JP4527787B2 - 地盤改良装置 - Google Patents

Description

本発明は、セメントミルク等の固化剤と地盤とを現位置で撹拌・混合することにより地盤中に固化体を造成する地盤改良工法に用いられる地盤改良装置に関するものである。

現在、軟弱地盤の改良、基礎、山留め、遮水壁の造成等の際に、ＲＡＳコラム工法が用いられている。このＲＡＳコラム工法に用いられる一般的な地盤改良装置は、軸回りに回転する内管と、この内管よりも短く当該内管とは逆方向に回転する外管と、を有する二重管構造とされており、内管の先端部付近に掘削翼が、この掘削翼より上方において外管に撹拌翼がそれぞれ備えられている（例えば、特許文献１参照。）。

この地盤改良装置を用いて地盤を改良するにあたっては、内管及び外管を互いに逆方向に回転させながら地盤中に挿入し、この際、内管の先端部から吐出されたスラリー状の固化剤と掘削翼で掘削をされた地盤（土砂）とを、掘削翼の上方に位置する撹拌翼で撹拌・混合し、もって地盤中に固化剤と土砂とが混合されてなる固化体を造成する。この従来の装置は、掘削翼と撹拌翼とが互いに逆方向に回転するため、固化剤と土砂とが効率的に撹拌される。

また、よりいっそう撹拌効率を向上させるために、掘削翼の上方において外管から掘削翼よりも遠くまで延出し当該外管に対して回転自在とされた、いわゆる共回り防止手段が備えられる場合もある（例えば、特許文献２参照。）。この共回り防止手段は、掘削翼よりも遠くまで延出しているため、内管及び外管が地盤中に挿入されるに際して、掘削をされた地盤を横切った状態で先端部が掘削をされていない地盤中に挿入される。したがって、この共回り防止手段は、内管及び外管が地盤中に挿入されるに際して、外管回りに回転せず、掘削をされた地盤が全体として外管回りを回転してしまうのを防止する。これにより、撹拌翼による撹拌効率がよりいっそう向上する。

しかしながら、これら従来の装置は、撹拌効率に優れるものの、二重管構造にする必要があり、しかも内管及び外管を互いに逆方向に回転させる駆動源が必要であるため、装置が大型化するとの問題を有している。
特公平６‐１５７６６号公報 特公昭５８‐２９３７４号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、撹拌効率に優れながら、装置を小型化することができる地盤改良装置を提供することにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
軸回りに回転しながら地盤に挿入される管体と、この管体から延出し当該管体回りに回転して地盤を掘削する掘削翼と、この掘削翼の上方において前記管体から延出し当該掘削翼とは逆方向に回転して前記掘削をされた地盤を撹拌する撹拌翼と、前記管体から延出し当該管体に対して回転自在とされ前記掘削をされた地盤を横切った状態で先端部が固定される軸体と、を有する地盤改良装置であって、

前記軸体の一方において前記管体から径方向に突出し当該管体と共に回転する駆動凸材と、前記軸体の他方において前記管体から径方向に突出し当該管体に対して回転自在とされた従動凸材と、前記軸体から径方向に突出し当該軸体に対して回転自在とされた伝達凸材と、を有し、
前記駆動凸材が回転すると、当該駆動凸材の端部が前記伝達凸材の一方端部を接線方向の一方に押すことによって当該伝達凸材が回転し、この回転に伴って当該伝達凸材の他方端部が前記従動凸材の端部を前記接線方向の他方に押すことによって当該従動凸材が前記駆動凸材とは逆方向に回転し、この回転に連動して前記撹拌翼が逆方向に回転する、構成とされ、
前記伝達凸材は、曲面状の凸部及び曲面状の凹部が交互に連続する周端部を有する円板状のスプロケットで構成され、前記駆動凸材及び前記従動凸材は、それぞれ前記管体の周方向に間隔をおいて配置された複数の棒材で構成され、
前記駆動凸材及び前記受動凸材を構成する棒材が前記伝達凸材の凹部に入り込み、前記駆動凸材の棒材が前記伝達凸材の凸部を接線方向の一方に押し、前記伝達凸材の凸部が前記従動凸材の棒材を前記接線方向の他方に押す構成とされている、
ことを特徴とする地盤改良装置。

〔請求項２記載の発明〕
前記棒材が先細状とされ、
前記伝達凸材の凹部に入り込んだ棒材が当該凹部から抜け出る前に、当該棒材に隣接する次の棒材の少なくとも先端部が、前記伝達凸材に対して接線方向に移動しながら当該伝達凸材の凹部に入り込む構成とされている、
請求項１記載の地盤改良装置。

〔請求項３記載の発明〕
前記軸材及び前記伝達凸材が前記管体を挟んで対向的に一対設けられ、
一方の伝達凸材において一の凹部に前記棒材が直交した状態で入り込んでいるときに、他方の伝達凸材において当該一の凹部と前記接線方向に関して相対的に一方に位置する凹部と他方に位置する凹部とのそれぞれに前記棒材の先端部が入り込む関係とされている、
請求項２記載の地盤改良装置。

本発明によると、撹拌効率に優れながら、装置を小型化することができる地盤改良装置となる。

次に、本発明の実施の形態を説明する。
〔地盤改良装置〕
図１に示すように、本形態においては、地盤Ｇ上にベースマシン５１が設置され、このベースマシン５１に対してリーダー５２が立設状態で固定され、このリーダー５２上にリーダー５２に沿って移動可能とされたパワースイベル５３が搭載されている。そして、このパワースイベル５３に対し減速機を介して本形態の地盤改良装置１を構成するロッド状の管体１０が連結されている。

この管体１０は、従来の装置では内管及び外管からなる二重管構造とされ、この内管及び外管が互いに逆方向に回転する構造とされていた。これに対し、本形態においては、管体１０を二重管構造とする必要がなく、特に本形態では、単管（一重管）からなる。したがって、本形態によると、地盤改良装置全体を小型化することができる。もちろん、撹拌効率は、従来の装置と比べて劣ることはなく、「小型化」及び「撹拌効率の維持」が共に実現されている。以下、そのための構造を詳細に説明する。

本形態の地盤改良装置１は、図２に正面図を、図３に縦断面図を示すように、軸回りに回転（以下、この回転方向の回転を「正転」という。）しながら地盤Ｇに挿入される管体１０を有する。この管体１０は、断面略真円形状の単管であり、先端部近傍の周壁に、セメントミルクなどからなる固化剤の吐出口１１が形成されている。図示しない固化剤貯留槽から送られてきた固化剤は、管体１０の内周面１０ａで形成された内空部を通して先端側に送られた後、吐出口１１から地盤Ｇ中に吐出される。また、本形態においては、管体１０の先端部に掘削ビット１２が取り付けられており、管体１０の地盤Ｇ中への挿入が容易化されている。

次に、本形態の地盤改良装置１は、管体１０から径方向に、図示例では水平方向に延出し、かつ管体１０回りに回転して地盤Ｇを掘削する掘削翼２０を有する。この掘削翼２０は、管体１０と例えば溶接などによって一体化されており、管体１０が軸回りに回転するのに伴って管体１０回りに回転、本形態では正転する。また、この掘削翼２０は、先端側に掘削刃２１が取り付けられており、掘削翼２０による地盤Ｇの掘削が容易化されている。

本形態において、掘削翼２０の配置や数は特に限定されず、周方向に適宜の間隔をおいて、あるいは軸方向に適宜の間隔をおいて、複数設けることができる。本形態では、周方向に等間隔で４つ、つまり、９０°間隔で４つ、設けている。

次に、本形態の地盤改良装置１は、掘削翼２０の上方において管体１０から径方向に、図示例では水平方向に延出し、かつ掘削翼２０とは逆方向に回転（以下、この回転方向の回転を「逆転」という。）して掘削をされた地盤（土砂）Ｇ２を撹拌し、特に本形態ではこの土砂Ｇ２と固化剤とを混合する撹拌翼３０を有する。撹拌翼３０が掘削翼２０とは逆方向に回転すると、固化剤と土砂Ｇ２との撹拌効率が向上する。

本形態において、撹拌翼３０の配置や数は特に限定されず、周方向に適宜の間隔をおいて、あるいは軸方向に適宜の間隔をおいて、複数設けることができる。本形態では、周方向に等間隔で４つ、つまり、９０°間隔で４つ、設けている。なお、本形態においては、管体１０が二重管構造となっていないにもかかわらず、撹拌翼３０が逆転する。この逆転を実現するための構造は後述する。

次に、本形態の地盤改良装置１は、管体１０から径方向に、図示例では水平方向に延出し、かつ管体１０に対して回転自在とされた例えば共回り防止手段などと呼ばれるものを構成する軸体９０を有する。この軸体９０は、掘削翼２０の上方、かつ撹拌翼３０の下方に、つまり掘削翼２０と撹拌翼３０との間に設けられている。この軸体９０は、延出方向中央部において断面略真円形状とされており、先端部に水平方向に関して肉薄とされた板状の、つまり縦方向に沿って配置された板状のプレート９５が固定されている。そして、このプレート９５及び軸体９０で構成される共回り防止手段は、管体１０から掘削翼２０よりも遠くまで延出しており、管体１０が地盤Ｇ中に挿入されるに際して、プレート９５の基端部及び軸体９０が掘削をされた地盤（土砂）Ｇ２を横切った状態で、プレート９５の先端部が掘削をされていない地盤Ｇ中に挿入される。したがって、軸体９０は、先端部がプレート９５によって固定された状態になるため、管体１０が軸回りに回転しながら地盤Ｇ中に挿入されるに際して管体１０回りに回転せず、撹拌翼３０の回転に伴って土砂Ｇ２全体が一体的に管体１０回りに回転しようとするのを阻止する役割を果たす。これにより、土砂Ｇ２のいわゆる共回りが防止され、撹拌翼３０による撹拌効率がよりいっそう向上する。

本形態において、軸体９０の配置や数は特に限定されず、周方向に適宜の間隔をおいて、あるいは軸方向に適宜の間隔をおいて、複数設けることができる。本形態では、管体１０を挟んで対向的に（１８０°間隔で）２つ設けている。

次に、本形態の地盤改良装置１は、管体１０から径方向に、図示例では水平方向に延出し、かつ管体１０や掘削翼２０と同じ方向に回転（正転）して土砂Ｇ２を撹拌する第２の撹拌翼４０を有する。この第２の撹拌翼４０は、撹拌翼３０の上方において管体１０の肉厚部１４と例えば溶接などによって一体化されており、管体１０が軸回りに回転するのに伴って管体１０回りに回転、本形態では正転する。このように、第２の撹拌翼４０が撹拌翼３０の上方において、当該撹拌翼３０とは逆方向に回転することにより、撹拌効率がよりいっそう向上する。

本形態において、第２の撹拌翼４０の配置や数は特に限定されず、周方向に適宜の間隔をおいて、あるいは軸方向に適宜の間隔をおいて、複数設けることができる。本形態では、周方向に等間隔で４つ、つまり、９０°間隔で４つ、設けている。

次に、撹拌翼３０を逆転とするための構造について、詳細に説明する。
まず、本形態においては、図４に示すように、軸体９０の一方、図示例においては下方（図６参照）において管体１０から径方向に、図示例では水平方向に突出し当該管体１０と共に回転する棒材（以下、「駆動ピン」という。）６１で構成された駆動凸材６０を有する。この駆動凸材６０を構成する駆動ピン６１は、断面略真円形状とされ、管体１０と例えば溶接などによって一体化されている。したがって、管体１０が軸回りに回転するのに伴って管体１０回りに回転、本形態では正転する。この駆動ピン６１の配置や数は特に限定されず、周方向に適宜の間隔をおいて、１又は複数設けることができる。ただし、周方向に等間隔で奇数、設けるのが好ましく、本形態では、周方向に等間隔で９つ、つまり、４０°間隔で９つ、設けている。

また、本形態においては、図５に示すように、軸体９０の他方、図示例においては上方（図６参照）において管体１０から径方向、図示例では水平方向に突出し当該管体１０に対して回転自在とされた棒材（以下、「従動ピン」という。）７１で構成された従動凸材７０を有する。この従動凸材７０を構成する従動ピン７１も、断面略真円形状とされているが、管体１０と一体化されておらず、管体１０に対して、管体１０回りに回転自在とされている。この回転を自在とするための構造は、特に限定されない。本形態では、従動ピン７１が、管体１０と同軸的に配置され、かつ管体１０に対して軸受け３１を介して回転自在とされた回動筒７２に例えば溶接などによって一体化され、もって管体１０に対して回転自在とされている。なお、ここでいう従動ピン７１の回転自在とは、管体１０に対して回転自在、つまり管体１０との相対的な関係での回転自在を意味し、地盤Ｇとの関係では、後述する構成によって逆方向に回転（逆転）する。

本形態において、この従動ピン７１の配置や数は特に限定されず、周方向に適宜の間隔をおいて、１又は複数設けることができる。ただし、周方向に等間隔で奇数、設けるのが好ましく、本形態では、周方向に等間隔で９つ、つまり、４０°間隔で９つ、設けている。したがって、本形態において、従動ピン７１は、駆動ピン６１と、配置や数の点で同様で、回動筒７２を介する分、駆動ピン６１よりも短くなっている点で相違する。

さらに、本形態においては、図６に示すように、軸体９０から径方向、図示例では垂直方向に突出し当該軸体９０に対して回転自在とされた伝達凸材８０を有する。この伝達凸材８０は、駆動凸材６０や従動凸材７０と同様に、棒状のピン（６１，７１）で構成することもできるが、本形態では、曲面状の凸部８１及び曲面状の凹部８２が交互に連続する周端部を有する円板状のスプロケットで構成している。そして、このスプロケットからなる伝達凸材８０は、軸体９０に対して、軸受け９１を介することによって（図３参照）、軸体９０回りに回転自在とされている。

以上のように、駆動凸材６０、従動凸材７０及び伝達凸材８０を有する本形態の地盤改良装置１は、図６に示すように、駆動凸材６０が回転、本形態では正転すると、当該駆動凸材６０の端部が伝達凸材８０の一方（本形態では下方）端部を接線方向の一方（図４参照）に押すことによって当該伝達凸材８０が回転する。また、この回転に伴って当該伝達凸材８０の他方（本形態では上方）端部が従動凸材７０の端部を接線方向の他方に押す。これにより、当該従動凸材７０は、駆動凸材６０とは逆方向に回転する。そして、本形態においては、当該従動凸材７０と一体化されている回動筒７２に撹拌翼３０も例えば溶接などによって一体化されているので（図３参照）、従動凸材７０の回転に連動して撹拌翼３０も逆方向に回転する。このように、本形態においては、管体１０が二重管構造（内管及び外管の逆回転構造）とされていないにもかかわらず、掘削翼２０と撹拌翼３０とが逆方向に回転するので、撹拌効率に優れながら、装置を小型化することができる地盤改良装置１となる。

ここで、掘削翼２０と撹拌翼３０とを互いに逆方向に回転するのみであれば、伝達凸材８０を駆動凸材６０や従動凸材７０と同様に、棒状のピン（６１，７１）で構成すれば足りるが、本形態のようにスプロケットで構成することを推奨する。この形態によると、駆動ピン６１及び従動ピン７１が伝達凸材８０の凹部８２に入り込み、駆動ピン６１が伝達凸材８０の凸部８１を接線方向の一方に押し、伝達凸材８０の凸部８１が従動ピン７１を接線方向の他方に押すことになる。この形態に対しては、駆動凸材６０、従動凸材７０及び伝達凸材８０を全て、スプロケットや、場合によっては歯車（なお、歯車は、凸部及び凹部が交互に連続する周端部を有するという点でスプロケットと同様であるが、凸部及び凹部が曲面状とされていない点でスプロケットと異なるものと定義する。）で構成する形態や、駆動凸材６０や従動凸材７０を棒状のピン（６１，７１）で構成しつつ、伝達凸材８０を歯車で構成する形態も考えられるが、これらの形態によると、土砂Ｇ２等が詰まり易くなり、撹拌翼３０が円滑に回転しなくなるおそれがあるので、本形態による方が好ましい。また、駆動凸材６０及び従動凸材７０を円盤状のスプロケットで構成し、伝達凸材８０を棒状のピン（６１，７１）で構成する形態も考えられるが、この形態によると、管体１０を挿入するにあたって、当該円盤状のスプロケットで構成される駆動凸材６０や従動凸材７０が大きな抵抗となるおそれがあるので、本形態による方が好ましい。

ここで、本形態においては、駆動ピン６１や従動ピン７１が先細状とされていると、より好ましいものとなる。この点、撹拌翼３０が断続的に回転すると、各回転開始時（いったん回転が止まった後、再び回転を開始する時）の抵抗は相対的に大きなものとなるため、これに対応するべく、管体１０の回転駆動源を大きなものとする必要が生じ、装置が大型化する。したがって、撹拌翼３０は連続的に回転するように構成するのが好ましく、具体的には、伝達凸材８０の凹部８２に入り込んだ駆動ピン６１や従動ピン７１が当該凹部８２から抜け出る前に、当該駆動ピン６１や従動ピン７１に隣接する次の駆動ピン６１や従動ピン７１が、伝達凸材８０の凹部８２に入り込む構成とするのが好ましい。もっとも、この隣接する次の駆動ピン６１や従動ピン７１の伝達凸材８０の凹部８２に対する入り込みは、駆動ピン６１や従動ピン７１の少なくとも先端部が、伝達凸材８０に対して接線方向に移動しながら、行われる。したがって、図４の（ａ）に駆動ピン６１の場合を例に示すように、駆動ピン６１の先端部が先細状とされていないと、駆動ピン６１の先端部が伝達凸材８０の凸部８１に引っ掛かり易くなる。これを解消するには、伝達凸材８０の相互に隣接する凸部８１間の距離を長くすることが考えられるが、これは連続回転させるうえで好ましくない。これに対し、本形態のように、駆動ピン６１や従動ピン７１が先細状とされていると、伝達凸材８０の凸部８１及び凹部８２が曲面状とされていることとあいまって、かかる引っ掛かりが防止される。

さらに、本形態のように、軸材９０及び伝達凸材８０が管体１０を挟んで対向的に一対設けられている場合においては、図４に駆動凸材６０の場合を例に示すように、一方（図示例では紙面下側）の伝達凸材８０において一の凹部８２に駆動ピン６１が直交した状態で入り込んでいるときに、他方（図示例では紙面上側）の伝達凸材８０において当該一の凹部８２と接線方向に関して相対的に一方に位置する凹部８２と他方に位置する凹部８２とのそれぞれに駆動ピン６１の先端部が入り込む関係（以下、「非対称の関係」という。）とされているのが好ましい。この点、前述したように、本形態においては、駆動ピン６１の先端部と伝達凸材８０の凸部８１との引っ掛かりが防止されているが、この構成によると、各部材に加わる力や振動等によって、駆動ピン６１の先端部と伝達凸材８０の凸部８１との間における力の伝達に一瞬間があくことがある。しかしながら、「非対称の関係」にされていると、駆動ピン６１の先端部と一方の伝達凸材８０の凸部８１との間における力の伝達に一瞬間があいたとしても、駆動ピン６１の先端部と他方の伝達凸材８０の凸部８１との間で確実に力の伝達がなされるため、撹拌翼３０がより円滑に回転するようになる。

〔応用形態〕
以上の地盤改良装置１は、１機単独での使用（１軸型）に限定されず、例えば、２機、３機、４機又はそれ以上の複数機を並べて使用することもできる。一例として、２機並べて使用（２軸型）する場合の正面図を図７に、平面図を図８に、それぞれ示した。

この場合も、前述した１軸型の場合と大きな違いはないが、共回り防止手段が相違する。１軸型の場合、共回り防止手段は、前述したように軸体９０とこの先端部に固定されたプレート９５とで構成される。そして、このプレート９５の先端部が掘削をされていない地盤Ｇ中に挿入されることにより、軸体９５の回転が阻止され、土砂Ｇ２の共回りが防止された。これに対し、本形態の２軸型の場合においては、一方の地盤改良装置１Ａから他方の地盤改良装置１Ｂに向かって延出する軸体９０の先端部と、他方の地盤改良装置１Ｂから一方の地盤改良装置１Ａに向かって延出する軸体９０の先端部とが、連結材９６によって連結された構成とされている。この形態においても、軸体９０は、先端部が連結材９６によって固定された状態になるため、管体１０回りに回転せず、撹拌翼３０の回転に伴って土砂Ｇ２全体が一体的に管体１０回りに回転しようとするのを阻止する役割を果たす。これにより、土砂Ｇ２のいわゆる共回りが防止され、撹拌翼３０による撹拌効率が向上する。この際、連結材９６が固定されない他の軸体９０には、例えば、前述した連結プレート９５を固定することもできるが、連結材９６による連結のみで十分に共回りが防止されるため、図示例のように何も固定しない形態とすることができる。

本発明は、セメントミルク等の固化剤と地盤とを現位置で撹拌・混合することにより地盤中に固化体を造成する地盤改良工法に用いられる地盤改良装置として適用可能である。

地盤改良装置の設置例を示す図である。 本形態の地盤改良装置の正面図である。 本形態の地盤改良装置の縦断面図である。 駆動凸材と伝達凸材との関係を示す図である。 従動凸材と伝達凸材との関係を示す図である。 伝達凸材と駆動凸材及び従動凸材との関係を示す図である。 地盤改良装置の応用的な使用形態を示す正面図である。 地盤改良装置の応用的な使用形態を示す平面図である。

１…地盤改良装置、１０…管体、２０…掘削翼、３０…撹拌翼、４０…第２の撹拌翼、６０…駆動凸材、６１…駆動ピン、７０…従動凸材、７１…従動ピン、８０…伝達凸材、９０…軸体、Ｇ…地盤。

Claims (3)

1. 軸回りに回転しながら地盤に挿入される管体と、この管体から延出し当該管体回りに回転して地盤を掘削する掘削翼と、この掘削翼の上方において前記管体から延出し当該掘削翼とは逆方向に回転して前記掘削をされた地盤を撹拌する撹拌翼と、前記管体から延出し当該管体に対して回転自在とされ前記掘削をされた地盤を横切った状態で先端部が固定される軸体と、を有する地盤改良装置であって、
   前記軸体の一方において前記管体から径方向に突出し当該管体と共に回転する駆動凸材と、前記軸体の他方において前記管体から径方向に突出し当該管体に対して回転自在とされた従動凸材と、前記軸体から径方向に突出し当該軸体に対して回転自在とされた伝達凸材と、を有し、
   前記駆動凸材が回転すると、当該駆動凸材の端部が前記伝達凸材の一方端部を接線方向の一方に押すことによって当該伝達凸材が回転し、この回転に伴って当該伝達凸材の他方端部が前記従動凸材の端部を前記接線方向の他方に押すことによって当該従動凸材が前記駆動凸材とは逆方向に回転し、この回転に連動して前記撹拌翼が逆方向に回転する、構成とされ、
   前記伝達凸材は、曲面状の凸部及び曲面状の凹部が交互に連続する周端部を有する円板状のスプロケットで構成され、前記駆動凸材及び前記従動凸材は、それぞれ前記管体の周方向に間隔をおいて配置された複数の棒材で構成され、
   前記駆動凸材及び前記受動凸材を構成する棒材が前記伝達凸材の凹部に入り込み、前記駆動凸材の棒材が前記伝達凸材の凸部を接線方向の一方に押し、前記伝達凸材の凸部が前記従動凸材の棒材を前記接線方向の他方に押す構成とされている、
   ことを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記棒材が先細状とされ、
   前記伝達凸材の凹部に入り込んだ棒材が当該凹部から抜け出る前に、当該棒材に隣接する次の棒材の少なくとも先端部が、前記伝達凸材に対して接線方向に移動しながら当該伝達凸材の凹部に入り込む構成とされている、
   請求項１記載の地盤改良装置。
3. 前記軸材及び前記伝達凸材が前記管体を挟んで対向的に一対設けられ、
   一方の伝達凸材において一の凹部に前記棒材が直交した状態で入り込んでいるときに、他方の伝達凸材において当該一の凹部と前記接線方向に関して相対的に一方に位置する凹部と他方に位置する凹部とのそれぞれに前記棒材の先端部が入り込む関係とされている、
   請求項２記載の地盤改良装置。

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