(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に敷設される遮水シート上の軟弱層を処理する固化処理杭造成用の混合攪拌装置であって、先端を施工する処理杭の芯に合わせて地中に貫入または引き上げられる下部に攪拌羽根を備える主軸と、固化材を該攪拌羽根の回転領域中に吐出する固化材吐出手段と、該主軸の貫入後、該遮水シートに最初に到達する先端受圧部の着底による反力を感知して該遮水シートへの押圧を緩和する緩衝手段とを備えることを特徴とする遮水シート破損防止用混合攪拌装置。
【請求項２】
該主軸は、攪拌羽根が水平方向に延びる水平攪拌羽根を下部に備える攪拌軸であるか、あるいは、攪拌羽根が垂直方向に延びる垂直攪拌羽根を有する回転軸を軸支する非回転軸のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の遮水シート破損防止用混合攪拌装置。
【請求項３】
該緩衝手段が、バネ式緩衝手段、油圧式緩衝手段または空気圧式緩衝手段であることを特徴とする請求項１または２記載の遮水シート破損防止用混合攪拌装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の混合攪拌装置を用いて固化処理杭を造成する工法であって、施工する処理杭の芯に合わせて主軸を貫入させ、該主軸の下部から固化材を吐出しながら攪拌羽根を回転し、攪拌泥土と混合攪拌しながら掘進を行い、先端受圧部が地中に敷設された遮水シートに達して所定の反力を感知した際、固化材の吐出を停止すると共に、該先端受圧部が遮水シートへの押圧を緩和するように上方へ若干戻り、次いで、攪拌羽根をそのままの回転又は逆転して、更に混合攪拌しながら地盤上に引き上げて固化処理杭を造成することを特徴とする工法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載の混合攪拌装置を用いて固化処理杭を造成する工法であって、施工する処理杭の芯に合わせて主軸を貫入させ、攪拌羽根を回転し、泥土を攪拌しながら掘進を行い、先端受圧部が地中に敷設された遮水シートに達して所定の反力を感知した際、該先端受圧部が遮水シートへの押圧を緩和するように上方へ若干戻り、次いで、該主軸の下部から固化材を吐出しながら攪拌羽根をそのままの回転又は逆転して、攪拌泥土と混合攪拌しながら地盤上に引き上げて固化処理杭を造成することを特徴とする工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に敷設された遮水シート上の比較的浅層の軟弱層を固化処理する混合攪拌装置およびこれを用いて固化処理杭を造成する工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工場などから廃棄される有害物質を含む泥土状あるいはスラリー状の産業廃棄物は、産業廃棄物埋立処分場に搬入されて処分される。このような産業廃棄物埋立処分場は、例えば図６に示すように、地盤を掘り起こしてでた土を除去して形成された大きな窪地１０３に遮水シート１０２を敷設し、該遮水シート１０２上に泥土状の産業廃棄物１０１が投棄されたものである。この産業廃棄物埋立処分場１００は、例えば、悪臭が出る、建設予定のダムの水系に入ってしまうなどの理由により、産業廃棄物中に含まれる有害物質が系外へ漏れないようセメント等の固化材を使用した固化処理杭１０４の多数の造成により固化処理されることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような地中に敷設された遮水シート１０２上の比較的浅層の軟弱層１０１を固化処理するには、例えば施工する処理杭の芯に合わせて混合攪拌装置１０７の主軸１０５を貫入させ、主軸１０５の下部から固化材を吐出しながら攪拌羽根１０６を回転し、撹拌泥土と混合撹拌しながら掘進を行い、設計深度に達した際、固化材の吐出を停止すると共に、攪拌羽根をそのままの回転又は逆転して、更に混合攪拌しながら地盤上に引き上げて固化処理杭１０４を造成し、これを繰り返して行い、処理区域内を固化する方法が採られている。このような固化処理において、底部に未改良部分が存在すると、長い年月が経過して遮水シート１０２が自然破断したときには、未改良部分に含まれる有害物質が漏れ出す可能性もあるため、遮水シート１０２上部の軟弱層１０１すべてを固化する必要がある。このため、主軸１０５はその先端が遮水シート１０２近傍ぎりぎりまで貫入されるため、時には遮水シート１０２を破って施工してしまうことがある。これでは、固化前の混合泥土が遮水シート１０２の破断部１０２ａから漏れる可能性があり、この場合、遮水シート１０２下の土壌や処分場周辺の土壌を汚染してしまう。一方、遮水シート１０２を破断することがないよう、主軸を慎重に貫入していては施工に時間を要してしまう。
【０００４】
従って、本発明の目的は、地中に敷設された遮水シート上の比較的浅層の軟弱層を、遮水シートを破断することなく比較的簡易な方法で固化処理できる混合攪拌装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、遮水シートを破断することのない、施工効率に優れる固化処理杭の造成方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、主軸の貫入後、遮水シートに最初に到達する先端受圧部の着底による反力を感知して該遮水シートへの押圧を緩和する緩衝手段を主軸先端部に設ければ、地中に敷設された遮水シート上の比較的浅層の軟弱層を、遮水シートを破断することなく比較的簡易な方法で、固化処理できることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は（１）は、地中に敷設される遮水シート上の軟弱層を処理する固化処理杭造成用の混合攪拌装置であって、先端を施工する処理杭の芯に合わせて地中に貫入または引き上げられる下部に攪拌羽根を備える主軸と、固化材を該攪拌羽根の回転領域中に吐出する固化材吐出手段と、該主軸の貫入後、該遮水シートに最初に到達する先端受圧部の着底による反力を感知して該遮水シートへの押圧を緩和する緩衝手段とを備える遮水シート破損防止用混合攪拌装置を提供するものである。
【０００７】
また、本発明（２）は、前記混合攪拌装置を用いて固化処理杭を造成する工法であって、施工する処理杭の芯に合わせて主軸を貫入させ、該主軸の下部から固化材を吐出しながら攪拌羽根を回転し、攪拌泥土と混合攪拌しながら掘進を行い、先端受圧部が地中に敷設された遮水シートに達して所定の反力を感知した際、固化材の吐出を停止すると共に、該先端受圧部が遮水シートへの押圧を緩和するように上方へ若干戻り、次いで、攪拌羽根をそのままの回転又は逆転して、更に混合攪拌しながら地盤上に引き上げて固化処理杭を造成する工法を提供するものである。
【０００８】
また、本発明（３）は、前記混合攪拌装置を用いて固化処理杭を造成する工法であって、施工する処理杭の芯に合わせて主軸を貫入させ、攪拌羽根を回転し、泥土を攪拌しながら掘進を行い、先端受圧部が地中に敷設された遮水シートに達して所定の反力を感知した際、該先端受圧部が遮水シートへの押圧を緩和するように上方へ若干戻り、次いで、該主軸の下部から固化材を吐出しながら攪拌羽根をそのままの回転又は逆転して、攪拌泥土と混合攪拌しながら地盤上に引き上げて固化処理杭を造成する工法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態における遮水シート破損防止用混合攪拌装置（以下、単に混合攪拌装置とも言う）を図１〜図３を参照して説明する。図１は本例の混合攪拌装置の一部を破断して示す斜視図、図２は図１の混合攪拌装置の緩衝手段を説明する図、図３は図１の混合攪拌装置の簡略図である。図１〜図３の混合攪拌装置１Ａは、地中に敷設される遮水シート上の軟弱層を処理する固化処理杭造成用の混合攪拌装置であって、先端１１を施工する処理杭の芯に合わせて地中に貫入または引き上げられる下部に攪拌羽根２を備える主軸１と、固化材を攪拌羽根２の回転領域中に吐出する固化材吐出手段５と、主軸１の貫入後、遮水シートに最初に到達する先端受圧部４１の着底による反力を感知して遮水シートへの押圧を緩和するバネ式緩衝手段４とを備える。
【００１０】
混合攪拌装置１Ａの主軸１は本例では攪拌羽根２が左右の水平方向に延びる上下２段の水平攪拌羽根を下部に備える中空管状の回転軸であり、不図示の回転装置により自らが回転することにより、攪拌羽根２が回転する。固化材吐出手段５は、不図示の地表に設置される固化材供給手段と、固化材供給手段から供給される固化材を攪拌羽根２の回転領域中に吐出する１対の固化材吐出口５１と、固化材供給手段と固化材吐出口５１を接続する１対の配管５２とからなる。配管５２は主軸１である中空管内に配設され下方の一方は右側へ、他方は左側へ屈曲し主軸を貫通して開口を外側に向ける固化材吐出口５１と連通している。
【００１１】
バネ式緩衝手段４は、主軸１の貫入後、遮水シートに最初に到達する下方側にやや丸みを有する屈曲板状の先端受圧部４１と、巻きバネ４４と、上端が巻きバネ４４と接合すると共に下端が先端受圧部４１と接合する所定長さの軸部４２を備える連結部材４３と、巻きバネ４４の上端と接合すると共に主軸１である中空管の下方内側に固定される円板状の基板４５とからなる。このような構造を有するバネ式緩衝手段４は、主軸１の地中貫入後、地中に敷設された遮水シートに最初に到達する先端受圧部４１の着底による反力が巻きバネ４４のバネ付勢力を上回ると、巻きバネ４４が最大で、先端受圧部４１の上端と攪拌羽根２の下端との距離Ｓ（図３参照）まで縮むようになっている。これにより、先端受圧部４１の遮水シートへの押圧を緩和することができる。
【００１２】
巻きバネ４４のバネ付勢力は、主軸１の貫入力、遮水シートの強度、遮水シートの下側の地盤の強度、軟弱地盤の強度などを考慮して適宜決定される。巻きバネ４４のバネ付勢力が強すぎても、弱すぎても、先端受圧部４１の着底による反力を感知した時に、既に遮水シートを破断してしまう危険性がでてくる。また、先端受圧部４１の上端と攪拌羽根２の下端との距離Ｓは、主軸１の貫入力、巻きバネ４４のバネ付勢力、遮水シートの下側の地盤の強度、軟弱地盤の強度などにより適宜決定される。この距離Ｓは短すぎると、先端受圧部４１の着底により反力を感知した時に、既に遮水シートを破断してしまうことがあり、長すぎると先端受圧部４１の着底により反力を感知し、巻きバネ４４の縮みが少ない状態で主軸１が引き上げられると、攪拌羽根と遮水シートの間に隙間が生じ、改良すべき軟弱層の下方部分が未改良のままとなる可能性がある。
【００１３】
先端受圧部４１は、本例以外に、平板状の部材、球状の部材などが使用できる。先端受圧部４１の平面視の大きさも適宜決定される。先端受圧部４１の平面視の大きさが大きすぎると地中への貫入抵抗が大きくなり、小さ過ぎると遮水シートを破断する危険性が高まる。先端受圧部４１の底面には、遮水シートへの着底による衝撃を更に和らげるため、ゴム部材を装着させてもよい。先端受圧部４１は主軸１の回転とともに、回転しても、回転しなくてもよいが、回転しない方が、遮水シートに着底した場合、遮水シートを破断する危険性が少なくなる点で好適である。先端受圧部４１を非回転とするには、軸部４２を上下２つの部材に分け、両者を軸受け等で連結するなど公知の方法を適用すればよい。
【００１４】
先端受圧部４１が遮水シートに着底したことを感知する方法としては、例えば、先端受圧部４１の裏面に圧力センサーを設置し、該圧力センサーと地上のランプを連動させ、ランプの点灯で感知する方法、地上のオペレーターが主軸１を通して受ける体感により感知する方法などが挙げられ、このうち、地上のオペレーターが主軸１を通して受ける体感により感知する方法が、バネ式緩衝手段においては、特段の感知手段を設ける必要がなく、簡易な方法でかつ確実に感知できる点で好ましい。
【００１５】
次に、本発明の第２の実施の形態における混合攪拌装置を図４を参照して説明する。図４は本例の混合攪拌装置の簡略図である。図４において、図３と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点について主に説明する。図４において、図３と異なる点は第１の実施の形態例のバネ式緩衝手段に代えて油圧式緩衝手段とした点である。すなわち、本例の混合攪拌装置１Ｂの油圧式緩衝手段４ａは、主軸１である中空管の下方内側に固定される油圧シリンダー６４から下方に突出するピストンロッド６１と先端受圧部４１を接続して構成される。
【００１６】
このような油圧式緩衝手段４ａは、公知の油圧回路を構成することにより得ることができる。すなわち、図では省略するが、ピストンロッド６５で区画される油圧シリンダー６４内の二次側６３と一次側６２とを外部油圧配管で接続して閉回路を形成し、バイパス回路にチェックバルブを有するリリーフ弁と補助タンクを、二次側６２からこの順序で該外部油圧配管途中に設置し、更に二次側６３とリリーフ弁間には圧力センサーを設置するものである。油圧回路を構成する油圧シリンダー６４及びピストンロッド６５以外の機器配管類は、例えば主軸１の周面に設置される。このような油圧回路は先端受圧部４１が地中に敷設された遮水シートに着底して地盤より反力を受けると、圧力センサーがこれを感知し、該圧力がリリーフ圧を越えるとリリーフ弁が作動し、二次側６３の油が補助タンクを介して一次側に流れて、油圧シリンダー６４のピストン６５が二次側へ移動する。これにより、先端受圧部４１の遮水シートへの押圧を緩和することができる。他方、主軸１の引き上げ時は、先端受圧部４１に作用する反力がなくなり、二次側６３の圧力によりピストン６５を一次側に押すため、一次側から補助タンクを介して二次側へ油の流れが生じて、ピストンロッド６１が下方へ移動することになる。なお、圧力センサーはバネ式緩衝手段で例示される圧力センサーと同様、主軸１の着底の発信信号となるものである。
【００１７】
本発明において、主軸１の下方に設置される緩衝手段としては、上記バネ式緩衝手段、油圧式緩衝手段の他、空気圧式緩衝手段を用いてもよい。空気圧式緩衝手段は、空気圧シリンダーと、下端が先端受圧部と接合されるピストンロッドとからなり、空気圧回路は公知の回路が使用できる。
【００１８】
次に、本発明に係る混合攪拌装置を用いて地中に敷設された遮水シート上の比較的浅層の軟弱層を固化処理する工法について、図５を参照して説明する。図５は本例の固化処理工法を説明する図で、（Ａ）から（Ｄ）の順で施工される。なお、図５においては固化材供給手段はその記載が省略されている。本例の固化処理工法で用いる混合攪拌装置１Ｃの攪拌羽根は、垂直方向に延びる左右１対（図５では前後方向に１対）の垂直攪拌羽根２ａであり、主軸１はこの垂直攪拌羽根２ａを有する回転軸１１を軸支するもので、主軸１自体は回転しない。回転軸１１を回転する方法としては、図では省略するが、回転軸１１に同軸で固定され主軸内に設置された回転軸側スプロケットと主軸の上方に設置された駆動モーターのスプロケットをチェーンで架設し、駆動モーターの回転を回転軸１１に伝える方法を用いることができる。また、混合攪拌装置１Ｃの緩衝手段４はバネ式緩衝手段であり、主軸１から下方に延びるふたつの小さな中空管部１１１に図２で示すバネ機構を設置し、中空管部１１１の下端と攪拌羽根２ａの下端とが略同じとなるように構成したものである。また、本例の工法が適用される軟弱層は、特に制限されないが、例えば、地盤を掘り起こしてでた土を除去して形成された大きな窪地に土木用軟質塩化ビニル製の遮水シート３を敷設し、遮水シート３上に泥土状又はスラリー状の産業廃棄物１０１が投棄された産業廃棄物埋立層である。
【００１９】
先ず、施工する処理杭の芯に合わせて主軸１を貫入させる（図５（Ａ））。次いで、地上の固化材供給手段から配管を通じて供給される固化材を主軸１の下部から吐出しながら攪拌羽根２ａを回転し、攪拌泥土と混合攪拌しながら、先端受圧部４１が地中に敷設された遮水シート３に達するまで掘進する。先端受圧部４１が地中に敷設された遮水シート３に達して、遮水シート３を含めた下層地盤１０８から所定の反力を受けた際、バネ式緩衝手段４が作動して巻きバネが縮み、先端受圧部４１が上方へ長さＳの範囲で適宜の分だけ戻る（図５（Ｂ））。これにより、先端受圧部４１の遮水シート３への押圧を緩和する。また、先端受圧部４１の着底と同時に、これを感知して主軸１の貫入を停止すると共に固化材の吐出を停止する。従来の混合攪拌装置では、先端受圧部を備える緩衝手段を持たないため、主軸の先端が着底した時点でこれを感知し主軸の貫入を停止するものの、この時点では既に遮水シートを破断している状況であったが、本例では、巻きバネの付勢力を適宜の値に設定するのみで遮水シートの破断を確実に防止することができる。
【００２０】
本例において、先端受圧部４１が遮水シート３に達したことは、混合攪拌装置１Ｃを通じてオペレーター１２の体感により感知できるため、オペレーターはこれを感知して直ちに主軸１の貫入を停止する。次いで、攪拌羽根２ａをそのままの回転又は逆転して、主軸１を地盤上に引き上げる工程に入る。この場合、巻きバネは伸びて軸部４２の長さＳを保持し、緩衝手段４は貫入当初と同様の状態に戻っている（図５（Ｃ））。そして、攪拌羽根２ａの回転を維持して、更に混合攪拌しながら主軸１を地盤上に引き上げて固化処理杭１３を造成する（図５（Ｄ））。このような固化処理杭１３は、例えば隣接する固化処理杭にオーバーラップすることで処理区域全体に造成される。本例のような固化処理杭造成工法においては、攪拌羽根２ａが遮水シート３近傍まで貫入できるため、底部に未改良部分が存在することがない。このため、長い年月が経過して遮水シート３が自然破断しても、有害物質の全てが固化処理杭１３の中に封じ込められたままであるため、有害物質が系外へ漏れ出す危険性はない。また、本例の固化処理杭造成工法によれば、遮水シート３の破断を気にせず施工できるため、施工効率が向上する。また、本例の固化処理杭造成工法は、貫入過程で固化材を吐出する工法であるが、固化材の吐出は、その他、貫入過程と引き上げ過程の双方、あるいは引き上げ過程のみのいずれの過程で行なってもよい。
【００２１】
固化材の吐出が引き上げ過程のみの場合、次ぎのような施工方法で処理される。すなわち、先ず、施工する処理杭の芯に合わせて主軸１を貫入させる。次いで、攪拌羽根２ａを回転しながら、先端受圧部４１が地中に敷設された遮水シート３に達するまで掘進する。先端受圧部４１が地中に敷設された遮水シート３に達して所定の反力を受けた際、バネ式緩衝手段４が作動して巻きバネが縮むため、先端受圧部４１が上方へ長さＳの範囲で適宜の分だけ戻る。一方、地盤からの反力を感じたオペレーターは主軸１の貫入を停止する。これにより、先端受圧部４１の遮水シート３への押圧を緩和する。次いで、引き上げ過程に入り、主軸１の下部から固化材を吐出しながら攪拌羽根２ａをそのままの回転又は逆転して、攪拌泥土と混合攪拌しながら地盤上に引き上げる。
【００２２】
本例の固化処理杭造成工法に用いる混合攪拌装置において、攪拌羽根が水平方向に延びる水平攪拌羽根であっても、基本操作としては同様である。本発明において、固化処理杭造成工法が適用される軟弱地盤としては、上記産業廃棄物埋立層に限定されるものではない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の混合攪拌装置によれば、地中に敷設された遮水シート上の比較的浅層の軟弱層を、遮水シートを破断することなく比較的簡易な方法で、固化処理できる。また、本発明の固化処理杭造成工法によれば、遮水シートを破断することもなく、優れた施工効率を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態例の混合攪拌装置の一部を破断して示す斜視図である。
【図２】図１の混合攪拌装置の緩衝手段を説明する図である。
【図３】図１の混合攪拌装置の簡略図である。
【図４】第２の実施の形態における混合攪拌装置の簡略図である。
【図５】本例の固化処理工法を説明する図である。
【図６】従来の産業廃棄物埋立処分場及びこれを処理する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｃ、１０７      混合攪拌装置
１、１０５        主軸
２、１０６        攪拌羽根
３、１０２        遮水シート
４              バネ式緩衝手段
４ａ            油圧式緩衝手段
５              固化材吐出手段
１２            オペレーター
１３、１０４    固化処理杭
４１            先端受圧部
４２            軸部
４３            連結部材
４４            巻きバネ
４５            基板
５１            固化材吐出口
５２            配管
６１            ピストンロッド
６４            油圧シリンダー
６５            ピストン
１００          産業廃棄物埋立処分場
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003863442.tif 000005
【図５】
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【図６】
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