JP6391981B2 - オーガ装置及び地盤改良工法 - Google Patents

Description

本発明は、オーガ装置及びオーガ装置を用いた地盤改良工法に関する。

従来、らせん翼が設けられているオーガロッドの先端に、モルタル噴射孔が形成されたオーガ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このオーガ装置は、オーガロッドを回転させて地盤を掘削し、所定の掘削を完了後にオーガ装置全体を地上に引き抜くとともにロッド先端からモルタル等の充填材を吐出して、地中に円柱状の改良体を形成する地盤改良工法に用いられる。

実開平７−２５０３２号公報

しかしながら、上記従来技術のように、送注管を通ったモルタル等の充填材を噴射させて吐出するオーガ装置は、オーガ軸の径を目一杯利用し、送注管の径を広く確保していないため、例えばコンクリートに含まれる粗骨材（砂利）を通すことは困難であり、またモルタルに含まれる細骨材（砂）等が、一度送注管内部で目詰まりを起こしてしまうと、たちまち施工不能に陥ってしまう、といった問題があった。

本発明の目的は、地盤の改良を良好に行うことができるオーガ装置及び地盤改良工法を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、オーガ装置であって、
筒状のケーシングと、
オーガ軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリューを有し、前記ケーシング内に配されているオーガスクリューと、
を備え、
前記オーガ軸は、コンクリートを含む固化材を送液可能な管状部材であり、
前記オーガ軸の先端には、そのオーガ軸の長手方向に沿って上下に移動可能であり、上方に移動した配置で前記オーガ軸の先端側の開口を閉じ、下方に移動した移動量に応じて前記固化材の吐出量を調整する制御弁が設けられており、
前記オーガ軸の後端には、所定の駆動機構により回転され前記オーガ軸を軸心に回転する回転駆動部が配設されており、
前記回転駆動部には前記オーガ軸の管内に連通する送液路が設けられ、前記送液路にスイベルジョイントを介して注入口が接続されており、
前記制御弁は、掘削時には上方に移動されて前記開口を閉じ、前記固化材の吐出時には下方に移動されて前記開口を開くように構成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のオーガ装置において、
前記注入口と前記送液路と前記オーガ軸の内壁は、略面一に繋がっていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のオーガ装置において、
前記制御弁は前記オーガ軸とともに回転するように構成されており、前記制御弁の下端外面には掘削爪が設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３の何れか一項に記載のオーガ装置を用いた地盤改良工法であって、
前記オーガ装置で地盤を掘削した掘削孔から前記オーガスクリュー及び前記ケーシングを引き抜く過程で、前記オーガ軸の管内を送液した固化材を前記オーガ軸から吐出して、前記掘削孔内に改良体を形成することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の地盤改良工法において、
前記固化材を吐出した後、前記オーガ装置を下方に押し付けることにより、前記固化材を加圧する工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、地盤の改良を良好に行うことができる。

本実施形態のオーガ装置を一部断面視して示す側面図である。 本実施形態のオーガ装置を用いた地盤改良工法に関する説明図である。 地盤改良工法における排土工程（ａ）と、固化材充填工程（ｂ）を示す説明図である。 本実施形態のオーガ装置を用いた地盤改良工法に関する説明図である。 他の実施形態のオーガ装置の先端部分を示す斜視図である。 他の実施形態のオーガ装置の排土工程での制御弁の配置（ａ）と、固化材充填工程での制御弁の配置（ｂ）を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るオーガ装置及び地盤改良工法の実施形態について詳細に説明する。

本実施形態のオーガ装置１０は、図１に示すように、ケーシング１と、ケーシング１内に配されているオーガスクリュー２と、オーガスクリュー２に回転駆動力を付与するオーガモータ３等を備えている。

オーガスクリュー２は、オーガ軸２ａの周囲に螺旋状に設けられたスクリュー２ｂを有している。
オーガ軸２ａは先端と後端に開口が形成されている管状部材であり、コンクリートを含む固化材を送液可能な内径サイズを有している。
このオーガ軸２ａの後端には、所定の駆動機構であるオーガモータ３により回転され、オーガ軸２ａを軸心にして回転するメインギア４が配設されている。

ケーシング１は、側面に排土口１ｂ（図２参照）が形成されている筒状の部材であり、その内部にオーガスクリュー２を保持している。
ケーシング１の上端部１ａには、メインギア４を覆うギアケース体５が配設されており、ギアケース体５上にオーガモータ３が固設されている。
オーガモータ３は、モータ軸を軸心に回転するピニオンギア３ａを備えており、このピニオンギア３ａとメインギア４が歯合している。つまり、オーガモータ３が作動してピニオンギア３ａが回動することで、回転駆動部であるメインギア４が回転し、オーガ軸２ａを軸心にオーガスクリュー２を回転させるようになっている。

メインギア４にはオーガ軸２ａの管内に連通する送液路４ａが設けられており、この送液路４ａにスイベルジョイント６ａを有する注入口６が接続されている。
スイベルジョイント６ａは、ギアケース体５の上面開口５ａを通じて送液路４ａの内面に摺接可能に配されており、注入口６の開口端６ｃは後述するシリンダカバー９から露出した位置に設けられている。また、スイベルジョイント６ａには水平方向に張り出したフランジ６ｂが形成されており、このフランジ６ｂがギアケース体５の上面に接した状態で配されている。
この注入口６がスイベルジョイント６ａを介して送液路４ａに接続されているので、メインギア４とオーガスクリュー２が回転しても、注入口６の開口端６ｃは向きを変えることがない。この開口端６ｃに、固化材をオーガ装置１０に供給するための供給管が取り付けられる。
また、注入口６と送液路４ａとオーガ軸２ａの内壁は略面一に繋がっており、部材間に段差が無い状態で接続されている。

また、オーガ軸２ａは、注入口６から注入された固化材を先端側へ送液する送液管として機能する。オーガ軸２ａの先端側には、先端の開口２ｃを開閉するための制御弁７が設けられている。
制御弁７は、開閉制御棒７ａの下端に設けられており、開閉制御棒７ａの上端は連結部７８を介して油圧シリンダ８に取り付けられている。油圧シリンダ８は、ギアケース体５の上面開口５ａを塞ぐように設けられているシリンダカバー９の天面内部に固定されている。
この油圧シリンダ８がシリンダロッド８ａを進退させることで、開閉制御棒７ａを上下動させて制御弁７を上下に移動させる。つまり、油圧シリンダ８がシリンダロッド８ａを前進させることで制御弁７を下方に移動させて開口２ｃを開くことができ、またシリンダロッド８ａを後退させることで制御弁７を上方に移動させて開口２ｃを閉じることができる。
つまり、制御弁７を移動させてオーガ軸２ａの開口２ｃを開閉することで、固化材の放出／停止を切り替えることができる。また、制御弁７の移動量を調整することで固化材の吐出量を調整することができる。
なお、開閉制御棒７ａは、注入口６の側面を貫いて配設されているため、注入口６に形成された貫通孔と開閉制御棒７ａとの隙間を封止するためシール部材６７が注入口６の外面に設けられている。

次に、このオーガ装置１０を用いた地盤改良工法について説明する。

まず、オーガ装置１０が地面に対し鉛直な姿勢となるように、例えば、周知の圧入機１００によってオーガ装置１０を支える。
例えば、図２に示すように、地盤改良を行う地点に配置したフレーム部２０に設けられている固定板２０ａに圧入機１００を据え付けて、フレーム部２０上に設置した圧入機１００によってオーガ装置１０を支える。オーガ装置１０の注入口６には、固化材Ｓをオーガ装置１０に供給するための供給管Ｐが取り付けられている。
なお、ここでは、オーガ装置１０を挟んで固定板２０ａ（圧入機１００）の反対側のフレーム部２０上にウエイト部材Ｗを載置している。フレーム部２０上に載置したウエイト部材Ｗの重量を利用して、圧入機１００が傾倒しないようにフレーム部２０の水平姿勢を保ち、圧入機１００及びオーガ装置１０の姿勢を安定させるようになっている。

フレーム部２０は、例えば、鋼板や鋼材を溶接あるいはボルトなどによって一体化したステージ状の工作物であり、オーガ装置１０のケーシング１が通される挿通口２０ｂが設けられている。
固定板２０ａは、後述する圧入機１００のクランプ装置１１で挟持することができ、フレーム部２０上の圧入機１００を支持することが可能な構造を有している。

圧入機１００は、フレーム部２０の固定板２０ａの上端側を挟んで保持する複数のクランプ装置１１…を有するサドル１２と、サドル１２に対して前後動可能なスライドベース１３と、スライドベース１３上で左右に旋回可能なリーダーマスト１４と、リーダーマスト１４の前面に昇降可能に取り付けられたチャック装置１５と、リーダーマスト１４に対してチャック装置１５を昇降駆動する油圧シリンダである昇降機構１６と、を備えている従来公知の機器である。
この圧入機１００のチャック装置１５でオーガ装置１０のケーシング１を把持してオーガ装置１０を支えることができる。

チャック装置１５は、その背面側がリーダーマスト１４の前面側に昇降可能に嵌合した状態とされるとともに、リーダーマスト１４とチャック装置１５に接続された昇降機構１６により昇降駆動されるようになっている。
そして、チャック装置１５が把持したオーガ装置１０（ケーシング１）を地中に送入する際、チャック装置１５の昇降範囲は所定のストローク長に限られているので、オーガ装置１０を把持してチャック装置１５を下降させることと、オーガ装置１０を離してチャック装置１５を上昇させることを繰り返すようになっている。これにより、チャック装置１５が昇降する１ストローク分ずつオーガ装置１０を地中に送り込むことが繰り返され、チャック装置１５の昇降範囲より深くオーガ装置１０を地中に送入することが可能になっている。
同様に、オーガ装置１０を把持してチャック装置１５を上昇させることと、オーガ装置１０を離してチャック装置１５を下降させることを繰り返して、オーガ装置１０を地中から引き上げることが可能になっている。

そして、オーガモータ３を作動させてオーガスクリュー２を回転させたオーガ装置１０を圧入機１００によって地中に下降させていき、オーガ装置１０で地盤Ｇを掘削する。
次いで、図３（ａ）に示すように、オーガ装置１０により所定の深度まで地盤Ｇを掘削した掘削孔Ｈからオーガスクリュー２の駆動によって土砂Ｄを取り除く。

次いで、図３（ｂ）に示すように、掘削孔Ｈから土砂Ｄを取り除いた後、制御弁７を開き、オーガ軸２の先端の開口２ｃから固化材Ｓを吐出しながらオーガスクリュー２及びケーシング１を引き抜く。この際に併せて、オーガ装置１０を下方に押し付けて掘削孔Ｈ内の固化材Ｓを加圧することで、固化材Ｓを圧密・拡径し、固化材Ｓの強度を高めるとともに、固化材Ｓの周辺地盤を圧密し強固な支持地盤を形成する。そして、開口２ｃから固化材Ｓを吐出する工程と、オーガ装置１０の下方押し付けにより固化材Ｓを加圧する工程とを繰り返し、掘削孔Ｈに固化材Ｓを充填する。なお、固化材Ｓはコンクリートやモルタル等であり、供給管Ｐなどを通じて送液可能な流動性を有している。また、供給管Ｐはコンクリートやモルタルに含まれる粗骨材（砂利）や細骨材（砂）が目詰まりを起こすことなく、固化材Ｓを好適に送液できる内径サイズを有している。

次いで、掘削孔Ｈに充填した固化材Ｓを養生して硬化させて、掘削孔Ｈ内に柱状の改良体を形成する。
そして、オーガ装置１０による地盤Ｇの掘削位置を変えての掘削孔Ｈの形成、掘削孔Ｈからの土砂Ｄの除去、掘削孔Ｈへの固化材Ｓの充填を繰り返して、地盤改良を行う地点に所定数の改良体を形成して、地盤改良工事を終える。

このように、本実施形態のオーガ装置１０を用いれば、固化材Ｓを好適に掘削孔Ｈに充填し、その掘削孔Ｈ内に柱状の改良体を形成することができるので、地盤の改良を良好に行うことができる。
つまり、従来技術のように、送注管を通ったモルタル等の充填材を噴射させて吐出するオーガ装置においては、送注管の径が広く確保されておらず、粗骨材（砂利）や細骨材（砂）が目詰まりをおこし、固化材Ｓを送液できないといった問題があったが、オーガ軸２ａは粗骨材（砂利）や細骨材（砂）を含んだ固化材Ｓを好適に送液できる内径サイズを有しているので、注入口６から注入された固化材Ｓが流路で詰まることなく、送液路４ａを通じてオーガ軸２ａの開口２ｃから好適に吐出することができ、固化材Ｓを掘削孔Ｈに良好に充填して改良体を形成することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図４に示すように、オーガ装置１０が地面に対し鉛直な姿勢となるように、オーガ装置支持機２００によってオーガ装置１０を支えてもよい。

オーガ装置支持機２００は、図４に示すように、ステージ状のフレーム部３０と、フレーム部３０上に設けられた支持部４０とを備えている。

フレーム部３０は、フレーム部３０の延在する方向に沿って互いに異なる向きに伸縮する一対のアーム３０ａを備えている。
このフレーム部３０をクレーンなどで吊り下げた状態で、フレーム部３０の両側に存在する構造物Ｋ（例えば、杭や壁など）に向けてアーム３０ａを張り出すことで、その構造物Ｋ間にフレーム部３０が固定されるようになっている。

支持部４０は、フレーム部３０上での設置位置を変更可能に設けられており、例えばフレーム部３０上のレールに沿って移動し、任意の位置でストッパーによって固定されるようになっている。
この支持部４０は、オーガ装置１０のケーシング１を把持するチャック機構１５０と、チャック機構１５０を昇降駆動する油圧シリンダである昇降機構１６０等を備えて構成されている。
そして、オーガ装置１０を把持したチャック機構１５０を下降させることと、オーガ装置１０を離してチャック機構１５０を上昇させることを繰り返して、オーガ装置１０を地中に送り込むことが可能になっている。同様に、オーガ装置１０を把持したチャック機構１５０を上昇させることと、オーガ装置１０を離してチャック機構１５０を下降させることを繰り返して、オーガ装置１０を地中から引き上げることが可能になっている。

このようなオーガ装置支持機２００で支えているオーガ装置１０によって地盤Ｇを掘削し、掘削孔Ｈからオーガスクリュー２の駆動によって土砂Ｄを取り除いた後、掘削孔Ｈに固化材Ｓを充填することで、掘削孔Ｈ内に柱状の改良体を形成することができる。
そして、地盤Ｇの掘削位置を変えての掘削孔Ｈの形成、掘削孔Ｈからの土砂Ｄの除去、掘削孔Ｈへの固化材Ｓの充填を繰り返すことで、構造物Ｋ間に複数の改良体を形成して地盤改良を行うことができる。

なお、以上の実施形態での制御弁７は、固化材Ｓの放出／停止の切り替えや、固化材Ｓの吐出量の調整を担う部材として説明したが、本発明のオーガ装置の制御弁７は、固化材Ｓの放出／停止の切り替えや吐出量の調整を担うとともに地盤の掘削をも担う、いわゆる掘削ヘッドの機能を併せ持った部材であってもよい。
ここで、掘削ヘッドの機能を併せ持った制御弁７を備えたオーガ装置１０について説明する。

例えば、図５に示すように、他の実施形態のオーガ装置１０は、オーガ軸２ａの先端の開口２ｃから軸方向に沿う切欠き溝２ｄが設けられたオーガスクリュー２を備えている。また、このオーガ装置１０の制御弁７は、その外面に設けられた掘削爪７ｂと、切欠き溝２ｄに嵌合する凸部７ｃを備えている。
このように構成された他の実施形態のオーガ装置１０は、図６（ａ）に示すように、制御弁７を上方に移動させてオーガ軸２ａの開口２ｃを閉じて、制御弁７の凸部７ｃで切欠き溝２ｄを閉じた状態では、制御弁７がオーガ軸２ａと一体となって回転するようになっている。すなわち、制御弁７の凸部７ｃが切欠き溝２ｄを閉じるように、凸部７ｃが切欠き溝２ｄに収まっている状態では、掘削爪７ｂを有する制御弁７は掘削ヘッドとして機能するようになっている。また、図６（ｂ）に示すように、制御弁７を下方に移動させてオーガ軸２ａの開口２ｃを開いた状態では、オーガ軸２ａの開口２ｃから固化材Ｓを吐出することが可能になっている。
なお、掘削爪７ｂを有する制御弁７は、オーガ軸２ａを回転させるオーガモータ３を駆動源として回転するように構成されていても、オーガ軸２ａの駆動源とは異なる別の駆動源によって回転するように構成されていてもよい。

なお、上述した実施形態では、オーガ装置１０で地盤を掘削した掘削孔Ｈにオーガ軸２ａから固化材Ｓを吐出しながらオーガスクリュー２及びケーシング１を引き抜くように説明したが、本発明の地盤改良工法はこれに限らず、例えば、オーガ装置１０で地盤を掘削した掘削孔Ｈからオーガスクリュー２及びケーシング１を引き抜く過程において、その引き抜き動作を一旦停止した状態でオーガ軸２ａから固化材Ｓを吐出するようにしてもよい。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ ケーシング
２ オーガスクリュー
２ａ オーガ軸
２ｂ スクリュー
２ｃ 開口
２ｄ 切欠き溝
３ オーガモータ（駆動機構）
３ａ ピニオンギア
４ メインギア（回転駆動部）
４ａ 送液路
５ ギアケース体
６ 注入口
６ａ スイベルジョイント
６ｂ フランジ
６ｃ 開口端
７ 制御弁
７ａ 開閉制御棒
７ｂ 掘削爪
７ｃ 凸部
８ 油圧シリンダ
９ シリンダカバー
１０ オーガ装置
２０ フレーム部
１００ 圧入機
２００ オーガ装置支持機
Ｇ 地盤
Ｈ 掘削孔
Ｄ 土砂
Ｓ 固化材

Claims (5)

1. 筒状のケーシングと、
   オーガ軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリューを有し、前記ケーシング内に配されているオーガスクリューと、
   を備え、
   前記オーガ軸は、コンクリートを含む固化材を送液可能な管状部材であり、
   前記オーガ軸の先端には、そのオーガ軸の長手方向に沿って上下に移動可能であり、上方に移動した配置で前記オーガ軸の先端側の開口を閉じ、下方に移動した移動量に応じて前記固化材の吐出量を調整する制御弁が設けられており、
   前記オーガ軸の後端には、所定の駆動機構により回転され前記オーガ軸を軸心に回転する回転駆動部が配設されており、
   前記回転駆動部には前記オーガ軸の管内に連通する送液路が設けられ、前記送液路にスイベルジョイントを介して注入口が接続されており、
   前記制御弁は、掘削時には上方に移動されて前記開口を閉じ、前記固化材の吐出時には下方に移動されて前記開口を開くように構成されていることを特徴とするオーガ装置。
2. 前記注入口と前記送液路と前記オーガ軸の内壁は、略面一に繋がっていることを特徴とする請求項１に記載のオーガ装置。
3. 前記制御弁は前記オーガ軸とともに回転するように構成されており、前記制御弁の下端外面には掘削爪が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のオーガ装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のオーガ装置を用いた地盤改良工法であって、
   前記オーガ装置で地盤を掘削した掘削孔から前記オーガスクリュー及び前記ケーシングを引き抜く過程で、前記オーガ軸の管内を送液した固化材を前記オーガ軸から吐出して、前記掘削孔内に改良体を形成することを特徴とする地盤改良工法。
5. 前記固化材を吐出した後、前記オーガ装置を下方に押し付けることにより、前記固化材を加圧する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の地盤改良工法。

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