JP2004100235A - 噴射式攪拌装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】固化材液等の液体の噴射により掘削土と固化材液等を攪拌・混合し、原地盤土を地盤改良する方法において、噴射した液体の周辺地盤中への浸透と、噴射による周辺地盤の緩みを防止する。
【解決手段】噴射式攪拌装置1を、先端に掘削翼3bが接続され、外周に攪拌翼4が突設された1本、もしくは並列する複数本のロッド2と、ロッド2の先端部より上方位置に、ロッド2の外周から距離を隔て、ロッド2の回転から絶縁された状態でロッド2に支持される箱形のケーシング5から構成し、各ロッド2の、ケーシング5の高さの範囲内に高圧の液体や気体を地盤中に噴射する噴射口7を形成し、各ロッド2の内部、もしくは外部に噴射口7まで液体や気体を供給する高圧供給管6を配置し、回転するロッド2の噴射口7からケーシング5の内周面に向けて液体や気体を噴射する。
【選択図】 図1
【解決手段】噴射式攪拌装置1を、先端に掘削翼3bが接続され、外周に攪拌翼4が突設された1本、もしくは並列する複数本のロッド2と、ロッド2の先端部より上方位置に、ロッド2の外周から距離を隔て、ロッド2の回転から絶縁された状態でロッド2に支持される箱形のケーシング5から構成し、各ロッド2の、ケーシング5の高さの範囲内に高圧の液体や気体を地盤中に噴射する噴射口7を形成し、各ロッド2の内部、もしくは外部に噴射口7まで液体や気体を供給する高圧供給管6を配置し、回転するロッド2の噴射口7からケーシング5の内周面に向けて液体や気体を噴射する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は固化材液や薬液、もしくは水等の液体、または空気等の気体を高圧で噴射することにより原地盤の強化や中和等の目的に応じた地盤改良を実施する噴射式攪拌装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば固化材液等の噴射により掘削土と固化材液等を攪拌・混合し、原地盤を地盤改良する方法はロッドの外周等にロッドの内部に連通するノズルを接続し、ロッド先端部の掘削翼が掘削した掘削孔の孔壁に向け、回転するロッドのノズルから固化材液等を噴射し、これを掘削孔内に満遍なく行き渡らせることにより攪拌・混合が行われる。
【0003】
しかしながら、固化材液等は高圧で掘削孔の孔壁に対して噴射され、孔壁に到達する圧力を与えられることから、噴射した先に回転する攪拌翼が存在しなければ、砂質地盤のように粘性のない原地盤においては固化材液等が攪拌すべき掘削土中に留まらず、孔壁から周辺地盤中に浸透する可能性がある。
【0004】
固化材液等をノズルとは別の吐出口から吐出し、ノズルからは攪拌を目的とした水や空気を噴射する場合には水や空気が周辺地盤に直接到達することで、周辺地盤を緩める可能性もある。
【0005】
このため、高圧噴射のみによっては掘削土と固化材液等を効率的に攪拌することは難しく、多くの場合、攪拌翼による機械攪拌が併用される(特許文献1、特許文献2参照)。
【0006】
特許文献1、特許文献2では上下に隣接する、またはロッドの回転方向に隣接する2枚の攪拌翼の先端にノズルを接続し、2方向のノズルから噴射される液体を交差させることで液体の到達距離を制御し、円柱状に構築される地盤改良体の中心寄りの領域を攪拌翼によって攪拌し、周辺寄りの領域を噴射によって攪拌するようにしている。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−346020号公報(図1〜図3)
【特許文献2】
特開2001−115446号公報(図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1、特許文献2によれば、ノズルからの噴射の方向が孔壁を向かないため、液体が孔壁の周辺地盤中に浸透することを抑制することはできるが、攪拌翼による機械攪拌と噴射攪拌の領域を区分するために、径の異なる地盤改良体毎に各ノズルの角度を調整しなければならないため、機構が複雑化する難点がある。
【0009】
またノズルがロッド本体ではなく、ロッドから半径方向に張り出した攪拌翼に接続されることから、ロッドの半径方向に対して傾斜した方向に液体を噴射する場合、噴射時の反力がロッドの回転に影響する可能性があり、例えば回転方向に隣接する攪拌翼のノズルからの噴射方向の交点が平面上、両ノズル間の中心線上になければ、噴射時に各ノズルに作用する反力が均等にならなくなり、ロッドの回転に狂いが生ずる可能性がある。
【0010】
この発明はノズルの角度調整を要さず、またロッドの回転に狂いを生じさせることなく、噴射液体等の周辺地盤中への浸透を防止する噴射式攪拌装置を提案するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明では地盤を先行して掘削する掘削翼が先端に接続される1本、もしくは複数本のロッドの先端部より上方位置に箱形のケーシングを装着し、ロッドに形成される噴射口から液体や気体をケーシングの内周面に向けて噴射し、噴射した液体や気体をケーシングの範囲内に留めることにより、噴射口の角度を一定に保ったまま、噴射液体等の周辺地盤への浸透を防止する。各ロッドの外周には液体や気体の噴射による攪拌を補う攪拌翼が突設される。
【0012】
ケーシングはロッドの外周から距離を隔て、ロッドの回転から絶縁された状態でロッドに支持され、ロッドの掘進(降下)時と引き抜き(上昇)時にロッドの回転に関係なく常にロッドに対する平面上の位置を維持する。
【0013】
各ロッドの、ケーシングの高さの範囲内には高圧の液体、もしくは気体を地盤中に噴射する噴射口が形成され、各ロッドの内部、もしくは外部に前記噴射口まで前記液体、もしくは気体を供給する高圧供給管が配置される。高圧供給管を通じて供給された液体や気体は回転するロッドの噴射口からケーシングの内周面に向けて噴射され、掘削孔内全体に行き渡る。
【0014】
ロッドの噴射口がケーシングの高さの範囲内に位置し、噴射口からケーシングの内周面に向けて液体や気体が噴射されることで、最も遠方へ到達する液体や気体はケーシングの内周面に衝突するため、ケーシングがない場合に周辺地盤まで到達するような圧力を与えられて噴射された場合でも、平面上、液体や気体はケーシングの範囲内に留まり、ケーシングの外側への流出、すなわち周辺地盤への浸透が防止される。
【0015】
液体や気体はロッドに形成された噴射口からロッドの半径方向等、ケーシングの内周面に向けて噴射されるため、攪拌翼から、ロッドの半径方向に対して傾斜した方向に噴射される場合のように噴射時の反力がロッドの回転に影響する事態は発生しない。
【0016】
また請求項2、請求項3に記載のように噴射口以外の吐出口から固化材液を吐出し、噴射口からは噴射による固化材液と掘削土の攪拌を目的とした水や空気を噴射する場合にも水や空気が周辺地盤を緩めることがなく、固化材液と掘削土の混合物である地盤改良体の周辺地盤による拘束効果が維持され、地盤改良体の安定性が保たれる。
【0017】
噴射口からは攪拌装置の使用目的に応じて固化材液や薬液、もしくは水等の液体、または空気等の気体が高圧で噴射される。地盤の支持力を高めるために掘削土との攪拌・混合により地盤中にソイルセメントの地盤改良体を構築する場合にはセメントミルクやセメントスラリー等の固化材液が使用され、汚染地盤を中和する目的の場合には地盤の状況に応じたアルカリや酸その他の中和剤を含む薬液が使用される。
【0018】
ケーシングの高さの範囲内の噴射口の他に、請求項2に記載のようにロッドの先端部に下部吐出口が形成され、または請求項3に記載のように下部吐出口に加え、ロッドの、ケーシングより上方位置に上部吐出口が形成され、下部吐出口と上部吐出口の少なくともいずれか一方から上記使用目的に応じた固化材液や薬液等の液体が吐出される場合には、噴射口からは必ずしも固化材液や薬液等を噴射する必要はなく、主として攪拌を目的とした水、または空気等の気体を噴射すれば足りる。
【0019】
ケーシングは箱形の形状をすることで、ロッドの降下時と上昇時に掘削翼が掘削した掘削土を強制的に直方体状に均す働きをするため、掘削土と固化材液との攪拌・混合により地盤改良体を構築する場合や、掘削土と薬液との攪拌・混合により原地盤土を中和して改良する場合に、ケーシングがない場合より改良範囲を拡大することが可能になる。
【0020】
例えばロッドが2軸で、ケーシングがない場合、回転する掘削翼によって原地盤土は2本の円柱が重複した形に改良されるが、本発明の場合にはケーシングの存在により、原地盤土が掘削翼によって円柱状に切削されながらも、ロッドの降下時にケーシングが改良すべき地盤をその外部と区画し、ケーシングの内側の原地盤土をロッド側へ取り込むため、取り込まれた原地盤土がケーシングの上に位置する攪拌翼によって攪拌されることで、原地盤土と固化材液や薬液の混合物は2本の円柱が重複した形に外接する大きさの直方体状に成型されることになり、2本の円柱が重複した形より改良範囲が拡大する。
【0021】
ロッドの先端部に液体を吐出する下部吐出口が形成され、ロッドの内部に下部吐出口まで液体を供給する供給管が配置された請求項2の場合、下部吐出口からはロッドの降下時に固化材液や薬液等の液体が吐出され、吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって掘削土と攪拌・混合される。
【0022】
下部吐出口に加え、ロッドの、ケーシングより上方位置に液体を吐出する上部吐出口が形成され、上部吐出口が供給管と連通可能となった請求項3の場合は、例えばロッドの降下時に下部吐出口から液体が吐出され、ロッドの上昇時に上部吐出口から固化材液や薬液等の液体が吐出され、吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって掘削土と攪拌・混合される。攪拌翼による攪拌・混合はロッドの降下時と上昇時に行われるため、請求項3の場合、ロッドの降下時に上部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出することもある。
【0023】
請求項2ではロッドが正回転、または逆回転しながら降下するときに下部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出することにより、請求項3ではロッドが正回転、または逆回転しながら降下するときに下部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出し、ロッドが逆回転、または正回転しながら上昇するときに上部吐出口から液体を吐出することにより、液体の吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって効果的に液体と掘削土を攪拌することができるため、液体の吐出区間において原地盤土を均質に地盤改良することが可能になる。
【0024】
請求項3において、ロッドの降下時に下部吐出口から液体を吐出し、ロッドの上昇時に上部吐出口から液体を吐出する場合には、請求項4に記載のように供給管はロッドの正回転時に上部吐出口と下部吐出口のいずれか一方に連通し、逆回転時に他方に連通する。
【0025】
供給管が上部吐出口と下部吐出口のいずれかに連通するときが、正回転(時計回りの回転)時であるか逆回転(反時計回りの回転)時であるかはロッドが掘進(降下)するときに、ロッドの先端に接続される掘削翼が地盤を掘削する向きによって決まり、例えば掘削翼が正回転することで地盤を掘削する場合は正回転による降下時に供給管が下部吐出口に連通し、逆回転によるロッドの引き抜き(上昇)時に供給管が上部吐出口に連通するように液体の吐出位置が切り換えられる。掘削翼が逆回転することで地盤を掘削する場合は逆回転による降下時に供給管が下部吐出口に連通し、正回転によるロッドの上昇時に供給管が上部吐出口に連通するように液体の吐出位置が切り換えられる。
【0026】
供給管がロッドの正回転時、または逆回転時に上部吐出口と下部吐出口のいずれか一方に連通し、逆回転時に他方に連通することは、具体的には請求項5に記載のように上部吐出口より上方位置で、供給管が上部吐出口に連通する上部供給管と、下部吐出口に連通する下部供給管とに分離し、上部供給管と下部供給管の上端位置にロッドの正回転開始時と逆回転開始時の慣性によりロッドの周方向に移動自在なバルブと、バルブを常に下方へ付勢するばねが配置され、上部供給管と下部供給管の上端が開放状態と閉塞状態とに切り換えられることにより行われる。
【0027】
バルブはロッドの正回転開始時に上部供給管と下部供給管のいずれか一方の上端を閉塞して他方の上端を開放させ、ロッドの逆回転開始時に前記他方の上端を閉塞して前記一方の上端を開放させる。供給管はロッドが正回転し続ける間、上部吐出口と下部吐出口のいずれか一方に連通し、逆回転し続ける間、他方に連通する。
【0028】
この場合、上部供給管と下部供給管の上端位置にバルブとそれ付勢するばねを配置するのみで、上部供給管と下部供給管の上端を開放状態と閉塞状態とに切り換えることができるため、単純な機構によってロッドの降下時に下部吐出口から液体を吐出し、ロッドの上昇時に上部吐出口から液体を吐出することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明の噴射式攪拌装置(以下攪拌装置)1は図1〜図3に示すように先端に掘削翼3bが接続され、外周に攪拌翼4が突設された1本、もしくは並列する複数本のロッド2と、ロッド2の先端部より上方位置に、ロッド2の外周から距離を隔て、ロッド2の回転から絶縁された状態でロッド2に支持される箱形のケーシング5から構成され、回転するロッド2からケーシング5の高さの範囲内に液体、もしくは気体を高圧で噴射して掘削土を攪拌する装置である。
【0030】
各ロッド2の内部、もしくは外部にはケーシング5の高さの範囲まで液体、もしくは気体をコンプレッサーにより高圧で供給する高圧供給管6が配置され、ロッド2の、ケーシング5の高さの範囲内に、高圧供給管6に連通し、前記液体や気体を噴射する噴射口7が形成される。図1,図3はロッド2の内部に高圧供給管6を配置した場合、図2はロッド2の外部に配置した場合を示す。
【0031】
攪拌装置1が図示するような2軸の場合に、各噴射口7からの液体等の噴射時の、ロッド2への反力を相殺する上では、図1,図3に示すように各ロッド2の噴射口7を互いに逆向きに形成する方がよいが、反力の影響が大きくならない場合には必ずしもその必要はない。
【0032】
高圧供給管6は図1,図3に示すように各ロッド2の内部、もしくは図2に示すように外部に固定された状態で配置され、下端部は屈曲、もしくは湾曲し、先端の噴射口7は掘削翼3bによって形成される掘削孔の孔壁側を向く。噴射口7には噴射時の圧力を調整するノズルを付ける場合もある。
【0033】
液体や気体を掘削孔内に満遍なく行き渡らせる上では高圧で噴射される液体や気体がケーシング5に到達できればよいため、噴射口7は必ずしもロッド2の半径方向を向く必要はなく、平面上、半径方向に対して角度が付く場合の他、立面上、水平に対して角度が付く場合もある。
【0034】
液体や気体はロッド2の噴射口7からケーシング5の内周面に向けて噴射され、最も遠方へ到達する液体や気体がケーシング5の内周面に衝突することでケーシング5の外側への流出が阻止され、平面上はケーシング5の範囲内に留められる。液体や気体はロッド2が回転しながら噴射口7から噴射されることによりケーシング5内の全体に行き渡り、ロッド2の先端の掘削翼3bが掘削した掘削土をケーシング5の範囲内において攪拌する。
【0035】
液体には攪拌装置1の使用目的に応じて固化材液や薬液、もしくは水等が使用され、気体には空気等が使用される。液体としては、特に地盤の支持力を高めるために掘削土との攪拌・混合により地盤中にソイルセメントの地盤改良体を構築する場合にはセメントミルクやセメントスラリー等の固化材液が使用され、汚染地盤を中和する目的の場合には地盤状況に応じたアルカリや酸その他の中和剤を含む薬液が使用される。
【0036】
図1に示すようにロッド2の先端部に液体を吐出する下部吐出口8が形成された場合(請求項2)、または図2,図3に示すように下部吐出口8に加え、ロッド2の、ケーシング5より上方位置に同じく液体を吐出する上部吐出口9が形成された場合(請求項3)で、下部吐出口8と上部吐出口9の少なくともいずれか一方から固化材液や薬液等の液体が吐出される場合には、下部吐出口8と上部吐出口9の少なくともいずれか一方からの吐出によって液体と原地盤土との攪拌・混合が行われるため、噴射口7からは主として攪拌を目的とした水、または空気等の気体が噴射される。
【0037】
液体や気体の噴射時の圧力は対象地盤の土質に応じて自由に設定されるが、例えば砂質地盤では具体的には980N/cm2程度の圧力が目安になる。
【0038】
下部吐出口8が形成される場合と、下部吐出口8と上部吐出口9が形成される場合、ロッド2の内部には下部吐出口8まで液体を供給する供給管10が高圧供給管6とは別系統で配置される。
【0039】
図2,図3のようにロッド2に下部吐出口8と上部吐出口9を形成した場合、後述のように供給管10が下部吐出口8に連通する状態と、上部吐出口9に連通する状態とに切り換えられるため、攪拌装置1の掘進時に下部吐出口8から吐出される液体と、引き抜き時に上部吐出口9から吐出される液体が同一の場合と異なる場合がある。
【0040】
図3の詳細を示す図4ではロッド2の上端部から噴射口7までに高圧供給管6となる内管を配置し、ロッド2の上端部の一部の区間の内管の回りに供給管10となる外管10aを配置し、上部吐出口9から下部吐出口8までの区間では中空のロッド2自体を供給管10として利用し、ロッド2の下端部に形成された下部吐出口8まで液体を供給している。
【0041】
図4は掘削翼3bを有する先端部側のロッド2を示しており、図4に示すロッド2の上端部にはそれより上のロッドに接続されるための中実断面のジョイント部24が接続されているが、上記外管10aはジョイント部24の上端から中途まで配置され、中途からジョイント部24の下端までの区間には高圧供給管6から分離した別系統の管路10cを形成し、管路10cと上部吐出口9及び下部吐出口8を後述の空隙部10dを通じて連通させている。外管10aの下端には外管10aと管路10cを連通させる空隙部10bが形成される。図4のx−x線の断面を図5−(a)に、y−y線の断面を図5−(b)に示す。
【0042】
図4に示すロッド2は上下に分離した2本の中空管のロッド本体21,22と、上側のロッド本体21の上に連結される中実断面の連結部23と、連結部23の上に連結される上記のジョイント部24と、ロッド本体21,22を連結する中実断面の連結部25と、下側のロッド本体22の下に連結される、掘削翼3bを有する掘削翼ユニット3から構成されている。掘削翼ユニット3はロッド本体22に連結される中実断面のジョイント部3aと、その外周の、掘削爪3cが形成された掘削翼3bから構成される。
【0043】
管路10cは図6に示すように上部吐出口9より上方位置で、上部吐出口9に連通する上部供給管11と、下部吐出口8に連通する下部供給管12とに分離し、管路10cと上部供給管11及び下部供給管12との間には両者を連通させる空隙部10dが形成される。下部供給管12はその下の、供給管10となる上側のロッド本体21の中空部10eに連通する。上部供給管11及び下部供給管12の上端の開放状態と閉塞状態は空隙部10dに配置される後述のバルブ13によって切り換えられる。
【0044】
上側のロッド本体21の下端に連結される連結部23には高圧供給管6の下端に連通する管路6aと、ロッド本体21の中空部10eに連通する管路10fが形成され、管路6aの先端に噴射口7が形成され、管路10fの下端は供給管10となる下側のロッド本体22の中空部10gに連通する。噴射口7には前記のように必要によりノズルが接続される。
【0045】
下側のロッド本体22の中空部10gはロッド本体22の下端まで連通し、それに連結される掘削翼ユニット3のジョイント部3aに、中空部10gに連通する管路3dが形成され、その先端に下部吐出口8が形成される。
【0046】
ロッド2のジョイント部24の下端部の、連結部23との境界位置の空隙部10dには、ロッド2の正回転開始時と逆回転開始時の慣性によりロッド2の周方向に移動自在なボール(球)状のバルブ13と、バルブ13を常に下方である連結部23側へ付勢するばね14が配置される。
【0047】
ジョイント部24の下端部の空隙部10dに面する位置には図7,図8に示すようにばね14とバルブ13が納まる例えば箱形の空洞部24aが形成され、空洞部24aの上端にばね14の上端が接続される。バルブ13はばね14によって下向きに付勢されることで連結部23の上端に密着した状態を維持する。
【0048】
ばね14は空洞部24a内で、ロッド2の正回転開始時と、逆回転開始時の慣性により揺動自在に上端において空洞部24aの上端に接続され、バルブ13はばね14に常に付勢されたまま、その揺動により上部供給管11と下部供給管12のいずれかの上端に密着して閉塞し、上部供給管11の上端と下部供給管12の上端を開放状態と閉塞状態とに切り換える。
【0049】
バルブ13の径は上部供給管11と下部供給管12の径より大きく、バルブ13は上部供給管11と下部供給管12のいずれかの上端を塞ぐときに一部がそのいずれかの内部に入り込み、安定する。図7ではロッド2の正回転開始時と逆回転開始時の慣性によりバルブ13が容易に移動できるよう、上部供給管11と下部供給管12の上端を含む連結部23の上端を円弧面状に形成している。
【0050】
具体的には掘削翼3bが地盤を掘削する向きにロッド2が回転しながら掘進するときに、ロッド2が回転し続ける限り、バルブ13が上部供給管11の上端を閉塞して下部供給管12の上端を開放状態に保ち、ロッド2が逆向きに回転しながら引き抜かれるときに、ロッド2が回転し続ける限り、バルブ13が下部供給管12を閉塞して上部供給管11を開放状態に保つ。攪拌装置1が1本のロッド2からなる単軸の場合には基本的にロッド2は掘進時に正回転(時計回りに回転)する。
【0051】
図示するように攪拌装置1が2本のロッド2,2を有する2軸型の場合、2本のロッド2,2は減速機で互いに接続されることによりいずれか一方のロッド2が正回転するときには他方が逆回転(反時計回りに回転)することから、例えば図1〜図3において右側のロッド2が正回転するときは左側のロッド2が逆回転するため、両ロッド2,2は互いに対称形に製作され、右側のロッド2が正回転してバルブ13が上部供給管11を閉塞するとき、左側のロッド2は逆回転してバルブ13が上部供給管11を閉塞することになる。
【0052】
ケーシング5はロッド2が単軸の場合は平面上、正方形状に、2軸以上の場合は図9に示すように長方形状にプレート等から組み立てられ、ロッド2の噴射口7の位置の外周から距離を隔てて配置され、ロッド2を包囲する軸受け15から張り出すアーム16に接続されることによりロッド2の回転から絶縁された状態でロッド2に支持される。
【0053】
ケーシング5はロッド2への支持状態で立面上、少なくとも噴射口7を覆う高さを持ち、噴射口7はケーシング5の高さの範囲内に位置する。噴射口7から噴射される液体や気体の、周辺地盤への飛散を確実に防止する上ではケーシング5の高さは大きい方がよい。
【0054】
ケーシング5は掘削翼3bが直接切削しない原地盤土中を降下することから、降下時の抵抗を軽減するために、図1〜図3に示すようにケーシング5の下端は鋸状に形成されており、またケーシング5がロッド2の降下時にケーシング5が改良すべき地盤をその外部と区画しつつ、ケーシング5の内側の原地盤土をロッド2側へ取り込み、取り込んだ土砂がケーシング5の上に位置する攪拌翼4によって攪拌されるよう、ケーシング5の下端の先端は刃状に形成されている。
【0055】
ケーシング5の、外形を含めた平面積は、ロッド2の降下時の鉛直性を維持する上で、攪拌翼4がケーシング5の外側の地盤を緩めることがないよう、図9に示すようにケーシング5から攪拌翼4の先端が突出せず、攪拌翼4のみが改良する円柱状の改良体17に外接する大きさであり、攪拌翼4がケーシング5の外側の地盤を切削しないことで、ケーシング5はその外側の周辺地盤から拘束を受けながら降下する。
【0056】
図1に示す、ロッド2に下部吐出口8が形成された攪拌装置1を用いた地盤改良は主として攪拌装置1の掘進時に下部吐出口8からの固化材液や薬液等の液体の吐出が行われ、引き抜き時に攪拌翼4による機械攪拌と、噴射口7から噴射される水や空気等の液体や気体による噴射攪拌が行われる。
【0057】
図2,図3に示す、ロッド2に下部吐出口8と上部吐出口9が形成された攪拌装置1を用いた地盤改良は攪拌装置1の掘進時に下部吐出口8からの液体の吐出が行われ、引き抜き時に上部吐出口9からの液体の吐出が行われる。図1〜図3のいずれの場合も、噴射口7から液体を吐出することもある。
【0058】
図2,図3に示す攪拌装置1を用いた地盤改良の施工手順を図10に示す。(a)は攪拌装置1を位置決めした状態を、(b)はロッド2を正回転、または逆回転させながら降下させることにより掘削翼3bで地盤を掘削すると同時に、ロッド2の下部吐出口8から固化材液や薬液等の液体を吐出し、攪拌翼4で掘削土と液体を攪拌・混合しながら攪拌装置1を地中に貫入させている状態を示す。前記のようにロッド2の降下時、噴射口7からは攪拌翼4による攪拌を補うための水や空気、あるいは固化材液や薬液等が噴射される。
【0059】
(c)は目標深度までの貫入が完了し、掘削土と液体の混合物である改良体17の下端部を形成した状態を示す。(d)はロッド2を掘進時とは逆向きに回転させながら攪拌装置1を引き抜いている状態を、(e)は1度の施工が完了した状態を示す。
【0060】
ロッドの上昇時には降下時と同様に噴射口7から水や空気等が噴射される。掘削土と液体の入念な混合を行う上では、掘削翼3bが最深度に到達した後、改良体17の先端部分において攪拌装置1の上昇と降下が繰り返される。
【0061】
【発明の効果】
地盤を先行して掘削する掘削翼が先端に接続される1本、もしくは複数本のロッドの先端部より上方位置に箱形のケーシングを装着し、ロッドに形成される噴射口から液体や気体をケーシングの内周面に向けて噴射し、噴射した液体や気体をケーシングの範囲内に留めるため、噴射口の角度を一定に保ったまま、噴射液体の周辺地盤への浸透を防止することができる。
【0062】
特にロッドの噴射口がケーシングの高さの範囲内に位置し、噴射口からケーシングの内周面に向けて液体や気体が噴射されることで、最も遠方へ到達する液体や気体はケーシングの内周面に衝突するため、周辺地盤まで到達するような圧力を与えられても、平面上はケーシングの範囲内に留まり、ケーシングの外側への流出、すなわち周辺地盤への浸透が防止される。
【0063】
また液体や気体はロッドに形成された噴射口からケーシングの内周面に向けて噴射されるため、攪拌翼から、ロッドの半径方向に対して傾斜した方向に噴射される場合のように噴射時の反力がロッドの回転に影響することはない。
【0064】
加えて噴射口以外の吐出口から固化材液を吐出し、噴射口からは噴射による固化材液と掘削土の攪拌を目的とした水や空気を噴射する場合にも水や空気が周辺地盤を緩めることがないため、固化材液と掘削土の混合物である地盤改良体の周辺地盤による拘束効果が維持され、地盤改良体の安定性を保つことができる。
【0065】
請求項2ではロッドの先端部に液体を吐出する下部吐出口を形成し、ロッドの内部に下部吐出口まで液体を供給する供給管を配置することで、ロッドが正回転、または逆回転しながら降下するときに下部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出するため、液体の吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって効果的に液体と掘削土を攪拌することができ、液体の吐出区間において原地盤土を均質に地盤改良することが可能になる。
【0066】
請求項3ではロッドの先端部に液体を吐出する下部吐出口を、ロッドの、ケーシングより上方位置に液体を吐出する上部吐出口をそれぞれ形成し、上部吐出口を供給管と連通可能にすることで、ロッドが正回転、または逆回転しながら降下するときに下部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出し、ロッドが逆回転、または正回転しながら上昇するときに上部吐出口から液体を吐出することができるため、液体の吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって効果的に液体と掘削土を攪拌することができ、請求項2の場合より一層、原地盤土を均質に地盤改良することが可能になる。
【0067】
請求項4、請求項5では請求項3において、供給管をロッドの正回転時に上部吐出口と下部吐出口のいずれか一方に連通させ、逆回転時に他方に連通させるため、ロッドの降下時に下部吐出口から液体を吐出し、ロッドの上昇時に上部吐出口から液体を吐出することができる。
【0068】
特に請求項5では上部吐出口より上方位置で、上部吐出口に連通する上部供給管と、下部吐出口に連通する下部供給管とに供給管が分離し、上部供給管と下部供給管の上端位置にロッドの正回転開始時と逆回転開始時の慣性によりロッドの周方向に移動自在なバルブと、バルブを常に下方へ付勢するばねを配置し、バルブによって上部供給管と下部供給管の上端を開放状態と閉塞状態とに切り換えるため、単純な機構によってロッドの降下時に下部吐出口から液体を吐出し、ロッドの上昇時に上部吐出口から液体を吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ロッドに噴射口と下部吐出口を形成した場合の攪拌装置の概要を示した立面図である。
【図2】ロッドに噴射口と下部吐出口及び上部吐出口を形成し、高圧供給管をロッドの外部に配置した場合の攪拌装置の概要を示した立面図である。
【図3】ロッドに噴射口と下部吐出口及び上部吐出口を形成し、高圧供給管をロッドの内部に配置した場合の攪拌装置の概要を示した立面図である。
【図4】図3に示す攪拌装置の右側のロッドの内部の詳細を示した断面図である。
【図5】(a)は図4のx−x線断面図、(b)はy−y線断面図である。
【図6】高圧供給管と噴射口の連通状態と、供給管と下部及び上部吐出口の連通状態を示した斜視図である。
【図7】上部供給管と下部供給管上のバルブとばねの納まり状態を示した、ロッドの半径方向の断面図である。
【図8】図7のz−z線断面図である。
【図9】ロッドとケーシングの関係を示した平面図である。
【図10】(a)〜(e)は攪拌装置による施工手順を示した斜視図である。
【符号の説明】
1……噴射式攪拌装置、2……ロッド、21……ロッド本体、22……ロッド本体、23……(上部)連結部、24……ジョイント部、24a……空洞部、25……(下部)連結部、3……掘削翼ユニット、3a……ジョイント部、3b……掘削翼、3c……掘削爪、3d……管路、4……攪拌翼、5……ケーシング、6……高圧供給管、6a……管路、7……噴射口、8……下部吐出口、9……上部吐出口、10……供給管、10a……外管、10b……空隙部、10c……管路、10d……空隙部、10e……中空部、10f……管路、10g……中空部、11……上部供給管、12……下部供給管、13……バルブ、14……ばね、15……軸受け、16……アーム、17……改良体。
【発明の属する技術分野】
この発明は固化材液や薬液、もしくは水等の液体、または空気等の気体を高圧で噴射することにより原地盤の強化や中和等の目的に応じた地盤改良を実施する噴射式攪拌装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば固化材液等の噴射により掘削土と固化材液等を攪拌・混合し、原地盤を地盤改良する方法はロッドの外周等にロッドの内部に連通するノズルを接続し、ロッド先端部の掘削翼が掘削した掘削孔の孔壁に向け、回転するロッドのノズルから固化材液等を噴射し、これを掘削孔内に満遍なく行き渡らせることにより攪拌・混合が行われる。
【0003】
しかしながら、固化材液等は高圧で掘削孔の孔壁に対して噴射され、孔壁に到達する圧力を与えられることから、噴射した先に回転する攪拌翼が存在しなければ、砂質地盤のように粘性のない原地盤においては固化材液等が攪拌すべき掘削土中に留まらず、孔壁から周辺地盤中に浸透する可能性がある。
【0004】
固化材液等をノズルとは別の吐出口から吐出し、ノズルからは攪拌を目的とした水や空気を噴射する場合には水や空気が周辺地盤に直接到達することで、周辺地盤を緩める可能性もある。
【0005】
このため、高圧噴射のみによっては掘削土と固化材液等を効率的に攪拌することは難しく、多くの場合、攪拌翼による機械攪拌が併用される(特許文献1、特許文献2参照)。
【0006】
特許文献1、特許文献2では上下に隣接する、またはロッドの回転方向に隣接する2枚の攪拌翼の先端にノズルを接続し、2方向のノズルから噴射される液体を交差させることで液体の到達距離を制御し、円柱状に構築される地盤改良体の中心寄りの領域を攪拌翼によって攪拌し、周辺寄りの領域を噴射によって攪拌するようにしている。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−346020号公報(図1〜図3)
【特許文献2】
特開2001−115446号公報(図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1、特許文献2によれば、ノズルからの噴射の方向が孔壁を向かないため、液体が孔壁の周辺地盤中に浸透することを抑制することはできるが、攪拌翼による機械攪拌と噴射攪拌の領域を区分するために、径の異なる地盤改良体毎に各ノズルの角度を調整しなければならないため、機構が複雑化する難点がある。
【0009】
またノズルがロッド本体ではなく、ロッドから半径方向に張り出した攪拌翼に接続されることから、ロッドの半径方向に対して傾斜した方向に液体を噴射する場合、噴射時の反力がロッドの回転に影響する可能性があり、例えば回転方向に隣接する攪拌翼のノズルからの噴射方向の交点が平面上、両ノズル間の中心線上になければ、噴射時に各ノズルに作用する反力が均等にならなくなり、ロッドの回転に狂いが生ずる可能性がある。
【0010】
この発明はノズルの角度調整を要さず、またロッドの回転に狂いを生じさせることなく、噴射液体等の周辺地盤中への浸透を防止する噴射式攪拌装置を提案するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明では地盤を先行して掘削する掘削翼が先端に接続される1本、もしくは複数本のロッドの先端部より上方位置に箱形のケーシングを装着し、ロッドに形成される噴射口から液体や気体をケーシングの内周面に向けて噴射し、噴射した液体や気体をケーシングの範囲内に留めることにより、噴射口の角度を一定に保ったまま、噴射液体等の周辺地盤への浸透を防止する。各ロッドの外周には液体や気体の噴射による攪拌を補う攪拌翼が突設される。
【0012】
ケーシングはロッドの外周から距離を隔て、ロッドの回転から絶縁された状態でロッドに支持され、ロッドの掘進(降下)時と引き抜き(上昇)時にロッドの回転に関係なく常にロッドに対する平面上の位置を維持する。
【0013】
各ロッドの、ケーシングの高さの範囲内には高圧の液体、もしくは気体を地盤中に噴射する噴射口が形成され、各ロッドの内部、もしくは外部に前記噴射口まで前記液体、もしくは気体を供給する高圧供給管が配置される。高圧供給管を通じて供給された液体や気体は回転するロッドの噴射口からケーシングの内周面に向けて噴射され、掘削孔内全体に行き渡る。
【0014】
ロッドの噴射口がケーシングの高さの範囲内に位置し、噴射口からケーシングの内周面に向けて液体や気体が噴射されることで、最も遠方へ到達する液体や気体はケーシングの内周面に衝突するため、ケーシングがない場合に周辺地盤まで到達するような圧力を与えられて噴射された場合でも、平面上、液体や気体はケーシングの範囲内に留まり、ケーシングの外側への流出、すなわち周辺地盤への浸透が防止される。
【0015】
液体や気体はロッドに形成された噴射口からロッドの半径方向等、ケーシングの内周面に向けて噴射されるため、攪拌翼から、ロッドの半径方向に対して傾斜した方向に噴射される場合のように噴射時の反力がロッドの回転に影響する事態は発生しない。
【0016】
また請求項2、請求項3に記載のように噴射口以外の吐出口から固化材液を吐出し、噴射口からは噴射による固化材液と掘削土の攪拌を目的とした水や空気を噴射する場合にも水や空気が周辺地盤を緩めることがなく、固化材液と掘削土の混合物である地盤改良体の周辺地盤による拘束効果が維持され、地盤改良体の安定性が保たれる。
【0017】
噴射口からは攪拌装置の使用目的に応じて固化材液や薬液、もしくは水等の液体、または空気等の気体が高圧で噴射される。地盤の支持力を高めるために掘削土との攪拌・混合により地盤中にソイルセメントの地盤改良体を構築する場合にはセメントミルクやセメントスラリー等の固化材液が使用され、汚染地盤を中和する目的の場合には地盤の状況に応じたアルカリや酸その他の中和剤を含む薬液が使用される。
【0018】
ケーシングの高さの範囲内の噴射口の他に、請求項2に記載のようにロッドの先端部に下部吐出口が形成され、または請求項3に記載のように下部吐出口に加え、ロッドの、ケーシングより上方位置に上部吐出口が形成され、下部吐出口と上部吐出口の少なくともいずれか一方から上記使用目的に応じた固化材液や薬液等の液体が吐出される場合には、噴射口からは必ずしも固化材液や薬液等を噴射する必要はなく、主として攪拌を目的とした水、または空気等の気体を噴射すれば足りる。
【0019】
ケーシングは箱形の形状をすることで、ロッドの降下時と上昇時に掘削翼が掘削した掘削土を強制的に直方体状に均す働きをするため、掘削土と固化材液との攪拌・混合により地盤改良体を構築する場合や、掘削土と薬液との攪拌・混合により原地盤土を中和して改良する場合に、ケーシングがない場合より改良範囲を拡大することが可能になる。
【0020】
例えばロッドが2軸で、ケーシングがない場合、回転する掘削翼によって原地盤土は2本の円柱が重複した形に改良されるが、本発明の場合にはケーシングの存在により、原地盤土が掘削翼によって円柱状に切削されながらも、ロッドの降下時にケーシングが改良すべき地盤をその外部と区画し、ケーシングの内側の原地盤土をロッド側へ取り込むため、取り込まれた原地盤土がケーシングの上に位置する攪拌翼によって攪拌されることで、原地盤土と固化材液や薬液の混合物は2本の円柱が重複した形に外接する大きさの直方体状に成型されることになり、2本の円柱が重複した形より改良範囲が拡大する。
【0021】
ロッドの先端部に液体を吐出する下部吐出口が形成され、ロッドの内部に下部吐出口まで液体を供給する供給管が配置された請求項2の場合、下部吐出口からはロッドの降下時に固化材液や薬液等の液体が吐出され、吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって掘削土と攪拌・混合される。
【0022】
下部吐出口に加え、ロッドの、ケーシングより上方位置に液体を吐出する上部吐出口が形成され、上部吐出口が供給管と連通可能となった請求項3の場合は、例えばロッドの降下時に下部吐出口から液体が吐出され、ロッドの上昇時に上部吐出口から固化材液や薬液等の液体が吐出され、吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって掘削土と攪拌・混合される。攪拌翼による攪拌・混合はロッドの降下時と上昇時に行われるため、請求項3の場合、ロッドの降下時に上部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出することもある。
【0023】
請求項2ではロッドが正回転、または逆回転しながら降下するときに下部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出することにより、請求項3ではロッドが正回転、または逆回転しながら降下するときに下部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出し、ロッドが逆回転、または正回転しながら上昇するときに上部吐出口から液体を吐出することにより、液体の吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって効果的に液体と掘削土を攪拌することができるため、液体の吐出区間において原地盤土を均質に地盤改良することが可能になる。
【0024】
請求項3において、ロッドの降下時に下部吐出口から液体を吐出し、ロッドの上昇時に上部吐出口から液体を吐出する場合には、請求項4に記載のように供給管はロッドの正回転時に上部吐出口と下部吐出口のいずれか一方に連通し、逆回転時に他方に連通する。
【0025】
供給管が上部吐出口と下部吐出口のいずれかに連通するときが、正回転(時計回りの回転)時であるか逆回転(反時計回りの回転)時であるかはロッドが掘進(降下)するときに、ロッドの先端に接続される掘削翼が地盤を掘削する向きによって決まり、例えば掘削翼が正回転することで地盤を掘削する場合は正回転による降下時に供給管が下部吐出口に連通し、逆回転によるロッドの引き抜き(上昇)時に供給管が上部吐出口に連通するように液体の吐出位置が切り換えられる。掘削翼が逆回転することで地盤を掘削する場合は逆回転による降下時に供給管が下部吐出口に連通し、正回転によるロッドの上昇時に供給管が上部吐出口に連通するように液体の吐出位置が切り換えられる。
【0026】
供給管がロッドの正回転時、または逆回転時に上部吐出口と下部吐出口のいずれか一方に連通し、逆回転時に他方に連通することは、具体的には請求項5に記載のように上部吐出口より上方位置で、供給管が上部吐出口に連通する上部供給管と、下部吐出口に連通する下部供給管とに分離し、上部供給管と下部供給管の上端位置にロッドの正回転開始時と逆回転開始時の慣性によりロッドの周方向に移動自在なバルブと、バルブを常に下方へ付勢するばねが配置され、上部供給管と下部供給管の上端が開放状態と閉塞状態とに切り換えられることにより行われる。
【0027】
バルブはロッドの正回転開始時に上部供給管と下部供給管のいずれか一方の上端を閉塞して他方の上端を開放させ、ロッドの逆回転開始時に前記他方の上端を閉塞して前記一方の上端を開放させる。供給管はロッドが正回転し続ける間、上部吐出口と下部吐出口のいずれか一方に連通し、逆回転し続ける間、他方に連通する。
【0028】
この場合、上部供給管と下部供給管の上端位置にバルブとそれ付勢するばねを配置するのみで、上部供給管と下部供給管の上端を開放状態と閉塞状態とに切り換えることができるため、単純な機構によってロッドの降下時に下部吐出口から液体を吐出し、ロッドの上昇時に上部吐出口から液体を吐出することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明の噴射式攪拌装置(以下攪拌装置)1は図1〜図3に示すように先端に掘削翼3bが接続され、外周に攪拌翼4が突設された1本、もしくは並列する複数本のロッド2と、ロッド2の先端部より上方位置に、ロッド2の外周から距離を隔て、ロッド2の回転から絶縁された状態でロッド2に支持される箱形のケーシング5から構成され、回転するロッド2からケーシング5の高さの範囲内に液体、もしくは気体を高圧で噴射して掘削土を攪拌する装置である。
【0030】
各ロッド2の内部、もしくは外部にはケーシング5の高さの範囲まで液体、もしくは気体をコンプレッサーにより高圧で供給する高圧供給管6が配置され、ロッド2の、ケーシング5の高さの範囲内に、高圧供給管6に連通し、前記液体や気体を噴射する噴射口7が形成される。図1,図3はロッド2の内部に高圧供給管6を配置した場合、図2はロッド2の外部に配置した場合を示す。
【0031】
攪拌装置1が図示するような2軸の場合に、各噴射口7からの液体等の噴射時の、ロッド2への反力を相殺する上では、図1,図3に示すように各ロッド2の噴射口7を互いに逆向きに形成する方がよいが、反力の影響が大きくならない場合には必ずしもその必要はない。
【0032】
高圧供給管6は図1,図3に示すように各ロッド2の内部、もしくは図2に示すように外部に固定された状態で配置され、下端部は屈曲、もしくは湾曲し、先端の噴射口7は掘削翼3bによって形成される掘削孔の孔壁側を向く。噴射口7には噴射時の圧力を調整するノズルを付ける場合もある。
【0033】
液体や気体を掘削孔内に満遍なく行き渡らせる上では高圧で噴射される液体や気体がケーシング5に到達できればよいため、噴射口7は必ずしもロッド2の半径方向を向く必要はなく、平面上、半径方向に対して角度が付く場合の他、立面上、水平に対して角度が付く場合もある。
【0034】
液体や気体はロッド2の噴射口7からケーシング5の内周面に向けて噴射され、最も遠方へ到達する液体や気体がケーシング5の内周面に衝突することでケーシング5の外側への流出が阻止され、平面上はケーシング5の範囲内に留められる。液体や気体はロッド2が回転しながら噴射口7から噴射されることによりケーシング5内の全体に行き渡り、ロッド2の先端の掘削翼3bが掘削した掘削土をケーシング5の範囲内において攪拌する。
【0035】
液体には攪拌装置1の使用目的に応じて固化材液や薬液、もしくは水等が使用され、気体には空気等が使用される。液体としては、特に地盤の支持力を高めるために掘削土との攪拌・混合により地盤中にソイルセメントの地盤改良体を構築する場合にはセメントミルクやセメントスラリー等の固化材液が使用され、汚染地盤を中和する目的の場合には地盤状況に応じたアルカリや酸その他の中和剤を含む薬液が使用される。
【0036】
図1に示すようにロッド2の先端部に液体を吐出する下部吐出口8が形成された場合(請求項2)、または図2,図3に示すように下部吐出口8に加え、ロッド2の、ケーシング5より上方位置に同じく液体を吐出する上部吐出口9が形成された場合(請求項3)で、下部吐出口8と上部吐出口9の少なくともいずれか一方から固化材液や薬液等の液体が吐出される場合には、下部吐出口8と上部吐出口9の少なくともいずれか一方からの吐出によって液体と原地盤土との攪拌・混合が行われるため、噴射口7からは主として攪拌を目的とした水、または空気等の気体が噴射される。
【0037】
液体や気体の噴射時の圧力は対象地盤の土質に応じて自由に設定されるが、例えば砂質地盤では具体的には980N/cm2程度の圧力が目安になる。
【0038】
下部吐出口8が形成される場合と、下部吐出口8と上部吐出口9が形成される場合、ロッド2の内部には下部吐出口8まで液体を供給する供給管10が高圧供給管6とは別系統で配置される。
【0039】
図2,図3のようにロッド2に下部吐出口8と上部吐出口9を形成した場合、後述のように供給管10が下部吐出口8に連通する状態と、上部吐出口9に連通する状態とに切り換えられるため、攪拌装置1の掘進時に下部吐出口8から吐出される液体と、引き抜き時に上部吐出口9から吐出される液体が同一の場合と異なる場合がある。
【0040】
図3の詳細を示す図4ではロッド2の上端部から噴射口7までに高圧供給管6となる内管を配置し、ロッド2の上端部の一部の区間の内管の回りに供給管10となる外管10aを配置し、上部吐出口9から下部吐出口8までの区間では中空のロッド2自体を供給管10として利用し、ロッド2の下端部に形成された下部吐出口8まで液体を供給している。
【0041】
図4は掘削翼3bを有する先端部側のロッド2を示しており、図4に示すロッド2の上端部にはそれより上のロッドに接続されるための中実断面のジョイント部24が接続されているが、上記外管10aはジョイント部24の上端から中途まで配置され、中途からジョイント部24の下端までの区間には高圧供給管6から分離した別系統の管路10cを形成し、管路10cと上部吐出口9及び下部吐出口8を後述の空隙部10dを通じて連通させている。外管10aの下端には外管10aと管路10cを連通させる空隙部10bが形成される。図4のx−x線の断面を図5−(a)に、y−y線の断面を図5−(b)に示す。
【0042】
図4に示すロッド2は上下に分離した2本の中空管のロッド本体21,22と、上側のロッド本体21の上に連結される中実断面の連結部23と、連結部23の上に連結される上記のジョイント部24と、ロッド本体21,22を連結する中実断面の連結部25と、下側のロッド本体22の下に連結される、掘削翼3bを有する掘削翼ユニット3から構成されている。掘削翼ユニット3はロッド本体22に連結される中実断面のジョイント部3aと、その外周の、掘削爪3cが形成された掘削翼3bから構成される。
【0043】
管路10cは図6に示すように上部吐出口9より上方位置で、上部吐出口9に連通する上部供給管11と、下部吐出口8に連通する下部供給管12とに分離し、管路10cと上部供給管11及び下部供給管12との間には両者を連通させる空隙部10dが形成される。下部供給管12はその下の、供給管10となる上側のロッド本体21の中空部10eに連通する。上部供給管11及び下部供給管12の上端の開放状態と閉塞状態は空隙部10dに配置される後述のバルブ13によって切り換えられる。
【0044】
上側のロッド本体21の下端に連結される連結部23には高圧供給管6の下端に連通する管路6aと、ロッド本体21の中空部10eに連通する管路10fが形成され、管路6aの先端に噴射口7が形成され、管路10fの下端は供給管10となる下側のロッド本体22の中空部10gに連通する。噴射口7には前記のように必要によりノズルが接続される。
【0045】
下側のロッド本体22の中空部10gはロッド本体22の下端まで連通し、それに連結される掘削翼ユニット3のジョイント部3aに、中空部10gに連通する管路3dが形成され、その先端に下部吐出口8が形成される。
【0046】
ロッド2のジョイント部24の下端部の、連結部23との境界位置の空隙部10dには、ロッド2の正回転開始時と逆回転開始時の慣性によりロッド2の周方向に移動自在なボール(球)状のバルブ13と、バルブ13を常に下方である連結部23側へ付勢するばね14が配置される。
【0047】
ジョイント部24の下端部の空隙部10dに面する位置には図7,図8に示すようにばね14とバルブ13が納まる例えば箱形の空洞部24aが形成され、空洞部24aの上端にばね14の上端が接続される。バルブ13はばね14によって下向きに付勢されることで連結部23の上端に密着した状態を維持する。
【0048】
ばね14は空洞部24a内で、ロッド2の正回転開始時と、逆回転開始時の慣性により揺動自在に上端において空洞部24aの上端に接続され、バルブ13はばね14に常に付勢されたまま、その揺動により上部供給管11と下部供給管12のいずれかの上端に密着して閉塞し、上部供給管11の上端と下部供給管12の上端を開放状態と閉塞状態とに切り換える。
【0049】
バルブ13の径は上部供給管11と下部供給管12の径より大きく、バルブ13は上部供給管11と下部供給管12のいずれかの上端を塞ぐときに一部がそのいずれかの内部に入り込み、安定する。図7ではロッド2の正回転開始時と逆回転開始時の慣性によりバルブ13が容易に移動できるよう、上部供給管11と下部供給管12の上端を含む連結部23の上端を円弧面状に形成している。
【0050】
具体的には掘削翼3bが地盤を掘削する向きにロッド2が回転しながら掘進するときに、ロッド2が回転し続ける限り、バルブ13が上部供給管11の上端を閉塞して下部供給管12の上端を開放状態に保ち、ロッド2が逆向きに回転しながら引き抜かれるときに、ロッド2が回転し続ける限り、バルブ13が下部供給管12を閉塞して上部供給管11を開放状態に保つ。攪拌装置1が1本のロッド2からなる単軸の場合には基本的にロッド2は掘進時に正回転(時計回りに回転)する。
【0051】
図示するように攪拌装置1が2本のロッド2,2を有する2軸型の場合、2本のロッド2,2は減速機で互いに接続されることによりいずれか一方のロッド2が正回転するときには他方が逆回転(反時計回りに回転)することから、例えば図1〜図3において右側のロッド2が正回転するときは左側のロッド2が逆回転するため、両ロッド2,2は互いに対称形に製作され、右側のロッド2が正回転してバルブ13が上部供給管11を閉塞するとき、左側のロッド2は逆回転してバルブ13が上部供給管11を閉塞することになる。
【0052】
ケーシング5はロッド2が単軸の場合は平面上、正方形状に、2軸以上の場合は図9に示すように長方形状にプレート等から組み立てられ、ロッド2の噴射口7の位置の外周から距離を隔てて配置され、ロッド2を包囲する軸受け15から張り出すアーム16に接続されることによりロッド2の回転から絶縁された状態でロッド2に支持される。
【0053】
ケーシング5はロッド2への支持状態で立面上、少なくとも噴射口7を覆う高さを持ち、噴射口7はケーシング5の高さの範囲内に位置する。噴射口7から噴射される液体や気体の、周辺地盤への飛散を確実に防止する上ではケーシング5の高さは大きい方がよい。
【0054】
ケーシング5は掘削翼3bが直接切削しない原地盤土中を降下することから、降下時の抵抗を軽減するために、図1〜図3に示すようにケーシング5の下端は鋸状に形成されており、またケーシング5がロッド2の降下時にケーシング5が改良すべき地盤をその外部と区画しつつ、ケーシング5の内側の原地盤土をロッド2側へ取り込み、取り込んだ土砂がケーシング5の上に位置する攪拌翼4によって攪拌されるよう、ケーシング5の下端の先端は刃状に形成されている。
【0055】
ケーシング5の、外形を含めた平面積は、ロッド2の降下時の鉛直性を維持する上で、攪拌翼4がケーシング5の外側の地盤を緩めることがないよう、図9に示すようにケーシング5から攪拌翼4の先端が突出せず、攪拌翼4のみが改良する円柱状の改良体17に外接する大きさであり、攪拌翼4がケーシング5の外側の地盤を切削しないことで、ケーシング5はその外側の周辺地盤から拘束を受けながら降下する。
【0056】
図1に示す、ロッド2に下部吐出口8が形成された攪拌装置1を用いた地盤改良は主として攪拌装置1の掘進時に下部吐出口8からの固化材液や薬液等の液体の吐出が行われ、引き抜き時に攪拌翼4による機械攪拌と、噴射口7から噴射される水や空気等の液体や気体による噴射攪拌が行われる。
【0057】
図2,図3に示す、ロッド2に下部吐出口8と上部吐出口9が形成された攪拌装置1を用いた地盤改良は攪拌装置1の掘進時に下部吐出口8からの液体の吐出が行われ、引き抜き時に上部吐出口9からの液体の吐出が行われる。図1〜図3のいずれの場合も、噴射口7から液体を吐出することもある。
【0058】
図2,図3に示す攪拌装置1を用いた地盤改良の施工手順を図10に示す。(a)は攪拌装置1を位置決めした状態を、(b)はロッド2を正回転、または逆回転させながら降下させることにより掘削翼3bで地盤を掘削すると同時に、ロッド2の下部吐出口8から固化材液や薬液等の液体を吐出し、攪拌翼4で掘削土と液体を攪拌・混合しながら攪拌装置1を地中に貫入させている状態を示す。前記のようにロッド2の降下時、噴射口7からは攪拌翼4による攪拌を補うための水や空気、あるいは固化材液や薬液等が噴射される。
【0059】
(c)は目標深度までの貫入が完了し、掘削土と液体の混合物である改良体17の下端部を形成した状態を示す。(d)はロッド2を掘進時とは逆向きに回転させながら攪拌装置1を引き抜いている状態を、(e)は1度の施工が完了した状態を示す。
【0060】
ロッドの上昇時には降下時と同様に噴射口7から水や空気等が噴射される。掘削土と液体の入念な混合を行う上では、掘削翼3bが最深度に到達した後、改良体17の先端部分において攪拌装置1の上昇と降下が繰り返される。
【0061】
【発明の効果】
地盤を先行して掘削する掘削翼が先端に接続される1本、もしくは複数本のロッドの先端部より上方位置に箱形のケーシングを装着し、ロッドに形成される噴射口から液体や気体をケーシングの内周面に向けて噴射し、噴射した液体や気体をケーシングの範囲内に留めるため、噴射口の角度を一定に保ったまま、噴射液体の周辺地盤への浸透を防止することができる。
【0062】
特にロッドの噴射口がケーシングの高さの範囲内に位置し、噴射口からケーシングの内周面に向けて液体や気体が噴射されることで、最も遠方へ到達する液体や気体はケーシングの内周面に衝突するため、周辺地盤まで到達するような圧力を与えられても、平面上はケーシングの範囲内に留まり、ケーシングの外側への流出、すなわち周辺地盤への浸透が防止される。
【0063】
また液体や気体はロッドに形成された噴射口からケーシングの内周面に向けて噴射されるため、攪拌翼から、ロッドの半径方向に対して傾斜した方向に噴射される場合のように噴射時の反力がロッドの回転に影響することはない。
【0064】
加えて噴射口以外の吐出口から固化材液を吐出し、噴射口からは噴射による固化材液と掘削土の攪拌を目的とした水や空気を噴射する場合にも水や空気が周辺地盤を緩めることがないため、固化材液と掘削土の混合物である地盤改良体の周辺地盤による拘束効果が維持され、地盤改良体の安定性を保つことができる。
【0065】
請求項2ではロッドの先端部に液体を吐出する下部吐出口を形成し、ロッドの内部に下部吐出口まで液体を供給する供給管を配置することで、ロッドが正回転、または逆回転しながら降下するときに下部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出するため、液体の吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって効果的に液体と掘削土を攪拌することができ、液体の吐出区間において原地盤土を均質に地盤改良することが可能になる。
【0066】
請求項3ではロッドの先端部に液体を吐出する下部吐出口を、ロッドの、ケーシングより上方位置に液体を吐出する上部吐出口をそれぞれ形成し、上部吐出口を供給管と連通可能にすることで、ロッドが正回転、または逆回転しながら降下するときに下部吐出口から固化材液や薬液等の液体を吐出し、ロッドが逆回転、または正回転しながら上昇するときに上部吐出口から液体を吐出することができるため、液体の吐出後にその位置を通過する攪拌翼によって効果的に液体と掘削土を攪拌することができ、請求項2の場合より一層、原地盤土を均質に地盤改良することが可能になる。
【0067】
請求項4、請求項5では請求項3において、供給管をロッドの正回転時に上部吐出口と下部吐出口のいずれか一方に連通させ、逆回転時に他方に連通させるため、ロッドの降下時に下部吐出口から液体を吐出し、ロッドの上昇時に上部吐出口から液体を吐出することができる。
【0068】
特に請求項5では上部吐出口より上方位置で、上部吐出口に連通する上部供給管と、下部吐出口に連通する下部供給管とに供給管が分離し、上部供給管と下部供給管の上端位置にロッドの正回転開始時と逆回転開始時の慣性によりロッドの周方向に移動自在なバルブと、バルブを常に下方へ付勢するばねを配置し、バルブによって上部供給管と下部供給管の上端を開放状態と閉塞状態とに切り換えるため、単純な機構によってロッドの降下時に下部吐出口から液体を吐出し、ロッドの上昇時に上部吐出口から液体を吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ロッドに噴射口と下部吐出口を形成した場合の攪拌装置の概要を示した立面図である。
【図2】ロッドに噴射口と下部吐出口及び上部吐出口を形成し、高圧供給管をロッドの外部に配置した場合の攪拌装置の概要を示した立面図である。
【図3】ロッドに噴射口と下部吐出口及び上部吐出口を形成し、高圧供給管をロッドの内部に配置した場合の攪拌装置の概要を示した立面図である。
【図4】図3に示す攪拌装置の右側のロッドの内部の詳細を示した断面図である。
【図5】(a)は図4のx−x線断面図、(b)はy−y線断面図である。
【図6】高圧供給管と噴射口の連通状態と、供給管と下部及び上部吐出口の連通状態を示した斜視図である。
【図7】上部供給管と下部供給管上のバルブとばねの納まり状態を示した、ロッドの半径方向の断面図である。
【図8】図7のz−z線断面図である。
【図9】ロッドとケーシングの関係を示した平面図である。
【図10】(a)〜(e)は攪拌装置による施工手順を示した斜視図である。
【符号の説明】
1……噴射式攪拌装置、2……ロッド、21……ロッド本体、22……ロッド本体、23……(上部)連結部、24……ジョイント部、24a……空洞部、25……(下部)連結部、3……掘削翼ユニット、3a……ジョイント部、3b……掘削翼、3c……掘削爪、3d……管路、4……攪拌翼、5……ケーシング、6……高圧供給管、6a……管路、7……噴射口、8……下部吐出口、9……上部吐出口、10……供給管、10a……外管、10b……空隙部、10c……管路、10d……空隙部、10e……中空部、10f……管路、10g……中空部、11……上部供給管、12……下部供給管、13……バルブ、14……ばね、15……軸受け、16……アーム、17……改良体。
Claims (5)
- 先端に掘削翼が接続され、外周に攪拌翼が突設された1本、もしくは並列する複数本のロッドと、ロッドの先端部より上方位置に、ロッドの外周から距離を隔て、ロッドの回転から絶縁された状態でロッドに支持される箱形のケーシングから構成され、各ロッドの、ケーシングの高さの範囲内に高圧の液体、もしくは気体を地盤中に噴射する噴射口が形成され、各ロッドの内部、もしくは外部に前記噴射口まで前記液体、もしくは気体を供給する高圧供給管が配置され、回転するロッドの前記噴射口からケーシングの内周面に向けて液体、もしくは気体を噴射し、噴射した液体、もしくは気体をケーシングの範囲内に留める噴射式攪拌装置。
- ロッドの先端部に液体を吐出する下部吐出口が形成され、ロッドの内部に下部吐出口まで液体を供給する供給管が配置されている請求項1記載の噴射式攪拌装置。
- ロッドの、ケーシングより上方位置に液体を吐出する上部吐出口が形成され、上部吐出口は供給管と連通可能となっている請求項2記載の噴射式攪拌装置。
- 供給管はロッドの正回転時に上部吐出口と下部吐出口のいずれか一方に連通し、逆回転時に他方に連通する請求項3記載の噴射式攪拌装置。
- 供給管は上部吐出口より上方位置で、上部吐出口に連通する上部供給管と、下部吐出口に連通する下部供給管とに分離し、上部供給管と下部供給管の上端位置にはロッドの正回転開始時と逆回転開始時の慣性によりロッドの周方向に移動自在なバルブと、バルブを常に下方へ付勢するばねが配置され、バルブはロッドの正回転時に上部供給管と下部供給管のいずれか一方の上端を閉塞して他方の上端を開放させ、ロッドの逆回転時に前記他方の上端を閉塞して前記一方の上端を開放させる請求項4記載の噴射式攪拌装置。
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JP2009019374A (ja) * | 2007-07-10 | 2009-01-29 | Taisei Corp | 地盤改良装置および地盤改良方法 |
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2002
- 2002-09-09 JP JP2002262295A patent/JP2004100235A/ja not_active Withdrawn
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