JP4038525B1 - 地盤撹拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 土砂を上下・前後左右に効率的に撹拌できるようにした地盤撹拌装置を提供する。
【解決手段】 油圧モータ１２の回転がチェーン機構２５および２６により撹拌体３０ａおよび３０ｂに伝えられる。撹拌体３０ａは、撹拌爪Ｂａ１〜Ｂａ４が外側から内側に斜めに配設された単位撹拌翼体４１ａと、撹拌爪Ｂｂ１〜Ｂｂ４が内側から外側に斜めに配設された単位撹拌翼体４１ｂとを有する。撹拌体３０ｂは、撹拌爪Ｂｃ１〜Ｂｃ４が外側から内側に向かって斜めに配設された単位撹拌翼体４１ｃと、撹拌爪Ｂｄ１〜Ｂｄ４が内側から外側に向かって斜めに配設された単位撹拌翼体４１ｄとを有する。このため、撹拌体３０ａおよび３０ｂの回転と共に、土砂は、上下方向のみでなく、外側から内側に向かうような方向と、内側から外側向かうような方向とに、交互に動かされる。これにより、土砂は、上下方向および前後方向と左右方向とに十分に撹拌される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤を掘削しながら土壌とセメントミルク等の土壌改質材とを撹拌混合して軟弱地盤等を強化するための地盤撹拌装置に関する。

従来、地盤強化のための地盤撹拌装置として、例えば特許文献１に示されるように、回転軸の両端に、複数の撹拌ロッドが放射状に配設された回転筒体を設け、この回転筒体を回転させて、撹拌ロッドを地中で周回させて泥を撹拌するとともに、セメントミルク等の土壌改質材を地中に供給することによって、掘削した土壌と土壌改質材とを撹拌混合するように構成したものが知られている。

図８および図９は、このような従来の地盤撹拌装置を示す図である。図８および図９において、本体フレーム２２１の基端部には、本装置を移動作業車両等のアーム先端部に着脱自在に取り付けるためのブラケット２２２が一体的に設けられている。

本体フレーム２２１の先端部には、油圧モータ２２３が一体的に取り付けられている。油圧モータ２２３の両側から回転軸２２４が延出される。回転軸２２４の左右に、それぞれ回転筒体２２５が着脱自在に取り付けられている。回転筒体２２５の外周面には、多数の撹拌ロッド２２６が着脱自在に取り付け固定されている。また、本体フレーム２２１の下端部には噴射ノズル２３１が設けられる。噴射ノズル２３１には、輸送管２３０を介してセメントミルク等の土壌改質材が供給される。

軟質土壌の地盤強化を行う時には、油圧モータ２２３が回転し、回転軸２２４が両側の回転筒体２２５を回転させる。回転筒体２２５が回転すると、回転筒体２２５から放射状に植設された複数の撹拌ロッド２２６により、地盤が撹拌される。また、噴射ノズル２３１には、輸送管２３０を介して土壌改質材が供給され、噴射ノズル２３１からは、土壌に、土壌改質材が噴射される。
特開２００２−６６２９３号公報

かかる従来の地盤撹拌装置では、回転軸２２４の両端に設けられた回転筒体２２５を回転させることで、複数の撹拌ロッド２２６を回転させて、土壌の掘削と撹拌が行われるとともに、噴射ノズル２３１から土壌中に、土壌改質材が噴射される。これにより、地盤を掘削しながら、土壌中に土壌改質剤が撹拌混合され、軟弱地盤等の改質が行われる。

ところが、上述の従来の地盤撹拌装置では、図１０に示すように、撹拌ロッド２２６が土壌２５０の同じ所の部分２５１を何度も掘削することになり、撹拌ロッド２２６が当たらない所では、土砂が撹拌されないという問題がある。また、撹拌時に土砂が左右方向に動かないため、十分に効率的に撹拌が行えないという問題がある。

本発明は、上述の課題に鑑み、土砂を上下・前後左右に効率的に撹拌できるようにした地盤撹拌装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、駆動モータと、駆動モータの回転を伝えるチェーン機構と、チェーン機構により回転する回転軸の両側に取り付けられた第１及び第２の撹拌体とを有し、第１の撹拌体は、複数の撹拌爪が配列された第１の単位撹拌翼体及び第２の単位撹拌翼体とからなり、前記第２の撹拌体は、複数の撹拌爪が配列された第３の単位撹拌翼体及び第４の単位撹拌翼体とからなり、第１から前記第４の単位撹拌翼体は、それぞれ回転軸の内側部に取り付けられた単位撹拌翼基板と回転軸の外側部に取り付けられた単位撹拌翼基板との間にまたがって設けられた撹拌爪取付台座とその撹拌爪取付台座の外部表面に沿って配列された複数の撹拌爪とを有して構成され、複数の撹拌爪は、それぞれ撹拌爪取付台座上で前記回転軸の方向に間隔をあけて配列されていることを特徴とする。

好ましくは、第１の単位撹拌翼体と第２の単位撹拌翼体との間、及び第３の単位撹拌翼体と第４の単位撹拌翼体との間は、それぞれ、互いに１８０度の角間隔で配設されることを特徴とする。

本発明によれば、駆動モータと、駆動モータの回転を伝えるチェーン機構と、チェーン機構により回転する回転軸の両側に取り付けられた第１及び第２の撹拌体とを有し、第１の撹拌体は、複数の撹拌爪が配列された第１の単位撹拌翼体及び第２の単位撹拌翼体とからなり、前記第２の撹拌体は、複数の撹拌爪が配列された第３の単位撹拌翼体及び第４の単位撹拌翼体とからなり、第１から前記第４の単位撹拌翼体は、それぞれ回転軸の内側部に取り付けられた単位撹拌翼基板と回転軸の外側部に取り付けられた単位撹拌翼基板との間にまたがって設けられた撹拌爪取付台座とその撹拌爪取付台座の外部表面に沿って配列された複数の撹拌爪とを有して構成され、複数の撹拌爪は、それぞれ撹拌爪取付台座上で前記回転軸の方向に間隔をあけて配列されるように構成されることにより、撹拌体の回転と共に、土砂は、上下方向のみでなく、軸方向に沿って外側から内側に向かうような方向と、内側から外側向かうような方向とに、交互に動かされることになり、前後方向と左右方向とに十分に撹拌される。

本発明によれば、第１の単位撹拌翼体と第２の単位撹拌翼体との間、及び第３の単位撹拌翼体と第４の単位撹拌翼体との間は、それぞれ、互いに１８０度の角間隔で配設されているので、土砂を、軸方向に沿って外側から内側に向かうような方向と、内側から外側向かうような方向とに、交互に動かすことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された地盤撹拌装置の概要を示すものである。

図１において、作業車両１０１には、可動アーム１０２が延設される。可動アーム１０２は、折曲可能に連結されたアーム１０２ａおよび１０２ｂとからなる。可動アーム１０２の先端に、本発明の実施形態の地盤撹拌装置１００が取り付けられる。地盤撹拌装置１００は、可動アーム１０２の操作により、地盤に対して垂直上下方向に動かすことができる。

図２は、本発明の実施形態の地盤撹拌装置を用いた撹拌作業の説明図である。図２に示すように、地盤撹拌装置１００は、上部支持体１１、下部支持体２３および撹拌体３０ａおよび３０ｂから構成される。軟質土壌の地盤強化を行う場合には、図２（Ａ）に示すように、地盤撹拌装置１００の先端を土壌１２０の上方に位置させる。そして、図２（Ｂ）に示すように、撹拌体３０ａおよび３０ｂを回転させながら、可動アーム１０２を駆動することにより、地盤撹拌装置１００を下方に移動させる。地盤撹拌装置１００を下方に移動させると、地盤撹拌装置１００の移動に伴って、撹拌翼３０ａおよび３０ｂにより、土壌１２０が掘削される。

また、このとき、地盤撹拌装置１００の先端３０ｃには、作業車両１０１から、スラリー状または粉体状のセメント等の土壌改質材が導かれる。この土壌改質材が地盤撹拌装置１００の先端に設けられた噴射ノズル３０ｅから地中に吐出される。これにより、撹拌体３０ａおよび３０ｂにより土壌が掘削されながら、土壌と土壌改質材とが撹拌混合される。

このように、本発明の実施形態の地盤撹拌装置では、その先端部に設けられた撹拌体３０ａおよび３０ｂを回転させることで、土壌を掘削しながら撹拌して、軟質土壌の地盤改良を行うことができる。

図３および図４は、本実施の形態に係る地盤撹拌装置１００の構成を示すものである。図３および図４において、縦長の上部支持体１１および下部支持体２３の内部は、空間となっており、これらの空間は外部とシールされ、これらの空間にはそれぞれ無端チェーン２５，２６が挿入され、土砂等がこの空間内に入り込まないように、保護されている。縦長の上部支持体１１の上側には、油圧モータ１２が配置される。油圧モータ１２の駆動軸１３にはスプロケット１４が嵌着される。

上部支持体１１と下部支持体２３の接続部に中間軸２０が設けられる。中間軸２０には、スプロケット２１および２２が嵌着されている。油圧モータ１２の駆動軸１３のスプロケット１４と、中間軸２０のスプロケット２１との間に、無端チェーン２５が懸装される。

下部支持体２３の下部には、撹拌体３０ａおよび３０ｂが配設される。撹拌体３０ａおよび３０ｂの回転軸３１ａおよび３１ｂには、スプロケット３２が嵌着される。中間軸２０のスプロケット２２と、撹拌体３０ａおよび３０ｂのスプロケット３２との間に、無端チェーン２６が懸装される。

油圧モータ１２の駆動力は、無端チェーン２５および２６を介して、撹拌体３０ａおよび３０ｂに伝えられる。すなわち、油圧モータ１２が回転すると、油圧モータ１２の駆動軸１３から中間軸２０に、無端チェーン２５を介してその回転が伝えられる。そして、中間軸２０が回転すると、中間軸２０から撹拌体３０ａおよび３０ｂの回転軸３１ａおよび３１ｂに、無端チェーン２６を介してその回転が伝えられる。油圧モータ１２の回転数の制御や油圧の供給は、送油経路１６を介して外部から操作可能とされている。

図５および図６に示すように、撹拌体３０ａは、２つの単位撹拌翼体４１ａおよび４１ｂが設けられ、撹拌体３０ｂには、単位撹拌翼体４１ｃおよび４１ｄが設けられる。単位撹拌翼体４１ａには、撹拌爪Ｂａ１〜Ｂａ４が配設され、単位撹拌翼体４１ｂには、Ｂｂ１〜Ｂｂ４が配設され、単位撹拌翼体４１ｃには、Ｂｃ１〜Ｂｃ４が配設され、単位撹拌翼体４１ｄには、Ｂｄ１〜Ｂｄ４が配設される。回転軸３１ａおよび３１ｂが回転すると、これに伴って、単位撹拌翼体４１ａ、４１ｂおよび単位撹拌翼体４１ｃ、４１ｄが回転し、撹拌爪Ｂａ１〜Ｂａ４、Ｂｂ１〜Ｂｂ４、およびＢｃ１〜Ｂｃ４、Ｂｄ１〜Ｂｄ４により、土壌が掘削される。

次に、本発明の実施形態の地盤撹拌装置１００における撹拌体３０ａおよび３０ｂについて、図５および図６を参照しながら詳細に説明する。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、撹拌体３０ａおよび３０ｂの左側面図、正面図、および右側面図であり、図６（Ａ）〜図６（C）は、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）一から撹拌体３０ａおよび３０ｂをそれぞれ１８０度回転させたときの左側面図、正面図、および右側面図である。

左側の撹拌体３０ａは、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、２つの単位撹拌翼体４１ａおよび４１ｂを有している。単位撹拌翼体４１ａには図５（Ｂ）に示すように複数の例えば４つの撹拌爪Ｂａ１〜Ｂａ４が外側から内側に向かって斜めに配設され、単位撹拌翼体４１ｂには図６（Ｂ）に示すように複数の例えば４つの撹拌爪Ｂｂ１〜Ｂｂ４が内側から外側に向かって斜めに配設されている。

右側の撹拌体３０ｂは、図５（Ｃ）及び図５（Ｂ）に示すように、２つの単位撹拌翼体４１ｃおよび４１ｄを有している。単位撹拌翼体４１ｃには図５（Ｂ）に示すように複数の例えば４つの撹拌爪Ｂｃ１〜Ｂｃ４が外側から内側に向かって斜めに配設され、単位撹拌翼体４１ｄには図６（Ｂ）に示すように複数の例えば４つの撹拌爪Ｂｄ１〜Ｂｄ４が内側から外側に向かって斜めに配設されている。

すなわち、左側の回転軸３１ａには、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、その外側に円形の取付部材４２ａが嵌着され、さらに、回転軸３１ａの内側に、円形の取付部材４２ｂが嵌着される。外側の取付部材４２ａに、単位撹拌翼基板４５ａと、単位撹拌翼基板４５ｄが取り付けられる。内側の取付部材４２ｂに、単位撹拌翼基板４５ｂと、単位撹拌翼基板４５ｃが取り付けられる。単位撹拌翼基板４５ａと単位撹拌翼基板４５ｂとは、所定の角間隔離れて配置される。単位撹拌翼基板４５ｃと単位撹拌翼基板４５ｄとは、所定の角間隔離れて配置される。

単位撹拌翼基板４５ａと単位撹拌翼基板４５ｂとの間に、撹拌爪取付台座４６ａが架設される。撹拌爪取付台座４６ａに、例えば４つの撹拌爪Ｂａ１〜Ｂａ４が配設される。単位撹拌翼基板４５ｃと単位撹拌翼基板４５ｄとの間に、撹拌爪取付台座４６ｂが架設される。撹拌爪取付台座４６ｂに、例えば４つの撹拌爪Ｂｂ１〜Ｂｂ４が配設される。

このように、撹拌爪取付台座４６ａは、外側の単位撹拌翼基板４５ａと内側の単位撹拌翼基板４５ｂとの間に架設され、単位撹拌翼基板４５ａと単位撹拌翼基板４５ｂとは所定の角間隔離れて配置される。したがって、撹拌爪取付台座４６ａは、図５（Ｂ）に示すように、外側から内側に向かって斜めに撹拌爪Ｂａ１〜Ｂａ４が配置される。

撹拌爪取付台座４６ｂは、内側の単位撹拌翼基板４５ｃと外側の単位撹拌翼基板４５ｄとの間に架設され、単位撹拌翼基板４５ｃと単位撹拌翼基板４５ｄとは所定の角間隔離れて配置される。したがって、撹拌爪取付台座４６ｂは、図６（Ｂ）に示すように、内側から外側に向かって斜めに撹拌爪Ｂｂ１〜Ｂｂ４が配置される。

右側の回転軸３１ｂには、図５（Ｃ）及び図５（Ｂ）に示すように、その外側に円形の取付部材４２ｃが嵌着され、さらに、回転軸３１ｂの内側に、円形の取付部材４２ｄが嵌着される。外側の取付部材４２ｃに、単位撹拌翼基板４５ｅと、単位撹拌翼基板４５ｈが取り付けられる。内側の取付部材４２ｄに、単位撹拌翼基板４５ｆと、単位撹拌翼基板４５ｇが取り付けられる。単位撹拌翼基板４５ｅと単位撹拌翼基板４５ｆとは、所定の角間隔離れて配置される。単位撹拌翼基板４５ｇと単位撹拌翼基板４５ｈとは、所定の角間隔離れて配置される。

単位撹拌翼基板４５ｅと単位撹拌翼基板４５ｆとの間に、撹拌爪取付台座４６ｃが架設される。撹拌爪取付台座４６ｃに、例えば４つの撹拌爪Ｂｃ１〜Ｂｃ４が配設される。単位撹拌翼基板４５ｇと単位撹拌翼基板４５ｈとの間に、撹拌爪取付台座４６ｄが架設される。撹拌爪取付台座４６ｄに、例えば４つの撹拌爪Ｂｄ１〜Ｂｄ４が配設される。

このように、撹拌爪取付台座４６ｃは、外側の単位撹拌翼基板４５ｅと内側の単位撹拌翼基板４５ｆとの間に架設され、単位撹拌翼基板４５ｅと単位撹拌翼基板４５ｆとは所定の角間隔離れて配置される。したがって、撹拌爪取付台座４６ｃは、図５（Ｂ）に示すように、外側から内側に向かって斜めに撹拌爪Ｂｃ１〜Ｂｃ４が配置される。

撹拌爪取付台座４６ｄは、内側の単位撹拌翼基板４５ｇと外側の単位撹拌翼基板４５ｈとの間に架設され、単位撹拌翼基板４５ｇと単位撹拌翼基板４５ｈとは所定の角間隔離れて配置される。したがって、撹拌爪取付台座４６ｄは、図６（Ｂ）に示すように、内側から外側に向かって斜めに撹拌爪Ｂｄ１〜Ｂｄ４が配置される。

このように、本発明の実施形態では、撹拌体３０ａおよび３０ｂは、それぞれ複数の撹拌爪Ｂａ１〜Ｂａ４、Ｂｃ１〜Ｂｃ４が外側から内側に向かって斜めに配設された単位撹拌翼体４１ａおよび４１ｃと、それぞれ複数の撹拌爪Ｂｂ１〜Ｂｂ４、Ｂｄ１〜Ｂｄ４が内側から外側に向かって斜めに配設された単位撹拌翼体４１ｂおよび４１ｄとを有する。このため、土壌が上下・前後左右に撹拌され、満遍なく撹拌される。

すなわち、本発明の実施形態では、図３に示したように、油圧モータ１２が回転すると、油圧モータ１２の駆動軸１３から中間軸２０に、無端チェーン２５を介してその回転が伝えられる。そして、中間軸２０が回転すると、中間軸２０から撹拌体３０ａおよび３０ｂの回転軸３１ａおよび３１ｂに、無端チェーン２６を介してその回転が伝えられる。これにより、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、撹拌体３０ａおよび３０ｂが矢印Ｍ１方向に回転する。

単位撹拌翼体４１ａおよび４１ｃは、外側から内側に向かって斜めに撹拌爪Ｂａ１〜Ｂａ４、Ｂｃ１〜Ｂｃ４が配設される。このため、撹拌体３０ａおよび３０ｂが図７（Ａ）に示すような位置から矢印Ｍ１方向に回転すると、図７（Ａ）において矢印Ｐａ１およびＰｂ１方向に、土砂に対して力がかかる。このため、撹拌体３０ａおよび３０ｂの回転とともに、土砂は、外側から内側に向かうような方向に動いていく。

図７（Ａ）の位置から回転軸３１ａ、３１ｂが１８０度回転すると図７（Ｂ）のようになる。撹拌体３０ａおよび３０ｂが図７（Ｂ）に示すような位置から回転すると、単位撹拌翼体４１ｂおよび４１ｄには内側から外側に向かって斜めに撹拌爪Ｂｂ１〜Ｂｂ４、Ｂｄ１〜Ｂｄ４が配設されるため、図７（Ｂ）に示すように、矢印Ｐａ２およびＰｂ２方向に、土砂に対して力がかかる。このため、撹拌体３０ａおよび３０ｂの回転とともに、土砂は、内側から外側に向かうような方向に動いていく。

撹拌体３０ａおよび３０ｂは、回転とともに、図７（Ａ）に示すような状態と、図７（Ｂ）に示すような状態とを、繰り返す。したがって、撹拌体３０ａおよび３０ｂの回転と共に、土砂は、上下方向のみでなく、外側から内側に向かうような方向と、内側から外側向かうような方向とに、交互に動かされることになり、前後方向と左右方向とに十分に撹拌されることになる。

以上説明したように、本発明の実施形態では、撹拌体３０ａおよび３０ｂは、複数の撹拌爪Ｂａ１〜Ｂａ４、Ｂｃ１〜Ｂｃ４が外側から内側に向かって斜めに配設された単位撹拌翼体４１ａおよび４１ｃと、複数の撹拌爪Ｂｂ１〜Ｂｂ４、Ｂｄ１〜Ｂｄ４が内側から外側に向かって斜めに配設された単位撹拌翼体４１ｂおよび４１ｄとを有する。このため、土壌が上下・前後左右に撹拌され、満遍なく撹拌される。

また、本発明の実施形態では、油圧モータ１２の回転を無端チェーン２５および２６を介して、撹拌体３０ａおよび３０ｂの回転軸３１ａおよび３１ｂに伝えるようにしている。このような無端チェーン２５および２６を使うことにより、十分なトルクを得られると共に、スムーズに撹拌体３０ａおよび３０ｂを回転させることができる。

また、本発明の実施形態では、油圧モータ１２の回転を無端チェーン２５を介して中間軸２０で受け、さらに、中間軸２０から無端チェーン２６を介して、撹拌体３０ａおよび３０ｂの回転軸３１ａおよび３１ｂに伝えるようにしている。このため、撹拌体３０ａおよび３０ｂの位置で最適なトルクが得られるように、中間軸でトルク変換を行うことができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明は、本発明は、地盤を掘削しながらセメントミルク等の固化材と土壌とを撹拌混合して軟弱地盤等を強化するための地盤撹拌装置として利用することができる。

本発明の第１の実施形態の地盤撹拌装置の概要を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態の地盤撹拌装置における撹拌体の説明に用いる斜視図である。 本発明の第１の実施形態の地盤撹拌装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の地盤撹拌装置の側面図である。 本発明の第１の撹拌体の説明に用いる左右側面図および正面図である。 本発明の第１の撹拌体の説明に用いる左右側面図および正面図である。 本発明の第１の撹拌体による土壌の移動の説明図である。 従来の地盤撹拌装置の説明に用いる断面図である。 従来の地盤撹拌装置の説明に用いる断面図である。 従来の地盤撹拌装置の課題を説明するための断面図である。

符号の説明

１１ 上部支持体（第１の支持体）
１２ 油圧モータ
１３ 駆動軸
１４ スプロケット
１６ 送油経路
２０ 中間軸
２１ スプロケット
２２ スプロケット
２３ 下部支持体（第２の支持体）
２５，２６ 無端チェーン
３０ａ〜３０ｄ 撹拌体
３０ｅ 噴射ノズル
３２ スプロケット
４１ａ〜４１ｄ 単位撹拌翼体
４２ａ〜４２ｄ 取付部材
４５ａ〜４５ｈ 単位撹拌翼基板
４６ａ〜４６ｄ 撹拌爪取付台座
Ｂａ１〜Ｂａ４，Ｂｂ１〜Ｂｂ４，Ｂｃ１〜Ｂｃ４，Ｂｄ１〜Ｂｄ４ 撹拌爪
１００ 地盤撹拌装置

Claims (2)

1. 駆動モータと、
   前記駆動モータの回転を伝えるチェーン機構と、
   前記チェーン機構により回転する回転軸の両側に取り付けられた第１及び第２の撹拌体とを有し、前記第１の撹拌体は、複数の撹拌爪が配列された第１の単位撹拌翼体及び第２の単位撹拌翼体とからなり、前記第２の撹拌体は、複数の撹拌爪が配列された第３の単位撹拌翼体及び第４の単位撹拌翼体とからなり、
   前記第１から前記第４の単位撹拌翼体は、それぞれ前記回転軸の内側部に取り付けられた単位撹拌翼基板と前記回転軸の外側部に取り付けられた単位撹拌翼基板との間にまたがって設けられた撹拌爪取付台座とその撹拌爪取付台座の外部表面に沿って配列された前記複数の撹拌爪とを有して構成され、前記複数の撹拌爪は、それぞれ前記撹拌爪取付台座上で前記回転軸の方向に間隔をあけて配列されている
   ことを特徴とする地盤撹拌装置。
2. 前記第１の単位撹拌翼体と前記第２の単位撹拌翼体との間及び前記第３の単位撹拌翼体と前記第４の単位撹拌翼体との間は、それぞれ、互いに１８０度の角間隔で配設されることを特徴とする請求項１に記載の地盤撹拌装置。