JP2014088758A - 地盤改良装置とその改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削軸を単軸構成にし、簡素な構成で共回りを防止させ、掘削土のスムースな排出により地盤改良柱を形成するようにした。
【解決手段】回転駆動装置により回転駆動される単体軸１に、掘削土を攪拌し地上へスムースにする翼体２と、外周に掘削刃を有し下端に地盤改良材１２の吐出穴を有して地盤掘削する削穴ビット５を設ける。翼体２の外周に掘削穴を滑らかにする掘削面案内壁体３を設けるとともに、翼体２と前記削穴ビット５との間の単軸体１に、外周端が前記掘削表面に食い込み前記翼体２及び削穴ビット５の回転と相対回転して掘削土を攪拌混合させる抑制翼６を回転自在に設ける。この構成により、抑制翼６が掘削穴に食い込んだとき単体軸１との間で相対回転が発生し共回りを防止して攪拌を促進させ、掘削時の地盤改良材１２の注入に伴う余剰の掘削土を、滑らかにされた掘削穴を介して地上へ排出するようにして、地盤改良柱を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、攪拌翼を有する地盤改良装置とその改良方法に関する。更に詳しくは、攪拌翼を固定する掘削軸を単体軸の構造にし、掘削穴の内周面を滑らかにするとともに地盤改良掘削土の共回り現象を防止するようにした地盤改良装置とその改良方法に関する。

地盤改良を行うための工法として種々の方式が提案されているが、地盤に掘削穴を設け、その掘削土にセメント等の凝固剤を注入し、攪拌翼で混合攪拌し固化させて杭等の地盤改良柱を形成する工法が知られ施工されている。その工法の１つである変位低減型深層混合処理工法（ＣＤＭ-ＬＯＤＩＣ工法）は、軟弱地盤中にセメント系固化材スラリ−を注入し、これを掘削土処理機を用いて攪拌混合し、所定の強度に固化する工法である。

この工法は、攪拌混合翼の上部にスクリューを取り付け、セメントスラリーの投入量に相当する掘削土砂を排出することにより、即ち、掘削に伴って発生する余剰掘削土を排出しながらその容積変化に対応して施工する工法である。この工法を実施するものとして、特に、平行に配置した複数の回転軸を有する多軸攪拌装置が知られている。これにより、この工法は周辺の地盤や構造物に悪影響を与えることなく施工できる（例えば、特許文献１参照）。

これらの攪拌翼を有する攪拌装置は、同じロッドに取り付けられた複数の攪拌翼を同じ方向に回転させる方式になっていて、このロッドが複数のもので構成された装置であり、この装置は複数のロッドを設けることで掘削時に発生するトルクのムラのバランスをとっている。一般的にこの工法は、主として平行に配置した２軸、又は３軸の回転駆動軸を有しており、これを同時に回転駆動させ掘削を行う方式のものである。

又、他の施工方法として知られているエポコラム工法（登録商標）は、互いに逆回転する駆動軸を同軸上に設けたもので、この駆動軸を二重管構造にしたものである。即ち中心が同軸に配置された内管軸と外管軸とを、独立に回転駆動させることが可能な構造である。一方の軸に攪拌翼の外翼と内翼とを一体化して同一方向に回転させ、他方の軸には、中翼と削孔ヘッドを一体化し逆回転させて掘削する施工である。一般に、この工法に使用される攪拌翼は、基本的には二重管構造の駆動軸を有するものである。

この工法は、二重管構造の駆動軸を同時に正逆回転させることにより掘削土の翼に対する共回りを防止すると共に、相対する翼間の土砂を対流することにより流動させ、均質な地盤改良体を造成し、所定強度に固化する工法として知られている。このエポコラム工法は、大口径コラムの築造が可能で、施工コストの軽減と工期短縮が図れ、掘削土とセメント系スラリーとの均一攪拌や土塊の崩壊（解砕）を促進させるため攪拌性能が高い等の特徴がある。

この工法で用いる攪拌翼は、籠状の形状を有する外翼で、掘削穴の内周面が円滑な面に削られるために、セメントスラリーの投入量に相当する土砂は掘削穴の最外周を通り地上に円滑に排出される。また、攪拌翼を駆動する掘削軸を二重管にして、内外の攪拌翼を逆回転させて地盤改良する技術も提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。

一方、混合攪拌装置を同方向に回転させる単体軸として構成されている例では、攪拌部材の他に掘削穴に接触させる接触部材を別に設けるものや、二つある翼体の一方を停止させ、共回りを防止し対流攪拌を生じさせる構成のものが知られている（例えば、特許文献４及び５参照）

特開２００８−８８７３１号公報 特開平９−１６５７４０号公報 特開平１０−３０２２４号公報 特開２００５−１９４７１０号公報 特開２００９−１０２８７２号公報

これらの工法で使用されている攪拌翼を駆動するための掘削軸は、基本的に大半のものは、掘削土が翼軸と一体に回転してしまう共回り現象を防止する必要から、その掘削バランスを考慮して２軸又は３軸で構成されるものである。このような複数軸による攪拌装置は、広域の地盤改良に必要とされているものである。しかしながら、住宅地等の狭い軟弱地のような地盤における地盤改良では、これら従来の工法では、装置が大型になりコストアップも伴い適当ではない。

又、エポコラム工法（登録商標）では、互いに反対方向に回転駆動させる必要から、同軸で２つの独立して回転する回転軸を有する二重管構造のものが使用されている。この構造は、掘削軸、及びこの掘削軸を駆動する駆動機構が複雑で、かつ大口径が可能な掘削機能のためには、これを施工する装置は大型なものにならざるをえず、結果としてコストの高い地盤改良となる。この二重管構造のものは、二重管の各々の軸の駆動機構が必要であり、構造が複雑で高コストになる。

いずれにしても従来のこれら工法は、大工事を想定して開発されたものが主で、小規模の工事には不適当である。一方、前述のように単体軸構成のものも提案されているが、前述した従来のものはピンや案内回転体等の可動体を設け掘削穴に接触させる構成のものである。構成が複雑になる上、又掘削土をスムースに排出する上では難点があり、装置の複雑さから安定性維持では問題がある。小規模であっても大口径用の地盤改良の機能を有し、安定して稼動できるコンパクトな装置が望まれていた。本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。

本発明の目的は、攪拌翼を有する地盤改良装置において、掘削軸を回転可能な単体軸構造にし、掘削穴を滑らかにして掘削土のスムースな排出を可能とし、簡素な構造で共回りを防止し、地盤改良材との攪拌混合を効果的にして対流効果を高めるようにした地盤改良装置とその改良方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、地盤改良装置の各部材の構造を簡素化し、コスト低減を図った地盤改良装置とその改良方法を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明１の地盤改良装置は、
地盤の攪拌回転翼を有して、掘削穴を掘削し前記掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良装置であって、
回転駆動装置により回転駆動され、地盤改良材（１２）を吐出させるための吐出穴（８）を有する単体軸（１）と、
この単体軸（１）に固定され、前記掘削穴内の掘削された掘削土を攪拌するとともに上部へ押し出す翼体（２，１４，１５，１６）と、
前記翼体（２，１４，１５，１６）の外周端部に設けられ、前記掘削穴の内周面に回転しながら接触し、前記翼体（２，１４，１５，１６）と一体的に移動し前記内周面を滑らかにする掘削面案内壁体（３，１０）と、
前記単体軸（１）の地盤底側の端部に設けられ、複数の掘削刃（５ａ）を有して前記掘削穴を掘削する削穴ビット（５）と、
前記翼体（２，１４，１５，１６）と前記削穴ビット（５）との間の前記単体軸（１）に回転自在に設けられ、外周端部が前記内周面に係合して回転が止められ、前記翼体（２，１４，１５，１６）及び前記削穴ビット（５）の回転と相対回転して掘削された掘削土を前記地盤改良材（１２）とともに混合攪拌させる抑制翼（６）とからなる。

本発明２の地盤改良装置は、本発明１において、
前記翼体（２，１４，１５，１６）は、上下方向に二つの翼（１６ａ，１６ｂ）の回転方向に対して傾斜している傾斜面が互いに逆方向であることを特徴とする。
本発明３の地盤改良装置は、本発明１又は２において、
前記翼体（２，１４，１５，１６）は、上下方向に二つの翼（２ａ，２ｂ）で構成され、各々の前記翼（２ａ，２ｂ）の外周端部が前記掘削面案内壁体（３，１０）で互いに結合されていることを特徴とする。

本発明４の地盤改良装置は、本発明１又は２において、
前記二つの翼（２ａ，２ｂ）と前記掘削面案内壁体（３，１０）の回転で区画される空間に、第２の抑制翼（７）を前記抑制翼（６）と一体的に設けたことを特徴とする。
本発明５の地盤改良装置は、本発明１又は２において、
前記掘削面案内壁体（１０）は、前記単体軸（１）の中心線方向の前記二つの翼（２ａ，２ｂ）の角度方向の位相が異なっていることを特徴とする。

本発明６の地盤改良装置は、本発明１又は２において、
前記翼体（２，１４，１５，１６）の上部に、複数の翼を有する第２の翼体（１３）を前記単体軸（１）に固定して設けたことを特徴とする。
本発明７の地盤改良装置は、本発明１又は２において、
前記翼体（２，１４，１５，１６）に複数の攪拌部材（１５ｃ）を設けたことを特徴とする。

本発明８の地盤改良方法は、
地盤の攪拌回転翼を有して、掘削穴を掘削し前記掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良方法であって、
単体軸（１）の端部に固定され、外周に複数の掘削刃（５ａ）を有する削穴ビット（５）を回転駆動装置により回転させ掘削し掘削土（Ｂ）を生成させる工程と、
前記単体軸（１）に設けられた吐出穴（８）より地盤改良材（１２）を掘削穴（４ａ）に吐出させる工程と、
前記単体軸（１）に固定された翼体（２，１４，１５）の回転により、前記掘削土（Ｂ）を前記地盤改良剤（１２）と混合攪拌するとともに、供給される前記地盤改良材（１２）に相当する前記掘削土（Ｂ）を上部の地上へ排出させる工程と、
前記翼体（２，１４，１５）の外周に設けられた掘削面案内壁体（３，１０）を前記掘削穴（４）に接触させ、回転及び上下方向の動作で前記掘削穴（４）の内周面を滑らかにする工程と、
前記翼体（２，１４，１５）と前記削穴ビット（５）との間の前記単体軸（１）に回転自在に設けられた抑制翼（６）の一部を前記掘削穴（４）の面に接触させ、前記翼体（２，１４，１５）及び前記削穴ビット（５）の回転と相対回転させ、前記掘削土（Ｂ）を前記地盤改良材（１２）とともに混合攪拌させる工程と、
前記掘削土（Ｂ）を前記地盤改良材（１２）とともに混合攪拌させながら、徐々に前記単体軸（１）を地上に引き上げ、前記掘削土（Ｂ）と前記地盤改良材（１２）とで生成される混合掘削土（Ｃ）を固化して地盤改良柱を形成する工程とからなる。

本発明の地盤改良装置とその方法は、単体軸構成にして、翼体に簡素な構成の掘削面案内壁体を固定したことで、掘削穴の面を安定的に滑らかにすることができ、スクリュー等の装置を取り付けることなく掘削土の排出をスムースに行うことができるようになった。又、単体軸に回転自在で、外周端部を掘削穴の面に食い込ませることが可能な抑制翼を設け、翼体との相対回転を可能にしたことで攪拌時の共回り現象を防止できるようになった。更に、地盤改良材の吐出口を単体軸の地盤底側の端部に設けたことで、掘削中に掘削土と地盤改良材を混合攪拌することができた。これにより地上側から地盤底に向けて満遍なく掘削土と地盤改良剤を混合することになり、均一で緻密な地盤改良柱の混合体とすることができた。

図１は、本発明の実施の形態１の攪拌ヘッドを示す断面図である。 図２は、図１の平面図である。 図３は、翼体、掘削面案内壁体、抑制翼の関連構成を断面で示す説明図である。 図４は、本発明の他の実施の形態１の断面図で掘削面案内壁体の変形例を示すものである。 図５は、図４の平面図である。 図６は、本発明の攪拌ヘッドの実施の形態２の断面図で、翼体構成の変形例を示すものである。 図７は、図６の平面図である。 図８は、本発明の実施の形態３を示す攪拌ヘッドの断面図で、翼体上部に第２の翼体を設けた構成の変形例を示すものである。 図９は、図８の平面図である。 図１０は、他の実施の形態４を示す攪拌翼の断面図で、図８の翼体に攪拌部材を設けた構成の変形例を示すものである。 図１１は、図１０の平面図である。 図１２は、他の実施の形態３，４において、翼体、掘削面案内壁体、抑制翼の関連構造を断面で示す説明図である。 本発明の実施の形態５の攪拌ヘッドを示す外観図である。 図１４は、本発明の地盤改良工法を示す工程図である。

［実施の形態］
次に、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。本発明の地盤改良装置は、図示していないが、地上を移動可能な改良機本体に組み込まれ動作するものである。即ち、回転軸がこの改良機本体に設けられている駆動モータに接続され、これにより地盤改良装置の攪拌ヘッドＡは、改良機本体の回転駆動により回転駆動される。図１は、本発明の実施の形態を示すものであり、攪拌ヘッドＡの断面図で、図２は図１の平面図である。本実施の形態の回転軸は、管状の単体軸１であって二重管のものではない。

この単体軸１の地盤底側に削穴ビット５が配置され、この削穴ビット５は単体軸１を駆動する駆動モータ（図示せず）の駆動により、単体軸１と共に一体的に回転駆動される。削穴ビット５は、その回転外径が地盤改良柱の外径（掘削穴４の内径）に一致する。削穴ビット５は、複数の刃部５ａが削穴ビット５の回転直径方向に直線上に配置されており、これは地盤改良柱の地盤底の低面を削りながら下方に前進し掘削を行う。又、この削穴ビット５の近傍の単体軸１の先端部には、地盤改良材１２（図１３参照）を掘削穴内に注入するための吐出穴８が配置されていて、地盤改良材１２は地上部の供給装置から、この単体軸１の中空部１ａを介して供給され、掘削された地盤底側の掘削穴領域４ａに吐出される。なお、地盤改良材１２を吐出するこの吐出穴８は、単体軸１に固定された固定翼に配置して吐出させたものであってもよい。

この削穴ビット５の上部には、一端が単体軸１に溶接により一体に固定された４枚の翼からなる翼体２が半径方向に設けられている。即ち、この翼体２は、同形状の２つの翼２ａ，２ｂが、上下に離間して配置されている。翼２ａ，２ｂは、それぞれねじれ板形状の２つの羽根からなり、２つの羽根は直径方向に単体軸１を挟んで対向して配置されている。この上下の２つの翼２ａ，２ｂの向きは同方向であり、各翼２ａ，２ｂを構成する２枚の羽根は、捻れの方向が異なり、即ち、１８０度の対向方向に固定されている。そのねじれ面は、翼体２が正転したときに掘削された掘削土を地上側に持ち上げるために、掘削土に分力が働く方向に傾斜形状のねじれ面を有する構成になっている。

この上下の２つの翼２ａ，２ｂの外周端には、掘削面案内壁体３が一体に溶接等で固定されている。この掘削面案内壁体３は、掘削穴４の内径の曲率とほぼ同一か、やや小径にした曲率面を有し、上下二枚の翼２ａ，２ｂの外周に跨って溶接により固定されている。この掘削面案内壁体３は翼体２が回転すると、掘削穴４に沿って掘削穴４の内周面を擦るように回転し、削穴ビット５で掘削された掘削穴４の凹凸掘削土面を鏝で均すかのように滑らかな内面にする。

単体軸１の下部に配置された削穴ビット５と翼体２との間、即ち、削穴ビット５と下部位置の翼２ｂとの間には、抑制翼６が単体軸１に回転自在に設けられている。この抑制翼６は、単体軸１を挟んで２つの板状の羽根体がボルト結合により、１８０度の半径方向に延在し、かつ抑制翼６の羽根面が掘削穴４の中心線方向と平行に配置された構成となっている。この抑制翼６の外周先端部６ａは、掘削穴４に食い込み接触するようになっている。即ち、この抑制翼６の先端部６ａの先端は、削穴ビット５の回転円軌跡より直径が大きくなるように設定されている。

一方、上下に離間して配置された２つの翼２ａ，２ｂの間の空間には、第２の抑制翼７が配置されている。この第２の抑制翼７は、二枚の長方形の平板の羽根体からなるものであり、この羽根体の一端が単体軸１に回転自在に設けられた軸受にボルトで結合されている。本例では、抑制翼７と抑制翼６とは一体である（図３参照）。二枚の羽根体の面それぞれの面は、単体軸１の中心軸線を含む面に平行に配置され、かつ半径方向に延在した構成、即ち１８０度の間隔であり、掘削穴４の直径方向である。第２の抑制翼７の回転円軌跡は、翼体２で区画される空間内にあり、掘削面案内壁体３の回転円軌跡内に納まるようになっている。又、図２に示すように、１８０度の直線方向の向きが抑制翼６とは円周角度位置が異なって配置されている。

この第２の抑制翼７は、図３の断面図に示すように、連結軸９を介して抑制翼６と一体になって単体軸１上を相対回転する。この抑制翼６は、掘削時に外周先端部６ａの部分が掘削穴４の外周に食い込む状態になり回転が停止状態になる。即ち、単体軸１を回転駆動すると、翼体２と削穴ビット５は回転しつつも、抑制翼６は停止されるので、翼体２と抑制翼６とは相互の間で相対回転となり、攪拌される掘削土の供回りが防止できる。このため削穴ビット５と翼体２の回転に伴って発生する掘削土を、この抑制翼６で裁断し攪拌する機能を有することになる。第２の抑制翼７はこの攪拌動作を一層促進することになる。

この抑制翼６と第２の抑制翼７の羽根形状は、縦方向（単体軸１の中心線方向）に配置され、ねじれのない直方形の板状部材で構成されているが、第２の抑制翼７のねじれ方向は、翼体２のねじれ方向と逆のねじれ方向の形状のものであってもよい。この構成にすることで、掘削土は回転方向及び上下方向にも攪拌され一層の対流流動による攪拌効果を生む。掘削された掘削土は、翼体の攪拌動作で滑らかにされた掘削穴面を介してスムースに上方へもたらされる。掘削穴４の内面は、掘削面案内壁体３により攪拌と同時に滑らかにされているので、排出される掘削土と掘削穴４の内面との間の摩擦が軽減され、スムースに掘削土を上方へ案内することができるのである。次に、他の実施の形態を図４〜図１２により説明する。

［他の実施の形態１］
図４〜図１２に示す他の実施の形態１の地盤改良装置の攪拌ヘッドＡの基本的な構造については、前述した実施の形態の攪拌ヘッドＡと実質的に同一であるが、下部の翼２ｂの配置向きを上部の翼２ａに対して、約９０度（単体軸１の中心線を中心として）方向を変えて単体軸１に固定した点で相異する。この構成で、掘削面案内壁体１０を２つの翼２ａ，２ｂの各々の外周先端部に固定する。上下二つの翼２ａ，２ｂは、９０度角度位置がずれているので、掘削面案内壁体１０は螺旋状にねじれ面状態で固定されている。

位相のずれた二つの翼２ａ，２ｂに跨る掘削面案内壁体１０の曲面は、掘削穴４に対し徐々にこする状態で掘削穴４に接触する。この例の場合は、掘削穴４の内周面に接する螺旋状の形を成しているので、掘削面案内壁体１０の掘削穴４に対する接触面積が大きくなる。ただし掘削面案内壁体１０の曲面が複雑な形状になることが難点である。又、前述のように回転時に掘削面案内壁体１０は、螺旋状の形を成しているので傾斜接触となり、急に掘削面案内壁体１０に大きな負荷は生じない、即ち分散した負荷となる構造となり、単体軸１の回転駆動を滑らかにすることができる。

［他の実施の形態２］
次に、攪拌ヘッドＡの翼体構造の変形例として、他の実施の形態２を図６及び図７により説明する。この攪拌ヘッドＡの基本的な構造は、この変形例も前述した実施の形態と同様であるが、下部の翼２ｂの配置向きを上部の翼２ａに対して、約９０度（単体軸１の中心線を中心として）方向を変えて単軸体１に固定したものであり、前述の実施の形態で説明した同形状の掘削面案内壁体３を翼２ｂでなく支持バー１１に取り付けた点が相異する。

掘削面案内壁体３を固定するために、翼２ｂが固定された単体軸１の位置、即ち掘削面案内壁体３と単体軸１の外周の軸受との間で、翼２ａと同じ向きに棒材からなる支持バー１１を連結して固定する。この支持バー１１の先端部に翼２ａの先端位置に合致するように、掘削面案内壁体３を溶接等で固定する。この構成であると、２つの翼２ａ，２ｂに対し支持バー１１が追加された形になるので、掘削土の攪拌には翼２ｂに加え、この支持バー１１も攪拌促進部材となる。

［他の実施の形態３］
更に、攪拌ヘッドＡの翼体構造の変形例として、他の実施の形態３を図８及び図９により説明する。この他の実施の形態３の攪拌ヘッドＡの構造は、翼体１４の上部に複数の翼を有する第２の翼体１３を設けたものである。本実施の形態３の例では３枚の翼としている。この第２の翼体１３は、翼体１４より小さい半径の翼で構成され、単体軸１に固定され翼体１４とともに回転する。この第２の翼体１３は、主に攪拌ヘッドＡの引き上げ時にこの第２の翼体１３が回転することで、攪拌ヘッドＡの中心部の掘削土を上方へ持ち上げるようにしている。

即ち、この第２の翼体１３を設けることで、掘削穴４の主に穴周囲の掘削土を翼体１４で攪拌し、掘削穴４の主に中心部の掘削土をこの第２の翼体１３で攪拌することができ、効率のよい掘削土攪拌を行い攪拌した掘削土の排出を促進させることができる。又、本構造の場合は、前述した各実施の形態の翼体２と掘削面案内壁体３を一体にした翼体１４としている。本構造は３枚の翼体１４が等角度間隔に配置されており、各翼体１４は上下に２つの対向する上下の翼１４ａ，１４ｂを有し、最外周には掘削面案内壁体３を有している。翼体１４は、上下の翼１４ａ，１４ｂ、掘削面案内壁体３を一体的に帯状の板材を曲げ加工して作られたものである。

［他の実施の形態４］
更に、攪拌ヘッドＡの翼体構造の変形例として、他の実施の形態３を変形したものを実施の形態４として、図１０及び図１１により説明する。この構造は、他の実施の形態３で示した構造に対し、翼体１５の２つの翼１５ａ、１５ｂの対向翼面に、半径方向にほぼ等間隔に、かつ複数の攪拌部材１５ｃを設けたものである。この攪拌部材１５ｃは、板状のもので図１０に示した例では、単体軸１の中心線を含む面と平行な平面、即ち、平面状の板材で構成されている。なお、攪拌部材１５ｃの配置は、平面状の板材ではなく、螺旋状に捻れさせたもの、又は、単体軸１の中心線を含む面と傾斜させた平面であってもよい。

この攪拌部材１５ｃは、上下二つの翼１５ａ，１５ｂの翼面間に対向し、交互に位置がずれて配置されている。この攪拌部材１５ｃを設けることで、上下二つの翼１５ａ，１５ｂ間に滞留する掘削土を効率よく攪拌させ、上部の第２の翼体１３と相まって掘削土を外方へ押しやることができ、攪拌力を一層高めることが可能である。図１０に示した構造では、攪拌部材１５ｃを他の実施の形態３の例に適用しているが、前述した他の構成にも適用できることはいうまでもない。

前述した他の実施の形態３，４において、連結部材９を介して抑制翼６と抑制翼７を一体にしている構造は前述したものと同様であるが、図１２はそれに加え、第２の翼体１３が翼体１４，１５と削穴ビットと一体になっていることを断面図で示す説明図である。又、図８及び図１０は、掘削面案内壁体３が掘削穴４に離間した図となっているが、翼体は角度位置がずれた構成の断面図のためで、実際は掘削面案内壁体３が常に掘削穴４の内周面に接している。

［他の実施の形態５］
図１３は、本発明の他の実施の形態５の攪拌ヘッドを示す外観図である。翼体１６は、二つの翼１６ａ，１６ｂが上下に離間して配置されている。二つの上下の翼１６ａ，１６ｂは、図４の他の実施の形態１と同様に、下部の翼１６ｂの配置を上部の翼１６ａに対して、約９０度（単体軸１の中心線を中心として）方向を変えたものである。他の実施の形態１と大きく異なる点は、上の翼１６ａと下の翼１６ｂの回転方向の傾斜面が逆方向である点である。掘削ビット５の傾斜方向と上の翼１６ａとは同じ方向であり、下の翼１６ｂの傾斜面はこれと逆の傾斜面を有しているものである。

攪拌ヘッド１６は、下方に移動中は掘削ビット５により掘削しながら下方に移動する。下の翼１６ｂは、掘削ビット５とは逆の傾斜面を有しているので、掘削ビット５が掘削した掘削土を押圧する方向へ力が働く。このとき、攪拌ヘッド１６は、下方に移動しているので、このために掘削された土は、下の翼１６ｂで抑えられている部分の掘削土は行き場がなくなるが、他の掘削土は相対的に上方に移動することになる。上方に移動した掘削された土は、上の翼１６ａで、更に掬うように上部に移動されることになる。このように、上の翼１６ａと下の翼１６ｂの傾斜面を互いに逆方向に形成することにより、一方の翼により改良地盤は下部に押しやられるが、同時に、他方の翼により上方に押し上げるので、局部的に対流が発生する。

以上のように、上下の攪拌効果が改善されるので、良質な地盤改良柱を形成できる。上の翼１６ａと下の翼１６ｂの間に、単体軸１が回転中に回転しない抑制翼を配置していない点でも異なる。更に、他の実施の形態１の実施の形態と異なる点は、短い掘削面案内壁体３が各翼１６ａ，１６ｂの最外周部に、分割して取り付けられている点で異なる。このために石等の障害物が地盤改良土に混入しているとき等に避けることができる。なお、前述した実施の形態のもののように、掘削面案内壁体３を連続した帯状に連結したものであってもよい。

［地盤改良方法の施工例］
次に、本発明の地盤改良装置により地盤改良を行う方法について説明する。図１４（ａ）〜（ｅ）は、地盤改良工法の施工工程を示す図である。図１４（ａ）に示すように、掘削ヘッドＡはこれを回転駆動する地上の地盤改良機本体（図示せず）に支持された状態で所定位置に待機している。地盤に貫入する際は、地盤改良機の駆動装置により単体軸１が正転駆動回転される。この回転方向は、削穴ビット５と翼体２が地盤に食い込み掘削した掘削土を上方へ移送させる方向である。

この地盤貫入の進行に伴って、抑制翼６の中心部は単体軸１上に回転フリーな状態に支持されているが、抑制翼６の外周端円軌跡は掘削穴４より大きく設定されているので、掘削時に抑制翼６の外周端部６ａが掘削穴４の内周の壁面に食い込み、抑制翼６は回転停止状態になる。削穴ビット５と翼体２は、回転を継続して掘削するので、抑制翼６は相対回転の状態、即ち抑制翼６のみ回転停止状態で掘削穴４の面に食い込みながら掘削方向に進行する。

翼体２の外周に固定された掘削面案内壁体３は、回転に伴い掘削穴４の凹凸状態にある掘削直後の掘削土に接触し、この面を滑らかにしながら地盤改良装置Ａは地中に貫入する。このとき同時に地盤改良材１２を注入する。この注入により掘削された掘削土は、掘削と同時に翼体２と抑制翼６により攪拌され、地盤改良材１２との混合土となり、その攪拌に伴い相対的に徐々に上方へもたらされる。この攪拌において掘削土は、回転する翼体２と回転停止している抑制翼６の間で、裁断され回転方向と上下方向に対流しながら攪拌される。

攪拌された掘削土は、滑らかにされた掘削穴４の内周面に沿いに抵抗なくスムースに上方へ移動する。このような掘削動作をしながら掘削途中段階の図１４（ｂ）に示すように、掘削穴４の所定の地盤底に到達するように地盤改良装置Ａを進行させる。このとき攪拌された掘削土Ｂは、この装置の上方に滞留していて、一部の余剰掘削土は地上に排出されている状態となる。

この進行状態のとき、地盤改良材１２を供給するポンプ等からなる地盤改良材供給装置により、単体軸１上方から軸内１ａを通して掘削穴に地盤改良材１２を注入する。この地盤改良材１２はセメントスラリーであり、単体軸１端の吐出穴８から図１４（ｂ）に示した矢印のように、掘削穴に吐出される。吐出された地盤改良材１２は、掘削された掘削土とともに混合攪拌される。このようにして掘削土Ｂと地盤改良材１２を対流流動させながら攪拌し混合し混合掘削土Ｃを生成する。

このとき掘削ヘッドＡを少し上方へ移動させ、図１４（ｃ）のように地盤底の掘削穴領域４ａを確保する。このときはセメントスラリーの注入を止め、単体軸１を逆回転させる。この逆回転で掘削土は下方向に流れ攪拌を促進させる。当初は地盤底側の掘削土のみ攪拌混合されるが、この動作を繰り返し継続させ地盤底から地上方向に単体軸１を徐々に引き上げることにより、掘削土は掘削の際に注入されるセメントスラリーと混合されているので、図１４（ｄ）に示すように緻密な混合掘削土Ｃとして固化前の地盤改良柱を形成していく。この攪拌混合は翼体２の正転、逆転動作を繰り返し継続しながら行われる。

図１４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、引き上げ途中においては、地盤改良装置Ａの上方は掘削時にセメントスラリーとともに攪拌された掘削土Ｂが滞留している状態で、掘削ヘッドＡの下方は正逆回転を繰り返し緻密に混合攪拌され、混合掘削土Ｃによる地盤改良柱が形成されている状態となる。地盤改良材１２の注入量に相当する掘削土は、余剰掘削土として掘削穴４の壁面に沿って上部の地上にもたらされる。

又この引き上げ過程では、地盤の状況に合わせ、攪拌混合を効果的にするため、地盤改良装置Ａを上下方向の移動を繰り返えしてもよく、このようにして最終的に図１３（ｅ）に示すように掘削穴４全体を掘削土と地盤改良材１２の緻密な混合掘削土Ｃで充満させ地盤改良柱を形成する。

Ａ…地盤改良装置
Ｂ…掘削土
Ｃ…混合掘削土
１…単体軸
２…翼体
３、１０…掘削面案内壁体
４…掘削穴
５…削穴ビット
６…抑制翼
７…第２の抑制翼
８…吐出穴
９…連結軸
１１…支持バー
１２…地盤改良材

Claims (8)

1. 地盤の攪拌回転翼を有して、掘削穴を掘削し前記掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良装置であって、
   回転駆動装置により回転駆動され、地盤改良材（１２）を吐出させるための吐出穴（８）を有する単体軸（１）と、
   この単体軸（１）に固定され、前記掘削穴内の掘削された掘削土を攪拌するとともに上部へ押し出す翼体（２，１４，１５，１６）と、
   前記翼体（２，１４，１５，１６）の外周端部に設けられ、前記掘削穴の内周面に回転しながら接触し、前記翼体（２，１４，１５，１６）と一体的に移動し前記内周面を滑らかにする掘削面案内壁体（３，１０）と、
   前記単体軸（１）の地盤底側の端部に設けられ、複数の掘削刃（５ａ）を有して前記掘削穴を掘削する削穴ビット（５）と、
   前記翼体（２，１４，１５，１６）と前記削穴ビット（５）との間の前記単体軸（１）に回転自在に設けられ、外周端部が前記内周面に係合して回転が止められ、前記翼体（２，１４，１５，１６）及び前記削穴ビット（５）の回転と相対回転して掘削された掘削土を前記地盤改良材（１２）とともに混合攪拌させる抑制翼（６）と
   からなる地盤改良装置。
2. 請求項１に記載の地盤改良装置において、
   前記翼体（２，１４，１５，１６）は、上下方向に二つの翼（１６ａ，１６ｂ）の回転方向に対して傾斜している傾斜面が互いに逆方向であることを特徴とする地盤改良装置。
3. 請求項１又は２に記載の地盤改良装置において、
   前記翼体（２，１４，１５，１６）は、上下方向に二つの翼（２ａ，２ｂ）で構成され、各々の前記翼（２ａ，２ｂ）の外周端部が前記掘削面案内壁体（３，１０）で互いに結合されていることを特徴とする地盤改良装置。
4. 請求項１又は２に記載の地盤改良装置において、
   前記二つの翼（２ａ，２ｂ）と前記掘削面案内壁体（３，１０）の回転で区画される空間に、第２の抑制翼（７）を前記抑制翼（６）と一体的に設けたことを特徴とする地盤改良装置。
5. 請求項１又は２に記載の地盤改良装置において、
   前記掘削面案内壁体（１０）は、前記単体軸（１）の中心線方向の前記二つの翼（２ａ，２ｂ）の角度方向の位相が異なっていることを特徴とする地盤改良装置。
6. 請求項１又は２に記載の地盤改良装置において、
   前記翼体（２，１４，１５，１６）の上部に、複数の翼を有する第２の翼体（１３）を前記単体軸（１）に固定して設けたことを特徴とする地盤改良装置。
7. 請求項１又は２に記載の地盤改良装置において、
   前記翼体（２，１４，１５，１６）に複数の攪拌部材（１５ｃ）を設けたことを特徴とする地盤改良装置。
8. 地盤の攪拌回転翼を有して、掘削穴を掘削し前記掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良を行う地盤改良方法であって、
   単体軸（１）の端部に固定され、外周に複数の掘削刃（５ａ）を有する削穴ビット（５）を回転駆動装置により回転させ掘削し掘削土（Ｂ）を生成させる工程と、
   前記単体軸（１）に設けられた吐出穴（８）より地盤改良材（１２）を掘削穴（４ａ）に吐出させる工程と、
   前記単体軸（１）に固定された翼体（２，１４，１５，１６）の回転により、前記掘削土（Ｂ）を前記地盤改良材（１２）と混合攪拌するとともに、供給される前記地盤改良材（１２）に相当する前記掘削土（Ｂ）を上部の地上へ排出させる工程と、
   前記翼体（２，１４，１５，１６）の外周に設けられた掘削面案内壁体（３，１０）を前記掘削穴（４）に接触させ、回転及び上下方向の動作で前記掘削穴（４）の内周面を滑らかにする工程と、
   前記翼体（２，１４，１５，１６）と前記削穴ビット（５）との間の前記単体軸（１）に回転自在に設けられた抑制翼（６）の一部を前記掘削穴（４）の面に接触させ、前記翼体（２，１４，１５，１６）及び前記削穴ビット（５）の回転と相対回転させ、前記掘削土（Ｂ）を前記地盤改良材（１２）とともに混合攪拌させる工程と、
   前記掘削土（Ｂ）を前記地盤改良材（１２）とともに混合攪拌させながら、徐々に前記単体軸（１）を地上に引き上げ、前記掘削土（Ｂ）と前記地盤改良材（１２）とで生成される混合掘削土（Ｃ）を固化して地盤改良柱を形成する工程と
   からなる地盤改良方法。

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