JP2012021271A - 地盤改良装置および地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】土砂の共回りを極力防止するとともに、掘削軸を一旦地面から上方に引き上げることなく攪拌範囲を広げる。
【解決手段】掘削軸６には、下端部に掘削翼７が設けられると共に、この掘削翼よりも上方に攪拌翼８が上下方向に複数段に配置される。掘削軸は２本並べて配置され、掘削翼には、下方に向かって掘削する下方用掘削爪２６と、側方に向かって掘削する側方用掘削爪が設けられ、攪拌翼は、掘削軸から径方向に突出して設けられ、その径方向の先端部には側方用掘削爪２１が設けられ、この攪拌翼は、前記複数段の各段に各々２枚、掘削軸の周方向に間隔を開けて設けられ、一方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置と、他方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置とは略同じで、一方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部と、他方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部とが重なっており、一方の掘削軸の回転方向は、他方の掘削軸の回転方向とは逆向きである。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤を攪拌翼で攪拌しながら改良する地盤改良装置および地盤改良方法に関する。

従来の地盤改良装置は、たとえば、特開平９−４１３６２号公報（特許文献１）に記載のように、２軸に設けられた攪拌翼で地盤を攪拌しているが、左右の攪拌翼が干渉しないように（すなわち、回転軌跡が重ならないように）、上下にズラして配置されているため、土砂が攪拌翼の回転とともに一緒に回転して共回りし、地盤を効率よく攪拌することができないことがある。しかも、攪拌範囲を広げるためには、掘削軸を一旦地面よりも上方に引き上げて、水平に移動させ、再度、降下させて掘削する必要があり、手間がかかっていた。

また、特開２００４−２７４９２号公報（特許文献２）に記載のように、１軸に攪拌翼を設けて地盤を攪拌するとともに、その攪拌翼の外側に側部掘削用縦翼を上下方向に長く延在させて設け、この縦翼により、横方向に掘削するものがある。このように構成すると、攪拌範囲を広げる際に、掘削軸を一旦地面から上方に引き上げる必要がないため、作業効率が向上する。しかしながら、攪拌翼の外側に、側部掘削用縦翼を上下方向に長く延在させて設ける必要があり、構造が複雑となり、製造コストが増大する。しかも、攪拌翼とともにその外側の縦翼が一緒に回転するため、土砂が攪拌翼と共回りすることを縦翼が助長し、土砂の共回りが一層激しくなり、地盤を効率よく攪拌することができないことがある。

特開平９−４１３６２号公報 特開２００４−２７４９２号公報

解決しようとする問題点は、土砂が攪拌翼と共回りするため攪拌効率が低くなり、かつ、攪拌範囲を広げる際に、掘削軸を一旦地面よりも上方に引き上げる必要がある点である。

本発明の地盤改良装置は、掘削軸（６）には、下端部に掘削翼（７）が設けられているとともに、この掘削翼よりも上方に攪拌翼（８）が上下方向に間隔を開けて複数段に配置されて設けられている。そして、掘削軸は少なくとも２本並べて配置され、掘削翼には、下方に向かって掘削する下方用掘削爪（２６）と、側方に向かって掘削する側方用掘削爪が設けられ、攪拌翼は、掘削軸から径方向に突出して設けられ、その径方向の先端部には側方用掘削爪（２１）が設けられ、この攪拌翼は、前記複数段の各段に、各々２または３枚、掘削軸の周方向に間隔を開けて設けられ、一方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置と、他方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置とは略同じで、一方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部と、他方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部とが重なっており、一方の掘削軸の回転方向は、他方の掘削軸の回転方向とは逆向きである。

また、一方の掘削軸の攪拌翼の傾斜方向と他方の掘削軸の攪拌翼の傾斜方向とは一致している場合がある。

さらに、地盤改良材の吐出口（１１，１２）が、前記掘削軸の攪拌翼の付け根部付近に設けられ、この吐出口には、正回転時用と、正回転とは反対に回転する逆回転時用とがあり、正回転時用の吐出口は、攪拌翼の正回転時の回転方向の端部側付近で、かつ、攪拌翼の上面よりも上方に位置し、逆回転時用の吐出口は、攪拌翼の逆回転時の回転方向の端部側付近で、かつ、攪拌翼の下面よりも下方に位置している場合がある。

そして、本発明の地盤改良方法は、並べて配置された掘削軸を回転させながら、上下動させて、地盤を攪拌するとともに、この攪拌と同時に、掘削軸の並べられている方向に対して略直角の方向に、並べて配置された掘削軸を移動させて、水平方向に掘削する。

また、掘削軸の上下動の距離は、上下に複数段に配置された攪拌翼の上下の間隔と略同じである場合がある。
そして、掘削軸の回転方向を随時反転させる場合がある。
さらに、掘削軸を上下に往復させると、掘削軸の回転方向を反転させる場合がある。

本発明によれば、一方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置と、他方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置とは略同じで、一方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部と、他方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部とが重なっており、一方の掘削軸の回転方向は、他方の掘削軸の回転方向とは逆向きであるので、土砂が一方の掘削軸と共回りしようとしても、他方の掘削軸の攪拌翼がその共回りの領域内に回転してきて、共回りを阻止する状態になるため、共回りを防止することができる。そして、攪拌翼には、側方用掘削爪が設けられているため、掘削軸を地面よりも上方に引き上げることなく、水平方向に攪拌する範囲を拡大することができる。しかも、一方および他方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置が略同じであるので、地盤の同じ深さの位置を掘削することになり、両攪拌翼の側方用掘削爪により掘削される掘削箇所が近づき掘削付近の地盤が緩み、掘削効率が向上する。

また、一方の掘削軸の攪拌翼の傾斜方向と他方の掘削軸の攪拌翼の傾斜方向とが一致している場合には、掘削軸の回転方向が互いに逆であるため、一方の掘削軸の攪拌翼により、土砂は上方に持ち上げられ、他方の掘削軸の攪拌翼により、土砂は下方に押し下げられるため、土砂の攪拌効率が向上する。

図１は本発明における地盤改良装置の実施の一形態の正面図である。 図２は地盤改良方法を説明するための概略の平面図である。 図３は攪拌翼の平面図である。 図４は掘削軸の要部拡大正面図である。 図５は図１の要部拡大図である。 図６は土砂の攪拌の状態を説明するための説明図である。

土砂の共回りを極力防止するとともに、掘削軸を一旦地面から上方に引き上げることなく攪拌範囲を広げることができるという目的を、一方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置と、他方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置とは略同じで、一方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部と、他方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部とが重なっているとともに、この攪拌翼に側方用掘削爪を設けることで実現した。

次に、本発明における地盤改良装置および地盤改良方法の一実施例について、図１ないし図６を用いて説明する。図１は本発明における地盤改良装置の実施の一形態の正面図である。図２は地盤改良方法を説明するための概略の平面図である。図３は攪拌翼の平面図である。図４は掘削軸の要部拡大正面図である。図５は図１の要部拡大図である。図６は土砂の攪拌の状態を説明するための説明図である。

まず始めに、地盤改良装置の全体構成を説明する。
地盤改良装置は、走行車体１と、この走行車体１に立設しているリーダ２と、このリーダ２に上下動可能に取り付けられているパワースイベル３と、このパワースイベル３と一体となって上下動するとともにパワースイベル３の原動機により駆動されるギアボックス４と、このギアボックス４により回転駆動される左右一対の掘削軸６と、この掘削軸６の下端部に設けられている掘削翼７と、掘削軸６に上下に等間隔に間隔を開けて複数段（この実施例では４段）設けられている攪拌翼８と、最下段の攪拌翼８と掘削翼７との間に設けられている結束バンド９とを備えている。

走行車体１は、左右に配列された掘削軸６の配列方向とは、略直角の方向である前後方向に移動可能となっている。すなわち、走行車体１および掘削軸６は、掘削軸６の配列方向に対して、直角の方向に水平に移動可能である。

掘削軸６は円筒状をしており、その内部には、液状のモルタルなどの地盤改良材が流れる流体供給流路（図示しない）が設けられ、この流体供給流路から供給された地盤改良材は、図４および図５に図示する吐出口１１，１２から掘削軸６の外側に吐出される。この吐出口１１，１２には、正回転時に開いて吐出可能となる正回転時用吐出口１１と、逆回転時に開いて吐出可能となる逆回転時用吐出口１２があり、図示しない弁により開閉される。また、掘削軸６の最下端には、下方に向けて掘削するための下方用掘削爪１６が設けられている。

掘削軸６は、前述のように左右一対設けられており、その形状および構造は同じであるが、平面図示で回転方向は逆向きとなっている。すなわち、図２に図示するように、右側の掘削軸６が反時計方向に回転している際には、左側の掘削軸６は時計方向に回転している。そして、パワースイベル３の原動機の回転が反転すると、右側の掘削軸６が時計方向に回転し、左側の掘削軸６が反時計方向に回転する。言い換えると、一方の掘削軸６が平面図示で、時計方向に回転していると、他方の掘削軸６は反時計方向に回転する。また、左右の掘削軸６の回転位置は、略９０度位相がズレている。この様に、左右の掘削軸６で位相がズレているが、回転は同期しており、一定の位相（すなわち、９０度）のズレを維持しながら回転する。

掘削翼７および攪拌翼８は同じ方向に傾斜しており、図２に図示するように掘削軸６が反時計方向に回転している際に、下方に向かって円滑に掘削するように、回転方向に進むほど下側となるように傾斜（図１および図５の正面図では、右下がりに傾斜）している。そして、この掘削する方向への掘削軸６の回転を「正回転」と呼ぶ。すなわち、掘削翼７および攪拌翼８の傾斜方向を変更して、図１および図５の正面図で、左下がりに傾斜させると、図２の平面図において時計方向に掘削軸６を回転させると、下方に向かって掘削するようになり、掘削軸６が時計方向に回転している際が正回転となる。そして、掘削軸６が反時計方向に回転している際が、掘削する方向とは反対側であり逆回転となる。

攪拌翼８は、掘削軸６から径方向に外側に延在して設けられ、前述のように、複数段設けられているが、各段において２枚、１８０度ズレて設けられ、掘削軸６を挟んで直線状に配列されている。各段の２枚の攪拌翼８の掘削軸６における高さ位置は同じであり、掘削軸６が回転した際に、２枚の攪拌翼８の回転軌跡は同じとなる。そして、攪拌翼８は、前述のように、上下に複数段設けられているが、下方の段の攪拌翼８は、すぐ上の段の攪拌翼８とは位相が９０度ズレて配置されている。

攪拌翼８の先端部（すなわち、掘削軸６から離れている側の円弧状の周縁部）には、側方用掘削爪２１が設けられている。この側方用掘削爪２１は、各攪拌翼８の先端部の角部（図２における平面図で図示された２か所にある角部）に設けられており、各攪拌翼８に計２個設けられている。

掘削翼７は、攪拌翼８の傾斜方向と同じ方向に傾斜しており、下方に向かって掘削する下方用掘削爪２６と、攪拌翼８の側方用掘削爪２１と同様な側方用掘削爪（図示しない）を具備している。また、掘削翼７は、攪拌翼８と同様にして、掘削軸６から径方向に外側に延在して２枚、１８０度ズレて設けられ、掘削軸６を挟んで直線状に配列されている。２枚の掘削翼７の掘削軸６における高さ位置は同じであり、掘削軸６が回転した際に、各掘削軸６において、２枚の掘削翼７の回転軌跡は同じとなる。

図４において、吐出口１１，１２は、掘削軸６における攪拌翼８の付け根部付近に設けられ、正回転時用吐出口１１は、攪拌翼８の正回転時の回転方向の端部側付近で、かつ、攪拌翼８の上面よりも上方に位置し、逆回転時用吐出口１２は、攪拌翼８の逆回転時の回転方向の端部側付近で、かつ、攪拌翼８の下面よりも下方に位置している。

結束バンド９は、左右の掘削軸６の間隔を維持できるように、掘削軸６の下端部を回転可能に保持して、左右の掘削軸６を連結している。また、結束バンド９は土砂の共回りを防止する機能も有している。

この様に構成されている地盤改良装置で、地盤を改良する際には、まず初めに、パワースイベル３の原動機を稼働して、左右一対の掘削軸６を回転させながら、リーダ２に沿って下降させる。そして、図１に図示するように、攪拌翼８や掘削翼７が所定の深さまで地中に入り込むまで降下させる。この降下の際には、掘削軸６の回転方向は、適宜切り換える。ついで、パワースイベル３、ギアボックス４および掘削軸６を上下動させながら、攪拌翼８を回転させ、かつ、吐出口１１，１２から地盤改良材を吐出する。図６に示すように、正回転している掘削軸６は、周囲の土砂を上昇させながら攪拌し、他方の逆回転している掘削軸６は周囲の土砂を下降させながら攪拌する。この様に、左右の掘削軸６で土砂に作用する力の方向が逆向きとなるため、効率よく土砂を攪拌することができる。そして、図２に示すように、左側の掘削軸６の攪拌翼８と右側の掘削軸６の攪拌翼８とは、回転軌跡が一部重なっているため、たとえば、土砂が右側の掘削軸６と共回りしようとしても、左側の掘削軸６の攪拌翼８がその共回りの領域内に回転してきて、共回りを阻止する状態になるため、共回りを防止することができる。

ついで、地盤改良の範囲を広げる際には、攪拌翼８および掘削翼７が地中にある状態で、掘削軸６を回転させ、かつ、吐出口１１，１２から地盤改良材を吐出しながら、図２に図示するように、走行車体１を前側（すなわち、掘削軸６が並んでいる方向に対して直角の方向）に移動させる。すると、掘削翼７および攪拌翼８に設けられている側方用掘削爪２１が掘削軸６の前方に位置する土砂を削りながら、前進する。攪拌翼８が上下に間隔を開けて配置されているため、削られる箇所は部分的である。したがって、掘削軸６を上下動させて、掘削翼７および攪拌翼８を上下に移動させて、土砂の削られる箇所を上下に広げ、全域にわたって削る。この掘削軸の上下動の距離は、上下に複数段に配置された攪拌翼の上下の間隔と略同じであり、上から２段目の攪拌翼８を、上から１段目の攪拌翼８の高さ位置まで上昇させ、その後、再度、攪拌翼８を元の位置まで戻す。すると、掘削軸６の埋まっている範囲を上下方向の全域にわたって削ることができる。掘削軸６を上下する際には、適宜パワースイベル３の原動機の回転方向を反転させて、掘削軸６の回転方向を切り換える。たとえば、掘削軸６を上下に一往復すると、掘削軸６の回転方向を切り換える。

この様にして、掘削軸６を回転させながら走行車体１を前進させると、掘削軸６を地表よりも上方に引き上げることなく、図２の実線の位置で攪拌していた攪拌翼８が、二点鎖線の位置まで移動し、移動した範囲の地盤を改良することができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）上述の実施例では、攪拌翼の枚数は各段毎に２枚であるが、３枚であることも可能である。３枚設ける場合には、各掘削軸における攪拌翼同士は１２０度ズレて設けられるとともに、左右の掘削軸の位相は６０度ズレる。また、下方の段の攪拌翼は、すぐ上の段の攪拌翼とは位相が６０度ズレて配置される。
（２）上述の実施例では、掘削軸は２本であるが、３本以上であることも可能である。ただし、隣接する掘削軸の回転方向は、逆向けである。すなわち、ある掘削軸が時計方向に回転すると、それに隣接する掘削軸は反時計方向に回転する。

（３）実施例においては、攪拌翼および掘削翼は正面図示で傾斜し、その傾斜方向は全て同じ向きで、掘削軸に設けられているが、特許請求の範囲に記載されていない限り、異ならしめることも可能である。たとえば、掘削軸毎に、攪拌翼および掘削翼の傾斜方向を異なら（すなわち、掘削軸が異なると、攪拌翼および掘削翼の傾斜方向が異なる）しめたり、同じ掘削軸に傾斜方向の異なる攪拌翼を設けることも可能である。ただし、攪拌翼の傾斜方向および掘削翼の傾斜方向を、全て同じ向きにする（すなわち、図１の正面図で右下がりまたは右上がりにする）ことが好ましい。
（４）一本の掘削軸に傾斜方向の異なる攪拌翼が混在している場合には、吐出口１１，１２は、攪拌翼が土砂を押し上げる正回転時用の吐出口と、攪拌翼が土砂を押し下げる逆回転時用の吐出口とがあり、攪拌翼が回転方向に進む方に行くほど下がっているとともにこの回転時に開く正回転時用吐出口１１は、攪拌翼の回転方向に進む方向側の端部付近で、かつ、攪拌翼の上面よりも上方に位置し、攪拌翼が回転方向に進む方に行くほど上がっているとともにこの回転時に開く逆回転時用吐出口１２は、攪拌翼の回転方向の進む方向側の端部付近で、かつ、攪拌翼の下面よりも下方に位置している。

土砂の共回りを極力防止するとともに、掘削軸を一旦地面から上方に引き上げることなく攪拌範囲を広げることができるので、攪拌翼により地面を攪拌する地盤改良装置および地盤改良方法に適用することが最適である。

６ 掘削軸
７ 掘削翼
８ 攪拌翼
１１ 正回転時用吐出口
１２ 逆回転時用吐出口
２１ 側方用掘削爪
２６ 下方用掘削爪

Claims (7)

1. 掘削軸には、下端部に掘削翼が設けられているとともに、この掘削翼よりも上方に攪拌翼が上下方向に間隔を開けて複数段に配置されて設けられている地盤改良装置において、
   前記掘削軸は少なくとも２本並べて配置され、
   前記掘削翼には、下方に向かって掘削する下方用掘削爪と、側方に向かって掘削する側方用掘削爪が設けられ、
   前記攪拌翼は、前記掘削軸から径方向に突出して設けられ、その径方向の先端部には側方用掘削爪が設けられ、
   この攪拌翼は、前記複数段の各段に、各々２または３枚、掘削軸の周方向に間隔を開けて設けられ、
   一方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置と、他方の掘削軸の攪拌翼の高さ位置とは略同じで、一方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部と、他方の掘削軸の攪拌翼の回転軌跡の一部とが重なっており、
   一方の掘削軸の回転方向は、他方の掘削軸の回転方向とは逆向きであることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記攪拌翼は傾斜して設けられており、一方の掘削軸の攪拌翼の傾斜方向と他方の掘削軸の攪拌翼の傾斜方向とは一致していることを特徴とする請求項１記載の地盤改良装置。
3. 地盤改良材の吐出口が、前記掘削軸の攪拌翼の付け根部付近に設けられ、この吐出口には、正回転時用と、正回転とは反対に回転する逆回転時用とがあり、
   正回転時用の吐出口は、攪拌翼の正回転時の回転方向の端部側付近で、かつ、攪拌翼の上面よりも上方に位置し、
   逆回転時用の吐出口は、攪拌翼の逆回転時の回転方向の端部側付近で、かつ、攪拌翼の下面よりも下方に位置していることを特徴としている請求項１または２記載の地盤改良装置。
4. 前記請求項１，２または３に記載の地盤改良装置を用いた地盤改良方法であって、
   前記並べて配置された掘削軸を回転させながら、上下動させて、地盤を攪拌するとともに、この攪拌と同時に、掘削軸の並べられている方向に対して略直角の方向に、並べて配置された掘削軸を移動させて、水平方向に掘削することを特徴としている地盤改良方法。
5. 前記掘削軸の上下動の距離は、上下に複数段に配置された攪拌翼の上下の間隔と略同じであることを特徴としている請求項４記載の地盤改良方法。
6. 掘削軸の回転方向を随時反転させることを特徴としている請求項４または５記載の地盤改良方法。
7. 掘削軸を上下に一往復させると、掘削軸の回転方向を反転させることを特徴としている請求項４または５記載の地盤改良方法。

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