JP2954222B2 - 地盤改良剤注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、地盤改良剤注入装置に関する。

（ロ）従来の技術 従来、軟弱地盤を改良する方法として、同地盤に穿設
した掘削孔にモルタル等の地盤改良剤を注入撹拌して掘
削土と混合させ、この混練物の硬化により地盤強度を高
めるという工法があり、地盤改良剤を注入する為に、掘
削装置の回転軸下端に設けた掘削刃体及び撹拌の近傍に
地盤改良剤の吐出孔を設け、掘削孔中において、同吐出
孔から注入した地盤改良剤と掘削土とを撹拌混練するよ
うにした地盤改良剤注入装置があった。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の地盤改良剤注入装置では、地盤
改良剤の吐出孔に開閉弁が設けられておらず、その為
に、一時に、１種類の地盤改良剤しか用いることができ
ず、次のような不具合があった。

すなわち、改良を要する軟弱地盤は、地質的に堆積層
の場合が多く、かかる堆積層は、微細粒のシルト層、ま
たは、ピート層、或いは、種々の土質かで互層状に構成
されている場合が多く、例えば、細粒状の砂層と、微細
粒状のシルト層との互層で構成された地盤に対して、セ
メント系の地盤改良剤を用いた場合、シルト層部分の硬
化の結果が、砂層部分よりも極端に劣るため、充分な地
盤強度を得ることが出来ず、また、強度上のバラツキが
生じて、工事の信頼性が低下するという欠点があった。

この欠点を解消するために硬化材を過剰に混入するこ
とが行われているが、これでは、充分な地盤強度及びバ
ラツキを小さくすることはできず、また、ピート層に対
しては、硬化の効果を得るのが困難であった。

また、かかる地盤に前もってセメントと砂とを水で混
練したモルタルを注入すると、モルタルは流動性及び分
散性が悪いため、掘削土組織の空隙にモルタルが侵入し
て混合が完了するまでに時間がかかり、そのため、混合
途中の混合物の堆積が増加して地表に溢れ出し、圧密の
効果が充分でなく、さらに、この溢れ出した掘削土を捨
土するために余分な運搬作業を要し、また、モルタルの
注入を停止すると、注入装置の内部で砂とセメント分と
が分離して、次の作業に支障をきたすという欠点があっ
た。

また、掘削土、粒粉体及び固化剤等の撹拌・混練に
は、掘削刃体及び撹拌翼を回転させ、かつ上下させなが
ら行うのであるが、１ケ所から地盤改良剤が吐出するよ
うになされているため、例えば、吐出孔を撹拌翼の上
（下）方に設けると、撹拌翼を下（上）に移動させると
き、充分な撹拌・混練を受けないという欠点があった。

（ニ）問題点を解決するための手段 この発明では、下端に掘削刃体を連設すると共に、周
壁に大・中・小撹拌翼体にて構成した撹拌翼を設けた回
転軸と、同回転軸中に固化剤を供給する固化剤供給装置
とを具備して、回転軸の回動により地盤を掘削して掘削
孔を形成すると共に、同掘削孔中に回転軸より固化剤を
注入して、同固化剤と掘削土とを混合すべく構成した地
盤改良装置において、回転軸は、それぞれ管状で相互に
反対方向に回転する内・外軸よりなる二重軸に構成し、
かつ、外軸の下端部には相対回動範囲を制限した遊動外
筒を遊嵌し、前記小撹拌翼体は、板状に形成して、遊動
外筒にその長手方向が遊動外筒の軸線方向に沿うように
放射状に突設し、前記中撹拌翼体は、小撹拌翼体の外周
を囲繞すべく枠状に形成して、上端を外軸の外周に遊嵌
し、かつ、下端を内軸の外周に固着し、前記大撹拌翼体
は、中撹拌翼体の外周を囲繞すべく枠状に形成して、上
端を外軸の外周に固着し、かつ、下端を内軸の外周に遊
嵌して、大・小撹拌翼体は、中撹拌翼体とは反対方向に
回転すべく構成し、外軸に粒粉体投入装置を連通連設し
て、外軸の下端部に遊嵌した遊動外筒には粒粉体吐出弁
を設けると共に、同粒粉体吐出弁の弁口を遊動外筒の周
壁に開口し、かつ、同弁口を内・外軸の相対回動の正逆
切換により開閉させて、粒粉体投入装置から供給される
粒粉体を小撹拌翼体の撹拌軌跡内に吐出・停止可能と
し、同外軸の下端よりも下方へ延出させた内軸の下端部
外周に、内軸の内外部を連通及び閉止する側方吐出弁を
設け、かつ、同下端面に下方吐出弁を設け、側方吐出弁
は、周壁に弁口を開口し、かつ、同弁口を内軸の回動に
連動して開閉させて、固化剤供給装置から内軸を通して
供給される固化剤を、小撹拌翼体の直下方位置にて中撹
拌翼体の撹拌軌跡内に注入・停止可能とし、下方吐出弁
は、底部に弁口を開口し、かつ、同弁口を内軸の回動に
連動して開閉させて、固化剤供給装置から内軸を通して
供給される固化剤を内軸の最下端部に開口した下方吐出
孔より掘削刃体の掘削軌跡内に注入・停止可能とし、上
記側方吐出弁と下方吐出弁の開閉は、内軸の正逆回転に
より切り換えるようにしたことを特徴とする地盤改良剤
注入装置を提供せんとするものである。

（ホ）作用・効果 この発明によれば、内軸の正逆転により、側方吐出弁
及び下方吐出弁の開閉が切り換え可能であるから、時間
を異ならせて数種類の地盤改良剤を掘削土中に注入する
ことができ、例えば、上記のシルト層、又は、ピート層
などに対し、まず流動性が良い砂を注入して掘削土と混
合し、次いでセメントミルクなどの固化剤を注入するこ
とにより、充分に撹拌・混練することができる。

この際、撹拌翼は、枠状に形成した大・中撹拌翼体と
板状の小撹拌翼体とを具備し、大撹拌翼体は中撹拌翼体
の外周を囲繞し、中撹拌翼体は小撹拌翼体を囲繞して、
各撹拌翼体が相互にすれちがいながら反対方向に回転す
べく構成しているために、粒粉体と固化剤の混入によっ
て弛緩され、かつ、粘性が派生した掘削土を引き連れな
がら回転する「羽根切り作用」と、掘削土が連続的に交
差してもみあらいながら粒粉体と固化剤とをねりこむ
「ねりこみ作用」とによって、掘削土と粒粉体と固化剤
との混練を「混ぜ」と「練り」の併合作用で充分に行な
うことができる。

すなわち、撹拌翼の大撹拌翼体と中撹拌翼体と小撹拌
翼体とが相互にすれちがいながら反対方向に回転する際
に、掘削土や土塊を強力に挾圧し、かつ、交差し、か
つ、もみこみすることで、粒粉体と固化剤の均一拡散や
土塊の崩壊を促進すると共に、各撹拌翼体に付着した掘
削土が相互に交錯して干渉し合い、その結果、各撹拌翼
体に付着した掘削土が、多頻度で相互に付着土の剥離を
強制し合うことで、全く合理的な平滑さで地盤の「つれ
廻り現象」や「共廻り現象」を防止することができる。

ここで、「つれ廻り現象」とは、固化剤の混入や撹拌
によって弛緩された掘削土が撹拌翼の回転に連られてそ
のまま同一方向に回動するために、各々の部分的な撹拌
がなされない現象をいう。

また、「共廻り現象」とは、掘削土が粘着力を有する
ために、撹拌翼や回転軸に付着したまま、撹拌翼や回転
軸の回転と一緒になって廻る現象をいう。

しかも、本発明では、粒粉体を、粒粉体投入装置から
粒粉体吐出弁を介して小撹拌翼体の撹拌軌跡内に吐出さ
せるようにしており、同小撹拌翼体は板状に形成して放
射状に突設しているために、小撹拌翼体が、掘削土の撹
拌機能と同時に排土機能も果して、粒粉体吐出弁の弁口
より吐出される粒粉体を、小撹拌翼体により排土された
空間内に確実に取り込んで、掘削土中に撹拌・混練する
ことができる。

さらに、固化剤は、固化剤供給装置から側方吐出弁を
介して中撹拌翼体の撹拌軌跡内に注入すると共に、下方
吐出弁を介して掘削刃体の掘削軌跡内に注入するように
しているために、かかる固化剤もまんべんなく掘削土中
に拡散させて混練することができる。

このようにして、本発明では、掘削土と粒粉体と固化
剤とを均一にかつ充分に撹拌・混練することができて、
改良後の地盤の強度を確実に高めることができると共
に、同強度のバラツキを無くし、地盤改良工事の能率と
信頼性とを高めることができる。

（ヘ）実施例 本発明の実施例を図面にもとづき詳説すれば、（Ａ）
は地盤改良装置を示し、同装置（Ａ）は移動可能のベー
スマシン（１）と、固化剤供給装置（２）とによって構
成されており、ベースマシン（１）は、リーダー（３）
により回転軸（４）を垂直に支持し、リーダー（３）と
回転軸（４）との間に介設したモーター（５）により回
転軸（４）と、同回転軸（４）の下端に連設した掘削刃
体（６）及び撹拌翼（７）を回転させながらリーダー
（３）に沿って同回転軸（４）を降下せしめて、地盤
（Ｇ）に垂直な掘削孔（７）を穿設するように構成して
いる。

回転軸（４）は、第２図で示すように、二重軸、すな
わち中空管状の外軸（９）と、同外軸（９）の内部を挿
通した内軸（10）で構成されており、回転軸（４）の上
端とモーター（５）との間に介設した二重反転歯車機構
（11）によって内外軸（10）（９）が相互に反対方向に
回転するように構成されており、内軸（10）は外軸
（９）よりも更に下方に延出して、同内軸（10）の下端
には掘削刃体（６）が連設されている。

掘削刃体（６）の上方には、撹拌翼（７）が配設され
ており、撹拌翼（７）は大・中・小撹拌翼体（7a）（7
b）（7c）にて構成されており、大・中撹拌翼体（7a）
（7b）は、側面から見て略台形枠状に、小撹拌翼体（7
c）は矩形板状に形成され、回転軸（４）を中心とし
て、それぞれ放射状に所定個数配設されている。

小撹拌翼体（7c）は、外軸（９）の下端部に遊嵌さ
れ、かつストッパー（37a）（37b）で外軸（９）に対す
る相対回動範囲が制限された遊動外筒（37）に固着され
ており、中撹拌翼体（7b）は、小撹拌翼体（7c）の外周
を囲繞して上端を外軸（９）の外周に遊嵌し、下端を内
軸（10）の外周に固着しており、大撹拌翼体（7a）は、
中撹拌翼体（7b）の外周を囲繞して上端を外軸（９）の
外周に固着し、下端を内軸（10）の外周に遊嵌してい
る。

従って、大小撹拌翼体（7a）（7c）は中撹拌翼体（7
b）とは、反対方向に回転する。

また、回転軸（４）の上端部には第２図及び第３図で
示す粒粉体投入装置（Ｂ）が設けられており、（35）は
粒粉体の計量装置で、同装置（35）の下方に、外軸
（９）の上端に同外軸（９）の内部と連通したホッパー
（14）を設け、ホッパー（14）の下方の内軸（10）の外
周面に、スクリュー（15）を周設し、略円錐形状の搬送
内筒（16）にてスクリュー（15）の下端部を囲繞し、同
搬送内筒（16）の下端を斜めに切欠して、搬送内筒（1
6）の下方に設けた粒粉体吐出弁（36）上に落下・堆積
する粒粉体は、自己調圧作用により搬送内筒（16）の下
端の斜め切欠開口端の上端よりも上方へは盛上らないよ
うにしている。

粒粉体吐出弁（36）は、前記遊動外筒（37）の内部に
弁板（36a）を設けて、同弁板（36a）と、同外筒（37）
の周面に弁口（36b）（36c）を穿設すると共に、同弁板
（36a）の下方に、略弁筒状の弁箱（36d）を設けて内軸
（10）の外周にそれぞれ弁口（36e）（36f）を穿設し
て、内軸（10）と外軸（９）の相対回動の正逆切換えに
より、上記弁口（36b）（36c）（36e）（36f）を開閉可
能にして、粒粉体投入装置（Ｂ）から粒粉体を小撹拌翼
体（7c）の撹拌軌跡内に吐出、または停止させることが
できるようにしている。

粒粉体吐出弁（36）の下方には、第３図〜第５図で示
す地盤改良剤注入装置（Ｃ）の下方吐出弁（27）と側方
吐出弁（32）が設けられている。

側方吐出弁（32）は、外軸（９）と略同一外径の有底
円筒状で、上方開口縁は外軸（９）の下端縁に摺動自在
に接し、底面には内軸（10）が遊嵌状態で挿通してお
り、側方吐出弁（32）の側面に側方回動弁口（32b）を
穿設し、内軸（10）の外周に突設したシャッター（32
a）で側方回動弁口（32b）を開閉するようにしている。

図中、（32c）（32c）はストッパーであり、内軸（1
0）の回転と、側方吐出弁（32）に作用する掘削土の抵
抗によるシャッター（32a）の相対回動範囲を規制し、
側方回動弁口（32b）の開閉状態をいずれか一方に保持
して、内軸（10）内に供給された固化剤を側方回動弁口
（32b）から中撹拌翼体（7b）の撹拌軌跡内に注入、ま
たは停止する。

下方吐出弁（27）は、内軸（10）の内部で、外軸
（９）の下端と略同一の上下位置に、有底略円筒状の下
方吐出弁（27）を回動自在に嵌入し、同下方吐出弁（2
7）の下方に円盤（12）を設けて下方吐出弁（27）を支
持させ、同円盤（12）と下方吐出弁（27）の底部にそれ
ぞれ略扇形の下方固定弁口（27a）と下方回動弁口（37
b）とを穿設し、下方吐出弁（27）の外周に突設した突
起（27c）と、側方吐出弁（32）の内底面に突設した係
合体（27d）との係合により側方吐出弁（32）と略一体
に下方吐出弁（27）を回動させ、両方の弁口（27a）（2
7b）が一致したとき、内軸（10）内に供給された固化剤
を内軸（10）の下端の掘削刃体（６）の近傍に設けた下
方吐出弁（27e）から掘削刃体（６）の掘削軌跡内に注
入する。

また、下方吐出弁（27）の周壁と、内軸（10）の周壁
とにそれぞれ内部吐出弁口（27e）を穿設して、側方吐
出弁（32）と同時に開閉差動を行わせるようにしてい
る。

なお、第２図中、（40）は、セメントミルク等の液状
固化剤の吐出口であり、粒粉体吐出弁（36）及び下方吐
出弁（27）と連動して、液状固化剤を撹拌土中に吐出す
る。

従って、内軸（10）を一方に回転させたときは、下方
吐出弁（27）が閉じ、側方吐出弁（32）が開いて、小撹
拌翼体（7c）の下端近傍から固化剤を注入し、逆方向に
回転させたときは、側方吐出弁（32）が閉じて、下方吐
出弁（27）が開き、掘削刃体（６）の近傍から固化剤を
注入することになる。

上記のように、内軸（10）の回転方向を切り換えるこ
とで、粒粉体の注入停止と、固化剤の注入位置を上下切
換えることができ、軟弱地盤の改良に際し、まず、砂な
どの流動性がよい粒粉体を掘削土に注入し、次いで、セ
メントなどの固化剤を上下注入位置を切換えながら注入
することによって、掘削土、粒粉体及び固化剤の撹拌・
混練を均一かつ充分に行うことができて、改良後の地盤
強度を高めると共に、同強度のバラツキを無くし、地盤
改良工事の能率と信頼性とを高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による地盤改良剤注入装置を有する地
盤改良装置の全体側面図。 第２図は、地盤改良剤注入装置の縦断面図。 第３図は、要部の拡大断面図。 第４図及び第５図は、第２図のＩ−Ｉ線断面図（下方及
び側方吐出弁の開閉状態図）。 （Ａ）：地盤改良装置 （Ｇ）：地盤 （Ｈ）：掘削孔 （２）：地盤改良剤供給装置 （４）：回転軸 （６）：掘削刃体 （９）：外軸 （10）：内軸 （27）：下方吐出弁 （32）：側方吐出弁 （36）：粒粉体吐出弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下端に掘削刃体（６）を連設すると共に、
   周壁に大・中・小撹拌翼体（7a）（7b）（7c）にて構成
   した撹拌翼（７）を設けた回転軸（４）と、同回転軸
   （４）中に固化剤を供給する固化剤供給装置（２）とを
   具備して、回転軸（４）の回動により地盤（Ｇ）を掘削
   して掘削孔（Ｈ）を形成すると共に、同掘削孔（Ｈ）中
   に回転軸（４）より固化剤を注入して、同固化剤と掘削
   土とを混合すべく構成した地盤改良装置（Ａ）におい
   て、 回転軸（４）は、それぞれ管状で相互に反対方向に回転
   する内・外軸（10）（９）よりなる二重軸に構成し、か
   つ、外軸（９）の下端部には相対回動範囲を制限した遊
   動外筒（37）を遊嵌し、 前記小撹拌翼体（7c）は、板状に形成して、遊動外筒
   （37）にその長手方向が遊動外筒（37）の軸線方向に沿
   うように放射状に突設し、 前記中撹拌翼体（7b）は、小撹拌翼体（7c）の外周を囲
   繞すべく枠状に形成して、上端を外軸（９）の外周に遊
   嵌し、かつ、下端を内軸（10）の外周に固着し、 前記大撹拌翼体（7a）は、中撹拌翼体（7b）の外周を囲
   繞すべく枠状に形成して、上端を外軸（９）の外周に固
   着し、かつ、下端を内軸（10）の外周に遊嵌して、 大・小撹拌翼体（7a）（7c）は、中撹拌翼体（7b）とは
   反対方向に回転すべく構成し、外軸（９）に粒粉体投入
   装置（Ｂ）を連通連設して、外軸（９）の下端部に遊嵌
   した遊動外筒（37）には粒粉体吐出弁（36）を設けると
   共に、同粒粉体吐出弁（36）の弁口を遊動外筒（37）の
   周壁に開口し、かつ、同弁口を内・外軸（10）（９）の
   相対回動の正逆切換により開閉させて、粒粉体投入装置
   （Ｂ）から供給される粒粉体を小撹拌翼体（7c）の撹拌
   軌跡内に吐出・停止可能とし、 同外軸（９）の下端よりも下方へ延出させた内軸（10）
   の下端部外周に、内軸（10）の内外部を連通及び閉止す
   る側方吐出弁（32）を設け、かつ、同下端面に下方吐出
   弁（27）を設け、 側方吐出弁（32）は、周壁に弁口を開口し、かつ、同弁
   口を内軸（10）の回動に連動して開閉させて、固化剤供
   給装置（２）から内軸（10）を通して供給される固化剤
   を、小撹拌翼体（7c）の直下方位置にて中撹拌翼体（7
   b）の撹拌軌跡内に注入・停止可能とし、 下方吐出弁（27）は、底部に弁口を開口し、かつ、同弁
   口を内軸（10）の回動に連動して開閉させて、固化剤供
   給装置（２）から内軸（10）を通して供給される固化剤
   を内軸（10）の最下端部に開口した下方吐出孔（27e）
   より掘削刃体（６）の掘削軌跡内に注入・停止可能と
   し、 上記側方吐出弁（32）と下方吐出弁（27）の開閉は、内
   軸（10）の正逆回転により切り換えるようにしたことを
   特徴とする地盤改良剤注入装置。