JP3871775B2

JP3871775B2 - 地盤改良機の攪拌装置

Info

Publication number: JP3871775B2
Application number: JP24027497A
Authority: JP
Inventors: 輝男増本; 満宏吉田
Original assignee: YBM Co Ltd
Current assignee: YBM Co Ltd
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: JPH1161802A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、地盤改良機の攪拌装置に関する。更に詳しくは、攪拌翼と地盤構成物体の共廻りを阻止するようになされている地盤改良機の攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全国各地で地盤改良が行われている。地盤改良は、主として地盤中に地盤硬化剤を注入して地盤を強化するために行われる。そのための地盤改良機は、様々な改良がなされて現在に至っている。一般的な地盤改良機は、公開特許公報昭５９−３８４２０号等で知られているように、回転する長尺ロッドの下端部の掘削ビットで地盤を深層まで掘削しながらそのロッドの下方部分に取りつけられている攪拌翼で掘削孔中の地盤構成物体を攪拌し、攪拌翼に開口している噴射口から地盤改良用硬化剤を噴出させ、攪拌される地盤構成物体中にその地盤改良用硬化剤を注入する機械である。改良剤は、地上から供給される液体のセメントミルク等である。
【０００３】
攪拌される地盤構成物体は注入される液体により泥状化し一体化して攪拌翼と同体に回転するいわゆる共廻り現象が知られている。共廻り現象は、攪拌性能を低下させるだけでなく、掘削速度を低下させる。公開特許公報昭６２−１６４９１０号等でも知られているように、共廻りを防止するための改良も多方面から行われてきた。
【０００４】
掘削速度を速めるための改良は、一般的な掘削機であるボーリング機械の分野で進められてきた。その改良の主なものは、回転ロッドに軸方向の衝撃力を作用させるパーカッション機構である。この機構は、往復運動するハンマーを周期的に回転ロッドに衝突させる構造を備えている。掘削ビットに縦振動を与えることが、掘削速度を上昇させることが一般的に知られている。掘削機能も備えている地盤改良機にも、掘削速度の上昇が求められている。
【０００５】
市街地でも地盤改良が多く行われている現在では、騒音対策も重要なテーマの一つになっている。パーカッション機構は、騒音が強く好ましくは思われていない。掘削機の回転ロッドに振動を与える機構としては、他には、偏心ロータを内蔵する加振機と呼ばれることがある機構が知られている。この加振機は、偏心ロータの上昇時にその反作用をロッドに伝達するが、そのロッドが下方に動かない場合には、その反作用力をロッドに伝達するだけでありロッドに加速度を与えず、特に、偏心ロータの下降時にロッドを上昇方向に動かすことは決してない。従って、偏心ロータは、ロッドに固有振動を起こさせはするがロッド全体を振動させる機能は有していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような技術的背景に基づいてなされたものであり、下記のような目的を達成する。
【０００７】
本発明の目的は、回転ロッドに往復運動させる加速度を与えることにより攪拌性能を高める地盤改良機の攪拌装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、回転ロッドに往復運動させる加速度を与えることにより攪拌性能及び掘削性能を高める地盤改良機の攪拌装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、回転ロッドに往復運動させる加速度を与えることにより共廻りを阻止して攪拌性能及び掘削性能を高める地盤改良機の攪拌装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の目的は、回転ロッドに往復運動させる加速度を与えることにより攪拌性能を高めながら騒音度を低下させる地盤改良機の攪拌装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために次のような手段を採る。本発明１による地盤改良機の攪拌装置は、鉛直方向に立てられるリーダー（４）と、前記リーダー（４）に案内されて昇降する昇降体（６）と、前記昇降体（６）に備えられた昇降部材（８）と、前記昇降部材（８）に取り付けられたチェーン（９）と、前記チェーン（９）を往復駆動するモータ（１１）と、前記昇降体（６）に搭載された振動台（１６）と、前記振動台（１６）に搭載されている回転駆動機（１６ａ）と、前記回転駆動機（１６ａ）により回転駆動される回転ロッド（１９）と、前記回転ロッド（１９）に回転力を伝達する伝達機構（１８）と、前記回転ロッド（１９）の下方部分にそれと同体に地盤中で回転するように取りつけられている攪拌翼（２５）と、前記攪拌翼（２５）は地盤改良剤を地盤に注入するための注入手段（１７）を備えている地盤改良機の攪拌装置において、
前記振動台（１６）に搭載され前記回転ロッド（１９）をその軸方向に往復運動させる加速機（１３）とからなり、
前記加速機（１３）は、周期的加速度を受ける２組の偏心ロータ（２３）と前記偏心ロータ（２３）を支持する加速機本体（２２）とからなり、前記２組の前記偏心ロータ（２３）の回転軸心線（Ｋ１，Ｋ２）を通る平行な２平面の中心面が前記回転ロッド（１９）の中心軸線（Ｌ）を含み、
前記加速機本体（２２）は、前記加速機本体（２２）を支持し振動運動が可能で、かつ前記昇降体（６）に弾性材で形成されている防振手段（１４，１５）を介して前記振動台（１６）に支持されており、
前記防振手段（１４，１５）は、前記周期運動体（２３）の往復運動幅と前記回転ロッド（１９）の往復運動幅とを異ならせる作用を有することを特徴とする。
本発明２による地盤改良機の攪拌装置は、本発明１において、
前記伝達機構（１８）は、前記回転ロッド（１９）を把持するチャック（１８）であり、前記加速機本体（２２）は前記チャック（１８）に同体化されていることを特徴とする。
【００１２】
攪拌翼は、ビットの回転により形成されている削孔の中で回転してその一部分の地盤構成物体を攪拌する。攪拌翼から噴出する地盤改良剤は攪拌される地盤構成物体に浸透する。この浸透と攪拌によって粘土化して回転ロッド及び攪拌翼に強く付着する地盤構成物体は、その攪拌翼が位置する領域の全体が攪拌翼と同体化して攪拌翼と共廻りしようとする。
【００１３】
回転翼は、回転ロッドと一体に上下に往復運動し周期的に昇降する。その昇降幅は少なくても、回転翼又は回転ロッドに付着しこれらに近い領域の粘度が高い地盤構成物体は、それらから遠い領域の地盤構成物体に対して断層化する。このような断層化が頻繁に起こり、両領域の地盤構成物体の一体化性が損なわれる。このような断層化は続いて起こり、地盤構成体物体の細分化が行われる。このような断層化、細分化は、共廻りを阻止する。
【００１５】
内部の偏心ロータの重心の昇降は、その本体に上下方向の加速度を発生させる。このような加速度を受ける加速機本体に同体の振動台等が上下方向の周期的運動を行う。その運動幅は小さくても、振動台を確実に上下運動させる。加速機本体、振動台、チャック等は、偏心ロータである周期的運動体の加速度を回転ロッドに伝達する加速度伝達機構を形成している。その振幅は、１〜５ｃｍである。
【００１６】
加速機本体の第１周期的加速度は、ばね等を含む防振手段を介して回転ロッドに第２周期的加速度を発生させる。このばねは、振動幅を増幅させる機能を備えているが、増幅のためのみに用いられず、その逆のためにも用いられ、第１周期的加速度の周期と第２周期的加速度の周期との間の変換機構としても用いられる。第１周期的加速度は単振動の加速度に限られない。偏心ロータの回転周期を連続的に又は不連続的に変更することがある。この変更は、地盤の物理的性質に対応して行われる。周期の変更は、偏心ロータを駆動する電動機の回転数制御により容易に可能である。運動幅変更手段は、その電動モータの回転数制御手段とばねの単独又は複合から構成されている。ばねはコイルスプリングに限られず、ゴム、ゴム状弾性体でもよい。
【００１７】
防振手段は、更に昇降手段に支持されている。即ち、加速機本体は防振手段・昇降手段を介して振動台に支持されるが、回転ロッド・回転翼を介して掘削孔の底面又は掘削孔中の被攪拌物質にも同時に支持されることになる。防振手段は回転ロッドを振動自在に支持する支持機能を有すると同時に振動台、昇降手段等の機械的破損を防止する防止機能を有する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明による地盤改良機の攪拌装置は、粘度が高くなって同体化して全体的に攪拌翼と一体的に共廻りする物理的関係が解消されるので、回転ロッドにより伝達されるエネルギーが有効に攪拌のために使用され、攪拌効率が高くなり、地盤改良剤と地盤構成物体の混合が均一化して地盤改良効果を高めるとともに、掘削速度も上昇させ施行能率を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明による地盤改良機の攪拌装置の実施の形態１を示している。地盤改良対象域の地面１に機械台２が据え付けられている。制御室３が、機械台２上に設けられている。リーダー４が、機械台１上に概ね鉛直方向に立ち上がっている。案内用ロッド５がリーダー４に固定され設けられている。昇降体６が、案内用ロッド５に案内されて昇降する。
【００２０】
昇降体６は、フィーダ本体７と上下２体の昇降部材８とを備えている。２体の昇降部材８は、フィーダ本体７を介して同体に結合している。昇降部材８は、無端状チェーン又は有端チェーン９に取りつけられている。図２に示されるように、油圧モータ１１及び油圧供給源１２がリーダー４の頂部に取りつけられている。油圧モータ１１は、油圧供給源１２から圧油の供給を受けて回転し、チェーン９を往復運動させる。
【００２１】
図３に示されるように、チェーン９により昇降方向に駆動されるフィーダ本体７に、振動伝達体用振動体１３が昇降可能に支持されている。振動伝達体用振動体１３は、その上下端部がフィーダ本体７に支持されている。振動伝達体用振動体１３は、左右に２体が配置されこの２体のそれぞれの中心線の中心を通る中心線を含みその２本の中心線を含む面に直交する面に、チェーン９の中心線が含まれている。
【００２２】
２体の振動伝達体用振動体１３のそれぞれの上端面とフィーダ本体７の部分との間には上側付勢手段１４が介設されている。２体の振動伝達体用振動体１３のそれぞれの下端面とフィーダ本体７の他の部分との間には下側付勢手段１５が介設されている。振動伝達体用振動体１３は、上下両側で上側付勢手段１４及び下側付勢手段１５によりバイアスされている。
【００２３】
図２に示されるように、２体の振動伝達体用振動体１３に振動台１６が取りつけられている。振動台１６上に、スイベル１７が固定され設けられている。スイベル１７は、回転可能部分を備え、その回転可能部分を介して液体状、粉体状の流体、流動体を後述する回転ロッドへ送り込むことができる。慣用手段であるスイベル１７の詳しい説明は、省略する。
【００２４】
スイベル１７の回転可能部分には、チャック１８が固定され設けられている。チャック１８は、回転ロッド１９を把持することができる。回転ロッド１９は、複数体が用いられ互いに連結され上下方向に長く延長される。スイベル１７から回転ロッド１９中に、地盤改良剤特に液体の地盤改良剤が送り込まれる。振動台１６又はスイベル１７に直接に、加速機２１が固定され設けられている。加速機２１は、図４に示されるように、加速機本体２２と第１周期的加速度を受ける周期運動体２３を備えている。
【００２５】
周期運動体２３は、加速機本体２２に回転自在に支持され中で回転して第１周期的加速度を受ける偏心ロータである。周期運動体２３の重心は、その回転軸心線から外れた位置にあり、回転することにより遠心力に相当する加速度を受ける。この加速度は、単振動の加速度である。周期運動体２３の加速度は、その逆方向の加速度を加速機本体２２に発生させる。
【００２６】
この逆向き加速度は、振動台１６又はスイベル１７を介してチャック１８及び回転ロッド１９に第２周期的加速度として伝達される。この伝達は、上下の付勢手段１４，１５によりバイアスされ、加速機本体２２の振動幅は増幅される。第２周期的加速度は、第１周期的加速度とばね定数とを変数とする関数で表される。
【００２７】
左右の偏心ロータ２３が、対称面Ｓに対称に配置されている。両偏心ロータ２３を対称化させている対称面Ｓは、回転ロッド１９の中心軸心線Ｌを含む。このような２体１組の偏心ロータ２３が、図２に示されるように、２組設けられている。２組の偏心ロータ２３の回転軸心線Ｋ１及びＫ２をそれぞれに通る平行な２平面の中心面も、回転ロッド１９の中心軸心線Ｌを含む。２組のそれぞれの偏心ロータ２３は、同一位相に配置される必要はない。２組の偏心ロータ２３は、自己励起的に共鳴して同一位相で回転するようになる。
【００２８】
図１に示されるように、回転ロッド１９はその下端に掘削して孔を形成するための削孔用ビット２４を備えている。回転ロッド１９は、削孔用ビット２４よりも上方位置に攪拌翼２５を備えている。攪拌翼２５は、上下２段に設けられている。各段の攪拌翼２５は、複数枚又は複数体の攪拌羽根２６を有している。
【００２９】
各攪拌羽根２６は、液体である地盤改良剤を噴射する噴射口（図示せず）を多数有している。複数の噴射口から噴射される液流は、１平面を挟んで上下に拡大する放射流を形成する。上下２段の攪拌羽根２６から噴射される放射流は、攪拌翼２５が配置されている領域に概ね均等量の改良剤を分散させる。
【００３０】
図１の状態で振動台１６上の回転駆動機１６ａを駆動してチャック１８と同体に回転ロッド１９を回転駆動する。削孔用ビット２４により掘削が進み、形成された掘削孔３１内で地盤構成物体が破砕された状態になる。その破砕物は、攪拌翼２５により攪拌され更に細かく２次破砕される。このように２次破砕された地盤構成物体中に地盤改良剤が浸透する。
【００３１】
回転ロッド１９、攪拌翼２５と同体化し同調して地盤構成物体が共廻りをし始め１体の地盤構成物体として振る舞うような現象が生じるが、このような一体構成体中に位置する回転ロッド１９及び攪拌翼２５がその一体物に対して相対的に上下運動する。この相対的上下運動は、質量が大きくなった地盤構成物体に対する攪拌翼２５の相対的運動であるから、だるま落としのように地盤構成物体と攪拌翼２５の一体性を解消する。このような断層化が複数位置で起こり、その一体物を分断する。この分断により、共廻りが回避される。共廻りの回避は、掘削能率、攪拌能率の両方を高める。
【００３２】
偏心ロータの遠心力エネルギーは、回転ロッド１９に衝撃的に伝達されるよりも、回転ロッド１９、攪拌翼２５の上下の運動を介して前記分断のためのエネルギーとして消費され、その分断を促進させる。衝撃音が少なく、騒音防止効果が示されている。
【００３３】

実験は、７３φ単管堀りである。Ａ地盤では、掘削速度は両地盤で同じ速度１４〜１５秒／ｍが得られ、加速機の使用・不使用による差異は見られなかった。Ｂ地盤では、加速機の不使用時には掘削不能に陥った。加速機使用時の掘削速度は２８〜２９秒／ｍであり、Ａ、Ｂ両地盤で顕著な差異が見出された。騒音に関しては、機側７ｍの同一位置で両地盤について比較された。加速機のみを駆動した場合のその騒音は９０ｄＢ、加速機を使用しながら掘削を進めた場合の騒音は７９ｄＢであった。このことは、掘削時には加速機の振動エネルギーは加速のために用いられ衝撃力としては用いられていない。なお、従来のパーカッション形式の振動機は、掘削時にも９０ｄＢを記録した。
【００３４】
図５，６は、本発明による地盤改良機の攪拌装置の実施の形態２を示している。この実施形態２は、機械台２と地面１との間に自走手段が介設されている。この点を除けば、実施形態２は実施形態１と異なるところはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による地盤改良機の攪拌装置の実施の形態１を示す正面断面図である。
【図２】図２は、図１の側面断面図である。
【図３】図３は、図１のIII−III線側面断面図である。
【図４】図４は、加速機の正面図である。
【図５】図５は、本発明による地盤改良機の攪拌装置の実施の形態２を示す正面図である。
【図６】図６は、図５の側面図である。
【符号の説明】
２…機械台
７…フィーダ本体
１３…振動伝達体用振動体
１４…上側付勢手段
１５…下側付勢手段
１６…振動台
１７…スイベル
１８…チャック
１９…回転ロッド
２２…加速機本体
２３…偏心ロータ
２４…削孔用ビット
２５…攪拌翼

Claims

鉛直方向に立てられるリーダー（４）と、
前記リーダー（４）に案内されて昇降する昇降体（６）と、
前記昇降体（６）に備えられた昇降部材（８）と、
前記昇降部材（８）に取り付けられたチェーン（９）と、
前記チェーン（９）を往復駆動するモータ（１１）と、
前記昇降体（６）に搭載された振動台（１６）と、
前記振動台（１６）に搭載されている回転駆動機（１６ａ）と、
前記回転駆動機（１６ａ）により回転駆動される回転ロッド（１９）と、
前記回転ロッド（１９）に回転力を伝達する伝達機構（１８）と、
前記回転ロッド（１９）の下方部分にそれと同体に地盤中で回転するように取りつけられている攪拌翼（２５）と、
前記攪拌翼（２５）は地盤改良剤を地盤に注入するための注入手段（１７）を備えている地盤改良機の攪拌装置において、
前記振動台（１６）に搭載され前記回転ロッド（１９）をその軸方向に往復運動させる加速機（１３）とからなり、
前記加速機（１３）は、
周期的加速度を受ける２組の偏心ロータ（２３）と前記偏心ロータ（２３）を支持する加速機本体（２２）とからなり、
前記２組の前記偏心ロータ（２３）の回転軸心線（Ｋ１，Ｋ２）を通る平行な２平面の中心面が前記回転ロッド（１９）の中心軸線（Ｌ）を含み、
前記加速機本体（２２）は、
前記加速機本体（２２）を支持し振動運動が可能で、かつ前記昇降体（６）に弾性材で形成されている防振手段（１４，１５）を介して前記振動台（１６）に支持されており、
前記防振手段（１４，１５）は、
前記周期運動体（２３）の往復運動幅と前記回転ロッド（１９）の往復運動幅とを異ならせる作用を有することを特徴とする地盤改良機の攪拌装置。
請求項１において、
前記伝達機構（１８）は、前記回転ロッド（１９）を把持するチャック（１８）であり、
前記加速機本体（２２）は前記チャック（１８）に同体化されている
ことを特徴とする地盤改良機の攪拌装置。