地盤改良工法
【課題】ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法において、施工中の定量的な品質管理が可能になり、その結果、所定の品質を安定して確保することを実現した地盤改良工法を提供する。
【解決手段】ロータリー式混合攪拌機４は、一対の攪拌腕１４を備えている。攪拌腕１４は複数の腕部１４ａ〜１４ｄを有しており、腕部１４ａ〜１４ｄの先端部には複数の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが設けられている。ロータリー式混合攪拌機４を用いた地盤改良工法において、単位貫入時間Ｖ１（ｍｉｎ／ｍ）、単位引抜き時間Ｖ２（ｍｉｎ／ｍ）、貫入時回転数ａ１（ｒｐｍ）、引抜き時回転数ａ２（ｒｐｍ）、一方の攪拌腕１４側に設けられた攪拌爪１５ａ〜１５ｄの片側枚数ｎとすると、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎは、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすように決定される。
【解決手段】ロータリー式混合攪拌機４は、一対の攪拌腕１４を備えている。攪拌腕１４は複数の腕部１４ａ〜１４ｄを有しており、腕部１４ａ〜１４ｄの先端部には複数の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが設けられている。ロータリー式混合攪拌機４を用いた地盤改良工法において、単位貫入時間Ｖ１（ｍｉｎ／ｍ）、単位引抜き時間Ｖ２（ｍｉｎ／ｍ）、貫入時回転数ａ１（ｒｐｍ）、引抜き時回転数ａ２（ｒｐｍ）、一方の攪拌腕１４側に設けられた攪拌爪１５ａ〜１５ｄの片側枚数ｎとすると、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎは、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすように決定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は地盤改良工法に係り、特にロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
改良対象地盤を固化処理する地盤改良工法において、改良対象地盤を掘削しながら固化材スラリーを吐出し、改良対象地盤の土壌と固化材スラリーとを混合攪拌することによって固化処理が行われる。このような地盤改良工法において、回転可能に設けられた攪拌腕を有するロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法が公知である。ロータリー式混合攪拌機は、改良対象地盤に対して略垂直に貫入された後、引抜かれる。この貫入及び引抜きを繰り返して、改良対象地盤内に改良体が造成される。
例えば特許文献１には、複数の攪拌腕を有するロータリー式混合攪拌機と、このロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法が開示されている。これによれば、自走式車両のブーム先端部にロータリー式混合攪拌機が取り付けられて垂下される。ロータリー式混合攪拌機は、自走式車両から遠い位置にある改良対象地盤に貫入された後、ブームの操作によって自走式車両側に引き寄せられ、改良対象地盤より引抜かれる。貫入から引抜までの過程において、ロータリー式混合攪拌機は攪拌腕を回転させて土壌をせん断するとともに固化材スラリーを吐出して、土壌と固化材スラリーとの混合攪拌を行う。ロータリー式混合攪拌機の貫入から引抜きまでの過程を繰り返すことによって、改良対象地盤の所定領域に対する固化処理が行われる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４２９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されている地盤改良工法は、その手順については示しているものの、所定の品質を確保するための混合攪拌の程度については示していない。ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良においては、ロータリー式混合攪拌機の貫入及び引抜きに要する時間や攪拌腕の回転数等を改良対象地盤の土質や硬さ等に応じて調整し、混合攪拌の程度を管理する必要が生じる。しかしながら、実情では定性的な管理基準であり、所定の品質を安定して確保することが困難であった。したがって、混合攪拌の程度が不足して改良地盤の品質が悪くなったり、混合攪拌の程度が過剰となって所望する品質を上回り、経済性が悪くなるという問題点を有していた。
【０００５】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法において、施工中の定量的な品質管理が可能になり、その結果、所定の品質を安定して確保することを実現した地盤改良工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る地盤改良工法は、支持体と、複数の腕部を有し、支持体の両側部に回転可能に設けられる一対の攪拌腕と、腕部の先端部にそれぞれ設けられる複数の攪拌爪とを備えるロータリー式混合攪拌機を、改良対象地盤に貫入して引抜くとともに、一対の攪拌腕を回転させながら、固化材スラリーを吐出して、改良対象地盤の土壌と固化材スラリーとを混合攪拌する地盤改良工法であって、ロータリー式混合攪拌機を改良対象地盤に貫入する際に、ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位貫入時間Ｖ１（ｍｉｎ／ｍ）、ロータリー式混合攪拌機を改良対象地盤から引抜く際に、ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位引抜き時間Ｖ２（ｍｉｎ／ｍ）、ロータリー式混合攪拌機を改良対象地盤に貫入する際の、攪拌腕の回転数を貫入時回転数ａ１（ｒｐｍ）、ロータリー式混合攪拌機を改良対象地盤から引抜く際の、攪拌腕の回転数を引抜き時回転数ａ２（ｒｐｍ）、一対の攪拌腕のうち、一方の攪拌腕が有する複数の腕部に設けられた複数の攪拌爪の総数を片側枚数ｎ（枚）としたときに、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすことを特徴とするものである。
【０００７】
ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法において、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎとすると、一方の攪拌腕に設けられたｎ枚の攪拌爪が、貫入及び引抜きの深度方向における距離１（ｍ）の間に土壌をせん断する回数が、
（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ（回）
で示される。一方で、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２は、改良対象地盤の土質や硬さ等に応じて調整される施工条件であって、常に一定にはならない変数である。これらの変数を、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすように決定することによって、改良体の一軸圧縮強さにおける変動係数ＣＶが、地盤改良の一般的な要求品質の目安とされている０．２５以下に抑制できることが実験的に確認されている。したがって、ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法において、施工中の定量的な品質管理が可能になり、その結果、所定の品質を安定して確保することを実現できる。
【０００８】
ロータリー式混合攪拌機を、改良対象地盤に貫入して引抜く１施工サイクルにおいて、改良対象地盤には、平面断面形状が矩形である改良体が造成されてもよい。改良対象地盤に対して部分的な改良を行うことが可能となり、所定の品質を低いコストで得ることが可能となる。
【０００９】
ロータリー式混合攪拌機が改良対象地盤内を移動する際に、ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位掘削時間Ｖ（ｍｉｎ／ｍ）、ロータリー式混合攪拌機が改良対象地盤内を移動する際の、攪拌腕の回転数を掘削時回転数α（ｒｐｍ）、一対の攪拌腕のうち、一方の攪拌腕が有する複数の腕部の総数をｓ（本）、攪拌爪の長さをｔ（ｍ）としたときに、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）
を満たしてもよい。
【００１０】
ロータリー式混合攪拌機は、改良対象地盤内を１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の速度で移動する。また、攪拌腕が１回転するのに要する時間は、１／α（ｍｉｎ）であり、この１／α（ｍｉｎ）の間にロータリー式混合攪拌機が移動する距離は、１／（Ｖ・α）（ｍ）となる。一方、ｓ（本）の腕部にそれぞれ設けられた長さｔ（ｍ）の攪拌爪が、１／α（ｍｉｎ）の間に通過する領域において、攪拌爪が描く軌跡同士が互いに重ならないように並べると、その長さはｔｓ（ｍ）となる。ここで、ｔｓ≧１／（Ｖ・α）、すなわち、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）
とすることによって、攪拌爪が回転して描く軌跡が、ロータリー式混合攪拌機が移動する領域全体を隙間無く通過し、この領域内の土壌をすべてせん断する。したがって、ロータリー式混合攪拌機の攪拌爪が通過する領域のすべてが確実に混合攪拌されるため、地盤改良の品質を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法において、施工中の定量的な品質管理が可能になり、その結果、所定の品質を安定して確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、この発明の実施の形態について添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この実施の形態１に係る地盤改良工法に用いられる地盤改良施工機１を示し、その構造について説明する。尚、以下の説明は、ロータリー式混合攪拌機が、例えばバックホウ等であるベースマシンに取り付けられて地盤改良施工機１を構成している場合を例として示したものである。
地盤改良施工機１は、ベースマシン２を備えている。ベースマシン２はアーム２ａを有しており、アーム２ａの先端部には、矩形断面を有する管状部材からなるフレーム３の一端が取り付けられている。フレーム３の他端には、ロータリー式混合攪拌機４（以下、攪拌機４と略称する）が取り付けられており、攪拌機４が、フレーム３を介してベースマシン２のアーム２ａに垂下された状態となっている。攪拌機４は、矩形断面を有する管状部材からなる支持体１１を有しており、支持体１１の一端がフレーム３に取り付けられている。また、フレーム３は、ベースマシン２のアーム２ａ及び攪拌機４の支持体１１に対して着脱自在となっており、改良目標深度に応じてフレーム３の長さを選択することが可能となっている。
【００１３】
支持体１１の長手方向における中間部には、モータ部１２が設けられている。また、支持体１１の先端部近傍には回転軸１３が支持体１１に対して回転可能に設けられている。図２に示すように、回転軸１３は、その軸中心線が支持体１１の長手方向に対して直交するように設けられており、回転軸１３の両端部は、支持体１１の両側部を貫通して外部に露出した状態となっている。また、モータ部１２と回転軸１３とは、支持体１１の内部に設けられた図示しないチェーン等の伝達手段を介して接続されており、モータ部１２によって回転軸１３が駆動されて回転する構造となっている。
【００１４】
支持体１１の両側部において、外部に露出している回転軸１３には一対の攪拌腕１４がそれぞれ設けられており、回転軸１３と一対の攪拌腕１４とが一体となって回転するように固定されている。攪拌腕１４は、図３に示すように、回転軸１３の軸中心から径方向外側に向かって延びる４本の腕部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを有しており、回転方向において互いに隣り合う腕部同士が、直交するように配置されている。ここで、一対の攪拌腕１４は、４本の腕部１４ａ〜１４ｄをそれぞれ有しているが、腕部の総数は、４〜６本とすることが望ましい。
【００１５】
腕部１４ａ〜１４ｄの先端部には、台形形状の側面を有する板状の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、それぞれ設けられている。図２に示すように、腕部１４ａ〜１４ｄには攪拌爪１５ａ〜１５ｄがそれぞれ複数設けられており、図示の場合では、腕部１４ａ及び１４ｃには、攪拌爪１５ａ及び１５ｃがそれぞれ４枚ずつ設けられている。また、腕部１４ｂ及び１４ｄには、攪拌爪１５ｂ及び１５ｄがそれぞれ３枚ずつ設けられている。攪拌爪１５ａ〜１５ｄの枚数は、各腕部に設けられる攪拌爪の枚数を２〜４枚とすることが望ましい。
【００１６】
また、攪拌爪１５ａ及び１５ｃは、攪拌腕１４が回転したときに、同じ軌跡上を通過するように配置されている。攪拌爪１５ｂ及び１５ｄも、攪拌腕１４が回転したときに、同じ軌跡上を通過するように配置されている。一方、例えば攪拌爪１５ａに対する攪拌爪１５ｂのように、回転方向において互いに隣り合う腕部（腕部１４ａ及び１４ｂ）に設けられている攪拌爪同士は、攪拌腕１４が回転したときに同じ軌跡上を通過しないように配置されている。したがって、全ての攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、同じ軌跡上を通過するように配置されている場合と比較して、改良対象度の地盤をより細分化することが可能となっている。
【００１７】
ここで、攪拌爪１５ａ〜１５ｄの側面形状である台形（図３参照）において、その上底と下底との距離を、攪拌爪１５ａ〜１５ｄの長さｔ（ｍ）とする。１本の腕部、例えば図２に示す腕部１４ａに設けられている４枚の攪拌爪１５ａは、異なる二種類の長さｔを有しており、外側に位置する２枚の攪拌爪１５ａの長さｔが、内側に位置する攪拌爪１５ａの長さｔより長い状態となっている。このように、攪拌爪１５ａ〜１５ｄにおいて、その長さｔがそれぞれ異なるように構成することも可能であり、長さｔを０．０５〜０．３（ｍ）の範囲内とすることが望ましい。ただし、攪拌爪１５ａ〜１５ｄがそれぞれ有する最大の長さｔは全て等しくなっており、最大の長さｔを有する攪拌爪１５ａ〜１５ｄの先端部が回転して描く軌跡は、同一径を有する円となるように構成されている。
【００１８】
支持体１１の両側部において、支持体１１から最も遠い位置、図２の場合では攪拌爪１５ａ同士または攪拌爪１５ｃ同士の間は、間隔Ａとなるように配置されている。また、図３に示すように、最大の長さｔを有する攪拌爪１５ｂの先端部と攪拌爪１５ｄの先端部との間、すなわち最大の長さｔを有する攪拌爪１５ａ〜１５ｄの先端部が回転して描く軌跡である円も、直径Ａとなるように構成されている。したがって、攪拌機４を改良対象地盤に貫入して引抜く１施工サイクルにおいて、改良対象地盤には、平面断面形状が１辺の長さＡを有する矩形である改良体が造成されるようになっている。
また、支持体１１の先端部には、攪拌機４を改良対象地盤に貫入する際に、左右両側の攪拌腕１４の間に挟まれた中心部分の改良対象土を左右に分割し、支持体１１の両側部に押し分けるためのスタビライザ１６が設けられている。さらに、支持体１１の先端部には、地盤改良施工機１の外部から供給される固化材スラリーを、改良対象地盤内に吐出するための下部固化材スラリー吐出口１７が設けられている。また、支持体１１の、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが回転して描く軌跡である円の外周側にも上部固化材スラリー吐出口１８が設けられており、固化材スラリーを改良対象地盤内に吐出可能となっている。
【００１９】
以上のように構成される攪拌機４を、ベースマシン２のアーム２ａを操作して移動させ、改良対象地盤に対する貫入及び引抜きを行うことによって、実施の形態１に係る地盤改良工法が行われる。ここで、攪拌機４を改良対象地盤に貫入する際に、攪拌機４が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位貫入時間Ｖ１（ｍｉｎ／ｍ）とし、攪拌機４を改良対象地盤から引抜く際に、攪拌機４が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位引抜き時間Ｖ２（ｍｉｎ／ｍ）とする。また、攪拌機４を改良対象地盤に貫入する際の、攪拌腕１４の回転数を貫入時回転数ａ１（ｒｐｍ）とし、攪拌機４を改良対象地盤から引抜く際の、攪拌腕１４の回転数を引抜き時回転数ａ２（ｒｐｍ）とする。さらに、支持体１１の両側部にそれぞれ設けられた一対の攪拌腕１４のうち、一方の攪拌腕１４に設けられた攪拌爪１５ａ〜１５ｄの総数を片側枚数ｎ（枚）とする。尚、貫入時回転数ａ１及び引抜き時回転数ａ２は、負荷回転時、すなわち攪拌腕１４の改良対象地盤中での回転数を示すものとする。
【００２０】
ここで、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２は、改良対象地盤の土質や硬さ等に応じてそれぞれ調整される施工条件であって、常に一定とはならない変数である。これらの変数は、次式（１）を満たすように決定される。
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０・・・（１）
上記（１）式に示される（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎは、一方の攪拌腕１４に設けられたｎ枚の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、貫入及び引抜きの深度方向における距離１（ｍ）の間に土壌をせん断する回数を示すものである。
【００２１】
ただし、単位貫入時間Ｖ１及び単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１及び引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎは、より定量的な品質の管理を可能とするために、それぞれ次式（２）〜（４）を満たす範囲にある値から選択される。
０．５≦Ｖ１，Ｖ２≦２．０・・・（２）
２０≦ａ１，ａ２≦４０・・・（３）
１０≦ｎ≦１８・・・（４）
【００２２】
また、攪拌機４が改良対象地盤内を１（ｍ）移動するのに要する時間を単位掘削時間Ｖ（ｍｉｎ／ｍ）、攪拌機４が改良対象地盤内を移動する際の攪拌腕１４の回転数を掘削時回転数α（ｒｐｍ）、一対の攪拌腕１４のうち、一方の攪拌腕１４が有する複数の腕部の総数をｓ（本）、攪拌爪１５ａ〜１５ｄの長さをｔ（ｍ）とすると、攪拌機４は、改良対象地盤内を１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の速度で移動する。また、攪拌腕１４が１回転するのに要する時間は、１／α（ｍｉｎ）であり、この１／α（ｍｉｎ）の間に攪拌機４が移動する距離は、１／（Ｖ・α）（ｍ）となる。一方、ｓ（本）の腕部１４ａ〜１４ｄにそれぞれ設けられた長さｔ（ｍ）の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、１／α（ｍｉｎ）の間に通過する領域において、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが描く軌跡同士が互いに重ならないように並べると、その長さはｔｓ（ｍ）となる。
【００２３】
改良対象地盤内における攪拌機４の速度１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）と、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが描く軌跡同士が互いに重ならないように並べた場合の長さｔｓ（ｍ）とは、攪拌機４が移動する領域全体を攪拌爪１５ａ〜１５ｄが隙間無く通過し、この領域内の土壌をすべてせん断するように、
ｔｓ≧１／（Ｖ・α）
すなわち、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）・・・（５）
を満たすように規定される。
【００２４】
ここで、単位掘削時間Ｖ及び掘削時回転数αにおいて、その値をＶ＝Ｖ１及びα＝ａ１とすることも、Ｖ＝Ｖ２及びα＝ａ２とすることも可能であるが、混合攪拌がより確実に行われるように、Ｖ１・ａ１とＶ２・ａ２とのうち、小さな値となる方が選択される。また、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが異なる長さｔを有する場合においても、混合攪拌がより確実に行われるように、最も短い長さｔが（５）式に適用される。
【００２５】
次に、この実施の形態１に係る地盤改良工法について説明する。
まず、地盤改良施工機１を稼動して改良対象地盤の改良を行う前に、片側枚数ｎ、図示の場合では計１４枚の攪拌爪１５ａ〜１５ｄを有する攪拌機４が、フレーム３の先端部に取り付けられて地盤改良施工機１が構成される。次いで、式（１）を満たし、且つ固化材添加量や固化材スラリー吐出量等の施工条件を勘案しながら、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２が決定される。ここで、単位貫入時間Ｖ１及び単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１及び引抜き時回転数ａ２、攪拌爪の片側枚数ｎは、それぞれ式（２）〜（４）を満たす範囲にある値から選択される。単位貫入時間Ｖ１及び貫入時回転数ａ１、単位引抜き時間Ｖ２及び引抜き時回転数ａ２が決定されると、改良対象地盤の改良が行われる。
【００２６】
図１に示す地盤改良施工機１は、決定された単位貫入時間Ｖ１に従ってベースマシン２のアーム２ａを鉛直方向に下降させ、攪拌機４を改良対象地盤に貫入する。攪拌機４が改良対象地盤に貫入されるとともに、モータ部１２が回転軸１３を駆動して、攪拌腕１４を貫入時回転数ａ１で回転させる。攪拌腕１４とともに回転する攪拌爪１５ａ〜１５ｄが改良対象地盤の土壌をせん断しながら、改良対象地盤を掘削が行われる。また、攪拌機４が改良対象地盤を掘削するとともに、支持体１１に設けられた下部固化材スラリー吐出口１７からは固化材スラリーが吐出される。攪拌爪１５ａ〜１５ｄは、改良対象地盤の土壌をせん断するとともに、土壌と固化材スラリーとを混合攪拌する。この際、支持体１１の両側部に設けられた一対の攪拌腕１４に挟まれて、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが通過しない領域、すなわち支持体１１の両側部において隣り合う攪拌爪１５ａ〜１５ｄ同士の間にある土壌は、スタビライザ１６によって分割される。分割された土壌は支持体１１の両側部に押し分けられ、攪拌爪１５ａ〜１５ｄによってせん断されるとともに混合攪拌される。
【００２７】
改良対象地盤の掘削が進んでスタビライザ１６の下端部が改良目標深度に到達すると、地盤改良施工機１はアーム２ａを単位引抜き時間Ｖ２で上昇させ、攪拌機４が改良対象地盤から引抜かれる。攪拌機４の引抜き時において、攪拌腕１４が引抜き時回転数ａ２で回転するとともに、支持体１１の上部固化材スラリー吐出口１８からは固化材スラリーが吐出される。したがって、攪拌機４の引抜き時においても、貫入時と同様に土壌と固化材スラリーとが攪拌爪１５ａ〜１５ｄによって混合攪拌される。また、貫入時にスタビライザ１６が支持体１１の両側部に押し分けた土壌は、攪拌機４を引抜く際に元の位置に戻るため、地盤改良が行われた範囲内には混合攪拌されていない土壌が存在しない状態となる。
【００２８】
ここで、単位掘削時間Ｖ、腕部１４ａ〜１４ｄの総数ｓ、掘削時回転数α、攪拌爪の片側枚数ｎは式（５）を満たすため、攪拌機４の移動方向において、改良対象地盤には攪拌爪１５ａ〜１５ｄが通過しない領域がない状態で混合攪拌が行われる。また、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが回転して描く軌跡が直径Ａを有する円であるとともに、支持体１１から最も遠い位置にある攪拌爪１５ａ同士または攪拌爪１５ｄ同士の距離もＡであるため、貫入及び引抜きの１施工サイクルが済むと、改良対象地盤には、断面形状が一辺長さＡを有する矩形形状である角柱状の改良体が造成される。
【００２９】
以上のように、改良対象地盤に攪拌機４を貫入して引抜く１施工サイクルが済んで改良体が配置されると、ベースマシン２を移動して、改良対象地盤の他の領域に対する貫入及び引抜きが行われる。改良体の配置間隔は、所定の改良率を満たすように予め設定されており、この設定に基づいて以後の改良が行われる。図４に、５０％の割合で改良を行った場合に改良体が形成されている様子を示す。
【００３０】
次に、実施の形態１に係る地盤改良工法によって改良を行った際に収集されたデータを表１に示し、表１のデータをグラフ化したものを表２に示す。尚、表１及び表２に記載の変動係数ＣＶは、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２の各現場にて造成された複数の改良体について、その一軸圧縮強さを測定して算出したものである。改良体の一軸圧縮強さにおける変動係数ＣＶは、地盤改良品質の基準値として用いられており、変動係数ＣＶを０．２５以下とすることが一般的な要求品質の目安とされている。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
表１及び表２より、せん断回数の下限値を７７０回（現場Ｎｏ．５のデータ参照）とすれば、変動係数ＣＶを０．２５以下とすることを実現できることが確認できる。したがって、単位貫入時間Ｖ１、貫入時回転数ａ１、単位引抜き時間Ｖ２、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎを、式（１）〜（５）を満たすように決定することによって、所定の品質が確保されることを確認できる。
【００３４】
このように、攪拌機４を、改良対象地盤に貫入して引抜くとともに、攪拌機４が有する一対の攪拌腕１４を回転させながら、固化材スラリーを吐出して、改良対象地盤の土壌と固化材スラリーとを混合攪拌する地盤改良工法において、攪拌機４の単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎとすると、一方の攪拌腕１４に設けられた攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、貫入及び引抜きの深度方向における距離１（ｍ）の間に土壌をせん断する回数が、
（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ
で示される。このせん断回数（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎを、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすものとしたので、混合攪拌の程度を、施工者が決定する施工条件である単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎによって定量的に管理することが可能となる。上式の値が小さく、７７０未満になった場合、変動係数ＣＶを、土壌改良における一般的な要求品質の目安である０．２５以下に抑えることが困難になる。一方、上式の値が９８０を超えた場合は、これ以上せん断回数を多くしても変動係数ＣＶの抑制効果が得られず、経済性が悪くなる。すなわち、せん断回数を上式の範囲で設定すると、改良品質と経済性の両面を最も効率的に満足するものとなる。したがって、攪拌機４を用いた地盤改良工法において、施工中の定量的な品質管理が可能になり、その結果、所定の品質を安定して確保することを実現できる。
【００３５】
また、攪拌機４を改良対象地盤に貫入して引抜く１施工サイクルにおいて、改良対象地盤には、平面断面形状が、１辺の長さＡを有する矩形である改良体が造成されるように構成したので、改良対象地盤に対して部分的な改良を行うことが可能となり、所定の品質を低いコストで得ることが可能となる。
【００３６】
さらに、攪拌機４が改良対象地盤内を移動する際の単位掘削時間Ｖ、掘削時回転数をα、腕部１４ａ〜１４ｄの総数をｓ、攪拌爪１５ａ〜１５ｄの長さｔ（ｍ）とすると、攪拌機４は、改良対象地盤内を１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の速度で移動する。また、攪拌腕１４が１回転するのに要する時間は、１／α（ｍｉｎ）であり、この１／α（ｍｉｎ）の間に攪拌機４が移動する距離は、１／（Ｖ・α）（ｍ）となる。一方、ｓ（本）の腕部１４ａ〜１４ｄにそれぞれ設けられた長さｔ（ｍ）の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、１／α（ｍｉｎ）の間に通過する領域において、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが描く軌跡同士が互いに重ならないように並べると、その長さはｔｓ（ｍ）となる。改良対象地盤内における攪拌機４の速度１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）と、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが描く軌跡同士が互いに重ならないように並べた場合の長さｔｓ（ｍ）とにおいて、
ｔｓ≧１／（Ｖ・α）
すなわち、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）
を満たすようにしたので、攪拌機４の移動方向において、その移動範囲のすべての領域を攪拌爪１５ａ〜１５ｄが通過する。したがって、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、通過する領域のすべてを確実に混合攪拌するため、地盤改良の品質を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る地盤改良工法に用いられる地盤改良施工機を示す側面図である。
【図２】実施の形態１に係る地盤改良工法に用いられるロータリー式混合攪拌機を示す正面図である。
【図３】実施の形態１に係る地盤改良工法に用いられるロータリー式混合攪拌機を示す側面図である。
【図４】実施の形態１に係る地盤改良工法によって改良率５０％の改良を行った場合の改良体配置図である。
【符号の説明】
【００３８】
４ ロータリー式混合攪拌機、１１ 支持体、１４ 攪拌腕、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 腕部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 攪拌爪、ａ１ 貫入時回転数、ａ２ 引抜き時回転数、ｎ 攪拌爪の片側枚数、ｓ 腕部の総数、ｔ 攪拌爪の長さ、Ｖ 単位掘削時間、Ｖ１ 単位貫入時間、Ｖ２ 単位引抜き時間、α 掘削時回転数。
【技術分野】
【０００１】
この発明は地盤改良工法に係り、特にロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
改良対象地盤を固化処理する地盤改良工法において、改良対象地盤を掘削しながら固化材スラリーを吐出し、改良対象地盤の土壌と固化材スラリーとを混合攪拌することによって固化処理が行われる。このような地盤改良工法において、回転可能に設けられた攪拌腕を有するロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法が公知である。ロータリー式混合攪拌機は、改良対象地盤に対して略垂直に貫入された後、引抜かれる。この貫入及び引抜きを繰り返して、改良対象地盤内に改良体が造成される。
例えば特許文献１には、複数の攪拌腕を有するロータリー式混合攪拌機と、このロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法が開示されている。これによれば、自走式車両のブーム先端部にロータリー式混合攪拌機が取り付けられて垂下される。ロータリー式混合攪拌機は、自走式車両から遠い位置にある改良対象地盤に貫入された後、ブームの操作によって自走式車両側に引き寄せられ、改良対象地盤より引抜かれる。貫入から引抜までの過程において、ロータリー式混合攪拌機は攪拌腕を回転させて土壌をせん断するとともに固化材スラリーを吐出して、土壌と固化材スラリーとの混合攪拌を行う。ロータリー式混合攪拌機の貫入から引抜きまでの過程を繰り返すことによって、改良対象地盤の所定領域に対する固化処理が行われる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４２９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されている地盤改良工法は、その手順については示しているものの、所定の品質を確保するための混合攪拌の程度については示していない。ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良においては、ロータリー式混合攪拌機の貫入及び引抜きに要する時間や攪拌腕の回転数等を改良対象地盤の土質や硬さ等に応じて調整し、混合攪拌の程度を管理する必要が生じる。しかしながら、実情では定性的な管理基準であり、所定の品質を安定して確保することが困難であった。したがって、混合攪拌の程度が不足して改良地盤の品質が悪くなったり、混合攪拌の程度が過剰となって所望する品質を上回り、経済性が悪くなるという問題点を有していた。
【０００５】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法において、施工中の定量的な品質管理が可能になり、その結果、所定の品質を安定して確保することを実現した地盤改良工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る地盤改良工法は、支持体と、複数の腕部を有し、支持体の両側部に回転可能に設けられる一対の攪拌腕と、腕部の先端部にそれぞれ設けられる複数の攪拌爪とを備えるロータリー式混合攪拌機を、改良対象地盤に貫入して引抜くとともに、一対の攪拌腕を回転させながら、固化材スラリーを吐出して、改良対象地盤の土壌と固化材スラリーとを混合攪拌する地盤改良工法であって、ロータリー式混合攪拌機を改良対象地盤に貫入する際に、ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位貫入時間Ｖ１（ｍｉｎ／ｍ）、ロータリー式混合攪拌機を改良対象地盤から引抜く際に、ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位引抜き時間Ｖ２（ｍｉｎ／ｍ）、ロータリー式混合攪拌機を改良対象地盤に貫入する際の、攪拌腕の回転数を貫入時回転数ａ１（ｒｐｍ）、ロータリー式混合攪拌機を改良対象地盤から引抜く際の、攪拌腕の回転数を引抜き時回転数ａ２（ｒｐｍ）、一対の攪拌腕のうち、一方の攪拌腕が有する複数の腕部に設けられた複数の攪拌爪の総数を片側枚数ｎ（枚）としたときに、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすことを特徴とするものである。
【０００７】
ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法において、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎとすると、一方の攪拌腕に設けられたｎ枚の攪拌爪が、貫入及び引抜きの深度方向における距離１（ｍ）の間に土壌をせん断する回数が、
（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ（回）
で示される。一方で、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２は、改良対象地盤の土質や硬さ等に応じて調整される施工条件であって、常に一定にはならない変数である。これらの変数を、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすように決定することによって、改良体の一軸圧縮強さにおける変動係数ＣＶが、地盤改良の一般的な要求品質の目安とされている０．２５以下に抑制できることが実験的に確認されている。したがって、ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法において、施工中の定量的な品質管理が可能になり、その結果、所定の品質を安定して確保することを実現できる。
【０００８】
ロータリー式混合攪拌機を、改良対象地盤に貫入して引抜く１施工サイクルにおいて、改良対象地盤には、平面断面形状が矩形である改良体が造成されてもよい。改良対象地盤に対して部分的な改良を行うことが可能となり、所定の品質を低いコストで得ることが可能となる。
【０００９】
ロータリー式混合攪拌機が改良対象地盤内を移動する際に、ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位掘削時間Ｖ（ｍｉｎ／ｍ）、ロータリー式混合攪拌機が改良対象地盤内を移動する際の、攪拌腕の回転数を掘削時回転数α（ｒｐｍ）、一対の攪拌腕のうち、一方の攪拌腕が有する複数の腕部の総数をｓ（本）、攪拌爪の長さをｔ（ｍ）としたときに、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）
を満たしてもよい。
【００１０】
ロータリー式混合攪拌機は、改良対象地盤内を１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の速度で移動する。また、攪拌腕が１回転するのに要する時間は、１／α（ｍｉｎ）であり、この１／α（ｍｉｎ）の間にロータリー式混合攪拌機が移動する距離は、１／（Ｖ・α）（ｍ）となる。一方、ｓ（本）の腕部にそれぞれ設けられた長さｔ（ｍ）の攪拌爪が、１／α（ｍｉｎ）の間に通過する領域において、攪拌爪が描く軌跡同士が互いに重ならないように並べると、その長さはｔｓ（ｍ）となる。ここで、ｔｓ≧１／（Ｖ・α）、すなわち、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）
とすることによって、攪拌爪が回転して描く軌跡が、ロータリー式混合攪拌機が移動する領域全体を隙間無く通過し、この領域内の土壌をすべてせん断する。したがって、ロータリー式混合攪拌機の攪拌爪が通過する領域のすべてが確実に混合攪拌されるため、地盤改良の品質を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ロータリー式混合攪拌機を用いた地盤改良工法において、施工中の定量的な品質管理が可能になり、その結果、所定の品質を安定して確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、この発明の実施の形態について添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この実施の形態１に係る地盤改良工法に用いられる地盤改良施工機１を示し、その構造について説明する。尚、以下の説明は、ロータリー式混合攪拌機が、例えばバックホウ等であるベースマシンに取り付けられて地盤改良施工機１を構成している場合を例として示したものである。
地盤改良施工機１は、ベースマシン２を備えている。ベースマシン２はアーム２ａを有しており、アーム２ａの先端部には、矩形断面を有する管状部材からなるフレーム３の一端が取り付けられている。フレーム３の他端には、ロータリー式混合攪拌機４（以下、攪拌機４と略称する）が取り付けられており、攪拌機４が、フレーム３を介してベースマシン２のアーム２ａに垂下された状態となっている。攪拌機４は、矩形断面を有する管状部材からなる支持体１１を有しており、支持体１１の一端がフレーム３に取り付けられている。また、フレーム３は、ベースマシン２のアーム２ａ及び攪拌機４の支持体１１に対して着脱自在となっており、改良目標深度に応じてフレーム３の長さを選択することが可能となっている。
【００１３】
支持体１１の長手方向における中間部には、モータ部１２が設けられている。また、支持体１１の先端部近傍には回転軸１３が支持体１１に対して回転可能に設けられている。図２に示すように、回転軸１３は、その軸中心線が支持体１１の長手方向に対して直交するように設けられており、回転軸１３の両端部は、支持体１１の両側部を貫通して外部に露出した状態となっている。また、モータ部１２と回転軸１３とは、支持体１１の内部に設けられた図示しないチェーン等の伝達手段を介して接続されており、モータ部１２によって回転軸１３が駆動されて回転する構造となっている。
【００１４】
支持体１１の両側部において、外部に露出している回転軸１３には一対の攪拌腕１４がそれぞれ設けられており、回転軸１３と一対の攪拌腕１４とが一体となって回転するように固定されている。攪拌腕１４は、図３に示すように、回転軸１３の軸中心から径方向外側に向かって延びる４本の腕部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを有しており、回転方向において互いに隣り合う腕部同士が、直交するように配置されている。ここで、一対の攪拌腕１４は、４本の腕部１４ａ〜１４ｄをそれぞれ有しているが、腕部の総数は、４〜６本とすることが望ましい。
【００１５】
腕部１４ａ〜１４ｄの先端部には、台形形状の側面を有する板状の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、それぞれ設けられている。図２に示すように、腕部１４ａ〜１４ｄには攪拌爪１５ａ〜１５ｄがそれぞれ複数設けられており、図示の場合では、腕部１４ａ及び１４ｃには、攪拌爪１５ａ及び１５ｃがそれぞれ４枚ずつ設けられている。また、腕部１４ｂ及び１４ｄには、攪拌爪１５ｂ及び１５ｄがそれぞれ３枚ずつ設けられている。攪拌爪１５ａ〜１５ｄの枚数は、各腕部に設けられる攪拌爪の枚数を２〜４枚とすることが望ましい。
【００１６】
また、攪拌爪１５ａ及び１５ｃは、攪拌腕１４が回転したときに、同じ軌跡上を通過するように配置されている。攪拌爪１５ｂ及び１５ｄも、攪拌腕１４が回転したときに、同じ軌跡上を通過するように配置されている。一方、例えば攪拌爪１５ａに対する攪拌爪１５ｂのように、回転方向において互いに隣り合う腕部（腕部１４ａ及び１４ｂ）に設けられている攪拌爪同士は、攪拌腕１４が回転したときに同じ軌跡上を通過しないように配置されている。したがって、全ての攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、同じ軌跡上を通過するように配置されている場合と比較して、改良対象度の地盤をより細分化することが可能となっている。
【００１７】
ここで、攪拌爪１５ａ〜１５ｄの側面形状である台形（図３参照）において、その上底と下底との距離を、攪拌爪１５ａ〜１５ｄの長さｔ（ｍ）とする。１本の腕部、例えば図２に示す腕部１４ａに設けられている４枚の攪拌爪１５ａは、異なる二種類の長さｔを有しており、外側に位置する２枚の攪拌爪１５ａの長さｔが、内側に位置する攪拌爪１５ａの長さｔより長い状態となっている。このように、攪拌爪１５ａ〜１５ｄにおいて、その長さｔがそれぞれ異なるように構成することも可能であり、長さｔを０．０５〜０．３（ｍ）の範囲内とすることが望ましい。ただし、攪拌爪１５ａ〜１５ｄがそれぞれ有する最大の長さｔは全て等しくなっており、最大の長さｔを有する攪拌爪１５ａ〜１５ｄの先端部が回転して描く軌跡は、同一径を有する円となるように構成されている。
【００１８】
支持体１１の両側部において、支持体１１から最も遠い位置、図２の場合では攪拌爪１５ａ同士または攪拌爪１５ｃ同士の間は、間隔Ａとなるように配置されている。また、図３に示すように、最大の長さｔを有する攪拌爪１５ｂの先端部と攪拌爪１５ｄの先端部との間、すなわち最大の長さｔを有する攪拌爪１５ａ〜１５ｄの先端部が回転して描く軌跡である円も、直径Ａとなるように構成されている。したがって、攪拌機４を改良対象地盤に貫入して引抜く１施工サイクルにおいて、改良対象地盤には、平面断面形状が１辺の長さＡを有する矩形である改良体が造成されるようになっている。
また、支持体１１の先端部には、攪拌機４を改良対象地盤に貫入する際に、左右両側の攪拌腕１４の間に挟まれた中心部分の改良対象土を左右に分割し、支持体１１の両側部に押し分けるためのスタビライザ１６が設けられている。さらに、支持体１１の先端部には、地盤改良施工機１の外部から供給される固化材スラリーを、改良対象地盤内に吐出するための下部固化材スラリー吐出口１７が設けられている。また、支持体１１の、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが回転して描く軌跡である円の外周側にも上部固化材スラリー吐出口１８が設けられており、固化材スラリーを改良対象地盤内に吐出可能となっている。
【００１９】
以上のように構成される攪拌機４を、ベースマシン２のアーム２ａを操作して移動させ、改良対象地盤に対する貫入及び引抜きを行うことによって、実施の形態１に係る地盤改良工法が行われる。ここで、攪拌機４を改良対象地盤に貫入する際に、攪拌機４が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位貫入時間Ｖ１（ｍｉｎ／ｍ）とし、攪拌機４を改良対象地盤から引抜く際に、攪拌機４が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位引抜き時間Ｖ２（ｍｉｎ／ｍ）とする。また、攪拌機４を改良対象地盤に貫入する際の、攪拌腕１４の回転数を貫入時回転数ａ１（ｒｐｍ）とし、攪拌機４を改良対象地盤から引抜く際の、攪拌腕１４の回転数を引抜き時回転数ａ２（ｒｐｍ）とする。さらに、支持体１１の両側部にそれぞれ設けられた一対の攪拌腕１４のうち、一方の攪拌腕１４に設けられた攪拌爪１５ａ〜１５ｄの総数を片側枚数ｎ（枚）とする。尚、貫入時回転数ａ１及び引抜き時回転数ａ２は、負荷回転時、すなわち攪拌腕１４の改良対象地盤中での回転数を示すものとする。
【００２０】
ここで、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２は、改良対象地盤の土質や硬さ等に応じてそれぞれ調整される施工条件であって、常に一定とはならない変数である。これらの変数は、次式（１）を満たすように決定される。
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０・・・（１）
上記（１）式に示される（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎは、一方の攪拌腕１４に設けられたｎ枚の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、貫入及び引抜きの深度方向における距離１（ｍ）の間に土壌をせん断する回数を示すものである。
【００２１】
ただし、単位貫入時間Ｖ１及び単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１及び引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎは、より定量的な品質の管理を可能とするために、それぞれ次式（２）〜（４）を満たす範囲にある値から選択される。
０．５≦Ｖ１，Ｖ２≦２．０・・・（２）
２０≦ａ１，ａ２≦４０・・・（３）
１０≦ｎ≦１８・・・（４）
【００２２】
また、攪拌機４が改良対象地盤内を１（ｍ）移動するのに要する時間を単位掘削時間Ｖ（ｍｉｎ／ｍ）、攪拌機４が改良対象地盤内を移動する際の攪拌腕１４の回転数を掘削時回転数α（ｒｐｍ）、一対の攪拌腕１４のうち、一方の攪拌腕１４が有する複数の腕部の総数をｓ（本）、攪拌爪１５ａ〜１５ｄの長さをｔ（ｍ）とすると、攪拌機４は、改良対象地盤内を１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の速度で移動する。また、攪拌腕１４が１回転するのに要する時間は、１／α（ｍｉｎ）であり、この１／α（ｍｉｎ）の間に攪拌機４が移動する距離は、１／（Ｖ・α）（ｍ）となる。一方、ｓ（本）の腕部１４ａ〜１４ｄにそれぞれ設けられた長さｔ（ｍ）の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、１／α（ｍｉｎ）の間に通過する領域において、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが描く軌跡同士が互いに重ならないように並べると、その長さはｔｓ（ｍ）となる。
【００２３】
改良対象地盤内における攪拌機４の速度１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）と、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが描く軌跡同士が互いに重ならないように並べた場合の長さｔｓ（ｍ）とは、攪拌機４が移動する領域全体を攪拌爪１５ａ〜１５ｄが隙間無く通過し、この領域内の土壌をすべてせん断するように、
ｔｓ≧１／（Ｖ・α）
すなわち、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）・・・（５）
を満たすように規定される。
【００２４】
ここで、単位掘削時間Ｖ及び掘削時回転数αにおいて、その値をＶ＝Ｖ１及びα＝ａ１とすることも、Ｖ＝Ｖ２及びα＝ａ２とすることも可能であるが、混合攪拌がより確実に行われるように、Ｖ１・ａ１とＶ２・ａ２とのうち、小さな値となる方が選択される。また、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが異なる長さｔを有する場合においても、混合攪拌がより確実に行われるように、最も短い長さｔが（５）式に適用される。
【００２５】
次に、この実施の形態１に係る地盤改良工法について説明する。
まず、地盤改良施工機１を稼動して改良対象地盤の改良を行う前に、片側枚数ｎ、図示の場合では計１４枚の攪拌爪１５ａ〜１５ｄを有する攪拌機４が、フレーム３の先端部に取り付けられて地盤改良施工機１が構成される。次いで、式（１）を満たし、且つ固化材添加量や固化材スラリー吐出量等の施工条件を勘案しながら、単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２が決定される。ここで、単位貫入時間Ｖ１及び単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１及び引抜き時回転数ａ２、攪拌爪の片側枚数ｎは、それぞれ式（２）〜（４）を満たす範囲にある値から選択される。単位貫入時間Ｖ１及び貫入時回転数ａ１、単位引抜き時間Ｖ２及び引抜き時回転数ａ２が決定されると、改良対象地盤の改良が行われる。
【００２６】
図１に示す地盤改良施工機１は、決定された単位貫入時間Ｖ１に従ってベースマシン２のアーム２ａを鉛直方向に下降させ、攪拌機４を改良対象地盤に貫入する。攪拌機４が改良対象地盤に貫入されるとともに、モータ部１２が回転軸１３を駆動して、攪拌腕１４を貫入時回転数ａ１で回転させる。攪拌腕１４とともに回転する攪拌爪１５ａ〜１５ｄが改良対象地盤の土壌をせん断しながら、改良対象地盤を掘削が行われる。また、攪拌機４が改良対象地盤を掘削するとともに、支持体１１に設けられた下部固化材スラリー吐出口１７からは固化材スラリーが吐出される。攪拌爪１５ａ〜１５ｄは、改良対象地盤の土壌をせん断するとともに、土壌と固化材スラリーとを混合攪拌する。この際、支持体１１の両側部に設けられた一対の攪拌腕１４に挟まれて、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが通過しない領域、すなわち支持体１１の両側部において隣り合う攪拌爪１５ａ〜１５ｄ同士の間にある土壌は、スタビライザ１６によって分割される。分割された土壌は支持体１１の両側部に押し分けられ、攪拌爪１５ａ〜１５ｄによってせん断されるとともに混合攪拌される。
【００２７】
改良対象地盤の掘削が進んでスタビライザ１６の下端部が改良目標深度に到達すると、地盤改良施工機１はアーム２ａを単位引抜き時間Ｖ２で上昇させ、攪拌機４が改良対象地盤から引抜かれる。攪拌機４の引抜き時において、攪拌腕１４が引抜き時回転数ａ２で回転するとともに、支持体１１の上部固化材スラリー吐出口１８からは固化材スラリーが吐出される。したがって、攪拌機４の引抜き時においても、貫入時と同様に土壌と固化材スラリーとが攪拌爪１５ａ〜１５ｄによって混合攪拌される。また、貫入時にスタビライザ１６が支持体１１の両側部に押し分けた土壌は、攪拌機４を引抜く際に元の位置に戻るため、地盤改良が行われた範囲内には混合攪拌されていない土壌が存在しない状態となる。
【００２８】
ここで、単位掘削時間Ｖ、腕部１４ａ〜１４ｄの総数ｓ、掘削時回転数α、攪拌爪の片側枚数ｎは式（５）を満たすため、攪拌機４の移動方向において、改良対象地盤には攪拌爪１５ａ〜１５ｄが通過しない領域がない状態で混合攪拌が行われる。また、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが回転して描く軌跡が直径Ａを有する円であるとともに、支持体１１から最も遠い位置にある攪拌爪１５ａ同士または攪拌爪１５ｄ同士の距離もＡであるため、貫入及び引抜きの１施工サイクルが済むと、改良対象地盤には、断面形状が一辺長さＡを有する矩形形状である角柱状の改良体が造成される。
【００２９】
以上のように、改良対象地盤に攪拌機４を貫入して引抜く１施工サイクルが済んで改良体が配置されると、ベースマシン２を移動して、改良対象地盤の他の領域に対する貫入及び引抜きが行われる。改良体の配置間隔は、所定の改良率を満たすように予め設定されており、この設定に基づいて以後の改良が行われる。図４に、５０％の割合で改良を行った場合に改良体が形成されている様子を示す。
【００３０】
次に、実施の形態１に係る地盤改良工法によって改良を行った際に収集されたデータを表１に示し、表１のデータをグラフ化したものを表２に示す。尚、表１及び表２に記載の変動係数ＣＶは、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２の各現場にて造成された複数の改良体について、その一軸圧縮強さを測定して算出したものである。改良体の一軸圧縮強さにおける変動係数ＣＶは、地盤改良品質の基準値として用いられており、変動係数ＣＶを０．２５以下とすることが一般的な要求品質の目安とされている。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
表１及び表２より、せん断回数の下限値を７７０回（現場Ｎｏ．５のデータ参照）とすれば、変動係数ＣＶを０．２５以下とすることを実現できることが確認できる。したがって、単位貫入時間Ｖ１、貫入時回転数ａ１、単位引抜き時間Ｖ２、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎを、式（１）〜（５）を満たすように決定することによって、所定の品質が確保されることを確認できる。
【００３４】
このように、攪拌機４を、改良対象地盤に貫入して引抜くとともに、攪拌機４が有する一対の攪拌腕１４を回転させながら、固化材スラリーを吐出して、改良対象地盤の土壌と固化材スラリーとを混合攪拌する地盤改良工法において、攪拌機４の単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎとすると、一方の攪拌腕１４に設けられた攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、貫入及び引抜きの深度方向における距離１（ｍ）の間に土壌をせん断する回数が、
（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ
で示される。このせん断回数（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎを、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすものとしたので、混合攪拌の程度を、施工者が決定する施工条件である単位貫入時間Ｖ１、単位引抜き時間Ｖ２、貫入時回転数ａ１、引抜き時回転数ａ２、片側枚数ｎによって定量的に管理することが可能となる。上式の値が小さく、７７０未満になった場合、変動係数ＣＶを、土壌改良における一般的な要求品質の目安である０．２５以下に抑えることが困難になる。一方、上式の値が９８０を超えた場合は、これ以上せん断回数を多くしても変動係数ＣＶの抑制効果が得られず、経済性が悪くなる。すなわち、せん断回数を上式の範囲で設定すると、改良品質と経済性の両面を最も効率的に満足するものとなる。したがって、攪拌機４を用いた地盤改良工法において、施工中の定量的な品質管理が可能になり、その結果、所定の品質を安定して確保することを実現できる。
【００３５】
また、攪拌機４を改良対象地盤に貫入して引抜く１施工サイクルにおいて、改良対象地盤には、平面断面形状が、１辺の長さＡを有する矩形である改良体が造成されるように構成したので、改良対象地盤に対して部分的な改良を行うことが可能となり、所定の品質を低いコストで得ることが可能となる。
【００３６】
さらに、攪拌機４が改良対象地盤内を移動する際の単位掘削時間Ｖ、掘削時回転数をα、腕部１４ａ〜１４ｄの総数をｓ、攪拌爪１５ａ〜１５ｄの長さｔ（ｍ）とすると、攪拌機４は、改良対象地盤内を１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の速度で移動する。また、攪拌腕１４が１回転するのに要する時間は、１／α（ｍｉｎ）であり、この１／α（ｍｉｎ）の間に攪拌機４が移動する距離は、１／（Ｖ・α）（ｍ）となる。一方、ｓ（本）の腕部１４ａ〜１４ｄにそれぞれ設けられた長さｔ（ｍ）の攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、１／α（ｍｉｎ）の間に通過する領域において、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが描く軌跡同士が互いに重ならないように並べると、その長さはｔｓ（ｍ）となる。改良対象地盤内における攪拌機４の速度１／Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）と、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが描く軌跡同士が互いに重ならないように並べた場合の長さｔｓ（ｍ）とにおいて、
ｔｓ≧１／（Ｖ・α）
すなわち、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）
を満たすようにしたので、攪拌機４の移動方向において、その移動範囲のすべての領域を攪拌爪１５ａ〜１５ｄが通過する。したがって、攪拌爪１５ａ〜１５ｄが、通過する領域のすべてを確実に混合攪拌するため、地盤改良の品質を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る地盤改良工法に用いられる地盤改良施工機を示す側面図である。
【図２】実施の形態１に係る地盤改良工法に用いられるロータリー式混合攪拌機を示す正面図である。
【図３】実施の形態１に係る地盤改良工法に用いられるロータリー式混合攪拌機を示す側面図である。
【図４】実施の形態１に係る地盤改良工法によって改良率５０％の改良を行った場合の改良体配置図である。
【符号の説明】
【００３８】
４ ロータリー式混合攪拌機、１１ 支持体、１４ 攪拌腕、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 腕部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 攪拌爪、ａ１ 貫入時回転数、ａ２ 引抜き時回転数、ｎ 攪拌爪の片側枚数、ｓ 腕部の総数、ｔ 攪拌爪の長さ、Ｖ 単位掘削時間、Ｖ１ 単位貫入時間、Ｖ２ 単位引抜き時間、α 掘削時回転数。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、
複数の腕部を有し、前記支持体の両側部に回転可能に設けられる一対の攪拌腕と、
前記腕部の先端部にそれぞれ設けられる複数の攪拌爪と
を備えるロータリー式混合攪拌機を、改良対象地盤に貫入して引抜くとともに、前記一対の攪拌腕を回転させながら、固化材スラリーを吐出して、前記改良対象地盤の土壌と前記固化材スラリーとを混合攪拌する地盤改良工法であって、
前記ロータリー式混合攪拌機を前記改良対象地盤に貫入する際に、前記ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位貫入時間Ｖ１（ｍｉｎ／ｍ）、
前記ロータリー式混合攪拌機を前記改良対象地盤から引抜く際に、前記ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位引抜き時間Ｖ２（ｍｉｎ／ｍ）、
前記ロータリー式混合攪拌機を前記改良対象地盤に貫入する際の、前記攪拌腕の回転数を貫入時回転数ａ１（ｒｐｍ）、
前記ロータリー式混合攪拌機を前記改良対象地盤から引抜く際の、前記攪拌腕の回転数を引抜き時回転数ａ２（ｒｐｍ）、
前記一対の攪拌腕のうち、一方の前記攪拌腕が有する前記複数の腕部に設けられた前記複数の攪拌爪の総数を片側枚数ｎ（枚）
としたときに、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記ロータリー式混合攪拌機を、前記改良対象地盤に貫入して引抜く１施工サイクルにおいて、前記改良対象地盤には、平面断面形状が矩形である改良体が造成されることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記ロータリー式混合攪拌機が前記改良対象地盤内を移動する際に、前記ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位掘削時間Ｖ（ｍｉｎ／ｍ）、
前記ロータリー式混合攪拌機が前記改良対象地盤内を移動する際の、前記攪拌腕の回転数を掘削時回転数α（ｒｐｍ）、
前記一対の攪拌腕のうち、一方の前記攪拌腕が有する前記複数の腕部の総数をｓ（本）、
前記攪拌爪の長さをｔ（ｍ）
としたときに、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【請求項１】
支持体と、
複数の腕部を有し、前記支持体の両側部に回転可能に設けられる一対の攪拌腕と、
前記腕部の先端部にそれぞれ設けられる複数の攪拌爪と
を備えるロータリー式混合攪拌機を、改良対象地盤に貫入して引抜くとともに、前記一対の攪拌腕を回転させながら、固化材スラリーを吐出して、前記改良対象地盤の土壌と前記固化材スラリーとを混合攪拌する地盤改良工法であって、
前記ロータリー式混合攪拌機を前記改良対象地盤に貫入する際に、前記ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位貫入時間Ｖ１（ｍｉｎ／ｍ）、
前記ロータリー式混合攪拌機を前記改良対象地盤から引抜く際に、前記ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位引抜き時間Ｖ２（ｍｉｎ／ｍ）、
前記ロータリー式混合攪拌機を前記改良対象地盤に貫入する際の、前記攪拌腕の回転数を貫入時回転数ａ１（ｒｐｍ）、
前記ロータリー式混合攪拌機を前記改良対象地盤から引抜く際の、前記攪拌腕の回転数を引抜き時回転数ａ２（ｒｐｍ）、
前記一対の攪拌腕のうち、一方の前記攪拌腕が有する前記複数の腕部に設けられた前記複数の攪拌爪の総数を片側枚数ｎ（枚）
としたときに、
７７０≦（Ｖ１・ａ１＋Ｖ２・ａ２）ｎ≦９８０
を満たすことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記ロータリー式混合攪拌機を、前記改良対象地盤に貫入して引抜く１施工サイクルにおいて、前記改良対象地盤には、平面断面形状が矩形である改良体が造成されることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記ロータリー式混合攪拌機が前記改良対象地盤内を移動する際に、前記ロータリー式混合攪拌機が１（ｍ）移動するのに要する時間を単位掘削時間Ｖ（ｍｉｎ／ｍ）、
前記ロータリー式混合攪拌機が前記改良対象地盤内を移動する際の、前記攪拌腕の回転数を掘削時回転数α（ｒｐｍ）、
前記一対の攪拌腕のうち、一方の前記攪拌腕が有する前記複数の腕部の総数をｓ（本）、
前記攪拌爪の長さをｔ（ｍ）
としたときに、
ｔ≧１／（Ｖ・α・ｓ）
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２８０６９５（Ｐ２００８−２８０６９５Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２４３０５（Ｐ２００７−１２４３０５）
【出願日】平成１９年５月９日（２００７．５．９）
【出願人】（０００１８５９７２）小野田ケミコ株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月９日（２００７．５．９）
【出願人】（０００１８５９７２）小野田ケミコ株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
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