JP2011058282A - ソイルセメント柱構築装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ソイルセメント柱を構築するに際して、掘削装置のロッドの下端部に、掘削翼と振動発生装置とを組み合わせて設け、セメントミルクと土を混合する際に、微振動を加えて、攪拌効率を向上させるようにする。
【解決手段】 場所打ち杭を構築するための装置５では、一般の装置で使用されている掘削装置の掘削羽根７の上部に、振動装置２０を組み合わせて設けている。そして、噴出ノズル９からセメントミルクを供給しながら攪拌ロッド６を回転させることで、攪拌翼８により土と固化材とを混合する。前記固化材を土と混合するに際して、振動を加えて土の塊をほぐしながら、固化材を均一に分散させて、均質なセメントコラムを構築可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、住宅等の建物の基礎として構築する杭基礎の構築装置に関し、特に、粘土のような粘性が高くて、掘削翼にまとわり付きやすい土の掘削と、固化材の混合の作業を効率良く行い得るように構成したソイルセメント柱構築装置に関する。

一般に、住宅やその他の小規模の建物を構築する時に、その地盤が比較的軟弱な場所では、建物の基礎を支えるために、場所打ち杭を所定本数立設してから、建物の基礎を構築することが一般に行われている。前記場所打ち杭は、コンクリート杭や鋼管杭を地盤に打ち込んで立設ことの他に、アースオーガ−で地中に孔を掘削し、その孔の土（現場の源位置の土）にセメントミルク等の固化材を混入して、良く攪拌して均一に混合し、強度の大きい柱として構築するのである。

特開２０００−２８２４５３

前記公知文献に開示されている技術手段においては、掘り下げた孔の土に固化材としてのセメントミルクを混合するために、側面視でＶ字状の攪拌翼を軸に取付けて設け、その攪拌翼の捻り方向を上下で反対方向に形成して、その攪拌翼を回転させる装置を構成している。前記従来例においては、地盤の原位置の土に固化材を混合する作用が良好に行われて、強度のバラツキが少なくて、高品質な固化処理杭を容易に構築出来ると説明されているのである。

前記公知例のような場所打ち杭の構築装置は、構成が比較的単純化されている装置であり、その装置を用いて杭を構築する作業も、従来より一般に使用されている場所打ち杭構築装置と同様に、比較的容易に作業を行ない得るという特徴を持っている、

ところが、前記公知例のような装置は、対象とする地盤の土が粘土質の場合には、掘削翼や攪拌翼等に粘土がこびり付いてしまい、容易に剥離出来ないこと、および、大きい土の塊を細かくほぐすことが、容易に行なわれないというという問題がある。そこで、土の掘削と攪拌および、混合の作業を良好にするために、駆動軸を二重に設けて逆方向に回転させ、掘削翼と攪拌翼とを、それぞれ反対方向に回転させて、土を回転翼から強制的に分離させる等の手法を用いることも考えられている。

しかしながら、粘土質の土によっては、攪拌翼から粘土を離す作用が、翼の回転のみによっては、良好に行なわれ得ない等の問題が発生し、その問題を容易に解決できないという課題が、まだ残されたままである。また、粘土質の土の粘性が高い場合には、土の塊が攪拌翼の周りにまとわりついたままで、攪拌翼と一体となって回転されるという、不都合な状態が発生し、攪拌力が大幅に低下することがある。

本発明は、地面から縦孔を掘り下げて、掘削した土（源位置土）をより細かく砕いて、固化材と十分に混合可能に構成した装置を用い、品質にバラツキが生じないソイルセメント柱を構築可能とするソイルセメント柱構築装置を提供することを目的としている。

本発明は、建物等の基礎の下の土を掘り下げて構築した孔で、孔の土に固化材を混合してソイルセメントコラムを構築するソイルセメント柱構築装置に関する。
請求項１の発明は、先端部に掘削羽根とノズルから噴出される固化材を攪拌する攪拌翼とを、中空軸とした掘削ロッドの下部に所定の間隔を持たせて設け、
前記掘削ロッドの上部には、固化材を供給するスイベルと、ロッドを回転させるための駆動機構とを設けた場所打ち杭の構築装置であって、
前記掘削羽根と攪拌翼との間で、前記掘削ロッドに振動装置を設け、前記ロッドの中を通して配置する給電ケーブルを用いて、前記振動装置に給電する手段を設け、
前記掘削した杭孔の土に固化材を混合する際に、前記振動装置を用いて孔の土と装置とを微振動させることを特長とする。

請求項２の発明は、前記掘削した土に固化材を混入して、攪拌する部分に設ける振動装置は、掘削ロッドの軸と軸芯を一致させて設けたモータを用い、前記モータの軸に設けた偏芯ウエイトを回転させて、振動を発生させる機構を用いて構成し、掘削した孔の土と固化材とを混合させる際に、前記振動装置を用いることを特長とする。

請求項３の発明は、前記固化材としてセメントミルクを用い、振動装置の内・外周カバーの間に設けた固化材通路を通して、掘削翼の近傍に設けた噴出ノズルから前記固化材を噴出させながら、前記振動装置を駆動して微振動を与えて、土の塊等をほぐして、混合する動作を行なはせることを特徴とする。

前述したように構成した装置を用いて、掘削した孔の土に固化材を混入することにより、その工事現場の土が、粘性の高い粘度質の土であっても、攪拌翼と掘削羽根とを含めた装置のヘッド部を微振動させながら、混合攪拌作用を行なわせることができる。そして、源地盤の粘土等の土を細かくほぐしながら、セメントミルクを土に均一に混合し、強度にバラツキが少ない高品質のソイルセメント柱を構築することが出来る。

本発明のソイルセメント柱構築装置においては、掘削・攪拌ロッドの先端部に振動装置を一体に取付けて、掘削した孔の土に固化材を混合する時にのみ、振動装置を駆動するので、装置を有効に使用出来る。また、前記振動装置を設けた掘削ヘッドは、それを必要としない地盤に対しては、振動手段を設けない通常の掘削翼を用いて、杭孔を構築出来るもので、特に粘性の高い粘土質の土に対してのみ、本実施例に説明する装置を使用出来るのである。

前記ソイルセメント柱構築装置においては、振動発生装置として、電動モータを用いた起震装置を用いることが出来、中空な駆動ロッドの芯の孔を通したケーブルを用いて、給電系統を構築することができ、その駆動伝達系統を簡素化できる。そして、振動発生装置の機構を簡素化出来て、動作のコントロールを容易に行なわせることが出来る。

本発明の処理工程を説明するフローチャートである。 振動装置の構成を示す説明図である。 振動装置の要部の構成を示す断面図である。

図示される例にしたがって、本発明の装置の構成を説明する。図１に示す実施例は、ソイルセメント柱構築装置の要部の構造を説明しているもので、図示を省略するクレーン車等の作業車に設けたアームの先端で、支持部材１３を介して本体駆動装置１２を設けている。そして、前記装置を用いて、攪拌ロッド１６を支持するとともに、前記ロッド１６を回転させながら、建物を構築する際の基礎の予定地の地盤１に、杭孔２を所定の深さまでに掘削して、掘った孔の土に固化材を混合して、ソイルセメント柱を構築する。

また、前記掘削・攪拌装置を移動させる動作と、孔を掘り下げる作業および、土に固化材を混入する作業は、前記クレーン車等の装置を用いて行なうもので、一般的なコラム構築装置と同様な装置を用いた作業とされる。
前記攪拌ロッド１６の上端部には、セメントミルクのような固化材を、ミキサーから供給するためのホース１１を接続したスイベル１０を介して、攪拌装置に供給させるようにしている。

また、図示される例では、スイベル１０の下部に、給電系統のスリップリングシステム１４を設けていて、回転する接続経路を介して、攪拌ロッド６の中空孔内部を通す給電線１６を介して、図示を省略した給電装置から、掘削部の下部に設けたモータ２０に給電する系統を設けている。そして、掘削した土にセメントミルクを混入しながら掘削翼８を回転させ、振動装置により微振動を与えながら、混合する作業を行なわせるために、攪拌翼８と掘削羽根７の間に振動装置２０を設けている。

前記掘削羽根７と攪拌翼８は、従来公知のソイルセメントコラム構築装置と、略同様な機構のものを用いている。例えば、６０ｃｍの径の杭孔を掘削して杭を構築する場合、すなわち、構築する杭の径が６０ｃｍの場合に、攪拌ロッド６は１２ｃｍの径のパイプを用いて、掘削する孔の径に応じた長さの羽根７、８を用いる。なお、本実施例では、攪拌ロッド６と呼んで掘削ロッドをも含めたロッドを説明しているが、当然、攪拌ロッドという用語には、掘削ロッドをも含んでいるのである。

前記攪拌ロッド６の下端部に設けている掘削羽根７は、従来公知の装置と同様に、掘削用の爪を設けているが、この爪の形状や、爪の数等の条件は、掘削する土の性状に応じて作成されたものを用いている。また、前記掘削羽根７の近傍には、固化材を噴出させるためのノズル９を設けているが、このノズル９を配置する位置と、ノズルの形状やその他の条件は、特に限定されるものではない。

前記掘削羽根７と攪拌翼８の間に、振動装置２０を設けているが、この振動装置２０の構成は、図２に詳細に説明しているもので、図３の断面図のように、各構成部材が組み合わせられている。
図２に説明しているように、攪拌ロッド６を攪拌翼８の下部で切断した状態の端部と、掘削羽根７を設けた軸部材との間に、振動装置２０を設けているもので、上下のロッド片の間を振動モータ２３の外周カバー２２を用いて接続している。

前記振動モータ２３は、内ケース３０の中に、支持ベアリング２６、２６ａを用いてモータ軸２４を支持し、ローター２５を設けている。前記モータ軸２４の上下の端部には、偏芯ウエイト２７、２７ａを設けて、前記ローターを回転駆動することにより、前記偏芯ウエイトが回転して、振動を発生する機構を構成している。なお、このモータは、内ケース３０の内部で、図示を省略した軸支部材と、給電部材等を組み合わせて構成するが、実際には、市販のモータを組み込んで構成することが出来る。

前記振動装置の構成をさらに説明するに、前記外周カバー２２の上下に上板３１と下板３２を設けておき、上の軸６と下の掘削羽根７との双方に、上下の固定板３３，３４をそれぞれ取付けている。そして、前記上板３１と上の固定板３３とを重ねた上部材と、下板３２と下の固定板３４を重ねた下部材とを、接続ボルト３５・・を用いて固定し、一体化した円筒状の部材として構成するとともに、モータの内部が水密となり、その状態を保持できるように組み立てる。

前記構成に加えて、上板３１と固定板、および、下板３２と対応する固定板とのそれぞれには、セメントミルクを通す孔を連通させて設けている。そのために、モータの外周に設ける隙間３６を、ロッド６の中空孔と、下のノズル９とを連通させるように設けるが、前記モータの上下を固定保持する板部材には、セメントミルクを通す孔を十分な大きさに形成するのである。

なお、この例において、ロータ２５を支持する軸の機構や、給電系統等の構成は、説明を省略しているもので、その他に、攪拌ロッド６と最下部のノズル９とを接続するセメントミルクの供給経路等に関しても、特に、限定する条件がないものであることから、任意の構成の経路を構成して用いることが可能である。
ただし、モータの内ケース３０と外周カバー２２との間では、接続ボルト３５を通す隙間（スペース）３６を設けているものであり、この隙間３６をセメントミルクの経路として利用することが出来る。

前述したように、粘土のような粘性の高い土の場合に、従来の装置を用いた場合には、掘削した土が攪拌翼の周りに団子状にまとわりついて、攪拌効果が低下することがあり、作成した柱の強度に問題が生じることがあった。また、攪拌羽根に団子状に土の塊が付着することで、掘削装置の回転抵抗が大きくなるので、掘削羽根による掘削の効率が悪化して、杭の構築に余計な時間を必要とし、作業に要する時間とコストを余分に浪費する、という問題があった。

前記従来の課題に対して、前述したように構成した本発明の装置においては、振動装置を用いて全体を振動させることで、土の塊をほぐしながら固化材の混合を効率良く行なうことが出来、微粒子化した土に固化材を混入させることが出来る。
そして、振動装置により、微振動を付与しながら固化材を混入して、攪拌翼を用いて混合することで、土と固化材の混合を効率良く行ない得ることになる。

さらに、微振動を加えながら掘削羽根と攪拌翼を用いて土を掘削することで、固化材が鈞一に分散されるとともに、細かくされた土の周囲がセメントミルクにより覆われて、略液状化されて、摩擦抵抗が非常に小さくなる。そして、軸を回転させる駆動源に要求される駆動力が、小さいものとなり、作用効率が良くなるとともに、構築した支持柱の強度と信頼性を向上させることが出来る。

１ 地盤、 ２ 杭孔、 ５ 杭打ち装置、 ６ 攪拌ロッド、
７ 掘削羽根、 ８ 攪拌翼、 １０ スイベル、
１２ 駆動装置、 １４ スリップリングシステム、 １５ ケーブル、
２０ 振動装置、 ２２ 外周カバー、 ２３ モータ、
２４ モータ軸、 ２５ ロータ、 ２７，２７ａ 偏芯ウエイト、
３０ 内ケース、 ３５ 固定ボルト、 ３６ 隙間。

Claims (3)

1. 先端部に掘削羽根とノズルから噴出される固化材を攪拌する攪拌翼とを、中空軸とした掘削ロッドの下部に所定の間隔を持たせて設け、
   前記掘削ロッドの上部には、固化材を供給するスイベルと、ロッドを回転させるための駆動機構とを設けた場所打ち杭の構築装置であって、
   前記掘削羽根と攪拌翼との間で、前記掘削ロッドに振動装置を設け、前記ロッドの中を通して配置する給電ケーブルを用いて、前記振動装置に給電する手段を設け、
   前記掘削した杭孔の土に固化材を混合する際に、前記振動装置を用いて孔の土と装置とを微振動させることを特長とするソイルセメント柱構築装置。
2. 前記掘削した土に固化材を混入して、攪拌する部分に設ける振動装置は、
   掘削ロッドの軸と軸芯を一致させたモータを用い、前記モータの軸に設けた偏芯ウエイトを回転させて、振動を発生させる機構を用いて構成し、
   掘削した孔の土と固化材とを混合させる際に、前記振動装置を用いることを特長とする請求項１に記載のソイルセメント柱構築装置。
3. 前記固化材としてセメントミルクを用い、振動装置の内・外周カバーの間に設けた固化材通路を通して、掘削翼の近傍に設けた噴出ノズルから前記固化材を噴出させ、
   前記振動装置により微振動を与えて、土の塊等をほぐしながら、固化材を混合する動作を行なわせることを特徴とする請求項１または２に記載のソイルセメント柱構築装置。

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