JP2010037730A - 地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共回防止翼先端部が機械的剛性と地盤内壁面への把持力に優れ、混合処理の効率化を図ることができる地盤改良装置。
【解決手段】掘削される地盤に対して上下動される掘削支持軸２１と、掘削支持軸２１の下端部に回転自在に設けられ地盤面に当接して掘削する掘削刃２２と、掘削支持軸２１の外周面に突出して掘削された地盤の土壌を撹拌する撹拌翼２３、２４と、掘削支持軸周面にその基端が配設されるとともに地盤の内壁面に突出するＹ字状先端部２７を有した共回転防止翼２８、２８ａ、２８ｂと、を備えるように地盤改良装置を構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は地盤を掘削して形成された土壌中にセメントミルクなどの固化材（土壌改良剤）を撹拌混合して、円柱状に形成された地盤改良体などを造成してその地盤の支持力を高めるようにした地盤改良装置に関する。

従来、護岸、防波堤、下線堤防、道路及び土地造成などの地盤改良工法として土壌の混合処理工法が多用されている。この工法は基本的には先端部に撹拌翼を備えた撹拌ロッドを軸芯回りに回転させながら地中に貫入掘削して、その先端部より吐出されたセメントミルクなどの固化材（土壌改良剤）を土砂と撹拌混合して、そのセメントの硬化作用によって地盤中に円柱状の地盤改良体を造成するものである。

近年、このような混合処理機の撹拌翼構造について、種々の改良が加えられたものが提案されている。例えば、特許文献１には地盤改良機の撹拌装置において、駆動装置に着脱自在に取付けられて回動及び昇降する回動軸における掘削翼と撹拌翼との間の所定箇所に配設されて土砂の共回りを防ぐための共回り防止翼を備えた地盤改良機の撹拌装置が記載されている。
特開２００３−３１３８５７号公報

上記特許文献１に示されるような地盤改良装置は、この共回り防止翼の翼先端部が掘削翼の回転半径の外側に突出するようにして、掘削翼や撹拌翼が回転している間も回転しない状態を維持させるのであるが、円柱状に掘削された地盤の内壁面に対する先端部の把持力や強度などが不足する場合があった。このため、回転する掘削翼や撹拌翼に追随して共回りして掘削中心がずれてしまい、円柱状の掘削孔が、きちんと垂直方向に形成されず、斜めになってしまうといった問題があった。特に、特許文献１の共回り防止翼は２つのため共回りしやすく、そのような懸念が強いと考えられる。

本発明は前記従来の課題を解決するためになされたもので、その共回り防止翼先端部の機械的剛性と地盤内壁面への把持力に優れ、撹拌装置の掘削進行方向の垂直精度を向上させることができる地盤改良装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の地盤改良装置は、掘削される地盤に対してその下端部が上下動される掘削支持軸と、前記掘削支持軸の下端部に設けられ前記地盤面に当接して掘削する掘削刃と、前記掘削支持軸の外周面に突出して掘削された地盤の土壌を撹拌する撹拌翼と、前記掘削刃と前記撹拌翼との間の掘削支持軸周面にその基端が配設されるとともに前記地盤の内壁面に突出する平面視略Ｙ字状の先端部を有した共回転防止翼と、を備えるように構成される。

（２）本発明は、前記（１）記載の地盤改良装置において、前記共回転防止翼は、前記掘削支持軸に対してそれぞれ等角度で放射状に複数配置されていることにも特徴を有している。

本発明によれば、掘削刃と撹拌翼との間の掘削支持軸周面にその基端が配設されるとともに地盤の内壁面に突出する平面視略Ｙ字状の先端部を有した共回転防止翼を備えるので、シンプルな構成でありながら、共回り防止翼先端部の機械的強度と地盤内壁面への把持力とが向上し、撹拌装置の掘削進行方向における垂直精度が優れたものとなるため、きちんと垂直方向に伸延する円柱状の掘削孔が形成できる。

本発明の実施形態に係る地盤改良装置は、掘削される地盤に対してその下端部が上下動される掘削支持軸と、前記掘削支持軸の下端部に設けられ前記地盤面に当接して掘削する掘削刃と、前記掘削支持軸の外周面に突出して掘削された地盤の土壌を撹拌する撹拌翼と、前記掘削刃と前記撹拌翼との間の掘削支持軸周面にその基端が配設されるとともに前記地盤の内壁面に突出する平面視略Ｙ字状の先端部を有した共回転防止翼とを備えている。このように、掘削ビットがＹ字状先端部を備えた共回転防止翼を有するので、簡単な構成でありながら、共回防止翼の先端部が撓んで変形することのない機械的強度を備え、しかも共回転防止翼の先端が地盤内壁面に確実かつ安定に把持され、地盤改良における作業効率を向上させることができる。

地盤改良装置は、例えば、道路や土地造成などの地盤改良工法に採用される略長尺円筒状の掘削ビットを備えた装置であって、これらの地盤における土壌混合処理などに多用されている。すなわち、掘削ビットの掘削支持軸先端に設けた回転する掘削刃により地盤面を掘り下げるとともに、この円柱状の掘削溝内で土砂と固化材を撹拌混合する。この地盤改良装置には、掘削支持軸に内挿された駆動筒体を回転させるための油圧モータなどの駆動部を備え、この油圧モータを機体ベースに接続して掘削刃と撹拌翼とを周囲に備えた掘削支持軸を油圧モータに内挿して回転させることにより掘削及び撹拌を行うとともに、掘削支持軸に設けた貫通孔から地盤改良材を掘削された地盤内に注入することができる。

掘削支持軸は掘削ビットを構成する支持軸部材の一部であって、掘削ビットの下部に吊設され、機体ベースのタワー状支持体などに沿って昇降可能に駆動支持される。このような掘削支持軸は、油圧モータなどの駆動部の出力軸に連結されて回転駆動自在に垂下され、その周面には上下方向複数段の撹拌翼が取付けられる。これらの撹拌翼を回転駆動させることによって掘削された土砂とセメントミルクなどの地盤改良材とを掘削された地盤内で撹拌混練して、地盤の強化が図られる。

掘削刃は前記掘削支持軸の下端部に設けられており、前記地盤面に当接して掘削するための地盤切削用ビットの集合体である。このようなビットは一般土砂や地盤用の平形ビットや、円錐状ビットなどからなり、使用地盤の種類に応じて使い分けられている。平形ビットは掘削支持軸（シャンク）先端に着脱自在に設けられ、平形ビット先端に固着されるチップは、タングステン系超硬合金やダイヤモンド粉末を合金に混入して焼き固めた焼結体等の耐磨耗性に優れた高硬度材料で製造されており、シャンクのチップ取付け部に固着されている。 地盤掘削ビット先端の外周にはテーパー部が形成されており、ここに沿って地盤研削用砥粒などが設置されている。さらに、地盤掘削ビットの先端には地盤改良材を地盤内に向けて供給するための供給口を設けている。

撹拌翼は前記掘削支持軸の外周面に突出して掘削された地盤の土壌を撹拌するための、例えばプロペラ状などに全体湾曲して形成された撹拌羽根機能を有する回転部材であり、油圧モータなどの駆動部を介して所定速度で正転又は逆転することができる。これによって、掘削刃により掘削された円柱状地盤内の土砂を撹拌混合させることができる。

共回転防止翼は、前記掘削刃と前記撹拌翼との間の掘削支持軸周面に自由回転できるように設けられた円筒状支持体上にその基端が配設されるとともに、前記地盤の内壁面側に向けて突出する平面視略Ｙ字状の先端部（以下「Ｙ字状先端部」という）を有して掘削された地盤内に略固定されるようにした翼部分である。
この共回転防止翼は、掘削支持軸が円柱状に掘削された地盤内で偏心しないように、その中心位置に安定保持させる機能を有するとともに、掘削刃により掘削された土砂が掘削刃や撹拌翼の回転運動に追随して回転するのを防止することによって混合効果をも高めることが可能である。
共回転防止翼のＹ字状先端部は、地盤の内壁面に当接してその回転抵抗を高めることで共回転防止翼の回転を阻止する機能を備えているが、特に、共回転防止翼にＹ字状先端部を設けることで、その機械的強度を補強するとともに、共回転防止翼の上下方向への移動抵抗を軽減して、地盤改良処理における作業性をさらに向上させることも可能にする。
こうして、共回転防止翼先端部の機械的強度と地盤内壁面への把持力を確保して、掘削支持軸の垂直精度を向上させることによって固化材などの地盤改良材と掘削された土砂との混合処理を効率的に行えるようにしている。
平面視略Ｙ字状に形成されるＹ字状先端部は、超硬合金やステンレススチールなどでＹ字状にその先端が開口して形成された部材であり、先端が大きく磨耗したり、その長さ調整を行ったりする場合には、ボルトナットなどの接合部材を介して共回転防止翼の本体に着脱交換可能に構成することができる。

なお、本発明の実施形態に係る地盤改良装置は、前記共回転防止翼が前記掘削支持軸に対してそれぞれ等角度で放射状に複数配置することもできる。これによって、円柱状に掘削される地盤の中央に掘削支持軸をバランスよく安定かつ確実に保持させ、地盤改良工事における垂直精度や作業効率をさらに向上させることができる。
掘削支持軸に対して放射状に突設される共回転防止翼の数は、３〜８本、望ましくは３〜４本などとすることができ、共回転防止翼のそれぞれの先端にＹ字状先端部を設けることによって、地盤内壁面への把持性と、容易に撓むことのない機械的強度とが確保されるようにしている。

さらに、前記共回転防止翼のＹ字状先端部が前記地盤内壁面に対して離接調整可能に設けることもできる。これによって、掘削された円筒状地盤の内壁面にＹ字状先端部を必要に応じて押圧して固定することによって注入される地盤改良材と土砂との混合効率を高めるとともに、掘削支持軸の引き上げ引き下げ時にはＹ字状先端部を縮径して動作抵抗を減らすことによって掘削支持軸の昇降操作を容易にすることができる。

以下本発明の実施形態に係る地盤改良装置の具体的構成について、図面に基づいて説明する。図１は本実施形態における地盤改良装置の使用形態を示す説明図、図２は地盤改良装置における撹拌ビットの斜視図、図３は使用状態の撹拌ビットにおける正面視による説明図、図４は同底面視による説明図である。
図１に示すように、本実施形態に係る地盤改良装置１０は、所定の地盤Ｇに設置される撹拌ビット２０を支持部１１を介して搭載して施工現場に移動する自走台車１２と、セメントミルクなどの固化材（土壌改良剤）を混合するためのミキサー１３と、撹拌ビット２０の昇降回転操作などを行う駆動部１４を制御するとともにミキサー１３から排出される固化材を撹拌ビット２０に供給するための掘削制御部１５などを備えている。

撹拌ビット２０は、図２〜図４に示すように、掘削される地盤Ｇに対して駆動部１４を介して上下動される掘削支持軸２１と、掘削支持軸２１の下端部に連結された円筒状支持体２５の外周面に水平回転可能に設けられた掘削刃２２と、同じく円筒状支持体２５の外周面であって、前記掘削刃２２の上方位置に水平回転可能に突設された撹拌翼２３、２４と、掘削刃２２と撹拌翼２３との間に遊嵌されて回転自在に設けられた円筒状支持体２６と、この円筒状支持体２６にその基端が配設されるとともに掘削された地盤内壁面に向けて突出するＹ字状先端部２７を有してそれぞれが放射状に配置された３基の共回転防止翼２８、２８ａ、２８ｂと、を備えている。なお、掘削刃２２には、複数の研削ビット２２ａが列設されている。

掘削支持軸２１はその上部が、ベルトやギアを介して油圧モータなどからなる駆動部１４に連結されており、この駆動部１４により発生する回転駆動力や昇降駆動力によって掘削刃２２や撹拌翼２３、２４が設けられる円筒状支持体に所定の動力が伝達されるようになっている。

共回転防止翼２８、２８ａ、２８ｂが配設される円筒状支持体２６は、回転駆動される掘削支持軸２１に対して自由回転できるように遊嵌されており、その上下方向にそれぞれ配置された位置決めリング２０ａ、２０ａ間に外挿配置されるようになっている。こうしてＹ字状先端部２７が掘削された地盤の内壁面に当接して把持したときに、掘削支持軸２１を中央位置に固定支持するとともに掘削刃２２や撹拌翼２３、２４の回転動作が可能になる。
なお、共回転防止翼２８、２８ａ、２８ｂの円筒状支持体２６は、回転駆動される掘削支持軸２１に対してロック状態に固定するロック機構を設けることも可能である。すなわち、必要に応じて共回転防止翼を回転動作させることで撹拌翼として機能させ、地盤改良作業における利便性を高めるようにしてもよい。

それぞれ等間隔で放射状に配置される共回転防止翼２８、２８ａ、２８ｂの先端にボルトナットを介して着脱自在に取付けられるＹ字状先端部２７は、そのＹ字部分の開き角度が約３０〜７０度、Ｙ字先端の突出長さが約１０〜３０ｍｍ、その垂直方向の幅が約２０〜１００ｍｍに形成された高硬度材からなる部材である。このようなＹ字状先端部２７は、掘削する地盤特性や掘削径サイズなどに応じて、種々の形態や長さのものが準備されている。したがって、施工条件や施工履歴などによってこれら異なるＹ字状先端部を交換選択して、適正条件下での地盤改良が可能なようにその作業環境が設定される。

ここで、図５（ａ）〜（ｆ）は、共回転防止翼におけるＹ字状先端部として適用可能な変容例を示す平面視における説明図である。
図５（ａ）に示すように変容例１のＹ字状先端部２７ａでは、共回転防止翼先端のＹ字状部分が上下方向に漸次巾広になるように形成され、先端部における機械的強度を維持するとともにその把持面がジグザグ状になるように形成して地盤内壁面と接触する際の摩擦抵抗を効果的に増大させるようになっている。

図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示す変容例２〜変容例４のＹ字状先端部２７ｂ、２７ｃ、２７ｄでは、超硬合金や硬質ゴムなどからなる耐磨耗部材２７ｇ、２７ｈ、２７ｉをこのＹ字状部分に着脱自在もしくは固定するようにして装着している。
すなわち、それぞれ先端形状の異なる耐磨耗部材をＹ字状先端部に装着することによって、地盤内壁面への接触抵抗などの当接状態をその施工条件に応じて設定できるようにしている。Ｙ字状先端部２７ｂでは、略円盤状に形成されたゴム材や超硬金属材からなる耐磨耗部材２７ｇが配置されている。耐磨耗部材２７ｃでは、Ｙ字状先端部に円錐状凹部を設け、この円錐状凹部に、硬質ゴム材からな耐磨耗部材２７ｈを固着して保持力を強化するようにした例を示している。また、Ｙ字状先端部２７では、地盤内壁面に当接する耐磨耗部材２７ｉの先端部角度を約３０〜４５度となるような鋭角状に形成した例を示している。

図５（ｅ）、図５（ｆ）に示す変容例５、変容例６ではＹ字状先端部２７ｅ、２７ｆの先端側を共回転防止翼本体アームの部分よりも約１．５〜２倍縦長に形成することにより上下方向への移動を安定させるとともに地盤内壁面への把持力を高めるようにしている。なお、Ｙ字状先端部２７ｅ（図５（ｅ））ではその先端側をＴ字状に拡大して形成した例を示し、Ｙ字状先端部２７ｆ図５（ｆ）では、その基端側から先端側に向けて八の字状に拡大するようにした例を示している。

図６は前述した共回転防止翼２８に対応した変形例の説明図である。図６に示すように、変形例に係る地盤改良装置は、共回転防止翼に配設されるＹ字状先端部を地盤内壁面に対して拡径、縮径させるための離接調整機構が設けられている。このような離接調整機構としては、例えば、掘削支持軸の周面に共回転防止翼の基端回動軸を設けて、この基端回動軸により回動自在に支持された共回転防止翼を回動させる弾性部材や油圧シリンダなどによって構成することができる。

すなわち、変形例１の共回転防止翼３０は、図６に示すように、掘削支持軸２１の円筒状支持体２６の垂直方向周面上に設けた回動支持部３１にその基端が回動可能に軸支されるとともに、円筒状支持体２６の周面及び共回転防止翼アーム部の中途間に渡設されて伸縮動作する油圧シリンダ３２を介して掘削支持軸２１の中心軸に対してそのアーム部が開閉するように取付けられている。これらのアーム部を開閉させることによって、掘削支持軸２１を昇降させる昇降操作時などに共回転防止翼を退避させたり、地盤内壁面に当接されるＹ字状先端部の把持力を調節したりすることができる。

こうして、変形例に係る共回転防止翼３０は、油圧シリンダ３２、４２などの駆動部を動作させることによって、共回転防止翼３０、４０に設けたＹ字状先端部２７が円筒状に掘削された地盤内壁面側に拡径もしくは縮径され、Ｙ字状先端部２７を地盤内壁面に対して離接させる調整機構として動作させることを可能にしている。なお、このような油圧シリンダに換えてコイルバネなどの弾性部材を配置することによって、円柱状に掘削される地盤内壁面にＹ字状先端部２７を押圧付勢するようにして、共回転防止翼に所定の把持力が付与されるようにしてもよい。

以上説明したように本発明の地盤改良装置は、掘削された地盤を撹拌する撹拌翼と掘削刃との間の掘削支持軸周面にＹ字状先端部を有した共回転防止翼を設けることによって、その機械的強度と地盤内壁面への把持力を高めて地盤改良処理の効率化を図ることができるようにしたことを要旨とするものであり、これに該当するものは本発明の権利範囲に属する。

例えば、本実施形態では掘削支持軸２１回りに放射状配置される共回転防止翼の個数を３基としたが、掘削支持軸に対する左右水平方向に対となる４〜８基の共回転防止翼を設けることもでき、その上下方向に対して複数組のものを配置することも可能である。また、掘削された地盤の土砂を固化材など混合して撹拌する際には、ミキサーなどの供給部に連通する固化材の供給口を共回転防止翼アームの中途や先端側などに設けることによって、その撹拌混合効率が高められるようにしてもよい。

本実施形態における地盤改良装置の使用形態の説明図である。 同地盤改良装置における撹拌ビットの斜視図である。 同地盤改良装置における撹拌ビットの正断面図である。 同地盤改良装置における撹拌ビットの平面断面図である。 同地盤改良装置におけるＹ字状先端部の変容例である。 変形例における共回転防止翼の正面断面図である。

符号の説明

１０ 地盤改良装置
１１ 支持部
１２ 自走台車
１３ ミキサー
１４ 駆動部
１５ 掘削制御部
２０ 撹拌ビット
２０ａ 位置決めリング
２１ 掘削支持軸
２２ 掘削刃
２２ａ 研削ビット
２３、２４ 撹拌翼
２５、２６ 円筒状支持体
２７、２７ａ〜２７ｆ Ｙ字状先端部
２７ｇ〜２７ｉ 耐磨耗部材
２８、２８ａ、２８ｂ 共回転防止翼
３０ 共回転防止翼
３１ 回動支持部
３２ 油圧シリンダ
４０ 共回転防止翼
４１ 回動支持部
４２ 油圧シリンダ

Claims (2)

1. 掘削される地盤に対してその下端部が上下動される掘削支持軸と、
   前記掘削支持軸の下端部に設けられ前記地盤面に当接して掘削する掘削刃と、
   前記掘削支持軸の外周面に突出して掘削された地盤の土壌を撹拌する撹拌翼と、
   前記掘削刃と前記撹拌翼との間の掘削支持軸周面にその基端が配設されるとともに前記地盤の内壁面に突出する平面視略Ｙ字状の先端部を有した共回転防止翼と、
   を備えることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記共回転防止翼は、
   前記掘削支持軸に対してそれぞれ等角度で放射状に複数配置されていることを特徴とする請求項１記載の地盤改良装置。

Images