JP6404760B2 - 地盤改良装置、地盤改良工法 - Google Patents
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Description
また、本発明の他の目的は、施工無駄を可能な限り少なくでき、かつ、未改良部分を残すことなく施工することを可能にするケーシングパイプと掘削装置を提供することにある。
排土する掘削土砂と地盤内に充填される地盤改良材とが混合しないように、前記改良材経路が設けられている。
このような矩形ケーシングを具備する装置を用いて地盤改良を実施することにより、掘削形状が四角形になって、未改良部分を無くすためのラップ量を大幅に減らすことができる。したがって、施工無駄が大幅に減って、効率の良い作業が可能になる。
このような排土手段の構成により、地盤内で回転不可能な矩形ケーシングを、改良対象地盤に対して確実に貫入させることができる。
これにより、例えば汚染土壌改良工事などの地盤改良工事において、掘削土砂と地盤改良材(例えば良質土や改良土)とが混ざることを確実に防止でき、高品質の地盤改良を提供することが可能になる。
このような締固め手段を備えることで、矩形ケーシングを備えた地盤改良装置を、液状化対策をはじめとする各種の締固め工法などに利用することが可能になる。
矩形ケーシングを用いてこのような手順で施工することにより、改良対象地盤の一定領域を四角形に掘削することが可能になる。そして、かかる工程を含む一連の工程を、位置をずらして実施することで、施工対象地盤をマス目状に改良することが可能になる。
これにより、例えば汚染土壌改良工事において、汚染された土壌を良質土(改良土)に置き換えることが可能になる。
これにより、例えば汚染土壌改良工事において、置き換えた良質土を締固めることが可能になる。また、全量良質土による締固めが可能なので、高品質な液状化対策なども可能になる。
このような矩形ケーシングを用いて例えば地盤改良を実施することにより、未改良部分を無くすためのラップ幅が大幅に減るので、施工無駄を大幅に減らすことができる。
このような構成の掘削装置を用いることで、前述した地盤改良のほか、高品質なブロック壁の構築、地下構造物の設置、地下水汚染物質の吸着剤の設置なども可能になる。
地盤改良装置を使用する施工方法および地盤改良工法には、汚染土壌改良工法や液状化対策のための締め固め工法などの各種地盤改良工法が含まれる。
はじめに、添付図面に基づいて地盤改良装置の構成について説明する。
なお、以下の説明では、地盤改良工法の一例として汚染土壌改良工法を挙げ、その実施に用いる地盤改良材の一例として埋め戻し材(良質土/改良土)を挙げる。
・地盤上を移動自在なクローラ式の重機3と、
・平面視矩形の鋼管(角形鋼管)からなる矩形ケーシング5と、
・矩形ケーシング5の内側の下端側に設けられた掘削締め固め装置7と、
・矩形ケーシング5の内側に設けられた排土装置10と、
・排土装置10の可動式スパイラル61を回動させる回転駆動装置11と、
・回転駆動装置11や矩形ケーシング5を昇降可能に支持する柱状のリーダ13、
などを有している。
図1(b)に示すように、矩形ケーシング側部の異なる高さ位置には、開閉式の排土ゲート23が設けられている。排土装置10の可動式スパイラル61によってリフトアップされてきた掘削土砂は、この排土ゲート23を介して、矩形ケーシンング5の外部に排出される。
また図1(a)に示すように、矩形ケーシング側部の異なる高さ位置には、開閉式の埋め戻し材投入口31が設けられている。この投入口31を介して、矩形ケーシング5の内側、すなわち四角形の掘削孔に、埋め戻し材(地盤改良材)が投入される。
矩形ケーシング5の構成の詳細については後述する。
掘削締め固め装置7の具体的構成については後述する。
排土装置10の具体的構成については後述する。
次に、矩形ケーシング5の具体的構成について説明する。
はじめに、矩形ケーシング4が具備する「掘削土砂の排出に係る構成」について説明する。
・排土用ケーシングパイプ63の排土口65に通ずる排土シュート21(排出路)と、
・この排土シュート21を伝って滑り落ちてきた掘削土をケーシング外に排出するための排土ゲート23(排出路)を有している。
排土ゲート23を開いた状態では、該排土ゲート23は排土シュート21に繋がって機能的に一体化し、排土シュートの一部として機能する。排土用ケーシングパイプ63の排土口65から排出された掘削土砂は、自重によって排土ゲート23上を滑り落ち、更に、排土シュート21の一部として機能する排土ゲート21を伝って、矩形ケーシング5の外部に排出される。
排土の必要がないときには、排土ゲート23は、図5A左側に示すように閉じた状態にセットされる。
・矩形ケーシング5の側部に設けられた開閉式埋め戻し材投入口31と、
・矩形ケーシング5の内側に設けられた埋め戻し材貯蔵槽33と、
・バケット41,42の方向への埋め戻し材の移動を規制するバケット投入扉35と、
・この投入扉35を開閉するための油圧シリンダー37を有している。
次に、掘削締め固め装置7(掘削手段/充填・締め固め手段)の具体的構成について説明する。
はじめに、掘削締め固め装置7が有する「掘削機能」に係る構成について説明する。
・開閉自在に設けられたバケット41,42と、
・バケット41,42を開閉するための2本の油圧シリンダー43を
有している。
・該バケットの先端側に固設された掘削ビット45,46と、
・該バケットの内側に設けられたバケット内分離板47,48を
具備している。
・掘削土砂を集める空間(バケット内の内側空間)と、
・矩形ケーシングの上方から投入された埋め戻し材を一時的に貯留する空間(バケット内の外側空間)に、分け隔てる役割を担っている。
このようにバケット内の空間を内側空間と外側空間に仕切ることで、バケットを通じて排土される掘削土砂と、バケットを通じて地盤内に充填される埋め戻し材とが、バケット内で混合するのを確実に防止することができる。
・バケット41,42の底面側に形成された排出口51,52と、
・必要に応じて排出口51,52を塞ぐためのスライド式排出扉53,54と、
・排出扉53,54を開け閉めするための開閉用油圧シリンダー55,56と、
・バケット41,42を上下方向で押し引きできるように設けられた押し抜き用油圧シリンダー57を、更に具備している。
埋め戻し材をバケット41,42内に貯留する際には、図8B左側に示すようにスライド式排土扉53,54を閉じる。また、埋め戻し材をバケット41,42内から排出する際には、図8B右側に示すようにスライド式排土扉53,54を開ける。
バケット41,42内から排出された埋め戻し材を締め固める際には、図8B左側に示すようにスライド式排土扉53,54を閉じて排出口51,52を塞ぎ、バケット41,42の底面側(スライド式排土扉53,54の底面側を含む)で該埋め戻し材に対して締め固め力を付与する。
次に、排土装置(排土手段)の具体的構成について説明する。
・回転駆動装置11にシャフトが連結された可動式スパイラル61と、
・該スパイラル61の周囲を囲うように設けられた排土用ケーシングパイプ63と、
・該ケーシングパイプ63の側部の異なる高さ位置に形成された複数の排土口65と、
・この排土口65に対して開け閉め可能に設けられたスライド式排土扉67と、
・排土口65から排出される掘削土砂に対して流動を促すエアージェットを噴射するためのエアージェット噴射装置69を具備している。
また本実施形態では一例として、矩形ケーシング5の内側に設けた排土シュート21と、矩形ケーシング5の側部に設けた排土ゲート23の組み合わせで、特許請求の範囲に記載の「排出路」を構成している。
次に、上述した地盤改良装置を用いた地盤改良工法について説明する。
なお、以下説明する工程a,b,cは、それぞれ、図3に示す工程(a),(b),(c)に対応している。
また、以下の説明では、地盤改良工法の一例として汚染土壌改良工法を挙げ、その実施に用いる地盤改良材の一例として埋め戻し材(良質土/改良土)を挙げる。
工程a: 位置セット
工程b: 掘削・排土
工程c: 埋め戻し材投入・排出・締め固め(引き抜き)
本実施形態では図2に示すように、改良対象地盤を格子状の複数のマス目領域に区画し、各マス目領域ごとに、以下詳述する工程を実施して対象地盤を改良する。施工にあたっては、図2に示すように、前述した構成の地盤改良装置を具備する重機を改良対象地盤の上に移動させ、図3(a)に示すとおり矩形ケーシングを地盤上の所定位置に立設する。このとき、重機のウインチからワイヤを繰り出し、矩形ケーシング5内の下端側に設けられたバケット41,42を対象地盤に接地させる。
図3(b)に示す掘削・排土の工程は、掘削工程と排土工程を含んでいる。
以下各工程について説明する。
具体的な掘削方法を図4A,図4B,図4C,図4Dに示す。
同図に示すとおり、掘削工程では、油圧シリンダー43の伸縮を繰り返すことにより、そのシリンダーロッド先端に連結されたバケット41,42の開閉を繰り返す。バケット41,42の先端には、掘削ビット45,46が固設されているので、バケットの開閉を繰り返すことで、対象地盤が掘削される。
スパイラル突出部71に掘削土砂が集まった状態で可動式スパイラル61を回動させると、掘削土砂は、当該スパイラル61のフィンによって上方に持ち上げられ、排土用ケーシングパイプ63の内側に閉じ込められる。可動式スパイラル61を続けて回動させると、掘削土砂は、排土用ケーシングパイプ63の内側を上に向かって移動する。
上述した掘削と排土を繰り返して、矩形ケーシング5の下端(掘削下端)が目標深度に到達したら、図3(c)に示す「埋め戻し材投入・排出・締め固め(引き抜き)の工程」に移る。この工程は、埋め戻し材投入工程、埋め戻し材の充填・締め固め(引き抜き)工程を含んでいる。
以下各工程について説明する。
図7A,図7B,図7Cに示すように、地盤に貫入させた矩形ケーシング5の深度に応じて、適切な高さ位置にある開閉式埋め戻し材投入口31を開ける。そして、図3(c)に示すように、ホイルローダーを利用して埋め戻し材を矩形ケーシングの内側に投入する。
掘削下端が所定深度に達し、上述した埋め戻し材の投入が完了したら、図8Bおよび図9(a)に示すように、バケット底面側のスライド式排出扉53,54を開けて、バケット底面排出口51,52を開放する。これにより、バケット41,42内の埋め戻し材が排出口51,52を介して排出され、掘削跡に充填される。
一方、矩形ケーシング内に投入され、地盤内に充填される地盤改良材(良質土や改良土)は、矩形ケーシング内の貯蔵槽33、バケット41,42(バケット内分離板47,48で仕切られた外側寄り空間)などを含んで構成される「改良材経路」を通じて、地盤内に充填される。
排土経路と改良材経路は、別経路、つまり交わることが無い別個独立の経路として構成されている。
つまり、排土経路と改良材経路が別経路で構成されているので、施工時において掘削土砂と埋め戻し材が混合することがない。
上述した実施形態は、特許請求の範囲に記載した本発明の例示であって、本発明の形態は必ずしもこれに限定されるものではない。
図12に示す変形例の矩形ケーシングは、該矩形ケーシングの内側であってその下端側に設けられた圧力隔壁と、この圧力隔壁より下の加圧用空間に向かって圧縮空気を吐出する加圧装置と、を具備している。加圧装置の圧縮空気用流路はエアーコンプレッサに接続されている。
このような構成によれば、矩形ケーシング下端側の内側空間の気圧を高めることができるので、掘削や埋め戻しの際に矩形ケーシング内への地下水の流入を阻止することが可能になる。
上述した本発明によれば、矩形ケーシングを用いることで掘削形状が四角形になって、未改良部分を無くすためのラップ幅を大幅に減らすことができる。したがって、施工無駄が大幅に減って、効率の良い作業が可能になる。
3 重機
5 矩形ケーシング(平面視矩形のケーシングパイプ)
7 掘削締め固め装置
10 排土装置
11 回転駆動装置(オーガーモーター)
13 リーダ
21 排土シュート
23 排土ゲート
31 開閉式埋め戻し材投入口
33 埋め戻し材貯蔵槽
35 埋め戻し材バケット投入扉
37 油圧シリンダー
41 バケット
42 バケット
43 油圧シリンダー
45 掘削ビット
46 掘削ビット
47 バケット内分離板
48 バケット内分離板
51 排出口
52 排出口
53 スライド式排出扉
54 スライド式排出扉
55 開閉用油圧シリンダー
56 開閉用油圧シリンダー
57 押し抜き用油圧シリンダー
61 可動式スパイラル
63 排土用ケーシングパイプ
65 排土口
67 スライド式排土扉
69 エアージェット噴射装置
71 スパイラル突出部
Claims (7)
- 汚染された土壌を良質土に置き換える汚染土壌改良工事で用いる装置であって、
上げ下げ可能に設けられた矩形ケーシングと、
前記矩形ケーシングの下方の地盤を掘削するための掘削手段と、
前記矩形ケーシングに設けられ、掘削土砂を前記矩形ケーシングの内側を介して排土するための排土手段と、
前記矩形ケーシングに設けられ、地盤改良材を地盤内に充填するための改良材経路と、
を有しており、
排土する掘削土砂と地盤内に充填される地盤改良材とが混合しないように、前記改良材経路が設けられている、ことを特徴とする地盤改良装置。 - 前記排土手段は、
矩形ケーシングの内側に設けられ、掘削土砂を上方に移動させるためのスパイラルと、
上方に移動してきた土砂を矩形ケーシングの外側に排出するための排出路と、
を含んで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の地盤改良装置。 - 前記矩形ケーシングを介して地盤内に充填された地盤改良材を締固めるための締固め手段を、更に有することを特徴とする請求項1又は2に記載の地盤改良装置。
- 請求項1に記載の装置を用いて汚染された土壌を良質土に置き換える工法であって、
上げ下げ可能に設けられた矩形ケーシングを地盤上に立設する工程と、
掘削の進行に伴って前記矩形ケーシングが地盤内に貫入するように、ケーシング下方の地盤を掘削する工程と、
掘削に伴って生じた土砂を矩形ケーシングの外部に排出する工程と、
を含むことを特徴とする地盤改良工法。 - ケーシング下端が目標深度に達した後、地盤改良材をケーシング内側を通じて地盤内に充填する工程を、更に含むことを特徴とする請求項4に記載の地盤改良工法。
- 地盤内に充填された前記地盤改良材を締固める工程を、更に含むことを特徴とする請求項5に記載の地盤改良工法。
- 改良対象地盤を格子状の複数のマス目領域に区画し、各マス目領域ごとに前記工程を実施して対象地盤を改良する、ことを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載の地盤改良工法。
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