JP4195707B2 - 改良体の形成に使用するスクリュー軸 - Google Patents

Description

本発明は、地中に埋設状態に設けられ、土中の圧力により生ずる摩擦力と支持力とをもって沈下に対抗しうる改良体の形成方法及び同方法に使用するスクリュー軸に係り、さらに詳細には、地上の構造物を直接的に支持することのできる改良体の形成方法及びその方法に使用するスクリュー軸に関する。

従来、地上の構造物を支持する構成として、岩盤等の支持地盤に下端部が達するように複数の杭を地盤に打ち込み、この杭によって構造物を支持する構成が知られている。この構成においては、支持地盤にまで杭を深く打ち込む必要があり、施工費が高価になるという問題がある。

そこで、スクリュー軸によって軟弱地盤に掘削した穴内に、セメントと山砂などの骨材とを混合した改良材を投入し、前記スクリュー軸を逆回転して前記改良材を下方向へ圧縮すると共に、前記改良材及び穴の周囲の地盤を放射方向に圧縮することで、地盤全体を圧密化して地盤全体の支持力を高める方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特許第３４６９２１７号公報

前記特許文献１に記載されたスクリュー軸１の構成は、図５に示すように、下端部にテーパ部３を備えた回転軸５の外周面に螺旋羽根７を備え、かつ前記テーパ部３の外周面に、スクリュー軸１の逆回転時に掘削した穴内へ投入された改良材を放射方向に圧縮するための回転翼９を備えた構成である。

前記スクリュー軸１によって軟弱地盤に穴を掘削した後、前記スクリュー軸１を逆回転すると共に前記穴内へ改良材を投入すると、螺旋羽根７によって改良材が下方向へ圧縮される。また、回転翼９の作用によって前記改良材が放射方向に圧縮されると共に、穴の周囲の軟弱地盤が圧縮されることとなり、軟弱地盤の圧密化が行われて改良が行われるものである。

ところで、前記各回転翼９の間の空間（隙間）に改良材が充填された態様に入り込むと、上記空間内の改良材が回転軸５に付着した状態となって、回転軸５と一体的に回転することがあり、改良材及び穴の周囲の軟弱地盤が放射方向へ充分に圧縮されないことがあり、さらなる改良が求められている。

また、前記改良材にはセメント及び山砂が含まれているものの、前記セメントは周囲の水分を吸収して固まる程度であって、セメントの含有量は少ないものである。したがって、穴内において圧縮されて固化された改良材（ブロック部材）は、セメントの量が少なく、強固に固化されるものではないので、前記ブロック部材のみ自体によって地上の構造物を直接支持するほどの強度を有するものではない。したがって、構造物を支持する地盤全体の改良を行うには、前記ブロック部材の周囲の地盤を充分に圧縮する必要があるものであり、地盤全体の改良を行うために掘削する穴は比較的多くなるという問題がある。

本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、軟弱地盤に穴（１１）を掘削するためのスクリュー軸（１）であって、回転軸（５）の外周面に螺旋羽根（７）を備え、前記回転軸（５）の先端部に備えたテーパ部（３）の外周面に、前記回転軸（５）の逆回転時に前記穴（１１）内に投入された改良材を下方向及び放射方向に圧縮するための複数の回転翼（１３）のみを備え、前記各回転翼（１３）は、前記スクリュー軸（１）の回転方向の位相の異なる位置及び前記スクリュー軸（１）の軸方向に異なる位置に備えられており、前記回転翼（１３）は、前記スクリュー軸（１）の逆回転時に、穴（１１）内の改良材に放射方向の圧縮を付与するために、前記スクリュー軸（１）の放射方向に対して傾斜した放射方向分力付与部（１５）を備えていると共に、前記スクリュー軸（１）の逆回転時に、穴（１１）内の改良材に下方向の圧縮を付与するために、前記スクリュー軸（１）の逆回転時に回転翼（１３）の下端部側よりも上端部側が逆回転方向に先行するように傾斜した下方分力付与部（１７）を前記回転翼（１３）の下部側に備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、改良体は、軟弱地盤に掘削した穴の周囲の地盤層の軟弱（強弱）によって放射方向へ突出した突出量が異なる凹凸部を周囲に備えた杭状に形成され、かつ構造物を直接支持した状態であっても崩れることのない強度に強固に固化された固体に形成されるものである。したがって、前記穴の周面の地盤を放射方向に圧縮したときの反力が改良体の周面に作用し、例えば沈下しようとする改良体の周面に作用する摩擦力が大きくなるものである。また、改良体の外周面は凹凸部を備えた構成となるので、前記凸部及び下面は地盤によって下側から支持される態様となるものである。

したがって、改良体は地中に対して沈下し難いものであり、改良体自体でもって構造物を直接支持することができるものである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、前述した従来の構成と同一機能を奏する構成要素には、同一符号を付することとして重複した説明は省略する。

図１〜図３を参照するに、本実施形態に係るスクリュー軸１は、前述した従来のスクリュー軸と同様に、下端部（先端部）にテーパ部３を備えた回転軸５の外周面に螺旋羽根７を備えている。前記螺旋羽根７は、前記テーパ部３より上側において前記回転軸５に備えられている。換言すれば、前記螺旋羽根７はテーパ部３には備えられていない。

そして、従来と同様に、スクリュー軸１によって軟弱地盤に穴１１を掘削した後、上記スクリュー軸１を逆回転すると共に前記穴１１内に改良材を投入したとき、穴１１内の改良材を下方向に圧縮すると共に改良材を放射方向（径方向）に圧縮し、穴１１の周囲を放射方向に圧縮するための複数の回転翼１３が前記テーパ部３に備えられている。上記複数の回転翼１３は、前記回転軸５の回転方向の位相が大きく異なる位置（回転翼１３の間隔が大きな位置）でかつ回転軸５の軸方向（長手方向、上下方向）に異なる位置に備えられている。

前記回転翼１３は、スクリュー軸１を正回転して穴１１を掘削するときには掘削刃として機能（作用）するものである。そして、前記スクリュー軸１の逆回転時には、穴１１内の改良材を下方向に圧縮すると共に、改良材及び穴１１の周囲を放射方向に圧縮する作用をなすものである。

すなわち、前記回転軸５の逆回転時に、前記穴１１内の改良材（図示省略）を放射方向に圧縮するために、放射方向の圧力（分力）を付与するための放射方向分力（圧力）付与部１５（図３参照）を備えている。すなわち、上記分力（圧力）付与部１５は、スクリュー軸１の逆回転時に穴１１内の改良材を放射方向へ押圧するために、回転軸５の放射方向（径方向）に対して傾斜してある。

また、前記回転翼１３の上部及び下部には、回転軸５の逆回転時に、穴１１内の改良材に下方向の圧力を付与して下方向に圧縮するための下方分力付与部１７（図２参照）が備えられている。より詳細には、上記下方分力付与部１７は、回転軸５の逆回転時に、回転翼１３の下端部側よりも上端部側が逆回転方向に先行するように傾斜してある。そして、各回転翼１３の前記下方分力付与部１７の高さ位置（スクリュー軸５の軸方向の位置）はそれぞれ異なっている。

上記構成において、従来と同様に、スクリュー軸１によって軟弱地盤に対して穴１１を掘削した後、スクリュー軸１を逆回転すると共に、穴１１に対して改良材を投入する。この際、改良材としては、改良材自体が構造物を直接支持することができる強度に強固に固化するように、従来から一般的に使用される改良材における固化剤の一例としてのセメントよりも大量（例えば２倍以上）の固化剤を含有する改良材を使用する。

前述のごとく、回転軸５を逆回転すると共にセメントなどの固化剤を大量に含有した改良材を穴１１内に投入すると、穴１１内の改良材は、各回転翼１３に備えた回転方向分力付与部１５によって放射方向へ圧縮されると共に、下方向分力付与部１７によって下方向に圧縮される。この際、各回転翼１３に備えた各下方分力付与部１７の高さ位置が異なることにより、穴１１内の改良材は複数回に亘って段階的に下方向へ圧縮されることになる。

すなわち、高さ位置の異なる各回転翼１３の下方分力付与部１７によって、穴１１内の改良材は順次下方向に圧縮される。最下部の回転翼１３の下側の下方分力付与部１７が改良材を圧縮した直後の上部側の層部分は、スクリュー軸１が逆回転していることにより、上部の回転翼１３における下側の下方分力付与部１７によって直ちに圧縮されることが繰り返される。

そして、前記下方分力付与部１７に作用する上方向への反力がスクリュー軸１の重量より大きくなると、スクリュー軸１は次第に上昇することになる。すなわち、改良材は、スクリュー軸１の重量が大であることに起因して圧縮されるものである。この際、スクリュー軸１の重量は最下部の回転翼１３における下方分力付与部１７に大きくかかるので、穴１１内の改良材は強固に圧縮されることとなる。

前述のごとく、スクリュー軸１を逆回転して穴１１内の改良材を下方向に圧縮すると共に放射外方向に圧縮するとき、各回転翼１３の回転方向の間隔は大きく、かつ上下方向に位置をずらしてあるので、各回転翼１３の間に改良材が充満して一体的に回転するようなことはない。また穴１１の周囲の地盤も改良材の放射方向の圧縮と同時に圧縮されるものであり、地盤からの反力がほぼ一定になるまで改良材の圧縮が行われるものである。したがって、地盤に軟弱な地層がある場合、この軟弱な地層内へ改良材が入り込むものである。

よって、穴１１内へ圧縮して形成される改良体１９は、穴１１に沿って柱状に形成されるものの、その外周面には、軟弱な地層に入り込んで放射方向に突出した適宜形状の突出部（凸部）２１を備えるものである。すなわち改良体１９の周面は大きな凹凸部を備えた形態となるものである。そして、上記改良体１９は、当該改良体１９自体でもって例えば基礎などの構造物を直接支持した場合であっても崩れることのないコンクリートのように、強度が大きくかつ強固に固化されるものである。すなわち、改良体１９は、周面に大きな凹凸部を備えた柱状で、かつ全体の強度が大きな一体の固定物（固化体）に形成されるものである。

以上のように、軟弱地盤に掘削した穴１１内に、大量の固化剤を含有した改良材を投入し圧縮した状態において、構造物を直接支持しても崩れることのないコンクリートのように強度が大きくかつ極めて強固に改良材を固化した状態においては、改良材を圧縮したときに穴１１の周囲の地盤も圧縮されるので、その分地盤の改良も行われる。そして、改良材を、構造物を直接支持することができる強度に強固に固化して改良体１９を形成したときには、改良体１９の周面には地盤を圧縮したときの反力が作用しているので、改良体１９が沈下しようとすると大きな摩擦抵抗を生じるものである。また、改良体１９の周面に、地盤の軟弱層に入り込んだ突出部２１が一体に形成してあることにより、改良体１９及び前記突出部２１の下面には、地盤の支持力が作用するものである。すなわち、改良体１９には大きな支持力が作用するものである。

したがって、改良体１９でもって構造物（例えば基礎）を直接支持した場合であっても、改良体１９が沈下するようなことはないものである。すなわち、軟弱地盤であっても、軟弱地盤全体の圧密強化を行うがごとき地盤改良を行うことなく構造物を直接支持する構成とすることができるものである。また、杭のように、地中深部に強固な支持地盤を必要とすることなく構造物を確実に支持することができる。

以上のごとき説明より理解されるように、回転翼１３は、スクリュー軸１の正回転時には掘削刃の機能を奏し、スクリュー軸１の逆回転時には、穴１１内の改良材を下方向及び放射方向に圧縮する機能を奏するものである。よって、改良材を下方向に圧縮するための構成と、放射方向に圧縮するための構成とを別々の構成部材によって行う構成よりも、スクリュー軸１の構成がより簡素になるものである。

また、複数の回転翼１３は、スクリュー軸１の回転方向に位相をずらすと共に軸方向に位置をずらして設けてあることにより、各回転翼１３の間に改良材が詰まるようなことがない。改良材を段階的（例えば２段階）に亘って圧縮することができ、改良材の下方向への圧縮をより強固に行うことができるものである。

そして、改良体１９はコンクリートのごとく強度が大きく極めて強固に固化してあり、かつ土中の圧力を利用して改良体１９の周面に生じた大きな摩擦力と、改良体１９の底面に作用する支持力とによって地上の構築物の沈下を防止するものである。したがって、従来の杭を打ち込む構成のごとく、穴を深く掘削する必要はなく、また支持地盤全体を圧密する必要がなく、安価な施工を行うことができる。また構築物を確実に支持することができるものである。

本発明の実施形態に係るスクリュー軸の構成を概念的，概略的に示した説明図である。 本発明の実施形態に係るスクリュー軸の側面説明図である。 本発明の実施形態に係るスクリュー軸の底面説明図である。 改良体の構成を示す説明図である。 従来のスクリュー軸の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ スクリュー軸
３ テーパ部
５ 回転軸
７ 螺旋羽根
１１ 穴
１３ 回転翼
１５ 回転方向分力（圧力）付与部
１７ 下方分力付与部
１９ 改良体（コンクリート）
２１ 突出部

Claims (1)

1. 軟弱地盤に穴（１１）を掘削するためのスクリュー軸（１）であって、回転軸（５）の外周面に螺旋羽根（７）を備え、前記回転軸（５）の先端部に備えたテーパ部（３）の外周面に、前記回転軸（５）の逆回転時に前記穴（１１）内に投入された改良材を下方向及び放射方向に圧縮するための複数の回転翼（１３）のみを備え、前記各回転翼（１３）は、前記スクリュー軸（１）の回転方向の位相の異なる位置及び前記スクリュー軸（１）の軸方向に異なる位置に備えられており、前記回転翼（１３）は、前記スクリュー軸（１）の逆回転時に、穴（１１）内の改良材に放射方向の圧縮を付与するために、前記スクリュー軸（１）の放射方向に対して傾斜した放射方向分力付与部（１５）を備えていると共に、前記スクリュー軸（１）の逆回転時に、穴（１１）内の改良材に下方向の圧縮を付与するために、前記スクリュー軸（１）の逆回転時に回転翼（１３）の下部側よりも上端部側が逆回転方向に先行するように傾斜した下方分力付与部（１７）を前記回転翼（１３）の下端部側に備えていることを特徴とするスクリュー軸。

Images