JP2020002598A - Excavating and agitating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地中に埋設された基礎杭の周囲の地盤を改良した杭構造を構築する掘削撹拌装置に関する。 The present invention relates to a drilling and stirring device for constructing a pile structure in which the ground around a foundation pile buried underground is improved.
従来から、地中に埋設された基礎杭の周囲の地盤を改良した杭構造を構築することが成されている。この杭構造を構築する際には、掘削撹拌装置を用いて、地盤を掘削した土砂にセメント系固化材を混合撹拌して柱状改良体を形成する。次に、柱状改良体が固化する前に、この柱状改良体に、基礎杭を打設する。このような掘削撹拌装置として、例えば、特許文献1には、掘削ロッドと、掘削ロッドに固定され、掘削刃を下方に有した掘削翼とを備えた掘削撹拌装置が提案されている。
BACKGROUND ART Conventionally, a pile structure has been constructed in which the ground around a foundation pile buried underground is improved. When constructing this pile structure, a cement-based solidification material is mixed and stirred with the earth and sand excavated by using an excavating and stirring device to form a columnar improved body. Next, before the columnar improved body is solidified, a foundation pile is driven into the columnar improved body. For example,
しかしながら、特許文献1に係る掘削撹拌装置で杭構造を構築する際には、基礎杭を地盤に打設する前に柱状改良体を形成するため、土砂とセメント固化材を混合した柱状改良体が固化する前に、基礎杭を打設しなければならず、基礎杭を打設するタイミングに制限を受けてしまう。これに加えて、形成された柱状改良体に基礎杭を打設しようとすると、基礎杭と柱状改良体のとの間に、隙間が形成されることがあり、この隙間により、基礎杭に対する柱状改良体の支持力が低下することがある。
However, when constructing a pile structure with the excavating and stirring device according to
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、基礎杭を打設するタイミングに制限を受けずに、基礎杭の周りに基礎杭に対して支持力が大きい柱状改良体を形成することができる掘削撹拌装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to support a foundation pile around a foundation pile without being restricted by the timing of placing the foundation pile. An object of the present invention is to provide a drilling and stirring device capable of forming a columnar improved body having a large force.
前記目的を達成すべく、本発明に係る掘削撹拌装置は、地中に埋設された基礎杭の周囲の地盤を掘削した土砂にセメント系固化材を混合撹拌して、前記基礎杭の周囲に柱状改良体を形成する掘削撹拌装置であって、前記基礎杭の杭頭部を覆い、掘削時および撹拌時に、前記基礎杭の軸線を回転軸として回転する円筒状のケーシングと、前記ケーシングの外周面から、前記ケーシングの径方向に延在し、前記ケーシングに固着され、少なくとも下部に掘削刃を有した掘削翼と、前記ケーシングの外周面に設けられ、前記ケーシングの基端から前記セメント系固化材が導入され、前記掘削翼の基端またはその近傍から吐出されるように、前記セメント系固化材を前記土砂に供給する供給流路と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a drilling and stirring device according to the present invention is to mix and stir a cement-based solidifying material into earth and sand excavated in the ground around a foundation pile buried in the ground, thereby forming a columnar shape around the foundation pile. An excavating and stirring device for forming an improved body, comprising: a cylindrical casing that covers a pile head of the foundation pile, and rotates around an axis of the foundation pile as a rotation axis during excavation and stirring, and an outer peripheral surface of the casing. A wing wing extending in the radial direction of the casing, fixed to the casing, and having a digging blade at least in a lower part, provided on an outer peripheral surface of the casing, and the cement-based solidified material from a base end of the casing. And a supply flow path for supplying the cement-based solidified material to the earth and sand so that the cement-based solidified material is discharged from or near the base end of the excavation wing.
本発明によれば、ケーシングで基礎杭の杭頭部を覆った状態で、掘削翼の掘削刃で、基礎杭の周りの地盤を掘削し、掘削翼で掘削した地盤から土砂が生成される。この土砂に対して、ケーシングの外周面の供給流路を介して、セメント系固化材を供給し、これらを混合撹拌することができる。したがって、基礎杭を打設するタイミングに制限を受けずに、基礎杭の周りに柱状改良体を形成することができる。特に、セメント系固化材は、掘削翼の基端またはその近傍から吐出されるので、掘削翼で撹拌されている土砂に、セメント系固化材を効率良く供給することができる。さらに、この掘削撹拌装置により、柱状改良体の形成前または形成ともに鋼管杭を打設するので、柱状改良体と鋼管杭との間に隙間が形成され難いため、柱状改良体は、鋼管杭をより大きい支持力で支持することができる。 According to the present invention, the ground around the foundation pile is excavated with the excavation blade of the excavation wing in a state where the pile head of the foundation pile is covered with the casing, and sediment is generated from the ground excavated with the excavation wing. A cement-based solidifying material can be supplied to the earth and sand through a supply channel on the outer peripheral surface of the casing, and these can be mixed and stirred. Therefore, the columnar improvement body can be formed around the foundation pile without being restricted by the timing of placing the foundation pile. In particular, since the cement-based solidification material is discharged from the base end of the excavation wing or in the vicinity thereof, the cement-based solidification material can be efficiently supplied to the earth and sand stirred by the excavation wing. Furthermore, since the steel pipe pile is cast before or during the formation of the columnar improved body by this excavation and stirring device, a gap is hardly formed between the columnar improved body and the steel pipe pile. It can be supported with a larger supporting force.
なお、ケーシングの内部に供給流路を設けた場合には、掘削時に、ケーシングの内に収容される杭頭部により、供給流路が遮断されるおそれがあるが、本発明によれば、ケーシングの外周面に供給流路を設けたため、杭頭部により供給流路が遮断されることはない。 In addition, when the supply flow path is provided inside the casing, the supply flow path may be blocked by the pile head accommodated in the casing during excavation. Since the supply flow path is provided on the outer peripheral surface of the pile, the supply flow path is not blocked by the pile head.
さらに、供給流路が遮断されないように、ケーシングの内部に供給流路を設けようとした場合には、ケーシングを2重管の構造にし、2重管の間にセメント系固化材を流すことも想定されるが、この場合には、掘削撹拌装置の重量が増大する。しかしながら、本発明によれば、ケーシングの外周面に供給流路を設けるので、よりシンプルな構造を採用することができ、掘削撹拌装置の軽量化を図ることができる。 Further, in a case where the supply flow path is provided inside the casing so that the supply flow path is not blocked, the casing may have a double pipe structure, and the cement-based solidifying material may flow between the double pipes. Although it is assumed, in this case, the weight of the excavating and stirring device increases. However, according to the present invention, since the supply flow path is provided on the outer peripheral surface of the casing, a simpler structure can be adopted, and the weight of the excavating and stirring device can be reduced.
前記した態様では、セメント系固化材を供給する供給流路は特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記ケーシングの回転軸方向と直交する断面が屈曲または湾曲した流路形成部材が、前記ケーシングの回転軸方向に沿って、前記ケーシングの外周面に固定されることにより、前記供給流路が形成されることを特徴とする。 In the above aspect, the supply flow path for supplying the cement-based solidification material is not particularly limited, but as a more preferable aspect, a flow path forming member having a cross section orthogonal to the rotation axis direction of the casing is bent or curved. However, the supply passage is formed by being fixed to the outer peripheral surface of the casing along the rotation axis direction of the casing.
この態様によれば、流路形成部材をケーシングの外周面に固定することにより、安定してコンパクトに供給流路を形成することができる。具体的には、ケーシングの回転軸方向と直交する断面が屈曲したものとしては、断面L字状のアングル材を挙げることができ、湾曲したものとしては、断面半筒形の半割りパイプ材を挙げることができる。これらをケーシングの回転軸方向に沿わせて、ケーシングの外周面に溶接等で固定することで、セメント系固化材の供給流路を容易に形成することができる。 According to this aspect, by fixing the flow path forming member to the outer peripheral surface of the casing, the supply flow path can be formed stably and compactly. Specifically, as a material whose cross section orthogonal to the rotation axis direction of the casing is bent, an angle material having an L-shaped cross section can be cited, and as a curved material, a half pipe material having a semi-cylindrical cross section can be used. Can be mentioned. By fixing these to the outer peripheral surface of the casing by welding or the like along the rotation axis direction of the casing, a supply flow path of the cement-based solidified material can be easily formed.
さらに、より好ましい態様としては、前記掘削翼よりも前記ケーシングの基端側において、前記ケーシングの回転に対して共回りしないように、前記ケーシングの外周面に固定されたリング材に対して回転可能に取付けられた共回り防止翼を備えており、前記リング材の内周面には、前記ケーシングの回転軸方向に沿って、凹溝が形成されており、該凹溝に前記供給流路が形成されていることを特徴とする。 Further, as a more preferable aspect, on the base end side of the casing relative to the excavation wing, it is rotatable with respect to a ring material fixed to the outer peripheral surface of the casing so as not to rotate together with the rotation of the casing. A co-rotation prevention wing attached to the ring member, and a groove is formed on the inner peripheral surface of the ring material along the rotation axis direction of the casing, and the supply flow path is formed in the groove. It is characterized by being formed.
この態様によれば、リング材の内周面に、前記ケーシングの回転軸方向に沿って形成された凹溝に供給流路が形成されるため、よりシンプルな構造で、ケーシングと共回り防止翼の相対的な回転時に、供給流路が共回り防止翼に遮断されることを防止することができる。このため、セメント系固化材の供給が安定して行える。また、掘削および撹拌時にケーシングの回転に伴って掘削翼は回転するが、ケーシングの外周面に対して回転可能に取付けられた共回り防止翼は、掘削撹拌されている土砂中に留まっているため、回転している掘削翼と留まっている共回り防止翼によって土砂の撹拌は効率よく行われる。 According to this aspect, since the supply flow path is formed in the groove formed along the rotation axis direction of the casing on the inner peripheral surface of the ring material, the casing and the casing and the co-rotation prevention blade are formed with a simpler structure. Can be prevented from being blocked by the co-rotation prevention blade during the relative rotation of. Therefore, the supply of the cement-based solidifying material can be stably performed. In addition, the excavation wing rotates with the rotation of the casing during excavation and stirring, but the co-rotation prevention wing rotatably attached to the outer peripheral surface of the casing remains in the excavated and stirred earth and sand. In addition, the stirring of the earth and sand is efficiently performed by the rotating excavating wing and the co-rotating anti-rotating wing.
さらに好ましい他の態様としては、前記供給流路から前記セメント系固化材が吐出される吐出口は、前記ケーシングの外周面から、前記ケーシングの径方向に突出した位置に形成されており、前記ケーシングには、前記吐出口よりも前記ケーシングの先端側において、前記吐出口から前記ケーシングの回転軸方向に沿った位置に、前記吐出口を保護する保護刃が形成されていることを特徴とする。 As still another preferred aspect, a discharge port from which the cement-based solidifying material is discharged from the supply channel is formed at a position protruding from an outer peripheral surface of the casing in a radial direction of the casing, and In the invention, a protection blade for protecting the discharge port is formed at a position along the rotation axis direction of the casing from the discharge port on a tip end side of the casing relative to the discharge port.
この態様によれば、掘削時に、吐出口はケーシングと共に回転し、吐出口を形成する部分が土砂に接触し易いが、吐出口よりも先端側において吐出口を保護する保護刃が形成されているので、吐出口を形成する部分を土砂から保護することができ、セメント系固化材の安定した供給が可能となる。 According to this aspect, at the time of excavation, the discharge port rotates together with the casing, and a portion forming the discharge port easily comes into contact with the earth and sand, but the protection blade that protects the discharge port is formed on the tip side than the discharge port. Therefore, the portion forming the discharge port can be protected from earth and sand, and a stable supply of the cement-based solidifying material can be achieved.
本発明の掘削撹拌装置によれば、基礎杭を打設するタイミングに制限を受けずに、基礎杭の周りに基礎杭に対して支持力が大きい柱状改良体を形成することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the excavation stirring device of this invention, the columnar improvement body with a large supporting force with respect to a foundation pile can be formed around a foundation pile, without being restricted by the timing which drives a foundation pile.
以下、本発明に係る掘削撹拌装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。先ず、図1を参照して、本実施形態の掘削撹拌装置10で、地中に埋設された基礎杭の周囲の地盤を改良して構築する杭構造1について説明する。図1は、本発明に係る掘削撹拌装置10で構築した杭構造1を説明するための模式的断面図である。
Hereinafter, an embodiment of a digging and stirring device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1, a description will be given of a
[杭構造]
図1において、杭構造1は、地中に埋設された基礎杭として鋼管杭2と、鋼管杭2の周囲に形成され、土砂をセメント系固化材で固めた柱状改良体3とを備える。鋼管杭2は直径d1が100〜300mm程度の鋼管で形成され、地表から支持層4に到達する長さを有しており、深い支持層4の場合には6〜10m程度の鋼管を溶接等で連結して必要な長さとしている。支持層4の深さL1は10〜30m程度の深さが一般的である。
[Pile structure]
In FIG. 1, a
基礎杭としての鋼管杭2には、下部に掘削翼として先端翼2Aが溶接等で固着されている。先端翼2Aは側面から見て傾斜した鋼板で螺旋状に形成され、その直径d2は300〜800mm程度に設定されている。先端翼2Aは、鋼管杭2の地盤への貫入時に、地盤の掘削を行うとともに、地盤に対して鋼管杭2を支持するものである。鋼管杭2は、杭打ち機(図示せず)で地表に対して垂直に設置され、その先端は支持層4に達している。設置の際には、鋼管杭2を回転させ、先端翼2Aで土砂を掘削しながら地中に鋼管杭2を貫入させ、必要に応じて鋼管杭2を溶接等で継ぎ足し、支持層4まで、先端翼2Aを含むその先端を到達させる。
A
鋼管杭2により、杭構造1は、垂直方向の支持力を得ることができる。支持層4まで到達した状態の鋼管杭2の周囲は、先端翼2Aで掘削された土砂5で外周が覆われており、掘削された土砂5は先端翼2Aの直径で、地面から支持層4までの範囲に存在する。なお、土砂5のうち、地表から深さL2に存在する一部が、セメントミルク(具体的にはセメント固化材)で固めた柱状改良体3の一部を構成する。なお、セメントミルクは、水にセメント固化材を混合したものである。
The
柱状改良体3は鋼管杭2の周囲に円筒状に形成され、その直径Dは0.4〜1.5m程度で深さL2は4m程度となっている。柱状改良体3は、土砂5の地表に近い部分(地表から深さL2までの部分)に、先端翼2Aの直径d2より大きい範囲で、地盤を掘削し、掘削により生成された土砂にセメントミルクを混合して固化したものである。したがって、柱状改良体3は、地表から鋼管杭2の長さL1より短い深さL2まで形成されている。また、柱状改良体3の直径Dは、鋼管杭2の径および先端翼2Aの直径d2より大きく設定されている。たとえば、直径D/直径d2は、1.2〜2.0の範囲にあることが好ましい。
The
このように構成された杭構造1では、基礎杭としての鋼管杭2は支持層4まで到達しているため、鋼管杭2を介して鉛直方向の支持力を支持層4で受けることができるので、鉛直方向に十分な強度を有している。一方、杭構造1では、鋼管杭2の上部の地表部分にセメントミルクで固化した柱状改良体3が形成されており、掘削された土砂5の部分より大きな外径で補強されているため剛性が大きく、水平力が鋼管杭2に作用しても、柱状改良体3で十分に対抗することができる。また、柱状改良体3の長さL2が鋼管杭2の長さL1に比べて短いため、構成が簡単となり、後述する杭構造1の構築時に、セメントミルクの使用量をこれまでに比べて減らすことができるため、短時間で柱状改良体3を形成し、コストの低減も図ることができる。さらに、後述するように、柱状改良体3の形成前または形成とともに鋼管杭2を打設するので、柱状改良体3と鋼管杭2との間に隙間が形成され難いため、柱状改良体3は、鋼管杭2をより大きい支持力で支持することができる。
In the
[掘削撹拌装置]
つぎに、本実施形態の掘削撹拌装置10を、図2〜図4を参照して詳細に説明する。なお、図4(a)は、図3(a)のC−C線に沿う掘削撹拌装置10の断面図であるが、ケーシング11に対して共回り防止翼16を時計回りに45°回転させた状態の断面図である。
[Drilling stirrer]
Next, the excavating and stirring
本実施形態に係る掘削撹拌装置10は、地盤に鋼管杭2を貫入(打設)した後、柱状改良体3の成形を行う装置である。具体的には、掘削撹拌装置10は、前記の杭構造1を構築するため、鋼管杭2の周囲の地盤を掘削し、生成された土砂にセメント系固化材を混合撹拌して、鋼管杭2の周囲に柱状改良体3を形成するのに適した装置である。
The excavating and stirring
掘削撹拌装置10は、円筒状のケーシング11を備えており、掘削時および撹拌時に、ケーシング11は、鋼管杭2の軸線を回転軸として回転する。ケーシング11は鋼管等のパイプの上端開口を、上蓋を兼ねる連結部12で閉じ、下方に開口した形状である。連結部12は外形が六角柱状に形成され、図示していない杭打機等に連動して回転されるものである。連結部12の中心には、図2(b)に示すように、上方からセメントミルク(セメント系固化材)を注入する注入孔12aが形成され、注入孔12aの下端は水平方向に延在する横孔12bに連通している。
The excavating and stirring
上述した如く、ケーシング11は、下方に開口しており、この開口した部分には鋼管杭2が挿入できるように、その内径が設定されている。すなわち、図3(a),(b)に示すように、鋼管杭2の直径d3に対してケーシング11の内径d4が大きくなっている。このように、円筒状の下方開口のケーシング11は、鋼管杭2の杭頭部を覆うことができる形状となっている。
As described above, the
図2(a),(b)に示すように、掘削撹拌装置10のケーシング11の外周面には、ケーシング11の基端から、セメントミルクが導入され、後述する第1掘削翼14の近傍から突出されるように、セメントミルクを土砂に供給する供給流路13,13が形成されている。具体的には、2つの供給流路13,13は、ケーシング11の外周面に、ケーシング11の基端(上端)から先端(下端)側に向かって平行に形成されている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, cement milk is introduced from the base end of the
本実施形態では、ケーシング11の回転軸方向と直交する断面が屈曲した流路形成部材が、ケーシング11の外周面に固定されることにより、供給流路13は形成されている。具体的には、図4(a),(b)に示すように、流路形成部材は、断面形状がL字状のアングル材13aである。アングル材13aの2本の端縁部をケーシング11の外周面に溶接等で固定することで、断面形状が三角柱状の供給流路13がケーシング11の外周面に沿って形成されている。
In the present embodiment, the
図3(a),図4(a)〜(c)に示すように、ケーシング11の下端近傍には、その外周面に、第1掘削翼14および第2掘削翼15が、回転軸方向に離間して固着され、これらはケーシング11の径方向に延在している。第1掘削翼14および第2掘削翼15の間には、共回り防止翼16がケーシング11に対して回転可能に取付けられている。なお、第1掘削翼14が、本発明でいう「掘削翼」である。
As shown in FIGS. 3 (a) and 4 (a) to 4 (c), near the lower end of the
図3(a)に示すように、第1掘削翼14は、ケーシング11を挟んで反対方向に延在した2本の固定アーム14a,14aを有している。同様に、第2掘削翼15は、ケーシング11を挟んで反対方向に延在した2本の固定アーム15a,15aを有している。
As shown in FIG. 3A, the
固定アーム14a,15aには、複数の刃部14b、15bが上下に突出して固着されている。なお、刃部14bのうち、第1掘削翼14の下部に取付けられた刃部が、本発明でいう「掘削刃」である。刃部14b、15bは、鋼管杭2の周りの地盤を掘削するとともに、これにより生成された土砂を撹拌するもので、硬度の高い金属で先細に形成されている。複数の刃部14b、15bは、上下に突出しているが、下方のみに突出するものでもよい。また、第1掘削翼14の刃部と、第2掘削翼15の刃部は、第1掘削翼14と、第2掘削翼15とが延在する方向に沿って1つの刃として形成されていてもよい。
A plurality of
さらに、図3(a),図4(a)〜(c)に示すように、第1掘削翼14および第2掘削翼15は、ケーシング11の回転軸に対して同じ方向に延在している。しかしながら、これらの延在する方向が、回転軸に対して直交していてもよく、これらの方向が交差する角度が所定の角度を成していてもよい。
Further, as shown in FIGS. 3A and 4A to 4C, the first digging
第1掘削翼14よりも上部に位置する第2掘削翼15は、ケーシング11のアングル材13a,13aが接触しない位置に溶接等で固着されている。第2掘削翼15よりも下部に位置する第1掘削翼14は、ケーシング11の下端に固着されたリング状部材17の外周面に溶接等で固着される。このリング状部材17にアングル材13a,13aが突き当てられている。
The
図2(b),図4(c)に示すように、リング状部材17には、上面に開口する供給孔17aが形成され、供給孔17aは側方に曲げられ、側方に開口する吐出口17bが形成されている。このため、供給流路13の内部空間に供給孔17aが連通し、吐出口17bが開口している。吐出口17bの側方開口は、第1掘削翼14よりも上側に形成されている。なお、本実施形態では、リング状部材17に吐出口17bを設けることにより、セメントミルクは、第1掘削翼14の近傍から吐出されるが、例えば、吐出口を第1掘削翼14の基端に形成してもよい。
As shown in FIGS. 2 (b) and 4 (c), the ring-shaped
リング状部材17に形成された吐出口17bは、ケーシング11の外周面から、ケーシング11の径方向に突出した位置に形成されている。より具体的には、吐出口17bは、ケーシング11に外嵌されたリング状部材17の外周面から突出して形成されている。そして、ケーシング11には、吐出口17bよりもケーシング11の先端側において、各吐出口17bからケーシング11の回転軸方向に沿った位置に、吐出口17bを保護するように突出した保護刃18が形成されている。保護刃18は超鋼等の硬質の金属からなり、先細に形成されている。保護刃18の先端は、吐出口17bよりもケーシング11の径方向にさらに突出している。
The
図3(a),図4(a),(b)に示すように、共回り防止翼16は、下部に位置する第1掘削翼14よりもケーシング11の基端側において、ケーシング11の回転に対して共回りしないように、ケーシング11の外周面に固定されたリング材19に対して回転可能に取付けられている。なお、本実施形態では、ケーシング11の先端側の上下に掘削翼14,15があるため、共回り防止翼16は掘削翼14,15の間に取付けられている。
As shown in FIGS. 3A, 4A and 4B, the
具体的には、図4(b)に示すように、ケーシング11を構成する鋼管の外周面には、共回り防止翼16を遊嵌させるための円環状のリング材19が固定され、リング材19は上下につば状部が突設されている。リング材19の外周において、上下のつば状部に嵌るように、共回り防止翼16の一部を構成する2つの半円状の回転部材16a,16aがボルトナットで連結され、リング材19の外周を回転できるように取付けられている。回転部材16a,16aから、ケーシング11の径方向に延在するように軸部16b,16bが固着され、軸部16b,16bから上下方向に撹拌刃16cが固着されている。
Specifically, as shown in FIG. 4B, an
このように、共回り防止翼16は、ケーシング11に対してその回転軸周りに回転自在となる。第1掘削翼14および第2掘削翼15は、直径d5の円周上をケーシング11の回転にあわせて旋回するような長さに設定され、共回り防止翼16は直径d6の円周上を自由に旋回するような長さに設定されている。
Thus, the
図4(b)に示すように、共回り防止翼16を回転可能に支持するリング材19の内周面には、ケーシング11の回転軸方向に沿って、凹溝19aが形成されている。アングル材13aは、凹溝19aに収容され、供給流路13はリング材19を通過して、ケーシング11の外周面に固着されている。これにより、凹溝19a内に、供給流路13が形成されるため、共回り防止翼16により供給流路13は遮断されない。なお、図2(b)に示すように、アングル材13aの上端は蓋材で閉じられており、連結部12の横孔12bに合わせてケーシング11の上部に形成された貫通孔11aで横孔12bと供給流路13は連通している。
As shown in FIG. 4B, a
前記の如く構成された本実施形態の掘削撹拌装置10の動作、すなわち、掘削撹拌装置10を用いて杭構造1を構築する構築方法について、図5〜図7を参照して以下に説明する。なお、この構築方法では、杭頭部を露出した状態で地中に鋼管杭2を埋設したあと柱状改良体3を形成する。
The operation of the digging and stirring
まず、本実施形態では、基礎杭としての鋼管杭2は、図示していない杭打ち機を用いて地盤に垂直状態に設置されて回転され、先端翼2Aで地盤を掘削して地中に貫入される。鋼管杭2は支持層4に到達するまで貫入される。これにより、杭構造1の鉛直方向の支持力が十分に得られる。
First, in this embodiment, the
この状態の鋼管杭2に、図5に示すように、杭頭部に掘削撹拌装置10のケーシング11を被せて、掘削撹拌装置10を地表に対して垂直に設置する。すなわち、ケーシング11の下方開口に鋼管杭2の杭頭部を挿入して設置する。そして、掘削撹拌装置10を回転させ下降させることにより、図6に示すように、第1掘削翼14と第2掘削翼15で鋼管杭2の周囲の地盤を掘削しつつ、地盤の掘削により生成された土砂とセメントミルクとを混合撹拌する。
As shown in FIG. 5, the
このとき、ケーシング11とともに回転する第1掘削翼14と第2掘削翼15は、周囲の土砂を引き回す。しかしながら、中間に位置する共回り防止翼16の軸部16b、16bは、第1掘削翼14の固定アーム14a、第2掘削翼15の固定アーム15aより長いため、外側の土砂に食い込んで回転しない。このため、第1掘削翼14と第2掘削翼15の近傍の土砂が旋回し、共回り防止翼16の近傍の土砂は旋回しないので、第1掘削翼14と第2掘削翼15との間の土砂とセメントミルクとを確実に混合撹拌することができる。さらに、掘削撹拌装置10を回転させながら下降させると、土砂の撹拌範囲は下方に増え、杭頭部がケーシング11の連結部12に接近する。
At this time, the
この掘削時および撹拌時に、図6に示すように、連結部12の注入孔12aから矢印Y1のようにセメントミルクが供給される。これにより、セメントミルクは連結部12の横孔12bを通り、ケーシング11の貫通孔11aを通過して外周に形成された供給流路13を通り、下方に流下してリング状部材17の吐出口17bから矢印Y2のように供給流路13外に吐出される。
At the time of this excavation and stirring, as shown in FIG. 6, cement milk is supplied from the
吐出されたセメントミルクは、第1掘削翼14、第2掘削翼15、および共回り防止翼16で撹拌されている土砂5と混合される。このようにして、セメントミルクは、第1掘削翼14の近傍から吐出されるので、第1掘削翼14で撹拌されている土砂5に、セメントミルクを効率良く供給することができる。
The discharged cement milk is mixed with the earth and
このあと、第1掘削翼14および第2掘削翼15を旋回させながら鋼管杭2の杭頭部から掘削撹拌装置10を取り外すと、図7に示すように、地中に埋設された鋼管杭2の周囲には、柱状改良体3となる土砂とセメントミルクの混合物が形成される。柱状改良体3となる混合物は、地表から鋼管杭2の長さより短い深さまで形成される。
Thereafter, when the drilling and stirring
その後、掘削撹拌装置10を地中から引き抜き、セメントミルクが混合された土砂は、徐々に硬化(固化)して、地盤改良された柱状改良体3が成形される。本実施形態によれば、柱状改良体3を成形する前に、予め鋼管杭2を打設しておくので、鋼管杭2を打設するタイミングに制限を受けずに、鋼管杭2の周りに柱状改良体3を形成することができる。
After that, the excavating and stirring
固化した柱状改良体3は、地盤との食付きが良く、撹拌された土砂5の上部を柱状改良体3で補強するため、垂直方向の支持力とともに、水平方向の支持力を大幅に向上させることができる。そして、鋼管杭2の上部が柱状改良体3で補強され、鋼管杭2に水平方向の力が加わっても十分に対抗できる強度を有する杭構造1となる。
The solidified columnar
ここで、例えば、ケーシング11の内部に供給流路を設けた場合には、掘削時に、ケーシング11の内に収容される杭頭部により、供給流路が遮断されるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、ケーシング11の外周面に供給流路13を設けたため、杭頭部により供給流路13が遮断されることはない。
Here, for example, when the supply flow path is provided inside the
セメントミルクが吐出される吐出口17bは、ケーシング11の外周面からケーシング11の径方向に突出した位置に形成されている。これに合わせて、吐出口17bのケーシング11の先端側に、保護刃18が形成されているため、撹拌された土砂から吐出口17bを保護することができる。具体的には、撹拌された土砂に混じった岩等による吐出口17bの変形を防止でき、吐出口17bに土砂が詰まることによるセメントミルクの供給停止を防止できる。
The
セメントミルクを供給する供給流路13を形成する流路形成部材の変形例について図8を参照して説明する。この例で示す流路形成部材は、ケーシング11の長手方向と直交する断面が湾曲した形状をしており、具体的には、パイプ材を長手方向に沿って半割りした半割りパイプ材13b,13bである。この半割りパイプ材13b,13bを、ケーシング11の回転軸方向に沿って、ケーシング11の外周面に固定してセメントミルクを土砂に供給する供給流路13を形成している。この供給流路13も、半割りパイプ材13b,13bを溶接等でケーシング11の外周面に固定することで、供給流路13を容易に形成することができる。
A modified example of the flow path forming member forming the
吐出口17bを保護する保護刃の変形例について図9(a),(b)を参照して説明する。この例で示す保護刃18Aは、吐出口17bよりもケーシング11の先端側において、各吐出口17bからケーシング11の回転軸方向に沿った位置に、吐出口17bを保護するように、配置されている。具体的には、保護刃18Aは、吐出口17bを保護するように、回転軸方向に沿って、ケーシング11の先端から下方に突出している。これにより、ケーシング11の先端から、吐出口17bに向かう土砂を、保護刃18Aで破砕し、吐出口17bを保護することができる。
A modification of the protection blade for protecting the
ケーシング11の変形例について図10を参照して説明する。この変形例では、掘削撹拌装置10Aは、地盤に鋼管杭2を貫入しながら柱状改良体3の成形を行う装置である。この変形例では、ケーシング11の内周面に、鋼管杭2を固定するためのチャック29が取付けられている。一方、鋼管杭2の杭頭部の外周面には、チャック29に係合する突起(図示せず)が形成されている。
A modified example of the
チャック29には、鋼管杭2の突起に係合する、縦溝29bと横溝29cで構成されるT字状の係合溝29aが形成されている。鋼管杭2とケーシング11を連結する際には、まず、T字状の係合溝29aの下方から、上下方向に沿って形成された縦溝29bに、鋼管杭2の上述した突起を挿入する。次に、鋼管杭2とケーシング11とを相対的に回転することにより、この突起を、周方向に形成された横溝29cの端部に当接させる。これにより、鋼管杭2とケーシング11とを一体的に回転させることができる。なお、本実施形態では、チャック29に係合溝29aを設けたが、鋼管杭2とケーシング11とを一体的に回転することができるのであれば、杭頭部に嵌合する形状のチャックであってもよく、チャックの形状は特に限定されるものではない。
The
図10に示す掘削撹拌装置10Aで、鋼管杭2の周囲の地盤を改良して柱状改良体3を形成する方法を説明する。図11に示すように、鋼管杭2は、所定の深さ、例えば支持層4まで到達していない状態であり、先端翼2Aでさらに地盤を掘削しながら鋼管杭2をさらに貫入することが必要な状態である。
A method of forming the columnar
次に、掘削撹拌装置10Aのケーシング11で杭頭部を含む鋼管杭2を覆うとともに、上述したように、チャック29に鋼管杭2を係合させる。この状態では、掘削撹拌装置10Aは地表までは到達していない。
Next, the
次に、掘削撹拌装置10Aのケーシング11を回転させつつ、ケーシング11に備えられたチャック29により、杭打ち機の回転力は連結部12を介して掘削撹拌装置10Aのケーシング11に伝達され、ケーシング11を回転させるとともに、チャック29を介して鋼管杭2に伝達される。これにより、先端翼2Aが地盤を掘削するように鋼管杭2を回転させながら下降させると、鋼管杭2が地中にさらに貫入される。
Next, while rotating the
この状態で、鋼管杭2および掘削撹拌装置10Aが下降を続け、掘削撹拌装置10Aの第1掘削翼14が地表に到達すると、掘削撹拌装置10Aが、鋼管杭2の周りの地盤を徐々に掘削し始め、鋼管杭2の地中への貫入と、柱状改良体3を形成するための地盤の掘削と、生成された土砂の撹拌とが同時に実施される。掘削撹拌装置10Aで柱状改良体3の深さに相当する位置まで貫入および掘削を続け、所定の深さまで鋼管杭2の貫入と柱状改良体3を形成するための地盤の掘削が完了する。
In this state, the
このような撹拌時に、連結部12側からセメントミルクを供給すると、セメントミルクは連結部12の注入孔12a、横孔12bを通り、貫通孔11aを介しケーシング11の外周面に形成した供給流路13,13を通って先端側のリング状部材17に到達し、吐出口17bからケーシング11外に吐出される。吐出されたセメントミルクは、第1掘削翼14、第2掘削翼15および共回り防止翼16で撹拌されている土砂5に混合される。所定時間混合し、セメントミルクと土砂が均一に混合されたあと、チャック29による係合を解除し、掘削撹拌装置10Aを鋼管杭2から外し、掘削撹拌装置10Aを地中から引き上げると、柱状改良体3が形成される。
When the cement milk is supplied from the
この杭構造1の構築方法では、前記した実施形態の動作説明で示した効果の他に、先端翼2Aを備える鋼管杭2の貫入、柱状改良体3の地盤の掘削、セメントミルクの供給、および土砂とセメントミルクの混合撹拌が一連の工程で実施でき、短時間で効率よく杭構造を構築することができる。
In the method of constructing the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、基礎杭として、先端翼を有する鋼管杭の例を示したが、先端翼のないPHC杭等の他のコンクリート杭を用いることもできる。また、基礎杭は支持層に到達する長さを有するものを示したが、支持層まで到達せずに摩擦杭として用いるものでもよい。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various designs may be made without departing from the spirit of the present invention described in the appended claims. Changes can be made. For example, as an example of the foundation pile, a steel pipe pile having a tip wing has been described, but another concrete pile such as a PHC pile without a tip wing may be used. Although the foundation pile has a length reaching the support layer, the foundation pile may be used as a friction pile without reaching the support layer.
さらに、前記した実施形態では、掘削翼を、2種類の第1掘削翼と第2掘削翼により2段の掘削翼としたが、掘削翼は、1つまたは3つ以上であってもよく、上下に3つ以上備える場合には、これらの間に共回り防止翼をさらに設けてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the excavation wing is a two-stage excavation wing by using two types of first and second excavation wings. However, the number of excavation wings may be one or three or more. When three or more are provided above and below, an anti-corotating wing may be further provided between them.
また、地盤の掘削と土砂の撹拌時に、これにセメントミルクを供給し、土砂とセメントミルクを混合してもよく、地盤の掘削後、第1掘削翼および第2掘削翼を降下させず定位置で旋回させながら、鋼管杭の周りの土砂を撹拌し、撹拌している土砂にセメントミルクを供給してもよい。 In addition, when excavating the ground and stirring the earth and sand, cement milk may be supplied thereto, and the earth and sand may be mixed with the cement milk. After excavating the ground, the first and second excavating wings and the second excavating wing are not lowered and fixed. While turning, the earth and sand around the steel pipe pile may be agitated, and cement milk may be supplied to the agitated earth and sand.
1:杭構造、2:鋼管杭(基礎杭)、2A:先端翼(掘削刃)、3:柱状改良体、4:支持層、5:掘削された土砂、10:掘削撹拌装置、11:ケーシング、12:連結部、13:供給流路、13a;アングル材(流路形成部材)、13b:半割りパイプ材(流路形成部材)、14:第1掘削翼(掘削翼)、15:第2掘削翼、16:共回り防止翼、17:リング状部材、17a:供給孔、17b:吐出口、18:保護刃、19:リング材、19a:凹溝 1: pile structure, 2: steel pipe pile (foundation pile), 2A: tip wing (drilling blade), 3: columnar improved body, 4: support layer, 5: excavated earth and sand, 10: excavation stirring device, 11: casing , 12: connecting portion, 13: supply flow path, 13a; angle material (flow path forming member), 13b: half-pipe material (flow path forming member), 14: first digging wing (digging wing), 15: No. 2 excavation wing, 16: co-rotation prevention wing, 17: ring-shaped member, 17a: supply hole, 17b: discharge port, 18: protective blade, 19: ring material, 19a: concave groove
Claims (4)
前記基礎杭の杭頭部を覆い、掘削時および撹拌時に、前記基礎杭の軸線を回転軸として回転する円筒状のケーシングと、
前記ケーシングの外周面から、前記ケーシングの径方向に延在し、前記ケーシングに固着され、少なくとも下部に掘削刃を有した掘削翼と、
前記ケーシングの外周面に設けられ、前記ケーシングの基端から前記セメント系固化材が導入され、前記掘削翼の基端またはその近傍から吐出されるように、前記セメント系固化材を前記土砂に供給する供給流路と、を備えることを特徴とする掘削撹拌装置。 A drilling and stirring device that mixes and stirs cement-based solidifying material into earth and sand excavated around the foundation pile buried in the ground to form a columnar improved body around the foundation pile,
A cylindrical casing that covers the pile head of the foundation pile, and during excavation and stirring, rotates around the axis of the foundation pile as a rotation axis,
From the outer peripheral surface of the casing, extending in the radial direction of the casing, fixed to the casing, a digging wing having a digging blade at least in the lower portion,
The cement-based solidifying material is provided on the outer peripheral surface of the casing, and the cement-based solidifying material is supplied to the earth and sand such that the cement-based solidifying material is introduced from the base end of the casing and discharged from or near the base end of the excavation wing. A drilling and stirring device, comprising:
前記リング材の内周面には、前記ケーシングの回転軸方向に沿って、凹溝が形成されており、
該凹溝に前記供給流路が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の掘削撹拌装置。 At the base end side of the casing relative to the excavation wing, a co-rotation prevention wing rotatably attached to a ring member fixed to the outer peripheral surface of the casing so as not to rotate together with the rotation of the casing. With
On the inner peripheral surface of the ring material, a concave groove is formed along the rotation axis direction of the casing,
The excavation and stirring device according to claim 1, wherein the supply flow path is formed in the concave groove.
前記ケーシングには、前記吐出口よりも前記ケーシングの先端側において、前記吐出口から前記ケーシングの回転軸方向に沿った位置に、前記吐出口を保護する保護刃が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の掘削撹拌装置。 A discharge port from which the cement-based solidifying material is discharged from the supply channel is formed at a position protruding in a radial direction of the casing from an outer peripheral surface of the casing,
In the casing, a protection blade that protects the discharge port is formed at a position along the rotation axis direction of the casing from the discharge port on a tip side of the casing relative to the discharge port. The excavating and stirring device according to claim 1.
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