JP2017043913A - 地盤改良オーガー - Google Patents

Abstract

【課題】周辺土との摩擦の大きい安定した柱状体を形成する地盤改良オーガーを提供する。
【解決手段】地盤改良オーガーは、所定方向に延在するオーガー軸と、オーガー軸と一体的に回転するヘッドであって、中継部から遠ざかるほど径が減少する略円錐形のヘッドと、ヘッドの外周から突設されたブレードと、を備え、ブレードが、オーガー軸の回転時に、周辺土に対して材料を締め固める押圧面を有し、オーガー軸及びヘッドが、所定方向に延在して掘削土を含む材料を所定方向に案内する内部空間を画定し、ヘッドが、内部空間と外部とを連通する開口を側面に含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤改良オーガーに関する。

従来の地盤改良工法は、まず、オーガーを使用して、地表から鉛直方向に縦穴を掘る。その縦穴に、セメント系固化剤を投入して固めることで、セメントの柱状体を作成する。

特開２０１３−２０９７９６

このような従来の工法では、鉛直方向に加わる力を、柱状体の下端で集中的に受けることになる。そのため、下端の負担が大きく、また、上下方向に安定しない。また、従来の工法では、オーガーの回転軸に近くに位置する柱状体の中央部の強度が弱いという問題がある。本発明は、周辺土との摩擦の大きい安定した柱状体を形成する地盤改良オーガーを提供することを目的とする。

本発明の第１の地盤改良オーガーは、所定方向に延在するオーガー軸と、オーガー軸と一体的に回転するヘッドであって、中継部から遠ざかるほど径が減少する略円錐形のヘッドと、ヘッドの外周から突設されたブレードと、を備え、ブレードが、オーガー軸の回転時に、周辺土に対して材料を締め固める押圧面を有し、オーガー軸及びヘッドが、所定方向に延在して掘削土を含む材料を所定方向に案内する内部空間を画定し、ヘッドが、内部空間と外部とを連通する開口を側面に含む。

本発明の第２の地盤改良オーガーは、第１の地盤改良オーガーにおいて、オーガー軸とヘッドとの間に配設されて、所定方向に延在する中継部をさらに備え、オーガー軸と中継部とヘッドとが、所定方向に延在する内部空間を画定し、所定方向に直交する断面でみたとき、中継部の他端における面積が、一端における面積より小さい。

本発明の第３の地盤改良オーガーは、第１または第２の地盤改良オーガーにおいて、中継部が、所定方向に沿った中心軸をもつ円錐台形であり、所定方向に対する中継部の母線の傾斜角度が、所定方向に対するヘッドの母線の傾斜角度より大きい。

本発明の第４の地盤改良オーガーは、第１から第３のいずれかの地盤改良オーガーにおいて、所定方向においてオーガー軸から離れる方向に、ヘッドの先端がブレードより突出している。

本発明の第５の地盤改良オーガーは、第１から第４のいずれかの地盤改良オーガーにおいて、オーガー軸の外周に螺旋状に突設されて、オーガー軸の回転にともなって掘削土を含む材料を所定方向に沿って移動させる螺旋搬送部をさらに備える。

本発明の第６の地盤改良オーガーは、第５の地盤改良オーガーにおいて、螺旋搬送部が、オーガー軸から遠い側の外縁の少なくとも一部に、外縁から略所定方向に沿って延在するリブを更に含む。

本発明の第１の地盤改良オーガーによれば、ブレードをこてのように使用して、締め固めながら柱状体を形成するので、柱状体が下方向や水平方向に周辺土を押す力が強くなる。それにより、柱状体と周辺土との摩擦力が大きくなるので、鉛直方向の力を下端だけでなく広い周辺面で受けることができる。したがって、鉛直方向のずれや抜けに強くなる。オーガーの逆回転によって材料を下方に送る従来の工法では、現実の施工においては周辺土に対する圧力が十分に得られないが、本発明によれば、ブレードにより締め固めながら柱状体を作成するので、水や気泡を排除して密度の高い柱状体を作成することができる。したがって、せん断、曲げなどに対する耐性が高くなる。

本発明の第１の地盤改良オーガーによれば、内部空間を通じて柱状体の材料をヘッドに送り込む内部空間と開口とを含むので、オーガー軸の周囲の螺旋搬送部がない場合や、螺旋搬送部が詰まった場合や、螺旋搬送部で十分な量の材料を搬送できない場合などに、柱状体の材料を安定して送ることができる。その結果、ブレードによる締め固めを連続的に安定して実施することが可能となり、水や気泡を排除して密度の高い柱状体を作成することができる。したがって、柱状体の、せん断、曲げなどに対する耐性が高くなる。

本発明の第２の地盤改良オーガーによれば、円錐形のオーガー軸側の径を大きくするとねじりに対する耐性が高まるが、ヘッド周辺の空間が小さくなって、ブレードの径方向の長さが短くなりかねないが、本発明のように、オーガー軸とヘッドとの間に中継部を設けることにより、オーガー軸に必要とされる直径とは別に、ヘッドの上端の直径を決定できる。ヘッドの上端をねじりに強い十分な直径としておけば、オーガー軸ほど直径を大きくしなくてもよいので、ブレードを径方向に長く形成できる。それにより、ブレードの押圧部を、回転の中心から外側に向かう径方向に長く設けることができる。押圧部を径方向に長く設けることにより、より広い面積を一度に締め固めることができる。特に、回転軸に近い内側部分まで、押圧部で締め固めることができる。従来のようにヘッドの径が大きく縦穴中央部を締め固めできない場合には、完成した柱状体が弱くなるという問題があったが、本発明によれば、中央部近くまで強く締め固めて強い柱状体を作成することができる。本発明によれば、ねじりへの耐性を高めつつ、同時に締め固めを十分に行える。

本発明の第３の地盤改良オーガーによれば、円錐台形の中継部により、回転対象な形状によって、回転方向に一様なねじり耐性をもたらすことができる。

本発明の第４の地盤改良オーガーによれば、円錐形のヘッドの先端を突出させることにより、尖った、径の小さい先端部で中心軸を安定させて回転することができる。それと同時に、オーガー軸に近いほど径を大きくすることにより、回転時に受けるねじりに対する耐性を高めることができる。本発明によれば、ねじりへの耐性を高めつつ、回転を安定させながら、同時に締め固めを十分に行える。

本発明の第５の地盤改良オーガーによれば、螺旋搬送部をさらに備えるので、内部空間を通じた材料の搬送と組み合わせて、より連続的に安定して材料を送り込める。

本発明の第６の地盤改良オーガーによれば、リブによって回転をさらに安定させることができる。また、材料の上方への逃げを防止することで、ヘッド周辺に効果的に材料を送り込んで、十分な力で締め固めを行うことができる。また、リブ自体で周辺を締め固めることもできる。

本実施形態のオーガーの正面図である。 図１のオーガーの左側面図である。 図１のオーガーの背面図である。 図１のオーガーの右側面図である。 図１のオーガーをＡ−Ａ線で切断して右から左に見たときの断面図である。 図１のオーガーをＢ−Ｂ線で切断して上から下に見たときの断面図である。

（オーガーの構造）
まず、図１を参照しながら、本実施形態のオーガー１０の構造について説明する。なお、本実施形態では、オーガー１０の構造を説明する便宜上、上下方向と、上下方向に直交する左右方向を指定するが、これらの方向は、部材の相対的な位置関係を示すだけであり、実際の使用時における絶対的な方向を限定するわけではない。また、回転軸に直交して回転軸から離れる方向を径方向とする。また、直径という場合、上下方向に直交する断面における直径をさすこととする。また、円筒状などの部材の形状は、概略の形状を説明しているのであり、略という語句が付記されているか否かにかかわらず、数学的な厳密性を要求するわけではない。また図中の寸法は、一例にすぎない。

図１の正面図に示すオーガー１０は、全体として、金属により一体的に形成されている。オーガー１０は、オーガー軸１００を備える。オーガー軸１００は、略円柱形で、その回転軸が上下方向に沿うように上端から下端まで延在している。オーガー軸１００の直径は、上下定方向において略一定である。オーガー軸１００の直径が大きいほど、直径の大きな柱状体の形成に適する。オーガー軸１００は、中空の筒であり、上端から下端まで貫通した空間が内部に画定されている。

オーガー１０は、さらに、オーガー軸１００の外周曲面から径方向に突設された螺旋搬送部１１０を備える。螺旋搬送部１１０は、薄板状でオーガー軸１００の上端から下端まで螺旋状につづいている。螺旋搬送部１１０の一連の上面１１１は、上方を臨むなだらかな螺旋状の斜面となっている。オーガー１０を地中の縦穴に入れて正回転させると、螺旋搬送部１１０に螺旋搬送部１１０の上面１１１に載った材料が、下端から上端に向けて搬送される。また、オーガー１０を、正回転とは反対に逆回転させると、螺旋搬送部１１０に載せた材料が上端から下端に向けて搬送される。

螺旋搬送部１１０の、オーガー軸１００から径方向に最も遠い外縁１１２には、外縁１１２から下方に延在するリブ１１３が設けられている。リブ１１３の上下方向の幅は、１周分の螺旋搬送部１１０の上下方向の間隔よりも短い。本実施形態のリブ１１３は、下から３周分の螺旋搬送部１１０に設けられているが、他の部分に設けられていてもよい。オーガー軸１００が穴の中で回転するとき、リブ１１３が穴の内壁に接触して、オーガー１０のぶれを防止する。リブ１１３がない場合、尖った螺旋搬送部１１０が内壁に食い込むが、幅の広いリブ１１３によって、食い込みを防いで安定した回転を維持できる。また、リブ１１３は、逆回転時に下に送り込んだ材料が、穴の内壁と螺旋搬送部１１０との間を通って上方に逆流することを防ぎ、それによって、水平方向の締め固めを効率良く行う。また、リブ１１３によって、穴の内壁を締め固めてもよい。

オーガー１０は、さらに、オーガー軸１００の下端から下方に延在する中継部１２０を備える。中継部１２０は、オーガー軸１００の回転軸の延長上に中心軸をもつ円錐を、上下方向に直交する２つの平面で切り取った円錐台形である。中継部１２０の上端の直径は、オーガー軸１００の下端の直径と同じである。中継部１２０の下端の直径は、中継部１２０の上端の直径よりも小さい。中継部１２０の直径は、オーガー軸１００から下方に離れるほど減少する。すなわち、上下方向に直交する断面において、中継部１２０の下端の面積は、中継部１２０の上端の面積よりも小さい。中継部１２０により材料が上方に戻ることを防ぐこともできる。中継部１２０は、中空の筒であり、上端から下端まで貫通した空間が内部に画定されている。中継部１２０の内部の空間は、上端でオーガー軸１００の内部の空間に連通している。

オーガー１０は、さらに、中継部１２０の下端から下方に延在するヘッド１３０を備える。ヘッド１３０は、オーガー軸１００の回転軸の延長上に中心軸をもつ円錐形で、その直径は、中継部１２０から下方に離れるほど減少する。上下方向に沿ったその回転軸を含む断面でみたとき、上下方向に対する中継部１２０の母線の傾斜角度は、上下方向に対するヘッド１３０の母線の傾斜角度より大きい。ヘッド１３０の内部の空間は、上端で中継部１２０の内部の空間に連通しており、その結果として、オーガー軸１００の内部の空間に連通している。

ヘッド１３０の最下端は、非常に径の小さい円錐形であることにより、回転時にオーガー１０の回転の中心を安定させることができる。一方、ヘッド１３０の上端にいくほど、回転時に受けるねじりの力が大きくなるが、ヘッド１３０の上端にいくほど直径が大きくなるので、ねじりに強い構造となっている。さらに、オーガー軸１００に必要とされる直径と、ヘッド１３０の上端に必要とされる直径との差を、中継部１２０で補うことができる。

図１に示すように、ヘッド１３０の前方側面には、前部開口２１０が設けられている。前部開口２１０は、ヘッド１３０内部の空間に連通している。前部開口２１０は、前方から後方を見たとき、略三角形であり、上から下に徐々に幅が狭くなっていく。図３に示すように、ヘッド１３０の後方側面には、後部開口２２０が設けられている。後部開口２２０は、ヘッド１３０内部の空間に連通している。後部開口２２０は、後方から前方を見たとき、略三角形であり、上から下に徐々に幅が狭くなっていく。前部開口２１０と後部開口２２０とは、ヘッド１３０の回転軸を中心として、１８０度回転させた位置に配設されている。前部開口２１０及び後部開口２２０の下端よりさらに下方は、ヘッド１３０が中空ではない。

オーガー１０は、さらに、ヘッド１３０の外周曲面から右方向に突設された第１のブレード１４０を備える。第１のブレード１４０は、第１の支持部１４１と下押圧部１４２と第１の横押圧部１４３と角部１４４とを含む。

第１の支持部１４１は、ヘッド１３０の外周曲面から右方向に突設されており、形状が平板状である。第１の支持部１４１は、ヘッド１３０の回転軸を含む平面に略平行に延在する前面と後面とをもつ。第１の支持部１４１の上端および下端は、左右方向に沿っており、第１の支持部１４１の右端は上下方向に沿っている。

図５は、図１のＡ−Ａ線に沿った、左右方向に直交する断面を右から左に見たときの図である。なお、図５では、第１のブレード１４０以外は省略している。図５に示すように、第１のブレード１４０は、第１の支持部１４１の下端から下方かつ前方に向かう方向に延在した下押圧部１４２を有する。下押圧部１４２は、形状が平板状であり、断面が左右方向において略一定である。下押圧部１４２の押圧下面１４５は、左右方向に平行であり、下方かつ後方の斜め方向を臨む。図１に示すように、下押圧部１４２の左端は、ヘッド１３０に連結されている。

図１に示すように、第１の横押圧部１４３は、第１の支持部１４１の右端から延在している。図６は、図１のＢ−Ｂ線に沿った、上下方向に直交する断面を上から下に見たときの図である。第１の横押圧部１４３は、形状が平板状であり、断面が上下方向において略一定である。第１の横押圧部１４３は、第１の支持部１４１の右端から右方向かつ前方に向かう方向に延在する。第１の横押圧部１４３の第１の押圧側面１４６は、上下方向に平行であり、右方かつ後方の斜め方向を臨む。第１の横押圧部１４３の右端は、上下方向に略平行である。

図１に示すように、下押圧部１４２と第１の横押圧部１４３との間は、板状の角部１４４により連結されている。

図１に示すように、オーガー１０は、さらに、ヘッド１３０の外周曲面から左に突設された第２のブレード１５０を備える。第２のブレード１５０は、第２の支持部１５１と第２の横押圧部１５２とを含む。第２のブレード１５０の下端は、第１のブレード１４０の上端と同じ高さか、上方に位置する。

第２の支持部１５１は、ヘッド１３０の外面曲面から左方向に突設されており、形状が平板状である。第２の支持部１５１は、ヘッド１３０の回転軸を含む平面に略平行に延在する前面と後面とをもつ。第２の支持部１５１の上端および下端は、左右方向に沿っており、第２の支持部１５１の左端は上下方向に沿っている。

第２の横押圧部１５２は、第２の支持部１５１の左端から延在している。第２の横押圧部１５２は、形状が平板状であり、断面が上下方向において略一定である。図６に示すように、第２の横押圧部１５２は、第２の支持部１５１の左端から左方向かつ後方に向かう方向に延在する。第２の横押圧部１５２の第２の横押圧面１５３は、上下方向に平行で、左方向かつ前方の斜め方向を臨む。第２の横押圧部１５２の左端は、上下方向に略平行である。

形状の似通った第１のブレード１４０と第２のブレード１５０とをヘッド１３０の左右に設けることにより、オーガー１０を安定して回転させることができる。第１のブレード１４０と第２のブレード１５０とを上下にずらして配置することにより、改良土がオーガー１０と一体となって回転するのを防ぐことができる。

前部開口２１０及び後部開口２２０の上端は、第２のブレード１５０の上端より上に位置する。前部開口２１０及び後部開口２２０の下端は、第１のブレード１４０の上端より下であって下端より上に位置する。

（地盤改良工法）
次に、本実施形態のオーガー１０を使用した地盤改良工法について説明する。なお、ここでは、地盤改良工法のうち、本実施形態のオーガー１０を使用する部分を中心として説明するが、実際の施工時には、他の工程が適宜含まれる。

本地盤改良工法では、まず、オーガー１０を正回転させて、地表から、ある深さまで縦穴を掘る。縦穴を掘るときに出る掘削土は、螺旋搬送部１１０によって地表に排出される。排出された掘削土にセメント系固化剤を混合して改良土を作成する。

次に、オーガー１０を逆回転させながら、改良土を縦穴に投入する。逆回転とは、図６に示す矢印１６０の方向である。このとき、改良土は螺旋搬送部１１０によって、地表から縦穴の奥に搬送される。

オーガー１０を逆回転させると、縦穴の奥では、図５に示す第１のブレード１４０の下押圧部１４２の押圧下面１４５が、こてのように働き、改良土を鉛直下方向に押しつけて、締め固める。また、図６に示す第１のブレード１４０の第１の横押圧部１４３の第１の押圧側面１４６と、第２のブレード１５０の第２の横押圧部１５２の第２の横押圧面１５３とが、こてのように働き、改良土を縦穴内で水平方向の外向きに押しつけて、締め固める。改良土を締め固めると、改良土中の水分や気泡が排出されるので、改良土を高密度に圧縮することができる。

一方で、螺旋搬送部１１０によって改良土を下方に搬送することに加えて、または、螺旋搬送部１１０によって改良土を下方に搬送することに代えて、オーガー１０内部を通じて改良土を搬送する。具体的には、オーガー軸１００の上端から、オーガー軸１００内部の空間に、ポンプで改良土を流し込む。流し込まれた改良土は、オーガー軸１００の内部空間、中継部１２０の内部空間、ヘッド１３０の内部空間へと流れる。さらに、改良土は、ヘッド１３０の内部空間から前部開口２１０及び後部開口２２０からオーガー１０の外部に流出する。

改良土の密度が高くなると、オーガー１０に対する上方向の力が強くなり、オーガー１０が徐々に上昇する。オーガー１０が所定の高さまで上昇したら、改良土の投入を終える。

次に、縦穴内の改良土を放置して固化させる。固化すると、縦穴内に強固な柱状体が形成される。

本実施形態の地盤改良工法によれば、縦穴内の改良土を周辺の土壌に押しつけて締め固めながら柱状体を形成するので、単にオーガーの逆回転で改良土を下に送り込むだけの場合に比べて、柱状体と周辺の土壌との間の圧力が高くなる。その結果、柱状体の外周曲面と周辺の土壌との間の摩擦力が高くなって、柱状体の安定性が高まる。すなわち、柱状体に加わる上下方向の力が、柱状体の下端に集中することを防げる。従来のようにオーガーの逆回転で下方に押し込むだけの方法に比べると、本実施形態の圧密の効果が著しく高いことが実地試験で明らかになっている。

本実施形態は、中継部１２０を設けることにより、ヘッド１３０の上端の直径を、オーガー軸１００よりも小さくすることができるので、ヘッド１３０まわりの空間が広くなり、第１のブレード１４０の下押圧部１４２を、径方向に長く設けることができる。下押圧部１４２を径方向に長く設けることにより、より広い面積を一度に締め固めることができる。特に、回転軸に近い内側部分まで、下押圧部１４２で締め固めることができる。従来のようにヘッドの径が大きく縦穴中央部を締め固めできない場合には、完成した柱状体が弱くなるという問題があったが、本実施形態では中央部近くまで強く締め固めて強い柱状体を作成することができる。

また、中継部１２０を設けることにより、オーガー軸１００の直径を大きく、太く保ったまま、ヘッド１３０の上端の直径を小さくすることができる。オーガー軸１００の直径を大きく保てるので、大径の柱状体を作る場合でも螺旋搬送部１１０の幅を小さくできる。螺旋搬送部１１０の幅を小さくできるので、搬送する土の抵抗を小さくすることができる。

また、下押圧部１４２は、掘削にも使用できるため、より長い下押圧部１４２で、より広い範囲を掘削することによって、掘削速度を速めることができる。

本実施形態のオーガー１０は、周囲の土が螺旋搬送部１１０に侵入して螺旋搬送部１１０による改良土の搬送が困難な場合や、螺旋搬送部１１０の幅が狭くて十分に改良土を送り込めない場合であっても、オーガー１０内部を通じて改良土を搬送できるので、連続的に安定して改良土を送り込んで締め固めることができる。その結果として、水や気泡を排除して密度の高い柱状体を作成することができる。したがって、柱状体の、せん断、曲げなどに対する耐性が高くなる。

本実施形態のオーガー１０は、第１のブレード１４０及び第２のブレード１５０の進行経路上に改良土を搬送するので、締め固めが行われる位置の近くに安定して改良土を搬送できる。従って、螺旋搬送部１１０における改良土の搬送障害などに影響されずに、締め固めを確実かつ迅速に行うことができる。

本実施形態のオーガー１０は、前部開口２１０及び後部開口２２０の下端よりさらに下方は、ヘッド１３０が中空ではないので、ヘッド１３０内の下端に改良土が詰まることを防止できる。

１０ オーガー
１００ オーガー軸
１１０ 螺旋搬送部
１１１ 上面
１１２ 外縁
１１３ リブ
１２０ 中継部
１３０ ヘッド
１４０ 第１のブレード
１４１ 第１の支持部
１４２ 下押圧部
１４３ 第１の横押圧部
１４４ 角部
１４５ 押圧下面
１４６ 第１の押圧側面
１５０ 第２のブレード
１５１ 第２の支持部
１５２ 第２の横押圧部
１５３ 第２の横押圧面
１６０ 矢印
２１０ 前部開口
２２０ 後部開口

Claims (6)

1. 所定方向に延在するオーガー軸と、
   前記オーガー軸と一体的に回転するヘッドであって、前記中継部から遠ざかるほど径が減少する略円錐形の前記ヘッドと、
   前記ヘッドの外周から突設されたブレードと、を備え、
   前記ブレードが、前記オーガー軸の回転時に、周辺土に対して前記材料を締め固める押圧面を有し、
   前記オーガー軸及び前記ヘッドが、前記所定方向に延在して掘削土を含む材料を前記所定方向に案内する内部空間を画定し、
   前記ヘッドが、前記内部空間と外部とを連通する開口を側面に含む、
   地盤改良オーガー。
2. 前記オーガー軸と前記ヘッドとの間に配設されて、前記所定方向に延在する中継部をさらに備え、
   前記オーガー軸と前記中継部と前記ヘッドとが、前記所定方向に延在する前記内部空間を画定し、
   前記所定方向に直交する断面でみたとき、前記中継部の前記他端における面積が、前記一端における面積より小さい、
   請求項１の地盤改良オーガー。
3. 前記中継部が、前記所定方向に沿った中心軸をもつ円錐台形であり、
   前記所定方向に対する前記中継部の母線の傾斜角度が、前記所定方向に対する前記ヘッドの母線の傾斜角度より大きい、
   請求項１または請求項２の地盤改良オーガー。
4. 前記所定方向において前記オーガー軸から離れる方向に、前記ヘッドの先端が前記ブレードより突出している、
   請求項１から請求項３のいずれかの地盤改良オーガー。
5. 前記オーガー軸の外周に螺旋状に突設されて、前記オーガー軸の回転にともなって掘削土を含む材料を所定方向に沿って移動させる螺旋搬送部をさらに備える、
   請求項１から請求項４のいずれかの地盤改良オーガー。
6. 前記螺旋搬送部が、前記オーガー軸から遠い側の外縁の少なくとも一部に、前記外縁から略前記所定方向に沿って延在するリブを更に含む、
   請求項５の地盤改良オーガー。

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