JP2007211527A - 掘削ヘッド及び地盤改良機 - Google Patents

Abstract

【課題】 オーガロッドの構成を複雑化することなく、且つ、改良体の深さよりも深い余分な掘削を必要とせず、しかも硬質地盤の掘削をも容易に行うことのできる掘削ヘッド、及び該掘削ヘッドを備えた地盤改良機を提供する。
【解決手段】 地盤改良機のオーガロッド先端に取り付けられる掘削ヘッドであって、前記オーガロッドにより回転され且つ該オーガロッドから供給される固化材を基端部から先端部へと流通させうるように構成された回転軸と、該回転軸の先端部に装着された螺旋状の掘削翼と、該掘削翼の先端縁部に沿って装着された複数の取り外し可能なビットとを備えてなり、該ビットは先端が錘状に形成され且つ回転自在に装着され、前記掘削翼は、該掘削ヘッド又は前記オーガロッドに設けられた攪拌翼と同じ径を有することを特徴とする掘削ヘッドによる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤改良機のオーガロッド下端に装着される掘削ヘッド、及び該掘削ヘッドを備えた地盤改良機に関する。

地盤改良工法や連続止水壁工法等においては、地盤中に円柱状の固化体を形成するべく、図６に示したような地盤改良機と称される装置が用いられている。
即ち、該地盤改良機１００は、図６に示す如く、主としてベースマシン１０１と、該ベースマシン１０１から略鉛直方向に立設されたリーダーマスト１０２と、該リーダーマスト１０２に対して昇降可能に設置された攪拌装置１０３とを備えて構成され、該攪拌装置１０３は、主に、オーガロッド１０４と、該オーガロッドを回転させるためのアースオーガ駆動装置１１０とを備えており、また、オーガロッド１０４の先端付近からは、セメント系等のスラリー状固化材が吐出可能なように構成されている。

そして、地盤改良工法においては、軟弱な地盤を改良するべく前記攪拌装置１０３によって地盤中の所定の深さまで土壌を掘削するとともに、吐出した固化材と土壌とを攪拌混合し、円柱状の改良体を形成する。
この地盤改良工法は、もともと軟弱な地盤を改良することを前提とする技術であるため、Ｎ値の高い砂層や粘土土層、ガラ、礫、転石層を含むような硬質な地盤を掘削および改良することは考慮されていなかった。
しかしながら、近年、このような地盤改良工法が建築基礎工法として広く認知されるようになり、需要が増加するにつれ、軟弱な地盤の上にある硬質地盤をも掘削し、軟弱地盤と併せて改良したいという要望が高まる傾向にある。

従来、硬質地盤を掘削するための地盤改良機としては、オーガロッドに備えられた攪拌翼よりも径の小さい掘削翼を先端に装着し、掘削動力の低減を図ったもの（特許文献１）、エアハンマドリルを用いてビットに打撃振動を与えながら掘削するもの（特許文献２）、減速装置を介してオーガロッドに掘削ヘッドを装着し、掘削能力を向上させたもの（特許文献３）等が知られている。

特開平４−２４７１１７号公報 特開平８−１１４０７９号公報 特開２００３−２７８１４６号公報

しかしながら、これら従来の地盤改良機によれば、以下のような問題点があった。
即ち、特許文献１記載の地盤改良機によれば、先端に装着した掘削翼が攪拌翼よりも径が小さく、その部分では改良体として設計上要求される径を確保できない。よって、掘削翼の長さ分だけ余計に支持地盤を掘削しなければならず、作業時間や材料のロスが生じてしまうという問題がある。
また、特許文献２記載の地盤改良機では、オーガロッドの構造が極めて複雑になるという問題がある。さらに、特許文献３記載の地盤改良機では、オーガロッドの構造が複雑になるという問題に加え、先端部分の回転速度が低下するために、土壌と固化材との混合が不十分になるという問題もある。

そこで本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、オーガロッドの構成を複雑化することなく、且つ、改良体の深さよりも深い余分な掘削を必要とせず、しかも硬質地盤の掘削をも容易に行うことのできる掘削ヘッド、及び該掘削ヘッドを備えた地盤改良機を提供すること一の課題とする。

上記課題を解決するべく、本発明は、地盤改良機のオーガロッド先端に取り付けられる掘削ヘッドであって、前記オーガロッドにより回転され且つ該オーガロッドから供給される固化材を基端部から先端部へと流通させうるように構成された回転軸と、該回転軸の先端部に装着された螺旋状の掘削翼と、該掘削翼の先端縁部に沿って装着された複数の取り外し可能なビットとを備えてなり、該ビットは先端が錘状に形成され且つ回転自在に装着され、前記掘削翼は、該掘削ヘッド又は前記オーガロッドに設けられた攪拌翼と同じ径を有することを特徴とする掘削ヘッドを提供する。

先端が錘状に形成され且つ回転自在に装着されたビットを採用したことにより、該ビット先端の磨耗の偏りが防止され、掘削能力が低下しにくいという効果がある。よって、このような優れた掘削能力を有するビットを採用し、併せて掘削翼を攪拌翼と同じ径とすることにより、該掘削翼を備えた掘削ヘッドによっても設計上要求される径の改良体を作成することが可能となり、余分な深さの掘削を行う必要がなくなるという効果がある。

また、該ビットは取り外し可能であるため、磨耗により掘削能力が低下した場合には該ビットのみを交換すればよく、掘削ヘッド全体を取り替える必要がない。
さらに、掘削翼を螺旋状としたことにより、該掘削翼の回転によって吐出された固化材がその掘削翼に沿って中心部から外周部へと移動しやすくなり、固化材と土壌との攪拌混合を効率的に行いうるという効果がある。

前記掘削翼は、好ましくは、前記中心軸を基準として２０〜９０°の螺旋をなすように形成されたものとする。掘削翼が、前記中心軸を基準として２０〜９０°の螺旋をなすように形成することにより、土壌と該掘削翼との共回りを防止し、該掘削翼による土壌及び固化材の攪拌作用がより一層顕著なものとなる。

また、好ましくは、前記回転軸の側面には、前記掘削翼の装着された高さの範囲内に前記固化材を吐出する吐出口が形成されたものとする。掘削翼の装着された高さの範囲内、即ち、掘削翼と略同じ高さに前記固化材を吐出する吐出口が形成されていれば、径方向外方へ固化材が吐出されると同時に前記掘削翼による攪拌作用が発揮され、固化材と土壌との攪拌混合効果がより一層顕著なものとなる。

また、本発明の掘削ヘッドは、好ましくは、前記掘削翼の上部に共回り防止翼が備えられたものとする。特許文献１記載の如き従来の掘削ヘッドでは、掘削翼が磨耗すると掘削ヘッドを交換せねばならないため、仮に共周り防止翼が掘削ヘッドに備えられているとすれば、交換する必要のない共周り防止翼までも交換する必要があった。また逆に、掘削ヘッドには掘削翼のみが備えられ、共周り防止翼がオーガロッドの先端に設けられた場合には、該共周り防止翼と掘削翼との間に、掘削ヘッドを容易に交換可能とするためのジョイント構造を介在させる必要があり、共周り防止翼と掘削翼とを所望の距離に設定することができなかった。

これに対し、本発明の掘削ヘッドは、ビットのみを交換することによって掘削力を維持できるものであるため、該掘削ヘッド自体を交換する必要がなくなる。よって、該掘削ヘッドには、該掘削ヘッドを容易に交換可能とするための複雑なジョイント構造が不要となり、フランジ等の簡易な連結手段を採用することができるため、共回り防止翼と掘削翼とを近接させて設けることができ、両者の距離を好ましい範囲に設定することができる。従って、掘削翼と土壌との共周りを防止するという共回り防止翼の効果を、より一層顕著に発揮させることが可能となる。

さらに、本発明は、オーガロッドの先端に、上記のような掘削ヘッドを備えたことを特徴とする地盤改良機を提供する。

本発明に係る地盤改良機によれば、上記のような掘削ヘッドを採用したことにより、余分な深さを掘削する必要がなく、掘削力維持のための交換作業を簡略化することができ、しかも固化材と土壌との攪拌混合を効率的に行いうるという効果がある。

以上のように、本発明に係る掘削ヘッドおよび地盤改良機によれば、オーガロッドの構成を複雑化することなく、且つ、改良体の深さよりも深い余分な掘削を必要とせず、しかも硬質地盤の掘削をも容易に行うことが可能となる。

以下、本発明に係る掘削ヘッドおよび地盤改良機の一実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る掘削ヘッドの一実施形態を示した斜視図である。
図１に示す如く、本実施形態に係る掘削ヘッド１は、地盤改良機のオーガロッドにより回転され且つ該オーガロッドから供給される固化材を基端部から先端部へと流通させうるように構成された回転軸２と、該回転軸２の先端部に装着された螺旋状の掘削翼３と、該掘削翼３の先端縁部３ａに沿って装着された複数の取り外し可能なビット４と、該掘削翼３の上方に所定間隔をあけて近接するように設けられた共回り防止翼５と、該共回り防止翼５の上方に設けられた攪拌翼６とを備えて構成されている。

回転軸２は、その基端部に、オーガロッドの先端に嵌入して該掘削ヘッドとオーガロッドとを連結するためのジョイント部２ａを有し、先端部側面に、固化材を吐出するための吐出口７を有している。また、該回転軸２の内部には固化材の流路が形成されており、基端部側から供給されたセメント系等の固化材を、先端部側面に設けられた吐出口７へと供給しうるように構成されている。

先端部側面に装着された掘削翼３は、図２および図３に示したように、前記攪拌翼６と同じ径を有する螺旋状に形成されており、径方向内側から外側へ向かって次第に傾斜が緩くなる（即ち、掘削翼３の表面と中心軸２とが垂直に近づく）ような羽根形状となっている。

また、該掘削翼３は、該掘削翼３を仮想的に延長させた場合の１ピッチが、およそ６００〜１２００ｍｍとなるような傾斜角を有し、前記中心軸を基準として、好ましくは２０〜９０°（即ち、高さ３５〜３００ｍｍ）、より好ましくは２０〜４５°（即ち、高さ３５〜１５０ｍｍ）の螺旋状となるように構成されている。
そして、本実施形態では、斯かる形状の掘削翼３が、回転軸２を挟んで対向する位置に２枚設けられており、いわゆる２条の構成となっている。
また、前記吐出口７は、前記回転軸２において、該掘削翼３の装着された高さの範囲内となるように設けられている。

さらに、掘削翼３の先端側には、その縁部３ａに沿って複数（本実施形態においては、１枚の掘削翼につき３個）のビット４が装着され、さらに、回転軸２の先端部にも、ビット装着されている。掘削翼３においては、該ビット４は、掘削翼３の傾斜面と平行で且つ攪拌翼６の回転方向に向かうように装着されている。

本実施形態において、ビット４は、該図４および図５に示す如く、円錐状の刃４１を有し、刃４１が円錐の軸周りに回転自在となるように保持されるコニカルビットである。該ビット４は、例えば、図に示したように、円錐状の刃４１を有するビット本体４２と、該ビット本体４２を回転自在に保持するための円筒状のホルダ４３とを備えて構成される。さらに、ビット本体４２は、前記ホルダ４３に嵌合される軸部４２ａと、円錐状に尖った頭部（即ち、刃４１）４２ｂと、該頭部と軸部との境界に設けられた鍔４２ｃとを有している。頭部４２ａには、超硬合金製の円錐状チップが植設されている。

そして、ビット本体４２の軸部４２ａは、割れ目付き筒状バネ４４が被せられた状態でホルダ４３内へと挿入され、該筒状バネ４４の作用によってビット本体４２がホルダ４３に保持される。そして、ビット本体４２の軸部後端を打撃することにより、比較的容易にビット本体４２をホルダ４３から取り外すことが可能となっている。

また、本実施形態の掘削ヘッド１においては、掘削翼３の上方に、共回り防止翼５が備えられている。共回り防止翼５は、回転軸２に対して該回転軸２と同軸で自在に回転可能であり、且つ、前記掘削翼３よりも径の大きな翼を備えたものである。該共回り防止翼５は、掘削翼３よりも径の大きな翼を有することにより、掘削ヘッド１が回転しても該共回り防止翼５は静止状態を保ち、掘削された土壌と掘削ヘッド１との共回りが防止するものである。

該共回り防止翼５と前記掘削翼３との間隔は、１００〜５００ｍｍが好ましく、１５０〜２５０ｍｍがより好ましい。

斯かる構成の掘削ヘッド１は、前記ジョイント部２ａによって地盤改良機のオーガロッド先端に装着される。即ち、本発明に係る地盤改良機の一実施形態としては、土壌を掘削するとともに該土壌中へ固化材を注入し、土壌と固化材とを混合して改良体を形成する地盤改良機であって、そのオーガロッドの先端に上記のような掘削ヘッドを備えたものである。

本発明の掘削ヘッド１を備えた地盤改良機を用いて地盤改良を行う手順としては、例えば、固化材を吐出させながら所定深さまで地盤を掘削することにより掘削と同時に土壌と固化材との混合を行った後、オーガロッドを逆回転させて引き抜く方法や、予め地盤の掘削のみを行い、その後、固化材を吐出しながらオーガロッドを逆回転させることにより土壌と固化材との混合を行う方法などが例示できる。

本実施形態の掘削ヘッド１によれば、以下のような優れた効果を発揮することができる。即ち、該掘削ヘッド１は、掘削翼３と攪拌翼６とが同じ径を有するものであるため、掘削翼３を二段に構成しなくとも該掘削翼３の部分によって設計上要求される径の改良体を作成することが可能となり、支持地盤を余分に掘削する必要がないという効果がある。

また、該掘削ヘッド１は、先端が円錐状に形成され、円錐の軸周りに回転自在となるように保持されるビット４を備えたことにより、該ビット先端の磨耗の偏りが防止されるため、硬質地盤を掘削した場合であっても該掘削ヘッド１による掘削能力が低下しにくいという効果がある。また、該ビット４は、刃を有するビット本体４２がホルダ４３から容易に取り外しうる構成であるため、刃が磨耗した際には該ビット本体４２のみを交換すればよく、掘削ヘッド全体を交換するという従来の作業と比べて作業性が顕著に改善されたものとなる。

さらに、従来の掘削ヘッドにおいて、磨耗による交換を前提とすれば掘削翼のみを備えた掘削ヘッドを構成することも可能であるが、そのような場合には、共回り防止翼と該掘削翼との間に取り外しの容易なジョイント部を設ける必要があり、共回り防止翼と掘削翼との間隔を所望の値に設定することが困難になるという問題がある。
しかし、本発明の掘削ヘッドによれば、上述のようにビットのみを交換すればよく、共回り防止翼と掘削翼との間にそのようなジョイント部を設ける必要がないため、両者の間隔を所望の値に設定することが可能となる。

さらに、本発明の掘削ヘッドは、螺旋状の掘削翼３を備えるとともに該掘削翼３と略同じ高さに吐出口７を有するものであるため、固化材を吐出しながら地盤を掘削する場合には、吐出口７から吐出された固化材が螺旋状の掘削翼３に沿って外側へと移動しやすくなり、土壌と固化材との混合をより一層効率的に行いうるという効果がある。

尚、本実施形態においは、螺旋状の掘削翼３が２条で設けられた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、螺旋状の掘削翼は１条のみ、又は３条以上であってもよい。

さらに、ビットの構成としては、本実施形態のような円錐状の刃に限定されず、角錐状での刃であってもよい。また、取り外し自在とする構成についても、他の種々の構成を採用することができる。

本発明に係る掘削ヘッドの一実施形態を示した斜視図。 図１の掘削ヘッドの攪拌翼および共回り防止翼を先端側からみた平面図。 図１の掘削ヘッド先端部の側面図。 ビットの一実施形態を示した部分断面図。 ビット本体の一実施形態を示した部分断面図。 一般的な地盤改良機の構成を示した側面図。

符号の説明

１ 掘削ヘッド
２ 回転軸
３ 掘削翼
４ ビット
５ 共回り防止翼
６ 攪拌翼
７ 吐出口

Claims (5)

1. 地盤改良機のオーガロッド先端に取り付けられる掘削ヘッドであって、
   前記オーガロッドにより回転され且つ該オーガロッドから供給される固化材を基端部から先端部へと流通させうるように構成された回転軸と、
   該回転軸の先端部に装着された螺旋状の掘削翼と、該掘削翼の先端縁部に沿って装着された複数の取り外し可能なビットとを備えてなり、該ビットは先端が錘状に形成され且つ回転自在に装着され、前記掘削翼は、該掘削ヘッド又は前記オーガロッドに設けられた攪拌翼と同じ径を有することを特徴とする掘削ヘッド。
2. 前記掘削翼が、前記中心軸を基準として２０〜９０°の螺旋をなすように形成されていることを特徴とする請求項１記載の掘削ヘッド。
3. 前記回転軸の側面には、前記掘削翼の装着された高さの範囲内に前記固化材を吐出する吐出口が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の掘削ヘッド。
4. 前記掘削翼の上方に、共回り防止翼が備えられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の掘削ヘッド。
5. オーガロッドの先端に、前記請求項１〜４の何れかに記載の掘削ヘッドを備えたことを特徴とする地盤改良機。

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