JP2013167116A - 地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軟弱地盤に穴を形成して、その中に砕石や杭を埋め込む地盤改良方法について、一連の作業を円滑に実施可能な地盤改良装置を提供する。
【解決手段】走行手段１２やリーダマスト２９やホッパ１６などで地盤改良装置１０を構成して、一本のリーダマスト２９に二個のスライダ３１、３６を組み込み、一方のスライダ３１にスクリュードリル４１を取り付け、他方のスライダ３６に転圧具５１を取り付け、ホッパ１６に砕石Ｂを収容する。これによって、スクリュードリル４１による穴Ｈの形成から砕石Ｂの投下、転圧具５１による砕石Ｂの突き固めまでを連続的に実施可能で、地盤改良に要する時間や費用を抑制できる。リーダマスト２９は倒伏可能で、輸送時の障害にならない。また走行手段１２とボディー１３の間に旋回輪１１を備えることで、穴Ｈの形成後、砕石Ｂを投下する際の切り替え作業が円滑になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、軟弱地盤に穴を形成して、その中に砕石や杭を埋め込む地盤改良装置に関する。

後記の特許文献１は、地盤の改良方法に関する発明で、軟弱地盤に穴を形成して、その中に投下した骨材（砕石）を突き固めて、地中に強化層（石柱体）を構築することが開示されている。この穴を形成する際は、螺旋状に延びる羽根を側周面に接合したスクリュードリルを使用する。スクリュードリルは円筒状で、軟弱地盤を水平方向に押し出して穴を形成する。そのため、地表面にすくい上げられる土砂はわずかで、排土処理が不要である。しかも地盤を水平方向に押し出す際、水分が絞り出されて流動性が低下するため、スクリュードリルを引き抜いた後も、穴が直ちに崩壊することはなく、無理なく砕石を投下できる。そして投下された砕石は、転圧パイプで突き固められ、石柱体となる。

また現在、大規模な建造物を施工する際は、リーダマストと呼ばれる柱を備えた建設機械を用いて、基礎杭の打ち込みを行うことが多い。地質によっては、基礎杭を打ち込む前に地盤を掘削する必要があり、基礎杭を打ち込む装置のほか、地盤を掘削する装置を一本のリーダマストに組み込むことがある。そのため、回転リーダや両面リーダなどと呼ばれるリーダマストが開発されており、具体例として、後記の特許文献２や特許文献３が挙げられる。

特許文献２では、「回転二面リーダ杭打機におけるリーダ回転装置」が開示されている。この文献の杭打機は、トラックから延びるブームで一本のリーダマストを吊り下げた構造で、リーダマストの一側面にはオーガスクリューを装備しており、他側面にはモンケン（オモリ）を装備している。さらにリーダマストは、その上に位置するベース体に対して回転可能な構造となっている。そのため、オーガスクリューで穴を掘削した後、トラックを移動することなく、リーダマストを回転させると、モンケンによる杭打ちを開始できる。

特許文献３では、「両面リーダ装置」が開示されている。この文献の装置は、一本のリーダマストに二つの作業機（第一作業機と第二作業機）を対向して配置してある。二つの作業機は、一個のリフトシリンダだけで昇降可能な構造となっており、装置が簡素化するため、コストの低減が実現する。ただしこの発明では、リフトシリンダと二つの作業機がチェーンで連結されており、個々の作業機だけを自在に昇降させることはできない。

特許第４５６６６３４号公報 実開昭５５−１３６８４０号公報 特開平１１−３３６４５８号公報

前記の特許文献１の発明は、砕石を突き固めて地盤を強化するもので、環境負荷の極めて少ない優れた技術である。ただし十分な支持力を得るには、２メートル程度の間隔で一連の工程を繰り返す必要があり、時間や費用の面で、この技術の普及を妨げる恐れがある。また穴の形成や砕石の突き固めは、汎用の建設機械でも実施可能だが、その場合、スクリュードリルなどの操作方法が複雑化するほか、砕石を突き固める転圧パイプを穴の真上に配置する必要があり、作業に経験や技量を要求され、この点でも普及を妨げる恐れがある。

特許文献２や特許文献３で開示された技術は、一本のリーダマストで二つの機能を実現している。そのうち特許文献２は、リーダマストを回転させるため、その上部の限られた空間に複雑な構造を組み込んでおり、メンテナンスや重量バランスなどで不利な面がある。また特許文献３は、リーダマストの構造を簡素化でき、装置価格やメンテナンスの面で有利だが、作業を切り替える際、リーダマスト全体を移動させる必要があり、位置調整などで不利な面がある。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、軟弱地盤に穴を形成して、その中に砕石や杭を埋め込む地盤改良方法について、一連の作業を円滑に実施可能な地盤改良装置の提供を目的としている。

前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、スクリュードリルで地盤に穴を形成して、該穴に砕石や杭を埋め込み、これらを転圧具で押圧する地盤改良装置で、不整地を自在に移動可能な走行手段と、該走行手段に載るボディーと、直立可能なリーダマストと、該リーダマストに沿って移動可能な二個のスライダと、該スライダを個別に駆動する昇降装置と、一方のスライダと一体化して前記スクリュードリルを回転させるオーガと、他方のスライダと一体化して前記転圧具を保持するクランパと、前記穴に埋め込む前記砕石を収容するホッパと、を備え、前記スクリュードリルは、円筒状の胴体と、該胴体の側周面を螺旋状に取り巻く羽根と、前記胴体の後端から突出して前記オーガに差し込まれる中心軸と、からなり、前記転圧具は、前記砕石または前記杭と衝突する押圧体と、該押圧体の後端から突出して前記クランパで保持される支持軸と、からなり、前記リーダマストは、前記ボディーに据え付けられたアームの先端に配置したピンを中心として、倒伏可能であることを特徴とする地盤改良装置である。

本発明は、前記の特許文献１で開示された地盤の改良方法を実現するための装置であり、軟弱地盤に穴を形成するスクリュードリルと、この穴に投下した砕石を突き固める転圧具を使用する。スクリュードリルを回転させながら地盤に突き刺し、土砂を水平方向に押し出すことで、水分が絞り出されて、形成された穴の崩壊を抑制できる。また穴に投下した砕石を転圧具で突き固めることで、地盤と強固に絡み合った石柱体が形成される。なお地質によっては、砕石ではなく、間伐材などを素材とした杭を差し込み、これを転圧具で打ち込むこともある。

スクリュードリルは、円筒状の胴体と、その側周面を螺旋状に取り巻く羽根と、胴体の後端面の中心から突出する中心軸と、で構成され、使用時は中心軸を保持して回転を与える。また転圧具は、砕石を押し潰して突き固める押圧体と、この押圧体の後端面から突出する支持軸と、で構成され、使用時は支持軸を保持して上下に移動させる。なお押圧体は、スクリュードリルの胴体よりも断面形状をわずかに小さくして、円滑に穴の中に入り込み、且つ砕石の上面全体と接触できることが好ましい。

本発明による地盤改良装置は、油圧ショベルなどの建設機械をベースとしており、走行手段やリーダマストなど、複数の要素で構成される。走行手段は、装置全体を地表面に沿って自走させるためのもので、無限軌道や動力伝達機構などを備える。本発明は、軟弱地盤の不整地で使用することから、接地圧を軽減する必要がある。そのため、走行手段としてタイヤを用いる場合、本数をできるだけ多くする。次にボディーは、走行手段の上に載る車体で、動力源となるエンジンなどを収容するほか、各種装備を据え付ける土台としての機能も有する。

リーダマストは、地盤から直立する柱状のもので、装置の前方に位置しており、ボディーから延びるアームで支持され、スクリュードリルと転圧具の両方を吊り下げる。なおアームは、ボディーから直接突出させることもあるが、ボディーとアームとの間に、角度調整機構などを挟み込むこともある。またスライダは、リーダマストの長手方向に沿って自在に移動可能で、ガイドレールなどを介してリーダマストに組み込む。次に昇降装置は、スライダを移動させるためのもので、油圧シリンダを用いる方式や、リーダマストの側面にチェーンやラックを取り付け、これにスプロケットやピニオンを噛み合わせる方式など、自在に選択できる。

スライダは、一本のリーダマストについて、スクリュードリル用と転圧具用に二個必要で、しかも他方との干渉を防止するため、二個を分離して配置する。また個々のスライダが独自に移動できるよう、昇降装置も二個必要になる。そしてスクリュードリル用のスライダには、スクリュードリルを回転させるためのオーガを組み込む。このオーガにスクリュードリルの中心軸を差し込むことで、スクリュードリルを上下に移動できるほか、軸線を中心として回転させることもでき、スクリュードリルの羽根が地盤に食い込むことで、上下方向の推進力を発生する。

他方のスライダには、転圧具を取り付けるためのクランパを組み込む。クランパは、転圧具の後端から突出する支持軸を保持して、上下に移動できればよい。なおスクリュードリルや転圧具は、オーガやクランパから着脱自在で、作業時以外は装置から取り外す。

ホッパは、地盤に形成した穴に投下する砕石を収容するためのもので、ボディーの上部に設ける。なおホッパは、作業の効率を高めるため、できるだけ大型化することが好ましい。そのほか、ホッパから落下した砕石を穴に導くため、コンベアやシュートを設けることもある。

リーダマストは、スクリュードリルなどを吊り下げるため、最低でも地上から４メートル程度の高さとなり、現地へ輸送する際、公道の高さ制限を突破する恐れがある。そのためリーダマストは、アーム先端のピンを中心として回転可能な構造として、輸送時はほぼ水平に倒伏させて、高さを抑制する。

本装置を使用する際は、現地へ輸送した後、倒伏していたリーダマストを直立させて、両スライダを上部に移動させる。次に、スクリュードリルの中心軸をオーガに差し込み、同様に転圧具の支持軸をクランパに差し込み、さらにホッパに砕石を詰め込む。その後、走行手段で所定の位置に移動して、オーガと昇降装置を作動させてスクリュードリルを徐々に下降させていく。なお、スクリュードリルの羽根が地盤に入り込み、下向きの推進力が発生すると、スクリュードリルは、自立的に地盤に潜り込んでいく。

そして、スクリュードリルが規定の深さに到達すると、昇降装置を作動させてスクリュードリルを地盤から引き抜く。次に、装置の位置を修正して、ホッパから穴に向けて砕石を投下する。その後、転圧具を下降させて砕石を突き固めると、砕石が密集した石柱体が構築される。この石柱体を所定の間隔で連続的に施工することで、一定の範囲の地盤が改良され、各種建造物を支持できるようになる。

軟弱地盤は流動性が高く、埋め込まれたスクリュードリルに土砂が密着してしまう。そのため、スクリュードリルを地盤から引き抜く際、その下端付近で負圧が発生して、穴が崩壊する恐れがある。これを防ぐため、スクリュードリルの先端部には、外部に空気を供給する排気口を設ける。さらに地下水の湧き出しがある箇所では、スクリュードリルで穴を形成する際も、排気口から強制的に圧縮空気を地中に噴射して、地下水を押し退け、穴の崩壊を抑制する。転圧具についても、同様の理由で排気口を設け、穴に差し込んでいる間、圧縮空気を噴射する場合がある。

請求項２記載の発明は、作業性の向上を目的とするもので、走行手段とボディーとの間には、ボディー全体を自在に回動可能な旋回輪を備え、中心軸と支持軸は、旋回輪の回転中心から等距離に配置してあることを特徴とする。装置の構造上、スクリュードリルと転圧具を同軸上に配置することはできない。そのためスクリュードリルで穴を形成した後、砕石を突き固める際は、何らかの手段でリーダマストを移動させる必要がある。その際は、単純に走行手段を利用すればよいが、位置調整に手間が掛かることがある。本発明は、これを解決するもので、旋回輪を備えていることを特徴とする。

旋回輪は、走行手段とボディーとの間に設けるターンテーブル状の装置で、ボディー全体を水平面上で自在に回転可能で、油圧ショベルなどに広く導入されている。さらにスクリュードリルと転圧具は、旋回輪の中心から等距離に配置する。これによって、穴の形成を終えて、砕石の突き固めを行う際、旋回輪を作動させるだけで穴の真上に転圧具を移動できる。旋回輪は微調整が容易であり、位置決めを素早く正確に行うことができる。なお実際の装置では、オーガとクランパのそれぞれに設けた孔（中心軸や支持軸を差し込むための孔）を、旋回輪の中心から等距離に配置する。

請求項３記載の発明は、スクリュードリルで形成された穴に砕石ではなく、杭を埋め込む場合に対応するもので、リーダマストの上部には、杭等を吊り上げ可能な吊り具を備えていることを特徴とする。杭を埋め込む際は、杭を吊り上げて穴の真上に運ぶ必要があり、何らかの吊り具が必要不可欠である。吊り具として、小型の移動式クレーンを別途に使用することもできるが、手間の増加が避けられない。対して本発明のように、リーダマストの上部に吊り具を設けるならば、杭の吊り上げが極めて容易で、作業を円滑に進めることができる。なお吊り具の具体例としては、単純なフックが挙げられ、リーダマストの最上部に短尺のブームを設けて、その先端からフックを垂れ下げる。

請求項４記載の発明は、地盤改良装置の取り扱いに関するもので、オーガ等、各可動部を遠隔操作するため、可搬性を有するコントローラを備えていることを特徴とする。通常の建設機械は、ボディー上に運転席を設けているが、請求項１に記載した地盤改良措置において、ボディー上に運転席を設けると、スクリュードリルや転圧具の位置を把握できず、作業の効率が低下する恐れがある。そこで本発明のように、コントローラを用いて遠隔操作を可能とすることで、リーダマストの近傍からスクリュードリルなどを監視しながら一名の作業員だけで地盤改良を進めることができる。なお従来の方法で地盤改良を進める場合、操作や監視などのため、複数の作業員を配置する必要があった。

コントローラは、人の手で無理なく持ち運べる大きさで、スクリュードリルによる穴の形成から砕石の突き固めまで、一連の工程を全て操作できることが好ましい。なおコントローラは、有線または無線でボディーに搭載された制御装置に情報を伝達する。

請求項１記載の発明のように、走行手段やリーダマストやホッパなどで地盤改良装置を構成して、一本のリーダマストに二個のスライダを組み込み、一方のスライダにスクリュードリルを取り付け、他方のスライダに転圧具を取り付けることで、スクリュードリルによる穴の形成から砕石の投下、その転圧までを連続的に実施できる。そのため、一連の作業を従来よりも少ない人数で短時間に終えることができ、地盤改良に要する費用を抑制できる。

また本装置は、スクリュードリルと転圧具を一本のリーダマストで支持しているため、動作原理が単純で操作性に優れ、作業員の経験や技量に依存することがない。しかも電子機器と組み合わせて操作の自動化も可能である。また、リーダマストを倒伏可能とすることで、装置を解体することなくトレーラーなどで輸送可能で、地盤改良の前後に要する時間や手間を削減できる。

請求項２記載の発明のように、走行手段とボディーとの間に旋回輪を備えた上、スクリュードリルと転圧具は、旋回輪の回転中心から等距離に配置することで、穴を形成した後、砕石を突き固める際、旋回輪を回転させるだけで、穴の真上に転圧具を移動できる。そのため、転圧具の位置決めを短時間に終えることができ、作業時間の短縮に貢献する。この発明は、各種建設機械に広く普及している技術を流用するため、装置の製造費用を抑制でき、しかも従来の回転リーダのような複雑な構造は不要である。

請求項３記載の発明のように、リーダマストの上部に吊り具を備えることで、地中に杭を埋め込む際、無理なく杭を吊り上げて穴の真上に運び込むことができる。なお吊り具は、スクリュードリルや転圧具の着脱時にも使用できる。

請求項４記載の発明のように、可搬性を有するコントローラを備え、地盤改良装置の遠隔操作を実現することで、スクリュードリルによる穴の形成から砕石の転圧まで、一連の工程を一名の作業員だけで実施可能になり、地盤改良に要する費用を抑制できる。なお作業員は、リーダマストの近傍に立ち、スクリュードリルの位置などを監視しながら地盤改良装置を操作する。

本発明による地盤改良装置の形状例を示す前面図と側面図である。 図１の地盤改良装置の平面図で、穴を形成する段階と、砕石を突き固める段階を示している。 図１の地盤改良装置のリーダマストを倒伏させた状態を示す側面図である。 図１の地盤改良装置のリーダマストを左側に傾けた状態を示す前面図である。 図１の地盤改良装置で地盤に穴を形成している状態を示す側面図である。 図５の作業で地盤に穴が形成された状態を示す側面図である。 地盤に形成した穴に砕石を投下中の状態を示す側面図である。 砕石を突き固めて石柱体を構築中の状態を示す側面図である。 地盤に形成した穴に杭を埋め込む場合を示す側面図である。 地盤に石柱体を形成して、その上に建造物を構築した状態を示す側面図である。 本発明で使用するスクリュードリルの形状例を示す側面図と断面図である。

図１は、本発明による地盤改良装置１０の形状例を示しており、上方の図は前面から見たもので、下方の図は側面から見たものである。地盤Ｇに穴Ｈを形成するスクリュードリル４１は、先細りに仕上げた円筒状の胴体４３と、その側周面から突出して螺旋状に延びる羽根４４と、胴体４３の後端面から突出する中心軸４２で構成される。また転圧具５１は、スクリュードリル４１の胴体４３をわずかに細くした円筒状の押圧体５３と、その後端面から突出する支持軸５２で構成される。スクリュードリル４１と転圧具５１は、いずれとも先端を地面に向ける必要があり、リーダマスト２９から吊り下げられている。

リーダマスト２９は、垂直に立ち上がる柱状で、前面から見て、二個のスライダ３１、３６が左右に配置されている。スライダ３１、３６は、リーダマスト２９をガイドとして上下に自在に移動可能で、リーダマスト２９から離脱することはない。またリーダマスト２９の側面には、上下に延びるチェーン３４を二列配置している。チェーン３４の両端は、リーダマスト２９に固定されている。そして個々のスライダ３１、３６には、モータとスプロケットで構成された昇降装置３３、３８を組み込んであり、このスプロケットがチェーン３４と噛み合い、上下移動を実現している。

個々のスライダ３１、３６は、専用の昇降装置３３、３８で独自に移動可能で、前面から見て、左側のスライダ３１には、オーガ３２を組み込んである。オーガ３２は、挿通された軸を保持して回転させる機能を有し、本発明ではスクリュードリル４１の中心軸４２を差し込む。対する右側のスライダ３６には、クランパ３７を組み込んである。クランパ３７は、転圧具５１の支持軸５２を保持する機能だけを有しており、オーガ３２のような回転機能はない。

ホッパ１６は、スクリュードリル４１で形成した穴Ｈに投下する砕石Ｂを収容しており、ホッパ１６の底部にはゲート１７を備えている。また、ホッパ１６から落下した砕石Ｂを転圧具５１の直下に移動させるため、ホッパ１６の下部にコンベア１８を備えており、さらにコンベア１８から落下した砕石Ｂを穴Ｈに誘導するため、斜め下方に延びるシュート１９を備えている。シュート１９の先端は、転圧具５１に隣接しており、砕石Ｂの投下と突き固めを途切れることなく実施でき、作業時間の短縮に貢献する。

地盤改良装置１０は、無限軌道を用いた走行手段１２によって不整地を自在に移動できる。また走行手段１２の上には旋回輪１１を介してボディー１３が載せられている。旋回輪１１は、ボディー１３全体を水平面上で回転させるためのもので、リーダマスト２９の位置調整に使用する。ボディー１３は、リーダマスト２９やホッパ１６などを載せる土台となるもので、内部にはエンジンや発電機や油圧ポンプやコンプレッサーなどが収容され、さらに、操作パネルや制御装置１４などを備えている。なお無限軌道を用いた走行手段１２や旋回輪１１やボディー１３などは、汎用品を流用している。

リーダマスト２９は、アーム２５の先端付近に打ち込まれたピン２７で支持されており、ピン２７を中心に揺動可能な構造である。またアーム２５の上には、油圧で作動する倒伏シリンダ２６を配置してあり、これを伸縮させることで、リーダマスト２９の角度を自在に調整できる。そのほかリーダマスト２９の上端には、水平に延びるブーム３５を介して吊り具３９を設けてあり、各種資材を吊り上げることができる。なおブーム３５は、水平面上で自在に回転できる。

リーダマスト２９を支持するアーム２５は、ボディー１３の上面から直接突出している訳ではなく、テーブル２１の上面から突出している。テーブル２１は単純な平面板で、ヒンジ２２と調整シリンダ２３を介してボディー１３に搭載されており、調整シリンダ２３を伸縮させることで、テーブル２１とアーム２５を介してリーダマスト２９を傾けることができる。この機構は、地盤Ｇの傾斜や走行手段１２の不等沈下により、ボディー１３が横方向に傾いた場合でも、穴Ｈを垂直に形成するためのもので、ボディー１３の傾きに応じて調整シリンダ２３を作動させる。

軟弱な地盤Ｇは流動性が高く、埋め込まれたスクリュードリル４１や転圧具５１と密着しやすい。そのため、スクリュードリル４１や転圧具５１を地盤Ｇから引き抜く際、それらの下端付近で負圧が発生して、穴Ｈが崩壊する恐れがある。この事態を防ぐため、エアホース５０から空気を送り込み、スクリュードリル４１や転圧具５１の先端部から外部に噴射している。エアホース５０は、スクリュードリル４１や転圧具５１の上部に取り付けられ、スライダ３１、３６やリーダマスト２９の移動に追従できる。なおエアホース５０の上流側は、作図を省略しているが、ボディー１３に収容されたコンプレッサーに接続されている。

スクリュードリル４１や転圧具５１から空気を噴射するタイミングは、地盤Ｇによって異なる。例えば、地下水が湧き出すような状態であれば、スクリュードリル４１や転圧具５１が地盤Ｇに入り込む間、常に圧縮空気を噴射して、地下水をできるだけ遠方に押し退け、穴Ｈ周辺の土砂の流動性を低下させ、崩壊までの時間を引き延ばす。これとは逆に、地盤Ｇが比較的安定している場合、エアホース５０の上流側をコンプレッサーに接続することなく空中に開放して、スクリュードリル４１や転圧具５１の先端部から自然に空気を放出させる。

図２は、図１の地盤改良装置１０を真上から見たものである。ボディー１３は旋回輪１１によって自在に回転可能で、しかもスクリュードリル４１と転圧具５１のそれぞれの中心は、旋回輪１１の中心から等距離に配置してある。そのため、穴Ｈを形成した後、旋回輪１１を所定の角度だけ回転させると、転圧具５１を穴Ｈの真上に移動させることができる。

図２の上方は、スクリュードリル４１で穴Ｈを形成する段階である。そして形成を終えると、旋回輪１１を所定の角度だけ回転させて、図２の下方のように、転圧具５１を穴Ｈの真上に移動させて突き固めを行う。なお、穴Ｈの形成から突き固めに移行する際、旋回輪１１の回転角度は一定である。そのため、この角度をあらかじめ制御装置１４に記憶させて、自動でボディー１３を回転させることもできる。

図３は、図１の地盤改良装置１０のリーダマスト２９を倒伏させた状態を示している。地盤改良装置１０を輸送する際は、スクリュードリル４１と転圧具５１を取り外した後、倒伏シリンダ２６を縮めて、リーダマスト２９を横倒しにして高さを抑制する。なおリーダマスト２９を倒伏させることを考慮して、実際のホッパ１６は、部分的に解体可能な構造としてある。

図４は、図１の地盤改良装置１０を前面から見たもので、リーダマスト２９を左側に傾けた状態を示している。本装置は不整地での使用を想定しており、リーダマスト２９が直立するとは限らない。そこで、不等沈下などでボディー１３が傾いた場合でも、正常な作業を実施できるよう、テーブル２１などを組み込み、リーダマスト２９の傾きを打ち消すことができる。テーブル２１の上面からは、リーダマスト２９を支持するアーム２５が突出している。またテーブル２１は、ヒンジ２２と調整シリンダ２３を介してボディー１３に搭載されており、調整シリンダ２３のストロークを変化させることで、テーブル２１を一定の範囲で傾けることができる。図４の下方では、調整シリンダ２３を延ばすことで、リーダマスト２９を左側に傾けている。

図５は、図１の地盤改良装置１０で地盤Ｇに穴Ｈを形成している状態を示している。スクリュードリル４１を取り付けたスライダ３１が上方に位置する際、オーガ３２でスクリュードリル４１を回転させ、次に昇降装置３３を作動させて、スライダ３１を徐々に下降させていく。そしてスクリュードリル４１の先端が地盤Ｇに接触すると、昇降装置３３をアイドリング状態にして、スクリュードリル４１が自在に上下に移動できるようにする。そうすると、羽根４４の先端が地盤Ｇに食い込んでいき、その推進力でスクリュードリル４１が自立的に下降していく。これに伴い、胴体４３によって周辺の土砂が水平方向に押し出されて、水分が絞り出される。

スクリュードリル４１が所定の深さに到達すると、昇降装置３３を作動させてスクリュードリル４１を引き抜く。なおスクリュードリル４１を引き抜く際は、エアホース５０から圧縮空気を供給して、スクリュードリル４１の先端部から外部に噴射して、負圧による穴Ｈの崩壊を防止する。また地質によっては、スクリュードリル４１を下降させる際も、スクリュードリル４１の先端部から圧縮空気を噴射して、地下水を押し退ける場合もある。そのほか、ホッパ１６下のゲート１７は作業中、常に開いており、砕石Ｂが自由に落下できるようにする。落下した砕石Ｂは、コンベヤ１８の上面に積層していき、やがて不動状態となる。

図６は、図５の作業で地盤Ｇに穴Ｈが形成された状態を示している。穴Ｈの側周面には、水分が絞り出されて密度が上昇した改質域Ｃが形成され、穴Ｈが急速に崩壊することはない。なお地盤改良装置１０は、無線で情報を送信するコントローラ１５を用いて、遠隔操作が可能である。コントローラ１５は、作業員が余裕で持ち運べる大きさで、走行手段１２や旋回輪１１など、一連の作業全てを操作可能で、ボディー１３上に運転要員を搭乗させる必要はない。またボディー１３には、コントローラ１５からの電波を受信して各部に指令を送る制御装置１４を組み込んである。そのため作業員は、コントローラ１５を持ちながらリーダマスト２９の近傍に立ち、転圧具５１やシュート１９などの位置を目視しながら調整可能で、一連の作業を一人だけで精度良く短時間に実施できる。

図７は、地盤Ｇに形成した穴Ｈに砕石Ｂを投下中の状態を示している。先の図６のように穴Ｈを形成した後、その中に砕石Ｂを投下する。その際は図２のように、旋回輪１１を作動させて、転圧具５１を穴Ｈの真上に移動させる。そしてコンベア１８を作動させると、砕石Ｂが前方に移動してシュート１９を滑り落ち、穴Ｈの中に入り込む。なおシュート１９の先端は、転圧具５１に隣接している。またコンベア１８を作動させることで、ゲート１７の直下に隙間が生じて、ホッパ１６から砕石Ｂが落下する。

図８は、砕石Ｂを突き固めて石柱体Ｐを構築中の状態を示している。先の図７のように、砕石Ｂを投下した後、この図のように転圧具５１を下方に移動させて、押圧体５３を砕石Ｂの上面に衝突させて、突き固めを行う。突き固めが終わった砕石Ｂは、隙間が減少するほか、穴Ｈの下方や側周面に食い込んでいき、垂直荷重を受け止める石柱体Ｐが形成される。なお砕石Ｂを一度に大量投下すると、均等な突き固めが困難になる。そのため、一定量の砕石Ｂを投下して突き固めを行った後、一旦転圧具５１を引き上げて、再び砕石Ｂを投下して、段階的に石柱体Ｐを形成していく。そのほか砕石Ｂを突き固める際も、負圧の防止や地下水の押し退けのため、エアホース５０から圧縮空気を供給して、押圧体５３の先端部から外部に噴射することがある。

図９は、地盤Ｇに形成した穴Ｈに杭Ｓを埋め込む場合を示している。地盤Ｇにある程度の支持力がある場合、砕石Ｂではなく杭Ｓを埋め込むこともできる。杭Ｓは、図８の石柱体Ｐと同様、高密度に埋め込むため、作用する圧縮荷重は限定される。そのため、間伐材を加工した簡素な物を使用可能で、森林資源の有効活用に貢献できる。なお杭Ｓは、吊り具３９を用いて、円滑に穴Ｈに埋め込むことができる。吊り具３９は、ブーム３５を回転させることで位置を自在に調整でき、玉掛け時の作業スペースを確保しやすい。そのほか、杭Ｓを地盤に押し込む転圧具５５は、これまでの各図に示したものとは形状が異なり、その押圧体５６は杭Ｓに適した冠形で、杭Ｓの上部を無理なく拘束できる。

図１０は、地盤Ｇに石柱体Ｐを形成して、その上に建造物を構築した状態を示している。砕石Ｂを突き固めた石柱体Ｐは、一定の間隔で敷地全体に形成されており、その上にコンクリート製の基礎が載せられている。石柱体Ｐは、耐力に乏しい腐植土を貫通して、十分な強度を有する粘性土に到達しているため、建造物は、腐植土の影響を受けることなく安定して支持される。なお石柱体Ｐは天然由来であり、後年、建造物を撤去する場合でも、そのまま放置できる。

図１１は、本発明で使用するスクリュードリル４１の形状例を示している。スクリュードリル４１は、円筒状の胴体４３と、その側周面に接合された羽根４４などから構成され、胴体４３は、地盤Ｇの中で土砂を水平方向に押し出す機能を有し、先端部分は先細り状に形成され、無理なく地盤Ｇを押し出すことができる。また羽根４４は、胴体４３の側周面全体を螺旋状に取り巻くように接合され、地盤Ｇに食い込むことで上下方向の推進力を発生する。なお羽根４４は、土砂を地上にすくい上げることを想定していない。そのため羽根４４の突出長さは、胴体４３の最大直径に対して２０分の１から１０分の１程度としてある。さらに胴体４３の上には、回転力を受けるため、円柱状の中心軸４２が突出している。スクリュードリル４１の全長は、諸条件によって異なるが、１メートルから６メートル程度となる。

スクリュードリル４１を地盤Ｇに埋め込んだ後、地上に引き抜く際、胴体４３の先端付近の圧力が低下して、穴Ｈが崩壊する恐れがある。これを防ぐため、胴体４３の先端付近には、ビット４７を組み込んである。ビット４７は、キノコを上下反転させたような円錐形で、その石突きの部分を胴体４３の先端面に差し込んであり、ビット４７全体が一定の範囲で軸線方向に移動可能な構造となっている。また石突きの部分の側周面には、排気口４６を形成してある。排気口４６は、反対側に貫通しており、さらに中央部分が胴体４３内部と連通しており、空気を取り入れることができる。そのほか、ビット４７が下方に移動すると、胴体４３とビット４７との境界に環状溝４８が形成され、その奥面に排気口４６が現れる。

スクリュードリル４１を地盤Ｇに潜り込ませていく際は、土圧でビット４７が後退して、環状溝４８が消失する。しかしスクリュードリル４１を地盤Ｇから引き抜いていく際は、ビット４７が下方に移動して、環状溝４８の奥面に排気口４６が現れ、地盤Ｇ内に空気を供給して、圧力の低下を防止する。なお環状溝４８を設けることで、空気を側周面全体に均等に供給することができる。そのほか中心軸４２の上面には、胴体４３の内部に空気を送り込むため、継ぎ手４５をねじ込んであり、その上部にエアホース５０を取り付ける。継ぎ手４５の上半分は、スクリュードリル４１が回転している際も不動であり、エアホース５０がねじれることはない。

地下水位の高い地盤Ｇにスクリュードリル４１を潜り込ませていく際は、地下水を押し退けるため、地下水圧に打ち勝つ圧縮空気を噴射することがある。その場合、胴体４３の内圧を高めて強制的にビット４７を押し出し、排気口４６を露出させる。なお、地盤Ｇに空気を供給する機能は、スクリュードリル４１のほか、転圧具５１にも設けることがある。また条件によっては、エアホース５０を用いて強制的に空気を供給するのではなく、スクリュードリル４１や転圧具５１の内部を開放した自然通気とすることもある。

１０ 地盤改良装置
１１ 旋回輪
１２ 走行手段（無限軌道）
１３ ボディー
１４ 制御装置
１５ コントローラ
１６ ホッパ
１７ ゲート
１８ コンベア
１９ シュート
２１ テーブル
２２ ヒンジ
２３ 調整シリンダ
２５ アーム
２６ 倒伏シリンダ
２７ ピン
２９ リーダマスト
３１ スライダ（スクリュードリル側）
３２ オーガ
３３ 昇降装置（スクリュードリル側）
３４ チェーン
３５ ブーム
３６ スライダ（転圧具側）
３７ クランパ
３８ 昇降装置（転圧具側）
３９ 吊り具
４１ スクリュードリル
４２ 中心軸
４３ 胴体
４４ 羽根
４５ 継ぎ手
４６ 排気口
４７ ビット
４８ 環状溝
５０ エアホース
５１ 転圧具
５２ 支持軸
５３ 押圧体
５５ 転圧具（押圧体が冠形）
５６ 押圧体（冠形）
Ｂ 砕石
Ｃ 改質域
Ｇ 地盤
Ｈ 穴
Ｐ 石柱体
Ｓ 杭

Claims (4)

1. スクリュードリル（４１）で地盤（Ｇ）に穴（Ｈ）を形成して、該穴（Ｈ）に砕石（Ｂ）や杭（Ｓ）を埋め込み、これらを転圧具（５１、５５）で押圧する地盤改良装置で、
   不整地を自在に移動可能な走行手段（１２）と、該走行手段（１２）に載るボディー（１３）と、直立可能なリーダマスト（２９）と、該リーダマスト（２９）に沿って移動可能な二個のスライダ（３１、３６）と、該スライダ（３１、３６）を個別に駆動する昇降装置（３３、３８）と、一方のスライダ（３１）と一体化して前記スクリュードリル（４１）を回転させるオーガ（３２）と、他方のスライダ（３６）と一体化して前記転圧具（５１、５５）を保持するクランパ（３７）と、前記穴（Ｈ）に埋め込む前記砕石（Ｂ）を収容するホッパ（１６）と、を備え、
   前記スクリュードリル（４１）は、円筒状の胴体（４３）と、該胴体（４３）の側周面を螺旋状に取り巻く羽根（４４）と、前記胴体（４３）の後端から突出して前記オーガ（３２）に差し込まれる中心軸（４２）と、からなり、
   前記転圧具（５１、５５）は、前記砕石（Ｂ）または前記杭（Ｓ）と衝突する押圧体（５３、５６）と、該押圧体（５３、５６）の後端から突出して前記クランパ（３７）で保持される支持軸（５２）と、からなり、
   前記リーダマスト（２９）は、前記ボディー（１３）に据え付けられたアーム（２５）の先端に配置したピン（２７）を中心として、倒伏可能であることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記走行手段（１２）と前記ボディー（１３）との間には、該ボディー（１３）全体を自在に回動可能な旋回輪（１１）を備え、
   前記中心軸（４２）と前記支持軸（５２）は、前記旋回輪（１１）の回転中心から等距離に配置してあることを特徴とする請求項１記載の地盤改良装置。
3. 前記リーダマスト（２９）の上部には、前記杭（Ｓ）等を吊り上げ可能な吊り具（３９）を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の地盤改良装置。
4. 前記オーガ（３２）等、各可動部を遠隔操作するため、可搬性を有するコントローラ（１５）を備えていることを特徴とする請求項１、２または３記載の地盤改良装置。
   

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