JP3847302B2 - 軽量土を用いた軟弱地盤対策工法およびその施工装置 - Google Patents

Description

本発明は、軽量土を用いた軟弱地盤対策工法に関し、特に現位置土に空隙形成材として発泡ビーズ等の発泡性合成樹脂の小片と固化材を混合撹拌して、軽量で且つ強度的には上載荷重に耐え得るだけの十分な強度を有する軽量土を造成する方法に関する。

軟弱地盤上に新たな構造物や盛土体を構築しようとする場合には、その上載構築物あるいは上載荷重に応じた軟弱地盤対策工法を実施している。軟弱地盤対策とは、上載荷重による構造物の圧密沈下や地盤の滑り破壊等によって、構造物に悪影響を与えないような対策を行うことである。

一般的な軟弱地盤対策工法としては、軟弱地盤全域にわたってセメントミルク杭により上載構築物を支えるような形態のものが多く採用されているが、特に支持地盤が深いような場合には軟弱地盤対策工法のコストが上載構造物そのものの構築コストを上回ることが往々にしてあり、不経済であった。

また、軟弱地盤に盛土体を構築しようとする場合には、気泡混合モルタルや発泡樹脂ブロック等による軽量盛土工法を実施することもあるが（例えば、特開平２−９１３１９号公報等）、それら気泡混合モルタルや発泡樹脂ブロックの施工単価は普通土砂等による盛土体の構築費と比較して５〜１０倍と高価な上に、地盤状況によっては軟弱地盤対策工法としてセメントミルク杭等の工法を併用する必要があり、大きなコスト負担が余儀なくされていた。

そこで、上記の工法に代えて、発泡ポリスチレンや発泡ポリプロピレン等を素材とするいわゆる発泡ビーズをセメント系固化材とともにもしくは単独で土砂に混合することにより軽量化した盛土材をもって盛土構造物を構築する工法も特許文献１〜３等で知られている。
特開平６−１４６２９７号公報（第２頁） 特開２００１−２８８７３６号公報（第２頁） 特開２００２−３３２６５７号公報（第２頁）

しかしながら、この特許文献１〜３に開示されたような従来の方法では、盛土の上に構築されることになる構造物の上載荷重と盛土厚さとの関係が必ずしも定量化されておらず、なおも改善の余地を残している。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特に現位置土に空隙形成材として発泡性合成樹脂の小片等と固化材を混合撹拌して、軽量で且つ強度的には上載荷重に十分に耐え得るだけの強度を有する軽量土を造成することで、構造物を軟弱地盤上に構築した場合に相当する重量（増加荷重）を軽減しつつ地耐力をも確保できるようにした工法を提供するものである。

すなわち、上載荷重（増加荷重）と現位置土の軽減重量をほぼ同等のものとすることにより、結果的には構築物を軟弱地盤上に構築したとしてもそれによる増加荷重がなかったとみなし得る状態をつくり出すことができる軟弱地盤対策工法を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、軟弱地盤上に新たな構造物や盛土体を構築するのに先立って、その構造物や盛土体の構築に伴う上載荷重に耐え得るだけの強度を有する軽量土を造成する軟弱地盤対策工法であって、タンク内に混合材料として少なくとも予め計量した発泡性合成樹脂の小片と粉体状の固化材を貯留しておき、タンク内の混合材料を造成箇所まで空気を媒体として圧送するとともに、別系統にて水を計量しながら圧送し、これらの材料を造成箇所の現位置土中に吐出しながらその現位置土と混合撹拌処理を施し、現位置土の軽量土化に伴う軽減重量が上載荷重とほぼ等しくなるように施工することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、軟弱地盤上に新たな盛土体を構築するのに先立って、その盛土体として必要な強度を有する軽量土を造成する軟弱地盤対策工法であって、タンク内に混合材料として少なくとも予め計量した発泡性合成樹脂の小片と粉体状の固化材を貯留しておき、タンク内の混合材料を造成箇所まで空気を媒体として圧送するとともに、別系統にて水を計量しながら圧送し、これらの材料を造成箇所の現位置土中に吐出しながらその現位置土と混合撹拌処理を施して軽量土を造成し、所定高さの盛土体を構築するのに必要な体積分またはその一部分を、その盛土体の底面部で造成した軽量土の増量分でまかなうことを特徴とする。

発泡性合成樹脂の小片としては、例えば発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン等のビーズ状のものを想定している。

また、上記発泡性合成樹脂の小片に代えて、請求項６に記載のように、その発泡性合成樹脂の小片に繊維を混ぜ合わせたものを用いることも可能である。ここで使用する短繊維は、例えばポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成繊維であって且つその太さが１〜５００デニール程度のものとする。

さらに、固化材としては、例えばセメント、セメント系固化材もしくは生石灰等とし、現位置土の土質に応じたものを適宜選択するものとする。

現位置土と発泡性合成樹脂の小片および固化材との混合撹拌処理に続き、必要に応じてブルドーザーによる敷均しと転圧およびタイヤローラによる転圧を順次行うものとする。

この場合、請求項５に記載のように、現位置土１ｍ³当たりに発泡性合成樹脂の小片０．３〜２．０ｍ³と固化材５０ｋｇ以上を混合撹拌して、０．６〜１．５ｔ／ｍ³の重量の軽量土とすることが経済性の上で好ましい。

なお、この請求項１，３に記載の工法は、請求項７に記載の施工装置を用いることで容易に達成できる。

したがって、請求項１，３に記載の発明では、予め粉体状の固化材と混合した発泡性合成樹脂の小片を施工箇所まで空気圧送することで、とかくその取り扱いが厄介とされる発泡ビーズ等の発泡性合成樹脂の小片を確実に且つ効率良く供給することが可能となる。特に、予め固化材と混合しておくことで発泡性合成樹脂の小片を単独で供給する場合と比べてその輸送効率が飛躍的に改善される。これは、固化材と混合した発泡性合成樹脂の小片を空気圧送することで、静電気の災いによる輸送管内での滞留が抑制されるためと考えられる。しかも、発泡性合成樹脂の小片を直接的に現位置土中に吐出することでその飛散も著しく抑制されることになる。

一方、請求項１，３に記載の粉体状の固化材に代えてスラリ状の固化材を用いることも可能である。請求項２，４に記載の発明はこのことを明確化したものであって、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の混合材料に代えて、固化材供給源から造成箇所までスラリ状の固化材を供給するとともに、同じく発泡性合成樹脂供給源から造成箇所まで少なくとも発泡性合成樹脂の小片を、空気を媒体として圧送し、これらの固化材および発泡性合成樹脂の小片を吐出直前段階で合流させた上で造成箇所の現位置土中に吐出してその現位置土と混合撹拌処理を施すことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の混合材料に代えて、固化材供給源から造成箇所までスラリ状の固化材を供給するとともに、同じく発泡性合成樹脂供給源から造成箇所まで少なくとも発泡性合成樹脂の小片を、空気を媒体として圧送し、これらの固化材および発泡性合成樹脂の小片を吐出直前段階で合流させた上で造成箇所の現位置土中に吐出してその現位置土と混合撹拌処理を施して軽量土を造成することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１または３に記載の工法に用いる施工装置であることを前提として、現位置土中に挿入されるとともに材料吐出口を有する混合撹拌機と、内部に混合材料として少なくとも予め計量した発泡性合成樹脂の小片と粉体状の固化材が貯留されるタンクと、タンクと材料吐出口とを接続していて、タンク内の混合材料を造成箇所まで空気を媒体として圧送する第１の輸送管と、別系統にて水を計量しながら圧送吐出させる第２の輸送管とを備えたことを特徴とする。

この場合、請求項８に記載のように、混合撹拌機は作業系建設機械のアーム先端に装着されているものとする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の施工装置を前提として、混合撹拌機は、フレーム上部の駆動輪とフレーム下部の従動輪との間にエンドレスなチェーンを巻き掛けるとともに、そのチェーンを上下方向に周回移動させることで混合撹拌処理を行うようになっていることを特徴とする。

したがって、この請求項９に記載の発明では、上下方向に周回移動しているチェーンの近傍にはそのチェーンに沿って地表側に開放された空気の抜け道が確保されることから、輸送媒体として吐出された空気がチェーンに付帯している撹拌翼によって上方に誘導され、材料吐出口近傍が土砂等で閉塞されることがなくなり、常に開放状態とすることができる。これにより、材料吐出口近傍での閉塞防止と発泡ビーズ等の輸送管内での詰まりを未然に防止することができるようになる。

請求項１〜４に記載の発明によれば、新たな構造物や盛土体の施工に伴う増加荷重すなわち上載荷重は、現位置土の軽量土化に伴う重量軽減分で相殺され、結果として新たな構造物や盛土体の施工に伴う増加荷重がなかったものとみなし得るため、無用なコストアップを抑制して経済性に優れた施工を行うことができる。

また、従来のいわゆるプラント混合方法と比べて小規模な設備で済むほか、施工に伴う発泡性合成樹脂の小片の飛散や輸送管内での詰まりを未然に防止しつつ安定供給することが可能となり、設備費の低減と併せて作業効率が飛躍的に向上する。

請求項７に記載の発明によれば、混合攪拌機による混合撹拌処理と並行して発泡性合成樹脂の小片および固化材を現位置土中に吐出するようにしているので、発泡性合成樹脂の小片の飛散を防止しつつ均一な混合撹拌処理を行える効果がある。

請求項９に記載の発明によれば、材料吐出口近傍が土砂等で閉塞されることがなくなって常に開放状態とすることができるから、発泡性合成樹脂の小片の輸送管内での詰まりを未然に防止して、より均一な混合撹拌処理を行える利点がある。

図１は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、軟弱な地盤Ｇの上に例えばコンクリート構造物１を構築する場合の例を示している。

すなわち、コンクリート構造物１を構築するにあたり、その底地部分の地盤についてセメント等の粉体状の固化材のほか空隙形成材として発泡性合成樹脂の小片である発泡ビーズを投入して予め原土（現位置土）と混合撹拌し、もって軽量で且つコンクリート構造物１の荷重（上載荷重）に耐え得るだけの強度を有する軽量土層２に造成するものである。この場合、コンクリート構造物１の荷重である上載荷重と、現位置土をそのものを軽量土化することによって軽減された分の重量とをほぼ等しくなるように設定することで、結果としてコンクリート構造物１を構築しながらもその荷重増加がなかったものとみなし得る状態をつくり出すことに特徴がある。

上記の発泡ビーズとしては、先にも述べたように例えば発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン等のビーズ状のものを使用するものとする。

より具体的には、例えば現位置土の湿潤重量σｔがσｔ＝１．５ｔ／ｍ³である軟弱地盤Ｇの上に３．０ｔ／ｍ²の重量を有するコンクリート構造物１を構築する場合には、その底地部分について単位体積重量σｔ１がおよそσｔ１≒０．９５ｔ／ｍ³程度の軽量土２となるように造成するものとする。

ここで、上記のように現位置土の湿潤重量σｔをσｔ＝１．５ｔ／ｍ³、造成すべき軽量土２の単位体積重量σｔ１をσｔ１＝０．９５ｔ／ｍ³としたとき、
造成する軽量土２の厚さ１ｍ当たりの軽減重量ｇは
ｇ＝１．５−０．９５＝０．５５ｔ／ｍ
となる。

また、コンクリート構造物１の構築に伴う増加荷重に相当する軽量土２の厚さＨは
Ｈ＝３．０／０．５５≒５．５ｍ
となる。

したがって、単位体積重量σｔ１≒０．９５ｔ／ｍ³で且つ設計地耐力が３．０ｔ／ｍ²以上となるようにその厚さＨがほぼ５．５ｍとなるまで軽量土化すれば、すなわち現位置土に発泡ビーズと固化材を加えて混合撹拌して造成すれば、上載荷重であるコンクリート構造物１の重量を現位置土重量の軽減重量で相殺できることになる。

このことは、次の式によってもその成立が証明できる。

すなわち、図１の（Ａ）に示すように、現位置土の湿潤重量σｔはσｔ＝１．５ｔ／ｍ³であるから、深さＨ＝５．５ｍの位置での先行圧密応力Ｐ₀を求めると、Ｐ₀＝１．５×５．５＝８．２５ｔ／ｍ²となる。その一方、同図（Ｂ）に示すように、軽量土２の上にコンクリート構造物１を構築した場合であって且つ深さＨが５．５ｍの位置での圧密応力Ｐ₁を求めると、Ｐ₁＝３．０＋０．９５×５．５＝８．２２５ｔ／ｍ²となる。これにより、Ｐ₀≒Ｐ₁すなわち８．５ｔ／ｍ²≒８．２２５ｔ／ｍ²とみなせば、上載荷重であるコンクリート構造物１の重量を現位置土重量の軽量化による軽減重量で相殺できることが証明できたことになる。

ここで、現位置土１ｍ³当たりの発泡ビーズの量を０．３〜２．０ｍ³、同じく粉体状の固化材の量を５０ｋｇ以上として、それらを現位置土と混合撹拌することにより０．６〜１．５ｔ／ｍ³程度の軽量土２とすることが望ましい。

次にこの点について検証してみる。

すなわち、上記と同様に、現位置土の湿潤重量σｔをσｔ＝１．５ｔ／ｍ³、粘着力ＣをＣ＝１．０ｔ／ｍ²として、現位置土１ｍ³当たりの発泡ビーズの量を０．６ｍ³、固化材の量を０．１ｔとして、それぞれ現位置土と混合撹拌した場合を想定してみる。ただし、発泡ビーズの重量ＷａをＷａ＝０．０２ｔ／ｍ³、固化材の重量ＷｂをＷｂ＝１．１ｔ／ｍ³とする。

造成した軽量土２の重量Ｗは
Ｗ＝１．５＋（０．６×０．０２）＋０．１≒１．６１ｔ
となる。

また、造成した軽量土２の体積Ｖは
Ｖ＝１．０＋０．６＋０．１／１．１≒１．６９ｍ³
造成した軽量土２の単位体積重量σｔ２は
σｔ２＝１．６１／１．６９≒０．９５ｔ／ｍ³
なお、粘着力Ｃは、現位置土１ｍ³当たり固化材を０．１ｔ混合撹拌することによって５ｔ／ｍ²程度まで向上することが経験的に知られている。

したがって、以上の結果から、単位体積重量σｔ１≒０．９５ｔ／ｍ³で、且つ粘着力Ｃ＝５．０ｔ／ｍ²程度の軽量土２が造成されることが確認できた。

同様にして、図２に示すように、軟弱な地盤Ｇ上に盛土高さＨ１がＨ１＝２．０ｍの堤防状の軽量土２による盛土体（堤体）３を構築する場合の例について検証してみる。

現位置土１ｍ³当たりで造成される軽量土２の体積Ｖは
Ｖ≒１．６９ｍ³
となる。

高さＨ１＝２．０ｍの盛土体３を構築するのに必要な処理厚さ（深さ）Ｈ２は
Ｈ２＝Ｈ１／（１．６９−１．０）≒３．０ｍ
となる。

したがって、現位置土１ｍ³当たり発泡ビーズを０．６ｍ³と固化材を０．１ｔ配合して混合撹拌ヘッド２２により現位置土を約３ｍ混合撹拌すれば、増量した軽量土２で高さＨ１＝２ｍの盛土体３が構築できることになる。また、そのときの盛土体３の強度としては粘着力ＣとしてＣ＝５．０ｔ／ｍ²が確保されており、盛土構築物としては安定した状態にあることになる。

ここで、図１と同様にして盛土体３の重量を現位置土重量の軽量化による軽減重量で相殺できることを確認してみる。すなわち、図２の（Ａ）に示すように、現位置土の湿潤重量σｔはσｔ＝１．５ｔ／ｍ³であるから、深さＨ２＝３．０ｍの位置での先行圧密応力Ｐ₀を求めると、Ｐ₀＝１．５×３．０＝４．５ｔ／ｍ²となる。その一方、同図（Ｂ）に示すように、高さＨ１＝２ｍの軽量盛土体３を構築した場合であって且つ深さＨ２＝３．０ｍの位置での圧密応力Ｐ₁を求めると、Ｐ₁＝（Ｈ１＋Ｈ２）×０．９５＝４．７５ｔ／ｍ²となる。これにより、Ｐ₀≒Ｐ₁すなわち４．５ｔ／ｍ²≒４．７５ｔ／ｍ²とみなせば、上載荷重である軽量盛土体３の重量を現位置土重量の軽量化による軽減重量で相殺できることが証明できたことになる。

図３は上記のような施工に適した施工装置の概略構造を示している。

図３において、１１，１２は混合材料である発泡ポリスチレン等の発泡ビーズ（空隙形成材）を同じく混合材料であるセメント等の粉体状の固化材とともに輸送するために並設された圧力タンク（以下、単にタンクという）、１３は発泡性合成樹脂の小片として発泡ビーズを貯留している発泡ビーズサイロ、１４は短繊維を貯留している短繊維サイロ、１５は固化材を貯留している固化材サイロ、１６は発泡ビーズや固化材等を該当する発泡ビーズサイロ１３もしくは固化材サイロ１５等に補給するためのタンクローリー車、１７は混合撹拌機のベースマシン（母機）として機能する作業系建設機械としてのバックホウである。なお、１８は補助機材として付帯している発動発電機、１９は空気圧縮機、２０は施工管理装置である。

タンク１１，１２内には混合材料として発泡ビーズと固化材および短繊維とを混ぜ合わせたものが収容されていて、所定の加圧状態におかれている。一方、バックホウ１７のアーム２１の先端には、図４に示すように混合撹拌機としてのトレンチャー式の混合撹拌ヘッド２２が装着されているとともに、さらにその混合撹拌ヘッド２２には材料吐出口２３が設定されていて、材料吐出口２３は輸送管２４を介して双方のタンク１１，１２に接続されている。そして、タンク１１または１２内に収容されている混合材料がそのタンク内加圧力をもって材料吐出口２３側まで空気圧送されるようになっている。

ここで、後述するように双方のタンク１１，１２が同時使用されることはなく、例えば一方のタンク１１が混合撹拌ヘッド２２側へ混合材料を圧送していて、そのタンク１１内の混合材料が所定量まで減少したときには、そのタンク１１からの圧送が停止し、同時に他方のタンク１２からの圧送に切り換えられる。そして、内部の混合材料が所定量まで減少した上記一方のタンク１１では、発泡ビーズサイロ１３や固化材サイロ１５および短繊維サイロ１４からの発泡ビーズや固化材および短繊維を計量しながらの補給が行われ、さらにはタンク１１内が所定圧力になるまで加圧されて待機する。上記のように現在稼動中のタンク１２内の混合材料が所定量まで減少した場合も同様である。このように二つのタンク１１，１２を交互に切り換えることにより、混合撹拌ヘッド２２側への混合材料の圧送を連続的に行うことができる。

バックホウ１７のアーム２１の先端に装着された混合撹拌ヘッド２２は、図４に示すように上下方向に延びるフレーム２５の上部の駆動輪２６と下部の従動輪２７との間にエンドレスなドライブチェーン２８を巻き掛けるとともに、そのドライブチェーン２８の外周に所定のピッチで複数の撹拌翼２９を装着したもので、フレーム２８の下端には先に述べた材料吐出口２３が設けられている。そして、フレーム２５の上部に設けられた油圧モータ３０を起動することにより各撹拌翼２９がドライブチェーン２８とともに周回移動して、それに併せてバックホウ１７自体の推力による混合撹拌ヘッド２２の地中への貫入と引き抜きとを繰り返すことにより、施工箇所の土砂と混合材料である発泡ビーズと固化材および短繊維との混合撹拌が行われることになる。

混合撹拌ヘッド２２のフレーム２５には地面側のみが開放された蛇腹状の防塵カバー３１が装着されているとともに、その防塵カバー３１内はダクト３２を介してバックホウ１７に搭載された集塵機３３に接続されている。そして、施工に伴って発生する粉塵を一旦防塵カバー３１内に封じ込めた上で最終的には集塵機３３にて集塵するようになっている。

図５は上記二つのタンク１１，１２からの混合材料の空気圧送系の詳細を示している。

図３のほか図５に示すように、発泡ビーズサイロ１３からの材料供給管１２３と固化材サイロ１５からの材料供給管１２４および短繊維サイロｌ４からの材料供給管５はタンク１１，１２の上流側で相互に合流していて、その合流位置よりも下流側で二股状に分岐した分岐管１２５が各タンク１１，１２に接続されている。分岐管１２５の分岐部にはアクチュエータ駆動の切換弁１２６が設けられている。図５に示すように各タンク１１，１２の上端にはダンパ弁１２７ａまたは１２７ｂ付きの材料補給口１２８ａまたは１２８ｂが設けられていて、各材料補給口１２８ａ，１２８ｂには上記の分岐管１２５が接続されている。また、各タンク１１，１２の下端には材料排出口１２９ａまたは１２９ｂが形成されていて、この材料排出口１２９ａ，１２９ｂにはロータリーバルブ１３０ａまたは１３０ｂを介して輸送弁１３１ａ，１３１ｂ付きの輸送ノズル１３２ａまたは１３２ｂが接続され、さらに輸送ノズル１３２ａ，１３２ｂは輸送管２４の上流側の分岐輸送管１１３ａまたは１１３ｂに集合接続されている。そして、輸送管２４には空気圧力源である空気圧縮機１９からバルブ１３３を介して二次空気が導入されるようになっている。

各分岐輸送管１１３ａ，１１３ｂは給気弁１３４ａまたは１３４ｂを介して空気圧縮機１９に接続されており、その各分岐輸送管１１３ａ，１１３ｂのうち給気弁１３４ａ，１３４ｂの下流側からはそれぞれ二本の分岐配管１３５ａ，１３６ａまたは１３５ｂ，１３６ｂが分岐している。上流側の分岐配管１３５ａ，１３５ｂは調整弁１３７ａまたは１３７ｂと逆止弁１３８ａまたは１３８ｂを介して圧力タンク１１，１２の下側部に接続されており、この分岐配管１３５ａ，１３５ｂからタンク１１，１２内への圧縮空気の導入によってタンク１１，１２内での発泡ビーズおよび固化材等の流下を促進するようになっている。一方、下流側の分岐配管１３６ａ，１３６ｂはタンク１１，１２の上端部に接続されていて、タンク１１，１２内を所定圧力まで昇圧および均圧させる役目をする。なお、分岐配管１３５ａ，１３６ａ同士および１３５ｂ，１３６ｂ同士の間には調整弁１３９ａまたは１３９ｂと逆止弁１４０ａまたは１４０ｂが設けられている。

さらにタンク１１，１２同士の間には差圧スイッチ１４１が設けられていて、双方のタンク１１，１２の内圧が同圧になったことを検知してその昇圧を停止するように構成してある。

このような構造においては、例えばタンク１１側に付帯する排気弁１４２ａを開いてそのタンク１１内の圧縮空気を排気した後に、ダンパ弁１２７ａを開くととともに切換弁１２６をタンク１１側に切り換えると、発泡ビーズサイロ１３から混合材料である発泡ビーズが、固化材サイロ１５から混合材料である粉体状の固化材が、同じく短繊維サイロ１４から混合材料である短繊維がそれぞれ供給されて、タンク１１内に一次的に蓄えられる。なお、発泡ビーズと固化材および短繊維との混合割合は予め計量調整されている。そして、タンク１１内の混合材料が所定量に達するとこれを図示しない満量センサが検知し、タンク１１への発泡ビーズや短繊維および固化材の供給が停止される。

続いて、ダンパ弁１２７ａおよび排気弁１４２ａが閉じるとともに給気弁１３４ａが開くことでタンク１１内に圧縮空気が導入されて、発泡ビーズや短繊維および固化材が収容されているタンク１１内が所定の圧力になるまで昇圧させる。この状態で、輸送弁１３１ａと二次エア弁１３３を順次開くとともにロータリーバルブ１３０ａを開くことで、タンク１１から混合撹拌ヘッド２２側へ発泡ビーズと固化材および短繊維との混合材料が供給される。すなわち、空気を媒体として発泡ビーズと固化材および短繊維との混合材料が圧送される。この時、タンク１１から混合撹拌ヘッド２２側へ混合材料が連続供給されていながらも、タンク１１内は常に所定の圧力に維持される。

こうして、一方のタンク１１から混合撹拌ヘッド２２側へ混合材料を圧送するのと並行して、もう一方のタンク１２側では上記と同様にして発泡ビーズサイロ１３と固化材サイロ１５および短繊維サイロ１４からそれぞれの材料の補給が行われる。そして、タンク１２内が満量になるとそのタンク１２内が昇圧され、タンク１２の内圧がタンク１１の内圧と同圧となったことが差圧スイッチ１４１によって検知されるとそれをもってタンク１２内の加圧動作が停止し、その状態で待機する。

一方、タンク１１から混合撹拌ヘッド２２側への混合材料の供給が進み、そのタンク１１内の混合材料が所定量まで減量すると、タンク１２側の給気弁１３４ｂと輸送弁１３１ｂが開くとともにロータリーバルブ１３０ｂが開き、直ちにタンク１２から混合撹拌ヘッド２２側への混合の供給が開始され、同時にタンク１１側の給気弁１３４ａが閉じてそのタンク１１からの混合材料の供給が停止する。

こうして、タンク１２から混合撹拌ヘッド２２側に混合材料が供給されている間に、タンク１１については先の場合と同様にして発泡ビーズサイロ１３と固化材サイロ１５および短繊維サイロ１４からのそれぞれの材料の補給が行われるとともに、タンク１１内が所定圧力まで昇圧された状態で待機する。

このように、タンク１１とタンク１２を交互に切り換えることにより、混合撹拌ヘッド２２側ではタンク切り換えに伴って混合材料の供給が途切れることがなく、安定した混合材料の連続供給が可能となる。

なお、ここに開示したタンク１１，１２とその空気圧送系は、本出願人が先に提案している特開平１０−２９２３６３号公報に記載の技術を基本としている。

一方、上記のようにタンク１１または１２からの混合材料の供給を受ける混合撹拌ヘッド２２側では、図４に示すようにフレーム２５の上部に設けられた油圧モータ３０の起動により各撹拌翼２９をドライブチェーン２８とともに周回移動させるとともに、材料吐出口２３から混合材料を連続的に吐出させて、それに併せてバックホウ１７自体の推力による混合撹拌ヘッド２２の土砂中への貫入と引き抜きとを繰り返すことにより、造成もしくは施工箇所の現位置土（土砂）と混合材料である発泡ビーズや固化材および短繊維との混合撹拌が行われてその現位置土の土砂が混合軽量土と化することになる。なお、土砂と発泡ビーズとの混合割合は土砂そのものの性状等によっても異なるものの、一般的には体積比（容積比）で例えば土砂１に対して発泡ビーズ（短繊維を含む）０．３〜２．０程度の割合とする。

この場合、図４に示すように土砂中への混合撹拌ヘッド２２の最大貫入時においてもチェーン２８の上下方向の有効長さのうち上方側の一部ｈが常に地表側に露出した状態とする一方、混合撹拌ヘッド２２の最大引き抜き時においても材料吐出口２３が地表側に露出しないで常に土砂中に埋もれているように制御する。こうすることにより、超軽量な発泡ビーズが固化材や短繊維とともに常に土砂中に吐出されることとなって、風の影響で飛散することがなく、従来は必須とされた飛散防止ネット等が不要となるとともに、土砂との混合撹拌が均一に行われて、品質の安定した混合軽量土とすることができる。その上、チェーン２８に沿って地表側に開口した空気の抜け道が形成されるので、土砂中の材料吐出口２３近傍が閉塞状態となることがなく常に開放状態下にあるので、発泡ビーズ等の吐出が安定して行われ、例えば材料吐出口２３が土砂で詰まったり、あるいは輸送管２４内で発泡ビーズ等が目詰まりを起こすようなこともなくなる。

現位置土の土砂の混合軽量土化を終えたならば、例えばブルドーザーによる敷均しと転圧を行うとともに、タイヤローラによる転圧を行うものとする。

ここで、上記の実施の形態では、現位置土と混合撹拌すべき混合材料として発泡ビーズに固化材と短繊維を混ぜたものを使用しているが、対象となる土砂の性状等によっては短繊維の使用を省略してもよい。

なお、上記の短繊維は、例えばポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成繊維であって且つその太さが１〜５００デニール程度のものとする。

さらに、混合撹拌ヘッド２２としては図４に例示したいわゆるトレンチャー式のものに限らず、材料吐出口２３が設けられていることを条件として、他の形式のものを用いてもよい。

図６，７は混合攪拌機である混合撹拌ヘッドの別の例を示す。すなわち、この例では、先の例のように固化材と発泡ビーズおよび短繊維のそれぞれを予め混合することなく、粉体状の固化材は固化材単独で、予め短繊維を混ぜた発泡ビーズはそれ単独でそれぞれ混合撹拌ヘッド３４まで空気圧送した上で、吐出直前位置にて初めてそれらを合流させるようにしているものである。

混合撹拌ヘッド３４は、図４と比較すると明らかなように単一のドライブチェーン３５に幅広の複数の撹拌翼３６を装着したものであり、それ以外の構造は基本的に図４に示したものと同一となっている。混合撹拌ヘッド３４のフレーム３７には、固化材供給源につながる輸送管としての固化材供給管３８のほか、短繊維を含む発泡ビーズ供給源（発泡性合成樹脂供給源）につながる輸送管としての発泡ビーズ供給管３９がそれぞれ付帯していて、それらの固化材供給管３８および発泡ビーズ供給管３９は合流位置４０にて共用管４１として集約された上でフレーム３７の下端に左右一対の材料吐出口４２をもって開口している。

したがって、固化材供給管３８には粉体状の固化材が、発泡ビーズ供給管３９には予め短繊維を混ぜた発泡ビーズがそれぞれ空気圧送されることから、それらが合流部４０にて互いに合流，混合された上で材料吐出口４２から吐出されることになる。もちろん、固化材供給管３８および発泡ビーズ供給管３９ごとに材料吐出口４２を独立させて、それぞれの材料を個別に同時吐出するようにしてもよい。

ここで、これまでに説明した施工装置では、粉体状の固化材を直接地中に吐出することを前提としていて水を併用していない故に、特許請求の範囲の各請求項に記載の発明からは除外され、後から説明するように粉体状の固化材と水を併用する場合、およびスラリ状の固化材を使用する場合の施工装置の理解を容易にするための参考例的な位置付けのものである。

図８〜１１には本発明の好ましい第２の実施の形態を示す。なお、先に説明した施工装置と共通する部分には同一符号を付してあるとともに、図８では図３の防塵カバー３１や集塵機３３等を図示省略してある。

この第２の実施の形態では、現位置土と混合撹拌すべき混合材料として発泡ビーズに粉体状の固化材のみを混ぜたものを使用し、先の例では発泡ビーズと併用していた短繊維の使用を省略している。さらに、現位置土と混合撹拌すべき混合材料として発泡ビーズに固化材を混ぜたものの吐出と併せ、水を同時吐出するようにしている点で先の例のものと異なっている。

図８，９から明らかなように、先の例では必須とされた図３の短繊維サイロ１４が廃止されている一方で、水槽７１とポンプ７２のほか、第１の輸送管２４以外に第２の輸送管７３が付加されている。そして、タンク１１または１２から第１の輸送管２４を通して混合材料として発泡ビーズに固化材を混ぜたものが混合攪拌機３４側に供給されるようになっている一方、同様に水槽７１から同じく混合攪拌機３４側に水が圧送されるようになっている。

混合撹拌ヘッド３４は図１０，１１に示すような構造となっていて、その基本構造は図６，７に記載のものと同一となっている。混合撹拌ヘッド３４のフレーム３７には、タンク１１，１２につながる第１の輸送管２４の一部として機能する材料供給管７４のほか、ポンプ７２につながる第２の輸送管７３の一部として機能する水供給管７５がそれぞれ付帯していて、それらの材料供給管７４および水供給管７５はフレーム３７の下端にて左右一対の吐出口４２ａ，４２ｂをもって開口している。そして、これらの材料供給管７４および水供給管７５には合流位置７６，７７にて圧縮空気供給管７８，７９が合流していて、図８に示した空気圧縮機１９から圧縮空気が導入されるようになっている。

すなわち、粉体状の固化材と予め混ぜ合わせた発泡ビーズ（混合材料）が材料供給管７４をもって混合攪拌機３４側まで空気圧送されるとともに、同様に水が水供給管７５をもって混合攪拌機３５側まで圧送されることになるものの、図１０，１１に示した合流部にてさらに圧縮空気が導入されることで、その圧縮空気の導入に基づく負圧吸引力によって吐出口４２ａ，４２ｂ側に圧送された上で、混合材料および水が吐出口４２ａ，４２ｂから同時吐出されることになる。

図１２〜１４は本発明の第３の実施の形態を示し、固化材として粉体状のものに代えてスラリ状のものを用いる場合の例を示している。なお、先に説明した図３と共通する部分には同一符号を付してある。

図１２に示すように、固化材サイロ１５に隣接して水槽４６を含んでなるスラリプラント４５が設置されており、このスラリプラント４５では固化材サイロ１５側から供給される粉体状の固化材と水とを所定の割合で混合してスラリ状の固化材とした上で、グラウトポンプ４７にて後述する混合撹拌ヘッド５２の材料吐出口５５，５６側（図１５参照）に圧送するようになっている。

発泡ビーズおよび短繊維の供給系には図３のタンク１１，１２に代えて図１２に示すように計量装置４８が設けられている。この計量装置４８には発泡ビーズサイロ１３から発泡ビーズが、短繊維サイロ１４から短繊維がそれぞれ導入口４９ａをもって供給されるようになっていて、この計量装置４８にては発泡ビーズと短繊維とを混合したものを連続計量しながら混合撹拌ヘッド５２の材料吐出口５５，５６側に空気圧送するようになっている。この計量装置４８は、漏斗状のホッパー４９とその内部に配置された上下動可能な開閉用の弁体５０とを備えていて、弁体５０の開閉度合いに応じて材料吐出口５５，５６側への供給量を調整可能となっている。

また、計量装置４８の下方は圧縮空気の導入をもって負圧吸引力を発生させる吸引装置５１が設けられていて、計量装置４８にて計量された発泡ビーズと短繊維との混合材料がこの吸引装置５１をもって先に述べた混合撹拌ヘッド５２の材料吐出口５５，５６側に圧送されることになる。

なお、計量装置４８におけるホッパー４９の上面はその一部がメッシュ構造となっていて（メッシュ部を符号５２で示す）、発泡ビーズや短繊維の投入に伴う空気および粉塵等がここから排出されることになる。また、ホッパー４９の内周面および弁体５０の外周面には、発泡ビーズの取り扱いの上で煩わしいとされる静電気の発生を防止するために、例えばマイナス電荷となるような素材にてライニング処理を施しても良い。

ここで、上記のスラリプラント４５とグラウトポンプ４７はスラリ状の固化材を圧送する固化材供給源を形成しているとともに、発泡ビーズサイロ１３や短繊維サイロ１４および計量装置４８は短繊維を含む発泡性合成樹脂供給源を形成している。

一方、混合撹拌ヘッド５２は、その主要部分は図６のものと基本的に同一構造であって、フレーム３７の両サイド部には輸送管としての固化材供給管５３と発泡ビーズ供給管５４が個別に配設されており、各供給管５３，５４は相互に独立した材料吐出口５５，５６をもってフレーム３７の下部に開口している。そして、固化材供給管５３には先に述べたグラウドポンプ４７によりスラリ状の固化材が、発泡ビーズ供給管５４には計量装置４８側から予め短繊維を混ぜた発泡ビーズがそれぞれ空気圧送されることから、スラリ状の固化材は材料吐出口５５から、短繊維を含む発泡ビーズは材料吐出口５６からそれぞれ吐出されることになる。

ここで、固化材供給管５３および発泡ビーズ供給管５４にはそれぞれに材料吐出口５５，５６よりも上流側で圧縮空気導入管５７または５８が合流位置５９または６０にて合流しており、その圧縮空気の導入に基づく負圧吸引力によってスラリ状の固化材のほか短繊維を含む発泡ビーズが各材料吐出口５５，５６側に向けて圧送された上で吐出されることになる。

なお、土質性状等によっては、短繊維を含む発泡ビーズの吐出タイミングと固化材の吐出タイミングとをずらして、短繊維を含む発泡ビーズの吐出に先行してスラリ状の固化材の吐出を行うようにしてもよい。

図１６，１７は本発明の第４の実施の形態として混合撹拌ヘッドの別の例を示し、図１４，１５と共通する部分には同一符号を付してある。

この第４の実施の形態の混合撹拌ヘッド６１では、図１４，１５と比較すると明らかなように、スラリ状の固化材を供給するための材料供給管６２と短繊維を含む発泡ビーズを供給するための材料供給管６３、および圧縮空気導入管６４の三者を合流位置６５にて合流させて単一の共用配管６６とし、この共用配管６６の先端を材料吐出口６７としてフレーム３７の下部に開口させてある。すなわち、材料吐出口６７よりも上流側で予めスラリ状の固化材と短繊維を含む発泡ビーズとを合流させた上で、圧縮空気の導入による負圧吸引力をもって材料吐出口６７から吐出するようにしてある。

これらの第２〜第４の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。

本発明に係る工法の好ましい実施の形態を示す説明図。 本発明に係る工法の別の例を示す説明図。 図１，２の工法に用いられる施工装置の全体の構成説明図。 （Ａ）は図３における混合撹拌ヘッドの拡大説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の要部側面説明図。 図３における加圧タンク周りの拡大説明図。 （Ａ）は混合撹拌ヘッドの別の例を示す側面説明図、（Ｂ）はその正面説明図。 図６の（Ａ）のＢ部拡大図。 本発明の第２の実施の形態として施工装置の別の例を示す全体の構成説明図。 図８の機能ブロック図。 （Ａ）は図８における混合撹拌ヘッドの拡大断面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の左側面説明図。 （Ａ）は図１０の（Ａ）の右側面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の要部拡大説明図。 本発明の第３の実施の形態として図１，２の工法に用いられる施工装置の全体の構成説明図。 （Ａ）は図１２における計量装置の拡大説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図。 図１２における混合撹拌ヘッドの詳細を示す拡大図で、（Ａ）はその左側面説明図、（Ｂ）はその正面説明図。 （Ａ）は図１５の（Ｂ）の右側面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の要部拡大説明図。 本発明の第４の実施の形態を示す図で、（Ａ）は混合撹拌ヘッドの別の例を示す側面説明図、（Ｂ）はその正面説明図。 図１６の（Ａ）におけるＣ部拡大図。

符号の説明

１…コンクリート構造物
２…軽量土
３…盛土体
１１，１２…圧力タンク
１３…発泡ビーズサイロ
１４…短繊維サイロ
１５…固化材サイロ
１７…バックホウ（作業系建設機械）
２１…アーム
２２…混合撹拌ヘッド（混合攪拌機）
２３…材料吐出口
２４…輸送管（第１の輸送管）
２５…フレーム
２８…ドライブチェーン
３４…混合撹拌ヘッド（混合攪拌機）
３７…フレーム
３８…固化材供給管（輸送管）
３９…発泡ビーズ供給管（輸送管）
４２…材料吐出口
４２ａ，４２ｂ…吐出口
４５…スラリプラント（固化材供給源）
４７…グラウトポンプ（固化材供給源）
４８…計量装置（発泡性合成樹脂供給源）
５２…混合撹拌ヘッド（混合攪拌機）
５３…固化材供給管（輸送管）
５４…発泡ビーズ供給管（輸送管）
５５，５６…材料吐出口
６２，６３…材料供給管（輸送管）
６７…材料吐出口
７３…第２の輸送管
７４…材料供給管（第１の輸送管）
７５…水供給管（第２の輸送管）
Ｇ…地盤

Claims (9)

1. 軟弱地盤上に新たな構造物や盛土体を構築するのに先立って、その構造物や盛土体の構築に伴う上載荷重に耐え得るだけの強度を有する軽量土を造成する軟弱地盤対策工法であって、
   タンク内に混合材料として少なくとも予め計量した発泡性合成樹脂の小片と粉体状の固化材を貯留しておき、
   タンク内の混合材料を造成箇所まで空気を媒体として圧送するとともに、
   別系統にて水を計量しながら圧送し、
   これらの材料を造成箇所の現位置土中に吐出しながらその現位置土と混合撹拌処理を施し、
   現位置土の軽量土化に伴う軽減重量が上載荷重とほぼ等しくなるように施工することを特徴とする軽量土を用いた軟弱地盤対策工法。
2. 請求項１に記載の混合材料に代えて、
   固化材供給源から造成箇所までスラリ状の固化材を供給するとともに、
   同じく発泡性合成樹脂供給源から造成箇所まで少なくとも発泡性合成樹脂の小片を、空気を媒体として圧送し、
   これらの固化材および発泡性合成樹脂の小片を吐出直前段階で合流させた上で造成箇所の現位置土中に吐出してその現位置土と混合撹拌処理を施すことを特徴とする軽量土を用いた軟弱地盤対策工法。
3. 軟弱地盤上に新たな盛土体を構築するのに先立って、その盛土体として必要な強度を有する軽量土を造成する軟弱地盤対策工法であって、
   タンク内に混合材料として少なくとも予め計量した発泡性合成樹脂の小片と粉体状の固化材を貯留しておき、
   タンク内の混合材料を造成箇所まで空気を媒体として圧送するとともに、
   別系統にて水を計量しながら圧送し、
   これらの材料を造成箇所の現位置土中に吐出しながらその現位置土と混合撹拌処理を施して軽量土を造成し、
   所定高さの盛土体を構築するのに必要な体積分またはその一部分を、その盛土体の底面部で造成した軽量土の増量分でまかなうことを特徴とする軽量土を用いた軟弱地盤対策工法。
4. 請求項３に記載の混合材料に代えて、
   固化材供給源から造成箇所までスラリ状の固化材を供給するとともに、
   同じく発泡性合成樹脂供給源から造成箇所まで少なくとも発泡性合成樹脂の小片を、空気を媒体として圧送し、
   これらの固化材および発泡性合成樹脂の小片を吐出直前段階で合流させた上で造成箇所の現位置土中に吐出してその現位置土と混合撹拌処理を施して軽量土を造成することを特徴とする軽量土を用いた軟弱地盤対策工法。
5. 現位置土１ｍ ³ 当たりに発泡性合成樹脂の小片０．３〜２．０ｍ ³ と固化材５０ｋｇ以上を混合撹拌して、０．６〜１．５ｔ／ｍ ³ の重量の軽量土とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軽量土を用いた軟弱地盤対策工法。
6. 発泡性合成樹脂の小片に代えて、その発泡性合成樹脂の小片に繊維を混ぜ合わせたものを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軽量土を用いた軟弱地盤対策工法。
7. 請求項１または３に記載の工法に用いる施工装置であって、
   現位置土中に挿入されるとともに材料吐出口を有する混合撹拌機と、
   内部に混合材料として少なくとも予め計量した発泡性合成樹脂の小片と粉体状の固化材が貯留されるタンクと、
   タンクと材料吐出口とを接続していて、タンク内の混合材料を造成箇所まで空気を媒体として圧送する第１の輸送管と、
   別系統にて水を計量しながら圧送吐出させる第２の輸送管と、
   を備えたことを特徴とする軟弱地盤対策用施工装置。
8. 混合撹拌機は作業系建設機械のアーム先端に装着されていることを特徴とする請求項７に記載の軟弱地盤対策用施工装置。
9. 混合撹拌機は、フレーム上部の駆動輪とフレーム下部の従動輪との間にエンドレスなチェーンを巻き掛けるとともに、そのチェーンを上下方向に周回移動させることで混合撹拌処理を行うようになっていることを特徴とする請求項８に記載の軟弱地盤対策用施工装置。

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