地盤改良体造成装置と地盤改良体造成方法
【課題】ロッドの引き戻し時に攪拌翼に作用する反力に対して該攪拌翼がその開いた姿勢を保持することを保証でき、地盤と改良材を十分に攪拌混合して高品質な地盤改良体を造成することのできる地盤改良体造成装置と地盤改良体造成方法を提供すること。
【解決手段】ケーシング１と、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、その先端がロッド２の先端よりも前方に張り出し自在で攪拌翼３が回動自在に装着されたピストン４と、ピストン４の流路４ａに流体連通する内管５を備えた地盤改良体造成装置１０において、ピストン４とロッド２の中空２ａは係合位置で双方の係合溝２ｂと係合キー４ｃが係合し、ロッド２の肉厚内には吐出孔２ｃが、ピストン４にはその流路４ａに通じる貫通孔４ｂが設けてあり、貫通孔４ｂと吐出孔２ｃが流体連通した状態で内管５に供給された改良材がロッド２の外側側方へ吐出されるようになっている。
【解決手段】ケーシング１と、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、その先端がロッド２の先端よりも前方に張り出し自在で攪拌翼３が回動自在に装着されたピストン４と、ピストン４の流路４ａに流体連通する内管５を備えた地盤改良体造成装置１０において、ピストン４とロッド２の中空２ａは係合位置で双方の係合溝２ｂと係合キー４ｃが係合し、ロッド２の肉厚内には吐出孔２ｃが、ピストン４にはその流路４ａに通じる貫通孔４ｂが設けてあり、貫通孔４ｂと吐出孔２ｃが流体連通した状態で内管５に供給された改良材がロッド２の外側側方へ吐出されるようになっている。
【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装置と地盤改良体造成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟弱な地盤や、所望する強度を具備しない地盤に対しておこなわれる地盤改良工法は多岐に亘る。その一つの方法として、ケーシングと、ケーシング内でスライドするインナーロッドとその先端に装着された攪拌翼（攪拌ビット）からなる装置を使用し、ケーシングとインナーロッドの間のクリアランス（流路）を介して圧縮空気と水を噴射しながら地盤を水圧で破砕切削し、次いで、攪拌翼を広げてロッドを回転させ、破砕切削された地盤を攪拌翼で攪拌しながら、セメントミルクを主成分とする改良材や改良材の硬化を促進する反応材などを噴射して攪拌し、所望径の地盤改良体（地盤改良杭）を造成する地盤改良工法は一般に用いられており、セメント系深層混合処理工法（ＣＤＭ工法）がその一例である。なお、上記の拡大掘削装置とこの装置を用いた地盤改良工法に関する技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
たとえば、拡大掘削装置を用いて既存建物Ｂの直下に地盤改良杭を造成する方法を図５〜７を参照して説明する。
【０００４】
図５で示すように、既存建物Ｂの平面規模が大きな場合はとくに、この既存建物Ｂの直下を精度よく地盤改良するのが容易でない。そこで、図５で示すように、スイベルが装備された掘削機Ｍを使用し、このスイベルの内部でケーシングやロッドを順次連結しながら既存建物Ｂの直下の被改良地盤層までケーシングＣとロッドＲを前進させ、これらが前進する過程でケーシングＣとロッドＲの間の流路を介して圧力水を地盤に噴射して地盤をほぐす。さらに、図６で示すように、ロッドＲをケーシングＣの先端から張り出させ（Ｘ６方向）、ロッドＲの先端に回動自在に設けられた攪拌翼Ｗ、Ｗを広げて回転させ（Ｘ４方向）、ロッドＲとケーシングＣの間の流路を介して改良材を前方へ噴射して（Ｙ４方向）地盤とともに攪拌することにより、既存建物Ｂの直下に水平に延びる地盤改良体Ｐを造成するものである。なお、複数の水平方向の地盤改良体Ｐを接するように造成し、もしくは一定間隔を置いて併設するように造成することにより、既存建物Ｂの平面規模に関わらず、その直下の所望する軟弱地盤等を精度よく地盤改良補強することが可能となる。
【０００５】
図６で示す改良工法は、ケーシングＣに対して相対的にロッドＲをスライドさせて前進させ、この前進の過程で地盤内に改良材を噴射しながら攪拌翼Ｗにて地盤と改良材を攪拌混合しながら前方に徐々に地盤改良体Ｐを造成する方法である。しかしながら、このロッドＲを押出しながら地盤改良体Ｐを造成する方法においては、図７ａで示すように、緩められた地盤内にロッドＲが前進する過程でロッドが初期の延伸方向から垂れ下がってしまい（図７ａのＸ７方向）、地盤内の所望位置に直状の地盤改良体を造成し難いという課題がある。
【０００６】
そこで、図７ａで示す施工方法の課題を解消するべく、図７ｂで示すように、ケーシングＣからロッドＲを相対的にスライドさせ、地盤内にまず前進させた後、攪拌翼Ｗで地盤と改良材を攪拌混合しながらロッドＲをケーシングＣ側に後退させながら（引き戻しながら）地盤改良体Ｐを造成する施工方法を適用するといった方策もある。しかしながら、この施工方法では、ロッドが後退する方向と反対方向（図７ｂのＹ４方向）に改良材が噴射されることから、地盤と改良材を十分に改良することができないといった大きな課題を有している。
【０００７】
図７ａ，ｂで示す施工方法の有する課題を解消するべく、ロッドの引き戻しと、ロッドの前進およびこの際の地盤と改良材との攪拌混合を何度も繰返して施工するといったさらなる方策もあるが、この施工方法では施工効率が格段に悪くなることは理解に易い。
【０００８】
なお、従来構造の地盤改良体造成装置を使用して図７ａのごとくロッドＲを押出しながら地盤改良体Ｐを造成する方法においては、ロッドＲを押出す際に攪拌翼Ｗが前方地盤から受ける反力（図７ａ中のＴ１方向）は、攪拌翼Ｗが閉じる方向（ロッドの軸方向に向かう方向）と反対側であることから、ロッド押出し時に攪拌翼Ｗ、Ｗがその開いた姿勢を保持し易い。
【０００９】
これに対して、従来構造の地盤改良体造成装置を使用して図７ｂのごとくロッドＲを引き戻しながら地盤改良体Ｐを造成する方法においては、ロッドＲを引き戻す際に攪拌翼Ｗが後方地盤（引き戻し側の地盤）から受ける反力（図７ｂ中のＴ２方向）が、攪拌翼Ｗを閉じる方向となることから、ロッド引き戻し時に攪拌翼Ｗ、Ｗがその開いた姿勢を保持し難い。したがって、ロッドを引き戻しながら地盤改良体を造成する方法において、ロッド引き戻し時に攪拌翼がその開いた姿勢を保持することのできる構造を備えた地盤改良体造成装置の開発が急務の課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−６４７５９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、ケーシングから張り出した２以上の攪拌翼を回転自在に装着するロッドをケーシング側に引き戻しながら地盤改良体を造成する施工方法とこの施工方法に好適な地盤改良体造成装置であって、ロッドの引き戻し時に攪拌翼に作用する反力に対して該攪拌翼がその開いた姿勢を保持することを保証でき、しかも、地盤と改良材を十分に攪拌混合して高品質な地盤改良体を造成することのできる地盤改良体造成装置と、この地盤改良体造成装置を使用してなる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装置は、ケーシングと、前記ケーシング内をスライドして該ケーシングの先端から出入り自在でかつ回転自在な中空のロッドと、ロッドの前記中空内でスライド自在であり、かつ流路を内部に備えたピストンであって、該ピストンの先端は前記ロッドの先端よりも前方に張り出し自在となっていて、該先端に少なくとも２つの攪拌翼が回動自在に装着されているピストンと、ロッドの前記中空内でピストンに固設されて、該ピストンの前記流路に流体連通する内管と、を備えた地盤改良体造成装置において、前記ピストンと前記ロッドの中空の一方には係合溝が設けられ、他方には係合キーが設けられていて、ピストンがロッドの中空内でスライドして係合溝と係合キーが係合位置で係合するようになっており、前記ロッドの外周面には吐出口が臨み、吐出口に連通する吐出孔がロッドの肉厚内に設けられて中空に臨む流入口に通じており、前記ピストンには、その前記流路とその外周面を貫通する貫通孔が設けてあり、前記係合位置において、貫通孔が流入口に位置決めされ、内管に供給された改良材がピストンの流路および貫通孔を介し、ロッドの吐出孔を介して吐出口からロッドの外側側方へ吐出されるようになっているものである。
【００１３】
本発明の地盤改良体造成装置は、外周のケーシングに対してその内側の中空のロッドをスライド自在でかつ回転自在に構成し、相互に連通するピストンと内管をロッドの中空内に配し、このピストンの先端がロッドの先端よりも前方に張り出し自在であってここに攪拌翼が回動自在に装着された構成とし、さらに、ロッドの中空内でピストンがスライドする過程でピストンおよびロッドの双方に設けられた係合溝および係合キーが係合位置で係合するように構成されていることで、ケーシングから張り出したロッドを引き戻しながら地盤改良体を造成する際に、開いた姿勢の２以上の攪拌翼に対して該攪拌翼を閉じる方向に地盤から反力が作用した場合であっても、攪拌翼の開いた姿勢保持を保証することができるものである。
【００１４】
さらに、ロッドとピストンの係合状態において、ロッドの肉厚部に設けられた吐出孔と内管とピストンの流路が流体連通し、内管に提供された改良材がロッドの吐出孔を介してその外周面に開設された吐出口から外側側方へ吐出されることにより、引き戻されるロッドに係合されたピストン先端の２以上の攪拌翼よりも引き戻し側の地盤内に改良材が提供されることから、ロッドの引き戻しに応じて攪拌翼によって地盤と改良材を十分に攪拌混合することができる。
【００１５】
本発明の装置の用途としては、液状化対策や耐震補強対策、沈下対策などを目的として被改良地盤内に地盤改良体（地盤改良杭）を造成して地盤改良をおこなう場合のほかにも、アースアンカー工法におけるアンカー定着部を地盤改良体で造成する場合などにも適用できる。特に、上記する各目的の地盤改良においては、図５で示すように平面規模が大きな既設建物直下に地盤改良をおこなうような改良施工が困難な施工に対して本発明の装置は好適である。
【００１６】
地盤改良体造成装置の装置構成は、ケーシングと、ケーシング内をスライドして該ケーシングの先端から出入り自在でかつ回転自在な中空のロッドと、ロッドの中空内でスライド自在でかつ流路を内部に備え、その先端がロッドの先端よりも前方に張り出し自在となっていてこの先端に少なくとも２つの攪拌翼が回動自在に装着されているピストンと、ロッドの中空内でピストンに固設されて該ピストンの流路に流体連通する内管と、ケーシングやロッドを前進させるスイベル等を備えた掘削機と、ケーシングとロッド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、ロッドの中空に提供されてピストンを押出すための圧力水や高圧の改良材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の中空に提供するタンク、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構成されるものである。そして、ピストンの先端には、少なくとも２以上の攪拌翼（２つの攪拌翼、３以上の攪拌翼）が回動自在に装着されており、この攪拌翼の側面には適宜の鋸歯を形成しておくこともできる。
【００１７】
ロッドの外周面に臨む吐出孔を介して、改良材がロッドの軸方向に直交する方向へ吐出されることから、引き戻される攪拌翼による地盤と改良材の攪拌性が高いことに加えて、ロッドの側方へ改良材が吐出されることで、ロッドの側方の広範囲に改良材を供給することができ、たとえば、開いた姿勢で回転する攪拌翼によってできる円形断面寸法範囲に効果的に改良材を提供することができ、これをロッド引き戻し長さに亘っておこなうことで、所望形状および寸法で強度ばらつきの少ない地盤改良体を造成することができる。
【００１８】
ここで、前記ピストンが前記係合位置に到達するまでは前記少なくとも２つの攪拌翼はロッドの軸方向に向かう閉じた姿勢を形成しており、前記ピストンが前記係合位置に到達した際に前記少なくとも２つの攪拌翼が回動してロッドの軸方向に直交する方向に向かう開いた姿勢を形成する実施の形態であってもよい。
【００１９】
ケーシングに対して相対的にピストンがスライドして前方に押し込まれ、係合位置でロッドとピストンの係合溝および係合キーが係合した際に、ピストン先端で閉じた姿勢の攪拌翼の先端が押し込み時に前方の地盤から受ける反力によって、たとえば２つの攪拌翼が、それらの回動中心を中心にロッドの軸方向に対して直交する方向へ回動して開いた姿勢を形成させることができる。
【００２０】
ピストンとロッドが係合位置で係合すると同時に攪拌翼が開く構成としておくことで、不要な部分での攪拌を解消することができ、もって地盤改良体造成のための準備を短時間でおこなうことに繋がる。
【００２１】
また、ロッドの中空内においてピストンをスライドさせる機構形態としては、ロッドの前記中空と前記内管の間に隙間があって、この隙間を加圧流体が流通して前記ピストンの一部を前方へ押出して該ピストンをスライドさせ、係合溝と係合キーが係合位置で係合するような実施の形態を挙げることができる。
【００２２】
さらに、前記ロッドに係合溝が設けてあり、前記ピストンに係合キーが設けてあって、該係合キーは、ピストンの外周で付勢手段にてロッドの中空壁面側へ付勢されていて、係合位置で係合キーがロッドの係合溝へ押出されて双方が係合するようになっている実施の形態を挙げることができる。
【００２３】
たとえば、ピストン外周に付勢手段であるバネが装着され、このバネに係合キーがロッドの中空壁面側に付勢された状態で取り付けられている具体例を挙げることができる。
【００２４】
また、前記地盤改良体造成装置はさらに制御装置を備え、該地盤改良体造成装置内（たとえば、装置を構成するベースマシンに設けられた流路であって中空のロッドに流体連通する該流路の途中位置など）には圧力センサが装着されていて、該圧力センサによるセンシングデータが前記制御装置に送信されるようになっており、前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔が流体連通した際に圧力低下したセンシングデータに基づいて、前記少なくとも２つの攪拌翼が前記開いた姿勢を形成していることが特定される実施の形態であってもよい。
【００２５】
また、本発明は地盤改良体の造成方法にも及ぶものであり、この地盤改良体造成方法は、前記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、被改良地盤内に前記地盤改良体造成装置を構成するケーシングおよびロッドを進入させる第１のステップ、ケーシングに対して相対的にロッドを前進させて張り出させ、ピストンをロッドに対して相対的にスライドさせて双方を係合位置で係合させ、少なくとも２つの攪拌翼を開いた姿勢にするとともに、前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔を流体連通させ、改良材を内管に提供して地盤内に吐出しながらロッドを回転させ、ロッドの回転によって攪拌翼を回転させて地盤と改良材を攪拌混合し、ロッドをケーシング側に後退させながら所定断面積と所定長さを有した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。
【００２６】
本実施の形態の造成方法では、ケーシングとロッドを一体として被改良地盤内に進入させた後に、ケーシングからロッドを張り出させてさらに攪拌翼を開くものである。
【００２７】
また、他の実施の形態として、被改良地盤内に地盤改良体造成装置を構成するケーシングのみを先行して進入させ、次いでケーシング内でロッドを前進させて該ケーシングから張り出させた後にケーシングからロッドを張り出させてさらに攪拌翼を開く実施の形態もある。
【００２８】
いずれの実施の形態であれ、本発明の地盤改良体造成方法によれば、ロッドの引き戻し時に攪拌翼に作用する反力に対して該攪拌翼がその開いた姿勢を保持することを保証することができ、地盤と改良材を十分に攪拌混合して高品質な地盤改良体を造成することができる。
【発明の効果】
【００２９】
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装置とこの装置を適用した地盤改良体造成方法によれば、ケーシングから張り出した２以上の攪拌翼を回転自在に装着するロッドをケーシング側に引き戻しながら地盤改良体を造成する施工方法とこの施工方法に適用される地盤改良体造成装置に関し、ロッドの引き戻し時に攪拌翼に作用する反力に対して該攪拌翼がその開いた姿勢を保持することを保証することができ、さらに、地盤と改良材を十分に攪拌混合して高品質な地盤改良体を造成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の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】本発明の地盤改良体造成装置を示した模式図であって、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）の順に、図１，２で示す装置を適用した本発明の地盤改良体造成方法を説明したフロー図である。
【図５】既存建物の直下における地盤改良方法の一実施の形態を説明する模式図である。
【図６】従来の地盤改良体造成装置を使用して攪拌翼を回転させながら改良材を吐出している状態を示した模式図である。
【図７】（ａ）は、図６で示す従来の地盤改良体造成装置を使用してケーシングからロッドを押出しながら地盤改良体を造成する方法を説明した図であり、（ｂ）は、図６で示す従来の地盤改良体造成装置を使用してケーシングから押出されたロッドをケーシングに引き戻しながら地盤改良体を造成する方法を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の地盤改良体造成装置とこの装置を適用した地盤改良体造成方法を説明する。なお、図示する地盤改良体造成装置は、その構成要素であるロッド内のピストンの先端に回動自在な２つの攪拌翼を具備するものであるが、回動自在な３以上の攪拌翼を具備する装置であってもよい。
【００３２】
（地盤改良体造成装置について）
図１は、本発明の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、本発明の地盤改良体造成装置を示した模式図であって、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。
【００３３】
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いる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図２で示すように、被改良地盤層にロッド２を収容するケーシング１が到達すると、ケーシング１の先端からロッド２がスライドして造成されるべき地盤改良体の長さだけ張り出す（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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改良材が吐出される（図２のＹ３方向）。
【００４１】
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。
【００４２】
高圧の改良材の吐出位置が攪拌翼３よりもケーシング１側となること、およびその吐出方向が開いた姿勢の攪拌翼３に対して平行もしくは略平行であることより、ロッド２と攪拌翼３がケーシング１側に引き戻されながら地盤改良体を造成する場合には、ロッド２と攪拌翼３の引き戻し側に改良材が提供されることから、回転する攪拌翼３によって地盤と改良材が十分に攪拌混合されることになる。
【００４３】
さらに、ロッド２の軸心に対して直交する方向の地盤内に高圧の改良材が吐出されることから、ロッド２の側方の広範囲に改良材を供給することができ、たとえば、開いた姿勢で回転する攪拌翼３，３によってできる円形断面寸法範囲に効果的に改良材を提供することができる。そしてこれをロッド引き戻し長さに亘っておこなうことで、所望形状および寸法で強度ばらつきの少ない地盤改良体を造成することができる。
【００４４】
また、図７ｂで示すように、ロッド２のケーシング１側への引き戻しの際に、開いた姿勢の攪拌翼３に対してこれを閉じた姿勢に戻そうとする地盤反力Ｔ２が作用することになるが、図２で示す状態において、攪拌翼３，３の回動中心を先端に備えたピストン４とロッド２が双方の係合位置で強固に係合していることから、ロッド２に対するピストン４の相対移動が阻止され、このことによって攪拌翼３，３の開いた姿勢維持が保証される。
【００４５】
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。
【００４６】
（地盤改良体造成方法について）
図４を参照して、図１，２で示す装置１０を適用した地盤改良体造成方法を概説する。なお、図４ａ〜図４ｃはその順で、地盤改良体造成方法を説明したフロー図となっている。
【００４７】
図４ａには、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６）を含む地盤改良体造成装置１０を示している。まず、図４ａで示すように、掘削機６を用いて、ケーシング１内にロッド２を配し、双方を被改良地盤層まで前進させ、これらが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（Ｚ１方向）破砕切削させながら、ケーシング１とロッド２を被改良地盤層に到達させる。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いる。
【００４８】
次に、掘削機６を取り外し、ケーシング１の先端からロッド２を所定長だけスライドさせるためのエキステンションロッドを掘削機６に取付け、さらにケーシング１を掘削機６に取り付けて、図４ｂで示すようにケーシング１の先端からロッド２を造成される地盤改良体の長さだけ張り出させる。
【００４９】
ロッド２が所定長さだけケーシング１から張り出したら、図２で示すようにロッド２内に圧力流体を提供してピストンを前方へ押出し、双方の係合位置でロッド２とピストンを係合させ、閉じた姿勢の攪拌翼３，３を回動させて開いた姿勢を形成する（Ｘ３方向）。
【００５０】
さらに、内管５に高圧の改良材を後方から提供し、ピストンの流路および貫通孔を介し、ロッド２の吐出孔を介して吐出口からロッド２の外側側方へ高圧の改良材を吐出する（Ｙ３方向）。
【００５１】
高圧の改良材を地盤内に吐出しながら図４ｃで示すようにロッド２を回転させ、ロッド２の回転によって攪拌翼３，３を回転させて（Ｘ４方向）地盤と改良材を攪拌混合し、ロッド２をケーシング１側に後退させながら（Ｘ５方向）地盤改良体Ｐを造成していく。なお、図４ｃにおいて、地盤改良体Ｐ’は、図示以降のロッド２の後退によって造成される地盤改良体であり、既に造成されている地盤改良体Ｐに加えてさらにこの地盤改良体Ｐ’が造成されることにより、所定断面積と所定長さを有した地盤改良体の造成が完了する。
【００５２】
図４ａ〜ｃで示す施工フローを繰り返して、あるいは、複数の装置１０を同時に適用して、複数の水平方向の地盤改良体を接するように造成し、もしくは一定間隔を置いて併設するように造成することにより、既存建物の平面規模に関わらず、その直下の所望する軟弱地盤等を精度よく地盤改良補強することが可能となる。
【００５３】
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】
【００５４】
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、Ｐ…地盤改良体、Ｐ’…以後に造成される地盤改良体
【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装置と地盤改良体造成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟弱な地盤や、所望する強度を具備しない地盤に対しておこなわれる地盤改良工法は多岐に亘る。その一つの方法として、ケーシングと、ケーシング内でスライドするインナーロッドとその先端に装着された攪拌翼（攪拌ビット）からなる装置を使用し、ケーシングとインナーロッドの間のクリアランス（流路）を介して圧縮空気と水を噴射しながら地盤を水圧で破砕切削し、次いで、攪拌翼を広げてロッドを回転させ、破砕切削された地盤を攪拌翼で攪拌しながら、セメントミルクを主成分とする改良材や改良材の硬化を促進する反応材などを噴射して攪拌し、所望径の地盤改良体（地盤改良杭）を造成する地盤改良工法は一般に用いられており、セメント系深層混合処理工法（ＣＤＭ工法）がその一例である。なお、上記の拡大掘削装置とこの装置を用いた地盤改良工法に関する技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
たとえば、拡大掘削装置を用いて既存建物Ｂの直下に地盤改良杭を造成する方法を図５〜７を参照して説明する。
【０００４】
図５で示すように、既存建物Ｂの平面規模が大きな場合はとくに、この既存建物Ｂの直下を精度よく地盤改良するのが容易でない。そこで、図５で示すように、スイベルが装備された掘削機Ｍを使用し、このスイベルの内部でケーシングやロッドを順次連結しながら既存建物Ｂの直下の被改良地盤層までケーシングＣとロッドＲを前進させ、これらが前進する過程でケーシングＣとロッドＲの間の流路を介して圧力水を地盤に噴射して地盤をほぐす。さらに、図６で示すように、ロッドＲをケーシングＣの先端から張り出させ（Ｘ６方向）、ロッドＲの先端に回動自在に設けられた攪拌翼Ｗ、Ｗを広げて回転させ（Ｘ４方向）、ロッドＲとケーシングＣの間の流路を介して改良材を前方へ噴射して（Ｙ４方向）地盤とともに攪拌することにより、既存建物Ｂの直下に水平に延びる地盤改良体Ｐを造成するものである。なお、複数の水平方向の地盤改良体Ｐを接するように造成し、もしくは一定間隔を置いて併設するように造成することにより、既存建物Ｂの平面規模に関わらず、その直下の所望する軟弱地盤等を精度よく地盤改良補強することが可能となる。
【０００５】
図６で示す改良工法は、ケーシングＣに対して相対的にロッドＲをスライドさせて前進させ、この前進の過程で地盤内に改良材を噴射しながら攪拌翼Ｗにて地盤と改良材を攪拌混合しながら前方に徐々に地盤改良体Ｐを造成する方法である。しかしながら、このロッドＲを押出しながら地盤改良体Ｐを造成する方法においては、図７ａで示すように、緩められた地盤内にロッドＲが前進する過程でロッドが初期の延伸方向から垂れ下がってしまい（図７ａのＸ７方向）、地盤内の所望位置に直状の地盤改良体を造成し難いという課題がある。
【０００６】
そこで、図７ａで示す施工方法の課題を解消するべく、図７ｂで示すように、ケーシングＣからロッドＲを相対的にスライドさせ、地盤内にまず前進させた後、攪拌翼Ｗで地盤と改良材を攪拌混合しながらロッドＲをケーシングＣ側に後退させながら（引き戻しながら）地盤改良体Ｐを造成する施工方法を適用するといった方策もある。しかしながら、この施工方法では、ロッドが後退する方向と反対方向（図７ｂのＹ４方向）に改良材が噴射されることから、地盤と改良材を十分に改良することができないといった大きな課題を有している。
【０００７】
図７ａ，ｂで示す施工方法の有する課題を解消するべく、ロッドの引き戻しと、ロッドの前進およびこの際の地盤と改良材との攪拌混合を何度も繰返して施工するといったさらなる方策もあるが、この施工方法では施工効率が格段に悪くなることは理解に易い。
【０００８】
なお、従来構造の地盤改良体造成装置を使用して図７ａのごとくロッドＲを押出しながら地盤改良体Ｐを造成する方法においては、ロッドＲを押出す際に攪拌翼Ｗが前方地盤から受ける反力（図７ａ中のＴ１方向）は、攪拌翼Ｗが閉じる方向（ロッドの軸方向に向かう方向）と反対側であることから、ロッド押出し時に攪拌翼Ｗ、Ｗがその開いた姿勢を保持し易い。
【０００９】
これに対して、従来構造の地盤改良体造成装置を使用して図７ｂのごとくロッドＲを引き戻しながら地盤改良体Ｐを造成する方法においては、ロッドＲを引き戻す際に攪拌翼Ｗが後方地盤（引き戻し側の地盤）から受ける反力（図７ｂ中のＴ２方向）が、攪拌翼Ｗを閉じる方向となることから、ロッド引き戻し時に攪拌翼Ｗ、Ｗがその開いた姿勢を保持し難い。したがって、ロッドを引き戻しながら地盤改良体を造成する方法において、ロッド引き戻し時に攪拌翼がその開いた姿勢を保持することのできる構造を備えた地盤改良体造成装置の開発が急務の課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−６４７５９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、ケーシングから張り出した２以上の攪拌翼を回転自在に装着するロッドをケーシング側に引き戻しながら地盤改良体を造成する施工方法とこの施工方法に好適な地盤改良体造成装置であって、ロッドの引き戻し時に攪拌翼に作用する反力に対して該攪拌翼がその開いた姿勢を保持することを保証でき、しかも、地盤と改良材を十分に攪拌混合して高品質な地盤改良体を造成することのできる地盤改良体造成装置と、この地盤改良体造成装置を使用してなる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装置は、ケーシングと、前記ケーシング内をスライドして該ケーシングの先端から出入り自在でかつ回転自在な中空のロッドと、ロッドの前記中空内でスライド自在であり、かつ流路を内部に備えたピストンであって、該ピストンの先端は前記ロッドの先端よりも前方に張り出し自在となっていて、該先端に少なくとも２つの攪拌翼が回動自在に装着されているピストンと、ロッドの前記中空内でピストンに固設されて、該ピストンの前記流路に流体連通する内管と、を備えた地盤改良体造成装置において、前記ピストンと前記ロッドの中空の一方には係合溝が設けられ、他方には係合キーが設けられていて、ピストンがロッドの中空内でスライドして係合溝と係合キーが係合位置で係合するようになっており、前記ロッドの外周面には吐出口が臨み、吐出口に連通する吐出孔がロッドの肉厚内に設けられて中空に臨む流入口に通じており、前記ピストンには、その前記流路とその外周面を貫通する貫通孔が設けてあり、前記係合位置において、貫通孔が流入口に位置決めされ、内管に供給された改良材がピストンの流路および貫通孔を介し、ロッドの吐出孔を介して吐出口からロッドの外側側方へ吐出されるようになっているものである。
【００１３】
本発明の地盤改良体造成装置は、外周のケーシングに対してその内側の中空のロッドをスライド自在でかつ回転自在に構成し、相互に連通するピストンと内管をロッドの中空内に配し、このピストンの先端がロッドの先端よりも前方に張り出し自在であってここに攪拌翼が回動自在に装着された構成とし、さらに、ロッドの中空内でピストンがスライドする過程でピストンおよびロッドの双方に設けられた係合溝および係合キーが係合位置で係合するように構成されていることで、ケーシングから張り出したロッドを引き戻しながら地盤改良体を造成する際に、開いた姿勢の２以上の攪拌翼に対して該攪拌翼を閉じる方向に地盤から反力が作用した場合であっても、攪拌翼の開いた姿勢保持を保証することができるものである。
【００１４】
さらに、ロッドとピストンの係合状態において、ロッドの肉厚部に設けられた吐出孔と内管とピストンの流路が流体連通し、内管に提供された改良材がロッドの吐出孔を介してその外周面に開設された吐出口から外側側方へ吐出されることにより、引き戻されるロッドに係合されたピストン先端の２以上の攪拌翼よりも引き戻し側の地盤内に改良材が提供されることから、ロッドの引き戻しに応じて攪拌翼によって地盤と改良材を十分に攪拌混合することができる。
【００１５】
本発明の装置の用途としては、液状化対策や耐震補強対策、沈下対策などを目的として被改良地盤内に地盤改良体（地盤改良杭）を造成して地盤改良をおこなう場合のほかにも、アースアンカー工法におけるアンカー定着部を地盤改良体で造成する場合などにも適用できる。特に、上記する各目的の地盤改良においては、図５で示すように平面規模が大きな既設建物直下に地盤改良をおこなうような改良施工が困難な施工に対して本発明の装置は好適である。
【００１６】
地盤改良体造成装置の装置構成は、ケーシングと、ケーシング内をスライドして該ケーシングの先端から出入り自在でかつ回転自在な中空のロッドと、ロッドの中空内でスライド自在でかつ流路を内部に備え、その先端がロッドの先端よりも前方に張り出し自在となっていてこの先端に少なくとも２つの攪拌翼が回動自在に装着されているピストンと、ロッドの中空内でピストンに固設されて該ピストンの流路に流体連通する内管と、ケーシングやロッドを前進させるスイベル等を備えた掘削機と、ケーシングとロッド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、ロッドの中空に提供されてピストンを押出すための圧力水や高圧の改良材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の中空に提供するタンク、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構成されるものである。そして、ピストンの先端には、少なくとも２以上の攪拌翼（２つの攪拌翼、３以上の攪拌翼）が回動自在に装着されており、この攪拌翼の側面には適宜の鋸歯を形成しておくこともできる。
【００１７】
ロッドの外周面に臨む吐出孔を介して、改良材がロッドの軸方向に直交する方向へ吐出されることから、引き戻される攪拌翼による地盤と改良材の攪拌性が高いことに加えて、ロッドの側方へ改良材が吐出されることで、ロッドの側方の広範囲に改良材を供給することができ、たとえば、開いた姿勢で回転する攪拌翼によってできる円形断面寸法範囲に効果的に改良材を提供することができ、これをロッド引き戻し長さに亘っておこなうことで、所望形状および寸法で強度ばらつきの少ない地盤改良体を造成することができる。
【００１８】
ここで、前記ピストンが前記係合位置に到達するまでは前記少なくとも２つの攪拌翼はロッドの軸方向に向かう閉じた姿勢を形成しており、前記ピストンが前記係合位置に到達した際に前記少なくとも２つの攪拌翼が回動してロッドの軸方向に直交する方向に向かう開いた姿勢を形成する実施の形態であってもよい。
【００１９】
ケーシングに対して相対的にピストンがスライドして前方に押し込まれ、係合位置でロッドとピストンの係合溝および係合キーが係合した際に、ピストン先端で閉じた姿勢の攪拌翼の先端が押し込み時に前方の地盤から受ける反力によって、たとえば２つの攪拌翼が、それらの回動中心を中心にロッドの軸方向に対して直交する方向へ回動して開いた姿勢を形成させることができる。
【００２０】
ピストンとロッドが係合位置で係合すると同時に攪拌翼が開く構成としておくことで、不要な部分での攪拌を解消することができ、もって地盤改良体造成のための準備を短時間でおこなうことに繋がる。
【００２１】
また、ロッドの中空内においてピストンをスライドさせる機構形態としては、ロッドの前記中空と前記内管の間に隙間があって、この隙間を加圧流体が流通して前記ピストンの一部を前方へ押出して該ピストンをスライドさせ、係合溝と係合キーが係合位置で係合するような実施の形態を挙げることができる。
【００２２】
さらに、前記ロッドに係合溝が設けてあり、前記ピストンに係合キーが設けてあって、該係合キーは、ピストンの外周で付勢手段にてロッドの中空壁面側へ付勢されていて、係合位置で係合キーがロッドの係合溝へ押出されて双方が係合するようになっている実施の形態を挙げることができる。
【００２３】
たとえば、ピストン外周に付勢手段であるバネが装着され、このバネに係合キーがロッドの中空壁面側に付勢された状態で取り付けられている具体例を挙げることができる。
【００２４】
また、前記地盤改良体造成装置はさらに制御装置を備え、該地盤改良体造成装置内（たとえば、装置を構成するベースマシンに設けられた流路であって中空のロッドに流体連通する該流路の途中位置など）には圧力センサが装着されていて、該圧力センサによるセンシングデータが前記制御装置に送信されるようになっており、前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔が流体連通した際に圧力低下したセンシングデータに基づいて、前記少なくとも２つの攪拌翼が前記開いた姿勢を形成していることが特定される実施の形態であってもよい。
【００２５】
また、本発明は地盤改良体の造成方法にも及ぶものであり、この地盤改良体造成方法は、前記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、被改良地盤内に前記地盤改良体造成装置を構成するケーシングおよびロッドを進入させる第１のステップ、ケーシングに対して相対的にロッドを前進させて張り出させ、ピストンをロッドに対して相対的にスライドさせて双方を係合位置で係合させ、少なくとも２つの攪拌翼を開いた姿勢にするとともに、前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔を流体連通させ、改良材を内管に提供して地盤内に吐出しながらロッドを回転させ、ロッドの回転によって攪拌翼を回転させて地盤と改良材を攪拌混合し、ロッドをケーシング側に後退させながら所定断面積と所定長さを有した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。
【００２６】
本実施の形態の造成方法では、ケーシングとロッドを一体として被改良地盤内に進入させた後に、ケーシングからロッドを張り出させてさらに攪拌翼を開くものである。
【００２７】
また、他の実施の形態として、被改良地盤内に地盤改良体造成装置を構成するケーシングのみを先行して進入させ、次いでケーシング内でロッドを前進させて該ケーシングから張り出させた後にケーシングからロッドを張り出させてさらに攪拌翼を開く実施の形態もある。
【００２８】
いずれの実施の形態であれ、本発明の地盤改良体造成方法によれば、ロッドの引き戻し時に攪拌翼に作用する反力に対して該攪拌翼がその開いた姿勢を保持することを保証することができ、地盤と改良材を十分に攪拌混合して高品質な地盤改良体を造成することができる。
【発明の効果】
【００２９】
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装置とこの装置を適用した地盤改良体造成方法によれば、ケーシングから張り出した２以上の攪拌翼を回転自在に装着するロッドをケーシング側に引き戻しながら地盤改良体を造成する施工方法とこの施工方法に適用される地盤改良体造成装置に関し、ロッドの引き戻し時に攪拌翼に作用する反力に対して該攪拌翼がその開いた姿勢を保持することを保証することができ、さらに、地盤と改良材を十分に攪拌混合して高品質な地盤改良体を造成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の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】本発明の地盤改良体造成装置を示した模式図であって、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）の順に、図１，２で示す装置を適用した本発明の地盤改良体造成方法を説明したフロー図である。
【図５】既存建物の直下における地盤改良方法の一実施の形態を説明する模式図である。
【図６】従来の地盤改良体造成装置を使用して攪拌翼を回転させながら改良材を吐出している状態を示した模式図である。
【図７】（ａ）は、図６で示す従来の地盤改良体造成装置を使用してケーシングからロッドを押出しながら地盤改良体を造成する方法を説明した図であり、（ｂ）は、図６で示す従来の地盤改良体造成装置を使用してケーシングから押出されたロッドをケーシングに引き戻しながら地盤改良体を造成する方法を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の地盤改良体造成装置とこの装置を適用した地盤改良体造成方法を説明する。なお、図示する地盤改良体造成装置は、その構成要素であるロッド内のピストンの先端に回動自在な２つの攪拌翼を具備するものであるが、回動自在な３以上の攪拌翼を具備する装置であってもよい。
【００３２】
（地盤改良体造成装置について）
図１は、本発明の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、本発明の地盤改良体造成装置を示した模式図であって、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。
【００３３】
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いる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図２で示すように、被改良地盤層にロッド２を収容するケーシング１が到達すると、ケーシング１の先端からロッド２がスライドして造成されるべき地盤改良体の長さだけ張り出す（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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改良材が吐出される（図２のＹ３方向）。
【００４１】
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。
【００４２】
高圧の改良材の吐出位置が攪拌翼３よりもケーシング１側となること、およびその吐出方向が開いた姿勢の攪拌翼３に対して平行もしくは略平行であることより、ロッド２と攪拌翼３がケーシング１側に引き戻されながら地盤改良体を造成する場合には、ロッド２と攪拌翼３の引き戻し側に改良材が提供されることから、回転する攪拌翼３によって地盤と改良材が十分に攪拌混合されることになる。
【００４３】
さらに、ロッド２の軸心に対して直交する方向の地盤内に高圧の改良材が吐出されることから、ロッド２の側方の広範囲に改良材を供給することができ、たとえば、開いた姿勢で回転する攪拌翼３，３によってできる円形断面寸法範囲に効果的に改良材を提供することができる。そしてこれをロッド引き戻し長さに亘っておこなうことで、所望形状および寸法で強度ばらつきの少ない地盤改良体を造成することができる。
【００４４】
また、図７ｂで示すように、ロッド２のケーシング１側への引き戻しの際に、開いた姿勢の攪拌翼３に対してこれを閉じた姿勢に戻そうとする地盤反力Ｔ２が作用することになるが、図２で示す状態において、攪拌翼３，３の回動中心を先端に備えたピストン４とロッド２が双方の係合位置で強固に係合していることから、ロッド２に対するピストン４の相対移動が阻止され、このことによって攪拌翼３，３の開いた姿勢維持が保証される。
【００４５】
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。
【００４６】
（地盤改良体造成方法について）
図４を参照して、図１，２で示す装置１０を適用した地盤改良体造成方法を概説する。なお、図４ａ〜図４ｃはその順で、地盤改良体造成方法を説明したフロー図となっている。
【００４７】
図４ａには、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６）を含む地盤改良体造成装置１０を示している。まず、図４ａで示すように、掘削機６を用いて、ケーシング１内にロッド２を配し、双方を被改良地盤層まで前進させ、これらが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（Ｚ１方向）破砕切削させながら、ケーシング１とロッド２を被改良地盤層に到達させる。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いる。
【００４８】
次に、掘削機６を取り外し、ケーシング１の先端からロッド２を所定長だけスライドさせるためのエキステンションロッドを掘削機６に取付け、さらにケーシング１を掘削機６に取り付けて、図４ｂで示すようにケーシング１の先端からロッド２を造成される地盤改良体の長さだけ張り出させる。
【００４９】
ロッド２が所定長さだけケーシング１から張り出したら、図２で示すようにロッド２内に圧力流体を提供してピストンを前方へ押出し、双方の係合位置でロッド２とピストンを係合させ、閉じた姿勢の攪拌翼３，３を回動させて開いた姿勢を形成する（Ｘ３方向）。
【００５０】
さらに、内管５に高圧の改良材を後方から提供し、ピストンの流路および貫通孔を介し、ロッド２の吐出孔を介して吐出口からロッド２の外側側方へ高圧の改良材を吐出する（Ｙ３方向）。
【００５１】
高圧の改良材を地盤内に吐出しながら図４ｃで示すようにロッド２を回転させ、ロッド２の回転によって攪拌翼３，３を回転させて（Ｘ４方向）地盤と改良材を攪拌混合し、ロッド２をケーシング１側に後退させながら（Ｘ５方向）地盤改良体Ｐを造成していく。なお、図４ｃにおいて、地盤改良体Ｐ’は、図示以降のロッド２の後退によって造成される地盤改良体であり、既に造成されている地盤改良体Ｐに加えてさらにこの地盤改良体Ｐ’が造成されることにより、所定断面積と所定長さを有した地盤改良体の造成が完了する。
【００５２】
図４ａ〜ｃで示す施工フローを繰り返して、あるいは、複数の装置１０を同時に適用して、複数の水平方向の地盤改良体を接するように造成し、もしくは一定間隔を置いて併設するように造成することにより、既存建物の平面規模に関わらず、その直下の所望する軟弱地盤等を精度よく地盤改良補強することが可能となる。
【００５３】
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】
【００５４】
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、Ｐ…地盤改良体、Ｐ’…以後に造成される地盤改良体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシング内をスライドして該ケーシングの先端から出入り自在でかつ回転自在な中空のロッドと、
ロッドの前記中空内でスライド自在であり、かつ流路を内部に備えたピストンであって、該ピストンの先端は前記ロッドの先端よりも前方に張り出し自在となっていて、該先端に少なくとも２つの攪拌翼が回動自在に装着されているピストンと、
ロッドの前記中空内でピストンに固設されて、該ピストンの前記流路に流体連通する内管と、を備えた地盤改良体造成装置において、
前記ピストンと前記ロッドの中空の一方には係合溝が設けられ、他方には係合キーが設けられていて、ピストンがロッドの中空内でスライドして係合溝と係合キーが係合位置で係合するようになっており、
前記ロッドの外周面には吐出口が臨み、吐出口に連通する吐出孔がロッドの肉厚内に設けられて中空に臨む流入口に通じており、
前記ピストンには、その前記流路とその外周面を貫通する貫通孔が設けてあり、前記係合位置において、貫通孔が流入口に位置決めされ、内管に供給された改良材がピストンの流路および貫通孔を介し、ロッドの吐出孔を介して吐出口からロッドの外側側方へ吐出されるようになっている地盤改良体造成装置。
【請求項２】
前記ピストンが前記係合位置に到達するまでは前記少なくとも２つの攪拌翼はロッドの軸方向に向かう閉じた姿勢を形成しており、
前記ピストンが前記係合位置に到達した際に前記少なくとも２つの攪拌翼が回動してロッドの軸方向に直交する方向に向かう開いた姿勢を形成する請求項１に記載の地盤改良体造成装置。
【請求項３】
ロッドの前記中空と前記内管の間に隙間があり、該隙間を加圧流体が流通して前記ピストンの一部を前方へ押出して該ピストンをスライドさせ、係合溝と係合キーが係合位置で係合するようになっている請求項１または２に記載の地盤改良体造成装置。
【請求項４】
前記ロッドに係合溝が設けてあり、前記ピストンに係合キーが設けてあって、該係合キーは、ピストンの外周で付勢手段にてロッドの中空壁面側へ付勢されていて、係合位置で係合キーがロッドの係合溝へ押出されて双方が係合するようになっている請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良体造成装置。
【請求項５】
前記地盤改良体造成装置はさらに制御装置を備え、該地盤改良体造成装置内には圧力センサが装着されていて、該圧力センサによるセンシングデータが前記制御装置に送信されるようになっており、
前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔が流体連通した際に圧力低下したセンシングデータに基づいて、前記少なくとも２つの攪拌翼が前記開いた姿勢を形成していることが特定される請求項２もしくは請求項２に従属する請求項３または４に記載の地盤改良体造成装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の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、
被改良地盤内に前記地盤改良体造成装置を構成するケーシングおよびロッドを進入させる第１のステップ、
ケーシングに対して相対的にロッドを前進させて張り出させ、ピストンをロッドに対して相対的にスライドさせて双方を係合位置で係合させ、少なくとも２つの攪拌翼を開いた姿勢にするとともに、前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔を流体連通させ、改良材を内管に提供して地盤内に吐出しながらロッドを回転させ、ロッドの回転によって攪拌翼を回転させて地盤と改良材を攪拌混合し、ロッドをケーシング側に後退させながら所定断面積と所定長さを有した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７】
請求項１〜５のいずれかに記載の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、
被改良地盤内に前記地盤改良体造成装置を構成するケーシングのみを先行して進入させる第１のステップ、
ケーシング内でロッドを前進させて該ケーシングから張り出させ、ピストンをロッドに対して相対的にスライドさせて双方を係合位置で係合させ、少なくとも２つの攪拌翼を開いた姿勢にするとともに、前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔を流体連通させ、改良材を内管に提供して地盤内に吐出しながらロッドを回転させ、ロッドの回転によって攪拌翼を回転させて地盤と改良材を攪拌混合し、ロッドをケーシング側に後退させながら所定断面積と所定長さを有した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１】
ケーシングと、
前記ケーシング内をスライドして該ケーシングの先端から出入り自在でかつ回転自在な中空のロッドと、
ロッドの前記中空内でスライド自在であり、かつ流路を内部に備えたピストンであって、該ピストンの先端は前記ロッドの先端よりも前方に張り出し自在となっていて、該先端に少なくとも２つの攪拌翼が回動自在に装着されているピストンと、
ロッドの前記中空内でピストンに固設されて、該ピストンの前記流路に流体連通する内管と、を備えた地盤改良体造成装置において、
前記ピストンと前記ロッドの中空の一方には係合溝が設けられ、他方には係合キーが設けられていて、ピストンがロッドの中空内でスライドして係合溝と係合キーが係合位置で係合するようになっており、
前記ロッドの外周面には吐出口が臨み、吐出口に連通する吐出孔がロッドの肉厚内に設けられて中空に臨む流入口に通じており、
前記ピストンには、その前記流路とその外周面を貫通する貫通孔が設けてあり、前記係合位置において、貫通孔が流入口に位置決めされ、内管に供給された改良材がピストンの流路および貫通孔を介し、ロッドの吐出孔を介して吐出口からロッドの外側側方へ吐出されるようになっている地盤改良体造成装置。
【請求項２】
前記ピストンが前記係合位置に到達するまでは前記少なくとも２つの攪拌翼はロッドの軸方向に向かう閉じた姿勢を形成しており、
前記ピストンが前記係合位置に到達した際に前記少なくとも２つの攪拌翼が回動してロッドの軸方向に直交する方向に向かう開いた姿勢を形成する請求項１に記載の地盤改良体造成装置。
【請求項３】
ロッドの前記中空と前記内管の間に隙間があり、該隙間を加圧流体が流通して前記ピストンの一部を前方へ押出して該ピストンをスライドさせ、係合溝と係合キーが係合位置で係合するようになっている請求項１または２に記載の地盤改良体造成装置。
【請求項４】
前記ロッドに係合溝が設けてあり、前記ピストンに係合キーが設けてあって、該係合キーは、ピストンの外周で付勢手段にてロッドの中空壁面側へ付勢されていて、係合位置で係合キーがロッドの係合溝へ押出されて双方が係合するようになっている請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良体造成装置。
【請求項５】
前記地盤改良体造成装置はさらに制御装置を備え、該地盤改良体造成装置内には圧力センサが装着されていて、該圧力センサによるセンシングデータが前記制御装置に送信されるようになっており、
前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔が流体連通した際に圧力低下したセンシングデータに基づいて、前記少なくとも２つの攪拌翼が前記開いた姿勢を形成していることが特定される請求項２もしくは請求項２に従属する請求項３または４に記載の地盤改良体造成装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の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、
被改良地盤内に前記地盤改良体造成装置を構成するケーシングおよびロッドを進入させる第１のステップ、
ケーシングに対して相対的にロッドを前進させて張り出させ、ピストンをロッドに対して相対的にスライドさせて双方を係合位置で係合させ、少なくとも２つの攪拌翼を開いた姿勢にするとともに、前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔を流体連通させ、改良材を内管に提供して地盤内に吐出しながらロッドを回転させ、ロッドの回転によって攪拌翼を回転させて地盤と改良材を攪拌混合し、ロッドをケーシング側に後退させながら所定断面積と所定長さを有した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７】
請求項１〜５のいずれかに記載の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、
被改良地盤内に前記地盤改良体造成装置を構成するケーシングのみを先行して進入させる第１のステップ、
ケーシング内でロッドを前進させて該ケーシングから張り出させ、ピストンをロッドに対して相対的にスライドさせて双方を係合位置で係合させ、少なくとも２つの攪拌翼を開いた姿勢にするとともに、前記係合位置でロッドの前記吐出孔とピストンの前記貫通孔を流体連通させ、改良材を内管に提供して地盤内に吐出しながらロッドを回転させ、ロッドの回転によって攪拌翼を回転させて地盤と改良材を攪拌混合し、ロッドをケーシング側に後退させながら所定断面積と所定長さを有した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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１９３５６２（Ｐ２０１２−１９３５６２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５９１１５（Ｐ２０１１−５９１１５）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【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２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【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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