JP6307459B2

JP6307459B2 - 地盤改良装置

Info

Publication number: JP6307459B2
Application number: JP2015035211A
Authority: JP
Inventors: 功樹高倉
Original assignee: エポコラム機工株式会社
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2035-02-25
Also published as: JP2016156208A

Description

本発明は、掘削した地盤に地盤改良材を撹拌混合させることで地盤の改良を行う地盤改良装置に関するものである。

従来より、軟弱地盤の強化や汚染地盤の浄化などを目的として、地盤改良装置を用いて地盤を掘削しながら掘削した地盤に地盤改良材（固化剤や浄化剤など）を吐出し、地盤改良材と土壌とを撹拌混合することによって地盤の改良を行っている。

この地盤改良作業において用いられる地盤改良装置として、掘削軸を内側軸と外側軸とで二重管状に形成し、内側軸に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼体を放射状に複数設けるとともに、外側軸に中途部を外方へ膨出させた外側撹拌翼体を放射状に複数設けた地盤改良装置が広く知られている（たとえば、特許文献１参照。）。

上記従来の地盤改良装置では、複数の内側撹拌翼体や外側撹拌翼体が全て同一の形状で同一の上下位置（高さ）に放射状に設けられている。これにより、上記従来の地盤改良装置では、放射状に複数設けられた全ての内側撹拌翼体や外側撹拌翼体がそれぞれ同一に地盤改良材と土壌の撹拌混合を行うようにしている。

特開２００７−１７７５４０号公報

上記従来の地盤改良装置では、内側撹拌翼体と外側撹拌翼体とで地盤改良材と土壌との撹拌混合を行うために、撹拌混合性能が高く、地盤を良好に改良することができるものである。

しかしながら、上記従来の地盤改良装置では、放射状に複数設けられた全ての内側撹拌翼体や外側撹拌翼体の形状がそれぞれ同一であり、地盤改良材の吐出形態も同一であることから、同一の撹拌作用を有することとなる。そのため、特に粘着性の高い粘性土等の場合には、内側撹拌翼体や外側撹拌翼体の形状や地盤改良材の吐出形態が同一であると、翼内の土壌の移動が一定の方向・速度・土量で一定の周期で撹拌を繰り返すことになり、細かい粘土塊の粘性が解れにくく、解砕が困難な作動となってしまうおそれがある。そして、地盤内に粘土塊が残存すると、地盤を良好に改良することができず、品質不良となるおそれがある。

そこで、請求項１に係る本発明では、掘削軸に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼体と外側撹拌翼体とをそれぞれ複数設けた地盤改良装置において、翼内での土壌の移動方向や移動速度を不規則なものとなるように、複数設けた内側撹拌翼体のうちの一部の内側撹拌翼体に形成した地盤改良材注入口の開口部の形状が他とは異なる形状を有して一部の内側撹拌翼体から吐出する地盤改良材の吐出形状を他とは異ならせることにした。

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記内側撹拌翼体の地盤改良材注入口に地盤改良材の吐出口を有するアダプターを着脱自在に設けることにした。

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

すなわち、本発明では、掘削軸に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼体と外側撹拌翼体とをそれぞれ複数設けた地盤改良装置において、複数設けた内側撹拌翼体又は／及び外側撹拌翼体のうちの一部が他とは異なる撹拌作用を有することにしているために、翼内での土壌の移動方向や移動速度などが不規則（複雑）なものとなり、地盤が粘着性の高い粘性土等の場合であっても解砕することができ、地盤を良好に改良することができる。

地盤改良装置を示す説明図。同拡大正面説明図。同拡大平面説明図。地盤改良材の吐出位置を示す説明図。地盤改良材の吐出方向を示す説明図。内外撹拌翼体を示す説明図。内外撹拌翼体を示す説明図。

以下に、本発明に係る地盤改良装置の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、地盤改良装置１は、地盤２を掘削するとともに、掘削した土壌と地盤改良材とを撹拌混合することで、地盤２の強度や性状を改良するものである。この地盤改良装置１は、重機３の前端部に支柱４を立設し、この支柱４に掘削撹拌機構５を昇降自在に取付けている。この掘削撹拌機構５には、地盤改良材供給機構６がスイベルジョイント７を介して接続されている。地盤改良材供給機構６は、地盤改良材貯留タンク８と水槽９とを地盤改良材混合プラント10に接続するとともに、地盤改良材混合プラント10に地盤改良材吐出ポンプ11を接続して、地盤改良材を掘削撹拌機構５に供給するように構成している。

掘削撹拌機構５は、支柱４の前側部に昇降支持体12を昇降自在に取付け、この昇降支持体12に駆動体13を取付け、駆動体13に上下方向に伸延させた掘削軸14の基端部（上端部）を取付け、掘削軸14の先端部（下端部）に掘削翼15と撹拌翼16とを先端側から順に取付けている。

駆動体13は、図２に示すように、掘削軸14を構成する内側軸17と外側軸18とに駆動モータ19を反転変速機20を介して接続している。駆動モータ19には、コンピュータからなる制御装置21が接続されており、制御装置21で駆動制御される。なお、制御装置21は、駆動モータ19,20だけでなく、地盤改良装置１の各部をも駆動制御する。

掘削軸14は、図２及び図３に示すように、同軸上に回転中心軸を配置した中空円筒状の内側軸17と外側軸18とで二重管状に形成されている。掘削軸14は、内側軸17の先端部を外側軸18の先端部よりも下方へ向けて突出させている。これらの内側軸17又は外側軸18は、駆動モータ19を駆動することで、反転変速機20の作用で相対的に反対方向へ向けて回転する。

掘削翼15は、内側軸17の先端部外周面に２個の平板状の掘削翼体22を円周方向へ向けて180度の間隔をあけて外方へ向けて放射状に取付け、各掘削翼体22の下部に複数個の掘削ビット23を間隔をあけて取付けている。掘削翼15は、内側軸17の回転に伴って掘削翼体22,22が回転し、掘削ビット23で地盤２を掘削する。

撹拌翼16は、最内側撹拌翼24と、その外周側に配置される内側撹拌翼25と、さらにその外周側に配置される外側撹拌翼26とで構成している。

最内側撹拌翼24は、外側軸18の先端部外周面に２個の平板状の最内側撹拌翼体27を円周方向へ向けて180度の間隔をあけて外方へ向けて放射状に取付けている。

内側撹拌翼25は、内側軸17の先端部に複数（ここでは、２個）の内側撹拌翼体28を円周方向へ向けて180度の間隔をあけて外方へ向けて放射状に取付けている。各内側撹拌翼体28は、外方下部へ向けて傾斜状に伸延する内側撹拌翼上部片29と、下方へ向けて垂直状に伸延する内側撹拌翼中途部片30と、外方上部へ向けて傾斜状に伸延する内側撹拌翼下部片31とで、中途部を外方へ向けて膨出させた側面視で略コ字状に形成している。各内側撹拌翼体28は、内側撹拌翼下部片31を内側軸17の先端部側に取付けるとともに、内側撹拌翼上部片29を環状体32に取付け、環状体32を外側軸18の外周面に回動自在に遊嵌させている。また、各内側撹拌翼体28は、内側撹拌翼上部片29の上部や内側撹拌翼中途部片30の内側部や外側部に撹拌片33,34,35を取付けるとともに、内側撹拌翼中途部片30と内側軸17との間に連結片36を取付けている。

外側撹拌翼26は、外側軸18の先端部に複数（ここでは、３個）の外側撹拌翼体37を円周方向へ向けて120度の間隔をあけて外方へ向けて放射状に取付けている。各外側撹拌翼体37は、外方下部へ向けて傾斜状に伸延する外側撹拌翼上部片38と、下方へ向けて垂直状に伸延する外側撹拌翼中途部片39と、外方上部へ向けて傾斜状に伸延する外側撹拌翼下部片40とで、中途部を外方へ向けて膨出させた側面視で略コ字状に形成している。各外側撹拌翼体37は、外側撹拌翼上部片38を外側軸18の先端部側に取付けるとともに、外側撹拌翼下部片40を環状体41に取付け、環状体41を内側軸17の外周面に回動自在に遊嵌させている。また、各外側撹拌翼体37は、外側撹拌翼上部片38の下部や外側撹拌翼中途部片39の内側部に撹拌片42,43を取付けている。

撹拌翼16は、以上に説明するように構成しており、内側軸17の回転に伴って内側撹拌翼25が所定の回転方向に所定の回転速度で回転し、外側軸18の回転に伴って最内側撹拌翼24と外側撹拌翼26が所定の回転方向（内側撹拌翼25とは反対方向）に所定の回転速度で回転する。

この撹拌翼16は、図４に示すように、地盤２の内部において掘削した土壌に向けて地盤改良材を注入するために、内側撹拌翼25の上部（内側撹拌翼上部片29）や中途部（内側撹拌翼中途部片30）や下部（内側撹拌翼下部片31）や、外側撹拌翼26の上部（外側撹拌翼上部片38）や中途部（外側撹拌翼中途部片39）や下部（外側撹拌翼下部片40）に地盤改良材注入口44〜49を形成している。各地盤改良材注入口44〜49は、地盤改良材供給機構６にそれぞれ注入装置50〜55を介して接続されている。各注入装置50〜55には、制御装置21が接続されており、制御装置21でそれぞれ独立して注入制御される。なお、地盤改良材注入口43〜48は、全てを設ける必要はなく、適宜選択して設けてもよく、また、掘削軸14や掘削翼15などに設けてもよい。

地盤改良装置１は、以上に説明したように構成しており、制御装置21で駆動モータ19,20を駆動制御するとともに、注入装置50〜55を注入制御することで、地盤２を掘削しながら、掘削した土壌と注入した地盤改良材とを撹拌混合して、地盤２を改良する。

その際に、地盤改良装置１は、複数設けた内側撹拌翼体28又は／及び外側撹拌翼体37のうちの一部が他とは異なる撹拌作用を発揮するようにしている。

以下に説明するように、複数設けた内側撹拌翼体28又は／及び外側撹拌翼体37のうちの一部が他とは異なる撹拌作用を発揮するようにするためには様々な方法が考えられる。

たとえば、一部の内側撹拌翼体28又は／及び外側撹拌翼体37から吐出する地盤改良材の吐出形態を他とは異ならせることで異なる撹拌作用を発揮させることができる。この場合、一部の内側撹拌翼体28又は／及び外側撹拌翼体37から吐出する地盤改良材の吐出位置又は吐出量若しくは吐出形状などを他とは異ならせることで地盤改良材の吐出形態を他とは異ならせることができる。制御装置21で吐出する地盤改良材注入口43〜48や注入装置50〜55を制御することで地盤改良材の吐出位置や吐出量を異ならせることができ、また、各地盤改良材注入口43〜48の開口部の形状を異ならせることで吐出形状を異ならせることができる。さらに、各地盤改良材注入口43〜48から吐出する地盤改良材の注入速度や注入方向などを異ならせてもよい。地盤改良材の注入方向は、図５に示すように、地盤改良材注入口43等にアダプター64を着脱自在（上下交換可能）に取付けて変更することができる。アダプター64は、地盤改良材注入口43に対して傾斜状に対向する吐出口65を形成し、吐出口65に可撓性を有する薄板状の吐出弁66を取付けており、地盤改良材注入口43から水平状に供給される地盤改良材を吐出口65から傾斜状に吐出する。なお、67は、上方への吐出時の閉塞を防止するために開閉可能に設けた水抜き孔である。このアダプター64を図５(b)に示すように内側撹拌翼体28（又は／及び外側撹拌翼体37）に吐出口65を上方に向けて取付けた場合には、地盤改良材が地盤２の内部に外側上方へ向けて傾斜状に注入される。これにより、地盤２の内部で上昇対流が発生し掘削撹拌機構５の引抜抵抗を軽減させることができる。また、アダプター64を図５(c)に示すように内側撹拌翼体28（又は／及び外側撹拌翼体37）に吐出口65を下方に向けて取付けた場合には、地盤改良材が地盤２の内部に外側下方へ向けて傾斜状に注入される。これにより、地盤２の内部で下降対流が発生し掘削撹拌機構５の貫入抵抗を軽減させることができる。

このように、複数設けた内側撹拌翼体28や外側撹拌翼体37の外観上の形状を変えることなく、一部の内側撹拌翼体28や外側撹拌翼体37だけ地盤改良材の吐出形態を他とは異ならせることで、他とは異なる撹拌作用を発揮させることができる。

また、一部の内側撹拌翼体28又は／及び外側撹拌翼体37の回転軌道（内側撹拌翼体28や外側撹拌翼体37が地盤２の内部で回転することによって形成される回転軌跡）を他とは異ならせることで異なる撹拌作用を発揮させることもできる。この場合、一部の内側撹拌翼体28又は／及び外側撹拌翼体37の形状又は上下位置を他とは異ならせることで回転軌道を他とは異ならせることができる。たとえば、図６(a)に示すように内側撹拌翼体28の形状を異ならせてもよく、図６(b)に示すように内側撹拌翼体28を取り付ける上下の位置を異ならせてもよい。また、図６(c)に示すように内側撹拌翼体28に取付けた撹拌片35の上下位置を異ならせてもよく、図６(d)に示すように内側撹拌翼体28の内側に設けた最内側撹拌翼体27の上下位置を異ならせてもよい。これら撹拌片35や最内側撹拌翼体27の形状を異ならせてもよい。また、図６(e)に示すように外側撹拌翼体37の形状を異ならせてもよく、図６(f)に示すように外側撹拌翼体37を取り付ける上下の位置を異ならせてもよく、図６(g)に示すように外側撹拌翼体37に取付けた撹拌片43の上下位置を異ならせてもよく、撹拌片43の形状を異ならせてもよい。なお、一部の内側撹拌翼体28又は／及び外側撹拌翼体37の形状等を他とは異ならせて回転軌道を異ならせる場合に、内側撹拌翼体28で撹拌される領域の重心と外側撹拌翼体37で撹拌される領域の重心とをずらし、いずれか一方又は両方の重心を回転中心（掘削軸14の回転軸）から偏移させることもできる。

このように、一部の内側撹拌翼体28や外側撹拌翼体37の外観上の形状を変えることによっても、他とは異なる撹拌作用を発揮させることができる。

さらに、上記地盤改良装置１の掘削撹拌機構５では、掘削軸14を内側軸17と外側軸18とで二重管状に形成しているが、これに限られず、図７に示すように、一本の掘削軸56の外周に円筒状の支持体57を回転自在に遊嵌し、支持体57に複数の供回り防止翼体58と内側撹拌翼体59とを取付けるとともに、掘削軸56に複数の外側撹拌翼体60を取付けた構造のものでもよい。この場合でも、複数設けた内側撹拌翼体59や外側撹拌翼体60の外観上の形状を変えることなく、一部の内側撹拌翼体59や外側撹拌翼体60だけ地盤改良材の吐出形態を他とは異ならせることで、他とは異なる撹拌作用を発揮させることができる。また、一部の内側撹拌翼体59や外側撹拌翼体60の外観上の形状を変えることによっても、他とは異なる撹拌作用を発揮させることができる。たとえば、図７(a)に示すように内側撹拌翼体59の形状を異ならせてもよく、図７(b)に示すように内側撹拌翼体59を取り付ける上下の位置を異ならせてもよい。また、図７(c)に示すように内側撹拌翼体59に取付けた撹拌片61の上下位置を異ならせてもよく、図７(d)に示すように内側撹拌翼体59の内側に設けた最内側撹拌翼体62の上下位置を異ならせてもよい。これら撹拌片61や最内側撹拌翼体62の形状を異ならせてもよい。また、図７(e)に示すように外側撹拌翼体60の形状を異ならせてもよく、図７(f)に示すように外側撹拌翼体60を取り付ける上下の位置を異ならせてもよく、図７(g)に示すように外側撹拌翼体60に取付けた撹拌片63の上下位置を異ならせてもよく、撹拌片63の形状を異ならせてもよい。

以上に説明したように、上記地盤改良装置１では、掘削軸14,56に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼体28,59と外側撹拌翼体37,60とをそれぞれ複数設け、複数設けた内側撹拌翼体28,59又は／及び外側撹拌翼体37,60のうちの一部が他とは異なる撹拌作用を有することにしているために、翼内での土壌の移動方向や移動速度などが不規則（複雑）なものとなり、地盤が粘着性の高い粘性土等の場合であっても解砕することができ、地盤２を良好に改良することができる。

１地盤改良装置２地盤
３重機４支柱
５掘削撹拌機構６地盤改良材供給機構
７スイベルジョイント８地盤改良材貯留タンク
９水槽 10 地盤改良材混合プラント
11 地盤改良材吐出ポンプ 12 昇降支持体
13 駆動体 14 掘削軸
15 掘削翼 16 撹拌翼
17 内側軸 18 外側軸
19,20 駆動モータ 21 制御装置
22 掘削翼体 23 掘削ビット
24 最内側撹拌翼 25 内側撹拌翼
26 外側撹拌翼 27 最内側撹拌翼体
28 内側撹拌翼体 29 内側撹拌翼上部片
30 内側撹拌翼中途部片 31 内側撹拌翼下部片
32 環状体 33,34,35 撹拌片
36 連結片 37 外側撹拌翼体
38 外側撹拌翼上部片 39 外側撹拌翼中途部片
40 外側撹拌翼下部片 41 環状体
42,43 撹拌片 44〜49 地盤改良材注入口
50〜55 注入装置 56 掘削軸
57 支持体 58 供回り防止翼体
59 内側撹拌翼体 60 外側撹拌翼体
61 撹拌片 62 最内側撹拌翼体
63 撹拌片

Claims

掘削軸に中途部を外方へ膨出させた内側撹拌翼体と外側撹拌翼体とをそれぞれ複数設けた地盤改良装置において、
翼内での土壌の移動方向や移動速度を不規則なものとなるように、複数設けた内側撹拌翼体のうちの一部の内側撹拌翼体に形成した地盤改良材注入口の開口部の形状が他とは異なる形状を有して一部の内側撹拌翼体から吐出する地盤改良材の吐出形状を他とは異ならせることを特徴とする地盤改良装置。
前記内側撹拌翼体の地盤改良材注入口に地盤改良材の吐出口を有するアダプターを着脱自在に設けたことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。