JP2020051191A - 掘削撹拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重機に対して掘削撹拌装置の接続を容易に行える掘削撹拌装置を提供する。【解決手段】掘削撹拌装置１０は、先端が開口した円筒状ケーシング１１と、掘削刃を有した掘削翼１５，１６と、ケーシング１１の基端に固定されたジョイント２０と、を備え、ジョイントからセメントミルクを導入し、セメントミルクが吐出するように流れる流路が形成された装置本体１０Ａと、装置本体１０Ａを昇降させる重機に接続されるコネクタ３０と、を備えており、ジョイント２０は、ケーシング１１の基端に固定される第１ジョイント部２２と、第１ジョイント部２２に対して、枢動自在に連結された第２ジョイント部２３と、を備えており、ジョイント２０およびコネクタ３０は、ジョイント２０をコネクタ３０に仮固定する仮固定部２５と、ジョイント２０をコネクタ３０に本固定する本固定部２６とが設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、地盤を改良する掘削撹拌装置に関する。

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、基礎杭が打設される。

このような掘削撹拌装置として、例えば、特許文献１には、円柱状の軸体と、軸体の外周面から、軸体の径方向に延在し、掘削刃を有した掘削翼と、を備えた掘削撹拌装置が提案されている。削撹拌装置は、重機に接続され、重機により削撹拌装置を回転させながら降下させ、掘削翼で土砂とセメント系固化材とが混合撹拌される。

特開２０１２−１２７０８２号公報

ところで、特許文献１に係る掘削撹拌装置を用いた柱状改良体の構築方法では、まず、地面に対して倒れた状態の掘削撹拌装置の軸体を、ウィンチまたは別途用意したクレーンによって吊り上げて、軸体を起立させた状態で、重機に接続される。

軸体を重機に接続する際には、重機の先端に装着されたコネクタに、軸体の基端側のジョイントが連結される。掘削撹拌装置は、長尺の重量物であるため、起立した姿勢の軸体にコネクタを位置合わせして、コネクタに軸体のジョイントを接続する作業が煩雑である。

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、重機に対して掘削撹拌装置の接続を容易に行える掘削撹拌装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る掘削撹拌装置は、地盤を掘削し、土砂とセメント系固化材とを混合撹拌して柱状改良体を形成する掘削撹拌装置であって、先端が開口した円筒状または円柱状の軸体と、前記軸体の外周面から、前記軸体の径方向に延在した掘削翼と、前記軸体の基端に固定されたジョイントと、を備え、前記ジョイントから前記セメント系固化材を導入し、前記セメント系固化材が吐出するように、セメント系固化材が流れる流路が形成された装置本体と、一端側において、前記ジョイントを挿入した状態で前記ジョイントに着脱自在に接続され、他端側において、前記装置本体を昇降させる重機に接続されるコネクタと、を備えており、前記ジョイントは、前記軸体の基端に固定される第１ジョイント部と、前記第１ジョイント部に対して、枢動自在に連結された第２ジョイント部と、を備えており、前記第２ジョイント部および前記コネクタには、前記第２ジョイント部を前記コネクタに挿入した状態で、前記コネクタに前記第２ジョイント部が仮固定される仮固定部が設けられており、前記第１ジョイント部および前記コネクタには、前記第１および第２ジョイント部を前記コネクタに挿入した状態で、前記コネクタに前記第１ジョイント部が本固定される本固定部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、装置本体を地面に対して倒した姿勢（水平状態）において、第２ジョイント部の端部が上方に向くように、第２ジョイント部を枢動させ、第２ジョイント部にコネクタを挿入した状態で、第２ジョイント部をコネクタに仮固定することができる。そして、仮固定された装置本体を、重機でコネクタを引き上げることにより、装置本体を地面に対して起立した姿勢にすることができる。このあと、仮固定を解除し、起立した装置本体に対して、第１および第２ジョイント部をコネクタに挿入し、第１ジョイント部にコネクタに本固定する。このようにして、重機に対して掘削撹拌装置の接続を容易に行うことができる。その後、コネクタに本固定された装置本体を重機で回転駆動し、一連の作業で地盤を掘削し、掘削した土砂とセメント系固化材とを混合攪拌して柱状改良体を形成することができる。

ここで、重機に接続されるコネクタは、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、前記コネクタは、前記第１ジョイント部の前記本固定部に固定した状態で、前記コネクタの前記一端側の端部が、前記装置本体に当接している。

この態様によれば、重機から装置本体に、下方に作用する軸力を直接伝達することができるため、本固定部にこの軸力が作用することを回避することができるとともに、下方に作用する軸力を装置本体の掘削翼に効率よく伝達することができ、掘削効率を高めることができる。

さらに、より好ましい態様としては、前記掘削撹拌装置は、前記装置本体を地面に対して倒した姿勢から、前記仮固定された前記コネクタを引き上げることにより、前記装置本体を地面に対して起立した姿勢とするまでの間、前記軸体の先端を地面に対して継続して支持する支持具をさらに備える。

この態様によれば、掘削撹拌装置の装置本体を、地面に対して倒した姿勢から起立した姿勢となるまでの間、支持具で軸体の先端（下端）を支持するので、軸体の先端で地面を削ることはない。

本発明の掘削撹拌装置によれば、装置本体を地面に対して倒した姿勢で、装置本体をコネクタにより仮固定して吊り上げ、起立した状態で、仮固定を解除し、第１ジョイント部と第２ジョイント部とが枢動しないように装置本体を本固定することができる。このような一連の作業により、重機に対して掘削撹拌装置の接続を容易に行うことができ、土砂をセメント系固化剤で固めた柱状改良体を容易に形成できる。

本発明に係る掘削撹拌装置の実施形態で構築した杭構造の断面図である。 図１に示す杭構造において柱状改良体を形成するための掘削撹拌装置の第１実施形態を示し、（ａ）は装置本体の一部側面を示す要部断面図、（ｂ）は鋼管杭の杭頭部の断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線端面図である。 （ａ）は図２（ａ）に示す掘削撹拌装置の平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示す掘削撹拌装置のジョイントを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 図２，３に示す掘削撹拌装置のジョイントとコネクタとを示し、（ａ）は屈曲した状態の正面図、（ｂ）は（ａ）のジョイントにコネクタを仮固定した状態の正面図、（ｃ）は（ｂ）を延ばした状態のジョイントの正面図、（ｄ）は（ｃ）のジョイントにコネクタを本固定した状態の正面図である。 掘削撹拌装置を装着する重機の要部構成を示し、（ａ）は立面図、（ｂ）は正面図である。 掘削撹拌装置を水平状態に支持する支持具を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線矢視図である。 本実施形態の掘削撹拌装置を重機に装着する動作を示し、（ａ）は重機と水平状態の装置本体を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の装置本体にコネクタを接続する工程の正面図、（ｃ）は（ｂ）の状態から装置本体を吊り上げる工程の正面図、（ｄ）は（ｃ）の状態から装置本体を垂直とし本固定する工程の正面図である。 図８に示す工程で装置本体を垂直とした状態を示し、（ａ）は立面図、（ｂ）は正面図である。 図２に示す掘削撹拌装置で地盤を掘削して柱状改良体を形成する動作を示す断面図である。 図１０に示す動作の次工程を示す断面図である。 第２実施形態に係る掘削撹拌装置を示し、（ａ）は一部側面を示す要部断面図、（ｂ）は、鋼管杭の杭頭部の断面図である。 図１２（ａ）に示す掘削撹拌装置で地盤を掘削して柱状改良体を形成する動作を示す断面図である。 第３実施形態に係る掘削撹拌装置を示す要部断面図である。

以下、本発明に係る第１〜第３実施形態の掘削撹拌装置を図面に基づき詳細に説明する。

１．杭構造１について
図１に示すように、第１〜第３実施形態の掘削撹拌装置で構築した杭構造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、土砂をセメントミルクなどの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いる。

基礎杭としての鋼管杭２には、下部に掘削刃として先端翼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、地盤の掘削を行い、支持層４に配置されるものである。鋼管杭２は、杭打機（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。

鋼管杭２を設置する際には、鋼管杭２を旋回させ、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。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。

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０．６〜１．５ｍ程度で深さＬ２は４ｍ程度となっている。柱状改良体３は、鋼管杭２の周囲の土砂を先端翼２Ａで掘削し、掘削された土砂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、さらに地盤を掘削し、掘削により生成された土砂にセメント系固化材としてセメントミルクを混合撹拌し、混合撹拌した土砂を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。

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、この杭構造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の長さが鋼管杭２の長さに比べて短いため、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を成形し、コストの低減も図ることができる。

つぎに、図１に示す杭構造１を構築するため、鋼管杭２の周囲に柱状改良体３を成形するのに適した掘削撹拌装置１０について、図２〜１４を参照して以下に説明する。

掘削撹拌装置１０は、以下に述べる二重管式の第１実施形態（例えば図２参照）と、後述する一重管式の第２実施形態(例えば図１３参照）と、円柱状の軸体を有する第３実施形態（例えば図１４参照）とがある。先ず、二重管式の掘削撹拌装置１０について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
２．掘削撹拌装置１０について
掘削撹拌装置１０は、地盤を掘削し、土砂とセメント系固化材とを混合撹拌して柱状改良体を形成する装置である。図２に示すように、掘削撹拌装置１０は、装置本体１０Ａと、コネクタ３０と、を備えている。装置本体１０Ａは、内管１１Ａと外管１１Ｂとが隙間を有して同軸に配置された二重管式の円筒状のケーシング（軸体）１１を備えている。装置本体１０Ａは、ケーシング１１の外周面から、ケーシング１１の径方向に延在し、掘削刃を有した第１掘削翼１５、第２掘削翼１６、および共回り防止翼１７を備えている。さらに、装置本体１０Ａは、ケーシング１１の基端（上端）の開口を覆うように、基端に固定されたジョイント２０を備えており、ジョイント２０からセメントミルクを導入し、ケーシング１１からセメントミルクが吐出するように流れる流路１８が形成されている。

掘削撹拌装置１０は、ケーシング１１の外管１１Ｂの外周面から、ケーシング１１の径方向（水平方向）に延在し、かつ、外管１１Ｂに固着された第１掘削翼１５と、第２掘削翼１６と、をさらに備えている。第１掘削翼１５は、ケーシング１１の外管１１Ｂの下部の外周面に、溶接等で固着されており、第２掘削翼１６は、第１掘削翼１５から上方に所定の間隔を空けて、外管１１Ｂの外周面に溶接等で固着されている。

第１掘削翼１５と第２掘削翼１６との中間位置には、共回り防止翼１７が、ケーシング１１の外管１１Ｂに対して回転自在に取付けられている。具体的には、共回り防止翼１７には、ケーシング１１の外管１１Ｂに対して自由に回転できるように、リング部１７ａが形成されており、２本のアーム１７ｃが水平方向（径方向）に延在して突出している。

共回り防止翼１７には、第１掘削翼１５と第２掘削翼１６に対向する位置に、撹拌刃１７ｂが形成されている。第１掘削翼１５と第２掘削翼１６とが旋回する際には、共回り防止翼１７は、地盤に固定されるため、第１掘削翼１５と第２掘削翼１６の間の土砂を、共回り防止翼１７の撹拌刃１７ｂと、後述する第１掘削翼１５および第２掘削翼１６の刃部１５ｂ，１６ｂとにより、撹拌することができる。

第１掘削翼１５は、２本の固定アーム１５ａ，１５ａを備えており、２本の固定アーム１５ａ，１５ａは、ケーシング１１に対して反対となる水平方向に延在し、これらは、ケーシング１１の外管１１Ｂに固着されている。各固定アーム１５ａには、上下方向に複数の刃部１５ｂ，１５ｂ…が突出して固着されている。

第２掘削翼１６も、２本の固定アーム１６ａ，１６ａを備えており、２本の固定アーム１６ａ，１６ａは、第１掘削翼１５の固定アーム１５ａ，１５ａが延在する方向と同じ水平方向に延在し（たとえば図３（ａ），（ｂ）参照）、これらも、ケーシング１１の外管１１Ｂに固着されている。各固定アーム１６ａには、上下方向に複数の刃部１６ｂ，１６ｂ…が突出して固着されている。刃部１５ｂ，１６ｂ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。なお、本実施形態では、第１および第２掘削翼１５、１６には、刃部１５ｂ、１６ｂが設けられ、共回り防止翼１７には、撹拌刃１７ｂが設けられているが、地盤を掘削し、土砂を撹拌することができるのであれば、これらのうち、いずれか、またはすべてを設けなくてもよい。

内管１１Ａと外管１１Ｂとの間の隙間は、上部のジョイント２０の中心孔から注入されたセメントミルクが抵抗なく通過できるように、流路１８が形成されている。そして、内管１１Ａと外管１１Ｂの隙間（流路１８）の下端開口は閉塞部材１８ｂで封止されている。外管１１Ｂには外周方向にセメントミルクが吐出するように、１つの吐出口１８ａが形成されている。本実施形態および後述する実施形態では、吐出口が１つ設けられているが、これらが複数設けられていてもよい。

内管１１Ａには、下端部の開口から鋼管杭２が挿入できるように、内管１１Ａの内径が設定されている。すなわち、鋼管杭２の直径に対して内管１１Ａの内径が大きくなっている。このように、下方に開口した円筒状のケーシング１１は、鋼管杭２の杭頭部を覆うことができる形状となる。

ケーシング１１を構成する内管１１Ａの上部の内周面には、鋼管杭２を固定するためのチャック１９が取付けられている。チャック１９には、鋼管杭２の杭頭部の外周面に形成された突起（図示せず）に係合するＴ字状の係合溝が形成されている。

鋼管杭２をチャック１９の係合溝に係合させて、鋼管杭２とケーシング１１と連動させれば、鋼管杭２を旋回させ、これを地中に貫入させながら、掘削撹拌装置１０を旋回させることができる。なお、後述する鋼管杭２の貫入と柱状改良体３の形成を同時に行わない場合には、チャック１９を省略することができる。

ケーシング１１の内管１１Ａと外管１１Ｂとはボルトナット等の連結具（図示せず）により隙間が一定の状態になるように連結固定されている。内管１１Ａの上端部は上蓋１２で閉じられており、その下端部は開口している。外管１１Ｂの上端部はジョイント２０で閉じられており、その下端部は開口している。外管１１Ｂの上部開口を閉じるジョイント２０には、詳細は後述する流路２１が形成されている。ジョイント２０は、掘削撹拌装置１０を旋回させるための杭打機などの重機の駆動源がコネクタ３０を介して、装着される。ジョイント２０には、セメントミルクを供給するための流路２１を構成する中心孔が形成されている。

コネクタ３０は、一端側において、ジョイント２０を挿入した状態で、このジョイント２０に着脱自在に接続され、他端側において、装置本体１０Ａを昇降させる重機（たとえば杭打機）４０に接続される。なお、重機４０は、地盤の掘削、および、掘削により生成された土砂にセメントミルクと混合撹拌の際には、ケーシング１１の軸心周りに装置本体１０Ａを回転させながら、装置本体１０Ａを下降させる。さらに、重機４０は、後述するように、装置本体１０Ａを起立させる際には（図８参照）、装置本体１０Ａを回転させずに、装置本体１０Ａを上昇させる。

ここで、本実施形態の掘削撹拌装置１０の特徴構成であるジョイント２０、およびコネクタ３０について詳細に説明する。図４（ａ），（ｂ）および図５（ａ）に示すように、ジョイント２０は、ケーシング１１の基端に固定される第１ジョイント部２２と、第１ジョイント部２２に対して、枢動自在に連結された第２ジョイント部２３とを備えている。第２ジョイント部２３は、第１ジョイント部２２に対して、ケーシング１１の軸心と直交する軸周りに、枢動自在となっている。第１ジョイント部２２および第２ジョイント部２３は、六角柱状に形成されている。コネクタ３０は、外周面が円柱状であり、第１ジョイント部２２および第２ジョイント部２３が挿入される内部には、六角柱状の係止穴３１が形成されている。係止穴３１は、コネクタ３０が垂直状態で下方が開口している。コネクタ３０の上部には、係止穴３１の上方から係止穴３１に連通するように、セメントミルクが流れる円柱状の空間を有した流路３１が形成されている。流路３１は、第１ジョイント部２２および第２ジョイント部２３を挿入した状態で、ジョイント２０に形成された流路２１に連通するように接続される。

図５（ｂ），（ｃ）に示すように、第２ジョイント部２３およびコネクタ３０には、第２ジョイント部２３をコネクタ３０に挿入した状態で、コネクタ３０に第２ジョイント部２３を仮固定する仮固定部２５が設けられている。具体的には、仮固定部２５は、第２ジョイント部２３の六角柱状の角柱部２５ａおよび溝部２５ｂ，２５ｂと、コネクタ３０の係止穴３１およびピン孔３０ａ，３０ａで構成される。なお、第２ジョイント部２３およびコネクタ３０を仮固定できるのであれば、この構成に限定されるものではない。

溝部２５ｂ、２５ｂは、角柱部２５ａの対向する平面に形成され、角柱部２５ａの軸方向と直角の方向に形成された、断面形状が半円形の溝部である。ピン孔３０ａ，３０ａは、第２ジョイント部２３をコネクタ３０に挿入した状態で、溝部２５ｂ、２５ｂに一致する位置に形成されている。

このように構成することにより、コネクタ３０に第２ジョイント部２３を仮固定することができる。具体的には、角柱部２５ａが、係止穴３１に係止されて、コネクタ３０に対してジョイント２０の回転が防止され、ピン孔３０ａに固定ピン３２を挿入して、コネクタ３０に対してジョイント２０の抜けが防止される。なお、「仮固定」とは、掘削撹拌装置１０で、地盤を掘削し、土砂とセメント系固化材とを混合撹拌する本固定前の仮の固定状態のことである。

図２（ａ），（ｂ）および図５（ｄ）に示すように、第１ジョイント部２２およびコネクタ３０には、第１ジョイント部２２および第２ジョイント部２３をコネクタ３０に挿入した状態で、コネクタ３０に第１ジョイント部２２を本固定する本固定部２６がさらに設けられている。具体的には、本固定部２６は、第１ジョイント部２２の六角柱状の角柱部２６ａおよび溝部２６ｂ，２６ｂと、コネクタ３０の係止穴３１およびピン孔３０ａ，３０ａで構成される。なお、第２ジョイント部２３およびコネクタ３０を本固定できるのであれば、この構成に限定されるものではない。

溝部２６ｂ、２６ｂは、角柱部２６ａの対向する平面に形成され、角柱部２６ａの軸方向と直角の方向に形成された断面形状が半円形の溝部である。ピン孔３０ａ，３０ａは、第１ジョイント部２２および第２ジョイント部２３をコネクタ３０に挿入した状態で、溝部２６ｂ、２６ｂに一致する位置に形成されている。

このように構成することにより、コネクタ３０に第１ジョイント部２２を本固定することができる。具体的には、角柱部２６ａが係止穴３１に係止されて、コネクタ３０に対してジョイント２０の回転が防止され、ピン孔３０ａに固定ピン３２を挿入して、コネクタ３０に対してジョイント２０の抜けが防止される。

また、第１ジョイント部２２および第２ジョイント部２３がコネクタ３０に挿入され、コネクタ３０に第１ジョイント部２２が固定されるので、第１ジョイント部２２と第２ジョイント部２３とが相互に枢動することはない。なお、「本固定」とは、掘削撹拌装置１０で、地盤を掘削し、土砂とセメント系固化材とを混合撹拌する際の固定状態のことである。

図５（ｄ）に示すように、ジョイント２０は、ケーシング１１の基端（上端）に固定されており、ジョイント２０の角柱部２５ａに対して、ケーシング１１の外径が大きく形成されている。ケーシング１１には基端に軸心と直交する当接面１０ｂが形成されている。この当接面１０ｂには、コネクタ３０の下端面３３が接触できるように構成され、本固定部２６を構成する溝部２６ｂ，２６ｂは、ケーシング１１の当接面１０ｂにコネクタ３０の下端面３３が当接した状態で、固定ピン３２，３２が、本固定の位置で挿入できるように設定されている。したがって、ジョイント２０にコネクタ３０が本固定されたときは、ケーシング１１の当接面１０ｂとコネクタ３０の下端面３３とは密着している。

これにより、後述するように、重機４０から装置本体１０Ａに、下方に作用する軸力を直接伝達することができるため、本固定部２６(具体的には固定ピン３２，３２）に、この軸力が作用することを回避することができる。これに加えて、下方に作用する軸力を装置本体１０Ａの第１および第２掘削翼１５、１６に効率よく伝達することができ、掘削効率を高めることができる。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、ジョイント２０には、セメントミルクをケーシング１１内に導入する流路２１が形成されている。流路２１は、上方に位置する第２ジョイント部２３を貫通する貫通孔２１ａと、下方に位置する第１ジョイント部２２を貫通する貫通孔２１ｂと、貫通孔２１ａと貫通孔２１ｂとを接続する可撓性を有するホース２１ｃとから構成され、第２ジョイント部２３と第１ジョイント部２２とが直角に屈曲した状態、あるいは一直線上に位置する場合でも、安定してセメントミルクを流通させることができる構成となっている。ホース２１ｃは、可撓性を有するものであれば、金属製のワイヤで補強された樹脂ホース、樹脂製のジャバラなど、特に限定されるものではく、ホース２１ｃの端部は、バンド（図示せず）等により、固定されている。

３．重機４０について
つぎに、本実施形態の掘削撹拌装置１０を装着する重機４０について説明する。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、杭打機などの重機４０は、車台４０Ａの上に操縦室、エンジンルームを備えている。車台４０Ａにはアーム４１が垂直状態に保持されており、アーム４１は油圧シリンダにより傾斜状態あるいは水平状態に角度を変えることができる構成となっている。アーム４１には、昇降ヘッド４２が上下動可能に装着されている。

昇降ヘッド４２には、本実施形態の掘削撹拌装置１０が下方に連結固定され、装置本体１０Ａを旋回させるための油圧モータ等の駆動部が組み込まれている。また、昇降ヘッド４２の上部には、掘削撹拌装置１０にセメントミルクを供給するためのホース４３等が接続されている。ホース４３は、アーム４１に上下動可能に支持された受け部４３ａに連結されている。本実施形態の掘削撹拌装置１０のコネクタ３０は、昇降ヘッド４２に連結される構成となっている。

４．支持具３５Ａ，３５Ｂについて
つぎに、本実施形態の装置本体１０Ａを倒した姿勢、すなわち装置本体１０Ａを水平状態に支持するための支持具３５Ａ，３５Ｂについて、図７を参照して説明する。図７に示すように、掘削撹拌装置１０は、現場への搬入時には、水平状態で搬入され、装置本体１０Ａを構成する円筒状のケーシング１１の起立状態において、下方開口側を支持する支持具３５Ａと、上方側の中間部を支持する支持具３５Ｂとを備えている。

具体的には、支持具３５Ａは、装置本体１０Ａを地面に対して倒した姿勢から、仮固定されたコネクタ３０を引き上げることにより、装置本体１０Ａを地面に対して起立した姿勢となるまでの間、ケーシング１１の先端を地面に対して継続して支持するものである。

より具体的には、支持具３５Ａはケーシング１１の円筒面を載置する湾曲面と、ケーシング１１の下端面を支持する垂直面とを有しており、湾曲面の下部には移送用のタイヤ３６が取付けられている。また、支持具３５Ｂは、湾曲面の下部に同様にタイヤ３６が取付けられている。なお、支持具３５Ａ，３５Ｂは装置本体１０Ａを載置して支持するものであるが、固定用のベルト等で固定するようにしてもよい。支持具３５Ａには、装置本体１０Ａを起立したときの支えとなる支持部３７が突設されている。

なお、支持具としてケーシング１１を、タイヤを有する２つの支持具３５Ａ，３５Ｂで支持する例を示したが、溝を有する長尺の板材の上に装置本体１０Ａを載せ、装置本体の下端部を溝に沿わせて移動させて吊り上げることで、装置本体１０Ａを起立した姿勢となるまで継続して支持するように構成してもよい。さらに、溝の代わりに、長尺の板材にレールを固定し、このレールに沿わせて装置本体１０Ａを地面に対して起立した姿勢となるまで、継続して支持するものでもよい。

５．掘削撹拌装置１０による施工方法について
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、杭構造１の構築方法について以下に説明する。この杭構造１は、地中に鋼管杭２を貫入したあと、鋼管杭２の地表側に柱状改良体３の成形を行うので、この掘削撹拌装置１０では、図２に示すチャック１９を省略している。

先ず、図８を参照して、重機４０に掘削撹拌装置１０を設置する動作について説明する。図８（ａ）に示すように、現場に搬入された掘削撹拌装置１０の装置本体１０Ａは、重機４０のアーム４１の下方に水平状態に地面上に置かれる。このとき、掘削撹拌装置１０の装置本体１０Ａでは、ジョイント２０の第２ジョイント部２３は、水平状態に延びた形状となっている。このあと、ジョイント２０の第２ジョイント部２３を上方に向けて９０°屈曲させ、上端部が上方に向くように枢動させる。

つぎに、図８（ｂ）に示すように、重機４０の昇降ヘッド４２を下降させ、昇降ヘッド４２の下方に取付けられたコネクタ３０を下降させる。ジョイント２０の上方を向いている第２ジョイント部２３を、コネクタ３０の下方開口の係止穴３１に挿入し、コネクタ３０をさらに下降させると、第２ジョイント部２３にコネクタ３０が係止される。図５（ｂ）のようにコネクタ３０のピン孔３０ａ，３０ａに固定ピン３２，３２を挿入し、第２ジョイント部２３がコネクタ３０に仮固定される。

コネクタ３０で装置本体１０Ａのジョイント２０を仮固定し、昇降ヘッド４２を上昇させると、装置本体１０Ａはコネクタ３０側が上昇し、図８（ｃ）のように、装置本体１０Ａは傾斜状態となり、支持具３５Ｂは外れるとともに、支持具３５Ａはアーム４１の方向（左方向）にタイヤ３６で移動する。さらに、昇降ヘッド４２を上昇させると傾斜角度は大きくなり、直角に近い状態となる。そして、装置本体１０Ａが地表に対して直角の状態（起立した状態）になると、支持具３５Ａはアーム４１の真下の位置に移動し、支持具３５Ｂはアーム４１の真下から側方に移動される。

この状態で昇降ヘッド４２の上昇を停止すると、図８（ｄ）に示すように、ジョイント２０の第２ジョイント部２３と第１ジョイント部２２とは一直線上に配置された状態となる。そして、仮固定されている固定ピン３２，３２を引き抜き、昇降ヘッド４２を下降させるとコネクタ３０も下降する。コネクタ３０が下降すると、図５（ｄ）に示すように、コネクタ３０の係止穴３１に第２ジョイント部２３と第１ジョイント部２２とが挿入した状態となり、コネクタ３０の下端面３３がジョイント２０の当接面１０ｂに当接する。

コネクタ３０の下端面３３がジョイント２０の当接面１０ｂに当接すると、コネクタ３０のピン孔３０ａ，３０ａと、第１ジョイント部２２の断面形状が半円形の溝部２６ｂ，２６ｂとが一致するため、ピン孔３０ａ，３０ａに固定ピン３２，３２を挿入することができ、図５（ｄ）に示すように、コネクタ３０にジョイント２０が本固定される。

このように、本実施形態の掘削撹拌装置１０では、装置本体１０Ａの基端に固定されたジョイント２０において、水平状態の第１ジョイント部２２に対して第２ジョイント部２３を枢動させて上方に向け、コネクタ３０を下降させて第２ジョイント部２３をコネクタの係止穴３１に挿入させることができる。そして、コネクタ３０の係止穴３１に第２ジョイント部２３を挿入させた状態で、ピン孔３０ａ，３０ａに固定ピン３２，３２を挿入すると、コネクタ３０にジョイント２０を容易に仮固定することができる。

そして、仮固定した状態で昇降ヘッド４２を上昇させることで掘削撹拌装置１０の装置本体１０Ａを容易に吊り上げることができ、掘削撹拌装置１０を容易に鉛直方向に起立させることができる。このあと、仮固定している固定ピン３２，３２を引き抜き、昇降ヘッド４２を下降させると、コネクタ３０の係止穴３１内には、第２ジョイント部２３に続いて第１ジョイント部２２が連続して挿入されるため、固定ピン３２，３２をピン孔３０ａ，３０ａに挿入してコネクタ３０にジョイント２０を容易に本固定することができる。

図９は、重機４０に掘削撹拌装置１０を垂直状態（起立した状態）に設置し、支持具３５を外した状態を示している。すなわち、重機４０の昇降ヘッド４２に取付けられたコネクタ３０には、装置本体１０Ａの基端（上端）に固定されたジョイント２０が接続されており、装置本体１０Ａの下端は地盤の地表面上に位置し、下方の第１掘削翼１５の刃部１５ｂは地表面に突き刺さっている。

つぎに、図９の状態から、重機４０に地盤に対して垂直に設置された本実施形態の掘削撹拌装置１０で地盤を掘削し、セメント系固化材に水を混合したセメントミルクを、土砂に混合撹拌して柱状改良体を形成して杭構造１を構築する。

先ず、予め設置された鋼管杭２に、図１１に示すように、杭頭部に重機４０で地表に対して垂直に起立させた装置本体１０Ａのケーシング１１を被せる。重機４０により掘削撹拌装置１０を旋回させ下降させることにより、第１掘削刃１５と第２掘削刃１６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を撹拌する。

このとき、ケーシング１１とともに旋回する第１掘削刃１５と第２掘削刃１６は、周囲の土砂を引き回すが、中間に位置する共回り防止翼１７が外側の土砂に食い込んで旋回しない。このため、第１掘削刃１５と第２掘削刃１６の近傍の土砂が旋回し、共回り防止翼１７の近傍の土砂は旋回しないので、第１掘削刃１５と第２掘削刃１６との間の土砂を確実に撹拌することができる。さらに、掘削撹拌装置１０を旋回させながら重機４０の昇降ヘッド４２を下降させると、土砂の撹拌範囲は下方に増え、図１１に示すように、杭頭部がケーシング１１の上蓋１２に接近する。

この掘削時および撹拌時に、図１１に示すように、コネクタ３０の中心の係止穴３１に矢印Ｙ１のようにセメントミルクを供給する。これにより、セメントミルクはジョイント２０の流路２１を通過し、ケーシング１１の内管１１Ａと外管１１Ｂとの間の通過空間１８を通り、下方に流下して吐出口１８ａから矢印Ｙ２のようにケーシング１１外に吐出される。

吐出されたセメントミルクは、第１掘削刃１５、第２掘削刃１６、および共回り防止翼１７で土砂５と混合撹拌される。このあと、第１掘削刃１５および第２掘削刃１６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を上昇させて取り外すと、図１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存在する。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。

掘削撹拌装置１０を地中から引き抜き、セメントミルクと土砂が混合撹拌された混合物は、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。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。

〔第２実施形態〕
つぎに、第２実施形態の一重管式の掘削撹拌装置５０について、図１２を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態の掘削撹拌装置１０と同じ部材は、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１２（ａ）に示すように、掘削撹拌装置５０は、一重管式の円筒状のケーシング５１を備えている。ケーシング５１は鋼管等のパイプで構成され、その上端部は、ジョイント２０の第１ジョイント部２２で閉じられており、ケーシング５１の下端部は開口しており、下端部の開口から鋼管杭２が挿入できるように、ケーシング５１の内径が設定されている。

掘削撹拌装置５０のケーシング５１には、前記した掘削撹拌装置１０と同様に、第１掘削刃１５と、第２掘削刃１６と、共回り防止翼１７とが設けられている。ケーシング５１には、その周方向に、ケーシング５１内に供給されたセメントミルクをケーシング外に吐出するための１つの吐出口５１ａが形成されている。吐出口５１ａの下方の内周面に、Ｏリング等のゴムリングが装着されていてもよい。ゴムリングにより、ケーシング５１の下方開口に挿入された鋼管杭２の外周面との間の隙間を塞ぐことができ、この結果、セメントミルクの漏れを防止することができる。

図１２（ｂ）に示すように、一重管式のケーシング５１を備える掘削撹拌装置５０では、ケーシング５１内にセメントミルクが供給されたときに、鋼管杭２内に入り込まないように杭頭には上蓋２Ｂが被着されている。上蓋２Ｂは、杭頭に着脱自在に被着されていてもよく、杭頭に固着されていてもよい。

図１３に示すように、第２実施形態の掘削撹拌装置５０でも、鋼管杭２に対して、杭頭部に掘削撹拌装置５０のケーシング５１を被せて設置する。掘削撹拌装置５０の装置本体５０Ａを重機４０で旋回させながら下降させて地盤を掘削し、掘削撹拌装置５０が下降すると、ケーシング５１内で鋼管杭２の周囲に隙間が形成される。この状態でセメントミルクをジョイント２０の流路２１からケーシング５１内に矢印Ｙ１に示すように供給すると、セメントミルクは、ケーシング５１内で鋼管杭２の周囲の隙間に入り込み、隙間内を流下して吐出口５１ａからケーシング５１外に吐出される。この状態で、第１掘削刃１５、第２掘削刃１６および共回り防止翼１７で、土砂５とセメントミルクが混合撹拌される。

〔第３実施形態〕
つぎに、本発明に係る掘削撹拌装置の第３実施形態について、図１４を参照して説明する。この実施形態の掘削撹拌装置６０は、装置本体６０Ａとして円筒状でない、円柱状の軸体６１で構成されている。したがって、この掘削撹拌装置６０では、地盤に予め埋設された鋼管杭の周囲の地盤を改良し、柱状改良体を形成するものでなく、軸体６１の径方向に延在する掘削翼１５，１６と共回り防止翼１７とで地盤を掘削し、土砂とセメントミルクとを混合撹拌して柱状改良体３Ａを形成するものである。

装置本体６０Ａは、円柱状の軸体６１と、掘削翼１５，１６と、軸体６１の基端に固定されたジョイント２０とを備えており、軸体６１には軸心にジョイント２０の流路２１と連通する中心孔６２が形成されている。そして中心孔６２の下端から、中心穴６２に連通するように軸体６１の外周面に向かって１つの吐出孔６２ａが形成されている。本実施形態では、軸体６１の外周面に吐出口６１ａが形成されているが、たとえば、中心穴６２をさらに延在させ、吐出口６１ａを軸体６１の先端に形成してもよい。

この掘削撹拌装置６０は、前記した実施形態と同様に、円柱状の軸体６１の基端（上端）にジョイント２０が固定されており、ジョイント２０は軸体６１に固定された第１ジョイント部２２に対して上部に位置する第２ジョイント部２３が枢動自在に連結されている。この構成により、装置本体６０Ａの軸体６１を水平状態に地面に載置しても、先端側の第２ジョイント部２３を上方に回して、第２ジョイント部２３を垂直状態にすることができる。このため、上方を向く第２ジョイント部２３にコネクタ３０を容易に接続でき、掘削撹拌装置６０を吊り上げることができ、ついで本固定して一連の作業で地盤を掘削し、セメントミルクを撹拌混合して柱状改良体３Ａを形成できる。

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ができる。

１：杭構造、２：鋼管杭（基礎杭）、２Ａ：先端翼（掘削刃）、３：柱状改良体、１０，５０，６０：掘削撹拌装置、１０Ａ，５０Ａ，６０ａ：装置本体、１１，５１：ケーシング（軸体）、１１Ａ：内管、１１Ｂ：外管、１５：第１掘削翼（下段掘削翼）、１６：第２掘削翼（上段掘削翼）、１７：共回り防止翼、１８：流路、２０：ジョイント、２１：流路、２２：第１ジョイント部、２３：第２ジョイント部、２５：仮固定部、２６：本固定部、３０：コネクタ、３０ａ：ピン孔、３１：係止穴、３２：固定ピン、３５，３５Ａ，３５Ｂ：支持具、４０：重機、６１：軸体

Claims (3)

1. 地盤を掘削し、土砂とセメント系固化材とを混合撹拌して柱状改良体を形成する掘削撹拌装置であって、
   先端が開口した円筒状または円柱状の軸体と、前記軸体の外周面から、前記軸体の径方向に延在した掘削翼と、前記軸体の基端に固定されたジョイントと、を備え、前記ジョイントから前記セメント系固化材を導入し、前記セメント系固化材が吐出するように、セメント系固化材が流れる流路が形成された装置本体と、
   一端側において、前記ジョイントを挿入した状態で前記ジョイントに着脱自在に接続され、他端側において、前記装置本体を昇降させる重機に接続されるコネクタと、を備えており、
   前記ジョイントは、前記軸体の基端に固定される第１ジョイント部と、前記第１ジョイント部に対して、枢動自在に連結された第２ジョイント部と、を備えており、
   前記第２ジョイント部および前記コネクタには、前記第２ジョイント部を前記コネクタに挿入した状態で、前記コネクタに前記第２ジョイント部が仮固定される仮固定部が設けられており、
   前記第１ジョイント部および前記コネクタには、前記第１および第２ジョイント部を前記コネクタに挿入した状態で、前記コネクタに前記第１ジョイント部が本固定される本固定部が設けられていることを特徴とする掘削撹拌装置。
2. 前記コネクタは、前記第１ジョイント部の前記本固定部に固定した状態で、前記コネクタの前記一端側の端部が、前記装置本体に当接していることを特徴とする請求項１に記載の掘削撹拌装置。
3. 前記掘削撹拌装置は、前記装置本体を地面に対して倒した姿勢から、前記仮固定された前記コネクタを引き上げることにより、前記装置本体を地面に対して起立した姿勢とするまでの間、前記軸体の先端を地面に対して継続して支持する支持具をさらに備え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。

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