JP3443596B2 - ソイル柱施工装置およびソイル柱施工方法 - 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、砂地や埋立地等の
軟弱地盤を強化するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】小径の柱状体の複数箇所に鍔状の大径部
を複数個有するソイル柱は軟弱地盤の強化に有効であ
る。このようなソイル柱の施工方法としては、例えば特
開昭５９−８５０２４号や実開平３−５４８８２号に記
載する装置が知られている。しかしながら、この装置に
よると、シャンクが１個しか備えられていないので、大
径部を形成すべき位置にシャフトの下端部を順次位置合
わせしなければならず面倒であり、また、掘削土砂とセ
メントミルクとが十分に混練された均一なセメント混練
物を調製することが困難である。

【０００３】また、特開平４−２１６７１６号に記載の
方法も知られている。この公報には、下端部に地盤を掘
削するためのヘッドを有する掘削軸から成り、しかも正
回転時には閉じ、逆回転時には開く複数個の切削刃が前
記掘削軸の所定箇所に取り付けられている。この掘削装
置は、まず掘削軸を正回転することによって小径の掘削
孔を形成し、次に掘削軸を逆回転することによって、小
径の掘削孔の所定箇所の内径を拡大することができるよ
うになっている。しかしながら、シャンクは、シャフト
の逆回転時に、シャンクの先端部と小径の掘削孔の内壁
との間に発生する摩擦力によって開くようになっている
が、この摩擦力が不十分な場合にはシャンクは開かず
に、所定個数の大径部が形成されないことがあった。ま
た、掘削時の振動によって掘削孔の周壁が崩れ落ちる場
合があり、所定形状のソイル柱を形成できないことがあ
った。さらに、大径孔部にまで十分なセメントミルクを
注入して均一な組成のセメント混練物を調製することが
困難であり、所定強度を有するソイル柱を形成するに
は、高度の熟練を必要とした。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、小径
の柱状体の複数箇所に鍔状の大径部を複数個有し、しか
も所定の強度を有するソイル柱を、容易かつ確実に施工
できる技術を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明者は上記の課題
を解決すべく種々検討を重ねた結果、下端部に掘削刃を
有するシャフトから成り、前記シャフトの正回転によっ
て所定深さの小径の掘削孔を形成するとともに、前記掘
削孔内に発生した掘削土砂とセメントミルクとを混合し
て地盤中にソイル柱を形成するソイル柱施工装置であっ
て、前記シャフトの長さ方向において、前記シャフトに
沿って前記シャフトの中心軸と平行に取り付けられた保
持軸を備え、前記保持軸の長さ方向の所定間隔を開けた
複数箇所には、前記保持軸の外周面より前記シャフト及
び前記保持軸の中心軸と垂直方向にシャンク刃が延びて
いる複数個のシャンクが取り付けられており、前記保持
軸に取り付けられた前記シャンクは、前記シャフトを正
回転させた時には前記シャフト及び前記保持軸の中心軸
に垂直な面内において閉じているが、前記シャフトを逆
回転させた時には前記面内において放射状に同時に開い
て前記小径の掘削孔の内径を部分的に拡大することを特
徴とする装置とすることによって解決されることを見い
だした。以下に本発明を詳細に説明する。

【０００６】

【発明の実施の形態】第一実施例 図１は、本発明の一実施例としてのソイル柱施工装置を
示すものであり、図２ａは図１のＡ−Ａ’部分における
断面図であり、図２ｂは図１のＢ−Ｂ’部分における断
面図である。

【０００７】また、本発明のソイル柱施工装置は、図１
に示すように、シャフト４の下端部付近のヘッド取付部
４１に、掘削刃２５を有する掘削ヘッド２６が取り付け
られている。この掘削刃２５は、シャフト４の正回転に
よって、掘削刃２５の回転直径に対応する内径を有する
小径の掘削孔を形成できるようになっている。

【０００８】また、シャフト４の上端部付近と下端部付
近には、軸受け孔１５、１６が形成されている。また、
保持軸５には、下方および上方の軸受け孔１５、１６に
内接するように上鍔部１７および下鍔部１８が形成され
ている。この軸受け孔１５および１６には、保持軸５が
回動可能に嵌め込まれるようになっている。なお、上方
の軸受け孔１６は半截して開環するようになっており、
保持軸５は、必要に応じて交換できるようになってい
る。

【０００９】また、図２（ａ）に詳細に示すように、上
記の保持軸５には、複数個のシャンク１９が取り付けら
れている。このシャンク１９は、シャンクに設けられた
孔に保持軸を挿入するとともに固定具（キー）２７を嵌
め込むことによって、保持軸に固定されている。本発明
によると、これらの複数個のシャンクは、シャフトを正
回転させた際にはシャフトに垂直な平面において閉じ、
一方、シャフトを逆回転させた際にはシャンク刃と掘削
孔の周壁との間に大きな摩擦力が発生して、シャフトに
垂直な平面内においてストッパー２５に当たるまで放射
状に開いて、小径の掘削孔の周壁を部分的に拡大する。
なお、シャンク１９は必要に応じて容易に取り替えるこ
とができるようになっている。また、保持軸５に取り付
けられた複数個のシャンク１９は、必ずしも同一形状の
ものには限定されない。例えば、より下方に取り付けら
れるシャンクほど、より大きなシャンクが取り付けられ
ていてもよい。

【００１０】本発明によると、上記のシャンクのそれぞ
れは、回動可能に取り付けられた保持軸上に固定されて
いるので、全てのシャンクは同時に開閉する。従って、
仮に、複数個のシャンクのうちの一部のシャンクと掘削
孔の周壁との間の摩擦力が小さい場合であっても、その
他のシャンクと掘削孔の周壁との間に、シャンクが開く
のに十分な摩擦力が発生している場合には、全てのシャ
ンクが開くようになっている。これによって所定個数の
大径部を有するソイル柱を確実に施工することができ
る。

【００１１】また、本発明によると、上記の保持軸５の
上端部付近には、シャンク１９と略平行に取り付けられ
たレバー２１が取り付けられている。このレバー２１
は、地中にあるシャンク１９が開いているのか閉じてい
るのかを、地上から確認できるようになっている。ま
た、このレバー２１は、シャンクの開閉を、地上から手
動または機械的に援助することができる。

【００１２】また、このソイル柱施工装置のシャフト
は、その上端部に設けられたセメントミルクを注入する
ための注入口１１と、この注入口から注入されたセメン
トミルクをシャフトの下端部付近に導くためにシャフト
内に形成されたチャネル１２と、シャフトの下端部付近
に設けられたセメントミルクを放出するための第１の放
出口１３とを有している。従って、本発明によると、注
入口１１から供給されたセメントミルクは、チャネル１
２を通って、シャフト４の下端部付近の第一の放出口１
３から放出されるようになっている。なお、本発明は、
注入口、チャネルおよび第一の放出口が、上記実施例の
ようにシャフトに設けられているものに限定されず、保
持軸に設けられていてもよい。

【００１３】また、本発明のソイル柱施工装置は、上記
の第一の放出口１３に加えて、シャンクのそれぞれの取
付け位置の近傍に、セメントミルクを放出するための第
二の放出口２２が設けられている。この第２の放出口２
２を設けることによって、そこから放出されたセメント
ミルクは大径孔部内に発生した掘削土砂と効率的に混練
されて均一なセメント混練物が調製されるようになって
いる。特に、本発明による第２の放出口２２は、図２
（ａ）に示すように、シャンクが閉じている時にはシャ
ンクの腹部に取り付けられた栓２３によって封止され、
シャンクが開いている時にはこの栓は開放されるように
なっている。これによって、シャフトを逆回転させた際
に、第二の放出口からセメントミルクを放出することが
できる。また、本発明の第二の放出口は、より下方に設
けられた放出口ほど、放出口の口径が大きくなってい
る。これは、より上方の放出口ほどセメントミルクの液
圧が大きいので、同じ口径の放出口を設けたのでは、上
方の放出口から大量のセメントミルクが放出されてしま
うからである。

【００１４】また、本発明のソイル柱施工装置のシャフ
ト４には、掘削孔の周壁を押し固めるためのローラー８
が取り付けられている。このローラー８は、図３に示す
ように、ローラー取付台４４’、４５’に取り付けられ
ている。このローラー８は、シャンク６の回転に伴っ
て、掘削孔の周壁に沿って転がりながら、掘削孔の周壁
を押し固めるようになっている。このローラー８によっ
て掘削孔の周壁を固く押し固めるため、施工途中におい
て周壁が崩壊等するのを防止でき、所定形状のソイル柱
が確実に施工される。なお、ローラーは、保持軸に取り
付けられていてもよい。

【００１５】上記のソイル柱施工装置は、例えば図４に
示すようにして使用される。なお、このソイル柱施工装
置は、グランドホース３を介して公知のモルタルプラン
ト１が接続されている。

【００１６】（１） まず、ソイル柱を施工すべき地盤
に、シャフト４を正方向に回転させて掘削を開始して、
掘削刃の回転に対応する直径の所定深さの小径の掘削孔
を形成する。シャフトに取りつけられたローラーによっ
て、掘削孔の周壁は十分に押し固められるので、排土が
発生しないことに加えて、掘削時の振動によって掘削孔
の周壁が崩壊するのが防止される。セメントミルクの放
出は、掘削を始めると同時に開始することが望ましい
が、掘削ヘッド２６が埋まる程度まで掘削した時点やそ
れ以降に開始してもよい。

【００１７】（２） 上記のようにして、所定深さの小
径の掘削孔が形成された後に、シャフト４を逆回転す
る。シャフトを逆回転させると、保持軸上に取り付けら
れた複数個のシャンク６は掘削孔の周壁からの摩擦抵抗
によって同時に開いて、掘削孔の内径は部分的に拡大す
る。地中のシャンクが実際に開いているか否かについて
は、レバー２１の開閉によって確認できる。なお、仮
に、シャフトを逆回転させてもシャンクが開いていない
場合には、レバーを手動で開けることによって、地中の
シャンクを開くことができる。シャフトの逆回転時に
は、必要に応じて、大径孔部が所定の厚みを有するよう
にシャフトを一定幅だけ上下に振幅させてもよい。

【００１８】本発明においては、複数個のシャンクがシ
ャフトの長さ方向に所定間隔を開けて設けられているた
め、複数個の大径孔部が同時に形成される。従って、大
径孔部の形成時に発生する掘削土砂もセメントミルクと
混練されて均一なセメント混練物となる。この点に関し
て、特開昭５９−８５０２４号や実開平３−５４８８２
号に記載されるようなシャンクがシャフトの下端部にの
み設けられ、各大径孔部を順次形成する従来のソイル柱
施工装置と顕著に相違する。また、本発明によると、複
数個のシャンクは、保持軸に固定されているために、同
時に開くようになっている。このため、一部のシャンク
が開かないことによって、所定個数の大径部を有しない
ソイル柱となることが防止される。この点に関して、シ
ャンクが夫々独立して開閉する特開平４−２１６７１６
号に記載のソイル柱施工装置と相違する。さらに、本発
明によると、シャフトを逆回転した際に、各シャフトの
近傍からセメントミルクが放出されるようになっている
ため、大径孔部に発生した掘削土砂をセメントミルクと
十分に混練することができる。

【００１９】（３） 最後に、シャフト４を再び正回転
させてシャンクを閉じながら、シャフト４を引き出す。
この時、シャフトの近傍にある放出口は閉じており、こ
こからのセメントミルクの供給は中止されている。その
後、一定時間放置すると、セメント混練物が固化して、
小径の柱状体の複数箇所に鍔状の大径部を有するソイル
柱が形成される。

【００２０】なお、本発明のソイル柱施工装置による
と、図５に示すような線状や、図６に示すような格子状
または放射状に配列施工された複数個のソイル柱群を形
成することができる。これによって、より高重量の建造
物に耐えうるように地盤改良することができる。このよ
うなソイル柱の配列施工の方法としては、例えば、隣接
するソイル柱の深さを適宜調整して、隣接するソイル柱
の大径部と小径部とが互いに係合しあうように、各ソイ
ル柱を配列施工する方法が挙げられる。

【００２１】なお、シャンクは、上記実施例のように固
定具２７を使用して固定するものに限定されず、例えば
溶接によって取り付けたものであってもよい。

【００２２】第二実施例 図７は、本発明の第二実施例によるソイル柱施工装置の
断面図である。このソイル柱施工装置のシャフト４の周
壁は部分的に入り込んでおり、ここに保持軸５が配置さ
れるようになっている。即ち、保持軸５は、シャフトの
回転半径内に納まるように、シャフトに取り付けられる
ようになっている。これによって、保持軸への土砂の付
着を抑制することができるとともに、シャフトの回転効
率を向上することができる。なお、シャフト４には、セ
メントミルクを供給するためのチャネル１２が形成され
ている。

【００２３】また、図示されていないが、このソイル柱
施工装置は、第一実施例と同様に、保持軸５にはシャン
クが取り付けられており、保持軸および／またはシャフ
トにはローラーが取り付けられている。

【００２４】第三実施例 図８は、本発明の第三実施例によるソイル柱施工装置の
正回転時の断面図であり、図９は逆回転時の断面図であ
る。このソイル柱施工装置は、下端部に掘削刃を有する
セントラルパイプ５１と、セントラルパイプを中心に環
状に配列された保持軸５’、セメントミルク管５２およ
び補強管５３と、これらの周囲を覆うように取り付けら
れた外管５４とから成る。

【００２５】上記の保持軸５１は、セントラルパイプ５
１を中心として対称的に配置されている。また、この保
持軸５１は、軸回転可能なように、セントラルパイプ５
１に取り付けられている。さらに、この保持軸５１に
は、実施例１と同様の複数個のシャンク１９が所定間隔
を開けて取り付けられている。

【００２６】上記の補強管５３は、シャンクを有しない
点を除いては、保持軸５’と略同様の管体から成るもの
である。

【００２７】また、このソイル柱施工装置の外管５４に
は、切欠部５５が形成されており、この切欠部からシャ
ンクが開くとともに、次述するようにセメントミルクが
放出されるようになっている。

【００２８】このソイル柱施工装置のセメントミルク管
５２は、その上端部に設けられたセメントミルクを注入
するための注入口（図示せず）と、この注入口から注入
されたセメントミルクをセメントミルク管の下端部付近
に導くために内部に形成されたチャネル１２’と、セメ
ントミルク管の下端部付近に設けられたセメントミルク
を放出するための第１の放出口（図示せず）とを有して
いる。従って、本発明によると、注入口１１から供給さ
れたセメントミルクは、チャネル１２’を通って、セメ
ントミルク管４の下端部付近の第一の放出口から放出さ
れるようになっている。

【００２９】また、本発明のソイル柱施工装置は、上記
の第一の放出口に加えて、シャンクのそれぞれの取付け
位置の近傍にも、セメントミルクを放出するための第二
の放出口２２’が設けられている。この第２の放出口２
２’を設けることによって、そこから放出されたセメン
トミルクは大径孔部内に発生した掘削土砂と効率的に混
練されて均一なセメント混練物が調製されるようになっ
ている。特に、本発明による第２の放出口２２’は、シ
ャンク１９が閉じている時にはシャンクの腹部に取り付
けられた栓２３によって封止され、シャンクが開いてい
る時にはこの栓は開放されるようになっている。これに
よって、シャフトを逆回転させた際に、第二の放出口か
らセメントミルクを放出することができる。また、本発
明の第二の放出口２２’は、より下方に設けられた放出
口ほど、放出口の口径が大きくなっている。これは、よ
り上方の放出口ほどセメントミルクの液圧が大きいの
で、同じ口径の放出口を設けると、より上方の放出口ほ
ど大量にセメントミルクが放出されるからである。

【００３０】この第三実施例に示すソイル柱施工装置
は、複数個の保持軸を環状に配列することによって、強
度が向上するので、より深いソイル柱を形成したり、よ
り大きな石を含む地盤にソイル柱を形成するのに有利で
ある。また、このソイル柱施工装置は、外管５４を別途
設けたことによって、装置への土砂の付着を有効に抑制
することができる。

【００３１】図示していないが、このソイル柱施工装置
は、実施例１と同様のローラーが、外管５４に設けられ
ている。なお、このローラーは、保持軸、セメントミル
ク管、補強管またはセントラルパイプに取り付けられて
おり、しかも、外管に対応する別の切欠部が形成されて
いてもよい。

【００３２】なお、この第三実施例においては、セント
ラルパイプ、セメントミルク管、補強管および／または
外管が、本発明のシャフトとしての役割を果たしてい
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によると、掘削土砂の一部はロー
ラーとシャンク背部とによって掘削孔周壁に押し固め
（圧密）され、その残りはセメントミルクと均一に混練
されてセメント混練物になるため、排土は殆ど発生しな
い。また、本発明によると、複数個のシャンクは同時に
開閉するので、一部のシャンクが開かずに所定個数の大
径部が形成されないという問題が回避できる。また、本
発明によると、シャンクの開閉に連動するレバーによっ
て、シャンクの開閉状態を地上から確認することができ
る。さらに、シャンクの取りつけ位置の近傍に、第二の
放出口を設けたことにより、大径孔部において発生した
掘削土砂とセメントミルクとを均一に混練することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のソイル柱施工装置の正面図である。

【図２】 本発明のソイル柱施工装置の断面図である。

【図３】 本発明のソイル柱施工装置のローラーを示す
図である。

【図４】 本発明のソイル柱施工装置の使用状態を示す
図である。

【図５】 本発明によるソイル柱の一例を示す図であ
る。

【図６】 本発明によるソイル柱の一例を示す図であ
る。

【図７】 本発明の別の実施例によるシャフトの断面図
である。

【図８】 本発明の別の実施例によるシャフトの正回転
時の断面図である。

【図９】 本発明の別の実施例によるシャフトの逆回転
時の断面図である。

【符号の説明】

４ シャフト ５ 保持軸 ８ ローラー １３ 第一の放出口 １９ シャンク ２２ 第二の放出口 ２５ 掘削刃

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−68922（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−216716（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−298983（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−298982（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−41948（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−94190（ＪＰ，Ｕ) 実用新案登録3042002（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 5/46 E02D 3/12 102

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下端部に掘削刃を有するシャフトから成
   り、前記シャフトの正回転によって所定深さの小径の掘
   削孔を形成するとともに、前記掘削孔内に発生した掘削
   土砂とセメントミルクとを混合して地盤中にソイル柱を
   形成するソイル柱施工装置であって、前記シャフトの長さ方向において、前記シャフトに沿っ
   て前記シャフトの中心軸と平行に取り付けられた保持軸
   を備え、前記保持軸の長さ方向の所定間隔を開けた複数
   箇所には、前記保持軸の外周面より前記シャフト及び前
   記保持軸の中心軸と垂直方向にシャンク刃が延びている
   複数個のシャンクが取り付けられており、前記保持軸に
   取り付けられた前記シャンクは、前記シャフトを正回転
   させた時には前記シャフト及び前記保持軸の中心軸に垂
   直な面内において閉じているが、前記シャフトを逆回転
   させた時には前記面内において放射状に同時に開いて前
   記小径の掘削孔の内径を部分的に拡大することを特徴と
   する装置。
2. 【請求項２】 前記シャンクの開閉を確認するためのレ
   バーが、前記保持軸の上端部付近において、前記保持軸
   の外周面より前記シャフト及び前記保持軸の中心軸と垂
   直方向に延びており、かつ、前記シャンクと平行に前記
   保持軸に取り付けられていることを特徴とする請求項１
   に記載のソイル柱施工装置。
3. 【請求項３】 円柱状のローラーが、前記ローラーの中
   心軸と前記シャフトの中心軸とが平行になるように、前
   記シャフトおよび／または前記保持軸の側面に取り付け
   られており、前記ローラーは、前記シャフトの回転に伴
   って前記掘削孔の周壁を押し固めるようになっているこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のソイル
   柱施工装置。
4. 【請求項４】 前記セメントミルクを放出するための放
   出口が、前記シャンクが開いている時には開放され、前
   記シャンクが閉じている時には封鎖されるように、前記
   シャンクの近傍に形成されていることを特徴とする請求
   項１〜３のいずれか１項に記載のソイル柱施工装置。