JP3612204B2 - 合成杭構築用掘削攪拌装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はソイルセメントと中空杭からなる合成杭を構築する方法に使用され、地盤を掘削しながら、固化材と掘削土を攪拌，混合する合成杭構築用掘削攪拌装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ソイルセメントと鋼管杭等の中空杭からなる合成杭を構築する方法は、掘削攪拌装置により支持層まで地盤を掘削しながら、固化材と掘削土を攪拌，混合した後、掘削攪拌装置を引き抜いて掘削土と固化材が混合したソイルセメント中に中空杭を挿入することにより、または中空杭の下端から掘削攪拌装置を突出させ、掘削攪拌装置により地盤を先行して掘削，攪拌しながら、掘削攪拌装置と中空杭を同時に降下させることにより行われる。
【０００３】
後者の、掘削攪拌装置を中空杭の下端より突出させて施工する方法では、固化材は中空杭に先行して降下する掘削攪拌装置の攪拌翼によって掘削土と攪拌，混合されるが、固化材は掘削ロッドの先端から吐出されることから、中空杭の内部に流入する傾向があり、過剰に流入すれば中空杭外部の固化材と掘削土との混合が不十分になるため、中空杭の内部と外部のソイルセメントの密度に差が生ずる可能性がある。
【０００４】
この発明は上記背景より、中空杭の内部と外部のソイルセメントに密度差を発生させない掘削攪拌装置を提案するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明ではロッドの外周に、掘削ビットが地盤を掘削する向きにロッドが回転するときに掘削土に下向きの力を加える向きの螺旋翼を部分的に、もしくは連続的に突設することにより、掘削ビットが地盤を掘削しながらロッドが降下するときに、ロッドと共に回転する螺旋翼によって中空杭の内部に存在する掘削土と固化材を下向きに押し、固化材、あるいは固化材と掘削土の混合物であるソイルセメントが中空杭の内部に集中的に流入することを抑制する。
【０００６】
掘削攪拌装置はロッドと、その先端に接続される掘削ビットと、ロッドの外周に装着される掘削攪拌翼と、上記螺旋翼から構成され、ロッドがいずれか一方の向きに回転しながら、中空杭と共に降下するときに、掘削ビットと掘削攪拌翼が掘削した掘削土と固化材を掘削攪拌翼が攪拌，混合し、ソイルセメントと中空杭から構成される合成杭を構築する。
【０００７】
螺旋翼は掘削ビットが地盤を掘削する向きにロッドが回転するときに、掘削土に下向きの力を加える向きに形成されることで、ロッドの回転と共に掘削土と固化材を下向きに押し、ソイルセメントが中空杭の内部に過剰に流入することと、流入したソイルセメントがロッドと共に降下する中空杭に対して上昇することを抑制し、ソイルセメントを中空杭の外部に行き亘らせる。
【０００８】
固化材やソイルセメントの、中空杭内部への過剰な流入が抑制されることで、中空杭外部の固化材と掘削土との混合が十分に行われ、中空杭内部のソイルセメントの密度と、外部のソイルセメントの密度の差がなくなる。
【０００９】
螺旋翼はまた、ロッドの回転と共にソイルセメントを下向きに押すことで、中空杭内部のソイルセメントを圧密させ、ソイルセメント内に気泡が発生することを防止する。ロッドが降下時とは逆向きに回転しながら上昇するときには、螺旋翼はソイルセメントを上向きに押すため、このときにも中空杭内部のソイルセメントを圧密させ、ソイルセメント内での気泡の発生を防止する働きをする。
【００１０】
中空杭の内周面とロッドの外周面との間の間隔は従来、ロッドの外周に装着されるスタビライザによって保持されるが、本発明では螺旋翼がロッドに対して少なくとも部分的に、螺旋状に形成されることで、中空杭の内部で中空杭内周面とロッド外周面との間の間隔を保持する役目を持つため、従来のスタビライザは不要になる。
【００１１】
中空杭の径が大きく、螺旋翼の外周と中空杭内周面との間の間隔が大きい場合には、螺旋翼の外周と中空杭の内周面間の間隔を保持する調整翼を螺旋翼に着脱自在に固定することにより、ロッドを交換することなく、中空杭の径の相違に対応することが可能になる。調整翼は螺旋翼に固定されることで、螺旋翼と中空杭間の間隔を保持する役目と、掘削土と固化材の上昇を抑制する役目を持つ。
【００１２】
調整翼を螺旋翼に対して着脱自在に固定する上で、螺旋翼と調整翼にはボルトやピンが挿通する挿通孔が明けられるが、請求項２に記載のように調整翼の挿通孔をロッドの半径方向に間隔をおいて複数列明けることにより、一種類のロッドと一種類の調整翼によって中空杭の径の変化に対応することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１の掘削攪拌装置１は図１に示すようにロッド２と、その先端に接続される掘削ビット３と、ロッド２の外周に装着される掘削攪拌翼４と、ロッド２の外周に突設される螺旋翼５から構成され、ロッド２がいずれか一方の向きに回転しながら、鋼管杭や中空のコンクリート杭等の中空杭１１と共に降下するときに、掘削ビット３と掘削攪拌翼４が掘削した掘削土と固化材を掘削攪拌翼４が攪拌，混合し、螺旋翼５が掘削土と固化材の上昇を抑制するものである。
【００１４】
螺旋翼５は図１，図５に示すように掘削ビット３が地盤を掘削する向きにロッド２が回転するときに掘削土に下向きの力を加える向きに螺旋状に形成され、ロッド２の長さ方向には部分的に、もしくは連続的に形成される。
【００１５】
図面ではロッド２が正（時計回りに）回転するときに地盤を掘削する向きに掘削ビット３を形成していることに対応し、上方から下方へ向けて反時計回りとなる向きに螺旋翼５を形成しているが、ロッド２が逆（反時計回りに）回転するときに掘削ビット３が地盤を掘削する場合には、螺旋翼５は上方から下方へ向けて時計回りとなる向きに形成される。
【００１６】
掘削攪拌翼４が掘削する掘削孔の径は中空杭１１の径より大きいことから、ロッド２の中心から掘削攪拌翼４の先端までの距離は中空杭１１の半径より大きいが、掘削攪拌翼４は中空杭１１をソイルセメント１２中に残してロッド２を引き上げるときにロッド２内に格納されるよう、ロッド２に対して回転自在に装着される。
【００１７】
図１では図１０−（ｃ） 〜（ｅ） に示すように掘削攪拌翼４をロッド２内に格納した後に再度掘削攪拌翼４をロッド２の下端から突出させ、掘削攪拌翼４による攪拌が行えるようにするために、ロッド２の外周にロッド２の回転から絶縁された状態で装着されるスリーブ６の外周に掘削攪拌翼４を回転自在に連結し、ロッド２の回転や昇降と共に掘削攪拌翼４が開閉するようにしている。
【００１８】
図１のｘ−ｘ線断面図である図２に示すようにロッド２の、スリーブ６が装着される部分の外周には掘削攪拌翼４の閉鎖時と開放時にスリーブ６が係止する被係止部２１が形成される。一方、図３に示すようにスリーブ６の内周の、掘削攪拌翼４の閉鎖時と開放時に被係止部２１に対応した位置には被係止部２１に係止する係止部６１が形成される。
【００１９】
この場合、スリーブ６はロッド２の回転から絶縁されることで、係止部６１が被係止部２１に係止するまでロッド２の回転の向きとは逆向きに回転し、係止部６１が被係止部２１に係止した後にロッド２と共に回転する。
【００２０】
掘削攪拌翼４はスリーブ６の外周に一体化しているプレート６２にピン６３により水平な軸、あるいは水平に対して傾斜した軸の回りに回転自在に連結され、図１に実線で示すようにロッド２の正回転時や降下時にその向きと逆向きの土の抵抗により開放し、ロッド２の逆回転時や上昇時にその向きと逆向きの土の抵抗により鎖線で示すように閉鎖する。
【００２１】
ロッド２の外周の、スリーブ６の下に突設される下部ストッパ７は図２に示すように掘削攪拌翼４の開放時に掘削攪拌翼４が下向きに係止可能で、掘削攪拌翼４の閉鎖時に掘削攪拌翼４が離脱できる形状をし、掘削攪拌翼４は開放時には下部ストッパ７によって下向きに回転せず、閉鎖しないように保持される。ロッド２の外周の、スリーブ６の上には掘削攪拌翼４が開放しているときに、土の上向きの抵抗によって更に上向きに回転しないように保持する上部ストッパ８が突設される。
【００２２】
ロッド２が正回転し、掘削攪拌翼４が開放した状態では、図４−（ａ） に示すようにスリーブ６の係止部６１がロッド２の被係止部２１に逆回転の向きに係止しながら、掘削攪拌翼４が下部ストッパ７と上部ストッパ８に係止可能になることで開放状態を維持する。ロッド２が逆回転し、掘削攪拌翼４が閉鎖した状態では、図４−（ｂ） に示すように掘削攪拌翼４が下部ストッパ７から離脱し、スリーブ６の係止部６１がロッド２の被係止部２１に正回転の向きに係止することで閉鎖状態を維持する。
【００２３】
螺旋翼５は図５に示すように中空杭１１がロッド２に対して傾斜したときに螺旋翼５の縁が中空杭１１の内周面に接触し得る幅を持つことで、中空杭１１の内周面とロッド２の外周面との間の間隔を保持し、中空杭１１を安定させる役目を持つが、中空杭１１の径が大きい場合には図６に示すように螺旋翼５の縁と中空杭１１の内周面間の間隔を保持する調整翼９が螺旋翼５に着脱自在に固定される。
【００２４】
調整翼９は図１，図６−（ｂ） に示すように調整翼９と螺旋翼５を貫通するボルト１０やピンによって螺旋翼５に固定される。調整翼９は螺旋翼５の１ピッチの範囲でロッド２の周方向に均等に配置される。調整翼９は螺旋翼５に固定されることで、中空杭１１を安定させる役目の他、螺旋翼５と同じくロッド２の正回転時に掘削土と固化材の上昇を抑制する役目を持つ。
【００２５】
調整翼９はロッド２の外周側の縁が中空杭１１に内接し得る曲線状に形成されていればよく、平面形状や断面形状と幅は問われない。図面では螺旋翼５への固定状態での安定性を確保するために、螺旋翼５を上下から挟み込むコ字形の断面形状に調整翼９を形成しているが、調整翼９を一枚のプレートで形成する場合もある。図６，図７は幅がロッド２側から中空杭１１側へ次第に大きくなる平面形状に形成した場合、図８は幅が一定の平面形状に形成した場合を示す。
【００２６】
図７，図８ではまた、ボルト１０やピンが挿通する調整翼９の挿通孔９１をロッド２の半径方向に間隔をおいて複数列明けることで、一定幅の螺旋翼５が突設された一種類のロッド２と一種類の調整翼９によって中空杭１１の径の変化に対応できるようにしている。
【００２７】
図９は掘削攪拌装置１を用いてソイルセメント１２と中空杭１１からなる合成杭１３を構築する方法の施工手順を示す。
【００２８】
掘削攪拌装置１は図９−（ａ） に示すように中空杭１１の下端より突出し、正回転した状態で、掘削ビット３と、開放している掘削攪拌翼４によって地盤を掘削し、同時にロッド２を通じて、もしくは地上から地中に供給される固化材と掘削土を掘削攪拌翼４によって攪拌，混合する。
【００２９】
螺旋翼５、または螺旋翼５と調整翼９はロッド２が正回転しながら降下する間に、ソイルセメント１２が中空杭１１の内部に過剰に流入することと、流入したソイルセメント１２が中空杭１１に対して上昇することを抑制する。
【００３０】
掘削ビット３が目標の支持層１４に到達する直前までは、固化材には低濃度（貧配合）の周辺固定液が使用され、支持層１４の手前からは（ｂ） に示すように固化材は高濃度（富配合）の根固め液に切り換えられ、そのまま支持層１４を掘削しながら、攪拌，混合し、杭先端部１５を構築する。
【００３１】
杭先端部１５の、掘削土と固化材からなるソイルセメント１２の硬化前に、（ｃ） に示すように一旦掘削攪拌装置１と中空杭１１が引き上げられる。このとき、掘削攪拌装置１は逆回転しながら引き上げられ、掘削攪拌翼４が閉鎖する。
【００３２】
その後、（ｄ） に示すように掘削攪拌翼４を閉鎖させたまま、掘削攪拌装置１を中空杭１１の内部に取り込み、（ｅ） に示すように中空杭１１を杭先端部１５中に圧入し、掘削攪拌装置１を引き上げることにより施工が終了する。
【００３３】
図１に示す掘削攪拌装置１のようにロッド２の正回転と逆回転によって掘削攪拌翼４が開閉できる場合には、支持層１４に到達する以前の中間層に硬質層１６が存在する場合にも対応する。
【００３４】
図１０に中間層が硬質層１６である場合の、合成杭１３構築の施工手順を示す。この場合は中空杭１１の下端に爪が突設される。
【００３５】
掘削ビット３が硬質層１６に到達するまでは（ａ） に示すように図９の場合と同様に行われ、掘削ビット３が硬質層１６に到達した時点で、（ｂ） に示すように掘削攪拌装置１を逆回転させながら上昇させて中空杭１１内に格納する。
【００３６】
その状態で（ｃ） に示すように掘削攪拌装置１と中空杭１１を回転させ、掘削ビット３と中空杭１１の爪によって硬質層１６を貫通するまで地盤を掘削する。
【００３７】
硬質層１６の貫通後、（ｄ） に示すように掘削攪拌装置１と中空杭１１を硬質層１６の上層まで引き上げ、再度掘削攪拌装置１を（ａ） と同様に中空杭１１の下端より突出させると共に、ロッド２を正回転させて掘削攪拌翼４を開放させ、（ｅ） に示すように掘削ビット３と掘削攪拌翼４によって支持層１４まで地盤を掘削しながら、固化材と掘削土を掘削攪拌翼４によって攪拌，混合する。
【００３８】
その後は図９−（ｃ） 〜（ｅ） に示す工程によって施工される。
【００３９】
支持層１４が硬質層１６である場合にも、図１０−（ａ） 〜（ｅ） に示す工程と同様に施工される。
【００４０】
【発明の効果】
ロッドの外周に、掘削ビットが地盤を掘削する向きにロッドが回転するときに掘削土に下向きの力を加える向きの螺旋翼を突設するため、掘削ビットが地盤を掘削しながらロッドが降下するときに、ロッドと共に回転する螺旋翼が中空杭の内部に存在する掘削土と固化材を下向きに押し、固化材、あるいはソイルセメントが中空杭の内部に過剰に流入することと、流入した固化材やソイルセメントがロッドと共に降下する中空杭に対して上昇することを抑制することができ、ソイルセメントを中空杭の外部に行き亘らせることができる。
【００４１】
この結果、中空杭外部の固化材と掘削土との混合が十分に行われ、中空杭内部のソイルセメントの密度と、外部のソイルセメントの密度の差が解消される。
【００４２】
また螺旋翼はロッドの降下時にロッドの回転と共にソイルセメントを下向きに押し、ロッドの上昇時にロッドの回転と共にソイルセメントを上向きに押すことで、中空杭内部のソイルセメントを圧密させるため、ソイルセメント内での気泡の発生を防止することができる。
【００４３】
加えて螺旋翼はロッドに対して少なくとも部分的に、螺旋状に形成されることで、中空杭の内部で中空杭内周面とロッド外周面との間の間隔を保持する役目を持つため、中空杭の内周面とロッドの外周面との間の間隔を保持するためのスタビライザが不要になる。
【００４４】
更に螺旋翼の外周と中空杭の内周面間の間隔を保持する調整翼を螺旋翼に着脱自在に固定するため、中空杭の径が大きく、螺旋翼の外周と中空杭内周面との間の間隔が大きい場合にもロッドを交換することなく、中空杭の径の相違に対応することができる。
【００４５】
請求項２では調整翼の挿通孔をロッドの半径方向に間隔をおいて複数列明けるため、一種類のロッドと一種類の調整翼によって中空杭の径の変化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】掘削攪拌装置を示した立面図である。
【図２】図１のｘ−ｘ線断面図である。
【図３】掘削攪拌翼が連結されるスリーブを示した平面図である。
【図４】（ａ） は掘削攪拌翼が開放しているときの掘削攪拌翼とロッドの関係を示した平面図、（ｂ） は掘削攪拌翼が閉鎖しているときの掘削攪拌翼とロッドの関係を示した平面図である。
【図５】（ａ） は掘削攪拌装置と中空杭の関係を示した立面図、（ｂ） は（ａ） の平面図である。
【図６】（ａ） は調整翼を付けた掘削攪拌装置と中空杭の関係を示した立面図、（ｂ） は（ａ） の平面図である。
【図７】（ａ） は調整翼を示した平面図、（ｂ） は（ａ） の正面図、（ｃ） は（ａ） の側面図である。
【図８】（ａ） は他の調整翼を示した平面図、（ｂ） は（ａ） の正面図、（ｃ） は（ａ） の側面図である。
【図９】（ａ） 〜（ｅ） は掘削攪拌装置を用いて合成杭を構築する場合の施工手順を示した立面図である。
【図１０】（ａ） 〜（ｅ） は支持層までの間に硬質層が存在する場合の施工手順を示した立面図である。
【符号の説明】
１……掘削攪拌装置、２……ロッド、２１……被係止部、３……掘削ビット、４……掘削攪拌翼、５……螺旋翼、６……スリーブ、６１……係止部、６２……プレート、６３……ピン、７……下部ストッパ、８……上部ストッパ、９……調整翼、９１……挿通孔、１０……ボルト、１１……中空杭、１２……ソイルセメント、１３……合成杭、１４……支持層、１５……杭先端部、１６……硬質層。

Claims (2)

1. ロッドと、その先端に接続される掘削ビットと、ロッドの外周に装着される掘削攪拌翼から構成され、ロッドが正回転、または逆回転しながら、中空杭と共に降下するときに、掘削ビットが掘削した掘削土と固化材を掘削攪拌翼が攪拌，混合し、掘削土と固化材からなるソイルセメントと中空杭から構成される合成杭を構築する掘削攪拌装置であり、ロッドの外周に、その長さ方向に部分的に、もしくは連続的に螺旋翼が突設され、この螺旋翼は前記正回転して掘削ビットが地盤を掘削するロッドにおいては上方から下方へ向けて反時計回りとなる向きに形成され、前記逆回転して掘削ビットが地盤を掘削するロッドにおいては上方から下方へ向けて時計回りとなる向きに形成されており、前記螺旋翼に、螺旋翼の外周と中空杭の内周面間の間隔を保持する調整翼が着脱自在に固定されている合成杭構築用掘削攪拌装置。
2. 螺旋翼と調整翼には挿通孔が明けられ、調整翼の挿通孔はロッドの半径方向に間隔をおいて複数列明けられている請求項１記載の合成杭構築用掘削攪拌装置。

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