JP6404760B2 - 地盤改良装置、地盤改良工法 - Google Patents

Description

本発明は、平面視矩形のケーシングパイプと、この矩形ケーシングを具備する地盤改良装置と、この地盤改良装置を用いた地盤改良工法と、前記矩形ケーシングを具備する掘削装置の技術に関するものである。

従来より、汚染土壌改良や液状化対策を目的とする種々の地盤改良工法が開発され、我が国において広く実施されている。これらの地盤改良工法では、掘削工程において断面円形のケーシング（円形ケーシング／円筒鋼管）が用いられている。

図１３には、地盤改良工法の１種である汚染土壌改良工法であって、円形ケーシングを用いた施工事例が示されている。図１３に示すような汚染土壌改良工法では、施工対象地盤を複数の領域に区画し、各領域ごとに地盤改良が実施される。

しかしながら、円形ケーシングを用いた地盤改良では掘削形状が円形になるため、区画した各領域をラップさせない場合には、未改良部分が発生するといった問題がある。また、そのような未改良部分を残さないよう施工する場合には、区画した各領域（隣接する施工領域）を大幅にラップさせる必要があり、施工無駄が発生するといった問題があった。

そこで、上述した課題に鑑み、本発明の目的は、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地盤改良装置と地盤改良工法を提供することにある。
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。

上記目的は、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、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、を有する地盤改良装置によって達成される。

上記地盤改良装置において、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。

また上記地盤改良装置は、地盤改良材を地盤内に充填するための改良材経路を具備し、
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。

また上記地盤改良装置は、前記矩形ケーシングを介して地盤内に投入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している。

また上記目的は、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、を含む地盤改良工法によって達成される。

上記地盤改良工法は、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投入する工程を、更に含んでいる。

また上記地盤改良工法は、地盤内に投入された前記地盤改良材を締固める工程を、更に含んでいる。

また上記地盤改良工法では、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ようになっている。

また上記目的は、重機を使って上げ下げすることができ、掘削の進行に伴って地盤に貫入するように構成された、平面視矩形のケーシングパイプによって達成される。

また上記目的は、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、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、を有する掘削装置によって達成される。

本発明の地盤改良装置は、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、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、を有する。
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。

本発明の地盤改良装置において排土手段は、矩形ケーシングの内側で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を、含んで構成される。
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。

本発明の地盤改良装置は更に、地盤改良材を地盤内に充填するための改良材経路を具備しており、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。このような構成は、特に汚染土壌改良工事などに用いられる地盤改良装置で採用することが好ましい。
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。

本発明の地盤改良装置は、更に、矩形ケーシングを介して地盤内に投入された地盤改良材を締固めるための締固め手段を備えている。
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。

本発明の地盤改良工法は、上げ下げ自在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。
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。

本発明の地盤改良工法は、ケーシング下端が目標深度に達した後、矩形ケーシングの内側を掘削・排土し、地盤改良材をケーシング内側を通じて地盤内に投入する。
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。

本発明の地盤改良工法では、地盤内に投入された前記地盤改良材を締固める。
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。

本発明の地盤改良工法では、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。このようにマス目状に改良することで、少ないラップ量で未改良部分を無くすことが可能になる。

本発明の矩形ケーシングは、重機を使って上げ下げすることができ、掘削の進行に伴って地盤に貫入するように構成されている。
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。

本発明の掘削装置は、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、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、を有する。
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。

本発明に係る地盤改良装置の一例を概略的に示す側面図と正面図である。 本発明に係る地盤改良工法の施工状況の一例を示す平面図である。 本発明に係る地盤改良工法の施工手順を概略的に示す図である。 本発明の地盤改良工法における掘削方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における掘削方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における掘削方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における掘削方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における排土方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における排土方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における排土方法と、この方法で用いる排土用ケーシングパイプ、スライド式開口部を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における排土方法と、この方法で用いる排土用ケーシングパイプ、スライド式開口部を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における埋め戻し材投入方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における埋め戻し材投入方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における埋め戻し材投入方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における埋め戻し材排出方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における埋め戻し材排出方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における埋め戻し材締め固め方法、矩形ケーシング引き抜き方法を示す説明図である。 本発明の地盤改良工法における排土用スパイラルの上下動を示す説明図である。 本発明に係る地盤改良装置の変形例を概略的に示す側面図と正面図である。 本発明に係る地盤改良装置の変形例を概略的に示す図であって、掘削時と埋め戻し時の様子を示す図である。 従来の地盤改良工法における施工状況を示す平面図である。

本発明は、平面視矩形のケーシングパイプと、この矩形ケーシングを具備する地盤改良装置と、この地盤改良装置を用いた地盤改良工法と、前記矩形ケーシングを具備する掘削装置の技術に関するものである。
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。

（地盤改良装置）
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。

図１に示すとおり、地盤改良装置１は、主として、
・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。

重機３には、回転駆動装置１１やそれに連結された矩形ケーシング５などを昇降させるためのウインチのほか、コンプレッサーや発電機が設けられている。なお、本実施形態ではリーダ１３を備えた重機を使用しているが、本発明で利用可能な重機はこれに限定されず、例えば回転駆動装置や矩形ケーシングを吊り下げ可能なクローラークレーンなどを利用してもよい。

矩形ケーシング５は、地盤に貫入させる平面視矩形（断面四角形）のケーシングパイプであり、その下端側には貫入抵抗を緩和するためのビットが突設されている。この矩形ケーシング５は、回転駆動装置１１と一体となって昇降するように、該回転駆動装置１１の下端側に連結されている。また、矩形ケーシング５は、鉛直姿勢を保った状態でリーダ１３に沿って自在に昇降できるように、該リーダに支持されている。
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（掘削手段／充填・締め固め手段）は、矩形ケーシング５の下端側であって、該ケーシンングの内側に設けられている。この掘削締め固め装置７は、矩形ケーシング５の下方の地盤を掘削する役割を担うほか、掘削された地盤内に埋め戻し材（地盤改良材）を充填して締固める役割を担っている。本実施形態において掘削締め固め装置７は、一例として、図４Ａ〜Ｄに示すような油圧駆動式のバケットタイプの装置で構成されている。
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（排土手段）は、矩形ケーシング５の内側に設けられている。この排土装置１０は、上記掘削締め固め装置７による掘削によって生じた掘削土砂を上方に移動させて、矩形ケーシング５の外部の地表側に排出する役割を担っている。本実施形態において排土装置１０は、一例として、排土用ケーシングパイプ６３や可動式スパイラル６１などで構成されている。
排土装置１０の具体的構成については後述する。

回転駆動装置１１は、排土装置１０の可動式スパイラル６１を回動させる役割を担っている。可動式スパイラル６１を回動させることで、掘削土砂が排土用ケーシングパイプ６３の内側を通ってリフトアップする。この回転駆動装置１１は、リーダ１３に沿って自在に昇降できるように設けられ、重機３のウインチに繋がるワイヤに連結されている。回転駆動装置１１の下端側は、矩形ケーシング５の上端側に連結されており、両者が一体となってリーダ１３に沿って昇降するようになっている。

リーダ１３は重機３によって鉛直に支持されており、回転駆動装置１１や矩形ケーシング５を昇降可能に支持している。重機３のウインチを作動させることで、回転駆動装置１１や矩形ケーシング５が一体となってリーダ１３に沿って昇降する。そして、リーダ１３に沿って矩形ケーシング５を地盤に貫入させることで、該矩形ケーシングの鉛直姿勢を保つことができ、その結果、施工品質を良好に保つことが可能になる。

（矩形ケーシングの構成）
次に、矩形ケーシング５の具体的構成について説明する。

矩形ケーシング５は、主として、「掘削土砂の排出に係る構成」と、「埋め戻し材の投入に係る構成」を具備している。
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。

矩形ケーシング５は上げ下げ可能に設けられており、図５Ａに示すように、
・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。

排土シュート２１（排出路）は、矩形ケーシング５の内側の異なる高さ位置に複数設けられている。この排土シュート２１は、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を、排土ゲート２３の方へガイドする役割を担っている。

排土ゲート２３（排出路）は回動自在に軸支されており、掘削土砂を排出するときには、図５Ａ右側に示すように開いた状態にセットされる。
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。

次に、矩形ケーシング５が具備する「埋め戻し材の投入に係る構成」について説明する。

矩形ケーシング５は、前述した構成のほか、図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃに示すように、
・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。

埋め戻し材投入口３１は、矩形ケーシング５の側部の異なる高さ位置に複数段設けられている。矩形ケーシング５の深度に応じ、適切な高さ位置にある開閉式埋め戻し材投入口３１を介して、埋め戻し材を矩形ケーシング５内に投入する。なお、埋め戻し材を矩形ケーシング内に投入する際には、例えば図２及び図３に示すようにホイルローダーを利用する。

埋め戻し材貯蔵槽３３は、矩形ケーシング５の内側であって、バケット４１，４２の上方に設けられている。埋め戻し材投入口３３のいずれかを介して投入された埋め戻し材は、貯蔵槽３３に一時的に貯留される。

埋め戻し材バケット投入扉３５は、貯蔵槽３３の下端側に開閉自在に設けられており、埋め戻し材を貯蔵槽３３に一時的に貯留するための開閉式の底蓋として機能する。この底蓋（埋め戻し材バケット投入扉３５）が閉じた状態では、投入された埋め戻し材は、貯蔵槽３３に一時的に貯留される。底蓋が開いた状態では、貯蔵槽３３内の埋め戻し材がバケットの方へ向かって移動する。

油圧シリンダー３７のシリンダーロッドは、埋め戻し材バケット投入扉３５に連結されている。この油圧シリンダー３７を作動させることで、埋め戻し材バケット投入扉３５が開いて、貯留されている埋め戻し材をバケット４１，４２に向かって移動させることができる。なお、本実施形態では、埋め戻し材バケット投入扉３５を開閉させる手段として油圧シリンダー３７を利用しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばエアーシリンダーなどを利用することも可能である。

（掘削締め固め装置の構成）
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。

掘削締め固め装置７は、図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃ，図４Ｄに示すように、バケットタイプの装置で構成され、主として、
・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。

２本の油圧シリンダー４３が具備するシリンダーロッドを伸縮させることで、そのシリンダーロッド先端に連結されたバケット４１，４２を開閉させることができる。

バケット４１，４２は、
・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。

バケット内分離板４７，４８は、図４Ｃ(f)に示すようにそれぞれ略ハーフコーン状に形成されおり、また、図４Ｃ(e)の右側に示すように閉じることでバケット内分離板４７，４８が組み合わさって、円錐台形状の囲いを形成するようになっている。このバケット内分離板４７，４８は、バケット４１，４２の内側に固設されており、油圧シリンダー４３を駆動させることで外側のバケット４１，４２と一体となって開閉する。

このバケット内分離板４７，４８はバケット内の空間を仕切っており、
・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。

上記構成のバケット４１，４２は、その内側のバケット内分離板４７，４８が閉じた状態で可動式スパイラルのスパイラル突出部７１（排土用ケーシンングパイプ６３の下端開口部から突き出た部分）を囲うように、取り付けられている。バケット内分離板４７，４８が閉じた状態では、該バケット内分離板４７，４８は、円錐台形状の囲いを形成してスパイラル突出部７１を包囲する。バケット内分離板４７，４８によって形成される円錐台形状の囲いは、図４Ｃ(j)に示すように、排土用ケーシングパイプ６３の下端に延設したような外観に位置決めされる。つまり、バケット内分離板４７，４８が閉じると、排土用ケーシングパイプ６３の長さが機能的に延長することになる。

したがって図４Ｃ(e)に示すように、油圧シリンダーが駆動してバケット４１，４２が閉じ始めると、該バケット先端に設けられた掘削ビット４５，４６によって、矩形ケーシング５の下方の地盤が掘削され、それとともに、バケット内分離板４７，４８が閉じて、掘削土砂が該バケット内分離板４７，４８によってスパイラル突出部７１の周囲に集められる。バケット内分離板４７，４８によって集められた土砂は、図４Ｄに示すように、可動式スパイラル６１の回転により排土用ケーシングパイプ６３の中を上に向かって移動する。

次に、掘削締め固め装置７が有する「充填・締め固め機能」に係る構成について説明する。

図８Ａ，図８Ｂに示すように、掘削締め固め装置７は前述した掘削機能に係る構成に加えて、
・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。

排土口５１，５２は、バケット４１，４２のそれぞれの底面側に形成されている。前述した矩形ケーシング５の埋め戻し材貯蔵槽３３から埋め戻し材が排出されると、該埋め戻し材はバケット４１，４２内の外側寄り（バケット内分離板４７，４８の外側の空間）に一時的に貯留され、スライド式排土扉５３，５４が開いたタイミングで、排出口５１，５２から排出される。

スライド式排出扉５３，５４は回動可能に軸支されており、弧を描いてスライド可能に取り付けられている。このスライド式排土扉５３，５４は、必要に応じて排出口５１，５２を開放したり塞いだりする部材である。
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。

押し抜き用油圧シリンダー５７は、バケット４１，４２を含む掘削締め固め装置７の全体を押し引き可能に設けられている。この押し抜き用油圧シリンダー５７の支持部は、矩形ケーシング５に対して固定されている。つまり、押し抜き用油圧シリンダー５７の支持部は、矩形ケーシング５と一体である。

バケット４１，４２内から排出され、掘削跡やバケット引き抜き跡に充填された埋め戻し材を締め固める際には、スライド式排土扉５３，５４を閉じた状態で押し抜き用シリンダー５７を駆動させ、バケット４１，４２の押し抜き力により該埋め戻し材を締め固める。

（排土装置の構成）
次に、排土装置（排土手段）の具体的構成について説明する。

図１に示す排土装置１０は、矩形ケーシング５の内側に設けられている。この排土装置１０は、掘削締め固め装置７による掘削によって生じた掘削土砂を、矩形ケーシング５の内側を介して上方に移動させて、該ケーシングの外部に排出する役割を担っている。

この排土装置１０は、図１，図５Ａ，図５Ｂ，図６Ａ，図６Ｂに示すとおり、
・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。

可動式スパイラル６１は、排土用ケーシングパイプ６３が挿通した状態で、矩形ケーシング５の内側に設けられている。また、その下端側が排土用ケーシングパイプ６３の下端開口部から突き出るように設けられている。可動式スパイラル６１の突き出た部分（スパイラル突出部７１）は、図４Ｃ右側に示すように、バケット４１，４２が閉じた状態でバケット内分離板４７，４８によって包囲される。

排土用ケーシングパイプ６３は、矩形ケーシング５の内側に設けられている。この排土用ケーシングパイプ６３は、可動式スパイラル６１と協動して、掘削土砂をリフトアップさせる。図４Ｄに示すように、バケット４１，４２を閉じた状態で可動式スパイラル６１を回動させると、バケット内分離板４７，４８によって集められた掘削土砂が、スパイラル６１のフィンによって上方に搬送される。

複数の排土口６５は、排土用ケーシングパイプ６３の異なる高さ位置に形成されている。掘削深度に応じて、適切な位置の排土口から掘削土砂が排出される。

各排土口６５には、図５Ａ，図５Ｂに示すように、スライド式排土扉６７が設けられている。この排土扉６７は略ハーフパイプ状に形成され、排土用ケーシングパイプ６３の周面に沿ってスライド可能に設けられている。なお、排土口６５に設けられるスライド式排土扉６７は、本実施形態では油圧シリンダーを利用して開閉させているが、エアーシリンダーなどの他の手段を利用して開閉させてもよい。

また、排土口６５には、図５Ａ，図６Ａに示すように、前述した矩形ケーシング内側の排土シュート２１（排出路）が連結されている。この排土シュート２１（排出路）は、排土口６５から排出された掘削土砂を開閉式排土ゲート２３の方へガイドする役割を担っている。つまり、排土口６５は、排土シュート２１および開閉式排土ゲート２３と協動して、掘削土砂を矩形ケーシング５の外部に外出する。

図６Ａ，図６Ｂに示すエアージェット噴射装置６９は、エアーコンプレッサに接続された圧縮空気用流路などを含んで構成されている。エアージェット噴射装置６９によって噴射される圧縮空気は、排土口６５を介して排出される掘削土砂に向けて噴射され、当該掘削土砂に対して流動を促す。これにより、排土口６５を介して排出される掘削土砂が、スムーズに排土シュート２１を滑り落ち、排土ゲート２３から排出されることになる。

なお本実施形態では一例として、上記構成の排土装置１０と、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と、エアージェット噴射装置６９などの組み合わせで、特許請求の範囲に記載の「排土手段」を構成している。
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。

（地盤改良工法）
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。

地盤改良工法の一種である本実施形態の汚染土壌改良工法は、図３に示すとおり、大きく分けて次の３つの工程に分かれる。
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）

以下、汚染土壌改良工法の主な工程について説明する。

＜工程ａ＞ 位置セット
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。

＜工程ｂ＞ 掘削・排土
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。

＜工程ｂ１＞ 掘削
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。

バケット４１，４２の開閉によって生じた掘削土砂は、該バケットを閉じるときにその内側のバケット内分離板４７，４８によって、スパイラル突出部７１の周囲に集められる。図４Ｃ(k)に示すように、スパイラル突出部７１は、排土用ケーシングパイプ６３の下端開口部から突き出している。

＜工程ｂ２＞ 排土
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。

一方で、掘削土砂を排土する際には、図５Ａに示すように排土扉６７をスライドさせて、適切な高さ位置にある排土口６５を開けておく。また同図に示すように、この排土口６５と機能的に連係する排土ゲート２３を開いておく。

排土用ケーシングパイプ６３内でリフトアップしてきた掘削土砂が、開口した排土口６５に到達すると、エアージェット噴射装置６９からの空気圧（エアージェット）を受け、排土シュート２１（排出路）の方へ移動する。排土シュート２１を伝って滑り落ちた掘削土砂は、排土ゲート２３（排出路）を介して矩形ケーシング５の外へ排出される。

なお、排土口６５、排土シュート２１、排土ゲート２３の組み合わせからなる排土ルートは、複数箇所に設けられているので、掘削深度に応じて使用する排土ルートを変えることができる。

上述した掘削と排土を繰り返すと、矩形ケーシング５が鉛直姿勢を保った状態で、リーダ１３に沿って下降する。したがって、掘削と排土の進行に伴って矩形ケーシング５が自重によって地盤内に貫入して行く。掘削と排土を繰り返して矩形ケーシング下端が目標深度に達したら、後述するとおり、埋め戻し材（地盤改良材）を矩形ケーシング内側を通じて地盤内に投入する。

なお、掘削・排土の工程では、バケット４１，４２の下端に過大な荷重が加わらないように、ウインチを利用して回転駆動装置１１と矩形ケーシング５に対してある程度引っ張り力を与えた状態で、該矩形ケーシングを降下させる（地盤内に貫入させる）ことが好ましい。つまり、矩形ケーシング５をある程度吊り込んだ状態で、該矩形ケーシングを貫入させて行くことが好ましい。

＜工程ｃ＞ 埋め戻し材投入・排出・締め固め（引き抜き）
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。

＜工程ｃ１＞ 埋め戻し材投入
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。

開閉式埋め戻し材投入口３１を介して矩形ケーシング５内に投入された埋め戻し材は、図７Ｃ左側に示すように、該ケーシング内の貯蔵層３３に一旦貯留される。貯蔵層３３の下端側には、バケット投入扉３５が設けられていて、バケット方向への埋め戻し材の移動タイミングや移動量を制限している。

続いて、適当なタイミングで、図７Ｃ右側に示すように、油圧シリンダー３７を作動させてバケット投入扉３５を開く。これにより、貯蔵層３３にある埋め戻し材が、バケット４１，４２内の外寄りの空間（バケット内分離板４７，４８の外側）に移動する。

＜工程ｃ２＞ 埋め戻し材の充填・締め固め（引き抜き）
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。

続いて図９(b)に示すように、押し抜き用油圧シリンダー５７のシリンダーロッドを縮退させて、バケット４１，４２の全体を引き上げる。この動作によって、バケット４１，４２内の埋め戻し材が排出されて、引き抜き跡に充填される。

次に図９(c)に示すように、バケット底面排出口５１，５２を閉じて、押し抜き用油圧シリンダー５７のシリンダーロッドを伸ばすことでバケット底面側を排出済み埋め戻し材に押し付ける。これにより、掘削跡・引き抜き跡に充填された埋め戻し材の全体が、バケット底面によって加圧されて、締め固められる。

そして図９(d)に示すように、更に押し抜き用油圧シリンダー５７を伸ばすと、締め固められた埋め戻し材の反力が、バケット４１，４２を介して矩形ケーシング５を押し上げる。つまり、締め固められた埋め戻し材に対してバケット４１，４２を押し付けることで、押し抜き用油圧シリンダー５７の伸展距離だけ矩形ケーシング５を引き抜くことができる。

以上のとおり、本実施形態によれば、掘削によって生じた掘削土砂は、バケット４１，４２（バケット内分離板４７，４８で仕切られた内側寄り空間）、排土用ケーシングパイプ６３、排土シュート２１、排土ゲート２３などを含んで構成される「排土経路」を通じて、矩形ケーシング５の外部に排出される。
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。

なお、埋め戻し材の締め固めを行う際に、排土用スパイラルが固定されていると、バケットを閉じた状態での上下動作の障害となる。そこで図１０に示すように、本実施形態では、排土用スパイラルの上部取り付け部分を可動式にすることにより障害とならないようにしている。

以後は、図９に示す「埋め戻し材の充填・締め固め（引き抜き）」の手順を繰り返して、矩形ケーシング５を地盤内から引き抜く。矩形ケーシング５の引き抜きが完了すると、その位置（四角形のマス目領域）での汚染土壌改良が完了する。続いて、隣接するマス目領域（図２参照）に重機を移動して、前述した工程を実施する。

隣接するマス目領域に移って施工する場合には、施工済マス目領域と、今回改良するマス目領域とが、僅かに（例えば１０ｃｍ程度）ラップするように、矩形ケーシングを位置決めする。これにより未改良部分を無くすことができる。

（その他の実施形態）
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。

例えば、上述した実施形態では、掘削手段の一例として、掘削ビットなどを備えたバケットタイプの装置を例示したが、掘削手段の構成は必ずしもこれに限定されない。例えば、図１１の変形例に示すように、掘削手段として、回転駆動式の掘削装置を利用することも可能である。

また、矩形ケーシングを利用した掘削や埋め戻しを行う際に、矩形ケーシング内へ地下水が浸入することを防ぐための構成を、該矩形ケーシングに付加してもよい。そのような地下水浸入防止構造を備えた変形例を図１２に例示する。
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。

また、バケットタイプの掘削装置、回転駆動式の掘削装置、打撃掘削式の掘削装置、といった種々のタイプの掘削手段をあらかじめ用意し、施工現場の条件等に応じて掘削手段を付け替えることができるように装置を構成してもよい。

また、上述した実施形態では、汚染土壌改良工法などの地盤改良工事に使用することを前提として、地盤改良装置の具体的構成についてしたが、当該装置の用途は必ずしもこれに限定されない。例えば、前述した矩形ケーシング、掘削手段、排土手段といった構成を備える装置を、掘削装置として提供し使用することも可能である。このような掘削装置は、四角形の掘削を伴う工事において広く活用することが可能である。

（本発明の効果）
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。

また、矩形ケーシングを介して地盤内に投入された地盤改良材を締固めるための締固め手段を備えているので、本発明に係る装置を、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。

１ 地盤改良装置
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。