JP3656195B1 - 地盤改良の単軸対流混合攪拌装置 - Google Patents

Abstract

【目的】地盤の改良を施して建造物を構築する場合、地盤に穴を掘削してその掘削土壌に硬化剤を注入し混合攪拌により杭を形成するという工法が行われているが、従来の二重軸に構成した地盤改良装置では、内外二重管が必要であること、当該内外二重管を相互に逆回転させる為の回転伝動軸が必要で、その為の専用機が必要であること、高価に付くこと、回転数の決定に際しては内外の回転数の比率が問題となること、又、組立分解が難しいことなどの欠点があり、又、粘度や粘性の大きな土であると掘削された土が攪拌翼などと共に回転してしまという共回り現象が起こり硬化剤との混合作用が不良となる等の問題があった。
【解決手段】単軸の攪拌軸１に、一方は掘削土を押し上げる攪拌部材２Ａ、他方は掘削土を押し下げる攪拌部材２Ｂを取付けると共に、地盤中で回転しない固定ドラム５を取付け、掘削土の地盤中での対流攪拌を生じさせるようにしてなる地盤改良の単軸対流混合攪拌装置Ｘ。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤改良の単軸対流混合攪拌装置に関し、特に、地盤に杭を形成し地盤を改良する工法に使用される単軸の対流混合攪拌装置に関するものである。

軟弱地盤や埋め立て地などの地盤の強度が比較的に弱い場所において、地盤に改良を施して、建造物を構築する場合、コンクリート等で製造された杭を打ち込む工法があるが、騒音問題などで敬遠されつつある。
一方、当該工法に代わり、地盤に穴を掘削してその掘削土にセメントや凝固剤や硬化剤等と称される注入材（固化材）を注入し混合攪拌により杭を形成するという工法（場所打ち杭構築工法）が行われている。
従来、当該穴の掘削には、ベースマシン等が用いられ、一軸（単軸）の回転軸（攪拌軸）の上下方向に複数の撹拌棒などの撹拌体を当該軸に対して直角方向に突設させ、これら複数の撹拌棒などの撹拌体を当該回転軸の回転に伴い一体に（共に）回転させ、硬化剤を噴射させつつ、前記のように、掘削土と硬化剤等の固化材とを撹拌混練し、その硬化により地盤を改良するという工法が用いられている。
又、撹拌用の回転軸を、相互に逆方向に回転する外軸と内軸の二重軸に構成し、当該内外軸のそれぞれに撹拌翼を取付し、互いに内外側で反対方向に回転させてなる地盤改良装置も提案されている（特公平３−４０１６６号公報）。尚、他に、関連した当該地盤改良装置に関して記載した特許の例としては、特開平１−１７９１７号公報、特開平６−１９３０４７号公報、特開平６−１９３０５９号公報、特開平１０−１５９０８３号公報が挙げられる。
しかるに、上記した従来の単軸の回転軸の上下方向に複数の撹拌棒などの撹拌体を当該軸に対して直角方向に突設させ、これら複数の撹拌棒などの撹拌体を当該回転軸の回転に伴い一体に回転させる地盤改良装置では、これら複数の撹拌棒が全て回転軸と一体に回転するので、掘削土が同軸と一体に回転してしまうという所謂共回り現象を起こしてしまい、充分な撹拌混練が行えず、特に、粘性土からなる地盤のように硬化剤が混練し難いような場合には、掘削土が撹拌棒を包み込む形の団子状態になり、全く撹拌混練が行えない場合があるという欠点があった。
又、上記の内外二重軸に構成した地盤改良装置では、回転軸に直角方向に複数の撹拌棒などの撹拌体を突設させて、回転軸に対して水平方向の攪拌回転を行なっているので、当該撹拌装置の全体を地盤中において上下動させなければ地盤の上下方向（深さ方向）での攪拌を充分なものにすることが出来ず、従って、こうした従来装置において上下方向への動きを少ないものにするには、当該撹拌装置の上下方向の長さを長くする必要があり、また、水平方向での回転攪拌では、せっかく、撹拌用の回転軸を相互に逆方向に回転させ剪断力を向上させるようにしていても、それを活かすことが出来ず、剪断力が弱く、掘削の速度も遅く、撹拌混練も不充分となり易く、前記共回り現象及び掘削土の団子化の防止効果も未だ不充分な場合があった。
そこで、本発明者は、当該内外二重軸に構成した地盤改良装置において、複数のスパイラル状の攪拌体を回転方向を異ならしめて回転させて掘削を行い、当該掘削に際して対流攪拌を起こさせるようにしてなる地盤改良装置を提案し、当該装置により、硬化剤がその対流に乗って拡散され、攪拌混練効率が高いものになり、又、地盤中を上下方向に余り移動させなくても充分な上下方向での攪拌を確保して良好な地盤改良を行うことができ、更には、対流攪拌が行われるので、当該攪拌装置の上下方向の長さは短くて足り、装置を小型化できる等の利点を有することができた（特開２０００−３４５５５５号公報）。
しかるに、当該二重軸に構成した地盤改良装置では、内外二重管が必要であること、当該二重管を相互に逆回転させる為の回転伝動軸が必要で、その為の専用機が必要であること、高価に付くこと、回転数の決定に際しては内外の回転数の比率が問題となること、又、組立分解が難しいことなどの欠点がある。
特公平３−４０１６６号公報、特開平１−１７９１７号公報、特開平６−１９３０４７号公報、特開平６−１９３０５９号公報、特開平１０−１５９０８３号公報、特開平１−１３１７１６号公報、特公昭５８−２９３７４号公報、特開平３−２１２５１２号公報、特開平４−２８９３１９号公報、特開平６−２６０３２号公報、特開平７−１０９７２９号公報、特開２０００−３４５５５５号公報

本発明は、上記従来技術の有する欠点を解消することの出来る技術を提供することを目的としたものである。
本発明の他の目的や新規な特徴については本件明細書及び図面の記載からも明らかになるであろう。

本発明の特許請求の範囲は、次の通りである。
（請求項１）掘削部材を回転させながら地盤を掘削し、掘削土と固化材とを混合して地盤中に杭を形成し地盤を改良する工法に使用される混合攪拌装置において、単軸の攪拌軸に、一方は掘削土を押し上げ他方は掘削土を押し下げる攪拌部材を取付けると共に、地盤中で回転しない固定ドラムを取付け、掘削土の地盤中での対流攪拌を生じさせるようにしてなることを特徴とする地盤改良の単軸対流混合攪拌装置。

本発明によれば、対流攪拌による、硬化剤がその対流に乗って拡散され、攪拌混練効率が高く、装置を地盤中を上下方向に余り移動させなくても充分な上下方向での攪拌を確保して良好な地盤改良を行うことができ、更には、装置を小型化できる等の利点を有するだけでなく、対流攪拌を伴う単独の攪拌軸での地盤改良装置を提供できるので、従来例の二重軸に構成した地盤改良装置における、内外二重管が必要であること、当該二重管を相互に逆回転させる為の回転伝動軸が必要で、その為の専用機が必要であること、高価に付くこと、回転数の決定に際しては内外の回転数の比率が問題となること、又、組立分解が難しいことなどの欠点を解消することができた。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

実施例１．
本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、地盤改良の単軸対流攪拌装置Ｘにおける単軸の攪拌軸（回転軸、掘削軸）１に、２個の攪拌部材２Ａ、２Ｂを取付ける。
当該攪拌部材２Ａ、２Ｂは、その一方は掘削土を押し上げる攪拌部材２Ａとし、その他方は掘削土を押し下げる攪拌部材２Ｂとする。
攪拌軸１には、固定ドラム固定用外ロッド３を取付け、当該固定ドラム固定用外ロッド３に固定ドラム取付用取付部材４を介して固定ドラム５を取付ける。
上記の攪拌部材の内の一つの攪拌部材２Ｂは、当該固定ドラム５の中側に位置させる。当該中側の攪拌部材２Ｂ（以下、中羽根２Ｂということもある）は、図示のように、回転方向に対して掘削土を押し下げる形態にする。他方の攪拌部材２Ａは、当該固定ドラム４の外側に位置させる。当該外側の攪拌部材２Ａ（以下、外羽根２Ａということもある）は、図示のように、回転方向に対して掘削土を押し上げる形態にする。
当該中羽根２Ｂは、スパイラル状に攪拌軸に巻き付けられている。
当該外羽根２Ａは、図２に示すように、２個のスパイラル状の構成部材２Ａ−１及びスパイラル状の構成部材２Ａ−２とからなり、当該スパイラル状の構成部材２Ａ−１及びスパイラル状の構成部材２Ａ−２は、攪拌軸１を中心としてミラー状に（対称的に）配設されており、当該スパイラル状の構成部材２Ａ−１及びスパイラル状の構成部材２Ａ−２の下端部は、各々、攪拌軸１の下部において、当該攪拌軸１に取付けられた掘削羽根６に連設され、又、当該スパイラル状の構成部材２Ａ−１及びスパイラル状の構成部材２Ａ−２の上端部は、各々、外羽根連結リング７に連設されている。尚、当該図２では、上記外羽根２Ａや中羽根２Ｂの形態を見やすくするために、固定ドラム５を省略して示してあり、又、同様に理解を深めるために、図１に比較して拡大して示してある。
当該外羽根２Ａと中羽根２Ｂとは、当該巻き付けの形態からは、外羽根２Ａの正巻きに対して、中羽根２Ｂは逆巻きの関係にある。
上記の外羽根連結リング７は、固定ドラム５の外周に、当該固定ドラム５とは離隔して設けられている。
中羽根２Ｂは、攪拌軸１に取付けられており、当該攪拌軸１の回転に伴い、同方向に回転する。外羽根２Ａは、その下端部が掘削羽根６に取り付けられ、当該掘削羽根６は、攪拌軸１に取り付けられているので、当該外羽根２Ａは、当該攪拌軸１の回転に伴い、同方向に回転する。
固定ドラム５は、上記のように、当該固定ドラム固定用外ロッド３に固定ドラム取付用取付部材４を介して取付けられており、又、当該固定ドラム固定用外ロッド３は、攪拌軸１とは別個に、当該攪拌軸１の回転には影響されないように当該攪拌軸１の周囲に周設され、更に、当該固定ドラム固定用外ロッド３は、図４にも示すように、その上端部をベースマシンに固定しているので、当該攪拌軸１が回転しても、固定ドラム５は、回転しないようになっており、中羽根２Ｂの周囲で固定され、当該固定ドラム５の内側で中羽根２Ｂが回転するようになっている。
固定ドラム５が、外羽根２Ａと中羽根２Ｂと一緒に回転してしまうときには、対流攪拌を起こすことができない。
上記のように、外羽根２Ａは、その上端部が外羽根連結リング７に取り付けられ、当該外羽根連結リング７は、攪拌軸１の回転及び掘削羽根６の回転に伴い、当該攪拌軸１の回転及び掘削羽根６の回転方向と同じ方向に回転するが、当該外羽根連結リング７は、固定ドラム５の外周に、当該固定ドラム５とは離隔して設けられているので、当該外羽根連結リング７が回転しても、当該固定ドラム５を回転させることはない。
前記のように、当該地盤改良の単軸対流攪拌装置Ｘでは、外羽根２Ａと中羽根２Ｂに加えて、当該外羽根２Ａの下部に、掘削羽根６が取付けられており、当該掘削羽根６の中央の吐出口８からは、固化材が吐出される。

図３に示すように、固定ドラム５の内側で中羽根２Ｂが回転し、当該固定ドラム５の外側で外羽根２Ａが回転すると、対流攪拌が起こり、当該対流攪拌により、固定ドラム５内での吐出口８からの固化材との混練と当該固定ドラム５外での吐出口８からの固化材との混練とが入れ替わり相互に行われ、次いで、全体にその混練が行き渡るので、優れた硬化剤との攪拌混合を行うことができる。
尚、当該装置では、一般に、攪拌軸１の右回転は、掘削を進め、その左回転は、装置の引き上げであり、当該回転方向の相違により、掘削土の押し上げ、押し下げの対流の方向も逆になる。

次に、上記実施例１の当該地盤改良の単軸対流攪拌装置Ｘの適用の一例を、図４に基づいて説明する。
移動可能なベースマシン９の駆動モータ１０の下部に、上記の地盤改良の単軸対流攪拌装置Ｘの攪拌軸１を装着し、固定ドラム固定用外ロッド３の上端部を、外ロッド固定部材１１により当該ベースマシン９に固定して、当該外ロッド３が、攪拌軸１が回転しても回転しないようにする。当該外ロッド３は、図示のように長くして、掘削深度と略同様の長さとするとよい。
駆動モータ１０を駆動させ、当該単軸の攪拌軸１を回転させると、当該単軸の攪拌軸１の回転により外羽根２Ａと中羽根２Ｂが同方向に回転するが、上記のように固定ドラム５は固定してあるので、当該固定ドラム５の内側で中羽根２Ｂを回転させると、当該中羽根２Ｂは、当該攪拌軸１の回転方向に対して掘削土を押し下げる働きをし、一方、外羽根２Ａは、当該攪拌軸１の回転方向に対して掘削土を押し上げる働きをして、掘削土の対流攪拌をしつつ、掘削羽根６の掘削と共に、掘削を進行して行き、地盤に垂直な円形柱状の掘削穴を掘削し、固化材（硬化剤）が攪拌軸１の内部を経由して吐出口８から噴射し、当該硬化剤と掘削土とを撹拌混練し、掘削穴中に地盤改良部分を形成させ地盤を改良させることができる。
上記実施例によれば、軟弱地盤や埋め立て地などの地盤の強度が弱い場所において、地盤に改良を施して、建造物を構築する場合に、地盤に穴を掘削してその掘削土壌に固化材を注入し混合攪拌により杭を形成するという工法において、単軸の攪拌軸１での地盤改良装置を提供できるので、二重軸に構成した地盤改良装置のような内外二重管が必要なく、単独の攪拌軸１で回転が可能であること、二重軸に構成した地盤改良装置では内外二重管を相互に逆回転させる為の回転伝動軸が必要であるが、単軸回転の１方向の回転でよいこと、二重軸に構成した地盤改良装置ではその為の専用機が必要であったが、汎用機で足りること、組立分解が容易になること、又、コスト的に安価に提供できることなどの利点がある。
又、上記実施例によれば、単軸の攪拌軸（回転軸）１での地盤改良装置Ｘであるので、同じ回転軸１で掘削部材２Ａ、２Ｂが回転するが、地盤中で回転しない固定ドラム５により、対流攪拌が行われるので、剪断力が格段に向上し、共回り現象及び掘削土の団子化の防止効果が格段に向上し、粘性土からなる地盤のように硬化剤が混練し難いような場合にも良好な撹拌混練が行われ、さらには、掘削の速度が向上し、地盤改良作業をより一層短期間で完了させることができ、干潟地のような水分含有量の多い地盤に粉状の硬化剤を用いた場合にも、良好な撹拌混練を行うことができる。又、従来例のような水平方向での攪拌ではないので、地盤改良装置Ｘを地盤中を上下方向に余り移動させなくても、充分な上下方向での攪拌を確保して良好な地盤改良を行うことができ、更に、対流攪拌が行われるので、当該地盤改良装置Ｘの上下方向の長さは短くて足り、地盤改良装置Ｘを小型化でき、地盤改良装置Ｘの横方向への移動のみで、連続した横方向の地盤の改良が行える利点がある。

本発明に使用される固化材としては、その目的に添うものであれば、セメントや凝固剤や固化材や硬化剤等名称の如何に係わらずに使用することができ、当該固化材の具体例には、セメントミルク、珪酸ソーダなどが挙げられる。

本発明は、適宜変更が可能であり、例えば、掘削部材の個数などを適宜変更することができる。

本発明は、掘削部材を回転させながら地盤を掘削し、掘削した土壌と固化材とを混合して地盤中に杭を形成し地盤を改良する工法の全般に適用することができる。

本発明の実施例を示す地盤改良の単軸混合攪拌装置の構成図である。 本発明の実施例を示す地盤改良の単軸混合攪拌装置における外羽根及び中羽根の説明図である。 本発明の実施例を示す地盤改良の単軸混合攪拌装置による対流攪拌の説明図である。 本発明の実施例を示す地盤改良の単軸混合攪拌装置の適用例の一例を説明する説明図である。

符号の説明

１ 単軸の攪拌軸
２Ａ 攪拌部材（外羽根）
２Ｂ 攪拌部材（中羽根）
３ 固定ドラム固定用外ロッド
４ 固定ドラム取付用取付部材
５ 固定ドラム
６ 掘削羽根
７ 外羽根連結リング
８ 吐出口
９ ベースマシン
１０ 駆動モータ
１１ 外ロッド固定部材

Claims (1)

1. 掘削部材を回転させながら地盤を掘削し、掘削土と固化材とを混合して地盤中に杭を形成し地盤を改良する工法に使用される混合攪拌装置において、単軸の攪拌軸に、一方は掘削土を押し上げ他方は掘削土を押し下げる攪拌部材を取付けると共に、地盤中で回転しない固定ドラムを取付け、掘削土の地盤中での対流攪拌を生じさせるようにしてなることを特徴とする地盤改良の単軸対流混合攪拌装置。

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