JP3642651B2 - 地盤改良用掘削撹拌装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤改良用掘削撹拌装置に関し、さらに詳細には、軟弱地盤を掘削撹拌しながらセメントスラリー等の改良材を注出し、改良柱体を築造するための掘削撹拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱土と改良材とを現位置で混合撹拌して、地盤を改良する深層混合処理工法の一つとして機械撹拌式のものが知られている。この工法は、掘削軸に掘削翼と撹拌翼を設けた装置を用い、掘削翼により切削された掘削土砂に改良材を注出し、撹拌翼により掘削土砂と改良材とを混合撹拌する工法である。
【０００３】
このような工法において、撹拌翼だけでは掘削土砂と撹拌翼が共回りし、改良材との混合撹拌が不十分であるため、掘削軸にさらに共回り防止翼を設けた装置が提案されている（例えば、特公昭５８−２９３７４号公報）。しかしながら、共回り防止翼の設置により、掘削土砂と改良材との混合効率の向上はある程度期待できるものの、依然として、その混合撹拌は不十分である。すなわち、掘削翼の切削作用により生じるのは土塊であり、この土塊が細かく砕かれない限り、改良材との混合が十分には行われない。このような現象は、改良対象地盤の土質が、例えば粘着力の大きい粘性土の場合、特に著しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
【０００５】
この発明の目的は、掘削翼の切削作用により生じる土塊を細かく破砕あるいは切断・すりつぶしすることにより、改良材との混合・練り返し効率を高めることができる地盤改良用掘削撹拌装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
【０００７】
すなわちこの発明は、注出口と連通する改良材の供給路が内部に形成された第１の軸の下部に設けられて回転する掘削翼と、
前記第１の軸の外周に嵌合された第２の軸の下部であって、前記掘削翼に近接してその上方に位置するように設けられ、前記掘削翼に対して相対的に逆方向に回転する破砕切断翼と、
前記第２の軸の外周であって、前記破砕切断翼に近接してその上方に位置するように配置された撹拌翼と、
前記掘削翼の回転を前記撹拌翼に伝達する回転伝達手段とを備え、
前記掘削翼の回転方向前面が上向きに傾斜し、前記破砕切断翼の前記掘削翼に対する相対回転方向前面が上向きに傾斜し、前記撹拌翼の前記破砕切断翼に対する相対回転方向前面が下向きに傾斜していることを特徴とする地盤改良用掘削撹拌装置にある。
【０００８】
またこの発明は、前記回転伝達手段が、前記掘削翼及び前記撹拌翼の各先端を連結する連結ブラケットを含むことを特徴とする地盤改良用掘削撹拌装置にある。
【０００９】
さらにこの発明は、前記掘削翼が前記第１の軸に固定された取付ハブに取付けられ、前記撹拌翼が前記第２の軸に回転可能に設けられた取付ハブに取付けられ、
前記回転伝達手段が、前記掘削翼及び前記撹拌翼の各取付ハブに設けられた環状ラックと、両環状ラックと噛み合うピニオンとを含むことを特徴とする地盤改良用掘削撹拌装置にある。
【００１０】
さらにこの発明は、注出口と連通する改良材の供給路が内部に形成された第１の軸の下部に設けられて回転する掘削翼と、
前記第１の軸の外周に嵌合された第２の軸の下部であって、前記掘削翼に近接してその上方に位置するように設けられ、前記掘削翼に対して相対的に逆方向に回転する破砕切断翼と、
前記第２の軸の外周に嵌合された第３の軸の下部であって、前記破砕切断翼に近接してその上方に位置するように設けられ、前記破砕切断翼に対して相対的に逆方向に回転する撹拌翼とを備え、
前記掘削翼の回転方向前面が上向きに傾斜し、前記破砕切断翼の前記掘削翼に対する相対回転方向前面が上向きに傾斜し、前記撹拌翼の前記破砕切断翼に対する相対回転方向前面が下向きに傾斜していることを特徴とする地盤改良用掘削撹拌装置にある。
【００１２】
さらにこの発明は、前記掘削翼が同一高さ位置に少なくとも２つ設けられ、
前記各掘削翼の下縁には複数の掘削刃が半径方向に間隔を置いて設けられ、
前記各掘削翼の前記各掘削刃は、それらの回転軌跡が他の前記掘削翼の各掘削刃の回転軌跡と異なるように配置されていることを特徴とする地盤改良用掘削撹拌装置にある。
【００１３】
この発明による掘削撹拌装置は、掘削翼、破砕切断翼及び撹拌翼の３種の翼を備え、破砕切断翼は掘削翼に対し、撹拌翼は破砕切断翼に対しそれぞれ相対的に逆方向に回転する。ここで、翼の相対的な逆方向回転とは、その翼が他の翼に対し逆方向に回転する場合のみならず、地盤に対して非回転の場合も含まれる。それらの態様として下記の組合わせが挙げられる。
【００１４】

なお、正転とは掘削翼の回転方向を意味する。時計・反時計回りのどちらでも差し支えない。
撹拌翼が掘削翼と同方向に回転する場合に、掘削翼の回転速度よりも撹拌翼の回転速度が大きい方が好ましい。
【００１５】
このような各翼の回転関係により、改良地盤の掘削撹拌時には次のような作用が生じる。すなわち、図１に示すように、地盤は回転する掘削翼１により土塊Ｂ１として切削され、この土塊Ｂ１は掘削翼１に対し相対的に逆方向に回転する破砕切断翼２により、大きな剪断作用を受け、小塊Ｂ２に破砕あるいは切断される。小塊Ｂ２は破砕切断翼２に対し相対的に逆方向に回転する撹拌翼３により、再び大きな剪断作用を受け、さらに細かく破砕あるいは切断され、同時に撹拌・練り返される。改良材は土塊が破砕あるいは切断される過程において、掘削翼上部の注出口から注出される。したがって、掘削土砂と改良材とが十分に混合・撹拌練り返され、品質の良い改良柱体が築造される。
土砂及び改良材は粘性の大きなものなので、これらにおいて破砕・切断・剪断・混合・撹拌・練返の作用が実質的に発生するように各翼の間隔が近接設定される。
【００１６】
掘削翼１の回転方向前面を上向きの傾斜面とすることにより、土塊Ｂ１はその傾斜面に沿ってすくいあげられる。同様に、破砕切断翼２の掘削翼１に対する相対回転方向前面を上向きの傾斜面にすることにより、小塊Ｂ２がその傾斜面に沿ってすくいあげられる。さらに、撹拌翼３の破砕切断翼２に対する相対回転方向前面を下向きの傾斜面にすることにより、小塊Ｂ２が剪断作用に加えてその傾斜面により圧砕作用を受け、細かく砕かれるので撹拌・混合効率が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を用いて以下に説明する。図２は、この発明による掘削撹拌装置の実施の形態を示す断面図、図３は側面図である。この実施の形態のものは、第１の軸４及びこれに嵌合された第２の軸５を備えている。第１の軸４は上部に図示しない回転駆動装置が連結されて回転する掘削軸である。第１の軸４の下部には取付ハブ６が固定され、この取付ハブ６に掘削翼１が固定されている。
【００１８】
第２の軸５の下部には破砕切断翼２が固定されている。この破砕切断翼２は掘削翼１の上方に近接して配置されている。第２の軸５は非回転の軸であり、したがって破砕切断翼２は非回転であるが、掘削翼１に対しては相対的に逆方向に回転する。もちろん、第２の軸４に駆動回転装置を連結し、破砕切断翼２を掘削翼１と逆方向に回転させるようにしてもよい。
【００１９】
第２の軸５の外周には、破砕切断翼２の上方に近接して撹拌翼３が配置されている。この撹拌翼３と掘削翼１との各先端は、板状の連結ブラケット７を介して連結されている。したがって、掘削翼１の回転は、回転伝達手段であるこの連結ブラケット７を介して撹拌翼３に伝達され、撹拌翼３は掘削翼１に伴って同方向に回転する。
【００２０】
図３に示すように、掘削翼１は、その回転方向前面が上向きに傾斜している。破砕切断翼２は掘削翼１に対する相対回転方向前面が上向きに傾斜している。さらに、撹拌翼３はその回転方向前面が下向きに傾斜している。このような翼形状は、後述する別の実施の形態についても同様である。掘削翼１、破砕切断翼２及び撹拌翼３は、それぞれ同一高さ位置に２枚設けられているが、３枚以上であってもよい。
【００２１】
掘削翼１の下縁には複数の掘削刃８が半径方向に間隔を置いて設けられている。２枚の掘削翼１に設けられた各掘削刃８は、一方の掘削翼１の掘削刃８の回転軌跡と、他方の掘削翼１の掘削刃８の回転軌跡とが異なるように配置されている。このような配置にすることにより、掘削面全体に亘って細かく掘削することができる。このような掘削刃８の配置は後述する別の実施の形態についても同様である。なお、掘削刃８は取付ハブ６の下端にも設けられている。
【００２２】
第１の軸４の下部には、セメントスラリー等改良材のチャンバ９が形成されている。また、第１の軸４内には改良材の供給路である供給管１０が設けられ、この供給管１０はチャンバ９に開口している。掘削翼１の上部には改良材の注出口１１が複数設けられている。これらの注出口１１は流路１２を介してチャンバ９と連通し、チャンバ９に供給された改良材は注出口１１から注出される。
【００２３】
図４は上記実施の形態の装置を使用しての施工状態を示す断面図である。第１の軸４には回転駆動装置により回転力が、圧入装置により地盤内への推進力が与えられる。また、第２の軸５にも圧入装置により地盤内への推進力が与えられる。第１の軸４の回転により掘削翼１が回転し、これに伴い撹拌翼３が同方向に回転する。
【００２４】
掘削翼１の回転により地盤が掘削されるが、この時の状態が図１（ａ），（ｂ）に模式的に示されている。すなわち、地盤は掘削翼１により土塊Ｂ１として切削され、掘削翼１の傾斜面に沿ってすくい上げられる。この土塊Ｂ１は、非回転ではあるが掘削翼１に対し相対的に逆方向に回転する破砕切断翼２により、大きな剪断作用を受け、小塊Ｂ２に破砕あるいは切断される。小塊Ｂ２は破砕切断翼２の傾斜面に沿って、さらにすくい上げられ、破砕切断翼２に対し相対的に逆方向に回転する撹拌翼３により、再び大きな剪断作用を受けるとともに、その下向きの傾斜面により圧砕作用を受け、さらに細かく破砕あるいは切断・すりつぶしされる。
【００２５】
改良材は土塊が破砕あるいは切断される過程において、注出口１１から注出される。改良材は細かく破砕あるいは切断・すりつぶしされた掘削土砂と混合され、回転する撹拌翼３により撹拌・練り返される。したがって、掘削土砂と改良材とが十分に混合・撹拌・練り返され、品質の良い改良柱体が築造される。
【００２６】
図５は、この発明の別の実施の形態を示す正面図である。この実施の形態は図２、図３に示した実施の形態と基本構成は同様であるが、掘削翼１と撹拌翼３とを連結するブラケットの構造が異なっている。すなわち、連結ブラケット１７は円筒形のものからなっている。円筒形の連結ブラケット１７は、その下端が掘削翼１に固定され、内周面に撹拌翼３が固定されている。この実施の形態のものによれば、ブラケット強度が大きくなり、土砂抵抗による破損等のおそれを回避できる。この場合、連結ブラケット１７の周壁には複数の開口１８を設けることが好ましく、これにより連結ブラケット１７の内部が閉塞状態になるのを防止できる。
【００２７】
図６は、この発明のさらに別の実施の形態を示す断面図、図７はその側面図である。この実施の形態では、第２の軸５に取付ハブ２０が回転自在に設けられ、この取付ハブ２０に撹拌翼３が固定されている。さらに、掘削翼１の取付ハブ６及び撹拌翼３の取付ハブ２０の各対向位置に環状ラック２１、２２が設けられている。第２の軸５の周壁には複数（この実施の形態では２つ）のピニオン２３が軸支され、ピニオン２３は両環状ラック２１、２２と噛み合っている。
【００２８】
掘削翼１の回転を撹拌翼３に伝達する回転伝達手段は、これらの環状ラック２１、２２及びピニオン２３を含み、したがって掘削翼１の回転に伴って撹拌翼３は逆方向に回転する。このため、撹拌翼３の取付形態は図２、図３に示した実施の形態のものとは、図３と図７との比較から明らかなように逆になっている。この実施の形態の場合、第２の軸５が非回転であって、破砕切断翼２は回転しない。なお、所要により、ピニオン２３の外側に円筒状にカバーを設ける。
【００２９】
図８は、この発明のさらに別の実施の形態を示す断面図、図９はその側面図である。この実施の形態は、掘削翼１が固定された第１の軸４及び破砕切断翼２が固定された第２の軸５に加えて、さらに第３の軸２５を備え、この第３の軸２５の下部に撹拌翼３が固定されている。この実施の形態の場合、第２の軸５及び第３の軸２５を回転駆動装置に連結することにより回転させ、又は非回転とすることが可能である。そして、土塊に剪断作用を与え、撹拌・混合するための各翼の回転方向（非回転の場合も含む）は、掘削翼１の回転方向を正転とすると、次のような態様をとることが可能である。
【００３０】

撹拌翼３は正転、逆転、非回転のいずれの回転態様もとることが可能であり、図９には正転及び非回転の場合の取付態様を実線で、逆転の場合を鎖線で示してある。
【００３１】
上記いずれの実施の形態においても、破砕切断翼２は掘削翼１に、撹拌翼３は破砕剪断翼１に、それぞれ近接して配置されている。これにより、掘削土塊に、より大きな剪断作用を与えることができ、また大きな土塊に成長する前に破砕，切断・すりつぶし，撹拌，練返すことができる。
【００３２】
また、上記いずれの実施の形態においても、破砕剪断翼及び撹拌翼の各翼長（軸心から翼先端までの寸法）は、掘削翼の翼長に等しいか又はそれより短く、すなわち掘削翼の翼長以下となっている。したがって、破砕切断翼及び撹拌翼は掘削翼による掘削範囲内に圧入され、圧入抵抗は小さなものとなる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、掘削翼、破砕切断翼及び撹拌翼相互間に生じる剪断作用により、掘削土塊が細かく破砕あるいは切断・すりつぶしされ、したがって掘削土砂と改良材とが十分に混合・撹拌・練り返され、良質の改良柱体を築造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は作用説明のための模式図である。
【図２】図２はこの発明の実施の形態を示す断面図である。
【図３】図３は同実施の形態の側面図である。
【図４】図４は同実施の形態のものによる施工状態を示す断面図である。
【図５】図５は別の実施の形態を示す側面図である。
【図６】図６はさらに別の実施の形態を示す断面図である。
【図７】図７は同実施の形態の側面図である。
【図８】図８はさらに別の実施の形態を示す断面図である。
【図９】図９は同実施の形態の側面図である。
【符号の説明】
１…掘削翼
２…破砕切断翼
３…撹拌翼
４…第１の軸
５…第２の軸
６…取付ハブ
７…連結ブラケット
８…掘削刃
９…チャンバ
１０…供給管
１１…注出口
２０…取付ハブ
２１、２２…環状ラック
２３…ピニオン
２５…第３の軸

Claims (5)

1. 注出口と連通する改良材の供給路が内部に形成された第１の軸の下部に設けられて回転する掘削翼と、
   前記第１の軸の外周に嵌合された第２の軸の下部であって、前記掘削翼に近接してその上方に位置するように設けられ、前記掘削翼に対して相対的に逆方向に回転する破砕切断翼と、
   前記第２の軸の外周であって、前記破砕切断翼に近接してその上方に位置するように配置された撹拌翼と、
   前記掘削翼の回転を前記撹拌翼に伝達する回転伝達手段とを備え、
   前記掘削翼の回転方向前面が上向きに傾斜し、前記破砕切断翼の前記掘削翼に対する相対回転方向前面が上向きに傾斜し、前記撹拌翼の前記破砕切断翼に対する相対回転方向前面が下向きに傾斜していることを特徴とする地盤改良用掘削撹拌装置。
2. 前記回転伝達手段が、前記掘削翼及び前記撹拌翼の各先端を連結する連結ブラケットを含むことを特徴とする請求項１記載の地盤改良用掘削撹拌装置。
3. 前記掘削翼が前記第１の軸に固定された取付ハブに取付けられ、前記撹拌翼が前記第２の軸に回転可能に設けられた取付ハブに取付けられ、
   前記回転伝達手段が、前記掘削翼及び前記撹拌翼の各取付ハブに設けられた環状ラックと、両環状ラックと噛み合うピニオンとを含むことを特徴とする請求項１記載の地盤改良用掘削撹拌装置。
4. 注出口と連通する改良材の供給路が内部に形成された第１の軸の下部に設けられて回転する掘削翼と、
   前記第１の軸の外周に嵌合された第２の軸の下部であって、前記掘削翼に近接してその上方に位置するように設けられ、前記掘削翼に対して相対的に逆方向に回転する破砕切断翼と、
   前記第２の軸の外周に嵌合された第３の軸の下部であって、前記破砕切断翼に近接してその上方に位置するように設けられ、前記破砕切断翼に対して相対的に逆方向に回転する撹拌翼とを備え、
   前記掘削翼の回転方向前面が上向きに傾斜し、前記破砕切断翼の前記掘削翼に対する相対回転方向前面が上向きに傾斜し、前記撹拌翼の前記破砕切断翼に対する相対回転方向前面が下向きに傾斜していることを特徴とする地盤改良用掘削撹拌装置。
5. 前記掘削翼が同一高さ位置に少なくとも２つ設けられ、
   前記各掘削翼の下縁には複数の掘削刃が半径方向に間隔を置いて設けられ、
   前記各掘削翼の前記各掘削刃は、それらの回転軌跡が他の前記掘削翼の各掘削刃の回転軌跡と異なるように配置されていることを特徴とする請求項１又は４記載の地盤改良用掘削撹拌装置。

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