地盤改良工法
【課題】地盤改良工法により形成された柱状固結体の周辺地盤の液状化を防止し、また、液状化した地盤中において柱状固結体が硬質地盤に到達していない場合であっても、柱状固結体の倒壊、浮上を防止できる地盤改良工法を提供する。
【解決手段】先端に掘削ヘッド２が設けられるとともに掘削ヘッド２の上方に攪拌翼３が設けられた掘削機１を用いて地盤１３を掘削して掘削穴５を形成し、掘削ヘッド２の下方に形成された第１吐出口７から掘削穴５の下方５ｂに第１グラウト１１を吐出させて地盤１３と混合させるとともに、掘削穴５の側方５aに向けて攪拌翼３に形成された第２吐出口９から掘削穴５の側方５aの地盤１３に第２グラウト１２を加圧して圧入させる掘削工程と、掘削工程において圧入させた第２グラウト１２を地盤１３に注入して、掘削穴５に吐出させた第１グラウト１１と地盤１３に注入した第２グラウト１２とを一体的に固結させる固結工程とを有する。
【解決手段】先端に掘削ヘッド２が設けられるとともに掘削ヘッド２の上方に攪拌翼３が設けられた掘削機１を用いて地盤１３を掘削して掘削穴５を形成し、掘削ヘッド２の下方に形成された第１吐出口７から掘削穴５の下方５ｂに第１グラウト１１を吐出させて地盤１３と混合させるとともに、掘削穴５の側方５aに向けて攪拌翼３に形成された第２吐出口９から掘削穴５の側方５aの地盤１３に第２グラウト１２を加圧して圧入させる掘削工程と、掘削工程において圧入させた第２グラウト１２を地盤１３に注入して、掘削穴５に吐出させた第１グラウト１１と地盤１３に注入した第２グラウト１２とを一体的に固結させる固結工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラウトを地盤に注入して軟弱地盤を強化させる地盤改良工法に関し、特に地震時に地盤が液状化し易い土砂層の地盤改良の効果の維持に好適な地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軟弱地盤の上に構造物を建設する場合において、杭を地盤中に打設して杭の支持力によって構造物の荷重を支える杭基礎工法や、グラウトを地盤に注入する地盤改良工法を用いることが一般的である。
【０００３】
杭基礎工法は、支持杭の杭基礎工法と摩擦杭の杭基礎工法とに分類される。先ず支持杭は、軟弱地盤よりも下層の硬質地盤まで杭の先端を到達させて支持するものである。支持杭は、深い硬質地盤まで杭を打設する必要があり、浅い軟弱地盤に打設する摩擦杭よりも深くまで掘削する必要があるため、支持杭の打設の施工費用は、一般的に増大する。また摩擦杭は、硬質地盤よりも上層の軟弱地盤において、杭と周辺地盤との周辺摩擦力によって支持するものである。摩擦杭の打設の施工費用は、支持杭の打設に比べて低廉であるが、地盤の液状化によって杭と周辺地盤との摩擦力が失われると、地盤中で杭が倒壊するおそれがあり、また地盤中の浮力により杭が浮き上がるおそれもある。
【０００４】
これに対して地盤改良工法は、地盤中に杭を打設する代わりに、グラウトを軟弱地盤に注入することによって地盤を強化するものである。地盤改良工法は、地盤中にセメント系材料等のグラウトを注入して、地盤中の土砂とグラウトとを混合させて固結させる。地盤改良工法は、地盤中に柱状の固結体を形成することによって、その柱状固結体に杭と同様の機能を担わせて構造物を支持するものである。地盤改良工法は、既製杭の打設音の発生が許容されない環境である場合や既製杭の打設スペースが確保できない場合等に、杭基礎工法に代替して用いるものである。地盤改良工法は、杭基礎工法と同様に、硬質地盤に到達するまで柱状固結体を形成する場合に相応の掘削深度を必要とするため、一般的に施工費用が増大する。地盤改良工法は、柱状固結体を硬質地盤に到達させない場合においても杭基礎工法と同様に、低廉な施工費用である反面、軟弱地盤の液状化による柱状固結体の倒壊、浮上のおそれがあるという問題がある。
【０００５】
柱状固結体を硬質地盤に到達させない場合に、柱状固結体の倒壊、浮上を防止することを目的として、特許文献１に開示される地盤改良工法が、従来から提案されている。特許文献１に開示された地盤改良工法は、柱状固結体の周辺地盤にグラウトを注入し、周辺地盤中の土砂と注入したグラウトとを混合して固結させ、周辺地盤を強化するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−７２８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、地盤改良工法により形成された地盤中の柱状固結体の周辺地盤の液状化を防止し、また、液状化した地盤中において柱状固結体が硬質地盤に到達していない場合であっても、柱状固結体の倒壊、浮上を防止することのできる地盤改良工法を低廉な施工費用で提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述した課題を解決するために、掘削穴の側方にグラウトを強制的に加圧して圧入させてこれを地盤中に注入し、掘削穴において掘削土砂と攪拌混合させたグラウトと一体的に固結させる地盤改良工法を提案した。
【０００９】
本願請求項１に記載の地盤改良工法は、先端に掘削ヘッドが設けられるとともに上記掘削ヘッドの上方に攪拌翼が設けられた掘削機を用いて地盤を掘削して掘削穴を形成し、上記掘削ヘッドを上記掘削穴から引き上げながら上記掘削ヘッドの下方に形成された第１吐出口から上記掘削穴の下方に第１グラウトを吐出させるとともに、上記掘削穴の側方に向けて上記攪拌翼に形成された第２吐出口から、上記掘削穴の側方の地盤中に第２グラウトを加圧して圧入させる掘削工程と、上記掘削工程において圧入させた上記第２グラウトを地盤中に注入して、上記掘削穴に吐出させた上記第１グラウトと上記地盤中に注入した上記第２グラウトとを一体的に固結させる固結工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本願請求項２に記載の地盤改良工法は、請求項１に記載の地盤改良工法において、上記固結工程において、地盤中に注入した上記第２グラウトによって地盤中に貫入孔を形成し、上記第２グラウトの一部を上記貫入孔から地盤中に脈状に圧入させて固結させるとともに、上記貫入孔において上記第２グラウトを固結させることを特徴とする。
【００１１】
本願請求項３に記載の地盤改良工法は、請求項１又は２に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、上記攪拌翼の回転を一時停止させ、上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させることを特徴とする。
【００１２】
本願請求項４に記載の地盤改良工法は、請求項１又は２に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、上記攪拌翼を回転させながら、上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させることを特徴とする。
【００１３】
本願請求項５に記載の地盤改良工法は、請求項１〜４の何れか１項に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、上記掘削穴を形成する過程で掘削ヘッドを下降させながら上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させることを特徴とする。
【００１４】
本願請求項６に記載の地盤改良工法は、請求項１〜５の何れか１項に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、１〜１０ＭＰａに加圧した上記第２グラウトを上記第２吐出口から圧入させることを特徴とする。
【００１５】
本願請求項７に記載の地盤改良工法は、請求項１〜６の何れか１項に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、上記第１グラウト及び上記第２グラウトとして少なくともセメントと水とが混練されてなるセメント系材料を用い、上記第１グラウトと土砂とが混合されてなる固結体の固結強度と同等以上の固結強度となる上記第２グラウトを上記第２吐出口から圧入させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の地盤改良工法は、第２グラウトを地盤中で脈状に固結させて強固な固結体を形成することで地盤の液状化を防止することができる。また本発明の地盤改良工法は、第１グラウトと第２グラウトを一体的に固結させることで、柱状固結体の倒壊、浮上を防止することができる。さらに本発明の地盤改良工法は、局所的に第２グラウトを注入するためグラウトの使用量を少なくすることができ、柱状固結体の周辺地盤との混合を必要としないため施工に要する期間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用した地盤改良工法が施工された地盤とその地盤上の構造物を示す正面図である。
【図２】掘削ヘッド及び攪拌翼からグラウトが吐出、圧入する状況を示す拡大正面図である。
【図３】攪拌翼からグラウトが圧入する状況を示す拡大平面図である。
【図４】（ａ）は地盤の掘削過程を示す正面図である。（ｂ）はグラウトの吐出、圧入過程を示す正面図である。（ｃ）は地盤改良工法の施工完了を示す正面図である。
【図５】地盤改良工法を施工した地盤の状況を示す拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態として、グラウトを地盤に注入して軟弱地盤の強さを増大させる地盤改良工法について、一例として図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明を適用して地盤改良工法が施工された地盤とその地盤上の構造物を示す正面図である。図２は、掘削ヘッド及び攪拌翼からグラウトが吐出、圧入する状況を示す拡大正面図である。図３は、攪拌翼からグラウトが圧入する状況を示す拡大平面図である。
【００２０】
地盤改良工法に用いる掘削機１は、図２に示すように、地上から掘削穴５に進入させる掘削ロッド１７の先端に掘削ヘッド２が設けられ、掘削ヘッド２の上方には掘削ロッド１７を回転軸とした攪拌翼３が設けられている。この掘削ヘッド２と攪拌翼３とは、一体構造であっても、又は掘削ヘッド２と攪拌翼３は離れた位置にあってもよい。
【００２１】
掘削ヘッド２は、図２に示すように、下方に向かって掘削刃４及び第１吐出口７を備えている。掘削ヘッド２は、掘削ロッド１７を軸として回転して地盤１３を掘削するものであるが、これに限らず、掘削刃４から与えられる振動や衝撃によって地盤１３を掘削するものであってもよい。掘削刃４は、直方体や半円体、錐体等の形状であってもよい。
【００２２】
攪拌翼３は、図３に示すように、掘削機１の掘削方向の断面の中心１ａから掘削穴５の側方５ａに向かって延設されており、掘削機１の掘削方向の断面の中心１ａに対して点対称に２枚の翼状板６が設けられている。攪拌翼３は、掘削機１の掘削方向の断面の中心１ａから掘削穴５の側方５ａに向けて延伸していればいかなる構成であってもよく、１枚の翼状板６により構成するもの、３枚以上の翼状板６により構成するもの、柱体、螺旋羽根等の形状であってもよい。攪拌翼３は、図３に示すように、掘削穴５の側方５ａに向かって第２吐出口９を備えている。
【００２３】
第１吐出口７は、図２に示すように、掘削ロッド１７の内部に設けられた第１管体８から第１グラウト１１を吐出させる。第１吐出口７は、図３に示す掘削ヘッド２における掘削機１の掘削方向の断面の中心１ａに、図２に示すように、掘削穴５の下方５ｂに向かって設けられている。第１吐出口７は、圧入ノズルの形状となっていてもよい。第１吐出口７は、掘削穴５の下方５ｂに向かっていればいかなる位置に設けられていてもよく、掘削ヘッド２において掘削機１の掘削方向の断面の図示しない側端に設けられていてもよい。
【００２４】
第１吐出口７から吐出される第１グラウト１１は、所定の流動性を有するとともに、掘削により発生した土砂と攪拌混合して固結強度が０．５〜６．０Ｎ／ｍｍ2となるようなセメント系材料を用いる。
【００２５】
第２吐出口９は、図２に示すように、掘削ロッド１７の内部に設けられた第２管体１０から第２グラウト１２を圧入させる。第２吐出口９は、掘削穴５の側方５ａに向けて攪拌翼３の端面３ａに設けられている。第２吐出口９は、圧入ノズルの形状となっていてもよく、１枚の攪拌翼３の端面３ａにおいてのみ設けられていてもよい。第２吐出口９は、攪拌翼３の複数箇所に設けられていてもよい。
【００２６】
第２吐出口９から圧入される第２グラウト１２は、地盤１３に注入するために必要な流動性を有するとともに、所定の強度を得ることができるセメント系材料を用いる。第２グラウト１２は、水ガラスを用いてもよい。第２グラウト１２は、粘着材あるいは強度増強剤としてベントナイト、水ガラス又は硫酸バンド等を配合して用いてもよい。第２グラウト１２自体の固結強度は、第１グラウト１１と地盤１３とを混合した固結強度と同等あるいはそれ以上の強度であってもよい。
【００２７】
図４（ａ）乃至（ｃ）は、地盤改良工法の施工過程を示す正面図である。本発明は、掘削ヘッド２を掘削穴５から引き上げながら第１グラウト１１を吐出させるとともに第２グラウト１２を圧入させる掘削工程と、第２グラウト１２を地盤１３に注入して掘削穴５に吐出させた第１グラウト１１と一体的に固結させる固結工程とからなる地盤改良工法である。
【００２８】
本発明の掘削工程は、先ず、図２に示す掘削ロッド１７を軸として掘削刃４を回転させながら地盤１３に進入させることによって、図４（ａ）に示すように地盤面１３ａの上方から地盤１３を掘削して掘削穴５を形成させる。次に、図２に示す攪拌翼３を回転させながら、図４（ｂ）に示すように掘削ヘッド２を地上に引き上げる。このとき、図４（ｂ）に示す掘削工程において、図２に示すように第１吐出口７から掘削穴５の下方５ｂに第１グラウト１１を吐出させて土砂と混合させる。このとき、第１グラウト１１を地上と第１吐出口７の高低差の圧力によって吐出させてもよいし、さらに加圧して吐出させてもよい。また、図３に示すように第２吐出口９から掘削穴５の側方５ａに向けて第２グラウト１２を加圧して圧入させる。第２グラウト１２は、貫入孔１４を形成できる圧力、例えば１〜１０ＭＰａ程度の加圧がなされてもよい。なお、通常の注入圧力とは異なり、強制的に高い圧力を付加させて地盤１３に第２グラウト１２を貫入させることができ、指方性を確保できる。
【００２９】
本発明の掘削工程は、攪拌翼３を回転させ、掘削ヘッド２を埋没させている掘削土砂を流動させながら掘削ヘッド２を地上に引き上げるため、その引き上げが容易となる。また、第１吐出口７から第１グラウト１１を吐出させながら攪拌翼３を回転させて掘削ヘッド２を引き上げるため、掘削ヘッド２の引き上げの際に掘削穴５の中で掘削土砂と第１グラウト１１とを攪拌混合することができる。さらに、回転する攪拌翼３の端面３ａに設けられた第２吐出口９から第２グラウト１２が圧入されるため、掘削穴５の側方５ａの地盤１３に対して掘削方向の断面のあらゆる方向に第２グラウト１２を貫入させることができる。
【００３０】
本発明の掘削工程は、第２グラウト１２を圧入する際に攪拌翼３の回転を一時停止させることで、その停止した箇所で掘削穴５の側方５ａの地盤１３に対して局所的に集中して第２グラウト１２を注入することができる。本発明の掘削工程において、攪拌翼３を回転させながら第２グラウト１２を圧入した場合は、攪拌翼３の回転を停止させないため施工の効率性は向上する。
【００３１】
本発明の掘削工程は、地盤１３の掘削、掘削ヘッド２の引き上げ、第１グラウト１１と掘削土砂との攪拌混合及び第２グラウト１２の圧入を一連の作業によって行なうことができ効率的な施工が可能となる。
【００３２】
本発明の固結工程は、図２に示すように第２グラウト１２を掘削穴５の側方５ａに向けて加圧して圧入させ、第２グラウト１２を地盤１３に横向きに注入させる。本発明の固結工程において、地盤１３に対して加圧して注入された第２グラウト１２が土粒子を押し分けて地盤１３に進入することによって貫入孔１４が形成される。その後、第２グラウト１２は、地盤１３で形成された貫入孔１４の周辺地盤に脈状に細かく圧入される。
【００３３】
図５は、地盤改良工法を施工した地盤１３の状況を示す拡大正面図である。本発明の固結工程は、図５に示すように第２グラウト１２を地盤１３の遠くまで浸入した貫入孔１４を通じて、周辺の地盤１３において地盤１３の奥に至るに従って分枝部分を増加させながら細かく圧入される。この第２グラウト１２を固結させることによって脈状固結体１６が形成され、広い範囲で土粒子との摩擦力を増大させ、軟弱地盤の液状化を防止することが可能となる。
【００３４】
本発明の固結工程は、図２に示すように掘削穴５の側方５ａの地盤１３に対して局所的に第２グラウト１２を注入し、掘削穴５の側方５ａの地盤１３を構成する土砂と第２グラウト１２との混合を必要とせずに、簡易に軟弱地盤の液状化を防止できる。第２グラウト１２を局所的に注入するため、掘削穴５の周辺の地盤１３と第２グラウト１２とを全体的に混合させる場合と比較して、第２グラウト１２の使用量を少なくすることができる。したがって、地盤改良工法に必要となる施工費用の増大を抑制することができる。また、掘削穴５の周辺の地盤１３を構成する土砂に第２グラウト１２の圧入は時間を必要としないため、施工期間を短縮することができる。
【００３５】
本発明の固結工程では、第２グラウト１２は貫入孔１４において、第１グラウト１１は掘削穴５において、互いにほぼ同じタイミングで固結する。また、図５に示すように、掘削穴５の柱状固結体１５は脈状固結体１６と、掘削穴５と貫入孔１４との境界１４ｂを介して一体的に形成される。
【００３６】
本発明は、柱状固結体１５の周辺の地盤１３が液状化した場合であっても、その液状化した地盤１３よりも奥の液状化していない地盤１３に形成された脈状固結体１６に摩擦力が発生する。図５に示すように柱状固結体１５と脈状固結体１６とが掘削穴５と貫入孔１４との境界１４ｂを介して一体的に形成されるため、脈状固結体１６に発生した摩擦力が柱状固結体１５に伝達される。これにより、脈状固結体１６から柱状固結体１５に伝達した摩擦力によって柱状固結体１５の倒壊、浮上を防止することができる。また、図１に示すように、複数の柱状固結体１５を形成した場合は、図５に示す脈状固結体１６が、複数の柱状固結体１５によって地盤１３に高密度に形成されるため、より強固に柱状固結体１５の倒壊、浮上を防止することができる。
【００３７】
本発明の固結工程において、第１グラウト１１及び第２グラウト１２が固結する前に、貫入孔１４と掘削穴５の境界１４ｂを介して第２グラウト１２の一部が第１グラウト１１に混合する。本発明において、第２グラウト１２として用いられるセメント系材料のグラウト自体の固結強度が第１グラウト１１と地盤１３とを混合した固結強度と同等あるいはそれ以上となる。これにより、第２グラウト１２の固結後の強度は、第１グラウト１１の固結後の強度以上となり、第２グラウト１２の一部が混合した第１グラウト１１によって形成される柱状固結体１５の強度が低下することを回避することができる。
【００３８】
本発明において、第１吐出口７は、図示しない地上のグラウト供給設備と第１管体８によって連通され、第２吐出口９は、図示しない地上のグラウト供給設備と第２管体１０によって連通される。これにより、本発明は、地盤１３の状況に応じて第１グラウト１１及び第２グラウト１２として用いられるセメント系材料の配合比を調整することが可能となり、地盤１３の状況に臨機応変に対応することができる。
【００３９】
なお、本発明の掘削工程は、掘削の後、掘削ヘッド２を引き上げる際に第２グラウト１２を吐出させるものであるが、これに限らず、掘削の際に掘削ヘッド２を掘削穴５に下降させながら第２グラウト１２を吐出させてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ 掘削機
２ 掘削ヘッド
３ 攪拌翼
４ 掘削刃
５ 掘削穴
６ 翼状板
７ 第１吐出口
８ 第１管体
９ 第２吐出口
１０ 第２管体
１１ 第１グラウト
１２ 第２グラウト
１３ 地盤
１４ 貫入孔
１５ 柱状固結体
１６ 脈状固結体
１７ 掘削ロッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラウトを地盤に注入して軟弱地盤を強化させる地盤改良工法に関し、特に地震時に地盤が液状化し易い土砂層の地盤改良の効果の維持に好適な地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軟弱地盤の上に構造物を建設する場合において、杭を地盤中に打設して杭の支持力によって構造物の荷重を支える杭基礎工法や、グラウトを地盤に注入する地盤改良工法を用いることが一般的である。
【０００３】
杭基礎工法は、支持杭の杭基礎工法と摩擦杭の杭基礎工法とに分類される。先ず支持杭は、軟弱地盤よりも下層の硬質地盤まで杭の先端を到達させて支持するものである。支持杭は、深い硬質地盤まで杭を打設する必要があり、浅い軟弱地盤に打設する摩擦杭よりも深くまで掘削する必要があるため、支持杭の打設の施工費用は、一般的に増大する。また摩擦杭は、硬質地盤よりも上層の軟弱地盤において、杭と周辺地盤との周辺摩擦力によって支持するものである。摩擦杭の打設の施工費用は、支持杭の打設に比べて低廉であるが、地盤の液状化によって杭と周辺地盤との摩擦力が失われると、地盤中で杭が倒壊するおそれがあり、また地盤中の浮力により杭が浮き上がるおそれもある。
【０００４】
これに対して地盤改良工法は、地盤中に杭を打設する代わりに、グラウトを軟弱地盤に注入することによって地盤を強化するものである。地盤改良工法は、地盤中にセメント系材料等のグラウトを注入して、地盤中の土砂とグラウトとを混合させて固結させる。地盤改良工法は、地盤中に柱状の固結体を形成することによって、その柱状固結体に杭と同様の機能を担わせて構造物を支持するものである。地盤改良工法は、既製杭の打設音の発生が許容されない環境である場合や既製杭の打設スペースが確保できない場合等に、杭基礎工法に代替して用いるものである。地盤改良工法は、杭基礎工法と同様に、硬質地盤に到達するまで柱状固結体を形成する場合に相応の掘削深度を必要とするため、一般的に施工費用が増大する。地盤改良工法は、柱状固結体を硬質地盤に到達させない場合においても杭基礎工法と同様に、低廉な施工費用である反面、軟弱地盤の液状化による柱状固結体の倒壊、浮上のおそれがあるという問題がある。
【０００５】
柱状固結体を硬質地盤に到達させない場合に、柱状固結体の倒壊、浮上を防止することを目的として、特許文献１に開示される地盤改良工法が、従来から提案されている。特許文献１に開示された地盤改良工法は、柱状固結体の周辺地盤にグラウトを注入し、周辺地盤中の土砂と注入したグラウトとを混合して固結させ、周辺地盤を強化するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−７２８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、地盤改良工法により形成された地盤中の柱状固結体の周辺地盤の液状化を防止し、また、液状化した地盤中において柱状固結体が硬質地盤に到達していない場合であっても、柱状固結体の倒壊、浮上を防止することのできる地盤改良工法を低廉な施工費用で提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述した課題を解決するために、掘削穴の側方にグラウトを強制的に加圧して圧入させてこれを地盤中に注入し、掘削穴において掘削土砂と攪拌混合させたグラウトと一体的に固結させる地盤改良工法を提案した。
【０００９】
本願請求項１に記載の地盤改良工法は、先端に掘削ヘッドが設けられるとともに上記掘削ヘッドの上方に攪拌翼が設けられた掘削機を用いて地盤を掘削して掘削穴を形成し、上記掘削ヘッドを上記掘削穴から引き上げながら上記掘削ヘッドの下方に形成された第１吐出口から上記掘削穴の下方に第１グラウトを吐出させるとともに、上記掘削穴の側方に向けて上記攪拌翼に形成された第２吐出口から、上記掘削穴の側方の地盤中に第２グラウトを加圧して圧入させる掘削工程と、上記掘削工程において圧入させた上記第２グラウトを地盤中に注入して、上記掘削穴に吐出させた上記第１グラウトと上記地盤中に注入した上記第２グラウトとを一体的に固結させる固結工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本願請求項２に記載の地盤改良工法は、請求項１に記載の地盤改良工法において、上記固結工程において、地盤中に注入した上記第２グラウトによって地盤中に貫入孔を形成し、上記第２グラウトの一部を上記貫入孔から地盤中に脈状に圧入させて固結させるとともに、上記貫入孔において上記第２グラウトを固結させることを特徴とする。
【００１１】
本願請求項３に記載の地盤改良工法は、請求項１又は２に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、上記攪拌翼の回転を一時停止させ、上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させることを特徴とする。
【００１２】
本願請求項４に記載の地盤改良工法は、請求項１又は２に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、上記攪拌翼を回転させながら、上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させることを特徴とする。
【００１３】
本願請求項５に記載の地盤改良工法は、請求項１〜４の何れか１項に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、上記掘削穴を形成する過程で掘削ヘッドを下降させながら上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させることを特徴とする。
【００１４】
本願請求項６に記載の地盤改良工法は、請求項１〜５の何れか１項に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、１〜１０ＭＰａに加圧した上記第２グラウトを上記第２吐出口から圧入させることを特徴とする。
【００１５】
本願請求項７に記載の地盤改良工法は、請求項１〜６の何れか１項に記載の地盤改良工法において、上記掘削工程において、上記第１グラウト及び上記第２グラウトとして少なくともセメントと水とが混練されてなるセメント系材料を用い、上記第１グラウトと土砂とが混合されてなる固結体の固結強度と同等以上の固結強度となる上記第２グラウトを上記第２吐出口から圧入させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の地盤改良工法は、第２グラウトを地盤中で脈状に固結させて強固な固結体を形成することで地盤の液状化を防止することができる。また本発明の地盤改良工法は、第１グラウトと第２グラウトを一体的に固結させることで、柱状固結体の倒壊、浮上を防止することができる。さらに本発明の地盤改良工法は、局所的に第２グラウトを注入するためグラウトの使用量を少なくすることができ、柱状固結体の周辺地盤との混合を必要としないため施工に要する期間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用した地盤改良工法が施工された地盤とその地盤上の構造物を示す正面図である。
【図２】掘削ヘッド及び攪拌翼からグラウトが吐出、圧入する状況を示す拡大正面図である。
【図３】攪拌翼からグラウトが圧入する状況を示す拡大平面図である。
【図４】（ａ）は地盤の掘削過程を示す正面図である。（ｂ）はグラウトの吐出、圧入過程を示す正面図である。（ｃ）は地盤改良工法の施工完了を示す正面図である。
【図５】地盤改良工法を施工した地盤の状況を示す拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態として、グラウトを地盤に注入して軟弱地盤の強さを増大させる地盤改良工法について、一例として図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明を適用して地盤改良工法が施工された地盤とその地盤上の構造物を示す正面図である。図２は、掘削ヘッド及び攪拌翼からグラウトが吐出、圧入する状況を示す拡大正面図である。図３は、攪拌翼からグラウトが圧入する状況を示す拡大平面図である。
【００２０】
地盤改良工法に用いる掘削機１は、図２に示すように、地上から掘削穴５に進入させる掘削ロッド１７の先端に掘削ヘッド２が設けられ、掘削ヘッド２の上方には掘削ロッド１７を回転軸とした攪拌翼３が設けられている。この掘削ヘッド２と攪拌翼３とは、一体構造であっても、又は掘削ヘッド２と攪拌翼３は離れた位置にあってもよい。
【００２１】
掘削ヘッド２は、図２に示すように、下方に向かって掘削刃４及び第１吐出口７を備えている。掘削ヘッド２は、掘削ロッド１７を軸として回転して地盤１３を掘削するものであるが、これに限らず、掘削刃４から与えられる振動や衝撃によって地盤１３を掘削するものであってもよい。掘削刃４は、直方体や半円体、錐体等の形状であってもよい。
【００２２】
攪拌翼３は、図３に示すように、掘削機１の掘削方向の断面の中心１ａから掘削穴５の側方５ａに向かって延設されており、掘削機１の掘削方向の断面の中心１ａに対して点対称に２枚の翼状板６が設けられている。攪拌翼３は、掘削機１の掘削方向の断面の中心１ａから掘削穴５の側方５ａに向けて延伸していればいかなる構成であってもよく、１枚の翼状板６により構成するもの、３枚以上の翼状板６により構成するもの、柱体、螺旋羽根等の形状であってもよい。攪拌翼３は、図３に示すように、掘削穴５の側方５ａに向かって第２吐出口９を備えている。
【００２３】
第１吐出口７は、図２に示すように、掘削ロッド１７の内部に設けられた第１管体８から第１グラウト１１を吐出させる。第１吐出口７は、図３に示す掘削ヘッド２における掘削機１の掘削方向の断面の中心１ａに、図２に示すように、掘削穴５の下方５ｂに向かって設けられている。第１吐出口７は、圧入ノズルの形状となっていてもよい。第１吐出口７は、掘削穴５の下方５ｂに向かっていればいかなる位置に設けられていてもよく、掘削ヘッド２において掘削機１の掘削方向の断面の図示しない側端に設けられていてもよい。
【００２４】
第１吐出口７から吐出される第１グラウト１１は、所定の流動性を有するとともに、掘削により発生した土砂と攪拌混合して固結強度が０．５〜６．０Ｎ／ｍｍ2となるようなセメント系材料を用いる。
【００２５】
第２吐出口９は、図２に示すように、掘削ロッド１７の内部に設けられた第２管体１０から第２グラウト１２を圧入させる。第２吐出口９は、掘削穴５の側方５ａに向けて攪拌翼３の端面３ａに設けられている。第２吐出口９は、圧入ノズルの形状となっていてもよく、１枚の攪拌翼３の端面３ａにおいてのみ設けられていてもよい。第２吐出口９は、攪拌翼３の複数箇所に設けられていてもよい。
【００２６】
第２吐出口９から圧入される第２グラウト１２は、地盤１３に注入するために必要な流動性を有するとともに、所定の強度を得ることができるセメント系材料を用いる。第２グラウト１２は、水ガラスを用いてもよい。第２グラウト１２は、粘着材あるいは強度増強剤としてベントナイト、水ガラス又は硫酸バンド等を配合して用いてもよい。第２グラウト１２自体の固結強度は、第１グラウト１１と地盤１３とを混合した固結強度と同等あるいはそれ以上の強度であってもよい。
【００２７】
図４（ａ）乃至（ｃ）は、地盤改良工法の施工過程を示す正面図である。本発明は、掘削ヘッド２を掘削穴５から引き上げながら第１グラウト１１を吐出させるとともに第２グラウト１２を圧入させる掘削工程と、第２グラウト１２を地盤１３に注入して掘削穴５に吐出させた第１グラウト１１と一体的に固結させる固結工程とからなる地盤改良工法である。
【００２８】
本発明の掘削工程は、先ず、図２に示す掘削ロッド１７を軸として掘削刃４を回転させながら地盤１３に進入させることによって、図４（ａ）に示すように地盤面１３ａの上方から地盤１３を掘削して掘削穴５を形成させる。次に、図２に示す攪拌翼３を回転させながら、図４（ｂ）に示すように掘削ヘッド２を地上に引き上げる。このとき、図４（ｂ）に示す掘削工程において、図２に示すように第１吐出口７から掘削穴５の下方５ｂに第１グラウト１１を吐出させて土砂と混合させる。このとき、第１グラウト１１を地上と第１吐出口７の高低差の圧力によって吐出させてもよいし、さらに加圧して吐出させてもよい。また、図３に示すように第２吐出口９から掘削穴５の側方５ａに向けて第２グラウト１２を加圧して圧入させる。第２グラウト１２は、貫入孔１４を形成できる圧力、例えば１〜１０ＭＰａ程度の加圧がなされてもよい。なお、通常の注入圧力とは異なり、強制的に高い圧力を付加させて地盤１３に第２グラウト１２を貫入させることができ、指方性を確保できる。
【００２９】
本発明の掘削工程は、攪拌翼３を回転させ、掘削ヘッド２を埋没させている掘削土砂を流動させながら掘削ヘッド２を地上に引き上げるため、その引き上げが容易となる。また、第１吐出口７から第１グラウト１１を吐出させながら攪拌翼３を回転させて掘削ヘッド２を引き上げるため、掘削ヘッド２の引き上げの際に掘削穴５の中で掘削土砂と第１グラウト１１とを攪拌混合することができる。さらに、回転する攪拌翼３の端面３ａに設けられた第２吐出口９から第２グラウト１２が圧入されるため、掘削穴５の側方５ａの地盤１３に対して掘削方向の断面のあらゆる方向に第２グラウト１２を貫入させることができる。
【００３０】
本発明の掘削工程は、第２グラウト１２を圧入する際に攪拌翼３の回転を一時停止させることで、その停止した箇所で掘削穴５の側方５ａの地盤１３に対して局所的に集中して第２グラウト１２を注入することができる。本発明の掘削工程において、攪拌翼３を回転させながら第２グラウト１２を圧入した場合は、攪拌翼３の回転を停止させないため施工の効率性は向上する。
【００３１】
本発明の掘削工程は、地盤１３の掘削、掘削ヘッド２の引き上げ、第１グラウト１１と掘削土砂との攪拌混合及び第２グラウト１２の圧入を一連の作業によって行なうことができ効率的な施工が可能となる。
【００３２】
本発明の固結工程は、図２に示すように第２グラウト１２を掘削穴５の側方５ａに向けて加圧して圧入させ、第２グラウト１２を地盤１３に横向きに注入させる。本発明の固結工程において、地盤１３に対して加圧して注入された第２グラウト１２が土粒子を押し分けて地盤１３に進入することによって貫入孔１４が形成される。その後、第２グラウト１２は、地盤１３で形成された貫入孔１４の周辺地盤に脈状に細かく圧入される。
【００３３】
図５は、地盤改良工法を施工した地盤１３の状況を示す拡大正面図である。本発明の固結工程は、図５に示すように第２グラウト１２を地盤１３の遠くまで浸入した貫入孔１４を通じて、周辺の地盤１３において地盤１３の奥に至るに従って分枝部分を増加させながら細かく圧入される。この第２グラウト１２を固結させることによって脈状固結体１６が形成され、広い範囲で土粒子との摩擦力を増大させ、軟弱地盤の液状化を防止することが可能となる。
【００３４】
本発明の固結工程は、図２に示すように掘削穴５の側方５ａの地盤１３に対して局所的に第２グラウト１２を注入し、掘削穴５の側方５ａの地盤１３を構成する土砂と第２グラウト１２との混合を必要とせずに、簡易に軟弱地盤の液状化を防止できる。第２グラウト１２を局所的に注入するため、掘削穴５の周辺の地盤１３と第２グラウト１２とを全体的に混合させる場合と比較して、第２グラウト１２の使用量を少なくすることができる。したがって、地盤改良工法に必要となる施工費用の増大を抑制することができる。また、掘削穴５の周辺の地盤１３を構成する土砂に第２グラウト１２の圧入は時間を必要としないため、施工期間を短縮することができる。
【００３５】
本発明の固結工程では、第２グラウト１２は貫入孔１４において、第１グラウト１１は掘削穴５において、互いにほぼ同じタイミングで固結する。また、図５に示すように、掘削穴５の柱状固結体１５は脈状固結体１６と、掘削穴５と貫入孔１４との境界１４ｂを介して一体的に形成される。
【００３６】
本発明は、柱状固結体１５の周辺の地盤１３が液状化した場合であっても、その液状化した地盤１３よりも奥の液状化していない地盤１３に形成された脈状固結体１６に摩擦力が発生する。図５に示すように柱状固結体１５と脈状固結体１６とが掘削穴５と貫入孔１４との境界１４ｂを介して一体的に形成されるため、脈状固結体１６に発生した摩擦力が柱状固結体１５に伝達される。これにより、脈状固結体１６から柱状固結体１５に伝達した摩擦力によって柱状固結体１５の倒壊、浮上を防止することができる。また、図１に示すように、複数の柱状固結体１５を形成した場合は、図５に示す脈状固結体１６が、複数の柱状固結体１５によって地盤１３に高密度に形成されるため、より強固に柱状固結体１５の倒壊、浮上を防止することができる。
【００３７】
本発明の固結工程において、第１グラウト１１及び第２グラウト１２が固結する前に、貫入孔１４と掘削穴５の境界１４ｂを介して第２グラウト１２の一部が第１グラウト１１に混合する。本発明において、第２グラウト１２として用いられるセメント系材料のグラウト自体の固結強度が第１グラウト１１と地盤１３とを混合した固結強度と同等あるいはそれ以上となる。これにより、第２グラウト１２の固結後の強度は、第１グラウト１１の固結後の強度以上となり、第２グラウト１２の一部が混合した第１グラウト１１によって形成される柱状固結体１５の強度が低下することを回避することができる。
【００３８】
本発明において、第１吐出口７は、図示しない地上のグラウト供給設備と第１管体８によって連通され、第２吐出口９は、図示しない地上のグラウト供給設備と第２管体１０によって連通される。これにより、本発明は、地盤１３の状況に応じて第１グラウト１１及び第２グラウト１２として用いられるセメント系材料の配合比を調整することが可能となり、地盤１３の状況に臨機応変に対応することができる。
【００３９】
なお、本発明の掘削工程は、掘削の後、掘削ヘッド２を引き上げる際に第２グラウト１２を吐出させるものであるが、これに限らず、掘削の際に掘削ヘッド２を掘削穴５に下降させながら第２グラウト１２を吐出させてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ 掘削機
２ 掘削ヘッド
３ 攪拌翼
４ 掘削刃
５ 掘削穴
６ 翼状板
７ 第１吐出口
８ 第１管体
９ 第２吐出口
１０ 第２管体
１１ 第１グラウト
１２ 第２グラウト
１３ 地盤
１４ 貫入孔
１５ 柱状固結体
１６ 脈状固結体
１７ 掘削ロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に掘削ヘッドが設けられるとともに上記掘削ヘッドの上方に攪拌翼が設けられた掘削機を用いて地盤を掘削して掘削穴を形成し、上記掘削ヘッドを上記掘削穴から引き上げながら上記掘削ヘッドの下方に形成された第１吐出口から上記掘削穴の下方に第１グラウトを吐出させるとともに、上記掘削穴の側方に向けて上記攪拌翼に形成された第２吐出口から、上記掘削穴の側方の地盤中に第２グラウトを加圧して圧入させる掘削工程と、
上記掘削工程において圧入させた上記第２グラウトを地盤中に注入して、上記掘削穴に吐出させた上記第１グラウトと上記地盤中に注入した上記第２グラウトとを一体的に固結させる固結工程とを有すること
を特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
上記固結工程において、地盤中に注入した上記第２グラウトによって地盤中に貫入孔を形成し、上記第２グラウトの一部を上記貫入孔から地盤中に脈状に圧入させて固結させるとともに、上記貫入孔において上記第２グラウトを固結させること
を特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
上記掘削工程において、上記攪拌翼の回転を一時停止させ、上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させること
を特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
上記掘削工程において、上記攪拌翼を回転させながら、上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させること
を特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良工法。
【請求項５】
上記掘削工程において、上記掘削穴を形成する過程で掘削ヘッドを下降させながら上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の地盤改良工法。
【請求項６】
上記掘削工程において、１〜１０ＭＰａに加圧した上記第２グラウトを上記第２吐出口から圧入させること
を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の地盤改良工法。
【請求項７】
上記掘削工程において、上記第１グラウト及び上記第２グラウトとして少なくともセメントと水とが混練されてなるセメント系材料を用い、上記第１グラウトと土砂とが混合されてなる固結体の固結強度以上の固結強度となる上記第２グラウトを上記第２吐出口から圧入させること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の地盤改良工法。
【請求項１】
先端に掘削ヘッドが設けられるとともに上記掘削ヘッドの上方に攪拌翼が設けられた掘削機を用いて地盤を掘削して掘削穴を形成し、上記掘削ヘッドを上記掘削穴から引き上げながら上記掘削ヘッドの下方に形成された第１吐出口から上記掘削穴の下方に第１グラウトを吐出させるとともに、上記掘削穴の側方に向けて上記攪拌翼に形成された第２吐出口から、上記掘削穴の側方の地盤中に第２グラウトを加圧して圧入させる掘削工程と、
上記掘削工程において圧入させた上記第２グラウトを地盤中に注入して、上記掘削穴に吐出させた上記第１グラウトと上記地盤中に注入した上記第２グラウトとを一体的に固結させる固結工程とを有すること
を特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
上記固結工程において、地盤中に注入した上記第２グラウトによって地盤中に貫入孔を形成し、上記第２グラウトの一部を上記貫入孔から地盤中に脈状に圧入させて固結させるとともに、上記貫入孔において上記第２グラウトを固結させること
を特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
上記掘削工程において、上記攪拌翼の回転を一時停止させ、上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させること
を特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
上記掘削工程において、上記攪拌翼を回転させながら、上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させること
を特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良工法。
【請求項５】
上記掘削工程において、上記掘削穴を形成する過程で掘削ヘッドを下降させながら上記第２吐出口から上記掘削穴の側方の地盤中に上記第２グラウトを加圧して圧入させること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の地盤改良工法。
【請求項６】
上記掘削工程において、１〜１０ＭＰａに加圧した上記第２グラウトを上記第２吐出口から圧入させること
を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の地盤改良工法。
【請求項７】
上記掘削工程において、上記第１グラウト及び上記第２グラウトとして少なくともセメントと水とが混練されてなるセメント系材料を用い、上記第１グラウトと土砂とが混合されてなる固結体の固結強度以上の固結強度となる上記第２グラウトを上記第２吐出口から圧入させること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の地盤改良工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６８０１７（Ｐ２０１３−６８０１７Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７８４６（Ｐ２０１１−２０７８４６）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【特許番号】特許第４９２６２９３号（Ｐ４９２６２９３）
【特許公報発行日】平成２４年５月９日（２０１２．５．９）
【出願人】（３９１０３２００４）有限会社シモダ技術研究所 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【特許番号】特許第４９２６２９３号（Ｐ４９２６２９３）
【特許公報発行日】平成２４年５月９日（２０１２．５．９）
【出願人】（３９１０３２００４）有限会社シモダ技術研究所 (13)
【Ｆターム（参考）】
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