JP3241324B2 - 深層混合処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟弱な地盤の支持
力増強、沈下防止、すべり破壊防止やヒービングの防止
などを行う為に、土中にスラリー（セメント系固化材）
を注入し、土砂とスラリーを攪拌することによって、コ
ラム体（柱状体）を形成する深層混合処理装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の深層混合処理装置は、ロッドの下
端部に攪拌羽根と掘削刃を上下に間隔を開けて固定し、
ロッドの回転に伴って、掘削刃と攪拌羽根の双方が回転
する構造になっている。そして、ロッドを回転させなが
ら地中の所定深さまで下降させることによって、軟弱な
地盤を砕いて土砂となし、その後、ロッドの下端からス
ラリーを吐出しながら、ロッドを回転させつつ引き上げ
ることによって、土砂とスラリーとの攪拌を行い、さら
に、攪拌を十分に行う為に、ロッドの上下動を何度も行
って、この装置は、コラム体を柱状に形成するものであ
る。

【０００３】ところが、地盤が砂地質または粘土質であ
る場合に、従来の装置は、コラム体を作成するのに長時
間を要するという欠点があった。その欠点について以下
に詳しく説明する。

【０００４】地盤が砂地質である場合に、ロッドを回転
させながら仮に一回のみ上下動させると、コラム体の上
部では下部に比べて、土砂に対するスラリーの混合割合
が多くなり、品質の不均一を招いた。この為、ロッドの
上下動を何度も繰り返すことによって、品質を均一にし
ていた。コラム体の上部でスラリーの混合割合が多くな
る原因は、次のように推測される。ロッドを引き上げる
と、ロッドの元の箇所に土砂が瞬時に移動する。そし
て、ロッドの下方に位置する土砂は、砂地質であるため
粒度が細かく、引き締まった状態となっている。また、
引き上げ作業中、ロッドを回転させるので、掘削刃と攪
拌羽根の回転の影響を受けて、掘削刃と攪拌羽根の間に
位置する土砂が殆ど同じ速度で回転すると共に、攪拌羽
根の上側の土砂もゆっくりと回転するようになり、回転
によって土砂には微小の空隙が生じる。この為、ロッド
の下端から吐出されたスラリーは、空隙に浸入して、ロ
ッドに沿って上昇するようになり、コラム体の上部に集
中するようになる。

【０００５】また、地盤が粘土質である場合には、ロッ
ドを回転させても攪拌羽根と掘削刃に粘土質の土砂の塊
が付着した状態となり、土砂の砕き具合が不十分で、粒
度が大きくなり易かった。その為、ロッドの下方に位置
する土砂には、微小の空隙が多く存在し、ロッドの下端
から吐出されたスラリーは、そのまま空隙に浸入して攪
拌される。ところが、土砂の粒度が大きいため、ロッド
の上下動を何度も繰り返すことによって、土砂の粒度を
小さくする必要があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明のうち請求項１
記載の発明は、砂地質の地盤に適応した深層混合処理装
置を開発し、コラム体を製作する作業時間の短縮化を図
ることを目的とする。

【０００７】本発明のうち請求項２記載の発明は、粘土
質の地盤に適応した深層混合処理装置を開発し、コラム
体を製作する作業時間の短縮化を図ることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１記
載の発明は、ロッドの下端部に掘削刃を備えると共に、
掘削刃の上方に攪拌羽根を備え、ロッドの下端部から吐
出するスラリーと、土砂を攪拌することによって、コラ
ム体を形成する深層混合処理装置において、攪拌羽根を
備えた遊動体を、ロッドに沿って上下に移動可能に支持
し、遊動体の移動範囲を規制する一対のストッパーを、
ロッドに設け、上側のストッパーに当接した状態の遊動
体をロッドに結合してロッド（１）の回転を遊動体
（４）に伝達する係合部（７）および被係合部（８）の
一方をロッド（１）に設け、他方を遊動体（４）に設け
てあることを特徴とする。

【０００９】請求項１記載の発明は砂地質の地盤に使用
する。これは、ロッドを回転させながら土中に下降させ
ると、土砂の抵抗によって、遊動体が上側のストッパー
に当接するまで移動し、その際に、係合部と被係合部と
が自然と嵌まり合い、遊動体をロッドに結合する。その
結果、遊動体にロッドの回転力が伝わり、攪拌羽根と掘
削刃は一緒に回転するので、ロッド下降時の掘削力およ
び攪拌力は、掘削刃のみを回転する方式より大きくな
る。

【００１０】一方、ロッドを回転させながら上昇させる
と、土砂の抵抗によって、遊動体が下側のストッパーに
当接するまで移動し、その際に、係合部と被係合部との
嵌合が解除され、ロッドから遊動体を分離する。この
為、ロッドの回転力は遊動体に伝わらず、掘削刃のみが
回転する。掘削刃の回転の影響を受けて、掘削刃の上側
の土砂はゆっくりと回転するが、その回転を阻止する役
目を攪拌羽根が果たすので、攪拌羽根の高さ位置の土砂
は恰も静止して、空隙の無い状態となる。従って、ロッ
ドから吐出されたスラリーは、空隙の有る位置、すなわ
ち、攪拌羽根と掘削刃の間までしか上昇せず、その範囲
内で土砂と攪拌されるようになる。

【００１１】ロッドの下端部に掘削刃を備えるとは、ロ
ッドの下端部から掘削刃を直に突設する形態と、ロッド
の下端に、ロッドとは別体の掘削ドリルを連結し、その
掘削ドリルに掘削刃を備えた形態とを含む概念である。
また、遊動体をロッドに沿って上下に移動可能に支持す
るとは、ロッドの一部の高さ範囲内でロッドを直に支持
する形態と、ロッドの下端にロッドとは別体の延長管を
連結し、その延長管の範囲内でロッドを支持する形態
と、ロッドの下端部および延長管の両者の範囲内でロッ
ドを支持する形態とがある。

【００１２】係合部および被係合部の設け方は、一方を
ロッドに設け、他方を遊動体に設ける方法である。な
お、係合部と被係合部とが係止するのは、請求項１記載
の発明では、遊動体が上側のストッパーに当接した状態
であるが、請求項２記載の発明のように、遊動体が下側
のストッパーに当接した状態であっても良い。

【００１３】請求項２記載の発明は粘土質の地盤に使用
する。これは、ロッドを回転させながら下降させると、
上側のストッパーに当接するまで遊動体は移動するの
で、係合部と被係合部とは嵌まり合っておらず、遊動体
をロッドから分離した状態で保持する。その結果、ロッ
ドの回転力は遊動体に伝わらず、掘削刃のみが回転し
て、攪拌羽根は殆ど回転せず、恰も静止した状態とな
る。掘削刃と攪拌羽根の間の土砂には、大きな破砕力が
生じることとなり、粘土質の土砂の塊が細かく砕かれ
る。一方、ロッドを回転させながら上昇させると、下側
のストッパーに当接するまで遊動体は移動するので、係
合部と被係合部とが嵌まり合うこととなる。その結果、
遊動体にロッドの回転力が伝わり、攪拌羽根と掘削刃は
一緒に回転するので、土砂とスラリーの攪拌力が、掘削
刃のみを回転する方式より大きくなる。なお、ロッドを
引き上げた際に、ロッドの下方に移動する土砂は、粘土
質であるので、たとえ粒度が砂地質と同じ程度であって
も、互いにくっつきあって空隙のある状態となってお
り、その空隙にスラリーは浸入することから、ロッドに
沿って上昇する量は少ないと考えられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の深層混合処理装置を使用
する機械１００は、図７に示すように、運転操作部１０
１の下側にキャタピラによる走行手段１０２を備え、フ
レーム１０３に、本装置のロッド１を支持するリーダー
１０４を備え、リーダ１０４に、ロッド１を回転させる
オーガ１０５をリーダー１０４に沿って昇降可能に設
け、セメント系固化材であるスラリーを地上側からロッ
ド１の上端部に流し込むものである。なお、機械を移動
する際には、リーダー１０４を短くすると共に、横に寝
かせた形態としておく。

【００１５】また、上記した機械でコラム体Ｃを作成す
る手順を図８に基づいて説明する。まず、図８（イ）
（ロ）に示すように、ロッド１を回転させながら所望の
深さまで下降させて、地盤の掘削を行う。次に、図８
（ハ）（ニ）に示すように、ロッド１を回転させながら
上昇させるが、その際にスラリーを土中に流し込み、土
砂とスラリーを攪拌させる。その後、土砂とスラリーの
攪拌が所望のレベルに達するまで、何度かロッド１を回
転させながら昇降させて、コラム体Ｃを形成する。

【００１６】本発明の深層混合処理装置の第一例は、砂
地質の地盤に適応する形式で、図１および図２に示すよ
うに、ロッド１と、ロッド１の下端に延長する状態で連
結する延長管２と、延長管２の下端に連結する掘削ドリ
ル３と、延長管２に沿って上下動する遊動体４と、から
構成され、遊動体４の上下動する範囲を一対のストッパ
ー５，６によって規制し、下側のストッパー６に当接し
た状態の遊動体４と、延長管２とを分離状態で保持し、
係合部７および被係合部８によって、上側のストッパー
５に当接した状態の遊動体４を延長管２に結合し、ロッ
ド１の回転を遊動体４に伝えるものである。

【００１７】ロッド１は外管１１の内部に、スラリーを
流す内管１２を間隔を開けて設け、外管１１の下部に、
遊動体４の上昇位置を規制するストッパー５を鍔状に突
設し、ストッパー５の下側には、係合部となる凸部７
を、水平方向に突出して設け、下端面に、延長管２の上
部を収める収容穴（図示省略）を備えている。ロッド１
の上端部に備わる連結部１３は、前記したオーガ１０５
に固定するもので、オーガによってロッド１を、その軸
心方向を中心に回転させる。なお、凸部７は、複数個設
けることが、結合状態を確実に保持するには望ましい。

【００１８】延長管２には、ロッド１の内管１２から吐
出されるスラリーを、掘削ドリル３内に導く役目と、遊
動体４を上下に移動できるように保持するガイドとして
の役目がある。また、延長管２の構造は、内管１２に連
通する管体の上部に、ロッド１の収容穴に挿入する接続
部２１を、それより下側部分に比べて小径に形成し、下
部に遊動体４の下降位置を規制するストッパー６を鍔状
に突設し、ストッパー６の下側箇所に、複数のフィン２
２を水平方向に放射状に突出して設け、その下端面に、
掘削ドリル３の上部を収める収容穴（図示せず）を備え
ている。

【００１９】掘削ドリル３は、延長管２に連通する筒体
の上部に、延長管２の収容穴に挿入する取付部３１を、
それより下側部分に比べて小径に形成し、下部に、複数
の掘削刃３２を水平方向に放射状に突設し、下端面にス
ラリーを吐出する口部３３を内部に連通して設けてあ
る。なお、ロッド１と延長管２との連結、および延長管
２と掘削ドリル３との連結は、突き合わせた両部品の重
なり部分にピン（図示せず）を差し込み、そのピン自体
を抜けないように固定するという通常の手法を用いる。

【００２０】遊動体４は、延長管２の外側を間隔を開け
て取り囲む形態に配置されるものである。その構造は、
筒状をなし、上下両端部に、各ストッパー５，６に当接
する補強部４１をそれぞれ鍔状に突設し、上側の補強部
４１の一部に、前記した凸部７が嵌まり込む凹部８を、
被係合部として設けてある。また、遊動体４は、その中
間部に複数の攪拌羽根４２を、水平方向に放射状に突設
している。

【００２１】砂地質の地盤に上記した第一例の深層混合
処理装置を使用すると、次のようになる。ロッド１を回
転させながら下降させる時（掘り進む時）には、図１
（ロ）に示すように、土の抵抗によって遊動体４が上方
に移動して上側のストッパー５に当接し、凸部７と凹部
８が嵌まり込み、ロッド１の回転を遊動体４に伝達する
状態となる。そして、掘削刃３２、フィン２２、攪拌羽
根４２の三者が回転して、地盤を砕くようになる。ま
た、ロッド１を回転させながら引き上げる時には、図１
（イ）に示すように、土の抵抗によって遊動体４は下方
に移動して下側のストッパー６に当接し、遊動体４にロ
ッド１の回転が伝達されない状態となる。その結果、掘
削羽根３２とフィン２２は回転するが、回転力の伝わら
ない攪拌羽根４２は土の抵抗によって恰も静止した状態
となる。

【００２２】深層混合処理装置の第二例として、粘土質
の地盤に適応する形式を図３に基づいて説明する。これ
は、延長管２に設けた下側のストッパー６の直ぐ上側位
置に、凸部７を設け、凹部８を遊動体４の下端部に設け
たことを特徴とする。そして、土中でロッド１を下降さ
せると、図３（ロ）に示すように、凹凸部８，７が嵌ま
りあって、遊動体４にロッド１の回転を伝え、ロッド１
を上昇させると、凹凸部８，７の嵌合が解除されて、ロ
ッド１の回転は遊動体４に伝わらなくなる。

【００２３】さらに、深層混合処理装置の第三例とし
て、砂地質および粘土質の地盤に適応する形式を図４お
よび図５に基づいて説明する。これは、延長管２の一か
所に遊動体４を上下動不能に支持し、遊動体４の上端部
に爪片４３を、その先部が上方に出入り可能に設けると
共に、バネ４４で上方に押し付けて支持し、上側のスト
ッパー５に、爪片４３の先部が嵌まるノッチ部１４を下
向きに開口して設けたものである。ロッド１を右回りに
回転させると、図４（ロ）に示すように、ノッチ部１４
と爪片４３の嵌合状態が保持されて、ロッド１の回転が
遊動体４に伝わり、左回りに回転させると、図５に示す
ように、爪片４３がノッチ部１４から押出されて、ノッ
チ部１４と爪片４３との嵌合が解除され、ロッド１の回
転は遊動体４に伝わらなくなる。なお、爪片４３とノッ
チ部１４に、土砂が当たらないように、外周をシールし
ておくことが望ましい。

【００２４】次に、爪片４３を備える遊動体４の構造を
説明する。遊動体４は、その上端面に収納穴４５を設
け、収納穴４５に爪片４３の基部を常時保有すると共
に、爪片４３の先部を出入り可能に保持し、収納穴４５
の底部に、バネ４４内に挿入する位置決め棒４６を上方
に突出して設け、収納穴４５の下部を、爪片４３の形状
に合わせて、上部より幅広に形成してある。

【００２５】爪片４３は、縦長の長方形状で、下部の上
下方向の長さを、収納穴４５の下部の深さより短く形成
し、ノッチ部１４から押出された爪片４３が収納穴４５
に収まるようにしてある。

【００２６】また、爪片４３の先部をノッチ部１４に出
入りし易くする為に、爪片４３の先部を右肩上がりの山
型形状に形成すると共に、その傾斜辺を外側に向かって
膨らんだ円弧形状に形成してあり、一方、ノッチ部１４
を、爪片４３の先部より一回り大きな右肩上がりの山型
形状に形成すると共に、その傾斜辺を爪片４３の傾斜辺
とは反対側に膨らんだ円弧形状に形成してある。

【００２７】ここで記載した第三例は、遊動体４の一部
の肉厚を薄く形成し、その肉薄部分に、爪片４３を前記
した状態で保有する機構を設ける手法と、前述した機構
を内蔵するケース（図示省略）を遊動体４の一部に固定
する手法と、遊動体４の一部を切り欠いて、その部分に
ケースを固定する手法と、がある。

【００２８】図６に示す深層混合処理装置の第四例は、
第三例と同じく、砂地質および粘土質の地盤に適応する
形式である。これは、第三例と同様に、爪片４３とノッ
チ部１４とを備え、爪片４３をバネ（図示せず）でノッ
チ部１４に嵌まる方向に押し付けてある。ただし、第三
例と機構的に異なる点は、爪片４３を、軸４７を中心に
回転可能に設け、その爪片４３を左回り方向に押付けて
いることである。

【００２９】本発明の深層混合処理装置は、上記した例
に限定されるものではない。たとえば、第一、第二例で
は、凹凸部８，７の形状は角型であったが、その他の形
状であっても良い。また、第三、第四例では、爪片４３
が上下方向に移動することによって、ノッチ部１４との
嵌合を行っていたが、爪片４３が水平面で左右に移動す
る型式であっても良い。

【００３０】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、砂地質の地盤に
使用すれば以下の効果を有する。ロッドを回転させなが
ら土中に下降させると、ロッドに遊動体が結合し、遊動
体にロッドの回転力が伝わるようになるので、掘り進む
スピードが向上する。また、ロッドを回転させながら引
き上げると、ロッドから遊動体が分離して、遊動体に回
転力が伝わらなくなるので、引上げ中に吐出するスラリ
ーは、攪拌羽根の下側位置までしか上昇せず、攪拌羽根
と掘削刃との間に位置する土砂と充分に攪拌されること
となり、スラリーと土砂との混合割合はコラム体の上か
ら下まで均一となる。これら相乗効果によって、コラム
体を製作する作業時間が短縮化される。

【００３１】請求項２記載の発明は、粘土質の地盤に使
用すれば以下の効果を有する。ロッドを回転させながら
土中に下降させると、ロッドから遊動体が分離して、遊
動体に回転力が伝わらなくなるので、攪拌羽根と掘削刃
との間に位置する土砂、すなわち、粘土質の土砂の塊
に、大きな破砕力が生じ、その塊を小さくする。また、
ロッドを回転させながら引き上げると、ロッドに遊動体
が結合し、遊動体に回転力が伝わるようになるので、引
上げ中にロッドの下方に位置する土砂内に吐出されたス
ラリーは、土砂と充分に攪拌され、しかも、引上げスピ
ードも向上する。これら相乗効果によって、コラム体を
製作する作業時間が短縮化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）（ロ） 本発明の深層混合処理装置の第一例を示しており、
（イ）図は引き上げている状態を示し、（ロ）図は下降
している状態を示す図面である。

【図２】図１の要部を分解した状態を示す図面である。

【図３】（イ）（ロ） 本発明の深層混合処理装置の第二例を示す図面で、
（イ）図は引き上げている状態を示し、（ロ）図は下降
している状態を示している。

【図４】本装置の第三例を示しており、（イ）図は全体
を示し、（ロ）図は（イ）図の要部を拡大し、ノッチ部
に爪片が嵌まり込んだ状態を示す図面である。

【図５】図４（ロ）で示した爪片がノッチ部から脱出し
た状態を示す図面である。

【図６】（イ）（ロ） 本装置の第四例の要部を示す図面で、（イ）図は爪片が
ノッチ部に嵌まり込んだ状態を示し、（ロ）図は爪片が
ノッチ部から脱出した状態を示している。

【図７】本発明の深層混合処理装置を機械に取付けた状
態を示す図面である。

【図８】（イ）（ロ）（ハ）（ニ） コラム体の作成手順を示す図面である。

【符号の説明】

１ ロッド ４ 遊動体 ５，６ ストッパー ７ 係合部（凸部） ８ 被係合部（凹部） ３２ 掘削刃 ４２ 攪拌羽根

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッド（１）の下端部に掘削刃（３２）
   を備えると共に、掘削刃（３２）の上方に攪拌羽根（４
   ２）を備え、ロッド（１）の下端部から吐出するスラリ
   ーと、土砂を攪拌することによって、コラム体を形成す
   る深層混合処理装置において、 攪拌羽根（４２）を備えた遊動体（４）を、ロッド
   （１）に沿って上下に移動可能に支持し、遊動体（４）
   の移動範囲を規制する一対のストッパー（５，６）を、
   ロッド（１）に設け、上側のストッパー（５）に当接し
   た状態の遊動体（４）をロッド（１）に結合してロッド
   （１）の回転を遊動体（４）に伝達する係合部（７）お
   よび被係合部（８）の一方をロッド（１）に設け、他方
   を遊動体（４）に設けてあることを特徴とする深層混合
   処理装置。
2. 【請求項２】 ロッド（１）の下端部に掘削刃（３２）
   を備えると共に、掘削刃（３２）の上方に攪拌羽根（４
   ２）を備え、ロッド（１）の下端部から吐出するスラリ
   ーと、土砂を攪拌することによって、コラム体を形成す
   る深層混合処理装置において、 攪拌羽根（４２）を備えた遊動体（４）を、ロッド
   （１）に沿って上下に移動可能に支持し、遊動体（４）
   の移動範囲を規制する一対のストッパー（５，６）を、
   ロッド（１）に設け、下側のストッパー（６）に当接し
   た状態の遊動体（４）をロッド（１）に結合してロッド
   （１）の回転を遊動体（４）に伝達する係合部（７）お
   よび被係合部（８）の一方をロッド（１）に設け、他方
   を遊動体（４）に設けてあることを特徴とする深層混合
   処理装置。