JP2003154247A - 掘削土混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撹拌式混合機において刃の届かないデッドス
ペース等に土壌等が滞留固化することによる能力低下を
防止する。 【解決手段】 掘削土の強度又は粒度分布を改善するた
めの混合装置であって、混合すべき物質を導入する導入
口、混合物が混合され移送される本体部、該本体部に設
けられた回転する撹拌手段、及び本体部から該混合物を
排出する排出口とから構成されたもので、本体部にブロ
ー用圧縮エアー噴出口を設けたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘削土の強度又は
粒度分布を改善するための混合装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ここでいう掘削土は、掘削された土壌だ
けでなく、浚渫された土壌や、他の用途で使用されてい
た土壌等どのようなものでもよく、その起源は問題では
ない。また後述する不良土と異なり、単独で使用可能な
良質土でもよい。

【０００３】従来から、軟弱地盤上に建造物を構築した
り道路にする場合、その軟弱な土壌を除去し、それを廃
棄、即ち埋立て用に使用し、除去した部分に強度のある
土壌を入れることが行なわれている。しかしながら埋立
て地の減少によって土壌の廃棄が困難となりつつあるこ
と、及び、環境問題や運送コスト等の問題から強度のあ
る優れた土壌が減少しつつあること等の理由から、でき
る限り廃棄する土壌の量を減少させることが望まれてき
ている。また、資源の有効利用の面からも、使用できる
ものはできる限り使用するという要望もある。

【０００４】よって、軟弱な土壌は改良して、その場所
で、又は必要な他の場所で再度地盤として使用できるよ
うにすることが好ましい。また、掘削土を盛土として使
用したい場合もある。盛土とは、低地を埋め立てたり、
斜面地で造成するためや、堤防等を造成するため、その
上に新たに盛った土をいう。このような場合も種々の規
制があり、強度ばかりでなく所定の粒度分布を有するこ
とが必要であったりする。要するに、どのような掘削土
であっても改良したり、混合して有効利用しようという
ものである。このような改良は、その土壌に固化材や良
質土を混合することによって行なわれている。この混合
に使用されるのが、掘削土混合装置である。

【０００５】掘削土混合装置は、掘削した土壌を容器に
入れ、そこに固化材を添加して混合し（固化材によって
土質が改良される）、それを取り出せばよいのである。
よって、容器と撹拌器があればよい。しかし、これでは
連続作業ができず、バッチ式であり能率が悪い。よっ
て、最近では連続式のものが大多数である。

【０００６】従来の連続式の装置は、筒状又は筒の半割
り状の本体に撹拌混合装置が設けられ、一方端又は上部
から掘削土と固化材を導入し、撹拌混合装置で混合して
他方から排出するものである。用いられる撹拌混合装置
は、土の進行方向と同方向の軸を有する回転翼であっ
た。即ち、扇風機のような羽根が同軸上に多数設けられ
たものを２軸用いて、土壌を後方に移送させながら混合
するか、スクリューコンベアのように連続したスパイラ
ルの羽根を持ったものを２軸近接させて行なうものであ
った。これは、混合撹拌しながら土を送れるため、連続
作業が可能となるためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような混合装置で
は、導入される土壌によっては、大きな石や固化した土
壌を含む場合がある。このような場合、上記の羽根やス
クリュー間、又は羽根等と側壁間にそれらのものが挟持
され、羽根等の駆動源に大きな負荷がかかったり、極端
な場合には停止したりする。勿論、このようなことが生
じない場合でも処理能力が低下することは否めない。

【０００８】また、挟持されたり、詰まったりしなくと
も、粘土質のもの等は、側壁や羽根等に付着し、それが
硬化し徐々に大きくなることもある。このような場合も
結果として上記と同様のことが生じる。

【０００９】このようなことが生じると、機械（混合装
置）を止めて挟持された石等を除去する、硬化した土壌
を掻き落とす等しなければならない。このような作業
は、手間であり、且つ機械を止めるため処理量が大きく
減少する。

【００１０】よって、本業界では、このように機械を停
止させずに連続運転可能な混合装置が待望されていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の現状に鑑み本発明
者は鋭意研究の結果、本発明掘削土壌混合装置を完成し
たものであり、その特徴とするところは、掘削土の強度
又は粒度分布を改善するための混合装置であって、混合
すべき物質を導入する導入口、混合物が混合され移送さ
れる本体部、該本体部に設けられた回転する撹拌手段、
及び本体部から該混合物を排出する排出口とから構成さ
れたものにおいて、本体部にブロー用圧縮エアー噴出口
を設けた点にある。

【００１２】掘削土の強度の改善とは、軟弱土壌の強度
を固化材や良質土を混合することによって改善すること
で、従来は地盤土壌の改善といえばこの方法しかなかっ
た。掘削土の粒度分布の改善とは、例えば、粘土質で粒
度が細かい方に偏っているもの、逆に礫質で大きい方に
偏っているものを、適度な粒度分布を有する粒体（勿
論、単独で使用できる粒度分布を有するという意味では
ない）を混合することによって適切な（その場所で使用
できる）粒度分布にすることをいう。

【００１３】従って、本発明でいう混合すべき物質と
は、掘削土、上記した固化材、適度な粒度分布を有する
粒体をいう。下記に説明する良質土、不良土も含む。

【００１４】適度な粒度分布を有する粒体とは、砂利、
岩石、コンクリート、セメント、アスファルトガラ、セ
ラミック、ガラス、スラグ、焼却灰の焼結物、金属塊、
プラスチック、またそれらを適当なサイズに粉砕、破砕
したもの等である。これらは、適当なサイズで適当な粒
度分布を持ったもので、前記した掘削土と混合すること
によって土壌全体の粒度分布が改良されるのである。こ
れらの粒度は、混合すべき掘削土の粒度や種類によって
異なるものである。しかし、事前試験で混合しながらチ
ェックして確かめる方法がよい。通常、粒や破砕物等の
サイズは、１〜５０ｍｍ程度のものを適当に含んだもの
であるが、これ以上のものも用途や場所によっては使用
できる場合もある。この粒体のサイズは最終混合した時
の大きさであり、後述する混合機への投入サイズではな
い。投入サイズはより大きい場合がある。これは、混合
機内で破砕されるためである。また、掘削土もこの粒体
も複数種混合してもよい。

【００１５】前記した掘削土がそれ単独で使用できない
所謂不良土の場合では、従来は固化材や良質土と混合し
なければ改良はできないと信じられていた。しかし、単
に粒度分布が悪い（礫質が規定より少なすぎる等）だけ
であれば、そのようなコストの掛かる材料でなくとも所
定の粒度分布を有する粒体であれば改良が可能であるこ
とを見出したのである。

【００１６】不良土とは、使用すべき場所で、その土単
独では強度等の問題から使用できない土壌をいう。不良
か良質かは、その土自身で決まるものではなく、用途に
よって決まるものである。よって、ある場所では使用で
きても他の場所では不良土とされる場合もある。この不
良土と不良土の混合も、同様の不良土を何でも混合して
もよいというものではなく、不良である性質（粒度分
布）を補う（その性質と逆の不良性を有しているものを
使用）ように混合することが大切である。簡単に言う
と、大きい石（礫）の成分が少なすぎる土と、大きい石
（礫）の成分が多すぎる土とを混合すると、適度な粒度
分布となるということである。

【００１７】この不良土と不良土の場合も複数混合して
もよい。更に、この不良土と不良土に前記粒体を混合し
ても、逆に掘削土と粒体にこの不良土を混合してもよ
い。要するに、不良土、掘削土、粒体をすべて、１又は
複数混合してもよいと言うことである。不良性は、強度
的なもの、粒度的なもの、色その他どのようなものでも
よい。

【００１８】本発明は、掘削土の強度又は粒度分布を改
善する装置であるが、そのこと自体を目的としないもの
であっても、結果としてそうなるものは含まれるもので
あることはいうまでもない。

【００１９】導入口とは、土壌や粒体を本体に導入する
開口部であり、混合したものを１ヶ所から導入するタイ
プでも、土と粒体を別々に導入するタイプでもよい。こ
れは、単なる開口であり特別なものである必要はない。
導入口の位置は、後述する撹拌手段の上流側が好ましい
が、撹拌手段の上部でもよい。

【００２０】本体部とは、土壌を混合する部分であり、
且つ連続操業するため混合物を移送もする部分である。
本質的には、単なる容器と撹拌手段とからなるものであ
る。容器自体の形状は筒状、直方体状、その他でよい。

【００２１】撹拌手段とは、スクリュー、撹拌羽根、ニ
ーダー（混練機）のような複数連のスクリュー、水車の
ようなベーンタイプ等どのようなものでもよい。要する
に、回転するもので前記掘削土等を混合しようとするも
のであればよい。

【００２２】排出口は、導入口とは反対に単なる排出用
の開口である。位置も、最後尾の撹拌ロータの下流側、
ロータの下方等でよい。

【００２３】ブロー用圧縮エアーとは、固化等移動しに
くい状態になった土壌等をその場所から噴出圧によって
移動させ、又は吹き飛ばすための圧縮エアーである。こ
れは装置外のコンプレッサーや他の圧縮エアー配管等か
ら導く。このエアーは常時噴出してもよいが、一定間隔
で噴出させるか、ランダムに混合機本体の移送速度が低
下した時にのみ噴出してもよい。この場合には、移送速
度を検知して自動制御方式にしてもよい。この噴射の頻
度や強さ（圧）は混合する土壌等によって変化するもの
であり、実際に行なって決めるのがよい。

【００２４】よって、間欠的に噴射する場合には、エア
ー配管中にエアーを制御するバルブを設ける。このバル
ブによってオン・オフしたり、流量を制御する。勿論、
手動で行なってもよい。

【００２５】噴出口は、そのエアーの出口でありこの噴
出口の位置と方向によって効率が異なる。この噴出口
は、１つでも複数でもよい。基本的には、回転体のデッ
ドスペースや、壁面で付着しそうな所を目掛けるものが
よい。また、複数設ける場合には、それぞれにバルブを
設けて噴出時を調整、変更できるようにしてもよい。発
明者の実験では、固化すると思われる場所の本体底部に
複数設けるのが最もよかった。また、進行方向に少し傾
けて噴出しても、真上に向けてもあまり差はなかった。

【００２６】圧縮エアーの圧は、３〜５kg／cm² 程度で
充分であった。これは、移動可能な小型コンプレッサー
で十分到達できる圧である。

【００２７】圧縮エアーで、一旦少しでも移動すると撹
拌ロータによって掻き取られ、移動させられるため問題
はない。よって、圧縮エアーに土壌を最後まで押す等の
力は不要である。

【００２８】また、本発明は、特定の混合機に応用する
とより便利である。この実施態様（請求項２）は、掘削
土の強度又は粒度分布を改善するための混合装置であっ
て、混合すべき物質を導入する導入口、混合物が混合さ
れ移送される本体部、該本体部に設けられ、該混合物の
移送方向とほぼ直角の回転軸を有し、且つ該回転軸に多
数の回転刃が取付けられた複数の撹拌ロータ、及び本体
部から該混合物を排出する排出口とから構成され、該複
数の撹拌ロータはそれぞれ異なった回転軸に設けられて
いるものにおいて、該複数の撹拌ロータを含む平面が水
平か、若しくは水平から４５°以内にあり、その平面は
混合物の移送方向にほぼ平行であるものである。

【００２９】撹拌ロータとは、回転軸に多数の幅を持っ
た回転刃が取付けられたものである。ここでいう回転刃
は、扇風機の羽根のように湾曲しているものでなく、ほ
ぼ平面状のものでもよい。この点が従来の回転翼とまっ
たく異なる点である。この回転刃はある程度の厚み（数
ミリ〜数センチ程度）を有するもので、その厚みによっ
て後方に土壌を蹴り出す方式である。よって、回転刃の
回転軸は、土壌の移送方向とは直角に設けられている。

【００３０】この撹拌ロータは少なくとも２つ必要であ
る。２つ以上ならば、理論的にはいくつでもよい。しか
し、４つの場合が最も効率的であった。また、発明者の
実験では、撹拌ロータが２つの場合、その回転方向はど
ちらの方向でもよかった。即ち、撹拌ロータを逆回転に
しても同じ回転方向にしてもよいということである。た
だし、上流側の撹拌ロータは、ロータ下方で土壌を後方
に送る方向で、下流側ロータはその逆回転するのが、わ
ずかであるが移送効率、混合効率とも優れていた。

【００３１】更に、この実施態様では、この複数の撹拌
ロータを含む平面はすべて水平か若しくは、水平から４
５°以内としている。且つ、この平面は混合物の移送方
向にほぼ平行になるように配置されている。これは、土
壌の混合物を水平ないし水平から４５°以内の角度で、
移送混合するためであり、この点が大きな特徴である。
例えば、混合物を上方から重力により落下させる方式
で、その落下途中に混合翼を設けたようなものも考えら
れるが、これらとはこの点において根本的に異なるので
ある。本実施態様では、混合物を移送（装置から排出口
方向に進める）するのは撹拌ロータで行なうもので、落
下させるのではない。

【００３２】図３は、この落下式混合機の概念図であ
る。図３（ａ）は、撹拌ロータが１本のもので、これは
複数の撹拌ロータを必須とする上記実施態様とはまった
く別のものである。図３（ｂ）は撹拌ロータを垂直に並
列したものである。これは複数の撹拌ロータを含む平面
が垂直であり、水平または４５°以内のものとは異な
る。最後に、図３（ｃ）は撹拌ロータを含む平面は水平
であるが、その平面が混合物の移送方向とは直交してお
り、本実施態様のようなロータ平面が移送方向とほぼ平
行というものとは異なる。

【００３３】要するに、これらの装置はすべて混合物を
落下させている点が異なるものである。本実施態様は、
混合物の移送を撹拌ロータで行なう点が新しいのであ
る。特に、複数の撹拌ロータが反対回転しているにもか
かわらず、後方に移送できることを見出した点が新規で
あり、従来のもの等からは容易に類推できないものであ
る。

【００３４】本実施態様では、現実的には、この複数撹
拌ロータをすべて同一平面上に設け、それらすべてを本
体部の底面（単に底という意味ではなく移送底面）に平
行にするのが好ましい。そして、装置を水平に設置する
のである。このようにすると、本体部の底面、複数の撹
拌ロータすべてが水平となり、混合物の移送方向と撹拌
ロータを含む平面もほぼ平行となる。しかし、後述する
ように混合物の性状等によって、本体全体をある程度傾
斜させることは自由である。

【００３５】なお、本実施態様の撹拌ロータは上述した
通りであるが、これに追加的な撹拌ロータを設けてもよ
い。例えば、入口付近と出口付近に追加的に設ける、本
実施態様の複数の撹拌ロータの上方や下方に追加して設
ける、複数のロータとロータの間の上下の間隙に設ける
等である。即ち、本実施態様を構成する撹拌ロータが存
在するものに、付加的に撹拌ロータ等を設けても権利範
囲に含まれるということである。要するに、本実施態様
は少なくとも、特許請求の範囲に記載される撹拌ロータ
が存在すればよいのであり、それ以外のものについては
あってもなくてもよいということである。

【００３６】回転刃は、回転軸に多数、その位置を変え
て取付けられている。すべてが同じ位置にあれば、１枚
の板のようになり混合効率が悪くなるためである。その
位置自体は、まったくのランダムでもある程度規則的に
変化させてもよい。

【００３７】回転刃は、ある程度の厚みがあれば単なる
鋼板でもよいが、強度を持たせるため先端部分には硬度
のあるものを別途取りつけてもよい。また、その形状も
三角状、長方形等が考えられる。根本は折れないように
補強したり、厚くすることも好適である。回転刃の取付
け角度は、回転の放射方向でも、放射方向と少し角度を
持たせてもよい。

【００３８】本実施態様の装置では、土壌の粒度、粘性
によって回転速度や回転方向を適度に調整すればよい
が、それ以外にも土壌排出速度の問題から、本体部全体
を傾斜させてもよい。例えば、粘性が高く移送の難しい
ものであれば、排出口側を低くして移送効率を高め、逆
に砂状のものの場合排出口側を少し高くして混合効率を
上げることが好適である。傾斜を持たせるには、通常の
油圧ジャッキ等で簡単に行なうことができる。しかし傾
斜角度としては、水平面から３０°以内が好適である。
なぜならばそれ以上傾斜させると混合物の混合効率が悪
くなるためである。しかし、４５°以内ならば効率は落
ちるが可能ではある。４５°を越えると、混合物が落下
のように進むため、混合率が極端に低下する。

【００３９】更に、本実施態様では、撹拌ロータの回転
速度を導入口側より排出口側の方を大きくしてもよい。
この意味は、 （１） 各撹拌ロータの回転方向は問わない。即ち、こ
こでいう回転速度とは回転速度の絶対値であり方向的な
プラス、マイナスは言わない。 （２） 導入口側より排出口側の方が大きいとは、複数
の撹拌ロータがすべて順次速くならずとも、同じ速度の
ものがあってもよい。但し、遅くなるものはない。結
局、最初と最後を比較すると、最後の方が速く、且つ途
中で遅くなっていないということである。

【００４０】このような回転速度を採用することによ
り、混合すべき物質のショートパスが減少し、混合がよ
くなった。実際には、すべての撹拌ロータが異なる速度
であることが望ましい。

【００４１】また、本発明装置は掘削する場所で使用す
ることが最も効率がよい。そのためトレーラー等で搬送
することも可能であるが、自走式、即ちトラック等の上
部に設ける等でもよい。

【００４２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明掘削土混合装置１
の概略を示す断面図である。本体部２は円筒状である。
この例では、撹拌ロータ３は３基設けられておりそれぞ
れ多数の回転刃４（ここでは１つのみ示した）が設けら
れている。この図の例では、最も左にある撹拌ロータは
半時計回転する。その他の撹拌ロータは交互に逆回転す
る。導入口５は左のロータの上部に設けられ、排出口６
は右のロータの下方に設けられている。この例では、撹
拌ロータの回転容積と本体容積がほぼ同様になるように
本体を設計している。この例では、複数の撹拌ロータを
含む平面は本体底面に平行であり、本体がほぼ水平であ
るため共に水平である。

【００４３】この例では、導入口５から掘削土と粒体の
混合物を導入すると、最初の撹拌ロータで混合物は下方
へ、そして後方へと移送される。そして、次の撹拌ロー
タ付近に来ると上方に掻き上げられ、そこで一部が前方
に戻りながら混合される。この時、混合物は完全に撹拌
ロータの回転に従うものではなく、一部は壁面に衝突
し、また一部は落下する等ランダムな動きとなるため混
合が起こるのである。この例では、本体部は水平に載置
しているが、混合を良くするには少し出側を上げ、逆に
移送速度を増すには出側を下げる。全体としての混合物
の移送方向は、３つの撹拌ロータを含む平面と平行とな
っている。

【００４４】この図は下部デッドスペース７に土壌８が
堆積し、移動せず固化している状態である。このデッド
スペース７の真下に、圧縮エアー噴出口９が設けられて
いる。これは単なる開口でも、ノズルを取りつけたもの
でもよい。エアー配管１０の途中にはバルブ１１が設け
られている。このバルブ１１を開にすると、噴出口９か
ら圧縮エアーが噴射され土壌８が移動する。

【００４５】図２は、本発明再生装置の撹拌ロータの１
例を示す概念的な斜視図である。回転軸１０の回転刃４
がランダムに取付けられていることが分かる。ただし、
この図では回転刃４の厚みは無視し、且つ各回転刃間の
距離も大きく誇張されている。この回転刃５の取付け箇
所、即ち相互の位置関係は、前記した如く、このような
ランダムでなく、スパイラル状でも、部分的に規則的で
あってもよい。また、この図では、同一平面には１つの
回転刃が存在するが、複数であってもよい。

【００４６】

【発明の効果】上記した本発明装置には次のような利点
がある。 （１） 圧縮エアーの噴出口が設けられているため、固
化した土壌等をいつでも除去でき、どのような土質でも
能力低下が極力おさえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の１例を示す概略断面図である。

【図２】本発明装置の撹拌ロータの１例を示す概念的な
斜視図である。

【図３】従来例の概略断面図である。

【符号の説明】

１ 本発明掘削土混合装置 ２ 本体部 ３ 撹拌ロータ ４ 回転刃 ５ 導入口 ６ 排出口 ７ デッドスペース ８ 土壌 ９ 圧縮エアー噴出口 １０ エアー配管 １１ バルブ １２ 回転軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削土の強度又は粒度分布を改善するた
   めの混合装置であって、混合すべき物質を導入する導入
   口、混合物が混合され移送される本体部、該本体部に設
   けられた回転する撹拌手段、及び本体部から該混合物を
   排出する排出口とから構成されたものにおいて、本体部
   にブロー用圧縮エアー噴出口を設けたことを特徴とする
   掘削土混合装置。
2. 【請求項２】 該混合装置は、混合すべき物質を導入す
   る導入口、混合物が混合され移送される本体部、該本体
   部に設けられ、該混合物の移送方向とほぼ直角の回転軸
   を有し、且つ該回転軸に多数の回転刃が取付けられた複
   数の撹拌ロータ、及び本体部から該混合物を排出する排
   出口とから構成され、該複数の撹拌ロータはそれぞれ異
   なった回転軸に設けられているものにおいて、該複数の
   撹拌ロータを含む平面が水平か、若しくは水平から４５
   °以内にあり、その平面は混合物の移送方向にほぼ平行
   であるものである請求項１記載の掘削土混合装置。
3. 【請求項３】 該撹拌ロータの回転速度は導入口側より
   排出口側の方が大きいものである請求項２記載の掘削土
   混合装置。