JP4072686B2 - 多軸高圧噴射撹拌地盤改良装置及び工法 - Google Patents

Description

本発明は、注入ロッドを２以上に連いだ多軸高圧噴射攪拌地盤改良装置を用いて、地中に固化材スラリーを高圧で噴射注入し、土壌と固化材スラリーを混合撹拌して改良体の一部をラップさせて連続したブロック式の改良体を造成する地盤改良装置および工法に関する。

従来、注入ロッドの回転軸を回転上下動可能に支持し、該注入ロッドの先端に掘削刃及び攪拌翼を設けた機械攪拌装置で、改良予定地盤中に改良体を造成する深層混合処理工法として、注入ロッドの先端から、固化材スラリーを数百kPaの圧力で地盤中に吐出し、攪拌翼の回転により土壌と固化材スラリーを混合撹拌して改良体を造成する、いわゆるスラリー式機械撹拌工法が知られている。

また、混合撹拌の原理は同様であるものの、固化材を粉体のまま空気圧送し、ロッド先端の攪拌翼が回動する領域に噴射し該土壌と混合撹拌して改良体を造成する、いわゆる粉体噴射撹拌工法が知られている。

また、主にボーリングマシンで軟弱地盤を削孔し、ロッドの先端から数十MPaの超高圧で固化材スラリーを噴射しつつ、ロッドを回転引き上げすることによって改良体を造成する高圧噴射撹拌工法がある。
一方、数十MPaの超高圧で切削水を噴射しつつ、切削で造られた領域に固化材スラリーを充填、或いは超高圧で噴射し、ロッドを回転引き上げすることによって改良体を造成する高圧噴射撹拌工法が知られている。

上記従来の深層混合処理としての軟弱地盤改良において、地中に造成する改良体の一部を互いにラップして、ブロック状や連続体として設計できるような改良体を造成しようとするときに、軸心を揃えた複数の注入ロッドを挿管支持する連結部材で繋がれた多軸式の地盤改良装置を用いての従来の機械撹拌工法では、改良体をラップさせるために、複数の攪拌翼が接触しないよう段差を設ける必要があり、改良下端では、段差分の余堀が必要で、着底施工では余堀分を貫入するために施工能率が低下することにつながっていた。

一方、高圧噴射撹拌工法の場合には、単軸での施工で、一本ずつ改良体を造成していくため、施工深度が大きい場合や砂礫・障害物がある場合等には鉛直の削孔精度が損なわれやすく、孔曲がりと反対方向のラップ幅が減少してしまうなど、一定のラップ幅が保ちにくいという欠点があった。

本発明は、改良地盤中に造成する改良体をラップさせるために、攪拌軸間の距離を改良体直径より短くしなければならない問題点を、使用する高圧噴射攪拌装置及び工法を以下の構成としたことである。
すなわち、注入ロッドの軸身の先端部に掘削刃及び固化材噴射ノズルを備えた攪拌翼を設けた注入ロッドを、２以上の複数連に構成した多軸高圧噴射攪拌地盤改良装置の各攪拌翼を同一高さに設定し、注入ロッドの軸心から攪拌翼ノズル先端までの距離をｒ（ｍ）、隣り合う２軸間の攪拌翼先端ノズル同士の距離をｘ（ｍ）、地中における固化材スラリーの噴射到達距離をｙ（ｍ）としたときに、改良体の接合長さが、
２√｛（ｒ+ｙ）^２−(ｒ＋ｘ／２) ^２｝≧ ０．５ｍ
となるように土質条件や噴射仕様によりｒ、ｘ、ｙが変更でき、攪拌翼同士が離れていても高圧噴射のジェット噴流により地盤の切削・攪拌の効果で、改良体同士がラップし、改良体の下端がそろった改良体が造成できるように構成されている多軸高圧噴射攪拌地盤改良装置に構成したことである。

また、上記多軸高圧噴射撹拌地盤改良装置を用いて改良予定地盤を掘削し噴射した固化材スラリーと土壌とを攪拌混合して、地盤中に連続したブロック状の改良体の接合長さが2√｛(ｒ＋ｙ)²−（ｒ＋ｘ/２)²｝≧0.5ｍとなる改良体を造成する工法としたことである。
なお、ここで言う接合長とは、隣り合う改良体により形成されたラップ部の交点の幅、すなわち、後述する図３で示す改良体断面において「接合長さ」で表記されている寸法のことであり、この接合長さ0.5以上の数値は、本発明の工法における通常施工において、接合長さが最も変化しやすい改良径が2.0ｍ、軸間距離1.9ｍのときにできる接合長さを、安全率として1.2で除去した場合の最小の接合長さを0.1ｍ単位で丸めた値としたものである。

また、従来注入ロッドに取り付ける攪拌翼は、互いの注入ロッドの同じ高さの位置に設けることができなかった問題点について、本発明は改良体造成方法に、多軸高圧噴射撹拌装置を採用し、攪拌翼同士が離れていても、ジェット噴流による地盤切削・攪拌の効果で改良体がラップするように構成したので、攪拌翼の高さの位置を同一に設定するこができる。
これによって、全ての改良体が支持層へ着底することが必要なときでも、攪拌翼に過大な負荷を掛けて痛めることが無くなり施工能率を良することができる。

さらに、一般的な単軸の高圧噴射撹拌工法で、特に施工深度が大きくなると鉛直の施工
精度が保ちにくいという問題に対しては、攪拌装置を備えた注入ロッドを連結部材で複数連、例えば３連に支持する構成することで、鉛直の削孔精度を保ちやすく、また、施工能率を向上させることができる。

本発明の多軸高圧噴射撹拌地盤改良装置によれば、改良体ブロックとしてのラップした改良体の下端部が、施工機に無理な負荷を掛けず支持層に着底改良ができ、鉛直精度の確保も容易で、作業性に優れた地盤改良施工を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の多軸高圧噴射撹拌地盤改良装置の、実施の形態の例を説明する。
図１は、本発明の多軸高圧噴射撹拌地盤改良装置の一例を示す全体図である。
図１に示すように、三点支持式杭打ち機をベースマシン１とし、トップシーブから減
速機２がリーダーに沿って取り付けられ、多軸駆動装置３を介してスクリューを備えた注入ロッド６が装備されている。そのスクリューを備えた注入ロッド６の先端部には、攪拌翼７、連結装置５、及び掘削ヘッド９が取り付けられ、攪拌翼７の一方の先端には高圧噴射用のノズル８が埋め込まれている。
ベースマシン１には、固化材スラリープラントから超高圧ポンプ（図示せず）にて圧力をかけられた固化材スラリーが、高圧ホースとスクリューを備えた注入ロッド６上端のスイベル部を介して攪拌翼７のノズル８部に送られ、このノズル８より固化材スラリーが側方に噴射され地盤を切削して切削土と固化材スラリーが混合撹拌され、その状態でスクリューを備えた注入ロッド６が回転・引き上げされることによって改良体１２が造成される。

図２及び図３はスクリューを備えた注入ロッド先端部の詳細を示す図であり、多連に繋がれるスクリューを備えた注入ロッド６は、連結装置５に回転自由に挿管され、互いの間隔が、軸心から攪拌翼ノズル８先端までの距離をｒ(m)、隣り合う２軸間の攪拌翼先端ノズル同士が対峙する距離をｘ(m)、地中における固化材スラリーの噴射到達距離をｙ(m)としたときに、接合長さが2√｛(ｒ＋ｙ)²−（ｒ＋ｘ/２)²｝≧0.5ｍとなるように設定される。（ｒ、ｘ、ｙの表す部位は図３を参照。）
この相互軸間の距離は固化材スラリーの噴射到達距離ｙ(m)が改良対象地盤の土質条件
と固化材スラリーの噴射仕様に左右されることから、その土質条件や噴射仕様に応じ軸間
距離を設定することができる。

一例を挙げれば、改良対象地盤の粘着力C_u≦40kN/m²、攪拌翼径φ1.0m、噴射圧力39.2MPa、噴射量100リットル/分、水：固化材比1.5のとき、地中における固化材スラリーの噴射到達距離ｙ(m)は0.4m（改良径1.8m）となるから、軸間距離を1.6mと設定すれば、接合長さは約0.8m（≧0.5m）となる。

各スクリューを備えた注入ロッド６を回転駆動させるアースオーガー駆動モータ２は、施工時の地盤変位に応じ、複数軸が独立又は同時に、正転又は逆転を繰り返しながら改良が可能に構成されており、スクリューを備えた注入ロッド６先端部の攪拌翼７は、その高さ位置が同一になるように設定されている。撹拌装置部分をこの様に構成することによって、改良体１２をブロック状として考慮できるような、しかも下端がそろった改良体を、地盤変位をできるだけ抑制しながら造成することができる。

注入ロッド６先端部には、掘削ヘッドとして回転貫入させることにより改良対象地盤に食い込むように超硬部材のビットを備えた掘削刃が装備され、攪拌翼７はその一方の先端にノズル８が埋め込まれており、その下縁部には地盤を削孔するための超硬部材の掘削刃９が備えられている。なお、図中１０は排土、１１は攪乱土壌部である。

施工の実施例を説明する。改良仕様を、ロッド本数３本（３軸）、攪拌翼径φ1.0m、噴
射圧力39.2MPa、噴射量100リットル/分、水：固化材比1.5とし、改良対象地盤の粘着力35kN/m²の地盤で施工を行った。実績より、地中における固化材スラリーの噴射到達距離をｙ(m)は0.4mとなる。この実施例では、接合長さ0.8m確保するために、軸間距離を1.6mとした。施工結果は、接合長さが約0.8m以上確保されており、要求性能を満足した。

本発明は、軟弱地盤の改良工法として、施工能率が大きく、支持層への着底施工が容易
で、高圧噴射撹拌であるため、既設構造物に密着した改良体の造成が可能であり、確実に改良体同士がラップして一体となって機能する等の特徴を備えているので、種々の幅広い目的に対応できる工法である。

本発明による多軸高圧噴射撹拌地盤改良装置を用いての工法は、改良体の接合長さを0.5m以上とすることによって、改良体の透水係数が10^-6cm/sec以下になることが確認できれば、例えば土壌汚染対策法に言う、「第二溶出基準」を満足する汚染土壌の「原位置封じ込め」に必要な遮水壁として経済的に用いることが出来る。
なお、厚さが5m以上であり、かつ、透水係数が毎秒100nm以下である地層又はこれと同等以上の遮水効果を有する地層に相当するものと考えられる。

本発明の多軸高圧噴射撹拌地盤改良装置の全体図である。 本発明の多軸高圧噴射撹拌地盤改良装置の貫入時の撹拌装置部の全体図である。 本発明の多軸高圧噴射撹拌地盤改良装置引上げ時の撹拌装置部の全体図である。 本発明の改良体断面図である。

符号の説明

１ ベースマシン
２ アースオーガー駆動モータ
３ 多軸駆動装置
４ 振れ止め装置
５ 連結装置
６ 注入ロッド
７ 攪拌翼
８ ノズル
９ 掘削刃
10 排土
11 攪乱土壌部
12 改良体

Claims (2)

1. 注入ロッドの軸身の先端部に掘削刃及び固化材噴射ノズルを備えた攪拌翼を設けた注入ロッドを、２以上の複数連に構成した多軸高圧噴射攪拌地盤改良装置の各攪拌翼を同一高さに設定し、注入ロッドの軸心から攪拌翼ノズル先端までの距離をｒ（ｍ）、隣り合う２軸間の攪拌翼先端ノズル同士の距離をｘ（ｍ）、地中における固化材スラリーの噴射到達距離をｙ（ｍ）としたときに、改良体の接合長さが、
   ２√｛（ｒ＋ｙ）^２−（ｒ＋ｘ／２）^２｝≧０．５ｍ
   となるように土質条件や噴射仕様によりｒ、ｘ、ｙが変更でき、攪拌翼同士が離れていても高圧噴射のジェット噴流により地盤の切削・攪拌の効果で、改良体同士がラップし、改良体の下端がそろった改良体が造成できるように構成されていることを特徴とする多軸高圧噴射攪拌地盤改良装置。
2. 請求項１記載の多軸高圧噴射攪拌地盤改良装置を用いて改良予定地盤中に連続したブロック状の改良体を造成することを特徴とする地盤改良工法。

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