JP2008297698A - 地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に、地盤の硬さや性状などに応じてより最適な掘削作用及び攪拌作用を付与できる地盤改良装置を実現する。
【解決手段】反転可能な内軸５と外軸６との二重軸構造の駆動軸４と、駆動軸４の下端側に設けられた掘削手段７及び攪拌手段８と、駆動軸４に沿って設けられた安定材用供給通路１０及び安定材を吐出する吐出部１１とを備え、駆動軸４を下降しながら掘削手段７により地盤を掘削すると共に、駆動軸４の下降又は／及び上昇時に吐出部１１より安定材を掘削土壌中に吐出し攪拌手段８により混合する地盤改良装置において、掘削手段７は、外軸６側に複数の支持部材１２を介して連結保持された状態で該外軸の真下に配置されて外軸外径より一回り大きな略リング状の掘削枠体１３を有し、攪拌手段８は、内軸５側に突設されて支持部材１２及び掘削枠体１３で区画される内側に収まっている攪拌翼８Ａ，８Ｂを有していることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、地盤を掘削し、その掘削土壌中に各種の安定材を注入し攪拌混合して地盤強度などを改良する場合に用いられる地盤改良装置に関する。

地盤改良装置には、図５（特許文献１に開示の構造）に示されるように、内軸（内側軸部）２０と外軸（外側軸部）２１との二重軸構造の駆動軸（掘削軸体）７と、駆動軸７の下端側に設けられた掘削手段（掘削刃体）１０及び攪拌手段（相対攪拌翼体）９と、駆動軸７に沿って設けられた安定材用供給通路２３，２４及び安定材を吐出する吐出部２９，３２とを備え、駆動軸７を下降しながら掘削手段１０により地盤を掘削すると共に、駆動軸７の下降又は／及び上昇時に吐出部２９，３２より安定材を掘削土壌中に吐出し攪拌手段９により混合するものが知られている。

ここで、内軸２０と外軸２１は二重反転歯車機構８により反転される。攪拌手段９は、外軸２１に連結されている外側攪拌翼２８と、内軸２０に連結されている内側攪拌翼２７とからなる。掘削手段１０は内軸２０の下端に取り付けられている。符号２３は内軸２０の内側に沿って設けられた供給通路で、内軸下端の吐出部２９から安定材を噴射する。符号２４は内軸２０と外軸２１との間に設けられた供給通路で、上側の連通路２５を介して供給通路２３に接続されており、内側攪拌翼２７に設けられた吐出部３２から安定材を噴射する。そして、以上の地盤改良装置を用いた地盤改良方法において、掘削手段１０は駆動軸７を下降する過程で地盤を掘削し、また、攪拌手段９は吐出部２９，３２から噴射した安定材を外側攪拌翼２８と内側攪拌翼２７との反転作用により掘削土と混合し土壌の共廻りを防いで効率よく攪拌する。
特開２００１−２００５３１号公報

上記した地盤改良装置にあっては次のような観点から未だ問題を有している。
（ア）この種の掘削では、例えば、地盤強度が深さ方向で部分的に硬くなっていると、それに比例して掘削動力を増大しなくてはならない。しかし、従来構造では、先端の掘削手段１０が内軸２０側に装着されており、掘削動力を増大するには内軸２０の剛性も上げるため内軸を太くしなくてはならないが、内軸２０を太くすると外軸２１も大きくなり、結果として装備重量が大幅に増えて大型のベースマシン等が必要となり経費増となる。
（イ）従来構造では、例えば、内側攪拌翼２７の吐出部３２まで安定材を送る構成として、供給通路２３，２４及び連通路２５が必要となって複雑であり、また、吐出部３２から噴射される安定材吐出圧を増大しにくい。
（エ）従来構造では、外側攪拌翼２８と内側攪拌翼２７との反転作用により土壌の共廻りを防ぎ易いが、外側攪拌翼２８と内側攪拌翼２７との間隔、外側攪拌翼２８と内軸側掘削手段１０との間の上下間隔が固定されているため、地盤の状況などに応じて間隔を変更してより最適な攪拌条件などを満たすことができない。

本発明の目的は、以上のような課題を解消し、地盤の硬さや性状などに応じてより最適な掘削作用及び攪拌作用を付与できる地盤改良装置を提供することにある。

上記目的を達成するため請求項１の本発明は、反転可能な内軸と外軸との二重軸構造の駆動軸と、前記駆動軸の下端側に設けられた掘削手段及び攪拌手段と、前記駆動軸に沿って設けられた安定材用供給通路及び安定材を吐出する吐出部とを備え、前記駆動軸を下降しながら前記掘削手段により地盤を掘削すると共に、前記駆動軸の下降又は／及び上昇時に前記吐出部より安定材を掘削土壌中に吐出し前記攪拌手段により混合する地盤改良装置において、前記掘削手段は、前記外軸側に複数の支持部材を介して連結保持された状態で該外軸の真下に配置されて外軸外径より一回り大きな略リング状の掘削枠体を有し、前記攪拌手段は、前記内軸側に突設されて前記支持部材及び掘削枠体で区画される内側に収まっている攪拌翼を有していることを特徴としている。

以上の本発明は次のように具体化することがより好ましい。すなわち、前記攪拌手段は、高さ調整手段を介して上下動可能に設けられている構成である（請求項２）。前記高さ調整手段は、前記外軸上端側と前記内軸上端側との間に介在されたピストン式シリンダーからなると共に、前記外軸に対し前記内軸を上下動する構成である（請求項３）。前記掘削枠体は、略リング状の中心を通るよう付設された掘削羽根を有している構成である（請求項４）。

請求項１の発明では、先端の掘削手段を内軸に連結する従来構造に比べて、掘削手段が内軸より一回り太くなる外軸に連結されているため掘削動力を増大する場合に内外軸自体を変更することなく対処し易くなること、攪拌手段が内軸に付設されているため吐出部を攪拌手段側に付設しても該吐出部に安定材用供給通路を容易に接続できること、形態例のごとく支持部材を利用して内軸用軸受部などを簡単に付設できること等で優れている。

請求項２の発明では、攪拌手段が高さ調整手段を介してその上下位置を変更可能なため、例えば、攪拌手段と掘削手段との間隔を、地盤の硬さや地盤性状に応じてより最適の値に調整してより良好な掘削や攪拌を実現できるようにする。

請求項３の発明では、高さ調整手段が公知のピストン式シリンダーであるため経費を抑えて実施でき、また、例えば対象地盤が転石を多く含むようなとき、図３のごとくシリンダーを縮めるとともにシリンダー作動をフリー状態にし、地盤貫入過程で掘削手段と攪拌手段との間に石等を噛み込むと、攪拌手段がその反力により内軸を介して上移動して石等の噛み込み状態を解放し易くし、それにより攪拌手段の破損を防止できるようにする。

請求項４の発明では、掘削枠体がリング状の略中心を通るよう付設された掘削羽根を有していると、例えば、掘削枠体が大きくなる場合にも掘削羽根により枠内を効率よく掘削できるようにする。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は地盤改良装置の全体を示し、図２及び図３は装置要部を示し、図４は駆動軸の下側の概略外観を示している。以下の説明では、装置構造を詳述した後、該装置を用いた地盤改良方法例ついて言及する。

（装置構造）形態例の地盤改良装置は、走行式ベースマシン１と、ベースマシン１と共に移動可能な支持リーダ２と、支持リーダ２の一側に沿って昇降される駆動用アタッチメント３と、アタッチメント３に保持されている二重構造の駆動軸４と、駆動軸４を構成している反転可能な内軸５及び外軸６と、駆動軸４の下端側に設けられた掘削手段７及び撹拌手段８と、駆動軸４に沿って設けられた安定材用供給通路１０と、供給通路１０の下端に不図示のジョイント等を介して接続されて安定材を吐出する吐出部１１とを備え、駆動軸４をアタッチメント３を介して下降しながら掘削手段５により地盤を掘削すると共に、駆動軸４の下降又は／及び上昇時に吐出部１１より安定材を掘削土壌中に吐出し攪拌手段８により撹拌混合する点は従来と同じである。

要部構造は、特に掘削手段７が外軸６側に複数の支持部材１２を介して連結保持された状態で該外軸の真下（下方）に配置されて外軸外径より一回り大きな略リング状の掘削枠体１３を有していること、攪拌手段８が内軸５側に突設されて支持部材１２と掘削枠体１３とで区画される空間内に収まっている複数枚−多段構成の攪拌翼８Ａ，８Ｂを有していること、攪拌手段８が高さ調整手段であるピストン式シリンダー９を介して上下動可能に設けられていること、ピストン式シリンダー９が外軸６上端側と内軸５上端側との間に介在されると共に外軸６に対し内軸５を上下動する構成からなること、等にある。

ここで、まず、上記した支持リーダ２は、ベースマシン１側の複数のバックステー２０により起立保持されている。アタッチメント３は、図２や図３にも示される支持リーダ２に沿って移動可能に配設されている移動基体３０と、移動基体３０の上側部に設けられて内軸５の上端側を保持して正逆回転する上駆動装置３１と、上駆動装置３１の下側に配設されて外軸６の上端側を保持して正逆回転する下駆動装置３５と、上駆動装置３１の上部に設置されているスイベル装置３８などから構成されている。また、上駆動装置３１と下駆動装置３５との間には複数（この例では２組）のシリンダー９が介在されている。

移動基体３０は、例えば、支持リーダ２の一側上下に配設されたラック状レールに沿って移動される。上駆動装置３１は、その装置機構部を覆っている筐体３２が移動基体３０に対し摺動自在にガイドされる関係となっており、筐体３２上に保持されているモーター３３と、筐体３２内に設けられてモーター３３の出力軸側と内軸５の上端側とを作動連結している不図示のギア機構などを有している。内軸５は、上駆動装置３１の駆動部側フランジと内軸側上フランジとを結合した状態で吊り下げ支持されている。これに対し、下駆動装置３５は、その筐体３６が移動基体３０に対し固定されており、筐体３６上に保持されている複数のモーター３７と、筐体３６内に設けられて各モーター３７の出力軸側と外軸６の上端側とを作動連結している不図示のギア機構などを有している。外軸６は、内軸５を貫通配置すると共に、下駆動装置３５の駆動部側フランジと外軸側上フランジとを結合した状態で吊り下げ支持されている。

なお、下駆動装置３５は、筐体３６の上面に連結した略コ形の吊り金具３９を有している。この吊り金具３９は、例えば、上部に連結される不図示の滑車ブロック等を介在して、ベースマシン１側の巻き上げ装置から引き出されて支持リーダ２の頂部笠木２１などを迂回したロープ２２に接続される。そして、この構造では、アタッチメント３がロープ２２の巻き上げ巻き戻しにより昇降される。また、スイベル装置３９は、地上側に用意される材料溜め部からポンプによりホース等を介して圧送される安定材を上駆動装置３１に保持・回転されている内軸５の内側上下方向に配置されている供給通路１０（図４を参照）の上側入口に供給可能にするものである。なお、符号２３は、支持リーダ２の下部に付設されて駆動軸４を揺れないようにする振れ止め具である。

前記各シリンダー９は、地表側から制御可能な油圧シリンダーからなり、各本体９ａが下駆動装置側の筐体３６の対応部に係止され、伸縮用ロッド９ａの先端を上駆動装置３１側の筐体３２の対応部に係止している。すなわち、この構造では、内軸５が上駆動装置３１に対し吊り下げ支持された状態で、シリンダー９のロッド９ｂを伸縮することによって、外軸６に対する高さ方向の位置が調整可能となっている。そして、この例では、内軸５が外軸６に対しロッド伸縮量に対応した図３に示した距離Ｔ（３０ｃｍ〜１００ｃｍの範囲）で可変調整されるようになっている。なお、本発明の高さ調整手段としては、この構造に限定されず、例えば内軸５に対し外軸６を油圧シリンダー等で上下動するよう構成することも可能である。

一方、外軸側の掘削手段７及び内軸側の撹拌手段８の細部は次の通りである。すなわち、掘削手段７は、外軸６の下端周囲に対し複数（通常は３〜４本）の支持部材１２を介して連結保持された略リング状の掘削枠体１３と、掘削枠体１３内に設けられた掘削羽根１４と、各支持部材１２の内側に固定支持した状態で内軸５を上から下へ回動自在に挿通する内軸用の軸受体１８とを備えている。このうち、各支持部材１２は、略逆Ｌ形からなり、横アーム部１２ａが外軸６の下端周囲に結合され、縦アーム部１２ｂの下端が掘削枠体１３の対応部に結合した状態で掘削枠体１３を保持している。掘削枠体１３には、複数の掘削ビッド１５ａが枠体下縁から突出し、かつ周囲等間隔で付設されている。掘削羽根１４は、中心部材１６及び該中心部材１６の外周に突設されている複数（２〜３枚）の掘削板１７とからなり、各掘削板１７の先端を掘削枠体１３の内周に溶接又はボルト等で固定した状態に設けられている。中心部材１６は、上側が内軸５の下端を遊嵌可能な形状で、下側が円錐形に形成することが好ましい。各掘削板１７は掘削性を考慮した傾きに設けられていると共に、複数の掘削ビッド１５ｂが板下縁から突出した状態で等間隔に付設されている。掘削ビッド１５ａと掘削ビッド１５ｂとは、ほぼ同一高さに設定されており、駆動軸４が下降されるとき外軸６の回動に伴って掘削枠体１３として一体的な掘削刃として作用する。軸受体１８は、内軸５を遊嵌するリング部１９ａ及び該リング部１９ａの外周に突設されている複数の支持板１９ｂとからなり、各支持板１９ｂの先端を対応する支持部材１２の縦アーム部１２ｂに溶接又はボルト等で固定した状態に組み込まれている。そして、軸受体１８は、外軸６と一体に回動されて、リング部１９ａが内軸５の揺れを規制して偏芯を防ぐと共に、支持板１９ｂが撹拌補助用としても機能する。

攪拌手段８は、２枚−２段構成の例であるが、内軸５に突設された支持部材１２と掘削枠体１３とで区画される空間内に収まっていれば、撹拌翼の枚数及び段数は任意である。また、撹拌翼８Ａ及び撹拌翼８Ｂは、内軸５の下端側において、前記リング部１９ａを間に配置した上側軸部と下側軸部とに突設されていると共に、先端下側に吐出部１１を有している。各吐出部１１には、安定材が内軸５に沿って配置された供給通路１０からジョイントなどを介して導入された後、所定角度で掘削土中に噴射可能にする。なお、この例では、吐出部１１として、安定材を圧縮気体に同伴して強力に噴射可能にする混合エジェクター（特許第３４１６７７４号や特許第３６２２９０３号等を参照）を想定している。このため、実際には供給通路１１も安定材用及び圧縮気体用として複数設けられている。但し、安定材の種類や供給及び吐出構造については、地盤改良条件などにより適宜変更されるものである。

（地盤改良方法）以上の地盤改良装置を用いて地盤改良するときの操作例について概説する。この地盤改良方法では、手順として駆動軸４を下降する貫入工程と上昇する引き抜きき工程とに大別される。また、安定材の吐出時期は、地盤性状などに応じて、貫入工程又は引き抜き工程、貫入工程及び引き抜き工程と言うように色々なパターンが採用される。

まず、貫入工程に際しては、複数の支持部材１２及び掘削枠体１３並びに掘削羽根１４で区画される外軸側掘削手段７の内空間に対し、内側攪拌手段８（の各攪拌翼８Ａ，８Ｂ）の上下の位置が上記した油圧シリンダー９を介して必要に応じて調整される。その際、例えば、施工対象の地盤が硬質であったり石やガラが多く存在するような場合は、図３のごとく各油圧シリンダー９が油供給側制御部を介してロッド縮小方向に制御されて、掘削枠体１３内或いは掘削羽根１４と下段攪拌翼８Ｂとの間隔を狭くする。また、各油圧シリンダー９は、本体９ａ側の作動油（作動圧力）をＯ（フリー状態）にして、内軸５が外力つまり外部から受ける負荷によってロッド９ｂが伸縮可能な状態にしておく。

貫入工程では、外軸６と内軸５とが対応する上下駆動装置３５，３１により反転駆動されて、所定の深さまで貫入操作される。この工程では、例えば、内軸５が上駆動装置３１を介して左回転、外軸６が下駆動装置３５を介して右回転に設定される。また、施工条件としては、掘削と同時に地表側からスイベル装置３８、供給通路１０を介して吐出部１１から水（又は圧縮空気と水と）を吐出することもある。

そして、以上の装置構造では、駆動軸４の下降に伴って掘削枠体１３並びに掘削羽根１４が地盤を効率よく掘削し、その掘削土や土塊が支持部材１２及び掘削枠体１３並びに掘削羽根１４で区画される内空間に入って、掘削手段７と逆回転している攪拌翼８Ａ，８Ｂにより細分化される。このとき、軸受部１８は、リング部１９ａが内軸５の振れを防ぎ、複数の支持板１９ｂが掘削土や土塊に対する共廻り防止板として作用する。この掘削過程において、例えば、攪拌翼８Ｂと掘削枠体１３や掘削羽根１４との間、攪拌翼８Ａと軸受部１８との間に石やガラが噛み込まれることもある。そのような事態になると、この装置構造では、油圧シリンダー９が外力により伸縮可能な状態になっているので、内軸５がロッド９ｂを介して押し上げられ、攪拌翼８Ｂと掘削枠体１３や掘削羽根１４との間、攪拌翼８Ａと軸受部１８との間隔が拡げられるため挟み込まれた石やガラが開放され、それにより各部材の破損を回避することができる。換言すると、油圧シリンダー９は、通常時だと油圧が加わっているため外部からの力により伸縮しないようになっているが、この例では上述したように作動油（作動圧力）をＯ（フリー状態）にしておくことで各部材間に挟み込まれる石やガラ等を直ちに開放可能にしている。

駆動軸４が所定深度に達したら水（又は圧縮空気と水と）の吐出を止めて引き抜き工程に切り換えられる。この工程では、外軸６と内軸５が貫入とは逆向きに反転駆動される。同時に、上記したように安定材として吐出部１１からセメントミルクと圧縮空気（但し、これに代えて流動物系や粉体系の安定材でもよい）を吐出する。その場合、造成法の一例としては、駆動軸４を所定量だけ引き抜き−再貫入、所定量だけ引き抜き−再貫入を繰り返す。この造成法だと、その再貫入時には下段攪拌翼８Ｂの吐出部１１だけから安定材を吐出しながら各攪拌翼８Ａ，８Ｂにより攪拌しつつ貫入する。貫入後の引き抜きに際しては下段攪拌翼８Ｂの吐出部１１からの安定材吐出しを止める。引き抜き工程では、上段攪拌翼８Ａの吐出部１１だけから安定材を吐出しながら各攪拌翼８Ａ，８Ｂにより攪拌しつつ地盤を改良する。この装置構造では、各攪拌翼８Ａ，８Ｂが各支持部材１２及び掘削枠体１３並びに掘削羽根１４で区画される内空間で掘削手段７と逆回転されている反転作用と、軸受部側の各支持板１９ｂによる共廻り防止作用などにより、安定材と原位置の掘削土とが効率よく攪拌混合される。このため、この地盤改良方法では、効率的な掘削と効率的な攪拌混合が実現されることになる。

なお、本発明は、以上の形態に限られるものではなく、請求項１で特定する要件を除いて種々変形したり展開可能なものである。

本発明形態の地盤改良装置の全体構成を示す模式図である。 図１の装置の要部構成を示す要部模式図である。 図２の状態から外軸に対し内軸を下移動した状態を示す要部模式図である。 図１の装置の掘削手段及び攪拌手段を模式的に示す概略外観図である。 特許文献１に開示の地盤改良装置を示す説明図である。

符号の説明

２…支持リーダー
３…アタッチメント（３０は移動基体、３１は上駆動装置、３５は下駆動装置）
４…駆動軸
５…内軸
６…外軸
７…掘削手段（１２は支持部材、１３は掘削枠体、１４は掘削羽根）
８…攪拌手段（８Ａと８Ｂは攪拌翼）
１０…供給通路
１１…吐出部
１２…支持部材（１２ａは横アーム部、１２ｂは縦アーム部）
９…油圧シリンダー（高さ調整手段で、９ａは本体、９ｂはロッド）

Claims (4)

1. 反転可能な内軸と外軸との二重軸構造の駆動軸と、前記駆動軸の下端側に設けられた掘削手段及び攪拌手段と、前記駆動軸に沿って設けられた安定材用供給通路及び安定材を吐出する吐出部とを備え、前記駆動軸を下降しながら前記掘削手段により地盤を掘削すると共に、前記駆動軸の下降又は／及び上昇時に前記吐出部より安定材を掘削土壌中に吐出し前記攪拌手段により混合する地盤改良装置において、
   前記掘削手段は、前記外軸側に複数の支持部材を介して連結保持された状態で該外軸の真下に配置されて外軸外径より一回り大きな略リング状の掘削枠体を有し、
   前記攪拌手段は、前記内軸側に突設されて前記各支持部材及び掘削枠体で区画される内側に収まっている攪拌翼を有していることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記攪拌手段は、高さ調整手段を介して上下動可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
3. 前記高さ調整手段は、前記外軸上端側と前記内軸上端側との間に介在されたピストン式シリンダーからなると共に、前記外軸に対し前記内軸を上下動することを特徴とする請求項２に記載の地盤改良装置。
4. 前記掘削枠体は、略リング状の中心を通るよう付設された掘削羽根を有していることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の地盤改良装置。

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