JP2019100125A - 地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削土が撹拌翼と共に回転してしまい、掘削土と固化材とが十分に撹拌されないという問題があった。【解決手段】先端の掘削翼２０で地中を掘削した土砂を現地で固化材混合しながら地中に改良体を構築する装置である。先端に固化材の吐出口１１を設けた回転中空軸１０と、回転中空軸１０の先端近傍に、平面視では回転中空時を中心に放射方向に回転中空軸１０に一体で取り付けた掘削翼２０と、掘削翼２０の上方に、平面視では回転中空軸１０を中心に放射方向に、かつ側面視で傾斜を付けて回転中空軸１０に一体で取り付けた傾斜撹拌翼３０と、掘削翼２０と撹拌翼との間に、平面視で回転中空軸１０を中心に放射方向に、回転中空軸１０に対して回転自在に取り付けた供回り防止翼とを備える。供回り防止翼の平面視の長さは掘削翼２０の平面視の長さより長く、そのすべての先端は改良体の壁面に食い込んで回転中空軸１０の昇降に伴って昇降するように構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤を削孔して排土するのではなく、現地の土砂と固化材をその位置で撹拌混合することによって地盤内に円柱状の改良体を製造する装置に関する。

従来、先端に固化材の吐出口を設けた中空ロッドと、前記中空ロッドの先端近傍に取り付けられて前記中空ロッドとともに回転する掘削翼と、該掘削翼の上方に取り付けられて前記中空ロッドとともに回転する撹拌翼と、前記掘削翼と前記撹拌翼との間の供回り防止翼とを備える地盤改良装置が知られている。
しかしながら、従来の地盤改良装置では、供回り防止翼が装備されているにも関わらず、掘削土が撹拌翼と共に回転してしまい、掘削土と固化材とが十分に撹拌されないという問題があった。

この問題を解決する方法として、例えば特許文献１に示す地盤改良装置が知られている。
この地盤改良装置の構造は、先端に固化材の吐出口を設けた中空ロッドと、該中空ロッドの先端近傍に取り付けられて前記中空ロッドとともに回転する掘削翼と、該掘削翼の上方に取り付けられて前記中空ロッドとともに回転する撹拌翼と、前記掘削翼と前記撹拌翼との間に、前記中空ロッドに対して回転自在に取り付けられる供回り防止翼とを備える地盤改良装置であって、前記供回り防止翼は、前記掘削翼より翼長が長く前記中空ロッドを対称軸として対向する一対の突出翼と、前記掘削翼より翼長が短く前記突出翼に略直交する一対の中間翼と、によって掘削土を略均等に４分割できるように構成されることを特徴としている。

特許第４４９５１３６号公報

しかしながら、特許文献１記載の装置においても、やはり供回り防止翼が装備されているにも関わらず、掘削土が撹拌翼と共に回転してしまい、掘削土と固化材とが十分に撹拌されないという問題があった。

上記の課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、先端の掘削翼で地中を掘削した土砂を現地で固化材と混合して、地中に改良体を構築する、地盤改良装置であって、先端に固化材の吐出口を設けてある、回転中空軸と、回転中空軸の先端近傍に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に回転中空軸に一体で取り付けてある、掘削翼と、掘削翼の上方に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に、かつ側面視して傾斜を付けるように、回転中空軸に一体で取り付けてある、傾斜撹拌翼と、掘削翼と撹拌翼との間に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に伸び、回転中空軸に対して回転自在に取り付けてある、供回り防止翼と、傾斜撹拌翼と供回り防止翼との間、および供回り防止翼と掘削翼との間に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に伸び、側面視して水平状態で回転中空軸に一体で取り付けてある、水平撹拌翼と、を少なくとも備え、供回り防止翼の平面視の長さを前記掘削翼の平面視の長さよりも長くすることで、全ての供回り防止翼の先端が、改良体の壁面に食い込んで回転中空軸の昇降に伴って昇降するように構成し、供回り防止翼の上に取り付けた水平撹拌翼と、供回り防止翼の下に取り付けた水平撹拌翼とは、平面視で重ならない位置に取り付けてあることを特徴とする。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、供回り防止翼を、平面視して回転中空軸の周囲に十字状に配置し、対向する一対の供回り防止翼の先端の、改良体の壁面への食い込み深さに対し、他の対向する一対の供回り防止翼の先端の食い込み深さを半分としてあることを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１発明または第２発明において、水平撹拌翼と供回り防止翼との間隔を、改良体の内径の略１／１０としたことを特徴とする。

本発明の地盤改良装置は、次のような効果を得ることができる。
（１）回転中空軸から平面視で放射方向に取り付けた供回り防止翼は、すべての供回り防止翼の先端が改良体の地中に食い込んでおり、かつ回転中空軸に対して回転自在である。したがって回転中空軸を回転させて掘削と固化材と現地土との混合を進めてゆく場合に回転中空軸の上昇下降によって、供回り防止翼は回転せずに上昇下降だけを繰り返すことになる。そのために改良土の改良体内での移動は、回転せず、かつ先端が改良体の壁面に食い込んでいる供回り防止翼によって阻害され、改良土の供回りを阻止することができる。
（２）対向する一対の供回り防止翼の先端の、改良体の壁面への食い込み深さに対し、他の対向する一対の供回り防止翼の先端の食い込み深さを半分とすることで、回転トルクに対する出力低下や進入時の抵抗の増加を最低限に抑えつつ、供回り防止効果を十分に発揮させることができる。
（３）供回り防止翼と、その上側の水平撹拌翼との間隔、および供回り防止翼と、その下側の水平撹拌翼との間隔を、掘削翼の外径、すなわち改良体の内径の１／１０とすることにより、撹拌性能を発揮しつつ、砂利層や転石を挟んでしまうことによる供回りの発生や、ビットの破損を極力防止することができる。

本発明の地盤改良装置の実施例の側面図。 本発明の地盤改良装置の実施例の平面図。 地盤改良方法の説明図（１）。 地盤改良方法の説明図（２）。

以下、図面を参照しながら、本発明の地盤改良装置に係る実施形態について説明する。

＜１＞全体構成
本発明の地盤改良装置は、先端の掘削翼２０で地中を掘削した土砂を、その掘削土砂の内部に固化材を噴射して混合しながら地中に改良体Ａを構築する装置である。
そのために、本発明の地盤改良装置は、図１，２に示すように、中心の回転中空軸１０、回転中空軸１０に取り付けた掘削翼２０、供回り防止翼４０、傾斜撹拌翼３０、および水平撹拌翼５０を少なくとも具備する。
なお、以下に「平面視」や「側面視」との表現は、本願発明の装置の回転中空軸１０を鉛直に立てた場合の平面視、側面視、あるいは「水平」「傾斜」を意味する。

＜２＞回転中空軸（図１）
回転中空軸１０は中空の回転軸であり、上部に取り付けた回転機構によって軸全体が回転する構造である。
回転中空軸１０の内部は中空部が貫通しており、その内部には、上端からポンプによって固化材を供給するパイプを配置してあり、このパイプの先端は回転中空軸１０の先端に吐出口１１として開口している。

＜３＞掘削翼（図１）
回転中空軸１０の先端近傍には、掘削翼２０を一体で取り付ける。
掘削翼２０は複数の掘削爪を取り付けた長手の部材であり、平面視では回転中空時を中心に放射方向に、側面視では直交方向に、回転中空軸１０に一体で取り付ける。

＜４＞傾斜撹拌翼（図１）
掘削翼２０よりも上方に、平面視して回転中空軸１０を中心として放射方向に、かつ側面視して３５°程度の傾斜を付けて回転中空軸１０に一体に板体を取り付ける。
これが傾斜撹拌翼３０であり、地中で回転中空軸１０と一体に回転することで、改良体Ａの内部の土砂と固化材とを撹拌する機能を備えている。

＜５＞供回り防止翼（図１）
掘削翼２０と水平撹拌翼５０との間には供回り防止翼４０を設ける。
まず、回転中空軸１０と回転自在の回転筒４１を取り付ける。
回転筒４１の上下には、回転中空軸１０と一体の案内リングを設ける。
その結果、回転筒４１は、回転中空軸１０に対して回転自在であり、かつ上下方向の移動が拘束された状態となる。
この回転筒４１に対し、平面視で回転中空軸１０を中心に放射方向に、板体を取り付ける。この板体が供回り防止翼４０である。

＜６＞供回り防止翼の長さ（図１，２）
供回り防止翼４０の、回転中空軸１０の中心から先端までの平面視の長さは、掘削翼２０の平面視の長さより長く構成する。
そのために供回り防止翼４０のすべての先端は改良体の壁面に食い込んで回転中空軸１０の回転によっては回転せず、回転中空軸１０の昇降に伴って昇降するように構成する。
さらに供回り防止翼４０を平面視で回転中空軸１０の周囲に十字状に配置した場合であるが、対向する一対の供回り防止翼４０の先端の、改良体の壁面への食い込み深さと、他の対向する一対の供回り防止翼４０の先端の食い込み深さを変えて構成することもできる。
例えば一対の供回り防止翼４０は、翼を長くした長尺供回り防止翼４０ａとして、他の一対の供回り防止翼は翼の長さを多少短くした短尺供回り防止翼４０ｂとする。
そして、図２に示すように、長尺供回り防止翼４０ａの先端の、壁面への食い込み深さ（突出量）Ｌ１とし、短尺供回り防止翼４０ｂの先端の食い込み深さ（突出量）をＬ２としたとき、Ｌ２＝Ｌ１×１／２の関係となる。

＜７＞水平撹拌翼（図１）
傾斜撹拌翼３０と供回り防止翼４０との間、および供回り防止翼と掘削翼２０との間、すなわち供回り防止翼４０の上下には、平面視で回転中空軸１０を中心に放射方向に、かつ側面視で水平の板体を、水平撹拌翼５０として一体に取り付ける。
このように水平撹拌翼５０は、供回り防止翼４０の上方と下方の位置に取り付けるが、上に取り付けた水平撹拌翼５０と、下に取り付けた水平撹拌翼５０とは、平面視で重ならない位置に取り付ける。
ロームや粘土は、初回撹拌にて如何に細かくスライスする事が重要となるため、水平撹拌翼５０によればロームや粘土を水平にスライスする効果を高めることができる。

＜８＞水平撹拌翼の間隔（図１）
上の水平撹拌翼５０と供回り防止翼４０との間隔、および下の水平撹拌翼５０と供回り防止翼４０との間隔である、離隔距離Ｈは、掘削翼２０の幅、すなわち改良体の内径（改良径Ｄ）の１／１０程度に構成する。
このように水平撹拌翼５０と供回り防止翼４０との間隔（離隔距離Ｈ）を改良体径Ｄの１／１０とすることにより、撹拌性能を発揮しつつ、砂利層や転石を挟んでしまうことによる供回りの発生や、ビットの破損を極力防止することができる。

＜９＞撹拌工程（図３）
回転中空軸１０を鉛直に立てて回転を与え、先端の掘削翼２０で地盤を掘削してゆく。
掘削土は外部に排出するのではなく、回転中空軸１０を通して供給する固化材と撹拌して地中に円柱状の改良体を構築する工法である。
掘削翼２０を正回転させて地中に侵入させ、先端から固化材を吐出すると、その上方の水平撹拌翼５０、傾斜撹拌翼３０が土砂と固化材を撹拌する。
その際に、特に粘性の高い土の場合には、撹拌されずに撹拌翼とともに移動を繰り返すだけになりやすい。
しかし、本願発明では、回転しない供回り防止翼のすべてが、その先端を改良体の壁面に食い込ませている。
そのために掘削翼２０の下降に伴って、供回り防止翼はその先端で壁面に鉛直の縦溝を形成しつつ下降してゆく。
こうした、回転しない供回り防止翼４０が地中に存在するために、地中を移動する土砂は供回り防止翼４０の位置で抵抗を受けて、供回りが阻止され、固化材と十分に撹拌される。

＜１０＞繰り返し（図４）
以上の工程を地中の一定の位置まで継続したら、そこで回転中空軸１０の下降をとめ一定時間、回転を繰り返した後に、回転中空軸１０を逆回転させて同様の工程で回転中空軸１０を徐々に引き上げて改良体を完成させる。

１０ 回転中空軸
１１ 吐出口
２０ 掘削翼
３０ 傾斜撹拌翼
４０ 供回り防止翼
４０ａ 長尺供回り防止翼
４０ｂ 短尺供回り防止翼
４１ 回転筒
５０ 水平撹拌翼
Ａ 改良体
Ｌ 食い込み深さ（突出量）
Ｈ 離隔距離
Ｄ 改良径

上記の課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、先端の掘削翼で地中を掘削した土砂を現地で固化材と混合して、地中に改良体を構築する、地盤改良装置であって、先端に固化材の吐出口を設けてある、回転中空軸と、回転中空軸の先端近傍に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に回転中空軸に一体で取り付けてある、掘削翼と、掘削翼の上方に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に、かつ側面視して傾斜を付けるように、回転中空軸に一体で取り付けてある、傾斜撹拌翼と、掘削翼と撹拌翼との間に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に伸び、回転中空軸に対して回転自在に取り付けてある、供回り防止翼と、傾斜撹拌翼と供回り防止翼との間、および供回り防止翼と掘削翼との間に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に伸び、側面視して水平状態で回転中空軸に一体で取り付けてある、水平撹拌翼と、を少なくとも備え、供回り防止翼の平面視の長さを前記掘削翼の平面視の長さよりも長くすることで、全ての供回り防止翼の先端が、改良体の壁面に食い込んで回転中空軸の昇降に伴って昇降するように構成し、供回り防止翼の上に取り付けた水平撹拌翼と、供回り防止翼の下に取り付けた水平撹拌翼とは、平面視で重ならない位置に取り付けてあり、水平撹拌翼と供回り防止翼との間隔を、改良体の内径の略１／１０としたことを特徴とする。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、供回り防止翼を、平面視して回転中空軸の周囲に十字状に配置し、対向する一対の供回り防止翼の先端の、改良体の壁面への食い込み深さに対し、他の対向する一対の供回り防止翼の先端の食い込み深さを半分としてあることを特徴とする。

Claims (3)

1. 先端の掘削翼で地中を掘削した土砂を現地で固化材と混合して、地中に改良体を構築する、地盤改良装置であって、
   先端に固化材の吐出口を設けてある、回転中空軸と、
   回転中空軸の先端近傍に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に回転中空軸に一体で取り付けてある、掘削翼と、
   掘削翼の上方に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に、かつ側面視して傾斜を付けるように、回転中空軸に一体で取り付けてある、傾斜撹拌翼と、
   掘削翼と撹拌翼との間に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に伸び、回転中空軸に対して回転自在に取り付けてある、供回り防止翼と、
   傾斜撹拌翼と供回り防止翼との間、および供回り防止翼と掘削翼との間に、平面視して回転中空軸を中心に放射方向に伸び、側面視して水平状態で回転中空軸に一体で取り付けてある、水平撹拌翼と、を少なくとも備え、
   供回り防止翼の平面視の長さを前記掘削翼の平面視の長さよりも長くすることで、全ての供回り防止翼の先端が、改良体の壁面に食い込んで回転中空軸の昇降に伴って昇降するように構成し、
   供回り防止翼の上に取り付けた水平撹拌翼と、供回り防止翼の下に取り付けた水平撹拌翼とは、平面視で重ならない位置に取り付けてあることを特徴とする、
   地盤改良装置。
2. 供回り防止翼を、平面視して回転中空軸の周囲に十字状に配置し、
   対向する一対の供回り防止翼の先端の、改良体の壁面への食い込み深さに対し、他の対向する一対の供回り防止翼の先端の食い込み深さを半分としてあることを特徴とする、
   請求項１に記載の地盤改良装置。
3. 水平撹拌翼と供回り防止翼との間隔を、改良体の内径の略１／１０としたことを特徴とする、
   請求項１に記載の地盤改良装置。

Images