JP6072949B1 - 深層混合処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】攪拌混合部内に発生する過剰な圧力を余剰圧力として解消して、側方に与える変位を減少しつつ、所望する円柱状をした改良体を容易に造成できる深層混合処理装置を提供する。【解決手段】軟弱地盤に固化材を注入攪拌して円柱状の改良体を形成する深層混合処理装置において、最下端部に掘削歯２３及び固化材吐出口が設けられた中管と該中管の外側に装着された外管とを有し、中管と外管とが互いに相反する方向に回転駆動されるロッド２０と、ロッド２０の下端部に設けられていると共に中管と一体に回転する中管攪拌翼２７と外管と一体に回転する外管攪拌翼２８とを有し、掘削された地盤と固化材とを攪拌混合する攪拌混合部２６と、外管と一体回転可能に外管の外周面に設けられ、攪拌混合部２６内で混合された原位置土と注入された固化材により発生した過剰な圧力の一部を、ロッド２０の長手方向上方へ誘導して消散する外管螺旋翼３０と、を設けた。【選択図】図１３

Description

本発明は、深層混合処理装置に関するものであり、特に、軟弱地盤に固化材を注入攪拌して円柱状の改良体を造成する深層混合処理装置に関するものである。

従来、軟弱地盤に固化材を注入攪拌して円柱状の改良体を造成する深層混合処理工法では、ロッドの最下端部に掘削歯と固化材吐出口を設け、かつ、該ロッドの下端部に複数本の攪拌翼を取り付けてなる攪拌装置が多く使用されている。そして、改良地盤(円柱状の改良体)を造成する際は、掘削歯を回転駆動して原地盤中に貫入しつつ、固化材吐出口からスラリー状の固化材を吐出し、攪拌翼の回転及びロッドの上下動により固化材と掘削土（原位置土）を攪拌混合して改良地盤(円柱状の改良体)を造成している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−５７２５５号公報。

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、掘削歯を回転駆動して原地盤中に貫入しつつ、固化材吐出口からスラリー状の固化材を吐出し、攪拌翼の回転及びロッドの上下動により固化材と掘削土を攪拌混合して改良地盤(円柱状の改良体)を造成しているが、攪拌混合部に垂直翼があり籠状になっているため、ロッド先端から吐出された固化材(セメントスラリー)を籠状の攪拌混合部内に取り込み掘削した原位置土と攪拌混合する時に、籠状の攪拌混合部内に余剰な圧力が発生し易い。そのため、通常、その過剰な圧力は地中内で発散されること無く、地中にとどまることから、造成された改良地盤(円柱状の改良体)を中心に周辺地盤を押すように分散されるような状況になることから、その圧力は、側方方向へと地中変位を生じさせる。また、圧力の移動により籠の中で固化材や掘削土の粗と密が生じムラができたりして均一な改良体が造成できない場合も少なくない。

そこで、攪拌混合部内に発生する過剰な圧力を余剰圧力として解消して、側方に与える変位を減少しつつ、所望する円柱状をした改良体を容易に造成できる深層混合処理装置を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、軟弱地盤に固化材を注入攪拌して円柱状の改良体を形成する深層混合処理装置であって、最下端部に掘削歯及び固化材吐出口が設けられた中管と該中管の外側に装着された外管とを有し、該中管と外管とが互いに相反する方向に回転駆動されるロッドと、前記ロッドの下端部に設けられていると共に前記中管と一体に回転する中管攪拌翼と前記外管と一体に回転する外管攪拌翼とを有し、掘削された地盤と前記固化材とを攪拌混合する攪拌混合部と、を備える深層混合処理装置において、前記外管と一体回転可能に該外管の外周面に設けられ、前記攪拌混合部内で混合された原位置土と注入された固化材により発生した混合土を撹拌して揉みほぐし、前記混合土がその圧力に応じて過剰な圧力の一部を前記ロッドの長手方向上方へ誘導可能な余剰圧力消散手段を備え、前記余剰圧力消散手段は、前記外管の軸心に沿って略直線状に形成された棒状の翼でなる深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、ロッドと共に掘削孔内に貫入された攪拌混合部において、掘削された地盤と前記固化材とが混合されることによって発生した過剰な圧力は、その攪拌混合部内における原位置土と注入された固化材により発生した過剰な圧力の一部が、外管の外周面に設けられた余剰圧力消散手段により、ロッド(外管)の長手方向上方へ誘導されて逃げることにより消散される。このようにして攪拌混合部内で混合された原位置土と注入された固化材により発生した過剰な圧力を、ロッドの長手方向上方へ逃がすことにより、掘削孔内の圧力が低下し、攪拌混合部内の原位置土と注入された固化材により発生した過剰な圧力が掘削孔の周囲に強制的に染み込まされる量を低減できる。これにより、所望する円柱状をした改良体の造成が可能になる。さらに、中管と一体に回転する中管攪拌翼と外管と一体に回転する外管攪拌翼が互いに相反する方向に回転駆動されるので、攪拌時に混合土の供回りが抑えられ、攪拌翼の間又は周囲に存在する混合土は、上下左右の両方向に三次元的に入れ替わって均一な攪拌混合ができる。また、攪拌混合部内に余剰圧力が発生すると、外管の外周面に軸心に沿って略直線状に設けられている棒状の翼により、攪拌混合部内の原位置土と注入された固化材により発生した過剰な圧力の一部が、外管の長手方向上方へ向かって強制的でなく、補助的に誘導されることで逃がされ、攪拌混合部内の過剰な圧力を余剰圧力として消散する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記中管の回転を前記外管の回転よりも低速で回転させてなる、深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、中管と一体に回転する中管攪拌翼と外管と一体に回転する外管攪拌翼とが互いに相反する方向に、かつ、速度を異にして回転駆動されるので、原位置土と注入された固化材の供回りが抑えられると同時に、攪拌翼の間又は周囲に存在する原位置土と注入された固化材は、更に上下左右の両方向に三次元的に入れ替わって攪拌混合が促進される。また、遅く回転する中管攪拌翼は、早く回転する外管攪拌翼よりもトルクを大きく設定する等が可能になる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の構成において、前記中管と前記外管は、それぞれ複数個の管材を各々連結して一本化していると共に、前記中管同士の連結位置と前記外管同士の連結位置を互いに管材の長手方向にずらして設定してなる、深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、中管同士の連結位置と外管同士の連結位置を互いに管材の長手方向にずらし、かつ、中管と外管を互いに相反する方向に回転させるので、中管同士の連結部分または／及び外管同士の連結部分が多少折れ曲がった状態になっていたとしても、中管と外管が回転するとき、その中管と外管が互いの折れ曲がりを、鉛直となる方向に各々修正しながら回転を続ける。これにより、中管同士の連結位置と外管同士の連結位置の鉛直性(直線性)が確保できる。因みに、中管同士の連結位置と外管同士の連結位置を互いに管材の長手方向の同一の位置に設定してある場合では、中管と外管とが回転したとき、互いに折れ曲がった状態を保持した状態のまま回転を続ける。

請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の構成において、前記攪拌翼は、前記中管攪拌翼は、側面視にて矩形状に形成されていると共に下面側に掘削歯を有し、前記外管攪拌翼は、前記中管攪拌翼の回転範囲内で水平回転可能に配置されてなる、深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、矩形状に形成されている中管攪拌翼と該中管攪拌翼の回転範囲内で水平回転する外管攪拌翼が互いに相反する方向に回転すると、各攪拌翼の間又は周囲に存在する原位置土と注入された固化材は、上下左右の両方向に三次元的に入れ替わって攪拌混合が更に促進される。また、中管攪拌翼が回転するとき、その中管攪拌翼の下面側に設けられている掘削歯で同時に掘削も行われる。

請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載の構成において、前記中管攪拌翼と連結している前記中管の下端部外周面に、前記外管の内周面との隙間を埋めて中管螺旋翼を設けてなる、深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、中管の外周面に設けた中管螺旋翼が、外管の内周面との間の隙間を埋めて配設されている。したがって、余剰圧力により攪拌混合部内からロッドの長手方向上方へ逃がされる原位置土と注入された固化材の一部が、中管と外管との隙間から侵入するのを中管螺旋翼により阻止できる。

請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の構成において、前記外管攪拌翼は、前記中管攪拌翼内に配設された第１の外管攪拌翼と、前記中管攪拌翼の外側で該中管攪拌翼の上方に配置された第２の外管攪拌翼とを備え、該第２の外管攪拌翼の上面側に掘削歯を設けてなる、深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、中管攪拌翼内に配設されている第１の外管攪拌翼及び該中管攪拌翼の外側で該中管攪拌翼の上方に配置された第２の外管攪拌翼と中管攪拌翼とが互いに相反する方向に回転することにより、攪拌翼の間又は周囲に存在する原位置土と注入された固化材は、上下左右の両方向に三次元的に入れ替わって攪拌混合が更に促進される。また、第２の外管攪拌翼が回転するとき、その第２の外管攪拌翼の上面側に設けられている掘削歯で引き抜き時に掘削も同時に行う。

請求項７記載の発明は、請求項４又は５記載の構成において、前記外管攪拌翼は、前記中管攪拌翼内に配設された第１の外管攪拌翼と、前記中管攪拌翼の外側で該中管攪拌翼の下方に配置された第２の外管攪拌翼とを備え、該第２の外管攪拌翼の下面に掘削歯を設けてなる、深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、中管攪拌翼内に配設されている第１の外管攪拌翼及び該中管攪拌翼の外側で該中管攪拌翼の下方に配置された第２の外管攪拌翼と中管攪拌翼とが互いに相反する方向に回転することにより、各攪拌翼の間又は周囲に存在する原位置土と注入された固化材は、上下左右の両方向に三次元的に入れ替わって更に攪拌混合が促進される。また、第２の外管攪拌翼が回転するとき、その第２の外管攪拌翼の下面側に設けられている掘削歯で掘削も同時に行われる。

請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の構成において、前記中管攪拌翼内に配設された第１の外管攪拌翼は、翼先端側に翼基端部側よりも剛性強度の低い脆弱部を交換可能に設けてなる、深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、第１の外管攪拌翼と中管攪拌翼との間等に転石が噛み込んで大きな外力を受けたとき、剛性強度の低い第１の外管攪拌翼の先端側に設けた脆弱部が折損して外力を緩衝し、外管の本体側にまで被害が及ぶのを防ぐ。また、第１の外管攪拌翼の脆弱部は交換可能であるので、補修も容易である。

請求項９記載の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の構成において、前記ロッドの外周面に対応して、該ロッドの外周面に付着された前記混合土を除去する除去ブラシを設けてなる、深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、ロッドの外周面に付着された原位置土と注入された固化材を除去ブラシで落として容易に取り除くことができる。

請求項１０記載の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の構成において、前記ロッドの外周を回転可能に保持して該ロッドの振れ止めを行う振れ止め装置を備える、深層混合処理装置を提供する。

この構成によれば、振れ止め装置により、回転駆動時におけるロッドの振れを抑えた状態で作業を行うことができ、作業性の向上が図れる。

本発明は、攪拌混合部内に発生する過剰な圧力を余剰圧力として解消して、側方に与える変位を減少しつつ、所望する円柱状をした改良体を容易に造成できる深層混合処理装置を提供するという目的を達成するために、軟弱地盤に固化材を注入攪拌して円柱状の改良体を形成する深層混合処理装置であって、最下端部に掘削歯及び固化材吐出口が設けられた中管と該中管の外側に装着された外管とを有し、該中管と外管とが互いに相反する方向に回転駆動されるロッドと、前記ロッドの下端部に設けられていると共に前記中管と一体に回転する中管攪拌翼と前記外管と一体に回転する外管攪拌翼とを有し、掘削された地盤と前記固化材とを攪拌混合する攪拌混合部と、を備える深層混合処理装置において、前記外管と一体回転可能に該外管の外周面に設けられ、前記攪拌混合部内で混合された原位置土と注入された固化材により発生した混合土を撹拌して揉みほぐし、前記混合土がその圧力に応じて過剰な圧力の一部を前記ロッドの長手方向上方へ誘導可能な余剰圧力消散手段を備え、前記余剰圧力消散手段は、前記外管の軸心に沿って略直線状に形成された棒状の翼でなる構成としたことにより実現した。

本発明の一実施例に係る深層混合処理装置を概略的に示す全体正面図である。 同上深層混合処理装置のロッド側の構成を拡大し、各連結固定部分を透視状態にして模式的に描いて示す図である。 同上深層混合処理装置のロッドにおける中管と中管攪拌翼の構成を、その一部を透視状態にして模式的に描いて示す図であり、(ａ)は中管と中管攪拌翼を連結固定した状態で示す図、(ｂ)は中管を構成する中管部同士の連結固定を説明する図、(ｃ)は(ｂ)のＡ−Ａ線断面図である。 同上深層混合処理装置のロッドにおける外管と外管攪拌翼の構成を、その一部を透視状態にして模式的に描いて示す図であり、(ａ)は外管と外管攪拌翼を連結固定した状態で示す図、(ｂ)は外管を構成する外管部同士の連結固定を説明する図、(ｃ)は(ｂ)のＢ−Ｂ線拡大図である。 同上深層混合処理装置におけるロッドの下端部分と攪拌混合部の構成を、その一部を透視状態にして模式的に描いて示す図である。 図５のＣ−Ｃ線断面図である。 図５に示す中管と中管攪拌翼の構成を各々抽出して示した一部拡大図である。 図７のＤ−Ｄ線断面図である。 同上深層混合処理装置における誘導部の拡大図であり、(ａ)は図７で使用している誘導部を説明する図で、(ｂ)は誘導部の一変形例を説明する図である。 同上深層混合処理装置における外管攪拌翼の拡大図である。 同上外管攪拌翼の要部構造を示す図で、(ａ)は図１０のＥ−Ｅ線断面図で、(ｂ)は(ａ)のＦ−Ｆ線拡大図である。 同上深層混合処理装置における泥落とし装置を説明する図である。 同上深層混合処理装置の動作を説明する縦断模式図である。 同上深層混合処理装置の動作を説明する水平断模式図である。 同上深層混合処理装置におけるロッドの一変形例を説明する図である。 同上深層混合処理装置におけるロッドの他の変形例を説明する図であり、(ａ)はロッドの側面図、(ｂ)は(ａ)のＧ−Ｇ線断面図である。 同上深層混合処理装置におけるロッドの更に他の変形例を説明する図であり、(ａ)はロッドの要部側面図、(ｂ)はロッドの一部分解図、(c)は(b)のH−H線断面図である。 同上深層混合処理装置における攪拌混合部の一変形例を説明する図である。

本発明は、攪拌混合部内に発生する過剰な圧力を余剰圧力として解消して、側方に与える変位を減少しつつ、所望する円柱状をした改良体を容易に造成できる深層混合処理装置を提供するという目的を達成するために、軟弱地盤に固化材を注入攪拌して円柱状の改良体を形成する深層混合処理装置において、最下端部に掘削歯及び固化材吐出口が設けられた中管と該中管の外側に装着された外管とを有し、該中管と外管とが互いに相反する方向に回転駆動されるロッドと、前記ロッドの下端部に設けられていると共に前記中管と一体に回転する攪拌翼と前記外管と一体に回転する攪拌翼とを有し、掘削された地盤と前記固化材とを攪拌混合する攪拌混合部と、前記外管と一体回転可能に該外管の外周に設けられ、前記攪拌混合部内で混合された原位置土と注入された固化材により発生した過剰な圧力の一部を前記ロッドの長手方向上方へ誘導可能な余剰圧力消散手段等と、を備える構成としたことにより実現した。

以下、本発明の実施形態による深層混合処理装置の好適な実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、発明の一実施例を示す深層混合処理装置を概略的に示す全体正面図である。同図において、深層混合処理装置１０は、リーダ１１を支持する地盤改良機１２を備えている。また、その地盤改良機１２に隣接して、空気圧縮機１３、発動発電機１４、及び、固化材供給部１５が配設されている。なお、空気圧縮機１３及び発動発電機１４は、地盤改良機１２上に配置される場合もある。一方、固化材供給部１５は、地盤改良機１２外で、その地盤改良機１２と隣接した位置に配設されており、セメントサイロ１５ａ、バッチャープラント１５ｂ、グラウトポンプ１５ｃ等で構成されている。

前記空気圧縮機１３は、地盤改良機１２で使用する圧縮空気を生成するものであり、発動発電機１４は、地盤改良機１２で使用する電力を生成して供給する。なお、空気圧縮機１３は、装備しない場合もある。

前記固化材供給部１５は、セメントサイロ１５ａ内に貯蔵された固化材としてのセメントを、スラリー状に調合し、その固化材(セメントスラリー)をクラウドポンプ１５ｃによりチューブ管１６内に送り、そのチューブ管１６を介して後述するロッド２０の中管２１内に供給するものである。また、チューブ管１６の途中には、チューブ管１６内を通る固化材の量、すなわち中管２１内に供給された固化材の量を計る流量計１７が設けられている。

前記リーダ１１は、前記地盤改良機１２のベースマシン本体１２ａにより垂直に支持されている。そのリーダ１１には、回転駆動手段たる駆動装置１８が昇降自在に設けられている。駆動装置１８の内部には、スイベル１９を介して、掘削攪拌軸であるロッド２０が正逆転駆動可能に連結されている。また、リーダ１１には、ロッド２０の回転数を計測する回転計５１と、ロッド２０の掘削長さを計測する深度計５２と、ロッド２０の振れを抑止する振れ止め装置５３と、ロッド２０の外周面に付着している掘削土を払拭するための泥落とし装置５４、等が取り付けられている。

図２は、深層混合処理装置１０におけるロッド２０側の構成を拡大し、また各連結固定部分を透視状態にして模式的に描いて示した図である。図２に示すように、前記ロッド２０は、パイプ状をした中管(中軸とも言う)２１と同じくパイプ状をした外管(外軸とも言う)２２とから成る。その外管２２は、中管２１の外側に相対回転可能に装着されており、したがってロッド２０は二重管をした構造として形成されている。また、その中管２１と外管２２は、それぞれ駆動装置１８の駆動により互いに反対方向に正逆転駆動するように連結されている。

さらに、前記ロッド２０における中管２１の最下端の側面には、掘削歯２３が取り付けられている。また、中管２１内には、前記チューブ管１６を介して前記固化材供給部１５から送られて来た固化材(セメントスラリー)が通る固化材供給通路２４が設けられている。したがって、その固化材供給通路２４の下端は、中管２１の最下端面の固化材吐出口２５に連通している。その中管２１の最上端には、チューブ管１６の先端が連結されており、固化材が固化材供給通路２４を通って固化材吐出口２５に送られるようになっている。また、前記ロッド２０の下端部には、中管２１と一体に回転する中管攪拌翼２７と外管２２と一体に回転する外管攪拌翼２８とからなる籠状の攪拌混合部を形成する攪拌混合部２６が取り付けられている。

更に詳述すると、図３は中管２１の構造と、この中管２１の最下端に取り付けられた中管攪拌翼２７の構成を示している。図３の(ａ)に示すように、中管２１は、複数の中管部２１ａ、２１ｂ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを順に直列に連結固定させて、一本の棒状管体として形成されている。そして、中管２１の最下端部に配置されている中管部２１ｄの下端に、前記固化材吐出口２５及び前記掘削歯２３が設けられている。

前記中管部２１ｄを除いた、残りの各中管部２１ａ、２１ｂ、２１ｂ、２１ｃは、それぞれ長さが異なっているものの、全ての管部２１ａ、２１ｂ、２１ｂ、２１ｃの一端側(上端側)に連結凸部２１１を設け、他端側(下端側)に連結凹部２１２を設けている。そして、それら各中管部２１ａ、２１ｂ、２１ｂ、２１ｃは、図３の(ｂ)に２本の中管部、すなわち中管部２１ｂと中管部２１ｂを直線状に並べて示しているように、連結する相手側の中管部２１ｂ(または２１ａ、２１ｃのいずれか)の連結凹部２１２内に連結する側の中管部２１ｂ(または２１ａ、２１ｃのいずれか)の連結凸部２１１を差し込み、この中管部２１ｂ、２１ｂの間をボルト・ナット、ピン等で一体回転可能に連結固定することにより、前記一本の棒状管体として形成される。なお、本実施例では、スイベル１９と連結固定される中管部２１ａと、攪拌混合部２６の中管攪拌翼２７と連結固定される中管部２１ｃは、その中管部２１ａと中管部２１ｃとの間に配置される中管部２１ｂ、２１ｂよりも長さの短い管部を各々使用しているが、これら各管部の長さは現地で掘削する深さ及び原地盤の状況等によって変更されるものである。

また、前記連結凸部２１１は、前記中管部２１ｄの一端側(上端側)にも形成されている。したがって、中管部２１ｄを中管部２１ｃに連結させる場合も、中管部２１ｄの連結凸部２１１を中管部２１ｃの連結凹部２１２内に差し込み、ボルト・ナット、ピン等で締結することにより、中管部２１ｄを中管部２１ｃと一体回転可能に連結固定させることができる。

さらに、中管部２１ｂと中管部２１ｄとの間、すなわち中管２１の下端部に連結固定して配置されている中管部２１ｃの外周面には、その中管部２１ｃの軸線に沿って巻回するようにして、中管螺旋翼２９が一体に形成されている。

図４は外管２２の構造と、この外管２２の最下端に取り付けられた外管攪拌翼２８の構成を示している。図４の(ａ)に示すように、前記外管２２は、複数の外管部２２ａ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを順に直列に連結固定させて、一本の棒状管体として形成されている。そして、最下端部に配置されている外管部２２ｄの下端に前記外管攪拌翼２８が設けられている。なお、これら外管部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの内径は、外管部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ内で前記中管部２１ａ、２１ｂ、２１ｃが各々回転できるように、中管部２１ａ、２１ｂ、２１ｂ、２１ｃの最大外径よりも大きく形成されている。

前記外管部２２ｄを除いた、残りの各外管部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、それぞれ長さを異にするものの、全ての管部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの両端側(上下端側)に連結用フランジ部２２１を設けている。それら各外管部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、図４の(ｂ)に２本の外管部、すなわち外管部２２ａと外管部２２ａを並べて示しているように、連結する相手側の外管部２２ａ(または２２ｂ、２２ｃのいずれか)の連結用フランジ部２２１同士を互いに向かい合わせて、その両連結用フランジ部２２１、２２１同士を図示せぬボルト・ナットで連結固定することにより、前記一本の棒状管体として形成される。なお、外管部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの使用本数及び組み合わせは、前記中管部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの場合と同様に、現地で掘削する深さ及び原地盤の状況等によって変更されるものである。

さらに、外管部２２ｂの上側、すなわち外管部２２ｂとスイベル１９の間に連結固定配置されている外管部２２ａ、２２ａの外周面には、その外管部２２ａの軸線に沿って巻回するようにしてなる、余剰圧力消散手段としての外管螺旋翼３０が、外管部２２ａと一体に形成されている。なお、本実施例では、外管螺旋翼３０は、外管部２２ａの下端から上端まで連続した状態では形成されておらず、外管螺旋翼３０と外管螺旋翼３０との間にスペース３１を各々設けた状態にして、外管部２２ａの軸線方向(長手方向)に沿って間欠的に形成されている。

上述したように、前記棒状管体として各々形成された中管２１と外管２２は、中管２１が外管２２の中に回転可能に配置された、二重管構造をしたロッド２０として形成されている。そして、図２に示すように、中管２１が外管２２内に組み込まれた状態では、中管２１の管部同士の中管連結位置３２(図３にも示す)と外管２２の管部同士の外管連結位置３３(図４にも示す)は、互いに管材の長手方向に距離Ｓだけずれた状態となるように設定してある。

前記攪拌混合部２６の中管攪拌翼２７は、図５、図６、図７及び図８に示すように、中管２１を中心に配置して、該中管２１の下端側に固定して一体回転可能に取り付けられている。また、該中管攪拌翼２７は、図８に示すように互いに１８０度変位した状態にして１対設けられている。その各中管攪拌翼２７は、図７に示すように、上側水平翼２７ａと、下側水平翼２７ｂと、上側水平翼２７ａ及び下側水平翼２７ｂの両先端部を各々連結している左右１対の垂直翼２７ｃ、２７ｃとを一体に有して、側面視にて概略矩形状に形成されており、この中管攪拌翼２７が回転することにより、攪拌混合部２６内は籠状の攪拌混合部をした状態で攪拌混合が進む。なお、垂直翼２７ｃ、２７ｃの水平断面形状は、図８及び図９の(ａ)に示すように、垂直翼２７ｃ、２７ｃの内面側に、水平断面視において回転中心側へ緩やかに山形状に突出してなる混合土誘導手段としての混合土誘導部３４を各々設けた形状になっている。また、その垂直翼２７ｃ、２７ｃに各々設けられる混合土誘導部３４は、例えば山形状に変えて図９の(ｂ)に示すように回転中心側に突出するようにして、水平断面視において中管攪拌翼２７の垂直翼２７ｃ、２７ｃにおける内面から略垂直にロッド２０の回転中心側へ突出して設けられた突板で形成してもよい。さらに、図７に示すように下側水平翼２７ｂの下面側には、下側に向かって突出している掘削歯３５が設けられている。

前記攪拌混合部２６の外管攪拌翼２８は、図５、図６、図１０及び図１１に示すように、外管２２の下端側に固定して一体回転可能に設けられている。その外管攪拌翼２８は、中管攪拌翼２７内で回転する第１の外管攪拌翼２８ａと、中管攪拌翼２７の外側で該中管攪拌翼２７の上方に配置された第２の外管攪拌翼２８ｂとを備え、さらに第２の外管攪拌翼２８ｂの上面側と下面側に掘削歯３６を各々設けている。また、第１の外管攪拌翼２８ａには、図６及び図１１に示すように翼先端側に、翼基端部２８ｃ側の剛性強度よりも低い剛性強度で形成された補助攪拌翼２８ｄとしての脆弱部が、翼基端部２８ｃに対してボルト・ナット等で交換可能に取り付けられている。この補助攪拌翼２８ｄは、攪拌混合部２６での攪拌時に該第１の外管攪拌翼２８ａ側に過大な負荷(外力)が加わったときに翼基端部２８ｃに先立って折損して、本体側となる第１の外管攪拌翼２８ａの基端部２８ｃが直接折損するのを防止する役目を果たす。そして、補助攪拌翼２８ｄが折損した場合には、補助攪拌翼２８ｄだけを交換すれば済むようになっている。

振れ止め装置５３は、図１に示すように、一端側がリーダ１１に固定されており、他端側はロッド２０側に突出されている。そして、ロッド２０側に突出されている他端側でロッド２０を回転並びに上下動可能に支え、作業中等に生じる該ロッド２０が振れを抑制する役目を果たすようになっている。

前記泥落とし装置５４は、図１２に示すように、一端部をロッド２０側に突出させ、他端部側を前記振れ止め装置５３に固定して取り付けられている。また、その一端部側には、外管２２の外周面に当接している泥落とし用のブラシ５４ａが取り付けられている。その泥落とし用のブラシ５４ａは、外管２２の外周面に付着している掘削土を払拭する役目を果たすようになっている。また、泥落とし用のブラシ５４ａは、外管２２の外周面に常時当接した状態で設けているが、必要な時にのみ外管２２の外周面に当接させるようにしてもよい。

次に本実施例による深層混合処理装置の施工動作について、図１乃至図１２に、図１３及び図１４に示す模式図を加えて説明する。まず、図１に示すように、地盤改良機１２によりリーダ１１を所定の施工位置に立設させて、ロッド２０の下端部に設けられた攪拌混合部２６を所定の施工位置にセットする。次に、ロッド２０上端部の駆動装置１８を起動させ、ロッド２０を回転駆動させる。この回転では、中管２１と外管２２は互いに相反する方向に回転され、かつ、中管２１又は外管２２の何れか一方の管(２１または２２)の回転速度が他方の管(２２または２１)よりも速く、すなわち回転速度を異にして駆動される。本実施例では、外管２２の回転速度を中管２１の回転速度よりも早く回転させている。

そして、図１３及び図１４に示すように、攪拌混合部２６を原地盤１００に貫入し、中管２１最下端の固化材吐出口２５より固化材を吐出させる。この固化材は、固化材供給部１５からチューブ管１６を通って中管２１上端部より送り込まれ、固化材供給通路２４を通って送られて来た固化材である。また、この掘削では、先端側の掘削歯２３、３５により一時掘削をし、掘削された原位置土及び固化材と混合された原位置土が、中管攪拌翼２７による垂直翼２７ｃが垂直回転することにより、その垂直翼２７ｃの内側に作られたスペース(以下、このスペースを「籠」と言う)中へ入り込み、その籠の中で既にもみほぐされている原位置土及び固化材と更に攪拌される。さらに、中管攪拌翼２７が原地盤１００内に貫入されて行くことにより、原地盤１００には縦孔１０１ｂが掘削され、この掘削形成と略同時に、この縦孔１０１ｂ内を埋める攪拌された混合土１０２が順次造成されて行く。

また、この掘削では、掘削中に周囲から原地盤土圧力Ｐ１を受けるが、中管攪拌翼２７の垂直翼２７ｃが回転することにより、その垂直翼２７ｃが縦孔１０１ｂと原地盤１００との縁切り効果を生じさせて、混合土１０２と原地盤１００との境目１０１ａがハッキリとした円孔の掘削と攪拌混合が行われる。

さらに、掘削歯２３及び掘削歯３５で掘削された原位置土１００は、縦孔１０１ｂ内で中管攪拌翼２７と外管攪拌翼２８の相反回転に伴う攪拌混合により、水平方向のみならず、上下方向にも練り返しを受ける。しかも、中管２１と外管２２はそれぞれ相反する方向で、かつ、一方の管(２１または２２)の回転速度を他方の管(２２または２１)よりも速く、すなわち回転速度を異にして回転駆動させている。これにより、各攪拌翼２７、２８の間、又は、周囲に存在する原位置土１００は、上下左右の両方向に三次元的に攪拌混合される。

また、縦孔１０１ｂ内に生成された原位置土１００は、攪拌混合部２６内で、中管２１の固化材吐出口２５から吐出される固化材と更に攪拌混合されて、撹拌された混合土１０２になる。また、攪拌混合部２６内では、中管攪拌翼２７における垂直翼２７ｃの内面側に、混合土誘導手段として、回転中心側へ緩やかに山形状に突出してなる混合土誘導部３４が設けられているので、その混合土誘導部３４が垂直翼２７ｃと一体に回転することにより、図６、図８、図１３及び図１４中に矢印５６で示すように、混合土誘導部３４が撹拌された混合土１０２を縦孔１０１ｂの中心部側に押しやる。これにより、撹拌された混合土１０２は中心方向に寄せ集められ、より撹拌され流動化された混合土１０３となり、ロッド２０の中心方向に圧力Ｐ２を集中させる。

このとき、攪拌混合部２６内において、その原位置土１００と注入された固化材とにより発生した過剰な圧力(余剰圧力P３)は、その流動化された混合土１０３の一部を、攪拌混合部２６内からロッド２０(外管２２)に沿って上方へ誘導させて逃がす。また、流動化された混合土１０３の一部が余剰圧力消散手段として形成されている外管螺旋翼３０の部分まで移動されると、その流動化された混合土１０３の一部が外管２２と一体に回転している外管螺旋翼３０による揉みほぐしと送り動作を伴って更に上方、すなわち原地盤１００上側へスムーズに退避され、その余剰圧力Ｐ３を消散する。なお、本実施例では外管螺旋翼３０は外管２２の外周面にその長手方向に沿って間欠的に設けられているため、ここでの余剰圧力Ｐ３による流動化された混合土１０３の移動は、外管螺旋翼３０が無くなると、外管螺旋翼３０による送り出し力だけで送られる。その外管螺旋翼３０は、外管２２の外周面にその長手方向に沿って間欠的に設けられているので、余剰圧力P３を上方に誘導しつつ、非強制的に消散させる。

また、ロッド２０の下端側で、中管２１における中管部２１ｃの周面には中管旋翼２９が設けられ、その中管螺旋翼２９が外管螺旋翼３０と相反する方向に回転している。したがって、余剰圧力Ｐ３で上方に誘導された流動化された混合土１０３の一部が、中管２１と外管２２との間に入り込もうとした場合には、その中間螺旋翼２９の回転により下方に送り戻され、その流動化された混合土１０３の一部が中管２１と外管２２との間に入り込むのを阻止する。

こうして、掘削歯２３及び掘削歯３５等で掘削した縦孔１０１ｂが規定深さに到達したら、ロッド２０と攪拌混合部２６を回転させながら、一旦所定高さまで引き上げる。なお、攪拌混合部２６が所定深さに到達したか否かの計測は、深度計５２によって計測される。また、この引き上げ時には、第２の外管攪拌翼２８ｂの掘削歯３６で攪拌混合部２６の上側に堆積した撹拌された混合土１０２を再撹拌してほぐす。その後、ロッド２０を攪拌混合部２６と共に下降させ、流動化された混合土１０３を攪拌混合しながら再び元の掘削位置に貫入させ、改良杭の底部の仕上げを行う。

然る後、ロッド２０を攪拌混合部２６と共に回転させながら、また固化材と原位置土１００及び撹拌された混合土１０２を攪拌混合しつつ、攪拌混合部２６を原地盤１００の表面まで引き抜いて、均一な所定径の改良体(杭)を造成する。

また、この深層混合処理装置１０では、泥落とし装置５４のブラシ５４ａが外管２２の外周面に当接した状態で設けられているので、ロッド２０が引き抜かれるとき、外管２２の外面及び外管螺旋翼３０に各々付着している混合残土等が、ブラシ５４ａにより払拭されて取り除かれる。

したがって、本実施例の深層混合処理装置１０によれば、掘削孔である縦孔１０１ｂ内に貫入された攪拌混合部２６内において、掘削された原位置土１００と注入された固化材が混合されることにより発生した過剰な圧力は、余剰圧力Ｐ３として、その攪拌混合部２６内における流動化された混合土１０３の一部を、外管２２の外周面に設けられた余剰圧力消散手段である外管螺旋翼３０によりロッド２０の長手方向上方へ誘導して逃がすことにより、消散される。また、中管攪拌翼２７の垂直翼２７ｃを回転させて、縦孔１０１ｂと原地盤１００との縁切り効果を生じさせながら掘削を進めるので、縦孔１０１ｂと原地盤１００との境目１０１ａがハッキリとした掘削が行われる。これにより、攪拌混合部２６内で混合された原位置土１００と注入された固化材により発生した過剰な圧力が、縦孔１０１ｂ側方方向に変位を加えることが無く、所望する円柱状をした改良体の造成が可能になる。

さらに、中管２１と一体に回転する中管攪拌翼２７と外管２２と一体に回転する外管攪拌翼２８とが互いに相反する方向に回転駆動されるので混合土、すなわち攪拌された混合土１０２及び流動化された混合土１０３の供回りが抑えられ、攪拌翼２７、２８の間又は周囲に存在する混合土(１０２、１０３)は、上下左右の両方向に三次元的に入れ替わって均一な攪拌混合ができる。

また、中管２１は複数個の中管部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを連結して一本化されたパイプ状にしていると共に、外管２２は複数個の外管部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを連結して一本化されたパイプ状にしている。また、中管２１での各管部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの連結位置３２と外管２２での各管部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの連結位置３３とを、それぞれ互いに管材の長手方向に距離Ｓだけずらして設定している。しかも、中管２１と外管２２は互いに相反する方向に回転されるので、例え中管部(２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ)同士の連結部分(連結位置３２)または／及び外管部(２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ)同士の連結部分(連結位置３３)が折れ曲がった状態になっていても、中管２１と外管２２が各々回転するときに、その中管２１と外管２２が互いの折れ曲がりを鉛直となる方向に修正しながら回転を続ける。これにより、中管部(２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ)同士の連結部分(連結位置３２)と外管部(２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ)同士の連結部分(連結位置３３)の鉛直性(直線性)が確保できる。

また、中管攪拌翼２７内に配設された第１の外管攪拌翼２８ａは、翼先端側に、翼基端部２８ｃ側の剛性強度よりも低い剛性強度で形成されたダミー用の補助攪拌翼２８ｄとしての脆弱部が、翼基端部２８ｃに対してボルト・ナット等で交換可能に取り付けられているので、例えば第１の外管攪拌翼２８ａと中管攪拌翼２７との間等に転石が噛み込んで大きな外力を受けたとき、剛性強度の低い補助攪拌翼(脆弱部)２８ｄが折損して外力を緩衝し、外管２２側、すなわち本体側となる第１の外管攪拌翼２８ａの基端部２８ｃまでが直接折損して被害が大きくなるのを防ぐことができる。しかも、補助攪拌翼２８ｄは外管２２、翼基端部２８ｃ側に対して交換可能に形成されているので、補修も容易である。なお、第１の外管攪拌翼２８ａを外管２２に対して交換可能な構成にすれば、第１の外管攪拌翼２８ａに補助攪拌翼２８ｄを設けなくても、第１の外管攪拌翼２８ａ自体に外力を緩衝する補助攪拌翼の役目を持たせることも可能である。

なお、上記実施例では、攪拌混合部２６内で混合された原位置土と注入された固化材により発生した過剰な圧力の一部を、ロッド２０(外管２２)の長手方向上方へ逃がして余剰圧力Ｐ３を消散させる余剰圧力消散手段として、外管２２の外周面に外管螺旋翼３０を間欠的に設けてなる構造を開示したが、これ以外にも例えば図１５、図１６、図１７に示すように形成した外管２２を用いた構造にしてもよい。以下の説明では、図１乃至図１４と同一構成部材は、図１乃至図１４と同一の符号を付して重複説明は省略する。

図１５に示す変形例は、ロッド２０の外管２２に余剰圧力消散手段として設けた外管螺旋翼３０の巻回ピッチを途中で変えて、該外管螺旋翼３０を外管２２の長手方向に連続して巻回形成するようにしたものである。このように余剰圧力消散手段として、途中で巻回ピッチを変えて外管螺旋翼３０を設けた場合では、余剰圧力により外管螺旋翼３０で誘導されて垂直方向上方へ逃がされる余剰圧力P３、すなわち流動化された混合土１０３の一部の排出速度(退避)に、外管螺旋翼３０の巻回ピッチに応じて変化を持たせることができる。

図１６に示す変形例は、外管２０の外周面に略直線状に形成された棒状の土圧誘導翼３７を、その外管２０の軸心に沿って設けたものである。なお、図１６では、(ａ)にその外管２０の側面図、(ｂ)に(ａ)中のＥ−Ｅ断面図を示している。その同図(ｂ)では、土圧誘導翼３７を外管２２の外周に沿って略等間隔で４本設けているが、好ましくは３本以上であればよい。そして、このように棒状の土圧誘導翼３７を設けて余剰圧力消散手段を形成した場合では、攪拌混合部２６内で混合された原位置土と注入された固化材により発生した過剰な圧力、すなわち余剰圧力Ｐ３が発生すると、流動化された混合土１０３の一部は土圧誘導翼３７と土圧誘導翼３７との間に形成された溝に誘導されて垂直上方向へ連続的に逃がされ(退避され)、余剰圧力Ｐ３を徐々に消散することができる。

図１７に示す変形例は、外管２０の外周面に、該外管２０の長手方向に対して間欠的に複数枚、各々が側面視において上下方向(外管２０の長手方向)に波打ちを呈する土圧誘導翼５５を設けたものである。その波打ちを呈する土圧誘導翼５５は、外管２０と共に回転すると、その波打ち形状によって原位置土と固化材とが混合されて流動化した混合土１０３の一部を上方向へ送ることができるようになっている。したがって、このように余剰圧力消散手段として、外管２０の外周面に、その外管２０の長手方向に対して間欠的に複数枚、各々が側面視において波打ちを呈する土圧誘導翼５５を設けた場合では、攪拌混合部２６内で混合された原位置土と注入された固化材により発生した過剰な圧力、すなわち余剰圧力Ｐ３が発生すると、流動化された混合土１０３の一部は土圧誘導翼５５に誘導されて垂直上方向へ逃がされ(退避され)、余剰圧力Ｐ３を徐々に消散することができる。

また、前記実施例では、外管攪拌翼２８が、中管攪拌翼２７内に配設した第１の外管攪拌翼２８ａと、中管攪拌翼２７の外側で該中管攪拌翼２７の上方に配設した第２の外管攪拌翼２８ａとを備えてなる構成を開示したが、図１８に示すように、中管攪拌翼２７の外側で該中管攪拌翼２７の下方に第２の外管攪拌翼２８ｂを配設し、更に第２の外管攪拌翼２８ｂの下面に掘削歯３６を設けた構造にしてもよい。この場合、中管２１と一体に回転する掘削歯２３が原地盤１００を掘削するのに続いて、外管２２と一体に回転する掘削歯３５が原地盤１００を掘削し、次いで中管２１と一体に回転する第１の外管攪拌翼２８に設けた掘削歯３６が原地盤１００を掘削するので、原地盤１００が比較的硬い地盤であっても容易に掘削することができる。

なお、本発明は、上記した変形例の構造以外にも本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

１０ 深層混合処理装置
１１ リーダ
１２ 地盤改良機
１２ａ ベースマシン本体
１３ 空気圧縮機
１４ 発動発電機
１５ 固化材供給部
１５ａ セメントサイロ
１５ｂ バッチャープラント
１５ｃ クラウドポンプ
１６ チューブ管
１７ 流量計
１８ 駆動装置
１９ スイベル
２０ ロッド
２１ 中管
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 中管部
２１１ 連結凸部
２１２ 連結凹部
２２ 外管
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 外中管部
２２１ 連結用フランジ
２３ 掘削歯
２４ 固化材供給通路
２５ 固化材吐出口
２６ 攪拌混合部
２７ 中管攪拌翼
２７ａ 上側水平翼
２７ｂ 下側水平翼
２７ｃ 垂直翼
２８ 外管攪拌翼
２８ａ 第１の外管攪拌翼
２８ｂ 第２の外管攪拌翼
２８ｃ 翼基端部
２８ｄ 補助攪拌翼(脆弱部)
２９ 中管螺旋翼
３０ 外管螺旋翼(余剰圧力消散手段)
３１ スペース
３２ 中管連結位置
３３ 外管連結位置
３４ 混合土誘導部(混合土誘導手段)
３５ 掘削歯
３６ 掘削歯
３７ 土圧誘導翼
５１ 回転計部
５２ 深度計
５３ 振れ止め装置
５４ 泥落とし装置
５４ａ ブラシ
５５ 土圧誘導翼
５６ 矢印
１００ 原地盤、原位置土
１０１ａ 境目
１０１ｂ 縦孔(掘削孔)
１０２ 攪拌された混合土
１０３ 流動化された混合土
Ｓ ずらし量(距離)
Ｐ１ 原地盤土圧力
Ｐ２ 圧力
Ｐ３ 余剰圧力

Claims (10)

1. 軟弱地盤に固化材を注入攪拌して円柱状の改良体を形成する深層混合処理装置であって、
   最下端部に掘削歯及び固化材吐出口が設けられた中管と該中管の外側に装着された外管とを有し、該中管と外管とが互いに相反する方向に回転駆動されるロッドと、
   前記ロッドの下端部に設けられていると共に前記中管と一体に回転する中管攪拌翼と前記外管と一体に回転する外管攪拌翼とを有し、掘削された地盤と前記固化材とを攪拌混合する攪拌混合部と、を備える深層混合処理装置において、
   前記外管と一体回転可能に該外管の外周面に設けられ、前記攪拌混合部内で混合された原位置土と注入された固化材により発生した混合土を撹拌して揉みほぐし、前記混合土がその圧力に応じて過剰な圧力の一部を前記ロッドの長手方向上方へ誘導可能な余剰圧力消散手段を備え、
   前記余剰圧力消散手段は、前記外管の軸心に沿って略直線状に形成された棒状の翼でなる、ことを特徴とする深層混合処理装置。
2. 前記中管の回転を前記外管の回転よりも低速で回転させてなる、ことを特徴とする請求項１記載の深層混合処理装置。
3. 前記中管と前記外管は、それぞれ複数個の管材を各々連結して一本化していると共に、前記中管同士の連結位置と前記外管同士の連結位置を互いに管材の長手方向にずらして設定してなる、ことを特徴とする請求項１又は２記載の深層混合処理装置。
4. 前記中管攪拌翼は、側面視にて矩形状に形成されていると共に下面側に掘削歯を有し、前記外管攪拌翼は、前記中管攪拌翼の回転範囲内で水平回転可能に配置されてなる、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の深層混合処理装置。
5. 前記中管攪拌翼と連結している前記中管の下端部外周面に、前記外管の内周面との隙間を埋めて中管螺旋翼を設けてなる、ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の深層混合処理装置。
6. 前記外管攪拌翼は、前記中管攪拌翼内に配設された第１の外管攪拌翼と、前記中管攪拌翼の外側で該中管攪拌翼の上方に配置された第２の外管攪拌翼とを備え、該第２の外管攪拌翼の上面側に掘削歯を設けてなる、ことを特徴とする請求項４又は５記載の深層混合処理装置。
7. 前記外管攪拌翼は、前記中管攪拌翼内に配設された第１の外管攪拌翼と、前記中管攪拌翼の外側で該中管攪拌翼の下方に配置された第２の外管攪拌翼とを備え、該第２の外管攪拌翼の下面に掘削歯を設けてなる、ことを特徴とする請求項４又は５記載の深層混合処理装置。
8. 前記中管攪拌翼内に配設された第１の外管攪拌翼は、翼先端側に翼基端部側よりも剛性強度の低い脆弱部を交換可能に設けてなる、ことを特徴とする請求項６又は７記載の深層混合処理装置。
9. 前記ロッドの外周面に対応して、該ロッドの外周面に付着された前記混合土を除去する除去ブラシを設けてなる、ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の深層混合処理装置。
10. 前記ロッドの外周を回転可能に保持して該ロッドの振れ止めを行う振れ止め装置を備える、ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の深層混合処理装置。
    

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