JP4005906B2 - 掘削撹拌装置及び地盤改良方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削溝を掘削するとともに、その掘削溝内を撹拌する掘削撹拌装置及び地盤改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掘削溝を掘削するとともに、掘削溝内で土砂と固化剤を撹拌して混合する掘削撹拌装置としては、掘削刃と撹拌翼を周囲に備えた複数の回転軸（掘削軸）と、各回転軸を回転駆動させる複数の原動機を有する駆動部とを備えた多軸掘削機本体を、ベースマシンのリーダマストに昇降自在に支持させる掘削撹拌装置がある。この掘削撹拌装置は、回転軸を回転させながら多軸掘削機本体を掘削溝内に下降させ、掘削溝内で掘削及び撹拌を行うとともに、回転軸に設けた貫通孔から掘削溝内に固化剤を注入する装置である（例えば、特許文献１参照。）。
また、撹拌翼を周囲に備えた回転軸を駆動部から上方に向けて設置し、駆動部の上方で掘削溝内を撹拌するように構成された掘削撹拌装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
なお、本出願人は、先に特願２００２−２０４７７５号に示すように、内挿された固定軸周りに回転可能な出力部を備えた外周駆動型の油圧モータ（以下、「アウターモータ」という）を用いた掘削撹拌装置を出願している。このアウターモータを用いた掘削撹拌装置は、ベースマシンに支持された固定軸をアウターモータに貫通させ、さらに、固定軸が内挿されるようにして、掘削刃と撹拌翼とを周囲に備えた中空の回転軸の頂部をアウターモータの出力部に接続し、回転軸を固定軸と同心軸周りに回転させることにより、掘削溝内で掘削及び撹拌を行うとともに、固定軸に設けた貫通孔から固化剤を掘削溝内に注入する装置である。また、掘削溝内の上方に対応するようにして、固定軸にアウターモータ及び回転軸を増設するように構成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３５２０７０号公報（第１−４頁、第１−２図）
【特許文献２】
特開平１０−２１９７３４号公報（第１−４頁、第１−２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の掘削撹拌装置では、以下の問題がある。
掘削溝の掘削及び撹拌が完了した後に、掘削撹拌装置を掘削溝内から引き上げることになる。このとき、掘削溝内の下方に配置された駆動部やアウターモータを上昇させることになり、駆動部やアウターモータの外壁面と掘削土砂との間に発生する抵抗力が大きくなってしまうため、掘削溝内からの離脱作業が煩雑になってしまう。特に、回転軸を多数並設して連続地中壁を構築する場合には、駆動部の大型化やアウターモータの増設により、掘削土砂との抵抗力が非常に大きくなり、掘削撹拌装置を掘削溝内から離脱させることが困難になってしまう。
また、従来の掘削撹拌装置では、掘削溝内の上方で掘削土砂と固化剤が硬化してしまうことを防止するため、駆動部から上方に向けて撹拌翼を設置したり、掘削溝の上方に対応させて固定軸に撹拌翼を設置しているが、掘削溝の深度が大きい場合には、撹拌翼を設置する区間が大きくなってしまう。すなわち、１台の掘削撹拌装置に多数の回転軸を設置した場合には撹拌翼の重量が大きくなり、掘削撹拌装置において回転軸側の重量が大きくなるため、ベースマシンにカウンターウェイト等を設置して掘削撹拌装置の安定性を確保する必要がある。
【０００６】
したがって、従来の掘削撹拌装置では、駆動部又はアウターモータによる抵抗力によって、多軸掘削機本体や回転手段を掘削溝内から引き上げる作業が煩雑になってしまうため、施工効率が低くなってしまうという問題がある。また、掘削溝内の上方に対応させて撹拌翼を設置する構成では、撹拌翼を設置する区間が大きくなってしまう場合があり、掘削撹拌装置の重量が増加してしまうとともに、装置の製作費用が高くなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することなく、掘削溝内から簡易に引き上げることができ、多数の回転軸を並設した場合であっても、施工効率を高めることができる掘削撹拌装置及び地盤改良方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決すべく構成されるものであり、請求項１に記載の発明は、ベースマシンと、ベースマシンに昇降可能に支持されている複数の回転手段とを備え、各回転手段は、ベースマシンに対して並設されており、各回転手段は掘削刃及び撹拌翼を有し、掘削刃により掘削溝を掘削するとともに、撹拌翼により掘削溝内を撹拌する掘削撹拌装置であって、各回転手段は、第１回転手段と第２回転手段とから構成され、第１回転手段と第２回転手段とが隣り合うようにして、少なくとも４基以上の回転手段が並設されており、第１回転手段は、第１油圧モータと、第１油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、上部及び下部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた回転軸とから構成され、第２回転手段は、固定軸と、固定軸が内挿され、撹拌翼を周囲に備えた出力部が固定軸周りに回転可能な第２油圧モータと、第２油圧モータの出力部に接続されることにより、固定軸と同心軸周りに回転可能であり、上部及び下部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた回転軸とから構成されていることを特徴としている。
【０００９】
ここで、ベースマシンは、回転手段を昇降可能な装置であれば自走式や固定式など、その構成は限定されるものではない。
また、油圧モータは、ラジアルピストンモータやアキシャルピストンモータなど既存の油圧モータである。
さらに、回転軸の掘削刃及び撹拌翼の形状や構成は限定されるものではなく、掘削溝を効率良く掘削し、掘削溝内を確実に撹拌することができる形状及び構成であればよい。
【００１０】
この発明によれば、油圧モータの出力部の周囲に撹拌翼が備えられており、出力部は固定軸周りに回転可能であるため、回転手段を掘削溝から引き上げる際に、出力部を固定軸周りに回転させながら油圧モータを上昇させることにより、油圧モータと掘削土砂の間の抵抗力を小さくすることができ、回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができる。これにより、回転手段を掘削溝内から引き上げる際の時間が短縮され、引き上げ時に掘削土砂に注入する液剤を減少させることができるとともに、引き上げ時に掘削溝内から突出した回転手段を効率良く洗浄することができ、使用する洗浄剤の量を少なくすることができる。これは、回転手段を多数並設した場合に、特に有効である。
【００１１】
また、回転軸の上部に掘削刃が設置されており、回転手段を掘削溝から引き上げる際に、掘削溝内の上方で掘削土砂と固化剤の硬化が進行している場合であっても、掘削刃により掘削土砂を粉砕して柔かくすることができるため、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することなく、回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができる。
さらに、回転軸は、歯車機構などの駆動機構を設置することなく、油圧モータの出力部に直接接続され、回転手段が軽量化されるため、回転手段を多数並設する場合や、回転手段を延長して深度の大きな掘削溝を構築する場合であっても、ベースマシンにカウンターウェイト等を設ける必要がなくなり、掘削撹拌装置の構成を簡易化することができ、製作費用を少なくすることができる。
【００１２】
また、回転軸に備えられた撹拌翼とともに、油圧モータの出力部の周囲に備えられた撹拌翼により掘削溝内を撹拌するため、効率良く掘削溝内を撹拌することができる。
また、油圧モータの出力部の周囲に撹拌翼を設けることにより、回転手段の高さ方向において広範囲に撹拌翼が設置されるため、掘削土砂を効率良く上方に排土することができる。
【００１３】
また、固定軸が掘削時に回転しないため、固定軸に固化剤の供給管を接続する場合に、スイベルジョイント等の特殊な機構を設置する必要がなくなり、回転手段の構成を簡易化することができる。さらに、固定軸を掘削溝内の下方まで延長させ、回転しない固定軸に各種の計測装置を簡易に設置することにより、掘削溝内の掘削状態をリアルタイムで把握して、正確に施工を管理することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に関連する発明であり、ベースマシンと、ベースマシンに昇降可能に支持されている複数の回転手段とを備え、各回転手段は、ベースマシンに対して並設されており、各回転手段は掘削刃及び撹拌翼を有し、掘削刃により掘削溝を掘削するとともに、撹拌翼により掘削溝内を撹拌する掘削撹拌装置であって、各回転手段は、第１回転手段と第２回転手段とが隣り合うようにして、少なくとも４基以上の回転手段が並設されており、第１回転手段は、第１油圧モータと、第１油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、上部及び下部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた第１回転軸とから構成され、第２回転手段は、固定軸と、固定軸が内挿され、撹拌翼を周囲に備えた出力部が固定軸周りに回転可能な第２油圧モータと、第２油圧モータの出力部に接続されることにより、固定軸と同心軸周りに回転可能であり、上部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた第２回転軸と、固定軸に支持された第３油圧モータと、第３油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、下部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた第３回転軸とから構成されていることを特徴としている。
【００１５】
ここで、内挿された固定軸周りに出力部が回転する第２油圧モータは、回転する出力部の直径が大きいため、粘性土を掘削した際に、出力部への掘削土砂の粘着が多くなってしまう場合がある。一方、出力部に内挿された回転軸を回転させる第３油圧モータでは、回転軸の直径を小さくすることができるため、掘削土砂の粘着を少なくすることができる。すなわち、第２油圧モータによって粘性土を撹拌する際には、第３油圧モータよりも大きなトルクが必要となる場合がある。
【００１６】
この発明によれば、両端に配置された回転手段は、粘性土の撹拌に適した第３油圧モータを備えるとともに、第３油圧モータの上方には、出力部に設けられた撹拌翼によって上方への排土効率が高い第２油圧モータが設置されているため、各種の土質の地盤を効率良く施工することができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、地盤改良方法であって、（１）掘削する所定位置の側方に請求項１又は請求項２に記載の掘削撹拌装置のベースマシンを移動させ、各回転手段を下降させることにより、回転軸に設置された掘削刃を地上面に当接させる第１工程と、（２）各回転手段の回転軸を回転させ、掘削刃で地盤を掘削するとともに、ベースマシンにより各回転手段を順次に下降させて所定深さの掘削溝を構築し、各回転手段の油圧モータを掘削溝内に配置する第２工程と、（３）回転手段で地盤を掘削しながら、掘削溝内に固化剤を注入し、撹拌翼で掘削土砂と固化剤を撹拌混合する第３工程と、（４）掘削土砂と固化剤を撹拌混合しながら、各回転手段を上昇させて掘削溝から引き上げ、掘削溝内の掘削土砂を硬化させる第４工程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、各回転手段を上昇させて掘削溝から引き上げる際に、本発明の掘削撹拌装置は、油圧モータと掘削土砂の抵抗力を小さくすることができるとともに、掘削溝の上方の掘削土砂を粉砕することができるため、回転手段を多数並設した場合であっても、各回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができる。
【００１９】
したがって、本発明の掘削撹拌装置及び地盤改良方法では、回転手段を掘削溝内から引き上げる際に、油圧モータと掘削土砂の抵抗力を小さくすることができるとともに、掘削溝の上方の掘削土砂を粉砕することができるため、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することなく、回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができ、また、油圧モータの出力部の周囲に備えた撹拌翼により効率良く撹拌することができるため、施工効率を高めることができる。これは、回転手段を多数並設して連続地中壁を施工する場合に有効である。また、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することがないことから、回転手段に撹拌翼を設置する区間が少なくなり、回転手段が軽量化されるため、深度が大きい連続地中壁を構築する場合に有効である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００２１】
本実施形態では、本発明の掘削撹拌装置を用いて鉛直方向の掘削溝を掘削するとともに、その掘削溝内に固化剤を注入し、掘削土砂と固化剤を撹拌混合することにより、地盤を改良して硬化させる場合を例として説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る掘削撹拌装置について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る掘削撹拌装置を示した側面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る回転手段を示した正面図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る回転手段の固定軸を示した図で、（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図２のＣ−Ｃ断面図である。なお、以下の説明において、右側とは図２における右側であり、左側とは図２における左側である。図４は、本発明の第１実施形態に係る回転手段の他の構成を示した正面図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る回転手段の他の構成を示した正面図である。
【００２３】
まず、本発明の実施形態に係る掘削撹拌装置の構成について説明する。
掘削撹拌装置１は、図１及び図２に示すように、ベースマシン２と、ベースマシン２に昇降可能に支持されている５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂとを備え、各回転手段２０Ａ，２０Ｂは、ベースマシン２に対して並設されており、各回転手段２０Ａ，２０Ｂは掘削刃２２及び撹拌翼２３を有し、掘削刃２２により掘削溝を掘削するとともに、掘削溝内に固化剤を注入し、撹拌翼２３により掘削土砂と固化剤を撹拌混合して地盤を改良する。
【００２４】
続いて、ベースマシン２の構成について説明する。
ベースマシン２は、図１に示すように、鉛直方向の昇降レール３と、昇降レール３に沿って昇降可能な支持部材４と、昇降レール３を水平方向に旋回させるための旋回台座５と、昇降レール３を縦方向に回動させるための可倒手段６と、各回転手段２０Ａ，２０Ｂに駆動用油を供給するための給油管７と、各回転手段２０Ａ，２０Ｂから駆動用油を排出するための排油管８と、各回転手段２０Ｂに固化剤を供給するための供給管９と、ベースマシン２を移動させるためのキャタピラ１０とを主要部として構成されている。
【００２５】
旋回台座５は、上部台座５ａと下部台座５ｂとから構成され、上部台座５ａには昇降レール３が接続されており、上部台座５ａを水平方向に回動させることにより、昇降レール３を水平方向に旋回させることができる。
昇降レール３の可倒手段６は、伸縮可能な油圧シリンダであり、下端部が上部台座５ａに連結され、上端部が昇降レール３の上端部に連結されており、可倒手段６を伸縮させることにより、昇降レール３の下端部に設けられた回転支持部１１を中心として、昇降レール３を縦方向に回動させる。
【００２６】
支持部材４は、５基の各回転手段２０Ａ，２０Ｂを昇降レール３に沿って鉛直方向に昇降自在な状態で支持する部材である。なお、支持部材４を昇降させるための機構は限定されるものではなく、本実施形態では、旋回台座５上に電動ウィンチ（図示せず）を設置し、この電動ウィンチのワイヤ１２を昇降レール３の上端部に設置された滑車１３と支持部材４の上部に設置された滑車１４とを介して昇降レール３の上端部に固定することにより支持部材４を吊り上げ、ワイヤ１２の繰り出し又は巻き取りによって支持部材４を昇降させている。
【００２７】
給油管７及び排油管８は、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの駆動を行うために設けられており、施工現場に設置されたオイルタンク（図示せず）から各回転手段２０Ａ，２０Ｂに接続され、給油管７及び排油管８を通じてオイルタンクから各回転手段２０Ａ，２０Ｂに駆動用油が供給されるとともに、各回転手段２０Ａ，２０Ｂから排出された駆動用油がオイルタンクに回収されるように構成されている。また、供給管９は、施工現場に設置された貯蔵タンク（図示せず）から各回転手段２０Ｂに接続されており、貯蔵タンクから供給管９を通じて各回転手段２０Ｂに固化剤が供給されるように構成されている。
【００２８】
次に、回転手段２０Ａ，２０Ｂの構成について説明する。
各回転手段２０Ａ，２０Ｂは、図１及び図２に示すように、３基の第１回転手段２０Ａと２基の第２回転手段２０Ｂとから構成され、第１回転手段２０Ａと第２回転手段２０Ｂとが隣り合うようにして、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂが並設されており、所定間隔で並設された３基の第１回転手段２０Ａ同士の間に第２回転手段２０Ｂが各々１基ずつ配置されている。各回転手段２０Ａ，２０Ｂは、接続部材２４及び軸受部材２５によって並設した状態で一体化されており、２基の第２回転手段２０Ｂがベースマシン２に昇降自在に支持されることにより、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂが昇降可能になっている。
【００２９】
第１回転手段２０Ａは、図２に示すように、３基の第１回転手段２０Ａにおいて、中央に配置された中央第１回転手段２０ＡＣと、右側に配置された右側第１回転手段２０ＡＲと、左側に配置された左側第１回転手段２０ＡＬとから構成されている。各第１回転手段２０Ａは、接続手段２４に外周部が固定されることにより各第２回転手段２０Ｂと一体化された油圧モータ（以下、「インナーモータ」という）５０と、インナーモータ５０の出力部に接続されており、出力部を貫通することにより回転可能であり、上部及び下端部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた回転軸２１とから構成されている。
【００３０】
そして、回転軸２１をインナーモータ５０により回転させ、転軸２１の下端部に設置された掘削刃２２を回転させることにより、掘削溝内の土砂を掘削することができるとともに、回転軸２１の上部に設置された掘削刃２２を回転させることにより、回転軸２１よりも上方に貯留された掘削土砂を粉砕することができる。また、回転軸２１を回転させることにより、その周囲に備えられた撹拌翼２３の回転によって掘削溝内の掘削土砂と固化剤を撹拌混合することができる。
なお、掘削刃２２及び撹拌翼２３の構成は限定されるものではなく、効率良く掘削及び撹拌を行うことができる形状及び材質であればよい。
【００３１】
第２回転手段は、図２に示すように、並設された３基の第１回転手段２０Ａ同士の間に各々１基ずつ配置され、２基の第２回転手段２０Ｂにおいて、右側に配置された右側第２回転手段２０ＢＲと、左側に配置された左側第２回転手段２０ＢＬとから構成されている。
【００３２】
右側第２回転手段２０ＢＲは、２基の第２回転手段２０Ｂにおいて右側に配置され、上端部がベースマシン２の支持部材４に固定された固定軸３０と、固定軸３０が貫通しており、撹拌翼２３を周囲に備えた出力部が固定軸３０周りに回転可能な２基の油圧モータ（以下、「アウターモータ」という）４０ａ，４０ｂと、固定軸３０が内挿されるようにして、各アウターモータ４０ａ，４０ｂの出力部に接続されることにより、固定軸３０周りに回転可能であり、上部及び下端部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた回転軸２１とから構成されている。
【００３３】
右側第２回転手段２０ＢＲのアウターモータ４０ａ，４０ｂは、貫通した固定軸３０周りに出力部が回転する外周駆動型のラジアルピストンモータであり、接続手段２４の下方で固定軸３０の高さ方向に所定間隔を空けて設置されており、上方に配置されたアウターモータ（以下、「上部アウターモータ」という）４０ａと、下方に配置されたアウターモータ（以下、「下部アウターモータ」という）４０ｂとから構成されている。
なお、本実施形態では、上部アウターモータ４０ａと下部アウターモータ４０ｂとを異なる方向に回転させている。さらに、各第２回転手段２０Ｂの下部アウターモータ４０ｂと、各第１回転手段２０Ａの回転軸２１とを異なる方向に回転させている。
【００３４】
右側第２回転手段２０ＢＲの固定軸３０は、図２に示すように、上部が接続部材２４を貫通した状態で、接続部材２４に固定されることにより、各第１回転手段２０Ａと一体化されている。この固定軸３０は、図３に示すように、中央部に貫通孔３１を有する中空管であり、中央部の貫通孔３１は、掘削溝内に固化剤を供給するための供給孔である。貫通孔３１の周囲には、掘削溝内に空気供給手段（図示せず）からの圧縮空気を供給するための空気孔Ａと、中央第１回転手段２０ＡＣのインナーモータ５０に駆動用油を供給するための給油孔Ｂと、上部アウターモータ４０ａに駆動用油を供給するための給油孔Ｆと、上部アウターモータ４０ａからの駆動用油を排出するための排油孔Ｇと、下部アウターモータ４０ｂに駆動用油を供給するための給油孔Ｈと、下部アウターモータ４０ｂからの駆動用油を排出するための排油孔Ｉと、右側第１回転手段２０ＡＲのインナーモータ５０に駆動用油を供給するための給油孔Ｊと、右側第１回転手段２０ＡＲのインナーモータ５０からの駆動油を排出するための排油孔Ｋと、各アウターモータ４０ａ，４０ｂ及び各インナーモータ５０，５０の内部で駆動用油が流出した際のドレン孔Ｄと、５個の予備孔Ｅとからなる１４個の貫通孔が等間隔で配置されている。
【００３５】
また、右側第２回転手段２０ＢＲの給油孔Ｂ，Ｊ、排油孔Ｋドレン孔Ｄは、接続部材２４内で中央第１回転手段２０ＡＣ及び右側第１回転手段２０ＡＲの各インナーモータ５０とホース等（図示せず）により接続されている（図２参照）。また、右側第２回転手段２０ＢＲの給油孔Ｆ，Ｈ、排油孔Ｇ，Ｉ及びドレン孔Ｄは、各アウターモータ４０ａ，４０ｂに各々接続されている。なお、各孔Ｂ，Ｆ，Ｈ，Ｊ，Ｇ，Ｉ，Ｋ，Ｄにおいて、各種部材との接続部よりも下方で使用しない区間は予備孔Ｅとしている。
【００３６】
ここで、接続部材２４内における右側第２回転手段２０ＢＲの各孔Ｂ，Ｊ，Ｋ，Ｄと中央第１回転手段２０ＡＣ及び右側第１回転手段２０ＡＲの各インナーモータ５０，５０との接続において、固定軸３０は回転しないため、接続部にスイベルジョイント等の特殊な機構を設置する必要がない。
また、右側第２回転手段２０ＢＲの中央部の貫通孔３１には供給管９が接続され（図１参照）、さらに、給油孔Ｆ，Ｈ，Ｊには給油管７が接続されるとともに、排油孔Ｇ，Ｉ，Ｋには排油管８が接続され（図１参照）、ドレン孔Ｄにはドレン管（図示せず）が接続されている。なお、各孔３１，Ｆ，Ｈ，Ｊ，Ｇ，Ｉ，Ｋ，Ｄと各管７，８，９との接続において、固定軸３０は回転しないため、接続部にスイベルジョイント等の特殊な機構を設置する必要がない。
【００３７】
右側第２回転手段２０ＢＲの回転軸２１は、図２に示すように、撹拌翼２３を周囲に備えた中空管である。この回転軸２１は、アウターモータ４０ａ，４０ｂを介して上下に分割され、上部に掘削刃２２を備え、アウターモータ４０ａの上方に配置された上部回転軸２１ａと、アウターモータ４０ａの下方かつアウターモータ４０ｂの上方に配置された中部回転軸２１ｂと、下端部に掘削刃２２を備え、アウターモータ４０ｂの下方に配置された下部回転軸２１ｃとから形成されており、各回転軸２１ａ，２１ｂ，２１ｃには固定軸３０が内挿されている。そして、上部回転軸２１ａの下端部と、中部回転軸２１ｂの上端部とがアウターモータ４０ａの出力部に接続され，下部回転軸２１ｃの上端部がアウターモータ４０ｂの出力部に接続されることにより、回転軸２１が固定軸３０周りに回転する。また、下部回転軸２１ｃが、回転可能な状態で軸受部材２５を貫通することにより、右側第２回転手段２０ＢＲが各第１回転手段２０Ａと一体化されている。
【００３８】
そして、各回転軸２１ａ，２１ｂ，２１ｃをアウターモータ４０ａ，４０ｂにより回転させ、下部回転軸２１ｃの下端部に設置された掘削刃２２を回転させることにより、掘削溝の底面を掘削することができるとともに、上部回転軸２１ａの上部に設置された掘削刃２２を回転させることにより、上部回転軸２１ａよりも上方に貯留された掘削土砂を粉砕することができる。また、回転軸２１を回転させることにより、その周囲に備えられた撹拌翼２３の回転によって掘削溝内の掘削土砂と固化剤を撹拌混合することができる。
【００３９】
左側第２回転手段２０ＢＬは、図１及び図２に示すように、２基の第２回転手段２０において左側に配置され、上端部がベースマシン２の支持部材４に固定された固定軸３０と、固定軸３０が貫通しており、撹拌翼２３を周囲に備えた出力部が固定軸３０周りに回転可能な２基のアウターモータ４０ａ，４０ｂと、固定軸３０が内挿されるようにして、各アウターモータ４０ａ，４０ｂの出力部に接続されることにより、固定軸３０周りに回転可能であり、上部及び下端部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた回転軸２１とから構成されている。この左側第２回転手段２０ＢＬは、右側第２回転手段２０ＢＲと略同一の構成であり、固定軸３０に設けられた貫通孔の構成が異なっている。
【００４０】
左側第２回転手段２０ＢＬの固定軸３０は、図３に示すように、固化剤の供給孔である中央部の貫通孔３１の周囲に、掘削溝内に空気供給手段（図示せず）からの圧縮空気を供給するための空気孔Ａと、中央第１回転手段２０ＡＣのインナーモータ５０からの駆動用油を排出するための排油孔Ｃと、各アウターモータ４０ａ，４０ｂに駆動用油を供給するための給油孔Ｆ，Ｈと、各アウターモータ４０ａ，４０ｂからの駆動用油を排出するための排油孔Ｇ，Ｉと、左側第１回転手段２０ＡＬのインナーモータ５０に駆動用油を供給するための給油孔Ｊと、左側第１回転手段２０ＡＬのインナーモータ５０からの駆動油を排出するための排油孔Ｋと、のアウターモータ４０ａ，４０ｂ及びインナーモータ５０のドレン孔Ｄと、５個の予備孔Ｅとからなる１４個の貫通孔が等間隔で配置されている。なお、左側第２回転手段２０ＢＬの各孔Ｃ，Ｊ、Ｋ，Ｄは、接続部材２４内（図２参照）で中央第１回転手段２０ＡＣ及び左側回転手段２０ＡＬの各インナーモータ５０とホース等（図示せず）により接続されている。
【００４１】
次に、本発明の第１実施形態に係る掘削撹拌装置１を用いた地盤改良方法について説明する。
まず、図１及び図２に示すように、掘削する所定位置の側方にベースマシン２を移動させ、旋回台座５及び可倒手段６を調整して各回転手段２０Ａ，２０Ｂを所定位置に鉛直状態で設置する。そして、各回転手段２０Ａ，２０Ｂを下降させ、各回転軸２１の下端部に設置された掘削刃２２を地上面に当接させる。
【００４２】
続いて、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの各アウターモータ４０及び各インナーモータ５０を駆動して各回転軸２１を回転させ、下端部の掘削刃２２で地盤を掘削し、ベースマシン２により各回転手段２０Ａ，２０Ｂを順次に下降させて所定深さの掘削溝を構築し、各回転手段の各アウターモータ４０及び各インナーモータ５０を掘削溝内に配置する。このとき、各回転軸２１の起動停止及び回転方向を各々設定することにより、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂ全体を回動させることができる。例えば、中央第１回転手段２０ＡＣの回転軸２１のみを回転させることにより、中央第１回転手段２０ＡＣを中心として５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂ全体を回動させ、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの位置を微調整することができる。
また、各第２回転手段２０Ｂに各々設置された２基のアウターモータ４０ａ，４０ｂは、異なる方向に回転しており、互いに回転反力を打ち消し合うため、安定した状態で各第２回転手段２０Ｂの回転軸２１が回転する。
【００４３】
一方、各回転手段２０で地盤を掘削しながら、各第２回転手段２０Ｂの貫通孔３１に供給管９を通じて固化剤を供給する（図３参照）。この固化剤は各第２回転手段２０Ｂの中央部の貫通孔３１を通過して固定軸３０Ｃの下端部から掘削溝内に注入される。さらに、各第２回転手段２０Ｂの空気孔Ａから掘削溝内に圧縮空気を供給する。
【００４４】
そして、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの撹拌翼２３によって掘削土砂と固化剤とが撹拌混合される。このとき、各回転軸２１の撹拌翼２３とともに、各アウターモータ４０ａ，４０ｂの撹拌翼２３によっても掘削溝内が撹拌されるため、効率良く撹拌することができる。また、各第１回転手段２０Ａの回転軸２１と、各第２回転手段２０Ｂの下部アウターモータ４０ｂ及び下部回転軸２１ｃとが異なる方向に回転するため、各回転手段２０Ａ，２０Ｂ同士の間が確実に撹拌される。さらに、各アウターモータ４０ａ，４０ｂの撹拌翼２３によって、各第２回転手段２０Ｂの高さ方向において広範囲に撹拌翼２３が設置されているため、掘削土砂を効率良く上方に排土することができる。
【００４５】
最後に、掘削土砂と固化剤を撹拌混合しながら、各回転手段２０Ａ，２０Ｂを上昇させて掘削溝から引き上げる。このとき、撹拌翼２３を備えた各アウターモータ４０ａ，４０ｂの出力部を回転させながら上昇させることにより、アウターモータ４０ａ，４０ｂと掘削土砂との間の抵抗力が小さくなるため、掘削溝から容易に引き上げることができる。さらに、掘削溝の上方で掘削土砂の硬化が進行してしまっている場合であっても、各回転軸２１の上部に設置された掘削刃２２により掘削土砂を粉砕して柔らかくするため、掘削溝から容易に引き上げることができる。そして、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの離脱後に掘削溝内の掘削土砂の硬化が完了して地盤が改良される。
【００４６】
したがって、本発明の掘削撹拌装置１では、並設された５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂを掘削溝内から離脱させる際に、簡易に引き上げることができ、さらに、第２回転手段２０Ｂに設けた各アウターモータ４０ａ，４０ｂの周囲に備えた撹拌翼２３により効率良く撹拌することができるため、施工効率を高めることができる。これは、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂを備えた掘削撹拌装置１を順次に移動させて連続地中壁を構築する場合に、特に有効である。また、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼２３を設置することがないことから、回転手段２０Ａ，２０Ｂに撹拌翼２３を設置する区間が少なくなり、回転手段２０Ａ，２０Ｂが軽量化されるため、深度の大きい連続地中壁を構築する場合に有効である。
【００４７】
なお、図４に示す各回転手段２０Ａ，２０Ｂは、前記第１実施形態に係る各回転手段２０Ａ，２０Ｂの他の構成であり、各第２回転手段２０Ｂの長さを短く構成したものである。この構成では、アウターモータ４０の数が変更されており、各固定軸３０には、各々１基のアウターモータ４０が設置され、１基のアウターモータ４０の出力部に上部回転軸２１ａの下端部及び下部回転軸２１ｃの上端部が接続されることにより回転軸２１を回転させている。
【００４８】
また、第１回転手段２０Ａのインナーモータ５０と、第２回転手段２０Ｂのアウターモータ４０の配置は限定されるものではなく、図５に示すように、各第１回転手段２０Ａの各インナーモータ５０が固定された接続部材２４を、右側第２回転手段２０ＢＲ及び左側第２回転手段２０ＢＬに設置された上部アウターモータ４０ａと下部アウターモータ４０ｂとの間に設けてもよく、撹拌翼２３の構成や各部材の強度などに対応させて適宜に設定することが好ましい。この構成では、上部アウターモータ４０ａの上方及び下部アウターモータ４０ｂの下方に各々軸受部材２５，２５を設けて各回転手段２０Ａ，２０Ｂを一体化させている。
【００４９】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る掘削撹拌装置について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
本発明の第２実施形態に係る掘削撹拌装置は、第１実施形態に係る掘削撹拌装置と略同様の構成であり、図６に示すように、各第２回転手段２０Ｂ’の構成が異なっている。
【００５０】
第２実施形態に係る右側第２回転手段２０Ｂ’Ｒ及び左側第２回転手段２０Ｂ’Ｌは、固定軸３０と、固定軸３０が貫通しており、撹拌翼２３を周囲に備えた出力部が固定軸３０周りに回転可能なアウターモータ４０と、アウターモータ４０の下方で、固定軸３０の下端部に固定されたインナーモータ５０と、固定軸３０が内挿されるようにして、各アウターモータ４０の出力部に接続されることにより、固定軸３０周りに回転可能であり、上部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた上部回転軸２１ａと、上端部がインナーモータ５０の出力部に内挿されることにより回転可能であり、下端部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた下部回転軸２１ｃとから構成されている。
【００５１】
ここで、アウターモータ４０は、回転する出力部の直径が大きいため、掘削する地盤が粘性土である場合には、出力部への掘削土砂の粘着が多くなってしまう場合がある。そこで、直径が小さいため掘削土砂の粘着が少ない下部回転軸２１ｃが接続されたインナーモータ５０をアウターモータ４０の下方に設置することにより、粘性土を掘削及び撹拌する場合であっても、下部回転軸２１ｃの掘削刃２２により効率良く掘削土砂を掘削し、アウターモータ４０によって効率良く排土することができるため、各種の土質の地盤を効率良く施工することができる。また、インナーモータ５０は、アウターモータ４０よりも製作費用が少ないため、第２回転手段２０Ｂに２基のアウターモータ４０を設置した構成（図２参照）と比較して、掘削撹拌装置の製作費用を少なくすることができる。
【００５２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る撹拌掘削装置について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
本発明の第３実施形態に係る掘削撹拌装置は、第２実施形態に係る掘削撹拌装置と略同様の構成であり、図７に示すように、並設された５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂ’が、２基の第１回転手段２０Ａと、３基の第２回転手段２０Ｂ’とから構成されていることが異なっている。具体的には、所定間隔で並設された３基の第２回転手段２０Ｂ’同士の間に、第１回転手段２０Ａが各々１基ずつ配置されている。この構成では、３基の第２回転手段２０Ｂ’の各固定軸３０がベースマシン２の支持部材４（図１参照）に支持されることにより、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂ’が３本の固定軸３０によって支持されるため、作業時の回転手段２０Ａ，２０Ｂ’の安定性を高めることができる。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、並設する回転軸２０Ａ，２０Ｂの台数は５基に限定されるものではなく、構築する掘削溝の大きさに対応させて適宜に定めることができるが、本発明は、少なくとも４基以上の回転手段２０Ａ，２０Ｂを並設した場合に顕著な効果を発揮する。
また、各回転手段２０Ａ，２０Ｂにアウターモータ４０又はインナーモータ５０を設置する個数は限定されるものではなく、土壌の土質など各種施工条件に対応させて適宜に設定し、効率良く掘削及び撹拌を行うことが好ましい。
また、第２回転手段２０Ｂの固定軸３０の下端部に、掘削溝内における回転軸２１の位置や深度を計測する計測装置を設置することにより、掘削溝内の掘削状態をリアルタイムで把握して正確に施工を管理し、精度良く掘削溝を構築するように構成してもよい。このとき、固定軸３０は掘削時に回転しないため、計測装置の電源ケーブルや通信ケーブル等を固定軸３０の予備孔Ｅ（図３参照）に挿入して配線することができ、第２回転手段２０Ｂに計測装置を簡易に設置することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の掘削撹拌装置及び地盤改良方法によれば、油圧モータの出力部の周囲に撹拌翼が備えられており、出力部は固定軸周りに回転可能であるため、回転手段を掘削溝から引き上げる際に、出力部を回転させながら油圧モータを上昇させることにより、油圧モータと掘削土砂の間の抵抗力を小さくすることができる。さらに、回転軸の上部に掘削刃が設置されており、掘削溝内の上方で掘削土砂と固化剤の硬化が進行している場合であっても、掘削刃により掘削土砂を粉砕して柔かくするため、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することなく、回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができ、施工効率を高めることができる。これは、回転手段を多数並設して連続地中壁を施工する場合に有効である。また、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することがないことから、回転手段に撹拌翼を設置する区間が少なくなり、回転手段が軽量化されるため、深度の大きい連続地中壁を構築する場合に有効であるとともに、掘削撹拌装置の構成を簡易化することができ、製作費用を少なくすることができる。
また、回転軸に備えられた撹拌翼とともに、油圧モータの出力部の周囲に備えられた撹拌翼により掘削溝内を撹拌するため、効率良く掘削溝内を撹拌することができる。
さらに、油圧モータの出力部の周囲に撹拌翼を設けることにより、回転手段の高さ方向において広範囲に撹拌翼が設置されるため、掘削土砂を効率良く上方に排土することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る掘削撹拌装置を示した側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る回転手段の固定軸を示した図で、（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る回転手段の他の構成を示した正面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る回転手段の他の構成を示した正面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
【符号の説明】
１・・・・掘削撹拌装置
２・・・・ベースマシン
２０Ａ・・・・第１回転手段
２０Ｂ・・・・第２回転手段
２１・・・・回転軸（中央回転手段）
２２・・・・掘削刃
２３・・・・撹拌翼
３０・・・・固定軸
４０・・・・アウターモータ
５０・・・・インナーモータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削溝を掘削するとともに、その掘削溝内を撹拌する掘削撹拌装置及び地盤改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掘削溝を掘削するとともに、掘削溝内で土砂と固化剤を撹拌して混合する掘削撹拌装置としては、掘削刃と撹拌翼を周囲に備えた複数の回転軸（掘削軸）と、各回転軸を回転駆動させる複数の原動機を有する駆動部とを備えた多軸掘削機本体を、ベースマシンのリーダマストに昇降自在に支持させる掘削撹拌装置がある。この掘削撹拌装置は、回転軸を回転させながら多軸掘削機本体を掘削溝内に下降させ、掘削溝内で掘削及び撹拌を行うとともに、回転軸に設けた貫通孔から掘削溝内に固化剤を注入する装置である（例えば、特許文献１参照。）。
また、撹拌翼を周囲に備えた回転軸を駆動部から上方に向けて設置し、駆動部の上方で掘削溝内を撹拌するように構成された掘削撹拌装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
なお、本出願人は、先に特願２００２−２０４７７５号に示すように、内挿された固定軸周りに回転可能な出力部を備えた外周駆動型の油圧モータ（以下、「アウターモータ」という）を用いた掘削撹拌装置を出願している。このアウターモータを用いた掘削撹拌装置は、ベースマシンに支持された固定軸をアウターモータに貫通させ、さらに、固定軸が内挿されるようにして、掘削刃と撹拌翼とを周囲に備えた中空の回転軸の頂部をアウターモータの出力部に接続し、回転軸を固定軸と同心軸周りに回転させることにより、掘削溝内で掘削及び撹拌を行うとともに、固定軸に設けた貫通孔から固化剤を掘削溝内に注入する装置である。また、掘削溝内の上方に対応するようにして、固定軸にアウターモータ及び回転軸を増設するように構成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３５２０７０号公報（第１−４頁、第１−２図）
【特許文献２】
特開平１０−２１９７３４号公報（第１−４頁、第１−２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の掘削撹拌装置では、以下の問題がある。
掘削溝の掘削及び撹拌が完了した後に、掘削撹拌装置を掘削溝内から引き上げることになる。このとき、掘削溝内の下方に配置された駆動部やアウターモータを上昇させることになり、駆動部やアウターモータの外壁面と掘削土砂との間に発生する抵抗力が大きくなってしまうため、掘削溝内からの離脱作業が煩雑になってしまう。特に、回転軸を多数並設して連続地中壁を構築する場合には、駆動部の大型化やアウターモータの増設により、掘削土砂との抵抗力が非常に大きくなり、掘削撹拌装置を掘削溝内から離脱させることが困難になってしまう。
また、従来の掘削撹拌装置では、掘削溝内の上方で掘削土砂と固化剤が硬化してしまうことを防止するため、駆動部から上方に向けて撹拌翼を設置したり、掘削溝の上方に対応させて固定軸に撹拌翼を設置しているが、掘削溝の深度が大きい場合には、撹拌翼を設置する区間が大きくなってしまう。すなわち、１台の掘削撹拌装置に多数の回転軸を設置した場合には撹拌翼の重量が大きくなり、掘削撹拌装置において回転軸側の重量が大きくなるため、ベースマシンにカウンターウェイト等を設置して掘削撹拌装置の安定性を確保する必要がある。
【０００６】
したがって、従来の掘削撹拌装置では、駆動部又はアウターモータによる抵抗力によって、多軸掘削機本体や回転手段を掘削溝内から引き上げる作業が煩雑になってしまうため、施工効率が低くなってしまうという問題がある。また、掘削溝内の上方に対応させて撹拌翼を設置する構成では、撹拌翼を設置する区間が大きくなってしまう場合があり、掘削撹拌装置の重量が増加してしまうとともに、装置の製作費用が高くなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することなく、掘削溝内から簡易に引き上げることができ、多数の回転軸を並設した場合であっても、施工効率を高めることができる掘削撹拌装置及び地盤改良方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決すべく構成されるものであり、請求項１に記載の発明は、ベースマシンと、ベースマシンに昇降可能に支持されている複数の回転手段とを備え、各回転手段は、ベースマシンに対して並設されており、各回転手段は掘削刃及び撹拌翼を有し、掘削刃により掘削溝を掘削するとともに、撹拌翼により掘削溝内を撹拌する掘削撹拌装置であって、各回転手段は、第１回転手段と第２回転手段とから構成され、第１回転手段と第２回転手段とが隣り合うようにして、少なくとも４基以上の回転手段が並設されており、第１回転手段は、第１油圧モータと、第１油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、上部及び下部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた回転軸とから構成され、第２回転手段は、固定軸と、固定軸が内挿され、撹拌翼を周囲に備えた出力部が固定軸周りに回転可能な第２油圧モータと、第２油圧モータの出力部に接続されることにより、固定軸と同心軸周りに回転可能であり、上部及び下部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた回転軸とから構成されていることを特徴としている。
【０００９】
ここで、ベースマシンは、回転手段を昇降可能な装置であれば自走式や固定式など、その構成は限定されるものではない。
また、油圧モータは、ラジアルピストンモータやアキシャルピストンモータなど既存の油圧モータである。
さらに、回転軸の掘削刃及び撹拌翼の形状や構成は限定されるものではなく、掘削溝を効率良く掘削し、掘削溝内を確実に撹拌することができる形状及び構成であればよい。
【００１０】
この発明によれば、油圧モータの出力部の周囲に撹拌翼が備えられており、出力部は固定軸周りに回転可能であるため、回転手段を掘削溝から引き上げる際に、出力部を固定軸周りに回転させながら油圧モータを上昇させることにより、油圧モータと掘削土砂の間の抵抗力を小さくすることができ、回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができる。これにより、回転手段を掘削溝内から引き上げる際の時間が短縮され、引き上げ時に掘削土砂に注入する液剤を減少させることができるとともに、引き上げ時に掘削溝内から突出した回転手段を効率良く洗浄することができ、使用する洗浄剤の量を少なくすることができる。これは、回転手段を多数並設した場合に、特に有効である。
【００１１】
また、回転軸の上部に掘削刃が設置されており、回転手段を掘削溝から引き上げる際に、掘削溝内の上方で掘削土砂と固化剤の硬化が進行している場合であっても、掘削刃により掘削土砂を粉砕して柔かくすることができるため、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することなく、回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができる。
さらに、回転軸は、歯車機構などの駆動機構を設置することなく、油圧モータの出力部に直接接続され、回転手段が軽量化されるため、回転手段を多数並設する場合や、回転手段を延長して深度の大きな掘削溝を構築する場合であっても、ベースマシンにカウンターウェイト等を設ける必要がなくなり、掘削撹拌装置の構成を簡易化することができ、製作費用を少なくすることができる。
【００１２】
また、回転軸に備えられた撹拌翼とともに、油圧モータの出力部の周囲に備えられた撹拌翼により掘削溝内を撹拌するため、効率良く掘削溝内を撹拌することができる。
また、油圧モータの出力部の周囲に撹拌翼を設けることにより、回転手段の高さ方向において広範囲に撹拌翼が設置されるため、掘削土砂を効率良く上方に排土することができる。
【００１３】
また、固定軸が掘削時に回転しないため、固定軸に固化剤の供給管を接続する場合に、スイベルジョイント等の特殊な機構を設置する必要がなくなり、回転手段の構成を簡易化することができる。さらに、固定軸を掘削溝内の下方まで延長させ、回転しない固定軸に各種の計測装置を簡易に設置することにより、掘削溝内の掘削状態をリアルタイムで把握して、正確に施工を管理することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に関連する発明であり、ベースマシンと、ベースマシンに昇降可能に支持されている複数の回転手段とを備え、各回転手段は、ベースマシンに対して並設されており、各回転手段は掘削刃及び撹拌翼を有し、掘削刃により掘削溝を掘削するとともに、撹拌翼により掘削溝内を撹拌する掘削撹拌装置であって、各回転手段は、第１回転手段と第２回転手段とが隣り合うようにして、少なくとも４基以上の回転手段が並設されており、第１回転手段は、第１油圧モータと、第１油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、上部及び下部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた第１回転軸とから構成され、第２回転手段は、固定軸と、固定軸が内挿され、撹拌翼を周囲に備えた出力部が固定軸周りに回転可能な第２油圧モータと、第２油圧モータの出力部に接続されることにより、固定軸と同心軸周りに回転可能であり、上部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた第２回転軸と、固定軸に支持された第３油圧モータと、第３油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、下部に掘削刃を備えるとともに、撹拌翼を周囲に備えた第３回転軸とから構成されていることを特徴としている。
【００１５】
ここで、内挿された固定軸周りに出力部が回転する第２油圧モータは、回転する出力部の直径が大きいため、粘性土を掘削した際に、出力部への掘削土砂の粘着が多くなってしまう場合がある。一方、出力部に内挿された回転軸を回転させる第３油圧モータでは、回転軸の直径を小さくすることができるため、掘削土砂の粘着を少なくすることができる。すなわち、第２油圧モータによって粘性土を撹拌する際には、第３油圧モータよりも大きなトルクが必要となる場合がある。
【００１６】
この発明によれば、両端に配置された回転手段は、粘性土の撹拌に適した第３油圧モータを備えるとともに、第３油圧モータの上方には、出力部に設けられた撹拌翼によって上方への排土効率が高い第２油圧モータが設置されているため、各種の土質の地盤を効率良く施工することができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、地盤改良方法であって、（１）掘削する所定位置の側方に請求項１又は請求項２に記載の掘削撹拌装置のベースマシンを移動させ、各回転手段を下降させることにより、回転軸に設置された掘削刃を地上面に当接させる第１工程と、（２）各回転手段の回転軸を回転させ、掘削刃で地盤を掘削するとともに、ベースマシンにより各回転手段を順次に下降させて所定深さの掘削溝を構築し、各回転手段の油圧モータを掘削溝内に配置する第２工程と、（３）回転手段で地盤を掘削しながら、掘削溝内に固化剤を注入し、撹拌翼で掘削土砂と固化剤を撹拌混合する第３工程と、（４）掘削土砂と固化剤を撹拌混合しながら、各回転手段を上昇させて掘削溝から引き上げ、掘削溝内の掘削土砂を硬化させる第４工程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、各回転手段を上昇させて掘削溝から引き上げる際に、本発明の掘削撹拌装置は、油圧モータと掘削土砂の抵抗力を小さくすることができるとともに、掘削溝の上方の掘削土砂を粉砕することができるため、回転手段を多数並設した場合であっても、各回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができる。
【００１９】
したがって、本発明の掘削撹拌装置及び地盤改良方法では、回転手段を掘削溝内から引き上げる際に、油圧モータと掘削土砂の抵抗力を小さくすることができるとともに、掘削溝の上方の掘削土砂を粉砕することができるため、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することなく、回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができ、また、油圧モータの出力部の周囲に備えた撹拌翼により効率良く撹拌することができるため、施工効率を高めることができる。これは、回転手段を多数並設して連続地中壁を施工する場合に有効である。また、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することがないことから、回転手段に撹拌翼を設置する区間が少なくなり、回転手段が軽量化されるため、深度が大きい連続地中壁を構築する場合に有効である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００２１】
本実施形態では、本発明の掘削撹拌装置を用いて鉛直方向の掘削溝を掘削するとともに、その掘削溝内に固化剤を注入し、掘削土砂と固化剤を撹拌混合することにより、地盤を改良して硬化させる場合を例として説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る掘削撹拌装置について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る掘削撹拌装置を示した側面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る回転手段を示した正面図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る回転手段の固定軸を示した図で、（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図２のＣ−Ｃ断面図である。なお、以下の説明において、右側とは図２における右側であり、左側とは図２における左側である。図４は、本発明の第１実施形態に係る回転手段の他の構成を示した正面図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る回転手段の他の構成を示した正面図である。
【００２３】
まず、本発明の実施形態に係る掘削撹拌装置の構成について説明する。
掘削撹拌装置１は、図１及び図２に示すように、ベースマシン２と、ベースマシン２に昇降可能に支持されている５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂとを備え、各回転手段２０Ａ，２０Ｂは、ベースマシン２に対して並設されており、各回転手段２０Ａ，２０Ｂは掘削刃２２及び撹拌翼２３を有し、掘削刃２２により掘削溝を掘削するとともに、掘削溝内に固化剤を注入し、撹拌翼２３により掘削土砂と固化剤を撹拌混合して地盤を改良する。
【００２４】
続いて、ベースマシン２の構成について説明する。
ベースマシン２は、図１に示すように、鉛直方向の昇降レール３と、昇降レール３に沿って昇降可能な支持部材４と、昇降レール３を水平方向に旋回させるための旋回台座５と、昇降レール３を縦方向に回動させるための可倒手段６と、各回転手段２０Ａ，２０Ｂに駆動用油を供給するための給油管７と、各回転手段２０Ａ，２０Ｂから駆動用油を排出するための排油管８と、各回転手段２０Ｂに固化剤を供給するための供給管９と、ベースマシン２を移動させるためのキャタピラ１０とを主要部として構成されている。
【００２５】
旋回台座５は、上部台座５ａと下部台座５ｂとから構成され、上部台座５ａには昇降レール３が接続されており、上部台座５ａを水平方向に回動させることにより、昇降レール３を水平方向に旋回させることができる。
昇降レール３の可倒手段６は、伸縮可能な油圧シリンダであり、下端部が上部台座５ａに連結され、上端部が昇降レール３の上端部に連結されており、可倒手段６を伸縮させることにより、昇降レール３の下端部に設けられた回転支持部１１を中心として、昇降レール３を縦方向に回動させる。
【００２６】
支持部材４は、５基の各回転手段２０Ａ，２０Ｂを昇降レール３に沿って鉛直方向に昇降自在な状態で支持する部材である。なお、支持部材４を昇降させるための機構は限定されるものではなく、本実施形態では、旋回台座５上に電動ウィンチ（図示せず）を設置し、この電動ウィンチのワイヤ１２を昇降レール３の上端部に設置された滑車１３と支持部材４の上部に設置された滑車１４とを介して昇降レール３の上端部に固定することにより支持部材４を吊り上げ、ワイヤ１２の繰り出し又は巻き取りによって支持部材４を昇降させている。
【００２７】
給油管７及び排油管８は、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの駆動を行うために設けられており、施工現場に設置されたオイルタンク（図示せず）から各回転手段２０Ａ，２０Ｂに接続され、給油管７及び排油管８を通じてオイルタンクから各回転手段２０Ａ，２０Ｂに駆動用油が供給されるとともに、各回転手段２０Ａ，２０Ｂから排出された駆動用油がオイルタンクに回収されるように構成されている。また、供給管９は、施工現場に設置された貯蔵タンク（図示せず）から各回転手段２０Ｂに接続されており、貯蔵タンクから供給管９を通じて各回転手段２０Ｂに固化剤が供給されるように構成されている。
【００２８】
次に、回転手段２０Ａ，２０Ｂの構成について説明する。
各回転手段２０Ａ，２０Ｂは、図１及び図２に示すように、３基の第１回転手段２０Ａと２基の第２回転手段２０Ｂとから構成され、第１回転手段２０Ａと第２回転手段２０Ｂとが隣り合うようにして、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂが並設されており、所定間隔で並設された３基の第１回転手段２０Ａ同士の間に第２回転手段２０Ｂが各々１基ずつ配置されている。各回転手段２０Ａ，２０Ｂは、接続部材２４及び軸受部材２５によって並設した状態で一体化されており、２基の第２回転手段２０Ｂがベースマシン２に昇降自在に支持されることにより、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂが昇降可能になっている。
【００２９】
第１回転手段２０Ａは、図２に示すように、３基の第１回転手段２０Ａにおいて、中央に配置された中央第１回転手段２０ＡＣと、右側に配置された右側第１回転手段２０ＡＲと、左側に配置された左側第１回転手段２０ＡＬとから構成されている。各第１回転手段２０Ａは、接続手段２４に外周部が固定されることにより各第２回転手段２０Ｂと一体化された油圧モータ（以下、「インナーモータ」という）５０と、インナーモータ５０の出力部に接続されており、出力部を貫通することにより回転可能であり、上部及び下端部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた回転軸２１とから構成されている。
【００３０】
そして、回転軸２１をインナーモータ５０により回転させ、転軸２１の下端部に設置された掘削刃２２を回転させることにより、掘削溝内の土砂を掘削することができるとともに、回転軸２１の上部に設置された掘削刃２２を回転させることにより、回転軸２１よりも上方に貯留された掘削土砂を粉砕することができる。また、回転軸２１を回転させることにより、その周囲に備えられた撹拌翼２３の回転によって掘削溝内の掘削土砂と固化剤を撹拌混合することができる。
なお、掘削刃２２及び撹拌翼２３の構成は限定されるものではなく、効率良く掘削及び撹拌を行うことができる形状及び材質であればよい。
【００３１】
第２回転手段は、図２に示すように、並設された３基の第１回転手段２０Ａ同士の間に各々１基ずつ配置され、２基の第２回転手段２０Ｂにおいて、右側に配置された右側第２回転手段２０ＢＲと、左側に配置された左側第２回転手段２０ＢＬとから構成されている。
【００３２】
右側第２回転手段２０ＢＲは、２基の第２回転手段２０Ｂにおいて右側に配置され、上端部がベースマシン２の支持部材４に固定された固定軸３０と、固定軸３０が貫通しており、撹拌翼２３を周囲に備えた出力部が固定軸３０周りに回転可能な２基の油圧モータ（以下、「アウターモータ」という）４０ａ，４０ｂと、固定軸３０が内挿されるようにして、各アウターモータ４０ａ，４０ｂの出力部に接続されることにより、固定軸３０周りに回転可能であり、上部及び下端部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた回転軸２１とから構成されている。
【００３３】
右側第２回転手段２０ＢＲのアウターモータ４０ａ，４０ｂは、貫通した固定軸３０周りに出力部が回転する外周駆動型のラジアルピストンモータであり、接続手段２４の下方で固定軸３０の高さ方向に所定間隔を空けて設置されており、上方に配置されたアウターモータ（以下、「上部アウターモータ」という）４０ａと、下方に配置されたアウターモータ（以下、「下部アウターモータ」という）４０ｂとから構成されている。
なお、本実施形態では、上部アウターモータ４０ａと下部アウターモータ４０ｂとを異なる方向に回転させている。さらに、各第２回転手段２０Ｂの下部アウターモータ４０ｂと、各第１回転手段２０Ａの回転軸２１とを異なる方向に回転させている。
【００３４】
右側第２回転手段２０ＢＲの固定軸３０は、図２に示すように、上部が接続部材２４を貫通した状態で、接続部材２４に固定されることにより、各第１回転手段２０Ａと一体化されている。この固定軸３０は、図３に示すように、中央部に貫通孔３１を有する中空管であり、中央部の貫通孔３１は、掘削溝内に固化剤を供給するための供給孔である。貫通孔３１の周囲には、掘削溝内に空気供給手段（図示せず）からの圧縮空気を供給するための空気孔Ａと、中央第１回転手段２０ＡＣのインナーモータ５０に駆動用油を供給するための給油孔Ｂと、上部アウターモータ４０ａに駆動用油を供給するための給油孔Ｆと、上部アウターモータ４０ａからの駆動用油を排出するための排油孔Ｇと、下部アウターモータ４０ｂに駆動用油を供給するための給油孔Ｈと、下部アウターモータ４０ｂからの駆動用油を排出するための排油孔Ｉと、右側第１回転手段２０ＡＲのインナーモータ５０に駆動用油を供給するための給油孔Ｊと、右側第１回転手段２０ＡＲのインナーモータ５０からの駆動油を排出するための排油孔Ｋと、各アウターモータ４０ａ，４０ｂ及び各インナーモータ５０，５０の内部で駆動用油が流出した際のドレン孔Ｄと、５個の予備孔Ｅとからなる１４個の貫通孔が等間隔で配置されている。
【００３５】
また、右側第２回転手段２０ＢＲの給油孔Ｂ，Ｊ、排油孔Ｋドレン孔Ｄは、接続部材２４内で中央第１回転手段２０ＡＣ及び右側第１回転手段２０ＡＲの各インナーモータ５０とホース等（図示せず）により接続されている（図２参照）。また、右側第２回転手段２０ＢＲの給油孔Ｆ，Ｈ、排油孔Ｇ，Ｉ及びドレン孔Ｄは、各アウターモータ４０ａ，４０ｂに各々接続されている。なお、各孔Ｂ，Ｆ，Ｈ，Ｊ，Ｇ，Ｉ，Ｋ，Ｄにおいて、各種部材との接続部よりも下方で使用しない区間は予備孔Ｅとしている。
【００３６】
ここで、接続部材２４内における右側第２回転手段２０ＢＲの各孔Ｂ，Ｊ，Ｋ，Ｄと中央第１回転手段２０ＡＣ及び右側第１回転手段２０ＡＲの各インナーモータ５０，５０との接続において、固定軸３０は回転しないため、接続部にスイベルジョイント等の特殊な機構を設置する必要がない。
また、右側第２回転手段２０ＢＲの中央部の貫通孔３１には供給管９が接続され（図１参照）、さらに、給油孔Ｆ，Ｈ，Ｊには給油管７が接続されるとともに、排油孔Ｇ，Ｉ，Ｋには排油管８が接続され（図１参照）、ドレン孔Ｄにはドレン管（図示せず）が接続されている。なお、各孔３１，Ｆ，Ｈ，Ｊ，Ｇ，Ｉ，Ｋ，Ｄと各管７，８，９との接続において、固定軸３０は回転しないため、接続部にスイベルジョイント等の特殊な機構を設置する必要がない。
【００３７】
右側第２回転手段２０ＢＲの回転軸２１は、図２に示すように、撹拌翼２３を周囲に備えた中空管である。この回転軸２１は、アウターモータ４０ａ，４０ｂを介して上下に分割され、上部に掘削刃２２を備え、アウターモータ４０ａの上方に配置された上部回転軸２１ａと、アウターモータ４０ａの下方かつアウターモータ４０ｂの上方に配置された中部回転軸２１ｂと、下端部に掘削刃２２を備え、アウターモータ４０ｂの下方に配置された下部回転軸２１ｃとから形成されており、各回転軸２１ａ，２１ｂ，２１ｃには固定軸３０が内挿されている。そして、上部回転軸２１ａの下端部と、中部回転軸２１ｂの上端部とがアウターモータ４０ａの出力部に接続され，下部回転軸２１ｃの上端部がアウターモータ４０ｂの出力部に接続されることにより、回転軸２１が固定軸３０周りに回転する。また、下部回転軸２１ｃが、回転可能な状態で軸受部材２５を貫通することにより、右側第２回転手段２０ＢＲが各第１回転手段２０Ａと一体化されている。
【００３８】
そして、各回転軸２１ａ，２１ｂ，２１ｃをアウターモータ４０ａ，４０ｂにより回転させ、下部回転軸２１ｃの下端部に設置された掘削刃２２を回転させることにより、掘削溝の底面を掘削することができるとともに、上部回転軸２１ａの上部に設置された掘削刃２２を回転させることにより、上部回転軸２１ａよりも上方に貯留された掘削土砂を粉砕することができる。また、回転軸２１を回転させることにより、その周囲に備えられた撹拌翼２３の回転によって掘削溝内の掘削土砂と固化剤を撹拌混合することができる。
【００３９】
左側第２回転手段２０ＢＬは、図１及び図２に示すように、２基の第２回転手段２０において左側に配置され、上端部がベースマシン２の支持部材４に固定された固定軸３０と、固定軸３０が貫通しており、撹拌翼２３を周囲に備えた出力部が固定軸３０周りに回転可能な２基のアウターモータ４０ａ，４０ｂと、固定軸３０が内挿されるようにして、各アウターモータ４０ａ，４０ｂの出力部に接続されることにより、固定軸３０周りに回転可能であり、上部及び下端部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた回転軸２１とから構成されている。この左側第２回転手段２０ＢＬは、右側第２回転手段２０ＢＲと略同一の構成であり、固定軸３０に設けられた貫通孔の構成が異なっている。
【００４０】
左側第２回転手段２０ＢＬの固定軸３０は、図３に示すように、固化剤の供給孔である中央部の貫通孔３１の周囲に、掘削溝内に空気供給手段（図示せず）からの圧縮空気を供給するための空気孔Ａと、中央第１回転手段２０ＡＣのインナーモータ５０からの駆動用油を排出するための排油孔Ｃと、各アウターモータ４０ａ，４０ｂに駆動用油を供給するための給油孔Ｆ，Ｈと、各アウターモータ４０ａ，４０ｂからの駆動用油を排出するための排油孔Ｇ，Ｉと、左側第１回転手段２０ＡＬのインナーモータ５０に駆動用油を供給するための給油孔Ｊと、左側第１回転手段２０ＡＬのインナーモータ５０からの駆動油を排出するための排油孔Ｋと、のアウターモータ４０ａ，４０ｂ及びインナーモータ５０のドレン孔Ｄと、５個の予備孔Ｅとからなる１４個の貫通孔が等間隔で配置されている。なお、左側第２回転手段２０ＢＬの各孔Ｃ，Ｊ、Ｋ，Ｄは、接続部材２４内（図２参照）で中央第１回転手段２０ＡＣ及び左側回転手段２０ＡＬの各インナーモータ５０とホース等（図示せず）により接続されている。
【００４１】
次に、本発明の第１実施形態に係る掘削撹拌装置１を用いた地盤改良方法について説明する。
まず、図１及び図２に示すように、掘削する所定位置の側方にベースマシン２を移動させ、旋回台座５及び可倒手段６を調整して各回転手段２０Ａ，２０Ｂを所定位置に鉛直状態で設置する。そして、各回転手段２０Ａ，２０Ｂを下降させ、各回転軸２１の下端部に設置された掘削刃２２を地上面に当接させる。
【００４２】
続いて、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの各アウターモータ４０及び各インナーモータ５０を駆動して各回転軸２１を回転させ、下端部の掘削刃２２で地盤を掘削し、ベースマシン２により各回転手段２０Ａ，２０Ｂを順次に下降させて所定深さの掘削溝を構築し、各回転手段の各アウターモータ４０及び各インナーモータ５０を掘削溝内に配置する。このとき、各回転軸２１の起動停止及び回転方向を各々設定することにより、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂ全体を回動させることができる。例えば、中央第１回転手段２０ＡＣの回転軸２１のみを回転させることにより、中央第１回転手段２０ＡＣを中心として５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂ全体を回動させ、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの位置を微調整することができる。
また、各第２回転手段２０Ｂに各々設置された２基のアウターモータ４０ａ，４０ｂは、異なる方向に回転しており、互いに回転反力を打ち消し合うため、安定した状態で各第２回転手段２０Ｂの回転軸２１が回転する。
【００４３】
一方、各回転手段２０で地盤を掘削しながら、各第２回転手段２０Ｂの貫通孔３１に供給管９を通じて固化剤を供給する（図３参照）。この固化剤は各第２回転手段２０Ｂの中央部の貫通孔３１を通過して固定軸３０Ｃの下端部から掘削溝内に注入される。さらに、各第２回転手段２０Ｂの空気孔Ａから掘削溝内に圧縮空気を供給する。
【００４４】
そして、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの撹拌翼２３によって掘削土砂と固化剤とが撹拌混合される。このとき、各回転軸２１の撹拌翼２３とともに、各アウターモータ４０ａ，４０ｂの撹拌翼２３によっても掘削溝内が撹拌されるため、効率良く撹拌することができる。また、各第１回転手段２０Ａの回転軸２１と、各第２回転手段２０Ｂの下部アウターモータ４０ｂ及び下部回転軸２１ｃとが異なる方向に回転するため、各回転手段２０Ａ，２０Ｂ同士の間が確実に撹拌される。さらに、各アウターモータ４０ａ，４０ｂの撹拌翼２３によって、各第２回転手段２０Ｂの高さ方向において広範囲に撹拌翼２３が設置されているため、掘削土砂を効率良く上方に排土することができる。
【００４５】
最後に、掘削土砂と固化剤を撹拌混合しながら、各回転手段２０Ａ，２０Ｂを上昇させて掘削溝から引き上げる。このとき、撹拌翼２３を備えた各アウターモータ４０ａ，４０ｂの出力部を回転させながら上昇させることにより、アウターモータ４０ａ，４０ｂと掘削土砂との間の抵抗力が小さくなるため、掘削溝から容易に引き上げることができる。さらに、掘削溝の上方で掘削土砂の硬化が進行してしまっている場合であっても、各回転軸２１の上部に設置された掘削刃２２により掘削土砂を粉砕して柔らかくするため、掘削溝から容易に引き上げることができる。そして、各回転手段２０Ａ，２０Ｂの離脱後に掘削溝内の掘削土砂の硬化が完了して地盤が改良される。
【００４６】
したがって、本発明の掘削撹拌装置１では、並設された５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂを掘削溝内から離脱させる際に、簡易に引き上げることができ、さらに、第２回転手段２０Ｂに設けた各アウターモータ４０ａ，４０ｂの周囲に備えた撹拌翼２３により効率良く撹拌することができるため、施工効率を高めることができる。これは、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂを備えた掘削撹拌装置１を順次に移動させて連続地中壁を構築する場合に、特に有効である。また、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼２３を設置することがないことから、回転手段２０Ａ，２０Ｂに撹拌翼２３を設置する区間が少なくなり、回転手段２０Ａ，２０Ｂが軽量化されるため、深度の大きい連続地中壁を構築する場合に有効である。
【００４７】
なお、図４に示す各回転手段２０Ａ，２０Ｂは、前記第１実施形態に係る各回転手段２０Ａ，２０Ｂの他の構成であり、各第２回転手段２０Ｂの長さを短く構成したものである。この構成では、アウターモータ４０の数が変更されており、各固定軸３０には、各々１基のアウターモータ４０が設置され、１基のアウターモータ４０の出力部に上部回転軸２１ａの下端部及び下部回転軸２１ｃの上端部が接続されることにより回転軸２１を回転させている。
【００４８】
また、第１回転手段２０Ａのインナーモータ５０と、第２回転手段２０Ｂのアウターモータ４０の配置は限定されるものではなく、図５に示すように、各第１回転手段２０Ａの各インナーモータ５０が固定された接続部材２４を、右側第２回転手段２０ＢＲ及び左側第２回転手段２０ＢＬに設置された上部アウターモータ４０ａと下部アウターモータ４０ｂとの間に設けてもよく、撹拌翼２３の構成や各部材の強度などに対応させて適宜に設定することが好ましい。この構成では、上部アウターモータ４０ａの上方及び下部アウターモータ４０ｂの下方に各々軸受部材２５，２５を設けて各回転手段２０Ａ，２０Ｂを一体化させている。
【００４９】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る掘削撹拌装置について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
本発明の第２実施形態に係る掘削撹拌装置は、第１実施形態に係る掘削撹拌装置と略同様の構成であり、図６に示すように、各第２回転手段２０Ｂ’の構成が異なっている。
【００５０】
第２実施形態に係る右側第２回転手段２０Ｂ’Ｒ及び左側第２回転手段２０Ｂ’Ｌは、固定軸３０と、固定軸３０が貫通しており、撹拌翼２３を周囲に備えた出力部が固定軸３０周りに回転可能なアウターモータ４０と、アウターモータ４０の下方で、固定軸３０の下端部に固定されたインナーモータ５０と、固定軸３０が内挿されるようにして、各アウターモータ４０の出力部に接続されることにより、固定軸３０周りに回転可能であり、上部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた上部回転軸２１ａと、上端部がインナーモータ５０の出力部に内挿されることにより回転可能であり、下端部に掘削刃２２を備えるとともに、撹拌翼２３を周囲に備えた下部回転軸２１ｃとから構成されている。
【００５１】
ここで、アウターモータ４０は、回転する出力部の直径が大きいため、掘削する地盤が粘性土である場合には、出力部への掘削土砂の粘着が多くなってしまう場合がある。そこで、直径が小さいため掘削土砂の粘着が少ない下部回転軸２１ｃが接続されたインナーモータ５０をアウターモータ４０の下方に設置することにより、粘性土を掘削及び撹拌する場合であっても、下部回転軸２１ｃの掘削刃２２により効率良く掘削土砂を掘削し、アウターモータ４０によって効率良く排土することができるため、各種の土質の地盤を効率良く施工することができる。また、インナーモータ５０は、アウターモータ４０よりも製作費用が少ないため、第２回転手段２０Ｂに２基のアウターモータ４０を設置した構成（図２参照）と比較して、掘削撹拌装置の製作費用を少なくすることができる。
【００５２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る撹拌掘削装置について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
本発明の第３実施形態に係る掘削撹拌装置は、第２実施形態に係る掘削撹拌装置と略同様の構成であり、図７に示すように、並設された５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂ’が、２基の第１回転手段２０Ａと、３基の第２回転手段２０Ｂ’とから構成されていることが異なっている。具体的には、所定間隔で並設された３基の第２回転手段２０Ｂ’同士の間に、第１回転手段２０Ａが各々１基ずつ配置されている。この構成では、３基の第２回転手段２０Ｂ’の各固定軸３０がベースマシン２の支持部材４（図１参照）に支持されることにより、５基の回転手段２０Ａ，２０Ｂ’が３本の固定軸３０によって支持されるため、作業時の回転手段２０Ａ，２０Ｂ’の安定性を高めることができる。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、並設する回転軸２０Ａ，２０Ｂの台数は５基に限定されるものではなく、構築する掘削溝の大きさに対応させて適宜に定めることができるが、本発明は、少なくとも４基以上の回転手段２０Ａ，２０Ｂを並設した場合に顕著な効果を発揮する。
また、各回転手段２０Ａ，２０Ｂにアウターモータ４０又はインナーモータ５０を設置する個数は限定されるものではなく、土壌の土質など各種施工条件に対応させて適宜に設定し、効率良く掘削及び撹拌を行うことが好ましい。
また、第２回転手段２０Ｂの固定軸３０の下端部に、掘削溝内における回転軸２１の位置や深度を計測する計測装置を設置することにより、掘削溝内の掘削状態をリアルタイムで把握して正確に施工を管理し、精度良く掘削溝を構築するように構成してもよい。このとき、固定軸３０は掘削時に回転しないため、計測装置の電源ケーブルや通信ケーブル等を固定軸３０の予備孔Ｅ（図３参照）に挿入して配線することができ、第２回転手段２０Ｂに計測装置を簡易に設置することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の掘削撹拌装置及び地盤改良方法によれば、油圧モータの出力部の周囲に撹拌翼が備えられており、出力部は固定軸周りに回転可能であるため、回転手段を掘削溝から引き上げる際に、出力部を回転させながら油圧モータを上昇させることにより、油圧モータと掘削土砂の間の抵抗力を小さくすることができる。さらに、回転軸の上部に掘削刃が設置されており、掘削溝内の上方で掘削土砂と固化剤の硬化が進行している場合であっても、掘削刃により掘削土砂を粉砕して柔かくするため、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することなく、回転手段を掘削溝内から簡易に引き上げることができ、施工効率を高めることができる。これは、回転手段を多数並設して連続地中壁を施工する場合に有効である。また、掘削溝内の全高に対応させて撹拌翼を設置することがないことから、回転手段に撹拌翼を設置する区間が少なくなり、回転手段が軽量化されるため、深度の大きい連続地中壁を構築する場合に有効であるとともに、掘削撹拌装置の構成を簡易化することができ、製作費用を少なくすることができる。
また、回転軸に備えられた撹拌翼とともに、油圧モータの出力部の周囲に備えられた撹拌翼により掘削溝内を撹拌するため、効率良く掘削溝内を撹拌することができる。
さらに、油圧モータの出力部の周囲に撹拌翼を設けることにより、回転手段の高さ方向において広範囲に撹拌翼が設置されるため、掘削土砂を効率良く上方に排土することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る掘削撹拌装置を示した側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る回転手段の固定軸を示した図で、（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る回転手段の他の構成を示した正面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る回転手段の他の構成を示した正面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る回転手段を示した正面図である。
【符号の説明】
１・・・・掘削撹拌装置
２・・・・ベースマシン
２０Ａ・・・・第１回転手段
２０Ｂ・・・・第２回転手段
２１・・・・回転軸（中央回転手段）
２２・・・・掘削刃
２３・・・・撹拌翼
３０・・・・固定軸
４０・・・・アウターモータ
５０・・・・インナーモータ
Claims (3)
- ベースマシンと、
前記ベースマシンに昇降可能に支持されている複数の回転手段と、を備え、
前記各回転手段は、前記ベースマシンに対して並設されており、
前記各回転手段は掘削刃及び撹拌翼を有し、前記掘削刃により掘削溝を掘削するとともに、前記撹拌翼により前記掘削溝内を撹拌する掘削撹拌装置であって、
前記各回転手段は、第１回転手段と第２回転手段とから構成され、前記第１回転手段と前記第２回転手段とが隣り合うようにして、少なくとも４基以上の回転手段が並設されており、
前記第１回転手段は、
第１油圧モータと、
前記第１油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、上部及び下部に前記掘削刃を備えるとともに、前記撹拌翼を周囲に備えた回転軸と、から構成され、
前記第２回転手段は、
固定軸と、
前記固定軸が内挿され、前記撹拌翼を周囲に備えた出力部が前記固定軸周りに回転可能な第２油圧モータと、
前記第２油圧モータの前記出力部に接続されることにより、前記固定軸と同心軸周りに回転可能であり、上部及び下部に前記掘削刃を備えるとともに、前記撹拌翼を周囲に備えた回転軸と、から構成されていることを特徴とする掘削撹拌装置。 - ベースマシンと、
前記ベースマシンに昇降可能に支持されている複数の回転手段と、を備え、
前記各回転手段は、前記ベースマシンに対して並設されており、
前記各回転手段は掘削刃及び撹拌翼を有し、前記掘削刃により掘削溝を掘削するとともに、前記撹拌翼により前記掘削溝内を撹拌する掘削撹拌装置であって、
前記各回転手段は、第１回転手段と第２回転手段とから構成され、前記第１回転手段と前記第２回転手段とが隣り合うようにして、少なくとも４基以上の回転手段が並設されており、
前記第１回転手段は、
第１油圧モータと、
前記第１油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、上部及び下部に前記掘削刃を備えるとともに、前記撹拌翼を周囲に備えた第１回転軸と、から構成され、
前記第２回転手段は、
固定軸と、
前記固定軸が内挿され、前記撹拌翼を周囲に備えた出力部が前記固定軸周りに回転可能な第２油圧モータと、
前記第２油圧モータの前記出力部に接続されることにより、前記固定軸と同心軸周りに回転可能であり、上部に前記掘削刃を備えるとともに、前記撹拌翼を周囲に備えた第２回転軸と、
前記固定軸に支持された第３油圧モータと、
前記第３油圧モータの出力部に内挿されることにより回転可能であり、下部に前記掘削刃を備えるとともに、前記撹拌翼を周囲に備えた第３回転軸と、から構成されていることを特徴とする掘削撹拌装置。 - 次の第１工程から第４工程の各工程を含むことを特徴とする地盤改良方法。
（１）掘削する所定位置の側方に請求項１又は請求項２に記載の掘削撹拌装置の前記ベースマシンを移動させ、前記各回転手段を下降させることにより、前記回転軸に設置された前記掘削刃を地上面に当接させる第１工程。
（２）前記各回転手段の前記回転軸を回転させ、前記掘削刃で地盤を掘削するとともに、前記ベースマシンにより前記各回転手段を順次に下降させて所定深さの前記掘削溝を構築し、前記各回転手段の前記油圧モータを前記掘削溝内に配置する第２工程。
（３）前記回転手段で地盤を掘削しながら、前記掘削溝内に固化剤を注入し、前記撹拌翼で掘削土砂と前記固化剤を撹拌混合する第３工程。
（４）前記掘削土砂と前記固化剤を撹拌混合しながら、前記各回転手段を上昇させて前記掘削溝から引き上げ、前記掘削溝内の前記掘削土砂を硬化させる第４工程。
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