JP2015218530A - 共回り防止翼付き掘削撹拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シンプルな構造により、共回り防止翼付近に生じやすい土塊の付着を確実に抑制できる共回り防止翼付き掘削撹拌装置を提供する。
【解決手段】 本装置は、地中で回転する回転軸２と、回転軸２の下端部に突設され土砂を掘削する掘削翼３と、回転軸２において掘削翼３よりも所定距離だけ上方に設けられ、回転軸２を周回し回転軸２に対して遊嵌されるボス部７ａを有する共回り防止翼７とを備える。共回り防止翼７の基端部側に一体的に設けられると共に、共回り防止翼７から掘削翼３に向けて延設される排土板１０を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、深層混合処理工法などの地盤改良工法に使用され、掘削土が掘削翼や撹拌翼と共に回転する事態を防止する共回り防止翼付き掘削撹拌装置に関するものである。

土壌の粘性が高い（例えば、粘土やシルト等）場合、掘削された土砂及び固化材ミルクが掘削翼の回転につれて共回りしようとするが、共回り現象が発生すると、固化材ミルクと土砂の撹拌が不足して不均質なコラムが造成されてしまうため、共回り防止翼が必要となる。

具体的には、特許文献１（特許第１１９７２９５号公報）に開示されるように、回転軸の下端部に掘削翼を設けたオーガ式の掘削装置では、掘削翼の回転外径である掘削径よりも、大径の共回り防止翼を、回転軸に遊嵌させるのが望ましい。

このようにすると、地中において、駆動手段により回転軸が盛んに回転する一方、共回り防止翼は、周囲の地山に邪魔されてほとんど回転しない。言い換えると、回転軸と共回り防止翼とにおいて、大きな角速度差が生じることになり、この角速度差により、共回り防止翼を境界として、その上側と下側（掘削翼側）の土壌が縁切りされることになる。

特許文献２（特開２００４−３３８７８８号公報）が指摘するように、共回り防止翼と掘削翼が離れすぎていると、上記縁切りの効果が低減し好ましくない。一方、これらが近づき過ぎていると、共回り防止翼と掘削翼の間に土塊等が付着したり、この間に礫等の異物を挟み込む等の不具合を生じ、著しく撹拌混合の効果が低下してしまう。土塊等の付着は、現場土壌が粘土、シルクなど粘性が高いものであるときに顕著となる。

特許文献２は、土塊の付着対策として、撹拌翼に超音波振動を印加する技術を開示しているが、効果のほどは不明である。
特許第１１９７２９５号公報 特開２００４−３３８７８８号公報

そこで本発明は、シンプルな構造により、共回り防止翼付近に生じやすい土塊の付着を確実に抑制できる共回り防止翼付き掘削撹拌装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る共回り防止翼付き掘削撹拌装置は、地中で回転する回転軸と、回転軸の下端部に突設され土砂を掘削する掘削翼と、回転軸において掘削翼よりも所定距離だけ上方に設けられ、回転軸を周回し回転軸に対して遊嵌されるボス部を有する共回り防止翼とを備える共回り防止翼付き掘削撹拌装置であって、共回り防止翼の基端部側に一体的に設けられると共に、共回り防止翼から掘削翼に向けて延設される排土板を有する。

この構成において、回転軸と同期して回転する土塊を旋盤のワークに相当するものとすれば、排土板が旋盤のバイトに相当する役割を果たす。このため、土塊が付着しやすい箇所において、排土板が土塊を有効に除去し、土塊付着現象をシンプルな構成のみで有効に抑制することができる。

ここで望ましくは、排土板は、ボス部及び／又はボス部よりも外周側において共回り防止翼自体に固着される。

この構成により、回転軸と排土板とに角速度差を付与することができ、土塊が付着しやすい箇所において、排土板が土塊を有効に除去できる。しかも、ボス部や共回り防止翼自体を排土板の支持部材として活用でき、地中において土壌を掘削する苛烈な現場においても、無理なく排土板を追加できる。

さらに望ましくは、排土板は、共回り防止翼よりも幅広に形成されると共に、共回り防止翼の上下に延出する。

この構成により、土塊が付着しやすい箇所まで排土板を届かせることができる。

本発明によれば、排土板がバイトで回転軸付近に付着しようとする土塊が旋盤に固定されるワークのような関係を、常に維持できるから、排土板が土塊を刮ぎ取り、共回り防止翼の基端部付近に付着する現象を、確実に抑制できる。その結果、粘性が高い土壌であっても、良好な掘削撹拌効果が得られやすい。

（比較例）
さて、本発明の実施の形態の説明に先立ち、比較例とそれによる土塊付着現象について具体的に説明する。ここで、図５は比較例における掘削撹拌装置の正面図、図６は同装置の側面図、図７は同装置に付着した土塊を示す写真である。

比較例における掘削撹拌装置は、次のように構成される。即ち図５において、回転軸２は、中心線１を有し、中心線１を中心に矢印Ｎ方向又はその逆方向に図示しない駆動手段による回転力を印加され、正転又は逆転する。なお、正転／逆転は、駆動手段により下降又は上昇する動作を考慮して切り替えられる。地中において、土壌の抵抗や振動などにより、中心線１の位置が若干変動することはあるが、以下、中心線１の位置は固定されていることを前提として説明を行う。

中心線１が固定されているので、回転軸２の下端部に設けられる掘削翼３の先端縁は、中心線１を中心とする円軌道を描く。より具体的には、掘削翼３の下側には複数の爪３ａが設けられており、これらの爪３ａが土壌に食い込みながら回転することにより、掘削が進行する。

共回り防止翼７は、回転軸２において掘削翼３よりも所定距離だけ上方に設けられる。具体的には、共回り防止翼７の中心部（基端部）は、回転軸２を周回し回転軸に対して遊嵌されるボス部７ａとなっており、ボス部７ａの上下には、回転軸２から外径方向にフランジ上に設けられる上ストッパ５と下ストッパ６とが位置する。

上ストッパ５よりもさらに上方には、掘削翼３に直交する（但し、直交することは必須でなく任意事項である。）撹拌翼４の基端部が固着される。

さて、上述したように、回転軸２が回転すると、それと一体的に撹拌翼４と掘削翼３が回転するが、共回り防止翼７はほとんど静止し、大きな角速度差が生じる。

土壌の立場で考えると、この角速度差により、共回り防止翼７の土壌はねじられた状態にある。そして、半径方向において周速度は半径に比例するため、掘削翼３の先端部付近では周速度が大きくなり、土壌の付着は少ない。一方、回転軸２の付近、つまり共回り防止翼７の基端部付近において周速度が小さくなり、土壌が付着しやすい。

その結果、共回り防止翼７と掘削翼３の間、及び撹拌翼４の基端部付近に土塊９、８が形成されやすくなる。この傾向は、回転軸２に近い領域で顕著になる。

土塊８、９の付着が顕著になると、図７に示すように、付着した土塊８、９が周囲の土壌と連鎖的に結合してしまい、撹拌混合の効果が著しく低下してしまう。より具体的には、貫入速度が著しく低下したり、滑って貫入自体が不能になる等、好ましくない結果となる。このような現象は、共回り防止翼７を設けるだけでは解決できないし、これに対し、シンプルで、かつ有効な対策技術は知られていない。実際、掘削翼３等の付け根付近に付着する土塊の粘性力が強く、少々の外力を加えた程度では除去できない。この点からすると、特許文献２は有効な対策とは言い難い。

（実施の形態１）
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の正面図、図２は同装置の側面図である。

図１、図２において、比較例を示す図５、図６と同様の要素については、同一符号を付すことにより、重複する説明を省略する。なお、図１、図２では、共回り防止翼７と掘削翼３あるいは共回り防止翼７と撹拌翼４の各ペアを一段のみ図示しているが、勿論、これらを複数段上下に設ける場合にも、本発明は同様に適用できるものであって、このような場合も本発明の保護範囲に包含される。

本発明者は、上記現象について次のように考察した。土塊は、共回り防止翼７の上下でねじられており、もっぱら回転軸２（即ち、掘削翼３及び撹拌翼４）とほぼ同期して回転するものと考えられる。

ここで、回転軸２を旋盤の回転軸と見立てると、土塊は、旋盤に取り付けられた被切削対象であるワークと見なせる。言うまでもなく、旋盤では、ワーク側を回転軸に軸着し回転軸と一体的に回転させる。一方、ワークを切削するバイトは、旋盤の一定位置に固定され、その先端部がワークに臨むようになっている。

図１、図２に示す装置において、土塊をワークと見立てると、旋盤のバイトに相当する要素はどのように構成するのが合理的かと、本発明者は考察した。旋盤では、バイトとワークの角速度差を利用して切削加工を行う。図１、図２に示す装置において、回転軸２と角速度差を有する要素は、共回り防止翼７である。

そうだとすれば、共回り防止翼７と一体的に動作する部材であって、土塊が付着しやすい部分へ臨むものを設ければよい。以上のような考察をなした本発明者は、秘密裏に試作品を作成し、効果を確認したところ、予想以上の効果があることがわかり、本発明を完成するに至ったものである。

ここで、旋盤のバイトに相当する部材を排土板と命名すると、この排土板を、共回り防止翼７の基端部側に一体的に設け、共回り防止翼７から掘削翼３に向けて延設すればよい。

図２に示すように、望ましくは、排土板１０を、ボス部７ａに固着すればよい。あるいは、図１に示すように、ボス部７ａよりも外周側において共回り防止翼７自体に固着するとよい。

図１、図２に示すように、排土板１０、１１の形状として、共回り防止翼７よりも幅広に形成し、共回り防止翼７の上下に延出させると良い。より具体的には、図示しているように、略コあるいはヨ字状の板で排土板１０、１１を構成するのが望ましい。

排土板１０、１１の取り付けは、ボルト・ナットによっても良いし、溶接によっても良く、周知の固着手法によれば差し支えない。

排土板１０、１１の材料は、共回り防止翼７と同じもの或いは同等の強度を有するものとすればよい。なお、旋盤のバイトとは異なり、金属を切削するものではない（切削対象は土である。）から、排土板１０、１１の先端部を鋭利で高強度とするような特殊な加工は通常不要であるが、しても良い。

勿論、図示したものは例示に過ぎず、土塊を切削し排除できるものであれば、排土板１０、１１の形状、取り付け位置、個数等は任意に変更できる。上述したように、ペアを複数段上下に設ける場合には、それぞれ排土板１０、１１をそれぞれ設けるのが望ましい。さらには、排土板１０、１１の一方のみを設けても、実用上十分な効果が得られるから、そのような場合も本発明の保護範囲に包含される。

以上のように、小さな板部材を共回り防止翼７に追加するだけという極めてシンプルな加工を行うだけで、土塊の付着現象を有効に抑制することができる。

（実施の形態２）
図３、図４は本発明の実施の形態２における掘削撹拌装置の正面図である。実施の形態１から分かるように、本発明は、図３、図４に示すように回転軸２、２’が複数ある、多軸方式の掘削撹拌装置にも同様に適用できる。

一般的に多軸方式の掘削撹拌装置では、回転軸２、２’が逆方向に回転する構成が採られることが多いが、図３に示すように、各部材であるところの回転軸２、２’、掘削翼３、３’、撹拌翼４、４’、ボス部７ａ、７ａ’、排土板１０、１０’が同レベルに対称に配置される場合だけでなく、図４に示すように、撹拌翼４、４’等が上下にずらして配置される場合もある。

さて、多軸方式の掘削撹拌装置では、ボス部７ａ、７ａ’と一体的に設けられ、地中でほとんど回転しない部材７、７’は、連結軸受と呼称されることが多い。しかしながら、連結軸受は、地中でほとんど回転せず、その上下で回転軸２、２’と一体的に回転する撹拌翼４、４’や掘削翼３、３’によってねじられる土壌を縁切りするという点では、実施の形態１における共回り防止翼７と等価であり、共回り防止翼７’に固定される排土板１０’は旋盤のバイトに相当する部材であり、実施の形態１と排土板１０と同等である。

このため、本発明にいう「共回り防止翼」とは、一般よりも広義であり、多軸方式における連結軸受を含むものである。

本発明に係る共回り防止翼付き掘削撹拌装置は、例えば、地盤改良等を行う分野において好適に利用できる。

本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の正面図 本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の側面図 本発明の実施の形態２における掘削撹拌装置の正面図 本発明の実施の形態２における掘削撹拌装置の側面図 比較例における掘削撹拌装置の正面図 比較例における掘削撹拌装置の側面図 比較例における掘削撹拌装置に付着した土塊を示す写真

１ 中心線
２、２’ 回転軸
３、３’ 掘削翼
３ａ 爪
４、４’ 撹拌翼
５ 上ストッパ
６ 下ストッパ
７、７’ 共回り防止翼
７ａ、７ａ’ ボス部
８、９ 土塊
１０、１０’、１１ 排土板

Claims (4)

1. 地中で回転する回転軸と、
   前記回転軸の下端部に突設され土砂を掘削する掘削翼と、
   前記回転軸において前記掘削翼よりも所定距離だけ上方に設けられ、前記回転軸を周回し前記回転軸に対して遊嵌されるボス部を有する共回り防止翼とを備える共回り防止翼付き掘削撹拌装置であって、
   前記共回り防止翼の基端部側に一体的に設けられると共に、前記共回り防止翼から前記掘削翼に向けて延設される排土板を有することを特徴とする共回り防止翼付き掘削撹拌装置。
2. 前記排土板は、前記ボス部に固着される請求項１記載の共回り防止翼付き掘削撹拌装置。
3. 前記排土板は、前記ボス部よりも外周側において前記前記共回り防止翼自体に固着される請求項１記載の共回り防止翼付き掘削撹拌装置。
4. 前記排土板は、前記前記共回り防止翼よりも幅広に形成されると共に、前記共回り防止翼の上下に延出する請求項１から３のいずれかに記載の共回り防止翼付き掘削撹拌装置。