JP6203445B1 - 地盤改良装置と斜め改良壁体の造成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベースマシンであるショベル系の掘削機に装着した混合撹拌ヘッドにて、鉛直方向に対して傾斜した斜め改良壁体を造成するのに好適な地盤改良装置を提案する。【解決手段】ベースマシンのアーム４の先端部に、上下方向に周回移動するチェーン式の混合撹拌翼１８を備えた混合撹拌ヘッド５を装着し、原位置土と固化材とを混合撹拌して、（ａ）平面視にて斜め改良壁体の造成方向と混合撹拌翼１８の周回移動面とがほぼ直角であること、（ｂ）斜め改良壁体の造成方向とベースマシンの履帯とがほぼ平行であること、等を条件に、鉛直方向に対して傾斜した斜め改良壁体を造成する地盤改良装置である。ベースマシンのアーム４の先端部と混合撹拌ヘッド５との間に、混合撹拌ヘッド５の姿勢を斜め改良壁体の傾斜角度に維持する角度付与アタッチメント６を介装してある。【選択図】図５

Description

本発明は、地盤改良装置として、上下方向に周回移動するチェーン式の混合撹拌翼を備えた混合撹拌ヘッドをバックホウに代表されるベースマシンのアーム先端に装着したものに関する。詳しくは、その混合撹拌ヘッドを地中に所定深度まで貫入した上で、固化材の吐出のほか混合撹拌翼による原位置土の掘削およびその原位置土と固化材との混合撹拌を行いながら、地中に混合撹拌翼の周回移動面の幅寸法に相当する連続した斜めの改良壁体を構築するための地盤改良装置とそれを用いた斜め改良壁体の造成方法に関するものである。

地下の浅い部分に構造物等を構築する場合における地山崩壊防止としての傾斜土留め壁の有効性は広く知られている。また、類似技術として、例えば特許文献１，２に開示されているように、大規模地震発生時の液状化対策として、斜め方向の固結体を筋違状に配置する液状化抑止地盤（液状化対策工法）の施工が期待されている。

特許第２７４１６４３号公報 特許第３１２０１４０号公報

しかしながら、前者の技術であるところの地山崩壊防止としての傾斜土留め壁の施工は、親杭と横矢板方式あるいは鋼矢板方式等によるものであって、例えば、（ア）施工機械の配置は、土留め壁の背面側（外側）に限られているため、施工ヤードとしてのスペースを必要とする、（イ）止水のために土留壁のコーナー部を地盤改良等により閉合する必要がある、（ウ）構造物完成後の鋼矢板の引き抜きによる周辺構造物への影響が懸念される、等の課題を抱えていた。

また、特許文献１，２に代表される後者の技術では、その施工方法は、斜めＨ鋼や鋼管杭または高圧噴射撹拌工法等によるものであって、そのコスト負担が大きく、実用化に至っていないのが実情である。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、上下方向に周回移動するチェーンに混合撹拌翼を装着した混合撹拌ヘッドを、例えばバックホウに代表されるようなショベル系の掘削機をベースマシンとして装着して、鉛直方向に対して傾斜した斜め改良壁体を造成するのに好適な地盤改良装置とその造成方法を提案するものである。

本発明は、ショベル系の掘削機をベースマシンとして、そのベースマシンのアームの先端部に、上下方向に周回移動するチェーン式の混合撹拌翼を備えた混合撹拌ヘッドを装着し、前記混合撹拌ヘッドにて原位置土と固化材とを混合撹拌して、鉛直方向に対して傾斜した斜め改良壁体を造成する地盤改良装置であって、前記斜め改良壁体の造成に際して、下記（ａ）〜（ｃ）の事項を条件に、前記混合撹拌ヘッドを前記斜め改良壁体の造成方向に掘進させるものである。

（ａ）平面視にて前記斜め改良壁体の造成方向と前記混合撹拌翼の周回移動面とがほぼ直角であること。

（ｂ）前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの履帯とがほぼ平行であること。

（ｃ）前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度が鋭角であること。

そして、前記ベースマシンのアームの先端部と前記混合撹拌ヘッドとの間に取付角調整機構を介装してある。

前記取付角調整機構は、前記混合撹拌ヘッドの下端部よりも上端部を前記ベースマシンから遠ざける方向、または前記混合撹拌ヘッドの上端部よりも下端部を前記ベースマシンから遠ざける方向に傾斜させて、前記混合撹拌ヘッドの姿勢を前記斜め改良壁体の傾斜角度に維持する機能を有している。

また、前記取付角調整機構は、前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度を調整する機能を有している。

その上で、前記取付角調整機構は、前記ベースマシンのアーム先端部に連結される固定板と、前記混合撹拌ヘッドの上端部に連結されると共に前記固定板と重ね合わされる可動板と、前記固定板と可動板の中心部を貫通していて、前記固定板に対して前記可動板を回転可能に連結支持している軸部材と、前記固定板に対して前記可動板を回転させた位置に規制してねじ締め固定する締結手段と、を備えている。

この場合には、前記固定板と可動板との重ね合わせ面はほぼ水平であることが望ましい。

さらに好ましい態様としては、前記取付角調整機構は、前記可動板を含む混合撹拌ヘッドの前記固定板からの脱落を防止する脱落防止機構を備えているものとする。

この場合において、前記取付角調整機構の軸部材が前記脱落防止機構の一部を兼ねていて、前記脱落防止機構は、前記固定板と可動板の中心部をそれぞれに貫通した前記軸部材の両端部に、それぞれの貫通穴からの前記軸部材の抜け出しを阻止する抜け止め部材を不離一体に設けてあることが望ましい。

さらに好ましい態様としては、前記取付角調整機構は、その上端部が前記ベースマシンのアームの先端部に対して着脱可能で、その下端部が前記混合撹拌ヘッドの上端部に対して着脱可能な中間ブラケット式のものとして形成されているものとする。

あるいは、前記取付角調整機構は、その上端部が前記ベースマシンのアームの先端部に対して着脱可能で、その下端部が前記混合撹拌ヘッドの上端部に対して一体的に結合されているものとする。

本発明に係る地盤改良装置を用いて行う斜め改良壁体の造成方法としては、好ましくは、前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最小角度を１５°として斜め改良壁体を造成するものとする。

さらに好ましい斜め改良壁体の造成方法としては、前記取付角調整機構の機能により、前記混合撹拌ヘッドの下端部よりも上端部を前記ベースマシンから遠ざける方向に傾斜させて斜め改良壁体を造成するにあたり、前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最大角度を６５°として斜め改良壁体を造成するものとする。
別の好ましい斜め改良壁体の造成方法としては、ショベル系の掘削機をベースマシンとして、そのベースマシンのアームの先端部に、上下方向に周回移動するチェーン式の混合撹拌翼を備えた混合撹拌ヘッドを装着し、前記混合撹拌ヘッドにて原位置土と固化材とを混合撹拌して、鉛直方向に対して傾斜した斜め改良壁体を造成する方法であって、前記斜め改良壁体の造成に際して、上記（ａ）〜（ｃ）の事項を条件に、前記混合撹拌ヘッドを前記斜め改良壁体の造成方向に掘進させるにあたり、前記ベースマシンのアームの先端部と前記混合撹拌ヘッドとの間に、前記混合撹拌ヘッドの姿勢を前記斜め改良壁体の傾斜角度に維持する角度付与アタッチメントを介装すると共に、前記角度付与アタッチメントの機能により、前記混合撹拌ヘッドの下端部よりも上端部を前記ベースマシンから遠ざける方向、または前記混合撹拌ヘッドの上端部よりも下端部を前記ベースマシンから遠ざける方向に傾斜させて、前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最小角度を１５°として斜め改良壁体を造成するものとする。
この場合においても、前記角度付与アタッチメントの機能により、前記混合撹拌ヘッドの下端部よりも上端部を前記ベースマシンから遠ざける方向に傾斜させて斜め改良壁体を造成するにあたり、前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最大角度を６５°として斜め改良壁体を造成するものとする。

本発明によれば、小規模な設備で安定して斜め改良壁体を造成することができ、工事の工期短縮とコスト低減を図ることができるほか、設備が小規模であるために機動性にも優れたものとなる。また、狭い敷地や既設の構造物が近接しているような場所でも無理なく造成できる利点がある。

本発明に係る地盤改良装置の第１の実施の形態を示す図で、二つの斜め改良壁体のうち地盤改良装置による一方の斜め改良壁体の造成状況を示す立面説明図。 図１の平面説明図。 図１に示した二つの斜め改良壁体のうち地盤改良装置による他方の斜め改良壁体の造成状況を示す立面説明図。 図３の平面説明図。 図１，３に示した地盤改良装置を拡大して混合撹拌翼の周回移動面側から見た側面説明図。 図５の左側面説明図。 図５に示した混合撹拌ヘッドの拡大平面説明図。 図５に示したものとは勝手違いの角度付与アタッチメントを有する混合撹拌ヘッドの要部の側面説明図。 本発明に係る地盤改良装置の第２の実施の形態を示す図で、図５に示したものとは異なる角度付与アタッチメントを有する混合撹拌ヘッドの要部の側面説明図。 図９に示したものとは勝手違いの角度付与アタッチメントを有する混合撹拌ヘッドの要部の側面説明図。 本発明に係る地盤改良装置の第３の実施の形態を示す図で、角度付与アタッチメントとしての機能も有する取付角調整機構を採用した混合撹拌ヘッドの要部の側面説明図。 図１１の要部拡大説明図。 （Ａ）は図１２に示した軸部材周りの拡大断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）の下面図。 図１２に示した固定板の要部拡大平面説明図。 図１３に示した軸部材周りの構造の別の例を示す図で、（Ａ）は図１３の（Ａ）と同等部位の拡大断面図、（Ｂ）は図１３の（Ｂ）と同等部位の下面図。 図１３に示した軸部材周りの構造のさらに別の例を示す図で、（Ａ）は図１３の（Ａ）と同等部位の拡大断面図、（Ｂ）は図１３の（Ｂ）と同等部位の下面図。 図１２に示した取付角調整機構を含む混合撹拌ヘッドの拡大平面説明図。 図１１，１２に示した取付角調整機構の機能を使って混合撹拌ヘッドの姿勢を１８０°変化させた状態を示す要部側面説明図。 本発明に係る地盤改良装置の第４の実施の形態を示す図で、取付角調整機構の別の例を採用した混合撹拌ヘッドの要部の側面説明図。 図１９に示した取付角調整機構の機能を使って混合撹拌ヘッドの姿勢を１８０°変化させた状態を示す要部側面説明図。

図１〜８は本発明に係る地盤改良装置と斜め改良壁体の造成方法を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、特に図１，３は、地下の比較的浅いところにボックスカルバート１００を構築する場合であって、そのボックスカルバート１００をはさんだ両側に、地山崩壊防止としての傾斜土留め壁である斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２を互いに対向するように造成する場合の例を示している。また、図２は図１の平面説明図を、図４は図３の平面説明図をそれぞれ示している。

図１，３に示すように、双方の斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２は、ボックスカルバート１００をはさんで逆ハの字状をなすように略左右対称に造成されるものであり、それ故に、双方の斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の下端部同士のなす離間距離よりも双方の斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の上端部同士のなす離間距離の方が大きいものとなっている。また、各斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２が鉛直線Ｃ１に対してなす角度βはほぼ１５°となっている。

最初に、図１，３に示した斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の造成に使用される地盤改良装置の詳細を図１，３のほか図５，６に基づいて説明する。図５は図１，３に示した地盤改良装置を拡大して混合撹拌翼の周回移動面側から見た側面説明図、図６は図５の左側面説明図である。

図１において、１は汎用型の建設機械の一つである無限軌道（履帯）式またはクローラ式のショベル系掘削機械、例えば履帯２を有する油圧ショベルもしくはバックホウ等のベースマシン（母機）であって、ベースマシン１の上部旋回体としての旋回ベースに搭載された揺動式（起伏式または起倒式）のブーム３の先端には同じく揺動式のアーム４が連結されている。そして、ベースマシン１におけるアーム４の先端には、アタッチメントとして原位置土の掘削と固化材（地盤改良材）との混合撹拌のためのいわゆるトレンチャー式の混合撹拌ヘッド５が後述する中間ブラケット方式の角度付与アタッチメント６を介して着脱可能に装着されている。

なお、７はブーム３の揺動動作のためのブームシリンダ、８はアーム４の揺動動作のためのアームシリンダ、９はアタッチメントである混合撹拌ヘッド５の揺動動作のためのアタッチメントシリンダである。

ここでは、図２，４において、便宜上、斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の平面視において、その斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の表層での厚み寸法を二分する中心線を斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２または造成すべき斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の平面中心線Ｃ２と定義する。同様に、図１，３に示す斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の断面視において、その斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の厚み寸法を二分する中心線を斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２または造成すべき斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の立面中心線Ｃ３と定義する。また、図２，４のベースマシン１の平面視でのブーム３およびアーム４の中心線をブーム３等の平面中心線Ｃ４と定義するものとする。さらに、斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２または造成すべき改良壁体Ｂ１，Ｂ２の平面中心線Ｃ２を単に斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の造成方向とも称するものとする。

混合撹拌ヘッド５の拡大図である図５，６において、混合撹拌ヘッド５は、剛性の高いフレーム１０を本体部（母体）としていて、このフレーム１０は、幅広で且つ略二股状のヨーク部１１と、ヨーク部１１の下部に連結された真直で四角柱状の支柱としてのポスト部１２とから構成されている。ヨーク部１１の上端の一対の固定側リンクプレート１３は、後述する角度付与アタッチメント６を介してアーム４の先端に着脱可能に連結される。なお、支柱としてのポスト部１２は四角柱状のものに限らず、四角柱以外の多角柱状や円柱状のものであっても良い。

そして、ポスト部１２の上部に設けられ油圧モータ１４により駆動される例えばチェーンスプロケットタイプの駆動輪１５（図８参照）と、同じくポスト部１２の下部に設けた従動輪１６との間に、エンドレス（無端状）のドライブチェーン１７を巻き掛けてある。ドライブチェーン１７には、当該ドライブチェーン１７の長手方向とほぼ直交するように、図５に示す幅寸法Ｗの複数の混合撹拌翼１８を略等ピッチで装着してある。これらの複数の混合撹拌翼１８がドライブチェーン１７とともに上下方向に周回駆動されることになる。

なお、混合撹拌翼１８にはその長手方向に沿って複数の掘削刃であるカッタービット１９（図７参照）を設けてある。また、ドライブチェーン１７は、ポスト部１２に設けた複数のガイドローラ２０にて所定の張力が付与された状態で案内・支持されている。

さらに、ポスト部１２の先端部（下端部）には吐出ノズル２１を設けてあり、この吐出ノズル２１には例えば水と固化材としての粉体状のセメントとを予め混ぜ合わせたスラリ状の固化材が図示外の圧送ポンプと配管を介して圧送されるようになっている。これにより、吐出ノズル２１から地中に向けてスラリ状の固化材を吐出・噴射することが可能となっている。

ベースマシン１のアーム４と混合撹拌ヘッド５との間に介装された角度付与アタッチメント６は、図５，６に示すように、基板となる例えば傾斜した円板状のベースプレート２２の上面側に所定距離隔てて互いに平行な一対のアーム側リンクプレート２３が立設されているものであり、ベースプレート２２の下面側にも所定距離隔てて互いに平行な一対のヘッド側リンクプレート２４が下向きに立設されている。ここで、一対のアーム側リンクプレート２３と一対のヘッド側リンクプレート２４とは、平面視にて図７の角度αだけ傾斜している。また、基板となるベースプレート２２は、円板状に限らず四角形や多角形等であっても良い。

これらの角度付与アタッチメント６の構成要素であるベースプレート２２と一対のアーム側リンクプレート２３およびヘッド側リンクプレート２４は、補強用の添え板と共に堅固に溶接固定されて一体化されている。そして、一対のアーム側リンクプレート２３はアーム４および当該アーム４側のリンク部材２５に対して連結ピン２６により着脱可能に連結されると共に、ヘッド側リンクプレート２４は混合撹拌ヘッド５側の上端部の固定側リンクプレート１３に対して連結ピン２７により着脱可能に連結される。

また、図５の例では、水平線に対してベースプレート２２は先に述べた角度βだけ傾斜している。そのため、角度付与アタッチメント６は、鉛直線Ｃ１に対して混合撹拌ヘッド５の姿勢を図１，３に示した造成すべき斜め改良壁体Ｂ１と同じ傾斜姿勢に保持する機能を有している。つまり、図５において、鉛直線Ｃ１と混合撹拌ヘッド５におけるポスト部１２の中心線とのなす角度βはほぼ１５°となっている。

図７は図５に示した角度付与アタッチメント６の平面図を示していて、後述するように、角度付与アタッチメント６における一対のアーム側リンクプレート２３は、造成すべき斜め改良壁体Ｂ１の平面中心線Ｃ２に対して後述する所定角度αだけ傾斜している。

なお、図５において、混合撹拌ヘッド５を起伏させることが可能なアタッチメントシリンダ９のピストンロッド９ａは、角度βの混合撹拌ヘッド５の傾斜姿勢を維持した状態で、伸縮ストロークのほぼ中間位置に保持されている。また、混合撹拌ヘッド５の上端における固定側リンクプレート１３のピン穴位置はアーム側リンクプレート２３のピン穴位置と共通化されており、角度付与アタッチメント６を使用しない場合には、混合撹拌ヘッド５の固定側リンクプレート１３を連結ピン２６または２７を介して直接的にアーム４側に連結することが可能となっている。

その一方、図３，４に示した斜め改良壁体Ｂ２の造成に用いられる混合撹拌ヘッド５および角度付与アタッチメント３６の要部の詳細を図８に示している。図８に示すように、混合撹拌ヘッド５そのものは図５に示したものと同じ構造であり、角度付与アタッチメント３６におけるベースプレート２２の傾斜方向が図５に示したものと逆になっている点でのみ相違している。すなわち、図８に示した角度付与アタッチメント３６は、図５に示したものと比べて勝手違いのものとなっている。

図５，６に示した角度付与アタッチメント６を有する混合撹拌ヘッド５を用いて図１，２に示す斜め改良壁体Ｂ１の造成のための施工を行う場合、造成しようとする斜め改良壁体Ｂ１の長手方向とベースマシン１の履帯２をほぼ平行にセットする。その上で、油圧モータ１４の正転または逆転駆動により、ドライブチェーン１７とともに複数の混合撹拌翼１８を上下方向に周回駆動させる。さらに、混合撹拌ヘッド５全体を例えばブーム３やアーム４の揺動力（揺動動作方向の力）を利用して傾斜姿勢にて地中に貫入する。そして、吐出ノズル２１からスラリ状の固化材を吐出しながら、ベースマシン１を斜め改良壁体Ｂ１の造成方向と平行に移動させて、混合撹拌ヘッド５を掘進させることになる。

これにより、複数の混合撹拌翼１８により掘削された原位置土が同じく複数の混合撹拌翼１８によりスラリ状の固化材と混合撹拌されて、混合撹拌ヘッド５の掘進方向後方側に連続した斜め改良壁体Ｂ１が造成されることになる。なお、地中に構築される斜め改良壁体Ｂ１の壁体厚は混合撹拌翼１８の長さＷ（図５参照）とほぼ同等のものとなる。

この場合において、混合撹拌ヘッド５におけるドライブチェーン１７の張り側と緩み側に相当する部位であって複数の混合撹拌翼１８による掘削と混合撹拌にあずかる部位、すなわち混合撹拌翼１８の上下方向での周回移動面（斜め改良壁体Ｂ１の造成方向前方側に面する周回移動面と造成方向後方側に面する周回移動面）は斜め改良壁体Ｂ１の造成方向と直交したものとなる。そして、斜め改良壁体Ｂ１の造成方向前方側に面する周回移動面を上向きとするか下向きとするかは、地盤の硬さや土質性状に応じて決定する。

また、図２，４に示した斜め改良壁体Ｂ２の造成を行う場合には、混合撹拌ヘッド５に、図５に示した角度付与アタッチメント６に代えて、図８に示した角度付与アタッチメント３６を付け替えた上で、上記と同様の手順で施工を行うものとする。

図１では、混合撹拌ヘッド５の下端部がその上端部よりもベースマシン１側に近付くように混合撹拌ヘッド５全体を傾斜させて施工を行うようにしており、他方、図３では、混合撹拌ヘッド５の上端部がその下端部よりもベースマシン１側に近付くように混合撹拌ヘッド５全体を傾斜させて施工を行うようにしている。

図１では、一方の斜め改良壁体Ｂ１の造成に際して、造成すべき双方の斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２同士の間にベースマシン１を配置して施工しているが、混合撹拌ヘッド５の下端部はベースマシン１の履帯２の下方に位置するかたちとなる。この場合において、図１の平面図である図２に示すように、造成すべき一方の斜め改良壁体Ｂ１の平面中心線Ｃ２とベースマシン１のブーム等の平面中心線Ｃ４とのなす角度αが９０°であったと仮定すると、混合撹拌ヘッド５の掘削・掘進によりベースマシン１の足元を緩めることとなり、足元が崩壊する可能性があることが危惧される。

このような危惧を回避するために、図２に示すように、造成すべき斜め改良壁体Ｂ１の平面中心線Ｃ２とベースマシン１のブーム等の平面中心線Ｃ４とのなす角度αを１５°〜６５°の範囲にて、ベースマシン１の後退動作によって混合撹拌ヘッド５を掘進させるならば、ベースマシン１の足元は混合撹拌ヘッド５の投影範囲を避けた位置となり、ベースマシン１の足元の崩壊は回避できる。このように、一方の斜め改良壁体Ｂ１の造成に際して、双方の斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２同士の間にベースマシン１を配置しての施工は、構築しようとする構造物のライン上をベースマシン１の走行ラインとした施工であり、狭隘な場所での施工に適している。

図２に示したように、ベースマシン１の履帯２を造成しようとする斜め改良壁体Ｂ１の表層部での側面と干渉しないところまで近づけたい場合には、上記の角度αの最小角度はほぼ１５°となる。そのために、図７に示したように、角度付与アタッチメント６における一対のアーム側リンクプレート２３は、造成すべき斜め改良壁体Ｂ１の平面中心線Ｃ２に対して角度α≒１５°だけ傾斜している。

また、先に述べたベースマシン１の足元の崩壊回避のためには、ベースマシン１の履帯２が斜め改良壁体Ｂ１の投影形状と被さらないように角度αを設定することが望ましい。図２の破線Ｅで示す領域は造成中の斜め改良壁体Ｂ１の投影形状を表しているが、斜め改良壁体Ｂ１の傾斜角度βも比較的小さく、加えて改良深度も比較的に浅いので、ベースマシン１の履帯２が斜め改良壁体Ｂ１の投影形状Ｅの中心線ｅの位置まで来たとしても、両者が投影上で重なることはない。

しかし、斜め改良壁体Ｂ１の傾斜角度βが大きくなったり、改良深度が深くなれば、当然、斜め改良壁体Ｂ１の投影上でベースマシン１の履帯２が重なることとなる。よって、ベースマシン１の履帯２が常に斜め改良壁体Ｂ１の投影上とならない範囲とするには、斜め改良壁体Ｂ１の投影形状Ｅのうち混合撹拌ヘッド５の周回移動面の掘進方向側のラインｅ１とベースマシン１の履帯２の端部が干渉しない範囲とすることが望ましく、その場合の斜め改良壁体Ｂ１の平面中心線Ｃ２とベースマシン１のブーム等の平面中心線Ｃ４とのなす角度αはほぼ６５°となる。

すなわち、図１，２に示したように、混合撹拌ヘッド５の下端部をその上端部よりもベースマシン１側に近付けた傾斜姿勢にて斜め改良壁体Ｂ１の造成を行う場合には、斜め改良壁体Ｂ１の平面中心線Ｃ２とベースマシン１のブーム等の平面中心線Ｃ４とのなす角度αの最小角度を１５°とし、その最大角度を６５°として施工を行うことが望ましい。なお、この場合には、図２に符号Ｑで示すように、ベースマシン１を後進させながら、混合撹拌ヘッド５にて掘削・掘進を行うことを前提としている。

その一方、図３およびその平面図である図４は、混合撹拌ヘッド５の上端部をその下端部よりもベースマシン１側に近付けた傾斜姿勢にて斜め改良壁体Ｂ２の造成を行う場合の図であって、双方の斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２ではさまれた領域とは反対側にベースマシン１を配置した状態での施工となっている。この場合には、図５に示した角度付与アタッチメント６に代えて、図８に示した角度付与アタッチメント３６が使用されることは先に述べた通りである。

よって、図３，４に示した施工では、前述のような混合撹拌ヘッド５の掘進に伴うベースマシン１の足元崩壊の危惧もなく、図４に示すように、斜め改良壁体Ｂ２の表層部の側面までベースマシン１の履帯２を近付けた状態での施工が可能となる。この場合に、斜め改良壁体Ｂ２の平面中心線Ｃ２とベースマシン１のブーム等の平面中心線Ｃ４とのなす角度αの最小角度は、ベースマシン１の進行方向が前進・後進のいずれの場合であってもほぼ１５°となり、比較的広い場所での施工に適している。

図３，４に示した施工では、図１，２に示した施工とは異なり、混合撹拌ヘッド５の下端部がその上端部よりもベースマシン１から遠ざかるように傾斜させた姿勢で施工を行うので、ベースマシン１の位置の制約が少なく、ベースマシン１の前進動作に伴う施工であっても、ベースマシン１の後進（後退）動作に基づく施工であっても良い。よって、図４に示すように、斜め改良壁体Ｂ２の表層での側面とベースマシン１の履帯２が干渉しないところまでベースマシン１を近づけることができる。そうすると、斜め改良壁体Ｂ１の平面中心線Ｃ２とベースマシン１のブーム等の平面中心線Ｃ４とのなす角度αの最小角度はベースマシン１の前後進方向共にほぼ１５°である。

それ故に、図４での施工では、ベースマシン１の前後進方向共に、角度αの最小角度１５°以外に、角度αとして１８０°−（２×１５）≒１５０°の範囲内で任意の角度に設定することができる。言い換えるならば、図３，４に示した施工では、現場状況に応じて、斜め改良壁体Ｂ２の平面中心線Ｃ２とベースマシン１のブーム等の平面中心線Ｃ４とのなす角度αを１５°〜１６５°の範囲内で適宜選択して施工することが可能となる。これにより、施工時の汎用性が高いものとなる。

以上のように本実施の形態によれば、小規模な設備で安定して斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２を造成することができ、工事の工期短縮とコスト低減を図ることができるほか、設備が小規模であるために機動性にも優れたものとなる。また、狭い敷地や既設の構造物が近接しているような場所でも無理なく造成できることになる。

図９，１０は本発明に係る地盤改良装置の第２の実施の形態を示していて、図９は図５に示したものに代わる角度付与アタッチメント４６を有する混合撹拌ヘッド５の要部の側面説明図を示している。また、図１０は図８に示したものに代わるものであって且つ図９のものとは勝手違いの角度付与アタッチメント５６を有する混合撹拌ヘッド５の要部の側面説明図を示している。

図９では、図５と比較すると明らかなように、角度付与アタッチメント４６と混合撹拌ヘッド５との連結部での構造を簡素化するために、角度付与アタッチメント４６と混合撹拌ヘッド５との連結に図５に示した連結ピン２７が採用されておらず、角度付与アタッチメント４６のベースプレート２２が、混合撹拌ヘッド５側のフレーム１０のヨーク部１１に直接溶接固定されている点で相違している。図１０に示した角度付与アタッチメント５６と図８に示した角度付与アタッチメント３６との相違点も上記と同様である。

これらの図９，１０に示した角度付与アタッチメント４６，５６は、図１，３に示した傾斜方向が異なる二つの斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の造成に際して、図５，８に示した左右勝手違いの二つの角度付与アタッチメント６，３６を使い分けるのと同様にして、使い分けられる。したがって、本実施の形態においても、先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。

図１１〜１７は本発明に係る地盤改良装置の第３の実施の形態を示す図であり、特に図１１は図５，８に示した角度付与アタッチメント６，３６としての機能も有する取付角調整機構６６を採用した混合撹拌ヘッド５の要部の側面説明図を示している。また、図１２は図１１の要部のさらなる拡大図を示している。この第３の実施の形態では、上記第１，第２の実施の形態のようないわゆる左右勝手違いの二つの角度付与アタッチメントを使い分ける不都合を解消したものである。なお、先に説明した図５と共通する部分には同一符号を付して重複する説明は省略するものとする。

図１１に示すように、ベースマシン１のアーム４と混合撹拌ヘッド５との間には取付角調整機構６６が介装されている。この取付角調整機構６６は、例えば図５に示した角度付与アタッチメント６を兼ねていて、それ故に、その角度付与アタッチメント６と同等の機能を併せ持っている。

取付角調整機構６６は、アーム４側となるアーム側ブラケット３０と、混合撹拌ヘッド５側となるヘッド側ブラケット３１とを主要素として構成されていて、両者は後述する軸部材３２を介して相対回転可能に連結される。

図１２に拡大して示すように、アーム側ブラケット３０は基板となる円板状の固定板３３上に所定距離隔てて互いに平行な一対のリンクプレート３４を溶接固定したものである。他方、ヘッド側ブラケット３１も基板となる円板状の可動板３５の下面に台形状をなす互いに平行な一対のウエッジプレート３６を溶接固定したものであり、これらの一対のウエッジプレート３６の下側には、軸部材３２の軸心に対して先に説明した角度βだけ傾斜した例えば円板状のベースプレート２２を溶接固定してある。なお、アーム側ブラケット３０の一対のリンクプレート３４とヘッド側ブラケット３１の一対のウエッジプレート３６とは互いに平行となっている。なお、上記円板状のベースプレート２２は一例にすぎず、円板状以外の四角形や多角形等のものであっても良い。

さらに、ベースプレート２２の下面には互いに平行な一対のヘッド側リンクプレート２４を補強用の添え板と共に溶接固定してある。これら一対のヘッド側リンクプレート２４は上面側の一対のウエッジプレート３６に対してその位相を９０°ずらせてある。

そして、アーム側ブラケット３０の固定板３３とヘッド側ブラケット３１の可動板３５とは、共にほぼ水平で且つ互いに平行であって、それら両者が互いに密着するように重ね合わせた上で、固定板３３と可動板３５の中心部を貫通する中空円筒状の軸部材３２を介してアーム側ブラケット３０とヘッド側ブラケット３１とが相対回転可能に連結されている。

また、アーム側ブラケット３０の固定板３３とヘッド側ブラケット３１の可動板３５とを貫通した軸部材３２の両端部には、軸部材３２よりも大径のリング状の抜け止め部材３７が嵌め合わされた上で溶接固定されている。この抜け止め部材３７は、図１３に拡大して示すように、リング状の抜け止めフランジ３８ａの周囲に補強を目的とした複数のリブ３８ｂを溶接固定したもので、抜け止めフランジ３８ａおよび複数のリブ３８ｂ共に軸部材３２に溶接固定される。

その上で、アーム側ブラケット３０の固定板３３とヘッド側ブラケット３１の可動板３５の周縁部にそれぞれに形成された図１４に示す多数のボルト穴３９にそれぞれに挿入される締結手段としてのボルト・ナット４０を介して両者が締結固定されるようになっている。これにより、軸部材３２は、取付角調整機構６６の一構成要素として、アーム側ブラケット３０とヘッド側ブラケット３１との相対回転を許容する軸体として機能しつつ、同時に当該軸部材３２の両端部に溶接固定される抜け止め部材３７と共に脱落防止機構４１を形成している。また、多数のボルト・ナット４０による締結力を解除するならば、軸部材３２を回転中心としたアーム側ブラケット３０の固定板３３とヘッド側ブラケット３１の可動板３５との相対回転が可能となっている。

なお、アーム側ブラケット３０の固定板３３とヘッド側ブラケット３１の可動板３５との相対回転に備えて、図１３に示すように、固定板３３および可動板３５と各抜け止め部材３７の抜け止めフランジ３８ａとの間には微少な隙間を確保してある。また、図１３に示した抜け止め部材３７に代えて、図１５，１６に示した抜け止め部材４２，４３を用いることも可能である。図１５に示した抜け止め部材４２は、実質的に図１３に示した抜け止めフランジ３８ａを廃止して、複数のリブ３８ｂのみとしたものである。また、図１６に示した抜け止め部材４３は、実質的に図１３に示した複数のリブ３８ｂを廃止して、抜け止めフランジ３８ａのみとしたものである。

ここで、図１４，１７に拡大して示すように、固定板３３と可動板３５の双方に形成されている複数のボルト穴３９はそれぞれが固定板３３および可動板３５の円周方向に長い長穴状のものとなっている。そして、それぞれのボルト穴３９の長径方向の長さｇに比べて、隣り合うボルト穴３９同士の間に残されたブリッジ部３９ａの長さｈの方が小さくなるように、ｇ＞ｈの関係に設定さている。なお、双方の長さｇ，ｈ共に、長穴状のボルト穴３９の長手方向両端での円弧の中心間距離を示している。これにより、アーム側ブラケット３０に対するヘッド側ブラケット３１の微細な角度調整が可能となっている。

さらに、図１２に示したアーム側ブラケット３０のリンクプレート３４はアーム４および当該アーム４側のリンク部材２５に対して連結ピン２６により着脱可能に連結されるとともに、ヘッド側ブラケット３１のヘッド側リンクプレート２４は混合撹拌ヘッド５側の上端部の固定側リンクプレート１３に対して連結ピン２７により着脱可能に連結される。これにより、ベースマシン１のアーム４と混合撹拌ヘッド５との間に介装される取付角調整機構６６は、実質的に中間ブラケット式のものとして形成されていることになる。

なお、混合撹拌ヘッド５の固定側リンクプレート１３はアーム側ブラケット３０のリンクプレート３４と共通化されており、取付角調整機構６６を使用しない場合には、混合撹拌ヘッド５の固定側リンクプレート１３を連結ピン２６または２７を介して直接的にアーム４側に連結することが可能となっている。

ここで、図１７は図１２の取付角調整機構６６を含む混合撹拌ヘッド５を当該混合撹拌ヘッド５におけるポスト部１２の軸心方向から見た拡大平面説明図である。同図に示すように、混合撹拌翼１８が装着されているドライブチェーン１７の張り側での混合撹拌翼１８の周回移動面と、同じくドライブチェーン１７の緩み側での混合撹拌翼１８の周回移動面とで挟まれた領域であって、且つ混合撹拌翼１８の幅寸法Ｗ（図５参照）の領域内に納まるように、取付角調整機構６６の固定板３３や可動板３５およびベースプレート２２のそれぞれの大きさが設定されている。

同様に、図１２からも明らかなように、取付角調整機構６６を含む混合撹拌ヘッド５の平面視において、上記領域内に納まるように、取付角調整機構６６の軸部材３２と、混合撹拌ヘッド５のポスト部１２、油圧モータ１４、駆動輪１５および従動輪１６のそれぞれが重なり合うように配置されている。

このような取付角調整機構６６を用いることにより、固定板３３と可動板３５とを締結固定している多数のボルト・ナット４０の脱着を行って、固定板３３に対して可動板３５を１８０°回転させれば、図１８に示すように、混合撹拌ヘッド５の傾斜姿勢を図１１の傾斜姿勢に対して逆向きにするべく１８０°変更することが可能となっている。それ故に、本実施の形態によれば、先の第１，第２の実施の形態のように、いわゆる左右勝手違いの二種類の角度付与アタッチメントを使い分ける煩わしさを解消することができる。なお、図１１，１８では、図１４，１７に示したボルト穴３９のほか、それに挿入される図１２のボルト・ナット４０は図示省略している。

また、図１２に示した取付角調整機構６６には、軸部材３２と抜け止め部材３７とからなる脱落防止機構４１が付加されていることにより、アーム側ブラケット３０の固定板３３とヘッド側ブラケット３１の可動板３５とを締結固定している多数ボルト・ナット４０の全てが仮に脱落したとしても、アーム側ブラケット３０の固定板３３とヘッド側ブラケット３１の可動板３５とが切り離されることがないように、つまり、アーム側ブラケット３０とヘッド側ブラケット３１とが脱落防止機構４１間により実質的に不離一体に連結されていて、アーム側ブラケット３０からのヘッド側ブラケット３１の脱落が阻止される構造となっている。これにより、例えば過負荷によるトラブル発生の抑制化と安全性の向上が図ることができる。

言い換えるならば、図１２に示した多数のボルト・ナット４０は、アーム側ブラケット３０とヘッド側ブラケット３１との相対回転位置を規制しつつ両者を位置決めして締結固定する機能を有している。その一方、脱落防止機構４１は、アーム側ブラケット３０とヘッド側ブラケット３１との相対回転自由度を確保しつつ、上記ボルト・ナット４０に依存することなく、アーム側ブラケット３０とヘッド側ブラケット３１とを実質的に不離一体に連結して、両者の切り離し（アーム側ブラケット３０からのヘッド側ブラケット３１の脱落）を防止する機能を有している。

また、図１７に示したように、混合撹拌翼１８の双方の周回移動面にはさまれた領域内に納まるように、取付角調整機６６の固定板３３および可動板３５の大きさが設定されていて、同時に、上記領域内に納まるように、取付角調整機構６６の軸部材３２と、混合撹拌ヘッド５のポスト部１２、油圧モータ１４、駆動輪１５および従動輪１６のそれぞれが重なり合うように配置されている。これは、例えば施工条件によっては、ベースマシン１のアーム４の先端部までも混合撹拌された処理土内に埋没させて施工することがあり、固定板３３や可動板３５が原地盤と干渉して混合撹拌ヘッド５の掘進が困難となることがあることから、このような事態を避ける上で上記の各要素の配置は有効である。

このように本実施の形態によれば、先の第１の実施の形態のものと同様の効果が得られるのに加えて、図１，３に示した斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２の造成に際して、先にも述べたように、左右勝手違いの角度付与アタッチメントを使い分ける煩わしさを解消することができる。

図１９，２０は本発明に係る地盤改良装置の第４の実施の形態を示していて、先に図１１，１８に基づいて説明した第３の実施の形態と共通する部分には同一符号を付して重複する説明は省略するものとする。

この第４の実施の形態では、図１１と図１９とを比較すると明らかなように、図１９に示した取付角調整機構７６におけるヘッド側ブラケット３１のベースプレート２２が混合撹拌ヘッド５の上端部に直接的に溶接固定されていて、実質的に取付角調整機構７６のヘッド側ブラケット３１と混合撹拌ヘッド５とが不離一体に連結されている点で図１１に示したものと相違している。

より詳しくは、図１９に示すように、取付角調整機構７６におけるヘッド側ブラケット３１のうちウエッジプレート３６の下側のベースプレート２２が、混合撹拌ヘッド５におけるフレーム１０のヨーク部１１の上端に一体的に溶接固定されている。その他の構成は図１１，１２に示したものと同様である。

この第４の実施の形態の地盤改良装置によれば、図１１，１２に示したものと同様に、取付角調整機構７６に付帯している締結手段としての多数のボルト・ナット４０の脱着を行って、アーム側ブラケット３０に対してヘッド側ブラケット３１を軸部材３２の軸心周りに１８０°回転させるならば、図２０に示すように、混合撹拌ヘッド５の傾斜姿勢を１８０°変更することが可能となる。

そして、この第４の実施の形態においても、先の第３の実施の形態のものと同様の効果が得られることになる。

ここで、上記各実施の形態では、図１，３に示したようなボックスカルバート１００の両側に斜め改良壁体Ｂ１，Ｂ２を造成する場合を例にとって説明したが、これは一例にすぎず、本発明の適用範囲は図１，３に例示したものに限定されるものではない。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、同種の傾斜した改良壁体の造成に広く適用することが可能である。

１…ベースマシン
２…履帯
３…ブーム
４…アーム
５…混合撹拌ヘッド
６…角度付与アタッチメント
１８…混合撹拌翼
３０…アーム側ブラケット
３１…ヘッド側ブラケット
３２…軸部材
３３…固定板
３５…可動板
３６…角度付与アタッチメント
３７…抜け止め部材
４０…ボルト・ナット（締結手段）
４１…脱落防止機構
４６…角度付与アタッチメント
５６…角度付与アタッチメント
６６…取付角調整機構
７６…取付角調整機構
Ｂ１，Ｂ２…斜め改良壁体

Claims (10)

1. ショベル系の掘削機をベースマシンとして、そのベースマシンのアームの先端部に、上下方向に周回移動するチェーン式の混合撹拌翼を備えた混合撹拌ヘッドを装着し、前記混合撹拌ヘッドにて原位置土と固化材とを混合撹拌して、鉛直方向に対して傾斜した斜め改良壁体を造成する地盤改良装置であって、
   前記斜め改良壁体の造成に際して、下記（ａ）〜（ｃ）の事項を条件に、前記混合撹拌ヘッドを前記斜め改良壁体の造成方向に掘進させるにあたり、
   前記ベースマシンのアームの先端部と前記混合撹拌ヘッドとの間に取付角調整機構を介装してあり、
   前記取付角調整機構は、前記混合撹拌ヘッドの下端部よりも上端部を前記ベースマシンから遠ざける方向、または前記混合撹拌ヘッドの上端部よりも下端部を前記ベースマシンから遠ざける方向に傾斜させて、前記混合撹拌ヘッドの姿勢を前記斜め改良壁体の傾斜角度に維持する機能と共に、前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度を調整する機能を有していて、
   さらに、前記取付角調整機構は、
   前記ベースマシンのアーム先端部に連結される固定板と、
   前記混合撹拌ヘッドの上端部に連結されると共に前記固定板と重ね合わされる可動板と、
   前記固定板と可動板の中心部を貫通していて、前記固定板に対して前記可動板を回転可能に連結支持している軸部材と、
   前記固定板に対して前記可動板を回転させた位置に規制してねじ締め固定する締結手段と、
   を備えていることを特徴とする地盤改良装置。
   （ａ）平面視にて前記斜め改良壁体の造成方向と前記混合撹拌翼の周回移動面とがほぼ直角であること。
   （ｂ）前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの履帯とがほぼ平行であること。
   （ｃ）前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度が鋭角であること。
2. 前記固定板と可動板との重ね合わせ面はほぼ水平であることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
3. 前記取付角調整機構は、前記可動板を含む混合撹拌ヘッドの前記固定板からの脱落を防止する脱落防止機構を備えていることを特徴とする請求項２に記載の地盤改良装置。
4. 前記取付角調整機構の軸部材が前記脱落防止機構の一部を兼ねていて、
   前記脱落防止機構は、前記固定板と可動板の中心部をそれぞれに貫通した前記軸部材の両端部に、それぞれの貫通穴からの前記軸部材の抜け出しを阻止する抜け止め部材を不離一体に設けてあることを特徴とする請求項３に記載の地盤改良装置。
5. 前記取付角調整機構は、その上端部が前記ベースマシンのアームの先端部に対して着脱可能で、その下端部が前記混合撹拌ヘッドの上端部に対して着脱可能な中間ブラケット式のものとして形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の地盤改良装置。
6. 前記取付角調整機構は、その上端部が前記ベースマシンのアームの先端部に対して着脱可能で、その下端部が前記混合撹拌ヘッドの上端部に対して一体的に結合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の地盤改良装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の地盤改良装置を用いて行う斜め改良壁体の造成方法であって、
   前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最小角度を１５°として斜め改良壁体を造成することを特徴とする斜め改良壁体の造成方法。
8. 前記取付角調整機構の機能により、前記混合撹拌ヘッドの下端部よりも上端部を前記ベースマシンから遠ざける方向に傾斜させて斜め改良壁体を造成するにあたり、
   前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最大角度を６５°として斜め改良壁体を造成することを特徴とする請求項７に記載の斜め改良壁体の造成方法。
9. ショベル系の掘削機をベースマシンとして、そのベースマシンのアームの先端部に、上下方向に周回移動するチェーン式の混合撹拌翼を備えた混合撹拌ヘッドを装着し、前記混合撹拌ヘッドにて原位置土と固化材とを混合撹拌して、鉛直方向に対して傾斜した斜め改良壁体を造成する方法であって、
   前記斜め改良壁体の造成に際して、下記（ａ）〜（ｃ）の事項を条件に、前記混合撹拌ヘッドを前記斜め改良壁体の造成方向に掘進させるにあたり、
   前記ベースマシンのアームの先端部と前記混合撹拌ヘッドとの間に、前記混合撹拌ヘッドの姿勢を前記斜め改良壁体の傾斜角度に維持する角度付与アタッチメントを介装すると共に、
   前記角度付与アタッチメントの機能により、前記混合撹拌ヘッドの下端部よりも上端部を前記ベースマシンから遠ざける方向、または前記混合撹拌ヘッドの上端部よりも下端部を前記ベースマシンから遠ざける方向に傾斜させて、
   前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最小角度を１５°として斜め改良壁体を造成することを特徴とする斜め改良壁体の造成方法。
   （ａ）平面視にて前記斜め改良壁体の造成方向と前記混合撹拌翼の周回移動面とがほぼ直角であること。
   （ｂ）前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの履帯とがほぼ平行であること。
   （ｃ）前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度が鋭角であること。
10. 前記角度付与アタッチメントの機能により、前記混合撹拌ヘッドの下端部よりも上端部を前記ベースマシンから遠ざける方向に傾斜させて斜め改良壁体を造成するにあたり、
    前記斜め改良壁体の造成方向と前記ベースマシンの平面視でのブームおよびアームの中心線とのなす角度の最大角度を６５°として斜め改良壁体を造成することを特徴とする請求項９に記載の斜め改良壁体の造成方法。

Images