JP2009150157A - ソイルセメント柱の構築装置と構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ソイルセメント柱を構築するための凝固材を、地上へ溢れ出ないようにする。
【解決手段】 掘削軸１の回転によって、下端部に位置する掘削翼２を回転させて掘削軸を地中に侵入させるとともに、凝固材注入口６から凝固材１０を注入する。掘削軸１を回転することによって、当該掘削軸１の中心軸に対して中心が偏心した偏心ローラー１１を一体に回転し、その外周面に接するベアリング１３を介して、拡大押しのけローラー１１外周端を外周方向へ張り出させる。拡大押しのけローラー１１の偏心によって、掘削していない原土を外周側へ押しのけて、押しのけた分、凝固材１０を注入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソイルセメント柱を構築する装置と、その構築方法に関するものである。

従来から、図５に示すように、オーガー掘削機ｂに取り付けたリーダーｃに沿って上下動するオーガー軸ａの回転で螺旋翼、オーガー軸ａを地中に侵入させ、侵入させながらセメントミルクなどの凝固材を注入していく、或いは、掘削後に、オーガー軸ａを回転させて一定の距離引き上げつつ、凝固材を地盤内に圧入してソイルセメント柱を構築する方法が知られている。
特開平７−１３８９３７号公報。 特開平１１−１３１４６９号公報。

前記した従来のソイルセメント柱の構築方法にあっては、次のような問題点がある。
＜ａ＞ ソイルセメント柱は、オーガー軸ａの先端から凝固材を加圧して吐出し、土と攪拌して地中に形成される。その際に凝固材は加圧状態にあるから、この凝固材がオーガー軸ａに沿って地上まで上昇し、地上に吹き出してしまう現象を避けられなかった。
つまりは、凝固材（セメントミルク）注入体積分、おおよそ改良体積の約２５〜１８％ほど注入するので、その分、地上にミルク混じりの土が盛り上がって残土となるものである。
＜ｂ＞ こうして地上に吹き出した凝固材の混じった残土は図５に示すように地表面に残土の山ｄとなって盛り上がる。この残土の山ｄは改良に使われずに無駄になるだけでなく、ダンプトラック数台分の廃棄物となり、積み込みの手数と投棄のための費用が発生するという不経済なものであった。

本発明にかかるソイルセメント柱の構築装置は、
回転する掘削軸の下端部に、凝固材注入口と掘削翼とを備えるソイルセメント柱の構築装置であって、
前記掘削軸の下端部の凝固注入口と掘削翼より上に位置する拡大押しのけローラーは、
該掘削軸の中心軸に対して中心が偏心するとともに、掘削軸と一体に回転する偏心ローラーと、
当該偏心ローラーの外周面に接し、中心部の円筒状ケーシング内に収納されているベアリングとを有しているものである。
また、本発明の他のソイルセメント柱の構築装置は、
拡大押しのけローラーは、掘削軸外周の上下に複数個取付けられ、
各拡大押しのけローラーの中心に位置する偏心ローラーは、それら中心軸が1本の延長線上に位置していないことを特徴とするものである。
また、本発明のソイルセメント柱の構築方法は、
掘削軸の回転によって、下端部に位置する掘削翼を回転させて掘削軸を地中に侵入させるとともに、凝固材注入口から凝固材を注入し、
掘削軸を回転することによって、当該掘削軸の中心軸に対して中心が偏心した偏心ローラーを一体に回転し、
偏心ローラーの外周面に接するベアリングを介して、拡大押しのけローラー外周端を外周方向へ張り出させ、
拡大押しのけローラーの偏心によって、掘削していない原土を外周側へ押しのけて、
押しのけた分、凝固材を注入するものである。

本発明のソイルセメント柱の構築装置と構築方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜ａ＞ 掘削していない堅い土砂を、拡大押しのけローラーによって外周方向に押しのけるもので、その押しのけた分に凝固材を注入するものである。これによって、大きな圧力での注入の必要はなく、凝固材が掘削軸を伝って上昇するようなことが生じない。
＜ｂ＞ このように凝固材は高い圧力で加圧されていないから、掘削軸を伝わって地上へ吐出してしまうことがなく、設計量通りの全量の凝固材を地中に注入することができる。
＜ｃ＞ このように凝固材は地表へ溢れないから、凝固材を１００％活用でき産業廃棄物も発生せず、土の体積に対する凝固材の比率が高くなり、強固なソイルセメント柱を構築することができる。
＜ｄ＞ 凝固材は地表へ溢れず地表に凝固材混じりの残土の山が形成されることがないから、その積み込み、搬出の手間が不要であり、廃棄物を廃棄する費用も発生せず、経済的な施工が可能である。
＜ｅ＞ 凝固材が地表へ上昇してこないから、地表面が泥水で汚れることがなく、整然とした、良好な環境の現場を維持することができる。

以下、図面を参照にしながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜１＞装置全体の構成
本発明の装置は、回転軸となる掘削軸１と、掘削軸１に回転を与えるモーターと、掘削軸１の下端に取付けたビットを備えた掘削翼２、掘削翼２の上方に取付けられた拡大押しのけローラー４・４、拡大押しのけローラー４・４の上方に取付けられた攪拌翼５、掘削軸１の内部に配置した凝固材注入路の開口部である掘削軸１の下端の注入口６より構成する。
その他、上下に位置する拡大押しのけローラー４・４のそれぞれの下には、塊となった土を砕くための外周に複数本の棒状の翼が突き出た攪拌翼７・７が配置されている。
掘削軸１は公知の掘削機のリーダーに平行に取り付けてある。
ソイルセメント柱を地中に構築する場合には、モーターの回転によって掘削軸１を回転し、凝固材１０を注入しながら下端に配置された掘削翼２によって地盤を掘削し、掘削装置全体を地中に侵入させる構造である。
掘削孔９を掘削回転しながら、掘削軸１の先端の注入口１０から凝固材１０を地中に吐出する。

＜２＞拡大押しのけローラー
下端の掘削翼２の上に、掘削軸１の外周に張り出す拡大押しのけローラー４が取り付けてある。
拡大押しのけローラー４は、中心部に掘削軸１と一体に回転する偏心ローラー１１を有している。
偏心ローラー１１は、その中心が掘削軸１の中心軸に対して偏心しており、掘削軸１が回転すると、偏心ローラー１１は掘削軸１の周りを偏心して一体に回転するものである。
拡大押しのけローラー４は、中心に偏心ローラー１１の周囲に円筒形状のケーシング１２を有しており、そのケーシング１２の中に、偏心ローラー１１の外周面に接するベアリング１３が複数個収納されている。
ケーシング１２と掘削軸１とは固定されておらず、ケーシング１２は掘削軸１とは一体に回転はしない。
各ベアリング１３は、その位置がズレないようになっているが、多数個のベアリング１３を偏心ローラー１１の外周に連続的に配置することも可能である。
中心のケーシング１２の上下には、掘削軸１と一体に回転する上下の押え板１４・１４が固定され、ケーシング１２の回転を拘束せずに、高さがズレないようにしてある。
ケーシング１２の外周からは放射状に外周方向に棒材１５が複数本突出し、棒材１５の先端には、拡大押しのけリング１６が固定されている。

＜３＞拡大押しのけローラーの偏心
掘削軸１が回転すると、それと一体となった偏心ローラー１１も回転し、その偏心ローラー１１は、掘削軸１の中心軸から偏心した分一部が外周方向へ張り出て、掘削軸１の周りを回転することになる。
拡大押しのけローラー４によって外周方向へ張り出て回転する直径Ｄ２は、その下に位置する掘削翼２の回転直径Ｄ１よりも大きい。
実施例では、直径Ｄ１は５３０ｍｍであり、直径Ｄ２は６００ｍｍである。
拡大押しのけローラー４によって拡大する回転直径Ｄ２と、その上の攪拌翼５の回転直径は、ほぼ同じである。
拡大押しのけローラー４のケーシング１２は、押さえ板１４・１４とは溶接固定されておらず、偏心ローラー１１が掘削軸１と一緒に回転していても、偏心ローラー４や押さえ板１４・１４とは一緒に回転せず、回転軸１の周りで揺動するだけで、拡大押しのけローラー４、つまりは拡大押しのけリング１６はほとんど回転しない。
回転よりもむしろ重要なことは、円筒状のケーシング１２がベアリング１３を介して偏心ローラー１１の偏心回転を受け、拡大押しのけローラー４自体が偏心して外周方向に一部が張り出し、大きなトルクで、掘削していない原土を外周方向へ押しのけることである。
しかも、偏心ローラー１１が回転しているため、その回転につれて張り出す部分が少しづつ移動して原土を外周方向へ押しのける。

＜４＞上下の拡大押しのけローラー
実施例では、拡大押しのけローラー４は、上下二段に配置され、それぞれの中心に配置された偏心ローラー１１・１１は、その上下方向の中心軸が一直線上に位置していない。
実施例では、上下の偏心ローラー１１・１１が、中心軸である掘削軸１を間にして、左右反対側に位置している。
従って、上方の拡大押しのけローラー４の偏心ローラー１１と、下方の拡大押しのけローラー４の偏心ローラー１１は、常に掘削軸１に対して、左右反対側に位置して、バランスがとれるようになっている。
拡大押しのけローラー４を三つ採用した場合は、各拡大押しのけローラー４が三方にバランスよく偏心するように、偏心ローラー１1が掘削軸１に対して１２０度づつ角度がズレるようにすればよい。
拡大押しのけローラー４を、４つ、５つと増やす場合は、それぞれ９０度、７２度と角度がズレるようにすればよく、それ以上の場合もこれらに準ずる。
要するに、上下の拡大押しのけローラー４の偏心ローラー１１が、それら中心軸が１本の延長線上に位置しないで、回転軸１の外周でバランスを取るように配置することが重要である。

＜５＞下方の拡大押しのけローラー
実施例では、拡大押しのけローラー４・４のうち、下方に位置する拡大押しのけローラー４の拡大押しのけリング１６の下端縁が、下に行くに従って径が小さくなるようテーパー部１７が形成されている。

＜６＞攪拌翼
上下の拡大押しのけローラー４・４のそれぞれ下方には、攪拌翼７が取付られている。
攪拌翼７は、塊となった掘削土を砕くためであって、複数本の棒状鋼が外周方向に張り出しており、掘削軸１と一体に回転し、棒状の翼によって切り崩すようにして塊を崩すものである。

＜７＞施工方法
次に上記で説明した装置を用いてソイルセメント柱を形成する方法について説明する。

＜８＞掘削軸１の侵入
掘削軸１をモーターで回転して、掘削軸１の回転で下端の掘削翼２を回転させて、それに取付けられているビットによって地盤を掘削して、地中に侵入させる。

＜９＞凝固材の注入
掘削翼２による掘削と同時に、掘削軸１の先端から凝固材１０を、掘削孔９の中に注入する。
実施例では、凝固材１０としてセメントミルクを使用している。
掘削した土砂と凝固材１０を、下方の攪拌翼７でかき混ぜ、攪拌する。
続いて拡大押しのけローラー４、中間の攪拌翼７、上方の拡大押しのけローラー４、上方の攪拌翼５を掘削地盤に進行する。

＜１０＞拡大押しのけローラーによる押しのけ
拡大押しのけローラー４の偏心ローラー１１は、掘削軸１に対して偏心して回転し、その偏心分だけ押しのけローラー４のリング１６が偏心して外周方向へ張り出、掘削翼２や下方の攪拌翼３の回転直径Ｄ１よりも大きな直径Ｄ２を形成しながら、外周方向へ掘削していない堅い原土砂を押しのけて降下していく。
このとき、下方の拡大押しのけローラー４のテーパー部１７は、原土を外周方向へガイドする役目を果たす。
このようにして、掘削しない原土を拡大押しのけローラー４・４によって外周方向へ押しのけ、より大きな径の掘削孔９を形成することになる。
原土砂を外側へ押しやった分、セメントミルクと攪拌された土が、大きな圧力をかける必要なく、掘削孔９の中に充填されることとなる。

＜１１＞凝固材の注入量
本発明では、注入する凝固材（セメントミルク）１０量を、拡大押しのけローラー４・４によって拡径しただけの、つまりは直径Ｄ２から直径Ｄ１を引いた体積分となるよう、予め計算で求めた量をするシステムを採用している。
従って、注入量が、拡大押しのけローラー４・４によって拡径した体積と同じだけであるから、従来のように凝固材１０と掘削土が混ざった土砂が掘削軸１を伝わって地表面にあふれ出したり、軟弱な地層を伝って予定外の方向へ侵入したり、図５に示すような凝固材１０の混合した残土の山が盛り上がるというようなことが生じない。
特に、掘削軸１周辺の地表へ盛り上がった土砂の廃棄量の多さが問題となっている現在、そのような現象が生じない本発明の経済的効果は大きい。

＜１２＞凝固材の攪拌
上方の攪拌翼５によって、凝固材１０と掘削土が混ざった土砂を更に攪拌して、掘削孔の中に凝固材１０と掘削土が均一に分散し、それらが硬化することでソイルセメント柱が形成される。

＜１３＞掘削軸の引き抜き
予定の掘削が終了したら、掘削軸１を掘削孔９から引き抜く。
引き抜きには、通常、掘削とは反対方向に回転しながら引き抜く。
このとき、引き抜きながら凝固材１０を注入口６から注入しながら引き抜くこともある。

本発明のソイルセメント柱の構築装置の実施例の側面図 装置の要部の側面図 装置の要部の斜視図 装置の要部の横断面図 従来のソイルセメント柱の構築状態の説明図

符号の説明

１：掘削軸
２：掘削翼
３：攪拌翼
４：拡大押しのけローラー
５：攪拌翼
６：注入口
７：攪拌翼
９：掘削孔
１０：凝固材
１１：偏心ローラー
１２：ケーシング
１３：ベアリング
１４：押え板
１５：棒材
１６：拡大押しのけリング
１７：テーパー部

Claims (3)

1. 回転する掘削軸の下端部に、凝固材注入口と掘削翼とを備えるソイルセメント柱の構築装置であって、
   前記掘削軸の下端部の凝固注入口と掘削翼より上に位置する拡大押しのけローラーは、
   該掘削軸の中心軸に対して中心が偏心するとともに、掘削軸と一体に回転する偏心ローラーと、
   当該偏心ローラーの外周面に接し、中心部の円筒状ケーシング内に収納されているベアリングとを有している
   ソイルセメント柱の構築装置。
2. 拡大押しのけローラーは、掘削軸外周の上下に複数個取付けられ、
   各拡大押しのけローラーの中心に位置する偏心ローラーは、それら中心軸が1本の延長線上に位置していないことを特徴とする
   請求項１記載のソイルセメント柱の構築装置。
3. 掘削軸の回転によって、下端部に位置する掘削翼を回転させて掘削軸を地中に侵入させるとともに、凝固材注入口から凝固材を注入し、
   掘削軸を回転することによって、当該掘削軸の中心軸に対して中心が偏心した偏心ローラーを一体に回転し、
   偏心ローラーの外周面に接するベアリングを介して、拡大押しのけローラー外周端を外周方向へ張り出させ、
   拡大押しのけローラーの偏心によって、掘削していない原土を外周側へ押しのけて、
   押しのけた分、凝固材を注入する
   ソイルセメント柱の構築方法。

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