地盤改良体造成方法
【課題】斜め方向や水平方向に地盤改良をおこなう場合であっても、精度のよい排土管理、排土量の低減、精度のよい改良材の量管理を実現でき、所望出来型の地盤改良体を造成でき、周辺地盤への影響が生じ難い地盤改良体造成方法を提供すること。
【解決手段】攪拌翼３，３を閉じて地盤改良体造成装置１０を地盤Ｇ内に前進させ、攪拌翼３，３を開いてロッド２と攪拌翼３，３を前進させながら削孔をおこない、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間Ｆを形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間Ｓを形成するステップ、攪拌翼を閉じてロッド２と攪拌翼３，３を後退させ、攪拌翼３，３を再度開いてロッド２と攪拌翼３，３を前進させて改良材収容空間Ｓに到達させ、改良材と地盤を攪拌混合しながらロッド２と攪拌翼３，３の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体Ｐ１を造成するステップからなる。
【解決手段】攪拌翼３，３を閉じて地盤改良体造成装置１０を地盤Ｇ内に前進させ、攪拌翼３，３を開いてロッド２と攪拌翼３，３を前進させながら削孔をおこない、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間Ｆを形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間Ｓを形成するステップ、攪拌翼を閉じてロッド２と攪拌翼３，３を後退させ、攪拌翼３，３を再度開いてロッド２と攪拌翼３，３を前進させて改良材収容空間Ｓに到達させ、改良材と地盤を攪拌混合しながらロッド２と攪拌翼３，３の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体Ｐ１を造成するステップからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤内に地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
新規の構造物を建設するに当たり、その直下の地盤には必要に応じて地盤改良がおこなわれる。具体的には、所望の支持力を具備しない地盤や圧密沈下の可能性の高い軟弱な地盤、液状化の危険性のある地盤などに対して、多岐に亘る地盤改良工法の中から、工費や工期、地盤性状、改良目的（支持力増強、液状化対策、圧密沈下対策、すべり対策など）に応じて好適な改良工法が選定されることになる。
【０００３】
新規の構造物の直下に地盤改良をおこなう場合には、改良対象地盤中に鉛直方向に掘削をおこなったり、セメント系深層混合処理工法（ＣＤＭ工法）やコラムジェットグラウト工法（ＣＪＧ工法）といった工法で所望径の地盤改良体（地盤改良杭）を鉛直方向に造成した後に構造物の建設がおこなわれることから、地盤改良施工に際して構造物が障害となることは少ない。
【０００４】
しかしながら、道路や鉄道、地下道や地下共同溝、上下水道施設といった各種インフラ施設、ビルやマンションなどの既設の構造物の直下地盤に地盤改良をおこなう場合には、地上から鉛直方向に地盤改良杭などを施工することができないことから、斜め方向もしくは水平方向に地盤改良体造成装置を掘進させながら対象地盤に斜め方向もしくは水平方向に延びる地盤改良杭を施工することがおこなわれている。なお、たとえば特許文献１，２には、水平方向に地盤改良をおこなう施工方法に関する技術の開示がある。
【０００５】
このように、たとえば既設構造物の直下地盤に対して斜め方向もしくは水平方向に地盤改良体を造成するに当たっては、鉛直方向に地盤改良をおこなう場合と比べて、排土量や周辺地盤への影響の問題、所望強度を有して出来型が確保された地盤改良体の施工が困難であるといった問題がある。
【０００６】
排土量に関し、鉛直方向の地盤改良においてはセメントミルク等の改良材の圧入によって自然に地表面に排土された泥土を処理すればよいのに対して、斜め方向や水平方向の地盤改良では泥土を特定の斜め方向や水平方向の経路を経て排土させる必要があるため、排土管理は極めて難しく、これに起因して排土量が増大し易い傾向にある。
【０００７】
また、斜め方向や水平方向の地盤改良施工は、既設構造物の直下で土被りの浅い場所でおこなわれることが多いが、たとえば強度増加のためにセメントミルク等の改良材の量を増やした場合には改良材の注入量が多くなるために鉛直方向の改良に比べて施工時の近傍地盤変位の影響が地表面に生じ易く、たとえば地表面が膨れ上がるといった危険性がある。このことから、セメント等の改良材の量管理の精度を鉛直方向施工以上に向上させる必要がある。
【０００８】
さらに、粘土などの自立性の高い地盤に対しては、たとえば地盤内に予め改良体形状に削孔された空間を形成し、ここにセメントミルク等の改良材を注入する、いわゆる「置換型」の改良体造成方法を適用することができる。しかしながら、液状化が懸念される軟弱な砂質地盤などの自立性のない地盤に対しては、先行削孔から改良材注入までの間に空間を維持することが困難であることから、このような置換型の造成方法を適用することはできず、従来法のように原地盤の攪拌と改良材の注入を同時におこないながら斜め方向や水平方向の地盤改良体を造成することになるため、改良材の量に関して高い管理精度を確保することはできない。そして、上記する特許文献１，２で開示される施工方法によっても、斜め方向もしくは水平方向に地盤改良をおこなう際の上記する種々の問題を解決するには至らない。
【０００９】
このように、斜め方向や水平方向に地盤改良体造成装置を掘進させ、地盤内で斜め方向や水平方向に延びる地盤改良体を造成するに当たり、上記する種々の課題を全て解消できる地盤改良体造成方法が確立されていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−７０５１７号公報
【特許文献２】特開平１０−１８３５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、斜め方向や水平方向に地盤改良をおこなう場合であっても、排土管理を精度よくおこなうことができ、排土量を可及的に低減することができ、改良材を精度よく管理できるとともに所望の出来型の地盤改良体を造成することができ、地盤改良エリアにおける地表面の膨れ上がり等、周辺地盤への影響が生じ難い地盤改良体造成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明による地盤改良体造成方法は、回転自在でその先端に拡径自在な攪拌翼を備えたロッドを具備する地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法であって、地盤改良体造成エリアまで先行削孔穴を造成し、攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を先行削孔穴内で前進させ、攪拌翼を開いた姿勢として削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間を形成する第１のステップ、攪拌翼を閉じた姿勢としてロッドと攪拌翼を後退させ、攪拌翼を再度開いた姿勢としてロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながらロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体を造成する第２のステップからなるものである。
【００１３】
本発明の地盤改良体造成方法は、鉛直方向の地盤改良体を造成する際に適用できることは勿論であるが、斜め方向や水平方向の地盤改良体を造成する際にその効果が特に大きいものである。
【００１４】
斜め方向や水平方向に延びる地盤改良体の造成は、道路や鉄道、地下道や地下共同溝、上下水道施設といった各種インフラ施設、ビルやマンションなどの既設の構造物の直下におこなわれるのが一般的であるが、この道路や鉄道が盛土の上に建設されている場合には、盛土直下が施工対象エリアとなる。なお、この盛土に関してさらに言及するに、盛土が対向する法面を有する場合においては、法面の少なくとも法尻に配された抑え材と、抑え材から反対側の法面直下側の地盤内に斜め方向に延びるグラウンドアンカーの先端に本造成方法にて地盤改良体が造成されることになり、これら抑え材と地盤改良体を具備するグラウンドアンカーから盛土の耐震補強構造を形成することができる。
【００１５】
本発明の地盤改良体造成方法は、排土量を可及的に低減すること（余分な排土をおこなわないこと）と、排土管理（セメント等の改良材混じりの排土を可及的に低減して排土処理などの環境影響を可及的に少なくすること）や地盤改良体の出来型管理を精度よくおこなうこと（所望形状および寸法で、しかも改良材が全体的に十分に行き渡っている地盤改良体を造成すること）を主たる目的としている。
【００１６】
まず、たとえば単管削孔を地盤改良体造成エリアまで先行しておこなって先行削孔穴を造成し、次いでこの先行削孔穴内で閉じた姿勢の攪拌翼を先端に具備するロッドを具備する地盤改良体造成装置を前進させ、所定の位置で攪拌翼を開いた姿勢としてロッドと攪拌翼を前進させながら先行削孔穴よりも拡径された削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成する。ここで、単管削孔（単管外返し方式）では、ロータリーやオーガー等の回転式で単管削孔をおこないながら、好ましくは孔壁が安定した先行削孔穴を造成する。
【００１７】
次に、この削孔液収容空間にセメントミルク等の改良材を吐出して削孔液と改良材を置換し、改良材収容空間を形成する（第１のステップ）。
【００１８】
ここで、削孔液は、排土性や孔壁の安定性などの地盤性状等に応じて粘性調整された削孔液が使用される。
【００１９】
そして、削孔液収容空間の形成においては、攪拌翼による削孔と同時に削孔液を吐出することにより、吐出された削孔液によって掘削土が先行削孔穴を介して外部に押出されて排土されることにより、所望容量の削孔液収容空間が形成できる。
【００２０】
この削孔液収容空間内の削孔液は、次に吐出される改良材によって置換されて改良材収容空間が形成されることになるが、この改良材の量は、可及的に少ない量となるように改良材収容空間（もしくは削孔液収容空間）の容量が設定されるのがよい。
【００２１】
削孔液収容空間に改良材を吐出して置換することにより、削孔液は吐出された改良材によって先行削孔穴を介して外部に押出されて排出されることになる。
【００２２】
次に、開いた姿勢の攪拌翼を閉じた姿勢としてロッドを引き戻す。
【００２３】
このロッドの引き戻しにより、閉じた姿勢の攪拌翼は改良材収容空間から後退した掘進経路（先行削孔穴）上の位置に引き戻されることになる。
【００２４】
閉じた姿勢の攪拌翼が改良材収容空間から後退した掘進経路上の位置に引き戻されたら、攪拌翼を再度開いた姿勢としてロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながら、ロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって所望長さの地盤改良体を造成する（第２のステップ）。
【００２５】
ここで、攪拌翼を再度開いた姿勢として削孔をおこない、改良材収容空間に到達させる際には、地盤性状に依存するものの積極的な排土はおこなわない。
【００２６】
地盤改良体が造成されたら、開いた姿勢の攪拌翼を閉じた姿勢とし、引き戻して地盤改良体造成装置の回収がおこなわれる。ここで、地盤改良体造成装置が前進してきた地盤改良体に通じる掘進経路（先行削孔穴）には、必要に応じて別途の改良材が注入されることによって地盤内に空隙箇所を存在させないような事後処理がおこなわれる。
【００２７】
このように、本発明の地盤改良体造成方法は、可及的に少ない量の改良材を施工初期の段階で地中に留め置いておき、この段階で改良材の容量に相当する量の排土をおこない、次に、可及的に排土をおこなわないようにして、攪拌翼（拡径ビット）にて地盤と留め置かれた改良材を攪拌混合しながら地盤改良体を造成するというこれまでにない新規な特徴構成を備えた施工方法である。
【００２８】
改良材収容空間を形成した後に地盤改良体造成装置の掘進経路（先行削孔穴）の手前に少なくとも閉じた姿勢の攪拌翼を引き戻すことにより、既に注入されている改良材が排土経路（先行削孔穴）から排出されるのを解消することができ、改良材のロス量の発生を抑止できる。また、このことと相俟って、改良材の量管理を精度よくおこなうことが可能となり、さらには、改良材混じりの排土の発生を抑制することが可能となり、排土処理における環境への影響を少なくすることができる。
【００２９】
また、排土量の低減と、地盤と改良材の攪拌混合の際には排土を極力おこなわないことから、この攪拌混合の際に地盤改良体の体積が設計値から大幅に変化することが無くなり、地表面が膨れ上がる等の周辺地盤変状の問題も解消される。
【００３０】
また、改良材は予め設定された量が地盤内に留め置かれることから、地盤に改良材を吐出しながら攪拌混合を連続的におこなう従来の方法に比して、改良材の量管理の精度は格段に向上する。これは、たとえば、改良プラントにおける連続ミキサーに対してバッチ式ミキサーの方が管理精度が高くなることと同様の効果である。
【００３１】
さらに、軟弱な砂質地盤などの自立性の無い地盤を改良する場合において、仮に改良材注入後に改良材収容空間の孔壁が崩れた場合であっても、地盤中には必要量の改良材が確保されていることから、その後の攪拌翼による地盤との攪拌混合によって所望形状の地盤改良体を造成することができる。すなわち、対象地盤が自立性の粘性地盤と非自立性の砂質地盤のいずれであっても、本施工方法によって所望の出来型が確保された地盤改良体の造成が可能である。
【００３２】
また、本発明による地盤改良体造成方法の他の実施の形態は、ケーシングと、該ケーシング内をスライドするとともに回転自在であってその先端に拡径自在な攪拌翼を備えたロッドと、から少なくとも構成される地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法であって、攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を地盤内に前進させ、攪拌翼を開いた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を前進させながら削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間を形成する第１のステップ、攪拌翼を閉じた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を後退させ、攪拌翼を再度開いた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながら少なくともロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体を造成する第２のステップからなるものである。
【００３３】
本実施の形態の造成方法は、既述するように先行して単管削孔して先行削孔穴を造成し（単管外返し方式）、この先行削孔穴内で拡径自在な攪拌翼を具備するロッドを前進させる方法に代わって、地盤を先行掘削する（もしくは先行して地盤をほぐす）ケーシングと、このケーシング内でスライド自在に構成され、その先端に拡径自在な攪拌翼（もしくは拡径ビット）を備えた二重管構造の地盤改良体造成装置を適用し、ケーシングによる地盤の先行掘削と、このケーシング内では攪拌翼を閉じた姿勢でスライドさせ、さらにケーシング先端から閉じた姿勢の攪拌翼を出入りさせ、ケーシング先端から張り出した攪拌翼を開いた姿勢として回転させることにより、地盤内に拡径空間を形成したり、地盤と改良材との混合攪拌をおこなうものである（二重管内返し方式）。
【００３４】
この方法形態においては、削孔液収容空間に改良材を吐出して置換した際に、削孔液はケーシングと掘削された地盤の間のクリアランス等を介して外部に排出されることになる。
【００３５】
この方法形態においても、排土量の低減や高精度な改良材の量管理、改良材混じりの排土の抑制に起因する環境への影響低減等を図ることが可能となる。
【００３６】
なお、上記するいずれの方法形態であっても、上記する第１のステップと第２のステップを一度ずつおこなって所望寸法および形状の地盤改良体を造成することのほかに、地盤改良体造成装置の掘進経路の掘進方向の先端領域において、第１のステップと第２のステップをおこなって造成されるべき地盤改良体の一部を造成し、次に、それよりも後方領域において、前記第１のステップと第２のステップをおこなって造成されるべき地盤改良体のさらに一部を造成する方法であってもよい。
【００３７】
この方法により、たとえば長さＬの地盤改良体の造成に際して、長さ１／３Ｌの地盤改良体を連続して掘進方向前方から順に造成して全体として長さＬの地盤改良体を造成することもできるし、掘進経路に沿って長さＬの地盤改良体を間隔を置いて２以上造成することもできる。
【００３８】
また、たとえば対象地盤が砂質地盤の場合には、第１のステップにおいて、攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を地盤内に前進させた後に、ロッドと攪拌翼を攪拌翼が開いた際の径以上の長さだけ後退させ、次いで攪拌翼を開いた姿勢で少なくともロッドと攪拌翼を前進させながら削孔をおこなって削孔液収容空間を形成する。
【００３９】
たとえば開いた姿勢の攪拌翼がφ１２００ｍｍの場合には、地盤改良体造成装置を地盤内に前進させた後に閉じた姿勢の攪拌翼を１２００ｍｍ以上後退させ（手前に引き戻し）、その後に攪拌翼を開いた姿勢として拡径と排土をおこないながら削孔液収容空間を形成する。この方法によれば、砂質地盤の場合において、攪拌翼を開いた姿勢とした後に砂のダイレイタンシー効果による攪拌翼の回転不能を解消することができる。
【発明の効果】
【００４０】
以上の説明から理解できるように、本発明の地盤改良体造成方法によれば、可及的に少ない量の改良材を施工初期の段階で地中に留め置いておき、この段階で改良材の容量に相当する量の排土をおこない、次いで攪拌翼にて地盤と留め置かれた改良材を攪拌混合しながら地盤改良体を造成することにより、余分な排土を無くして排土量を可及的に低減することができ、セメント等の改良材混じりの排土を可及的に低減して排土処理などの環境影響を可及的に少なくすることができ、周辺地盤が変状するといった周辺地盤への影響を低減することができ、地盤改良体の出来型管理を精度よくおこなうことができる。このことは、本発明の地盤改良体造成方法が斜め方向もしくは水平方向に延びる地盤改良体を造成する際に顕著に奏される効果となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の地盤改良体造成方法の一実施の形態で適用される地盤改良体造成装置を示した模式図であって、閉じた姿勢の攪拌翼とロッドがケーシング内に収容されている状態を示した図である。
【図２】図１で示す地盤改良体造成装置において、ケーシングからロッドが張り出し、ロッドからピストンが張り出して開いた姿勢の攪拌翼が形成され、この攪拌翼が回転しながらロッドの外周面から改良材が吐出されている状態を示した図である。
【図３】（ａ）は図２のIIIa−IIIa矢視図であり、（ｂ）は図２のIIIb−IIIb矢視図であり、（ｃ）は図２のIIIc−IIIc矢視図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）、（ｄ）の順に、本発明の地盤改良体造成方法の第１のステップを説明した模式図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）、（ｄ）の順に、本発明の地盤改良体造成方法の第２のステップを説明した模式図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はいずれも、造成される地盤改良体の他の実施の形態を説明した模式図である。
【図７】本発明の地盤改良体造成方法の適用例を説明した模式図である。
【図８】現場施工試験の概要図であり、（ａ）は地盤改良体を透視したモデルの側面図であり、（ｂ）は地盤改良体を透視したモデルの平面図である。
【図９】（ａ）は、試験結果のうち、地盤改良体の供試体の乾燥密度と圧縮強度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、試験結果のうち、地盤改良体の供試体のセメント配合と圧縮強度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照して本発明の地盤改良体造成方法の実施の形態を説明する。
【００４３】
（地盤改良体造成方法の実施の形態１で適用される地盤改良体造成装置）
図１は、本発明の地盤改良体造成方法の実施の形態１で適用される地盤改良体造成装置を示した模式図であって、閉じた姿勢の攪拌翼とロッドがケーシング内に収容されている状態を示した図であり、図２は、地盤改良体造成装置において、ケーシングからロッドが張り出し、ロッドからピストンが張り出して開いた姿勢の攪拌翼が形成され、この攪拌翼が回転しながらロッドの外周面から改良材が吐出されている状態を示した図である。また、図３ａは図２のIIIa−IIIa矢視図であり、図３ｂは図２のIIIb−IIIb矢視図であり、図３ｃは図２のIIIc−IIIc矢視図である。
【００４４】
図示する地盤改良体造成装置１０は、ケーシング１と、ケーシング１内をスライドして該ケーシング１の先端から出入り自在でかつ回転自在な中空のロッド２と、ロッド２の中空２ａ内でスライド自在でかつ流路４ａを内部に備えたピストン４と、ピストン４の先端がロッド２の先端よりも前方に張り出し自在となっていてこのピストン４の先端に回動自在に装着されている少なくとも２つの攪拌翼３，３（もしくは拡径ビット）と、ロッド２の中空２ａ内でピストン４に固設されて該ピストン４の流路４ａに流体連通する内管５と、から大略構成されており、外ケーシングとインナーロッドからなる二重管構造の装置である。
【００４５】
より具体的には、さらに、ケーシング１とロッド２を前進させるスイベル等を備えた不図示の掘削機と、ケーシング１とロッド２の間の流路に提供されて地盤を破砕切削すること、および、ロッド２の中空２ａに提供されてピストン４を押出すための圧力水や高圧の改良材（セメントミルク等）を生成するための圧力エアを提供するコンプレッサ、水を収容して当該流路やロッド２の中空２ａに提供するタンク、セメントミルクや硬化促進剤、遅延剤などの改良材を収容して内管に提供するタンクなどから装置１０の全体が構成される。
【００４６】
ロッド２の中空２ａの壁面には係合溝２ｂが設けてあり、ピストン４の外周には、不図示の付勢手段であるバネによってロッド２の中空壁面側に付勢されている係合キー４ｃが設けてある。
【００４７】
図２で示すように、地盤改良体造成エリアにロッド２を収容するケーシング１が到達すると、ケーシング１内でロッド２がスライドしてケーシング１の先端から閉じた姿勢の攪拌翼３，３が張り出す（Ｘ１方向）。ロッド２の中空２ａと内管５の間には隙間があり、この隙間に加圧流体が提供される（Ｙ１方向）と、加圧流体がピストン４の後方端を流体圧Ｑで前方へ押出してロッド２に対してピストン４を前方へスライドさせる（Ｘ２方向）。ピストン４が所定長さだけスライドすると、ロッド２の中空内壁にある係合溝２ｂとピストン外周で付勢手段にて付勢された状態の係合キー４ｃが係合位置で対向し、係合キー４ｃが係合溝２ｂ内へ入り込んで双方が係合する。
【００４８】
ピストン４が押し込まれてロッド２とピストン４が係合した際には、ピストン４に固定ピン３ａで回動自在に固定されてこのピストン４の先端で閉じた姿勢の攪拌翼３，３の先端が前方の地盤から反力を受け、この反力によって２つの攪拌翼３，３がそれぞれの回動軸３ｃ、３ｃを中心にロッド２の軸方向に対して直交する方向へ回動し（図２のＸ３方向）、開いた姿勢の攪拌翼３，３が形成される。しかも、この攪拌翼３，３が開いた姿勢において、ロッド２とピストン４の双方は係合位置で強固に係合していることから、攪拌翼３に地盤反力が作用してもこの開いた姿勢が保持される。
【００４９】
図１に戻り、ロッド２の肉厚部には改良材が流通する吐出孔２ｃが設けてあり、この吐出孔２ｃは、ロッド２の外周面の吐出口２ｃ１で外部地盤に臨み、ロッド２の中空壁面に設けられた流入口２ｃ２で中空２ａに臨んでいる。
【００５０】
一方、ピストン４には、その内部の流路４ａとその外周面を貫通する貫通孔４ｂが設けてある。図２で示すように、加圧流体によってピストン４が前方へ押出され、ロッド２とピストン４が係合位置で係合した状態において、ピストン４の貫通孔４ｂがロッド２の流入口２ｃ２に位置決めされるようになっている。すなわち、この状態において、内管５と、ピストン４の流路４ａと、ロッド２の吐出孔２ｃは流体連通することになる。
【００５１】
内管５、ピストン４の流路４ａおよびロッド２の吐出孔２ｃが流体連通した状態で、内管５に高圧の改良材を後方から提供すると（図２のＹ２方向）、ピストン４の流路４ａおよび貫通孔４ｂを介し、ロッド２の吐出孔２ｃを介して吐出口２ｃ１からロッド２の外側側方へ高圧の削孔液や改良材が吐出される（図２のＹ３方向）。
【００５２】
図２からも明らかなように、開いた姿勢の２つの攪拌翼３，３に対して、地盤内に吐出される高圧の削孔液や改良材の吐出位置とその吐出方向は、攪拌翼３よりもケーシング１側であり、かつ、攪拌翼３に対して平行もしくは略平行な向きとなる。
【００５３】
なお、図示を省略するが、地盤改良体造成装置１０がさらにパーソナルコンピュータ等に内蔵された制御装置を備えていて、地盤改良体造成装置１０を構成する不図示のベースマシンに設けられた流路であってロッド２に流体連通する該流路の途中位置などに圧力センサを装着しておき、この圧力センサによるセンシングデータが上記する制御装置に送信されるような装置構成としてもよい。係合位置でロッド２の吐出孔２ｃとピストン４の貫通孔４ｂが流体連通した際に、これら流体連通した内部の圧力は、これが外部地盤に連通することで低下する。この低下した圧力に関するセンシングデータがパーソナルコンピュータに送信され、画面上で圧力低下を管理者が確認することで、視認不可な地盤内において２つの攪拌翼３，３が開いた姿勢を形成したことを容易に特定することができる。
【００５４】
（地盤改良体造成方法の実施の形態１）
図４，５を参照して、本発明の地盤改良体造成方法の実施の形態を説明する。ここで、図４は、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順で第１のステップを説明するものであり、次いで図５は、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順で第２のステップを説明するものであり、地盤改良体造成方法の施工フロー図となっている。
【００５５】
図４，５には、原地盤上に既設の構造物の図示が省略されているが、ビルやマンション、各種インフラ施設、盛土などの既設構造物の直下地盤に地盤改良体を造成する方法として説明する。さらに、改良対象の地盤は軟弱な砂質地盤とし、液状化等の危険性のある地盤とする。なお、図示する地盤改良体造成装置１０の掘進方向や形成される地盤改良体Ｐの延設方向は斜め方向であるが、これが水平方向であってもよいことは勿論のことであり、さらには、鉛直方向に地盤改良体を造成する際にも本発明の造成方法が適用できることは勿論のことである。
【００５６】
図１，２で示す地盤改良体造成装置１０は、不図示のクローラタイプのロータリーパーカッションドリル（掘削機）を含むものであり、この掘削機を用いて、ケーシング１内にロッド２を配して地盤改良体造成装置１０を構成し、既設構造物から離れた地表位置から地盤Ｇ内を斜め下方へ地盤改良体造成装置１０を前進させ、この前進する過程でケーシング１とロッド２の間の流路を介して圧力水を地盤に噴射して破砕切削させながら、図４ａで示すようにケーシング１とロッド２を地盤改良体造成エリアに到達させる（Ｚ１方向）。なお、このステップでは、ケーシング１内においてロッド２の軸方向に２つの攪拌翼３，３が閉じた姿勢となっており、この閉じた姿勢における攪拌翼３の長さはＬ１である。
【００５７】
次に、図４ｂで示すように、地盤改良体造成装置１０を地盤内で後退させ（手前に引き戻し）、その後に攪拌翼３，３を開いた姿勢とする。ここで、地盤改良体造成装置１０を後退させる長さは、開いた姿勢の攪拌翼３，３の径程度かそれ以上の長さＬ２とする。このように所定長さだけ地盤改良体造成装置１０を後退させることにより、砂質地盤の場合において、攪拌翼３，３を開いた姿勢とした後に砂のダイレイタンシー効果による攪拌翼３，３の回転不能を解消することができる。
【００５８】
地盤改良体造成装置１０を所定長後退させたら、たとえばケーシング１はそのままの位置とし、ケーシング１に対してロッド２を相対的に前進させ、攪拌翼３，３をケーシング１の先端から張り出した後に開いた姿勢を形成する（Ｘ３方向）。
【００５９】
次いで、図４ｃで示すようにケーシング１に対してロッド２を前方へスライドさせ（Ｘ１方向）、ロッド２のスライドによって開いた姿勢の攪拌翼３，３を前進させながらこれを回転させて（Ｘ４方向）削孔をおこなうとともに、削孔液を地盤内に吐出しながら（Ｙ３方向）排土をおこなって削孔液収容空間Ｆを形成する。ここで、削孔液は、排土性や孔壁の安定性などの地盤性状等に応じて粘性調整された削孔液が使用される。この削孔液収容空間Ｆの形成においては、攪拌翼３，３による削孔と同時に削孔液を吐出することにより、掘削土が吐出された削孔液によって置換され、掘削土はケーシング１と掘削された地盤の間のクリアランスを介して排土されることとなる（Ｒ１方向）。
【００６０】
次に、図４ｄで示すように、この削孔液収容空間Ｆにセメントミルク等の改良材を吐出して削孔液と改良材を置換することにより、改良材収容空間Ｓを形成する。ここで、改良材によって置換された削孔液は、排土の際と同様にケーシング１と掘削された地盤の間のクリアランスを介して排出されることとなる（Ｒ２方向）。
【００６１】
以上で説明する図４ａ〜図４ｄまでのフローが地盤改良体造成方法の第１のステップとなる。この第１のステップでは、地盤内に改良材収容空間Ｓを形成し、ここに改良材を先行して留め置くものである。そして、造成される地盤改良体に必要な量の改良材を地盤との攪拌混合の際に地盤内に吐出する方法に代わり、このように予め所望量の改良材を地盤内に留め置くことにより、改良材の量管理精度は格段に向上する。
【００６２】
次に、図５ａで示すように、開いた姿勢の攪拌翼３，３を閉じた姿勢としてロッド２を長さｔ１に形成された改良材収容空間Ｓから後方へ引き戻す（Ｚ３方向）。なお、このロッド２の引き戻しの際には、必要に応じてケーシング１も同時に引き戻してもよい。
【００６３】
このロッド２の引き戻しにより、閉じた姿勢の攪拌翼３，３は改良材収容空間Ｓから後退した掘進経路上の位置に引き戻されることになる。
【００６４】
閉じた姿勢の攪拌翼３，３が改良材収容空間Ｓから後退した掘進経路上の位置に引き戻されたら、図５ｂで示すように、ケーシング１に対してロッド２を前方へスライドさせ（Ｘ１方向）、閉じた姿勢の攪拌翼３，３をケーシング１の先端から張り出させた後に再度開いた姿勢とし、回転させながら（Ｘ４方向）、ロッド２と攪拌翼３，３を前進させて改良材収容空間Ｓに到達させる。
【００６５】
改良材収容空間Ｓに到達した回転姿勢の攪拌翼３，３は、改良材収容空間Ｓ内の改良材と地盤を攪拌混合する。そして、図５ｃで示すように、この改良材収容空間Ｓの前後領域でロッド２と攪拌翼３，３の前進（Ｘ１方向）と後退（Ｘ１’方向）を繰り返すことにより、図５ｄで示すように、開いた姿勢の攪拌翼３，３の径と同程度の径を有し、ロッド２の前進および後退の際の施工全長程度の長さｔ２を備えた地盤改良体Ｐ１が造成される。
【００６６】
ここで、攪拌翼３，３を再度開いた姿勢として削孔をおこない、改良材収容空間Ｓに到達させる際には、地盤性状に依存するものの積極的な排土はおこなわない。したがって、この地盤改良体造成方法において、確実に排土が実行されるのは削孔液収容空間を形成する際に削孔液によって掘削土が排土される際の一度である。このため、従来の造成方法に比して排土量を格段に低減することが可能となる。
【００６７】
地盤改良体が造成されたら、開いた姿勢の攪拌翼３，３を閉じた姿勢とし、ケーシング１とともに引き戻して地盤改良体造成装置１０の回収がおこなわれる。なお、地盤改良体造成装置１０が掘進してきた地盤改良体Ｐ１に通じる掘進経路には、必要に応じて別途の改良材が注入されて閉塞部Ｐ２が形成され、地盤内に空隙箇所を存在させないような事後処理がおこなわれる。
【００６８】
以上で説明する図５ａ〜図５ｄまでのフローが地盤改良体造成方法の第２のステップとなり、第１、第２のステップを合わせて、二重管内返し方式による地盤改良体造成方法となっている。
【００６９】
このように、本発明の地盤改良体造成方法によれば、可及的に少ない量の改良材を施工初期の段階で地中に留め置いておき、この段階で改良材の容量に相当する量の排土をおこない、次に、可及的に排土をおこなわないようにして、攪拌翼３，３にて地盤と留め置かれた改良材を攪拌混合しながら地盤改良体Ｐ１を造成するものである。改良材収容空間Ｓを形成した後に地盤改良体造成装置１０の掘進経路の手前に少なくとも閉じた姿勢の攪拌翼３，３を引き戻すことにより、既に注入されている改良材が排土経路から排出されるのを解消することができ、改良材のロス量の発生を抑止できる。また、このことと相俟って、改良材の量管理を精度よくおこなうことが可能となり、さらには、改良材混じりの排土の発生を抑制することが可能となり、排土処理における環境への影響を少なくすることができる。また、排土量の低減と、地盤と改良材の攪拌混合の際には排土を極力おこなわないことから、この攪拌混合の際に地盤改良体の体積が設計値から大幅に変化することが無くなり、地表面が膨れ上がる等の周辺地盤変状の問題も解消される。さらに、軟弱な砂質地盤などの自立性の無い地盤を改良する場合において、仮に改良材注入後に改良材収容空間の孔壁が崩れた場合であっても、地盤中には必要量の改良材が確保されていることから、その後の攪拌翼による地盤との攪拌混合によって所望形状の地盤改良体を造成することができる。すなわち、対象地盤が自立性の粘性地盤と非自立性の砂質地盤のいずれであっても、本施工方法によって所望の出来型が確保された地盤改良体の造成が可能である。
【００７０】
また、上記する排土量の低減にともない、セメントミルク等の改良材置換法などよりも改良体中の地盤材分（砂分）が多くなり、改良体の密度向上による単位セメント量当たりの強度向上を図ることができる（このことは、後述の実験結果の説明で詳述する）。さらに、削孔管の機構上、曲がりボーリングなどにおいては既述するようにケーシングと地盤の間のクリアランスを介して排土がおこなわれることになるが、この際には削孔初期の段階で排土が終了することから、クリアランスが閉塞することによる問題は生じ得ない。この問題とは、従来法の曲がりボーリングにおいては削孔後直ちに注入攪拌が完了しない場合にクリアランスが閉塞してしまい、想定外の排土ルートを経た想定外の場所から逸水するといった問題のことである。
【００７１】
（地盤改良体造成方法の実施の形態２，３）
図６ａ，ｂには、地盤改良体造成方法の他の実施の形態２，３によって造成された地盤改良体を示している。
【００７２】
いずれの造成方法も、上記する第１のステップと第２のステップを地盤改良体造成装置１０の掘進方向の先端から掘進経路の後方にかけて順に、複数回実施する造成方法である。
【００７３】
図６ａで示す地盤改良体Ｐ１’は、第１、第２のステップを３回繰返すことによって造成されるものである。具体的には、掘進方向の先端から順に、改良材収容空間Ｓ１を形成した後に地盤改良体Ｐ１ａを造成し、次いで改良材収容空間Ｓ２を形成した後に地盤改良体Ｐ１ｂを造成し、最後に改良材収容空間Ｓ３を形成した後に地盤改良体Ｐ１ｃを造成し、地盤改良体Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃを連続して造成することにより、それらが組み合わされてなる地盤改良体Ｐ１’が造成される。
【００７４】
一方、図６ｂで示す地盤改良体は、２つの地盤改良体Ｐ１ａ、Ｐ１ｂが離れた位置で造成され、双方を繋ぐ経路空間に改良材による閉塞部Ｐ２’が形成されたものである。
【００７５】
（地盤改良体造成方法の実施の形態４）
本実施の形態の地盤改良体造成方法は、実施の形態１のように二重管構造の地盤改良体造成装置を使用する代わりに、単管外返し方式を適用して先行して単管削孔をおこなって地盤改良体造成エリアまで先行削孔穴を造成した後に、この先行削孔穴に攪拌翼を先端に備えた回転自在なロッドを具備する地盤改良体造成装置を前進させて実施の形態１と同様の地盤改良体を造成する方法形態である。この方法では、先行して先行削孔穴を造成することから、先行削孔穴の造成から最終的な地盤改良体の造成までの間における孔壁の安定が確保されるのが望ましい。
【００７６】
この造成方法では、図２で示す二重管構造の装置からの吐出態様と異なり、ロッドからの改良材等の吐出はロッドの先端からおこなうことができ、実施の形態１の方法に比してシンプルな構成の地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体の造成をおこなうことができる。
【００７７】
[本発明の地盤改良体造成方法で地盤改良体の造成をおこなった現場施工試験とその結果]
本発明者等は、直下の基礎地盤の液状化が懸念される既設盛土構造物を対象とした耐震補強法として、基礎地盤内に配した地盤改良体と法面の抑え材による耐震補強構造を考案している。この耐震補強構造は、地震によるある程度の基礎地盤の変位や盛土体の沈下などを許容しながらも自身の形状は保持するなど、盛土体としての機能維持を図ることを可能とした耐震補強構造であり、これまで、遠心模型実験などによってその効果を検証してきている。ここでは、本発明の地盤改良体造成方法を適用して耐震補強構造を構成するアンカー体を造成し、その強度を求める現場施工試験をおこなった。図７は、本発明の地盤改良体造成方法の適用例を説明した模式図であるとともに、本実験対象でもある盛土補強構造の概要を説明した図であり、図８は、現場施工試験の概要図であって、図８ａは地盤改良体を透視したモデルの側面図であり、図８ｂは地盤改良体を透視したモデルの平面図である。
【００７８】
まず、図７を参照して、盛土の耐震補強構造の概要を説明する。図示する既設盛土Ｍは地下水の高い砂質地盤上にあるものであり、盛土Ｍの天端は道路や鉄道路線などのインフラ施設に供されている。地震によって既設盛土Ｍの基礎地盤が液状化した場合には、図示すような基礎地盤の側方への変位が発生し、天端Ｍ１も沈下（δ）することになるが、対策工としては地盤改良等によって液状化の発生を抑制する方法やシートパイルによるせん断変形を抑制する方法などが考えられるものの、既設盛土Ｍの破壊対策としては十分とは言い難い。これに対して、図示する補強構造は、基礎地盤内に配した改良体Ｐａと盛土法面の法尻に配された抑え材Ｈ、およびこれらを結ぶ緊張材Ｔによって構成されるものである。すなわち、液状化によって発生した基礎地盤の水平変位に対して改良体Ｐａの支圧効果によって緊張材Ｔに張力Ｑ２を生じさせ、この張力を反力として法面の抑え材Ｈに付与して盛土における変状発生の初期段階から法面のはらみ出し（はらみ出そうとする力Ｑ１）を積極的に抑え、致命的な破壊にまで至らない効果を期待するものである。
【００７９】
次に、現場施工試験の試験概要と施工状況を説明する。
【００８０】
既設盛土の耐震補強構造を現場施工するに当たっては、液状化の懸念される緩い砂地盤内での改良体の造成方法の確立が課題として挙げられた。図７で説明する補強構造を既往の拡径型のグランドアンカーによる方法に適用した場合、この方法は元々自立性の高い粘土地盤やある程度堅固な砂地盤での適用を想定したもののであるために、砂地盤に対応した施工や品質管理方法を新たに確認する必要がある。そこで、実機を用いた施工試験による確認をおこなった。
【００８１】
本施工試験は、図８ａ，ｂで示すように、地山を最大約３ｍ掘削した箇所に遮水シートを布設し、砂で埋め戻した後に地下水面が地表面となるように飽和させ、さらに高さ２ｍの盛土を造成し、盛土法面部から延長約１０ｍの削孔および改良体の造成をおこなった。埋め戻しには最大粒径２ｍｍで細粒分含有率がほぼゼロの山砂を使用し、埋め戻し・飽和後の試験によってＮ値が１〜２程度であることを確認し、この埋め戻し地盤内で改良体の造成をおこなった。なお、グラウンドアンカーを構成する改良体造成は基礎地盤を掘削後にセメントミルクによる置換を行う、置換型の方法が一般的であるが、セメントが固化するまでの間は粘性を持つ掘削液などによって一時的に掘削孔壁を安定させる必要があり、緩い地盤の場合においてこの安定性の確保ができるか否かが懸念された。一方、削孔当初よりセメントミルクを注入・撹拌しながらソイルセメントを造成する撹拌型の造成方法では、孔壁安定の問題はないものの注入セメント量が限られ、セメント混じりの排土が多く発生するなど、強度発現や品質管理面での問題が想定された。そこで、本試験では基礎地盤の掘削によって所定量の排土をおこない、所定空間にセメントミルクを注入した後に地盤とセメントミルクを攪拌混合する、置換・撹拌併用型の施工をおこなった。改良体形状はφ１２００ｍｍ×長さ１５００ｍｍの円筒形状とし、Ｗ／Ｃ＝０．６のセメントミルクによってセメント添加量４００ｋｇ／ｍ３相当で２ケース、６００ｋｇ／ｍ３相当で１ケース実施した。
【００８２】
本施工試験においては、上記する全てのケースで削孔・造成時に拡径ビットの回転トルクが過大となるなどの障害も全く見られなかった。また、改良体を掘り出して確認したところ、いずれのケースの改良体も所定形状で造成されていることが確認されている。したがって、緩い砂地盤においても改良体の造成が可能であることが確認された。なお、削孔時および改良体造成時において測量を行った結果、改良体直上の盛土天端部で最大約３ｍｍ程度の沈下が見られた。この結果については、土被り厚が非常に薄いこと（置換砂１ｍ＋盛土２ｍ）、盛土部は試験用のために実施工のように十分に締固められていないことなどを考慮すると、周辺地盤への影響はほとんどないと考えられる。さらに、施工完了１週間後に実施した多サイクル引抜き試験では、いずれのケースの改良体も使用したテンドンの降伏荷重の９０％に相当する２８０ｋＮでの荷重保持によって改良体の健全性が確認されている。
【００８３】
次に、施工後の改良体に対し、周辺地盤を掘削・サンプリングをおこなうことによって改良体の密度やセメント添加量と強度（圧縮強度）の関係について検証をおこなった。以下、表１には事後調査試験結果の一覧を示している。
【００８４】
【表１】
【００８５】
表１において、セメント添加量についてはセメント協会「硬化コンクリートの配合推定試験法」を参考に各供試体および各単体（骨材，セメント）のCaO量と密度を基に算出した。試験結果を図９ａ、図９ｂに示している。図９ａ，ｂより、供試体密度が大きく、セメント量が多いほど一軸圧縮強度（56日強度）が大きく、ばらつきはあるもののセメント量約400kg/m3で1MPa以上、約600kg/m3で10MPa以上であることが確認された。また、No.1とNo.2を比較すると、セメント量がほぼ同程度にも関わらずNo.2の一軸圧縮強度の方が明確に大きい傾向であることが分かる。これは、No.2の方が供試体の乾燥密度が大きい影響と考えられる。No.1については改良体の出来型全体について掘削・排土を実施した後にセメントミルクを注入したのに対し、No.2はセメントミルク注入量に応じ必要最低限の体積分の掘削・排土を行った後にセメントミルクを注入し、その後撹拌することによって所定形状の改良体とするなど「置換・撹拌併用型」としての施工方法の違いが乾燥密度の違いに繋がったものと考えられる。すなわち、排土量の違いによる密度差が強度発現に影響したことになる。
【００８６】
また、施工時のセメント注入量と事後調査によるセメント量から改良体内に取り込まれたセメント量との差を算出すると、No.1とNo.2でセメント注入量の約15％が排土として排出されたのに対し、No.3では約45％が排出されたとの結果が得られた。このことは、強度向上のためにセメント添加量を多くした場合に排土によるセメントのロスも多くなることを示しており、施工の合理化の観点から必要強度とセメント添加量のバランスの重要性を示す結果であると言える。
【００８７】
現場施工試験により、液状化が懸念される緩い砂地盤において耐震補強法の構成要素である改良体の施工が可能であることが確認されている。また、改良体の造成過程の違いによる強度発現や配合の違いによる排土に関するデータも収集することができた。今回得られた結果は，盛土耐震補強法としての改良体の造成法だけではなく，地盤改良施工における排土やセメントのロスの低減など施工の合理化に繋がるものと考えられる。
【００８８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１…ケーシング、２…ロッド、２ａ…中空、２ｂ…係合溝、２ｃ…吐出孔、２ｃ１…吐出口、２ｃ２…流入口、３…攪拌翼、３ａ…固定ピン、３ｃ…回動軸、４…ピストン、４ａ…流路、４ｂ…貫通孔、４ｃ…係合キー、５…内管、６…掘削機、１０…地盤改良体造成装置、Ｆ…削孔液収容空間、Ｓ…改良材収容空間、Ｐ１、Ｐ１’、Ｐａ…地盤改良体、Ｐ２、Ｐ２’…削孔路閉塞体、Ｍ…盛土、Ｈ…抑え材、Ｔ…緊張材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤内に地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
新規の構造物を建設するに当たり、その直下の地盤には必要に応じて地盤改良がおこなわれる。具体的には、所望の支持力を具備しない地盤や圧密沈下の可能性の高い軟弱な地盤、液状化の危険性のある地盤などに対して、多岐に亘る地盤改良工法の中から、工費や工期、地盤性状、改良目的（支持力増強、液状化対策、圧密沈下対策、すべり対策など）に応じて好適な改良工法が選定されることになる。
【０００３】
新規の構造物の直下に地盤改良をおこなう場合には、改良対象地盤中に鉛直方向に掘削をおこなったり、セメント系深層混合処理工法（ＣＤＭ工法）やコラムジェットグラウト工法（ＣＪＧ工法）といった工法で所望径の地盤改良体（地盤改良杭）を鉛直方向に造成した後に構造物の建設がおこなわれることから、地盤改良施工に際して構造物が障害となることは少ない。
【０００４】
しかしながら、道路や鉄道、地下道や地下共同溝、上下水道施設といった各種インフラ施設、ビルやマンションなどの既設の構造物の直下地盤に地盤改良をおこなう場合には、地上から鉛直方向に地盤改良杭などを施工することができないことから、斜め方向もしくは水平方向に地盤改良体造成装置を掘進させながら対象地盤に斜め方向もしくは水平方向に延びる地盤改良杭を施工することがおこなわれている。なお、たとえば特許文献１，２には、水平方向に地盤改良をおこなう施工方法に関する技術の開示がある。
【０００５】
このように、たとえば既設構造物の直下地盤に対して斜め方向もしくは水平方向に地盤改良体を造成するに当たっては、鉛直方向に地盤改良をおこなう場合と比べて、排土量や周辺地盤への影響の問題、所望強度を有して出来型が確保された地盤改良体の施工が困難であるといった問題がある。
【０００６】
排土量に関し、鉛直方向の地盤改良においてはセメントミルク等の改良材の圧入によって自然に地表面に排土された泥土を処理すればよいのに対して、斜め方向や水平方向の地盤改良では泥土を特定の斜め方向や水平方向の経路を経て排土させる必要があるため、排土管理は極めて難しく、これに起因して排土量が増大し易い傾向にある。
【０００７】
また、斜め方向や水平方向の地盤改良施工は、既設構造物の直下で土被りの浅い場所でおこなわれることが多いが、たとえば強度増加のためにセメントミルク等の改良材の量を増やした場合には改良材の注入量が多くなるために鉛直方向の改良に比べて施工時の近傍地盤変位の影響が地表面に生じ易く、たとえば地表面が膨れ上がるといった危険性がある。このことから、セメント等の改良材の量管理の精度を鉛直方向施工以上に向上させる必要がある。
【０００８】
さらに、粘土などの自立性の高い地盤に対しては、たとえば地盤内に予め改良体形状に削孔された空間を形成し、ここにセメントミルク等の改良材を注入する、いわゆる「置換型」の改良体造成方法を適用することができる。しかしながら、液状化が懸念される軟弱な砂質地盤などの自立性のない地盤に対しては、先行削孔から改良材注入までの間に空間を維持することが困難であることから、このような置換型の造成方法を適用することはできず、従来法のように原地盤の攪拌と改良材の注入を同時におこないながら斜め方向や水平方向の地盤改良体を造成することになるため、改良材の量に関して高い管理精度を確保することはできない。そして、上記する特許文献１，２で開示される施工方法によっても、斜め方向もしくは水平方向に地盤改良をおこなう際の上記する種々の問題を解決するには至らない。
【０００９】
このように、斜め方向や水平方向に地盤改良体造成装置を掘進させ、地盤内で斜め方向や水平方向に延びる地盤改良体を造成するに当たり、上記する種々の課題を全て解消できる地盤改良体造成方法が確立されていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−７０５１７号公報
【特許文献２】特開平１０−１８３５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、斜め方向や水平方向に地盤改良をおこなう場合であっても、排土管理を精度よくおこなうことができ、排土量を可及的に低減することができ、改良材を精度よく管理できるとともに所望の出来型の地盤改良体を造成することができ、地盤改良エリアにおける地表面の膨れ上がり等、周辺地盤への影響が生じ難い地盤改良体造成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明による地盤改良体造成方法は、回転自在でその先端に拡径自在な攪拌翼を備えたロッドを具備する地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法であって、地盤改良体造成エリアまで先行削孔穴を造成し、攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を先行削孔穴内で前進させ、攪拌翼を開いた姿勢として削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間を形成する第１のステップ、攪拌翼を閉じた姿勢としてロッドと攪拌翼を後退させ、攪拌翼を再度開いた姿勢としてロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながらロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体を造成する第２のステップからなるものである。
【００１３】
本発明の地盤改良体造成方法は、鉛直方向の地盤改良体を造成する際に適用できることは勿論であるが、斜め方向や水平方向の地盤改良体を造成する際にその効果が特に大きいものである。
【００１４】
斜め方向や水平方向に延びる地盤改良体の造成は、道路や鉄道、地下道や地下共同溝、上下水道施設といった各種インフラ施設、ビルやマンションなどの既設の構造物の直下におこなわれるのが一般的であるが、この道路や鉄道が盛土の上に建設されている場合には、盛土直下が施工対象エリアとなる。なお、この盛土に関してさらに言及するに、盛土が対向する法面を有する場合においては、法面の少なくとも法尻に配された抑え材と、抑え材から反対側の法面直下側の地盤内に斜め方向に延びるグラウンドアンカーの先端に本造成方法にて地盤改良体が造成されることになり、これら抑え材と地盤改良体を具備するグラウンドアンカーから盛土の耐震補強構造を形成することができる。
【００１５】
本発明の地盤改良体造成方法は、排土量を可及的に低減すること（余分な排土をおこなわないこと）と、排土管理（セメント等の改良材混じりの排土を可及的に低減して排土処理などの環境影響を可及的に少なくすること）や地盤改良体の出来型管理を精度よくおこなうこと（所望形状および寸法で、しかも改良材が全体的に十分に行き渡っている地盤改良体を造成すること）を主たる目的としている。
【００１６】
まず、たとえば単管削孔を地盤改良体造成エリアまで先行しておこなって先行削孔穴を造成し、次いでこの先行削孔穴内で閉じた姿勢の攪拌翼を先端に具備するロッドを具備する地盤改良体造成装置を前進させ、所定の位置で攪拌翼を開いた姿勢としてロッドと攪拌翼を前進させながら先行削孔穴よりも拡径された削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成する。ここで、単管削孔（単管外返し方式）では、ロータリーやオーガー等の回転式で単管削孔をおこないながら、好ましくは孔壁が安定した先行削孔穴を造成する。
【００１７】
次に、この削孔液収容空間にセメントミルク等の改良材を吐出して削孔液と改良材を置換し、改良材収容空間を形成する（第１のステップ）。
【００１８】
ここで、削孔液は、排土性や孔壁の安定性などの地盤性状等に応じて粘性調整された削孔液が使用される。
【００１９】
そして、削孔液収容空間の形成においては、攪拌翼による削孔と同時に削孔液を吐出することにより、吐出された削孔液によって掘削土が先行削孔穴を介して外部に押出されて排土されることにより、所望容量の削孔液収容空間が形成できる。
【００２０】
この削孔液収容空間内の削孔液は、次に吐出される改良材によって置換されて改良材収容空間が形成されることになるが、この改良材の量は、可及的に少ない量となるように改良材収容空間（もしくは削孔液収容空間）の容量が設定されるのがよい。
【００２１】
削孔液収容空間に改良材を吐出して置換することにより、削孔液は吐出された改良材によって先行削孔穴を介して外部に押出されて排出されることになる。
【００２２】
次に、開いた姿勢の攪拌翼を閉じた姿勢としてロッドを引き戻す。
【００２３】
このロッドの引き戻しにより、閉じた姿勢の攪拌翼は改良材収容空間から後退した掘進経路（先行削孔穴）上の位置に引き戻されることになる。
【００２４】
閉じた姿勢の攪拌翼が改良材収容空間から後退した掘進経路上の位置に引き戻されたら、攪拌翼を再度開いた姿勢としてロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながら、ロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって所望長さの地盤改良体を造成する（第２のステップ）。
【００２５】
ここで、攪拌翼を再度開いた姿勢として削孔をおこない、改良材収容空間に到達させる際には、地盤性状に依存するものの積極的な排土はおこなわない。
【００２６】
地盤改良体が造成されたら、開いた姿勢の攪拌翼を閉じた姿勢とし、引き戻して地盤改良体造成装置の回収がおこなわれる。ここで、地盤改良体造成装置が前進してきた地盤改良体に通じる掘進経路（先行削孔穴）には、必要に応じて別途の改良材が注入されることによって地盤内に空隙箇所を存在させないような事後処理がおこなわれる。
【００２７】
このように、本発明の地盤改良体造成方法は、可及的に少ない量の改良材を施工初期の段階で地中に留め置いておき、この段階で改良材の容量に相当する量の排土をおこない、次に、可及的に排土をおこなわないようにして、攪拌翼（拡径ビット）にて地盤と留め置かれた改良材を攪拌混合しながら地盤改良体を造成するというこれまでにない新規な特徴構成を備えた施工方法である。
【００２８】
改良材収容空間を形成した後に地盤改良体造成装置の掘進経路（先行削孔穴）の手前に少なくとも閉じた姿勢の攪拌翼を引き戻すことにより、既に注入されている改良材が排土経路（先行削孔穴）から排出されるのを解消することができ、改良材のロス量の発生を抑止できる。また、このことと相俟って、改良材の量管理を精度よくおこなうことが可能となり、さらには、改良材混じりの排土の発生を抑制することが可能となり、排土処理における環境への影響を少なくすることができる。
【００２９】
また、排土量の低減と、地盤と改良材の攪拌混合の際には排土を極力おこなわないことから、この攪拌混合の際に地盤改良体の体積が設計値から大幅に変化することが無くなり、地表面が膨れ上がる等の周辺地盤変状の問題も解消される。
【００３０】
また、改良材は予め設定された量が地盤内に留め置かれることから、地盤に改良材を吐出しながら攪拌混合を連続的におこなう従来の方法に比して、改良材の量管理の精度は格段に向上する。これは、たとえば、改良プラントにおける連続ミキサーに対してバッチ式ミキサーの方が管理精度が高くなることと同様の効果である。
【００３１】
さらに、軟弱な砂質地盤などの自立性の無い地盤を改良する場合において、仮に改良材注入後に改良材収容空間の孔壁が崩れた場合であっても、地盤中には必要量の改良材が確保されていることから、その後の攪拌翼による地盤との攪拌混合によって所望形状の地盤改良体を造成することができる。すなわち、対象地盤が自立性の粘性地盤と非自立性の砂質地盤のいずれであっても、本施工方法によって所望の出来型が確保された地盤改良体の造成が可能である。
【００３２】
また、本発明による地盤改良体造成方法の他の実施の形態は、ケーシングと、該ケーシング内をスライドするとともに回転自在であってその先端に拡径自在な攪拌翼を備えたロッドと、から少なくとも構成される地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法であって、攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を地盤内に前進させ、攪拌翼を開いた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を前進させながら削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間を形成する第１のステップ、攪拌翼を閉じた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を後退させ、攪拌翼を再度開いた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながら少なくともロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体を造成する第２のステップからなるものである。
【００３３】
本実施の形態の造成方法は、既述するように先行して単管削孔して先行削孔穴を造成し（単管外返し方式）、この先行削孔穴内で拡径自在な攪拌翼を具備するロッドを前進させる方法に代わって、地盤を先行掘削する（もしくは先行して地盤をほぐす）ケーシングと、このケーシング内でスライド自在に構成され、その先端に拡径自在な攪拌翼（もしくは拡径ビット）を備えた二重管構造の地盤改良体造成装置を適用し、ケーシングによる地盤の先行掘削と、このケーシング内では攪拌翼を閉じた姿勢でスライドさせ、さらにケーシング先端から閉じた姿勢の攪拌翼を出入りさせ、ケーシング先端から張り出した攪拌翼を開いた姿勢として回転させることにより、地盤内に拡径空間を形成したり、地盤と改良材との混合攪拌をおこなうものである（二重管内返し方式）。
【００３４】
この方法形態においては、削孔液収容空間に改良材を吐出して置換した際に、削孔液はケーシングと掘削された地盤の間のクリアランス等を介して外部に排出されることになる。
【００３５】
この方法形態においても、排土量の低減や高精度な改良材の量管理、改良材混じりの排土の抑制に起因する環境への影響低減等を図ることが可能となる。
【００３６】
なお、上記するいずれの方法形態であっても、上記する第１のステップと第２のステップを一度ずつおこなって所望寸法および形状の地盤改良体を造成することのほかに、地盤改良体造成装置の掘進経路の掘進方向の先端領域において、第１のステップと第２のステップをおこなって造成されるべき地盤改良体の一部を造成し、次に、それよりも後方領域において、前記第１のステップと第２のステップをおこなって造成されるべき地盤改良体のさらに一部を造成する方法であってもよい。
【００３７】
この方法により、たとえば長さＬの地盤改良体の造成に際して、長さ１／３Ｌの地盤改良体を連続して掘進方向前方から順に造成して全体として長さＬの地盤改良体を造成することもできるし、掘進経路に沿って長さＬの地盤改良体を間隔を置いて２以上造成することもできる。
【００３８】
また、たとえば対象地盤が砂質地盤の場合には、第１のステップにおいて、攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を地盤内に前進させた後に、ロッドと攪拌翼を攪拌翼が開いた際の径以上の長さだけ後退させ、次いで攪拌翼を開いた姿勢で少なくともロッドと攪拌翼を前進させながら削孔をおこなって削孔液収容空間を形成する。
【００３９】
たとえば開いた姿勢の攪拌翼がφ１２００ｍｍの場合には、地盤改良体造成装置を地盤内に前進させた後に閉じた姿勢の攪拌翼を１２００ｍｍ以上後退させ（手前に引き戻し）、その後に攪拌翼を開いた姿勢として拡径と排土をおこないながら削孔液収容空間を形成する。この方法によれば、砂質地盤の場合において、攪拌翼を開いた姿勢とした後に砂のダイレイタンシー効果による攪拌翼の回転不能を解消することができる。
【発明の効果】
【００４０】
以上の説明から理解できるように、本発明の地盤改良体造成方法によれば、可及的に少ない量の改良材を施工初期の段階で地中に留め置いておき、この段階で改良材の容量に相当する量の排土をおこない、次いで攪拌翼にて地盤と留め置かれた改良材を攪拌混合しながら地盤改良体を造成することにより、余分な排土を無くして排土量を可及的に低減することができ、セメント等の改良材混じりの排土を可及的に低減して排土処理などの環境影響を可及的に少なくすることができ、周辺地盤が変状するといった周辺地盤への影響を低減することができ、地盤改良体の出来型管理を精度よくおこなうことができる。このことは、本発明の地盤改良体造成方法が斜め方向もしくは水平方向に延びる地盤改良体を造成する際に顕著に奏される効果となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の地盤改良体造成方法の一実施の形態で適用される地盤改良体造成装置を示した模式図であって、閉じた姿勢の攪拌翼とロッドがケーシング内に収容されている状態を示した図である。
【図２】図１で示す地盤改良体造成装置において、ケーシングからロッドが張り出し、ロッドからピストンが張り出して開いた姿勢の攪拌翼が形成され、この攪拌翼が回転しながらロッドの外周面から改良材が吐出されている状態を示した図である。
【図３】（ａ）は図２のIIIa−IIIa矢視図であり、（ｂ）は図２のIIIb−IIIb矢視図であり、（ｃ）は図２のIIIc−IIIc矢視図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）、（ｄ）の順に、本発明の地盤改良体造成方法の第１のステップを説明した模式図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）、（ｄ）の順に、本発明の地盤改良体造成方法の第２のステップを説明した模式図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はいずれも、造成される地盤改良体の他の実施の形態を説明した模式図である。
【図７】本発明の地盤改良体造成方法の適用例を説明した模式図である。
【図８】現場施工試験の概要図であり、（ａ）は地盤改良体を透視したモデルの側面図であり、（ｂ）は地盤改良体を透視したモデルの平面図である。
【図９】（ａ）は、試験結果のうち、地盤改良体の供試体の乾燥密度と圧縮強度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、試験結果のうち、地盤改良体の供試体のセメント配合と圧縮強度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照して本発明の地盤改良体造成方法の実施の形態を説明する。
【００４３】
（地盤改良体造成方法の実施の形態１で適用される地盤改良体造成装置）
図１は、本発明の地盤改良体造成方法の実施の形態１で適用される地盤改良体造成装置を示した模式図であって、閉じた姿勢の攪拌翼とロッドがケーシング内に収容されている状態を示した図であり、図２は、地盤改良体造成装置において、ケーシングからロッドが張り出し、ロッドからピストンが張り出して開いた姿勢の攪拌翼が形成され、この攪拌翼が回転しながらロッドの外周面から改良材が吐出されている状態を示した図である。また、図３ａは図２のIIIa−IIIa矢視図であり、図３ｂは図２のIIIb−IIIb矢視図であり、図３ｃは図２のIIIc−IIIc矢視図である。
【００４４】
図示する地盤改良体造成装置１０は、ケーシング１と、ケーシング１内をスライドして該ケーシング１の先端から出入り自在でかつ回転自在な中空のロッド２と、ロッド２の中空２ａ内でスライド自在でかつ流路４ａを内部に備えたピストン４と、ピストン４の先端がロッド２の先端よりも前方に張り出し自在となっていてこのピストン４の先端に回動自在に装着されている少なくとも２つの攪拌翼３，３（もしくは拡径ビット）と、ロッド２の中空２ａ内でピストン４に固設されて該ピストン４の流路４ａに流体連通する内管５と、から大略構成されており、外ケーシングとインナーロッドからなる二重管構造の装置である。
【００４５】
より具体的には、さらに、ケーシング１とロッド２を前進させるスイベル等を備えた不図示の掘削機と、ケーシング１とロッド２の間の流路に提供されて地盤を破砕切削すること、および、ロッド２の中空２ａに提供されてピストン４を押出すための圧力水や高圧の改良材（セメントミルク等）を生成するための圧力エアを提供するコンプレッサ、水を収容して当該流路やロッド２の中空２ａに提供するタンク、セメントミルクや硬化促進剤、遅延剤などの改良材を収容して内管に提供するタンクなどから装置１０の全体が構成される。
【００４６】
ロッド２の中空２ａの壁面には係合溝２ｂが設けてあり、ピストン４の外周には、不図示の付勢手段であるバネによってロッド２の中空壁面側に付勢されている係合キー４ｃが設けてある。
【００４７】
図２で示すように、地盤改良体造成エリアにロッド２を収容するケーシング１が到達すると、ケーシング１内でロッド２がスライドしてケーシング１の先端から閉じた姿勢の攪拌翼３，３が張り出す（Ｘ１方向）。ロッド２の中空２ａと内管５の間には隙間があり、この隙間に加圧流体が提供される（Ｙ１方向）と、加圧流体がピストン４の後方端を流体圧Ｑで前方へ押出してロッド２に対してピストン４を前方へスライドさせる（Ｘ２方向）。ピストン４が所定長さだけスライドすると、ロッド２の中空内壁にある係合溝２ｂとピストン外周で付勢手段にて付勢された状態の係合キー４ｃが係合位置で対向し、係合キー４ｃが係合溝２ｂ内へ入り込んで双方が係合する。
【００４８】
ピストン４が押し込まれてロッド２とピストン４が係合した際には、ピストン４に固定ピン３ａで回動自在に固定されてこのピストン４の先端で閉じた姿勢の攪拌翼３，３の先端が前方の地盤から反力を受け、この反力によって２つの攪拌翼３，３がそれぞれの回動軸３ｃ、３ｃを中心にロッド２の軸方向に対して直交する方向へ回動し（図２のＸ３方向）、開いた姿勢の攪拌翼３，３が形成される。しかも、この攪拌翼３，３が開いた姿勢において、ロッド２とピストン４の双方は係合位置で強固に係合していることから、攪拌翼３に地盤反力が作用してもこの開いた姿勢が保持される。
【００４９】
図１に戻り、ロッド２の肉厚部には改良材が流通する吐出孔２ｃが設けてあり、この吐出孔２ｃは、ロッド２の外周面の吐出口２ｃ１で外部地盤に臨み、ロッド２の中空壁面に設けられた流入口２ｃ２で中空２ａに臨んでいる。
【００５０】
一方、ピストン４には、その内部の流路４ａとその外周面を貫通する貫通孔４ｂが設けてある。図２で示すように、加圧流体によってピストン４が前方へ押出され、ロッド２とピストン４が係合位置で係合した状態において、ピストン４の貫通孔４ｂがロッド２の流入口２ｃ２に位置決めされるようになっている。すなわち、この状態において、内管５と、ピストン４の流路４ａと、ロッド２の吐出孔２ｃは流体連通することになる。
【００５１】
内管５、ピストン４の流路４ａおよびロッド２の吐出孔２ｃが流体連通した状態で、内管５に高圧の改良材を後方から提供すると（図２のＹ２方向）、ピストン４の流路４ａおよび貫通孔４ｂを介し、ロッド２の吐出孔２ｃを介して吐出口２ｃ１からロッド２の外側側方へ高圧の削孔液や改良材が吐出される（図２のＹ３方向）。
【００５２】
図２からも明らかなように、開いた姿勢の２つの攪拌翼３，３に対して、地盤内に吐出される高圧の削孔液や改良材の吐出位置とその吐出方向は、攪拌翼３よりもケーシング１側であり、かつ、攪拌翼３に対して平行もしくは略平行な向きとなる。
【００５３】
なお、図示を省略するが、地盤改良体造成装置１０がさらにパーソナルコンピュータ等に内蔵された制御装置を備えていて、地盤改良体造成装置１０を構成する不図示のベースマシンに設けられた流路であってロッド２に流体連通する該流路の途中位置などに圧力センサを装着しておき、この圧力センサによるセンシングデータが上記する制御装置に送信されるような装置構成としてもよい。係合位置でロッド２の吐出孔２ｃとピストン４の貫通孔４ｂが流体連通した際に、これら流体連通した内部の圧力は、これが外部地盤に連通することで低下する。この低下した圧力に関するセンシングデータがパーソナルコンピュータに送信され、画面上で圧力低下を管理者が確認することで、視認不可な地盤内において２つの攪拌翼３，３が開いた姿勢を形成したことを容易に特定することができる。
【００５４】
（地盤改良体造成方法の実施の形態１）
図４，５を参照して、本発明の地盤改良体造成方法の実施の形態を説明する。ここで、図４は、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順で第１のステップを説明するものであり、次いで図５は、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順で第２のステップを説明するものであり、地盤改良体造成方法の施工フロー図となっている。
【００５５】
図４，５には、原地盤上に既設の構造物の図示が省略されているが、ビルやマンション、各種インフラ施設、盛土などの既設構造物の直下地盤に地盤改良体を造成する方法として説明する。さらに、改良対象の地盤は軟弱な砂質地盤とし、液状化等の危険性のある地盤とする。なお、図示する地盤改良体造成装置１０の掘進方向や形成される地盤改良体Ｐの延設方向は斜め方向であるが、これが水平方向であってもよいことは勿論のことであり、さらには、鉛直方向に地盤改良体を造成する際にも本発明の造成方法が適用できることは勿論のことである。
【００５６】
図１，２で示す地盤改良体造成装置１０は、不図示のクローラタイプのロータリーパーカッションドリル（掘削機）を含むものであり、この掘削機を用いて、ケーシング１内にロッド２を配して地盤改良体造成装置１０を構成し、既設構造物から離れた地表位置から地盤Ｇ内を斜め下方へ地盤改良体造成装置１０を前進させ、この前進する過程でケーシング１とロッド２の間の流路を介して圧力水を地盤に噴射して破砕切削させながら、図４ａで示すようにケーシング１とロッド２を地盤改良体造成エリアに到達させる（Ｚ１方向）。なお、このステップでは、ケーシング１内においてロッド２の軸方向に２つの攪拌翼３，３が閉じた姿勢となっており、この閉じた姿勢における攪拌翼３の長さはＬ１である。
【００５７】
次に、図４ｂで示すように、地盤改良体造成装置１０を地盤内で後退させ（手前に引き戻し）、その後に攪拌翼３，３を開いた姿勢とする。ここで、地盤改良体造成装置１０を後退させる長さは、開いた姿勢の攪拌翼３，３の径程度かそれ以上の長さＬ２とする。このように所定長さだけ地盤改良体造成装置１０を後退させることにより、砂質地盤の場合において、攪拌翼３，３を開いた姿勢とした後に砂のダイレイタンシー効果による攪拌翼３，３の回転不能を解消することができる。
【００５８】
地盤改良体造成装置１０を所定長後退させたら、たとえばケーシング１はそのままの位置とし、ケーシング１に対してロッド２を相対的に前進させ、攪拌翼３，３をケーシング１の先端から張り出した後に開いた姿勢を形成する（Ｘ３方向）。
【００５９】
次いで、図４ｃで示すようにケーシング１に対してロッド２を前方へスライドさせ（Ｘ１方向）、ロッド２のスライドによって開いた姿勢の攪拌翼３，３を前進させながらこれを回転させて（Ｘ４方向）削孔をおこなうとともに、削孔液を地盤内に吐出しながら（Ｙ３方向）排土をおこなって削孔液収容空間Ｆを形成する。ここで、削孔液は、排土性や孔壁の安定性などの地盤性状等に応じて粘性調整された削孔液が使用される。この削孔液収容空間Ｆの形成においては、攪拌翼３，３による削孔と同時に削孔液を吐出することにより、掘削土が吐出された削孔液によって置換され、掘削土はケーシング１と掘削された地盤の間のクリアランスを介して排土されることとなる（Ｒ１方向）。
【００６０】
次に、図４ｄで示すように、この削孔液収容空間Ｆにセメントミルク等の改良材を吐出して削孔液と改良材を置換することにより、改良材収容空間Ｓを形成する。ここで、改良材によって置換された削孔液は、排土の際と同様にケーシング１と掘削された地盤の間のクリアランスを介して排出されることとなる（Ｒ２方向）。
【００６１】
以上で説明する図４ａ〜図４ｄまでのフローが地盤改良体造成方法の第１のステップとなる。この第１のステップでは、地盤内に改良材収容空間Ｓを形成し、ここに改良材を先行して留め置くものである。そして、造成される地盤改良体に必要な量の改良材を地盤との攪拌混合の際に地盤内に吐出する方法に代わり、このように予め所望量の改良材を地盤内に留め置くことにより、改良材の量管理精度は格段に向上する。
【００６２】
次に、図５ａで示すように、開いた姿勢の攪拌翼３，３を閉じた姿勢としてロッド２を長さｔ１に形成された改良材収容空間Ｓから後方へ引き戻す（Ｚ３方向）。なお、このロッド２の引き戻しの際には、必要に応じてケーシング１も同時に引き戻してもよい。
【００６３】
このロッド２の引き戻しにより、閉じた姿勢の攪拌翼３，３は改良材収容空間Ｓから後退した掘進経路上の位置に引き戻されることになる。
【００６４】
閉じた姿勢の攪拌翼３，３が改良材収容空間Ｓから後退した掘進経路上の位置に引き戻されたら、図５ｂで示すように、ケーシング１に対してロッド２を前方へスライドさせ（Ｘ１方向）、閉じた姿勢の攪拌翼３，３をケーシング１の先端から張り出させた後に再度開いた姿勢とし、回転させながら（Ｘ４方向）、ロッド２と攪拌翼３，３を前進させて改良材収容空間Ｓに到達させる。
【００６５】
改良材収容空間Ｓに到達した回転姿勢の攪拌翼３，３は、改良材収容空間Ｓ内の改良材と地盤を攪拌混合する。そして、図５ｃで示すように、この改良材収容空間Ｓの前後領域でロッド２と攪拌翼３，３の前進（Ｘ１方向）と後退（Ｘ１’方向）を繰り返すことにより、図５ｄで示すように、開いた姿勢の攪拌翼３，３の径と同程度の径を有し、ロッド２の前進および後退の際の施工全長程度の長さｔ２を備えた地盤改良体Ｐ１が造成される。
【００６６】
ここで、攪拌翼３，３を再度開いた姿勢として削孔をおこない、改良材収容空間Ｓに到達させる際には、地盤性状に依存するものの積極的な排土はおこなわない。したがって、この地盤改良体造成方法において、確実に排土が実行されるのは削孔液収容空間を形成する際に削孔液によって掘削土が排土される際の一度である。このため、従来の造成方法に比して排土量を格段に低減することが可能となる。
【００６７】
地盤改良体が造成されたら、開いた姿勢の攪拌翼３，３を閉じた姿勢とし、ケーシング１とともに引き戻して地盤改良体造成装置１０の回収がおこなわれる。なお、地盤改良体造成装置１０が掘進してきた地盤改良体Ｐ１に通じる掘進経路には、必要に応じて別途の改良材が注入されて閉塞部Ｐ２が形成され、地盤内に空隙箇所を存在させないような事後処理がおこなわれる。
【００６８】
以上で説明する図５ａ〜図５ｄまでのフローが地盤改良体造成方法の第２のステップとなり、第１、第２のステップを合わせて、二重管内返し方式による地盤改良体造成方法となっている。
【００６９】
このように、本発明の地盤改良体造成方法によれば、可及的に少ない量の改良材を施工初期の段階で地中に留め置いておき、この段階で改良材の容量に相当する量の排土をおこない、次に、可及的に排土をおこなわないようにして、攪拌翼３，３にて地盤と留め置かれた改良材を攪拌混合しながら地盤改良体Ｐ１を造成するものである。改良材収容空間Ｓを形成した後に地盤改良体造成装置１０の掘進経路の手前に少なくとも閉じた姿勢の攪拌翼３，３を引き戻すことにより、既に注入されている改良材が排土経路から排出されるのを解消することができ、改良材のロス量の発生を抑止できる。また、このことと相俟って、改良材の量管理を精度よくおこなうことが可能となり、さらには、改良材混じりの排土の発生を抑制することが可能となり、排土処理における環境への影響を少なくすることができる。また、排土量の低減と、地盤と改良材の攪拌混合の際には排土を極力おこなわないことから、この攪拌混合の際に地盤改良体の体積が設計値から大幅に変化することが無くなり、地表面が膨れ上がる等の周辺地盤変状の問題も解消される。さらに、軟弱な砂質地盤などの自立性の無い地盤を改良する場合において、仮に改良材注入後に改良材収容空間の孔壁が崩れた場合であっても、地盤中には必要量の改良材が確保されていることから、その後の攪拌翼による地盤との攪拌混合によって所望形状の地盤改良体を造成することができる。すなわち、対象地盤が自立性の粘性地盤と非自立性の砂質地盤のいずれであっても、本施工方法によって所望の出来型が確保された地盤改良体の造成が可能である。
【００７０】
また、上記する排土量の低減にともない、セメントミルク等の改良材置換法などよりも改良体中の地盤材分（砂分）が多くなり、改良体の密度向上による単位セメント量当たりの強度向上を図ることができる（このことは、後述の実験結果の説明で詳述する）。さらに、削孔管の機構上、曲がりボーリングなどにおいては既述するようにケーシングと地盤の間のクリアランスを介して排土がおこなわれることになるが、この際には削孔初期の段階で排土が終了することから、クリアランスが閉塞することによる問題は生じ得ない。この問題とは、従来法の曲がりボーリングにおいては削孔後直ちに注入攪拌が完了しない場合にクリアランスが閉塞してしまい、想定外の排土ルートを経た想定外の場所から逸水するといった問題のことである。
【００７１】
（地盤改良体造成方法の実施の形態２，３）
図６ａ，ｂには、地盤改良体造成方法の他の実施の形態２，３によって造成された地盤改良体を示している。
【００７２】
いずれの造成方法も、上記する第１のステップと第２のステップを地盤改良体造成装置１０の掘進方向の先端から掘進経路の後方にかけて順に、複数回実施する造成方法である。
【００７３】
図６ａで示す地盤改良体Ｐ１’は、第１、第２のステップを３回繰返すことによって造成されるものである。具体的には、掘進方向の先端から順に、改良材収容空間Ｓ１を形成した後に地盤改良体Ｐ１ａを造成し、次いで改良材収容空間Ｓ２を形成した後に地盤改良体Ｐ１ｂを造成し、最後に改良材収容空間Ｓ３を形成した後に地盤改良体Ｐ１ｃを造成し、地盤改良体Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃを連続して造成することにより、それらが組み合わされてなる地盤改良体Ｐ１’が造成される。
【００７４】
一方、図６ｂで示す地盤改良体は、２つの地盤改良体Ｐ１ａ、Ｐ１ｂが離れた位置で造成され、双方を繋ぐ経路空間に改良材による閉塞部Ｐ２’が形成されたものである。
【００７５】
（地盤改良体造成方法の実施の形態４）
本実施の形態の地盤改良体造成方法は、実施の形態１のように二重管構造の地盤改良体造成装置を使用する代わりに、単管外返し方式を適用して先行して単管削孔をおこなって地盤改良体造成エリアまで先行削孔穴を造成した後に、この先行削孔穴に攪拌翼を先端に備えた回転自在なロッドを具備する地盤改良体造成装置を前進させて実施の形態１と同様の地盤改良体を造成する方法形態である。この方法では、先行して先行削孔穴を造成することから、先行削孔穴の造成から最終的な地盤改良体の造成までの間における孔壁の安定が確保されるのが望ましい。
【００７６】
この造成方法では、図２で示す二重管構造の装置からの吐出態様と異なり、ロッドからの改良材等の吐出はロッドの先端からおこなうことができ、実施の形態１の方法に比してシンプルな構成の地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体の造成をおこなうことができる。
【００７７】
[本発明の地盤改良体造成方法で地盤改良体の造成をおこなった現場施工試験とその結果]
本発明者等は、直下の基礎地盤の液状化が懸念される既設盛土構造物を対象とした耐震補強法として、基礎地盤内に配した地盤改良体と法面の抑え材による耐震補強構造を考案している。この耐震補強構造は、地震によるある程度の基礎地盤の変位や盛土体の沈下などを許容しながらも自身の形状は保持するなど、盛土体としての機能維持を図ることを可能とした耐震補強構造であり、これまで、遠心模型実験などによってその効果を検証してきている。ここでは、本発明の地盤改良体造成方法を適用して耐震補強構造を構成するアンカー体を造成し、その強度を求める現場施工試験をおこなった。図７は、本発明の地盤改良体造成方法の適用例を説明した模式図であるとともに、本実験対象でもある盛土補強構造の概要を説明した図であり、図８は、現場施工試験の概要図であって、図８ａは地盤改良体を透視したモデルの側面図であり、図８ｂは地盤改良体を透視したモデルの平面図である。
【００７８】
まず、図７を参照して、盛土の耐震補強構造の概要を説明する。図示する既設盛土Ｍは地下水の高い砂質地盤上にあるものであり、盛土Ｍの天端は道路や鉄道路線などのインフラ施設に供されている。地震によって既設盛土Ｍの基礎地盤が液状化した場合には、図示すような基礎地盤の側方への変位が発生し、天端Ｍ１も沈下（δ）することになるが、対策工としては地盤改良等によって液状化の発生を抑制する方法やシートパイルによるせん断変形を抑制する方法などが考えられるものの、既設盛土Ｍの破壊対策としては十分とは言い難い。これに対して、図示する補強構造は、基礎地盤内に配した改良体Ｐａと盛土法面の法尻に配された抑え材Ｈ、およびこれらを結ぶ緊張材Ｔによって構成されるものである。すなわち、液状化によって発生した基礎地盤の水平変位に対して改良体Ｐａの支圧効果によって緊張材Ｔに張力Ｑ２を生じさせ、この張力を反力として法面の抑え材Ｈに付与して盛土における変状発生の初期段階から法面のはらみ出し（はらみ出そうとする力Ｑ１）を積極的に抑え、致命的な破壊にまで至らない効果を期待するものである。
【００７９】
次に、現場施工試験の試験概要と施工状況を説明する。
【００８０】
既設盛土の耐震補強構造を現場施工するに当たっては、液状化の懸念される緩い砂地盤内での改良体の造成方法の確立が課題として挙げられた。図７で説明する補強構造を既往の拡径型のグランドアンカーによる方法に適用した場合、この方法は元々自立性の高い粘土地盤やある程度堅固な砂地盤での適用を想定したもののであるために、砂地盤に対応した施工や品質管理方法を新たに確認する必要がある。そこで、実機を用いた施工試験による確認をおこなった。
【００８１】
本施工試験は、図８ａ，ｂで示すように、地山を最大約３ｍ掘削した箇所に遮水シートを布設し、砂で埋め戻した後に地下水面が地表面となるように飽和させ、さらに高さ２ｍの盛土を造成し、盛土法面部から延長約１０ｍの削孔および改良体の造成をおこなった。埋め戻しには最大粒径２ｍｍで細粒分含有率がほぼゼロの山砂を使用し、埋め戻し・飽和後の試験によってＮ値が１〜２程度であることを確認し、この埋め戻し地盤内で改良体の造成をおこなった。なお、グラウンドアンカーを構成する改良体造成は基礎地盤を掘削後にセメントミルクによる置換を行う、置換型の方法が一般的であるが、セメントが固化するまでの間は粘性を持つ掘削液などによって一時的に掘削孔壁を安定させる必要があり、緩い地盤の場合においてこの安定性の確保ができるか否かが懸念された。一方、削孔当初よりセメントミルクを注入・撹拌しながらソイルセメントを造成する撹拌型の造成方法では、孔壁安定の問題はないものの注入セメント量が限られ、セメント混じりの排土が多く発生するなど、強度発現や品質管理面での問題が想定された。そこで、本試験では基礎地盤の掘削によって所定量の排土をおこない、所定空間にセメントミルクを注入した後に地盤とセメントミルクを攪拌混合する、置換・撹拌併用型の施工をおこなった。改良体形状はφ１２００ｍｍ×長さ１５００ｍｍの円筒形状とし、Ｗ／Ｃ＝０．６のセメントミルクによってセメント添加量４００ｋｇ／ｍ３相当で２ケース、６００ｋｇ／ｍ３相当で１ケース実施した。
【００８２】
本施工試験においては、上記する全てのケースで削孔・造成時に拡径ビットの回転トルクが過大となるなどの障害も全く見られなかった。また、改良体を掘り出して確認したところ、いずれのケースの改良体も所定形状で造成されていることが確認されている。したがって、緩い砂地盤においても改良体の造成が可能であることが確認された。なお、削孔時および改良体造成時において測量を行った結果、改良体直上の盛土天端部で最大約３ｍｍ程度の沈下が見られた。この結果については、土被り厚が非常に薄いこと（置換砂１ｍ＋盛土２ｍ）、盛土部は試験用のために実施工のように十分に締固められていないことなどを考慮すると、周辺地盤への影響はほとんどないと考えられる。さらに、施工完了１週間後に実施した多サイクル引抜き試験では、いずれのケースの改良体も使用したテンドンの降伏荷重の９０％に相当する２８０ｋＮでの荷重保持によって改良体の健全性が確認されている。
【００８３】
次に、施工後の改良体に対し、周辺地盤を掘削・サンプリングをおこなうことによって改良体の密度やセメント添加量と強度（圧縮強度）の関係について検証をおこなった。以下、表１には事後調査試験結果の一覧を示している。
【００８４】
【表１】
【００８５】
表１において、セメント添加量についてはセメント協会「硬化コンクリートの配合推定試験法」を参考に各供試体および各単体（骨材，セメント）のCaO量と密度を基に算出した。試験結果を図９ａ、図９ｂに示している。図９ａ，ｂより、供試体密度が大きく、セメント量が多いほど一軸圧縮強度（56日強度）が大きく、ばらつきはあるもののセメント量約400kg/m3で1MPa以上、約600kg/m3で10MPa以上であることが確認された。また、No.1とNo.2を比較すると、セメント量がほぼ同程度にも関わらずNo.2の一軸圧縮強度の方が明確に大きい傾向であることが分かる。これは、No.2の方が供試体の乾燥密度が大きい影響と考えられる。No.1については改良体の出来型全体について掘削・排土を実施した後にセメントミルクを注入したのに対し、No.2はセメントミルク注入量に応じ必要最低限の体積分の掘削・排土を行った後にセメントミルクを注入し、その後撹拌することによって所定形状の改良体とするなど「置換・撹拌併用型」としての施工方法の違いが乾燥密度の違いに繋がったものと考えられる。すなわち、排土量の違いによる密度差が強度発現に影響したことになる。
【００８６】
また、施工時のセメント注入量と事後調査によるセメント量から改良体内に取り込まれたセメント量との差を算出すると、No.1とNo.2でセメント注入量の約15％が排土として排出されたのに対し、No.3では約45％が排出されたとの結果が得られた。このことは、強度向上のためにセメント添加量を多くした場合に排土によるセメントのロスも多くなることを示しており、施工の合理化の観点から必要強度とセメント添加量のバランスの重要性を示す結果であると言える。
【００８７】
現場施工試験により、液状化が懸念される緩い砂地盤において耐震補強法の構成要素である改良体の施工が可能であることが確認されている。また、改良体の造成過程の違いによる強度発現や配合の違いによる排土に関するデータも収集することができた。今回得られた結果は，盛土耐震補強法としての改良体の造成法だけではなく，地盤改良施工における排土やセメントのロスの低減など施工の合理化に繋がるものと考えられる。
【００８８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１…ケーシング、２…ロッド、２ａ…中空、２ｂ…係合溝、２ｃ…吐出孔、２ｃ１…吐出口、２ｃ２…流入口、３…攪拌翼、３ａ…固定ピン、３ｃ…回動軸、４…ピストン、４ａ…流路、４ｂ…貫通孔、４ｃ…係合キー、５…内管、６…掘削機、１０…地盤改良体造成装置、Ｆ…削孔液収容空間、Ｓ…改良材収容空間、Ｐ１、Ｐ１’、Ｐａ…地盤改良体、Ｐ２、Ｐ２’…削孔路閉塞体、Ｍ…盛土、Ｈ…抑え材、Ｔ…緊張材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在でその先端に拡径自在な攪拌翼を備えたロッドを具備する地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法であって、
地盤改良体造成エリアまで先行削孔穴を造成し、攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を先行削孔穴内で前進させ、攪拌翼を開いた姿勢として削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間を形成する第１のステップ、
攪拌翼を閉じた姿勢としてロッドと攪拌翼を後退させ、攪拌翼を再度開いた姿勢としてロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながらロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体を造成する第２のステップからなる地盤改良体造成方法。
【請求項２】
ケーシングと、該ケーシング内をスライドするとともに回転自在であってその先端に拡径自在な攪拌翼を備えたロッドと、から少なくとも構成される地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法であって、
攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を地盤内に前進させ、攪拌翼を開いた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を前進させながら削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間を形成する第１のステップ、
攪拌翼を閉じた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を後退させ、攪拌翼を再度開いた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながら少なくともロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体を造成する第２のステップからなる地盤改良体造成方法。
【請求項３】
地盤改良体造成装置の掘進経路の掘進方向の先端領域において、前記第１のステップと第２のステップをおこなって造成されるべき地盤改良体の一部を造成し、次に、それよりも後方領域において、前記第１のステップと第２のステップをおこなって造成されるべき地盤改良体のさらに一部を造成する請求項１または２に記載の地盤改良体造成方法。
【請求項４】
地盤内において、斜め方向もしくは水平方向に延びる地盤改良体を造成する請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良体造成方法。
【請求項５】
対向する法面を有する盛土の双方の法面の少なくとも法尻に配された抑え材と、抑え材から反対側の法面直下側の地盤内に斜め方向に延びる緊張材および該緊張材の先端に設けられた前記地盤改良体からなるグラウンドアンカーが造成される請求項１〜４のいずれかに記載の地盤改良体造成方法。
【請求項１】
回転自在でその先端に拡径自在な攪拌翼を備えたロッドを具備する地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法であって、
地盤改良体造成エリアまで先行削孔穴を造成し、攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を先行削孔穴内で前進させ、攪拌翼を開いた姿勢として削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間を形成する第１のステップ、
攪拌翼を閉じた姿勢としてロッドと攪拌翼を後退させ、攪拌翼を再度開いた姿勢としてロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながらロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体を造成する第２のステップからなる地盤改良体造成方法。
【請求項２】
ケーシングと、該ケーシング内をスライドするとともに回転自在であってその先端に拡径自在な攪拌翼を備えたロッドと、から少なくとも構成される地盤改良体造成装置を使用して地盤改良体を造成する地盤改良体造成方法であって、
攪拌翼を閉じた姿勢で地盤改良体造成装置を地盤内に前進させ、攪拌翼を開いた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を前進させながら削孔をおこなうとともに、削孔液を吐出しながら排土をおこなって削孔液収容空間を形成し、ここに改良材を吐出して削孔液が改良材で置換された改良材収容空間を形成する第１のステップ、
攪拌翼を閉じた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を後退させ、攪拌翼を再度開いた姿勢として少なくともロッドと攪拌翼を前進させて改良材収容空間に到達させ、攪拌翼によって改良材と地盤を攪拌混合しながら少なくともロッドと攪拌翼の前進と後退を繰り返すことによって地盤改良体を造成する第２のステップからなる地盤改良体造成方法。
【請求項３】
地盤改良体造成装置の掘進経路の掘進方向の先端領域において、前記第１のステップと第２のステップをおこなって造成されるべき地盤改良体の一部を造成し、次に、それよりも後方領域において、前記第１のステップと第２のステップをおこなって造成されるべき地盤改良体のさらに一部を造成する請求項１または２に記載の地盤改良体造成方法。
【請求項４】
地盤内において、斜め方向もしくは水平方向に延びる地盤改良体を造成する請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良体造成方法。
【請求項５】
対向する法面を有する盛土の双方の法面の少なくとも法尻に配された抑え材と、抑え材から反対側の法面直下側の地盤内に斜め方向に延びる緊張材および該緊張材の先端に設けられた前記地盤改良体からなるグラウンドアンカーが造成される請求項１〜４のいずれかに記載の地盤改良体造成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１４９３４（Ｐ２０１３−１４９３４Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８３０２（Ｐ２０１１−１４８３０２）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 刊行物名 ：第４６回地盤工学研究発表会（講演集のＣＤ−ＲＯＭ） 発行日 ：平成２３年６月２０日 発行所 ：公益社団法人地盤工学会
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（３９００３６５０４）日特建設株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 刊行物名 ：第４６回地盤工学研究発表会（講演集のＣＤ−ＲＯＭ） 発行日 ：平成２３年６月２０日 発行所 ：公益社団法人地盤工学会
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（３９００３６５０４）日特建設株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
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