JP2016156123A

JP2016156123A - 地盤改良装置

Info

Publication number: JP2016156123A
Application number: JP2015032408A
Authority: JP
Inventors: 功樹高倉; Koki Takakura
Original assignee: Epokoramu Kiko KK
Current assignee: Epokoramu Kiko KK
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: JP6307458B2

Abstract

【課題】様々な地盤に対して良好に地盤改良を行うことができる地盤改良装置を提供すること。
【解決手段】本発明では、二重管状の内側軸（１７）と外側軸（１８）とを有し、内側軸（１７）に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼（２５）を設けるとともに、外側軸（１８）に中途部を外方へ膨出させた外側撹拌翼（２６）を設けた地盤改良装置（１）において、内側撹拌翼（２５）と外側撹拌翼（２６）とをそれぞれ独立して所定の回転方向・回転速度で回転させる制御装置（２１）を有することにした。前記制御装置（２１）は、掘削する地盤（２）の土質性状や掘進速度に応じて制御することもでき、掘削した地盤（２）に注入する地盤改良材の注入形態もあわせて制御することもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、掘削した地盤に地盤改良材を撹拌混合させることで地盤の改良を行う地盤改良装置に関するものである。

従来より、軟弱地盤の強化や汚染地盤の浄化などを目的として、地盤改良装置を用いて地盤を掘削しながら掘削した地盤に地盤改良材（固化剤や浄化剤など）を吐出し、地盤改良材と土壌とを撹拌混合することによって地盤の改良を行っている。

この地盤改良作業において用いられる地盤改良装置としては、掘削軸を内側軸と外側軸とで二重管状に形成し、内側軸に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼を設けるとともに、外側軸に中途部を外方へ膨出させた外側撹拌翼を設けた地盤改良装置が広く知られている（たとえば、特許文献１参照。）。

上記従来の地盤改良装置では、内側軸と外側軸とで二重管状に形成された掘削軸を反転変速機を介して駆動モータに取付けており、駆動モータを駆動することで、内側軸と外側軸とがそれぞれ反対方向に向けて所定の速度で回転するように構成している。これにより、上記従来の地盤改良装置では、内側撹拌翼と外側撹拌翼がそれぞれ反対方向に向けて所定の速度で回転して地盤改良材と土壌との撹拌混合を行うようにしている。

特開２００７−１７７５４０号公報

上記従来の地盤改良装置では、内側撹拌翼と外側撹拌翼とがそれぞれ反対方向に向けて所定の速度で回転することで地盤改良材と土壌との撹拌混合が行われるために、撹拌混合性能が高く、地盤を良好に改良することができるものである。

しかしながら、地盤改良の対象となる地盤は、土質が深度方向や平面方向によって必ずしも同一ではなく、土質が異なるにもかかわらず内側撹拌翼と外側撹拌翼とを常に一定方向に一定速度で回転させると、地盤を均一に改良することができないおそれがある。特に、地盤が粘着性の高い粘性土等の場合には、内側撹拌翼と外側撹拌翼とを常に一定方向に一定速度で回転させると、一部の土壌が内側撹拌翼又は外側撹拌翼の回転に連れ回り、解砕されずに粘性土塊となって残存する現象が生じるおそれがある。

そこで、請求項１に係る本発明では、二重管状の内側軸と外側軸とを有し、内側軸に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼を設けるとともに、外側軸に中途部を外方へ膨出させた外側撹拌翼を設けた地盤改良装置において、内側撹拌翼と外側撹拌翼とをそれぞれ独立して所定の回転方向・回転速度で回転させる制御装置を有することにした。

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記制御装置は、掘削する地盤の土質性状に応じて制御することにした。

また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記制御装置は、掘進速度に応じて制御することにした。

また、請求項４に係る本発明では、前記請求項１〜請求項３のいずれかに係る本発明において、前記制御装置は、掘削した地盤に注入する地盤改良材の注入形態も制御することにした。

また、請求項５に係る本発明では、前記請求項１〜請求項４のいずれかに係る本発明において、前記内側撹拌翼又は外側撹拌翼は、掘削した地盤に面する形状を回転方向によらず同一の形状とすることにした。

また、請求項６に係る本発明では、前記請求項１〜請求項４のいずれかに係る本発明において、前記内側撹拌翼又は外側撹拌翼は、掘削した地盤に面する形状を回転方向によって異なる形状とすることにした。

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

すなわち、本発明では、二重管状の内側軸と外側軸とを有し、内側軸に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼を設けるとともに、外側軸に中途部を外方へ膨出させた外側撹拌翼を設けた地盤改良装置において、内側撹拌翼と外側撹拌翼とをそれぞれ独立して所定の回転方向・回転速度で回転させる制御装置を有することにしているために、内側撹拌翼と外側撹拌翼の回転方向や回転速度を異ならせることができ、撹拌混合中に一部の土壌が内側撹拌翼や外側撹拌翼の回転に連れ回るのを防止することができ、地盤改良を良好に行うことができる。

特に、掘削する地盤の土質性状に応じて制御することにした場合には、深度方向によって土質が異なっていても、異なる土質の地盤を良好に改良することができる。

また、掘進速度に応じて制御することにした場合には、たとえば掘進速度が遅い場合には内側撹拌翼や外側撹拌翼の回転速度を遅くしてトルクを増大させることができ、掘進速度が速い場合には内側撹拌翼や外側撹拌翼の回転速度を速くして撹拌混合を十分に行わせることができ、掘進速度に応じて地盤を良好に改良することができる。

また、掘削した地盤に注入する地盤改良材の注入形態も制御することにした場合には、地盤に適する形態で地盤改良材を注入することができる。

また、内側撹拌翼又は外側撹拌翼の掘削した地盤に面する形状を回転方向によらず同一の形状とすることにした場合には、内側撹拌翼又は外側撹拌翼をいずれの方向に回転させても同一の態様で撹拌混合を行うことができる。

また、内側撹拌翼又は外側撹拌翼の掘削した地盤に面する形状を回転方向によって異なる形状とすることにした場合には、内側撹拌翼又は外側撹拌翼の回転方向によって異なる態様で撹拌混合を行うことができる。

地盤改良装置を示す説明図。同拡大正面説明図。同拡大平面説明図。地盤改良材の吐出位置を示す説明図。撹拌翼の断面形状を示す断面説明図。撹拌翼の断面形状を示す断面説明図。撹拌翼の断面形状を示す断面説明図。

以下に、本発明に係る地盤改良装置の具体的な構成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、地盤改良装置１は、地盤２を掘削するとともに、掘削した土壌と地盤改良材とを撹拌混合することで、地盤２の強度や性状を改良するものである。この地盤改良装置１は、重機３の前端部に支柱４を立設し、この支柱４に掘削撹拌機構５を昇降自在に取付けている。この掘削撹拌機構５には、地盤改良材供給機構６がスイベルジョイント７を介して接続されている。地盤改良材供給機構６は、地盤改良材貯留タンク８と水槽９とを地盤改良材混合プラント10に接続するとともに、地盤改良材混合プラント10に地盤改良材吐出ポンプ11を接続して、地盤改良材を掘削撹拌機構５に供給するように構成している。

掘削撹拌機構５は、支柱４の前側部に昇降支持体12を昇降自在に取付け、この昇降支持体12に駆動体13を取付け、駆動体13に上下方向に伸延させた掘削軸14の基端部（上端部）を取付け、掘削軸14の先端部（下端部）に掘削翼15と撹拌翼16とを先端側から順に取付けている。

駆動体13は、図２に示すように、掘削軸14を構成する内側軸17と外側軸18とにそれぞれ接続された駆動モータ19,20を有する。これらの駆動モータ19,20には、コンピュータからなる制御装置21が接続されており、制御装置21でそれぞれ独立して駆動制御される。なお、制御装置21は、駆動モータ19,20だけでなく、地盤改良装置１の各部をも駆動制御する。

掘削軸14は、図２及び図３に示すように、同軸上に回転中心軸を配置した中空円筒状の内側軸17と外側軸18とで二重管状に形成されている。掘削軸14は、内側軸17の先端部を外側軸18の先端部よりも下方へ向けて突出させている。これらの内側軸17又は外側軸18は、駆動モータ19,20によってそれぞれ独立して所定の回転方向（左回り又は右回り）に所定の回転速度で回転する。

掘削翼15は、内側軸17の先端部外周面に２個の平板状の掘削翼体22を円周方向へ向けて180度の間隔をあけて外方へ向けて放射状に取付け、各掘削翼体22の下部に複数個の掘削ビット23を間隔をあけて取付けている。掘削翼15は、内側軸17の回転に伴って掘削翼体22,22が回転し、掘削ビット23で地盤２を掘削する。

撹拌翼16は、最内側撹拌翼24と、その外周側に配置される内側撹拌翼25と、さらにその外周側に配置される外側撹拌翼26とで構成している。

最内側撹拌翼24は、外側軸18の先端部外周面に２個の平板状の最内側撹拌翼体27を円周方向へ向けて180度の間隔をあけて外方へ向けて放射状に取付けている。

内側撹拌翼25は、内側軸17の先端部に２個の内側撹拌翼体28を円周方向へ向けて180度の間隔をあけて外方へ向けて放射状に取付けている。各内側撹拌翼体28は、外方下部へ向けて傾斜状に伸延する内側撹拌翼上部片29と、下方へ向けて垂直状に伸延する内側撹拌翼中途部片30と、外方上部へ向けて傾斜状に伸延する内側撹拌翼下部片31とで、中途部を外方へ向けて膨出させた側面視で略コ字状に形成している。各内側撹拌翼体28は、内側撹拌翼下部片31を内側軸17の先端部側に取付けるとともに、内側撹拌翼上部片29を環状体32に取付け、環状体32を外側軸18の外周面に回動自在に遊嵌させている。また、各内側撹拌翼体28は、内側撹拌翼上部片29の上部や内側撹拌翼中途部片30の内側部や外側部に撹拌片33,34,35を取付けるとともに、内側撹拌翼中途部片30と内側軸17との間に連結片36を取付けている。

外側撹拌翼26は、外側軸18の先端部に３個の外側撹拌翼体37を円周方向へ向けて120度の間隔をあけて外方へ向けて放射状に取付けている。各外側撹拌翼体37は、外方下部へ向けて傾斜状に伸延する外側撹拌翼上部片38と、下方へ向けて垂直状に伸延する外側撹拌翼中途部片39と、外方上部へ向けて傾斜状に伸延する外側撹拌翼下部片40とで、中途部を外方へ向けて膨出させた側面視で略コ字状に形成している。各外側撹拌翼体37は、外側撹拌翼上部片38を外側軸18の先端部側に取付けるとともに、外側撹拌翼下部片40を環状体41に取付け、環状体41を内側軸17の外周面に回動自在に遊嵌させている。また、各外側撹拌翼体37は、外側撹拌翼上部片38の下部や外側撹拌翼中途部片39の内側部に撹拌片42,43を取付けている。

撹拌翼16は、以上に説明するように構成しており、内側軸17の回転に伴って内側撹拌翼25が所定の回転方向（左回り又は右回り）に所定の回転速度で回転し、外側軸18の回転に伴って最内側撹拌翼24と外側撹拌翼26が内側撹拌翼25とは独立して所定の回転方向（左回り又は右回り）に所定の回転速度で回転する。

この撹拌翼16は、図４に示すように、地盤２の内部において掘削した土壌に向けて地盤改良材を注入するために、内側撹拌翼25の上部（内側撹拌翼上部片29）や中途部（内側撹拌翼中途部片30）や下部（内側撹拌翼下部片31）や、外側撹拌翼26の上部（外側撹拌翼上部片38）や中途部（外側撹拌翼中途部片39）や下部（外側撹拌翼下部片40）に地盤改良材注入口44〜49を形成している。各地盤改良材注入口44〜49は、地盤改良材供給機構６にそれぞれ注入装置50〜55を介して接続されている。各注入装置50〜55には、制御装置21が接続されており、制御装置21でそれぞれ独立して注入制御される。なお、地盤改良注入口43〜48は、全てを設ける必要はなく、適宜選択して設けてもよく、また、掘削軸14や掘削翼15などに設けてもよい。

地盤改良装置１は、以上に説明したように構成しており、制御装置21で駆動モータ19,20を駆動制御するとともに、注入装置50〜55を注入制御することで、地盤２を掘削しながら、掘削した土壌と注入した地盤改良材とを撹拌混合して、地盤２を改良する。

その際に、地盤改良装置１は、制御装置21によって内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の回転方向や回転速度をそれぞれ独立して適宜制御するようにしている。

このように、地盤改良装置１では、内側撹拌翼25と外側撹拌翼26とをそれぞれ独立して所定の回転方向・回転速度で回転させる制御装置21を有することで、内側撹拌翼25と外側撹拌翼26の回転方向や回転速度を異ならせることができ、撹拌混合中に一部の土壌が内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の回転に連れ回るのを防止することができるので、地盤改良を良好に行うことができる。特に、地盤が粘着性の高い粘性土等の場合には、内側撹拌翼25と外側撹拌翼26の回転方向や回転速度を適宜変更することで、一部の土壌が内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の回転に連れ回り解砕されずに粘性土塊となって残存する現象を防止することができる。

内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の回転方向や回転速度の制御は、掘削する地盤２の土質性状に応じて制御することもできる。たとえば、改良する地盤２を予めボーリング調査しておき、ボーリング調査により得られたボーリング柱状図などに基づいて、深度（土層）毎に内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の回転方向や回転速度を制御してもよい。これにより、地盤改良装置１では、深度方向によって土質が異なっていても、異なる土質の地盤２を良好に改良することができる。

また、内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の回転方向や回転速度の制御は、掘進速度に応じて制御することもできる。制御装置21で掘進速度（昇降支持体12の降下速度）を計測し、たとえば、掘進速度が遅い場合には内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の回転速度を遅くしてトルクを増大させたり、掘進速度が速い場合には内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の回転速度を速くして撹拌混合を十分に行わせることができる。これにより、地盤改良装置１では、掘進速度に応じて地盤２を良好に改良することができる。

また、内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の回転方向や回転速度の制御とともに掘削した地盤２に注入する地盤改良材の注入形態も制御してもよい。ここで、地盤改良材の注入形態とは、地盤２に注入する地盤改良材の注入位置や注入量や注入速度や注入断面形状や注入方向などを指す。上記地盤改良装置１では、実際に地盤２に注入する注入装置50〜55（地盤改良材注入口44〜49）を異ならせることで、地盤２に注入する地盤改良材の注入位置や注入量などを変えて、様々な注入形態で地盤改良材を注入するようにしている。これにより、地盤改良装置１では、地盤２に適する形態で地盤改良材を注入することができる。

さらに、内側撹拌翼25や外側撹拌翼26は、図５に示すように、水平断面形状を様々な形状とすることもできる。

内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の断面形状は、改良する地盤２の土壌性状などに応じて適宜選択することができる。たとえば、四角形断面は、砂質土等のように翼への付着が少なく翼通過に伴う土壌の分散範囲が広いような土壌において撹拌混合度を高めたい場合に適する。菱形断面は、粘着力の高い粘土地盤等のように回転速度を高めて翼への付着を防止し粘土塊の解砕を行いたい場合に適する。台形断面や三角形断面や半円弧断面は、翼の回転に伴って土壌を翼内に取り込み、周辺地盤への撒き出しや側方変位を防止したい場合に適する。直角三角形断面は、深度によって粘性土層と砂質土層とがあって回転方向を変えることでそれぞれの層を良好に撹拌混合させる必要がある場合に適する。

また、断面形状を、図５(a)〜（d)に示すように、回転軸の法線（図５中に一点鎖線で示す。）に対して左回り側の断面（図５中の一点鎖線よりも上側の断面）と右回り側の断面（図５中の一点鎖線よりも下側の断面）とが同一（対称）で、かつ、内周側の断面（図５中の二点鎖線よりも左側の断面）と外周側の断面（図５中の二点鎖線よりも右側の断面）とが同一（対称）の形状となるようにした場合には、回転する内側撹拌翼25や外側撹拌翼26において掘削した地盤２に面する形状（左回りに回転する場合は、図５中の一点鎖線よりも上側の断面の形状であり、右回りに回転する場合は、図５中の一点鎖線よりも下側の断面の形状である。）を内側撹拌翼25や外側撹拌翼26回転方向によらず同一の形状となる。この場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26をいずれの方向に回転させても同一の態様で掘削した地盤２の撹拌混合を行うことができる。また、この場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の内周側と外周側とで同一の態様で掘削土を内周側に取り込み、外周側に撒き出すことになる。

また、断面形状を図６(a)〜(f)に示すように、回転軸の法線（図６中に一点鎖線で示す。）に対して左回り側の断面（図６中の一点鎖線よりも上側の断面）と右回り側の断面（図６中の一点鎖線よりも下側の断面）とが同一（対称）で、かつ、内周側の断面（図６中の二点鎖線よりも左側の断面）と外周側の断面（図６中の二点鎖線よりも右側の断面）とが異なる（非対称）の形状となるようにした場合には、回転する内側撹拌翼25や外側撹拌翼26において掘削した地盤２に面する形状（左回りに回転する場合は、図６中の一点鎖線よりも上側の断面の形状であり、右回りに回転する場合は、図６中の一点鎖線よりも下側の断面の形状である。）を内側撹拌翼25や外側撹拌翼26回転方向によらず同一の形状となる。この場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26をいずれの方向に回転させても同一の態様で掘削した地盤２の撹拌混合を行うことができる。また、この場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の内周側と外周側とで異なる態様で掘削土を内周側に取り込み、外周側に撒き出すことになる。特に、図６(a)〜(c)に示すように、外周側を平面状に形成するとともに内周側に膨出させた形状の場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の内周側に掘削土を多く取り込み、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の外周側に掘削土を撒き出さないようにすることができる。この場合、外周側は、平坦面にした場合に限られず、円弧面にしてもよく、掘削面を均して滑らかにするいわゆるコテあてによる効果を発揮させることもできる。また、図６(d)〜(f)に示すように、内周側を平面状に形成するとともに外周側に膨出させた形状の場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の内周側に掘削土を取り込まず、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の外周側に掘削土を多く撒き出させることができる。この場合、掘削した土を掘削面に押圧して排土量を低減することができる。

一方、断面形状を、図７(a)〜(e)に示すように、回転軸の法線（図７中に一点鎖線で示す。）に対して左回り側の断面（図７中の一点鎖線よりも上側の断面）と右回り側の断面（図７中の一点鎖線よりも下側の断面）とが異なる（非対称な）形状となるようにした場合には、回転する内側撹拌翼25や外側撹拌翼26において掘削した地盤２に面する形状（左回りに回転する場合は、図７中の一点鎖線よりも上側の断面の形状であり、右回りに回転する場合は、図７中の一点鎖線よりも下側の断面の形状である。）を内側撹拌翼25や外側撹拌翼26回転方向によって異なる形状となる。この場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の回転方向によって異なる態様で撹拌混合を行うことができる。また、この場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の回転方向によって異なる態様で掘削土を内周側に取り込み、外周側に撒き出すことになる。特に、図７(d),(e)に示すように、左回り側の断面を先鋭形状とし、内周側を平面状に形成するとともに外周側に膨出させた形状の場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26を左回りに回転させたときに、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の内周側に掘削土を取り込まず、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の外周側に掘削土を多く撒き出させることができ、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26を右回りに回転させたときに、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の内周側及び外周側に掘削土を多く撒き出させて拡散させることができる。また、図７(f),(g)に示すように、左回り側の断面を先鋭形状とし、外周側を平面状に形成するとともに内周側に膨出させた形状の場合には、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26を左回りに回転させたときに、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の内周側に掘削土を多く取り込み、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の外周側に掘削土を撒き出さないようにすることができ、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26を右回りに回転させたときに、内側撹拌翼25又は外側撹拌翼26の内周側及び外周側に掘削土を多く撒き出させて拡散させることができる。この場合も、外周側は、平坦面にした場合に限られず、円弧面にしてもよく、掘削面を均して滑らかにするいわゆるコテあてによる効果を発揮させることもできる。

以上に説明したように、上記地盤改良装置１では、地盤２の土質性状や深度や掘進速度などに応じて内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の回転方向や回転速度や地盤改良材の注入形態などを制御し、内側撹拌翼25や外側撹拌翼26の断面形状を選択することで、作業者の熟練度などに頼ることなく様々な地盤２に対して良好に地盤改良を行うことができる。

１地盤改良装置２地盤
３重機４支柱
５掘削撹拌機構６地盤改良材供給機構
７スイベルジョイント８地盤改良材貯留タンク
９水槽 10 地盤改良材混合プラント
11 地盤改良材吐出ポンプ 12 昇降支持体
13 駆動体 14 掘削軸
15 掘削翼 16 撹拌翼
17 内側軸 18 外側軸
19,20 駆動モータ 21 制御装置
22 掘削翼体 23 掘削ビット
24 最内側撹拌翼 25 内側撹拌翼
26 外側撹拌翼 27 最内側撹拌翼体
28 内側撹拌翼体 29 内側撹拌翼上部片
30 内側撹拌翼中途部片 31 内側撹拌翼下部片
32 環状体 33,34,35 撹拌片
36 連結片 37 外側撹拌翼体
38 外側撹拌翼上部片 39 外側撹拌翼中途部片
40 外側撹拌翼下部片 41 環状体
42,43 撹拌片 44〜49 地盤改良材注入口
50〜55 注入装置

Claims

二重管状の内側軸と外側軸とを有し、内側軸に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼を設けるとともに、外側軸に中途部を外方へ膨出させた外側撹拌翼を設けた地盤改良装置において、
内側撹拌翼と外側撹拌翼とをそれぞれ独立して所定の回転方向・回転速度で回転させる制御装置を有することを特徴とする地盤改良装置。
前記制御装置は、掘削する地盤の土質性状に応じて制御することを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
前記制御装置は、掘進速度に応じて制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地盤改良装置。
前記制御装置は、掘削した地盤に注入する地盤改良材の注入形態も制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の地盤改良装置。
前記内側撹拌翼又は外側撹拌翼は、掘削した地盤に面する形状を回転方向によらず同一の形状としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の地盤改良装置。
前記内側撹拌翼又は外側撹拌翼は、掘削した地盤に面する形状を回転方向によって異なる形状としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の地盤改良装置。