JP4516977B2 - 地中杭の形成装置及び形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤を掘削しながら、掘削された土と土の固化液とを攪拌混合して固化させることにより、構造物を支持する杭を地中に形成する地中杭の形成装置及び形成方法に関するものである。

地上に土木建築物などの構造物を構築する場合、地盤を強化するために、地中に構造物を支持する地中杭を形成することが行われる。地中杭の形成方法として、シャフトの下部に掘削翼を装着し、掘削翼を水平回転させながら地中孔を掘削するとともに、シャフトの下部からモルタル等の土の固化液（地盤改良液）を吐出し、掘削された土と固化液を攪拌手段により攪拌混合し、混合された土と固化液を固化させて地中杭を形成することが知られている（例えば特許文献１、２）。
特開平６−７３７３０号公報 特開２００３−３２１８３１公報

ところが、地盤が粘土質の場合、従来技術では掘削翼で掘削された地中孔中の土と固化液とを攪拌手段によって十分に攪拌混合させることは困難であり、地中杭中に粘土質の土塊が残存生成されやすく、その結果、かかる土塊のために地中杭の強度が低下しやすいという問題点があった。

そこで本発明は、粘土質の土であっても、掘削翼で掘削された地中孔中の土とシャフトの下部から吐出された土の固化液とを十分に攪拌混合し、これにより粘土質の土塊が発生せず、十分な強度を有する地中杭を形成することができる地中杭の形成装置及び形成方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の地中杭の形成装置は、駆動部に駆動されてその軸心を中心に回転するシャフトと、このシャフトの下部に装着されて水平回転することにより地中孔を掘削する掘削翼と、このシャフトの下部から地中に土の固化液を吐出する吐出手段とを備え、掘削翼で掘削された土と吐出された固化液とを攪拌混合して固化させることにより地中杭を形成する地中杭の形成装置であって、前記掘削翼の上方にあって、前記シャフトに回転伝達手段を介して連結されて前記シャフトの回転によって水平回転軸を中心に上下方向に回転して掘削された土を攪拌する攪拌翼と、前記掘削翼と前記攪拌翼の間に設けられた中間翼とを備え、前記掘削翼の上面を可動刃とし、上記中間翼の下面を固定刃とする第１の切断部を構成するとともに、前記攪拌翼の下面を可動刃とし、前記中間翼の上面を固定刃とする第２の切断部を構成して成り、前記回転伝達手段は、前記シャフトに水平な姿勢で装着されたベベルギアと、これに噛合する垂直姿勢のベベルギアとから成り、前記攪拌翼は前記垂直姿勢のベベルギアの水平回転軸に装着した。

請求項２記載の本発明の地中杭の形成方法は、請求項１記載の地中杭の形成装置を用いる地中杭の形成方法であって、前記シャフトをその軸心を中心に回転させながら地中を下降させることにより、前記掘削翼により地中を掘削するとともに、前記シャフトの下端部から地中に固化液を吐出し、且つ前記第１の土の切断部によって前記掘削翼により掘削された土を水平方向に切断した後、前記第２の切断部で土を水平方向に再度切断しながら、前記攪拌翼が上下方向に回転することにより土と固化液を攪拌混合して固化させることにより地中杭を形成する。

本発明によれば、地中杭を掘削する掘削翼の上方に、第１の切断部と第２の切断部を構成したことにより、掘削翼で掘削された土を前後２回水平方向に切断したうえで、攪拌翼により攪拌混合するので、粘土質の土であっても、土と固化液とを十分に攪拌混合させることができ、よって地中杭中に粘土質の土塊が残存生成されるのを解消し、十分な強度を有する地中杭を形成することができる。

図１は、地中杭を形成中の地中杭の形成装置の正面図、図２は攪拌翼の断面図、図３は攪拌翼の俯瞰図、図４は中間翼の俯瞰図、図５は地中杭の形成装置により形成された地中杭の正面図である。

図１において、１はメインシャフトであり、その下端部には掘削ユニット２が着脱自在に連結されている。メインシャフト１は、直立した姿勢で、クレーン車などの作業装置（図外）などに備えられた駆動部Ｍに駆動されてその軸心を中心に正方向や逆方向に回転し、また昇降する。

次に、図１を参照して掘削ユニット２を説明する。掘削ユニット２の中軸となるシャフト３の下部には地中孔Ｈを掘削する水平な掘削翼４が装着されている。シャフト３はメインシャフト１の下端部に着脱自在に連結され、両シャフト１、３により地中杭の形成装置のシャフトが構成される。掘削翼４は、シャフト３から側方へ水平に突出する突出部４ａに、掘削爪４ｂを複数個下方へ突設して構成されている。またシャフト３の下部などの任意箇所には、セメントミルク等の土の固化液の吐出口５が開口されている。固化液は公知の固化液供給部（図外）からシャフト３の中心孔６（図３も参照）を流下し、吐出口５から地中に吐出される。吐出口５と中心孔６は、固化液の吐出手段となっている。

シャフト３の掘削翼４の上方には水平な姿勢のベベルギア１０が装着されている。ベベルギア１０にはこれに噛合する垂直姿勢のベベルギア１１が設けられている。本実施の形態では、ベベルギア１１は複数個（本例では左右２個）設けられており、ベベルギア１０、１１は攪拌翼２０（後述）への回転伝達手段となっている。

シャフト３の下端部には円管状の嵌合体１２が装着されている。嵌合体１２の上下にはストッパ１３、１４がシャフト３に装着して設けられている。嵌合体１２は、ストッパ１３、１４の間をわずかに（例えば１ｃｍ程度）上下動できる。嵌合体１２には、取付具１５を介して水平な中間翼１６が結合されている。図１及び図４において、中間翼１６はその先端部に立上り部１６ａを有する板体から成り、本実施の形態ではシャフト３を中心に左右２個設けられている。中間翼１６は固定翼であって、上述した１ｃｍ程度の若干の上下動はするが、水平回転はしない。

図１及び図３において、ベベルギア１１の側方には、水平な攪拌翼２０が複数個（本例では左右２個）設けられている。攪拌翼２０は、ベベルギア１１の水平回転軸２１に装着されており、水平回転軸２１を中心に上下方向に回転する。水平回転軸２１の他端部は、前記立上がり部１６ａに軸支されている。図２に示すように、攪拌翼２０の断面形状は、土の攪拌効果を上げるために異形状になっている。本実施の形態では、複数個（本例では３個）の凹入円弧面２０ａを有する異形状になっており、この凹入円弧面２０ａで効果的に土を攪拌できる。

図１に示すように、中間翼１６は掘削翼４と攪拌翼２０の間に設けられている。掘削翼４は、シャフト３がその軸心を中心に回転すると、シャフト３を中心に水平回転するが、中間翼１６は固定翼であって回転しない。したがって掘削翼４の上面ａは水平な可動刃ａ、中間翼１６の下面は水平な固定刃ｂとなっており、両刃ａ、ｂにより第１の切断部が構成される。また攪拌翼２０の下面は水平な可動刃ｃ、中間翼１６の上面は水平な固定刃ｄとなっており、両刃ｃ、ｄにより第２の切断部が構成される。もっとも、原理的には、中間翼１６と掘削翼４の水平回転速度が相対的に相違していれば、切断部としての機能は果せる。またシャフト３がその軸心を中心に回転すると、これに装着されたベベルギア１０も回転する。するとベベルギア１０に噛合するベベルギア１１は水平回転軸２１を中心に回転し、これにより攪拌翼２０も水平回転軸２１を中心に回転し、土を攪拌する。

図１において、シャフト３には側方へ突出する水平な回転翼２２が上下方向に間隔をおいて複数個装着されており、掘削翼４や攪拌翼２０等により掘削・攪拌された地中孔Ｈ中の土（これには固化液が混合されている）を更に攪拌する。

この地中杭の掘削装置は上記のような構成より成り、次に地盤を掘削して地中杭を形成する方法を説明する。図１において、駆動部Ｍを駆動してシャフト１、３を回転させ、かつシャフト３の下部の吐出口５から地中に固化液を吐出しながらシャフト１、３を地中をゆっくり下降させ、掘削翼４により地中孔Ｈを掘削していく。

駆動部Ｍを駆動してシャフト１、３を回転させながら下降させることにより、掘削翼４により地中を掘削し、この掘削を行いながら、吐出口５から固化液を地中に吐出する。掘削翼４により掘削された地中孔Ｈ中の土は、まず第１の切断部（可動刃ａと固定刃ｂ）により水平方向に切断された後、第２の切断部（可動刃ｃと固定刃ｄ）により水平方向に再度切断されながら、水平回転軸２１を中心に上下方向に回転する攪拌翼２０により固化液と攪拌混合される。このように掘削翼４により掘削された地中孔Ｈ中の土を、第１、第２の切断部により水平方向に前後２回切断したうえで、上下方向に回転する攪拌翼２０により攪拌するので、掘削された土と土中に吐出された固化液は十分に攪拌混合される。

したがって地盤が粘土質の土であっても、これを前後２回水平方向に切断したうえで、攪拌翼２０により攪拌して固化液と混合させるので、この攪拌混合は十分に行われ、地中杭中に粘土質の土塊が残存生成することはない。したがって土と固化液を十分に攪拌混合して固化させることにより、十分な強度を有する信頼性の高い地中杭Ｈ’（図５）を地盤中に形成することができる。

また中間翼１６は、前述のように若干上下動できるので、掘削中に土中の小石等が中間翼１６の下面に当っても、その衝撃を緩和することができる。

本発明によれば、地中杭を掘削する掘削翼の上方に、第１の切断部と第２の切断部を構成したことにより、掘削翼で掘削された土を前後２回水平方向に切断したうえで、攪拌翼により攪拌混合するので、粘土質の土であっても、土と固化液とを十分に攪拌混合させることができ、よって地中杭中に粘土質の土塊が残存生成されるのを解消し、十分な強度を有する地中杭を形成することができる。

地中杭を形成中の地中杭の形成装置の正面図 攪拌翼の断面図 攪拌翼の俯瞰図 中間翼の俯瞰図 地中杭の形成装置により形成された地中杭の正面図

符号の説明

１ メインシャフト
２ 掘削ユニット
３ シャフト
４ 掘削翼
５ 吐出口（吐出手段）
６ 中心孔（吐出手段）
１０、１１ ベベルギア（回転伝達手段）
１６ 中間翼
２０ 攪拌翼
２１ 水平回転軸
ａ 可動刃（第１の切断部）
ｂ 固定刃（第１の切断部）
ｃ 可動刃（第２の切断部）
ｄ 固定刃（第２の切断部）
Ｈ 地中孔
Ｈ’地中杭
Ｍ 駆動部

Claims (2)

1. 駆動部に駆動されてその軸心を中心に回転するシャフトと、このシャフトの下部に装着されて水平回転することにより地中孔を掘削する掘削翼と、このシャフトの下部から地中に土の固化液を吐出する吐出手段とを備え、掘削翼で掘削された土と吐出された固化液とを攪拌混合して固化させることにより地中杭を形成する地中杭の形成装置であって、
   前記掘削翼の上方にあって、前記シャフトに回転伝達手段を介して連結されて前記シャフトの回転によって水平回転軸を中心に上下方向に回転して掘削された土を攪拌する攪拌翼と、前記掘削翼と前記攪拌翼の間に設けられた中間翼とを備え、前記掘削翼の上面を可動刃とし、上記中間翼の下面を固定刃とする第１の切断部を構成するとともに、前記攪拌翼の下面を可動刃とし、前記中間翼の上面を固定刃とする第２の切断部を構成して成り、
   前記回転伝達手段は、前記シャフトに水平な姿勢で装着されたベベルギアと、これに噛合する垂直姿勢のベベルギアとから成り、前記攪拌翼は前記垂直姿勢のベベルギアの水平回転軸に装着したことを特徴とする地中杭の形成装置。
2. 請求項１記載の地中杭の形成装置を用いる地中杭の形成方法であって、前記シャフトをその軸心を中心に回転させながら地中を下降させることにより、前記掘削翼により地中を掘削するとともに、前記シャフトの下端部から地中に固化液を吐出し、且つ前記第１の土の切断部によって前記掘削翼により掘削された土を水平方向に切断した後、前記第２の切断部で土を水平方向に再度切断しながら、前記攪拌翼が上下方向に回転することにより土と固化液を攪拌混合して固化させることにより地中杭を形成することを特徴とする地中杭の形成方法。

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