(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大掘削幅がカッターポストと略同じ掘削刃を備えた少なくとも１本のエンドレスチェーンが上下両端部間に跨って循環運動可能に掛け渡たされたカッターポストをリーダーマストに昇降自在に設けたチェーン式カッター装置を使用し、
エンドレスチェーンを循環させながら  地盤中に降下させることによって地盤を掘削して地中地盤を地上に排出し、
所定の深度まで上記の掘削作業が終了した時点で、エンドレスチェーンに取り付けられている一部の掘削刃を前面が略平らな板状体もしくは前面が略平らな立体形状体に交換し、カッターポストを上昇させることなく、エンドレスチェーンを循環し、
その後エンドレスチェーンの循環を停止させ、カッターポストの上部側の地上に露出する部分に入口側が設けられカッターポストの下端部に出口側が設けられた一つまたは複数の通路から置換すべき材料を供給しながら、所定の位置までカッターポストを上昇させることにより、地中に置換材料を充填することを特徴とする地中地盤置換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば地中の汚染土を非汚染土に置換したり、軟弱地盤を良質な地盤に置換したりする地中地盤置換方法に関し、更に詳しくはチェーン式カッター装置を用いた地中地盤置換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の原因で発生した汚染土壌の置換方法としては、図１０に示す山留め掘削による方法がある。この方法では掘削範囲の周辺に山留め壁を打設し、掘削の進行と共に地盤の崩壊を防止する支保工のための切梁を設けて掘り上げ、汚染土壌を良質土に置換埋め戻した後に仮設した山留め壁等を撤去するものである。この方法は山留めなどのコストがかかる付帯工事を必要とするという問題点がある。更に大規模な範囲で置換を行うためには、その全体を掘り上げなければ、良質土と置換することは不可能である。そのため、小規模づつ改良しようとすると、その広さ範囲で山留め壁が必要になり、多数の山留め壁の打設が必要となるという問題点がある。
【０００３】
小規模な単位での置換方法として、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すアースオーガによる場所打ち杭の工法を利用した地盤置換方法を本発明者も思考した。しかし、アースオーガによる場所打ち杭の工法は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、アースオーガにより円柱状に地盤を掘削することにより、図９（ｃ）に示すように所定の深度に達したところでアースオーガ中心軸先端の噴出孔よりモルタルを圧入しながら地表までアースオーガを引き抜き、モルタル杭を築造する方法であり、アースオーガの引き抜き直後に鉄筋籠或いは形鋼などをこのモルタル杭の中に挿入して杭を完成するのである。この際、先の掘削時やアースオーガの引き揚げ時に掘削土が地上に排出される。
【０００４】
上記のアースオーガによる場所打ち杭の工法をモルタルの代わりに良質土を投入することに変換した地盤置換方法も考えたが、しかしこの方法では、図８に示すように掘削孔が円形であるため、改良したい全面を置換するには隣り合う掘削孔が重なるように掘削しなければならなく、また円形面積の総和（即ち全掘削円面積）に対する改良面積、即ち有効改良率は非常に小さくならざるを得ないという問題点を残すことになる。
【０００５】
また、地中の汚染土壌に対してボーリング孔から各種の薬液や触媒や熱などのいずれかを加え地中で処理する方法が提案されているが汚染の改善度を測定する確認方法が困難である問題がある。
【０００６】
このため、汚染土壌を地上に排出し、その汚染土壌を良質な土壌に置換しなければならなかったが、上記したように種々の問題があり、問題点の少ない工法の提案が望まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の問題を解決するため山留めなどの仮設構造物を必要とせず、掘削孔が矩形であって、有効改良率が円形掘削の場合よりも大きくし得る例えば地中の汚染土を非汚染土に置換したり、軟弱地盤を良質な地盤に置換したりする地中地盤置換方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の地中地盤置換方法は、最大掘削幅がカッターポストと略同じ掘削刃を備えた少なくとも１本のエンドレスチェーンが上下両端部間に跨って循環運動可能に掛け渡たされたカッターポストをリーダーマストに昇降自在に設けたチェーン式カッター装置を使用し、
エンドレスチェーンを循環させながら  地盤中に降下させることによって地盤を掘削して地中地盤を地上に排出し、
所定の深度まで上記の掘削作業が終了した時点で、エンドレスチェーンに取り付けられている一部の掘削刃を前面が略平らな板状体もしくは前面が略平らな立体形状体に交換し、カッターポストを上昇させることなく、エンドレスチェーンを循環し、
その後エンドレスチェーンの循環を停止させ、カッターポストの上部側の地上に露出する部分に入口側が設けられカッターポストの下端部に出口側が設けられた一つまたは複数の通路から置換すべき材料を供給しながら、所定の位置までカッターポストを上昇させることにより、地中に置換材料を充填することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、矩形の掘削孔を形成し、掘進のためのカッターポストなどが掘削孔壁に接して貫入することにより掘削孔の崩壊を防止し、掘削泥水などの孔壁保持材を用いることなく削孔することができ、確実に掘削土を排出できる。また、掘削の後直ちに掘削孔に置換材を充填置換することができる。このため、周辺地盤を乱すことなく掘削排土し、堀上げた地盤土壌を地上で汚染修復処理を行ない、品質を確認した置換土として再度埋め戻す現場位置置換を効率よく経済的に行なうこともできる。従って、任意の広さや深度の土壌を置換することができる。また、掘削孔の地上近くの部分を置換材が充填されない空間部とすることや他の置換材で充填することも可能となる。
【００１０】
この発明によれば、前面が平らな板状体を使用してエンドレスチェーンを循環することにより矩形断面の掘削孔の内面を平滑にすることができる。それ故、確実に土壌を置換することができ、しかも隣り合う掘削孔と接して置換することができ、オーバーラップ施工の無駄を最小限にとどめ効率よく置換対象地盤を隙間なく施工することができる。
【００１１】
またこの発明によれば、掘進のためのカッターポストが掘削孔に貫入することにより掘削孔の崩壊を防止したままカッターポストを引き上げることで確実に置換することができる。また掘削土を過度に流動化する必要がないので確実に掘削土を排出することができる。更に、矩形断面の掘削であるため、オーバーラップ施工の無駄を最小にとどめ、効率よく置換対象地盤を確実に置換することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の地中地盤置換装置のカッターポストを用いた置換方法を説明する模式図である。３はカッターポストを示し、地盤２０を掘削している状態を示している。掘削刃１を備えたエンドレスチェーン２が循環運動可能にカッターポスト３の上端部の駆動輪７と下端部のアイドルローラ５に跨って掛け渡され、このエンドレスチェーン２を循環運動させながらカッターポスト３を地盤２０に降下させて掘削孔２１を形成する。カッターポスト３の躯体内部には通路６が設けられ地上入口からカッターポスト３の下端部の先端出口６ａに置換材料１０を供給する。
【００１４】
図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面を示す。図に示すようにカッターポスト３は矩形断面で、その一方の両側面にチェーンガイド２ａを備え、エンドレスチェーン２がチェーンガイド２ａに沿って循環運動する。エンドレスチェーン２に取付プレート１ａを介して掘削刃１が取付られ、互いの掘削刃１の刃先が互いに異なる場所の地盤を掘削しながら、全ての掘削刃によって掘削される幅Ｌはカッターポスト３とほぼ同じ幅になるように構成されている。２ｃはチェーン連結軸である。
【００１５】
図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面を示す。図に示すように地中地盤置換装置による掘削孔２１は矩形断面となる。また、この掘削孔２１は、掘削刃１の幅Ｌとカッターポスト３の断面とほぼ同じ大きさであるため、挿入されたカッターポストが掘削孔２１の崩壊を防ぎながら掘進する。
【００１６】
図３は、図１のカッターポスト３の下端先端部の構造を示す正面図である。カッターポスト３の先端部にはカッターポスト３に軸支されたアイドルローラ５が設けられ、アイドルローラ５が地盤を掘進するエンドレスチェーン２の循環をガイドする。５ａはアイドルローラの支持軸を示す。エンドレスチェーン２には所定間隔のチェーンに掘削刃１が取付けられている。
【００１７】
カッターポスト３の内部には通路６が設けられ、その通路６の先端出口６ａはアイドルローラ５の支持軸５ａを避けて延長されてカッターポストの下端部、即ち、アイドルローラの軸心より下端側に相当する位置に存在し、下方に向かって開口している。このように先端出口６ａが掘削孔２１に向かって開口していることにより置換材料１０をスムーズに供給する事ができる。
【００１８】
この実施の形態では置換材料１０の供給に用いる通路６を１本設けた図で説明したが、通路６を複数本設けることにより異なった置換材料を供給したり、複数本とも同じ置換材を供給することにより多量の置換材を供給することができる。なお、カッターポスト３の底面は通路６以外の部分は閉鎖面となっており、土砂がカッターポスト内に入らないようになっている。
【００１９】
本発明の地中地盤置換方法を説明する前に本発明に使用する地中地盤置換装置１００の構成を図６に基づき説明する。図６において１００は地中地盤置換装置、１１０は本装置を駆動するベースマシーンであり動力部１０２を備えて油圧ポンプを駆動する。１０３はクローラ等を持つ下部走行体、１０４はリーダーマスト４を支持するステーである。１０１はリーダーマスト４に上下動可能に懸垂された掘削部である。掘削部１０１の上部は図１で説明した駆動輪７を駆動する油圧モータを内蔵している（図示せず）。掘削部１０１の下部はエンドレスチェーン２が循環運動可能に装着されたカッターポスト３が取付けられている。エンドレスチェーン２には、所定間隔のチェーン単位に掘削刃１が取り付けられている。また、掘削部１０１の上部からは、置換材料１０の通路６の供給入口が設けられ、ホース６ｂにより地上に延長されている。エンドレスチェーン２を循環させながら掘削することにより、掘削された地中地盤が地上に排出されるが、この地上への排出をより効率的に行うために、バケット状の掘削刃を、掘削刃の一部として使用した装置とすることも考えられる。
【００２０】
次に本発明の地中地盤置換方法を説明する。まず前述の地中地盤置換装置１００を使用して以下に述べる方法で地中地盤を置換する。すなわち図４に示すように、まず、エンドレスチェーン２を循環させながら地盤２０中に降下させることによって地盤２０を掘削して地中地盤を地上に排出する掘削段階（Ｓ６１）。
【００２１】
所定の深度まで掘削作業が終了した時点でエンドレスチェーン２の循環を停止させる掘削深度決定段階（Ｓ６２）。
【００２２】
通路６の地上入口側から置換材料１０を供給しながら、所定の位置までカッターポスト３を上昇させ、カッターポスト３の下方の掘削孔２１に、カッターポスト３の下端先端部に開口した通路６の先端出口６ａから置換材料１０を排出し充填する置換材料充填段階（Ｓ６３）。本発明は少なくとも以上の段階から構成される。本発明で主要な部分は、前述したように、カッターポストの上部側の地上に露出する部分に入口側が設けられカッターポストの下端部に出口側が設けられた通路から置換すべき材料を供給しながら、所定の位置までカッターポストを上昇させることにより、地中に（即ち、カッターポストの下方の掘削孔内に）置換材料を充填することである。即ち、言葉を換えて表現すると、本発明で主要な部分は、先端出口６ａから置換材量を排出しながら、カッターポストを引き抜くことで、カッターポストの下方に空間を生じさせることなく、カッターポスト３の引抜きあとの掘削孔２１内を置換材料で充填することである。それ故、充填段階（Ｓ６３）は、このように本発明の主要な工程である。
【００２３】
なお、地上部まで置換材料に置換しない場合は、任意の位置で置換材料１０の供給を止めて、カッターポスト３を地上に引き抜くことにより置換材料の充填された天端を所定の深度に形成する天端形成段階（Ｓ６４）を設けてもよい。図５（ａ）は置換材料１０の天端１０ａを示す。この発明によれば図に示すように任意の位置まで置換材料で置換することができる。
【００２４】
この段階では、カッターポスト３を引き抜く時にエンドレスチェーン２の循環を再開しエンドレスチェーンの掘削刃１を用いて埋め戻し土壌などを掘削孔２１に充填しても良い。またエンドレスチェーン２を停止したままカッターポスト３を引き抜くことにより、空間部を形成することもできる。図５（ｂ）は置換部Ｃと無置換部Ｄを示し、無置換部Ｄは掘削孔を空間とするかまたは置換材料以外の埋め戻しとした実施の形態を示す。
【００２５】
この方法によれば、矩形の掘削孔を形成し、掘削の後直ちに掘削孔に置換材料を充填置換することができる。このため、地中地盤を攪拌せずに掘削排土し、任意の置換材料または汚染修復処理を行なった置換土などを現場位置で効率よく経済的に行なうことができる。
【００２６】
また、別の実施の形態では、前記ステップＳ６１の掘削が所定の位置まで終了後、エンドレスチェーン２の一部のチェーンに取り付けられている掘削刃１を前面が平らな板状体に交換し、カッターポスト３を上昇させることなく、エンドレスチェーン２を循環して掘削孔の内面を平滑にする掘削孔整形（Ｓ６５）を行なう。勿論、この掘削孔成形の際に、掘削孔の底部も平滑に底浚いされる。前面が平らな板状体は、掘削孔の内面を平滑にするためのものであり、この板状体に掘削刃を設けてもよい。要するに、この板状体は、前面が略平滑であればよく、掘削孔の内面を略平滑にすれば充分である。又、板状体の代わりに箱状等の立体形状のものでもよい。この場合も前面が略平滑である必要がある。
【００２７】
更にまた別の実施の形態では、前記ステップの掘削段階で、掘削刃の他に前面が平らな板状体が装備されたエンドレスチェーンを使用し、掘削と同時に掘削孔の孔壁内面、即ち、孔壁および底面を平滑にすることもできる。
【００２８】
この掘削孔整形を行なうことによれば、矩形断面の掘削孔の内面を平滑に底浚いすることにより、元の土壌を十分に排出して置換材料に置き換えることができる。また、後述するように、隣り合う掘削孔と接して置換することができ、オーバーラップ施工の無駄を最小にとどめ効率よく置換対象地盤を隙間なく施工することができる。
【００２９】
図７は本発明の地中地盤置換方法の掘削孔の配置方法を示す。図７（ｂ）は所定面積の置換対象地盤２０を矩形の掘削孔２１を接するように施工した実施例である。
【００３０】
図７（ａ）は所定面積の置換対象地盤２０を矩形の掘削孔２１をオーバーラップするように施工した実施例である。図８に示したアースオーガによる円形の掘削孔に対し本発明による矩形の掘削孔の場合はオーバーラップの無駄を少なく所定面積の地中地盤置換を効率よく行なうことができる。
【００３１】
このような本発明方法の実施に際しては、掘削刃を備えたエンドレスチェーンを複数本使用して、掘削幅を広くすることができる。この場合はカッターポストの幅もそれに応じて幅広のものを使用すればよい。なお、この場合のカッターポストの幅とは、掘削刃が付いている面での幅を意味する場合もあり、両側のチェーン間の幅を意味する場合もあり、双方を意味する場合もある。両側のチェーン間の幅を広くするときは、カッターポストの上端部の駆動輪を上側に２個設け、カッターポストの下側のアイドルローラも２個設け、上側で無端チェーンが水平に掛け渡らされ、下側で無端チェーンが水平に掛け渡らされた状態でカッターポストの回りを無端チェーンが循環するようにすればよい。
【００３２】
また本発明に使用される装置には、置換すべき材料を供給する通路の下端側出口がカッターポストの下端部に設けられていることにより、カッターポストが上昇した空隙に置換材を供給できる。なお、本発明に用いる置換材としては、特に限定されるものでなく何でも使用できる。例えば、良質土であっても、掘削土を処理材で処理したものでもよく、骨材入りの生コンクリートでもよい。この処理材としては、掘削土を軽量化するための軽量体であっても、軟弱地盤を強化するためのセメントミルクなどの固化材であっても、汚染土を浄化するための浄化材などであってもよい。地盤が汚染された地盤であり、この汚染地盤を掘削し、排土された汚染土を浄化材で修復するときは、浄化材として次のようなものが例示される。例えば、重金属で汚染されていた場合は、鉄などの還元性金属が浄化剤として使用でき、ハロゲン化有機化合物で汚染されている場合も鉄などの他に活性炭などの吸着性物質も浄化材として使用できる。また、上述した全面が略平らな板状体をチェーンに対し垂直になるように使用した場合や前面が略平らな立体形状体を使用する際に、掘削作業等が終了してカッターポストが引き上げられる状態で、前面が略平らな板状体もしくは前面が略平らな立体形状体をカッターポスト両側のエンドレスチェーンの下端部側に位置するように取付けることにより、カッターポストが引き上げられるときに孔壁と接触することなどにより地盤土が落下したり、地上への排出途中で無端チェーンに残っている掘削土等が落下しても、この前面が略平らな板状体もしくは前面が略平らな立体形状体の上で受け止めることにより、カッターポストの下方にこれらの掘削土等が落下することが防止できる。このように所定の位置に略平らな板状体や前面が略平らな立体形状体を位置していることは、チェーンにこれらの板状体等を所望の間隔で取り付け、その位置から下方に移動するチェーンの数を数え、所定のチェーンの数だけ無端チェーンを移動させることにより確認することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、有効改良率が円形掘削の場合よりも大きくし得る矩形の掘削孔を形成し、掘削の後直ちに掘削孔に置換材を充填置換することができる。このため、地中地盤を攪拌せずに掘削排土し、任意の置換材料または汚染修復処理を行なった置換土などを現場位置で効率よく経済的に行なうことができる。
【００３４】
また、本発明によれば、掘進のためのカッターポストが掘削孔に貫入することにより掘削孔の崩壊を防止したままカッターポストを引き上げることで確実に置換することができる。また掘削土を過度に流動化する必要がないので確実に掘削土を排出することができる。
【００３５】
さらに、矩形の掘削孔の全体に貫入された箱型フレームのカッターポストの中空部全体を管路として置換材を供給することも可能であり、流動性、粒形の大小などの制限に係わりなく幅広い置換材を用いることができる。また、複数の地盤改良材を所定深度に置換することができる。
【００３６】
またさらに、矩形の掘削孔を形成し地中地盤を攪拌せずに掘削排土し、堀上げた地上で汚染修復処理などを行ない、品質を確認した置換土として再度埋め戻す現場位置置換を効率よく経済的に行なうことができる。また、置換材が掘削土を軽量化するための軽量体や、軟弱地盤を強化するためのセメントミルクなどの固化材である場合などであって、表面を良質土で置き換える際に地表面まで置換する必要がないとき、あるいは建造物の床レベルが地表面より低い位置に設計されているなどの理由で、地表面まで置換する必要がないときは、置換天端形成段階により地表面から深い置換深度範囲のみを置換し、置換を必要としない部分は空隙または現場排土の埋戻しとすることができる。
【００３７】
さらにまた、矩形断面の掘削孔の内面を平滑に底浚いすることにより、確実に土壌置換することができ、しかも隣り合う掘削孔と接して置換することができ、オーバーラップ施工の無駄を最小にとどめ効率よく置換対象地盤を隙間なく施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の地中地盤置換装置のカッターポストを用いた置換方法を説明する模式図である。
【図２】  （ａ）は図１のＡ−Ａ断面を示す平面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面を示す平面図である。
【図３】  本発明のカッターポストの先端部を示す正面図である。
【図４】  本発明の地中地盤置換方法の工程の流れを示す流れ図である。
【図５】  （ａ）は本発明の地中地盤置換方法の天端形成段階、（ｂ）は無置換部を示す模式図である。
【図６】  本発明に使用する地中地盤置換装置の一実施の形態を示す側面図である。
【図７】  本発明の地中地盤置換方法の掘削孔の配置方法を示し、（ａ）はその実施の形態の平面図、（ｂ）は別の実施の形態の平面図である。
【図８】  従来のアースオーガによる土壌置換方法を示す掘削平面図である。
【図９】  従来のアースオーガによる土壌置換方法を示し、（ａ）は掘削開始の断面図、（ｂ）は所定深度まで掘削した断面図、（ｃ）は置換材を注入しながらアースオーガを引き抜いて置換した断面図。
【図１０】  従来の土壌置換方法を示し、（ａ）は山留め壁を構築して掘削した断面図、（ｂ）は置換材を埋め戻した断面図である。
【符号の説明】
１  掘削刃
１ａ  取付プレート
２  エンドレスチェーン
２ａ  チェーンガイド
２ｃ  チェーン連結軸
３  カッターポスト
４  リーダーマスト
５  アイドルローラ
５ａ  支持軸
６  通路
６ａ  先端出口
６ｂ  ホース
７  駆動輪
１０  置換材料
１０ａ  天端
２０  置換対象地盤
２１  掘削孔
１００  地中地盤置換装置
１０１  掘削部
１０２  動力部
１０３  下部走行体
１０４  ステー
１１０  ベースマシーン
Ｃ  置換部
Ｄ  無置換部
Ｌ  掘削刃の幅
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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