JP3665028B2 - 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】
本発明は地盤改良工法に用いられる掘削機に係り、特に地盤の掘削と地盤改良材とをミキシングして掘削地盤を改良する掘削撹拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から軟弱地盤の改良工法の一つとして、軟弱地盤を掘削機（アースオーガ）により掘削し、その掘削土砂とセメントミルク等の地盤改良材（固化材）とを混合撹拌して地中に杭や連続壁を造成することにより地盤を強化する工法が採られている。
【０００３】
上記工法を実施するに用いられる掘削機は、図３にその一例を示すように、自走可能な作業機械１に立設されるタワー２にそってシーブ３、ワイヤ４を介して昇降自在に支持される駆動部５に内側軸と外側軸とからなる掘削軸６の上端が支持され、この駆動部５によりこれら内外の軸を互いに反対方向に回転駆動可能とされた２重反転式掘削機が用いられ、その内側軸の下端に掘削ヘッド７が、外側軸の下端に円筒状の撹拌ドラム８がそれぞれ設けられており、この撹拌ドラム８内に撹拌翼が設けられていて、内側軸の軸心孔を通じて供給される地盤改良材と掘削土砂とを撹拌ドラム８内で混合撹拌して良好な地盤の改良を行うようにしたものが提案されている（例えば特開平６−３４１１３８号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかして上記従来の掘削機では、内側軸の回転で地盤を掘削し、外側軸の撹拌ドラム８は撹拌に使用されるのみであり、そのため軟弱な地盤であればさして問題はないとしても、一般の地盤では掘削ヘッド７に大きなトルクを与えることが難しく、したがって使用対象地盤が限られるという問題点があった。
【０００５】
また撹拌ドラム８内に設けられる撹拌翼は水平方向に設けられるものであるから、掘削土砂と地盤改良材との撹拌機能が十分に行われず、良好なソイル杭や連続壁を造成することが難しかった。
【０００６】
本発明はこれに鑑み、軟弱地盤はもとより、一般地盤をはじめ粘性土質の地盤であっても十分な掘削ができるとともに掘削土砂と地盤改良材との混合撹拌を良好に行うことができる地盤改良用掘削撹拌装置を提供することを課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、請求項１記載の発明は、互に反対方向に回転駆動される外側軸と内側軸とで構成される掘削軸の下端に装着して深層地盤の改良に用いられる２重反転ドラム式の円筒状の掘削ドラムを有する地盤改良用掘削撹拌ヘッドを備えた地盤改良用掘削撹拌装置において、前記掘削撹拌ヘッドは、前記掘削ドラムに固着され下端部内に掘削刃を有する掘削翼と、前記掘削ドラムの内周に固着された複数の第１撹拌翼と、前記内側軸に固着された複数の第２撹拌翼と、を有し、前記第１撹拌翼と第２撹拌翼は、交互に取り付けられて相対回転自在とされるとともに、上下で互に位相を異ならせてそれぞれ縦翼が突設されており、これら縦翼は相手方の縦翼間に入り込む長さとされていることを特徴とする。
【０００８】
こうしたことにより、大径の外側軸を通じて地盤を掘削するので、掘削時に大きいトルクを与えることができ、一般地盤の深層改良においても地盤改良材と掘削土砂との良好な混合撹拌を行わせることができる。しかも、地盤が粘性土質である場合、水平の撹拌翼による混合撹拌作用に加え、縦翼による剪断作用によって細分化することができ、粘性地盤であっても良好な混合撹拌を行わせることができる。こうしたことによって、掘削ドラム内における掘削土砂と地盤改良材との撹拌混合が良好に行われ、地盤の改良効果を一段と高めることができる。
【０００９】
請求項２は、上記掘削撹拌ヘッドにおいて、掘削翼部分の掘削ドラムの下端部を着脱可能としたことにある。
【００１０】
これにより掘削ドラムの回転で掘削翼により地盤が掘削されるので、安定よく掘削を行うことができ、また掘削翼の修理や交換時には掘削ドラムの下端部を取り外して修理や交換作業を行うことができるのでその作業を容易とすることができる。
【００１３】
請求項３は、前記掘削撹拌ヘッドの掘削ドラムの上端部および下端部のいずれか一方または双方に掘削刃を取り付けたことにある。
【００１４】
こうしたことにより、下端の掘削刃は削孔の際を確実に掘削することができ、上端の掘削刃は掘削撹拌ヘッドの引き上げ時の抵抗を減ずるうえで効果を発揮させることができる。特に掘削ドラムが円筒状であることと、その掘削ドラムの下端周縁に掘削刃を設けることによって、地中連続壁の造成時など、既設の固化部分に影響されて曲進してしまうことがなく、これにより鉛直精度を確保することができる。
【００１５】
請求項４は、前記内側軸の先端と内側軸が有する最上位の撹拌翼の位置の２箇所に地盤改良材の吐出口を開口したことにある。
【００１６】
こうしたことにより、特に掘削深度が大きい場合、掘削時に下部の吐出口から注入する固化材が引き抜きへ移行するまでの間に固化してしまう可能性があるが、そのような場合には引き抜き時に上部の吐出口から地盤改良材（固化材）を注出しつつ混合撹拌することにより良好な地中杭を造成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明における掘削撹拌ヘッド１０の一実施形態の縦断面を示すもので、内側軸１１に外嵌される外側軸１２の下端に円筒状の掘削ドラム１３の上端が継手１４を介して連結され、図３に例示したような掘削機の駆動部５により外側軸１２を通じて掘削ドラム１３が所定の方向に回転駆動されるようになっている。
【００１９】
前記掘削ドラム１３の内周には上下に所定の間隔をおいて複数の撹拌翼１５，１５…が図２（Ｃ）に示すように直径方向に固着され、掘削ドラム１３の下端近くの内周には掘削翼１６が図２（Ｂ）に示すように直径方向に固着されており、これら撹拌翼１５および掘削翼１６の中心位置にはボス部１５ａ，１６ａがあって、このボス部１５ａ，１６ａが内側軸１１に嵌合されて内側軸１１に対し回転自在とされている。また前記掘削翼１６の下面には掘削刃１７，１７…が設けられている。
【００２０】
図示の実施形態では、掘削ドラム１３の下端部１３Ａが外側軸１２に連結される本体部分１３Ｂに対しボルト等による継手１８により着脱が可能とされており、この下端部１３Ａの内面に前記掘削翼１６が固着されていて、掘削翼１６のメンテナンス時に下端部１３Ａを取り外して所定の作業が行えるようになっている。
【００２１】
前記掘削ドラム１３の撹拌翼１５，１５…の上下方向中間位置における内側軸１１には内側軸１１の撹拌翼１９，１９…が固着されている。この撹拌翼１９，１９…は、図２（Ｂ）にみられるように等角配置の３本の翼１９ａ，１９ａ，１９ａを有している。
【００２２】
上記各撹拌翼１５，１９同士の互に対する面には複数の縦翼２０，２１が互に位相を異にして突設されており、上下の縦翼２０，２１は互に入り込む縦方向長さとされている。
【００２３】
前記掘削ドラム１３の上端縁には掘削刃２２，２２…が周方向に配列設置され、また前記継手１４の部分には掘削翼２３が掘削ドラム１３に固着して設けられ、この掘削翼２３の上面には複数の掘削刃２４，２４…が配設されている。また掘削ドラム１３の下端縁にも掘削刃２５，２５…が周方向に配列設置されている。
【００２４】
前記内側軸１１の下端は掘削ドラム１３の下端より若干下方に突出され、その先端に先行掘削用のビット２６が設けられている。またこの内側軸１１は前記駆動部５により外側軸１２とは反対方向への回転が与えられる。
【００２５】
前記内側軸１１は中空であり、その内孔１１ａを通じて掘削機のスイベルからのセメントミルク等の地盤改良材（固化材）を内側軸１１の下端へ送るようになっている。
【００２６】
上記内側軸１１の下端および最上位の撹拌翼１９には、前記内孔１１ａに連通する地盤改良材の吐出口２７，２８が開口されている。
【００２７】
図１において２９は掘削ドラム１３の周面に開設された窓孔で、撹拌翼１５，１９の中間に位置して開口されている。
【００２８】
次に作用を説明する。
【００２９】
掘削機の駆動部５に内側軸１１および外側軸１２をそれぞれ連結するとともにこれらの下端に掘削撹拌ヘッド１０を装着して要改良地盤へ建て込み、駆動部５を起動して掘削を開始すると、外側軸１２の回動により掘削ドラム１３が回動し、内側軸１１はこれとは反対方向に回動する。
【００３０】
掘削開始と共に掘削ドラム１３の下端部１３Ａ内の掘削翼１６の掘削刃１７，１７…により地盤が掘削され、掘削ドラム１３の下端縁の掘削刃２５，２５…により削孔の際まで掘削されるので、既設の固化物が隣在していてもこれらにより掘削ドラム１３の進行を妨げられることがなく、正確な鉛直掘削が行われる。
【００３１】
所定の深度まで削孔したのち掘削撹拌ヘッド１０を引き上げる際に掘削ドラム１３内に取り込まれる土砂は、掘削ドラム１３の撹拌翼１５，１５…と内側軸１１の撹拌翼１９，１９…との互に逆方向への回転、およびこれら各撹拌翼１５，１９に突設されている縦翼２０，２１の互に反対方向への回転によって剪断作用を強力に受け、細分化される。
【００３２】
これと同時に内側軸１１の内孔１１ａから上部の吐出口２８を通じて供給される地盤改良材と上記細分化された掘削土砂とが混合撹拌され、混合むらのない状態の混合土砂が得られる。特に地盤が粘性土質の場合であっても、水平の撹拌翼１５，１９による混合撹拌作用に加え、縦翼２０，２１による剪断作用によって細分化することができ、粘性地盤であっても良好な混合撹拌を行わせることができる。
【００３３】
上記掘削時に掘削深度が大きい場合、掘削時に下部の吐出口２６から注入する固化材が引き抜きへ移行するまでの間に固化してしまう可能性があるが、そのような場合には引き抜き時に上部の吐出口２８から地盤改良材（固化材）を注出しつつ混合撹拌することにより固化材の固化による不良状態の発生をなくし、所定の強化を有する地中杭を造成することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、大径の外側軸を通じて地盤を掘削するので掘削時に大きなトルクを与えることができ、軟弱地盤以外の一般地盤に適用することができる。さらに、掘削ドラム内での掘削土砂と地盤改良材との混合撹拌を良好に行うことができ、土砂を細分化して地盤改良効果を一層高めることができる。特に地盤が粘性土質である場合、水平の撹拌翼による混合撹拌作用に加え、縦翼による剪断作用によって細分化することができ、粘性地盤であっても良好な混合撹拌を行わせることができる。
【００３５】
請求項２によれば、掘削ドラムの回転で地盤を掘削するので高効率な掘削を行うことができるとともに、掘削翼のメンテナンスで容易に行うことができる。
【００３７】
請求項３によれば、下端の掘削刃は削孔の際を確実に掘削することができ、上端の掘削刃は掘削撹拌ヘッドの引き上げ時に抵抗を減じ、スムーズな引き上げができる。特に掘削ドラムが円筒状であることと、その掘削ドラムの下端周縁に掘削刃を設けることによって、地中連続壁の造成時など、既設の固化部分に影響されて曲進してしまうことがなく、これにより鉛直精度を確保することができる。
【００３８】
請求項４によれば、掘削ドラム内における掘削土砂と地盤改良材との混合を均一化し、均質は地中造成物を得ることができる。特に掘削深度が大きい場合、掘削時に下部の吐出口から注入する固化材が引き抜きへ移行するまでの間に固化してしまう可能性があるが、そのような場合には引き抜き時に上部の吐出口から地盤改良材（固化材）を注出しつつ混合撹拌することにより良好な地中杭を造成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における掘削撹拌ヘッドの一実施形態を示す縦断面図。
【図２】（Ａ）は図１のＡ矢視図、（Ｂ）は同Ｂ矢視図、（Ｃ）は同Ｃ矢視図、（Ｄ）は同Ｄ矢視図。
【図３】本発明に用いる掘削機の一例を示す側面図。
【符号の説明】
１０ 掘削撹拌ヘッド
１１ 内側軸
１２ 外側軸
１３ 掘削ドラム
１５，１９ 撹拌翼
１６，２３ 掘削翼
２０，２１ 縦翼

Claims (4)

1. 互に反対方向に回転駆動される外側軸と内側軸とで構成される掘削軸の下端に装着して深層地盤の改良に用いられる２重反転ドラム式の円筒状の掘削ドラムを有する地盤改良用掘削撹拌ヘッドを備えた地盤改良用掘削撹拌装置において、
   前記掘削撹拌ヘッドは、前記掘削ドラムに固着され下端部内に掘削刃を有する掘削翼と、前記掘削ドラムの内周に固着された複数の第１撹拌翼と、前記内側軸に固着された複数の第２撹拌翼と、を有し、前記第１撹拌翼と第２撹拌翼は、交互に取り付けられて相対回転自在とされるとともに、上下で互に位相を異ならせてそれぞれ縦翼が突設されており、これら縦翼は相手方の縦翼間に入り込む長さとされていることを特徴とする地盤改良用掘削撹拌装置。
2. 前記掘削翼部分の掘削ドラムの下端部を着脱可能とされている請求項１記載の地盤改良用掘削撹拌装置。
3. 前記掘削撹拌ヘッドの掘削ドラムの上端部および下端部のいずれか一方または双方に掘削刃が取り付けられている請求項２に記載の地盤改良用掘削撹拌装置。
4. 前記内側軸の先端と内側軸が有する最上位の撹拌翼の位置の２箇所に地盤改良材の吐出口が開口されている請求項１〜３のいずれか１項記載の地盤改良用掘削撹拌装置。

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