JP2023075410A - 地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の撹拌部材により改良対象土が混合・撹拌される際に、混合撹拌領域における共回り現象発生可能性の低減を図りうる地盤改良装置を提供する。【解決手段】地盤改良装置は、一対の回転軸部材１１１、１１２のそれぞれを軸線まわりに相互に反対方向に回転させることにより、一対の回転軸部材１１１、１１２のそれぞれに対してその径方向に張り出すように固定された一対の撹拌部材１２１、１２２によって改良対象土および固化材を混合かつ撹拌するように構成されている。地盤改良装置は、一対の撹拌部材１２１、１２２の間に介在するように一対の回転軸部材１１１、１１２の径方向に張り出し、かつ、当該一対の回転軸部材１１１、１１２のそれぞれに対して軸線まわりに回転自在に設けられた剪断補助部材２２０を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、固化材を用いた地盤改良工法に用いられる地盤改良装置に関する。

内側軸と外側軸とを内外側二重軸に形成すると共に、両内・外側軸を相互に逆回転可能となした掘削軸体と、同掘削軸体に、内側撹拌翼と外側撹拌翼とを内外側位置にて相対的に逆回転させるべく取り付けた相対撹拌翼体とを具備する地盤改良装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。内側撹拌翼および外側撹拌翼は、それぞれ両端部を掘削軸体に取り付けると共に、中途部を外方に膨出させた弧状に形成し、少なくともいずれか一方の撹拌翼の中途部に、固化材を吐出する固化材吐出部を設けると共に、同固化材吐出部は上下方向に伸延する固化材吐出孔を備えている。

特許第３７３９６２０号公報

しかし、内側撹拌翼および外側撹拌翼に挟まれた領域を含む、内側撹拌翼および外側撹拌翼のそれぞれに近接する混合撹拌領域において、内側撹拌翼または外側撹拌翼が、そこに付着した改良対象土と一緒に回転する共回り現象が発生する可能性があった。

そこで、本発明は、一対の撹拌部材により改良対象土が混合・撹拌される際に、混合撹拌領域における共回り現象発生可能性の低減を図りうる地盤改良装置を提供することを課題とする。

本発明の地盤改良装置は、
一対の回転軸部材のそれぞれを軸線まわりに異なる態様で回転駆動されることにより、前記一対の回転軸部材のそれぞれに対してその径方向に張り出すように固定された一対の撹拌部材によって改良対象土および固化材を混合かつ撹拌するように構成されている地盤改良装置であって、
前記一対の撹拌部材の間に介在するように前記一対の回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該一対の回転軸部材のそれぞれに対して前記軸線まわりに回転自在に設けられた剪断補助部材を備えている。

当該構成の地盤改良装置によれば、一対の撹拌部材に挟まれている領域における改良対象土の流動性の低下に伴って、当該一対の撹拌部材のそれぞれに引きずられるように流動または移動している改良対象土の量が多くなる。このため、一対の撹拌部材のそれぞれに引きずられるように流動または移動している改良対象土に巻き込まれるように剪断補助部材が軸線まわりに比較的強く引きずられた方向に回転する。これにより、一対の撹拌部材に挟まれている領域における改良対象土に対して剪断補助部材から剪断力を作用させ、当該改良対象土の流動性の向上、ひいては共回り現象の発生可能性の低減が図られる。

前記構成の地盤改良装置において、
前記剪断補助部材が、前記一対の回転軸部材の径方向に前記一対の撹拌部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して大きい張出量で張り出していることが好ましい。

当該構成の地盤改良装置によれば、剪断補助部材において、少なくとも一方の撹拌部材と比較して径方向に張り出している遠位部に対して、当該少なくとも一方の撹拌部材の側に存在している改良対象土の係止土圧を作用させることができる。これにより、一対の撹拌部材のそれぞれに引きずられるように流動または移動している改良対象土に巻き込まれるように剪断補助部材が軸線まわりに回転する際、一対の撹拌部材に挟まれている領域における改良対象土に対して、当該遠位部を含む剪断補助部材から剪断力を作用させ、当該改良対象土の流動性の向上、ひいては共回り現象の発生可能性の低減が図られる。

前記構成の地盤改良装置において、
前記剪断補助部材が、前記軸線を基準とした少なくとも２つの方位のそれぞれについて、前記軸線に平行な方向についての延在態様が相違するように構成されていることが好ましい。

当該構成の地盤改良装置によれば、一対の撹拌部材のそれぞれに引きずられるように流動または移動している改良対象土から剪断補助部材に作用する力を当該少なくとも２つの方位（または方位範囲）において差異化することができる。これにより、改良対象土から剪断補助部材が受ける力をさまざまに変化させ、当該剪断補助部材の軸線まわりの回転が停滞する事態が解消されうる。このため、剪断補助部材が軸線まわりに回転する際、一対の撹拌部材に挟まれている領域における改良対象土に対して、当該剪断補助部材から剪断力を作用させ、当該改良対象土の流動性の向上、ひいては共回り現象の発生可能性の低減が図られる。

前記構成の地盤改良装置において、
前記剪断補助部材が、前記一対の撹拌部材のそれぞれと干渉しない範囲で前記一対の回転軸部材に対してカム機構によって前記軸線の方向に変位可能に構成されていることが好ましい。

当該構成の地盤改良装置によれば、改良対象土から剪断補助部材が受ける力をさまざまに変化させ、当該剪断補助部材の軸線まわりの回転が停滞する事態が解消されうる。このため、剪断補助部材が軸線まわりに回転する際、一対の撹拌部材に挟まれている領域における改良対象土に対して、当該剪断補助部材から剪断力を作用させ、当該改良対象土の流動性の向上、ひいては共回り現象の発生可能性の低減が図られる。

本発明の第１実施形態としての地盤改良装置の構成に関する説明図。 撹拌部材および剪断補助部材の第１の変形配置態様に関する説明図。 撹拌部材および剪断補助部材の第２の変形配置態様に関する説明図。 撹拌部材および剪断補助部材の第３の変形配置態様に関する説明図。

（地盤改良装置の構成）
本発明の一実施形態としての地盤改良装置は、図１に示されているように、回転軸部材１１０と、相対撹拌機構１２０と、掘削部材１４０と、を備えている。

回転軸部材１１０は、上下方向に延在している略円筒状の内側回転軸部材１１２と、内側回転軸部材１１２を全周にわたり囲繞するように上下方向に延在している略円筒状の外側回転軸部材１１１と、により構成されている二重軸構造を有している。外側回転軸部材１１１および内側回転軸部材１１２のそれぞれは、駆動用モータにより二重反転歯車機構（図示略）を介して同一軸線まわりに相互に反対方向に回転するように構成されている（特許第３７３９６２０号公報参照）。

内側回転軸部材１１２の内側には上下方向に延在する略円筒状の導管部材が挿通されている。導管部材の内周面により囲まれている略円柱状の空間により、第１固化材供給路が構成されている。

内側回転軸部材１１２の下端部には掘削部材１４０が固定されている。掘削部材１４０の中心部に第１固化材吐出部が設けられている。第１固化材吐出部は、第１固化材供給路に連通している。第１固化材供給路を通じて供給される固化材が下方に吐出されるように第１固化材吐出部が構成されている。

相対撹拌機構１２０は、相互に反対方向に回転する第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２を備えている。第１撹拌部材１２１は、回転軸部材１１０を構成する外側回転軸部材１１１に対して固定され、第２撹拌部材１２２は、回転軸部材１１０を構成する内側回転軸部材１１２に対して固定されている。第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれは、回転軸部材１１０の軸線方向に離間している箇所のそれぞれから、複数の方位に略水平方向に張り出して延在している。第１撹拌部材１２１および／または第２撹拌部材１２２が、回転軸部材１１０から斜め上方または斜め下方に延在していてもよい。

例えば、Ｎ_i個（ｉ＝１、２（Ｎ_iは２以上の整数（例えばＮ_i＝２）））の第ｉ撹拌部材１２ｉが、回転軸部材１１０の中心軸線を基準としたＮ_i回回転対称性を有するように、当該第ｉ撹拌部材１２ｉの配置態様、形状およびサイズが設計されている。Ｎ_i個未満（例えば単一）の第ｉ撹拌部材１２が、回転軸部材１１０の中心軸線を基準としたＮ_i回回転対称性を有するように、当該第ｉ撹拌部材１２ｉの配置態様、形状およびサイズが設計されていてもよい。Ｎ_i個またはＮ_i個未満の第ｉ撹拌部材１２ｉが、回転対称性を有していないように、当該第ｉ撹拌部材１２ｉの配置態様、形状および／またはサイズが設計されていてもよい。

第１撹拌部材１２１および／または第２撹拌部材１２２には、第２固化材吐出部が設けられている。第２固化材吐出部は、第１撹拌部材１２１および／または第２撹拌部材１２２に形成された固化材導入路を通じて第２固化材供給路に連通している。第１固化材供給路および第２固化材供給路は別個独立の２つの固化材供給経路により構成されていてもよく、一部が共通の固化材供給経路により構成されていてもよい。第２固化材供給路および第２固化材吐出部は省略されていてもよい。

本発明の一実施形態としての地盤改良装置は、図１に示されているように、剪断補助部材２２０をさらに備えている。

剪断補助部材２２０は、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２の中間領域で、外側回転軸部材１１１（または内側回転軸部材１１２）の外周面に回転自在に遊嵌された略円環状の環状支持部材から複数の方位に略水平方向に張り出して延在している。剪断補助部材２２０が、回転軸部材１１０から斜め上方または斜め下方に延在していてもよい。回転軸部材１１０の軸線方向について複数の異なる箇所のそれぞれから、剪断補助部材２２０の複数の組または群のそれぞれが回転軸部材１１０の径方向に張り出すように設けられていてもよい。

例えば、Ｍ個（Ｍは２以上の整数（例えばＭ＝３））の剪断補助部材２２０が、回転軸部材１１０の中心軸線を基準としたＭ回回転対称性を有するように、当該剪断補助部材２２０の配置態様、形状およびサイズが設計されている。Ｍ個未満（例えば単一）の剪断補助部材２２０が、回転軸部材１１０の中心軸線を基準としたＭ回回転対称性を有するように、当該剪断補助部材２２０の配置態様、形状およびサイズが設計されていてもよい。Ｍ個またはＭ個未満の剪断補助部材２２０が、回転軸部材１１０の中心軸線を基準とした回転対称性を有しないように、当該剪断補助部材２２０の配置態様、形状および／またはサイズが設計されていてもよい。

図１に示されているように、剪断補助部材２２０の径方向の張出量ｒ０（軸線まわりに回転駆動された際の当該軸線からの最遠位到達距離）は、第１撹拌部材１２１の径方向の張出量Ｒ１および第２撹拌部材１２２の径方向の張出量Ｒ２のそれぞれよりも小さい。これは、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の剪断補助部材２２０の遠位部が描く円軌道の径または最大径が、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第１撹拌部材１２１のそれぞれの遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも小さく、かつ、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第２撹拌部材１２２の遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも小さいことを意味する。

回転軸部材１１０の軸線方向について、剪断補助部材２２０と第１撹拌部材１２１との間隔、および、剪断補助部材２２０と第２撹拌部材１２２との間隔が略等しくなるように剪断補助部材２２０が配置されていてもよく、当該間隔のうち少なくとも２つの間隔が相違するように剪断補助部材２２０が配置されていてもよい。例えば、剪断補助部材２２０と第１撹拌部材１２１との間隔が、第剪断補助部材２２０と第２撹拌部材１２２との間隔より大きくてもよくまたは小さくてもよい。

（地盤改良装置の機能）
掘削部材１４０が内側回転軸部材１１２とともに一体的に回転することにより改良対象土が掘削される。また、第１固化材吐出部および第２固化材吐出部のそれぞれから固化材が改良対象土に対して吐出される。第１攪拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれが外側回転軸部材１１１および内側回転軸部材１１２のそれぞれとともに回転することにより、改良対象土と固化材とが攪拌かつ混合される。

（作用効果）
当該構成の地盤改良装置によれば、一対の撹拌部材１２１および１２２により挟まれている中間領域における改良対象土の流動性の低下に伴って、当該一対の撹拌部材１２１、１２２のそれぞれに引きずられるように流動または移動している改良対象土の量が多くなる。このため、一対の撹拌部材１２１、１２２のそれぞれに引きずられるように流動または移動している改良対象土に巻き込まれるように比較的強く引きずられた方向に剪断補助部材２２０が回転軸部材１１０の軸線まわりに回転する。これにより、一対の撹拌部材１２１および１２２により挟まれている中間領域における改良対象土に対して剪断補助部材２２０から剪断力を作用させ、当該改良対象土の流動性の向上、ひいては共回り現象の発生可能性の低減が図られる。

（本発明の他の実施形態）
剪断補助部材２２０の径方向の張出量ｒ０が、第１撹拌部材１２１の径方向の張出量Ｒ１および第２撹拌部材１２２の径方向の張出量Ｒ２のうち少なくとも一方より小さくてもよい。

例えば、図２に示されているように、剪断補助部材２２０の径方向の張出量ｒ０が、第１撹拌部材１２１の径方向の張出量Ｒ１より小さい一方、第２撹拌部材１２２の径方向の張出量Ｒ２より大きくなるように地盤改良装置が構成されていてもよい。これは、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の剪断補助部材２２０の遠位部が描く円軌道の径または最大径が、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第１撹拌部材１２１のそれぞれの遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも小さく、かつ、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第２撹拌部材１２２の遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも大きいことを意味する。

剪断補助部材２２０において、第２撹拌部材１２２と比較して径方向に張り出している遠位部に対して、当該第２撹拌部材１２２の周辺に存在している改良対象土からの係止土圧を作用させることができる。これにより、第２撹拌部材１２２に引きずられるように流動または移動している改良対象土に巻き込まれるように剪断補助部材２２０が軸線まわりに回転する際、第２撹拌部材１２２の上方領域における改良対象土に対して、当該遠位部を含む剪断補助部材２２０から剪断力を作用させ、当該改良対象土の流動性の向上、ひいては共回り現象の発生可能性の低減が図られる。

図３に示されているように、剪断補助部材２２０の径方向の張出量ｒ０が、第１撹拌部材１２１の径方向の張出量Ｒ１および第２撹拌部材１２２の径方向の張出量Ｒ２のそれぞれより大きくなるように地盤改良装置が構成されていてもよい。これは、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の剪断補助部材２２０の遠位部が描く円軌道の径または最大径が、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第１撹拌部材１２１のそれぞれの遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも大きく、かつ、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第２撹拌部材１２２の遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも大きいことを意味する。図３においては、第１撹拌部材１２１の径方向の張出量Ｒ１が第２撹拌部材１２２の径方向の張出量Ｒ２よりも小さいが、第１撹拌部材１２１の径方向の張出量Ｒ１が第２撹拌部材１２２の径方向の張出量Ｒ２よりも大きくてもよい。

剪断補助部材２２０において、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれと比較して径方向に張り出している遠位部に対して、当該第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれの周辺に存在している改良対象土からの係止土圧を作用させることができる。これにより、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれに引きずられるように流動または移動している改良対象土に巻き込まれるように剪断補助部材２２０が軸線まわりに回転する際、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２の中間領域における改良対象土に対して、当該遠位部を含む剪断補助部材２２０から剪断力を作用させ、当該改良対象土の流動性の向上、ひいては共回り現象の発生可能性の低減が図られる。

図４に模式的に示されているように、剪断補助部材２２０が、軸線を基準とした少なくとも２つの方位のそれぞれについて、軸線に平行な方向についての延在態様が相違するように構成されている場合、一対の撹拌部材１２１、１２２のそれぞれに引きずられるように流動または移動している改良対象土から剪断補助部材２２０に作用する力を当該少なくとも２つの方位（または方位範囲）において差異化することができる。これにより、改良対象土から剪断補助部材２２０が受ける力をさまざまに変化させ、当該剪断補助部材２２０の軸線まわりの回転が停滞する事態が解消されうる。このため、剪断補助部材２２０が軸線まわりに回転する際、一対の撹拌部材１２１、１２２に挟まれている領域における改良対象土に対して、当該剪断補助部材２２０から剪断力を作用させ、当該改良対象土の流動性の向上、ひいては共回り現象の発生可能性の低減が図られる。

地盤改良装置において、干渉を回避しながら異なる態様で回転駆動される３つ以上の撹拌部材により撹拌機構が構成されていてもよい。

前記実施形態では、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２が同一軸線まわりに相互に反対方向に回転駆動されるが、他の実施形態として、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２が同一軸線まわりにのうち同一方向に異なる回転速度で回転駆動されてもよい。相互に離間した回転軸部材のそれぞれの軸線まわりに回転駆動される２つ以上の撹拌部材により撹拌機構が構成されていてもよい。

剪断補助部材２２０が、一対の撹拌部材１２１、１２２のそれぞれと干渉しない範囲で軸線の方向に変位可能に構成されていてもよい。

当該変位は、例えばカム機構により実現される。カム機構は、環状支持部材の内周面および外側回転軸部材１１１の外周面のうち一方に形成された略円柱状の凸部（または凹部）と、他方に形成された周方向または水平方向に対して傾斜しながら、曲線状、円弧状または正弦波状に延在するカム溝（またはカム軌条）と、により構成されている。剪断補助部材２２０に対して、環状支持部材を外側回転軸部材１１１に対して相対的に回転させる力が作用した際、このカム機構により案内されるようにして環状支持部材が外側回転軸部材１１１に対して相対的に回転しながら軸線の方向に変位することができる。

当該構成の地盤改良装置によれば、改良対象土から剪断補助部材２２０が受ける力をさまざまに変化させ、当該剪断補助部材２２０の軸線まわりの回転が停滞する事態が解消されうる。このため、剪断補助部材２２０が軸線まわりに回転する際、一対の撹拌部材１２１、１２２に挟まれている領域における改良対象土に対して、当該剪断補助部材２２０から剪断力を作用させ、当該改良対象土の流動性の向上、ひいては共回り現象の発生可能性の低減が図られる。

１１０‥回転軸部材、１１１‥第１回転軸部材、１１２‥第２回転軸部材、１２１‥第１撹拌部材、１２２‥第２撹拌部材、１４０‥掘削部材、２２０‥剪断補助部材。

本発明の地盤改良装置は、
円筒状の内側回転軸部材と、前記内側回転軸部材を部分的に下方に突出させた状態で前記内側回転軸部材を全周にわたり囲繞する円筒状の外側回転軸部材と、のそれぞれを軸線まわりに相互に反対方向に回転させることにより、前記内側回転軸部材のうち前記外側回転軸部材から突出している部分と、前記外側回転軸部材とのそれぞれに対してその径方向に張り出すように固定された一対の撹拌部材によって改良対象土および固化材を混合かつ撹拌するように構成されている地盤改良装置であって、
前記一対の撹拌部材の間に介在するように前記内側回転軸部材および前記外側回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、前記内側回転軸部材および前記外側回転軸部材のそれぞれに対して前記軸線まわりに回転自在に設けられた剪断補助部材を備えている。

前記構成の地盤改良装置において、
前記剪断補助部材が、前記内側回転軸部材および前記外側回転軸部材の径方向に、前記一対の撹拌部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して大きい張出量で張り出していることが好ましい。

前記構成の地盤改良装置において、
前記剪断補助部材として、前記内側回転軸部材および前記外側回転軸部材の径方向に張り出している複数の剪断補助部材が設けられ、前記複数の剪断補助部材が、前記軸線まわりの回転対称性を有しないように配置されていることが好ましい。

前記構成の地盤改良装置において、
前記剪断補助部材が、前記外側回転軸部材または前記内側回転軸部材に対して回転自在に遊嵌された環状支持部材から、前記外側回転軸部材の径方向に張り出して設けられ、
前記剪断補助部材が、前記一対の撹拌部材のそれぞれと干渉しない範囲で前記内側回転軸部材および前記外側回転軸部材に対してカム機構によって前記軸線の方向に変位可能に構成され、
前記カム機構が、前記外側回転軸部材または前記内側回転軸部材の外周面および前記環状支持部材の内周面のうち一方に形成された凸部と、前記外側回転軸部材または前記内側回転軸部材の外周面および前記環状支持部材の内周面のうち他方に形成された周方向または水平方向に対して傾斜しながら、曲線状、円弧状または正弦波状に延在するカム溝と、により構成されていることが好ましい。

Claims (4)

1. 一対の回転軸部材のそれぞれを軸線まわりに相互に反対方向に回転させることにより、前記一対の回転軸部材のそれぞれに対してその径方向に張り出すように固定された一対の撹拌部材によって改良対象土および固化材を混合かつ撹拌するように構成されている地盤改良装置であって、
   前記一対の撹拌部材の間に介在するように前記一対の回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該一対の回転軸部材のそれぞれに対して前記軸線まわりに回転自在に設けられた剪断補助部材を備えている地盤改良装置。
2. 請求項１に記載の地盤改良装置において、
   前記剪断補助部材が、前記一対の回転軸部材の径方向に前記一対の撹拌部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して大きい張出量で張り出している
   地盤改良装置。
3. 請求項１または２に記載の地盤改良装置において、
   前記剪断補助部材が、前記軸線を基準とした少なくとも２つの方位のそれぞれについて、前記軸線に平行な方向についての延在態様が相違するように構成されている
   地盤改良装置。
4. 請求項１～３のうちいずれか１項に記載の地盤改良装置において、
   前記剪断補助部材が、前記一対の撹拌部材のそれぞれと干渉しない範囲で前記一対の回転軸部材に対してカム機構によって前記軸線の方向に変位可能に構成されている
   地盤改良装置。

Images