JP2796235B2 - 粉体噴射攪拌装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、軟弱地盤の改良や地
中杭等の構造物の形成を行う地盤施工装置の構造の技術
分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、国土が狭隘で山間林野部が
複雑に入り組んだ海岸線に迫っている地勢条件の我が国
にあっては農耕用や工業用地，住宅地用等に有効利用出
来る平野部が極めて狭い制約では土地の有効利用は旧く
から国家政策的に重要な問題であり、例えば、遠浅海
岸，河川，湖沼等の埋め立て，浚渫等による軟弱地盤改
良工事等は種々の研究開発が経年に亘り鋭意努力され、
近年における科学技術の発達により有効な技術が実用化
されるようになり、単なる地盤改良ばかりでなく、地上
構造物等の強化や基礎のための地中杭や連続地中壁の構
築等にも用いられる秀れた施工技術が種々開発研究され
てきている。

【０００３】かかる地盤改良技術等にあって化学の発達
に伴い、地盤中の水分と経時的に固化反応して地盤強度
を図ることが出来る改良材として種々の薬液が開発さ
れ、当該地盤中に削孔ロッドを貫入して削孔を介し地盤
中に当該固化材を注入する所謂薬液注入工が広く用いる
ようになり、陸上は勿論、海中にあっても施工が可能と
なり、大規模プロジェクトによる大型の施工が可能にな
るようになってきた。

【０００４】しかしながら、かかる薬液注入工は薬液が
地盤中の水分と経時的な固化反応を中心とするために、
所謂液液系反応となり、当量反応が難しいという施工上
の難点もあり、加えて、注入された薬液が地層に沿って
逸走する等により地下水の汚染等を生じ大きな公害問題
を生ずるようになったり、生態系を破壊する虞がある等
の点から近時クロースアップされている地球規模での環
境調和問題にマッチング出来ない等の不都合さからこれ
に代替する施工でセメントやスラグ等の粉体を地盤中に
噴射して当該地盤中の土壌と混合攪拌して当該土壌中の
水分を吸収させて固化反応することにより、地盤の強化
を図る所謂粉体噴射攪拌工（ＤＪＭ）が開発され、セメ
ントやスラグ粉体を空気等の気体によりロッド内を輸送
し、ノズルより地盤中に噴射する施工技術が実用化され
るようになってきており、原理的には、図３，図４に示
す様に、所定の地盤１に台車２、改良材プラント３、コ
ンプレッサー４、電源車５等を搬入して所定にセット
し、該台車２のリーダー６に沿って削孔ロッド７をして
下降プロセスで所定深度まで削孔８を攪拌翼９により形
成させて該下降プロセスで該攪拌翼９により該削孔８内
の土壌を壊砕し、所定深度からの引き揚げプロセスにて
セメントやスラグ等の所定の粉体の改良材を地中に噴射
して土壌と攪拌混合し、土壌中の水分と経時的に固化反
応させる等して改良領域１０を形成し、粉体の輸送に供
した空気等の気体は地上の所定の分離装置１１により粉
体を除去して気体のみを大気に放散するようにしてい
る。

【０００５】而して、削孔ロッド７にあっては図４に示
す様に、先端部にブロック状に径方向に反する位置に断
面Ｃ型やＬ字型の攪拌翼１２，１２を一体固設外延さ
せ、上述した如く、下降プロセスにて地盤１を壊砕掘削
するためのレーキタイプの壊砕爪１３，１３…を下縁部
に形成させ、ロッド７の内部に粉体輸送用の通路１４を
設けてプラント改良材３に接続させ、又、攪拌翼１２の
基部に設けられた噴射ノズル１５に先端部を接続させて
引き揚げプロセスにて回転する該削孔ロッド７の回転の
背部から当該セメントやスラグ等の粉体の改良材を噴射
して該攪拌翼１２により削孔８内の下降プロセスにより
壊砕された土壌と混合攪拌し、輸送に供された空気等の
気体は攪拌翼１２の背部から削孔ロッド７の側面に軸方
向に沿って一体的に設けられたスピル１６等を介し（角
ロッドにあっては稜部の背部形成間隙を介して上昇さ
れ、地上にて分離装置１１により随伴する粉体を除去さ
れて大気中に逸散するようにされている。

【０００６】又、図４に示す態様は単ロッドであるが、
施工能率向上や構成する設計によってはロッドを横２
連，３連等の複連にし、ベアリングを有するブリッジタ
イにより幅方向間隔を固定して施工する態様もある。

【０００７】かかる技術については始源的に実公昭５７
−６５９８号公報考案や近時には特開平５−１７１６３
５号公報発明等が知られてはいる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】而して、かかる従来の
発明にあってはクラッチが設けられて回転制御を行って
いるが、該クラッチ機構では地盤中における駆動管理や
保守点検整備がし難く、イニシャルコストは勿論のこ
と、メンテナンスコストも高くつくというデメリットが
あった。

【０００９】しかしながら、いかなる新技術にあっても
その発展段階にあってその開発に際し、従前技術の種々
の欠点，難点，不利点等を包含しているものであり、か
かる粉体噴射攪拌公報にあっても次のような開発される
べき問題点を有している。

【００１０】即ち、図４に示す様に、削孔ロッド７の下
降プロセスにあって地盤の壊砕を行って削孔８形成する
に、攪拌翼１２の下縁部に形成されているレーキタイプ
の壊砕爪１３，１３が設けられ、又、ロッド先端にプレ
ート型の単なる削孔ビット１７が設けられているため
に、下降プロセスにあっては一応の地盤壊砕が行われは
するものの、引き揚げプロセスにおいて攪拌翼１２の上
部に下降プロセスで壊砕されなかった硬度の高い地層や
土塊等がある場合には、攪拌翼１２の上縁部には壊砕爪
が形成されていないために、当該大硬度地層等の壊砕が
出来ず、したがって、噴射される粉体と壊砕土壌との可
及的均一な混合攪拌が出来難い難点があり、当然のこと
ながら、結果的に設計通りの地盤強度アップが図れない
という欠点があった。

【００１１】このことは上述複連タイプのものにあって
も同様であり、更に該複連タイプにあっては複連のロッ
ドがブリッジタイにより相互に連結されてるがために該
ブリッジタイもまた引き揚げプロセスでの当該大硬度部
分に対し干渉してスムーズな引き揚げが出来ず、粉体の
噴射を介しての土壌との均一混合攪拌が図れず、加え
て、該ブリッジタイが上昇する輸送気体の障害となりか
ねない不都合さがあった。

【００１２】そして、引き揚げプロセスにあって噴射ノ
ズル１５から攪拌翼１２の背部から土壌中に噴射され、
例えば、半回転するプロセスで回転してきて噴射された
粉体と会合する当該攪拌翼１２により壊砕土壌と混合攪
拌が行われるべきタイミングでロッド７が所定ストロー
ク上昇しているために噴射された粉体とタイミング的に
マッチングせず、充分に混合攪拌が出来ないという不具
合があった。

【００１３】このようなことはロッド７の軸方向に複段
でブロック状に攪拌混合１２，１２が設けられていて
も、又、複連タイプにあって相隣るロッドの攪拌混合ブ
ロックが長さ方向に段差を有していてもクリアーされ得
ないというマイナス点があった。

【００１４】そして、ブリッジタイや攪拌翼と噴射後の
粉体との会合不良等により輸送気体のスムーズな地上へ
の上昇が妨げられることによるフイードバック的な粉体
輸送の障害は結果的に設計通り施工精度が向上しないこ
とにつながるネックともなっていた。

【００１５】又、下降プロセスにおける削孔ロッド７先
端のビット１７部分では削孔や壊砕が充分に出来ず、そ
の結果、引き揚げプロセスにおける壊砕土壌の粉体との
混合攪拌が充分となる不具合がある。

【００１６】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく薬液注入工に代えて開発された粉体噴射攪拌工の
メリットを充分に生かすことが出来ない施工装置の構造
の問題点を解決すべき技術的課題とし、ロッドによる下
降プロセスにあっても、削孔の掘削がスムーズに行え、
引き揚げプロセスにあっても、噴射される粉体に対し攪
拌翼が確実に会合して輸送気体もスムーズに上昇逸散さ
せることが出来、確実に設計通り施工精度が得られるよ
うにして建設産業における土木技術利用分野に益する優
れた粉体噴射攪拌装置を提供せんとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、所定の地盤改良や地中
構造物の造成に際し、当該地盤中にセメントやスラグ等
の粉体を気体輸送を介し噴射して掘削土壌と可及的に均
一分散状態に混合攪拌し、経時的に土壌中の水分と吸収
反応等させて固化し、輸送に供した気体は掘削地盤中を
攪拌翼やブリッジタイに邪魔されることなく、スムーズ
に上昇して地上より大気に逸散されるようにし、地盤中
にあっては設計通りの高い施工精度で地盤改良や地中構
造物の形成が行われるようにし、又、削孔ロッドが単体
であっても複連であっても同一の機能が果されるように
した技術的手段を講じたものである。

【００１８】

【実施例】次に、この出願の発明の１実施例を図１，図
２に基づいて説明すれば以下の通りである。

【００１９】尚、図３，図４と同一態様部分は同一符号
を用いて説明するものとする。

【００２０】図示実施例は横２連装タイプの粉体噴射攪
拌装置であって、軟弱地盤改良工事に供される態様であ
る。

【００２１】尚、この出願の発明は当該２連装タイプの
ものに拘束されるものではなく、３連装以上のタイプの
ものにあっても、又、単機のものにあっても適用される
ことは言うまでもなく、これらのものは当業者にとって
単なる設計変更的なものに過ぎないことは言うまでもな
いことである。

【００２２】而して、掘削ロッド１' ，１' は所定の断
面形状のブリッジタイ１８により各々ベアリング１９を
介して相互間隔を一定にされて剛に連結されており、
又、図上左側のロッドにあっては上下３段のブロック状
の攪拌翼１２' ，１２''，１２' が径方向に一対固設さ
れており、上下２段のブロックにあっては相反する方向
の攪拌翼１２' ，１２' は軸方向にて（高さ方向におい
て）ｄだけの段差を有して配設されており、該段差ｄは
設計によりロッド１' の回転速度により噴射する粉体が
噴射後に回転して会合する反対側の攪拌翼１２' により
確実にマッチングして混合攪拌され得る回転速度と引き
揚げ速度から決められている。

【００２３】又、上下２段の攪拌翼１２' ，１２' にあ
っては下縁部に超硬合金金製の壊砕爪１３' が所定数斜
め下方に向けて適宜に固設され、又、上縁面にあって
も、図２に示す様に、同じく超硬合金金製の壊砕爪１
３''が所定数適宜に固設されている。

【００２４】尚、攪拌翼１２' の上縁面に固設された壊
砕爪１３''，１３''…は引き揚げプロセスにおける高硬
度の地層も積極的に壊砕して粉体噴射後の土壌との混合
攪拌を確実に行うことが出来るように機能するものであ
る。

【００２５】尚、当該図上左側のロッド１' の最下端の
攪拌翼１２''は設計により上縁部のみに壊砕爪１３' が
固設されている。

【００２６】又、ブリッジタイ１８は上段のブロックの
攪拌翼１２' ，１２' の基部寄り側に設けられたベアリ
ングに固設されて引き揚げプロセスにおける輸送気体の
上昇がし安いようにされている。

【００２７】又、該ブリッジタイ１８の反対側には上段
のブロックの攪拌翼１２' の縦方向長さに対しｌだけ短
く外延される突出部１８' が設けられて改良部のロッド
１'の回転による共回りが防止されるようにされてい
る。

【００２８】そして、図示右側のロッド１' においても
基本的な構造は左側のロッド１' と同様であるが、その
攪拌翼１２' ，１２' は２段のブロックにされ右側のロ
ッド１' の３段のブロック攪拌翼１２' ，１２' ，１
２''の高さ方向、即ち、軸方向に位相差を有して相互の
改良域のオーバーラップによる固設がなされるようにさ
れている。

【００２９】そして、ロッド１' の先端には掘削ビット
２０が設けられて所定の超硬合金製の壊砕爪１７' が設
定数一体的に設けられて下降プロセスにおける削孔８の
掘削を調整することが出来るようにされている。

【００３０】そして、最上段の攪拌翼１２' の上部に近
接して粉体輸送気体の上昇用のガイド１６' がフイン状
に固設されている。

【００３１】上述構成において、図３に示す在来態様同
様に所定の改良地盤１に台車２、改良材プラント３、コ
ンプレッサー４、電源車５等を搬入して所定にセット
し、台車２のリーダー６に沿ってロッド１' （１' ，
１' ）をセットし、引き揚げプロセスとは逆の下降プロ
セスに対するロ方向の回転、及び、静圧を印加して掘削
ビット２０、及び、各攪拌翼１２' ，１２''，１２によ
り、当該地盤１を掘削して削孔８を所定深度まで形成し
ていく。

【００３２】このプロセスにおいては、掘削ビット２０
の壊砕爪１７' 、及び、各攪拌翼１２' ，１２''の下縁
部の壊砕爪１３' により確実に行われ、ブリッジタイ１
８、及び、その突出部１８' のスパンは攪拌翼１２' よ
りｌだけ高いので何らその掘削に支障を与えることはな
い。

【００３３】そして、所定深度に達すると、逆回転イを
付与して引き揚げながら、セメントやスラグ等の所定の
粉体を空気輸送を介し輸送通路１４から送給し、各攪拌
翼１２' ，１２' ，１２''の噴射ノズル１５' から各攪
拌翼１２' ，１２' ，１２''の基部に設けられた噴射ノ
ズル１５' よりその回転の背部に噴射し、引き揚げプロ
セスのでの各攪拌翼１２' ，１２' ，１２''の上縁部、
及び、下縁部の壊砕爪１３' ，１３''により壊砕土壌と
均一分散状態に混合攪拌して経時的固化に供される。

【００３４】この場合、相隣るロッド１' の軸方向に於
て最上段のブロックの攪拌翼１２'，１２' が相互にそ
の回転軌跡にあってオーバーラップするために、改良域
はオーバーラップされ、又、該最上段のブロックの攪拌
混合１２' ，１２' はｄの段差部を有し外延固設されて
いるために、噴射された粉体に対し該攪拌翼１２' が回
転してくるタイミングで回転速度と上昇速度の設計によ
り、タイミング良く会合して当該攪拌翼１２' による混
合攪拌は設計通りに確実に行われる。

【００３５】この場合、側方視にあって該最上段のブロ
ックの攪拌翼１２' の高さは上縁部の壊砕爪１３' の頂
部と背部の壊砕爪の１３' の最下部とが攪拌翼１２' 本
体の高さ幅よりも大きくなるので、その回転に伴い混合
攪拌プロセスは長行程となり、混合攪拌効果は大きく促
進され、各壊砕爪１３' ，１３' 、及び、１３''，１
３''のレーキ状の間隙から相対的に流過する混合改良土
（土壌と粉体の混合体）の混合攪拌機能をより効果的に
促進する。

【００３６】そして、当該引き揚げプロセスにあって
は、下降プロセスにおいて各攪拌翼１２' ，１２' ，１
２''の回転間隙を相対通過して残留している（かもしれ
ない）可能性のある硬度の高い地層部分に対してはブリ
ッジタイ１８に先立って最上段のブロックの攪拌翼１
２' の上縁面に固設された各壊砕爪１３''が確実に壊砕
作用を付与すると共に土壌と粉体との均一分散状態での
混合攪拌を促進させる。

【００３７】そして、粉体噴射後の輸送気体の空気は各
攪拌翼１２' ，１２''の背部から土壌中を上昇し、上昇
ガイド１６' によって形成される間隙から上昇して地上
の分離装置１１に上昇していく。

【００３８】この間、ブリッジタイ１８にあっては上端
部が最上段のブロックの攪拌翼１２' の回転軌跡内にｌ
だけ短く在るために何ら支障なく上昇し、又、突出部１
８'が改良域内にあって当該改良土をして共回りを防止
するように作用し、改良土の保形性を維持し、施工精度
の向上を図る。

【００３９】又、最下段のブロックの攪拌翼１２' ，１
２''の基部の噴射ノズル１５' よりからも粉体が噴射さ
れるために、下降プロセスから引き揚げプロセスに移る
削孔８の最下部に於ける未改良域の形成を確実に防止
し、削孔８の全領域に於ける改良がなされる。

【００４０】したがって、ブリッジタイ１８、及び、そ
の突出部１８' は噴射された粉体の壊砕土壌との混合攪
拌に何ら支障を与えないばかりでなく、改良土の共回り
を防止し、引き揚げプロセスにおけるスタビライザー的
機能をも果すことが出来、最上段のブロック攪拌翼１
２' によって下降プロセスで残存した大硬度の地層の壊
砕をバックアップ的に調整する機能も促進することにな
る。

【００４１】このようにして、引き揚げプロセスのスト
ロークエンドにおいては削孔８の下端部から上端部まで
確実な改良土の形成がなされ、又、粉体輸送に供した空
気の上昇逸散もスムーズに図れ、その限り、その背圧の
フイードバックによる噴射ノズル１５' の閉塞も避けら
れ、スムーズな粉体の空気輸送が図られることになる。

【００４２】そして、当該ステップの終了後は次のステ
ップに台車２を移動して反復施工を行っていく。

【００４３】そして、ブリッジタイ１８は一方のロッド
１' に対し最上段のブロックの攪拌翼１２' に近く設け
たベアリング１９に連結されているために、当該攪拌翼
１２' の揺振動に対しても隣位するロッド１' への剛的
連結を充分に保証することが出来る。

【００４４】尚、当該実施例にあっては装置のロッド
１' ，１' における混合攪拌１２' ，１２' ，１２''の
配列、及び、構造形態は混在状態に示してあるが、同一
形態にしても良いことは勿論のことであり、単なる設計
上の洗体躯的な問題に過ぎない。

【００４５】又、この出願の発明の実施態様は上述実施
例に限るものでないことは勿論であり、例えば、粉体輸
送自体の上昇ガイドについてはスピルを設ける等種々の
態様が採用可能である。

【００４６】又、複連タイプについては上述２連タイプ
の他に３連以上のタイプにしても良く、又、ロッドの軸
方向配列の攪拌翼については２ブロックばかりでなく、
３ブロック以上にしても良いことは勿論のことである。

【００４７】そして、用いる粉体の改良材はセメントや
スラグの他にも化学薬品的粉体でも良いことも勿論のこ
とである。

【００４８】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
にセメントやスラグ等の粉体を地盤中に噴射して施工の
壊砕土壌と均一分散状態に混合攪拌して無公害裡に、
又、環境調和問題にマッチングして全段階で最も好まし
い軟弱地盤改良や地中構造物の形成に経時的に用いられ
る粉体噴射攪拌工法に用いる装置にあって、削孔ロッド
に側方向複段のブロックに設けられた攪拌翼の下縁部の
みならず、上縁部にも壊砕爪が固設されていることによ
り所定深度までの下降プロセスで攪拌翼の回転間隙から
壊砕されなかった高硬度の地層が残存している場合でも
あっても引き揚げプロセスにて攪拌翼の上縁部に固設さ
れた壊砕爪がこれを確実に壊砕し、更に、壊砕土壌を攪
拌するために攪拌翼の基部に設けられた噴射ノズルから
噴射される粉体の壊砕土壌との均一分散状態での混合攪
拌が確実に行われ、設計通りの施工が行われるという優
れた効果が奏される。

【００４９】又、ロッドを複連タイプにした態様にあっ
ては回転ロッドに渡設されるブリッジタイの外側に突出
部を攪拌翼の回転軌跡内に在るように設けることによ
り、粉体と壊砕土壌との攪拌体のロッドとの共回りを阻
止出来、又、スタビライザ的に安定上昇に機能すること
が出来るという優れた効果が奏される。

【００５０】又、攪拌翼は同一ブロック部に於て長さ方
向、即ち、ロッドの軸方向に所定の段差を介して設ける
ことにより、一方の攪拌翼の基部の噴射ノズルから噴射
された粉体が次に回転してくる攪拌翼と回転速度、及
び、上昇速度の所定の設計により確実にタイミング良く
会合して良好に噴射された粉体と壊砕土壌との混合攪拌
が行われて設計通りの高精度の壊砕土壌と粉体との混合
攪拌が行われるという優れた効果が奏される。

【００５１】そして、複連型の態様におけるブリッジタ
イは攪拌翼の基部寄りにベアリングを介して設けられる
ことにより、当該攪拌翼の揺振動に対しても反復連結を
充分に剛な状態で維持することが出来ることにプラスす
るという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の１実施例の部分概略側面図で
ある。

【図２】同、ロッドと攪拌翼の取り合い拡大斜視図であ
る。

【図３】粉体噴射攪拌施工の部分断面概略側面図であ
る。

【図４】在来技術に基づく粉体噴射攪拌装置の部分概略
斜視図である。

【符号の説明】

１２' ，１２'' 攪拌翼 １' ロッド １４ 粉体の気体輸送通路 １５' 噴射ノズル １３' 下縁部の壊砕爪 １３'' 上縁部の壊砕爪 ｄ 僅かな段差 １６' 気体上昇ガイド １８ ブリッジタイ ２０ 掘削ビット １７' 壊砕爪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古恵良 秋行 東京都文京区後楽１丁目２番７号 株式 会社日東テクノ・グループ内 (72)発明者 三浦 康則 東京都文京区後楽１丁目２番７号 株式 会社日東テクノ・グループ内 (72)発明者 青井 実 兵庫県明石市大久保町八木740番地 株 式会社神戸製鋼所 大久保建設機械工場 内 (72)発明者 辻井 剛 兵庫県明石市大久保町八木740番地 株 式会社神戸製鋼所 大久保建設機械工場 内 (72)発明者 黒沢 正之 東京都墨田区錦糸３−３−９ 黒澤鉄工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−179637（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−11198（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02D 3/12 102 E02D 7/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射方向に所定数であって軸方向複段のブ
   ロック状に攪拌翼を一体的に有するロッドが内部に粉体
   の気体輸送通路を有して該攪拌翼の基部に設けられた噴
   射ノズルに接続されている粉体噴射攪拌装置において、
   上記攪拌翼の下縁部と上面に壊砕爪が所定数固設されて
   いることを特徴とする粉体噴射攪拌装置。
2. 【請求項２】上記複段のブロックの攪拌翼がロッドの軸
   方向に僅かな段差を介して配列されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の粉体噴射攪拌装置。
3. 【請求項３】上記最上段のブロック状の攪拌翼の上部の
   ロッド部位に気体上昇ガイドが配設されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の粉体噴射攪拌装
   置。
4. 【請求項４】上記ロッドの先端に設けた掘削ビットに壊
   砕爪が固設されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の粉体噴射攪拌装置。
5. 【請求項５】上記ロッドがブリッジタイを介して複数併
   設されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の粉体噴射攪拌装置。
6. 【請求項６】上記ブリッジタイがロッドの外側にまで延
   設されていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の粉体噴射攪拌装置。
7. 【請求項７】上記ブリッジタイが上下の攪拌翼ブロック
   の基部寄りに枢設されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の粉体噴射攪拌装置。