JP2015161088A - 掘削撹拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】支持地盤が比較的浅い場合において特に好適な掘削撹拌装置を提供する。【解決手段】掘削撹拌翼４とその直上の撹拌翼３との回転軸２の軸の長さ方向の配置間隔、又は一の撹拌翼３の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼３との回転軸２の軸の長さ方向の配置間隔は、掘削対象である地盤の地表面から改良土壌の底面までの改良深さに略等しい間隔又は該改良深さをｎ分の一（ｎは、２以上の整数とする）に分割した深さに略等しい間隔である単位改良深さ以内に設定されており、掘削撹拌翼４とその直上の撹拌翼３との間及び一の撹拌翼３とその直上又は直下の他の撹拌翼３の間には共回り防止翼５が設けられることにより、掘削撹拌翼４又は撹拌翼３及び共回り防止翼５が回転軸２の軸の長さ方向に沿って順次交互に配置され、かつ略等間隔に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、掘削撹拌装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、特に、建造物の支持地盤が比較的浅い場合の地盤改良に適用して好適な技術の改良に関する。

鋼管杭による杭基礎工法は、建造物等の支持地盤の深さが約５ｍを超えるような深い支持地盤に適する一方で、支持層が浅い地盤には不適当である。これは、短い杭は構造的に不安定であるからである。

そこで、従来、建造物を建設する地盤において、地表面から建物の荷重を支持する硬さを有する層（支持地盤面）に達するまでの深さが例えば０．５ｍ〜１．０ｍ程度であれば、基礎のせいを大きくした直接基礎による深基礎工法が採用される。すなわち、基礎の根入れ深さを深くすることにより基礎の底盤を当該支持地盤面に達するようにする。しかし、地表面から支持地盤面までの深さが約１．０ｍを超えると、該工法は、基礎工事に伴う掘削土量が増加するので施工手間や施工費が嵩む点で不利である。

また、地表面から支持地盤までの深さが、例えば、１．０ｍを超える場合、地盤改良を行うための工法として深層混合処理工法が選択される場合がある。深層混合処理工法は、原地盤にセメントミルク等のセメント系固化材を注入しながら掘削、撹拌することにより土にセメントを混ぜた柱状の改良地盤を形成するものである。この工法では、原地盤に対し、先端の撹拌翼に掘削刃を付けたオーガロッドを掘進させて、建造物の基礎の直下に柱状の改良地盤を形成する。

このような深層混合処理工法を行うにあたり、従来使用されている一般的な小規模建築用の掘削、撹拌用の装置は、例えば、回転軸の先端から、掘削撹拌翼、共回り防止翼、撹拌翼が順番に構成されている。また、複数の撹拌翼を上下方向（回転軸方向）に適宜配置し、撹拌混合の度合いを高めた掘削、撹拌用の装置も利用されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開平８−２２６１２０号公報 特開２００１−３２３４５５号公報

しかしながら、地表面から改良土壌の底面（支持地盤）までの深さ１．０ｍ〜２．０ｍ程度で地盤改良層が小さい場合、一般の掘削撹拌装置を使用しても施工しても掘削、撹拌が不十分になることがあり、施工の効率がよくなかった。

そこで、本発明は、支持地盤が比較的浅い場合において特に好適な掘削撹拌装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、深層混合処理工法に用いられる掘削撹拌装置を利用しながら浅い層を効率よく地盤改良するという点に着目して鋭意検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。本発明はかかる知見に基づくもので、
回転軸、該回転軸に配置される掘削撹拌翼及び複数の撹拌翼を有する掘削撹拌装置であって、
前記掘削撹拌翼は、回転軸の軸の先端部側に配置され、
前記複数の撹拌翼は、回転軸の軸の長さ方向に沿って段状に配置され、
前記掘削撹拌翼とその直上の撹拌翼との回転軸の軸の長さ方向の配置間隔、又は一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼との回転軸の軸の長さ方向の配置間隔は、掘削対象である地盤の地表面から改良土壌の底面までの改良深さに略等しい間隔又は該改良深さをｎ分の一（ｎは、２以上の整数とする）に分割した深さに略等しい間隔である単位改良深さ以内に設定されており、
前記掘削撹拌翼とその直上の撹拌翼との間及び一の撹拌翼とその直上又は直下の他の撹拌翼の間には共回り防止翼が設けられることにより、掘削撹拌翼又は撹拌翼及び共回り防止翼が回転軸の軸の長さ方向に沿って順次交互に配置され、かつ略等間隔に配置されていることを特徴とする。

従来装置においては、回転軸に設置される最上段の撹拌翼と最下段の撹拌翼の間隔が最低改良深さ以内に設定されているとは限らない。このような掘削撹拌装置を用いた場合には、当該地盤改良層内に最上段の撹拌翼と最下段の撹拌翼の両方を同時に位置させることができないため、地盤を十分に撹拌することができず、ムラが生じるおそれがある。このような現象は、特に、地盤改良層の厚さが小さい（例えば１．０ｍ〜２．０ｍ程度）場合において顕著である。

これに対し、本発明にかかる掘削撹拌装置によれば、回転軸に設置される最上段の撹拌翼と最下段の撹拌翼の間隔が最低改良深さ以内に設定されていることから、地盤改良層が薄い場合であっても、掘削翼が土中に掘進する過程において地層の上下方向にほぼ均等にムラなく撹拌を行うことができる。しかも、この掘削撹拌装置においては、回転軸の先端部の掘削翼、複数の撹拌翼の間には共回り防止翼が設けられることにより当該共回り防止翼、撹拌翼が交互に構成され、各翼の間隔が該翼の略高さ寸法であって、かつ略均等に配置されている。このため、当該掘削撹拌装置が当該地盤改良層を掘進する過程において、撹拌、混合の粗密が少なくなり、均一でムラのない地盤改良処理を実施することが可能となる。

上述の掘削撹拌装置においては、前記撹拌翼の回転軸に配置される最上段の撹拌翼と先端部側の掘削撹拌翼との間隔は、前記単位改良深さ以内に設定されていることが好ましい。

また、本発明は、回転軸、該回転軸に配置される掘削撹拌翼及び複数の撹拌翼を有する掘削撹拌装置であって、
前記掘削撹拌翼は、回転軸の軸の先端部側に配置され、
前記複数の撹拌翼は、回転軸の軸の長さ方向に沿って段状に配置され、
前記複数の撹拌翼のうち少なくとも１つは３以上の翼を有し、
前記掘削撹拌翼及び複数の撹拌翼の翼は、平面視で回転軸を中心にして放射状に延設され、
前記掘削撹拌翼の翼とその直上の撹拌翼の翼の位置、又は一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼の翼の位置は、平面視で回転軸を中心にして互いにずれていることを特徴とする。

この掘削撹拌装置において、前記放射状に延設される掘削撹拌翼の翼とその直上の撹拌翼の翼が平面視で回転軸を中心として形成する角度又は放射状に延設される一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼の翼が回転軸を中心として形成する角度は、９０°未満であることが好ましい。

この掘削撹拌装置において、前記複数の撹拌翼又は掘削撹拌翼の各々は、複数の翼を有し、該翼は回転軸を中心にして放射状に延設され、かつ回転軸を中心にした円周方向に対して等間隔に設置されていることが好ましい。

掘削撹拌装置において、前記複数の撹拌翼又は掘削撹拌翼の翼の前縁の各々は、側面視、回転軸の正転方向に対して下方に傾斜していることも好ましい。

また、掘削撹拌装置において、前記回転軸に配置される最上段の撹拌翼と最下段の撹拌翼の軸方向配置間隔、又は最上段の撹拌翼と先端部の掘削撹拌翼の軸方向配置間隔は、略１．０〜２．０ｍであることが好ましい。

本発明によれば、支持地盤が比較的浅い場合において特に好適な掘削撹拌装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る掘削撹拌装置を杭打機、オーガー等とともに示す図である。 本発明の掘削撹拌装置の一形態を示す図である。 本発明の掘削撹拌装置の別の形態を示す図である。 図３に示した掘削撹拌装置の平面図である。 本発明の掘削撹拌装置のさらに別の形態を示す図である。 上段側に共回り防止翼を備えていない本発明の掘削撹拌装置と比較すべき参考例の形態例を示す図である。 上段側に共回り防止翼を備えていない本発明の掘削撹拌装置と比較すべき参考例の形態例を示す図である。 図７に示した掘削撹拌装置の側面図である。 撹拌翼の翼について、別の形態の掘削撹拌装置の平面図である。 撹拌翼の翼について、別の形態の掘削撹拌装置の平面図である。 共回り防止翼を全く備えていない掘削撹拌装置を比較例として示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る機能パネル支持架台の実施形態について詳細に説明する。

図１〜図５、図９、図１０に本発明にかかる掘削撹拌装置１の実施形態を示す。図１、図２において、符号１はオーガー１３の下方先端部に取り付けられ、該オーガー１３よって回転駆動され、地盤改良すべき地中層を掘削、撹拌する掘削撹拌装置（掘削ロッド）１である。本実施形態における掘削撹拌装置１は、回転軸２、複数の撹拌翼３、掘削撹拌翼４、共回り防止翼５を有している。複数の撹拌翼３は、回転軸の上下方向に等間隔に段状に配置されて構成されている。掘削撹拌翼４は、回転軸の軸の先端部に配置されている。

図２において、回転軸２は、オーガー１３によって回転駆動される際の回転中心となる主軸である。本実施形態における掘削撹拌装置１の回転軸２は中空構造であり、セメントミルク等の液体を通じるための配管を兼ねている。また、回転軸２の軸の先端部２ａには、この掘削撹拌装置１が地盤Ｇを掘削する際にセメントミルク（地盤改良材としての硬化材の一例）を噴出するノズル（図示省略）が設けられている。さらに、回転軸２の軸の先端部２ａ側には、地盤Ｇを掘削し、セメントミルクと掘削土とを撹拌、混合する掘削撹拌翼４が設けられている。回転軸２の軸の先端部２ａ側の掘削撹拌翼４から上方に向けて、共回り防止翼５（第１共回り防止翼５１）、下段の撹拌翼（第１撹拌翼）３Ｌ、共回り防止翼５（第２共回り防止翼５２）、上段の撹拌翼（第２撹拌翼）３Ｈが順次、段状に回転軸２に設けられている。

複数の撹拌翼３および共回り防止翼５は、回転軸２の軸の長さ方向に沿って等間隔となるように配置されていることが好ましい。これらが等間隔となるように配置されていることで、掘削撹拌装置１が地盤Ｇを掘進する過程において、撹拌、混合の粗密が少なくなり、均一でムラのない地盤改良処理を実施することが可能となる。本実施形態では、先端部２ａ側から順次配置されている共回り防止翼５（第１共回り防止翼５１）、下段の撹拌翼（第１撹拌翼）３Ｌ、共回り防止翼５（第２共回り防止翼５２）、上段の撹拌翼（第２撹拌翼）３Ｈの設置間隔をほぼ均等としている。

図２において、下段の撹拌翼３Ｌ、上段の撹拌翼３Ｈは、回転軸２から複数の方向に放射状に延設されて、該回転軸２に固定された板状ないし棒状の部材からなる翼を有し、該翼が回転軸２とともに回転しながら地盤に進入することで、土を掘削し、細かく砕かれた土を掘削孔１０内で撹拌する。各段の撹拌翼３、掘削撹拌翼４を構成する翼の数は特に限定されないが、偶数枚であっても奇数枚であっても回転軸２を中心にして円周方向に等間隔（等角度）に配置されていることが、撹拌時の回転バランスといった点で好ましい。翼が偶数枚であれば回転軸２を中心として点（線）対称となる位置に配置されている。本実施形態では、各撹拌翼３が有する翼の数を２枚（１８０°間隔）又は４枚（９０°間隔）としている。翼数が４枚であれば、２枚の場合に比較すればオーガー１３による必要な回転トルクは大きくなるものの、その分、施工（撹拌）に要する時間を短縮化することが可能となる。他の実施形態としては、３枚（１２０°間隔）、６枚（６０°間隔）、８枚（４５°間隔）としても良い。ここで、該撹拌翼３の翼３ａの前縁３ａ1側は、撹拌翼の回転軸２の正転方向（掘進時の回転方向であり、回転軸を中心にして時計周りの方向。）に向って、側面視、水平方向に対して２０〜２５°程度で、緩やかに下方に傾斜している。また、該撹拌翼の翼（３ａ）は、断面視、方形であり、かつ方形の上下の角部が略水平方向に面取り（３ａ2）されている。これにより、翼数が多い撹拌翼又は掘削撹拌翼であっても土壌中での回転時に土の抵抗を低減することができ、土壌にセメントミルクを混ぜるに際し撹拌のムラが無くなる。

また、図２に示す掘削撹拌装置１においては、下段の撹拌翼３Ｌ、上段の撹拌翼３Ｈとも翼数が４枚である場合、撹拌翼の翼は、下段の撹拌翼３Ｌの各翼の直上に上段の撹拌翼３Ｈの翼が重なる（平面視で上下の撹拌翼の翼の位置が一致して重なる）ように配置されている。これは、他の形態、例えば下段の撹拌翼３Ｌの翼数が４、上段の撹拌翼３Ｈの翼数が２のような形態の場合にも、上段の撹拌翼３Ｈの各翼の直下に下段の撹拌翼３Ｌのいずれかの翼が位置するように配置することによって同様に平面視で上下の撹拌翼の翼の位置を一致させて重ねることが可能である。

あるいは、これとは異なり、図３、図４に示す通り、下段の撹拌翼３Ｌの各翼の直上には、上段の撹拌翼３Ｈの翼が重なっておらず、平面視で上下の撹拌翼の翼の位置が互いにずれるように、配置することができる。例えば図３、図４に示す掘削撹拌装置１においては、上段と下段の撹拌翼の翼数の組み合わせが共に４枚の場合であり、下段の撹拌翼３Ｌの各翼と上段の撹拌翼３Ｈの各翼とは、すべて互いに回転軸を中心にして円周方向に４５°ずつずれるように配置されている。

上記例に限らず、図９、図１０のように、上段と下段の撹拌翼の翼の平面視の位置をずらす場合の翼数の組み合わせの態様は、撹拌翼の翼数が上段、下段共に３枚の組み合わせ（下段の撹拌翼３Ｌの各翼と上段の撹拌翼３Ｈの各翼はすべて互いに回転軸を中心にして円周方向に６０ずつずれる態様）、撹拌翼の翼数が上段２枚、中段４枚、下段２枚の組み合わせ（下段の撹拌翼の各翼と上段の撹拌翼の各翼はすべて互いに回転軸を中心にして円周方向に４５°ずつずれる態様）なども好ましい態様となる。このとき、前記回転軸２の中心から放射状に延設される掘削撹拌翼の翼とその直上の撹拌翼の翼が回転軸２を中心として形成する角度、又は回転軸２の中心から放射状に延設される一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼の翼が回転軸を中心として形成する角度が９０°未満である。

ここで、一般に撹拌翼の翼数を増やすと、土中での撹拌翼の回転時に上段の撹拌翼と下段の撹拌翼の間に挟まれた土の逃げ場が無くなることで撹拌時の土の抵抗が大きくなることがある。しかし、このように回転軸に対して互いに上下の関係に配置される撹拌翼３の各翼の位置を平面視で互いにずらした場合、撹拌される土の上下方向への逃げ場が生じるので土の挟み込みがおこりにくくなる。これにより撹拌時の抵抗が軽減され、土の撹拌が効率的に行わる。すなわち、図４のように、掘削撹拌装置１を平面視で見た場合の翼間のスペースＳ２が、上下の撹拌翼３の各翼の位置が平面視で一致する場合における翼間のスペースＳ１よりも小さくなることから、撹拌時、土砂が大きな固まり（いわゆるダマの状態）になり難くなることが理解される。

また、図２において、掘削撹拌装置１は、回転軸２の軸の長さ方向に沿って回転軸２の軸の先端部２ａ側の掘削撹拌翼４と下段の撹拌翼３Ｌとの間隔Ｄ２、上段の撹拌翼３Ｈとの回転軸２の軸の長さ方向に沿った間隔Ｄ１が、掘削対象である地盤Ｇにおける単位改良深さ以内となるように設定されている。ここで、「単位改良深さ」とは、掘削対象である地盤Ｇにおける地表面から支持地盤等の改良土壌の底面までの改良深さと略等しい深さ又は該改良深さをｎ分の一（ｎは、２以上の整数とする）に分割した深さに略等しい深さを言う。例えば、地表面からの深さが十分に無く、浅い地盤改良層（一例として、改良深さが１．０ｍから２．０ｍまでの間にある層）を改良対象とする場合であれば、これら先端部２ａ側の掘削撹拌翼４と上段の撹拌翼３Ｈとの間隔Ｄ０が、改良深さ（１．０ｍ〜２．０ｍ）と略等しく設定されている場合は、間隔Ｄ０は「単位改良深さ」以内に設定されていると言える。また、第１の共回り防止翼５１を挟んだ下段の撹拌翼３Ｌと上段の撹拌翼３Ｈの間隔Ｄ１及び第２の共回り防止翼５２を挟んだ掘削撹拌翼４と下段の撹拌翼３Ｌとの間隔Ｄ２は共に、改良深さを二分の一に分割した深さに略等しい深さであるため、間隔Ｄ１及び間隔Ｄ２は「単位改良深さ」以内に設定されていると言える。

このような掘削撹拌装置１によれば、地表面から支持地盤までが浅く、地盤改良層の厚さが小さい場合であっても、当該単位改良深さの中に共回り防止翼を挟んで、これら撹拌翼３（３Ｌ，３Ｈ）又は掘削撹拌翼４をその上下に配置しているため、地盤改良層の上下方向にほぼ均等にムラなく撹拌を行うことができるようになる。

しかも、本実施形態の掘削撹拌装置１によれば、これら撹拌翼３（３Ｌ，３Ｈ）どうし、又は撹拌翼３（３Ｌ，３Ｈ）と掘削撹拌翼４の間に必ず共回り防止翼５が設けられていることから、これら撹拌翼３（３Ｌ，３Ｈ）どうし、又は撹拌翼３（３Ｌ，３Ｈ）と掘削撹拌翼４の間にある土砂が共回りするのを抑止し、効率よく撹拌してセメントミルクと混合することができる。

なお、ここでは、掘削撹拌翼４と上段の撹拌翼３Ｈとの間隔Ｄ０が「単位改良深さ」以内となるようにした掘削撹拌装置１について説明したが、これは好適な一例にすぎない。掘削撹拌翼４を除く、撹拌翼３の段数（回転軸の軸の長さ方向に沿って配置されている数）が３以上の場合（例えば図１０のように、下段の撹拌翼３Ｌ、中段の撹拌翼３Ｍ、上段の撹拌翼３Ｈで構成される場合）、中段の撹拌翼３Ｍと共に共回り防止翼を設け、撹拌翼３（３Ｌ、３Ｍ、３Ｈ）及び掘削撹拌翼４の間に必ず共回り防止翼が存在するように構成し、該共回り防止翼を挟んで、上段の撹拌翼３Ｈと中段の撹拌翼３Ｍとの間隔Ｄ１、中段の撹拌翼３Ｍと下段の撹拌翼３Ｌとの間隔Ｄ２、下段の撹拌翼３Ｌと掘削撹拌翼４との間隔Ｄ３を「単位改良深さ（改良深さに等しい深さ又は改良深さの整数分の一の深さと略等しい間隔）」以内となるようにした掘削撹拌装置１によっても、土壌改良層の厚さに対応させて、単位改良深さ毎に均等にムラなく撹拌を行うことが可能である。

また、図２において、 共回り防止翼５は、掘削孔１０の孔径を超える長さに形成されている翼で、一部（先端部）が掘削孔１０の孔壁に入り込んだ状態となり、掘削撹拌翼４と共回りしないようになっている。詳しくは図示していないが、共回り防止翼５はパイプ状の遊嵌設置手段５ｂ等を介して回転軸２に対して相対回転可能な状態で取り付けられている。また、この共回り防止翼５と撹拌翼３又は掘削撹拌翼４との間隔は、土をせん断方向に細かく砕くのに適するようにある程度狭い間隔に配置されており（図２参照）、良質な改良体を形成することに寄与する。例えば本実施形態の場合、下段の撹拌翼３Ｌと第２共回り防止翼５２との設置間隔、及び該第２共回り防止翼５２と上段の撹拌翼３Ｈとの設置間隔は、それぞれ、地盤Ｇの単位改良深さ（改良深さの略１／２）以内となっている。また、第１共回り防止翼５１と下段の撹拌翼３Ｌとの設置間隔も、地盤Ｇの単位改良深さ（改良深さの略１／２）以内となっている。

共回り防止翼５は、翼の規格である長さ寸法及び高さ寸法（軸の長さ方向の幅）も種々設定することができる。例えば、本実施形態の図３と図５の比較では、第２共回り防止翼５２の翼の略高さは、図３より図５のものを大型化している。すなわち、図３では、第２共回り防止翼５２は、第１共回り防止翼５１に比べて翼の高さ寸法の規格が大きい。他方、図５では、第２共回り防止翼５２と第１共回り防止翼５１の翼の高さ寸法の規格は略同じものとなっている。

共回り防止翼５を構成する翼の数もまた特に限定されるものではないが、各段の共回り防止翼５における翼数は２程度で十分である。各段の共回り防止翼５における各翼は、回転軸２を中心として円周方向に等間隔（等角度）に配置されていることが好ましい。

また、図２において、掘削撹拌装置１を構成する各翼（撹拌翼３、掘削撹拌翼４、共回り防止翼５）の軸方向に沿った設置間隔は、これら翼の略高さ寸法（軸方向における長さ・幅）であることが好適である。さらに、各翼（撹拌翼３、掘削撹拌翼４、共回り防止翼５）は、軸の長さ方向に略均等に段状に配置されていること好適である。本実施形態では、各翼（撹拌翼３、掘削撹拌翼４、共回り防止翼５）の軸方向に沿った設置間隔を、これら翼の略高さ寸法とし、尚かつ、各翼（撹拌翼３、掘削撹拌翼４、共回り防止翼５）を軸方向に略均等に配置している（図２等参照）。

オーガー１３は、鉛直方向に立設するリーダー１２に沿って掘削時や杭打時に移動可能に設けられており、当該リーダー１２の長手方向に沿って昇降する（図１（Ａ）参照）。オーガー１３には、掘削撹拌装置１の回転軸２が直接またはヤットコ（図示省略）を介して連結され、該オーガー１３が回転駆動することによって当該回転軸２を回転させ、掘削撹拌装置１を地盤Ｇに貫入させる（図１（Ｂ）参照）。掘削撹拌装置１の回転軸２が地盤Ｇに貫入する際、オーガー１３もリーダー１２に沿って降下する。また、掘削撹拌装置１の掘削撹拌翼４によって地盤Ｇを掘削する際、ノズル（図示省略）からセメントミルク（地盤改良材としての硬化材の一例）が噴出される。噴出されたセメントミルクは、該掘削撹拌翼４によって掘削土と撹拌、混合され、比較的浅い支持地盤Ｇにおいて深層混合処理（柱状改良）がなされる（図１（Ｃ）参照）。

図１は、柱状改良装置である杭打機１１は、上述のリーダー１２、オーガー１３、振れ止め装置１４などを有した重機である。該杭打機１１は、一般に地盤Ｇを掘削して当該掘削孔１０を深層混合処理（柱状改良）する場合、あるいは、当該地盤改良後の掘削孔１０に杭（例えば鋼管杭）を立設させながら回転させて埋設する等の施工をする場合に使用される重機である。

上述のように、この掘削撹拌装置１においては、回転軸２の軸の長さ方向に隣り合う撹拌翼３（本実施形態の場合、下段の撹拌翼３Ｌおよび上段の撹拌翼３Ｈ）の設置間隔Ｄ１が単位改良深さ以内に設定されている。このため、比較的深さが浅く厚さが小さい地盤改良層を施工の対象とした場合であっても、撹拌翼３が地盤Ｇ中に掘進する過程において単位改良深さ毎にほぼ均等にムラなく撹拌を行うことができる。しかも、この掘削撹拌装置１においては、回転軸２の軸の先端部２ａの掘削撹拌翼４や複数の撹拌翼３の間に必ず共回り防止翼５を配置し、これら共回り防止翼５や撹拌翼３を交互に配置した構成としている。さらに、各翼（撹拌翼３、掘削撹拌翼４、共回り防止翼５）の間隔を該翼の略高さ寸法に一致させ、尚かつ略等間隔に配置していることから、共回り防止翼５の翼端と撹拌翼３の翼端の間隔寸法がほぼ揃った状態となっている。このため、当該掘削撹拌装置１が当該地盤改良層を掘進する過程において、撹拌、混合の粗密が少なくなり、均一でムラのない地盤改良を実施することができる。また、このような掘削撹拌装置１を用い、撹拌混合処理を地盤Ｇの上下方向にムラなく行えば、少ない時間で必要な強度を発現する深層混合処理を行うことができ、地盤改良にたいへん有効である。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態においては、回転軸２の軸の先端部２ａ側から共回り防止翼５（第１共回り防止翼５１）、下段の撹拌翼（第１撹拌翼）３Ｌ、共回り防止翼５（第２共回り防止翼５２）、上段の撹拌翼（第２撹拌翼）３Ｈが順次配置され、尚かつこれらの軸方向設置間隔をほぼ均等とした掘削撹拌装置１を例示したが（図２参照）、これは好適例にすぎない。要は、本発明に係る掘削撹拌装置１は、（１）掘削撹拌翼４とその直上の撹拌翼３との回転軸の軸の長さ方向の設置間隔、ある段の撹拌翼３と、これと直上又は直下の段の撹拌翼３との回転軸の長さ方向の設置間隔が、掘削対象である地盤Ｇにおける単位改良深さ以内に設定されており、さらに、（２）回転軸２の軸の先端部２ａ側の掘削撹拌翼４、複数の撹拌翼３の間に共回り防止翼５が設けられることにより当該共回り防止翼５、撹拌翼３が順次配置された構成である点に特徴がある。したがって、図２に例示した掘削撹拌装置１の他にも、回転軸２の軸の先端部２ａから順に掘削撹拌翼４、共回り防止翼５、第１撹拌翼３、第２撹拌翼３が配置された掘削撹拌装置１や、さらに撹拌翼３の翼が回転方向に対して傾斜しており、尚かつ共回り防止翼５の外周方向端部に掘削孔１０の孔壁への摩擦力を向上させる突片５ａが形成されている掘削撹拌装置１であっても、これらの特徴を有するものである限りは本発明の実施形態の一つということができる。

また、上述の実施形態における掘削撹拌装置１は、特に、小規模な建築物（例えば住宅）に用いる地盤改良用の掘削、撹拌に好適であって、中でも支持地盤が比較的浅い場合の深層混合処理（柱状改良）に用いて好適なものであったが、適用対象がこれらに限られるわけではない。すなわち、上述したごとき構成の掘削撹拌装置１は、浅い地盤のみならず、支持地盤の深さが１０００ｍｍを超えるような深さの地盤に対して適用しても、少ない時間で必要な強度を発現する深層混合処理を行うことが可能なものである。

比較例

掘削撹拌装置１の撹拌翼３や共回り防止翼５の枚数（翼の数）といった条件、さらにその他の条件（撹拌翼３の取り付け角度、共回り防止翼５の形状、等）の違いによる掘削撹拌装置１の性能差を確認する試験が行われたので、以下、比較例、実施例として説明する。

ここで、土塊混入率について説明しておく。土塊混入率とは、掘削撹拌装置１による掘削、撹拌が行われた地盤に対して土塊がどのくらい混入したかを表す指標であり、撹拌、混合の粗密が少なく、均一でムラのない地盤改良であればあるほど値が小さくなる。具体的には、地盤面から所定深さの柱状改良部の水平断面を現して、５０ｍｍ間隔でメッシュ状のマスに区分して各マスの右下隅に爪楊枝を１ｃｍ以上差し込まれるものの個数のマスの母数に対する比率を言う。比率の値が小さければ、土塊の混入率が小さく、撹拌状態が良好であると評価される。

＜従来の掘削撹拌装置＞
図１１に示す、２枚１組の通常の撹拌翼（標準撹拌翼）３が上段（基端側）および下段（先端側）に配置されており、共回り防止翼を備えていない掘削撹拌装置を用いて地盤Ｇを掘削、撹拌する試験を実施した。この結果、土塊混入率は１２．４％だった。

＜タイプII＞
上述の実施形態において図２に示した掘削撹拌装置＜タイプII＞１を用いて地盤Ｇを掘削、撹拌する試験を実施した。この結果、土塊混入率は７．１％だった。

なお、試験した地盤はローム層であり、掘削撹拌装置の撹拌翼の設置間隔Ｄ０は、約９１０ｍｍ、間隔Ｄ１は、約４７５ｍｍ、間隔Ｄ２は、約４３５ｍｍである。

また、掘削撹拌装置の撹拌翼径は、約500〜800ｍｍである。

＜タイプIII＞
上述の実施形態において図３、図４に示した掘削撹拌装置＜タイプIII＞１を用いて地盤Ｇを掘削、撹拌する試験を実施した。この結果、土塊混入率は４．４％だった。

＜タイプIV＞
上述の実施形態において図５に示した掘削撹拌装置＜タイプIV＞１を用いて地盤Ｇを掘削、撹拌する試験を実施した。この結果、土塊混入率は略０％だった。

［参考例１］
＜標準撹拌翼＋共回り防止翼＞
図６に示す掘削撹拌装置１は、回転軸２の軸の先端部２ａから順に掘削撹拌翼４、共回り防止翼５、第１撹拌翼３、第２撹拌翼３が配置されている。この掘削撹拌装置１を用いて地盤Ｇを掘削、撹拌する試験を実施した。この結果、土塊混入率は１２．４％だった。なお、これは、図１１の従来の掘削撹拌装置の試験結果と同率であった。

［参考例２］
＜タイプI＞
図６に示した掘削撹拌装置１と同様、図７、図８に示す掘削撹拌装置１は、回転軸２の軸の先端部２ａから順に掘削撹拌翼４、共回り防止翼５、第１撹拌翼３、第２撹拌翼３が配置されており、さらに撹拌翼３が回転方向に対して傾斜しており、尚かつ共回り防止翼５の外周方向端部に掘削孔１０の孔壁への摩擦力を向上させる突片５ａが形成されている。この掘削撹拌装置１を用いて地盤Ｇを掘削、撹拌する試験を実施した。この結果、土塊混入率は１３．３％だった。図１１の従来の掘削撹拌装置の試験結果と同率であった。

上記実施例１〜実施例３と、＜従来の掘削撹拌装置＞参考例１、参考例２との比較によれば、本発明に係る、回転軸、該回転軸に配置される掘削撹拌翼及び複数の撹拌翼を有する掘削撹拌装置であって、前記掘削撹拌翼は、回転軸の軸の先端部側に配置され、前記複数の撹拌翼は、回転軸の軸の長さ方向に沿って段状に配置され、前記掘削撹拌翼とその直上の撹拌翼との回転軸の軸の長さ方向の配置間隔、又は一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼との回転軸の軸の長さ方向の配置間隔は、掘削対象である地盤の地表面から改良土壌の底面までの改良深さに略等しい間隔又は該改良深さをｎ分の一（ｎは、２以上の整数とする）に分割した深さに略等しい間隔である単位改良深さ以内に設定されており、前記掘削撹拌翼とその直上の撹拌翼との間及び一の撹拌翼の翼とその直上又は直下の他の撹拌翼の間には共回り防止翼が設けられることにより、掘削撹拌翼又は撹拌翼及び共回り防止翼が回転軸の軸の長さ方向に沿って順次交互に配置され、かつ略等間隔に配置されている掘削撹拌装置、さらには、前記撹拌翼の回転軸に配置される最上段の撹拌翼と先端部側の掘削撹拌翼との間隔は、前記単位改良深さ以内に設定されている掘削撹拌装置を使用することにより、掘削、撹拌に有利となり、土とセメントミルクが良く練り混ぜることで強度の高い柱状改良土を形成することができると理解される。

また、上記実施例１、実施例２の比較によれば、本発明に係る、回転軸、該回転軸に配置される掘削撹拌翼及び複数の撹拌翼を有する掘削撹拌装置であって、前記掘削撹拌翼は、回転軸の軸の先端部側に配置され、前記複数の撹拌翼は、回転軸の軸の長さ方向に沿って段状に配置され、前記複数の撹拌翼のうち少なくとも１つは３以上の翼を有し、前記掘削撹拌翼及び複数の撹拌翼の翼は、平面視で回転軸を中心にして放射状に延設され、前記掘削撹拌翼の翼とその直上の撹拌翼の翼の位置、又は一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼の翼の位置は、平面視で回転軸を中心にして互いにずれている掘削撹拌装置、さらには、前記掘削撹拌翼の翼とその直上の撹拌翼の翼が平面視で回転軸を中心とする角度、又は一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼の翼が回転軸を中心とする角度は、９０°未満である掘削撹拌装置を使用することにより、掘削、撹拌に有利となり、土とセメントミルクが良く練り混ぜることで強度の高い柱状改良土を形成することができると理解される。

本発明は、特に、建造物の支持地盤が比較的浅い場合の地盤改良に適用して好適である。

１…掘削撹拌装置
２…回転軸
２ａ…回転軸の軸の先端部
３…撹拌翼
３ａ…翼
３ａ1…翼の前縁
３ａ2…翼の上下角部の面取り面
３Ｌ…下段の撹拌翼
３Ｍ…中段の撹拌翼
３Ｈ…上段の撹拌翼
４…掘削撹拌翼
５…共回り防止翼
５ａ…突片
５ｂ…遊嵌設置手段
１０…掘削孔
Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２…撹拌翼同士、又は掘削撹拌装置と撹拌翼との設置間隔
Ｇ…地盤

Claims (7)

1. 回転軸、該回転軸に配置される掘削撹拌翼及び複数の撹拌翼を有する掘削撹拌装置であって、
   前記掘削撹拌翼は、回転軸の軸の先端部側に配置され、
   前記複数の撹拌翼は、回転軸の軸の長さ方向に沿って段状に配置され、
   前記掘削撹拌翼とその直上の撹拌翼との回転軸の軸の長さ方向の配置間隔、又は一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼との回転軸の軸の長さ方向の配置間隔は、掘削対象である地盤の地表面から改良土壌の底面までの改良深さに略等しい間隔又は該改良深さをｎ分の一（ｎは、２以上の整数とする）に分割した深さに略等しい間隔である単位改良深さ以内に設定されており、
   前記掘削撹拌翼とその直上の撹拌翼との間及び一の撹拌翼とその直上又は直下の他の撹拌翼の間には共回り防止翼が設けられることにより、掘削撹拌翼又は撹拌翼及び共回り防止翼が回転軸の軸の長さ方向に沿って順次交互に配置され、かつ略等間隔に配置されていることを特徴とする掘削撹拌装置。
2. 前記撹拌翼の回転軸に配置される最上段の撹拌翼と先端部側の掘削撹拌翼との間隔は、前記単位改良深さ以内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の掘削撹拌装置。
3. 回転軸、該回転軸に配置される掘削撹拌翼及び複数の撹拌翼を有する掘削撹拌装置であって、
   前記掘削撹拌翼は、回転軸の軸の先端部側に配置され、
   前記複数の撹拌翼は、回転軸の軸の長さ方向に沿って段状に配置され、
   前記複数の撹拌翼のうち少なくとも１つは３以上の翼を有し、
   前記掘削撹拌翼及び複数の撹拌翼の翼は、平面視で回転軸を中心にして放射状に延設され、
   前記掘削撹拌翼の翼とその直上の撹拌翼の翼の位置、又は一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼の翼の位置は、平面視で回転軸を中心にして互いにずれていることを特徴とする掘削撹拌装置。
4. 前記放射状に延設される掘削撹拌翼の翼とその直上の撹拌翼の翼が平面視で回転軸を中心として形成する角度又は放射状に延設される一の撹拌翼の翼とその直上もしくは直下の他の撹拌翼の翼が回転軸を中心として形成する角度は、９０°未満であることを特徴とする請求項３に掘削撹拌装置。
5. 前記複数の撹拌翼又は掘削撹拌翼の各々は、複数の翼を有し、該翼は回転軸を中心にして放射状に延設され、かつ回転軸を中心にした円周方向に対して等間隔に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の掘削撹拌装置。
6. 前記複数の撹拌翼又は掘削撹拌翼の翼の前縁の各々は、側面視、回転軸の正転方向に対して下方に傾斜していることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の掘削撹拌装置。
7. 前記回転軸に配置される最上段の撹拌翼と最下段の撹拌翼の軸方向配置間隔、又は最上段の撹拌翼と先端部の掘削撹拌翼の軸方向配置間隔は、略１．０〜２．０ｍであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の掘削撹拌装置。

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