、他方のロッド６に設けられたギヤボックス１５ｂ内で、その両面側の鉛直攪拌翼１３，１３に図示しないギヤを介して連結されている。これによって、ギヤボックス１５ａにおいて、一方のロッド６の回転が連結ロッド１６を介してギヤボックス１５ｂ側に伝達されて、当該ギヤボックス１５ｂ側の鉛直攪拌翼１３，１３が回転駆動されるようになっている。つまり、双方の鉛直攪拌翼１３は、一方のロッド６の回転にともなって回転駆動されるようになっており、これによって回転の同期が図れるようになっているのである。
【００１７】
これらの鉛直攪拌翼１３は、それぞれ上部水平攪拌翼１２と略同径を有しており、平面視したときに、上部水平攪拌翼１２，１２の外周部分に位置するよう設けられている。これにより、これらの鉛直攪拌翼１３では、上部水平攪拌翼１２，１２による攪拌範囲（図４中、一点鎖線（イ）で示した範囲）の外周部を直線的に攪拌するようになっており、その結果、この攪拌ヘッド１０によって、平面視矩形の範囲（図４中、一点鎖線（ロ）で示した範囲）を攪拌するようになっている。
なお、これらの鉛直攪拌翼１３は、回転時の互いの干渉を回避するため双方のロッド６，６で段違いに設けられている。
【００１８】
そして、各鉛直攪拌翼１３の各翼先端部には、鉛直攪拌翼１３の回転面（鉛直面）に対し、略直交する外周側に向けて改良材を噴射するための噴出口（側方噴射手段）１８が形成されている。この噴出口１８には、図示しない改良材供給経路を介して、ロッド６内から改良材が分配されて送給されるようになっている。そして、各噴出口１８においては、改良材を、攪拌ヘッド１０による攪拌範囲（図４中、一点鎖線（ロ）で示した範囲）の外周側に向けて、必要に応じて備えた図示しないポンプ等の加圧手段で加圧し、高圧で噴出するようになっている。
【００１９】
次に、上記構成からなる地盤改良装置１を用いた地盤の改良方法について説明する。
ここでは、図５に示すように、地盤改良装置１で改良すべき地盤Ｇ中に、改良の必要な軟弱層Ｇ１が、上下方向に間隔を隔てて複数層存在し、他の部分は改良の不要な硬質層Ｇ２である場合を例に挙げる。
【００２０】
まず、地盤Ｇ中に構築した山留壁２０の内部を掘削するにあたり、地表面から地盤改良装置１の攪拌ヘッド１０を作動させて、これを地盤Ｇに貫入させていく。そして、攪拌ヘッド１０が軟弱層Ｇ１に到達したら、下部水平攪拌翼１１，上部水平攪拌翼１２，鉛直攪拌翼１３を回転駆動させて土砂を攪拌しつつ、ロッド６の先端部の吐出口（図示なし）から改良材を注入し、これを土砂と攪拌混合することによって、平面視矩形状の範囲の軟弱層Ｇ１を改良していく。このとき、山留壁２０に近接する部分以外であれば、噴出口１８からの改良材の側方への噴出は行わない。
【００２１】
そして、山留壁２０に近接した部分の地盤改良を行うときには、攪拌ヘッド１０の下部水平攪拌翼１１，上部水平攪拌翼１２，鉛直攪拌翼１３を回転駆動させて、山留壁２０から一定寸法離間した部分において土砂を攪拌しつつ、ロッド６の先端部の吐出口（図示なし）から改良材を注入し、これを土砂と攪拌混合することによって、平面視矩形状の範囲の軟弱層Ｇ１を改良していく。そして、上記の攪拌混合作業を行いながら、回転する鉛直攪拌翼１３の翼先端部の噴出口１８からは、改良材を側方の山留壁２０との間の軟弱層Ｇ１中に噴出させる。これにより、下部水平攪拌翼１１，上部水平攪拌翼１２，鉛直攪拌翼１３による平面視矩形状の範囲の側方部分（図３〜図５中、符号（ハ）で示した部分）においては軟弱層Ｇ１が地盤改良されるようになっている。
【００２２】
このようにして、地盤Ｇ中、所定の深さまで攪拌ヘッド１０を下降させていきながら、各軟弱層Ｇ１において地盤改良を行っていく。すると、地盤Ｇ中には、平面視矩形の柱状の改良体が構築されることとなる。
また、改良すべき範囲が広ければ、上記作業を繰り返して行い、複数の改良体を隣接させて構築していけばよい。
【００２３】
しかる後には、立坑の構築や開削工事等を行うために、山留壁２０内の地盤Ｇを上方から下方に掘削する。
【００２４】
上述した地盤改良装置１および地盤改良方法では、攪拌ヘッド１０の下部水平攪拌翼１１，上部水平攪拌翼１２，鉛直攪拌翼１３を回転駆動させながら、ロッド６の先端部の吐出口（図示なし）から改良材を注入し、これを土砂と攪拌混合することによって、平面視矩形状の範囲を地盤改良しながら、改良材を鉛直攪拌翼１３の翼先端部の噴出口１８から側方の山留壁２０との間の軟弱層Ｇ１中に噴出させる構成となっている。これにより、山留壁２０に近接した部分を地盤改良するに際し、地盤改良範囲を山留壁２０に密着させることが可能となり、施工をより確実に行うことが可能となる。しかも、これらの改良作業を１台の地盤改良装置１で１工程で行うことができるので、上記効果を低コストかつ短工期で実現することができる。加えて、下部水平攪拌翼１１，上部水平攪拌翼１２，鉛直攪拌翼１３による平面視矩形状の範囲の側方部分は、噴出口１８からの改良材の噴射によって地盤改良を行うので、近接する山留壁２０あるいは攪拌ヘッド１０側の損傷を防ぐことができる。
【００２５】
また、噴出口１８が鉛直攪拌翼１３の翼先端部に備えられているので、改良材を鉛直攪拌翼１３を回転させながら噴出口１８から噴射することによって、改良材を万遍なく注入することができ、地盤改良を均質にかつ効率良く行うことが可能となる。
【００２６】
なお、上記実施の形態において、地盤改良装置１の構成について述べているが、噴出口１８から側方に向けて改良材を噴出させることによって地盤改良を行う、という本願発明が主眼とする構成以外であれば、他の構成を適宜採用しても良い。例えば、ロッド６を二本一対で設ける構成としたが、これを一本のみの単軸型としても良いし、あるいは三本以上のロッド６を備える構成としても良い。また、例えば下部水平攪拌翼１１，上部水平攪拌翼１２，鉛直攪拌翼１３等の駆動構造や配置等を上記にあげた以外の構成とすることも可能である。
【００２７】
また、鉛直攪拌翼１３に噴出口１８を形成する構成としたが、この噴出口１８まで改良材を供給する改良材供給経路は、鉛直攪拌翼１３の内部に形成しても良いし、また鉛直攪拌翼１３の背面側に配管等を固定する構成としても良い。当然のことながら、この改良材供給経路は、鉛直攪拌翼１３とロッド６とのジョイント部においては、これらの回転に対応できるような各種ジョイントを用いる必要がある。
【００２８】
また、上記実施の形態では、地盤Ｇ中の軟弱層Ｇ１のみを部分的に改良する構成としたが、山留壁２０内部の全域を地盤改良するような構成とすることも可能である。
【００２９】
さらに上記実施の形態では、山留壁２０に近接した部分に上記地盤改良装置１および地盤改良方法を適用する構成としたが、その対象は山留壁２０に限るものではなく、例えば既存構造物の基礎部や中間杭等が近接して存在する場合等にも、同様にして有効に適用することが可能である。
【００３０】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る地盤改良方法によれば、水平攪拌翼と鉛直攪拌翼とで地盤中の土砂を攪拌しつつ、改良材注入手段で改良材を注入していくことによって改良した平面視略矩形状の範囲の側方を、側方噴射手段から改良材を噴射することによって地盤改良することができる。これにより、山留壁や既存の構造物の基礎部、中間杭等が近接して存在する部分を地盤改良するに際して、地盤改良範囲をこれらに密着させることができ、施工をより確実に行うことが可能となる。しかも、水平攪拌翼および鉛直攪拌翼による地盤改良範囲の側方部分の改良は、改良材の噴射によって行うので、近接する構造物等を損傷したり、逆に攪拌翼側が損傷したりするのを防ぐことが可能である。加えて、上記地盤改良を１台の装置で１工程で行うことができるので、上記効果を低コストで、かつ短工期で実現することができる。
【００３２】
請求項２に係る地盤改良装置によれば、水平攪拌翼と、鉛直攪拌翼と、これらで攪拌した部分に改良材を注入する改良材注入手段と、水平攪拌翼および鉛直攪拌翼の攪拌範囲に対し側方に向けて改良材を噴射する側方噴射手段とを備えた構成となっている。これにより、請求項１に係る地盤改良方法を実現することができ、山留壁，基礎部，中間杭等の近接する構造物あるいは装置側の損傷を招くことなく、構造物に密着させて地盤改良を行うことができる、といった効果を奏することが可能となる。
【００３３】
請求項３に係る地盤改良装置によれば、側方噴射手段が鉛直攪拌翼の翼先端部に備えられているので、鉛直攪拌翼を回転させながら側方噴射手段で改良材を噴射することによって、改良材を万遍なく注入することができ、地盤改良を均質にかつ効率良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る地盤改良方法および地盤改良装置の一例を示す図であって、前記地盤改良装置の立面図である。
【図２】  前記地盤改良装置の要部を示す正面図である。
【図３】  図２の側面図である。
【図４】  前記地盤改良装置で地盤改良を行った範囲を示す平面図である。
【図５】  同地盤改良装置で改良した地盤を示す立断面図である。
【符号の説明】
１  地盤改良装置
４  改良材供給機（改良材注入手段）
６  ロッド（回動軸）
７  駆動源
１１  下部水平攪拌翼（水平攪拌翼）
１２  上部水平攪拌翼（水平攪拌翼）
１３  鉛直攪拌翼
１８  噴出口（側方噴射手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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