JP3509579B2 - 地盤等の攪拌混合処理装置 - 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、例えば、地盤中で
セメント等の粉粒体状固化材を吐出し、攪拌翼を回転さ
せて地盤原位置土と粉粒体状固化材とを混合攪拌して改
良処理杭等を造成するようなときに使用される地盤等の
攪拌混合処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の攪拌処理装置は、内部中空の回
転軸と、該回転軸の下端側に装着された攪拌翼とを有
し、前記回転軸内を経由し前記攪拌翼付近に設けられた
ノズルまで粉粒体状固化材を供給して、該ノズルから吐
出される粉粒体状固化材と地盤土壌とを攪拌混合するも
のである。作用的には、粉粒体状固化材を回転軸内側か
ら攪拌翼の付け根部等から吐出し、地盤中で、粉粒体状
固化材と粘性土等の原位置土とを化学的な結合を利用し
て、改良処理杭を造成したり、土質性状を安定化ないし
は地盤強度を向上する。この地盤改良では、粉粒体状固
化材の化学結合作用が含水比等の土質性状により変化す
ることから、例えば、含水比が深さ方向に大きく変わる
ような施工地盤の場合、地盤強度を均一に処理し難いも
のとなる。そこで、このような対策としては、施工過程
において、含水比の小さな土質ないしは地層に対して加
水により土質性状を調整する（特開平５−１５８４３
号、特開平６−２５７１３６号等）技術がある。

【０００３】図４はその特開平６−２５７１３６号に記
載の装置要部を示している。同図の装置では、回転軸
（削孔パイプ）３０の内部に沿って配置された二重管構
造の内管３１及び外管３２と、回転軸３０を正逆回動す
る回転駆動機構３１と、軸下端側に装着された攪拌翼３
３とを有している。内管３１及び外管３２は、リング状
間隙を保って組み付けられており、上部側が図４（ａ）
の如くスイベルジョイント３４により支持された状態で
回転軸３０から延長され、下部側が図４（ｂ）の如く攪
拌翼３３の根元付近まで延びている。このうち、内管３
１の内側には、管上下方向に沿ってニクロム線３５が配
線されている。内管３１の下端は、回転軸３０の攪拌翼
３３内側に対応して突設された粉体ノズル３６に接続さ
れている。内外管３１，３２の間のリング状間隙は、粉
体ノズル３６と交差する方向に回転軸３０から突設され
た水ノズル３７に接続されている。また、スイベルジョ
イント３４は、上下２箇所に設けられた接続部３４ａ，
３４ｂを有している。上接続部３４ａは外部ホース３８
を内管３１に連通可能にし、下接続部３４ｂは外部ホー
ス３９を内管３１と外管３２のリング状間隙に連通可能
にする。そして、内管３１には、粉体セメントが供給手
段（バッチャープラント）から外部ホース３８を介し導
入される。内外管３１，３２の間隙には、水が供給手段
（バッチャープラント）から外部ホース３９を介し導入
される。

【０００４】以上の装置では、回転軸３０を回転しつつ
設計深度まで貫入した後、引き抜かれる過程等で粉体セ
メントが外部ホース３８、接続部３４ａ、内管３１を通
じて粉体ノズル３６まで空気圧送にて供給され、粉体ノ
ズル３６から吐出されて攪拌翼３３により原位置土と攪
拌混合される。そして、施工地盤において、深さ方向に
低含水比の地層があると予備調査で判明している場合、
当該地層に対し水ノズル３７から加水して最適吸湿状態
に調整できるようにしたものである。また、この構造で
は、回転軸３０内に沿って供給される水により回転軸３
０、粉体セメント用の内管３１が冷却され、低温化によ
り内管３１に露結が発生する。この露結が粉体セメント
の正常な供給を阻害するため、上記したニクロム線３５
に通電しその発熱により露結発生を防ぎ、内管３１の目
詰等を阻止すべく工夫している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した装置にあって
は、施工域が深さ方向に含水比を変化している場合、低
含水比の地層に加水可能にしたことから、粉粒体状固化
材の化学結合作用をそれなりに維持し、改良地盤強度を
深さ方向でも均一化し易い。ところが、この装置構造で
は次のような問題があり、未だ満足できないことが判明
した。すなわち、この装置は、水供給に起因する露結現
象をなくす上で、内外管３１，３２の二重管構造を採用
し、ニクロム線３５等のヒータ作用により粉粒体状固化
材用の内管３１を昇温するものである。しかし、同公報
に記載の如くニクロム線３５等を内管３１の内面に沿っ
てスパイラル状に添設しようとしても、内管３１の径の
制約を受け、管全長が長くなると、ニクロム線３５を的
確に添設できないか、コスト的に問題となる。また、そ
の添設されたニクロム線３５等により内管３１の内面の
平面性が損なわれ、形成される大小の凹凸に対し圧送さ
れる粉粒体状固化材が付着し、正常な供給が維持し難く
なる。しかも、この装置では、内管３１及び粉体ノズル
３６の経路と、内外管３１，３２の間隙及び水ノズル３
７の経路とを形成し、一方が使用状態のとき他方が非使
用状態になる。このため、水ノズル３７からの加水時間
が長くなると、粉体ノズル３６内に付着していた粉粒体
状固化材がその加水された水等により固化し易く、再び
粉粒体状固化材を圧送しても粉体ノズル３６から正常に
吐出できなくなるという事態も起きる。

【０００６】本発明は以上の背景に鑑みなされたもので
ある。その目的は、低含水比の地層に加水可能して、粉
粒体状固化材の化学結合作用及び地盤強度を均一化する
構造において、装置構成を簡易化してより合理的な施工
を可能にする地盤等の攪拌混合処理装置を提供すること
にある。他の目的は以下の内容説明の中で明らかにす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、回転駆動機構により回動されて、地表側から
地盤中に貫入されたり引き抜かれる回転軸と、該回転軸
の下端側に装着された攪拌翼とを有し、前記回転軸内を
経由し前記攪拌翼付近に設けられたノズルまで粉粒体状
固化材を供給し、該ノズルから吐出される粉粒体状固化
材と地盤土壌とを攪拌混合する地盤等の攪拌混合処理装
置において、前記回転軸に内設された共通供給管路に対
し、水等の液体を導入する液体供給手段と、乾燥空気を
導入する乾燥空気供給手段と、前記粉粒体状固化材を導
入する粉粒体供給手段とを切換バルブを介しそれぞれ接
続して、当該切換バルブを切り換えることにより前記液
体、乾燥空気、粉粒体状固化材を選択的に導入し前記ノ
ズルから吐出可能にしたものである。

【０００８】以上の本発明装置では、深さ方向に低含水
層や硬い層が存在しない通常施工過程において、液体供
給手段及び乾燥空気供給手段が停止され、粉粒体供給手
段が稼働されて回転軸の引き抜かれる過程等で粉粒体状
固化材を外部ホース、切換バルブ、共通供給管路を通じ
てノズルまで空気圧送し、該ノズルから吐出して攪拌翼
により原位置土と攪拌混合される。これに対し、回転軸
の貫入過程において深さ方向に硬い地層が存在した場
合、又は、回転軸の貫入や引き抜き過程において低含水
比の地層が存在した場合には、液体供給手段が稼働され
ると共に、切換バルブをそれに合わせて切り換えて水等
の液体を外部ホース、切換バルブ、共通供給管路を通じ
てノズルまで供給し、該ノズルから吐出される。硬い地
層では、その吐出される液体量に比例して軟弱化され、
回転軸の貫入速度が正常に維持される。低含水比の地層
では、液体量に比例して含水比が調整されて、粉粒体状
固化材の化学結合作用を維持し改良地盤強度も向上され
る。そして、このように、液体をノズルから吐出した後
は、乾燥空気供給手段が稼働されると共に、切換バルブ
をそれに合わせて切り換えて加熱空気等を外部ホース、
切換バルブ、共通供給管路を通じてノズルまで供給し、
該ノズルから吐出される。この操作は、粉粒体供給手段
が再び稼働される前に行われ、共通供給管路及びノズル
内を加熱空気等により乾燥して、以後に供給される粉粒
体状固化材の管内付着を防止する。

【０００９】本発明において、液体供給手段は、水等の
液体をポンプ及び変形自在な外部ホース等を通じて切換
バルブ側へ供給する機構である。乾燥空気供給手段は、
例えば、圧縮空気を所定圧で加熱器等を介して外部ホー
ス等を通じて切換バルブ側へ供給する機構である。この
圧縮空気は、粉粒体供給手段の空気圧送力としても兼用
可能である。粉粒体供給手段は、粉粒体状固化材を空気
圧送にて外部ホース等を通じて切換バルブ側へ供給する
機構である。切換バルブは、共通供給管路へ前記各手段
の任意のものを選択的に連通可能なものであり、２以上
で構成してもよく、要は共通供給管路の上端側に液体、
乾燥空気、粉粒体状固化材を導入するに際し適宜に切り
換え可能にするバルブ構成である。したがって、この装
置構造では、各手段がそれ自身個々的に周知のものであ
り、共通供給管路の回転軸への配管が単純化され、切換
バルブ自体も市販品のものでよいことから、既存の攪拌
混合処理装置でも最小経費で、容易に適用ないしは構成
可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて詳細に説明する。この形態例は好適な２つ
の具体例であるが、本発明の技術的範囲を制約するもの
ではない。

【００１１】（第１形態例）この形態の攪拌混合処理装
置において、従来と異なる構成は、回転軸１内に設けら
れる単一の共通供給管路２に対し、外部に設置される液
体供給手段３、乾燥空気供給手段４、粉粒体供給手段５
がそれぞれ切換バルブ６及び切換バルブ７，８を介し接
続されて、液体、乾燥空気、セメント等の粉粒体状固化
材の何れかを選択的に導入可能にしたものである。

【００１２】ここで、回転軸１は筒状をなし、内部に沿
って設けられた共通供給管２と、軸下端側に２段に取り
付けられた攪拌翼９Ａ、９Ｂと、攪拌翼９Ｂの根元付近
に設けられたノズル１０と、上端側に設けられる回転駆
動機構１１及びスイベル管１２を備えている。そして、
施工時には、例えば、回転軸１が図示を省略しているベ
ースマシン側のリーダー１３及びウインチ機構等を介し
て移動可能に支持されて、地盤下へ貫入されたり、引き
抜かれる。なお、回転駆動機構１１は、従来と同様に回
転軸１を電動モーター及び減速ギア機構等を介して正転
・逆転するもので、リーダー１３に沿って昇降される。

【００１３】共通供給管２の上端２ａは、スイベル管１
２の上蓋１２ａを貫通し、切換バルブ６の排出口に接続
されている。切換バルブ６は、外部ホース１４，１５を
接続する２個の導入口を有し、その各導入口を前記排出
口つまり共通供給管２に連通可能に切り換えるもので、
上蓋１２ａ上に支持された状態で設けられている。下端
２ｂは、回転軸１の攪拌翼９Ｂの基部付近に対応して設
けられているノズル１０に接続されている。ノズル１０
は、その吐出口が攪拌翼９Ｂに沿った向きに配置されて
いる。このようなノズル１０は攪拌翼９Ｂ側と共に攪拌
翼９Ａ側にも設けられることもある。

【００１４】外部ホース１４，１５は変形自在なホース
である。外部ホース１４は、粉粒体供給手段５の出口と
切換バルブ６（この一方の導入口）との間の経路を形成
している。これに対し、外部ホース１５は、乾燥空気供
給手段４と粉粒体供給手段５とを接続している配管１６
の途中に介在された切換バルブ８と切換バルブ６（この
他方の導入口）との間の経路を形成している。外部ホー
ス１５の途中には切換バルブ７が介在されている。この
切換バルブ７は、液体供給手段３から圧送される水と、
乾燥空気供給手段４から圧送される加熱空気とを選択的
に切り換えて切換バルブ６側へ供給可能にするものであ
る。

【００１５】液体供給手段３は、貯水槽１７と、ポンプ
１８と、ポンプ１８と切換バルブ７の導入口との間を接
続しているホース１９等を有し、ポンプ１８を駆動する
ことにより貯水槽１７の水をホース１９を通じて切換バ
ルブ７及び外部ホース１５側へ供給するものである。乾
燥空気供給手段４は、コンプレッサー２０及び加熱器２
１等を有し、コンプレッサー２０で生成される圧縮空気
を加熱器２１にて加熱して、切換バルブ８を介し外部ホ
ース１５側へ供給するものである。また、この乾燥空気
供給手段４は、粉粒体供給手段５の粉状セメントを圧送
する手段も兼ねている。すなわち、粉粒体供給手段５
は、サイロ等から供給される粉粒体状セメントを一時ス
トックし、下供給部５ａに切換バルブ８を介して導入さ
れる乾燥空気供給手段４からの圧縮空気により、下供給
部５ａ内の粉粒体状セメントを外部ホース１４側へ所定
量づつ連続式に圧送するものである。この導入される圧
縮空気は、加熱器２１を停止し加熱されないか、昇温度
合いを低くなるよう調整される。

【００１６】以上の液体供給手段３、乾燥空気供給手段
４、粉粒体供給手段５は次のような要領にて択一的に駆
動される。深さ方向に低含水層や硬い層が存在しない通
常施工では、回転軸１の引き抜かれる過程等において、
粉粒体供給手段５だけが稼働される。すると、粉状セメ
ントは外部ホース１４、切換バルブ６、共通供給管路２
を通じてノズル１０まで圧送され、ノズル１０から吐出
されて攪拌翼９Ａ，９Ｂにより原位置土と攪拌混合され
る。一方、深さ方向に硬い地層が存在したり、低含水比
の地層が存在したときには、液体供給手段３だけが稼働
され、切換バルブ６，７がそれに合わせて切り換えられ
る。貯水槽１７の水は外部ホース１５、切換バルブ６、
共通供給管路２を通じてノズル１０まで供給され、ノズ
ル１０から攪拌翼９Ｂ周りに吐出される。すると、硬い
地層では、吐出された水量に比例して軟弱化され、回転
軸１の貫入が遅くなることなく正常に維持される。低含
水比の地層では、含水比が高くなるよう調整される。こ
のように、水を吐出した後は、乾燥空気供給手段４が稼
働されて、同時に切換バルブ８，７，６をそれに合わせ
て切り換える。加熱空気は、配管１６、切換バルブ８及
び７、外部ホース１５、切換バルブ６、共通供給管路２
を通じて圧送され、ノズル１０から吐出される。共通供
給管路２及びノズル１０内は、所定時間経過すると、水
滴等の付着がその加熱空気により除去されて、以後の粉
状セメントをスムースに供給可能になる。このような乾
燥方式では、共通供給管路２及びノズル１０を完全に乾
燥するまでの供給時間等について、乾燥空気供給手段４
の供給能力等に応じ、予め試験等で算出しておくことが
好ましい。

【００１７】（第２形態例）この攪拌混合処理装置は、
液体供給手段３や乾燥空気供給手段４並びに粉粒体供給
手段５と、共通供給管路２との経路及び切換バルブ構成
を変更した例である。したがって、この形態装置では、
図１の装置と同一部材ないしは部位に同じ符号を付して
その説明を省き、変更点のみを詳述する。

【００１８】共通供給管路２は、スイベル管１２の筒周
りから外部へ導通された上端部分１２ａを有している。
そして、液体供給手段３、乾燥空気供給手段４、粉粒体
供給手段５は、ユニット化された状態に配置され、切換
バルブ２２にそれぞれ接続されて、切換バルブ２２と上
端部分１２ａとの間に接続された外部ホース２４を介し
て共通供給管路２に水、加熱空気、粉状セメントを選択
的に供給可能になっていると共に、共通の制御部２３を
有している。なお、液体供給手段３は、ポンプ１８と切
換バルブ２２の導入口との間を接続している配管２５を
有している。乾燥空気供給手段４は縦型であり、加熱器
２１の出口と切換バルブ２２の導入口との間に接続され
た配管２６を有している。粉粒体供給手段５は、粉粒体
状セメントを一時ストックし、下供給部５ａにコンプレ
ッサー２１Ａから導入される圧縮空気により、下供給部
５ａ内の粉状セメントを配管２７から切換バルブ２２側
へ所定量づつ連続式に圧送する。

【００１９】制御部２３は、各手段３，４，５５の駆動
部及び切換バルブ２２の作動を制御するものであり、回
転駆動機構１１の電動モーターに付設された電源制御部
から回転軸１の貫入時等における実電流値Ａ_Xを逐次受
信し、設定電流値Ａと比較判断可能になっている。図３
はその実電流値Ａ_Xと設定電流値Ａとを比較して、液体
供給手段３及び乾燥空気供給手段４の制御を行う際の流
れを示している。この制御思想は、例えば、回転軸１の
貫入過程において、深さ方向に硬い地層が存在したり、
低含水比の地層が存在した場合、前記電動モーターの負
荷に起因して実電流値Ａ_Xが設定電流値Ａよりも大きく
なるが、それを利用して液体供給手段３及び乾燥空気供
給手段４の稼働を自動制御可能にした一例である。

【００２０】すなわち、制御部２３では、回転軸１が設
計深さまで貫入される途中において、実電流値Ａ_Xが設
定電流値Ａより大と判断すると（ステップ１）、液体供
給手段３の導入を許容するよう切換バルブ２２に切換信
号を送ると同時に、液体供給手段３のポンプ１８へ稼働
信号を送信する（ステップ２）。すると、貯水槽１７の
水は、配管２５、切換バルブ２２、外部ホース２４、共
通供給管路２を通じてノズル１０まで供給され、ノズル
１０から現位置土へ吐出される（ステップ３，４）。こ
の水の吐出は、実電流値Ａ_Xが設定電流値Ａより小さく
なるまで継続される（ステップ５）。制御部２３は、実
電流値Ａ_Xが設定電流値Ａより小さいと判断すると、乾
燥空気供給手段４の導入を許容するよう切換バルブ２２
に切換信号を送ると同時に、乾燥空気供給手段４へ稼働
信号を、ポンプ１８へ停止信号をそれぞれ送信する（ス
テップ６）。すると、乾燥空気供給手段４の加熱空気
は、配管２６、切換バルブ２２、外部ホース２４、共通
供給管路２を通じて圧送され、ノズル１０から吐出され
る（ステップ７，８）。加熱空気の圧送は、乾燥空気供
給手段４の稼働時間Ｔ_Xが設計上決められた時間Ｔを経
過するまで継続される（ステップ９）。時間Ｔが経過し
た後は、乾燥空気供給手段４へ停止信号を、切換バルブ
２２へ切換信号（バルブを中立状態に切り換える信号、
又は、固化材供給手段５の導入を許容するよう切り換え
る信号）をそれぞれ送信する（ステップ１０）。なお、
図３では粉粒体供給手段５の制御を省略しているが、こ
れ自体の制御は従来とほぼ同様に行われる。つまり、回
転軸１の引き抜き過程等において、粉粒体供給手段５が
稼働される。セメント等の粉粒体状固化材は、配管２
７、切換バルブ２２、外部ホース２４、共通供給管路２
を通じてノズル１０まで空気圧送され、ノズル１０から
吐出されて攪拌翼９Ｂ周りへ吐出され、原位置土と攪拌
混合されることになる。

【００２１】なお、本発明装置は、請求項１，２に記載
した技術要素以外についてはこの実施形態に限られるこ
となく、施工規模や条件等に応じ、また地盤性状等に応
じて適宜に変更されるものである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る地盤
等の攪拌混合処理装置は、低含水比や硬い地層に加水可
能にした構造において、液体供給手段と乾燥空気供給手
段及び粉粒体供給手段を切換バルブを介し選択的に利用
することから、既存の攪拌混合処理装置の変更を最小限
に抑えて適用可能にし、装置的に簡素化できると共に経
費増も少なく、従来の如くノズルに付着した粉粒体状固
化材が吐出した水等により固化するというようなトラブ
ル発生要因がなくなって信頼性をより向上できる。ま
た、本発明装置では、請求項２の如く回転駆動機構の電
動モーターの電流値が所定値を上回ったときに液体供給
手段を稼働して、切換バルブの切り換えを介し共通供給
管路に液体を供給することにより、前記各手段及び切換
バルブの制御が簡素化され、回転軸の貫入速度を正常に
維持し、同時に含水比調整も行えることから、より合理
的な施工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の攪拌混合処理装置例を模式的に示す構
成図である。

【図２】本発明の他の攪拌混合処理装置例を模式的に示
す構成図である。

【図３】図２の装置における各手段の制御例を示す図で
ある。

【図４】従来装置の回転軸の上下部分を示す要部図であ
る。

【符号の説明】

１は回転軸 ２は共通供給管路 ３は液体供給手段 ４は乾燥空気供給手段 ５は粉粒体供給手段 ６，７，８，２２は切換バルブ ９Ａ、９Ｂは攪拌翼 １１は回転駆動機構 １２はスイベル管 ２３は制御部

フロントページの続き (72)発明者 永井 達也 北海道江別市大麻沢町14−11 (56)参考文献 特開 平６−257136（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−200522（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 3/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転駆動機構により回動されて、地表側か
   ら地盤中に貫入されたり引き抜かれる回転軸と、該回転
   軸の下端側に装着された攪拌翼とを有し、前記回転軸内
   を経由し前記攪拌翼付近に設けられたノズルまで粉粒体
   状固化材を供給し、該ノズルから吐出される粉粒体状固
   化材と地盤土壌とを攪拌混合する地盤等の攪拌混合処理
   装置において、 前記回転軸に内設された共通供給管路に対し、水等の液
   体を導入する液体供給手段と、乾燥空気を導入する乾燥
   空気供給手段と、前記粉粒体状固化材を導入する粉粒体
   供給手段とを切換バルブを介しそれぞれ接続して、当該
   切換バルブを切り換えることにより前記液体、乾燥空
   気、粉粒体状固化材を選択的に導入し前記ノズルから吐
   出可能にした、ことを特徴とする地盤等の攪拌混合処理
   装置。
2. 【請求項２】前記液体供給手段は、前記回転駆動機構の
   電動モーターの電流値が所定値を上回った場合に作動さ
   れて、前記切換バルブの切り換えを介し前記共通供給管
   路と連通される請求項１に記載の地盤等の攪拌混合処理
   装置。