深層混合処理機｜地下土壌改良の革新技術

深層混合処理機

深層混合処理機は、軟弱地盤中にセメント系または石灰系の固化材を注入しながら原位置で土と機械的に攪拌・混合し、柱状または連続体の改良体を造成するための専用施工機である。低振動・低騒音で土砂搬出量が少ないため、都市部や港湾・堤防、工場敷地の基礎改良、液状化対策、遮水壁形成などで広く用いられる。ベースマシンに搭載した回転式の攪拌ロッド（単軸・二軸・多軸）先端から固化材を供給し、掘進と引上げを繰り返すことで所定径・所定強度の改良体を連続的に造成する。

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深層混合処理機

概要と目的

深層混合処理工法（Deep Mixing Method）は、原位置土と固化材を均一に混合して一体化し、地耐力の増加、沈下抑制、側方流動抑制、地震時液状化の防止、地下水流動制御などを実現する工法である。改良体は一般に柱状体（列状配置・格子状配置）または壁体（連続混合壁）として設計され、必要に応じて基礎・土留め・遮水を兼用させる。

主要構成

ベースマシン：クローラクレーンまたはバックホウベースにマストを立設し、ロッド昇降と押込みを行う。
攪拌装置：中空ロッド、カッターヘッド、攪拌翼で構成し、単軸・二軸・多軸式を使い分ける。直径や改良断面の連続性に影響する重要部である。
固化材供給系：スラリー（湿式）用のミキサ、アジテータ、プランジャポンプ、流量計・圧力計、あるいは粉体（乾式）用のサイロ、エア搬送装置、定量供給器。
計測制御系：深度、回転数、トルク、引上げ速度、注入量、注入圧、鉛直度をリアルタイム計測し、自動記録するトレーサビリティシステム。
補機：発電機、コンプレッサ、グラウト設備、品質管理用の採取・試験器具等。

工法の種類

湿式混合（スラリー系）：水と結合材のスラリーを中空ロッドから吐出し、土と攪拌混合する。海成粘土やシルトで適用が広い。
乾式混合（粉体系）：セメント系粉体をエア搬送で注入し、土中含水と反応させる。地下水の希釈影響が小さく、改良体の初期強度発現が早い。
ジェット併用型：高圧ジェットで土を切削・攪拌しつつ固化材を混合する方式（例：SMW、DJM）。連続壁や止水壁の造成に有効である。
多軸連結型：二軸・三軸のロッドを並列回転させ、大断面・高均一の改良体を形成する。大規模基礎や大荷重支持に適する。

施工手順

計画・配合設計：原位置土の物性試験に基づき、目標一軸圧縮強度（例：q_u=200〜1000kPa）や弾性係数、透水係数を設定し、室内配合試験で単位結合材量を決定する。
起孔・掘進：所定の位置にロッドを垂直に押し込み、所定深度まで掘進する。障害物・玉石層では前処理や専用ビットを検討する。
注入・攪拌：設定回転数N、トルクT、注入量Q、注入圧pでスラリー／粉体を供給し、上下往復で均質化を図る。引上げ速度vは改良径と重なり率に直結する管理指標である。
引上げ・二次攪拌：引上げ時に再攪拌し、層間の不均質やレイテンシーを抑制する。必要に応じてトップ整形を行う。
養生・出来形確認：所定養生日数後に出来形（径、芯ずれ、垂直度）を確認し、サンプリングコアや原位置強度試験で品質を検証する。

設計・配合の要点

改良径D、施工ピッチS、重なり率（オーバーラップ）、改良深さHは荷重・地盤条件・用途により決める。湿式では水／結合材比W/B、単位結合材量C（kg/m³）、スラリー粘性が品質を左右する。乾式では粉体の比表面積、添加率、含水比のばらつきが均質性に影響する。塩分・有機質・硫酸塩を含む土では反応阻害や強度低下の恐れがあり、低アルカリセメント、混和材、促進剤・遅延剤の選定が重要である。

品質管理とモニタリング

プロセス管理：N、T、v、Q、p、深度z、鉛直度θを時系列で自動収録し、閾値逸脱時にアラートを出す。ログはロット別に追跡可能とする。
出来形管理：改良径の推定は注入量と引上げ速度から算定し、必要に応じて試掘確認を行う。芯ずれ・傾斜は隣接杭や壁体連続性に影響するため厳格に管理する。
強度検証：一軸圧縮試験、コーン貫入、簡易サンプリングなどで統計的に評価する。設計強度比（実測／目標）の管理基準を明確化する。

適用分野

基礎支持：タンク・サイロ・プラント設備・建築独立基礎の支持力増強と沈下抑制。
土木構造物：道路・鉄道盛土、堤防基礎の強化、河川護岸の安定化。
地震対策：液状化層の改良、背面土の側方流動抑止、重要施設の機能維持。
止水・遮水：連続混合壁による地下水遮断、掘削止水、汚染土壌の封じ込め。

利点と課題

利点は、原位置混合による低環境負荷、施工騒音・振動の小ささ、施工自由度の高さ、均質な改良体の連続造成である。一方、課題としては、礫混じり・玉石・廃材混入地盤での攪拌困難、含水比の高い泥土での均一混合の難しさ、六価クロム溶出など環境面の配慮、施工管理の熟練依存性が挙げられる。対策として前処理掘削、専用ビット採用、還元剤や低アルカリ結合材の使用、リアルタイム監視とフィードバック制御の導入が有効である。

安全衛生・環境配慮

粉体飛散・スラリー接触対策として保護具（手袋・保護眼鏡・防塵マスク）を徹底する。
アルカリ性排水のpH管理、残スラリー・洗浄水の適切な回収・処理を行う。
六価クロム発生抑制のための材料選定と化学的還元、土壌・地下水モニタリングを計画する。
近接構造物・配管への影響を事前評価し、振動・騒音・地盤変位の管理基準を設定する。