JP2015063865A - 共回り防止翼付き地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
共回り防止翼の内周面と回転軸の外周面の間に土砂が浸入することを抑制し、共回り防止翼の機能を十分かつ長時間にわたって発揮させることができる地盤改良装置を提供する。
【解決手段】
地盤改良装置は、先端に掘削翼を有する回転軸と、回転軸の外周面上に突設された撹拌翼と、中心部にボス部を有し、回転軸がボス部の貫通孔に挿入される共回り防止翼と、を備える。ボス部の貫通孔の内周面が回転軸の外周面上を摺動することで、共回り防止翼と回転軸とが相対回転する。ボス部の軸方向両端部付近におけるボス部の内周面と回転軸の外周面との間隔を第１の間隔とし、ボス部の軸方向両端部付近以外の所定の部位におけるボス部の内周面と回転軸の外周面との間隔を第２の間隔としたとき、第１の間隔は第２の間隔より小である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、地盤を掘削して掘削孔を形成し、掘削孔中で掘削土（土砂）と固化材（土壌改良材）とを撹拌混合することにより、地盤中にコラムを構築する地盤改良装置に関するものであり、より詳しくは、共回り防止翼付き地盤改良装置に関するものである。

上述した地盤改良装置としては、駆動装置に取付けられて回転及び昇降する回転軸と、回転軸の先端部に取付けられ地盤を掘削する掘削翼と、回転軸の外周面上に突設される撹拌翼を有するものが一般的である。このような地盤改良装置のうち、特許文献１に記載の地盤改良装置は更に、回転軸における掘削翼と撹拌翼との間の所定箇所に回転自在に配設される共回り防止翼を備える。共回り防止翼は、地盤に対しほぼ回転しない状態とされて土砂の共回り現象を防ぐ機能を有する。これによって、掘削孔中の土砂と固化材との撹拌効果を高めることができる。

特開２００３−３１３８５７号公報 特開平７−１０９７２９号公報 特許第３０８８９８１号公報

引用文献１に記載の共回り防止翼は、その外周方向先端部が掘削孔の内周壁と干渉することで、共回り防止翼が地盤に対しほぼ回転しない状態とされる。そのため、回転軸が回転するとき、回転軸と共回り防止翼とは相対回転を生じることとなる。相対回転は、共回り防止翼の中心部のボス部が回転軸の外周面上を回転することによって成立する。
ところが、掘削孔中の土砂が、ボス部の内周面と回転軸の外周面の間に入り込むと、両部材間の相対回転が妨げられたり、両面に傷や摩耗が生じたりする場合があった。そうすると、共回り防止翼と回転軸とのスムーズな相対回転が妨げられ、結果として共回り防止翼が回転軸や撹拌翼につられて回転して共回り防止翼本来の共回り防止機能が十分に発揮できなくなったり、摩耗により部材の破断につながったりするという問題があった。

上記したような土砂の入り込みに対応するため、回転軸とボス部との隙間を、間に侵入した土等を容易に排除できるように、比較的大きなガタを持たせて構成することが提案されている（特許文献２、００１１段落）。しかしながら、単に回転軸とボス部との隙間を大きくすると、土砂が余計に浸入し易くなり、上記の諸問題が悪化する可能性がある。
上記摩耗の課題に着目した技術として、特許文献３には、先端に掘削翼を有し、外周に攪拌翼が突設された掘削ロッドの外周に遊嵌するボスを介して共回り防止翼が装着された掘削攪拌装置であって、掘削ロッド外周の、ボスが遊嵌する部分の表面に溶接により点状乃至線状の肉盛りをしてある共回り防止翼付き掘削攪拌装置が開示されている。しかしながら、この技術においては、掘削ロッド外周の、ボスが遊嵌する部分の表面に溶接により点状乃至線状の肉盛りをするため、多大な作業コストがかかるという問題があった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、共回り防止翼の内周面と回転軸の外周面との間に土砂が浸入することを抑制し、共回り防止翼の機能を十分かつ長時間にわたって発揮させることができる地盤改良装置を提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。

すなわち、第１の局面による地盤改良装置は、
先端に掘削翼を有する回転軸と、
前記回転軸の外周面上に突設された撹拌翼と、
中心部にボス部を有し、前記回転軸が前記ボス部の貫通孔に挿入される共回り防止翼と、を備える地盤改良装置であって、
前記ボス部の貫通孔の内周面が前記回転軸の外周面上を摺動することで、前記共回り防止翼と前記回転軸とが相対回転し、
前記ボス部の軸方向両端部付近における前記ボス部の内周面と前記回転軸の外周面との間隔を第１の間隔とし、前記ボス部の軸方向両端部付近以外の所定の部位における前記ボス部の内周面と前記回転軸の外周面との間隔を第２の間隔としたとき、第１の間隔は第２の間隔より小である、ことを特徴とする地盤改良装置である。

上記局面の地盤改良装置によれば、ボス部の軸方向両端部付近におけるボス部の内周面と回転軸の外周面との間隔が、ボス部の軸方向両端部付近以外の所定の部位におけるボス部の内周面と回転軸の外周面との間隔よりも小さくなっている。このように、ボス部の軸方向両端部付近において、ボス部の内周面と回転軸の外周面の間の間隔を小さく設定することにより、土砂が両面の間隙へ侵入することを抑制することが可能となる。

この場合、もしもボス部の内周面と回転軸の外周面の間の間隔を、ボス部の軸方向全体にわたって小さくしてしまうと、ボス部の内周面と回転軸の外周面の間の摩擦が大きくなってしまい、両者の相対回転を阻害してしまう可能性がある。その点、上記局面による地盤改良装置においては、ボス部の軸方向両端部付近以外の所定の部位において、ボス部の内周面と回転軸の外周面との間隔が比較的大きく設定されている。そのため、ボス部の軸方向両端部付近以外の部位（例えば、軸方向中心部付近）では、ボス部の内周面と回転軸の外周面の間の摩擦を低減することができ、両者の相対回転を良好なものとすることができる。これにより、共回り防止翼の機能を長時間、良好な状態で維持することができる。

本発明の第２の局面によれば、前記ボス部は、その貫通孔の内周面上であって、前記軸方向両端部付近以外の部分に、周方向に延びる溝を有する。このように共回り防止翼のボス部の内周面上の軸方向両端部付近以外の部分に周方向に延びる溝を形成することでも上述の効果を奏することができる。

本発明の第３の局面によれば、前記共回り防止翼は、前記ボス部から外周側に延びるアーム部と、該アーム部の外周側先端部分に設置された端部部材とを有し、
前記端部部材の前記掘削翼側の軸方向端部は楔状に形成されている。これにより、回転軸および掘削翼の回転により土中を掘削していく際に、共回り防止翼の端部部材が掘削孔の内壁面に食い込みやすくなり、共回り防止翼と地盤との相対回転がより強く抑制され、共回り防止翼の機能がより効果的に発揮される。また、本発明の第４の局面のように、前記端部部材のうち、周方向端部を楔状に形成してもよく、この場合は、回転方向における端部部材の掘削孔の内壁面への食い込みが促進される。その結果、共回り防止翼と地盤との相対回転がより強く抑制され、共回り防止翼の機能がより効果的に発揮される。

図１は、本発明の一実施形態に係る地盤改良装置を表す正面図である。 図２は、一実施形態に係る地盤改良装置の共回り防止翼を表す下面図である。 図３は、一実施形態に係る地盤改良装置の共回り防止翼付近の断面図である。 図４は、一実施形態に係る共回り防止翼のボス部付近の断面図である。 図５は、本発明の変形例に係る共回り防止翼のボス部付近の断面図である。 図６は、本発明の別の変形例に係る共回り防止翼のボス部付近の断面図である。 図７は、本発明の更に別の変形例に係る共回り防止翼のボス部付近の断面図である。 図８は、本発明の他の変形例に係る共回り防止翼のボス部付近の断面図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る共回り防止翼の端部部材を表す図である。 図１０は、本発明の更に他の変形例に係る共回り防止翼の端部部材を表す図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態に係る地盤改良装置１について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の地盤改良装置１は、回転軸１０と、回転軸１０の先端側に設けられる掘削翼２０と、回転軸１０の外周に突設された撹拌翼３０と、共回り防止翼４０とを備える。回転軸１０と、掘削翼２０と、撹拌翼３０とが、固定的に（つまり、相対運動不可能に）一体化されている。回転軸１０は、後端側に係合部１１を備え、この係合部１１により駆動装置（図示せず）と結合され得る。駆動装置により回転軸１０が回転させられると、回転軸１０と、掘削翼２０と、撹拌翼３０とが一体的に回転する。

掘削翼２０は、先端側、つまり掘削側に、複数の掘削爪（ビット）２１および掘削板２２を有し、回転軸１０とともに掘削翼２０が回転することにより、地盤を下方へ掘削していく。掘削の進行に伴い、地盤改良装置１全体が駆動装置を介して降下される。また、掘削翼２０は吐出孔２３を有する。吐出孔２３は回転軸１０内部の通路と連絡しており、通路を介して供給される液状の固化材（セメントミルク等）を吐出するのに用いられる。吐出孔２３の位置は図１に記載のものに限られず、例えば、回転軸１０に設けられていても良い。

複数の撹拌翼３０が、回転軸１０の外周面から、径方向外側へ向かって段違いに突設されている。撹拌翼３０は、回転軸１０とともに回転することにより、掘削によって発生した掘削孔中の掘削土（土砂）と、吐出孔２３から吐出された固化材とを撹拌混合する。

図２は本実施形態の共回り防止翼４０を表す下面図である。図１と図２に示すように、共回り防止翼４０はその中心部に略円筒状のボス部４１を有し、ボス部４１の外周面から外周側に延びる複数（本実施形態では２本）のアーム部４２と、アーム部４２の外周側先端部分にそれぞれ設置される端部部材４３とを有する。ボス部４１は半割構造となっている。ボス部４１を回転軸１０に対して組み付ける際には、まず、半割状のボス部４１により、回転軸１０を両側から挟む。ボス部４１の各半割構造の外周面にはそれぞれ、互いに組み付けるためのフランジ部４１１が立設されている。複数のボルトとナットからなる締結部材４４によりボス部４１の半割構造のフランジ部４１１どうしを固定することで、共回り防止翼４０を回転軸１０に対して組み付けることができる。締結部材４４による固定方法に代えて、または当該方法に加えて、ボス部４１の半割構造どうしを溶接で固定することも可能である。

組み付けた状態において、回転軸１０の外周面とボス部４１の内周面との間には所定の間隔が設けられており、組み付けた後でも共回り防止翼４０と回転軸１０とは相対的に回転することができる。共回り防止翼４０の軸方向の移動は、回転軸１０に立設されボス部４１を軸方向に挟む２つのフランジ１２によって規制される。共回り防止翼４０と回転軸１０との相対回転を可能にするため、フランジ１２とボス部４１との間には軸方向クリアランスが設けられている。

図１において記号アで示す共回り防止翼４０の全幅は、記号イで示す掘削翼２０の全幅より大きい。そのため、掘削翼２０の回転および下降により形成される掘削孔の内壁面に対して共回り防止翼４０の端部部材４３が干渉する。これによって、回転軸１０が回転しても、共回り防止翼４０が地盤に対して回転せず、土砂および固化材が撹拌翼３０と共回りすることを抑制する機能（共回り防止機能）を発揮することができる。

図３は、図１の共回り防止翼４０付近の縦断面図である。図４は、図３中の記号ＩＶで示す部分を拡大した図である。図４に示すように、ボス部４１の内周面上には、軸方向両端部付近を除く部分に、周方向に延びる溝４５が形成されている。これによって、ボス部４１の軸方向両端部付近におけるボス部４１の内周面と回転軸１０の外周面との間隔ａを狭くし、ボス部４１の軸方向両端部付近以外の部位における間隔ｂを広くしている。
上述したように、ボス部４１とフランジ１２の間には軸方向のクリアランスｃが設けられており、このクリアランスｃを通って土砂が侵入することがあるが、本実施形態では、間隔ａを狭く設定しているため、その部分で土砂の侵入を抑制することができ、ボス部４１の内周面と回転軸１０の外周面との間に土砂が侵入することを抑制することができる。一方、クリアランスｃを狭くすることで土砂の進入を抑制した場合には、ボス部４１とフランジ１２との間の摩擦が大きくなってしまう。

ボス部４１の内周面と回転軸１０の外周面の間の距離を、ボス部４１の軸方向全体にわたって小さくしてしまうと、ボス部４１の内周面と回転軸１０の外周面の間の摩擦が大きくなってしまう可能性がある。その点、本実施形態においては、ボス部４１の軸方向両端部付近以外の間隔ｂを広く設定しているため、ボス部４１の軸方向両端部付近以外の部位では、ボス部４１の内周面と回転軸１０の外周面の間の摩擦を低減することができ、両者の相対回転を良好なものとすることができる。これにより、共回り防止翼の機能を長時間、良好な状態で維持することができる。

ボス部４１の断面形状は図４に記載のものに限られることはなく、ボス部４１の軸方向両端部付近におけるボス部４１の内周面と回転軸１０の外周面との間隔を狭くし、ボス部４１の軸方向両端部付近以外の部位における間隔を広くできるものであれば良い。例えば、図５に示すように、ボス部４１の内周面上に複数の周方向溝４５を形成しても良い。また、周方向溝の断面形状も矩形状に限らず、図６のように曲線からなる断面形状を有するものでも良い。また、ボス部４１の軸方向両端部付近の断面形状も矩形状に限らず、図７のように曲線からなる断面形状を有するものでも良い。回転軸１０の外周面と摺動するボス部４１の軸方向両端部付近の内周側部分に対しては、耐摩耗加工を行ったり、耐摩耗材料を用いたりすることが装置の長寿命化の観点から望ましい。例えば、図８に示すように、回転軸１０の外周面と摺動するボス部４１の軸方向両端部付近の内周側部分に、耐摩耗材料からなるリング状のすべり軸受４６（例えば、半割すべり軸受の組み合わせ）を設けることが好ましい。

図９は、図１中の共回り防止翼４０の端部部材４３を矢印ＩＸの方向に見た図である。図１、図９に示すように、端部部材４３の掘削翼側端部４３１は楔状に形成されている。これにより、回転軸１０および掘削翼２０の回転により土中を掘削していく際に、端部部材４３の掘削翼側端部４３１が掘削孔の内壁面に食い込みやすくなる。その結果、共回り防止翼４０と地盤との相対回転がより強く抑制され、共回り防止翼４０の機能がより効果的に発揮される。

端部部材４３は、図９の形状に限らず、図１０（Ａ）に示すように、周方向端部４３２が楔状に形成されていても良い。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）中の端部部材４３を矢印ＸＢの方向に見た図である。この場合は、回転方向における端部部材４３の掘削孔内壁面への食い込みが促進される。その結果、共回り防止翼４０と地盤との相対回転がより強く抑制され、共回り防止翼４０の機能がより効果的に発揮される。
本発明は上記実施形態および変形例の説明に何ら限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。
例えば、上記の説明では共回り防止翼４０のアーム部４２を２本としたが、３本以上としても良い。
上記各例の周方向溝４５は、ボス部４１の内周面の全周にわたって形成されるものでも良く、全周の一部に形成されるものでも良い。また、ボス部４１の内周面の全周にわたって連続して形成されるものでも良く、断続的に形成されるものでも良い。

１…地盤改良装置
１０…回転軸
２０…掘削翼
３０…撹拌翼
４０…共回り防止翼
４１…ボス部
４２…アーム部
４３…端部部材
４５…周方向溝
４６…すべり軸受
４３１…掘削翼側端部
４３２…周方向端部

Claims (4)

1. 先端に掘削翼を有する回転軸と、
   前記回転軸の外周面上に突設された撹拌翼と、
   中心部にボス部を有し、前記回転軸が前記ボス部の貫通孔に挿入される共回り防止翼と、を備える地盤改良装置であって、
   前記ボス部の貫通孔の内周面が前記回転軸の外周面上を摺動することで、前記共回り防止翼と前記回転軸とが相対回転し、
   前記ボス部の軸方向両端部付近における前記ボス部の内周面と前記回転軸の外周面との間隔を第１の間隔とし、前記ボス部の軸方向両端部付近以外の所定の部位における前記ボス部の内周面と前記回転軸の外周面との間隔を第２の間隔としたとき、第１の間隔は第２の間隔より小である、ことを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記ボス部は、その貫通孔の内周面上であって、前記軸方向両端部付近以外の部分に、周方向に延びる溝を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
3. 前記共回り防止翼は、前記ボス部から外周側に延びるアーム部と、該アーム部の外周側先端部分に設置された端部部材とを有し、
   前記端部部材の前記掘削翼側の軸方向端部は楔状に形成されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地盤改良装置。
4. 前記端部部材のうち、周方向端部は楔状に形成されている、ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改良装置。

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