JP2014009510A - 掘削オーガヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】掘削オーガヘッドを往復させる回数を増大させることなく、改良土の撹拌を入念に行うことができる掘削オーガヘッドを提供する。
【解決手段】掘削オーガヘッド１は、回転駆動される掘削軸２と、前記掘削軸２の下端部に固定されており、複数の掘削ビット９を有する掘削翼３、４と、前記掘削翼３、４の上方で前記掘削軸２に回転自在に取り付けられ、前記掘削軸２の半径方向外側に延出する平板状の共回り防止翼６と、前記共回り防止翼６の上方で前記掘削軸２に固定され、前記掘削軸２から前記半径方向外側に離れた位置で前記掘削軸２に沿って螺旋を描く帯状の第１撹拌翼７と、前記第１撹拌翼７の上方で前記掘削軸２に固定され、前記掘削軸２の半径方向外側に延出する平板状の第２撹拌翼８と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、地盤を掘削、撹拌するための掘削オーガヘッドに関する。

掘削オーガヘッドは、含水量の多い軟弱地盤を強化する湿式柱状改良工法において用いられている。湿式柱状改良工法の施工手順は、例えば次のようなものである。まず、杭芯セットが行われる。次に、掘削オーガヘッドにより杭芯位置で掘削が開始される。掘削が開始されると、掘削オーガヘッドから固化材としてのセメントミルクの吐出も開始される。掘削オーガヘッドは地中を掘進しながら現状土と固化材とを混合して改良土を生成し、この改良土を撹拌する。掘削オーガヘッドが所定の目標位置に到達すると、掘削オーガヘッドの引抜きが開始される。掘削オーガヘッドが引き抜かれるときも、掘削オーガヘッドは回転駆動されており、改良土を撹拌する。改良土の撹拌が入念に行われるように、掘削オーガヘッドを複数回往復移動させる。このようにして、地中に、改良土によって形成される柱状体が製造される。

特許文献１は、従来の掘削オーガヘッドの一例を示している。この掘削オーガヘッドは、掘削軸の下端から上方に向けて、掘削翼、逆回転翼（共回り防止翼）、下回転翼（下撹拌翼）、及び上回転翼（上撹拌翼）を備えている。逆回転翼は、掘削軸に回転自在に設けられている。このため、特許文献１の記載によれば、掘削オーガヘッドが地中を掘進するときに、逆回転翼が掘削翼に対して逆回転し、掘削翼及び逆回転翼によって土塊が砕かれ、固化材が均一に混合される。また、この掘削オーガヘッドは、合計４枚の平板状の撹拌翼を備えている。平面視において、２枚の下撹拌翼に対して２枚の上撹拌翼は直交しており、これらの４枚の撹拌翼は十字を描くように配置されている。

特開平８−４９４９０号公報

上述したように従来は、改良土の撹拌を入念に行うために、掘削オーガヘッドを往復させる回数を増加させていた。このため、作業時間の増大を招いていた。

そこで本発明は、掘削オーガヘッドを往復させる回数を増大させることなく、改良土の撹拌を入念に行うことができる掘削オーガヘッドを提供する。

本発明に係る掘削オーガヘッドは、回転駆動される掘削軸と、前記掘削軸の下端部に固定されており、複数の掘削ビットを有する掘削翼と、前記掘削翼の上方で前記掘削軸に回転自在に取り付けられ、前記掘削軸の半径方向外側に延出する平板状の共回り防止翼と、前記共回り防止翼の上方で前記掘削軸に固定され、前記掘削軸から前記半径方向外側に離れた位置で前記掘削軸に沿って螺旋を描く帯状の第１撹拌翼と、前記第１撹拌翼の上方で前記掘削軸に固定され、前記掘削軸の半径方向外側に延出する平板状の第２撹拌翼と、を備えている。

前記掘削オーガヘッドにおいて、前記第１撹拌翼は、該第１撹拌翼の外周面に沿って配置される複数の耐摩耗部材を備えている。

前記掘削オーガヘッドにおいて、前記第１撹拌翼が前記掘削軸を周回する角度は、３３０°から３９０°の範囲にある。

前記掘削オーガヘッドにおいて、前記第１撹拌翼が描く前記螺旋における直径に対する高さの比は、６／１０から８／１０の範囲にある。

本発明に係る掘削オーガヘッドは、掘削オーガヘッドを往復させる回数を増大させることなく、改良土の撹拌を入念に行うことができる。

建柱車の側面図である。 第１実施形態に係る掘削オーガヘッドの正面図である。 第１実施形態に係る掘削オーガヘッドの側面図である。 第１実施形態に係る第１撹拌翼の平面図である。 寸法を示す第１実施形態に係る掘削オーガヘッドの正面図である。 掘進時における掘削オーガヘッド１の回転方向及び改良土の移動方向を示す図である。 引抜時における掘削オーガヘッド１の回転方向及び改良土の移動方向を示す図である。 第２実施形態に係る第１撹拌翼の平面図である。

図１は、建柱車１００の側面図である。建柱車１００は、掘削オーガヘッド１、掘削オーガヘッド１を回転させる回転軸１０１、回転軸１０１を昇降させるクレーン１０２、及びクレーム１０２を支持する車両１０３を備えている。また、湿式柱状改良工法を実施するために、固化材としてのセメントミルクを蓄えるタンク（図示せず）も配置される。

（第１実施形態の構成）
図２−４を参照して、第１実施形態に係る掘削オーガヘッド１を説明する。図２は、第１実施形態に係る掘削オーガヘッド１の正面図である。図３は、第１実施形態に係る掘削オーガヘッド１の側面図である。図４は、第１実施形態に係る第１撹拌翼７の平面図である。

図２、図３において、掘削オーガヘッド１は、掘削軸２、２つの第１掘削翼３、第２掘削翼４、軸受５、２つの共回り防止翼６、第１撹拌翼７、２つの第２撹拌翼８を備えている。

掘削軸２は、その上端部に六角軸２ａを備えている。六角軸２ａは、建柱車１００の回転軸１０１内の六角凹部とスプライン嵌合する。このスプライン嵌合により、掘削軸２は、回転軸１０１の同軸上で回転軸１０１に固定される。また、掘削軸２は筒状体であり、掘削軸２の下端には、固化材を吐出するための開口２ｂが形成されている。回転軸１０１も筒状体であり、図示せぬタンクから固化材が回転軸１０１を介して掘削軸２に供給され、開口２ｂから吐出される。

第１掘削翼３及び第２掘削翼４は、掘削軸２の下端部に固定されており、掘削軸２の半径方向外側に延出している。２つの第１掘削翼３は、互いに反対方向に延出している。第２掘削翼４は、２つの第１掘削翼３に対して略直角方向に延出している。第１掘削翼３及び第２掘削翼４はそれぞれ、平板状の形状を有している。第１掘削翼３及び第２掘削翼４はそれぞれ、複数の掘削ビット９を有している。掘削ビット９は溶接により掘削翼３、４に固定されている。

軸受５及び２つの共回り防止翼６は、第１掘削翼３及び第２掘削翼４の上方に設けられている。軸受５は、掘削軸２を回転自在に受けている。掘削軸２は、軸受５の上下それぞれにフランジ２ｃを有しており、２つのフランジ２ｃは軸受５の上下移動を制止している。２つの共回り防止翼６は、軸受５に固定されており、掘削軸２の半径方向外側に延出している。２つの共回り防止翼６は、互いに反対方向に延出している。２つの共回り防止翼６はそれぞれ、平板状の形状を有している。

第１撹拌翼７は、共回り防止翼６の上方で掘削軸２に固定されている。図４に示されるように、第１撹拌翼７は、帯状部分７ａと、橋架部分７ｂ、７ｃ、７ｄとを備えている。帯状部分７ａは、掘削軸２から半径方向外側に離れた位置で掘削軸２に沿って螺旋を描いている。本実施形態では、帯状部分７ａは、掘削軸２を略一周している。橋架部分７ｂ、７ｃ、７ｄは、帯状部分７ａを掘削軸２に連結している。図２、図３に示されるように、橋架部分７ｂが下側に位置し、橋架部分７ｂが中間に位置し、橋架部分７ｄが上側に位置している。図４に示されるように、平面視において、第１撹拌翼７と掘削軸２との間には、複数の開口部Ａが形成されている。

本実施形態では、帯状部分７ａが掘削軸２を周回する角度は、３４５°である。つまり、この角度は、一周（３６０°）よりも１５°だけ小さい。

第２撹拌翼８は、第１撹拌翼７の上方で掘削軸２に固定されており、掘削軸２の半径方向外側に延出している。２つの第２撹拌翼８は、互いに反対方向に延出している。第２撹拌翼８は、平板状の形状を有している。

図５を参照して、掘削オーガヘッド１の各部の主要な寸法を説明する。図５は、寸法を示す第１実施形態に係る掘削オーガヘッド１の正面図である。主要長さＬ０は、第１掘削翼３の下端から第２撹拌翼８の上端までの掘削軸２の軸方向長さを指している。本実施形態では、主要長さＬ０は、１０００ｍｍである。掘削幅Ｌ１は、掘削軸２の半径方向における第１掘削翼３の両端間幅を指している。本実施形態では、掘削幅Ｌ１は、５２０ｍｍである。共回り防止幅Ｌ２は、掘削軸２の半径方向における共回り防止翼６の両端間幅を指している。本実施形態では、共回り防止幅Ｌ２は、６００ｍｍである。撹拌幅Ｌ３は、掘削軸２の半径方向における第１撹拌翼７及び第２撹拌翼８の両端間幅を指している。ここで、第１撹拌翼７の両端間幅は、第２撹拌翼８の両端間幅に等しい。本実施形態では、撹拌幅Ｌ３は、５００ｍｍである。第１撹拌長さＬ４は、第１撹拌翼７の下端から上端までの掘削軸２の軸方向長さを指している。本実施形態では、第１撹拌長さＬ４は、３５０ｍｍである。

図６、図７を参照して、掘削時及び引抜時における掘削オーガヘッド１の作用を説明する。

図６は、掘進時における掘削オーガヘッド１の回転方向及び改良土の移動方向を示す図である。掘削オーガヘッド１が掘進するとき、掘削軸２は回転方向Ｒ１で回転するように駆動され、下方向へ移動する。回転方向Ｒ１は、掘進方向から見て時計回り方向である。また、掘削軸２の下端の開口２ｂから、スラリー（固化材）が吐出される。掘進時、改良土（現状土）は、掘削翼３、４、共回り防止翼６、第１撹拌翼７、及び第２撹拌翼８を順に通過する。以下、この順番に沿って、掘進時における掘削オーガヘッド１の各部の作用を説明する。掘削翼３、４は、掘削ビット９により、現状土を粉砕し、土中を掘進する。掘進に伴って、現状土と固化材とが混合され、改良土が生成される。共回り防止翼６は、掘進によって形成された孔壁Ｗに食い込み、固定される。これにより、共回り防止翼６は、改良土の動きを制止させ、土塊をほぐす。第１撹拌翼７の時計回りの回転により、改良土は開口部Ａから上方向に盛り上がる。開口部Ａから上方向に押し出された改良土は、螺旋を描く第１撹拌翼７によって、縦方向及び水平方向で切られる。このようにして、第１撹拌翼７は、改良土を縦方向及び水平方向で移動させ、改良土をより一層撹拌する。第２撹拌翼８は、第１撹拌翼７で撹拌された改良土を再度水平方向に切る。これにより、第２撹拌翼８は、改良土を更に撹拌する。

図７は、引抜時における掘削オーガヘッド１の回転方向及び改良土の移動方向を示す図である。掘削オーガヘッド１が引き抜かれるとき、掘削軸２は回転方向Ｒ２で回転するように駆動される。回転方向Ｒ2は、掘進方向から見て反時計回り方向であり、上述の回転方向Ｒ１とは反対の方向である。引抜時、改良土は、第２撹拌翼８、第１撹拌翼７、共回り防止翼６、及び掘削翼３、４を順に通過する。以下、この順番に沿って、掘進時における掘削オーガヘッド１の各部の作用を説明する。第２撹拌翼８は、掘進時と同様に改良土を水平方向に撹拌する。第１撹拌翼７の反時計回りの回転により、改良土は下方向に押し込まれる。開口部Ａから下方向に押し出された改良土は、掘進時と同様に、螺旋を描く第１撹拌翼７によって、縦方向及び水平方向で切られる。このようにして、第１撹拌翼７は、改良土を縦方向及び水平方向で移動させ、改良土をより一層撹拌する。共回り防止翼６は、掘進時と同様に、改良土の動きを制止させ、土塊をほぐす。引抜時、掘削翼３、４は、撹拌翼として機能する。このため、掘削翼３、４は、仕上げの撹拌を行う。

このように、掘削オーガヘッド１が掘進するとき及び引き抜かれるときの双方で、改良土の撹拌が良好に行われる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る第１撹拌翼７の平面図である。第２実施形態に係る第１撹拌翼７は、第１実施形態に係る第１撹拌翼７の構成に加えて、複数の耐摩耗部材１０を備えている。耐摩耗部材１０を除いて、第１実施形態と第２実施形態との間に相違はない。

図８において、複数の耐摩耗部材１０は、第１撹拌翼７の外周面に沿って配置されている。複数の耐摩耗部材１０は、例えば溶接により第１撹拌翼７の外周面に固定される。各耐摩耗部材１０は、一定間隔毎に配置されている。

（本実施形態の効果）
本実施形態に係る掘削オーガヘッド１は、上述した次の構成により、次の効果を有している。

（１）第１、２実施形態に係る掘削オーガヘッド１は、掘削軸２と、掘削翼３と、共回り防止翼６と、掘削軸２に沿って螺旋を描く帯状の第１撹拌翼７と、第２撹拌翼８とを備えている。

掘進時及び引抜時に、開口部Ａから押し出された改良土が第１撹拌翼７によって縦方向及び水平方向で切断される。このため、改良土が効率的に撹拌される。このため、第１、２実施形態に係る掘削オーガヘッド１は、掘削オーガヘッド１を往復させる回数を増大させることなく、改良土の撹拌を入念に行うことができる。

（２）第２実施形態に係る第１撹拌翼７は、該第１撹拌翼７の外周面に沿って配置される複数の耐摩耗部材１０を備えている。

耐摩耗部材１０は第１撹拌翼７の外周面から、掘削軸２の半径方向外側に突出しているので、掘削オーガヘッド１の回転時に、第１撹拌翼７の外周面ではなく耐摩耗部材１０が、土からの摩擦抵抗を受ける。この結果、第１撹拌翼７の外周面が削られる代わりに、耐摩耗部材１０が削られる。このため、第２実施形態に係る掘削オーガヘッド１は、第１撹拌翼７の外周面の摩耗を抑制できる。特に、耐摩耗部材１０が摩耗により突出長さが減少した場合、更に新たな耐摩耗部材１０を第１撹拌翼７の外周面に固定することによって、突出長さを確保できる。

（３）第１、第２実施形態に係る掘削オーガヘッド１において、第１撹拌翼７が掘削軸２を周回する角度は、３３０°から３９０°の範囲にある。本実施形態では、この角度は３４５°に設定されている。

発明者らの試験結果によれば、前記角度が前記範囲にあるときに、効率よく改良土の撹拌が行われた。

このため、第１、第２実施形態に係る掘削オーガヘッド１は、効率よく改良土の撹拌を実行できる。

（４）第１、第２実施形態に係る掘削オーガヘッド１において、第１撹拌翼７が描く螺旋における直径に対する高さの比は、６／１０から８／１０の範囲にある。本実施形態では、この比は７／１０に設定されている。図５において、この比はＬ４／Ｌ２を指しており、３５０ｍｍ／５００ｍｍ＝７／１０である。

前記比を増加させると第１撹拌翼７の螺旋角が増加すると共に、第１撹拌翼７の軸方向長さが増大する。螺旋角が小さいと、平板状の撹拌翼に近くなり、螺旋を描く第１撹拌翼によって得られる特有の効果（効率的な撹拌）が小さくなる。一方、第１撹拌翼７の軸方向長さが増大すると、掘削オーガヘッド１のコンパクト化が阻害される。このため、第１、第２実施形態に係る掘削オーガヘッド１は、掘削オーガヘッド１の長さを増大させることなく、効率的な改良土の撹拌を実現できる。

１ 掘削オーガヘッド
２ 掘削軸
３ 掘削翼
４ 掘削翼
５ 軸受
６ 共回り防止翼
７ 第１撹拌翼
８ 第２撹拌翼
９ 掘削ビット
１０ 耐摩耗部材

Claims (4)

1. 回転駆動される掘削軸と、
   前記掘削軸の下端部に固定されており、複数の掘削ビットを有する掘削翼と、
   前記掘削翼の上方で前記掘削軸に回転自在に取り付けられ、前記掘削軸の半径方向外側に延出する平板状の共回り防止翼と、
   前記共回り防止翼の上方で前記掘削軸に固定され、前記掘削軸から前記半径方向外側に離れた位置で前記掘削軸に沿って螺旋を描く帯状の第１撹拌翼と、
   前記第１撹拌翼の上方で前記掘削軸に固定され、前記掘削軸の半径方向外側に延出する平板状の第２撹拌翼と、を備えている掘削オーガヘッド。
2. 前記第１撹拌翼は、該第１撹拌翼の外周面に沿って配置される複数の耐摩耗部材を備えている、請求項１に記載の掘削オーガヘッド。
3. 前記第１撹拌翼が前記掘削軸を周回する角度は、３３０°から３９０°の範囲にある、請求項１又は２に記載の掘削オーガヘッド。
4. 前記第１撹拌翼が描く前記螺旋における直径に対する高さの比は、６／１０から８／１０の範囲にある、請求項３に記載の掘削オーガヘッド。

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