(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下動及び回転が自在に制御可能の掘削縦軸を備えてなる、地中における改良固結体の製造装置であって、前記掘削縦軸には、該掘削縦軸に略直交する配置で所定長さの横軸体を貫通状に備えており、該横軸体は、所定の回転駆動手段により該横軸体の軸線の回りに回転可能とされていると共に、該横軸体の外側に対しては、該横軸体がその軸線の回りに回転することにより地盤を掘削可能でありかつその掘削土と固化剤とを混合及び攪拌可能の掘削混合攪拌爪を備えており、しかも、該掘削混合攪拌爪の前記横軸体の半径方向の長さがほぼ同一とされている、地中における改良固結体の製造装置を用い、
前記掘削縦軸を回転及び下動させながら、前記横軸体をその軸線回りに回転させることにより、前記掘削混合攪拌爪にて地盤を平面視、略円形に掘削して、固化剤を掘削土中に吐出して混合攪拌することにより、略円柱状の未固結体が形成される第１工程と、
この第１工程における前記掘削縦軸の回転のみを停止して該掘削縦軸をさらに下動させながら前記横軸体を回転してその掘削混合攪拌爪によって地盤を所定深さ掘削しつつ固化剤を掘削土中に吐出して混合攪拌することにより、前記略円柱状の未固結体の横断面積より横断面積が小さい円柱状でない未固結体が該略円柱状の未固結体の下に続いて形成される第２工程とを含み、
形成された未固結体をその後に固化させることで地中に改良固結体を形成することを特徴とする、地中における改良固結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、土木、建設の基礎工事などにおいて、軟弱な地盤を柱状等に掘削しながら石灰系やセメント系のスラリー状の固化剤を吐出して、その掘削土と固化剤を混合、攪拌し、これを固結させることにより形成される、地中における改良固結体（柱状固結体）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中における改良固結体（以下、改良固結体ともいう）は、回転する掘削縦軸（回転シャフト）の先端若しくは先端近傍に掘削翼及び固化剤の吐出口を備えた製造装置（地盤改良装置）により、その掘削縦軸を回転させながらその先端の掘削翼で地盤を地中に向かって所定深さ掘削すると共に、その掘削土に所定の固化剤を混合して攪拌し、それを固化させることで形成されていた。そして、このようにして形成されていた改良固結体は、横断面が一様の円柱体構造をなしているのが一般である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の製造装置によって製造される改良固結体は、横断面が円形で一様（一定）なため、それ自体が、経年と共に、周囲の地盤に相対して不等に沈下し易いといった問題があった。この原因は、その改良固結体が、横断面が一様のために周囲の地盤（土壌）との摩擦が小さく、周囲の地盤に十分に拘束されないためであり、こうした問題は、地盤が軟弱なほど顕著に現れる。こうしたことから、従来においては改良固結体の全高（杭長）を高い（長い）ものとせざるを得ず、それにともなって、施工時間が多くかかるだけでなく、体積が増大することからその分、多量の固化剤を要し、コストの増大も招いていたといった問題があった。
【０００４】
本発明は、従来のこうした問題点を解消した改良固結体の好適な製造方法を提供することをその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明に係る、地中における改良固結体の製造方法は、上下動及び回転が自在に制御可能の掘削縦軸を備えてなる、地中における改良固結体の製造装置であって、前記掘削縦軸には、該掘削縦軸に略直交する配置で所定長さの横軸体を貫通状に備えており、該横軸体は、所定の回転駆動手段により該横軸体の軸線の回りに回転可能とされていると共に、該横軸体の外側（外周面）に対しては、該横軸体がその軸線の回りに回転することにより地盤を掘削可能でありかつその掘削土と固化剤とを混合及び攪拌可能の掘削混合攪拌爪を備えており、しかも、該掘削混合攪拌爪の前記横軸体の半径方向の長さがほぼ同一とされている、地中における改良固結体の製造装置を用い、
前記掘削縦軸を回転及び下動させながら、前記横軸体をその軸線回りに回転させることにより、前記掘削混合攪拌爪にて地盤を平面視、略円形に掘削して、固化剤を掘削土中に吐出して混合攪拌することにより、略円柱状の未固結体が形成される第１工程と、
この第１工程における前記掘削縦軸の回転のみを停止して該掘削縦軸をさらに下動させながら前記横軸体を回転してその掘削混合攪拌爪によって地盤を所定深さ掘削しつつ固化剤を掘削土中に吐出して混合攪拌することにより、前記略円柱状の未固結体の横断面積より横断面積が小さい円柱状でない未固結体が該略円柱状の未固結体の下に続いて形成される第２工程とを含み、
形成された未固結体をその後に固化させることで地中に改良固結体を形成することを特徴とする。
【０００８】
【作用および発明の効果】
本発明に係る、地中における改良固結体の製造方法によれば、その製造装置（以下、製造装置又は単に装置ともいう）における掘削縦軸を回転及び下動させながら、それに略直交する配置で設けられた横軸体をその軸線回りに回転させることにより、該横軸体の外側に設けられた掘削混合攪拌爪にて地盤を平面視、略円形に掘削できる。したがって、第１工程として、所定深さこのような掘削をしつつ固化剤を掘削土中に吐出して混合攪拌することにより、略円柱状の未固結状態のもの（未固結体）が形成される。
【０００９】
そして、第２工程として、第１工程における掘削縦軸の回転のみを停止して掘削縦軸をさらに下動させながら横軸体を回転してその掘削混合攪拌爪によって地盤を所定深さ掘削しつつ固化剤を掘削土中に吐出して混合攪拌することにより、前記略円柱状の未固結体の横断面積より横断面積が小さい円柱状でない未固結体が前記略円柱状の未固結体の下に続いて形成される。次いで、これらの第１工程及び第２工程を適数回繰返すことにより、上下に横断面積が繰返し異なる未固結体が形成される。そして、この未固結体の形成後、掘削縦軸を、横軸体を上から見た位置（向き）を第２工程のときの位置に制御しながら上動して引き上げ、未固結体を固化を待つ。かくして、地中には、その側面に上下に間隔をおいて複数の凹部を備えた改良固結体が形成され、その凹部には、周囲の土壌が入り込むことから、沈下を有効に防止できる改良固結体となすことができる。
【００１０】
【実施例】
本発明に係る改良固結体の製造方法を具体化した一実施例について図面を参照して詳細に説明するが、その前に本実施例に係る製造方法によって製造される改良固結体１について図１ないし図３に基づいて説明する。本例に係る改良固結体１は、図１に示したように円柱状の大径部２，２相互の間に、小径部３，３が位置し、上下に大径部２と小径部３が繰返し位置するようにして地盤Ｇ中に形成されている。ただし、小径部３の横断面形状は、その大径部２の横断面形状（略円）に略内接する矩形状をなしている（図２及び図３参照）。しかして、本例では、改良固結体１の側面１ａのうち、小径部３の側面、つまり各小径部３の上の大径部２の下面２ｂと下の大径部２の上面２ｃとの間が凹部３ａをなし、ここに周囲の土壌が入り込んでいるため、改良固結体１の沈下が有効に防止される。
【００１１】
そして、このような改良固結体１は、図４ないし図６に例示した装置により形成（製造）できる。すなわち、図中、２１は、略円筒状をなす掘削縦軸（回転駆動軸）であって、その先端（下端）は先細円錐状に形成されて縦掘削部２２とされ、図示しない回転駆動手段及び制御手段により、回転及び回転停止が自在に制御されるように構成されており、そして所定の速度で上下動できるように構成されている。
【００１２】
また、本例では、掘削縦軸２１の先端近傍には、圧送源から掘削縦軸２１の内部の配管（図示せず）を通って圧送されるスラリー状の固化剤を吐出可能の固化剤吐出口２３を備えている。そして、掘削縦軸２１の先端寄り部位には、掘削縦軸２１に略直交する配置で所定長さＬ１をもつ横軸体２４を貫通状に備えており、この横軸体２４は、所定の回転駆動手段によりその軸線Ｊの回りに回転可能とされている。ただし、回転駆動手段は、本例では、掘削縦軸２１内部であってその交差部に設けられた両軸の油圧モーター２５の軸に結合されており、油圧モーター２５は、掘削縦軸２１中の図示しない配管を介して外部のパワーユニットに接続されており、回転及び停止が制御されるようになっている。
【００１３】
さらに横軸体２４は、その外側（外周面）に対し、その全長（Ｌ１）にわたって、横軸体２４がその軸線Ｊの回りに回転することにより地盤Ｇを掘削可能でありかつその掘削土と固化剤とを混合及び攪拌可能の掘削混合攪拌爪２６を多数備えている。ただし、本例における掘削混合攪拌爪２６は、先端部２６ａが鉤状をなし、横軸体２４の半径方向の長さＬ２が全部についてほぼ同一とされ、しかも、横軸体２４の長さＬ１より小さく設定されている。
【００１４】
このような本装置の使用に際しては、軟弱な地盤Ｇに対して掘削混合攪拌爪２６，２６が接地され、掘削縦軸２１が所定の回転数で回転されながら地中に向かって下動（掘削推進方向に駆動）され、その下で横軸体２４が回転されると、横軸体２４は掘削縦軸２１と一体となって掘削縦軸２１の回りに回転する。
【００１５】
すなわち、掘削縦軸２１を回転及び下動させながら、横軸体２４をその軸線Ｊ回りに回転させることにより、掘削混合攪拌爪２６にて地盤Ｇを平面視、掘削縦軸２１の中心から横軸体２４の略先端までの距離（１／２Ｌ１）をその半径とする略円形に掘削できる。この半径は、厳密には掘削縦軸２１の中心から最外側の掘削混合攪拌爪２６の先端までの距離である。したがって、第１工程として、所定深さこのような掘削をしつつスラリー状の固化剤を掘削土中に吐出して混合攪拌することにより、略円柱状の未固結体が形成される。
【００１６】
そして、第２工程として、第１工程における掘削縦軸２１の回転のみ停止して掘削縦軸２１をさらに下動させながら横軸体２４を回転してその掘削混合攪拌爪２６によって地盤Ｇを所定深さ掘削しつつ固化剤を掘削土中に吐出して混合攪拌することにより、前記略円柱状の未固結体の下に続いて、平面視（横断面）略Ｌ１×Ｌ２の大きさの略矩形の未固結体が形成される。
【００１７】
次いで、これらの第１工程及び第２工程を適数回繰返すことにより、ストレートの円柱状ではない、上下に横断面積が繰返し異なる未固結体が形成されるが、この後、掘削縦軸２１を、横軸体２４を上から見た位置（向き）を第２工程のときの位置に制御しながら上動して引き上げ、未固結体の固化を待てばよい。なおこの引き上げ時には、横軸体２４のみ回転させてもよい。かくして、未固結体の固化後においては、図１ないし図３に示したように、側面１ａに、上下に間隔をおいて複数の凹部３ａを備えた改良固結体１が製造（形成）される。
【００１８】
図７及び図８は、参考例として本発明の製法とは別の製法により製造された改良固結体１を示したものであり、このものは、地盤Ｇに、同芯状でともに円形の大径部２と小径部３をもつものである。
【００１９】
そして本発明によって製造される改良固結体は、上記装置において図９及び図１０に示したように、横軸体２４に油圧シリンダ２７などを内蔵しておき、そのロッド先端に別の横軸体として杆体２４ａを接続しておき、この杆体２４ａを横軸体２４の先端側から図９中、矢印を付したように伸縮自在に制御できるものとしておき、杆体２４ａにも横軸体２４に設けられた掘削混合攪拌爪２６と同様の掘削混合攪拌爪３６を設けておくことによっても、容易に形成することができる。もちろん、掘削混合攪拌爪３６は横軸体２４の掘削混合攪拌爪２６と一緒に横軸体２４の軸線回りに回転するようになっている。
【００２１】
図９及び図１０に示した装置では、上記において、横軸体２４の先端側から杆体２４ａを伸ばした状態で横軸体２４及び掘削縦軸２１を各軸線回りに回転させて所定深さ掘削混合攪拌し、次いで、杆体２４ａを縮めた状態で掘削縦軸２１を回転させることなく横軸体２４のみ回転させて所定深さ掘削混合し、これを繰り返すことにより、大径部が大きな円形断面で、小径部が相対的に小さい矩形断面の改良固結体を形成することができる。
【００２２】
本発明に係る製造方法に用いる装置の掘削混合攪拌爪は、上記実施例では、先端部が鉤状に形成されたものを例示したが、その形状、構造は、土質や地盤の軟弱さなどによる掘削抵抗に応じて適宜のものに設計すればよい。すなわち、土質によっては、連続或いは不連続の螺旋状のものでもよい。螺旋状のものとした場合には、掘削混合攪拌過程で、横方向（横軸体の軸方向）へ掘削土を動かすことができるから、より均質に混合攪拌されるので、質の高い改良固結体となすことができる。なお、図４ないし図６に示した掘削混合攪拌爪とする場合には、掘削効率を高める上で、横軸体が一回転したときに、地盤の全体を引掻く配置としておくとよい。また、いずれの形状、構造の掘削混合攪拌爪とする場合でも、横軸体の略全長にわたって設けておくとよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る製造方法によって製造される地中における改良固結体の一例を示す正面図。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】  図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】  本発明に係る地中における改良固結体の製造方法に用いる製造装置を具体化した実施例を説明する要部正面図。
【図５】  図４における横軸体及び掘削混合攪拌爪を説明する部分斜視図。
【図６】  図４のＣ−Ｃ線断面図。
【図７】  参考例として示した、本発明の製法とは別の製法により製造された改良固結体の斜視図。
【図８】  図７のＤ−Ｄ線断面図。
【図９】  本発明に係る地中における改良固結体の製造方法に用いる製造装置を具体化した別の実施例を説明する要部正面図。
【図１０】  図９における横軸体及び掘削混合攪拌爪の側面図。
【符号の説明】
１ 改良固結体
１ａ 改良固結体の側面
３ａ 凹部
２１ 掘削縦軸
２４ 横軸体
２６，３６ 掘削混合攪拌爪
Ｇ 地盤
Ｊ 横軸体の軸線
【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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