CN1973092A - 地基改良装置及地基改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供在小功率下螺旋钻钻头也旋转、且将改良材料只向水平方向推出的地基改良装置。在本发明的地基改良装置中，具备将螺旋钻(20)插通于筒状外壳(10)内的地基压密机构(A)，所述螺旋钻(20)由同轴配置且独立地沿圆周方向旋转的旋转轴(21)及旋转筒(22)、安装在该旋转轴(21)的下端部的螺旋钻钻头(23)、和设置在旋转筒(22)的外周的螺杆(24)构成。所述螺旋钻钻头(23)将具有凹条状凹入的推压部(33)的多个楔形螺旋钻刀(30)以所述推压部(33)朝向径方向的方式放射状设置于从所述外壳(10)突出的旋转轴(21)的下端部。

Description

地基改良装置及地基改良方法

技术领域

本发明涉及一种用于将松软地基改良为压密地质的地基改良装置，尤其涉及具备用于挖掘地基的同时将改良材料从挖掘孔内推出到松软地基内的螺旋钻的地基改良装置。

背景技术

作为将松软地基改良为压密地质的方法，已知有螺旋钻挖掘施工方法。使用了该螺旋钻挖掘施工方法的地基压密装置公布于专利文献1中，对此参照图6进行说明。

该地基压密装置，在形成铅直姿势的筒状外壳101内插通有驱动轴102。在驱动轴102外周，从下端部到中间部，或者在整个全长上设有螺杆(螺旋翼)103。驱动轴102的下端部安装有从外壳101的下端部突出，挖掘松软地基的同时将改良材料S从挖掘孔推出到松软地基内的压密凸轮104。改良材料S是在掘起的砂土中混合山砂、根据必要混合水泥等而成。

在外壳101的上端部，设置有由油压马达等构成的驱动机构105，驱动机构105使驱动轴102向正转和反转两方向旋转。还有，在外壳101的上部，连接有用于将改良材料S投入外壳101内的料斗106。

为了通过这种地基压密装置将松软地基改良成压密地质，首先，使驱动轴102正转，由此，压密凸轮104一边挖掘地基一边将螺杆103挖掘的砂土往地上搬出，形成挖掘孔。

之后，使驱动轴102反转，同时从料斗106向外壳101内投入改良材料S。该改良材料S通过螺杆103在外壳101内向下方搬送。此时，由于挖掘孔由外壳101包围，所以改良材料S不会受到松软地基的影响而被搬送到压密凸轮104。并且，改良材料S随着压密凸轮104的旋转而从挖掘孔向水平方向推出。推出了该改良材料S的水平方向的松软地基被改良成压密地质。

松软地基被改良成与压密凸轮104的长度几乎相同的幅宽的层状。因而，驱动轴102和外壳101只上升压密凸轮104幅宽的量，在已经改良的压密地质的地基上推出改良材料S，以使压密地质层叠。这样一来，该地基压密装置，其驱动轴102和外壳101每隔一定间隔上升，对形成了挖掘孔的整个深度的地基进行改良。

专利文献1：日本国专利第3259910号公报(第6图)

现有的地基压密装置，利用悬臂和导杆等装置将外壳101和驱动轴102从水平姿势转换成铅直姿势。

可是，在专利文献1公布的地基压密装置中使用的驱动机构105，必须驱动具有一定重量的压密凸轮104，另外，即使其他的地基压密装置，也通常使用功率在1根轴上大约为3×10⁴(W)的大型装置，当转换外壳101和驱动轴102的姿势时，设置驱动机构105的外壳101的上端部变得不稳定，导致其作业危险。

另外，现有的地基改良装置，往往不采用如专利文献1公布的那样的压密凸轮104，而是在旋转轴上呈放射状固定截面为直角三角形状的螺旋钻刀。

可是，对于这种直角三角形状的螺旋钻刀而言，投入到挖掘孔内的改良材料S还被推出到螺旋钻刀的下方，该下方的地质也被压密。于是，螺旋钻刀尽管没有大范围地将松软地基进行地质改良，但却受到压密的下方的地基的反力而被推起。因而，使用直角三角形状螺旋钻刀的地基改良装置，能够改良松软地基的地质的范围狭窄，必须在多处地点打入外壳101和驱动轴102，导致作业长期化。

发明内容

本发明的课题在于，提供在小功率下螺旋钻钻头也旋转、且将改良材料只向水平方向推出的地基改良装置。

本发明的地基改良装置，其特征在于，具备将螺旋钻插通于筒状外壳内的地基压密机构，所述螺旋钻由同轴配置且独立地沿圆周方向旋转的旋转轴及旋转筒、安装在该旋转轴的下端部的螺旋钻钻头、和设置在旋转筒的外周的螺杆构成，所述螺旋钻钻头将具有凹条状凹入的推压部的多个楔形螺旋钻刀以所述推压部朝向径方向的方式放射状设置于从所述外壳突出的旋转轴的下端部。

根据该地基改良装置，通过放射状设置在旋转轴的下端部的螺旋钻刀的旋转而形成挖掘孔，在该挖掘孔内投入改良材料。该改良材料被螺旋钻刀的推压部推压，在松软地基内只向水平方向推出。由于螺旋钻刀的推压部形成凹条状凹入的形状，所以改良材料被推压向会聚于推压部的中心侧的方向，不会从推压部扩散，只向水平方向推出，松软地基被层状改良成压密的地质。而且，由于该螺旋钻刀有效地将改良材料推出到松软地基内，因而，能够以小的转矩旋转，使螺旋钻刀旋转的驱动机构能够比现有机构轻量化。

另外，通过使同轴配置的旋转轴及旋转筒独立地旋转，从而使旋转轴和旋转筒的旋转方向相反，再有，使旋转轴比旋转筒稍快地旋转，能够由螺杆顺畅地搬送改良材料。

另外，在所述地基改良装置中，优选并列有多个具备所述螺旋钻钻头的地基压密机构。

根据该地基改良装置，改良材料被投入到利用各地基压密机构形成的挖掘孔内，从各螺旋钻钻头的推压部推出。因此，改良材料被从2个方向推出而相互碰撞，在各地基压密机构问再混合，松软地基变成更高地压密的地质的压密区。该压密区如环状壁一样向周围扩张。

另外，在所述地基改良装置中，优选所述螺旋钻钻头以能够再混合推出的改良材料的程度的低速旋转。

根据该地基改良装置，通过螺旋钻钻头的低速旋转，改良材料能够被缓慢推出，揉捏地再混合，从而能够将松软地基改良成愈发密度高的压密的地质。

另外，在所述地基改良装置中，优选所述螺旋钻钻头在电动马达的控制下旋转，所述电动马达在按照负荷的大小而变动的电流值达到规定值时停止。

根据该地基改良装置，电动马达在向未压密的松软地基内推出改良材料的状态下以小电流旋转，若松软地基被压密地改良，则增大电流进行旋转。若松软地基过于压密，则螺旋钻刀不能再旋转，因而，若流通比作为该界限的最大电流稍小的电流，则电动马达停止。另外，通过预先检测从地基压密机构分隔开的地点的松软地基成为期望的压密状态时的电动马达的电流值，能够在该电流值流经电动马达时停止电动马达。

另外，在所述地基改良装置中，优选组合有压力测量机构，该压力测量机构具备：管，其埋入地下且可分离成尖端部和主体部；压敏体，其收纳于管内且随着该管分离而露出，并且受到规定压力时变形；测量器，其根据该压敏体的变形状态测量对压敏体施加的压力。

根据该地基改良装置，压力测量机构被埋入从地基压密机构分隔开的地下，由此能够检测该地点的松软地基达到期望的压密的情况。另外，压敏体被收纳于管内，由此能够有效地将管埋入地下，另外，压敏体被改良后的土推压而变形，由此能够正确地检测松软地基的压密状态。

另外，本发明的地基改良方法，是使用所述地基改良装置的地基改良方法，其特征在于，通过螺旋钻刀的推压部将在掘起的砂土中混入有细丝状态的紧固材料的改良材料推出到松软地基内。

根据该地基改良方法，细丝状态的紧固材料作为接合材料而作用，改良材料进一步变硬，能够将松软地基改良成愈发密度高的压密地质。

(发明效果)

根据本发明，在从外壳突出的旋转轴的下端部放射状设置有具有凹条状凹入的推压部的多个楔形螺旋钻刀，由此，投入挖掘孔的改良材料向推压部的中心侧会聚，并被推出到松软地基内。因而，松软地基被层状改良成压密的地质，所以螺旋钻刀不会从下方受到反力，从而不会向上方移动。其结果，本地基改良装置能够将松软地基大范围地改良成压密地质，能够提高作业性。

另外，螺旋钻能够以小转矩旋转，所以能够使旋转旋转轴的驱动机构比现有机构轻量化。因而，该地基压密机构在转换成水平姿势和铅直姿势时，上端部不会不稳定，能够提高安全性避免发生人身事故等。

附图说明

图1是本发明的地基改良装置的一实施方式，是表示地基压密机构的概略剖视主视图。

图2(a)是表示本发明的地基改良装置的一实施方式的概略剖视俯视图，(b)是(a)的X-X线剖视图，(c)是(a)的Y-Y线剖视图，(d)是Z-Z线剖视图。

图3是表示本发明的地基改良装置的一实施方式的概略剖视俯视图。

图4是本发明的地基改良装置的一实施方式，是图3的V-V线概略剖视图。

图5是本发明的地基改良装置的一实施方式，(a)是表示压力测量机构的初始状态的主视图，(b)是正在利用压力测量机构测量压力中的主视图。

图6是现有的地基改良装置的局部剖视主视图。

图中：A-地基压密机构，B-压力测量机构，10-外壳，20-螺旋钻，21-旋转轴，22-旋转筒，23-螺旋钻钻头，24-螺杆，30-螺旋钻刀，40-管，41-尖端部，42-主体部，50-压敏体。

具体实施方式

对于本发明的地基改良装置的一实施方式，参照图1～图5进行说明。该地基改良装置以地基压密机构A和压力测量机构B等为中心而构成。

地基压密机构A如图1所示，具备在地下内沿铅直方向升降活动的筒状外壳10和插通于该外壳10内的螺旋钻20。螺旋钻20由同轴配置的旋转轴21及旋转筒22、安装在该旋转轴21的下端部的螺旋钻钻头23和设置在旋转轴21的外周的螺杆24构成。

在旋转轴21下端部，从外壳10的下端部突出而安装有螺旋钻钻头23。螺旋钻钻头23如图2(a)所示，等间隔地呈放射状设置有多个螺旋钻刀30、30、30。螺旋钻刀30除了如图所示的3个以外，可设置为任意个数。另外，螺旋钻刀30的尖端部从外壳10的外周稍稍突出，换言之，外壳10的外侧面位于比螺旋钻刀30的尖端侧更靠内侧。

并且，各螺旋钻刀30例如将平板楔形地完全焊接而成形，设有底部31、挖掘部32和推压部33，由这些31、32、33包围的内部形成中空状态，实现了轻量化。底部31如图2(b)～(d)所示，相对于旋转轴21朝向直角方向，宽度从旋转轴21一方到尖端侧逐渐变窄。另外，挖掘部32从底部31的一端缘倾斜，从旋转轴21一方到尖端形成相同高度。由底部31和挖掘部32形成的尖端部34对松软地基进行挖掘。

再有，推压部33在底部31的另一端缘和挖掘部32的上端缘之间凹条状凹入，设有下侧突出部33a和上侧突出部33b。该推压部33如图2(b)～(d)所示，形成如“く”字形(图中为反“く”字形)弯曲的形状。但是，在利用挤出成形和注射成形等形成螺旋钻刀30时，推压部33除了“く”字形之外，还可以形成圆弧形等。

总之，通过凹条状凹入的推压部33，将投入到挖掘孔内的改良材料会聚到推压部33的最深的中心侧(下侧突出部33a和上侧突出部33b的交界部侧)，且只向水平方向推出。即，在推压部33平坦时，比推压部33的宽度宽地向下方推出改良材料，但通过推压部33凹条状凹入，并设置下侧突出部33a和上侧突出部33b，由此，由下侧突出部33a向上推起改良材料，由上侧突出部33b向下推改良材料，形成合力而只向水平方向推出。

还有，作为改良材料，如背景技术中所说明的，可以在掘起的砂土中混入山砂、根据必要混入水泥等，不过，优选使用在掘起的砂土中混入山砂或水泥等的同时混入细丝状态的紧固材料，或不混入山砂或水泥等而混入细丝状态的紧固材料。作为该紧固材料，例如使用碳化结晶的竹子或黄麻、或将PET切断成长条状的切片。

竹子和黄麻为天然原材料，所以即使腐坏也能够溶入砂土内。另一方面，通过将PET作为改良材料的紧固材料而使用，由此无需通常在再循环中进行的水洗，从而能够以低成本再利用。总之，紧固材料形成50mm～150mm左右长度的细丝状态，作为改良材料的接合材料而作用。

安装有这种螺旋钻钻头23的旋转轴21和设有螺杆24的旋转筒22，通过设置在螺旋钻20的上端部的驱动机构(未图示)独立地在圆周方向正反两向旋转，优选旋转筒22稍快地旋转，速度比例如为0.9∶1。通过使旋转轴21和旋转筒22以这种速度比反向旋转，能够将挖掘的土和改良材料不堵塞地顺畅搬送。

通过使螺旋钻刀30形成楔形，另外，使旋转轴21和旋转筒22反向旋转，由此，驱动机构可使用具有约7.5×10⁴(W)的功率的比现有机构轻量的机构。该驱动机构利用行星齿轮(未图示)减速为1/20～1/200，使旋转轴21及旋转筒22以例如25rpm左右的低速旋转。

作为这种驱动机构，使用由引擎发电机(未图示)驱动的电动马达。电动马达在以小转矩旋转时流通小电流，在以大转矩旋转时流通大电流。因而，在改良材料被以小转矩向松软地基内开始推出的初始阶段，电动马达以小电流旋转。并且，在松软地基压密、改良材料被以大转矩推出的阶段，电动马达以大电流旋转。尽管松软地基被压密到超出必要以上，但若推出改良材料，则螺旋钻刀30无法再旋转。

因此，在该驱动机构中装入控制部，使得若检测到在松软地基被改良成规定的压密的状态下流通的电流值，则停止电动马达。该控制部具备：将电动马达中流通的电流转换成数字数值的A-D转换器、比较该数字数值化后的电流值比应停止的电流值小还是大的计算机等比较器。

并且，本地基压密机构A如图3所示，3轴并列而使用，所以各地基压密机构A的旋转轴21和旋转筒22分别通过专用的电动马达来旋转。若在任意一个电动马达中流通的电流值达到使其停止时的电流值，则其他的电动马达也停止。还有，接近2列的地基压密机构A2而立有2根支柱11、11，各支柱11、11由横梁件12连结，从而螺旋钻刀30能够稳定地挖掘。

并且，驱动电动马达的引擎发电机，还使油压泵(未图示)工作，该油压泵使得将地基压密机构A转换为铅直姿势或水平姿势的悬臂和导杆等装置工作。由于电动马达和油压泵不同时工作，因而用1台引擎发电机切换电动马达和油压泵来使其工作。

并且，本地基改良装置组合有在从这种地基压密机构A分隔开的位置使用的压力测量机构B。该压力测量机构B如图5所示，具备中空的管40、像气球一样膨胀、收缩的压敏体50和测量该压敏体50的收缩状态的测量器(未图示)。

管40是将下侧的尖端部41和上侧的主体部42可分离地连结，设有与该连结部分嵌合的梳齿部41a、42a。另外，在尖端部41的上端部安装有载置压敏体50的支承盘43，在主体部42的下端部，突出设有挡住压敏体50的承接板44。另外，在压敏体50内，填充有能够使压敏体50收缩的油、水或空气等流动体，该流动体流动的耐压性软管51与压敏体50连接，利用测量器测量收缩状态的压敏体50的体积，由此能够检测松软地基是否被改良成压密地质。

该实施方式的地基改良装置如以上构成，接着，对地基改良的方法进行说明。

首先，在从打入螺旋钻20的地点离开规定距离的地点埋入压力测量机构B的管40。管40如图5(a)所示，以尖端部41和主体部42接合、在支承盘43上载置压敏体50的状态埋入地下。在压敏体50内填充流动体，成为膨胀状态。管40被埋入到压敏体50位于地基改良的最深位置。压敏体50被收纳于管40内，从而不会损伤。

并且，如图5(b)所示，只有主体部42上升压敏体50的直径的量，从尖端部41分隔开，膨胀状态的压敏体50在地下内露出。另外，承接板44位于与打入螺旋钻20的一侧相反的一侧，压敏体50位于打入螺旋钻20的一侧。

另一方面，地基压密机构A通过由引擎发电机驱动油压泵，从水平姿势转换成铅直姿势。由于驱动机构比现有机构小型、轻量化，所以螺旋钻20稳定地转换姿势。

并且，若地基压密机构A成为铅直姿势，则引擎发电机从油压泵切换，转而驱动电动马达，使旋转轴21正向旋转，使旋转筒22反向旋转。于是，螺旋钻钻头23正向(图2(a)的F方向)旋转，螺旋钻刀30的尖端部34钻入地下，松软地基的土被推到旋转筒22和外壳10之间，并且，由反向旋转的螺杆24向上方搬送，由此挖掘松软地基，形成挖掘孔。

另外，外壳10其外侧面比螺旋钻刀30的尖端部靠内侧，所以插入到已形成的挖掘孔内。因而挖掘孔被外壳10包围，不会因松软地基塌陷而回填。

若挖掘到规定的深度，则电动马达一边反向旋转旋转轴21，正向旋转旋转筒22，一边将改良材料投入到挖掘孔内。改良材料优选混入有细丝状态的紧固材料的材料，不过，根据松软地基的状态等，也可以使用在掘起的砂土中混入山砂或水泥等的材料。总之，通过使旋转轴21和旋转筒22的旋转速度例如为0.9∶1这样使旋转筒22稍快地旋转，由此，改良材料在外壳10内不堵塞地顺畅地向螺旋钻钻头23一方搬送。

并且，改良材料通过螺旋钻钻头23的反向(图2(a)的R方向)旋转，而被各螺旋钻刀30的推压部33推压。推压部33形成凹条状凹入的形状，下侧突出部33a和上侧突出部33b推压改良材料。若推压部33平坦，则改良材料向推压部33的宽度方向(上下方向)扩展，并被推出向螺旋钻刀30的下方。可是，凹条状凹入的形状的推压部33，下侧突出部33a和上侧突出部33b施加使改良材料会聚到中心侧的力，所以该力成为合力，只向水平方向推出改良材料，松软地基如图4所示，被改良成层状压密的地质(密的阴影部分)。

再有，本地基改良装置，由于地基压密机构A3列并排，所以从邻接的螺旋钻钻头23推出改良材料，改良材料如图3所示，从2方向推出，相互碰撞地对撞、揉捏再混合，改良材料中含有的砂等无间隙地紧贴，牢固地压密。再有，通过螺旋钻刀30低速旋转，对改良材料施加大的力，松软地基被改良成更加压密的地质。

这样一来，地基压密机构A周围的松软地基，变成如图3所示的压密区W。该压密区W，随着向挖掘孔内接连不断投入的改良材料从螺旋钻刀30的推压部33推出，而逐渐向更广范围扩展。

并且，改良材料不会被推出到比螺旋钻钻头23更靠下侧，因此，螺旋钻钻头23的下侧不会成为压密的地质，螺旋钻钻头23不会从下侧受到反力。因此，压密区W向更广范围扩张。

并且，压密区W到达露出压敏体50的压力测量机构B。压敏体50如图5(b)所示，由压密的土和承接板44夹持。压敏体50因承接板44而不会被埋入松软地基内，所以被压密的土的压力压缩。若测量器检测到压敏体50已被压缩到规定的压力，则能够检测到松软地基在规定范围内已被改良成压密地质。并且，从压力测量机构B输出的信号被传送给驱动机构，从而停止电动马达。

还有，若在压力测量机构B检测到规定压力之前，螺旋钻钻头23周围过于压密，由控制部检测到电动马达中流通有应停止的规定值的电流，则电动马达停止。

这样一来，若挖掘孔的最深部分的松软地基变成层状的压密区W，则如图4的假想线所示，螺旋钻20只上升规定距离。并且，与所述同样，一边使旋转轴21反向旋转，使旋转筒22正向旋转，一边向挖掘孔内投入改良材料，该改良材料被推出到已经变成的压密区W上，在压密的地质层上层叠。但是，电动马达并不是压力测量机构B再次检测压敏体50的压缩量而停止，而是因达到已经检测到的电流而停止。

这样一来，若压密区W的层重叠到地表，则在该地点的作业结束，本地基改良装置移动到下一地点，重复与所述相同的作业。另一方面，压力测定机构将管40的尖端部41和压敏体50留在地下，从地下拔出管40的主体部42，使土回到因管40而打开的孔中。再次使用拔出的管40的主体部42和测量器。

还有，本发明并不限定于所述的实施方式，在专利请求的范围内记载的技术性事项的范围内，可进行各种变更。例如，本发明也可以不组合压力测定装置，另外，地基压密机构A只用1台，或者也可以用4台以上进行实施。

再有，在所述实施方式中，在第1次地基改良中，对压力测量机构B检测到松软地基被改良为压密的情况而停止电动马达的情况进行了说明，不过，在第1次地基改良中，也可以是当规定值的电流流经电动马达时停止电动马达，使螺旋钻20只上升规定距离，而压力测量机构B只是用于确认松软地基被改良为压密。该情况下，如果在第1次中地基未被改良为规定的压密，则在第2次以后，调整马达停止的电流值以使地基改良为规定的压密。

Claims (6)

1.一种地基改良装置，其特征在于，

具备将螺旋钻插通于筒状外壳内的地基压密机构，所述螺旋钻由同轴配置且独立地沿圆周方向旋转的旋转轴及旋转筒、安装在该旋转轴的下端部的螺旋钻钻头、和设置在旋转筒的外周的螺杆构成，

所述螺旋钻钻头将具有凹条状凹入的推压部的多个楔形螺旋钻刀以所述推压部朝向径方向的方式放射状设置于从所述外壳突出的旋转轴的下端部。

2.根据权利要求1所述的地基改良装置，其特征在于，

并列有多个具备所述螺旋钻钻头的地基压密机构。

3.根据权利要求1或2所述的地基改良装置，其特征在于，

所述螺旋钻钻头以能够再混合推出的改良材料的程度的低速旋转。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的地基改良装置，其特征在于，

所述螺旋钻钻头在电动马达的控制下旋转，所述电动马达在按照负荷的大小而变动的电流值达到规定值时停止。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的地基改良装置，其特征在于，

组合有压力测量机构，该压力测量机构具备：管，其埋入地下且可分离成尖端部和主体部；压敏体，其收纳于管内且随着该管分离而露出，并且受到规定压力时变形；测量器，其根据该压敏体的变形状态测量对压敏体施加的压力。

6.一种地基改良方法，是使用权利要求1～5中任一项所述的地基改良装置的地基改良方法，其特征在于，

通过螺旋钻刀的推压部将在掘起的砂土中混入有细丝状态的紧固材料的改良材料推出到松软地基内。

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