JP3148363U - 柱状杭造成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出された固化材スラリーが直ちに、原地盤中に平面的に帯状に分散でき、貫入と引き抜きの１工程で、均質且つ所定の強度を有する柱状杭を造成することができる柱状杭造成装置を提供する。【解決手段】中空攪拌軸１の先端側に両翼を有する掘削翼２を設け、掘削翼２の少なくとも一方の翼の下面に、中空攪拌軸１の側面から掘削翼２の先端に至る長さを有し、且つ後方に下り傾斜の傾斜板である邪魔板８を立設し、邪魔板８の裏側で且つ攪拌軸１に、地上の固化材スラリー供給手段に連通する固化材スラリー吐出口７を設け、邪魔板８の後端から掘削方向における該掘削翼の後端までの長さ（ｗ２）と邪魔板の高さ（ｈ）の比（ｗ２／ｈ）が、１．３〜５．０である柱状杭造成装置。【選択図】図４

Description

本考案は、構造物の基礎となる柱状杭を造成する際、固化材スラリーの原地盤土への分散性に優れる柱状杭造成装置に関するものである。

建築物、擁壁および工作物などを地盤上に構築する場合、これら構造物の基礎として、固化材スラリーを原地盤土に混合攪拌して固化した柱状杭を地盤中に多数造成することがある。なお、このような柱状杭は、例えば直径６００ｍｍ、最大改良深度８ｍ程度で且つコンクリートパイルに近い一軸圧縮強度を有するため、土木分野の地盤改良を目的とした深層混合処理工法により造成される固化杭とは異なるものである。従来、これらの柱状杭を地盤中に多数造成する装置としては、図９に示す柱状杭造成装置が知られている。

この柱状杭造成装置１００は、中空攪拌軸１０１の先端側に両翼を有する掘削翼１０２を設け、掘削翼１０２の付け根１０６から軸中心で９０度離れた攪拌軸の側面に、地上の固化材スラリー供給手段に連通する固化材スラリー吐出口１０３を設けたものである。なお、符号１０４は攪拌翼、１０５は共回り防止板である。この柱状杭造成装置１００を用いて地盤に柱状杭を造成する場合、中空攪拌軸の先端を、施工する柱状杭の芯に合わせて攪拌軸を回転させて貫入しつつ、該固化材スラリー吐出口１０３から固化材スラリーを吐出し、攪拌翼１０４の回転により、原地盤土と攪拌混合させつつ柱状杭を造成するものである。

また、特開２００６-２８３４３８には、中空攪拌軸の先端側に両翼を有する掘削翼を設け、該掘削翼の少なくとも一方の翼の直上又は直下に、該中空攪拌軸の側面から該掘削翼の先端に至る長さと所定高さを有するガイド板を立設し、該ガイド板の裏側で且つ該攪拌軸に、地上の固化材スラリー供給手段に連通する固化材スラリー吐出口を設けた柱状杭造成装置が開示されている。

しかしながら、柱状杭造成装置１００を用いた柱状杭の造成方法においては、固化材スラリーが吐出される場所が、攪拌軸と原地盤土の間であり、固化材スラリーの吐出口１０３が掘削翼１０２の付け根から軸中心で９０度離れた位置でもあるため、吐出された固化材スラリーは、平面的に帯状に分散せず、スポット的な吐出となる。このため、固化材スラリーは、固化材スラリー吐出口１０３より上段の攪拌翼１０４により、水平方向に拡散され、且つ原地盤土との混合攪拌が行われることになる。このように、従来の柱状杭造成方法においては、均質で所定の強度を得るために、貫入と引き抜きの１工程を、通常２工程は行っていた。このため、貫入と引き抜きの１工程で、均質且つ所定の強度を有する柱状杭造成方法および当該方法を実施する柱状杭造成装置の開発が望まれていた。

また、特開２００６-２８３４３８の柱状杭造成装置は、柱状杭造成装置１００の問題点を解決することができる。しかしながら、この柱状杭造成装置は、掘削翼の直下に、中空攪拌軸の側面から掘削翼の先端に至る長さと所定高さを有するガイド板を設けているものの、具体的な記載がなく、吐出された固化材スラリーを原地盤中に、安定して平面的に帯状に分散できなかった。

従って、本考案の目的は、特開２００６-２８３４３８の柱状杭造成装置の改良技術であって、吐出された固化材スラリーが直ちに、原地盤中に平面的に帯状に分散でき、貫入と引き抜きの１工程で、均質且つ所定の強度を有する柱状杭を造成することができる柱状杭造成装置を提供することにある。

かかる実情において、本考案者は鋭意検討を行った結果、掘削翼の少なくとも一方の翼の下面に、中空攪拌軸の側面から該掘削翼の先端に至る長さを有し、且つ鉛直板又は後方に下り傾斜の傾斜板である邪魔板を立設し、該邪魔板の裏側で且つ該攪拌軸に、地上の固化材スラリー供給手段に連通する固化材スラリー吐出口を設け、該邪魔板の後端から掘削方向における該掘削翼の後端までの長さ（ｗ_２）と該邪魔板の高さ（ｈ）の比（ｗ_２／ｈ）を特定の範囲とすれば、吐出された固化材スラリーが直ちに、原地盤中に平面的に帯状に分散でき、貫入と引き抜きの１工程で、均質且つ所定の強度を有する柱状杭を造成することができることを見出し、本考案を完成するに至った。

すなわち、本考案は、中空攪拌軸の先端側に両翼を有する掘削翼を設け、該掘削翼の少なくとも一方の翼の下面に、該中空攪拌軸の側面から該掘削翼の先端に至る長さを有し、且つ鉛直板又は後方に下り傾斜の傾斜板である邪魔板を立設し、該邪魔板の裏側で且つ該攪拌軸に、地上の固化材スラリー供給手段に連通する固化材スラリー吐出口を設け、該邪魔板の後端から掘削方向における該掘削翼の後端までの長さ（ｗ_２）と該邪魔板の高さ（ｈ）の比（ｗ_２／ｈ）が、１．３〜５．０である柱状杭造成装置を提供するものである。

本考案によれば、吐出された固化材スラリーが直ちに、原地盤中に平面的に帯状に分散でき、貫入と引き抜きの１工程で、均質且つ所定の強度を有する柱状杭を造成することができる。このため、当該工法を実施する時間が、従来の工法に比べて、概ね半分にすることができ、工期の短縮が図れる。

次に、本考案の実施の形態における柱状杭造成装置を図１〜図６を参照して説明する。図１は本実施の形態における柱状杭造成装置の一部の正面図、図２は図１の掘削翼近傍を下から斜め上に見た概略斜視図、図３は図２の固化材吐出口側から見た概略斜視図、図４は掘削翼が、原地盤を掘削する様子を示す模式的な断面図であり、掘削翼を垂直方向に切った断面図、図５は掘削翼の下面における固化材スラリーの拡散状態を示す模式図、図６は固化材スラリーが吐出し平面状に拡散する様子を示す模式的な底面図をそれぞれ示す。なお、図２及び図３中、掘削ビット及び共回り防止板等の記載は省略した。本明細書中、裏面とは回転方向の反対側を言う。

柱状杭造成装置１０は、中空攪拌軸１の先端側に両翼２ａ、２ｂを有する掘削翼２を設け、掘削翼２の一方の翼２ａの下面に、中空攪拌軸１の側面から掘削翼２の先端に至る長さを有し、且つ後方に下り傾斜の傾斜板である邪魔板８を立設し、邪魔板８の裏側で且つ攪拌軸１に、地上の固化材スラリー供給手段（不図示）に連通する固化材スラリー吐出口７を設けたものである。掘削翼２は回転方向に下り傾斜状として、掘削効率を高めている。

また、攪拌軸１には、掘削翼２の上方側に、上方に向けて順に、共回り防止板５、両翼を有する攪拌翼４、共回り防止板５および両翼を有する攪拌翼４を付設している。攪拌翼４の進行方向に対する取付角度αとしては、２０〜９０度で適宜決定されるが、本例では２０度である。共回り防止板５は、攪拌軸と同期で回転するものではなく、原地盤土と固化材の混合により形成されるだまが、上下の攪拌翼４、４間で共回り、混合攪拌を妨げることを防止するものであり、上下の攪拌翼４、４のそれぞれの攪拌を縁切りするものである。

柱状杭造成装置１０において、邪魔板８は、長尺状の板状物であり、長手方向の一端は攪拌軸１に接合され、短手方向（上下方向）の上端が一方の掘削翼２ａの下面に接合されたものである。邪魔板８の長手方向の長さは、一方の掘削翼２ａの翼の長さと同じとすることが、掘削翼２ａ長さに相当する空洞部又は動圧の弱い部分３５（以下、単に「空洞部」と言う。）を形成でき、径方向の全体に亘り均質な強度の柱状杭を造成することができる点で好ましい。また、邪魔板８の短手方向の高さｈ、すなわち掘削翼２ａの下面の鉛直方向の長さとしては、固化材スラリーの吐出量により適宜決定されるが、固化材スラリー吐出口７の径より大きいものであり、具体的には、３０〜８０ｍｍ程度である。邪魔板８の短手方向の高さｈが低すぎると、設計量の固化材スラリーを空洞部９に入れ込むことができず、また、高さｈが高すぎると掘削抵抗が高くなり好ましくない。

邪魔板８の設置形態としては、攪拌軸１の回転により、邪魔板８の裏側に空洞部３５が形成されるような形態であれば、特に制限されず、図４に示すようなやや後方に下り傾斜の傾斜板の他、鉛直板であってもよい。また、邪魔板８は傾斜板又は鉛直板と、該傾斜板又は鉛直板の下端から後方へ延びる底板とからなるＬ字断面状であってもよい。Ｌ字断面状の邪魔板８によれば、邪魔板８の裏側により確実に空洞部３５を形成することができる。また、Ｌ字断面状の邪魔板８においても同様に、傾斜板は鉛直板であってもよく、またＬ字断面を維持したまま、全体が鉛直姿勢であっても傾斜姿勢であってもよい。また、邪魔板８は長手方向において、掘削翼２に平行に沿って延びるものであっても、若干前方に傾斜するように延びるものであってもよい。

また、邪魔板８、８ａは、掘削翼の両翼に形成されていてもよい（不図示）。すなわち、例えば、図２及び図３において、一方の翼２ａとは反対方向に延びる他方の翼２ｂの下面に更に、第２邪魔板を設け、該第２邪魔板の裏側で且つ該攪拌軸に、固化材スラリー吐出口７とは反対方向に向く第２固化材スラリー吐出口を設けてもよい。このように、固化材スラリー吐出口を攪拌軸の両側にそれぞれ設けることにより、例えば一方の固化材スラリー吐出口７が詰まっても、他方の固化材スラリー吐出口で施工を続行できる点で好ましい。

柱状杭造成装置１０において、邪魔板８の後端から掘削翼面に沿った掘削方向における掘削翼２ａの後端までの長さ（ｗ_２）と邪魔板８の高さ（ｈ）の比（ｗ_２／ｈ）が、１．３〜５．０、好適には１．５〜３．０である。これにより、掘削翼２ａ下面に固化材スラリーを吐出と同時に平面的に帯状に分散させる部分３６を形成することができ、帯状に分散された固化材スラリーがそのまま原地盤中に平面的に帯状に分散でき、貫入と引き抜きの１工程で、均質且つ所定の強度を有する柱状杭を造成することができる。（ｗ_２／ｈ）が小さ過ぎると、固化材スラリーを吐出と同時に平面的に帯状に分散させる部分３６を形成できなくなり、大き過ぎると、掘削翼の幅が大きくなりすぎて掘削効率が低下する。なお、（ｗ_２／ｈ）値は邪魔板８が鉛直板の場合であっても概ね同じである。

この固化材スラリーの帯状化現象を図４及び図５を参酌して更に説明する。図４中、掘削翼８で、原地盤３３を掘削すると、掘削された原地盤土は、掘削翼２の上下に分かれて掘削翼２ａの後方へ流れていく。このときの掘削土の流れを、符号３４及び符号３７で表す。掘削翼２の下側の掘削土３４は、邪魔板８があるため、一旦下方に向かって流れ、そして、邪魔板８を越えたところで、地盤の土圧により上方へと流れを変え、掘削翼２ａの下面にぶつかり、その後、掘削翼２に沿って後方に流れる。このとき、掘削土３４の流れ及び地盤の土圧により、掘削翼２の後ろ側裏面３６には、掘削土３４が、掘削翼２の後ろ側裏面３６を下から押し付ける力が発生する。固化材スラリーは、このような掘削土３４の流れにより邪魔板７の後方に形成される空洞部３５から、掘削翼２の下面に供給される。この空洞部３５に供給された固化材スラリーは、掘削翼３１の後ろ側３６へと押し出されていくが、掘削翼３１の後ろ側３６で、掘削土３４との間に挟み込まれる。そして、掘削翼２の後ろ側３６では、押し付け力が発するので、固化材スラリーは、掘削翼２の下面で、掘削土３４により押し潰され、押し潰されることにより、掘削翼２の後ろ側３６で広く帯状に展開される。

掘削土３４及掘削翼２の後ろ側３６で広く展開された固化材スラリーは、掘削翼２
の後方３８で、掘削翼２の上側に分かれた掘削土３７と一緒になり、広く帯状に分散された固化材スラリーが、掘削土にサンドイッチ状に挟まれる。このとき、図５に示すように、空洞部３５に供給された固化材スラリーは、掘削翼２の後ろ側３６で広く展開されるため、原地盤中に固化材スラリーを平面的に帯状に分散できる。このため、貫入と引抜の１工程で、均質且つ所定の強度を有する柱状杭を造成できる。なお、図５では、掘削翼２下面の空洞部３５が形成される部分を、左上から右下への斜線で示し、また、固化材スラリーが掘削土３４により押し潰される部分である、掘削翼２の後ろ側裏面３６を、右上から左下への斜線で示す。

固化材スラリー吐出口７は、邪魔板８の裏側で且つ攪拌軸１に付設され、地上の公知の固化材スラリー供給手段に連通する。固化材スラリー吐出口７における吐出口の向きは、掘削翼２の下面に向けることが、固化材スラリーが掘削翼２の下面に吹き付けられ、邪魔板７の後方に形成される空洞部３５に固化材スラリーを安定して供給できる点で好ましい。

固化材スラリー吐出口７には、図７に示すように、逆止弁３を設けることが、原地盤土が攪拌軸内に逆流することがない点で好ましい。逆止弁３は、ゴム材であり、弁本体部３１と接合部３２からなる。接合部３２は一端が攪拌軸に接着剤などにより固定され、他端が弁本体部３１に接続する可とう性部材であり、ゴム材の厚さを適宜調整することで、固化材スラリーが吐出状態ではない時は吐出口を閉じ、固化材スラリーが吐出される場合、固化材スラリーの吐出圧により吐出口が開く。また、この逆止弁３は、固化材スラリー吐出口７の下方の攪拌軸部分１１に、逆止弁３の接合部３２が取り付けられ、この取り付け部を回動の中心として、逆止弁３の上方側が、固化材スラリーが掘削翼２の裏面に吹き付けられるように開くものである。これにより、固化材スラリーは掘削翼２の下面に吹き付けられる。

逆止弁３は、上記形態に限定されず、例えば図８に示すように、バネ付き蝶番３３により弁本体３１が取り付けられた逆止弁３ａであってもよい。適宜なバネ力の蝶番を使用すれば、固化材スラリーが吐出状態ではない時は吐出口を閉じており、固化材スラリーが吐出されれば、吐出口が開くものの、吐出圧に抗して逆止弁３ａの開度が例えば４５度程度の適度の開度になり、固化材スラリーが斜め上方に誘導され掘削翼２の裏面に確実に吹き付けられる。

固化材スラリー吐出口７と固化材スラリー供給手段との連通方法としては、特に制限されず、攪拌軸１の側面に形成された穴と攪拌軸の中空部が連通し、該中空部を固化材スラリーが流れる方法、あるいは、固化材スラリー供給配管９を攪拌軸の中空部に配設し、固化材スラリー供給配管９の一端を攪拌軸１の穴に嵌め込み、他端を固化材スラリー供給手段に接続する方法などが挙げられる。

固化材スラリーとしては、特に制限されず、公知のセメントスラリーが使用できる。また、固化材スラリー供給手段としては、例えば固化材スラリー貯槽と送液ポンプを備えるものであり、本考案の柱状杭造成装置１０においては、固化材スラリーを従来の方法に比べて、低圧で供給することができる。

次に、柱状杭造成装置１０を用いて柱状杭を造成する方法について説明する。柱状杭造成装置１０の中空攪拌軸１の先端を、施工する柱状杭の芯に合わせて攪拌軸１を回転させ、貫入の際、固化材スラリー吐出口７から固化材スラリーを掘削翼２の裏面に向けて吐出しながら攪拌翼４を回転し、原地盤土と攪拌混合しながら柱状杭を造成する。

この柱状杭造成装置１０を用いた杭造成方法によれば、図６に示すように、攪拌軸１の回転（矢印Ｘ方向）により、邪魔板８の裏側が空洞になるかあるいは動圧が弱い地盤となること、また、地盤の土圧が下方から上方に向けてかかるため、吐出された固化材スラリーは吐出と同時に掘削翼２の後ろ側裏面３６に平面的に帯状に分散し、攪拌軸１の回転移動に伴い水平方向に広く均一に分散できる。図６中、符号Ｙで示した幅で径方向に広がる部分が帯状の分散状態を示し、上方の半円部分の黒く塗りつぶした部分が水平方向に広く均一に分散した状態を示す。その後、均一に広く分散した固化材スラリーは攪拌翼４により、更に原地盤土と攪拌混合される。そして、攪拌軸の引き抜きにより、原地盤土と固化材スラリーは更に混合されるため、貫入と引き抜きの１工程で高品質の柱状杭を造成することができる。

この柱状杭造成装置１０を用いた杭造成方法で得られた柱状杭の杭配置形態としては、特に制限されず、接円配置形態およびラップ配置形態等が挙げられる。また、柱状杭の一軸圧縮強度としては、通常１〜５ＭＮ/ｍ^２であり、土木分野の地盤改良で実施される深層混合処理工法で得られる０．１〜０．５ＭＮ/ｍ^２の固化処理杭とは大きく異なる。また、柱状杭の用途としては、建築物、擁壁および工作物などの基礎が挙げられる。

次に、実施例を挙げて本考案を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本考案を制限するものではない。

図１〜図３に示す装置形態であり、下記仕様の柱状杭造成装置を使用し、下記施工条件により貫入および引き抜きの１工程を行った。得られた柱状杭の一軸圧縮強度を測定した。測定は任意の数箇所について行った。その結果、いずれの箇所も２．６ＭＮ/ｍ^２であり、均質で高い強度の柱状杭が得られた。

（柱状杭造成装置および施工条件）
・攪拌軸数および回転数；単軸、３０回/分前後
・攪拌方法；水平攪拌翼による１方向攪拌
・共回り防止機構；掘削翼と下方の攪拌翼の間と攪拌翼間に設置する２段機構
・攪拌翼の枚数；両翼攪拌翼を上下２段、両翼掘削翼１つ
・羽根切り回数；７２０回前後
・施工改良径および改良深度；径６００ｍｍ、深度５０００ｍｍ
・邪魔板；長さは一方の掘削翼の翼長さと同じ、高さは５０ｍｍ
・邪魔板の後端から掘削方向における掘削翼の後端までの長さ（ｗ_２）と邪魔板の高さ（ｈ）の比（ｗ_２／ｈ）；２．０
・貫入および引き抜き速度；０．５ｍ/分
・固化材；固化材投入量は原地盤土１ｍ^３当たり３５０ｋｇ、水/セメントは６０％
・１回転当りの固化材吐出量；１．５リットル程度

比較例１
（ｗ_２／ｈ）値２．０に代えて、（ｗ_２／ｈ）値１．１とした以外は、実施例１と同様の条件である柱状杭造成装置を用いた施工では、一軸圧縮強度２．６ＭＮ/ｍ^２の柱状杭を得るためには２工程を実施する必要があった。このように、本考案の柱状杭造成装置を用いれば、高品質の柱状杭を従来の半分の工期で施工することができる。

本実施の形態における柱状杭造成装置の一部の正面図。 図１の掘削翼近傍を下から斜め上に見た概略斜視図。 図２の固化材吐出口側から見た概略斜視図。 掘削翼が、原地盤を掘削する様子を示す模式的な断面図であり、掘削翼を垂直方向に切った断面図。 掘削翼の下面における固化材スラリーの拡散状態を示す模式図である。 固化材スラリーが吐出し平面状に拡散する様子を示す模式的な底面図。 逆止弁の構造を説明する概略断面図。 他の逆止弁の構造を説明する概略断面図。 従来の柱状杭造成装置の先端部分の正面図である。

符号の説明

１ 中空攪拌軸
２、１０２ 両翼を有する掘削翼
２ａ 一方の翼
２ｂ 他方の翼
３ 逆止弁
４、１０４ 攪拌翼
５、１０５ 共回り防止板
７、１０３ 固化材スラリー吐出口
８、８ａ 邪魔板
９ 固化材スラリー供給配管
１０、１０ａ、１００ 柱状杭造成装置
２１ 掘削ビット
３３ 原地盤
３４ 掘削翼の下側に分かれた掘削土
３５ 空洞部
３６ 掘削翼の後ろ側裏面
３７ 掘削翼の上側に分かれた掘削土

Claims (11)

1. 中空攪拌軸の先端側に両翼を有する掘削翼を設け、
   該掘削翼の少なくとも一方の翼の下面に、該中空攪拌軸の側面から該掘削翼の先端に至る長さを有し、且つ鉛直板又は後方に下り傾斜の傾斜板である邪魔板を立設し、
   該邪魔板の裏側で且つ該攪拌軸に、地上の固化材スラリー供給手段に連通する固化材スラリー吐出口を設け、
   該邪魔板の後端から掘削方向における該掘削翼の後端までの長さ（ｗ_２）と該邪魔板の高さ（ｈ）の比（ｗ_２／ｈ）が、１．３〜５．０であることを特徴とする柱状杭造成装置。
2. 該掘削翼の一方の翼とは反対方向に延びる他方の翼の下面に更に、該中空攪拌軸の側面から該掘削翼の先端に至る長さを有し、且つ鉛直板又は後方に下り傾斜の傾斜板である第２邪魔板を設け、該第２邪魔板の裏側で且つ該攪拌軸に、該固化材スラリー吐出口とは反対方向に向く第２固化材スラリー吐出口を設けたことを特徴とする請求項１記載の柱状杭造成装置。
3. 該固化材スラリー吐出口における吐出口の向きが、該掘削翼の下面に向けられていることを特徴とする請求項１記載の柱状杭造成装置。
4. 該第２固化材スラリー吐出口における吐出口の向きが、該掘削翼の下面に向けられていることを特徴とする請求項２記載の柱状杭造成装置。
5. 該固化材スラリー吐出口に、逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の柱状杭造成装置。
6. 該第２固化材スラリー吐出口に、逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２記載の柱状杭造成装置。
7. 該逆止弁は、固化材スラリーが吐出状態ではない時は該吐出口を閉じた状態にあり、固化材スラリーが吐出される場合、固化材スラリーの吐出圧により該吐出口を開くものであることを特徴とする請求項５又は６記載の柱状杭造成装置。
8. 該逆止弁は、該固化材スラリー吐出口の下方の該攪拌軸に、該逆止弁の下部が取り付けられ、該取り付け部を回動の中心として、該逆止弁の上方側が開閉するものであることを特徴とする請求項５又は６記載の柱状杭造成装置。
9. 該逆止弁は、固化材スラリーが該掘削翼の下面に吹き付けられるように開くものであることを特徴とする請求項５又は６記載の柱状杭造成装置。
10. 該逆止弁は、該固化材スラリー吐出口の下方の該攪拌軸に、バネ付き蝶番により取り付けられることを特徴とする請求項８に記載の柱状杭造成装置。
11. 該逆止弁は、ゴム材であることを特徴とする請求項５又は６記載の柱状杭造成装置。

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