JP7561516B2 - 機械撹拌工法 - Google Patents

Description

本発明は、各種の建設機械の先端に撹拌翼装置及びノズルを取り付けて、スラリーを施工地盤中に注入しながらスラリーと現位置土とを撹拌混合し、施工地盤中に地盤改良体を形成する機械撹拌式地盤改良工法に使用する機械撹拌工法に関し、特に、スラリーと原位置土とを高い撹拌効率で撹拌混合し均一性の高い良質な地盤改良体を構築する機械撹拌工法に関する。

従来から、各種の建設機械の先端に撹拌翼装置及びノズルを取り付けて、セメントと水とを含むセメントスラリーを施工地盤中に注入しながら、セメントスラリーと現位置土とを撹拌混合し、施工地盤中に地盤改良体を構築する機械撹拌式地盤改良工法が知られている。この種の工法が特許文献１により提案されている。

特許文献１は撹拌混合装置の管理システムに関するもので、この文献１には、所謂WILL
工法が開示されている。
このWILL工法では、バックホウ等の建設機械をベースマシンとし、ベースマシンのアームの先端ブラケットに取り付けた鉛直方向に回動する混合撹拌装置の先端部より固化材スラリーを注入しながら、混合撹拌装置を地表面から軟弱地盤中に貫入し、引き抜きを行いつつ軟弱土と固化材を撹拌混合し、軟弱地盤を固化処理して地盤を改良する。このWILL工法で用いる混合撹拌装置は、先端部分の左右両側に、鉛直方向に回転する複数の撹拌翼を有し、混合撹拌装置を地中に貫入・引き抜きしつつ先端部分の各撹拌翼を回転させ、その近傍から固化材スラリーを注入することによって、改良対象土と固化材を撹拌混合するようになっている。
なお、この文献１に開示されているように、このWILL工法では、撹拌翼の深度、回転数、回転速度、掘削角度、撹拌翼の軌跡や固化材スラリーの流量などをリアルタイムに管理できる高性能のWILL工法管理システムが導入されている。

また、この種の工法は上記特許文献１の他、特許文献２、３などにより提案されている。

特許第４９５４１６６号公報 特許第４０３８５２５号公報 特許第３９５８３４７号公報

しかしながら、上記従来の機械撹拌式地盤改良工法では、軟弱地盤でも、特に粘着力の高い施工地盤を改良する場合、施工地盤を十分に撹拌するためには、多くの撹拌時間が必要で、コストが増大するなど、工期、経済性の面で負担が大きい、という問題がある。この種の工法においては、施工速度を向上させるために、単位時間当たりのスラリーの注入量を増加させるとともにスラリーと施工地盤との撹拌効率（早期均質性）を高めて、短時間の施工で地盤改良体の良好な品質（早期均質性）を確保する必要がある。ところが、従来の工法では、１台のポンプ及び混合撹拌装置の先端部のノズルを用いて施工地盤中にスラリーを注入し、先端の撹拌翼でスラリーと施工地盤とを所定時間撹拌することで、地盤改良体に一定の品質を得ているため、施工の高速化を達成するために、スラリーの注入量を増加して撹拌時間を短縮しようとすると、地盤改良体の強度が不足したり均質性が低下したりするなど地盤改良体の品質が低下する、という問題がある。

また、この機械撹拌式地盤改良工法では、粘性土地盤の他にも、砂質土地盤や砂礫地盤など多様な地盤に対して、工期の短縮、経済性の向上のニーズが高まっており、砂質土地盤や砂礫地盤など他の様々な施工地盤にも、上記と同様の課題がある。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種の機械撹拌式地盤改良工法において、単位時間当たりのスラリーの注入量を増加させるとともにスラリーと施工地盤との撹拌効率を高めて、短時間の施工で地盤改良体の良好な品質（早期均質性）を確保することのできる多方向スラリー噴射式機械撹拌工法を提供すること、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、
建設機械の先端に地盤撹拌用の撹拌翼装置及びスラリー噴射用のノズルを取り付けて、施工地盤中にスラリーを注入しながらスラリーと原位置土とを撹拌混合する機械撹拌工法において、
前記撹拌翼装置として、建設機械の先端に回動軸を介して回動可能に取り付けられ、先端に回転軸を介して垂直方向に回転する一対の撹拌翼ユニットを有し、前記一対の撹拌翼ユニットをそれぞれ、前記回転軸の軸心を対称中心にして前記回転軸の周囲に２つの撹拌翼を対称的にかつ、前方から見て、前記２つの撹拌翼の一方を前方に向けられる一端を外側に向けて他端を内側に向けて斜めに配置し、他方を後方に向けられる一端を内側に向けて他端を外側に向けて斜めに配置するとともに、前記各撹拌翼の外周側の面に複数の撹拌爪を配列するものとする垂直回転形式の撹拌翼装置を用い、
前記ノズルを前記一対の撹拌翼ユニットの前記回転軸の上方及び下方に設け、前記上方のノズルを当該ノズルのスラリーの噴射方向を施工地盤に対して略垂直方向に向けて配置し、前記上方のノズルにスラリーの送給用の高圧ポンプを接続し、前記下方のノズルを当該ノズルのスラリーの噴射方向を施工地盤に対して略水平方向に向けて配置し、前記下方のノズルにスラリーの送給用の低圧ポンプを接続して、
前記撹拌翼装置により施工地盤を撹拌するときに、前記一対の撹拌翼ユニットにより施工地盤を上下方向、前後方向及び左右方向に撹拌混合しながら、スラリーを、前記高圧ポンプにより高圧で前記上方のノズルへ送給し、当該ノズルから施工地盤に向けて高圧噴射するとともに、前記低圧ポンプにより低圧で前記下方のノズルへ送給し、当該ノズルから施工地盤に向けて低圧噴射することにより、施工地盤に対してスラリーの注入量を増加させ、スラリーの噴射圧力を以って施工地盤の原位置土をほぐしつつ、スラリーを注入する、
ことを要旨とする。
この場合、上方のノズルのスラリーの吐出口の径を略４．５ｍｍとし、前記上方のノズルからのスラリーの噴射圧力を１０Мｐａ－１５Ｍｐａとする、ことが望ましい。
なお、ここで建設機械の先端は、例えばバックホウの場合、運転室を有する旋回部の前部に前方に向けて延設されるブームに連結されるアームの先端をいい、一般の建設機械において、地盤撹拌用の撹拌翼装置を取り付ける部分である。

本発明の機械撹拌工法では、撹拌翼装置により施工地盤を撹拌するときに、一対の撹拌翼ユニットにより施工地盤を上下方向、前後方向及び左右方向に撹拌混合しながら、スラリーを、高圧ポンプにより高圧で上方のノズルへ送給し、当該ノズルから施工地盤に向けて高圧噴射するとともに、低圧ポンプにより低圧で下方のノズルへ送給し、当該ノズルから施工地盤に向けて低圧噴射することにより、施工地盤に対してスラリーの注入量を増加させ、スラリーの噴射圧力を以って施工地盤の原位置土をほぐしつつ、スラリーを注入するようにしたので、一般に実施される機械撹拌式地盤改良工法において、単位時間当たりのスラリーの注入量を増加させることができるとともにスラリーと施工地盤との撹拌効率を高めることができ、このスラリーの注入量の増大と撹拌効率の向上により、短時間の施工で地盤改良体の良好な品質（早期均質性）を確保することができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。

本発明の一実施の形態における多方向スラリー噴射式機械撹拌工法のイメージを示す図 同工法に用いる垂直回転形式の撹拌翼装置の構成を示す図（正面図） 同工法に用いる垂直回転形式の撹拌翼装置の構成を示す図（側面図） 同工法による施工例を示し、バックホウを施工地盤へ移動し、撹拌翼装置を施工地盤の掘削撹拌位置にセットできる位置で停止した状態を示す図 同工法による施工例を示し、アームを下降させ、各高圧ポンプにより各ノズルに送給されるスラリーを各ノズルから施工地盤に向けて高圧噴射しながら、垂直回転する一対の撹拌翼ユニットを施工地盤に垂直に挿入する状態を示す図 同工法による施工例を示し、アームをさらに下降させて、垂直回転する一対の撹拌翼ユニットで施工地盤を掘削、撹拌し、各高圧ポンプにより各ノズルに送給されるスラリーを各ノズルから施工地盤中に高圧噴射して、原位置土とスラリーとを撹拌混合する状態を示す図 同工法に用いる撹拌翼装置及び複数のノズル、高圧ポンプの作用を説明するための図 同工法のフィールド試験の結果を示す図

次に、この発明の一実施の形態に係る多方向スラリー噴射式機械撹拌工法（以下、単に本工法という。）について図を用いて説明する。図１に本工法を示し、図２、図３に本工法に用いる撹拌翼装置及び複数のノズルの構成を示している。

図１に示すように、本工法は、建設機械Ｍの先端に地盤撹拌用の撹拌翼装置１及びスラリー噴射用のノズル２を取り付けて、施工地盤中にスラリーを注入しながらスラリーと原位置土とを撹拌混合する機械撹拌工法である。

そして、本工法では、特に、複数のノズル２を撹拌翼装置１の周辺に、各ノズル２のスラリーの噴射方向を施工地盤に対して相互に異なる複数の方向に向けて配置し、各ノズル２にスラリーの送給用に高圧ポンプ３Ｈを接続しておく。このようにして、撹拌翼装置１により施工地盤を撹拌するときに、スラリーを高圧ポンプ３Ｈにより高圧で撹拌翼装置１の周辺の各ノズル２へ送給し、撹拌翼装置１の周辺の各ノズル２から施工地盤に対して多方向に向けて高圧噴射することにより、施工地盤に対してスラリーの注入量を増加させるとともに、スラリーの噴射圧力を以って施工地盤の原位置土をほぐすものとする。

図１に本工法をさらに具体的に示している。図１に示すように、ここでは、建設機械Ｍにバックホウ（以下、バックホウＭという。）を使用する。地盤撹拌用の撹拌翼装置１に、バックホウＭの先端に回動軸１１を介して回動可能に取り付けられ、先端に回転軸１４１を介して垂直方向に回転する一対の撹拌翼ユニット１４を有する垂直回転形式の撹拌翼装置（以下、撹拌翼装置１という。）を用いる。そして、複数のノズル２のすべてを、撹拌翼装置１の周辺として一対の撹拌翼ユニット１４の回転軸１４１の上方及び下方に、スラリーの噴射方向を施工地盤に対して略垂直方向及び略水平方向に向けて配置する。この場合、複数のノズル２を少なくとも２個のノズル２を１ユニットとして複数ユニットにより構成し、１ユニット毎に１台の高圧ポンプ３Ｈ又は低圧ポンプ３Ｌを接続する。

ここでバックホウＭは一般に知られているもので、下部のクローラ式の走行機械Ｍ１と、運転室、各種の駆動部などを有する上部の旋回部Ｍ２とからなり、旋回部Ｍ２にブームａ、アームｂを備える。この場合、ブームａは旋回部Ｍ２に回動軸（図示省略）を介して回動可能に支持され、旋回部Ｍ２とブームａの中間部との間にブームシリンダａ２が連結されて、ブームａはブームシリンダａ２の伸縮により旋回部Ｍ２とブームａとの間の回動軸を中心にして回動可能になっている。アームｂはブームａの先端部に回動軸ｂ１を介して回動可能に支持され、ブームａの中間部とアームｂの基端部との間にアームシリンダｂ２が連結されて、アームｂはアームシリンダｂ２の伸縮によりブームａとアームｂとの間の回動軸ｂ１を中心にして回動可能になっている。このアームｂの先端部が前述の建設機械の先端、この場合、バックホウＭの先端である。このアームｂの先端に回動軸１１を介して垂直回転形式の撹拌翼装置１が回動可能に支持され、アームｂの中間部とこの撹拌翼装置１の基端部との間に撹拌翼装置シリンダ１２が連結されて、撹拌翼装置１は撹拌翼装置シリンダ１２の伸縮によりアームｂと撹拌翼装置１との間の回動軸１１を中心にして回動可能で、施工地盤に対して垂直上下方向に駆動できるようになっている。なお、撹拌翼装置１の回動軸１１は、撹拌翼装置１による施工地盤の掘削の際に、施工地盤に対して平行となるように、アームｂの先端と撹拌翼装置１１との間に挿着される。

また、ここで垂直回転形式の撹拌翼装置１は、ＷＩＬＬ工法において一般に用いられるもので、この撹拌翼装置１を図２、図３に拡大して示している。図２、図３に示すように、垂直回転形式の撹拌翼装置１は、縦長の上部支持アーム１０１と、縦長の下部支持アーム１０２と、左右一対の撹拌翼ユニット１４とを備えて構成される。

上部支持アーム１０１の上部には油圧モータ１３が設置され、油圧モータ１３の駆動軸に駆動スプロケット（図示省略）が取り付けられる。上部支持アーム１０１と下部支持アーム１０２との接続部に中間軸（図示省略）が挿通され、中間軸に中間スプロケット（図示省略）が取り付けられる。下部支持アーム１０２の下部に左右一対の撹拌翼ユニット１４のための左回転軸１４１Ｌ及び右回転軸１４１Ｒが一体に回転可能に連結されてなる回転軸１４１が挿通され、この回転軸１４１に従動スプロケット（図示省略）が取り付けられる。このようにして油圧モータ１３の駆動軸の駆動スプロケットと中間軸の中間スプロケットとの間に無端チェーン（図示省略）が巻き架けられ、中間軸の中間スプロケットと回転軸１４１の従動スプロケットとの間に無端チェーン（図示省略）が巻き架けられる。

左右一対の撹拌翼ユニット１４はそれぞれ、左回転軸１４１Ｌ、右回転軸１４１Ｒの軸心を対称中心にして各回転軸１４１Ｌ、１４１Ｒの周囲に２つの撹拌翼１５ａ、１５ｂが対称的に配置されてなる。

左側の撹拌翼ユニット１４は一方の撹拌翼１５ａの外周側の面に複数の撹拌爪１５２が外側から内側に向かって斜めに配列され、他方の撹拌翼１５ｂの外周側の面に複数の撹拌爪１５２が内側から外側に向かって斜めに配列される。この場合、左回転軸１４１Ｌに円形の取付部１４２Ｌが設けられ、この取付部１４２Ｌに撹拌翼支持プレート１４３Ｌが両端を取付部１４２Ｌの外周から突出されて取り付けられる。２つの撹拌翼１５ａ、１５ｂはそれぞれ、断面円弧状の翼形の台座１５１と、台座１５１の外側の面に等間隔に突設される複数の撹拌爪１５２とからなる。一方の撹拌翼１５ａは、撹拌翼支持プレート１４３Ｌの一端に外側から内側に向けて斜めに取り付けられて、台座１５１上で複数の撹拌爪１５２が外側から内側に向けて斜めに配列される。他方の撹拌翼１５ｂは撹拌翼支持プレート１４３Ｌの他端に内側から外側に向けて斜めに取り付けられて、台座１５１上で複数の撹拌爪１５２が内側から外側に向けて斜めに配列される。

右側の撹拌翼ユニット１４は一方の撹拌翼１５ａの外周側の面に複数の撹拌爪１５２が外側から内側に向かって斜めに配列され、他方の撹拌翼１５ｂの外周側の面に複数の撹拌爪１５２が内側から外側に向かって斜めに配列される。この場合、右回転軸１４１Ｒに円形の取付部１４２Ｒが設けられ、この取付部１４２Ｒに撹拌翼支持プレート１４３Ｒが両端を取付部１４２Ｒの外周から突出されて取り付けられる。２つの撹拌翼１５ａ、１５ｂはそれぞれ、断面円弧状の翼形の台座１５１と、台座１５１の外側の面に等間隔に突設される複数の撹拌爪１５２とからなる。一方の撹拌翼１５ａは、撹拌翼支持プレート１４３Ｒの一端に外側から内側に向けて斜めに取り付けられて、台座１５１上で複数の撹拌爪１５２が外側から内側に向けて斜めに配列される。他方の撹拌翼１５ｂは撹拌翼支持プレート１４３Ｒの他端に内側から外側に向けて斜めに取り付けられて、台座１５１上で複数の撹拌爪１５２が内側から外側に向けて斜めに配列される。

このようにして一対の撹拌翼ユニット１４は、複数の撹拌爪１５２が外側から内側に向けて斜めに配列された一対の撹拌翼１５ａ、複数の爪１５２が内側から外側に向かって斜めに配設された一対の撹拌翼１５ｂが、それぞれ、下部支持アーム１０２の先端に水平方向に配置される回転軸１４１に垂直方向に回転可能に取り付けられて、垂直回転形式に構成される。かくして、油圧モータ１３の回転駆動により、油圧モータ１３の駆動軸が回転されると、この回転が駆動スプロケット、中間スプロケット間の無端チェーンを介して中間軸に伝達されて、中間軸が回転され、この中間軸の回転が中間スプロケット、従動スプロケット間の無端チェーンを介して回転軸１４１に伝達されて、左右一対の撹拌翼ユニット１４が垂直上下方向に回転駆動されるようになっている。

そして、この撹拌翼装置１には、本工法での使用に当たり、上部支持アーム１０１及び下部支持アーム１０２の各正面縁部に、この正面縁部に沿ってホースを配置可能に、複数のホース止め金具１６を設置する。この場合、ホース止め金具１６は、断面略逆Ｕ字形のブロック状の金具を用いたが、ホースを挿通保持可能であれば、筒形形状など、どのような形状のものであってもよい。併せて、下部支持アーム１０２の正面縁部で上下方向中間部及び底部にノズル取付部１７Ａ、１７Ｂを設置する。この場合、上下方向中間部のノズル取付部１７Ａは、左右両側に下部にノズル挿着口を有するノズル装着部１７１を備え、中央に上部にホース連結口を有し左右の各ノズル装着部１７１に連通するホース連結部１７２を備える。このノズル取付部１７Ａを下部支持アーム１０２の正面縁部上下方向中間部にこの正面縁部の左右両側に跨って設置する。以下、このノズル取付部１７Ａを上方のノズル取付部１７Ａという。また、底部のノズル取付部１７Ｂは、左右両側に左右両側方に向けてノズル挿着口を有するノズル装着部１７３を備え、中央に正面部にホース連結口を有し左右の各ノズル装着部１７３に連通するホース連結部１７４を備える。このノズル取付部１７Ｂを下部支持アームの正面縁部底部にこの正面縁部の左右両側に跨って設置する。以下、このノズル取付部１７Ｂを下方のノズル取付部１７Ｂという。

このような撹拌翼装置１に複数のノズル２を装着する。この場合、各ノズル２に、施工地盤の性状に応じて高圧ポンプ３Ｈの圧力とともに定める所定の径を有する断面円形又は断面楕円形の吐出口を有するものを採用する。なお、ここでは、本工法の１施工例として、断面円形の吐出口を有するものを用いる。また、この場合、本工法の１施工例として、４個のノズル２を用い、２個のノズル２を１ユニットとして２ユニットの構成とする。そして、まず、１ユニット２個のノズル２を一対の撹拌翼ユニット１４の回転軸１４１の上方として下部支持アーム１０２の正面縁部上下方向中間部に取り付ける。この場合、下部支持アーム１０２の正面縁部上下方向中間部に設置した上方のノズル取付部１７Ａの左右両側のノズル装着部１７１に下部の各ノズル挿着口から、２個のノズル２を、スラリーの噴射方向を略垂直方向に、この場合、特に回転軸１４１の少し前方に向けて、装着する。以下、このノズル２を上方のノズル２という。次いで、１ユニット２個のノズル２を回転軸１４１の下方として下部支持アーム１０２の正面縁部底部に取り付ける。この場合、下部支持アーム１０２の正面縁部底部に設置した下方のノズル取付部１７Ｂの左右両側のノズル装着部１７３に側方のノズル挿着口から、２個のノズル２を、スラリーの噴射方向を左右に略水平方向に向けて、装着する。以下、このノズル２を下方のノズル２という。

そして、これら上方、下方のノズル２に２個のノズル１ユニット毎に１台のポンプ３Ｈ、３Ｌを接続する。この場合、本工法の１施工例として、図１に示すように、施工現場には、上方のノズル２用に１台の高圧ポンプ３Ｈを、下方のノズル２用に１台の低圧ポンプ３Ｌを、バッチャープラント、セメントサイロなどからなるスラリー供給装置４などとともに、設置し、高圧ポンプ３Ｈ（吸引側）、低圧ポンプ３Ｌ（吸引側）を各別に２系統のホース３１によりスラリー供給装置４に接続してある。そして、上方、下方の各２個のノズル２を２系統のホース３２で、上方の各ノズル２と上方のノズル２用の１台の高圧ポンプ３Ｈ（の吐出側）とを、下方の各２個のノズル２と下方のノズル２用の１台の低圧ポンプ３Ｌ（の吐出側）とを、それぞれ、接続する。この場合、上方のノズル２用の高圧ポンプ３Ｈに接続したホース３２をバックホウＭの後部側から撹拌翼装置１に向けて延ばし、上方のノズル取付部１７Ａ中央のホース連結部１７２に上部のホース連結口から連結して、上方のノズル取付部１７Ａ左右の各ノズル装着部１７１に装着した各ノズル２に接続する。また、下方のノズル２用の低圧ポンプ３Ｌに接続したホース３２をバックホウＭの後部側から撹拌翼装置１に向けて延ばし、上部支持アーム１０１、下部支持アーム１０２の正面縁部に沿って正面縁部の各ホース止め金具１６に通して這わせ、下部のノズル取付部１７Ｂ中央のホース連結部１７４に正面部のホース連結口から連結して、下部のノズル取付部１７Ｂ左右の各ノズル装着部１７３に装着した各ノズル２に接続する。

このように本工法では、１施工例として、２ポンプ４ノズルの構成で施工を行うようにした。特に、この構成では、回転軸１４１の上方に配置する各ノズル２のスラリーの噴射方向を施工地盤に対して略垂直方向に向けて、この場合、特に回転軸１４１の少し前方に向けて、これらのノズル２にスラリーを高圧ポンプ３Ｈにより高圧で送給する。回転軸１４１の下方に配置する各ノズル２においてはスラリーの噴射方向を施工地盤に対して略水平方向に向けて、これらのノズル２にスラリーを低圧ポンプ３Ｌにより低圧で送給する。このようにして回転軸１４１の上方に配置する各ノズル２に高圧ポンプ３Ｈにより高圧で送給するスラリーをこれらのノズル２から施工地盤に対して略垂直方向へ高圧噴射する。併せて、回転軸１４１の下方に配置する各ノズル２に低圧ポンプ３Ｌにより低圧で送給するスラリーをこれらのノズル２から施工地盤に対して略水平方向へ低圧噴射する。これらノズル２からスラリーを両方向へ高圧噴射、低圧噴射を組み合わせて注入させる。このようにして本工法によるスラリーの施工地盤に対する多方向高圧噴射方式により、施工地盤に対してスラリーの注入量を従来に比べて増加する。併せて、増量させたスラリーの噴射圧力のエネルギーを施工地盤の原位置土をほぐす手段として利用し、撹拌翼装置１の撹拌性能を向上させる。
なお、各ノズル２のスラリーの吐出口、各ノズル２からのスラリーの噴射圧力及び注入速度（噴射量）、各ノズル２からのスラリーの噴射方向は、予め行うフィールド試験の結果により適切な仕様を決定し、種々に変更し得るものである。

図４、図５及び図６に本工法の１施工例を示している。
なお、ここでは、予め行うフィールド試験の結果から、特に上部噴射について、各ノズル２のスラリーの吐出口を４．５ｍｍ径の円形とする。各ノズル２からのスラリーの噴射圧力を従来の１ＭＰａから１０ＭＰａに上げる。各ノズル２からのスラリーの噴射量を従来の２４０Ｌ／ｍｉｎから４００Ｌ／ｍｉｎ（上部噴射量１６０Ｌ／ｍｉｎ、下部噴射量２４０Ｌ／ｍｉｎ）に増量する。スラリーの噴射方向を施工地盤に対して略垂直方向とし、この場合、撹拌翼装置１の中心方向で回転軸１４１の３ｃｍ程前方に向ける。
まず、この施工例では、図４に示すように、バックホウМを施工地盤へ移動させ、撹拌翼装置１を施工地盤の掘削撹拌位置にセットできる位置で停止させる。続いて、図５に示すように、アームｂを適宜移動して撹拌翼装置１を施工地盤の撹拌位置に保持する。ここで、油圧モータ１３を駆動して、左右一対の撹拌翼ユニット１４を回転させながら、アームｂを下降させて、左右一対の撹拌翼ユニット１４を施工地盤に押し込み挿入する。このとき併せて、バックホウＭ外部の高圧ポンプ３Ｈ、低圧ポンプ３Ｌ（図４参照）を作動させて、スラリー供給装置４（図４参照）からスラリーを増量して高圧と低圧の組み合わせで４個のノズル２に送給する。このようにして下部支持アーム１０２の上方の各ノズル２からスラリーを施工地盤に向けて略垂直方向に、この場合、撹拌翼装置１の上部から撹拌翼装置１の中心方向で回転軸１４１の少し（３ｃｍ程度）前方に向けて高圧噴射し、下部支持アーム１０２の下方の各ノズル２からスラリーを施工地盤に対して左右略水平方向に低圧噴射する。これらノズル２からのスラリーの高圧噴射、低圧噴射により、施工地盤がほぐされ、左右一対の撹拌翼ユニット１４を施工地盤に挿入しやすくなる。

そして、この施工例では、図６に示すように、アームｂの下降により各撹拌翼ユニット１４を施工地盤中に垂直に挿入していき、垂直方向に回転する各撹拌翼ユニット１４で原位置土を掘削しつつスラリーと撹拌混合する。

この場合、各撹拌翼ユニット１４の垂直方向の回転による施工地盤の掘削、撹拌と、高圧ポンプ３Ｈ、低圧ポンプ３Ｌにより各ノズル２から施工地盤中に高圧噴射、低圧噴射されるスラリーとにより、原位置土とスラリーは、次のように撹拌混合される。
図７に示すように、各撹拌翼ユニット１４は、一方の撹拌翼１５ａに外側から内側に向かって斜めに複数の撹拌爪１５２が配列されていることで、一方の撹拌翼１５ａの回転とともに、原位置土が上下及び前後に撹拌されながら外側から内側に向けて動いていく。また、各撹拌翼ユニット１４は、他方の撹拌翼１５ｂに内側から外側に向かって斜めに複数の撹拌爪１５２が配列されていることで、他方の撹拌翼１５ｂの回転とともに、原位置土は上下及び前後に撹拌されながら内側から外側に向けて動いていく。これに加えて、回転軸１４１に対して上方の各ノズル２からスラリーが垂直方向に、この場合、撹拌翼装置１の中心方向で回転軸１４１の少し（３ｃｍ程度）前方に高圧噴射されるとともに、回転軸１４１に対して下方の各ノズル２からスラリーが左右に略水平方向に低圧噴射されることにより、このスラリーの噴射エネルギーで施工地盤がほぐされて、各撹拌翼ユニット１４による施工地盤の撹拌性能が向上し、施工地盤は上下、前後、左右に十分に撹拌され、増量したスラリーと満遍なく撹拌混合される。

そして、施工地盤中を所定の深さまで原位置土とスラリーを撹拌混合したら、アームｂを上昇させて各撹拌翼ユニット１４を施工地盤上に引き上げる。このような掘削、撹拌工程を繰り返し、施工地盤の改良を行なう。

このようにこの施工例では、２ポンプ４ノズルの構成で施工を行うことにより、単位時間当たりのスラリーの噴射量を従来の２４０Ｌ／ｍｉｎから４００Ｌ／ｍｉｎに大幅に増加させることができる。そして、上方の各ノズル２の径を４．５ｍｍとし、２ポンプ４ノズルのうち特に高圧ポンプ３Ｈ、上方の各ノズル２からの噴射エネルギー（噴射圧力）を従来の１ＭＰａから１０ＭＰａに上げて、さらに、特に上方の各ノズル２のスラリー噴射方向を撹拌翼装置１の中心方向で回転軸１４１の３ｃｍ前方に向けたことで、施工地盤の撹拌効率を従来に比べて大幅に高めることができる。このように本工法では、複数ポンプ複数ノズルの構成で施工を行うことで、単位時間当たりのスラリーの注入量を従来の注入量の１．５倍から２．０倍程度に増加させるとともに、各ノズル２の径を変化させ、複数ポンプ複数ノズルからの噴射エネルギー（噴射圧力）を１０ＭＰａ以上に上げることで、スラリーと施工地盤との撹拌効率（早期均質性）を高めることができるので、短時間の施工で地盤改良体の良好な品質、すなわち、早期均質性を確保することができる。
なお、図８に本工法のフィールド試験の結果を示す。この試験の結果から、本工法によれば、従来の工法と比較して施工速度を１．６７倍にした場合でも、従来の工法と同等の品質を確保できることを確認した。

以上説明したように、本工法では、撹拌翼装置１により施工地盤を撹拌するときに、スラリーを高圧ポンプ３Ｈにより高圧で撹拌翼装置１の周辺の複数のノズル２へ送給し、これら各ノズル２から施工地盤に対して多方向に向けて高圧噴射する。このようにして施工地盤に対してスラリーの注入量を増加させるとともに、スラリーの噴射圧力を以って施工地盤の原位置土をほぐすようにしたので、一般に実施される機械撹拌式地盤改良工法において、単位時間当たりのスラリーの注入量を増加させることができるとともにスラリーと施工地盤との撹拌効率を高めることができ、このスラリーの注入量の増大と撹拌効率の向上により、短時間の施工で地盤改良体の良好な品質（早期均質性）を確保することができる。

また、本工法では、１施工例で例示したように、４個のノズル２を、２個のノズル２を１ユニットとして２ユニットにより構成し、１ユニット毎に高圧ポンプ３Ｈ、低圧ポンプ３Ｌを接続することで、通常使用する高圧ポンプ３Ｈや低圧ポンプ３Ｌをそのまま用いることができ、コストを低く抑えることができる。

さらに、この施工例では、地盤撹拌用の撹拌翼装置に、バックホウＭの先端に回動軸１１を介して取り付けて先端に回転軸１４１を介して垂直方向に回転する一対の撹拌翼ユニット１４を有する垂直回転形式の撹拌翼装置１を用い、４個のノズル２の全部を各撹拌翼ユニット１４の周辺として各撹拌翼ユニット１４の回転軸１４の上方及び下方に、スラリーの噴射方向を施工地盤に対して略垂直方向及び略水平方向に向けて配置し、高圧ポンプ３Ｈにより上方の各ノズル２に高圧で送給するスラリーを上方の各ノズル２から施工地盤に対して略垂直方向に高圧噴射し、また、低圧ポンプ３Ｌにより下方の各ノズル２に低圧で送給するスラリーを下方の各ノズル２から施工地盤に対して略水平方向に低圧噴射するようにしたので、施工地盤を上下、前後、左右に十分に撹拌し、増量したスラリーと満遍なく撹拌混合することができる。

なお、この実施の形態では、１施工例として、４個のノズル２を、２個のノズル２を１ユニットとして２ユニットにより構成し、１ユニット毎に高圧ポンプ３Ｈ、低圧ポンプ３Ｌを1台ずつ接続するものとしたが、５個以上の複数のノズルを、少なくとも２個のノズルを１ユニットとして複数ユニットにより構成し、１ユニット毎に１台の高圧ポンプを適宜１ユニット低圧ポンプと組み合わせて接続してもよい。このようにしても上記実施の形態と同様の又はそれ以上の作用効果を奏することができる。

また、本工法では、地盤撹拌用の撹拌翼装置に、バックホウＭの先端に回動軸１１を介して取り付けて先端に回転軸１４１を介して垂直方向に回転する一対の撹拌翼ユニット１４を有する垂直回転形式の撹拌翼１を用いたが、この種の地盤撹拌用で他の形式の撹拌翼を用いる場合にも、本工法を同様に適用することができ、同様の作用効果を奏することができる。また、本工法の１施工例では、４個のノズル２の全部を各撹拌翼ユニット１４の周辺として各撹拌ユニット１４の回転軸１４１の上方及び下方に配置し、回転軸１４１の上方に配置する各ノズル２のスラリーの噴射方向を施工地盤に対して略垂直方向に向けて、各ノズル２にスラリーを高圧ポンプ３Ｈにより高圧で送給し、回転軸１４１の下方に配置する各ノズル２においてはスラリーの噴射方向を施工地盤に対して略水平方向に向けて、各ノズル２にスラリーを低圧ポンプ３Ｌにより低圧で送給し、回転軸１４１の上方に配置する各ノズル２に高圧ポンプ３Ｈにより高圧で送給するスラリーを各ノズル２から施工地盤に対して略垂直方向へ高圧噴射し、回転軸１４１の下方に配置する各ノズル２に低圧ポンプ３Ｌにより低圧で送給するスラリーを各ノズル２から施工地盤に対して略水平方向へ低圧噴射するようにしたが、５個以上の複数のノズルの全部を各撹拌翼ユニットの周辺任意の位置に、又は５個以上の複数のノズルの一部を各撹拌翼ユニットの周辺として各撹拌翼ユニットの回転軸の上方及び下方に、残部を撹拌翼の周辺任意の位置に、それぞれ、スラリーの噴射方向を施工地盤に対して略垂直方向、略水平方向を含む多方向に向けて配置し、高圧ポンプ（低圧ポンプを含む。）により各ノズルに高圧（低圧を含む。）で送給するスラリーを各ノズルから施工地盤に対して略垂直方向、略水平方向を含む多方向に向けて高圧噴射（低圧噴射を含む。）するようにしてもよい。このようにしても上記実施の形態と同様又はそれ以上の作用効果を奏することができる。

Ｍ 建設機械（バックホウ）
Ｍ１ クローラ式の走行機械
Ｍ２ 旋回部
ａ ブーム
ａ２ ブームシリンダ
ｂ アーム
ｂ１ 回動軸
ｂ２ アームシリンダ
１ 撹拌翼装置
１０１ 上部支持アーム
１０２ 下部支持アーム
１１ 回動軸
１２ 撹拌翼装置シリンダ
１３ 油圧モータ
１４ 撹拌翼ユニット
１４１ 回転軸
１４１Ｌ 左回転軸
１４１Ｒ 右回転軸
１４２Ｌ、１４２Ｒ 取付部
１４３Ｌ、１４３Ｒ 撹拌翼支持プレート
１５ａ、１５ｂ 撹拌翼
１５１ 台座
１５２ 撹拌爪
１６ ホース止め金具
１７Ａ、１７Ｂ ノズル取付部
１７１、１７３ ノズル装着部
１７２、１７４ ホース連結部
２ ノズル
３Ｈ 高圧ポンプ
３Ｌ 低圧ポンプ
３１、３２ ホース
４ スラリー供給装置

Claims (2)

1. 建設機械の先端に地盤撹拌用の撹拌翼装置及びスラリー噴射用のノズルを取り付けて、施工地盤中にスラリーを注入しながらスラリーと原位置土とを撹拌混合する機械撹拌工法において、
   前記撹拌翼装置として、建設機械の先端に回動軸を介して回動可能に取り付けられ、先端に回転軸を介して垂直方向に回転する一対の撹拌翼ユニットを有し、前記一対の撹拌翼ユニットをそれぞれ、前記回転軸の軸心を対称中心にして前記回転軸の周囲に２つの撹拌翼を対称的にかつ、前方から見て、前記２つの撹拌翼の一方を前方に向けられる一端を外側に向けて他端を内側に向けて斜めに配置し、他方を後方に向けられる一端を内側に向けて他端を外側に向けて斜めに配置するとともに、前記各撹拌翼の外周側の面に複数の撹拌爪を配列するものとする垂直回転形式の撹拌翼装置を用い、
   前記ノズルを前記一対の撹拌翼ユニットの前記回転軸の上方及び下方に設け、前記上方のノズルを当該ノズルのスラリーの噴射方向を施工地盤に対して略垂直方向に向けて配置し、前記上方のノズルにスラリーの送給用の高圧ポンプを接続し、前記下方のノズルを当該ノズルのスラリーの噴射方向を施工地盤に対して略水平方向に向けて配置し、前記下方のノズルにスラリーの送給用の低圧ポンプを接続して、
   前記撹拌翼装置により施工地盤を撹拌するときに、前記一対の撹拌翼ユニットにより施工地盤を上下方向、前後方向及び左右方向に撹拌混合しながら、スラリーを、前記高圧ポンプにより高圧で前記上方のノズルへ送給し、当該ノズルから施工地盤に向けて高圧噴射するとともに、前記低圧ポンプにより低圧で前記下方のノズルへ送給し、当該ノズルから施工地盤に向けて低圧噴射することにより、施工地盤に対してスラリーの注入量を増加させ、スラリーの噴射圧力を以って施工地盤の原位置土をほぐしつつ、スラリーを注入する、
   ことを特徴とする機械撹拌工法。
2. 上方のノズルのスラリーの吐出口の径を略４．５ｍｍとし、前記上方のノズルからのスラリーの噴射圧力を１０Мｐａ－１５Ｍｐａとする、請求項１に記載の機械撹拌工法。
   

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