JP2008150872A - 深層混合処理装置および深層混合処理工法 - Google Patents

Abstract

【課題】深層混合処理にて改良地盤を形成するに際して、改良地盤の平面視形状を矩形断面に形成して施工能率の向上を図るとともに、垂直回転軸の回転を簡単な構成で垂直撹拌翼へ伝動することにより、水平撹拌混合と垂直撹拌混合による複合撹拌混合を得ることができ、品質の信頼性および機械の保守管理性を向上させる。
【解決手段】複数の垂直回転軸１０を有し、それぞれの垂直回転軸１０に掘削歯１１と水平撹拌翼１３を設け、隣接する垂直回転軸１０の間隔を一定に保持する間隔保持部材１４を装着した深層混合処理装置において、前記間隔保持部材１４に水平軸１７を突設して垂直撹拌翼２０を取り付け、間隔保持部材１４の上端部に近接して前記垂直回転軸１０に複数本の駆動ピン２１を放射状に突設し、駆動ピン２１の回転軌跡が垂直撹拌翼２０のアーム１９の回転軌跡と直交するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は深層混合処理装置および深層混合処理工法に関するものであり、特に、軟弱地盤に固化材を吐出しながら掘削土を撹拌して地盤改良を行なう深層混合処理装置および深層混合処理工法に関するものである。

軟弱地盤の改良工法として、深層混合処理工法があり、この工法は、垂直回転軸の先端部に設けた掘削歯で地盤を掘削しながら、その先端部からセメントミルクなどの固化材を吐出するとともに、垂直回転軸に固設した水平撹拌翼で掘削土と固化材を撹拌混合して固化させることにより、原位置で改良地盤を形成するものである（例えば特許文献１参照）。

また、垂直回転軸に水平撹拌翼を固設するとともに、ギヤボックスを取り付けて水平方向に水平軸を突設し、この水平軸に垂直撹拌翼を取り付けて、水平方向の撹拌と垂直方向の撹拌を取り混ぜた構成も知られている（例えば特許文献２参照）。
特開平７−３７７５号公報 特開平１１−６１４３号公報

特許文献１記載の発明は、垂直回転軸に取り付けた掘削歯と水平撹拌翼の回転で形成される改良地盤の平面視形状が円形もしくは瓢箪形であり、所定面積の改良地盤を形成する場合、未施工部分をなくすために、図８に示すように、隣接する改良地盤５０同士をすべてオーバーラップさせた状態で施工している。しかし、オーバーラップ部分で隣接する改良地盤５０の一部分を再度掘削するため、施工時間のロスや固化材の無駄が生じるという不具合があった。

特許文献２記載の発明は、水平撹拌翼による撹拌混合と垂直撹拌翼による撹拌混合を組み合わせることにより、図９に示すように、改良地盤５１の平面視形状を矩形断面に施工することができる。したがって、オーバーラップ部分が少なくなり、施工時間の短縮と固化材の無駄を減少させることができる。

しかし、垂直回転軸にギヤボックスを取り付けて垂直撹拌翼へ動力を伝動すると、ギヤボックスの構成が複雑となる。また、ギヤボックス内に土砂が侵入した場合はギヤが回転しなくなるおそれがある。そのときは、ギヤボックスを分解して土砂を取り除かなくてはならず、信頼性および保守管理に不安がある。

そこで、本発明は深層混合処理にて改良地盤を形成するに際して、改良地盤の平面視形状を円形断面から矩形断面に形成して施工能率の向上を図るとともに、垂直回転軸の回転を簡単な構成で垂直撹拌翼へ伝動することにより、水平撹拌混合と垂直撹拌混合による複合撹拌混合を得ることができ、品質の信頼性および機械の保守管理性を向上させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの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、請求項１記載の発明は、先端部に掘削歯と固化材吐出口が設けられた複数の垂直回転軸を有し、それぞれの垂直回転軸の外周部に、前記掘削歯から上方に向かって所定間隔で複数の水平撹拌翼を固設し、さらに、それらの水平撹拌翼間には、隣接する垂直回転軸の間隔を一定に保持する間隔保持部材を装着した深層混合処理装置において、前記間隔保持部材は、前記それぞれの垂直回転軸の外周部に所定高さに遊嵌された保持本体と、隣接する保持本体同士を連結する連結体とからなり、前記保持本体の外周部で前記連結体が連結されていない部分に水平軸を突設し、該水平軸にボスを回転可能に取り付けるとともに、該ボスの外周面から同一垂直面に複数本のアームを放射状に固設して垂直撹拌翼を形成し、さらに、前記保持本体の上端部に近接して前記垂直回転軸の外周部から同一水平面に複数本の駆動ピンを放射状に突設し、該駆動ピンの回転軌跡が垂直撹拌翼のアームの回転軌跡と直交するように構成したことを特徴とする深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、複数の垂直回転軸は間隔保持部材によって、一定間隔で回転可能な状態に保持される。垂直回転軸が回転すると、先端の掘削歯が地盤を掘削しながら固化材が吐出され、これと同時に、水平撹拌翼が水平回転して掘削土と固化材を水平方向に撹拌混合する。また、垂直回転軸と一体に水平回転する駆動ピンの先端部が、垂直撹拌翼のアームの側面部に当接して該アームを押圧するため、垂直撹拌翼が水平軸を中心に垂直回転して、掘削土と固化材を垂直方向に撹拌混合する。水平撹拌翼の撹拌と垂直撹拌翼の撹拌が組み合わされて、改良地盤の平面視形状は矩形断面となる。

請求項２記載の発明は、上記深層混合処理装置は複数の垂直回転軸を有し、上記水平軸は保持本体の外周部の両側面にそれぞれ同一軸上に、かつ、連結体に対して平面視ほぼ直角に突設され、前記垂直回転軸を挟んで対向して設けられた垂直撹拌翼の回転軌跡が平面視で平行、かつ、隣接する垂直回転軸に設けられた垂直撹拌翼の回転軌跡が平面視で同一線上に配置されたことにより、改良地盤形状を矩形断面に形成できることを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、複数本、例えば２本の垂直回転軸にそれぞれ対向して設けられた４つの垂直撹拌翼の回転軌跡が、平面視で平行線上に配置されているので、隣接する掘削歯と水平回転翼の２つの円形がオーバーラップした瓢箪型の回転軌跡と組み合わせると、改良地盤の平面視形状はほぼ長方形に近い矩形断面形状となる。また、２本だけではなく、３本の垂直回転軸でも同様に矩形断面形状となる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の深層混合処理装置を使用する深層混合処理工法であって、垂直回転軸の回転により、掘削歯にて地盤を掘削するとともに水平撹拌翼にて掘削土を水平方向へ撹拌し、さらに、前記垂直回転軸の回転を駆動ピンにて垂直撹拌翼へ伝動し、該垂直撹拌翼にて掘削土を垂直方向へ撹拌し、固化材と掘削土を３次元的に撹拌混合させて、地盤改良を行なうことを特徴とする深層混合処理工法を提供する。

この構成によれば、垂直回転軸の回転により、掘削歯と水平撹拌翼が水平方向へ回転して円形を接円もしくはオーバーラップさせた改良地盤が形成される。これと同時に、垂直回転軸の回転が駆動ピンにより垂直回転翼に伝動され、垂直回転翼が垂直方向に回転して平行な直線形状の改良地盤が形成される。前記掘削歯と水平撹拌翼が施工した改良地盤と、垂直回転翼が施工した改良地盤が複合撹拌されて、改良地盤の平面視形状は矩形断面となる。

本発明は、水平撹拌翼にて掘削土を水平方向へ撹拌するとともに垂直撹拌翼にて掘削土を垂直方向へ撹拌するので、固化材と掘削土を３次元的に撹拌混合することができ、撹拌効率を向上させることができる。また、改良地盤の平面視形状を矩形断面に形成できることから、円形もしくは瓢箪形の断面形状に比べてオーバーラップ部分が少なくなり、施工時間の短縮と固化材の無駄を減少させることができる。

また、垂直回転軸に突設した駆動ピンと、保持本体の水平軸に取り付けた垂直撹拌翼を直交させて、垂直回転軸の回転を垂直撹拌翼へ伝動するので、伝動機構の構成が簡素化されて、信頼性および保守管理性を向上させることができる。

以下、本発明に係る深層混合処理装置および深層混合処理工法について、好適な実施例をあげて説明する。深層混合処理にて改良地盤を形成するに際して、改良地盤の平面視形状を矩形断面に形成して施工能率の向上を図るとともに、垂直回転軸の回転を簡単な構成で垂直撹拌翼へ伝動することにより、信頼性および保守管理性を向上させるという目的を達成するために、本発明は先端部に掘削歯と固化材吐出口が設けられた複数の垂直回転軸を有し、それぞれの垂直回転軸の外周部に、前記掘削歯から上方に向かって所定間隔で複数の水平撹拌翼を固設し、さらに、それらの水平撹拌翼間の前記垂直回転軸の外周部に、隣接する垂直回転軸の間隔を一定に保持する間隔保持部材を装着した深層混合処理装置において、前記間隔保持部材は、前記垂直回転軸の外周部に所定高さに遊嵌された保持本体と、隣接する保持本体同士を連結する連結体とからなり、前記保持本体の外周部で前記連結体が連結されていない部分に水平軸を突設し、該水平軸にボスを回転可能に取り付けるとともに、該ボスの外周面から同一垂直面の放射状に複数本のアームを固設して垂直撹拌翼を形成し、さらに、前記保持本体の上端部に近接して前記垂直回転軸の外周部から同一水平面の放射状に複数本の駆動ピンを突設し、該駆動ピンの回転軌跡が垂直撹拌翼のアームの回転軌跡と直交するように構成したことにより実現した。

図１は本発明に係る深層混合処理装置の要部を示す斜視図、図２は駆動ピンと垂直撹拌翼部分の拡大側面図、図３は駆動ピンと垂直撹拌翼部分の平面を示す説明図である。本装置は左右一対の垂直回転軸１０を有し、それぞれの垂直回転軸１０の先端部に掘削歯兼水平撹拌翼１１（以下、単に掘削歯１１という）と固化材吐出口１２が設けられている。また、それぞれの垂直回転軸１０の外周部には、前記掘削歯１１から上方に向かって所定間隔で複数の水平撹拌翼１３を固設してある。さらに、上下の水平撹拌翼１３，１３間には、隣接する垂直回転軸１０，１０の間隔を一定に保持する間隔保持部材１４を装着してある。

前記間隔保持部材１４は、前記垂直回転軸１０の外周部に所定高さに遊嵌された保持本体１５と、隣接する保持本体１５，１５同士を連結する連結体１６とからなり、前記保持本体１５の外周部で前記連結体１６が連結されていない前面部と後面部に、それぞれ水平軸１７が突設されている。該水平軸１７は前記連結体１６に対して平面視ほぼ直角に、かつ、保持本体１５の前後面で同一軸上に設けられている。

そして、前記水平軸１７にボス１８を回転可能に取り付けるとともに、該ボス１８の外周面から同一垂直面に複数本のアーム１９を放射状に固設して垂直撹拌翼２０を形成する。本実施例では、前記ボス１８に８本のアーム１９が固設され、隔本毎のアーム１９にはボス１８の外端部側に該アーム１９と平行に補助アーム１９ａが固設され、さらに、該アーム１９の先端部と補助アーム１９ａの先端部に亘って、側面視逆Ｌ字形のフィン１９ｂが取り付けられている。このように隔本毎のアーム１９にフィン１９ｂを取り付けたことにより、垂直撹拌翼２０の撹拌効率がより一層向上する。

また、前記間隔保持部材１４の上端部に近接して、前記垂直回転軸１０の外周部から同一水平面に複数本の駆動ピン２１を放射状に突設する。該駆動ピン２１の先端部は、前記垂直撹拌翼２０のアーム１９，１９間に挿入された状態となっており、該駆動ピン２１は前記垂直回転軸１０と一体に水平回転する。すなわち、駆動ピン２１の回転軌跡が垂直撹拌翼２０の回転軌跡と直交するように構成してある。

前記垂直回転軸１０は、モータＭの駆動によって、左右で反対方向に回転駆動される。本実施例では平面視で右側の垂直回転軸１０が時計回り、左側の垂直回転軸１０が反時計回りに回転するものとする。前記右側の垂直回転軸１０について説明すれば、垂直回転軸１０が平面視時計回りに回転すると、掘削歯１１が地盤を掘削しながら固化材吐出口１２から固化材が吐出され、これと同時に、水平撹拌翼１３が水平回転して掘削土と固化材を水平方向に撹拌混合する。

また、前記垂直回転軸１０の外周部に放射状に突設された駆動ピン２１が、垂直回転軸１０と一体に平面視時計回りに水平回転し、何れかの駆動ピン２１の先端部が、垂直撹拌翼２０の何れかのアーム１９の側面部に当接して、該アームを水平方向へ押圧するため、垂直撹拌翼２０が水平軸１７を中心にわずかに回転する。そして、当該駆動ピン２１がアーム１９を押圧しきって該アーム１９から離反する付近で、次の駆動ピン２１の先端部が次のアーム１９の側面部に当接して同一方向へ押圧するので、垂直撹拌翼２０が水平軸１７を中心にさらに回転する。この動作が繰り返されて、垂直撹拌翼２０が水平軸１７を中心に連続的に垂直回転し、掘削土と固化材を垂直方向に撹拌混合する。

図１に示すように、右側の垂直回転軸１０と水平回転翼１３が平面視時計回りに回転すると、前面側の垂直回転翼２０が反時計回りに垂直回転するとともに、後面側の垂直回転翼２０が時計回りに垂直回転する回転する。また、左側の垂直回転軸１０と水平回転翼１３が平面視反時計回りに回転すると、前面側の垂直回転翼２０が時計回りに垂直回転するとともに、後面側の垂直回転翼２０が反時計回りに垂直回転する回転する。

このように、水平撹拌翼１３の撹拌と垂直撹拌翼２０の撹拌が組み合わされて、掘削土と固化材が３次元的に撹拌混合されるので、撹拌効率が向上するとともに、図３に示すように、水平撹拌翼１３が施工した改良地盤と、垂直回転翼２０が施工した改良地盤がオーバーラップして、改良地盤の平面視形状は矩形断面となる。

このように、改良地盤の平面視形状が矩形断面になることにより、従来のように、改良率１００％の場合、隣接する改良地盤同士をすべてオーバーラップさせた状態で施工する必要がなくなり、例えば、図４に示すように、一回の施工毎に隣接する改良地盤３０同士をオーバーラップさせることなく施工でき、施工時間の短縮と固化材の無駄を減少させることができる。なお、同図（ａ）に示すように、左右一対の掘削歯１１および水平撹拌翼１３の回転軌跡をオーバーラップさせた状態と、同図（ｂ）に示すように、左右一対の掘削歯１１および水平撹拌翼１３の回転軌跡が接円状態との、どちらの施工形態であっても、まったく同様に、隣接する改良地盤３０同士をオーバーラップさせることなく施工することができる。

また、図５に示すように、連続地中壁３１を施工する場合に、円形もしくは瓢箪形部分の隙間がないため、格子状部分３２の位置を自由に設置することができる。また、液状化対策での格子状改良も可能である。さらに、図６に示すように、矢板３３により土留め定着工事をする場合、従来の円形もしくは瓢箪形施工では密着施工が出来ず矢板と隙間が生じていたため、高圧ジェットを噴射して矢板を改良地盤に押し付けていたが、本発明の矩形断面施工では、矢板３３を改良地盤３０に従来よりも低変位で密着させて施工できるので、従来のように高圧ジェット水の噴射が必要なくなり、低変位型密着施工が簡単となる。

図７は、垂直回転軸１０を回転させながら地盤へ貫入していく状態を示し、同図（ａ）に示すように、従来は掘削土と固化材が横方向へ地中変位４０を起こしていたが、同図（ｂ）に示すように、本発明では垂直撹拌翼２０が回転しながら掘削土を内側へ巻き込むため、垂直回転軸１０の横方向の変位４１が少なくなって、低変位型貫入施工が正確かつ容易となる。このときの自然排土量４５は従来工法とあまり変わらない。しかし、同図（ｃ）に示すように、垂直回転軸１０の上部にスパイラル状のフィン３４を設けることにより、該フィン３４によって掘削土の排除４６が行なわれるため、垂直回転軸１０の引き抜き時における横方向の変位４２が更に減少し、低変位型引き抜き施工が容易となる。

なお、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。

本発明に係る深層混合処理装置の要部を示す斜視図。 図１に示す駆動ピンと垂直撹拌翼部分の拡大側面図。 図１に示す駆動ピンと垂直撹拌翼部分の平面を示す説明図。 本発明に係る深層混合処理工法による改良率１００％改良地盤の施工断面の説明図。 本発明に係る深層混合処理工法による連続地中壁および格子状改良の施工断面の説明図。 本発明に係る深層混合処理工法による矢板土留め定着施工の説明図。 本発明に係る深層混合処理工法による低変位貫入および低変位型引き抜き施工と従来の工法による施工を比較した説明図。 従来の工法による改良地盤の円形施工断面の説明図。 従来の工法による改良地盤の矩形施工断面の説明図。

符号の説明

１０ 垂直回転軸
１１ 掘削歯
１２ 固化吐出口
１３ 水平撹拌翼
１４ 間隔保持部材
１５ 保持本体
１６ 連結体
１７ 水平軸
１８ ボス
１９ アーム
２０ 垂直撹拌翼
２１ 駆動ピン
３０ 改良地盤

Claims (3)

1. 先端部に掘削歯と固化材吐出口が設けられた複数の垂直回転軸を有し、それぞれの垂直回転軸の外周部に、前記掘削歯から上方に向かって所定間隔で複数の水平撹拌翼を固設し、さらに、それらの水平撹拌翼間には、隣接する垂直回転軸の間隔を一定に保持する間隔保持部材を装着した深層混合処理装置において、
   前記間隔保持部材は、前記それぞれの垂直回転軸の外周部に所定高さに遊嵌された保持本体と、隣接する保持本体同士を連結する連結体とからなり、前記保持本体の外周部で前記連結体が連結されていない部分に水平軸を突設し、該水平軸にボスを回転可能に取り付けるとともに、該ボスの外周面から同一垂直面に複数本のアームを放射状に固設して垂直撹拌翼を形成し、さらに、前記保持本体の上端部に近接して前記垂直回転軸の外周部から同一水平面に複数本の駆動ピンを放射状に突設し、
   該駆動ピンの回転軌跡が垂直撹拌翼のアームの回転軌跡と直交するように構成したことを特徴とする深層混合処理装置。
2. 上記深層混合処理装置は複数の垂直回転軸を有し、上記水平軸は保持本体の外周部の両側面にそれぞれ同一軸上に、かつ、連結体に対して平面視ほぼ直角に突設され、前記垂直回転軸を挟んで対向して設けられた垂直撹拌翼の回転軌跡が平面視で平行、かつ、隣接する垂直回転軸に設けられた垂直撹拌翼の回転軌跡が平面視で同一線上に配置されたことにより、改良地盤形状を矩形断面に形成できることを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
3. 請求項１または２記載の深層混合処理装置を使用する深層混合処理工法であって、垂直回転軸の回転により、掘削歯にて地盤を掘削するとともに水平撹拌翼にて掘削土を水平方向へ撹拌し、さらに、前記垂直回転軸の回転を駆動ピンにて垂直撹拌翼へ伝動し、該垂直撹拌翼にて掘削土を垂直方向へ撹拌し、固化材と掘削土を３次元的に撹拌混合させて、地盤改良を行なうことを特徴とする低変位型深層混合処理工法。

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