JP2018145642A - 地盤改良装置および改良壁体の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量で且つ使い勝手の良好な取付角調整機構を有する地盤改良装置を提供する。
【解決手段】ベースマシンのアーム５と混合撹拌ヘッド６との間に、その混合撹拌ヘッド６の角度調整のための中間ブラケット方式の取付角度調整機構７が介装されている。アーム側ブラケット２６の固定板２８とそれに対して回転可能なヘッド側ブラケット２７の可動板３０とが、両者を貫通する軸部材３２を解して結合されている。さらに、固定板２８と可動板３０とが多数のボルト・ナット３６により締結固定されている。軸部材３２の両端には抜け止め部材３５が不離一体に固定され、アーム側ブラケット２６からのヘッド側ブラケット２７の脱落防止機構５０を形成している。
【選択図】図５

Description

本発明は、地盤改良装置として、上下方向に周回移動するチェーン式の混合撹拌翼を備えた混合撹拌ヘッドをバックホウに代表されるベースマシンのアーム先端に装着したものに関する。詳しくは、その混合撹拌ヘッドを地中に所定深度まで貫入した上で、固化材の吐出のほか混合撹拌翼による原位置土の掘削およびその原位置土と固化材との混合撹拌を行いながら、地中に混合撹拌翼の周回移動面の幅寸法に相当する連続した鉛直な改良壁体を構築するための地盤改良装置とそれを用いた改良壁体の構築方法に関するものである。

この種の地盤改良装置として例えば特許文献１に記載されたものが本出願人により提案されている。この特許文献１に記載された地盤改良装置では、バックホウ等のショベル系掘削機械に代表されるベースマシンのアームの先端にアタッチメントとして混合撹拌ヘッドを吊り下げ支持させるにあたり、上記アームの先端と混合撹拌ヘッドとの間にアクチュエータ駆動方式の旋回機構を介装し、アームから吊り下げた鉛直姿勢のままで混合撹拌ヘッドの姿勢変更を可能としたものである。

かかる特許文献１に記載された地盤改良装置では、例えば平面視にて多角形をなす筒状構造体をいわゆる地中連続壁の形態で地中に構築する際に好都合となるとされている。すなわち、多角形の中心位置相当部にベースマシンを静止させた上で、多角形の筒状構造体の特定の一辺部となる鉛直壁部の施工に続いてそれに連続する鉛直壁部を続けて施工する際に、上記旋回機構による旋回自由度を使って混合撹拌ヘッドの姿勢を変更するだけで、ベースマシンそのものは全く移動させる必要がなく、多角形の筒状構造体の施工を効率良く行うことができることになる。

特開２００４−１０８１３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された地盤改良装置では、混合撹拌ヘッドそのものの使用形態よりして、ベースマシンのアームの先端部と混合撹拌ヘッドとの間に介装される旋回機構も堅牢な構造のものとする必要があり、必然的にアクチュエータとその動力伝達系を含む旋回機構の形状および重量が過大となる傾向にある。そのため、混合撹拌ヘッドの重量に旋回機構の重量が加わるだけでなく、混合撹拌時に付着した土砂重量が加わり、ベースマシンの重量負荷が大きくなりすぎて、施工中のベースマシンの姿勢が不安定となるおそれがあった。

この傾向は、後述する図１３に示すように、平面視にて構築すべき改良壁体の厚み寸法を二分する平面中心線に対しベースマシンの履帯を平行に保ちつつ、混合撹拌ヘッドにおける混合撹拌翼の周回移動面と前記平面中心線とを直角とした上で、上記平面中心線とベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度が鋭角になるような姿勢にてベースマシンを構えて、ブームおよびアームの揺動動作方向に力に基づく上記平面中心線方向の分力を当該平面中心線方向への掘進ベクトルとして混合撹拌ヘッドを掘進させる場合に特に顕著となる。

また、ベースマシンの先端部と混合撹拌ヘッドとの間に介装される旋回機構の高さ寸法が大きくなると、その分だけベースマシンのアーム先端から混合撹拌ヘッドの先端までの距離が大きくなる。そのため、地中に貫入した混合撹拌ヘッドを掘進させる場合に、混合撹拌ヘッドの下端部が上端部に比べて遅れ気味となって混合撹拌ヘッドの鉛直姿勢を維持できなくなり、掘進能力が低下することとなって好ましくない。この傾向は、混合撹拌ヘッドの長さが大きくなって、地中への貫入深度が大きくなるほど顕著となる。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、機能上、最低限必要なベースマシンのアームの先端部に対する混合撹拌ヘッドの取付角調整のための調整自由度のみを残して、アクチュエータを廃止し、もって小型軽量で且つ使い勝手の良好な取付角調整機構を有する地盤改良装置とそれを用いた改良壁体の構築方法を提供するものである。

本発明は、ショベル系の掘削機をベースマシンとして、そのベースマシンのアームの先端部に、上下方向に周回移動するチェーン式の混合撹拌翼を備えた混合撹拌ヘッドを装着し、前記混合撹拌ヘッドの混合撹拌翼による原位置土の掘削およびその原位置土と固化材との混合撹拌を行いながら、地中に前記混合撹拌翼の周回移動面の幅寸法に相当する連続した鉛直な改良壁体を構築する地盤改良装置であって、前記改良壁体の構築に際して、平面視にて構築すべき改良壁体の厚み寸法を二分する平面中心線に対し前記ベースマシンの履帯をほぼ平行に保ちつつ、前記混合撹拌翼の周回移動面と前記平面中心線とをほぼ直角とした上で、前記混合撹拌ヘッドを前記平面中心線方向に掘進させるようにした地盤改良装置である。

その上で、前記混合撹拌ヘッドは、本体部となる支柱の上端部と下端部との間に無端状をなす前記チェーン式の混合撹拌翼を巻き掛けたものである一方、前記ベースマシンのアームの先端部と前記混合撹拌ヘッドとの間に、前記平面中心線と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度を調整可能な取付角調整機構が設けられている。

そして、前記取付角調整機構は、前記ベースマシンのアームの先端部に連結される固定板と、前記混合撹拌ヘッドの上端部に連結されると共に前記固定板と重ね合わされる可動板と、前記固定板と可動板の中心部を貫通するように前記支柱の中心線の延長線上に配置され、前記固定板に対して前記可動板を回転可能に連結支持している軸部材と、前記固定板に対して前記可動板を回転させた位置に規制してねじ締め固定する締結固定手段と、を備えているものである。

好ましい態様としては、前記混合撹拌ヘッドがベースマシンのアームの先端部に吊り下げ支持される際の重量バランスに基づく姿勢安定性を考慮し、前記混合撹拌ヘッドは、前記支柱の上端部にモータとそれによって駆動される駆動輪を、前記支柱の下端部に従動輪をそれぞれ配置すると共に、それらの駆動輪と従動輪との間に前記チェーン式の混合撹拌翼を巻き掛けたものであって、前記混合撹拌ヘッドの平面視において、張り側となる前記チェーン式の混合撹拌翼と緩み側となる前記チェーン式の混合撹拌翼とで挟まれた領域であって且つ前記チェーン式の混合撹拌翼の幅寸法内で、前記取付角調整機構の軸部材と、前記混合撹拌ヘッドの支柱、モータ、駆動輪および従動輪のそれぞれが重なり合うように配置されている。

同様に、重量バランスに基づく姿勢安定性を考慮した別の好ましい態様としては、前記取付角調整機構の固定板と可動板は共に水平で且つ互いに平行であって、前記混合撹拌ヘッドの平面視において、張り側となる前記チェーン式の混合撹拌翼と緩み側となる前記チェーン式の混合撹拌翼とで挟まれた領域であって且つ前記チェーン式の混合撹拌翼の幅寸法内に納まるように、前記取付角調整機構の固定板および可動板の大きさがそれぞれ設定されている。

改良壁体を構築する際の負荷を考慮した別の好ましい態様としては、前記取付角調整機構は、前記可動板を含む混合撹拌ヘッドの前記固定板からの脱落を防止する脱落防止機構を備えている。

より具体的な好ましい態様としては、前記取付角調整機構の軸部材が前記脱落防止機構の一部を兼ねていて、前記脱落防止機構は、前記固定板と可動板の中心部をそれぞれに貫通した前記軸部材の両端部に、それぞれの貫通穴からの前記軸部材の抜け出しを阻止する抜け止め部材を不離一体に設けてある。

使い勝手の良さに着目した場合の別の好ましい態様としては、前記取付角調整機構は、前記固定板が前記ベースマシンのアームの先端部に対して着脱可能で、且つ前記可動板が前記混合撹拌ヘッドの上端部に対して着脱可能な中間ブラケット式のものとして形成されている。

その一方で、構造のさらなる簡素化と共に、前記取付角調整機構と混合撹拌ヘッドとの連結部での堅牢性に着目した場合の別の好ましい態様としては、前記取付角調整機構は、前記固定板が前記ベースマシンのアームの先端部に対して着脱可能で、且つ前記可動板が前記混合撹拌ヘッドの上端部に対して一体的に結合されている。

また、前記地盤改良装置を用いて行う改良壁体の構築方法の好ましい態様として、前記取付角調整機構の機能により、前記平面中心線と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度を鋭角に保った上で、前記混合撹拌ヘッドを前記平面中心線方向に掘進させて鉛直な改良壁体を構築する。

なお、前記平面中心線と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最小角度は、本発明者等の実験に基づく知見よりして１５°程度である。

本発明によれば、取付角調整機構の高さ寸法を初めとしてその形状および重量が小さくなって、取付角調整機構を含む混合撹拌ヘッドの使い勝手が良好なものとなり、ベースマシンの姿勢の不安定さを招くことなく安定して施工を行えるようになる。

また、平面視にて構築すべき改良壁体の厚み寸法を二分する平面中心線とベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度が鋭角となるような姿勢にてベースマシンを構えて、ブームおよびアームの揺動動作方向に力に基づく上記平面中心線方向の分力を当該平面中心線方向への掘進ベクトルとして混合撹拌ヘッドを掘進させる場合において、特に狭隘な現場においても無理なく施工することが可能となる。

本発明に係る地盤改良装置の第１の実施の形態を示す図で、地盤改良装置を用いた改良壁体の構築状況を示す側面説明図。 図１の平面図。 図１に示した地盤改良装置を拡大して混合撹拌翼の周回移動面側から見た側面説明図。 図３の左側面図。 図３に示した混合撹拌ヘッドの上端部の拡大図。 図５の平面図。 図３のａ−ａ線に沿った拡大断面図。 図７の混合撹拌翼で囲まれた領域にハンチングを施して強調した説明図。 （Ａ）は図５に示した軸部材周りの拡大断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の下面図。 図６に示した固定板の要部拡大図。 図５に示した軸部材周りの構造の別の例を示す図で、（Ａ）は図９の（Ａ）と同等部位の拡大断面図、（Ｂ）は図９の（Ｂ）と同等部位の下面図。 図５に示した軸部材周りの構造のさらに別の例を示す図で、（Ａ）は図９の（Ａ）と同等部位の拡大断面図、（Ｂ）は図９の（Ｂ）と同等部位の下面図。 両側を家屋等で挟まれた狭隘な街区道路での改良壁体の構築のための施工状況を示す平面図。 図１３での施工に際しての図６に示した取付角調整機構の機能を示す平面図。 本発明に係る地盤改良装置の第２の実施の形態を示す図で、図５と同等部位の拡大図。

図１〜１４は本発明に係る地盤改良装置を実施するためのより具体的な第１の形態を示していて、特に図１〜４は地盤改良装置の基本構造を示している。すなわち、図１は地盤改良装置を用いた改良壁体の構築状況を示す側面説明図であり、図２は図１の平面図を示している。

図１，２において、１は汎用型の建設機械の一つである無限軌道（履帯）式またはクローラ式のショベル系掘削機械、例えば履帯２を有する油圧ショベルもしくはバックホウ等のベースマシン（母機）であって、ベースマシン１の上部旋回体としての旋回ベース３に搭載された揺動式（起伏式または起倒式）のブーム４の先端には同じく揺動式のアーム５が連結されている。そして、ベースマシン１におけるアーム５の先端には、アタッチメントとして原位置土の掘削と固化材（地盤改良材）との混合撹拌のためのいわゆるトレンチャー式の混合撹拌ヘッド６が後述する中間ブラケット方式の取付角調整機構７を介して着脱可能に装着されている。

なお、８はブーム４の揺動動作のためのブームシリンダ、９はアーム５の揺動動作のためのアームシリンダ、１０はアタッチメントである混合撹拌ヘッド６の揺動動作のためのアタッチメントシリンダである。また、Ｂはいわゆる地中連続壁の形態で鉛直姿勢にて構築しようとする改良壁体である。

ここでは、図２において、便宜上、改良壁体Ｂの平面視においてその改良壁体Ｂの厚み寸法を二分する中心線を改良壁体Ｂまたは構築すべき改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１と定義する。同様に、ベースマシン１の平面視でのブーム４およびアーム５の中心線をブーム４等の平面中心線Ｃ２と定義するものとする。

図３は図１に示した地盤改良装置を拡大して混合撹拌翼の周回移動面側から見た側面説明図であり、図４は図３の右側面図を示している。

これらの図３，４に示すように、混合撹拌ヘッド６は、剛性の高いフレーム１１を本体部（母体）としていて、このフレーム１１は、幅広で且つ略二股状のヨーク部１２と、ヨーク部１２の下部に連結された真直で四角柱状の支柱としてのポスト部１３とから構成されている。ヨーク部１２の上端の固定側リンクプレート１４は、後述する図５に示すような取付角調整機構７を介してアーム５の先端に着脱可能に連結される。なお、支柱としてのポスト部１３は四角柱状のものに限らず、四角柱以外の多角柱状や円柱状のものであっても良い。

そして、ポスト部１３の上部に設けた油圧モータ１５駆動の例えばチェーンスプロケットタイプの駆動輪１６（図５参照）と同じくポスト部１３の下部に設けた従動輪１７との間にエンドレス（無端状）のドライブチェーン１８を巻き掛けてある。ドライブチェーン１８には、当該ドライブチェーン１８の長手方向とほぼ直交するように、図３に示す幅寸法Ｗの複数の混合撹拌翼１９を略等ピッチで装着してある。これらの複数の混合撹拌翼１９がドライブチェーン１８とともに上下方向に周回駆動されることになる。

なお、混合撹拌翼１９にはその長手方向に沿って複数の掘削刃であるカッタービット２０（図５参照）を設けてある。また、ドライブチェーン１８は、ポスト部１３に設けた複数のガイドローラ２３に所定の張力が付与された状態で案内・支持されている。

さらに、ポスト部１３の先端部（下端部）には吐出ノズル２１を設けてあり、この吐出ノズル２１には例えば水と固化材としての粉体状のセメントとを予め混ぜ合わせたスラリ状の固化材が図示外の圧送ポンプと配管２２を介して圧送されるようになっている。これにより、吐出ノズル２１から地中に向けてスラリ状の固化材を吐出・噴射することが可能となっている。

図５は図３に示した混合撹拌ヘッド６の上端部の拡大図を示し、図６は図５の平面図を示している。また、図７は図３のａ−ａ線に沿った拡大断面図を示している。

図５に示すように、ベースマシン１のアーム５と混合撹拌ヘッド６との間に介装された取付角調整機構７は、アーム５側となるアーム側ブラケット２６と、混合撹拌ヘッド６側となるヘッド側ブラケット２７とを主要素として構成されていて、後述するように両者は相対回転可能に連結されている。

アーム側ブラケット２６は基板となる円板状の固定板２８に所定距離隔てて一対のリンクプレート２９を立設したものである。他方、ヘッド側ブラケット２７も基板となる円板状の可動板３０上に下向きに立設した一対のリンクプレート３１がアーム側ブラケット２６のリンクプレート２９に対して９０°位相がずれている点を除き、アーム側ブラケット２６とほぼ同構造のものとなっている。

そして、アーム側ブラケット２６の固定板２８とヘッド側ブラケット２７の可動板３０とは、共に水平で且つ互いに平行であって、それら両者が互いに密着するように重ね合わせた上で、固定板２８と可動板３０の中心部を貫通する中空円筒状の軸部材３２を介してアーム側ブラケット２６とヘッド側ブラケット２７とが相対回転可能に連結されている。この軸部材３２の中心は、図６，７に示すように、混合撹拌ヘッド６のフレーム１１を構成している四角柱状のポスト部１３の中心線の延長線上に位置している。なお、アーム側ブラケット２６の固定板２８とヘッド側ブラケット２７の可動板３０の水平度および両者の平行度について、多少の誤差はそれぞれ許容される。

また、アーム側ブラケット２６の固定板２８とヘッド側ブラケット２７の可動板３０とを貫通した軸部材３２の両端部には、軸部材３２よりも大径のリング状の抜け止め部材３５が嵌め合わされた上で溶接固定されている。この抜け止め部材３５は、図９に示すように、リング状の抜け止めフランジ３５ａの周囲に補強を目的とした複数のリブ３５ｂを溶接固定したもので、抜け止めフランジ３５ａおよび複数のリブ３５ｂ共に軸部材３２に溶接固定される。

その上で、アーム側ブラケット２６の固定板２８とヘッド側ブラケット２７の可動板３０の周縁部にそれぞれに形成された図１０に示す多数のボルト穴３３にそれぞれに挿入される締結固定手段としてのボルト・ナット３６を介して両者が締結固定されるようになっている。これにより、軸部材３２は、取付角調整機構７の一構成要素として、アーム側ブラケット２６とヘッド側ブラケット２７との相対回転を許容する軸体として機能しつつ、同時に当該軸部材３２の両端部に溶接固定される抜け止め部材３５と共に脱落防止機構５０を形成している。また、多数のボルト・ナット３６による締結力を解除するならば、軸部材３２を回転中心としたアーム側ブラケット２６の固定板２８とヘッド側ブラケット２７の可動板３０との相対回転が可能となっている。

なお、アーム側ブラケット２６の固定板２８とヘッド側ブラケット２７の可動板３０との相対回転に備えて、図９に示すように、固定板２８および可動板３０と各抜け止め部材３５の抜け止めフランジ３５ａとの間には微少な隙間を確保してある。また、図９に示した抜け止め部材３５に代えて、図１１，１２に示した抜け止め部材３９，４０を用いることも可能である。図１１に示した抜け止め部材３９は、実質的に図９に示した抜け止めフランジ３５ａを廃止して、複数のリブ３５ｂのみとしたものである。また、図１２に示した抜け止め部材４０は、実質的に図９に示した複数のリブ３５ｂを廃止して、抜け止めフランジ３５ａのみとしたものである。

ここで、図１０に拡大して示すように、固定板２８と可動板３０の双方に形成されている複数のボルト穴３３はそれぞれが固定板２８および可動板３０の円周方向に長い長穴状のものとなっている。そして、それぞれのボルト穴３３の長径方向の長さｇに比べて、隣り合うボルト穴３３同士の間に残されたブリッジ部３３ａの長さｈの方が小さくなるように、ｇ＞ｈの関係に設定さている。なお、双方の長さｇ，ｈ共に、長穴状のボルト穴３３の長手方向両端での円弧の中心間距離を示している。これにより、アーム側ブラケット２６に対するヘッド側ブラケット２７との微細な角度調整が可能となっている。

さらに、アーム側ブラケット２６のリンクプレート２９はアーム５および当該アーム５側のリンク部材５ａに対して連結ピン３４により着脱可能に連結されるとともに、ヘッド側ブラケット２７のリンクプレート３１は混合撹拌ヘッド６側の上端部の固定側リンクプレート１４に対して連結ピン３８により着脱可能に連結される。

なお、混合撹拌ヘッド６の固定側リンクプレート１４はアーム側ブラケット２６のリンクプレート２９と共通化されており、取付角調整機構７を使用しない場合には、混合撹拌ヘッド６の固定側リンクプレート１４を連結ピン３４または３８を介して直接的にアーム５側に連結することが可能となっている。

ここで、図５，６に示すように、混合撹拌ヘッド６の構成要素と取付角調整機構７の構成要素との配置にあたって、混合撹拌ヘッド６における四角柱状のポスト部１３の中心線の延長線上に、取付角調整機構７の軸部材３２の中心が一致するように配置してあることは先に述べた通りである。

また、図５のほか図６，７に示した混合撹拌ヘッド６の平面図および断面図において、混合撹拌翼１９が装着されているドライブチェーン１８の張り側での混合撹拌翼１９の周回移動面と、同じくドライブチェーン１８の緩み側での混合撹拌翼１９の周回移動面とで挟まれた領域であって、且つ混合撹拌翼１９の幅寸法Ｗ（図３参照）の領域内に納まるように、取付角調整機構７の固定板２８および可動板３０のそれぞれの大きさが設定されている。

同様に、取付角調整機構７を含む混合撹拌ヘッド６の平面視において、上記領域内に納まるように、取付角調整機構７の軸部材３２と、図３〜５に示した混合撹拌ヘッド６のポスト部１３、油圧モータ１５、駆動輪１６および従動輪１７のそれぞれが重なり合うように配置されている。つまり、取付角調整機構７を含む混合撹拌ヘッド６の平面視において、油圧モータ１５の中心と駆動輪１６および従動輪１７のそれぞれの回転中心とが一致していて、それらの中心線上で交差するかたちで取付角調整機構７の軸部材３２の中心が位置している。

すなわち、混合撹拌翼１９が装着されているドライブチェーン１８の張り側での混合撹拌翼１９の周回移動面と同じくドライブチェーン１８の緩み側での混合撹拌翼１９の周回移動面とで挟まれた領域であって、且つ混合撹拌翼１９の幅寸法Ｗの領域とは、図８にハッチング（斜線）を施した領域Ｅである。この領域Ｅ内に納まるように、取付角調整機構７の固定板２８および可動板３０のそれぞれの大きさが設定されている。同時に、領域Ｅ内に納まるように、取付角調整機構７の軸部材３２と、混合撹拌ヘッド６のポスト部１３、油圧モータ１５、駆動輪１６および従動輪１７のそれぞれが平面視にて重なり合うように配置されている。

このような取付角調整機構７を用いることにより、固定板２８と可動板３０とを締結固定している多数のボルト・ナット３６の脱着を行って、固定板２８に対して可動板３０を任意の角度だけ回転させれば、取付角調整機構７におけるアーム側ブラケット２６とヘッド側ブラケット２７とのなす角度、ひいては図２に示した改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１とブーム４等の平面中心線Ｃ２とのなす角度θを任意の角度に設定することが可能である。

なお、図２では改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１とブーム４等の平面中心線Ｃ２とのなす角度θがθ＝９０°である。これに対して、後述する図１３では、取付角調整機構７の自由度を使って、改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１とベースマシン１のブーム４等の平面中心線Ｃ２とのなす角度θを１５°程度に設定した上での施工状況を示している。

また、図５に示した取付角調整機構７には、軸部材３２と抜け止め部材３５とからなる脱落防止機構５０が付加されていることにより、アーム側ブラケット２６の固定板２８とヘッド側ブラケット２７の可動板３０とを締結固定している多数ボルト・ナット３６の全てが仮に脱落したとしても、アーム側ブラケット２６の固定板２８とヘッド側ブラケット２７の可動板３０とが切り離されることがないように、つまり、アーム側ブラケット２６とヘッド側ブラケット２７とが脱落防止機構５０により実質的に不離一体に連結されていて、アーム側ブラケット２６からのヘッド側ブラケット２７の脱落が阻止される構造となっている。これにより、例えば過負荷によるトラブル発生の抑制化と安全性の向上が図られている。

言い換えるならば、図５に示した多数のボルト・ナット３６は、アーム側ブラケット２６とヘッド側ブラケット２７との相対回転位置を規制しつつ両者を位置決めして締結固定する機能を有している。その一方、脱落防止機構５０は、アーム側ブラケット２６とヘッド側ブラケット２７との相対回転自由度を確保しつつ、上記ボルト・ナット３６に依存することなく、アーム側ブラケット２６とヘッド側ブラケット２７とを実質的に不離一体に連結して、両者の切り離し（アーム側ブラケット２６からのヘッド側ブラケット２７の脱落）を防止する機能を有している。

また、上記取付角調整機構７の構造として、アーム側ブラケット２６に対しヘッド側ブラケット２７を、円筒状の軸部材３２を回転中心として任意の角度に回転させた後、多数のボルト・ナット３６にて締結固定する構造としていることにより、例えば特許文献１の図５，６に開示されているようなモータ駆動方式のものと比べて、駆動部のトラブルが少なく取付角調整機構７の構造を簡素化できるとともに、堅牢性および耐久性にも優れたものとなる。

加えて、図８に示したように、ハッチングを施した領域Ｅ内に納まるように、取付角調整機構７の固定板２８および可動板３０の大きさが設定されていて、同時に、領域Ｅ内に納まるように、取付角調整機構７の軸部材３２と、混合撹拌ヘッド６のポスト部１３、油圧モータ１５、駆動輪１６および従動輪１７のそれぞれが重なり合うように配置されている。これは、例えば施工条件によっては、ベースマシン１のアーム５の先端部までも混合撹拌された安定処理土内に埋没させて施工することがあり、固定板２８や可動板３０が原地盤と干渉して混合撹拌ヘッド６の掘進が困難となることがあることから、このような事態を避ける上で上記の各要素の配置は有効である。加えて、上記の各要素の配置のもとでは、ベースマシン１のアーム５から混合撹拌ヘッド６が吊り下げ支持される際の重量バランスに基づく姿勢安定性が良く、例えば混合撹拌ヘッド６を地中から引き抜いた上で移動させる際の機動性にも優れたものとなる。

このような構造の混合撹拌ヘッド６を用いて改良壁体Ｂの構築のための施工を行う場合、一般的には、図１，２に示すように、構築しようとする鉛直な改良壁体Ｂの長手方向とベースマシン１の履帯２を平行にセットする。ただし、従来の一般的な工法では、上記取付角調整機構７による回転自由度は有していない。その上で、油圧モータ１５の正転または逆転駆動により、ドライブチェーン１８とともに複数の混合撹拌翼１９を上下方向に周回駆動させる。さらに、混合撹拌ヘッド６全体を例えばブーム４やアーム５の揺動力（揺動動作方向の力）を利用して直立姿勢にて地中に貫入する。そして、吐出ノズル２１からスラリ状の固化材を吐出しながら、ベースマシン１を構築しようとする改良壁体Ｂと平行に横行移動させて、混合撹拌ヘッド６を掘進させることになる。

これにより、複数の混合撹拌翼１９により掘削された原位置土が同じく複数の混合撹拌翼１９によりスラリ状の固化材と混合撹拌されて、混合撹拌ヘッド６の掘進方向後方側に連続した鉛直姿勢の改良壁体Ｂが構築されることになる。なお、地中に構築される改良壁体Ｂの壁体厚は混合撹拌翼１９の長さＷ（図３参照）とほぼ同等のものとなる。

この場合において、混合撹拌ヘッド６におけるドライブチェーン１８の張り側と緩み側に相当する部位であって複数の混合撹拌翼１９による掘削と混合撹拌にあずかる部位、すなわち混合撹拌翼１９の上下方向での周回移動面（改良壁体Ｂの構築方向前方側に面する周回移動面と構築方向後方側に面する周回移動面）は改良壁体Ｂの構築方向と直交したものとなる。そして、改良壁体Ｂの構築方向前方側に面する周回移動面を上向きとするか下向きとするかは、地盤の硬さや土質性状に応じて決定する。

従来の一般的な改良壁体の構築方法では、図１の平面図である図２に示すように、改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１とベースマシン１のブーム４等の平面中心線Ｃ２とが直交するように、すなわち双方の平面中心線Ｃ１，Ｃ２同士のなす角度θが９０°となるようにセットしている。なお、図２の寸法Ｌは改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１からベースマシン１の旋回ベース３の旋回中心までの距離（作業半径）、寸法Ｌ₁は改良壁体Ｂの側面からベースマシン１の履帯２の側面までの距離をそれぞれ示している。

その上で、混合撹拌ヘッド６を鉛直姿勢にて地中に貫入し、改良壁体Ｂの構築方向前方側に面することになる混合撹拌翼１９の周回移動面において、その混合撹拌翼１９が例えば上方から下方に向かって周回移動するように回転駆動させることにより、改良壁体Ｂの構築方向前方側に面することになる混合撹拌翼１９の周回移動面側にて混合撹拌翼１９が積極的に原位置土を掘削して、掘削された原位置土が固化材と混合撹拌されながらそれと反対側の混合撹拌翼１９の周回移動面側に送り込まれる力を反力として、混合撹拌ヘッド６自体を改良壁体Ｂの構築方向に掘進させることになる。

かかる改良壁体Ｂの構築方法において、混合撹拌ヘッド６の掘進力はそれ自体の混合撹拌時の反力とベースマシン１の旋回ベース３の旋回力とによる掘進であって、その掘進力は大きな掘進力とはなり得ないものである。

そこで、本実施の形態では、基本的には、改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１とブーム４等の平面中心線Ｃ２となす角度θが後述する図１３に示すように鋭角となるような姿勢で混合撹拌ヘッド６を構えるものとする。これにより、ベースマシン１が本来的に有しているブーム４やアーム５およびアタッチメントシリンダ１０のシリンダ力を最大限に活用して、従来から課題となっている混合撹拌ヘッド６の掘進力の増大化を図った改良壁体の構築方法とするものである。

先にも述べたように、従来の一般的な改良壁体Ｂの構築方法における掘進力は、混合撹拌時の反力とベースマシン１における旋回ベース３の旋回力を掘進力とするものであって、その掘進力は小さく、硬質地盤等の掘進においてはその速度も遅く、経済スピードによる掘進は困難である。そもそも、ショベル系の掘削機の旋回力は、アーム５の先端のアタッチメントであるバケットを空中（気中）で旋回させる力があれば十分であって、大きな旋回力を必要とするものではない。その一方で、ショベル系の掘削機の掘削力は、ブームシリンダ８やアームシリンダ９（以下、アームシリンダ９等と言う。）の伸縮動作に基づくブーム４およびアーム５の揺動動作方向の力とアタッチメントシリンダ（バケットシリンダ）１０の伸縮力による掘削力に依存するものであって、ベースマシン１の規格にもよるが大きな掘削力を有している。

本実施の形態では、このアームシリンダ９等のほかアタッチメントシリンダ１０の伸縮動作に基づくブーム４およびアーム５の揺動動作方向の力とアタッチメントシリンダ１０の伸縮力による掘削力を改良壁体構築方向への混合撹拌ヘッド６の掘進力（掘進ベクトル）として積極的に活用する改良壁体の構築方法である。

図１３は例えば両側を家屋Ｍ等で挟まれた狭隘な街区道路での改良壁体Ｂの構築のための施工状況を示す平面図である。同図に示すように、ベースマシン１の履帯２を改良壁体Ｂの構築方向と平行となるようにセットした上で、ベースマシン１における旋回ベース３の旋回中心から混合撹拌ヘッド６の回転中心までの距離（作業半径）Ｌを保ちながらベースマシン１を改良壁体Ｂの構築位置に近付ける。そうすると、平面中心線Ｃ１，Ｃ２同士のなす角度θが鋭角となる姿勢で混合撹拌ヘッド６を構えることとなる。

図１３では角度θをθ≒１５°に設定していて、取付角調整機構７の回転自由度を使って、図６の状態からアーム側ブラケット２６に対しヘッド側ブラケット２７を混合撹拌ヘッド６と共に角度αとして７５°程度回転させて、図１４に示すように、最終的に平面中心線Ｃ１，Ｃ２同士のなす角度θを１５°程度に設定している。

この場合において、混合撹拌ヘッド６における混合撹拌翼１９の周回移動面は改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１と直角となるようにセットする。ただし、ベースマシン１の履帯２と改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１（＝改良壁体Ｂの構築方向）との平行度、および混合撹拌ヘッド６における混合撹拌翼１９の周回移動面と改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１との直角度の多少のばらつきは許容される。

その状態にて、アームシリンダ９等のほかアタッチメントシリンダ１０を伸縮動作させると、その伸縮動作に基づくブーム４およびアーム５の揺動動作方向の力Ｐは改良壁体Ｂの構築方向の分力Ｐ１またはＰ２を生じ、この分力Ｐ１またはＰ２は改良壁体Ｂの構築方向への掘進力となる。言い換えるならば、この掘進力は、ブーム４およびアーム５の揺動動作方向の力Ｐより生じるベクトルであって、混合撹拌ヘッド６の掘進ベクトルＰ１またはＰ２となる。

なお、アームシリンダ９等のほかアタッチメントシリンダ１０の伸縮動作ストロークが限界となったならば、所定量だけベースマシン１を前進または後退動作させる。ただし、ベースマシン１の後退力および前進力は掘進力に寄与するものではなく、掘進ベクトルＰ１またはＰ２によって改良壁体Ｂが所定量だけ構築されたならば、その構築相当量だけベースマシン１自体を後退動作または前進動作させるにすぎない。また、図１３の符号Ｆは敷地境界を示す。

図１３ではベースマシン１の向きを逆にした場合を仮想線で示しているが、いずれの掘進方向であっても、混合撹拌翼１９の周回移動面と構築すべき改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１とを略直角とした上で、混合撹拌ヘッド６を改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１方向に掘進させるので、掘進ベクトルＰ１またはＰ２はいずれの方向においても同等のものとして得ることができる。また、図１３の例では改良壁体Ｂとベースマシン１の履帯２とのなす距離がぼぼ零で、先にも述べたように平面中心線Ｃ１，Ｃ２同士のなす角度θが１５°程度となっている。これにより、図２と図１３とを比較した場合に、距離Ｌが両者共に等しくても、距離Ｌ₁は図１３の方が著しく小さくなる。

上記の掘進ベクトルＰ１またはＰ２は、改良壁体Ｂの構築のための実質的な掘進力であって、改良壁体Ｂの平面中心線Ｃ１とブーム４等の平面中心線Ｃ２とのなす角度θ２が小さければ小さいほど、大きな掘進ベクトルＰ１またはＰ２が得られる。この場合において、前記角度θの最小角度は、図１３に示すように、ベースマシン１の履帯２を改良壁体Ｂのベースマシン１側の側面と干渉しない程度まで近付けた時の角度であって、その角度は先に述べた１５°程度となる。それ故に、角度θ２≒１５°での掘進ベクトルＰ１またはＰ２が最大の掘進力となる。

図１５は本発明に係る地盤改良装置の第２の実施の形態を示していて、図５に示した取付角調整機構７に代わる別の取付角調整機構の例を示している。

図１５に示す取付角調整機構４７は、図５に示したものと比較すると明らかなように、ピン脱着式のアーム側ブラケット２６とヘッド側ブラケット５７とが円筒状の軸部材３２を介して相対回転可能に連結されている点で、図５に示したものと同じ構造である。その一方、ヘッド側ブラケット５７の可動板３０に対して、混合撹拌ヘッド６の上端部の固定側リンクプレート１４が図５のようなピン脱着によらずに直接的に溶接等にて一体的に接続されている点で、図５に示したものと異なっている。それ以外の構造は図１０に示したものと同様である。なお、図１５では、図５に示したボルト・ナット３６の図示を省略している。

このような構造の取付角調整機構４７によれば、取付角調整機構４７が実質的に混合撹拌ヘッド６と一体化されていることにより、図５に示したものと比べて構造の簡素化が図れるとともに、ベースマシン１のアーム５に対する脱着も容易となる。

１…ベースマシン
２…履帯
５…アーム
６…混合撹拌ヘッド
７…取付角調整機構
１３…ポスト部（支柱）
１５…油圧モータ
１６…駆動輪
１７…従動輪
１９…混合撹拌翼
２６…アーム側ブラケット
２７…ヘッド側ブラケット
２８…固定板
３０…可動板
３２…軸部材
３５…抜け止め部材
３６…ボルト・ナット（締結固定手段）
４７…取付角調整機構
５０…脱落防止機構
５７…ヘッド側ブラケット
Ｂ…改良壁体
Ｃ１…改良壁体の平面中心線
Ｃ２…ブームおよびアームの平面中心線

Claims (9)

1. ショベル系の掘削機をベースマシンとして、そのベースマシンのアームの先端部に、上下方向に周回移動するチェーン式の混合撹拌翼を備えた混合撹拌ヘッドを装着し、前記混合撹拌ヘッドの混合撹拌翼による原位置土の掘削およびその原位置土と固化材との混合撹拌を行いながら、地中に前記混合撹拌翼の周回移動面の幅寸法に相当する連続した鉛直な改良壁体を構築する地盤改良装置であって、
   前記改良壁体の構築に際して、平面視にて構築すべき改良壁体の厚み寸法を二分する平面中心線に対し前記ベースマシンの履帯をほぼ平行に保ちつつ、前記混合撹拌翼の周回移動面と前記平面中心線とをほぼ直角とした上で、前記混合撹拌ヘッドを前記平面中心線方向に掘進させるようにした地盤改良装置において、
   前記混合撹拌ヘッドは、本体部となる支柱の上端部と下端部との間に無端状をなす前記チェーン式の混合撹拌翼を巻き掛けたものである一方、
   前記ベースマシンのアームの先端部と前記混合撹拌ヘッドとの間に、前記平面中心線と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度を調整可能な取付角調整機構が設けられていて、
   前記取付角調整機構は、
   前記ベースマシンのアームの先端部に連結される固定板と、
   前記混合撹拌ヘッドの上端部に連結されると共に前記固定板と重ね合わされる可動板と、
   前記固定板と可動板の中心部を貫通するように前記支柱の中心線の延長線上に配置され、前記固定板に対して前記可動板を回転可能に連結支持している軸部材と、
   前記固定板に対して前記可動板を回転させた位置に規制してねじ締め固定する締結固定手段と、
   を備えていることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記混合撹拌ヘッドは、前記支柱の上端部にモータとそれによって駆動される駆動輪を、前記支柱の下端部に従動輪をそれぞれ配置すると共に、それらの駆動輪と従動輪との間に前記チェーン式の混合撹拌翼を巻き掛けたものであって、
   前記混合撹拌ヘッドの平面視において、張り側となる前記チェーン式の混合撹拌翼と緩み側となる前記チェーン式の混合撹拌翼とで挟まれた領域であって且つ前記チェーン式の混合撹拌翼の幅寸法内で、前記取付角調整機構の軸部材と、前記混合撹拌ヘッドの支柱、モータ、駆動輪および従動輪のそれぞれが重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
3. 前記取付角調整機構の固定板と可動板は共に水平で且つ互いに平行であって、
   前記混合撹拌ヘッドの平面視において、張り側となる前記チェーン式の混合撹拌翼と緩み側となる前記チェーン式の混合撹拌翼とで挟まれた領域であって且つ前記チェーン式の混合撹拌翼の幅寸法内に納まるように、前記取付角調整機構の固定板および可動板の大きさがそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項２に記載の地盤改良装置。
4. 前記取付角調整機構は、前記可動板を含む混合撹拌ヘッドの前記固定板からの脱落を防止する脱落防止機構を備えていることを特徴とする請求項３に記載の地盤改良装置。
5. 前記取付角調整機構の軸部材が前記脱落防止機構の一部を兼ねていて、
   前記脱落防止機構は、
   前記固定板と可動板の中心部をそれぞれに貫通した前記軸部材の両端部に、それぞれの貫通穴からの前記軸部材の抜け出しを阻止する抜け止め部材を不離一体に設けてあることを特徴とする請求項４に記載の地盤改良装置。
6. 前記取付角調整機構は、前記固定板が前記ベースマシンのアームの先端部に対して着脱可能で、且つ前記可動板が前記混合撹拌ヘッドの上端部に対して着脱可能な中間ブラケット式のものとして形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の地盤改良装置。
7. 前記取付角調整機構は、前記固定板が前記ベースマシンのアームの先端部に対して着脱可能で、且つ前記可動板が前記混合撹拌ヘッドの上端部に対して一体的に結合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の地盤改良装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の地盤改良装置を用いて行う改良壁体の構築方法であって、
   前記取付角調整機構の機能により、前記平面中心線と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度を鋭角に保った上で、前記混合撹拌ヘッドを前記平面中心線方向に掘進させて鉛直な改良壁体を構築することを特徴とする改良壁体の構築方法。
9. 前記平面中心線と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最小角度を１５°として鉛直な改良壁体を構築することを特徴とする請求項８に記載の改良壁体の構築方法。

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