(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角柱状の掘削軸及びこれに放射状に配置された攪拌翼を垂直方向に地盤中に貫入し、該撹拌翼の近傍から地盤改良材を圧縮空気とともに地盤中に噴射しながら前記撹拌翼を回転させつつ上方または下方に移動し、地盤土壌と地盤改良材を撹拌混合して改良柱体を造成する地盤改良方法において、
前記攪拌翼として、回転面に平行な水平部と、該水平部より回転方向後方に位置して下向きに傾斜する後方下向傾斜部とを有し、該後方下向傾斜部の掘削軸近傍に空気抜孔が設けられたものを用いることと、
前記地盤改良材と前記圧縮空気とを、前記撹拌翼の先端近傍まで改良材搬送管により搬送し、この搬送した地盤改良材と圧縮空気とを前記撹拌翼の先端近傍に設けられた前記改良材搬送管の噴射口から下方に向けて噴射することによって前記地盤改良材を地盤中に均質に散乱させることと、
前記噴射口から噴射された圧縮空気を前記空気抜孔を通じて前記掘削軸に沿って上昇させること、とを含むことを特徴とする地盤改良方法。
【請求項２】
前記地盤改良材と圧縮空気の噴射方向を、掘削軸側に傾斜させたことを特徴とする請求項１記載の地盤改良方法。
【請求項３】
角柱状の掘削軸及びこれに放射状に配置された撹拌翼を垂直方向に地盤中に貫入し、該撹拌翼の近傍から地盤改良材を圧縮空気とともに地盤中に噴射しながら前記撹拌翼を回転させつつ上方または下方に移動し、地盤土壌と地盤改良材を撹拌混合して改良柱体を造成する地盤改良装置において、
前記地盤改良材と前記圧縮空気とを前記撹拌翼の先端近傍まで搬送する改良材搬送管が前記撹拌翼に設けられているとともに、
前記改良材搬送管の噴射口は、前記撹拌翼の先端近傍に設けられ、前記地盤改良材と前記圧縮空気とを下方に向けて噴射することによって前記地盤改良材を地盤中に均質に散乱させるものであり、
前記撹拌翼は、回転面に平行な水平部と、該水平部より回転方向後方に位置して下向きに傾斜する後方下向傾斜部とを有し、該後方下向傾斜部の掘削軸近傍に、前記噴射口から噴射された圧縮空気が前記掘削軸に沿って上昇する経路となる空気抜孔が設けられていることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項４】
前記地盤改良材と圧縮空気の噴射方向を掘削軸側に傾斜させる傾斜板が、前記噴射口の近傍に設けられたことを特徴とする請求項３記載の地盤改良装置。
【請求項５】
前記角柱状の掘削軸の角の各々に掘削軸の長手方向に延びるフィンが設けられ、これらのフィンが螺旋状に配置されたことを特徴とする請求項３記載の地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメントや石灰などの地盤改良材を圧縮空気とともに地盤中に噴射し、地盤土壌と撹拌混合して改良柱体を造成する地盤改良方法および地盤改良装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の地盤改良技術においては、ベースマシーンの前面に立設されたリーダに沿って、撹拌翼を有する掘削軸を回転させながら下降させて、掘削軸を地盤中に貫入させる。この状態で、地上に配置されたタンクに収納されたセメントや石灰などの地盤改良材を、圧縮空気とともに掘削軸の中を通して地中に搬送し、撹拌翼の近傍から地盤中に噴出させるとともに撹拌翼を回転させることによって、地盤土壌と地盤改良材を撹拌混合し、柱状の改良地盤を造成する。
【０００３】
図９は、特公昭５７−５８４９３号に開示された従来の地盤改良装置の撹拌翼を示す一部切欠正面図である。
【０００４】
図９において、図番８１は掘削軸である。該掘削軸８１の先端部近傍には、多数の掘削用ビットを備えた撹拌翼８２が設けられている。前記掘削軸８１の撹拌翼８２の反対側には、噴出口８３が設けられており、地上から搬送されてきた地盤改良材を圧縮空気とともに、掘削軸８１から径方向外側に向けて（矢印８４の方向）噴出する。
【０００５】
また、図１０は、特公昭５９−４９３７６号に開示された他の従来の地盤改良装置の撹拌翼を示す上面断面図である。
【０００６】
図１０において、図番９１は掘削軸である。該掘削軸９１を中心として放射状に３対の撹拌翼９２が設けられている。前記掘削軸９１は中空とされ、この中空部９４を通して地盤改良材と圧縮空気が地上より搬送される。また、前記撹拌翼９２の先端部は１８０°屈曲されており、内側（矢印９５の方向）に向けて地盤改良材を噴出する噴出口９３が設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９に掲げた従来技術においては、地盤改良材を掘削軸から径方向外側に向けて噴出している。このため、地盤改良材が改良すべき地盤中に散乱するが、圧縮空気が地上に戻ってくる経路に乱流が生じて、散乱された地盤改良材の一様性に欠けるという傾向があった。このため、地盤改良された改良柱の強度が一様とならず、結果として所望の地盤強度を得ることができないという問題があった。
【０００８】
一方、図１０に掲げた従来技術においては、図９に掲げた従来技術とは反対に、地盤改良材を撹拌翼の先端から掘削軸に向けて噴出している。この従来技術においては、圧縮空気の地上への帰還はスムーズに行われるが、掘削軸の周辺に地盤改良材が圧縮空気に乗って吹き付けられて蓄積し、この掘削軸の周辺部分に地盤改良材が集中するという傾向があった。これにより、地盤改良された改良柱のうち掘削軸の周辺以外の部分の強度が低下し、結果として、この従来技術においても所望の地盤強度を得ることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、圧縮空気をスムーズに地上に抜き、地盤改良材を改良すべき地盤中に均質に散乱させて、充分な圧縮強度を有する均質な改良柱体を造成することが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目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、上述の課題を解決した地盤改良方法であって、角柱状の掘削軸及びこれに放射状に配置された攪拌翼を垂直方向に地盤中に貫入し、該撹拌翼の近傍から地盤改良材を圧縮空気とともに地盤中に噴射しながら前記撹拌翼を回転させつつ上方または下方に移動し、地盤土壌と地盤改良材を撹拌混合して改良柱体を造成する地盤改良方法において、前記攪拌翼として、回転面に平行な水平部と、該水平部より回転方向後方に位置して下向きに傾斜する後方下向傾斜部とを有し、該後方下向傾斜部の掘削軸近傍に空気抜孔が設けられたものを用いることと、前記地盤改良材と前記圧縮空気とを、前記撹拌翼の先端近傍まで改良材搬送管により搬送し、この搬送した地盤改良材と圧縮空気とを前記撹拌翼の先端近傍に設けられた前記改良材搬送管の噴射口から下方に向けて噴射することによって前記地盤改良材を地盤中に均質に散乱させることと、前記噴射口から噴射された圧縮空気を前記空気抜孔を通じて前記掘削軸に沿って上昇させること、とを含むものである。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記地盤改良材と圧縮空気の噴射方向が掘削軸側に傾斜している。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、上述の課題を解決した地盤改良装置であって、角柱状の掘削軸及びこれに放射状に配置された撹拌翼を垂直方向に地盤中に貫入し、該撹拌翼の近傍から地盤改良材を圧縮空気とともに地盤中に噴射しながら前記撹拌翼を回転させつつ上方または下方に移動し、地盤土壌と地盤改良材を撹拌混合して改良柱体を造成する地盤改良装置において、前記地盤改良材と前記圧縮空気とを前記撹拌翼の先端近傍まで搬送する改良材搬送管が前記撹拌翼に設けられているとともに、前記改良材搬送管の噴射口は、前記撹拌翼の先端近傍に設けられ、前記地盤改良材と前記圧縮空気とを下方に向けて噴射することによって前記地盤改良材を地盤中に均質に散乱させるものであり、前記撹拌翼は、回転面に平行な水平部と、該水平部より回転方向後方に位置して下向きに傾斜する後方下向傾斜部とを有し、該後方下向傾斜部の掘削軸近傍に、前記噴射口から噴射された圧縮空気が前記掘削軸に沿って上昇する経路となる空気抜孔が設けられているものである。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記地盤改良材と圧縮空気の噴射方向を掘削軸側に傾斜させる傾斜板が、前記噴射口の近傍に設けられたものである。
【００１４】
請求項１または請求項３に記載された発明では、地盤改良材と圧縮空気とが撹拌翼の先端近傍から下方に向けて噴射されるため、スムーズに圧縮空気が地上に抜けることができ、地盤改良材が改良すべき地盤中に均質に散乱させることができる。これにより、充分な圧縮強度を有する均質な改良柱体を造成することができる。さらに、前記攪拌翼は、その後方下向傾斜部の掘削軸近傍に、噴射口から噴射された圧縮空気が掘削軸に沿って上昇する経路となる空気抜孔を有するので、掘削軸近傍における圧縮空気の乱流を防止することができ、より一層スムーズに圧縮空気が地上に抜けることができる。このため、より均質な改良柱体を造成することができる。
【００１５】
請求項２または請求項４に記載された発明では、さらにスムーズに圧縮空気が地上に抜けることができるので、より均質な改良柱体を造成することができる。
【００１８】
請求項５に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記角柱状の掘削軸の角の各々に掘削軸の長手方向に延びるフィンが設けられ、これらのフィンが螺旋状に配置されたものである。
【００１９】
請求項５に記載された発明では、螺旋状に配置された複数のフィンを有するので、フィンが掘削軸の近傍に付着する土砂や地盤改良材を撹拌し、圧縮空気が地上に抜ける経路を確保することができる。これにより、よりスムーズに圧縮空気が地上に抜けることができ、より均質な改良柱体を造成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る地盤改良装置の全体構成を示す概略図、図２は図１の撹拌翼部の拡大図、図３は本発明に係る地盤改良装置の動作を説明する模式図、図４は本発明に係る地盤改良装置の撹拌翼の側面図、図５は本発明のフィン部の他の実施形態を示す模式図、図６は本発明のフィン部のまた他の実施形態を示す模式図、図７は本発明のフィン部のさらにまた他の実施形態を示す模式図、図８は本発明に係る地盤改良方法の効果を示すグラフである。
【００２１】
図１ないし図３において、１１は掘削軸であって、この掘削軸１１は回転駆動部１３によって矢印１２の方向に回転駆動される。また、この掘削軸１１の先端部には、先端掘削部１９が設けられ、この先端掘削部１９の上方には複数の下側撹拌翼１５と上側撹拌翼１７とが設けられている。
【００２２】
下側撹拌翼１５は、該下側撹拌翼１５の回転面と平行な平行部１６ｃと、該平行部１６ｃより回転方向前方に設けられて下側に傾斜した傾斜面を有する前方下向傾斜部１６ｂと、前記平行部１６ｃの上面に設けられた改良材搬送管１６ａとからなる。この下側撹拌翼１５は、この下側撹拌翼１５が矢印３０ｂ方向に回転する掘削時に、地盤改良材を圧縮空気とともに、改良材搬送管１６ａの先端部の噴出口１６ｅから下方に向けて地盤中に噴出する。
【００２３】
一方、上側撹拌翼１７は、該上側撹拌翼１７の回転面と平行な平行部１８ｃと、該平行部１８ｃより回転方向前面に設けられて下側に傾斜した傾斜面を有する前方下向傾斜部１８ｄと、前記平行部１８ｃより回転方向後方に設けられて下側に傾斜した傾斜面を有する後方下向傾斜部１８ｂと、前記平行部１８ｃの上面に設けられた改良材搬送管１８ａとからなる。この上側撹拌翼１７は、この上側撹拌翼１７が矢印３０ａ方向に回転する引き抜き時に、地盤改良材を圧縮空気とともに、改良材搬送管１８ａの先端部の噴出口１８ｅから下方に向けて地盤中に噴出する。
【００２４】
この実施形態においては、噴射口１６ｅ、１８ｅを撹拌翼の先端に設けたが、掘削軸１１の方向に多少ずらして配置してもかまわない。また、この実施形態では、噴射口１６ｅ、１８ｅからの噴射方向を下向き垂直にしたが、撹拌翼の回転方向の正逆いずれかの方向に傾斜させてもよい。また、噴射口１６ｅ、１８ｅからの噴射方向を掘削軸の方向に傾けてもよい。さらに、噴射口を２以上設けてもかまわない。
【００２５】
この上側撹拌翼１７の掘削軸近傍に、噴射された圧縮空気が前記掘削軸１１に沿って上昇する経路となる空気抜孔３７が設けられている。
【００２６】
さらに、この上側撹拌翼１７の先端部の近傍には、地盤改良材と圧縮空気の噴射方向を、垂直方向と噴射方向のなす角度θだけ掘削軸側に傾斜させる傾斜板３５が設けられている（図２参照）。この角度θは、実験によると３０°から４５°の間の角度が望ましい。また、上述したように、傾斜板を設ける代わりに、噴射口からの噴射方向を傾けてもよい。
【００２７】
また、掘削軸１１の上側撹拌翼１７の上方には、掘削軸１１の長手方向に延びる下フィン２１が放射状に設けられている。この下フィン２１は、掘削軸１１の周面上に等ピッチで複数個設けられている。また、この下フィン２１の上方には、掘削軸１１の長手方向に延びる上フィン２３ａ〜２３ｄが設けられている。この上フィン２３ａ〜２３ｄは、掘削軸１１の周面上に９０°間隔で螺旋状に配置されている。このフィンの個数および形状については、地盤の土質によって適宜変更することができる。
【００２８】
さらに、掘削軸１１の地上に突出した部分には、圧縮空気を排出する排出口２７を有する噴出防止カバー２５が設けられている。
【００２９】
次いで、図１〜図３に記載された地盤改良装置の動作について説明する。まず、掘削軸１１を回転させながら地盤中に貫入させる。この貫入を行った後に、上側撹拌翼１７に設けられた噴出口１８ｅから地盤改良材を圧縮空気とを地盤中に噴出させる。具体的には、地盤改良材と圧縮空気とを、矢印２９ａおよび２９ｂに沿って地上から搬送し、改良材搬送管１８ａの先端部の噴出口１８ｅから矢印２９ｃに沿って地盤中に噴出する。噴出された地盤改良材は地盤中に拡散し、圧縮空気は矢印２９ｄおよび２９ｅに沿って掘削軸１１の周辺を通って地上に戻される。地上に戻された圧縮空気は、矢印２９ｆに示されるように溢出して噴出防止カバー２５にて捕集され、排出口２７から排出される。この掘削軸１１の引抜きにともなって、地盤土壌３３と地盤改良材とが撹拌混合され改良柱体３１が造成される。
【００３０】
また、下側撹拌翼１５に設けられた噴出口１６ｅから地盤改良材を圧縮空気とを地盤中に噴出させて地盤改良を行うこともできる。この場合は、掘削軸１１を回転させながら地盤中に貫入させる際に地盤改良材を圧縮空気とを地盤中に噴出させる。なお、掘削軸１１を地盤に貫入させる際と引き抜く際の両方で地盤改良を行うこともできる。
【００３１】
この発明の地盤改良方法においては、充分な圧縮強度を有する均質な改良柱体を造成することができる。このことを図８を用いて説明する。図８は、横軸に一軸圧縮強度をとり、縦軸にその一軸圧縮強度を有する地盤の発生する頻度率をとったグラフである。図８において、Ｘが図１０に示す従来技術のように地盤改良材を内側に向けて噴出した場合の曲線であり、Ｚが図９に示す従来技術のように地盤改良材を外側に向けて噴出した場合の曲線であり、Ｙが本発明のように地盤改良材を下側に向けて噴出した場合の曲線である。図８から分かるように、Ｚに示される従来技術では改良地盤の品質が一様でなく、Ｘに示される従来技術では改良地盤の一軸圧縮強度が低い。
【００３２】
次いで、図４を用いて本発明に用いられる掘削軸の具体的な形態について説明する。
【００３３】
図４において、５１は掘削軸である。この掘削軸は断面が正方形の角柱状であり、その先端部には、複数の先端掘削用ビット５３を有する先端掘削部５４が設けられている。また、この先端掘削部５４の上方には、複数の下側掘削用ビット５５を有する複数の下側撹拌翼５６が設けられている。この下側撹拌翼５６の一つの上面には、改良材搬送管５７が設けられている。また、この下側撹拌翼１５の上方には、複数の上側掘削用ビット５９を有する複数の上側撹拌翼６０が設けられている。この上側撹拌翼６０の一つの上面にも、改良材搬送管６１が設けられている。
【００３４】
また、掘削軸５１の上側撹拌翼６０の上方には、フィン６３ａ〜６３ｄが設けられている。このフィン６３ａ〜６３ｄは、角柱状の掘削軸５１の４つの角の各々に設けられている。互いに隣のフィンとの間の間隔は９０°間隔であり、フィン６３ａ〜６３ｄは全体として螺旋状に配置されている。
【００３５】
このフィンの配置を模式的に示したのが図５である。図５において、７１が掘削軸であり、この掘削軸７１にフィン７１ａ〜７１ｄが設けられている。
【００３６】
次いで、フィンの他の実施形態を図６を用いて説明する。図６において、７３は掘削軸であり、この掘削軸７３の一辺に沿って上下一対のアタッチメント７４ａと７４ｂが配置されている。この両アタッチメント７４ａと７４ｂの間には、ワイヤ７５が張り渡されている。この実施形態の場合、ワイヤ７５が回転することによって地盤を撹拌し、圧縮空気の戻り経路を確保する。
【００３７】
次いで、フィンのまた他の実施形態を図７を用いて説明する。図７（ａ）は、ブレード状のフィンの例を示している。また、図７（ｂ）は、上下に連続するブレード状のフィンの例を示している。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１または請求項３に記載された発明では、地盤改良材と圧縮空気とが撹拌翼の先端近傍から下方に向けて噴射されるため、スムーズに圧縮空気が地上に抜けることができ、地盤改良材が改良すべき地盤中に均質に散乱させることができる。これにより、充分な圧縮強度を有する均質な改良柱体を造成することができる。さらに、掘削軸近傍における圧縮空気の乱流を防止して一層スムーズに圧縮空気が地上に抜けることができるので、より均質な改良柱体を造成することができる。
【００３９】
また、請求項２または請求項４に記載された発明では、さらにスムーズに圧縮空気が地上に抜けることができるので、より均質な改良柱体を造成することができる。
【００４１】
請求項５に記載された発明では、フィンが掘削軸の近傍に付着する土砂や地盤改良材を撹拌して圧縮空気が地上に抜ける経路を確保することができるので、よりスムーズに圧縮空気が地上に抜けることができ、より均質な改良柱体を造成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地盤改良装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１の撹拌翼部の拡大図である。
【図３】本発明に係る地盤改良装置の動作を説明する模式図である。
【図４】本発明に係る地盤改良装置の撹拌翼の側面図である。
【図５】本発明のフィン部の他の実施形態を示す模式図である。
【図６】本発明のフィン部のまた他の実施形態を示す模式図である。
【図７】本発明のフィン部のさらにまた他の実施形態を示す模式図である。
【図８】本発明に係る地盤改良方法の効果を示すグラフである。
【図９】従来技術に係る撹拌翼を示す図である。
【図１０】他の従来技術に係る撹拌翼を示す図である。
【符号の説明】
１１：            掘削軸
１５：            下側撹拌翼
１７：            上側撹拌翼
１６ｅ、１８ｅ：  噴出口
１８ｃ：          水平部
１８ｂ：          後方下向傾斜部
２３ａ〜２３ｄ：  フィン
３５：            傾斜板
３７：            空気抜孔
【図１】
0004187077.tif 000002
【図２】
0004187077.tif 000003
【図３】
0004187077.tif 000004
【図４】
0004187077.tif 000005
【図５】
0004187077.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004187077.tif 000008
【図８】
0004187077.tif 000009
【図９】
0004187077.tif 000010
【図１０】
0004187077.tif 000011