JP5163846B2 - 地盤改良の単軸混合攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤改良の単軸混合攪拌装置に関し、特に、地盤に杭を形成し地盤を改良する工法に使用される単軸の混合攪拌装置に関するものである。

軟弱地盤や埋め立て地などの地盤の強度が比較的に弱い場所において、地盤に改良を施して、建造物を構築する場合、コンクリ−ト等で製造された杭を打ち込む工法があるが、騒音問題などで敬遠されつつある。
一方、当該工法に代わり、地盤に穴を掘削してその掘削土にセメントや凝固剤や硬化剤等と称される注入材（固化材）を注入し混合攪拌により杭を形成するという工法（場所打ち杭構築工法）が行われている。
従来、当該穴の掘削には、ベ−スマシン等が用いられ、一軸（単軸）の回転軸（攪拌軸）の上下方向に複数の撹拌棒などの撹拌体を当該軸に対して直角方向に突設させ、これら複数の撹拌棒などの撹拌体を当該回転軸の回転に伴い一体に（共に）回転させ、硬化剤を噴射させつつ、前記のように、掘削土と硬化剤等の固化材とを撹拌混練し、その硬化により地盤を改良するという工法が用いられている。
しかるに、上記した従来の単軸の回転軸の上下方向に複数の撹拌棒などの撹拌体を当該軸に対して直角方向に突設させ、これら複数の撹拌棒などの撹拌体を当該回転軸の回転に伴い一体に回転させる地盤改良装置では、これら複数の撹拌棒が全て回転軸と一体に回転するので、掘削土が同軸と一体に回転してしまうという所謂共周り現象を起こしてしまい、充分な撹拌混練が行えず、特に、粘性土からなる地盤のように硬化剤が混練し難いような場合には、掘削土が撹拌棒を包み込む形の団子状態になり、全く撹拌混練が行えない場合があるという欠点があった。
そこで、撹拌用の回転軸を、相互に逆方向に回転する外軸と内軸の二重軸に構成し、当該内外軸のそれぞれに撹拌翼を取付し、互いに内外側で反対方向に回転させてなる地盤改良装置が提案されている。
例えば、特開平１１−８１２９７号公報には、図５に示すように、外軸５０１と内軸５０２とを逆回転させる地盤改良装置であって、外軸５０１に囲み翼５０３を取付け、一方、内軸５０２に囲み翼５０４を取付け、当該囲み翼５０３及び囲み翼５０４を正逆反対方向に回転させて上記の地盤の改良を行う地盤改良装置が提案されている。
又、上記の特許を改良するものとして、特開２００２−３３２６３２号公報には、図６に示すように、相互に逆方向に回転する外軸６００ａと内軸６００ｂの二重軸に構成した地盤改良装置であって、当該外軸６００ａに上部攪拌翼６０１及び下部攪拌翼６０３（櫛歯６０２を有する）を取付け、一方、内軸６００ｂに逆Ｌ字状囲み翼６０４及び掘削攪拌翼６０６（櫛歯６０５を有する）を取付け、内軸６００ｂを回転させ、掘削部材６０７による掘削を行い、当該内軸６００ｂに取付けた逆Ｌ字状囲み翼６０４、櫛歯６０５、掘削攪拌翼６０６を回転させ、一方、当該内軸６００ｂとは逆方向に外軸６００ａを回転させ、当該外軸６００ａに取付けた上部攪拌翼６０１、櫛歯６０２及び下部攪拌翼６０３を回転させて上記の地盤の改良を行う地盤改良装置が提案されている。
しかるに、当該二重軸に構成した地盤改良装置では、内外二重管が必要であること、当該内外二重管を相互に逆回転させる為の回転伝動軸が必要で、その為の専用機が必要であること、高価に付くこと、回転数の決定に際しては内外の回転数の比率が問題となること、又、組立分解が難しいことなどの欠点があった。
特開平１１−８１２９７号公報、特開２００２−３３２６３２号公報

本発明は、上記従来技術の有する欠点を解消することの出来る技術を提供することを目的とし、一軸（単軸）の回転軸（攪拌軸）による地盤改良装置であって、上記した従来の地盤混合攪拌装置を更に改良し効率の良い地盤改良を果たすことができる地盤改良装置を提供することにある。
本発明の他の目的や新規な特徴については本件明細書及び図面の記載からも明らかになるであろう。

本発明の特許請求の範囲は、次の通りである。
（請求項１）掘削部材を回転させながら地盤を掘削し、掘削土と固化材とを混合して地盤中に杭を形成し地盤を改良する工法に使用される混合攪拌装置において、単軸の攪拌軸に、内側に縦羽根を備え、ロ字状断面を有し当該攪拌軸の回転に伴い回転する回転攪拌部材を取付けると共に、当該回転攪拌部材の内側に両端に縦羽根を有し当該攪拌軸が回転しても回転しない固定攪拌部材を取付け、且つ、前記回転攪拌部材の下部に当該攪拌軸が回転しても回転しない固定ブレ−ドを当該固定攪拌部材に連設してなることを特徴とする地盤改良の単軸混合攪拌装置。

本発明によれば、軟弱地盤や埋め立て地などの地盤の強度が弱い場所において、地盤に改良を施して、建造物を構築する場合に、地盤に穴を掘削してその掘削土壌に固化材を注入し混合攪拌により杭を形成するという工法において、単軸の攪拌軸での地盤改良装置を提供できるので、二重軸に構成した地盤改良装置のような内外二重管が必要なく、単独の攪拌軸で回転が可能であること、二重軸に構成した地盤改良装置では内外二重管を相互に逆回転させる為の回転伝動軸が必要であるが、単軸回転の１方向の回転でよいこと、二重軸に構成した地盤改良装置ではその為の専用機が必要であったが、汎用機で足りること、組立分解が容易になること、又、コスト的に安価に提供できることなどの利点がある。
又、本発明によれば、単軸の攪拌軸での地盤改良装置であって、一次的な水平攪拌及び二次的な水平及び垂直方向の攪拌が行われるので、効率的な地盤の改良を行うことができ、剪断力が格段に向上し、共周り現象及び掘削土の団子化の防止効果が格段に向上し、粘性土からなる地盤のように硬化剤が混練し難いような場合にも良好な撹拌混練が行われ、掘削の速度が向上し、地盤改良作業をより一層短期間で完了させることができ、干潟地のような水分含有量の多い地盤に粉状の硬化剤を用いた場合にも、良好な撹拌混練を行うことができる。
更には、本発明によれば、掘削部材、回転攪拌部材及び固定攪拌部材等がそれぞれ独立したパ−ツとなって全体が組み立てられているため、各損傷具合により当該パ−ツの交換が容易なようになっている。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の地盤改良の単軸混合攪拌装置Ｘは、図２に示すように、各構成部材（パ−ツ）に分離でき、当該パ−ツにより、図１に示すように、その全体を組み立てることができる。従って、分解し、各パ−ツのメンテナンスが容易で、各損傷具合により当該パ−ツの交換も容易である。
地盤改良の単軸混合攪拌装置Ｘにおける単軸の攪拌軸（回転ロッド、回転軸、掘削軸）１の下部には、図２（Ｄ）に示すように、掘削部材２が取付けられる。当該掘削部材２は、例えば、掘削ビット２００と掘削羽根２０１とを有してなる。
掘削部材２の中央には、図２（Ｄ）に示すように、吐出口３が設けられ、当該吐出口３から固化材が吐出して掘削土と混合される。

図２（Ｂ）に示すように、回転攪拌部材４は、ロ字状断面を有し、その内側に縦羽根４００を備えてなる。当該縦羽根４００は、当該図示例では、上下に２個ずつ適宜間隔を開けて当該回転攪拌部材４の内側に向けて設置されている。当該回転攪拌部材４は、全体にロ字状断面を有しているが、当該回転攪拌部材４の半分のコ字状断面を有する構成部分の２個を、上下の繋ぎ部材４０１、４０２にて連結することができる。
当該上の繋ぎ部材４０１の中央には、締結穴４０１０が開けられている。
当該地盤改良の単軸混合攪拌装置Ｘの組立に際し、回転ロッド１に当該回転攪拌部材４の上下の繋ぎ部材４０１、４０２を装着し、当該上の繋ぎ部材４０１の中央の締結穴４０１０と、図２（Ｄ）に示すように、当該回転ロッド１の上部に開けられた締結穴１００とを位置合わせして、固定ピンＰにて、当該回転ロッド１に当該回転攪拌部材４を取付ける。当該上下の繋ぎ部材４０１、４０２は、当該回転攪拌部材４の当該回転ロッド１への取付部材としての役目も果たす。

図２（Ａ）に示すように、固定攪拌部材５は、縦羽根５００を備えてなる。当該縦羽根５００は、当該図示例では、上下に２個ずつ適宜間隔を開けて当該回転攪拌部材４の水平羽根５０１の両端に設置されている。
当該水平羽根５０１の中央部には、回転ロッド１への取付部材５０２を有する。
当該水平羽根５０１は、当該図示例では、４個の羽根から構成されている例を示す。

当該固定攪拌部材５と図２（Ｃ）に示す固定ブレ−ド６とは、連設部材７を介して連設される。
当該固定ブレ−ド６は、例えば、図示のような長方形に構成されている。
図２（Ｃ）に示すように、当該固定ブレ−ド６の中央部には、凹部６０１が設けられており、当該凹部６０１に当該連設部材７の下端部の凸部７０１を嵌合し、当該連設部材７に当該固定攪拌部材５の取付部材５０２を装着し、当該固定攪拌部材５に当該連設部材７を介して当該固定ブレ−ド６を連設する。

図１に示すように、単軸の攪拌軸１に、内側に縦羽根４００を備えロ字状断面を有する回転攪拌部材４を取付けると共に、当該回転攪拌部材４の内側に、両端に縦羽根５００を有し且つ水平羽根５０１を有する固定攪拌部材５を取付け、当該回転攪拌部材４の下部に固定ブレ−ド６を連設部材７を介して連設する。
図１に示すように、固定攪拌部材５の両端の縦羽根５００は、当該回転攪拌部材４の縦羽根４００の外側に位置するようにする。
固定ブレ−ド６は、掘削部材２の上部近傍に設置する。

図３に示すように、当該地盤改良の単軸混合攪拌装置Ｘにおいて、当該回転ロッド１の回転に伴い掘削部材２が回転する。当該回転ロッド１の回転方向と同じ方向に掘削部材２は回転する。
当該回転ロッド１には、内側に縦羽根４００を備えロ字状断面を有する回転攪拌部材４が取付けられており、当該回転攪拌部材４は、当該回転ロッド１の回転に伴い回転する。当該回転ロッド１の回転方向と同じ方向に当該回転攪拌部材４は回転する。
当該回転攪拌部材４の内側に取付けられた縦羽根４００は、当該回転ロッド１及び回転攪拌部材４と共に回転する。当該縦羽根４００は、当該回転ロッド１及び回転攪拌部材４と同じ方向に回転する。
当該回転攪拌部材４の内側の固定攪拌部材５は、当該回転ロッド１が回転しても回転しないように空回りするように連設部材７に取付けられているので、当該回転ロッド１が回転しても回転しないようになっている。
当該固定攪拌部材５の両端の縦羽根５００も、当該回転ロッド１が回転しても回転しない。
固定ブレ−ド６は、当該連設部材７を介して当該固定攪拌部材５に連設されており、当該回転ロッド１が回転しても回転しないようになっている。
当該固定攪拌部材５及び固定ブレ−ド６は、当該回転ロッド１が回転しても回転せずに、空回りし、掘削の進行に伴い降下していく。

図３に示すように、当該単軸の回転ロッド１の回転に伴い、掘削部材２を回転させながら地盤を掘削し、掘削土と固化材とを混合して地盤中に杭を形成し地盤を改良して行くが、掘削部材２で掘り起こされた土砂は、吐出口３から吐出（噴出）された固化材（セメントミルク）と一緒に回転する。
当該単軸の回転ロッド１が回転しても、固定攪拌部材５、当該固定攪拌部材５の縦羽根５００及び固定ブレ−ド６は回転せずに空回りし、下方に降下してくる。
掘削部材２で掘り起こされた土砂は、吐出口３から吐出（噴出）された固化材（セメントミルク）と一緒に回転し、当該固定ブレ−ド６の上下の当該固定ブレ−ド６と掘削部材２との間及び当該固定ブレ−ド６と回転攪拌部材４との間で一次的な水平攪拌が行なわれる。
当該回転攪拌部材４の中に送り込まれた当該土砂は、当該固定攪拌部材５に取り付けられた水平羽根５０１及び縦羽根５００との間で、水平及び垂直方向の剪断作用により二次攪拌が行われる。

本発明によれば、回転ロッド１を一軸に構成しても、上記のような一次的な水平攪拌及び二次的な水平及び垂直方向の攪拌が行われるので、効率的な地盤の改良を行うことができる。

次に、上記実施例１の当該地盤改良の単軸混合攪拌装置Ｘの適用の一例を、図４に基づいて説明する。
移動可能なベ−スマシン８の駆動モ−タ９の下部に、上記図１に例を示すような地盤改良の単軸混合攪拌装置Ｘの攪拌軸１を装着し、当該単軸の攪拌軸１を回転させ、上記のような一次的な水平攪拌及び二次的な水平及び垂直方向の攪拌を伴う掘削を進行させ、地盤に垂直な円形柱状の掘削穴を掘削し、固化材（硬化剤）を攪拌軸１の内部を経由して吐出口３から噴射させて、当該硬化剤と掘削土とを撹拌混練し、掘削穴中に地盤改良部分を形成させ地盤を改良させることができる。
上記実施例によれば、軟弱地盤や埋め立て地などの地盤の強度が弱い場所において、地盤に改良を施して、建造物を構築する場合に、地盤に穴を掘削してその掘削土壌に固化材を注入し混合攪拌により杭を形成するという工法において、単軸の攪拌軸１での地盤改良装置を提供できるので、二重軸に構成した地盤改良装置のような内外二重管が必要なく、単独の攪拌軸１で回転が可能であること、二重軸に構成した地盤改良装置では内外二重管を相互に逆回転させる為の回転伝動軸が必要であるが、単軸回転の１方向の回転でよいこと、二重軸に構成した地盤改良装置ではその為の専用機が必要であったが、汎用機で足りること、組立分解が容易になること、又、コスト的に安価に提供できることなどの利点がある。
又、上記実施例によれば、単軸の攪拌軸（回転軸）１での地盤改良装置Ｘであっても、
上記のような固定ブレ−ド６の上下間の一次的な水平攪拌及び回転攪拌部材４の内側での水平羽根５０１及び縦羽根５００による水平及び垂直方向の二次攪拌という一次的な水平攪拌及び二次的な水平及び垂直方向の攪拌が行われるので、効率的な地盤の改良を行うことができ、剪断力が格段に向上し、共周り現象及び掘削土の団子化の防止効果が格段に向上し、粘性土からなる地盤のように硬化剤が混練し難いような場合にも良好な撹拌混練が行われ、さらには、掘削の速度が向上し、地盤改良作業をより一層短期間で完了させることができ、干潟地のような水分含有量の多い地盤に粉状の硬化剤を用いた場合にも、良好な撹拌混練を行うことができる。
更には、当該実施例によれば、共回り現象をより一層防止し、地盤の硬軟にかかわらずに、当該共回り現象を解決することができる。
更に又、本発明によれば、図２に示すように、掘削部材２、回転攪拌部材４及び固定攪拌部材５等がそれぞれ独立したパ−ツとなって全体が組み立てられているため、各損傷具合により当該パ−ツの交換が容易なようになっている。

本発明に使用される固化材としては、その目的に添うものであれば、セメントや凝固剤や固化材や硬化剤等名称の如何に拘わらずに使用することができ、当該固化材の具体例には、セメントミルク、珪酸ソ−ダなどが挙げられる。

本発明は、適宜変更が可能であり、例えば、前記実施例では、回転攪拌部材４を２個で構成する例を示したが、２個以上の通常５個を上限として、増加することができる。又、一つの固定攪拌部材５を設ける例を示したが、２つ以上固定攪拌部材５を設置してもよい。

本発明は、掘削部材を回転させながら地盤を掘削し、掘削した土壌と固化材とを混合して地盤中に杭を形成し地盤を改良する工法の全般に適用することができる。

本発明の実施例を示す地盤改良の混合攪拌装置の構成図である。 本発明の実施例を示す地盤改良の混合攪拌装置の分解説明図である。 本発明の実施例のを示す地盤改良の混合攪拌装置の説明図である。 本発明の実施例を示す地盤改良の混合攪拌装置の使用例の構成図である。 従来例の地盤改良の混合攪拌装置の構成図である。 従来例の地盤改良の混合攪拌装置の構成図である。

１ 単軸の攪拌軸（回転ロッド）
２ 掘削部材
４ 回転攪拌部材
５ 固定攪拌部材
４００ 縦羽根
５００ 縦羽根
５０１ 水平羽根
６ 固定ブレ−ド
Ｘ 地盤改良の単軸混合攪拌装置

Claims (1)

1. 掘削部材を回転させながら地盤を掘削し、掘削土と固化材とを混合して地盤中に杭を形成し地盤を改良する工法に使用される混合攪拌装置において、単軸の攪拌軸に、内側に縦羽根を備え、ロ字状断面を有し当該攪拌軸の回転に伴い回転する回転攪拌部材を取付けると共に、当該回転攪拌部材の内側に両端に縦羽根を有し当該攪拌軸が回転しても回転しない固定攪拌部材を取付け、且つ、前記回転攪拌部材の下部に当該攪拌軸が回転しても回転しない固定ブレ−ドを当該固定攪拌部材に連設してなることを特徴とする地盤改良の単軸混合攪拌装置。