JPH0819670B2 - 地盤改良法並びに装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 この発明は、地盤改良法並びに装置に関する。

（ロ） 従来の技術 従来、軟弱地盤を改良する方法として、同地盤に穿設
した掘削孔中の掘削土にモルタル等の硬化材を注入攪拌
して、この混練物の硬化により地盤強度を高めるという
工法があった。

また、軟弱地盤を改良するために回転軸の下端に掘削
刃体と攪拌翼を連設し、同刃体による掘削孔中にて、掘
削土と、別途に注入したモルタル等の硬化剤によって軟
弱地盤の改良を行う地盤改良装置があった。

（ハ） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、改良を要する地盤は、地質的には堆積
層の場合が多く、かかる堆積層は微細粒のシルト層、又
はピート層、あるいは、種々の土質で互層状に構成され
ている場合が多く、例えば、細粒状の砂層と、微細粒の
シルト層との互層で構成された地層に対して、セメント
系の硬化材を用いて地盤改良を行った場合、シルト層の
部分で硬化の結果が、砂層の部分よりも極端に劣るた
め、充分な地盤強度を得ることができず、そのため、同
強度上のバラツキが派生するという欠点があった。この
欠点を解消するために硬化材を過剰に混入することが行
われているが、これでは、充分な地盤強度及びバラツキ
を小さくすることはできず、また、ピート層に対して
は、硬化の効果を得るのに困難であった。

また、かかる地盤に前以ってセメントと砂とを水で混
練したモルタルを注入して攪拌すると、モルタルが流動
性及び分散性が悪いために、掘削土組織の空隙にモルタ
ルが浸入して混合が完了するまでに時間がかかり、その
ため、混合攪拌途中の混合物の体積が増加して同混合物
が地表に溢れ出し圧密の効果が減少して地盤改良の効果
が充分でなく、更にこの溢れ出した掘削土を捨土するた
めに運搬しなければならず余分な作業が発生し、また、
モルタルの注入を停止すると注入装置内で砂とセメント
分とが分離して、爾後の作業に支障を来たすという欠点
があった。

（ニ） 問題点を解決するための手段 この発明では、地盤に穿設した掘削孔中の掘削土に、
まず粒粉体を混入攪拌し、次いで上記掘削土と粒粉体と
の混合物に硬化材を注入攪拌することを特徴とする地盤
改良法と、筒状の回転軸の下端部に、掘削刃体と攪拌翼
とを連設し、筒状の回転軸を、互いに反対方向に回転す
る外軸と内軸とにより構成し、しかも、外軸と内軸との
間に粒粉体を収容可能に構成すると共に、収容粒粉体の
下方には粒粉体定量吐出機構を配設し、粒粉体定量吐出
機構は、内外軸の一方に連設した一定量の粒粉体収容の
ためのポケットと、ポケットから粒粉体を排出するため
の開閉自在の蓋体と、内外軸の他方に連設し、内外軸の
反対方向の回転により蓋体と係合する開蓋用の係合ピン
とより構成し、同機構から吐出された粒粉体と掘削刃体
による掘削土とを攪拌翼に攪拌混練すべく構成してなる
地盤改良装置を提供せんとするものである。

（ホ） 作用・効果 この発明によれば、粒粉体の単体が、モルタル等の混
合物に比べて流動性、及び分散性が良いことに着目し、
掘削孔中の掘削土に、まず粒粉体のみを混入攪拌するこ
とで、硬化材の混入攪拌に先立って土質を改良し、また
掘削土の組織中への粒粉体の分散、つまり混合が速かに
行われ、このために混合攪拌中の混合物の体積増加を僅
少なものに止めるので、同混合物の地表への溢れ出しを
抑制されると共に圧密効果が充分に行われ捨土作業も不
要となる。

上記のように、硬化材の混入前に土質を改良しておく
ことによって、硬化材との混練が均一に行われることに
になり、改良結果のバラツキが解消される。

また、本発明装置の粒粉体定量吐出機構は、回転軸の
回動速度によって吐出速度を制御することが可能である
から、同機構が位置した深度の地層の土質に適した量の
粒粉体を吐出することが可能になり、シルト質の単一層
はもちろん、例えば砂層とシルト層とが上下に入り交っ
た地盤に対しても、各層ごとに最適量の粒粉体を混入混
練して、硬化後の効果を高めるような土質に改良するこ
とができ硬化後の地盤強度を高めることができる。ま
た、ピート層に対しても、粒粉体を混入することにより
硬化材を有効に作用させることが可能となる。

上記のように、地層の土質に応じて、それぞれに適量
の粒粉体を混入して混練することにより、各地層の硬化
後の地盤強度に関するファクターを高めると共に均質化
して、地盤改良工事結果及び信頼性を向上させるという
効果がある。

（ヘ） 実施例 本発明の実施例を図面にもとづき詳説すれば、（Ａ）
は地盤改良装置を示し、同装置（Ａ）は移動自在のベー
スマシン（１）、硬化材供給装置（２）により構成され
ており、ベースマシン（１）はリーダー（３）により回
転軸（４）を垂直に支持し、リーダー（３）と回転軸
（４）との間に介設したモーター（５）により回転軸
（４）と、同軸（４）下端に連設した掘削刃体（６）及
び攪拌翼（７）を回転させつつリーダー（３）に沿って
同軸（４）を降下せしめて、地盤（Ｇ）に垂直な掘削孔
（Ｈ）を穿設するように構成している。

回転軸（４）は、二重軸、すなわち中空管状の外軸
（９）と、同外軸（９）の内部を挿通した内軸（10）に
より構成されており、回転軸（４）の上端とモーター
（５）との間に介設した二重反転歯車機構（11）によっ
て内外軸（10）（９）が相互に反対方向に回転するよう
に構成されており、内軸（10）は外軸（９）よりも更に
下方に延出して、同内軸（10）下端には掘削刃体（６）
が連設されている。

掘削刃体（６）の上方には、攪拌翼（７）が配設され
ており、攪拌翼（７）は大・中・小攪拌翼体（7a）（7
b）（7c）にて構成されており、各翼体（7a）（7b）（7
c）は側面から見て略台形枠状に形成され、回転軸
（４）を中心として、それぞれ放射状に所定個数配設さ
れている。

小攪拌翼体（7c）は、同翼体（7c）の上下端が外軸
（９）の下端部に固着されており、中攪拌翼体（7b）は
小攪拌翼体（7c）よりも大なる略台形枠状に形成され、
小攪拌翼体（7c）の外側を囲繞した状態で配設されてお
り、中攪拌翼体（7b）の下端は内軸（10）の下端に固着
され、同上端は小攪拌翼体（7c）上端の固着位置の上方
にて外軸（９）に軸支されており、大攪拌翼体（7a）は
中攪拌翼体（7b）の外側を囲繞して、その上端を外軸
（９）に固着させ、同下端を内軸（10）にて軸支してい
る。

従って、中攪拌翼体（7b）は大小攪拌翼体（7a）（7
c）の中間でこれらとは反対方向に回転することにな
る。

また小攪拌翼体（7c）の下端の下方位置に中空管状の
外軸（９）の下端が位置しており、同下端に略円錐状の
閉塞板（12）を連設して、同板（12）に後述の粒粉体
（８）の吐出孔（13）を設けている。

また、回転軸（４）の下端部には下記の粒粉体定量吐
出機構（Ｂ）が設けられている。

すなわち、外軸（９）の上端に、中空管状の外軸
（９）の内部と連通したホッパー（14）を設けており、
ホッパー（14）下方の内軸（10）の外周面には、スクリ
ュー（15）を連設して、外軸（９）よりも小径の搬送内
筒（16）にて囲繞し、同内筒（16）の上端縁を略漏斗状
の整形筒（17）を介して外軸（９）の内周面と連結し、
同下端は下方に開口せしめて、同開口端縁を斜めに切欠
している。

従って、後記の計量機構（18）上に落下堆積する粒粉
体（８）が自己調圧作用により搬送内筒（16）下端の斜
め切欠開口端の上端よりも上方へは盛上らない。

更に、搬送内筒（16）の下方には、計量機構（18）を
配設しており、同機構（18）は、外軸（９）の内周面と
内軸（10）の外周面とにそれぞれ連設した上下円板（18
a）（18b）の間に、上円板（18a）に計量桝（18c）を垂
設し、計量桝（18c）中の粒粉体（８）を、外軸（９）
の回転により円周上を移動させ同計量桝（18c）が下円
板（18b）に穿設した孔（18d）と符合した際、同計量桝
（18c）内部の粒粉体（８）を下方に落下せしめること
により、内軸（10）と外軸（９）の一回の相対回転ごと
に一定量の粒粉体（８）を下方に落下させるものであ
る。

なお粒粉体（８）は前記の自己調圧作用により、一定
の密度となっているので、正確な計量が行われている。

計量機構（18）下方の下円板（18b）には、ポケット
（19）が垂設されており、同ポケット（19）は、第２図
及び第３図にて示すように下部が次第に狭窄した略方形
断面の筒状であり、同ポケット（19）の上部開口端は下
円板（18b）の孔（18d）に符合し、同下部開口端を、開
閉自在の蓋体（19a）で閉塞している。

すなわち、蓋体（19a）を平板状の左右の支持板（19
b）及び側面視で略円弧状に弯曲した板状の蓋部（19c）
とで、前方視略Ｕ字形状に構成し、左右支持板（19b）
の上端部をポケット（19）の左右側板に回動自在に枢着
（19d）して蓋部（19c）の前後回動によりポケット（1
9）の下部開口端を開閉するようにしている。

なお、下部開口端と蓋部（19c）とは、両者の摺接面
が、枢着部（19d）を中心軸とした仮想円筒面上に位置
するように形成されている。

また、蓋体（19a）の内軸（10）側の支持板（19b）に
は、係合爪（19e）をピン（19f）を介して回動自在に枢
着しており、同爪（19e）の下端を蓋部（19c）よりも下
方に垂下させて同爪（19e）に穿設した長孔（19g）を挿
通したポケット（19）の側板に突設したストッパーピン
（19h）にて垂下位置を規制させている。

一方、内軸（10）外周面の係合爪（19e）と対応する
位置には係合ピン（19j）を突設して、内外軸（10）
（９）の相対回転により同ピン（19j）を係合爪（19e）
に当接させて同爪（19e）を介して蓋体（19a）を開蓋さ
せるものであり、係止ピン（19j）と同爪（19e）との係
止が解除されると蓋体（19a）は、同蓋体（19a）とポケ
ット（19）の側板との間に介設したスプリング（19k）
の付勢により閉蓋するものである。

上記開蓋によりポケット（19）中の粒粉体（８）は閉
塞板（12）の吐出孔（13）に落下し、内軸（10）に設け
たノズル（13a）からの噴出流体により閉塞板（12）の
外部に押出され、攪拌翼（７）によって掘削土に混入さ
れる。なお、図中（12a）は閉塞板（12）と下円板（18
b）間の空間に土砂が侵入するのを防止するための開閉
自在のシャッター、（12b）は同シャッター（12a）の作
動空間を形成するための排土板を示す。

なお、内外軸（10）（９）に上記とは逆方向の相対回
転を行わせると、係合ピン（19j）は係合爪（19e）の下
端を滑り、同爪（19e）を上方に持上げて、係合作用は
行われず、蓋体（19a）は閉蓋状態を保持するものであ
る。

そして、外軸（９）下端の吐出孔（13）から外部に吐
出された粒粉体は大、中小攪拌翼（7a）（7b）（7c）に
て掘削孔（Ｈ）中の土壌と混練される。

なお、図中（20）は、液状硬化材を注入するためのホ
ースを示し、同ホース（20）は、硬化材供給装置（２）
中に内蔵した硬化材ポンプと連通しており、同ホース
（20）先端のスイベル（20a）を介し内軸（10）中を通
って同軸（10）下端のノズル（20b）から液状硬化材を
土壌中に噴出させるものである。

この発明の実施例は上記のように構成されており、地
盤改良作業に際し、まずモーター（５）の作動により回
転軸（４）を介して掘削刃体（６）を回転させつつ降下
させて、地中に略円柱形状の掘削孔（Ｈ）を穿設するも
のであるが、この際掘削土の排出は行わず、掘削刃体
（６）及び攪拌翼（７）が掘削土中に埋没した状態とす
る。

なお、上記掘削作業中、ホッパー（14）に供給した粒
粉体（８）を、攪拌翼（７）が位置した地層の土質に合
わせて適量づつ粒粉体定量吐出機構（Ｂ）から掘削土中
に吐出させて、攪拌翼（７）にて掘削土と混練する。

そして、掘削刃体（６）が所定深度に達すると、同刃
体（６）の降下を停止し、硬化材供給装置（２）にて硬
化材を上記混練物中に注入し、かつ攪拌翼（７）で混練
しつつ回転軸（４）を上昇させる。なお、本実施例で
は、硬化材の注入混練を更にもう一回繰返して、改良地
盤の均一性を高めている。

なお、上記地盤改良部分は、硬化材と掘削土及び粒粉
体（８）との混練物の養生期間を経過して効果を発する
ものであり、養生期間中に連続して相互にラップした状
態に多数の地盤改良作業を行うことにより、地盤に広範
囲に連続した地盤改良工事を行うことができ、また一列
に連続して施工することにより地盤中に土止め止水のた
めの地中連続壁体を築造することもできる。

特に改良を要する地盤に対し、掘削孔（Ｈ）の掘削
後、硬化材注入に先立って、本発明の粒粉体定量吐出機
構にて各地層に対し最適量の粒粉体を注入して混練する
ことにより、同砂等が硬化地盤の骨材となり圧力を負担
するので強力な地盤改良を行うことができる。なお、本
発明に用いる粒粉体には砂のほかに、粒状炉滓、パーラ
イトなどの粒状発泡体等を用いることも可能である。

また、本発明装置によれば、粒粉体だけを地層に混入
攪拌すること、また硬化材のみを混入攪拌することも、
また両者を同時に行うことも可能であり、更に、粒粉体
のかわりに粉状硬化材を土中に注入することができるこ
とから、スラリー状硬化材用の地盤改良装置と、粉状硬
化材用の装置の両方を兼用することができ、従来、二種
の装置を要したものが一台の本発明装置ですむことにな
る。

更に、本発明装置での地盤改良に鋼材等とを組合わせ
ることにより、現地土を利用して建造物の支持杭を造成
することができ、捨土の必要がなくなることから特に都
市部において捨土場所、捨土運搬の必要がなくなり、工
事の隘路の一部が解消される。

また、粒粉体の土中への吐出口にシャッターを設けた
ことで、粒粉体の吐出を停止しても、掘削土が装置中に
逆流することが防止されているため、例えば、粉状固化
材を使用して水底の地盤改良等を行う場合、従来装置で
は、装置中に水又は泥土の侵入を防止するために、装置
を溝底の地盤から除去する際も同装置内に圧力をかけて
おく必要があり、そのため装置を抜去したときに上記圧
力で噴出した流体により折角改良した地盤の頭部が破壊
されるという欠点があったが、本発明装置では、圧力を
かけずとも水及び泥土の侵入が防止されるので、流体噴
出による同頭部の破壊がなく、確実な水底地盤の改良が
行われるという利点がある。

上記のように、本発明によれば、改良地盤の強度を高
めると共に、同地盤改良の適用範囲を含水比が特に高い
シルト層、又は空隙率が特に高いピート層等の超柔軟地
盤にまで適用範囲を拡大するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による地盤改良装置の全体側面図。 第２図は、本発明の要部を示す縦断面図。 第３図は、ポケットの側面図。 （Ａ）：地盤改良装置 （Ｂ）：粒粉体定量吐出機構 （４）：回転軸 （６）：掘削刃体 （７）：攪拌翼 （８）：粒粉体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地盤（Ｇ）に穿設した掘削孔（Ｈ）中の掘
   削土に、まず粒粉体（８）を混入攪拌し、次いで上記掘
   削土と粒粉体（８）との混合物に硬化材を注入攪拌する
   ことを特徴とする地盤改良法。
2. 【請求項２】筒状の回転軸（４）の下端部に、掘削刃体
   （６）と攪拌翼（７）とを連設し、筒状の回転軸（４）
   を、互いに反対方向に回転する外軸（９）と内軸（10）
   とにより構成し、しかも、外軸（９）と内軸（10）との
   間に粒粉体（８）を収容可能に構成すると共に、収容粒
   粉体（８）の下方には粒粉体定量吐出機構（Ｂ）を配設
   し、粒粉体定量吐出機構（Ｂ）は、内外軸（10）（９）
   の一方に連設した一定量の粒粉体収容のためのポケット
   （19）と、ポケット（19）から粒粉体を排出するための
   開閉自在の蓋体（19a）と、内外軸（10）（９）の他方
   に連設し、内外軸（10）（９）の反対方向の回転により
   蓋体（19a）と係合する開蓋用の係合ピン（19j）とより
   構成し、同機構（Ｂ）から吐出された粒粉体（８）と掘
   削刃体（６）による掘削土とを攪拌翼（７）に攪拌混練
   すべく構成してなる地盤改良装置。