JP2017155527A - 掘削攪拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】土塊を細分化する細分化性能、並びに掘削土及び地盤固化材を攪拌する攪拌性能を向上可能な構成を有する掘削攪拌装置を提供すること。【解決手段】筒状の軸部と、前記軸部の先端部に設けられた掘削翼と、前記掘削翼よりも前記軸部の基端側に設けられた攪拌翼と、前記軸部の軸方向において前記攪拌翼と所定の間隙を隔てた位置に、前記軸部に対して相対的に回動可能に取り付けられると共に、前記軸部の径方向において前記掘削翼よりも外側まで延在する共回り防止部と、を備え、前記共回り防止部は、前記軸方向に貫通する複数の貫通孔を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、掘削攪拌装置に関する。

従来から、建造物を建設する地盤において、地表面から建造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、所定深さを超える場合、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地盤固化材を注入しながら掘削、攪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、掘削翼を有する掘削攪拌装置を先端に取り付けたオーガを掘進させて、建造物の基礎の直下に柱状の改良地盤を形成する。

特許文献１には、深層混合処理工法に用いることが可能な地盤改良用の掘削攪拌装置として、駆動装置によって回転させる回転軸の先端部には掘削翼および間隔をおいて回転攪拌翼が突設され、掘削翼と回転攪拌翼との間に上下間隔をおいて土台リングが設けられ、上下の外管を利用してコ状の共回り防止翼が固定してあり、この共回り防止翼の縦辺の間に抵抗フランジが突設され、抵抗フランジは掘削孔の内壁に食い込んだ状態とされ、かつ共回り防止翼の上下の横辺の間に短い一対の回転攪拌翼を設けている掘削攪拌装置が開示されている。

特開２００９−２２８２４６号公報

ところで、特許文献１に記載されている掘削攪拌装置では、回動する回転攪拌翼と、掘削孔の内壁に食い込み回転攪拌翼と比較して回動しない共回り防止翼と、によって土塊にせん断力を作用させ、土塊をせん断方向に細かく砕く又は挟み切る（以下、単に「土塊を細分化する」と記載する。）ことができると共に、掘削孔内で掘削土及びセメントを攪拌することができる。

しかしながら、特許文献１に記載されている掘削攪拌装置は、土塊を細分化する細分化性能、並びに掘削孔内で掘削土及びセメントを攪拌する攪拌性能において、更なる改善の余地がある。

本発明は、土塊を細分化する細分化性能、並びに掘削土及び地盤固化材を攪拌する攪拌性能を向上可能な構成を有する掘削攪拌装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の態様としての掘削攪拌装置は、筒状の軸部と、前記軸部の先端部に設けられた掘削翼と、前記掘削翼よりも前記軸部の基端側に設けられた攪拌翼と、前記軸部の軸方向において前記攪拌翼と所定の間隙を隔てた位置に、前記軸部に対して相対的に回動可能に取り付けられると共に、前記軸部の径方向において前記掘削翼よりも外側まで延在する共回り防止部と、を備え、前記共回り防止部は、前記軸方向に貫通する複数の貫通孔を有しているものである。

本発明の１つの実施形態として、前記攪拌翼は、前記軸方向において、前記貫通孔よりも前記軸部の先端側に設けられていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記攪拌翼を第１の攪拌翼とした場合に、前記軸方向において、前記貫通孔よりも前記軸部の基端側に設けられた第２の攪拌翼を備えることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記共回り防止部は、前記軸部の前記径方向の外側に向かって放射状に突出し、前記軸部の前記径方向において前記掘削翼よりも外側まで延在する複数の共回り防止翼と、前記軸部の周方向において隣接する共回り防止翼の間に配置された中間部材と、を備え、前記複数の貫通孔は、前記中間部材に形成されていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記中間部材は、前記隣接する共回り防止翼に対して取り付けられた翼補強部材であることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記共回り防止部は、前記軸部の周囲の位置に、前記軸部に対して相対的に回動可能に取り付けられた筒部を備え、前記共回り防止翼は、前記筒部に片持ち状態で支持されていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記中間部材は、前記筒部の外面に当接した状態で配置されていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記共回り防止翼は、前記筒部から前記軸部の前記径方向の外側に突設された第１翼部と、前記第１翼部と連続し前記軸部の前記軸方向に向かって延在する第２翼部と、前記第２翼部と連続し前記軸部の前記径方向の内側に向かって延在すると共に、先端部が自由端で構成されている第３翼部と、を備えることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記共回り防止翼は、前記中間部材よりも前記軸部の前記径方向の外側に向かって突出していることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記中間部材は、前記軸部の前記径方向に延在する第１枠部と、前記軸部の前記周方向に延在する第２枠部と、を備える網形状を有し、前記貫通孔は、前記第１枠部及び前記第２枠部により形成される開口により構成されていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記中間部材は、前記軸部の前記径方向に延在する第１枠部と、前記軸部の前記周方向に延在する第２枠部と、前記第１枠部及び前記第２枠部により形成される開口を覆い、前記開口よりも断面積が小さい複数の小開口が形成されている板状網部と、を備え、前記貫通孔は、前記小開口により構成されていることが好ましい。

本発明によれば、土塊を細分化する細分化性能、並びに掘削土及び地盤固化材を攪拌する攪拌性能を向上可能な構成を有する掘削攪拌装置を提供することができる。

本発明の一実施形態としての掘削攪拌装置を示す側面図である。 図１に示す掘削攪拌装置の攪拌翼群の位置関係を示す図である。 図１に示す掘削攪拌装置の共回り防止部を示す図である。 図１に示す第１攪拌翼及び第２攪拌翼の横断面形状、並びに第１攪拌翼、第２攪拌翼及び共回り防止部の、軸部の軸方向における位置関係を示す図である。 図３に示す共回り防止部の変形例を示す図である。 図５に示す共回り防止部の中間部材を示す斜視図である。

以下、本発明に係る掘削攪拌装置の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

図１は、本発明に係る掘削攪拌装置の１つの実施形態としての掘削攪拌装置１の側面図である。また、図２は、掘削攪拌装置１のうち後述する２つの攪拌翼群３０ａ及び３０ｂの位置関係を示す図である。図３は、掘削攪拌装置１の後述する共回り防止部５を示す図である。

掘削攪拌装置１は、駆動装置としてのオーガ（図示省略）の下方先端部に取り付けられ、オーガによって回転駆動され、地盤改良すべき地中層を掘削、攪拌するものである。図１〜図３に示すように、掘削攪拌装置１は、オーガによって回転駆動される際に回転中心となる筒状の軸部２と、この軸部２の先端部に設けられた掘削翼３と、この掘削翼３よりも軸部２の基端側に設けられた攪拌翼４と、軸部２の軸方向Ａにおいて攪拌翼４と所定の間隙を隔てた位置に、軸部２に対して相対的に回動可能に取り付けられると共に、軸部２の径方向Ｂにおいて掘削翼３よりも外側まで延在する共回り防止部５と、を備えている。

軸部２は上述したように一軸一重の筒状形状を有しており、内部に中空部を区画している。軸部２内の中空部は、軸部２の基端から、軸部２の先端部の側面に形成された開口２ａまで貫通しており、軸部２は、掘削攪拌装置１が地盤を掘削する際に地盤固化材としてのセメントミルク等のセメント系固化材を、中空部を通じて地盤内に供給可能な配管を兼ねている。また、軸部２の基端部には、オーガと接続可能な接続部２ｂが設けられており、軸部２は、接続部２ｂがオーガと接続された状態で、オーガにより回転駆動される。

なお、開口２ａには、逆流防止弁５０が設けられている。この逆流防止弁５０は、通常は閉じていて、掘削孔内の掘削土や地下水などが軸部２の中空部内に侵入しないようにしている。そして、中空部を通じて掘削攪拌装置１外の掘削孔内の土圧よりも高い圧力をかけて地盤固化材を送ると、逆流防止弁５０は開き、地盤固化材を、開口２ａを通じて掘削孔内に噴出することができる。本実施形態では開口２ａ及び逆流防止弁５０をそれぞれ１つずつのみ設ける構成としているが、開口２ａ及び逆流防止弁５０の数は１つに限られるものではなく、２個以上設ける構成としてもよい。

掘削翼３は、地盤を掘削し、地盤固化材と掘削土とを攪拌、混合する。具体的に、本実施形態の掘削攪拌装置１では、軸部２の外面から径方向Ｂの外側に向かって突出する複数の掘削翼３が設けられている。より具体的に、本実施形態の掘削翼３は、軸部２を挟む両側にそれぞれ１つずつ設けられている。各掘削翼３の外面には、外方に突出する複数（本実施形態では３つ）の掘削爪３ａが設けられている。なお、図１に示すように、本実施形態の開口２ａは、軸方向Ａにおいて掘削翼３が設けられている位置、かつ、軸部２の周方向Ｃにおいて隣り合う掘削翼３の間の位置の、軸部２の側面に形成されている。

なお、本実施形態の掘削翼３は、上述したように２つ設けられているが、この数に限られるものではなく、例えば、３つ以上の掘削翼を設ける構成としてもよい。かかる場合には、軸部２の周方向Ｃにおいて等間隔を隔てた位置に各掘削翼３を設けることが、掘削効率の観点から好ましい。

また、掘削爪３ａの数についても、本実施形態で示す数に限られるものではなく、所望の掘削性能等を考慮して、適宜変更することが可能である。

攪拌翼４は、軸部２と共に回動し、掘削翼３により掘削された掘削孔内の掘削土を攪拌する。本実施形態の掘削攪拌装置１は、２つの攪拌翼群３０ａ及び３０ｂを備えている。具体的に、本実施形態の掘削攪拌装置１は、軸部２の先端側に位置する第１攪拌翼群３０ａと、軸部２の基端側に位置する第２攪拌翼群３０ｂと、を備えている。

第１攪拌翼群３０ａは、複数（本実施形態では２つ）の第１攪拌翼４ａにより構成されている。また、第２攪拌翼群３０ｂについても、複数（本実施形態では２つ）の第２攪拌翼４ｂにより構成されている。

ここで、図４は、第１攪拌翼４ａ及び第２攪拌翼４ｂの横断面形状、並びに第１攪拌翼４ａ、第２攪拌翼４ｂ及び共回り防止部５の軸方向Ａにおける位置関係を示す図である。を示すものである。図４に示すように、第１攪拌翼４ａの横断面形状は、軸方向Ａに直交する２辺と、軸方向Ａに対して傾斜する２辺と、で構成される略平行四辺形である。換言すれば、第１攪拌翼４ａは、軸方向Ａにおいて軸部２の先端側に面する下面１１ａと、基端側に面する上面１１ｂと、軸方向Ａに対して傾斜する、平行する２つの斜面１１ｃ及び１１ｄと、を備えている。

また、図４に示すように、第２攪拌翼４ｂは板状形状を有しており、第２攪拌翼４ｂの横断面形状は、軸方向Ａに対して傾斜する細長い略長方形である。換言すれば、第２攪拌翼４ｂは、軸方向Ａに対して傾斜する、平行する２つの斜面１２ａ及び１２ｂと、これら２つの斜面１２ａ及び１２ｂを軸方向Ａにおける軸部２の基端側で繋ぐ上端面１２ｃと、２つの斜面１２ａ及び１２ｂを軸方向Ａにおける軸部２の先端側で繋ぐ下端面１２ｄと、を備えている。

なお、図２は、掘削攪拌装置１を軸部２の軸方向Ａの基端側から見た場合の、軸部２、並びに２つの攪拌翼群３０ａ及び３０ｂを示す図であるが、図２に示すように、本実施形態の２つの第１攪拌翼４ａは、軸部２を挟んで対向して配置されている。また、図２に示すように、本実施形態の２つの第２攪拌翼４ｂについても、軸部２を挟んで対向して配置されている。

但し、図２に示すように、第１攪拌翼４ａと第２攪拌翼４ｂとは、軸部２の周方向Ｃにおいて異なる位置に設けられている。具体的に、第１攪拌翼４ａが軸部２から突設されている位置は、第２攪拌翼４ｂが軸部２から突設されている位置よりも、周方向Ｃにおいて中心角で約９０度ずれている。換言すれば、第１攪拌翼４ａと第２攪拌翼４ｂとは、軸方向Ａにおいて重ならない位置に設けられている。なお、図４では、説明の便宜上、第１攪拌翼４ａと第２攪拌翼４ｂとが軸方向Ａにおいて重なる位置に描かれているが、実際は、図２のように重ならない位置となっている。そのため、図４では、第２攪拌翼４ｂを二点鎖線により示している。

また、上述したように、攪拌翼４は、軸部２と共に回動し、掘削翼３により掘削された掘削孔内の掘削土を攪拌するものであるため、攪拌翼４の径方向Ｂの外端は、掘削翼３の径方向Ｂの外端よりも、径方向Ｂの内側に位置している。換言すれば、掘削翼３は、攪拌翼４よりも、径方向Ｂの外側まで延在している。より具体的に、本実施形態では、掘削翼３が、第１攪拌翼４ａ及び第２攪拌翼４ｂよりも、径方向Ｂの外側まで延在している。

なお、本実施形態の第１攪拌翼群３０ａは２つの第１攪拌翼４ａを備えるものであるが、この数に限られるものではなく、例えば、３つ以上の第１攪拌翼を備える第１攪拌翼群としてもよい。同様に、本実施形態の第２攪拌翼群３０ｂは、２つの第２攪拌翼４ｂを備えるものであるが、この数に限られるものではなく、例えば、３つ以上の第２攪拌翼を備える第２攪拌翼群としてもよい。但し、複数の第１攪拌翼４ａは、その個数によらず、周方向Ｃにおいて等間隔を隔てて配置されていることが、攪拌性能の観点から好ましい。複数の第２攪拌翼４ｂについても同様である。また、本実施形態では、第１攪拌翼４ａの数と第２攪拌翼４ｂの数とが等しい構成としているが、第１攪拌翼の数と第２攪拌翼の数とが異なる構成であってもよい。

更に、本実施形態において、第１攪拌翼４ａが軸部２から突設されている位置は、第２攪拌翼４ｂが軸部２から突設されている位置よりも、周方向Ｃにおいて中心角で約９０度ずれているが、周方向Ｃにおける位置関係はこの関係に限られるものではなく、例えば、第１攪拌翼と第２攪拌翼とが周方向Ｃにおいて略等しい位置に形成されているものであってもよく、周方向Ｃにおいて中心角が９０度とは異なる角度でずれている構成であってもよい。

共回り防止部５は、軸部２に対して相対的に回動可能な状態で、軸部２に取り付けられており、共回り防止部５の径方向Ｂの外側の外端は、掘削翼３よりも外側まで延在している。そのため、掘削攪拌装置１により地盤を掘削する際は、共回り防止部５の外端が、掘削孔の内壁に入り込んだ状態となり、掘削翼３及び攪拌翼４と共回りしない又は共回りし難いようになっている。そのため、掘削土には、軸部２と共回りする攪拌翼４と、軸部２と共回りしない又はし難い共回り防止部５と、によって、軸方向Ａと直交する方向のせん断力が作用する。このせん断力により、掘削土の中の土塊を細分化することができる。

また、共回り防止部５は、軸部２の軸方向Ａにおいて上述した攪拌翼４と所定の間隙を隔てた場所に位置している。具体的に、本実施形態の共回り防止部５は、軸方向Ａにおいて、第１攪拌翼４ａ及び第２攪拌翼４ｂと所定の間隙（本実施形態では１．５〜７．０ｃｍ）を隔てた場所に位置している。そのため、上述した軸方向Ａと直交する方向のせん断力によって細分化された土塊の一部は、第１攪拌翼４ａと共回り防止部５との間の間隙、及び第２攪拌翼４ｂと共回り防止部５との間の間隙にそれぞれ入り込む。

そして、共回り防止部５は、軸部２の軸方向Ａに貫通する複数の貫通孔Ｘを有している。そのため、第１攪拌翼４ａと共回り防止部５との間の間隙、及び第２攪拌翼４ｂと共回り防止部５との間の間隙にそれぞれ入り込んだ土塊は、貫通孔Ｘの縁によって擦り切られる作用等により、更に細かく細分化され、掘削土に地盤固化材を混ぜ合わせる際の攪拌性能を向上させることができる。

特に、掘削攪拌装置１による掘進作業時には、第１攪拌翼４ａと共回り防止部５との間の間隙に入り込んだ掘削土、地盤固化材及び改良土（掘削土に地盤固化材が混ざり合った状態のもの）の一部は、間隙内から貫通孔Ｘの中に入り込み、貫通孔Ｘを通じて、第２攪拌翼４ｂと共回り防止部５との間の間隙へと排出される。逆に、掘削攪拌装置１を掘削孔から抜去する抜去作業時には、第２攪拌翼４ｂと共回り防止部５との間の間隙に入り込んだ掘削土、地盤固化材及び改良土の一部は、間隙内から貫通孔Ｘの中に入り込み、貫通孔Ｘを通じて、第１攪拌翼４ａと共回り防止部５との間の間隙へと排出される。このように、掘削土等は、貫通孔Ｘを通じて移動することができる。そのため、掘進作業時には、第１攪拌翼４ａと共回り防止部５との間の間隙に新たな掘削土等が入り込み易くなる。また、抜去作業時には、第２攪拌翼４ｂと共回り防止部５との間の間隙に新たな掘削土等が入り込み易くなる。

特に、共回り防止部５に形成された貫通孔Ｘの内径を小径化（例えば５〜１０ｍｍ程度）した場合には、掘進作業時において、第１攪拌翼４ａと共回り防止部５との間の間隙に入り込んだ土塊が、貫通孔Ｘを通じて、第２攪拌翼４ｂと共回り防止部５との間の間隙へと押し出されることにより、貫通孔Ｘを通過した土塊が、更に細分化され得る。また、抜去作業時においても、第２攪拌翼４ｂと共回り防止部５との間の間隙に入り込んだ土塊が、貫通孔Ｘを通じて、第１攪拌翼４ａと共回り防止部５との間の間隙へと押し出されることにより、その貫通孔Ｘを通過した土塊が、更に細分化され得る。このような貫通孔Ｘの内径を小径化した例についての詳細は後述する（図５、図６参照）。

以下、本実施形態の共回り防止部５の詳細について説明する。

図１〜図４に示すように、本実施形態の共回り防止部５は、軸部２の周囲の位置に、軸部２に対して相対的に回動可能に取り付けられた筒部２１と、軸部２の径方向Ｂの外側に向かって放射状に突出し、軸部２の径方向Ｂにおいて掘削翼３よりも外側まで延在する複数の共回り防止翼２２と、軸部２の周方向Ｃにおいて隣接する共回り防止翼２２の間に配置された中間部材２３と、を備えている。なお、図３は、共回り防止部５を、軸部２の軸方向Ａの基端側から見た図である。

筒部２１は、軸部２の周囲に遊嵌されており、軸部２に対して周方向Ｃに回動可能である。なお、筒部２１は軸部２に対して軸方向Ａには移動しないように固定されている。

共回り防止翼２２は、筒部２１の外面から突設されており、筒部２１に片持ち状態で支持されている。具体的に、本実施形態の共回り防止翼２２は、側面視（図１参照）でコの字型の形状を有している。より具体的に、本実施形態の共回り防止翼２２は、筒部２１から軸部２の径方向Ｂの外側に突設された第１翼部２２ａと、この第１翼部２２ａと連続し軸部２の軸方向Ａに向かって延在する第２翼部２２ｂと、この第２翼部２２ｂと連続し軸部２の径方向Ｂの内側に向かって延在すると共に、その先端部が自由端で構成されている第３翼部２２ｃと、を備えている。

第１翼部２２ａの横断面外形は、軸方向Ａに直交する２辺と、軸方向Ａに延在する２辺と、で構成される略正方形又は略長方形である。換言すれば、第１翼部２２ａは、軸方向Ａにおいて軸部２の先端側に面する下面１３ａと、基端側に面する上面１３ｂと、軸方向Ａと略平行する２つの側面と、を備えている。

また、第２翼部２２ｂは、第１翼部２２ａの径方向Ｂの外端と連続し、軸方向Ａにおいて軸部２の先端側に向かって延在している。なお、第２翼部２２ｂの横断面外形は、第１翼部２２ａの横断面外形と同形状である。そして、掘削攪拌装置１による掘削時には、第２翼部２２ｂのうち、径方向Ｂの外側に位置する部分が、掘削孔の内壁にめり込むように入り込み、第２翼部２２ｂと掘削孔の内壁との間の摩擦力等の抵抗力により、共回り防止部５が軸部２と共回りすることが抑制される。

第３翼部２２ｃは、第２翼部２２ｂのうち、軸部２の軸方向Ａの先端側の端部と連続し、径方向Ｂの内側に向かって延在している。第３翼部２２ｃの横断面外形は、第１翼部２２ａの横断面外形と同様、軸方向Ａに直交する２辺と、軸方向Ａに延在する２辺と、で構成される略正方形又は略長方形である。換言すれば、第３翼部２２ｃは、軸方向Ａにおいて軸部２の先端側に面する下面１４ａと、基端側に面する上面１４ｂと、軸方向Ａと略平行する２つの側面と、を備えている。なお、第３翼部２２ｃの先端部は、自由端を構成しており、筒部２１や、軸部２に対して回動可能な他の部材に対して固定されていない。そして、第３翼部２２ｃの先端面は、図１に示すように、軸部２の外面との間に空隙を挟んで対向している。

図３に示すように、本実施形態の掘削攪拌装置１の共回り防止部５は、周方向Ｃにおいて等間隔（中心角１２０度）を隔てて配置された３つの共回り防止翼２２を備える構成であるが、共回り防止翼２２の数はこれに限られるものではなく、例えば、２つ以下又は４つ以上の共回り防止翼を有する共回り防止部としてもよい。なお、周方向Ｃにおいて隣り合う共回り防止翼の周方向Ｃにおける間隔は、本実施形態の３つの共回り防止翼２２のように、任意の隣り合う共回り防止翼で等しくすることが、攪拌性能の観点から好ましい。

中間部材２３は、周方向Ｃにおいて隣接する共回り防止翼２２の間に配置されている。このような配置とすることにより、共回り防止翼２２のみを設ける構成と比較して、中間部材２３によっても土止め効果を得られるため、全体としての土止め効果を高めることができる。具体的には、図３に示すように、本実施形態の掘削攪拌装置１では、上述した共回り防止部５の複数の貫通孔Ｘが中間部材２３に形成されている。そのため、中間部材２３は、貫通孔Ｘ内に入り込んだ掘削土、地盤固化材及び改良土を、土止めすることができる。

更に、本実施形態の中間部材２３は、周方向Ｃにおいて隣接する共回り防止翼２２に当接した状態で、ボルト及びナット等の締結部材６０により、共回り防止翼２２に固定されている。換言すれば、本実施形態の中間部材２３は、周方向Ｃにおいて隣接する共回り防止翼２２に対して取り付けられることにより、共回り防止翼２２を補強する翼補強部材である。このような構成とすることにより、共回り防止翼２２が土圧等の圧力により変形することを抑制することができる。なお、本実施形態の中間部材２３は、周方向Ｃにおいて隣り合う共回り防止翼２２の第１翼部２２ａの間に配置されており、中間部材２３の周方向Ｃの両側それぞれが、ボルト及びナット等の締結部材６０により、第１翼部２２ａに締結されている。

以下、翼補強部材を構成する本実施形態の中間部材２３についての更なる詳細について説明する。

図３に示すように、本実施形態の中間部材２３は、軸部２の径方向Ｂに延在する第１枠部２３ａと、軸部２の周方向Ｃに延在する第２枠部２３ｂと、を備える網形状を有している。そして、本実施形態の複数の貫通孔Ｘは、網形状の中間部材２３の第１枠部２３ａ及び第２枠部２３ｂにより形成される複数の開口により構成されている。

また、本実施形態の中間部材２３の、図３の平面視における外形は、略扇形状であり、径方向Ｂの外縁及び内縁に位置する第２枠部２３ｂと、周方向Ｃの両端に位置する第１枠材２３ａと、により、略扇形状の外枠が形成されている。そして、周方向Ｃの両端に位置する第１枠材２３ａが、共回り防止翼２２の第１翼部２２ａに当接した状態で、締結部材６０により、共回り防止翼２２の第１翼部２２ａに対して固定されている。

なお、本実施形態では、周方向Ｃにおいて等間隔を隔てて配置された３つの共回り防止翼２２の第１翼部２２ａにより区画された３つの間隙に嵌り込むように、３つの翼補強部材２３が配置されているが、上述したように、周方向Ｃに配設される共回り防止翼２２の数は３つに限られるものではないため、中間部材２３の数についても、共回り防止翼２２の周方向Ｃにおける数に応じて、適宜変更することが可能である。

また、本実施形態の中間部材２３は、軸部２の径方向Ｂに延在する第１枠部２３ａと、軸部２の周方向Ｃに延在する第２枠部２３ｂと、を備える網形状であるが、周方向Ｃにおいて隣接する共回り防止翼２２の間に配置され、軸方向Ａに貫通する複数の貫通孔Ｘが形成されているものであればよく、本実施形態の中間部材２３のような網形状に限られるものではない。但し、中間部材２３を網形状とする場合には、本周方向Ｃに加わる土圧に対しても変形し難いため、実施形態のように、軸部２の径方向Ｂに延在する第１枠部２３ａと、軸部２の周方向Ｃに延在する第２枠部２３ｂと、を備える網形状とすることが好ましい。また、中間部材２３を網形状とする場合に限らず、貫通孔Ｘが形成された他の形状で構成する場合であっても、共回り防止翼２２の補強のため、本実施形態のように、中間部材２３を共回り防止翼２２に取り付ける構成とすることが好ましい。

更に、本実施形態の共回り防止翼２２は、中間部材２３よりも軸部２の径方向Ｂの外側に向かって突出している。より具体的に、本実施形態の共回り防止翼２２の第２翼部２２ｂは、中間部材２３の径方向Ｂの外縁を構成する第２枠部２３ｂよりも、更に径方向Ｂの外側に位置している。そして、掘削攪拌装置１により地盤の掘削、攪拌を行う場合には、中間部材２３の径方向Ｂの外縁を構成する第２枠部２３ｂは、掘削孔の内壁７０（説明の便宜上、図３において二点鎖線により位置を表記）に当接せずに、掘削孔の内壁７０、中間部材２３の径方向Ｂの外縁を構成する第２枠部２３ｂ、および中間部材２３に対して周方向Ｃの両側に位置する２つの共回り防止翼２２により、開口部Ｓ（図３参照）が区画される。そして、この開口部Ｓの開口面積は、複数の貫通孔Ｘのうち最大の開口面積を有する貫通孔Ｘの開口面積よりも大きい。そのため、例えば掘進作業時において、貫通孔Ｘを通過できない地盤中の石、木片、廃棄物などのガラを、開口部Ｓを通じて軸部２の軸方向Ａの基端側へと排出することができ、ガラが滞留して攪拌性能が低減することを抑制することができる。また、ガラが、第１攪拌翼４ａと共回り防止部５との間の間隙や、第２攪拌翼４ｂと共回り防止部５との間の間隙等の隙間に挟まり込むリスクを低減することができる。その結果、隙間に挟まり込み掘削攪拌装置１の一部に局所的な大きな外力が加わり、掘削攪拌装置１の一部が変形してしまうことをも抑制することができる。

なお、本実施形態の掘削翼３は、中間部材２３よりも軸部２の径方向Ｂの外側まで延在している。また、本実施形態の第１攪拌翼４ａ及び第２攪拌翼４ｂについても、中間部材２３よりも軸部２の径方向Ｂの外側まで延在している。換言すれば、掘削翼３、第１及び第２攪拌翼４ａ及び４ｂ、中間部材２３並びに共回り防止翼２２それぞれの、軸部２の中心軸線Ｏから径方向Ｂの外縁までの半径（以下、単に「半径距離」と記載する。）は、中間部材２３（図３の「Ｒ１」参照）、第１及び第２攪拌翼４ａ及び４ｂ（図２の「Ｒ２」参照）、掘削翼３（図１の「Ｒ３」参照）、共回り防止翼２２（図３の「Ｒ４」参照）の順に大きい関係となっている。半径距離をこのような関係とすれば、掘削孔の内壁７０、中間部材２３の径方向Ｂの外縁を構成する第２枠部２３ｂ、および中間部材２３に対して周方向Ｃの両側に位置する２つの共回り防止翼２２により形成される上述の開口部Ｓの開口面積が大きくなり易い。つまり、ガラが通過可能な比較的大きい開口面積を有する開口部Ｓを実現し易くすることができる。

更に、本実施形態の中間部材２３は、筒部２１の外面に当接した状態で配置されている。具体的に、本実施形態の中間部材２３は、径方向Ｂの内縁を構成する第２枠部２３ｂが筒部２１の外面に当接した状態で、上述したように共回り防止翼２２に対して固定されている。そのため、軸部２の周囲近傍の位置には、筒部２１に加えて、中間部材２３の径方向Ｂの内縁を構成する第２枠部２３ｂや、この第２枠部２３ｂに連続する複数の第１枠部２３ａが配置されることになる。掘進作業時に軸部２の中空部を通じて開口２ａから排出されるセメントミルク等の地盤固化材のうち掘削土と混ざり切らないものは、軸部２の外面に沿って軸部２の基端側へとふき上がり、地表に溢れ出るおそれがあるが、本実施形態では上述の構成を備えるため、軸部２の周囲近傍に位置する筒部２１、中間部材２３の径方向Ｂの内縁を構成する第２枠部２３ｂ、この第２枠部２３ｂに連続する複数の第１枠部２３ａなどが、地盤固化材のふき上がりを邪魔し、地盤固化材の地表への溢れ出しを抑制することができる。

なお、図１に示すように、本実施形態の掘削攪拌装置１は、軸部２の軸方向Ａの先端側から基端側に向かって、掘削翼３、共回り防止翼２２の第３翼部２２ｃ、第１攪拌翼４ａ、共回り防止翼２２の第１翼部２２ａ及び貫通孔Ｘが形成された中間部材２３、第２攪拌翼４ｂの順に配置されており、軸方向Ａにおいて隣接する部位同士の間には空隙が形成されている。このように、本実施形態の掘削攪拌装置１では、軸部２の軸方向Ａにおいて、貫通孔Ｘが形成された共回り防止部５の中間部材２３の両側に、所定の間隙を隔てて第１及び第２の攪拌翼４ａ及び４ｂが設けられているが、このような配置に限られるものではなく、貫通孔Ｘに対して、軸部２の先端側及び基端側のいずれか一方側のみに、所定の間隙を隔てて攪拌翼４が設けられている構成としてもよい。攪拌翼４をいずれか一方側のみに設ける場合には、貫通孔Ｘに対して軸部２の先端側に設けることが好ましい。このような配置とすれば、掘削及び攪拌が困難な抜去作業時において、攪拌翼４と貫通孔Ｘが形成された共回り防止部５との上述した作用により、土塊の細分化性能、及び掘削土の攪拌性能を向上させることができる。

但し、本実施形態の掘削攪拌装置１のように、共回り防止部５の貫通孔Ｘに対して、軸部２の先端側及び基端側の両方に、所定の間隙を隔てて第１攪拌翼４ａ及び第２攪拌翼４ｂを設けることが最も好ましい。このような構成とすれば、掘進作業時における土塊の細分化性能、及び掘削土の攪拌性能を更に向上させることができると共に、抜去作業時においても、掘進作業時と同等の、土塊の細分化性能及び掘削土の攪拌性能を得ることができる。

なお、第１攪拌翼４ａと共回り防止部５の貫通孔Ｘが設けられた部分（本実施形態では中間部材２３）との間の軸方向Ａにおける間隙の距離は、１．５〜７．０ｃｍとすることが好ましい。同様に、第２攪拌翼４ｂと共回り防止部５の貫通孔Ｘが設けられた部分（本実施形態では中間部材２３）との間の軸方向Ａにおける間隙の距離についても、１．５〜７．０ｃｍとすることが好ましい。１．５ｃｍよりも小さくすると、間隙に掘削土が入り難い一方で、一旦入り込んだ掘削土が間隙の中に詰まってしまう可能性があり、７．０ｃｍよりも大きいと、掘削土の全体を所望の大きさ（１０ｍｍ以下）まで細分化しきれない可能性があるからである。

また、本実施形態の網状の中間部材２３は、軸方向Ａにおける厚みが６ｃｍとしているが、土圧により変形しない程度の強度が確保できればよい。したがって、中間部材２３の厚みは６ｃｍに限られるものではなく、適宜変更することができる。更に、掘削攪拌装置１の各部位は、高強度、高耐摩耗性の鉄鋼金属材料などで構成することができる。

本発明に係る掘削攪拌装置は、上述した実施形態の構成に限れられるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項を逸脱しない限り、種々の変形・変更が可能である。例えば、上述した掘削攪拌装置１は、第１攪拌翼群３０ａ及び第２攪拌翼群３０ｂの２つの攪拌翼群を備える構成であるが、３つ以上の攪拌翼群を備える構成としてもよい。また、上述した掘削攪拌装置１の共回り防止部５は、共回り防止翼２２と中間部材２３とが一体化された構成を有するものであり、掘削攪拌装置１は、別の共回り防止翼を備えない構成であるが、例えば、軸部２のうち、共回り防止部５が取り付けられている位置とは別の位置に、共回り防止部５の共回り防止翼２２に加えて、別の共回り防止翼を別途設ける構成としてもよい。

更に、上述したように、共回り防止部５に形成された貫通孔Ｘの内径を更に小径化（例えば５〜１０ｍｍ程度）した構成としてもよい。上述した共回り防止部５の変形例として、中間部材２３の貫通孔Ｘの内径を更に小径化した一例を図５及び図６に示す。具体的に、図５は、共回り防止部１５０を示す図であり、図６は、図５に示す共回り防止部１５０の中間部材１２３を抜き出して示す斜視図である。

図５、図６に示すように、共回り防止部１５０は、軸部２の周囲の位置に、軸部２に対して相対的に回動可能に取り付けられた筒部２１と、軸部２の径方向Ｂの外側に向かって放射状に突出し、軸部２の径方向Ｂにおいて掘削翼３よりも外側まで延在する複数の共回り防止翼２２と、軸部２の周方向Ｃにおいて隣接する共回り防止翼２２の間に配置された中間部材１２３と、を備えている。換言すれば、図５、図６に示す共回り防止部１５０の筒部２１及び共回り防止翼２２は、上述した共回り防止部５の筒部２１及び共回り防止翼２２の構成と同様であり、図５、図６に示す共回り防止部１５０の中間部材１２３の構成が、上述した共回り防止部５の中間部材２３の構成と相違している。したがって、ここでは筒部２１及び共回り防止翼２２の詳細説明は省略する。

図５、図６に示すように、中間部材１２３は、軸部２の径方向Ｂに延在する第１枠部１２３ａと、軸部２の周方向Ｃに延在する第２枠部１２３ｂと、第１枠部１２３ａ及び第２枠部１２３ｂにより形成された複数の開口を覆い、各開口よりも断面積が小さい複数の貫通孔Ｘが形成された板状網部１２３ｃと、を備えている。

上述した共回り防止部５の中間部材２３では、第１枠部２３ａ及び第２枠部２３ｂにより枠組みが形成され、第１枠部２３ａ及び第２枠部２３ｂにより形成される複数の開口を貫通孔Ｘとしているが、図５、図６に示す中間部材１２３では、第１枠部１２３ａ及び第２枠部１２３ｂにより形成された主の枠組みの各開口を更に板状網部１２３ｃにより覆う構成とし、この板状網部１２３ｃに形成されている、主の枠組みの各開口よりも断面積が小さい小開口を貫通孔Ｘとしている。

このように、貫通孔Ｘを小径化することにより、掘進作業時及び抜去作業時において、貫通孔Ｘを通過した土塊を、更に細分化することができる。

特に、図５及び図６に示す中間部材１２３では、小径な貫通孔Ｘを形成する部分を、第１枠部１２３ａ及び第２枠部１２３ｂよりも厚みが薄い板状に形成された板状網部１２３ｃとしているため、貫通孔Ｘ内に掘削土等が詰まることを抑制することができる。なお、図５及び図６に示す板状網部１２３ｃは、第１枠部１２３ａ及び第２枠部１２３ｂのうち、軸部２の先端側の面又は基端側の面に溶接等により接合された板状の網部材、より具体的にはエキスパンドメタル、により構成されている。

更に、図６に示す板状網部１２３ｃは、周方向Ｃの位置によって、軸方向Ａの位置が異なっている。より具知的に、図６に示す板状網部１２３ｃは、周方向Ｃの位置によって、第１枠部１２３ａ及び第２枠部１２３ｂのうち軸部２の先端側の面に設けられている部分と、第１枠部１２３ａ及び第２枠部１２３ｂのうち軸部２の基端側の面に設けられている部分と、の両方を有している。このような構成とすることにより、掘進作業時と抜去作業時とで中間部材１２３の性能にばらつきが生じることを抑制することができる。なお、図６に示す板状網部１２３ｃのように、板状網部１２３ｃの軸方向Ａの位置が同位置となる部分を、周方向Ｃにおいて略均等に配置することが好ましい。このようにすれば、掘進作業時と抜去作業時とで中間部材１２３の性能にばらつきが生じることをより一層抑制することができる。

本発明は、掘削攪拌装置に関する。

１：掘削攪拌装置
２：軸部
２ａ：回以降
２ｂ：接続部
３：掘削翼
３ａ：掘削爪
４：攪拌翼
４ａ：第１攪拌翼
４ｂ：第２攪拌翼
５：共回り防止部
１１ａ：第１攪拌翼の下面
１１ｂ：第１攪拌翼の上面
１１ｃ、１１ｄ：第１攪拌翼の斜面
１２ａ、１２ｂ：第２攪拌翼の斜面
１２ｃ：第２攪拌翼の上端面
１２ｄ：第２攪拌翼の下端面
１３ａ：第１翼部の下面
１３ｂ：第１翼部の上面
１４ａ：第３翼部の下面
１４ｂ：第３翼部の上面
２１：筒部
２２：共回り防止翼
２２ａ：第１翼部
２２ｂ：第２翼部
２２ｃ：第３翼部
２３：中間部材（翼補強部材）
２３ａ：第１枠部
２３ｂ：第２枠部
３０ａ：第１攪拌翼群
３０ｂ：第２攪拌翼群
５０：逆流防止弁
６０：締結部材
７０：掘削孔の内壁
１２３：中間部材
１２３ａ：第１枠部
１２３ｂ：第２枠部
１２３ｃ：板状網部
１５０：共回り防止部
Ａ：軸部の軸方向
Ｂ：軸部の径方向
Ｃ：軸部の周方向
Ｏ：軸部の中心軸線
Ｓ：開口部
Ｒ１〜Ｒ４：中心軸線からの半径距離
Ｘ：貫通孔

Claims (11)

1. 筒状の軸部と、
   前記軸部の先端部に設けられた掘削翼と、
   前記掘削翼よりも前記軸部の基端側に設けられた攪拌翼と、
   前記軸部の軸方向において前記攪拌翼と所定の間隙を隔てた位置に、前記軸部に対して相対的に回動可能に取り付けられると共に、前記軸部の径方向において前記掘削翼よりも外側まで延在する共回り防止部と、を備え、
   前記共回り防止部は、前記軸方向に貫通する複数の貫通孔を有している掘削攪拌装置。
2. 前記攪拌翼は、前記軸方向において、前記貫通孔よりも前記軸部の先端側に設けられている、請求項１に記載の掘削攪拌装置。
3. 前記攪拌翼を第１の攪拌翼とした場合に、前記軸方向において、前記貫通孔よりも前記軸部の基端側に設けられた第２の攪拌翼を備える、請求項２に記載の掘削攪拌装置。
4. 前記共回り防止部は、前記軸部の前記径方向の外側に向かって放射状に突出し、前記軸部の前記径方向において前記掘削翼よりも外側まで延在する複数の共回り防止翼と、前記軸部の周方向において隣接する共回り防止翼の間に配置された中間部材と、を備え、
   前記複数の貫通孔は、前記中間部材に形成されている、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の掘削攪拌装置。
5. 前記中間部材は、前記隣接する共回り防止翼に対して取り付けられた翼補強部材である、請求項４に記載の掘削攪拌装置。
6. 前記共回り防止部は、前記軸部の周囲の位置に、前記軸部に対して相対的に回動可能に取り付けられた筒部を備え、
   前記共回り防止翼は、前記筒部に片持ち状態で支持されている、請求項４又は５に記載の掘削攪拌装置。
7. 前記中間部材は、前記筒部の外面に当接した状態で配置されている、請求項６に記載の掘削攪拌装置。
8. 前記共回り防止翼は、前記筒部から前記軸部の前記径方向の外側に突設された第１翼部と、前記第１翼部と連続し前記軸部の前記軸方向に向かって延在する第２翼部と、前記第２翼部と連続し前記軸部の前記径方向の内側に向かって延在すると共に、先端部が自由端で構成されている第３翼部と、を備える、請求項６又は７に記載の掘削攪拌装置。
9. 前記共回り防止翼は、前記中間部材よりも前記軸部の前記径方向の外側に向かって突出している、請求項４乃至８のいずれか１つに記載の掘削攪拌装置。
10. 前記中間部材は、前記軸部の前記径方向に延在する第１枠部と、前記軸部の前記周方向に延在する第２枠部と、を備える網形状を有し、
    前記貫通孔は、前記第１枠部及び前記第２枠部により形成される開口により構成されている、請求項４乃至９のいずれか１つに記載の掘削攪拌装置。
11. 前記中間部材は、前記軸部の前記径方向に延在する第１枠部と、前記軸部の前記周方向に延在する第２枠部と、前記第１枠部及び前記第２枠部により形成される開口を覆い、前記開口よりも断面積が小さい複数の小開口が形成されている板状網部と、を備え、
    前記貫通孔は、前記小開口により構成されている、請求項４乃至９のいずれか１つに記載の掘削攪拌装置。

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