JP2006052575A - 地盤穿孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削翼及び撹拌翼の強度を増大させ、且つ、大径の掘削孔を容易に形成できると共に、大径領域において高い撹拌混合効果を得る。
【解決手段】地盤中に貫入される掘削・撹拌用回転軸１は、外管２と該外管の下端より突出する内管３とから成る。外管２及び内管３は、互いに相対的に軸方向に昇降自在かつ一体回転可能に設ける。前記内管３には掘削翼１２の下端部を枢支すると共に、掘削翼１２の下面に掘削ビット１４を固定する。更に、該掘削翼１２の上端部に撹拌翼１３の下端部を枢着連結すると共に、撹拌翼１３の上端部を前記外管２に枢支する。該外管２に対して前記内管３を相対的に昇降させることにより、前記掘削翼１２及び撹拌翼１３が前記内管３の径方向へ開閉する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤穿孔装置に関するものであり、特に、拡縮式掘削・撹拌翼を備えた地盤穿孔装置に関するものである。

従来、軟弱地盤等を改良するときは、例えば、掘削・撹拌用回転軸の下端部に設けた先端ビットより掘削しながら貫入していき、所定の改良深度まで到達した時に先端処理を行う。この後、前記回転軸に取り付けた撹拌翼を拡翼して地盤改良材を吐出し、該撹拌翼によって土砂と地盤改良材を撹拌混合しつつ、前記回転軸を引き抜いて柱状改良材を構築することにより地盤改良を完了している。

此種地盤改良に於いて使用される地盤穿孔装置としては、前記回転軸が外管と該外管の下端より突出する内管とから成り、該外管及び内管が互いに軸方向に昇降自在、且つ、一体回転可能に設けられ、該外管の下端部に前記撹拌翼の上端部が起倒自在に軸支されたものが知られている（特許文献１）。

この地盤穿孔装置によれば、改良深度に沿った任意の地点で掘削孔径を拡大させたい場合、前記外管に対して内管を相対的に上昇させることにより、前記弓形撹拌翼がカム作用により起立して拡径するため、掘削孔径を拡大させることができる。
特開平９−２５６３５５号公報

特許文献１記載の地盤穿孔装置は、前記撹拌翼の上端部が前記外管に起倒自在に軸支されているのみであり、該撹拌翼の下側先端は、自由に揺動変位する自由端に形成されている。このため、該撹拌翼は起立状態（拡翼状態）に近づくに伴い、土砂に対する受圧面積が増大するので、該土砂から受ける抵抗力に対する強度が低下する。従って、例えば、該撹拌翼が起立状態で地中を貫入移動するとき、土砂から大きな抵抗力を受けて該撹拌翼が破損する恐れがあるという欠点を有する。

前記撹拌翼の破損を防止するには、土砂に対する受圧面積を小さくすべく、該撹拌翼の開閉角度を小さくして該撹拌翼を半起立状態で使用することが考えられるが、この場合は、大径領域に於いて土砂と地盤改良材を撹拌混合することが困難になる。

又、前記撹拌翼に掘削作用を付与するために掘削ビットを取り付けているが、該掘削ビットは、カム面である前記撹拌翼の下面に形成することはできず、該掘削ビットの形成箇所は前記撹拌翼の上面に制約される。前記撹拌翼の上面に掘削ビットを取り付けた場合、該撹拌翼を改良深度に沿って引き抜く時、該撹拌翼を拡翼状態にして大径の掘削孔を形成することができるが、該撹拌翼を貫入する時は、大径の掘削孔を形成することができない。

そこで、撹拌翼が土砂から強い抵抗力を受けても破損する恐れがなく、大径領域に於ける撹拌混合を効果的に実施でき、且つ、撹拌翼の貫入時でも大径の掘削孔を容易に形成できるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、掘削・撹拌用回転軸が外管と該外管の下端より突出する内管とから成り、該外管及び内管が互いに相対的に軸方向に昇降自在、且つ、一体回転可能に設けられた地盤穿孔装置に於いて、前記内管に拡径用掘削翼の下端部を枢支すると共に、該掘削翼の上端部に撹拌翼の下端部を枢着連結し、更に、該撹拌翼の上端部を前記外管に枢支し、前記掘削翼の下面に複数の掘削ビットを固定し、前記外管に対して前記内管を相対的に昇降させることにより、前記掘削翼及び撹拌翼が前記内管の径方向へ拡縮して掘削孔径を変更できるように構成した地盤穿孔装置を提供する。

この構成によれば、大径の掘削孔を形成するときは、前記外管に対して前記内管を上昇させることにより、前記掘削翼と撹拌翼を拡径させて拡翼状態にする。この後、前記掘削・撹拌用回転軸を回転させながら地中に貫入していくことにより、前記掘削翼によって大径の掘削孔が形成される。又、掘削に伴い粉砕された土砂は、前記撹拌翼により撹拌混合される。

本発明は、前記内管に連結した掘削翼と、前記外管に連結した撹拌翼の先端部とを枢着連結することにより、高い剛性強度を有する３節リンク機構を形成するので、例えば、前記回転軸の貫入時又は引抜き時、前記掘削翼と撹拌翼が地中の土砂から大きな抵抗力を受けても、前記掘削翼と撹拌翼が破損しがたいという効果を奏する。又、所望の深度地点に於いて、前記掘削翼と撹拌翼を拡翼させて掘削・撹拌することにより、大径の掘削孔を容易に形成できると共に、該大径領域に於ける撹拌混合効果を高めることができる。

本発明は、掘削・撹拌用回転軸が外管と該外管の下端より突出する内管とから成り、該外管及び内管が互いに相対的に軸方向に昇降自在、且つ、一体回転可能に設けられた地盤穿孔装置に於いて、前記内管に拡径用掘削翼の下端部を枢支すると共に、該掘削翼の上端部に撹拌翼の下端部を枢着連結し、更に、該撹拌翼の上端部を前記外管に枢支し、前記掘削翼の下面に複数の掘削ビットを固定し、前記外管に対して前記内管を相対的に昇降させることにより、前記掘削翼及び撹拌翼が前記内管の径方向へ拡縮して掘削孔径を変更できるように構成したことにより、前記掘削翼及び撹拌翼が破損しがたい高い強度を有し、大径領の掘削孔を容易に形成できると共に、大径領域の土砂等を効果的に撹拌混合できるという目的を実現した。

以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図６に従って説明する。図１及び図２に於いて、１は地盤穿孔装置の掘削・撹拌翼用回転軸であり、該回転軸１は、これを地盤中に貫入又は引き抜く過程で掘削・撹拌を行う。又、該回転軸１は２重管構造とされ、大径の外管２と該外管２の内側に同軸に配設された小径の内管３とから成る。

前記内管３の下端部は、前記外管２の下端より所定寸法だけ下方に突出し、該内管３の上端部には、図外の駆動用モータが設けられている。又、該モータによって前記内管３を回転駆動することにより、回転力伝達手段（図示せず）を介して前記外管２が一体回転する。

該回転力伝達手段の構造は特に限定されないが、例えば、前記内管３の外周面に軸方向に延びる長溝を形成すると共に、該長溝にスライド自在に嵌合する突起を前記外管２の内周面に設けることにより、前記内管３の回転力を前記外管２に伝達することができる。

前記外管２及び内管３は、互いに相対的に軸方向へ昇降自在となるように、前記回転軸
１の軸方向に沿って上下摺動自在に配設されている。又、前記外管２に対する内管３の昇降動作は、該内管３の上端部に回転駆動可能に連結した油圧シリンダ（内管昇降駆動手段）４により行われる。

前記内管３の下端面の中心部には、図３に示すように、吐出ノズル５が穿設され、該吐出ノズル５は、前記回転軸１を地盤に貫入又は引き抜く際、セメントスラリー等の地盤改良材（硬化材、固結材）を吐出する。又、該吐出ノズル５の外周側には、地盤中の土砂を掘削するための左右一対の掘削ビット６，６が固定されている。更に、前記内管３の吐出ノズル５よりも上方位置には、小径の掘削孔を開削するための左右一対の小径用開削翼７，７が設けられ、該開削翼７，７の下面には複数本の掘削ビット８，８が固定されている。

前記内管３の開削翼７，７よりも若干上方位置の外周面には、図１に示すように、外環状部材９が固定され、該外環状部材９は、その上側端面が前記外管２の下側端面に当接することにより、前記内管３の外管２に対する上昇移動が規制される。又、前記外環状部材９の外周側面には、下側枢支部１０が径方向に突設されている。

前記内管３と外管２との間には、該内管３の径方向、即ち、前記回転軸１の径方向へ拡縮して開閉するリンク式掘削・撹拌翼体１１が１個又は複数個取り付けられている。ここで、該掘削・撹拌翼体１１を複数設けた場合、複数の該掘削・撹拌翼体１１は、前記回転軸１の周方向に於いて等ピッチで配置される。例えば、平面視で４個の掘削・撹撹拌翼１１を十字状放射方向、或いは、図４に示すように、３個の掘削・撹拌翼体１１をＹ字状放射方向に取り付けることができる。

前記掘削・撹拌翼体１１は、前記内管３、外管２の外周面に夫々枢支した下側の拡径用掘削翼１２、上側の撹拌翼１３の先端部同士を枢着連結して成る。又、該掘削・撹拌翼体１１は、前記内管３を外管２に対して軸方向へ相対移動させることにより、該内管３の径方向へ拡縮できるように構成されている。

具体的には、前記掘削翼１２の下端部は水平枢支ピン１５を介して、前記外環状部材９の下側枢支部１０に枢着支持されていると共に、前記掘削翼１２の上端部は水平枢着ピン１６を介して、撹拌翼１３の下端部に枢着連結されている。又、該撹拌翼１３の上端部は水平枢支ピン１７を介して、前記外管２の外周面に突設した上側枢支部１８に枢着支持されている。

更に、前記拡径用掘削翼１２の下面には複数の掘削ビット１４が固定され、これら掘削ビット１４は該掘削翼１２の長手方向に沿って配置されている。この場合、該掘削ビット１４は必要ならば、前記撹拌翼１３の上面に固定することもできる（図６参照）。

斯くして、該外管２に対して前記内管３を軸方向へ相対的に昇降動作させることにより、前記掘削翼１２及び撹拌翼１３は、前記内管３の径方向へ拡縮動作（開閉動作）する。図示例では、前記掘削・撹拌翼体１１が最大限開いた状態に於いて、下側枢支部１０と上側枢支部１８との間の距離は、前記掘削翼１２及び撹拌翼１３の長さと略同一とされ、該掘削翼１２の上傾角、撹拌翼１３の下傾角は共に３０度に設定されているが、これに限定せられるべきではない。

尚、前記内管３の適当箇所には必要に応じて、前記掘削翼１２に沿った直下領域に向けて地盤改良材を吐出させるための上段吐出ノズルを設けることができる。

次に、上記地盤穿孔装置を用いた地盤改良の一例について説明する。先ず、前記内管３
を下降させて該内管３の外環状部材９を前記外管２の下側端面に当接させる。この状態では、図５に示すように、前記掘削・撹拌翼体１１は内管３の径方向内方に縮径して閉翼状態にセットされる。セット後、前記内管３及び外管２を一体に回転駆動させながら地中に貫入していく。この貫入状態に於いて、該内管３下端の吐出ノズル５より地盤改良材を吐出しながら、小径用開削翼７，７の回転により定径の掘削孔を掘削して、目的の改良深度まで貫入していく。

ここで、改良深度に沿ったある地点まで貫入したとき、大径の掘削孔を掘削したい場合は次の手順に従って行えば良い。即ち、前記外管２に対して前記内管３を上昇させることにより、前記掘削翼１２と前記撹拌翼１３とを連結する水平枢着ピン（枢着点）１６を前記内管３の径方向外方へ拡径動させて拡翼状態にセットする。この場合、該内管３の上昇量、即ち前記水平枢着ピン１６の径方向外方への移動量に応じて、前記掘削翼１２と撹拌翼１３とのなす角度θが設定される。

セット後、前記外管２及び内管３を一体回転させると共に、前記掘削翼１２の直下領域に地盤改良材を吐出しながら地中に貫入していくことにより、該掘削翼１２によって大径の掘削孔を掘削することができる。この時、粉砕した土砂と地盤改良材は、前記撹拌翼１３により効果的な撹拌混合が実施される。

従って、改良深度に沿った所望の地点に於いて、前記掘削・撹拌翼体１１を拡翼状態にセットして掘削・撹拌を行うことにより、掘削孔の孔径を拡大させることができ、且つ、拡径領域の土砂及び地盤改良材を十分撹拌混合して地盤改良の品質を高めることができる。

この後、前記外管２及び内管３の回転による貫入掘削により、該内管３の下端部が予定の改良深度まで到達した時は、該内管３及び外管２の貫入を停止して、地盤状況等に応じて前記掘削・撹拌翼体１１の拡径幅を適宜寸法に変更して先端処理を行う。先端処理後、該掘削・撹拌翼体１１の拡大幅を縮小させて、該掘削・撹拌翼体１１により撹拌混合を行いながら、前記内管３及び外管２を低速で地上まで引き抜いて柱状改良体を構築することにより、目的とする地盤改良が完了する。

尚、前記撹拌翼１３の上面に掘削ビット１４を固定した地盤穿孔装置を用いた場合は、引抜き時に、上記と同様に前記掘削・撹拌翼体１１を拡径させることにより、大径の掘削孔を掘削することができる。

ここで、前記引き抜きの過程で、玉石などの障害物が存在していることがある。この場合は、前記掘削・撹拌翼体１１を縮翼状態にセットすることにより、該掘削・撹拌翼体１１と障害物との干渉を回避することができる。

本発明に係る掘削・撹拌翼体１１は、前記内管３に連結した掘削翼１２と、前記外管２に連結した撹拌翼１３との先端部が連結されているので、高い剛性強度を有する３点リンク構造（略正三角形のトラフ構造）が形成されている。従って、前記掘削・撹拌翼体１１を地中に貫入又は引き抜く際に、土砂から大きな抵抗を受けても、該掘削・撹拌翼体１１が破損する虞がない。

上記実施例では回転軸１は単軸方式としたが、２本以上の回転軸１を隣接配設した多軸連接方式の地盤穿孔装置にも適用でき、この場合、隣接する回転軸１同士は互いに反対方向に回転させることもできる。又、上記内管昇降駆動方式に代えて、前記外管２の上端部に油圧シリンダ（外管昇降駆動手段）を連結することも可能である。この構成によっても、前記内管３に対して前記外管２を相対的に昇降させることにより、前記掘削翼１２及び
撹拌翼１３を該内管３の径方向へ拡縮移動させることができる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の一実施の形態を示し、地盤穿孔装置の回転軸部分の構造を説明する部分断面正面図。 図１の部分断面側面図。 一実施の形態に係る回転軸の内管下端部の構造を示す要部説明図。 一実施の形態に係る複数の掘削・撹拌翼体の配置例を示す一部断面平面図。 一実施の形態に係る掘削・撹拌翼体の縮翼状態を説明する正面図。 一実施の形態に係る撹拌翼に掘削ビットを固定した構成例を説明する正面図。

符号の説明

１ 掘削・撹拌用回転軸
２ 外管
３ 内管
４ 油圧シリンダ（内管昇降駆動手段）
５ 吐出ノズル
６ 掘削ビット
７ 小径用開削翼
８ 掘削ビット
９ 外環状部材
１０ 下側枢支部
１１ リンク式掘削・撹拌翼体
１２ 拡径用掘削翼
１３ 撹拌翼
１４ 掘削ビット
１５ 水平枢支ピン
１６ 水平枢着ピン
１７ 水平枢支ピン
１８ 上側枢支部

Claims (1)

1. 掘削・撹拌用回転軸が外管と該外管の下端より突出する内管とから成り、該外管及び内管が互いに相対的に軸方向に昇降自在、且つ、一体回転可能に設けられた地盤穿孔装置に於いて、前記内管に拡径用掘削翼の下端部を枢支すると共に、該掘削翼の上端部に撹拌翼の下端部を枢着連結し、更に、該撹拌翼の上端部を前記外管に枢支し、前記掘削翼の下面に複数の掘削ビットを固定し、前記外管に対して前記内管を相対的に昇降させることにより、前記掘削翼及び撹拌翼が前記内管の径方向へ拡縮して掘削孔径を変更できるように構成したことを特徴とする地盤穿孔装置。