軟弱土改良方法及びそれに用いる固化材充填装置
【課題】 軟弱土を固化材と混合することにより改良する方法及びそれに用いる装置であって、固化材の飛散を防止すると共に固化材を損失することなく低コストで軟弱土と均一にかつ効率的に混合する。
【解決手段】 堆積した軟弱土に圧入可能な筒体の下端部に設けた開閉可能な放出口を閉状態として粉体状固化材を投入すると共に、軟弱土に対して筒体を圧入することにより柱状孔を設ける工程と、筒体の放出口を開状態として粉体状固化材を放出しつつ筒体を引き上げることにより柱状孔内に粉体状固化材を充填する工程と、軟弱土を粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有する。
【解決手段】 堆積した軟弱土に圧入可能な筒体の下端部に設けた開閉可能な放出口を閉状態として粉体状固化材を投入すると共に、軟弱土に対して筒体を圧入することにより柱状孔を設ける工程と、筒体の放出口を開状態として粉体状固化材を放出しつつ筒体を引き上げることにより柱状孔内に粉体状固化材を充填する工程と、軟弱土を粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、泥炭、高含水粘性土、風化火山灰などの軟弱な土を固化材と混合し、軟弱土中の水分により固化材を固化させて軟弱土の強度を向上させることにより軟弱土を改良する方法、並びにその方法に用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
泥炭、高含水粘性土、風化火山灰、浚渫土、建設発生土等の軟弱な土（以下、本発明の説明において「軟弱土」と称する）は、そのまま利用することができず、表層用の地盤改良工を施工されたり、建設土木工事等で発生した場合は廃棄処分されてきた。しかしながら、循環型社会の構築を目的として資源の有効利用が注目を浴びるようになり、廃棄処分されてきた軟弱土も改良すれば、廃棄処分せずに利用可能となりつつある。
【０００３】
軟弱土の改良方法の一つとして、セメントや石灰などの固化材を混合して改良する方法がある。固化材としては、例えば、特許文献１〜３に記載されたセメント系固化材、セメント石灰系固化材、石膏系固化材等が知られている。現在、軟弱土に対してセメントや石灰などの固化材を混合する場合には、堆積した軟弱土に対して、上から固化材の入った袋を破いて散布したり、ホース状のもので散布したりしている。散布した後、適宜の撹拌混合装置を用いて固化材と軟弱土とを混合する。
【特許文献１】特開２００２−１３７９５０号公報
【特許文献２】特開２００２−２９４２３２号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術には、一応下記のような問題点を指摘することができる。
固化材は粉体状であり、固化材は水分を含んでいないことから、散布する際に大きな範囲で周辺に飛び散る。特に、風があるときなどは広い範囲に飛び散っている。このような飛散は、散布後に行う撹拌混合の初期にも生じる。固化材の粉塵が不要な範囲にまで飛散することは、環境上も作業者の健康上も好ましくない。また、固化材の損失にもなる。固化材散布時の飛散を防ぐ方法としては、施工現場の周辺を高いフェンスで囲ったり、直接作業する人が防塵マスクを着用したりしている。
【０００５】
しかしながら、フェンス等で囲む場合は、その設備や設置作業にコストが係る。また防塵マスクの着用は煩わしく、作業性が低下する上、固化材の飛散による損失は避けられない。また、完全に密封状態で撹拌混合する機械もあるが大がかりな装置でコスト高である。
【０００６】
以上の現状に鑑み本発明は、軟弱土を固化材と混合することにより改良する方法及びそれに用いる装置であって、固化材の飛散を防止すると共に固化材を損失することなく低コストで軟弱土と均一にかつ効率的に混合できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述のような問題を解決するため、下記のようになるものである。
本発明は、例えば、泥炭、高含水粘性土、風化火山灰などの軟弱土の中に粉体状固化材（セメント、石灰、石炭灰等）を柱状に充填した後に、周囲の軟弱土と撹拌することにより、固化材を飛散させることなく均一に軟弱土と固化材とを混合し、固化材の固化に伴い軟弱土を改良する方法を基本原理とし、さらにこの方法を実施できる装置を提供する。
【０００８】
（１）請求項１に係る軟弱土改良方法は、粉体状固化材を混合し固化させることにより軟弱土を改良する方法において、
堆積した軟弱土に対して表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程と、
前記柱状孔内に粉体状固化材を充填する工程と、
前記堆積した軟弱土を前記充填された粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
（２）請求項２に係る軟弱土改良方法は、粉体状固化材を混合し固化させることにより軟弱土を改良する方法において、
堆積した軟弱土に圧入可能な筒体の下端部に設けた開閉可能な放出口を閉状態とし、該筒体内に粉体状固化材を投入すると共に、該堆積した軟弱土に対して前記筒体を圧入することにより該軟弱土表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程と、
前記筒体の前記放出口を開状態として前記粉体状固化材を放出しつつ該筒体を引き上げることにより前記柱状孔内に該粉体状固化材を充填する工程と、
前記堆積した軟弱土を前記充填された粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
（３）請求項３に係る固化材充填装置は、請求項２に記載の軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置であって前記筒体を有し、前記堆積した軟弱土に対し圧入しかつ引き上げるための駆動装置に取り付け可能であり、
前記放出口を開閉するべく前記筒体の下端部にて該筒体に対して相対的に上下移動可能に設けた放出バルブであって前記放出口が閉状態のとき該放出口を閉塞させる位置にありかつ該放出口が開状態のときに該放出口より下方の位置にある放出バルブと、
前記筒体内に前記粉体状固化材を投入するべく該筒体の側面部に設けた開閉可能な投入口と、
前記投入口を開閉するべく前記筒体内にて該筒体に対して相対的に上下移動可能に設けた投入バルブであって前記投入口が開状態のときに該投入口より上方の位置にありかつ該投入口が閉状態のときに該投入口を閉塞させる位置にある投入バルブと、
前記放出バルブと前記投入バルブの上下移動を連動させるために該放出バルブと該投入バルブを連結するべく鉛直方向に延在するバルブ連結ロッドとを有することを特徴とする。
【００１１】
（４）請求項４に係る固化材充填装置は、請求項３において、前記放出バルブの下端形状が下方に向かって先細となる形状であることを特徴とする。
【００１２】
（５）請求項５に係る固化材充填装置は、請求項３又は４において、前記バルブ連結ロッドを前記筒体に対して相対的に上下移動させる油圧シリンダーをさらに有することを特徴とする。
【００１３】
（６）請求項６に係る固化材充填装置は、請求項３又は４において、前記バルブ連結ロッドを前記筒体に対して相対的に上下移動させるリンクカムをさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、上述のように構成されているので、下記のような効果を期待することができる。
本発明は、種々の土木建築構造物の施工に伴い副次的に発生した軟弱土の改良に適用される。そして、本発明により改良された土は、例えば道路の盛土や河川の堤防の材料などの土構造物の構築に有効に使用できる。また、本発明は、軟弱地盤に対して種々の土木建築構造物の施工を可能とするために、当該軟弱地盤の表層改良にも適用可能である。本発明の方法及び装置は、大規模な装置や複雑な機構の装置を用いることなく安価に実施することができる。具体的には次の通りである。
【００１５】
（１）請求項１に係る軟弱土改良方法は、基本原理に相当し、堆積した軟弱土に設けた柱状孔内に粉体状固化材を充填した後に軟弱土と撹拌混合するので、従来のように軟弱土表面に散布する場合に比べて、粉体状固化材を空気に触れさせることなく軟弱土中に充填することができる。これにより、固化材の飛散を防止することができる。また、軟弱土中に充填された固化材は、充填と同時に、軟弱土中に存在する水分を吸収するため、その後に軟弱土と固化材とを撹拌する際にも固化材の飛散が抑制される。これにより、環境上も健康上も好ましい施工を実現できる。
【００１６】
（２）請求項２に係る軟弱土改良方法は、基本原理に基づいた好適方法であり、上記の固化材飛散防止効果に加えて、適宜の筒体を軟弱土に対して圧入することにより軟弱土に柱状孔の孔壁を容易にかつ速やかに形成できる。同時に、圧入時には筒体内部空間に既に粉体状固化材が投入されている。そして、筒体を引き上げる際に筒体下端部の放出口から粉体状固化材を放出する。これにより、筒体引き上げの完了と同時に粉体状固化材の充填も完了することができる。この好適方法では、柱状孔の形成と粉体状固化材の充填とを同時に行えるので、迅速な施工が可能となる。
【００１７】
（３）請求項３に係る固化材充填装置は、請求項２に係る軟弱土改良方法に使用するものである。この固化材充填装置は、圧入引き上げ用の駆動装置に取り付け可能であって、固化材の放出口の開閉用に筒体下端部にて相対的に上下移動可能に設けた放出バルブと、固化材の投入口の開閉用に筒体内にて相対的に上下移動可能に設けた投入バルブが、鉛直方向に延在するバルブ連結ロッドにより連結されている。従って、放出バルブが閉状態のときは投入バルブが開状態となり、逆に放出バルブが開状態のときは投入バルブが閉状態となるように２つのバルブが連動する。これにより、筒体の圧入時に放出バルブを閉じて投入バルブを開き投入口から筒体内に粉体状固化材を投入して溜めることができる一方、筒体の引き上げ時には放出バルブを開いて放出口から柱状孔内に粉体状固化材を放出することができる。
圧入引き上げ用の駆動装置は、例えば、種々のアタッチメントを付け替え可能な油圧駆動されるアームを有する汎用性のあるパワーショベルやバックホー等の駆動装置であり、これらのアームにアタッチメントとして本発明の固化材充填装置を取り付けることにより、安価な施工を実現する。
【００１８】
（４）請求項４に係る固化材充填装置は、請求項３について述べた効果に加えて、筒体下端部に設ける放出バルブの下端形状が下方に向かって先細となる形状であることから、筒体を圧入する際の抵抗を少なくすることができ、柱状孔を速やかに形成できる。
【００１９】
（５）請求項５又は６に係る固化材充填装置は、請求項３又は４について述べた効果に加えて、バルブ連結ロッドを油圧装置又はリンク装置により筒体に対して相対的に上下移動させることで、放出バルブ及び投入バルブの開閉を随時行うことができ、また迅速に行うことができるので施工効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して実施の形態の詳細を説明する。
（１）軟弱土改良方法の基本原理（請求項１に関連）
図１は、本発明による軟弱土改良方法の第一の形態の工程を模式的に示す図である。この第一の形態は、本発明の基本原理である。
【００２１】
図１(Ａ)は、本発明の適用対象である軟弱土１が堆積している状態を模式的に示している。建築土木関連の施工現場等において泥炭、高含水粘性土、風化火山灰、浚渫土、建設発生土等の水分含有率の高い軟弱土が副次的に発生する。発生した軟弱土は、本発明による処理を行う敷地内に運搬され蓄積される。図１(Ａ)では、堆積した軟弱土を模式的に直方体で示しているが、例えば、縦横が数十ｍ程度の面積の敷地に深さ５０〜１００cm程度で敷設され、堆積している。対象とする軟弱土の容積は任意である。別の例として、軟弱地盤の表層に対して本発明を適用する場合には、図１(Ａ)は、対象とする軟弱地盤の表層に相当する。
【００２２】
図１(Ｂ)は、堆積した軟弱とに対して表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程を示す。この柱状孔１ａは、粉体状固化材(以下、単に「固化材」と称する場合がある)を充填するための孔である。柱状孔１ａは、図示の例では円柱形状であるが、多角柱形状でもよく、堆積した軟弱土の最深部にほぼ達する深さの柱状の孔であれば断面形状は任意でよい。斯かる柱状孔１ａの形成は、一般的な土木機械を用いて行うことができる。一例であるが、１つの柱状孔の断面積は、１００cm２程度、深さ５０〜１００cm程度とする。このような柱状孔を適宜の配列で複数形成する。１つの柱状孔の容積並びに形成する柱状孔の数は、処理対象の軟弱土の体積に対して混合しようとする粉体状固化材の体積から設定することができる。複数の柱状孔の配列は、軟弱土の全表面に対し偏り無く配置されるようにする。
【００２３】
図１(Ｃ)は、形成した柱状孔１ａ内に粉体状固化材２を充填する工程と、この充填された粉体状固化材２と共に堆積した軟弱土１を撹拌混合する工程とを示す。粉体状固化材２は、公知の地盤改良工において一般的に用いられるセメント系固化材、セメント石灰系固化材、石膏系固化材等又はこれらの混合材であり、軟弱土の硬度並びに目標とする改良土の硬度等により適宜選択される。柱状孔１ａ内に充填された粉体状固化材２は、充填と同時に、周囲の軟弱土１中に存在する水分を吸収する。従って、この時点で粉体状固化材２は飛散し難い状態となる。
【００２４】
尚、図１(Ｂ)及び図１(Ｃ)に示した柱状孔形成工程と固化材充填工程は、先ず複数の柱状孔１ａをまとめて形成した後に、それらの柱状孔１ａ内に固化材２を充填するように解されるが、もちろん、１つの柱状孔１ａ毎に孔の形成と固化材２の充填を行ってもよい。
【００２５】
全ての柱状孔１ａ内に固化材２を充填したならば、パワーショベルやバックホー等の一般的な掘削機械を用いて軟弱土と粉体状固化材とを撹拌し、混合する（矢印参照）。粉体状固化材２は既にある程度の水分を吸収して飛散し難い状態となっているため、この撹拌混合工程においても固化材２の飛散が抑制される。
【００２６】
図１(Ｄ)は、撹拌混合を完了した後の改良土３の状態を示す。軟弱土１中に均一に分散された固化材２が、軟弱土１中の水分との水和反応により硬化し、軟弱土１の強度が向上して改良土３となる。
【００２７】
（２）好適な軟弱土改良方法（請求項２に関連）
図２は、本発明による軟弱土改良方法の第二の形態の工程を模式的に示す図である。この第二の形態は、前述の第一の形態の基本原理を実施する際の好適形態である。
【００２８】
図２(Ａ)は、好適な軟弱土改良方法に用いる固化材充填装置１０を模式的に示す図である。この固化材充填装置１０は、堆積した軟弱土に圧入可能な筒体１０ａを有する。筒体１０ａは、その下端部に開閉可能な放出口１０ｂを設けている。筒体１０ａの外周壁は、前述の図１の基本原理で示した柱状孔の孔壁形状に対応する。従って、筒体１０ａは円筒でも角筒でもよいが、軟弱土への貫入容易性及び製作容易性を考慮すると円筒形状が好適である。筒体１０ａの長さは、形成しようとする柱状孔の深さよりも長く設定され、その内部空間は、１つの柱状孔に充填する量の粉体状固化材を収容可能な容積をもつ。放出口１０ｂの大きさは、筒体１０ａ内から下方へ粉体状固化材が速やかに放出される程度に適宜設定し、開閉機構は任意である。例えば、後述する図３〜図４に示す本発明による固化材充填装置の好適例を用いる。筒体１０ａは、その内部空間へ粉体状固化材と投入するための投入口１０ｃも具備する。図示の例は、筒体１０ａの上端開口を投入口１０ｃとしているが、筒体１０ａの側壁に設けてもよい。
【００２９】
図２(Ｂ)は、軟弱土への柱状孔の形成工程を示す図である。先ず、図２(Ａ)で準備した筒体１０ａの放出口１０ｂを閉状態する。その後、筒体１０ａ内に、１つの柱状孔に充填する量の粉体状固化材２を投入すると共に、堆積した軟弱土１に対して筒体１０ａを圧入することにより軟弱土１の表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を形成する。筒体１０ａは、パワーショベルやバックホー等に用いる油圧装置を具備する駆動機械のアームに取り付けることにより上下移動させることができる。これにより、筒体１０ａの圧入及び後述する引き上げを行う。尚、粉体状固化材２は、筒体１０ａの圧入が完了する時点までに筒体１０ａ内に投入されればよい。例えば、圧入開始前に予め投入しておいてもよく、また圧入しつつ投入してもよい。
【００３０】
図２(Ｃ)は、筒体１０ａの圧入を完了した状態を示す図である。圧入完了時の筒体１０ａの下端の位置は、対象とする軟弱土１の最深部にほぼ相当する程度に設定する。
【００３１】
図２(Ｄ)は、筒体１０ａの引き上げ及び粉体状固化材の充填の工程を示す図である。本工程では、先ず筒体１０ａの放出口１０ｂを開状態とした後、筒体１０ａの引き上げを開始する。こうして、放出口１０ｂから粉体状固化材２を柱状孔１ａ内に放出しつつ筒体１０ａを引き上げることにより、柱状孔１ａ内に粉体状固化材２を充填する。
【００３２】
図２(Ｅ)は、筒体１０ａの引き上げを完了した状態を示す図である。こうして、１回の筒体１０ａの圧入及び引き上げ操作により、１つの柱状孔１ａの形成とその中への粉体状固化材２の充填が行われる。その後、筒体１０ａの場所を移動させて別の柱状孔の形成と粉体状固化材の充填を行う。これを繰り返すことにより、軟弱土の全表面に偏り無く配置された複数の、粉体状固化材を充填した柱状孔を形成する。
【００３３】
図２(Ｆ)は、軟弱土と粉体状固化材の撹拌混合工程の完了後の状態を示す図である。撹拌混合は、前述の第一の形態の図１(Ｃ)で説明した通り、パワーショベルやバックホー等を用いて行われる。こうして、軟弱土中に均一に分散された固化材が水和反応により硬化し、軟弱土の強度が向上して改良土３となる。
【００３４】
（３）軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置（請求項３〜５に関連）
図３は、図２に示した好適な軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置１０の好適例を概略的に示した側断面図である。尚、図３では、固化材充填装置１０全体を鉛直方向に上下移動させるための駆動装置である、パワーショベルやバックホー等の駆動装置のアーム２０に取り付けた状態を示す。
【００３５】
固化材充填装置１０は、筒体１０ａを有し、その上端開口部には、アーム２０に取り付けるための取付部１８が設けられる。筒体１０ａは、圧入時の軟弱土の抵抗を少なくするためには円筒形状が好ましいが、角筒形状であってもよい。
【００３６】
筒体１０ａの下端開口には放出口１０ｂが設けられる。放出口１０ｂを開閉可能とするべく筒体１０ａの下端部に放出バルブ１１が設けられる。放出バルブ１１は、放出口１０ｂに対して上下移動可能である。すなわち、筒体１０ａに対して相対的に上下移動可能である。筒体１０ａの下端開口から下方へ向かって中心軸に近づくように延びるテーパー状の部分は、放出バルブ１１のバルブシート１０ｄの役割を果たす。放出バルブ１１の下半分の形状は、頂点を下方に向けた円錐形である。これは、固化材充填装置１０の圧入時に軟弱土の抵抗を少なくして進行し易くするための形状である。この放出バルブ１１の下半分の形状は、下方に向かって先細となる形状であれば、円錐形に限られず、角錐形でもよい。
【００３７】
放出口１０ｂが閉状態のときは、放出バルブ１１は放出口１０ｂを閉塞させる位置にある。このとき、放出バルブ１１と放出バルブシート１０ｄが密着する。これにより筒体１０ａの内部空間１０ｅの底部が閉じられる。一方、放出口１０ｂが開状態のときは、図示のように放出バルブ１１は放出口１０ｂより下方の位置にある。このとき放出バルブ１１とそのバルブシート１０ｄは離れ、隙間ができる。この隙間は、筒体１０ａの内部空間１０ｅに収容された粉体状固化材が速やかに放出される程度の大きさとする。
【００３８】
放出バルブ１１の上下移動は、放出バルブ１１の上端中心に取り付けられて鉛直方向上方へ延びるバルブ連結ロッド１２が上下移動することにより行われる。このバルブ連結ロッド１２を支持するためのロッドガイド１５、１６が内部空間１０ｅ内に設けられる。ロッドガイド１５、１６は、例えば、筒体１０ａの内周壁の対向位置から中心軸へ向かって延びる一対の支持具であり、バルブ連結ロッド１２を両側から支持している。バルブ連結ロッド１２は、ロッドガイド１５、１６と固定されておらず、これらのロッドガイド１５、１６に沿って滑動可能である。尚、ロッドガイド１５は、粉体状固化材が放出される際、固化材の落下動作を妨げない程度の形状及び大きさとする。
【００３９】
さらに、筒体１０ａの側面部には、内部空間１０ｅ内に粉体状固化材を投入するための投入口１０ｃが設けられる。投入口１０ｃに対して、外部へ連通する固化材送出管１９が取り付けられる。固化材送出管１９を通って粉体状固化材が移送されてくる。尚、筒体１０ａの投入口１０ｃから放出口１０ｂまでの内部空間１０ｅの容積は、１つの柱状孔に充填する量の粉体状固化材を収容可能であるように設定する。
【００４０】
投入口１０ｃを開閉するために筒体１０ａ内に投入バルブ１３が設けられる。投入バルブ１３は、図示の例では筒体１０ａの内周壁に嵌合する円柱形状であり、内周壁に沿って滑動しつつ上下移動可能である。すなわち、筒体１０ａに対して相対的に上下移動可能である。投入バルブ１３の下面外周縁はテーパー形状となっており、一方、このテーパー形状部分を受容する形状の投入バルブシート１４が筒体１０ａの内周壁に沿って環状に設けられている。投入バルブシート１４は、投入口１０ｃより下方に位置する。
【００４１】
投入口１０ｃが開状態のときは、投入バルブ１３は投入口１０ｃより上方の位置にあって投入バルブシート１４から離れた位置にある。このとき、投入口１０ｃが内部空間１０ｅと連通する。一方、投入口１０ｃが閉状態のときは、図示の通り、投入バルブ１３は投入口１０ｃを閉塞させる位置にあり、投入バルブシート１４と密着する。
【００４２】
投入バルブ１３は、その中心軸を貫通するバルブ連結ロッド１２に固定されている。従って、バルブ連結ロッド１２の上下移動に伴って投入バルブ１３も上下移動する。
【００４３】
このように、バルブ連結ロッド１２に対して放出バルブ１１と投入バルブ１２の双方が固定されているため、バルブ連結ロッド１２を上下移動させることにより双方のバルブ１１、１３の上下移動を連動させることができる。従って、放出バルブ１１が閉状態のときは投入バルブ１３が開状態となり、逆に放出バルブ１１が開状態のときは投入バルブ１３が閉状態となるように２つのバルブ１１、１３が連動する。これにより、固化材充填装置１０の圧入時には放出バルブ１１を閉じて投入バルブ１３を開き投入口１０ｃから内部空間１０ｅに粉体状固化材を投入して溜めることができる一方、固化材充填装置１０の引き上げ時には放出バルブ１１を開いて放出口１０ｂから柱状孔内に粉体状固化材を放出することができる。
【００４４】
尚、バルブ連結ロッド１２の最下位置は、図示の通り、投入バルブ１３が投入バルブシート１４と密着する位置で規定される。また、バルブ連結ロッド１２の最上位置は、放出バルブ１１が放出バルブシート１０ｄに密着する位置で規定される。
【００４５】
図３に示した固化材充填装置１０のバルブ連結ロッド１２は、筒体の圧入時には、放出バルブ１１に対する軟弱土の抵抗により、筒体に対して相対的に上方へ移動する。このとき、放出口１０ｂは閉じ、投入口１０ｃは開く。一方、筒体の引き上げ時には、バルブ連結ロッド１２は、連結されている放出バルブ１１とバ投入バルブ１３の重量を含む自重により、筒体に対して相対的に下方へ移動する。このとき、放出口１０ｂは開き、投入口１０ｃは閉じる。この図３の実施例の方式を自重落下方式と称することとする。
【００４６】
また、筒体１０ａの側面部の適宜の位置にエア抜き兼集塵装置１７を設けることが好適である。エア抜き兼集塵装置１７は、粉体状固化材を投入口１０ｃから投入する際に内部空間１０ｅ内の空気を吸引することにより、投入時に舞い上がる粉塵を収集すると同時に固化材が円滑に投入されるようにする。
【００４７】
尚、図３の実施例に関する上記説明における放出バルブ１１、バルブ連結ロッド１２及び投入バルブ１３の「上下移動」とは、固化材充填装置１０の本体すなわち筒体１０ａに対する相対的な上下移動を意味する。
【００４８】
図４は、図３の自重落下方式の固化材充填装置１０を図２の軟弱土改良方法に用いた施工例の工程を模式的に示す側断面図である。
【００４９】
図４(Ａ)は、固化材充填装置１０の圧入開始前の状態を示す図である。駆動装置のアーム２０により固化材充填装置１０を吊り上げた状態であり、この時点では、放出バルブ１１は開状態、投入バルブ１３は閉状態であり、粉体状固化材はまだ投入されていない。
【００５０】
図４(Ｂ)は、固化材充填装置１０の圧入開始時の状態を示す図である。アーム２０を下げていくと、放出バルブ１３の先端部が軟弱土表面に接触してその抵抗により放出バルブ１３は一旦停止する。続いて、筒体１０ａのみが下方に移動（バルブ連結ロッド１２は筒体１０ａに対し相対的に上方に移動）し、放出バルブシート１０ｄと放出バルブ１１が接触して放出口が閉じられる。その後、固化材充填装置１０全体が軟弱土中に埋没し始める。このとき、同時に投入バルブ１３が開かれる。投入バルブ１３が開かれたならば、粉体状固化材２を筒体内へ投入し始める。
【００５１】
図４(Ｃ)は、固化材充填装置１０の圧入途中の状態を示す図である。粉体状固化材２を投入しつつ、アーム２０を下げることにより固化材充填装置１０を軟弱土中に圧入していく。粉体状固化材２は、筒体内に蓄積されていく。
【００５２】
図４(Ｄ)は、固化材充填装置１０の圧入完了時の状態を示す図である。粉体状固化材２の投入も完了する。
【００５３】
図４(Ｅ)は、固化材充填装置１０の引き上げ開始時の状態を示す図である。アーム２０を上げることにより固化材充填装置１０を引き上げ始めると、筒体１０ａは上昇し始める。一方、放出バルブ１１と投入バルブ１３を連結しているバルブ連結ロッド１２は、自重によりその位置に留まる。
【００５４】
これにより、放出バルブ１１が筒体１０ａから離れて放出口が開き始め、一方、投入バルブ１３が投入口を閉じ始める。この結果、開いた放出口から柱状孔１ａ内へ粉体状固化材２が落下し放出され始める。投入バルブ１３が投入バルブシート１４に当たると、その後は、放出口が開いたままの状態で固化材充填装置１０全体が引き上げられる。
【００５５】
図４(Ｆ)は、固化材充填装置１０の引き上げ途中の状態を示す図である。さらに固化材充填装置１０を引き上げていくと、柱状孔１ａの下部が真空状態となり、粉体状固化材は下方に吸引されることにより落下が促進され、柱状孔１ａ内に堆積することになる。このように、固化材充填装置１０を引き上げながら粉体状固化材の放出をするため、水分を十分に含む孔壁に固化材が吸着されることにより、順次下から堆積していき、固化材の拡散、飛散がほとんど発生しない。
【００５６】
図４(Ｇ)は、固化材充填装置１０の引き上げ完了時の状態を示す図である。図示のように粉体状固化材は全て軟弱土に形成された柱状孔１ａ内に落下し、空中には全く飛散、拡散していない。その後、図１及び図２で述べたとおり、軟弱土と粉体状固化材の撹拌混合を行う。
【００５７】
図５は、バルブ連結ロッド１２を上下移動させるバルブ開閉機構の幾つかの実施例を示した図である。図５(Ａ)は、図３に示した自重落下方式であり、バルブ連結ロッド１２は最上位置（圧入時）にあり、放出バルブ１１が閉じ、投入バルブ１３が開き、粉体状固化材２が筒体１０ａ内に投入されている状態を示している。バルブ連結ロッド１２が最下位置（引き上げ時）にあるとき、放出バルブ１１が開き、投入バルブ１３が閉じ、粉体状固化材２は放出口から放出される。
【００５８】
図５(Ｂ)は、油圧シリンダー方式である。バルブ連結ロッド１２の上端に油圧シリンダー１９を取り付ける。油圧シリンダー１９を伸縮動作を制御することにより、バルブ連結ロッド１２を筒体１０ａに対して相対的に上下移動させることができる。バルブ開閉と粉体状固化材の投入及び放出との関係は、図５(Ａ)と同じである。この方式では、随時バルブの開閉を行うことができる。特に極端な軟弱地の場合に有効な機構である。
【００５９】
図５(Ｃ)は、リンクカム機構方式である。バルブ連結ロッド１２の上端にリンクカムを取り付ける。リンクカムは駆動装置の油圧シリンダーへ連結される。各リンクを矢印のように回動させることにより、バルブ連結ロッド１２を筒体１０ａに対して相対的に上下移動させることができる。バルブ開閉と粉体状固化材の投入及び放出との関係は、図５(Ａ)と同じである。この方式でも、随時バルブの開閉を行うことができる。
【００６０】
図５に示した種々のバルブ開閉機構は、現地の土地条件、環境及び使用する駆動装置等に応じて選択する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による軟弱土改良方法の第一の形態の工程を模式的に示す図である。(Ａ)は、本発明の適用対象である軟弱土１が堆積している状態を模式的に示す。(Ｂ)は、堆積した軟弱とに対して表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程を示す。(Ｃ)は、形成した柱状孔内１ａに粉体状固化材２を充填する工程と、この充填された粉体状固化材２と共に堆積した軟弱土１を撹拌混合する工程とを示す。(Ｄ)は、撹拌混合を完了した後の改良土３の状態を示す。
【図２】本発明による軟弱土改良方法の第二の形態の工程を模式的に示す図である。好適な軟弱土改良方法に用いる固化材充填装置１０を模式的に示す。(Ｂ)は、軟弱土への柱状孔の形成工程を示す。(Ｃ)は、筒体１０ａの圧入を完了した状態を示す。(Ｄ)は、筒体１０ａの引き上げ及び粉体状固化材の充填の工程を示す。(Ｅ)は、筒体１０ａの引き上げを完了した状態を示す。(Ｆ)は、軟弱土と粉体状固化材の撹拌混合工程の完了後の状態を示す。
【図３】図２に示した好適な軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置１０の好適例を概略的に示した側断面図である。
【図４】図３の自重落下方式の固化材充填装置１０を図２の軟弱土改良方法に用いた施工例の工程を模式的に示す側断面図である。(Ａ)は、固化材充填装置１０の圧入開始前の状態を示す。(Ｂ)は、固化材充填装置１０の圧入開始時の状態を示す。(Ｃ)は、固化材充填装置１０の圧入途中の状態を示す。(Ｄ)は、固化材充填装置１０の圧入完了時の状態を示す。(Ｅ)は、固化材充填装置１０の引き上げ開始時の状態を示す。(Ｆ)は、固化材充填装置１０の引き上げ途中の状態を示す。(Ｇ)は、固化材充填装置１０の引き上げ完了時の状態を示す。
【図５】バルブ連結ロッド１２を上下移動させるバルブ開閉機構の幾つかの実施例を示した図である。(Ａ)は、図３に示した自重落下方式である。(Ｂ)は、油圧シリンダー方式である。(Ｃ)は、リンクカム機構方式である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 軟弱土
２ 固化材
３ 改良土
１０ 固化材充填装置
１０ａ 筒体
１０ｂ 放出口
１０ｃ 投入口
１０ｄ 放出バルブシート
１０ｅ 内部空間
１１ 放出バルブ
１２ バルブ連結ロッド
１３ 投入バルブ
１４ 投入バルブシート
１５、１６ ロッドガイド
１７ エア抜き兼集塵装置
１８ 取付部
１９ 油圧シリンダー
２０ バックホー先端アーム
２１ リンクカム機構
２５ 固化材送出管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、泥炭、高含水粘性土、風化火山灰などの軟弱な土を固化材と混合し、軟弱土中の水分により固化材を固化させて軟弱土の強度を向上させることにより軟弱土を改良する方法、並びにその方法に用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
泥炭、高含水粘性土、風化火山灰、浚渫土、建設発生土等の軟弱な土（以下、本発明の説明において「軟弱土」と称する）は、そのまま利用することができず、表層用の地盤改良工を施工されたり、建設土木工事等で発生した場合は廃棄処分されてきた。しかしながら、循環型社会の構築を目的として資源の有効利用が注目を浴びるようになり、廃棄処分されてきた軟弱土も改良すれば、廃棄処分せずに利用可能となりつつある。
【０００３】
軟弱土の改良方法の一つとして、セメントや石灰などの固化材を混合して改良する方法がある。固化材としては、例えば、特許文献１〜３に記載されたセメント系固化材、セメント石灰系固化材、石膏系固化材等が知られている。現在、軟弱土に対してセメントや石灰などの固化材を混合する場合には、堆積した軟弱土に対して、上から固化材の入った袋を破いて散布したり、ホース状のもので散布したりしている。散布した後、適宜の撹拌混合装置を用いて固化材と軟弱土とを混合する。
【特許文献１】特開２００２−１３７９５０号公報
【特許文献２】特開２００２−２９４２３２号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術には、一応下記のような問題点を指摘することができる。
固化材は粉体状であり、固化材は水分を含んでいないことから、散布する際に大きな範囲で周辺に飛び散る。特に、風があるときなどは広い範囲に飛び散っている。このような飛散は、散布後に行う撹拌混合の初期にも生じる。固化材の粉塵が不要な範囲にまで飛散することは、環境上も作業者の健康上も好ましくない。また、固化材の損失にもなる。固化材散布時の飛散を防ぐ方法としては、施工現場の周辺を高いフェンスで囲ったり、直接作業する人が防塵マスクを着用したりしている。
【０００５】
しかしながら、フェンス等で囲む場合は、その設備や設置作業にコストが係る。また防塵マスクの着用は煩わしく、作業性が低下する上、固化材の飛散による損失は避けられない。また、完全に密封状態で撹拌混合する機械もあるが大がかりな装置でコスト高である。
【０００６】
以上の現状に鑑み本発明は、軟弱土を固化材と混合することにより改良する方法及びそれに用いる装置であって、固化材の飛散を防止すると共に固化材を損失することなく低コストで軟弱土と均一にかつ効率的に混合できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述のような問題を解決するため、下記のようになるものである。
本発明は、例えば、泥炭、高含水粘性土、風化火山灰などの軟弱土の中に粉体状固化材（セメント、石灰、石炭灰等）を柱状に充填した後に、周囲の軟弱土と撹拌することにより、固化材を飛散させることなく均一に軟弱土と固化材とを混合し、固化材の固化に伴い軟弱土を改良する方法を基本原理とし、さらにこの方法を実施できる装置を提供する。
【０００８】
（１）請求項１に係る軟弱土改良方法は、粉体状固化材を混合し固化させることにより軟弱土を改良する方法において、
堆積した軟弱土に対して表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程と、
前記柱状孔内に粉体状固化材を充填する工程と、
前記堆積した軟弱土を前記充填された粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
（２）請求項２に係る軟弱土改良方法は、粉体状固化材を混合し固化させることにより軟弱土を改良する方法において、
堆積した軟弱土に圧入可能な筒体の下端部に設けた開閉可能な放出口を閉状態とし、該筒体内に粉体状固化材を投入すると共に、該堆積した軟弱土に対して前記筒体を圧入することにより該軟弱土表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程と、
前記筒体の前記放出口を開状態として前記粉体状固化材を放出しつつ該筒体を引き上げることにより前記柱状孔内に該粉体状固化材を充填する工程と、
前記堆積した軟弱土を前記充填された粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
（３）請求項３に係る固化材充填装置は、請求項２に記載の軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置であって前記筒体を有し、前記堆積した軟弱土に対し圧入しかつ引き上げるための駆動装置に取り付け可能であり、
前記放出口を開閉するべく前記筒体の下端部にて該筒体に対して相対的に上下移動可能に設けた放出バルブであって前記放出口が閉状態のとき該放出口を閉塞させる位置にありかつ該放出口が開状態のときに該放出口より下方の位置にある放出バルブと、
前記筒体内に前記粉体状固化材を投入するべく該筒体の側面部に設けた開閉可能な投入口と、
前記投入口を開閉するべく前記筒体内にて該筒体に対して相対的に上下移動可能に設けた投入バルブであって前記投入口が開状態のときに該投入口より上方の位置にありかつ該投入口が閉状態のときに該投入口を閉塞させる位置にある投入バルブと、
前記放出バルブと前記投入バルブの上下移動を連動させるために該放出バルブと該投入バルブを連結するべく鉛直方向に延在するバルブ連結ロッドとを有することを特徴とする。
【００１１】
（４）請求項４に係る固化材充填装置は、請求項３において、前記放出バルブの下端形状が下方に向かって先細となる形状であることを特徴とする。
【００１２】
（５）請求項５に係る固化材充填装置は、請求項３又は４において、前記バルブ連結ロッドを前記筒体に対して相対的に上下移動させる油圧シリンダーをさらに有することを特徴とする。
【００１３】
（６）請求項６に係る固化材充填装置は、請求項３又は４において、前記バルブ連結ロッドを前記筒体に対して相対的に上下移動させるリンクカムをさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、上述のように構成されているので、下記のような効果を期待することができる。
本発明は、種々の土木建築構造物の施工に伴い副次的に発生した軟弱土の改良に適用される。そして、本発明により改良された土は、例えば道路の盛土や河川の堤防の材料などの土構造物の構築に有効に使用できる。また、本発明は、軟弱地盤に対して種々の土木建築構造物の施工を可能とするために、当該軟弱地盤の表層改良にも適用可能である。本発明の方法及び装置は、大規模な装置や複雑な機構の装置を用いることなく安価に実施することができる。具体的には次の通りである。
【００１５】
（１）請求項１に係る軟弱土改良方法は、基本原理に相当し、堆積した軟弱土に設けた柱状孔内に粉体状固化材を充填した後に軟弱土と撹拌混合するので、従来のように軟弱土表面に散布する場合に比べて、粉体状固化材を空気に触れさせることなく軟弱土中に充填することができる。これにより、固化材の飛散を防止することができる。また、軟弱土中に充填された固化材は、充填と同時に、軟弱土中に存在する水分を吸収するため、その後に軟弱土と固化材とを撹拌する際にも固化材の飛散が抑制される。これにより、環境上も健康上も好ましい施工を実現できる。
【００１６】
（２）請求項２に係る軟弱土改良方法は、基本原理に基づいた好適方法であり、上記の固化材飛散防止効果に加えて、適宜の筒体を軟弱土に対して圧入することにより軟弱土に柱状孔の孔壁を容易にかつ速やかに形成できる。同時に、圧入時には筒体内部空間に既に粉体状固化材が投入されている。そして、筒体を引き上げる際に筒体下端部の放出口から粉体状固化材を放出する。これにより、筒体引き上げの完了と同時に粉体状固化材の充填も完了することができる。この好適方法では、柱状孔の形成と粉体状固化材の充填とを同時に行えるので、迅速な施工が可能となる。
【００１７】
（３）請求項３に係る固化材充填装置は、請求項２に係る軟弱土改良方法に使用するものである。この固化材充填装置は、圧入引き上げ用の駆動装置に取り付け可能であって、固化材の放出口の開閉用に筒体下端部にて相対的に上下移動可能に設けた放出バルブと、固化材の投入口の開閉用に筒体内にて相対的に上下移動可能に設けた投入バルブが、鉛直方向に延在するバルブ連結ロッドにより連結されている。従って、放出バルブが閉状態のときは投入バルブが開状態となり、逆に放出バルブが開状態のときは投入バルブが閉状態となるように２つのバルブが連動する。これにより、筒体の圧入時に放出バルブを閉じて投入バルブを開き投入口から筒体内に粉体状固化材を投入して溜めることができる一方、筒体の引き上げ時には放出バルブを開いて放出口から柱状孔内に粉体状固化材を放出することができる。
圧入引き上げ用の駆動装置は、例えば、種々のアタッチメントを付け替え可能な油圧駆動されるアームを有する汎用性のあるパワーショベルやバックホー等の駆動装置であり、これらのアームにアタッチメントとして本発明の固化材充填装置を取り付けることにより、安価な施工を実現する。
【００１８】
（４）請求項４に係る固化材充填装置は、請求項３について述べた効果に加えて、筒体下端部に設ける放出バルブの下端形状が下方に向かって先細となる形状であることから、筒体を圧入する際の抵抗を少なくすることができ、柱状孔を速やかに形成できる。
【００１９】
（５）請求項５又は６に係る固化材充填装置は、請求項３又は４について述べた効果に加えて、バルブ連結ロッドを油圧装置又はリンク装置により筒体に対して相対的に上下移動させることで、放出バルブ及び投入バルブの開閉を随時行うことができ、また迅速に行うことができるので施工効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して実施の形態の詳細を説明する。
（１）軟弱土改良方法の基本原理（請求項１に関連）
図１は、本発明による軟弱土改良方法の第一の形態の工程を模式的に示す図である。この第一の形態は、本発明の基本原理である。
【００２１】
図１(Ａ)は、本発明の適用対象である軟弱土１が堆積している状態を模式的に示している。建築土木関連の施工現場等において泥炭、高含水粘性土、風化火山灰、浚渫土、建設発生土等の水分含有率の高い軟弱土が副次的に発生する。発生した軟弱土は、本発明による処理を行う敷地内に運搬され蓄積される。図１(Ａ)では、堆積した軟弱土を模式的に直方体で示しているが、例えば、縦横が数十ｍ程度の面積の敷地に深さ５０〜１００cm程度で敷設され、堆積している。対象とする軟弱土の容積は任意である。別の例として、軟弱地盤の表層に対して本発明を適用する場合には、図１(Ａ)は、対象とする軟弱地盤の表層に相当する。
【００２２】
図１(Ｂ)は、堆積した軟弱とに対して表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程を示す。この柱状孔１ａは、粉体状固化材(以下、単に「固化材」と称する場合がある)を充填するための孔である。柱状孔１ａは、図示の例では円柱形状であるが、多角柱形状でもよく、堆積した軟弱土の最深部にほぼ達する深さの柱状の孔であれば断面形状は任意でよい。斯かる柱状孔１ａの形成は、一般的な土木機械を用いて行うことができる。一例であるが、１つの柱状孔の断面積は、１００cm２程度、深さ５０〜１００cm程度とする。このような柱状孔を適宜の配列で複数形成する。１つの柱状孔の容積並びに形成する柱状孔の数は、処理対象の軟弱土の体積に対して混合しようとする粉体状固化材の体積から設定することができる。複数の柱状孔の配列は、軟弱土の全表面に対し偏り無く配置されるようにする。
【００２３】
図１(Ｃ)は、形成した柱状孔１ａ内に粉体状固化材２を充填する工程と、この充填された粉体状固化材２と共に堆積した軟弱土１を撹拌混合する工程とを示す。粉体状固化材２は、公知の地盤改良工において一般的に用いられるセメント系固化材、セメント石灰系固化材、石膏系固化材等又はこれらの混合材であり、軟弱土の硬度並びに目標とする改良土の硬度等により適宜選択される。柱状孔１ａ内に充填された粉体状固化材２は、充填と同時に、周囲の軟弱土１中に存在する水分を吸収する。従って、この時点で粉体状固化材２は飛散し難い状態となる。
【００２４】
尚、図１(Ｂ)及び図１(Ｃ)に示した柱状孔形成工程と固化材充填工程は、先ず複数の柱状孔１ａをまとめて形成した後に、それらの柱状孔１ａ内に固化材２を充填するように解されるが、もちろん、１つの柱状孔１ａ毎に孔の形成と固化材２の充填を行ってもよい。
【００２５】
全ての柱状孔１ａ内に固化材２を充填したならば、パワーショベルやバックホー等の一般的な掘削機械を用いて軟弱土と粉体状固化材とを撹拌し、混合する（矢印参照）。粉体状固化材２は既にある程度の水分を吸収して飛散し難い状態となっているため、この撹拌混合工程においても固化材２の飛散が抑制される。
【００２６】
図１(Ｄ)は、撹拌混合を完了した後の改良土３の状態を示す。軟弱土１中に均一に分散された固化材２が、軟弱土１中の水分との水和反応により硬化し、軟弱土１の強度が向上して改良土３となる。
【００２７】
（２）好適な軟弱土改良方法（請求項２に関連）
図２は、本発明による軟弱土改良方法の第二の形態の工程を模式的に示す図である。この第二の形態は、前述の第一の形態の基本原理を実施する際の好適形態である。
【００２８】
図２(Ａ)は、好適な軟弱土改良方法に用いる固化材充填装置１０を模式的に示す図である。この固化材充填装置１０は、堆積した軟弱土に圧入可能な筒体１０ａを有する。筒体１０ａは、その下端部に開閉可能な放出口１０ｂを設けている。筒体１０ａの外周壁は、前述の図１の基本原理で示した柱状孔の孔壁形状に対応する。従って、筒体１０ａは円筒でも角筒でもよいが、軟弱土への貫入容易性及び製作容易性を考慮すると円筒形状が好適である。筒体１０ａの長さは、形成しようとする柱状孔の深さよりも長く設定され、その内部空間は、１つの柱状孔に充填する量の粉体状固化材を収容可能な容積をもつ。放出口１０ｂの大きさは、筒体１０ａ内から下方へ粉体状固化材が速やかに放出される程度に適宜設定し、開閉機構は任意である。例えば、後述する図３〜図４に示す本発明による固化材充填装置の好適例を用いる。筒体１０ａは、その内部空間へ粉体状固化材と投入するための投入口１０ｃも具備する。図示の例は、筒体１０ａの上端開口を投入口１０ｃとしているが、筒体１０ａの側壁に設けてもよい。
【００２９】
図２(Ｂ)は、軟弱土への柱状孔の形成工程を示す図である。先ず、図２(Ａ)で準備した筒体１０ａの放出口１０ｂを閉状態する。その後、筒体１０ａ内に、１つの柱状孔に充填する量の粉体状固化材２を投入すると共に、堆積した軟弱土１に対して筒体１０ａを圧入することにより軟弱土１の表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を形成する。筒体１０ａは、パワーショベルやバックホー等に用いる油圧装置を具備する駆動機械のアームに取り付けることにより上下移動させることができる。これにより、筒体１０ａの圧入及び後述する引き上げを行う。尚、粉体状固化材２は、筒体１０ａの圧入が完了する時点までに筒体１０ａ内に投入されればよい。例えば、圧入開始前に予め投入しておいてもよく、また圧入しつつ投入してもよい。
【００３０】
図２(Ｃ)は、筒体１０ａの圧入を完了した状態を示す図である。圧入完了時の筒体１０ａの下端の位置は、対象とする軟弱土１の最深部にほぼ相当する程度に設定する。
【００３１】
図２(Ｄ)は、筒体１０ａの引き上げ及び粉体状固化材の充填の工程を示す図である。本工程では、先ず筒体１０ａの放出口１０ｂを開状態とした後、筒体１０ａの引き上げを開始する。こうして、放出口１０ｂから粉体状固化材２を柱状孔１ａ内に放出しつつ筒体１０ａを引き上げることにより、柱状孔１ａ内に粉体状固化材２を充填する。
【００３２】
図２(Ｅ)は、筒体１０ａの引き上げを完了した状態を示す図である。こうして、１回の筒体１０ａの圧入及び引き上げ操作により、１つの柱状孔１ａの形成とその中への粉体状固化材２の充填が行われる。その後、筒体１０ａの場所を移動させて別の柱状孔の形成と粉体状固化材の充填を行う。これを繰り返すことにより、軟弱土の全表面に偏り無く配置された複数の、粉体状固化材を充填した柱状孔を形成する。
【００３３】
図２(Ｆ)は、軟弱土と粉体状固化材の撹拌混合工程の完了後の状態を示す図である。撹拌混合は、前述の第一の形態の図１(Ｃ)で説明した通り、パワーショベルやバックホー等を用いて行われる。こうして、軟弱土中に均一に分散された固化材が水和反応により硬化し、軟弱土の強度が向上して改良土３となる。
【００３４】
（３）軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置（請求項３〜５に関連）
図３は、図２に示した好適な軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置１０の好適例を概略的に示した側断面図である。尚、図３では、固化材充填装置１０全体を鉛直方向に上下移動させるための駆動装置である、パワーショベルやバックホー等の駆動装置のアーム２０に取り付けた状態を示す。
【００３５】
固化材充填装置１０は、筒体１０ａを有し、その上端開口部には、アーム２０に取り付けるための取付部１８が設けられる。筒体１０ａは、圧入時の軟弱土の抵抗を少なくするためには円筒形状が好ましいが、角筒形状であってもよい。
【００３６】
筒体１０ａの下端開口には放出口１０ｂが設けられる。放出口１０ｂを開閉可能とするべく筒体１０ａの下端部に放出バルブ１１が設けられる。放出バルブ１１は、放出口１０ｂに対して上下移動可能である。すなわち、筒体１０ａに対して相対的に上下移動可能である。筒体１０ａの下端開口から下方へ向かって中心軸に近づくように延びるテーパー状の部分は、放出バルブ１１のバルブシート１０ｄの役割を果たす。放出バルブ１１の下半分の形状は、頂点を下方に向けた円錐形である。これは、固化材充填装置１０の圧入時に軟弱土の抵抗を少なくして進行し易くするための形状である。この放出バルブ１１の下半分の形状は、下方に向かって先細となる形状であれば、円錐形に限られず、角錐形でもよい。
【００３７】
放出口１０ｂが閉状態のときは、放出バルブ１１は放出口１０ｂを閉塞させる位置にある。このとき、放出バルブ１１と放出バルブシート１０ｄが密着する。これにより筒体１０ａの内部空間１０ｅの底部が閉じられる。一方、放出口１０ｂが開状態のときは、図示のように放出バルブ１１は放出口１０ｂより下方の位置にある。このとき放出バルブ１１とそのバルブシート１０ｄは離れ、隙間ができる。この隙間は、筒体１０ａの内部空間１０ｅに収容された粉体状固化材が速やかに放出される程度の大きさとする。
【００３８】
放出バルブ１１の上下移動は、放出バルブ１１の上端中心に取り付けられて鉛直方向上方へ延びるバルブ連結ロッド１２が上下移動することにより行われる。このバルブ連結ロッド１２を支持するためのロッドガイド１５、１６が内部空間１０ｅ内に設けられる。ロッドガイド１５、１６は、例えば、筒体１０ａの内周壁の対向位置から中心軸へ向かって延びる一対の支持具であり、バルブ連結ロッド１２を両側から支持している。バルブ連結ロッド１２は、ロッドガイド１５、１６と固定されておらず、これらのロッドガイド１５、１６に沿って滑動可能である。尚、ロッドガイド１５は、粉体状固化材が放出される際、固化材の落下動作を妨げない程度の形状及び大きさとする。
【００３９】
さらに、筒体１０ａの側面部には、内部空間１０ｅ内に粉体状固化材を投入するための投入口１０ｃが設けられる。投入口１０ｃに対して、外部へ連通する固化材送出管１９が取り付けられる。固化材送出管１９を通って粉体状固化材が移送されてくる。尚、筒体１０ａの投入口１０ｃから放出口１０ｂまでの内部空間１０ｅの容積は、１つの柱状孔に充填する量の粉体状固化材を収容可能であるように設定する。
【００４０】
投入口１０ｃを開閉するために筒体１０ａ内に投入バルブ１３が設けられる。投入バルブ１３は、図示の例では筒体１０ａの内周壁に嵌合する円柱形状であり、内周壁に沿って滑動しつつ上下移動可能である。すなわち、筒体１０ａに対して相対的に上下移動可能である。投入バルブ１３の下面外周縁はテーパー形状となっており、一方、このテーパー形状部分を受容する形状の投入バルブシート１４が筒体１０ａの内周壁に沿って環状に設けられている。投入バルブシート１４は、投入口１０ｃより下方に位置する。
【００４１】
投入口１０ｃが開状態のときは、投入バルブ１３は投入口１０ｃより上方の位置にあって投入バルブシート１４から離れた位置にある。このとき、投入口１０ｃが内部空間１０ｅと連通する。一方、投入口１０ｃが閉状態のときは、図示の通り、投入バルブ１３は投入口１０ｃを閉塞させる位置にあり、投入バルブシート１４と密着する。
【００４２】
投入バルブ１３は、その中心軸を貫通するバルブ連結ロッド１２に固定されている。従って、バルブ連結ロッド１２の上下移動に伴って投入バルブ１３も上下移動する。
【００４３】
このように、バルブ連結ロッド１２に対して放出バルブ１１と投入バルブ１２の双方が固定されているため、バルブ連結ロッド１２を上下移動させることにより双方のバルブ１１、１３の上下移動を連動させることができる。従って、放出バルブ１１が閉状態のときは投入バルブ１３が開状態となり、逆に放出バルブ１１が開状態のときは投入バルブ１３が閉状態となるように２つのバルブ１１、１３が連動する。これにより、固化材充填装置１０の圧入時には放出バルブ１１を閉じて投入バルブ１３を開き投入口１０ｃから内部空間１０ｅに粉体状固化材を投入して溜めることができる一方、固化材充填装置１０の引き上げ時には放出バルブ１１を開いて放出口１０ｂから柱状孔内に粉体状固化材を放出することができる。
【００４４】
尚、バルブ連結ロッド１２の最下位置は、図示の通り、投入バルブ１３が投入バルブシート１４と密着する位置で規定される。また、バルブ連結ロッド１２の最上位置は、放出バルブ１１が放出バルブシート１０ｄに密着する位置で規定される。
【００４５】
図３に示した固化材充填装置１０のバルブ連結ロッド１２は、筒体の圧入時には、放出バルブ１１に対する軟弱土の抵抗により、筒体に対して相対的に上方へ移動する。このとき、放出口１０ｂは閉じ、投入口１０ｃは開く。一方、筒体の引き上げ時には、バルブ連結ロッド１２は、連結されている放出バルブ１１とバ投入バルブ１３の重量を含む自重により、筒体に対して相対的に下方へ移動する。このとき、放出口１０ｂは開き、投入口１０ｃは閉じる。この図３の実施例の方式を自重落下方式と称することとする。
【００４６】
また、筒体１０ａの側面部の適宜の位置にエア抜き兼集塵装置１７を設けることが好適である。エア抜き兼集塵装置１７は、粉体状固化材を投入口１０ｃから投入する際に内部空間１０ｅ内の空気を吸引することにより、投入時に舞い上がる粉塵を収集すると同時に固化材が円滑に投入されるようにする。
【００４７】
尚、図３の実施例に関する上記説明における放出バルブ１１、バルブ連結ロッド１２及び投入バルブ１３の「上下移動」とは、固化材充填装置１０の本体すなわち筒体１０ａに対する相対的な上下移動を意味する。
【００４８】
図４は、図３の自重落下方式の固化材充填装置１０を図２の軟弱土改良方法に用いた施工例の工程を模式的に示す側断面図である。
【００４９】
図４(Ａ)は、固化材充填装置１０の圧入開始前の状態を示す図である。駆動装置のアーム２０により固化材充填装置１０を吊り上げた状態であり、この時点では、放出バルブ１１は開状態、投入バルブ１３は閉状態であり、粉体状固化材はまだ投入されていない。
【００５０】
図４(Ｂ)は、固化材充填装置１０の圧入開始時の状態を示す図である。アーム２０を下げていくと、放出バルブ１３の先端部が軟弱土表面に接触してその抵抗により放出バルブ１３は一旦停止する。続いて、筒体１０ａのみが下方に移動（バルブ連結ロッド１２は筒体１０ａに対し相対的に上方に移動）し、放出バルブシート１０ｄと放出バルブ１１が接触して放出口が閉じられる。その後、固化材充填装置１０全体が軟弱土中に埋没し始める。このとき、同時に投入バルブ１３が開かれる。投入バルブ１３が開かれたならば、粉体状固化材２を筒体内へ投入し始める。
【００５１】
図４(Ｃ)は、固化材充填装置１０の圧入途中の状態を示す図である。粉体状固化材２を投入しつつ、アーム２０を下げることにより固化材充填装置１０を軟弱土中に圧入していく。粉体状固化材２は、筒体内に蓄積されていく。
【００５２】
図４(Ｄ)は、固化材充填装置１０の圧入完了時の状態を示す図である。粉体状固化材２の投入も完了する。
【００５３】
図４(Ｅ)は、固化材充填装置１０の引き上げ開始時の状態を示す図である。アーム２０を上げることにより固化材充填装置１０を引き上げ始めると、筒体１０ａは上昇し始める。一方、放出バルブ１１と投入バルブ１３を連結しているバルブ連結ロッド１２は、自重によりその位置に留まる。
【００５４】
これにより、放出バルブ１１が筒体１０ａから離れて放出口が開き始め、一方、投入バルブ１３が投入口を閉じ始める。この結果、開いた放出口から柱状孔１ａ内へ粉体状固化材２が落下し放出され始める。投入バルブ１３が投入バルブシート１４に当たると、その後は、放出口が開いたままの状態で固化材充填装置１０全体が引き上げられる。
【００５５】
図４(Ｆ)は、固化材充填装置１０の引き上げ途中の状態を示す図である。さらに固化材充填装置１０を引き上げていくと、柱状孔１ａの下部が真空状態となり、粉体状固化材は下方に吸引されることにより落下が促進され、柱状孔１ａ内に堆積することになる。このように、固化材充填装置１０を引き上げながら粉体状固化材の放出をするため、水分を十分に含む孔壁に固化材が吸着されることにより、順次下から堆積していき、固化材の拡散、飛散がほとんど発生しない。
【００５６】
図４(Ｇ)は、固化材充填装置１０の引き上げ完了時の状態を示す図である。図示のように粉体状固化材は全て軟弱土に形成された柱状孔１ａ内に落下し、空中には全く飛散、拡散していない。その後、図１及び図２で述べたとおり、軟弱土と粉体状固化材の撹拌混合を行う。
【００５７】
図５は、バルブ連結ロッド１２を上下移動させるバルブ開閉機構の幾つかの実施例を示した図である。図５(Ａ)は、図３に示した自重落下方式であり、バルブ連結ロッド１２は最上位置（圧入時）にあり、放出バルブ１１が閉じ、投入バルブ１３が開き、粉体状固化材２が筒体１０ａ内に投入されている状態を示している。バルブ連結ロッド１２が最下位置（引き上げ時）にあるとき、放出バルブ１１が開き、投入バルブ１３が閉じ、粉体状固化材２は放出口から放出される。
【００５８】
図５(Ｂ)は、油圧シリンダー方式である。バルブ連結ロッド１２の上端に油圧シリンダー１９を取り付ける。油圧シリンダー１９を伸縮動作を制御することにより、バルブ連結ロッド１２を筒体１０ａに対して相対的に上下移動させることができる。バルブ開閉と粉体状固化材の投入及び放出との関係は、図５(Ａ)と同じである。この方式では、随時バルブの開閉を行うことができる。特に極端な軟弱地の場合に有効な機構である。
【００５９】
図５(Ｃ)は、リンクカム機構方式である。バルブ連結ロッド１２の上端にリンクカムを取り付ける。リンクカムは駆動装置の油圧シリンダーへ連結される。各リンクを矢印のように回動させることにより、バルブ連結ロッド１２を筒体１０ａに対して相対的に上下移動させることができる。バルブ開閉と粉体状固化材の投入及び放出との関係は、図５(Ａ)と同じである。この方式でも、随時バルブの開閉を行うことができる。
【００６０】
図５に示した種々のバルブ開閉機構は、現地の土地条件、環境及び使用する駆動装置等に応じて選択する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による軟弱土改良方法の第一の形態の工程を模式的に示す図である。(Ａ)は、本発明の適用対象である軟弱土１が堆積している状態を模式的に示す。(Ｂ)は、堆積した軟弱とに対して表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程を示す。(Ｃ)は、形成した柱状孔内１ａに粉体状固化材２を充填する工程と、この充填された粉体状固化材２と共に堆積した軟弱土１を撹拌混合する工程とを示す。(Ｄ)は、撹拌混合を完了した後の改良土３の状態を示す。
【図２】本発明による軟弱土改良方法の第二の形態の工程を模式的に示す図である。好適な軟弱土改良方法に用いる固化材充填装置１０を模式的に示す。(Ｂ)は、軟弱土への柱状孔の形成工程を示す。(Ｃ)は、筒体１０ａの圧入を完了した状態を示す。(Ｄ)は、筒体１０ａの引き上げ及び粉体状固化材の充填の工程を示す。(Ｅ)は、筒体１０ａの引き上げを完了した状態を示す。(Ｆ)は、軟弱土と粉体状固化材の撹拌混合工程の完了後の状態を示す。
【図３】図２に示した好適な軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置１０の好適例を概略的に示した側断面図である。
【図４】図３の自重落下方式の固化材充填装置１０を図２の軟弱土改良方法に用いた施工例の工程を模式的に示す側断面図である。(Ａ)は、固化材充填装置１０の圧入開始前の状態を示す。(Ｂ)は、固化材充填装置１０の圧入開始時の状態を示す。(Ｃ)は、固化材充填装置１０の圧入途中の状態を示す。(Ｄ)は、固化材充填装置１０の圧入完了時の状態を示す。(Ｅ)は、固化材充填装置１０の引き上げ開始時の状態を示す。(Ｆ)は、固化材充填装置１０の引き上げ途中の状態を示す。(Ｇ)は、固化材充填装置１０の引き上げ完了時の状態を示す。
【図５】バルブ連結ロッド１２を上下移動させるバルブ開閉機構の幾つかの実施例を示した図である。(Ａ)は、図３に示した自重落下方式である。(Ｂ)は、油圧シリンダー方式である。(Ｃ)は、リンクカム機構方式である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 軟弱土
２ 固化材
３ 改良土
１０ 固化材充填装置
１０ａ 筒体
１０ｂ 放出口
１０ｃ 投入口
１０ｄ 放出バルブシート
１０ｅ 内部空間
１１ 放出バルブ
１２ バルブ連結ロッド
１３ 投入バルブ
１４ 投入バルブシート
１５、１６ ロッドガイド
１７ エア抜き兼集塵装置
１８ 取付部
１９ 油圧シリンダー
２０ バックホー先端アーム
２１ リンクカム機構
２５ 固化材送出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体状固化材を混合し固化させることにより軟弱土を改良する方法において、
堆積した軟弱土に対して表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程と、
前記柱状孔内に粉体状固化材を充填する工程と、
前記堆積した軟弱土を前記充填された粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有することを特徴とする
軟弱土改良方法。
【請求項２】
粉体状固化材を混合し固化させることにより軟弱土を改良する方法において、
堆積した軟弱土に圧入可能な筒体の下端部に設けた開閉可能な放出口を閉状態とし、該筒体内に粉体状固化材を投入すると共に、該堆積した軟弱土に対して前記筒体を圧入することにより該軟弱土表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程と、
前記筒体の前記放出口を開状態として前記粉体状固化材を放出しつつ該筒体を引き上げることにより前記柱状孔内に該粉体状固化材を充填する工程と、
前記堆積した軟弱土を前記充填された粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有することを特徴とする
軟弱土改良方法。
【請求項３】
請求項２に記載の軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置であって前記筒体を有し、前記堆積した軟弱土に対し圧入しかつ引き上げるための駆動装置に取り付け可能であり、
前記放出口を開閉するべく前記筒体の下端部にて該筒体に対して相対的に上下移動可能に設けた放出バルブであって該放出口が閉状態のとき該放出口を閉塞させる位置にありかつ該放出口が開状態のときに該放出口より下方の位置にある放出バルブと、
前記筒体内に前記粉体状固化材を投入するべく該筒体の側面部に設けた開閉可能な投入口と、
前記投入口を開閉するべく前記筒体内にて該筒体に対して相対的に上下移動可能に設けた投入バルブであって該投入口が開状態のときに該投入口より上方の位置にありかつ該投入口が閉状態のときに該投入口を閉塞させる位置にある投入バルブと、
前記放出バルブと前記投入バルブの上下移動を連動させるために該放出バルブと該投入バルブを連結するべく鉛直方向に延在するバルブ連結ロッドとを有することを特徴とする
軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置。
【請求項４】
前記放出バルブの下端形状が下方に向かって先細となる形状であることを特徴とする請求項３に記載の固化材充填装置。
【請求項５】
前記バルブ連結ロッドを前記筒体に対して相対的に上下移動させる油圧シリンダーをさらに有することを特徴とする請求項３又は４に記載の固化材充填装置。
【請求項６】
前記バルブ連結ロッドを前記筒体に対して相対的に上下移動させるリンクカムをさらに有することを特徴とする請求項３又は４に記載の固化材充填装置。
【請求項１】
粉体状固化材を混合し固化させることにより軟弱土を改良する方法において、
堆積した軟弱土に対して表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程と、
前記柱状孔内に粉体状固化材を充填する工程と、
前記堆積した軟弱土を前記充填された粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有することを特徴とする
軟弱土改良方法。
【請求項２】
粉体状固化材を混合し固化させることにより軟弱土を改良する方法において、
堆積した軟弱土に圧入可能な筒体の下端部に設けた開閉可能な放出口を閉状態とし、該筒体内に粉体状固化材を投入すると共に、該堆積した軟弱土に対して前記筒体を圧入することにより該軟弱土表面から鉛直下方へ延びる柱状孔を設ける工程と、
前記筒体の前記放出口を開状態として前記粉体状固化材を放出しつつ該筒体を引き上げることにより前記柱状孔内に該粉体状固化材を充填する工程と、
前記堆積した軟弱土を前記充填された粉体状固化材と共に撹拌混合する工程とを有することを特徴とする
軟弱土改良方法。
【請求項３】
請求項２に記載の軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置であって前記筒体を有し、前記堆積した軟弱土に対し圧入しかつ引き上げるための駆動装置に取り付け可能であり、
前記放出口を開閉するべく前記筒体の下端部にて該筒体に対して相対的に上下移動可能に設けた放出バルブであって該放出口が閉状態のとき該放出口を閉塞させる位置にありかつ該放出口が開状態のときに該放出口より下方の位置にある放出バルブと、
前記筒体内に前記粉体状固化材を投入するべく該筒体の側面部に設けた開閉可能な投入口と、
前記投入口を開閉するべく前記筒体内にて該筒体に対して相対的に上下移動可能に設けた投入バルブであって該投入口が開状態のときに該投入口より上方の位置にありかつ該投入口が閉状態のときに該投入口を閉塞させる位置にある投入バルブと、
前記放出バルブと前記投入バルブの上下移動を連動させるために該放出バルブと該投入バルブを連結するべく鉛直方向に延在するバルブ連結ロッドとを有することを特徴とする
軟弱土改良方法に使用する固化材充填装置。
【請求項４】
前記放出バルブの下端形状が下方に向かって先細となる形状であることを特徴とする請求項３に記載の固化材充填装置。
【請求項５】
前記バルブ連結ロッドを前記筒体に対して相対的に上下移動させる油圧シリンダーをさらに有することを特徴とする請求項３又は４に記載の固化材充填装置。
【請求項６】
前記バルブ連結ロッドを前記筒体に対して相対的に上下移動させるリンクカムをさらに有することを特徴とする請求項３又は４に記載の固化材充填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−９００５７（Ｐ２００６−９００５７Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７８８２９（Ｐ２００４−２７８８２９）
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（５０１２１８８１０）独立行政法人北海道開発土木研究所 (10)
【出願人】（５０２１１８５１３）道路工業株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（５０１２１８８１０）独立行政法人北海道開発土木研究所 (10)
【出願人】（５０２１１８５１３）道路工業株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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