JP5015493B2 - 地盤改良装置および地盤改良機 - Google Patents

Description

本発明は、地盤改良装置および地盤改良機に関する。例えば、地盤を掘削し、その掘削部分に固化材を添加し、地盤と混合、攪拌することにより地盤改良を行う地盤改良装置および地盤改良機に関する。

従来、地盤改良施工として、地盤をブロック状あるいは壁状に掘削し、地盤をほぐした状態で、例えば、固化材や土壌改良材などの地盤改良材を添加し、ほぐされた地盤とともに混合、攪拌する施工が知られている。
このような施工に用いる地盤改良装置として、例えば、特許文献１には、油圧式ショベル系掘削機のアーム先端部に取着可能な台部材から下部両側に支持フレームが垂設され、その間に軸支された回転軸に複数の羽根板が設けられ、その下方または上方に移動可能に土砂掻き寄せ部材が設けられた地盤改良用攪拌機が記載されている。
また、関連する技術として、特許文献２には、掘削機のアーム先端に取り付けられたバケットにより地盤内を壁状に掘削し、バケットに設けられたノズルから固化材スラリー注入し、油圧モータで回転する攪拌羽根を備える攪拌装置によって掘削された土壌と混合攪拌することにより、掘削した形状に連続地下壁を形成する工法と、それに用いる装置とが記載されている。
特開２００２−８１０５５号公報（図１−４） 特許第２９３７７６６号公報（図１、２）

しかしながら、上記のような従来の地盤改良装置には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、土砂掻き寄せ部材が、掘削時に羽根板の下方に配置されることで、掘削した溝の角部や杭の周りなどの土砂の改良を効率よく行うことができ、攪拌時は上方に退避して効率よく攪拌できるものの、土砂掻き寄せ部材は地盤を切り込む能力に乏しいので、地盤を羽根板で削ってゆくことになる。そのため、羽根板の回転負荷が大きくなり、地盤条件によっては、羽根板の損傷が大きくなってしまうという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、バケットを備えるため、地盤への切り込みが容易となり、地盤をほぐした状態で、攪拌装置により攪拌することができるものの、バケットの下部先端に形成された列状のビッドでは、地盤の一部がほぐされるのみで、ビッドから離れた位置では、地盤が十分にほぐされないものである。そのため、後方の攪拌羽根に塊状の掘削土が当たって攪拌羽根が損傷しやすいという問題がある。また、バケット構造では、地盤中に、例えば玉石、木片などの異物があると、攪拌羽根とバケットのネット部との間に挟まるなどして、攪拌動作に支障が生じやすいという問題がある。
また、いずれの技術でも、ほぐされる地盤の範囲が地盤条件などによりばらつくため、一定範囲に所定量の固化材を添加して、その範囲で混合攪拌するといった細かな施工管理を行うことが難しいという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、一定範囲内の地盤を効率よく地盤改良することができる地盤改良装置および地盤改良機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、作業機のアーム先端に回動可能に取り付けられて地盤中を移動し地盤改良を行う地盤改良装置であって、厚さ方向に離して配置された２つの側板部材を上弦部材および下弦部材により連結して略矩形状の開口部を形成し、前記上弦部材に前記作業機のアーム先端に対する取付部を設けた門型枠と、前記２つの側板部材および前記下弦部材から前記開口部の一方の開口方向に向けて突設されたビッド部と、前記門型枠の開口部の内側で、前記２つの側板部材にそれぞれ直交する方向に設けられた回転軸とともに回転して、地盤を攪拌する複数の攪拌翼とを備え、前記攪拌翼の回転軸方向から見て、前記ビッド部の各先端が前記攪拌翼先端の回転軌跡よりも径方向外側に位置するとともに、前記攪拌翼の先端が前記２つの側板部材から前記ビッド部の突設方向と反対側の端面から露出され、前記下弦部材に設けられた前記ビッド部の突設方向から見て、前記攪拌翼の先端の少なくとも一部が、前記下弦部材と重なるように前記攪拌翼が配置され、かつ、前記アーム先端での回動動作において、前記攪拌翼先端の最大回動半径が、前記ビッド部先端の最大回動半径以下となるように設定された構成とする。
この発明によれば、２つの側板部材、上弦部材および下弦部材から構成される門型枠の開口部の一方の側で、その開口方向に向けて突設されたビッド部を備えるので、地盤に対して、その開口方向から切り込むことで、門型枠に沿うコ字状に区画された領域が切り込まれ、開口部の範囲が掘削される。そして、開口部の内側が良好にほぐされた状態で掘削土が開口部内に移動し、攪拌翼によって攪拌される。そのため、掘削抵抗、攪拌抵抗が低減された状態で、コ字状に区画された一定範囲を効率よく攪拌をすることができる。
また、ビッド部を先端から地盤に切り込む掘削動作において、攪拌翼の先端が、ビッド部の各先端で形成される掘削先端面の後流側に位置する。そのため、攪拌翼が、ビッド部による掘削の影響を受けない状態の地盤と接触しないため、攪拌翼の損傷と攪拌負荷とを低減することができる。
なお、ビッド部が形成された開口方向から見たときの、攪拌翼の攪拌範囲は、三方に形成されたビッド部のなす矩形状の範囲と、略重なる範囲とすることが好ましい。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の地盤改良装置において、前記下弦部材に、その長手方向に沿って、流体を噴射する複数の噴射孔が形成された構成とする。
この発明によれば、複数の噴射孔によって下弦部材の長手方向に沿う方向でバランスよく流体を噴射することができる。そのため、掘削土に噴射される流体の量を長手方向の分布を良好に制御することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の地盤改良装置において、前記噴射孔から噴射される流体が液状の地盤改良材であり、前記噴射孔が、前記攪拌翼に向けて設けられた構成とする。
この発明によれば、噴射孔が攪拌翼に向けて設けられるので、噴射孔から噴射される液状の地盤改良材が、攪拌翼による攪拌翼回転領域に効率的に添加される。そのため、地盤改良材を一定の範囲に必要な量だけ正確に添加して、地盤と混合、攪拌することができる。

請求項４に記載の発明では、地盤改良機において、走行体と、該走行体上で屈伸および鉛直面内の回動が可能とされたアーム部と、該アーム部のアーム先端に回動可能に取り付けられた請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良装置とを備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良装置を備えるので、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備える。

本発明の地盤改良装置および地盤改良機によれば、開口部に設けられたビッド部により門型枠に沿うコ字状に区画された領域が切り込まれて掘削範囲が安定化されるので、一定範囲内の地盤を効率よく地盤改良することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

本発明の実施形態に係る地盤改良装置および地盤改良機について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る地盤改良装置を取り付けた地盤改良機の概略構成を示す正面図である。図２は、本発明の実施形態に係る地盤改良装置の正面図である。図３は、本発明の実施形態に係る地盤改良装置の右側面図である。図４は、本発明の実施形態に係る地盤改良装置の左側面図である。

本実施形態の地盤改良機１は、図１に示すように、地盤５０上を移動し、地盤５０を掘削するとともに、掘削土に地盤改良材を混合して攪拌し、例えばブロック状、壁状などの所定範囲の地盤５０を地盤改良するものである。地盤改良材は、地盤改良の目的に応じて、液状、粉体状などの適宜の薬剤を採用することができる。以下では、一例として地盤５０の強度を改善するために、液状の固化材２０（図２参照）、例えばセメントミルクなどを用いる場合の例で説明する。
地盤改良機１の概略構成は、自走式の走行機構を備えた車体４（走行体）、車体４上で旋回を行う旋回部５、および旋回部５上で屈伸および鉛直面内の回動が可能とされたアーム部６から構成される作業機３と、本発明の実施形態に係る地盤改良装置２とからなる。
アーム部６には、アーム部６本体の屈伸および回動運動を行うとともに、アーム先端部６ａを中心として地盤改良装置２を鉛直面内で回動運動せしめる油圧リンク機構が設けられている。
このような作業機３は、例えばバックホーとして用いる油圧ショベルなどに用いるものを好適に採用することができる。

地盤改良装置２は、作業機３によって駆動され、地盤５０を掘削するとともに、固化材２０を地盤５０に添加し、地盤５０と混合、攪拌するものであり、作業機３のアーム部６のアーム先端部６ａに着脱可能に取り付けられるものである。
地盤改良装置２の概略構成は、図２〜４に示すように、サイドフレーム１０（側板部材）、モータ１５、サイドフレーム１１（側板部材）、上フレーム１３（上弦部材）、取付フレーム１２、下フレーム１４（下弦部材）、および攪拌翼１７からなる。そして、サイドフレーム１０、１１および下フレーム１４には、ビッド部を構成する複数のサイドビッド１０ｃ、１１ｃ、ベースビッド１４ｃがそれぞれ設けられている。
なお、図２〜４に示す地盤改良装置２は、掘削領域の底面部に沿って水平移動し、地盤５０内を攪拌する際の姿勢を描いている。以下では、簡単のために、誤解のおそれのない限りこのように図示された姿勢に対応して鉛直方向、上下方向などの表現で、部材間の相対位置を説明する場合がある。

サイドフレーム１０は、正面視で上方から略一定幅で延ばされ、下端側の側面が下方側ほど掘削方向（図２のＢ視矢印方向）に向けて傾斜され、下端面が略水平とされた板状部材からなる。
サイドフレーム１０の掘削方向側の端面１０ａには、掘削方向に向けて先鋭化された突起からなる複数のサイドビッド１０ｃが、下端側から上方の中間位置までの間に、適宜ピッチで設けられている。
これにより、地盤５０内で、地盤改良装置２が図２のＢ視矢印方向に移動されると、各サイドビッド１０ｃが地盤５０に打ち込まれ、地盤５０をほぐすことができるようになっている。
サイドビッド１０ｃが形成される下端側から上方の中間位置までの高さは、後述する攪拌翼１７の回転範囲の高さと略同等とすることが好ましい。
なお、本実施形態のサイドビッド１０ｃは、例えば、摩耗した時や損傷した時など、必要に応じて随時交換できるように着脱可能に設けられている。着脱可能な固定手段は、例えば、ボルト締結などを採用することができる。着脱の単位は、サイドビッド１０ｃ単体でもよいし、それらを複数まとめたユニット単位でもよい。

サイドフレーム１０の上端側には、後述する攪拌翼１７を回転するためのモータ１５が支持され、サイドフレーム１０の下端側の中間部には、サイドフレーム１０、１１との間にそれぞれと直交する方向に延ばされた回転軸１６が回転自在に軸支されている。そして、図示しないが、サイドフレーム１０の内部には、モータ１５の駆動力を回転軸１６に伝達する伝動機構が設けられている。
モータ１５は、この伝動機構を介して回転軸１６を正逆転自在に回転させるものであればどのようなモータを採用してもよい。例えば、油圧モータや電動モータを採用することができる。モータ１５の動力源は、不図示のコネクタを介して作業機３側から供給される。

サイドフレーム１１は、正面視では、サイドフレーム１０と略同様の形状とされ、外形が略重なる位置に配置されている。ただし、図３、４に示すように、サイドフレーム１０においてモータ１５を支持する部分に対応する上端部分は削除された形状となっている。
また、サイドフレーム１０の内部の伝動機構に代えて、後述する噴射孔１４ｄに固化材２０を供給するための噴射流体供給管路１９を備える（図４参照）。そのため、サイドフレーム１０と厚さが異なっていてもよい。
噴射流体供給管路１９の供給側の端部には、固化材２０を噴射流体供給管路１９に送出するためのミキサやポンプなどからなる地盤改良材供給部２１が連結されている。地盤改良材供給部２１は、作業機３上に配置してもよいし、作業機３とは別の位置に配置してもよい。
サイドフレーム１１の掘削方向側の端面１１ａには、サイドビッド１０ｃと同様の構成を有する複数のサイドビッド１１ｃが、正面視で各サイドビッド１０ｃに対応する位置に設けられている。本実施形態では、サイドビッド１１ｃは、サイドビッド１０ｃと同様に、着脱可能に設けられている。
また、サイドフレーム１０から図２の紙面奥行き方向に延ばされた回転軸１６は、サイドフレーム１１においても回転自在に軸支されている。

上フレーム１３は、サイドフレーム１０、１１を所定距離だけ離間させた状態で連結する板状または柱状の部材であり、サイドフレーム１０におけるモータ１５の下側の位置とサイドフレーム１１の上端部との間で水平に延ばして配置されている。
本実施形態では、互いに対向する側面１３ａ、１３ｂをそれぞれ図２のＡ視側、Ｂ視側に向けて配置した板材を採用している。
サイドフレーム１０、１１を離間する幅は、必要に応じて適宜設定することができる。例えば、１ｍなどの距離を採用することができる。

取付フレーム１２は、図３、４に示すように、上フレーム１３の長手方向の中間部に適宜のスパンをあけた２箇所に固定された支持部材であり、それぞれの上端部には、作業機３のアーム先端部６ａと着脱自在に取り付ける取付部として、係合ピンなどを水平方向に挿通可能な取付孔１２ａ、１２ａが設けられている。
各取付孔１２ａは、アーム先端部６ａに取り付けられた状態で、アーム部６に設けられた油圧リンクの従動節となり、作業機３からの操作によって、アーム先端部６ａを中心とした回動運動が可能となっている。
本実施形態では、それぞれの取付フレーム１２において、２つの取付孔１２ａの中心を結ぶ線分と回転軸１６の中心を通る鉛直軸との交点Ｐ（図２参照）が、油圧リンクによるアーム先端部６ａを中心とした鉛直面内の回動運動の回動中心になっている。

下フレーム１４は、サイドフレーム１０、１１の下端部の掘削方向側の先端部を上フレーム１３と同幅だけ離間させた状態で連結するもので、上フレーム１３と平行に設けられた柱状部材からなる。
下フレーム１４の掘削方向側の側面１４ａには、その長手方向にわたり、掘削方向に向けて先鋭化された突起からなる複数のベースビッド１４ｃが適宜ピッチで設けられている。本実施形態では、ベースビッド１４ｃは、サイドビッド１０ｃと同様に、着脱可能に設けられている。
また、下フレーム１４の内部には、その長手方向に沿う方向に、サイドフレーム１１内を通って配管された噴射流体供給管路１９が延ばされている。そして、この下フレーム１４内の噴射流体供給管路１９から、側面１４ｂの長手方向に沿って設けられた複数の噴射孔１４ｄにそれぞれ連通する分岐流路が形成されている。

噴射孔１４ｄは、噴射流体供給管路１９から供給される固化材２０を噴射するためのものである。各噴射孔１４ｄは、液状の固化材２０を下フレーム１４の長手方向に沿ってまんべんなく噴射できるようにノズルを備えていることが好ましい。
噴射孔１４ｄの噴射方向は、必要に応じてそれぞれの位置で変えてもよいが、少なくとも噴射流が後述する攪拌翼１７の攪拌翼回転領域Ｑに対向する方向に設定しておく。より好ましくは、噴射流が、攪拌翼回転領域Ｑの中心を含む範囲に向けて噴射されるように設定しておく。

攪拌翼１７は、回転軸１６とともに回転することで、地盤５０を攪拌するためのもので、軸方向から見て径方向に放射状に延ばされた複数の翼部材が、回転軸１６の軸方向に適宜ピッチで設けられている。本実施形態では、攪拌翼１７の回転半径は、ｒとされており、回転軸１６を中心として、半径ｒの円筒状の攪拌翼回転領域Ｑが形成されている。
回転半径ｒは、本実施形態では、例えば、ｒ＝０．５ｍに設定しているが、これは、以下のようなビッド部との位置関係を満足するように設定したものである。
まず、回転軸１６の中心からベースビッド１４ｃの下端面までの距離ｄ_１に対して、ｒ≦ｄ_１とする。本実施形態では、ｒ＝ｄ_１としている。これにより、図２のような姿勢で地盤改良装置２が水平方向に移動される場合、攪拌翼回転領域Ｑが、ベースビッド１４ｃより下方の地盤５０に食い込まない状態とされている。
また、回転軸１６の中心からサイドビッド１０ｃ、１１ｃの先端を連ねた包絡面までの距離ｄ_２に対しては、ｒ≦ｄ_２の関係に設定する。すなわち、回転軸１６の軸方向から見てビッド部の各先端が、攪拌翼１７の先端の回転軌跡よりも径方向外側に位置するような設定となっている。これにより、掘削に際して、攪拌翼１７が、サイドビッド１０ｃ、１１ｃよりも後流側に位置するため、地盤５０がサイドビッド１０ｃ、１１ｃによってほぐされた後に攪拌翼１７によって切り込まれるようになっている。
また、裏面視において、攪拌翼回転領域Ｑの先端と、下フレーム１４の側面１４ｂとの間には、隙間ｄ_３＞０を形成する位置関係に設定する。このため、攪拌翼１７で攪拌される掘削土が攪拌翼１７と下フレーム１４との間において上下方向に挟み込まれない状態とされている。

攪拌翼１７の軸方向の配置ピッチは、地盤５０の硬度や、地盤５０中の岩石の粒度などに応じて、必要な攪拌性能が得られるように設定する。
それぞれの攪拌翼１７の翼の回転方向に対する傾斜角や翼形状は、掘削土を攪拌できればどのような傾斜角、形状を採用してもよい。例えば、翼断面を湾曲させるか真直とするか、翼にねじりを加えるか加えないか、などは、必要に応じて適宜設定することができる。ただし、回転方向を切り替えても攪拌性能が略同等であるような形状、配置とすることが好ましい。
本実施形態では、一例として、回転方向に傾斜して植設した真直翼を採用している。

地盤改良装置２の構成によれば、図３、４に示すように、図２のＡ視、Ｂ視において、サイドフレーム１０、上フレーム１３、サイドフレーム１１、下フレーム１４によって、掘削方向に貫通する略矩形状断面を有する開口部１８が形成され、門型枠が構成されている。
そして、掘削方向から見ると、図３に示すように、門型枠の端面１０ａ、側面１４ａ、端面１１ａの三方に、サイドビッド１０ｃ、ベースビッド１４ｃ、サイドビッド１１ｃからなるビッド部が形成されている。
そして、開口部１８内において、コ字状をなすビッド部に囲まれた矩形状の範囲に、鉛直面内で正逆自在に回転する複数の攪拌翼１７が設けられ、攪拌翼回転領域Ｑが形成されている。また、攪拌翼回転領域Ｑと上フレーム１３との間に掘削土が自由に流通できる状態の隙間が形成されている。

次に、本実施形態の地盤改良機１の動作について、地盤改良装置２の動作を中心に説明する。
図５は、本発明の実施形態に係る地盤改良機を用いた土壌改良工程について順次説明する工程説明図である。図６は、本発明の実施形態に係る地盤改良装置の回動時の軌跡を示す模式説明図である。

地盤改良機１を用いて地盤改良を行うには、一定の改良エレメントの大きさを設定し、その大きさに応じた固化材２０の必要量を求めておく。例えば、改良エレメントの幅×深さ×長さを、１ｍ×１ｍ×１ｍとし、これを長さ方向に５個連ねた壁状の地盤改良ブロックを形成するものとする。
そして、地盤改良を、それら改良エレメントごとに行う第１工程と、各改良エレメントを通して全体的に行う第２工程とに分けて行う。ここで、各工程において、混合する固化材２０の噴射量は、その合計量が上記に算出した量となるように管理する。

まず、図５（ａ）に示すように、掘削を円滑に行える程度に一部の土壌を排土した状態を形成し、地盤改良装置２のビッド部を地盤５０に向けて図示反時計回りに回動することで、１つの改良エレメントの範囲を掘削する。同時にモータ１５によって攪拌翼１７を回転させ、掘削土を排土することなく、掘削された位置で攪拌する。このとき、攪拌翼１７は例えば図示反時計回りに定速回転させる。
そして、例えば、羽根切り回数に応じた適宜タイミングで、噴射孔１４ｄから、固化材２０を複数回に分けて噴射する。したがって、必要な攪拌を行うための羽根切り回数にわたって上記で求めた第１工程の必要量の固化材２０が噴射され、掘削土に混合される。

このとき、噴射孔１４ｄが、下フレーム１４の長手方向に適宜ピッチで複数設けられているため、改良エレメントの幅方向に対しても固化材２０が均等に混合される。
また、各噴射孔１４ｄは、少なくともそれらの噴射流が攪拌翼回転領域Ｑに対向する方向に噴射されるので、噴射された固化材２０が確実に掘削土と攪拌され、攪拌されない領域に漏出しないので、正確な量の固化材２０を効率よく添加し、地盤５０に混合することができる。そのため、地盤改良のムラが低減される。

また、地盤５０の掘削は、コ字状をなすサイドビッド１０ｃ、ベースビッド１４ｃ、サイドビッド１１ｃによって三方から行われる。したがって、従来のように、ビッド部がベースビッド１４ｃに相当する部分しかない場合に比べ、地盤５０を円滑にほぐすことができ、掘削抵抗を低減することができる。
そして三方が切り込まれてほぐされた状態の掘削土が、そのコ字状の内側を移動して、略同等の投影面積を有する攪拌翼回転領域Ｑに移動するので、攪拌抵抗が低減され、モータ１５の回転トルクを低減することが可能となる。また、開口部１８は、攪拌翼回転領域Ｑの投影面積よりも大きいため、攪拌翼回転領域Ｑの外側で連れ回って流動する掘削土は、開口部１８に逃がれるため、攪拌抵抗を増加させない。
したがって、モータ１５として低トルクのモータを採用することができるため、装置の小型化を図ることができる。
また、地盤５０に玉石や木材などの異物が含まれていたとしても、攪拌翼回転領域Ｑの周囲には、例えばバケットのネット部のような部材がないため、目詰まりを起こしたりすることを防止することができる。

本実施形態では、このように掘削と攪拌とを略同一位置で行うものであるが、攪拌翼回転領域Ｑは、掘削が行われるビッド部の先端よりも常に後流側となるように設定されている。そのため、掘削によりほぐされない状態の地盤５０が攪拌翼回転領域Ｑに先行して到達することがなく、攪拌抵抗が増大したり、攪拌翼１７が損傷されたりすることを防止できる。
例えば、地盤改良装置２の移動軌跡を、アーム先端部６ａにおける回動動作の場合で考えると、図６に示すように、ｒ≦ｄ_２の関係により、いずれの回動位置においても、攪拌翼回転領域Ｑが、ビッド部の先端より後流側に位置する。
回動によりビッド部が移動する領域を考えると、回動中心Ｐから最も遠いビッド部の先端であるベースビッド１４ｃの先端の回動半径をＲ_１、回動中心Ｐから最も遠い攪拌翼回転領域Ｑの回動半径をＲ_２とすると、ベースビッド１４ｃの設置位置から明らかに、Ｒ_１＞Ｒ_２となっている。そのため、攪拌翼回転領域Ｑが回動により移動する領域は、ベースビッド１４ｃの先端が回動により移動する領域の内側に収まっている。そのため、回動動作に際しても、掘削領域の内側で、攪拌が行われるようになっている。
なお、このような位置関係は、例えば、アーム部６自体を移動して、回動中心Ｐと異なる点を中心に回動させた場合も同様である。

水平方向に掘削が行われる場合には、ｒ＝ｄ_１の関係により、ベースビッド１４ｃで掘削される領域と攪拌翼回転領域Ｑが移動する領域とがちょうど重なる。そのため、攪拌翼１７を損傷させることなく、地盤改良ブロックの底面部に至るまでまんべんなく攪拌され、正確な施工範囲において地盤改良が行われる。

このようにして１つの改良エレメントにおいて、固化材２０を混合、攪拌した後、図示左側において隣接する次の改良エレメントで同様な作業を行う。
そして、予定された改良エレメントをすべて混合攪拌した後（図５（ｂ）参照）、初期に排土した土壌を戻し、第２工程に移行する。

第２工程では、掘削方向が水平方向となるように、地盤改良装置２の姿勢を固定し、攪拌翼１７を図示時計回りに回転させつつ図示右側に移動する（図５（ｃ）参照）。このように攪拌翼１７を第１工程と逆回転させることにより、さらにまんべんなく固化材２０を混合、攪拌することができる。
このとき、地盤改良装置２の移動速度と攪拌翼１７の羽根切り回数とに応じて、第２工程で混合される固化材２０が、移動方向の各位置で均等に混合されるように固化材２０の噴射量を管理する。
地盤改良装置２が、図示右端側に到達すると（図５（ｄ）参照）、必要に応じて、さらに往復移動を行って地盤５０を攪拌するか、またはこのまま第２工程を終了する。

このように、本実施形態の地盤改良機１によれば、門型枠に配列されたビッド部の範囲に攪拌翼１７を備え、噴射孔１４ｄから攪拌翼１７に向けてまんべんなく固化材２０を噴射できるため、低トルクで効率よく掘削、攪拌を行うことができる。そして、門型枠の範囲で所定量の固化材２０を混合、攪拌するため、地盤改良の管理施工が容易となり、正確かつ高精度の地盤改良を行うことができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例に係る地盤改良装置の正面図および左側面図である。

本変形例の地盤改良装置２５は、地盤改良材として粉体状の固化材を用いる場合に好適なものであり、上記実施形態の地盤改良装置２の上フレーム１３、噴射流体供給管路１９、下フレーム１４に代えて、上フレーム２６（上弦部材）、噴射流体供給管路２８、下フレーム３０（下弦部材）を備えたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

上フレーム２６は、上フレーム１３と略同様の外形を備え、同様の位置でサイドフレーム１０、１１と固定されている。また、上フレーム２６の内部には、その長手方向に沿って噴射流体供給管路２８、２８が設けられている。そして、各噴射流体供給管路２８から上フレーム２６の掘削方向（図７（ａ）のＣ視矢印方向）側の側面２６ａとその反対側の側面２６ｂとに、それぞれの長手方向に沿って適宜ピッチで複数の噴霧孔２７が設けられている。
噴霧孔２７は、ビッド部と攪拌翼１７とを上方から覆う範囲に霧状の水２９ａ、２９ｂを噴射するための噴射ノズルからなる。

噴射流体供給管路２８は、噴霧孔２７に水を供給するためのもので、図７（ｂ）に示すように、サイドフレーム１１の内部に挿通され、外部に設けられた噴霧水供給部３１に接続されている。

下フレーム１４Ａは、上記実施形態の下フレーム１４から噴射流体供給管路１９、噴射孔１４ｄを削除した点のみが異なるものである。

このような地盤改良装置２５によれば、地盤５０を掘削するとともに、攪拌翼回転領域Ｑの範囲に粉体状の固化材を添加して、混合、攪拌を行い、地盤改良を行う。その際、噴霧孔２７から、水２９ａ、２９ｂを噴射し、霧状化して攪拌翼１７、ビッド部の上方を覆うことができる。そのため、掘削、混合、攪拌に際して掘削土や固化材が粉塵として上方に舞い上がって飛散するのを抑制することができる。したがって、周囲環境への影響を低減した地盤改良施工を行うことができる。

なお、上記の説明では、ビッド部を掘削方向のみに設けた場合の例で説明したが、門型枠の掘削方向の反対側の端面および側面にビッド部を追加した構成としてもよい。
この場合、攪拌翼の左右両側で地盤をほぐすビッド部が形成されるので、掘削方向と反対方向に移動する場合でも、ビッド部により地盤がほぐされ、より低トルクでの混合、攪拌を行うことができ、攪拌翼がより損傷しにくくなる装置とすることができる。

また、上記の説明では、地盤に液状または粉体状の固化材を混合する場合の地盤改良の例で説明したが、地盤改良はこれに限定されるもののではなく、適宜の地盤改良材を用いることで、他の地盤改良施工にも適用できる。例えば、ヘドロ、建設残土の地盤改良、肥料などを用いた土壌改良、汚染除去材を用いた汚染土壌の土壌改良などにも適用できる。

また、上記の説明では、地盤改良材として、液状、粉体状のものを別々に用いる場合の例で説明したが、液状、粉体状のものを混合して用いてもよい。そのような場合、上記実施形態と変形例とを併用した装置としてもよい。その場合、上記変形例での水に代えて、液状の地盤改良材を上弦部材から噴射して、粉体状の地盤改良材の飛散を防止する流体を兼ねる構成としてもよい。

また、上記の説明では、下弦部材に設けられた噴射孔から液状の地盤改良材を噴射する場合の例で説明したが、必要に応じて地盤改良材以外の流体に切り替えられるようにしてもよい。例えば、水に切り替えられるようすれば、噴射孔が攪拌翼に向けられているため、攪拌翼、回転軸、門型枠などに付着した掘削土や固化材などを、現場で迅速かつ容易に洗浄することができるので、作業効率が向上できるという利点がある。

本発明の実施形態に係る地盤改良装置を取り付けた地盤改良機の概略構成を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る地盤改良装置の正面図である。 本発明の実施形態に係る地盤改良装置の右側面図である。 本発明の実施形態に係る地盤改良装置の左側面図である。 本発明の実施形態に係る地盤改良機を用いた土壌改良工程について順次説明する工程説明図である。 本発明の実施形態に係る地盤改良装置の回動時の軌跡を示す模式説明図である。 本発明の実施形態の変形例に係る地盤改良装置の正面図および左側面図である。

符号の説明

１ 地盤改良機
２、２５ 地盤改良装置
３ 作業機
４ 車体（走行体）
６ アーム部
６ａ アーム先端部（アーム先端）
１０、１１ サイドフレーム（側板部材）
１０ｃ、１１ｃ サイドビッド
１２ 取付フレーム
１２ａ 取付孔（取付部）
１３、２６ 上フレーム（上弦部材）
１４、１４Ａ 下フレーム（下弦部材）
１４ｃ ベースビッド
１４ｄ 噴射孔
１６ 回転軸
１７ 攪拌翼
１８ 開口部
１９ 噴射流体供給管路
２０ 固化材（流体）
２１ 地盤改良材供給部
２７ 噴霧孔（噴射孔）
２８ 噴射流体供給管路
２９ａ、２９ｂ 水（流体）
Ｐ 回動中心
Ｑ 攪拌翼回転領域

Claims (4)

1. 作業機のアーム先端に回動可能に取り付けられて地盤中を移動し地盤改良を行う地盤改良装置であって、
   厚さ方向に離して配置された２つの側板部材を上弦部材および下弦部材により連結して略矩形状の開口部を形成し、前記上弦部材に前記作業機のアーム先端に対する取付部を設けた門型枠と、
   前記２つの側板部材および前記下弦部材から前記開口部の一方の開口方向に向けて突設されたビッド部と、
   前記門型枠の開口部の内側で、前記２つの側板部材にそれぞれ直交する方向に設けられた回転軸とともに回転して、地盤を攪拌する複数の攪拌翼とを備え、
   前記攪拌翼の回転軸方向から見て、前記ビッド部の各先端が前記攪拌翼先端の回転軌跡よりも径方向外側に位置するとともに、前記攪拌翼の先端が前記２つの側板部材から前記ビッド部の突設方向と反対側の端面から露出され、
   前記下弦部材に設けられた前記ビッド部の突設方向から見て、前記攪拌翼の先端の少なくとも一部が、前記下弦部材と重なるように前記攪拌翼が配置され、
   かつ、前記アーム先端での回動動作において、前記攪拌翼先端の最大回動半径が、前記ビッド部先端の最大回動半径以下となるように設定された
   ることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記下弦部材に、その長手方向に沿って、流体を噴射する複数の噴射孔が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
3. 前記噴射孔から噴射される流体が液状の地盤改良材であり、
   前記噴射孔が、前記攪拌翼に向けて設けられたことを特徴とする請求項２に記載の地盤改良装置。
4. 走行体と、
   該走行体上で屈伸および鉛直面内の回動が可能とされたアーム部と、
   該アーム部のアーム先端に回動可能に取り付けられた請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良装置とを備える地盤改良機。

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