JP2010255381A - 地盤改良装置およびこれを備えた地盤改良機 - Google Patents

Abstract

【課題】固い地盤であっても掘削と混合攪拌を同一の装置で行え、効率よく地盤改良を行うことができる。
【解決手段】地盤改良装置２は、長手方向を上下方向に向けた状態で基端部を作業機のアームに取り付け可能とされるフレーム４と、フレーム４の先端部４ａに長手方向に直交する方向を第１回転軸５１として回転可能に設けられるととともに、外周部に切削ビット５３を備えた切削ドラム５と、フレーム４の切削ドラム５より上方の所定位置に、切削ドラム５の第１回転軸５１に平行な軸線を第２回転軸６１として回転可能に設けられるとともに、外周部に外周攪拌翼６３を備えた混合ドラム６と、切削ドラム５および混合ドラム６を回転させるための動力伝達機構７とを備えている。切削ドラム５および混合ドラム６の内部には、切削ドラム５で掘削した掘削土を取込み、混合して排出する内面攪拌翼５６、６６を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、地盤を掘削し、その掘削部分に固化材を添加して掘削土と混合、攪拌することにより地盤改良を行う地盤改良装置および地盤改良機に関する。

従来、地盤改良施工として、地盤をブロック状あるいは壁状に掘削し、地盤をほぐした状態で、例えば固化材などの地盤改良材を添加し、ほぐされた地盤とともに混合、攪拌する施工が知られており、このような施工に用いる地盤改良装置として、例えば、特許文献１、２に開示されている。

特許文献１には、油圧式ショベル等の掘削機のアーム先端部に取着可能な台部材から下部両側に支持フレームが垂設され、その間に軸支された回転軸に複数の羽根板（攪拌羽根）が設けられ、その下方または上方に移動可能に土砂掻き寄せ部材が設けられた地盤改良用攪拌機が記載されている。
また、特許文献２には、作業機のアーム先端部に回動可能に取り付けられ、上下フレームと、両サイドフレームとから略矩形状の開口部を形成し、サイドフレームおよび下フレームから開口部の少なくとも一方の開口方向に向けて突設されたビットと、開口部の内側でサイドフレームにそれぞれ直交する方向に延ばされた回転軸とともに回転して地盤を攪拌する攪拌翼とを備えたバケット形状の地盤改良装置であって、そのバケットに設けられた噴射孔から固化材を掘削土中に噴射し、攪拌翼によって混合攪拌しつつ、地盤中を移動し地盤改良を行う地盤改良装置について記載されている。

特開２００２−８１０５５号公報 特開２００７−３０８８８０号公報

しかしながら、従来の地盤改良装置では、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１による地盤改良装置では、攪拌羽根のみで地盤をほぐしながら攪拌するため、改良効率が低くなっている。そのうえ、固い地盤にあっては、攪拌羽根にかかる回転負荷が増大し、攪拌羽根の回転が土の抵抗により停止して攪拌ができなくなるという不具合があった。
つまり、地盤をほぐしながら攪拌するのが主な機能となる地盤改良装置では、対象地盤が固い場合に、砕いたり、切削するための専用の重機械を使用する必要がある。そのため、掘削作業と掘削土に固化材を混合攪拌させて改良する作業とが別工程となることから、作業効率が悪く、且つ地盤改良にかかる費用が増大するといった問題があり、その点で改良の余地があった。

また、特許文献２に記載の地盤改良装置では、ビットを突設させたバケットを備えるため、地盤への切り込みは容易であり、そのバケットの位置にある掘削土に対しては、バケットに装備されている攪拌翼によって混合することができるものの、バケットから離れた位置の掘削土に対しては十分に攪拌できないことが欠点となっている。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、固い地盤であっても掘削と混合攪拌を同一の装置で行え、効率よく地盤改良を行うことができる地盤改良装置およびこれを備えた地盤改良機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る地盤改良装置では、作業機のアームの先端に着脱可能に取り付けられて地盤中を移動し地盤改良を行う地盤改良装置であって、長手方向を上下方向に向けた状態で、長手方向の一端をなす基端部をアームの先端に取り付け可能とされる長尺のフレームと、フレームの他端をなす先端部に、フレームの長手方向に直交する方向を回転軸として回転可能に設けられるととともに、外周部に切削ビットを備えた切削ドラムと、フレームの切削ドラムより上方の所定位置に、切削ドラムの回転軸に平行な軸線を回転軸として回転可能に設けられるとともに、外周部に外周攪拌翼を備えた混合ドラムと、切削ドラムおよび混合ドラムを回転させるための駆動手段とを備え、切削ドラムおよび混合ドラムのそれぞれの内部に切削ドラムで掘削土を取込み、混合して排出する混合手段が設けられていることを特徴としている。

また、本発明に係る地盤改良装置を備えた地盤改良機では、上述した地盤改良装置を備えた地盤改良機であって、走行部と、走行部上に設けられたアームとを有する作業機にフレームの基端部が取り付けられていることを特徴としている。

本発明では、切削ドラムの外周部には切削ビットが備えられているので、固い地盤であっても切削が可能となり、切削ビットでなく攪拌翼が設けられる場合のようにドラムの回転負荷が増大するといった不具合をなくすことができる。
そして、地盤改良領域において、切削ドラム及び混合ドラムを駆動手段により回転させながらフレームを下降させることで、切削ドラムで地盤を切削しつつその掘削土を混合し、さらにその上方に位置する混合ドラムで掘削土を混合することができる。つまり、切削ドラムにおいて、外周部の切削ビットで地盤を砕きつつ切削し、その掘削土を混合手段によってドラム内部に取り込み、切削ドラムの回転とともに混合、攪拌してドラムの外方へ排出することができる。また、混合ドラムにおいて、外周部の外周攪拌翼で混合ドラムの周囲の掘削土を攪拌するとともに、混合手段によって周囲の掘削土をドラム内部に取り込み、混合ドラムの回転とともに混合、攪拌してドラムの外方へ排出することができる。そのため、切削ドラムや混合ドラムから排出される掘削土の位置を調整することで、地盤改良装置の先端の掘削土を下から上へ移動させることができ、フレームの先端付近のみならず、地盤改良領域の上下方向の全体にわたって掘削土を均一に且つ効果的に混合、攪拌することができる。

また、本発明に係る地盤改良装置では、混合手段は、ドラム外周部に設けられた開口部と、ドラム内側に固定された内面攪拌翼とを有することが好ましい。
本発明では、開口部からドラム内に取り込まれた掘削土をドラムとともに回転する内面攪拌翼によって回転させつつ攪拌させることができる。

また、本発明に係る地盤改良装置では、フレームには、切削ドラム及び混合ドラムのそれぞれの内部に配置されるとともに、ドラム内で混合された掘削土をドラム外方へ排出する案内板が固定されていることがより好ましい。
本発明では、ドラム内で回転する掘削土が案内板によってドラム外方へ向けて案内され、排出することができるので、ドラム内で攪拌、混合された掘削土の流れが安定し、効率のよい混合を行うことができる。

また、本発明に係る地盤改良装置では、案内板は、切削ドラム及び混合ドラムのそれぞれの上部に配置され、ドラム内の掘削土を上方に向けて排出することがより好ましい。
本発明では、切削ドラムおよび混合ドラムのそれぞれの下方でドラム内に取り込んだ掘削土を各ドラムの上方へ向けて排出することができるので、掘削土がフレームの先端部分からフレームに沿って上方へ効率よく流れるといった利点がある。

また、本発明に係る地盤改良装置では 切削ドラムは、混合ドラムよりトルクが大きいことが好ましい。
本発明では、切削ドラムのトルクを大きくすることで、固い地盤においてもより確実に切削することができる。

また、本発明に係る地盤改良装置では、フレームの外周面には、外方に向けて突出する凸状部を設けることができる。
これにより、切削ドラムによる切削のみでなく、フレーム自体を上下動させることでフレームの外周面を地盤の側壁部分に接触させて凸状部によって削り落とすことができることから、フレームを上下動させつつ水平移動させることで、壁状の地盤改良領域を効率よく施工することができる。

また、本発明に係る地盤改良装置では、切削ドラム及び混合ドラムのドラム外側面には、複数の曲凸部が設けられていてもよい。
本発明では、ドラム外周面に球面状をなす曲凸部が複数設けられているので、切削ドラム及び混合ドラムの回転時の地盤に対する摩擦を低減することが可能となり、ドラムに作用するトルクの増大を抑制することができる。

また、本発明に係る地盤改良装置では、フレームには、掘削土に混合させるための固化材を切削ドラムの周囲に噴射させるための固化材供給配管が設けられていることが好ましい。
本発明では、切削ドラムにより掘削された直後の掘削土に対して固化材供給配管より固化材を噴射して、混合させすることができる。

本発明の地盤改良装置およびこれを備えた地盤改良機によれば、切削ビットを備えた切削ドラムによって固い地盤であっても掘削することができ、しかも混合手段を備えた切削ドラムおよび混合ドラムがフレームの上下方向に配置されているので、複数の重機を用いることなく、同一の装置で掘削し、その掘削土をフレームに沿う上下方向に均一に混合、攪拌することが可能となることから、効率よく地盤改良を行うことができる。

本発明の実施の形態による地盤改良装置を備えた地盤改良機の概略構成を示す図である。 地盤改良装置の概略構成を示す正面図である。 図２に示す地盤改良装置の側断面図である。 図２に示す地盤改良装置の内部構造を示す正面図である。 切削ドラムの側断面図である。 切削ドラムの正面図である。 図５に示すＡ−Ａ線断面図である。 混合ドラムの側断面図である。 図８に示すＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示すＣ−Ｃ線断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は地盤改良機を用いた地盤改良方法を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による地盤改良装置およびこれを備えた地盤改良機について、図１乃至図１１に基づいて説明する。
図１の符号１は、本実施の形態による地盤改良装置２を備えた地盤改良機を示している。地盤改良装置２は、バックホウ等の作業機３のアーム３１の先端にアタッチメントとして装着可能とされ、地盤Ｇ中を鉛直方向（上下方向）、或いは水平方向に移動させながら、地盤Ｇを掘削しつつ、その掘削土に地盤改良材（固化材１０）を添加して混合、攪拌することにより例えばブロック状、壁状などの地盤改良を行うための装置である。ここで、地盤改良材をなす固化材１０としては、地盤改良の目的に応じて、液状、粉体状などの適宜な薬剤を採用することができ、本実施の形態では例えばセメントミルク等の液状の材料を用いている。
なお、以下の説明では、地盤改良装置２によって掘削された地盤Ｇと固化材１０とが混合されたものも「掘削土」という。

図１に示すように、地盤改良機１は、アーム３１を備えた自走式の作業機３と、そのアーム３１の先端に着脱可能に取り付けられた地盤改良装置２とからなる。
作業機３は、バックホウや油圧ショベル等に使用されるベースマシンが採用され、自走式の走行部３３を備えた車体３２と、走行部３３上で車体３２を旋回させる旋回部３４と、旋回部３４の旋回とともに鉛直方向を中心とした回動が可能とされたブーム３５と、ブーム３５の先端３５ａを中心に車体３２に対して略前後方向に回動するアーム３１とを備えて概略構成されている。そして、アーム３１には、その先端３１ａを中心として地盤改良装置２を鉛直方向を中心として所定角度に回動させるための回転軸を備えている。

地盤改良装置２は、作業機３によって駆動され、地盤改良装置２自体を上下動させながら作業機３を走行させることで、一定の幅寸法（地盤改良装置２の幅寸法に相当）で走行距離分の長さの範囲を地盤改良するものである。
なお、図２に示す地盤改良装置２において、紙面に向かう側を「正面」とし、紙面左右側を側面として以下説明する。

図１および図２に示すように、地盤改良装置２は、長手方向を上下方向に向けた状態で、長手方向の一端をなす基端部４ｂを作業機３のアーム３１の先端３１ａに取り付け可能とされる長尺のフレーム４と、フレーム４の他端をなす先端部４ａに、フレーム４の長手方向に直交する方向を回転軸（第１回転軸５１）として回転可能に設けられるととともに、外周部に切削ビット５３を備えた切削ドラム５と、フレーム４の切削ドラム５より上方の所定位置に、切削ドラム５の回転軸（第１回転軸５１）に平行な軸線を回転軸（第２回転軸６１）として回転可能に設けられるとともに、外周部に外周攪拌翼６３を備えた混合ドラム６と、切削ドラム５および混合ドラム６を回転させるための動力伝達機構７（駆動手段）とを備えて概略構成されている。
そして、本地盤改良装置２には、切削ドラム５および混合ドラム６のそれぞれの内部に切削ドラム５で掘削した掘削土を取込み、混合して排出するための混合手段（後述する開口部５５、６５、内面攪拌翼５６、６６）が設けられている。

図２および図３に示すように、フレーム４は、一対の面板４ｃ、４ｃ（図３参照）が一定の間隔をあけて対向配置された長方形断面をなす中空柱状部材からなり、略一定幅（図２の左右方向の長さ寸法）で長さ方向に直線状に延ばされている。
なお、図１に示すフレーム４の基端４ｂには、作業機３のアーム先端３１ａと係合ピン（図示省略）を介して着脱自在に取り付ける図示しない係合孔が形成されており、この係合孔に前記係合ピンを水平方向に挿通させることで連結できる構成となっている。

図３及び図４に示すように、フレーム４の内部には、後述するモータ７１の回転駆動力を第１回転軸５１、第２回転軸６１に伝達するための動力伝達機構７が設けられている。
また、フレーム４には、切削ドラム５および混合ドラム６内に取り込まれた土を適宜な方向に案内して排出するための案内板５７、６７が設けられている（詳しくは後述する）。

図２、図４に示すように、フレーム４の両側面４ｄ、４ｄには、外方に向けて突出する複数の切削補助突起８、８、…（凸状部）がフレーム４の長手方向に所定間隔をもって配置されている。これら各切削補助突起８は、図２に示す側面視で略三角形状をなし、その頂部が外側に向けて配置され、フレーム４の上下動によって切削補助突起８、８、…が地盤の側壁部に接触させて削り落とす役割を有している。
また、図２乃至図５に示すように、フレーム４の先端部４ａには、下方に向けて突出する先端切削ビット４１が設けられている。この先端切削ビット４１は、掘削時において地盤改良装置２の自重により地盤に喰い込ませることで、切削ドラム５による掘削を補助する機能を有している。

さらに、図４に示すように、フレーム４の一方の側板４ｄには、掘削土に混合させる固化材１０を切削ドラム５の周囲に噴射させるための固化材供給配管９が上下方向に沿って配設されている。この固化材供給配管９の噴出口９ａは、フレーム４の先端部４ａに配置されている。すなわち、切削ドラム５で地盤を掘削する際に、噴出口９ａより固化材１０を先端部周囲の掘削土に噴出させて混合させるようになっている。

次に、フレーム４の先端部４ａに設けられる切削ドラム５の構成について説明する。
図２、図３、および図５〜図７に示すように、切削ドラム５は、フレーム４の先端部４ａに図示しない軸受によって回転可能に支持された第１回転軸５１を中心にして回転するものである。具体的には、第１回転軸５１がフレーム４の両面板４ｃ、４ｃからそれぞれ外方に突出しており、その軸両端に円盤部材５２、５２が同軸に固定され、それら円盤部材５２、５２が互いに一定の間隔をあけた状態で対向して配置されている。

各円盤部材５２には、外周縁部５２ａからドラム内方側（フレーム４側）に向けて延ばされるとともに、周方向に部分的に図７に示す開口部５５が形成された端板５４が設けられている。この開口部５５は、掘削土をドラム内に取り込むとともに、ドラム外へ排出させるための機能を有している。そして、端板５４には、切削ドラム５の回転とともに地盤を砕きながら切削するための複数の切削ビット５３、５３、…が、切削ドラム５の半径方向外方に突出するようにして取り付けられている。

図５および図７に示すように、円盤部材５２の内面５２ｂには、ドラム内に取り込まれた掘削土を混合するための複数（ここでは３つ）の内面攪拌翼５６、５６、…が固定されている。これら内面攪拌翼５６、５６、…は、第１回転軸５１を中心とする円周方向に沿って所定のピッチをもって配置され、円盤部材５２とともに回転する構造となっている。各内面攪拌翼５６は、図７に示す正面視で切削ドラム５の半径方向で外周側に向かうに従って回転方向Ｅに湾曲する形状（回転方向Ｅの反対方向に凸曲面を有する形状）をなし、その高さ寸法（内面５２ｂからフレーム４側に向けて突出する寸法、或いは円盤部材５２、５２どうしの離間方向の寸法）がフレーム４の面板４ｃに固定される案内板５７（後述する）に干渉しない寸法となっている。つまり、内面攪拌翼５６は、開口部５５よりドラム内に取り込まれた掘削土を、切削ドラム５の回転とともに掻き揚げるようにして混合し、ドラム外方へ排出させる構造となっている。

また、切削ドラム５内であって、第１回転軸５１の直上のフレーム４の左右両側には、円盤部材５２側に向けて突出する案内板５７が前記内面攪拌翼５６に干渉しない状態で固定されている。この案内板５７は、フレーム４に対して固定位置とされ、切削ドラム５内において、内面攪拌翼５６による掘削土の回転移動を規制し、切削ドラム５の外方へ誘導して排出する誘導板の機能を有している。

さらに、切削ドラム５の外面５２ｃ（本発明のドラム外側面に相当）には、半球面状の複数の曲凸部５８、５８、…が形成されている。これら曲凸部５８、５８、…は、地盤に対するフリクションカットを目的としたものであり、掘削時の切削ドラム５の回転摩擦を低減するためのものである。

次に、二段のドラムのうち切削ドラム５の上方に設けられる混合ドラム６の構成について説明する。
図２〜図４、および図８〜図１０に示すように、混合ドラム６は、フレーム４の長手方向略中間に図示しない軸受によって回転可能に支持された第２回転軸６１を中心にして回転するものである。具体的には、第２回転軸６１がフレーム４の両面板４ｃ、４ｃからそれぞれ外方に突出しており、その軸両端に円盤部材６２、６２が同軸に固定され、それら円盤部材６２、６２が互いに一定の間隔をあけた状態で対向して配置されている。

各円盤部材６２には、外周縁部６２ａからドラム内方側（フレーム４側）に向けて延ばされるとともに、周方向に部分的に図９に示す開口部６５が形成された端板６４が設けられている。この開口部６５は、周囲の掘削土をドラム内に取り込むとともに、ドラム外へ排出させるための機能を有している。そして、端板６４には、混合ドラム６の回転とともにドラム外周側の掘削土を攪拌するための複数の外周攪拌翼６３、６３、…が、混合ドラム５の半径方向外方に突出するようにして取り付けられている。

外周攪拌翼６３、６３、…は、フレーム４を挟んだ両側にそれぞれ二列配列されており、二列の外周攪拌翼６３、６３が周方向に沿って交互に配置されている。この外周攪拌翼６３は、上述した切削ドラム５の外周部に設けられる切削ビット５３とは異なり、地盤を切削する機能をもたず、切削ドラム５によってほぐされた状態の掘削土を攪拌する機能を有する板厚の薄い羽根状をなしている。

図８および図９に示すように、円盤部材６２の内面６２ｂには、ドラム内に取り込まれた掘削土を混合するための複数（ここでは３つ）の内面攪拌翼６６、６６、…が固定されている。これら内面攪拌翼６６、６６、…は、第２回転軸６１を中心とする円周方向に沿って所定のピッチをもって配置され、円盤部材６２とともに回転する構造となっている。各内面攪拌翼６６は、図９に示す正面視で混合ドラム６の半径方向で外周側に向かうに従って回転方向Ｅに湾曲する形状（回転方向Ｅの反対方向に凸曲面を有する形状）をなし、その高さ寸法（内面６２ｂからフレーム４側に向けて突出する寸法、或いは円盤部材６２、６２どうしの離間方向の寸法）がフレーム４の面板４ｃに固定される案内板６７（後述する）に干渉しない寸法となっている。つまり、内面攪拌翼６６は、開口部６５よりドラム内に取り込まれた掘削土を、混合ドラム６の回転とともに掻き揚げるようにして混合し、ドラム外方へ排出させる構造となっている。

また、混合ドラム６内であって、第２回転軸６１の直上のフレーム４の左右両側には、円盤部材６２側に向けて突出する案内板６７が前記内面攪拌翼６６に干渉しない状態で固定されている。この案内板６７は、フレーム４に対して固定位置とされ、混合ドラム６内において、内面攪拌翼６６による掘削土の回転移動を規制し、混合ドラム６の外方へ誘導して排出する誘導板の機能を有している。

さらに、混合ドラム６の外面６２ｃ（本発明のドラム外側面に相当）には、切削ドラム５と同様に、半球面状の複数の曲凸部６８、６８、…が形成されている。これら曲凸部６８、６８、…は、地盤に対するフリクションカットを目的としたものであり、混合ドラム６の回転摩擦を低減するためのものである。

このように構成される切削ドラム５と混合ドラム６との幅寸法Ｄ（図５、図８参照）、およびフレーム４の長さ寸法は、必要に応じて適宜設定することができ、例えば切削ドラム５と混合ドラム６の幅寸法Ｄを４００ｍｍとし、フレーム４の長さ寸法を３ｍの深さの掘削に対応できる長さ寸法とすることができる。

次に、切削ドラム５と混合ドラム６を回転させるための動力伝達機構７について説明する。
図３および図４に示すように、動力伝達機構７は、フレーム４の上端に支持された駆動モータ７１と、この駆動モータ７１の回転軸に軸支された駆動歯車７２と、切削ドラム５の第１回転軸５１に軸支された第１歯車７３と、混合ドラム６の第２回転軸６１に軸支されたギア比の異なる２つの第２歯車７４、第３歯車７５と、これら駆動歯車７２、第１〜第３歯車７３〜７５を巻き回す伝達チェーン７６（７６Ａ、７６Ｂ）と、伝達チェーン７６の張力を調整するための張力調整ローラ７７、７８とから概略構成されている。

駆動モータ７１は、伝達チェーン７６を介して第１回転軸５１および第２回転軸６１を正逆転自在に回転させるものであり、例えば、油圧モータや電動モータを採用することができる。そして、駆動モータ７１の動力源は、図示しないコネクタを介して作業機３側から供給されている。

そして、駆動モータ７１の駆動歯車７２と第２回転軸６１に軸支されたギア比が大きい一方の第２歯車７４とが第１伝達チェーン７６Ａによって巻き回され、第２回転軸６１のギア比の小さい他方の第３歯車７５と第１回転軸５１に軸支された第１歯車７３とが第２伝達チェーン７６Ｂによって巻き回されている。
ここで、第２歯車７４は、ギア比が駆動歯車７２の２倍になっており、駆動歯車７２の回転数の半分になっている。第２歯車７４と同軸に設けられている第３歯車７５は、第２歯車７４の１／２のギア比であって、第２歯車７４と同じ回転数で回転する。そして、第１回転軸５１の第１歯車７３は、ギア比が第３歯車７５の２倍（第２歯車７４と同じギア比）であり、第２回転軸６１の回転数の１／２になっている。すなわち、駆動モータ７１の回転数が２００ｒｐｍの場合、第２歯車７４（第３歯車７５）で１００ｒｐｍとなり、第１歯車７３で５０ｒｐｍとなる。このように、動力伝達機構７では、第１歯車７３が固定される切削ドラム５のトルクを、第２歯車７４（第３歯車７５）が固定される混合ドラム６のトルクより大きくした構造となっている。

張力調整ローラ７７、７８は、それぞれが伝達チェーン７６Ａ、７６Ｂにおけるフレーム４の上下方向で歯車どうしの間に配置され、各ローラ回転軸が伝達チェーン７６Ａ、７６Ｂに対して近接離反する方向に移動可能な状態で係合している。すなわち、伝達チェーン７６Ａ、７６Ｂは、張力調整ローラ７７、７８を適宜な位置に移動させることで、張力の調整が可能となり、チェーンの緩みを防止できるようになっている。

次に、上述した地盤改良機１を用いた地盤改良方法、および地盤改良装置２の作用について図１１などを用いて説明する。
図１１（ａ）に示すように、本実施の形態では、図５および図８に示す地盤改良装置２の切削ドラム５および混合ドラム６の幅寸法Ｄと同じ幅寸法で、所定距離Ｌ１で、所定の深さＬ２からなるブロック状（壁状）の地盤改良領域Ｒ（図の二点鎖線）として施工する。

先ず、図３、図４、図１０、および図１１（ａ）に示すように、地盤改良領域Ｒの長さ方向（距離Ｌ１方向）の一端において、動力伝達機構７によって切削ドラム５と混合ドラム６を回転させ、フレーム４の先端部４ａに配置される固化材供給配管９の噴射口９ａから固化材１０を噴射させながら地盤Ｇに挿入する。

そして、図１１（ｂ）に示すように、作業機３のアーム３１を下げて地盤改良装置２に下向きの力を与え、上下動させながらフレーム４を下降させることで、切削ドラム５によって地盤Ｇを掘削する。このとき、図５に示す切削ドラム５において、外周部の切削ビット５３、５３、…で地盤Ｇを砕きつつ切削し、切削ドラム５の周囲に噴射された固化材１０が混じった掘削土を開口部５５（図７参照）からドラム内部に取り込み、切削ドラム５の回転とともに内面攪拌翼５６、５６、…によって混合、攪拌してドラムの外方へ排出する。さらに、切削ドラム５より上方に位置する図８に示す混合ドラム６において、外周部の外周攪拌翼６３、６３、…で混合ドラム６の周囲の掘削土を攪拌するとともに、周囲の掘削土を開口部６５（図９参照）からドラム内部に取り込み、混合ドラム６の回転とともに内面攪拌翼６６、６６、…によって混合、攪拌してドラムの外方へ排出する。
そして、地盤改良装置２によって、フレーム４の先端部４ａ（切削ドラム５の位置）が地盤改良領域Ｒの下端に到達する位置まで地盤Ｇを切削した後、図１１（ｃ）に示す次の工程へ進む。

次に、図１１（ｃ）に示すように、さらに切削ドラム５および混合ドラム６を回転させた状態で、フレーム４を上下動させながら、地盤改良装置２を矢印Ｆに示すように作業機３側へ水平移動させて地盤改良範囲を広げ、所定の地盤改良領域Ｒを完成させる（図１１（ｄ）参照）。なお、地盤改良装置２の水平移動時においては、地盤Ｇの側壁（図１１（ｃ）の符号Ｇａ）を掘削することになるので、切削ドラム５による切削に加え、フレーム４を上下動させることによってフレーム４に取り付けられている切削補助突起８、８、…（図２、図４参照）を側壁Ｇａに接触させて削り落とすことができる。

次に、地盤改良装置２における掘削時の作用について、さらに具体的に説明する。すなわち、図３および図７に示すように、切削ドラム５において、切削した掘削土は、切削ドラム５の回転とともにドラム下側の位置で開口部５５からドラム内に取り込まれ（図７で矢印Ｐ１）、内面攪拌翼５６によってドラム上側に案内され、フレーム４に固定されている案内板５７に案内されてドラム外で矢印Ｐ２に示すように上方へ向けて（混合ドラム６側へ向けて）排出される。なお、切削ビット５３は、地盤の切削だけでなく、回転によってドラム周囲の掘削土を攪拌することができる。

また、図３および図９に示すように、混合ドラム６の周囲の掘削土は、混合ドラム６の回転とともに略下半位置で開口部６５からドラム内に取り込まれ（図９で矢印Ｐ３）、内面攪拌翼６６によってドラム上側に案内され、フレーム４に固定されている案内板６７に案内されてドラム外で矢印Ｐ４に示すように上方へ向けて（地上へ向けて）排出される。

このように、本地盤改良装置２では、各ドラム５、６の内部に設けられている案内板５７、６７によって、ドラム内で攪拌した掘削土を上方に向けて排出させることができ、すなわち、切削ドラム５や混合ドラム６から排出される掘削土の位置を調整することで、図３に示す矢印Ｐのように下から上へ移動させることができ、フレーム４の先端付近のみならず、地盤改良領域Ｒの上下方向の全体にわたって掘削土を均一に且つ効果的に混合、攪拌することができる。

そして、本地盤改良装置２では、切削ドラム５が混合ドラム６よりトルクが大きい構造とすることで、固い地盤においてもより確実に切削することができる。
しかも、切削ドラム５と混合ドラム６のそれぞれの外面５２ｃ、６２ｃ）に球面状をなす曲凸部５８、６８が複数設けられているので、切削ドラム５および混合ドラム６の回転時の地盤Ｇに対する摩擦を低減することが可能となり、ドラムに作用するトルクの増大を抑制することができる。

上述のように本実施の形態による地盤改良装置およびこれを備えた地盤改良機では、切削ビット５３を備えた切削ドラム５によって固い地盤であっても掘削することができ、しかも混合手段を備えた切削ドラム５および混合ドラム６がフレーム４の上下方向に配置されているので、複数の重機を用いることなく、同一の装置で掘削し、その掘削土をフレーム４に沿う上下方向に均一に混合、攪拌することが可能となることから、効率よく地盤改良を行うことができる。

以上、本発明による地盤改良装置およびこれを備えた地盤改良機の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態ではフレーム４に設けられる切削ドラム５上の混合ドラム６を１つとしているが、これに限定されることはなく、２つ以上配置するようにしてもよい。
また、切削ドラム５および混合ドラム６の大きさ、開口部の大きさ、切削ビット５３の形状、数量、外周攪拌翼６３の大きさ、配置、形状、数量、内面攪拌翼５６、６６の数量、形状、位置などの構成は、任意に設定することができる。

さらに、案内板５７、６７の位置、形状についても、排出位置、排出方向などに応じて適宜設定することができる。
さらにまた、切削ドラム５および混合ドラム６に設けた曲凸部５８、６８、フレーム４に設けた先端切削ビット４１や切削補助突起８は、省略することも可能である。

１ 地盤改良機
２ 地盤改良装置
３ 作業機
４ フレーム
５ 切削ドラム
６ 混合ドラム
７ 動力伝達機構（駆動手段）
８ 切削補助突起（凸状部）
９ 固化材供給配管
１０ 固化材
３１ アーム
３３ 走行部
５１ 第１回転軸
５３ 切削ビット
５５ ６５ 開口部
５６、６６ 内面攪拌翼
５７、６７ 案内板
５８、６８ 曲凸部
６１ 第２回転軸
６３ 外周攪拌翼
Ｇ 地盤

Claims (9)

1. 作業機のアームの先端に着脱可能に取り付けられて地盤中を移動し地盤改良を行う地盤改良装置であって、
   長手方向を上下方向に向けた状態で、長手方向の一端をなす基端部を前記アームの先端に取り付け可能とされる長尺のフレームと、
   該フレームの他端をなす先端部に、前記フレームの長手方向に直交する方向を回転軸として回転可能に設けられるととともに、外周部に切削ビットを備えた切削ドラムと、
   前記フレームの前記切削ドラムより上方の所定位置に、前記切削ドラムの回転軸に平行な軸線を回転軸として回転可能に設けられるとともに、外周部に外周攪拌翼を備えた混合ドラムと、
   前記切削ドラムおよび前記混合ドラムを回転させるための駆動手段と、
   を備え、
   前記切削ドラムおよび前記混合ドラムのそれぞれの内部に前記切削ドラムで掘削した掘削土を取込み、混合して排出する混合手段が設けられていることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記混合手段は、ドラム外周部に設けられた開口部と、ドラム内側に固定された内面攪拌翼とを有することを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
3. 前記フレームには、前記切削ドラム及び前記混合ドラムのそれぞれの内部に配置されるとともに、ドラム内で混合された掘削土をドラム外方へ排出する案内板が固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良装置。
4. 前記案内板は、前記切削ドラム及び前記混合ドラムのそれぞれの上部に配置され、ドラム内の掘削土を上方に向けて排出することを特徴とする請求項３に記載の地盤改良装置。
5. 前記切削ドラムは、前記混合ドラムよりトルクが大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の地盤改良装置。
6. 前記フレームの外周面には、外方に向けて突出する凸状部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の地盤改良装置。
7. 前記切削ドラム及び前記混合ドラムのドラム外側面には、複数の曲凸部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の地盤改良装置。
8. 前記フレームには、掘削土に混合させる固化材を前記切削ドラムの周囲に噴射させるための固化材供給配管が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の地盤改良装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の地盤改良装置を備えた地盤改良機であって、
   走行部と、該走行部上に設けられたアームとを有する作業機に前記フレームの基端部が取り付けられていることを特徴とする地盤改良機。

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