JP2004316287A - 大深度、大口径の地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤を掘削し、その掘削土壌中に安定材を注入し攪拌混合して地盤を改良する大深度、大口径の地盤改良装置を提供する。
【解決手段】上段の掘削攪拌手段は、放射方向に配置された複数本の立翼と、立翼の下端部に水平に設けられた薄肉厚のリング、及び複数本の攪拌翼とで構成されている。リングは大口径掘削孔と略同径とされており、少なくともその下端縁に下向きの掘削ビットが設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤を掘削し、その掘削土壌中に安定材を注入し攪拌混合して地盤を改良する地盤改良装置の技術分野に属し、更に云うと、大深度まで、大口径の地盤改良が可能な地盤改良装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤改良装置は、地盤を掘削し、その掘削土壌中に安定材を注入し攪拌混合して地盤を改良する構成であり、各種各様の装置が提案されている。例えば、
【０００３】
（ｉ）下記の特許文献１に開示された地盤改良装置は、掘削土壌と安定材とをムラなく攪拌混合することができるように、掘削攪拌手段が上下２段の構成とされている。下段の小径の掘削攪拌手段は内軸の下端部に取り付けられ、上段の大径の掘削攪拌手段は外軸の下端部に取り付けられ、両者は相反する方向に回転して地盤を掘削し攪拌混合する構成とされている。掘削軸は互いに反転する内軸と外軸との二重軸構造とされている。異径に構成された上下２段の掘削攪拌手段はそれぞれ、倒立コ字形状の立翼を放射方向に複数本設けた構成である。
【０００４】
（ｉｉ）下記の特許文献２に開示された地盤改良装置は、高い鉛直精度を維持して掘削を進めることができるように、その掘削攪拌手段は、円筒形状のケーシングの上縁に上向きの、下縁には下向きの掘削刃（掘削ビット）を取り付けた掘削翼を用いた構成を特徴としている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−８１２９７号公報
【特許文献２】
特開平１０−１９５８６４号公報
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
上記（ｉ）の地盤改良装置は、下段の小径の掘削攪拌手段が先行して地盤を比較的小さな抵抗で小径の掘削を行い、続いて上段の大径掘削攪拌手段が残りの部分の大径掘削を行うから、掘削能力及び掘削効率に優れる。そして、上下２段の掘削攪拌手段が互いに相反する方向へ回転しながら掘削土壌と安定材を攪拌混合するので、ミキシング能力と効果に優れ、質の高い地盤改良ができる。
【０００７】
しかし、上下２段の掘削攪拌手段はそれぞれ、倒立コ字形状の立翼を放射方向に複数本設けた構成であるため、地盤中に局部的に硬い部分、例えば先に施工した改良土柱などが存在すると、倒立コ字形状の立翼は掘削抵抗が大きい硬い部位を避けるように逃げ、地上の改良機本体で吊り支持しているだけの掘削軸に曲がりを生じさせてしまい、掘削の鉛直精度を確保しがたい。その結果、設計上重要視される改良土柱相互間の設計ラップ量を確保しがたい。改良土柱相互間の設計ラップ量は、改良土柱相互間の一体性及び止水性の確保に重要な施工条件であるが、掘削深度が深くなるほどに前記の悪い傾向が増大し、設計、施工の条件を満たし得ないので、大深度の地盤改良は到底不可能と考えられている。
【０００８】
その点、上記（ｉｉ）の地盤改良装置は、円筒形状のケーシングから成る掘削翼を使用しているので、地盤中に局部的に硬い部分、例えば先に施工した改良土柱などが存在しても、それを鉛直下向きに鋸引きする如くに回転掘削するので、逃げる傾向は発生せず、掘削の鉛直精度を確保しやすい。
【０００９】
しかしながら、この掘削翼は、円筒形状のケーシングを放射方向に配置した複数本のほぼ水平なアームによって攪拌掘削軸へ取り付けた構成なので、アームの下縁にも掘削刃が取り付けられているとはいえ、そもそも地盤の掘削能力に劣るので、深い位置までの地盤改良には適さない。また、掘削土壌と安定材を攪拌混合する作用に劣り、ミキシング効果が悪いので、質の高い地盤改良を期待できないと考えられている。
【００１０】
以上要するに、現状の上記の如き従来技術では、深さ５０ｍ以上の大深度まで、口径が１６００ｍｍ以上の大口径地盤改良は到底、不可能と考えられている。
【００１１】
本発明の目的は、高い鉛直精度を維持して掘削、攪拌を能率良く進めることができ、設計されたラップ量を確保しながら、大深度まで、大口径の地盤改良が可能な地盤改良装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る大深度、大口径の地盤改良装置は、
掘削軸は互いに反転する内軸と外軸との二重軸構造とされ、内軸の下端部へ下段の掘削攪拌手段が設けられ、外軸の下端部へ上段の掘削攪拌手段が設けられており、前記上下の掘削攪拌手段を互いに反転させながら地盤を掘削し、その掘削土壌中に安定材を注入し攪拌混合して地盤を改良する地盤改良装置において、
上段の掘削攪拌手段は、放射方向に配置された複数本の立翼と、前記立翼の下端部に水平に設けられた薄肉厚のリング、及び複数本の攪拌翼とで構成されていること、
前記リングは大口径掘削孔と略同径とされており、少なくともその下端縁に下向きの掘削ビットが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した大深度、大口径の地盤改良装置において、
二重軸構造に組み合わされた内軸と外軸はそれぞれ外周面にスクリュー部を備えており、外軸外周面の前記スクリュー部の外径は、外軸のジョイント部外径及び振れ止め部の内径と略等しく形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した大深度、大口径の地盤改良装置において、
地盤改良装置の掘進駆動部には、外軸を引き揚げるジャッキング機構が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
【本発明の実施形態、及び実施例】
以下に、請求項１〜３に記載した発明に係る大深度、大口径の地盤改良装置の実施形態を、図１〜図６に基づいて説明する。
【００１６】
本発明の地盤改良装置も、図１に示すように、改良機本体２のリーダー３のガイド３ａに沿って鉛直下向きに推進される掘進駆動部４によって掘削軸１を回転駆動し、掘削軸１の下端部に取り付けた上下２段の掘削攪拌手段７、６により地盤を掘削し、その掘削土壌中に安定材を注入し攪拌混合して地盤を改良する構成である。掘削軸１は、リーダー３の下部に設けた振れ止め部５で掘削、貫入を案内される。掘削軸１は単軸を基本とする。
【００１７】
図２〜図５に、上下２段の掘削攪拌手段７、６の構造の詳細を示した。
図２に示したように、掘削軸１は、相反する方向へ回転させる（互いに反転する）内軸８と外軸９との二重軸構造とされ、前記外軸９の下端から少し長く突き出された内軸８の下端の雄ジョイント８ａへ下段の小径掘削攪拌手段６がその回転軸８’の上端の雌ジョイント８ｂ（図５を参照）を嵌め込んで接続した構成で設けられ、外軸９の下端部へ上段の大径掘削攪拌手段７がフランジ継手１０により接続して設けられている。
【００１８】
上段の大径掘削攪拌手段７は、外軸９と図２のように軸継手１０で接続された外軸管９に基端を発し、円周を３等分した１２０°（２．０９ｒａｄ）の間隔で放射方向に突き出る配置とされた３本（但し、この配置、本数の限りではない。）の立翼１１‥が冠形状に設けられいる。各立翼１１の下端部は、薄肉円筒形状で垂直なリング１２と共通に一体的に接合されている。そして、図５に示すように前記回転軸８’の外周へ回転自在な関係に嵌めた第１のボス１３（図５を参照）に基端を発して約１２０°（２．０９ｒａｄ）の放射状配置でほぼ水平に設けた３本のアーム１４の外端とリング１２とが一体的に接合されている。
【００１９】
リング１２は、外径が約１６００ｍｍで、縦幅が約２００ｍｍの帯板円筒構造であり、その上縁に上向きの、下縁には下向きの掘削ビット１５がそれぞれ一定のピッチで複数設けられている。各掘削ビット１５は、リング１２の外周面よりも少し外方へせり出す形状と配置で設けられており、約１６００ｍｍの大口径掘削を容易に可能な構成とされている。各アーム１４の下面に下向きの掘削ビット１５が複数設けられている。各立翼１１、１１の外面にも横向き及び上向きの掘削ビット１５が複数設けられている。したがって、鉛直下向きの地盤掘削能力を充分に有するほか、大深度掘削を終了した後の引き揚げ時には、各立翼１１及びリング１２の上向きの掘削ビット１５により、安定材の効果で少し硬くなりかけた改良土を掘削するが如くに排除して引き揚げ抵抗を可及的に低減する作用も奏する。
【００２０】
更に、上段の大径掘削攪拌手段７には、回転軸８’からは外向きに、立翼１１からは内向きにそれぞれ略水平な攪拌翼１６が複数本設けられ、互いに相反する方向に回転する。そして、回転軸８’から外向きに設けられた１本の攪拌翼１６には、引き揚げ時の安定材吐出口１７が設けられている（図２を参照）。
【００２１】
次に、下段の小径掘削攪拌手段６について説明する。図２と図５が分かりやすいように、上記第１のボス１３の外周へ回転自在な関係に嵌めた第２のボス１８（図５を参照）に基端を発して１８０°（３．１４ｒａｄ）対称な放射方向に突き出る配置とされた２本の立翼１９、１９が下向きのコ字形状とされ、その両下端部は、回転軸８’の下端部に基端を発してほぼ水平に設けたアーム２０の外端と接合されている。各アーム２０の下面には下向きの掘削ビット１５が複数設けられている。前記アーム２０の外半径は約５００ｍｍで、この小径掘削攪拌手段６によって直径１０００ｍｍの小径掘削が行われる。前記回転軸８’の最下端部に、下向きの先端カッター２１がジョイント部２２（図５を参照）で連結して設けられており、先端部に安定材の先端吐出口２３が設けられている（図３を参照）。要するに内軸８と接続された回転軸８’も図５のとおり安定材が流通する内管２４を有する中空管として構成されている。また、図２で明らかなように、下段の掘削攪拌手段６にも、上段の大径掘削攪拌手段７に属する第１のボス１３からは外向きに、立翼１９からは内向きにそれぞれ略水平な攪拌翼２５が複数本設けられ、互いに相反する方向に回転する。
【００２２】
従って、本発明の地盤改良装置は、先ず下段の小径掘削攪拌手段６が先行して直径が１０００ｍｍ程度の小径掘削をそれなりに小さな掘削抵抗で先導掘削する。続いて、上段の大径掘削攪拌手段７が残る直径約１６００ｍｍ程度の大径掘削を、いわば２段階に分けて比較的小さな掘削抵抗で行うから、全体としての掘削能力に優れ、掘削効率が良く、大深度の掘削に適するし、工期の短縮にも寄与する。
【００２３】
また、上下の掘削攪拌手段７、６は、上述したように互いに相反する方向へ回転されるから、立翼１１、１９とアーム１４、２０、並びに攪拌翼１６、２５の相反する回転による攪拌作用で必要充分な攪拌効果が得られ、品質良好な地盤改良を行える。
【００２４】
その上に、上段の大径掘削攪拌手段７は、最終掘削径に等しい外径で上下縁に掘削ビット１５を設けた円筒形状のリング１２を垂直な向きに備えているので、たとえ地盤中に硬い部分、例えば先に施工した改良土柱が存在しても、これを下向きに鋸引きするが如くに鋭く掘削して行き、逃げるような傾向は発生しない。そのため、地上の改良機本体２のリーダー３で与えられる鉛直精度に従った高い掘削精度で地盤の掘削攪拌を行い改良するので、いわゆる５０ｍ以深の大深度まで、いわゆる設計ラップ量を確保することが容易に可能である。つまり、直径が１５００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度の大口径で、５０ｍ以深の大深度までの地盤改良を容易に実現できるのである。
【００２５】
次に、互いに反転する内軸８と外軸９とで二重軸構造に構成された掘削軸１の具体的構成と、内軸８及び外軸９の回転駆動手段、並びに大深度の施工に伴って継ぎ足される掘削軸１の接続手段について、主に、図２と図６に基づいて説明する。
【００２６】
図２から明らかなように、内軸８は掘削深度に応じて単位軸をジョイント部２６で連結して継ぎ足されるものであり、その外周面にはスクリュー部２７が備えられている（請求項２記載の発明）。内軸８の外周面と外軸９の内周面との隙間に入り込んだ安定材をスクリュー部２７によって下方へ運搬させ、詳細な図示は省略した外軸９下端の排出口から排出させるためである。従って、安定材の侵入による掘削軸１の回転抵抗を軽減することができ、掘進駆動部４の小型化に寄与する。
【００２７】
同様に外軸９も単位軸をジョイント部２８で連結して継ぎ足すもので、該ジョイント部２８は剛性を確保するために外軸９の外径より太く構成されている。そして、外軸９の外周面にもスクリュー部２９が備えられ、該スクリュー部２９の外径Ｄは、前記ジョイント部２８の外径ｄ及び振れ止め部５の内径と略等しく形成されている（請求項２記載の発明）。そのため、振れ止め部５の内周面とスクリュー部２７を備えた外軸９の外周面との間に隙間（ガタ）が発生せず、掘進時の掘削軸１の鉛直精度は良好に確保される。よって、高い鉛直精度を維持して掘削を進めることができ、更に精度の高い設計ラップ量の確保が可能となる。
【００２８】
次に、内軸８と外軸９の回転駆動手段である掘進駆動部４は、図６に示すように、内軸８を回転駆動させるモータ３０と、外軸９を回転駆動させるモータ３１、及び外軸９の上端部と連結された基台３２とで構成され、前記モータ３０と基台３２とがジャッキ３３でピン連結されている。つまり、改良機本体２のワイヤーによって吊り下げ支持されたモータ３０に反力をとってジャッキ３３を伸縮させると、基台３２ごと外軸９が引き揚げられ、または押し下げられるジャッキング機構が構成されている（請求項３記載の発明）。
【００２９】
本発明の地盤改良装置は、以下の手順で内軸８及び外軸９の継ぎ足し作業を行う。先ず、外軸９の最上位のジョイント部２８を切り離し、上記ジャッキ３３を収縮させると、内軸８のジョイント部２６が露出するので、これを切り離す。次に、改良機本体２で掘進駆動部４とこれに連結されている上位の内軸８及び外軸９を十分に高い位置まで上昇させる。次に予め二重軸構造に組み合わされた内軸８と外軸９の単位軸を別のクレーンで吊り込み、内軸８同士を連結する。その後、上記ジャッキ３３を伸長させて外軸９同士を突き合わせて連結すると、継ぎ足し作業は完了する。したがって、比較的容易に内軸８と外軸９の継ぎ足し作業を行うことができ、工期の短縮に寄与する。
【００３０】
【本発明の奏する効果】
請求項１〜３に記載した発明に係る大深度、大口径の地盤改良装置は、上段の大径掘削攪拌手段にリングを備えているので、たとえ地盤中に硬い部分、例えば先に施工した改良土柱が存在しても、これを下向きに鋸引きするが如くに切削して行き、逃げるような傾向は発生しない。そのため、地上の改良機本体のリーダーで与えられる鉛直精度に従った高い掘削精度で地盤の掘削攪拌を行い改良できるので、いわゆる５０ｍ以深の大深度まで、いわゆる設計ラップ量を確保することが容易に可能である。つまり、直径が１５００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度の大口径で、５０ｍ以深の大深度までの地盤改良を容易に実現できるのである。
【００３１】
掘削軸の外軸の外周面には、外径がジョイント部外径及び振れ止め部の内径と略等しいスクリュー部を備えているので、掘進時に高い鉛直精度を維持して掘削を進めることができる。よって、精度の高い設計ラップ量を確保しながら、大深度まで、大口径の地盤改良を行える。
【００３２】
掘進駆動部に外軸を引き揚げるジャッキング機構が設けられているので、大深度に及ぶ内軸及び外軸の継ぎ足し、または切り離しを容易に能率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る大深度、大口径の地盤改良装置の全体構成の概念図である。
【図２】掘削軸の下部と掘削攪拌手段を示した拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】上下の掘削攪拌手段を概略的に示した斜視図である。
【図５】掘削軸先端部の断面構造図である。
【図６】掘進駆動部の拡大図である。
【符号の説明】
６ 下段の掘削攪拌手段
７ 上段の掘削攪拌手段
８ 掘削軸の内軸
９ 掘削軸の外軸
１１、１９ 立翼
１２ リング
１６、２５ 攪拌翼
１４、２０ アーム
１３ 第１のボス
１８ 第２のボス
１５ 掘削ビット
２７、２９ スクリュー部
２８ 外軸相互のジョイント部

Claims (3)

1. 掘削軸は互いに反転する内軸と外軸との二重軸構造とされ、内軸の下端部へ下段の掘削攪拌手段が設けられ、外軸の下端部へ上段の掘削攪拌手段が設けられており、前記上下の掘削攪拌手段を互いに反転させながら地盤を掘削し、その掘削土壌中に安定材を注入し攪拌混合して地盤を改良する地盤改良装置において、
   上段の掘削攪拌手段は、放射方向に配置された複数本の立翼と、前記立翼の下端部に水平に設けられた薄肉厚のリング、及び複数本の攪拌翼とで構成されていること、
   前記リングは大口径掘削孔と略同径とされており、少なくともその下端縁に下向きの掘削ビットが設けられていることを特徴とする、大深度、大口径の地盤改良装置。
2. 二重軸構造に組み合わされた内軸と外軸はそれぞれ外周面にスクリュー部を備えており、外軸外周面の前記スクリュー部の外径は、外軸のジョイント部外径及び振れ止め部の内径と略等しく形成されていることを特徴とする、請求項１に記載した大深度、大口径の地盤改良装置。
3. 地盤改良装置の掘進駆動部には、外軸を引き揚げるジャッキング機構が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載した大深度、大口径の地盤改良装置。

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