JP6333631B2 - 地盤掘削混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤改良工事において地盤を掘削し、現状土とセメントミルクとを混合するために用いられる地盤掘削混合装置に関するものである。

軟弱な地盤を強固な地盤に改良するための工法として、地盤を所定の深さの円柱状に掘削しながらセメントミルク等の固化材を流し込んで攪拌、混合し、そのセメントミルクで湿潤した掘削土を固化させて柱状改良体を造成する方法が知られている。また、そのような柱状改良体の造成工事に用いられる地盤掘削混合装置として、管本体の先端に、掘削爪を付設してなる２つの棒状の掘削翼を、管本体の外周から放射方向に一直線状に突出するように設け、それらの掘削翼の上側に、２つの棒状の攪拌羽根を、管本体の外周から放射方向に一直線状に突出するように設けるとともに、セメントミルクを吐出させるための吐出口を、一対の掘削翼の基端に設けたものが知られている（特許文献１）。

特開２００１−３２３４５５号公報

しかしながら、上記従来の地盤掘削混合装置は、セメントミルクが管本体の先端から下方に流下するだけであるので、管本体の先端付近の地盤にセメントミルクが広く拡散しないため、管本体の先端付近の地盤を十分に軟化させることができない。それゆえ、土塊を細かく粉砕することができず、造成される柱状改良体の均一性が低くなってしまう上、地盤を掘削する際に掘削翼が高い推進力を発生させることができないため、柱状改良体の造成工事を効率的に行うことができない。また、掘削爪が損傷し易く、短期間の内に掘削爪を交換しなければならない、という不具合もある。

本発明の目的は、上記従来の地盤掘削混合装置が有する問題点を解消し、地盤を掘削する際に高い推進力を発揮し、セメントミルクで湿潤した掘削土を十分に攪拌することができ、柱状改良体の造成工事を短時間の内に効率的に行うことが可能で、メンテナンスの容易な地盤掘削混合装置を提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、セメントミルクを流下可能で長尺な管本体の先端に、先を尖らせた掘削体が下向きに設けられているとともに、管本体の先端際に、複数の掘削爪を下方に突出させた長尺状の掘削翼が、管本体の外周から放射方向に突出するように設けられており、かつ、その掘削翼の上方に、長尺状の共回り防止翼が、管本体の外周から放射方向に突出するように、かつ、管本体に対して回転可能に設けられており、なおかつ、その共回り防止翼の上方あるいは下方に、長尺状の混合翼が、管本体の外周から放射方向に突出するように設けられた地盤掘削混合装置であって、前記管本体の先端に、管本体の内部を流下したセメントミルクを排出させるための排出口が設けられているとともに、その排出口の下側に、排出口から排出されたセメントミルクを左右に分散させるための断面半筒状の分散部材が設けられていることを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記掘削体が、中央を下向きのＶ字状に屈曲させた帯状のものであり、両端が管本体の外周に固着されているとともに、その掘削体によって、前記分散部材の中央部分の下側が支持されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、前記分散部材が、前記掘削翼と略平行に設けられていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の地盤掘削混合装置は、管本体の排出口から流下したセメントミルクを分散部材によって管本体の先端付近の地盤に広く拡散し、地盤を軟化させることができるので、高い推進力を発揮して地盤を効率良く掘削することができる上、混合翼によって土塊を細かく砕いて、均一性が高く強度の高い柱状改良体を短時間の内に効率良く造成することができる。その上、掘削爪が損傷しにくいので、メンテナンスが容易である。

請求項２に記載の地盤掘削混合装置は、掘削体によって分散部材の中央部分の下側が被覆された状態になっているので、分散部材が損傷しにくく、長期間に亘ってセメントミルクを拡散させる機能を発揮することができる。また、分散部材の上面が開放された状態になっているので、分散部材の内部が土壌により詰まった場合には、その事態を容易に解消することができる。

請求項３に記載の地盤掘削混合装置は、分散部材が、掘削翼と略平行に設けられているため、地盤中の硬い瓦礫等に分散部材が衝突する事態が起こりにくいので、分散部材が壊れにくく、長期間に亘って地盤を掘削混合する機能を発揮することができる。

地盤掘削混合装置の正面図である。 地盤掘削混合装置の右側面図である。 地盤掘削混合装置の斜視図である。 支持部材の斜視図（ａ）および正面図（ｂ）である。

以下、本発明に係る地盤掘削混合装置を、図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図３は、それぞれ、地盤掘削混合装置の正面図、右側面図、斜視図である。地盤掘削混合装置１は、管本体２、掘削翼３，３、共回り防止翼６，６、混合翼として機能する第一混合翼５，５および第二混合翼７，７、掘削体８、分散部材９等を組み付けることによって一体的に構成されている。

管本体２は、厚さ約２０ｍｍの鋼鉄によって、長さ約６１５ｍｍで直径（外径）約１３９．８ｍｍの長尺な中空の円柱状に形成されている。また、管本体２の上側には、下方から上方にかけて次第に径が大きくなるようにテーパ部が設けられており、当該テーパ部の上側には、一定径の扁平な円柱状の大径部が設けられている。そして、基端には、掘削機械（図示せず）に結合させるための長さ約２００ｍｍの肉厚な円筒状の結合部１０が設けられている。一方、管本体２の先端には、底板（図示せず）が溶接されており、その底板の中央から、セメントミルクを排出するための排出口として機能する直径（外径）約６０．５ｍｍの円筒形の排出管４が下方に突出した状態になっている。

また、管本体２の下端には、掘削体８が設けられている。当該掘削体８は、超硬合金によって所定の幅（左右幅約４８ｍｍ）の略帯状に形成されており、中央部分が下向きのＶ字状に屈曲して尖った状態（逆円錐状）になっている。そして、中央付近の面（逆円錐状の面）が、外側から中央にかけて所定の角度（約３０°）で下向きに傾斜した状態になっている。一方、中央部分の内側面は、円弧状に湾曲した状態になっている。かかる掘削体８は、両端の部分の内側を管本体２の外周に当接させた状態で両端部の外周を溶接することによって、管本体２の先端に固着されている。

一方、分散部材９は、厚さが約４．５ｍｍの鋼鉄板を屈曲させることによって、長さが約２００ｍｍで約３５ｍｍの曲率半径（内径の曲率半径）を有する半円筒状に形成されている（したがって、前後の内側の幅が約７０ｍｍになっている）。当該分散部材９は、中央部分の外面を、掘削体８の中央部分の内側面に当接させた状態で、溶接によって掘削体８に固着されており、左右それぞれの約７６ｍｍの部分が、掘削体８から露出した状態になっている。

さらに、分散部材９の左右の下側には、支持部材１３，１３が固着されている。図４は、支持部材１３を示したものであり、各支持部材１３，１３は、厚さが約６．２ｍｍの鋼鉄板を裁断することによって、略三角形（正確には、三角形の先端際をわずかに切り落とした台形）の板状（扁平な略三角柱状）に形成されており、下面が、外側から中央にかけて所定の角度（約２０°）で下向きに傾斜した状態になっている。かかる支持部材１３，１３は、水平な上面を分散部材９の左右の突出部分の下面に溶接するとともに、鉛直な側面を掘削体８の側面に溶接することによって、分散部材９および掘削体８に固着されており、分散部材９の左右の突出部分を下側から支えた状態になっている。なお、各支持部材１３，１３の外側の先端部分（長方形状の部分）は、分散部材９の側面と面一になっている。

また、管本体２の先端際であって掘削体８の溶接部分の上側には、２つの掘削翼３，３が、管本体２の中心から左右に突出するように、溶接によって固着されている。各掘削翼３，３は、厚さ約６．２ｍｍの鋼鉄板によって、左右の長さ×前後の長さ＝約２３２ｍｍ×約２３２ｍｍの略長方形に形成されており、それぞれ、板面を管本体２の軸方向に対して＋４５°，−４５°傾斜させた状態で固着されている。また、各掘削翼３，３の下端は、約３９ｍｍの距離（鉛直方向における距離）を隔てて、分散部材９と平行に配置された状態になっている。そして、それらの各掘削翼３，３の下端縁際には、四角柱状で先端を尖らせた２つの掘削爪１１、１１が、所定の角度を隔てて平行に、かつ、掘削翼３の長手方向に対して直交するように設けられており、各掘削翼３，３の下端から約７０ｍｍだけ突出した状態になっている。

また、各掘削翼３，３から約３４ｍｍの距離（鉛直方向における間隔）を隔てた上方には、第一混合翼５，５が、管本体２の中心から左右に突出するように設けられている。各第一混合翼５，５は、厚さ約２４ｍｍの鋼鉄板によって横長な長方形の板状に形成されており、前後方向の長さ約２２８ｍｍ×幅（左右）約７８ｍｍの大きさを有している。そして、各掘削翼３，３および管本体２と直交するように、板面を水平にした状態で管本体２に固着（溶接）されている。

さらに、各第一混合翼５，５から約１４６ｍｍの距離（鉛直方向における間隔）を隔てた上方には、共回り防止翼６，６が、管本体２の中心から左右に突出するように、かつ、回転自在に設けられている。共回り防止翼６，６は、厚さが約４８ｍｍで横方向の長さ約２６０ｍｍ×高さ約９８ｍｍの長方形状の鋼鉄板を、管本体２に対して回転自在に設けられた回転支持体１２にボルトとナットとで螺着することによって形成されている。かかる共回り防止翼６，６の横幅（回転支持体１２を含めた横幅、すなわち、管本体２の中心から放射方向への突出長さ）は、掘削翼３，３、第一混合翼５，５、第二混合翼７，７よりも長くなっている。また、共回り防止翼６，６は、第一混合翼５，５および第二混合翼７，７との共回り防止効率を高める（土壌から受ける抵抗を高める）ために、両端際の部分がその他の部分よりも広幅（上下方向に幅広）に形成されている。

加えて、各共回り防止翼６，６から約１０６ｍｍの距離（鉛直方向における間隔）を隔てた上方には、第二混合翼７，７が、管本体２の中心から左右に突出するように設けられている。各第二混合翼７，７は、第一混合翼５，５と同様に、厚さ約２４ｍｍの鋼鉄板によって横長な長方形の板状に形成されており、横方向の長さ約２０８ｍｍ×幅（前後）約７８ｍｍの大きさを有している。そして、各第一混合翼５，５および管本体２と直交し、掘削翼３，３と平行となるように、板面を水平にした状態で管本体２に固着（溶接）されている。

［地盤掘削混合装置の使用方法］
上記の如く構成された地盤掘削混合装置１は、軟弱な地盤における柱状改良体の造成工事等に好適に用いることができる。地盤掘削混合装置１を用いて柱状改良体の造成工事を実施する場合には、地盤掘削混合装置１を地面に突き立てて、圧力を加えて管本体２を回転させながら地中に押し込む。また、かかる回転とともに、上部から管本体２の内部にセメントミルクを圧入して排出口（排出管４）から外部に吐出させる。

上記の如く管本体２を回転させると、管本体２の先端に固着された掘削体８および掘削翼３，３によって、高い推進力で地盤が掘削される。また、管本体２の回転に伴って、管本体２に固着された掘削翼３，３、第一混合翼５，５、第二混合翼７，７により、セメントミルクで湿潤した現状土（掘削土）が効率的に混合、攪拌される。なお、共回り防止翼６，６が管本体２の回転に拘わらず、回転しない状態（あるいは管本体２の回転速度より遅い回転速度で回転した状態）を保持するため、鉛直方向に対して傾斜した方向への掘削を効果的に防止する。また、掘削翼３，３、第一混合翼５，５、第二混合翼７，７と共回り防止翼６，６との回転速度差により適度なシェアが生じることによって、土壌を細かく粉砕することが可能となる。それゆえ、軸が正確な直線状で均一質の柱状改良体（ここでは、正確に鉛直下方を向いた柱状改良体）を形成することが可能となる。

そして、十分な深さまで管本体２を回転させて立て込み、セメントミルクによって湿潤した円柱状の土壌を形成した後には、管本体２を逆回転させながら引き抜き、十分に時間をかけて養生させることによって、セメントミルクを固化させる。

［地盤掘削混合装置の効果］
地盤掘削混合装置１は、上記の如く、管本体２の先端に、管本体２の内を流下したセメントミルクを排出させるための排出口（排出管４）が設けられているとともに、その排出口の下側に、排出口から排出されたセメントミルクを左右に分散させるための断面半筒状の分散部材９が設けられている。したがって、排出口から流下したセメントミルクを分散部材９によって管本体２の先端付近の地盤に広く拡散し、地盤を軟化させることができるので、高い推進力を発揮して地盤を効率良く掘削することができる上、混合翼（第一混合翼５，５および第二混合翼７，７）によって土塊を細かく砕いて、均一性が高く強度の高い柱状改良体を短時間の内に効率良く造成することができる。その上、掘削爪１１，１１が損傷しにくいので、メンテナンスが容易である。

また、地盤掘削混合装置１は、掘削体８が、中央を下向きのＶ字状に屈曲させた略帯状のものであり、両端が管本体２の外周に固着されているとともに、その掘削体８によって、分散部材９の中央部分の下側が支持（支承）されているため、分散部材９が損傷しにくく、長期間に亘ってセメントミルクを拡散させる機能を発揮することができる。また、分散部材９の上面が開放された状態になっているので、分散部材９の内部が土壌により詰まった場合には、その事態を容易に解消することができる。

さらに、地盤掘削混合装置１は、分散部材９が、掘削翼３，３と略平行に設けられているため、地盤中の硬い瓦礫等に分散部材９が衝突する事態が起こりにくいので、分散部材９が壊れにくく、長期間に亘って地盤の掘削混合機能を発揮することができる。

加えて、地盤掘削混合装置１は、分散部材９が支持部材１３，１３によって支えられているので、地盤中の硬い瓦礫等に衝突した場合でも分散部材９が壊れにいため、分散部材９を頻繁に交換する必要がなく、メンテナンスが容易である。また、管本体２の先端部分は、略帯状の掘削体８と支持部材１３，１３とが直交してプラスドライバーの如き形状になっているので、管本体２を回転させた場合の地盤の掘削効率および混合効率がきわめて良好である。

［地盤掘削混合装置の変更例］
なお、本発明に係る地盤掘削混合装置の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、管本体、掘削体、掘削翼、共回り防止翼、混合翼（第一混合翼、第二混合翼）、分散手段等の材質、形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、本発明に係る地盤掘削混合装置は、上記実施形態の如く、第一混合翼，第二混合翼という２種類の混合翼を設けたものに限定されず、１種類あるいは３種類以上の混合翼を設けたものに変更することも可能である。また、地盤掘削混合装置は、上記実施形態の如く、左右の掘削翼がそれぞれ２つずつの掘削爪を有しているものに限定されず、左右の掘削翼が１個あるいは３個以上の掘削爪を有しているものに変更することも可能である。さらに、共回り防止翼は、上記実施形態の如く、左右の先端際を他の部分より幅広に形成したものに限定されず、左右の先端際の幅が他の部分と略同一のものでも良い。加えて、共回り防止翼は、管本体の中心から左右に放射状に突出したものに限定されず、管本体の中心から等角度の間隔で３本以上放射状に突出したものでも良い。

本発明の地盤掘削混合装置は、上記の如く優れた効果を奏するものであるから、柱状改良体の造成工事用の装置として好適に用いることができる。

１・・地盤掘削混合装置
２・・管本体
３・・掘削翼
４・・排出管（排出口）
５・・第一混合翼（混合翼）
６・・共回り防止翼
７・・第二混合翼（混合翼）
８・・掘削体
９・・分散部材

Claims (3)

1. セメントミルクを流下可能で長尺な管本体の先端に、先を尖らせた掘削体が下向きに設けられているとともに、管本体の先端際に、複数の掘削爪を下方に突出させた長尺状の掘削翼が、管本体の外周から放射方向に突出するように設けられており、かつ、その掘削翼の上方に、長尺状の共回り防止翼が、管本体の外周から放射方向に突出するように、かつ、管本体に対して回転可能に設けられており、なおかつ、その共回り防止翼の上方あるいは下方に、長尺状の混合翼が、管本体の外周から放射方向に突出するように設けられた地盤掘削混合装置であって、
   前記管本体の先端に、管本体の内部を流下したセメントミルクを排出させるための排出口が設けられているとともに、その排出口の下側に、排出口から排出されたセメントミルクを左右に分散させるための断面半筒状の分散部材が設けられていることを特徴とする地盤掘削混合装置。
2. 前記掘削体が、中央を下向きのＶ字状に屈曲させた帯状のものであり、両端が管本体の外周に固着されているとともに、その掘削体によって、前記分散部材の中央部分の下側が支持されていることを特徴とする請求項１に記載の地盤掘削混合装置。
3. 前記分散部材が、前記掘削翼と略平行に設けられていることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の地盤掘削混合装置。

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