JP6460866B2

JP6460866B2 - 地盤攪拌装置

Info

Publication number: JP6460866B2
Application number: JP2015055834A
Authority: JP
Inventors: 磯谷　修二; 修二磯谷; 渡辺　英次; 英次渡辺
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: JP2016176214A

Description

本発明は、硬質層が存在する地盤に用いて好適な地盤攪拌装置に関する。

この種の地盤攪拌装置として、図５に示すものがある。

この地盤攪拌装置１は、図５に示すように、鉛直で一対の回転軸２，２を備えた二軸タイプのものであり、この各回転軸２の下端２ｂには、複数の掘削ビット４を備えた掘削ヘッド３が取り付けられている。また、各回転軸２の外周面２ａには、上下方向に所定間隔をおいて複数段の攪拌翼５，６が互いに１８０゜位相を異にして半径方向にそれぞれ左右一対突設されている。

各攪拌翼５，６は、細長矩形板状をなすブレード状であり、回転軸２に対して４５゜傾斜するように取り付けられている。また、最下段の左右一対の攪拌翼６，６には、複数の掘削ビット７がそれぞれ取り付けられていると共に、最下段の一方の攪拌翼６には、セメントミルク等の固化材スラリーを吐出するノズル８が取り付けられている。

尚、一対の回転軸２，２は、図示しないオーガ等の駆動装置により互いに逆方向に回転しながら昇降するようになっている。また、一対の回転軸２，２間には、上下一対の共回り防止板９，９がそれぞれ取り付けられている。さらに、各回転軸２及び最下段の一方の攪拌翼６には固化材スラリーの流路がそれぞれ設けられていて、最下段の一方の攪拌翼６に取り付けられたノズル８に固化材スラリーが供給されるようになっている。

そして、この地盤攪拌装置１を用いて地盤を改良する際には、各回転軸２を回転させながら地盤に貫入し、各回転軸２の下端２ｂに取り付けられた掘削ヘッド３の複数の掘削ビット４及び最下段の攪拌翼６の複数の掘削ビット７によって地盤を柱状に掘削する。これら掘削ビット４，７によって掘削された地盤中に最下段の一方の攪拌翼６に取り付けられたノズル８より固化材スラリーを吐出し、複数段の攪拌翼５，６によって固化材スラリーと掘削地盤とを攪拌混合し、固化材スラリーの硬化によって柱状の改良体が形成される。

特開２０１３−７２４０号公報（図１）特開２０１２−１８４６１２号公報（図１）

しかしながら、前記従来の地盤攪拌装置１では、最下段の攪拌翼６の複数の掘削ビット７が略水平位置に取り付けられていて地盤を平面的に削るため、回転負荷が大きくなり、硬質層が存在する地盤を施工する場合に、通常の速度で貫入ができずに長時間を要し、場合によっては、貫入不可能となった。また、硬質の砂礫・岩盤層に着底させる場合、従来の地盤攪拌装置１では、回転軸２の下端２ｂに取り付けられた掘削ヘッド３の掘削ビット４が最下段の攪拌翼６の掘削ビット７よりも下側に位置しているため、掘削ヘッド３の掘削ビット４が先に硬質層に達し、必要な改良径を有する最下段の攪拌翼６を着底させるのに通常の速度で貫入ができずに長時間を要し、場合によっては着底させることができなかった。

これに対処するに、固化材スラリーの濃度を薄めて硬質層を緩めたり、アースオーガ等による先行掘削で硬質層を緩めた後で施工していたが、工期遅延とコスト高になった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、最下段の攪拌翼の形状変更のみで硬質地盤を短時間かつ低コストで施工可能にする地盤攪拌装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、回転自在に垂下される回転軸の外周面に複数段の攪拌翼を径方向の外方にそれぞれ突出するように設けた地盤攪拌装置において、前記回転軸の外周面に設けた最下段の攪拌翼を基端部から先端部に向かうに連れて該回転軸に対する傾斜角度が小さくなるように捻り板状に形成し、前記回転軸の下端に掘削ヘッドを取り付けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の地盤攪拌装置であって、前記最下段の攪拌翼を前記基端部よりも前記先端部が下側に位置するように傾斜させたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２記載の地盤攪拌装置であって、前記最下段の攪拌翼を回転方向の前方に湾曲形成したことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤攪拌装置であって、前記最下段の攪拌翼に複数の掘削ビットをそれぞれ取り付けると共に、前記回転軸の下端の前記掘削ヘッドに掘削ビットを設け、前記最下段の攪拌翼の先端部側に取り付けられた掘削ビットの先端と前記回転軸の下端に取り付けられた前記掘削ヘッドの掘削ビットの先端とを水平位置に位置させたことを特徴とする。

以上説明したように、請求項１の発明によれば、回転軸の外周面に設けた最下段の攪拌翼を基端部から先端部に向かうに連れて回転軸に対する傾斜角度が小さくなるように捻り板状に形成し、回転軸の下端に掘削ヘッドを取り付けたことにより、回転負荷が最も必要な最下段の攪拌翼の先端部側は抵抗が小さくなって、地盤への貫入能力が高く、また、最下段の攪拌翼の基端部側の攪拌効率が良く、貫入能力と攪拌効率を両立させることができる。その結果、最下段の攪拌翼の形状変更のみで硬質地盤を短時間かつ低コストで地盤改良することができる。

請求項２の発明によれば、最下段の攪拌翼を基端部よりも先端部が下側に位置するように傾斜させたことにより、地盤の硬質層の貫入時に最下段の攪拌翼の先端部側から基端部側に順に削るので、回転負荷を低減することができる。その結果、貫入能力を高めることができる。

請求項３の発明によれば、最下段の攪拌翼を回転方向の前方に湾曲形成したことで、掘削した地盤が回転軸側と地表面側に移動し易くなるため、貫入能力をより一段と高めることができる。

請求項４の発明によれば、最下段の攪拌翼に複数の掘削ビットをそれぞれ取り付けると共に、回転軸の下端の掘削ヘッドに掘削ビットを設け、最下段の攪拌翼の先端部側に取り付けられた掘削ビットの先端と回転軸の下端に取り付けられた掘削ヘッドの掘削ビットの先端とを水平位置に位置させたことにより、Ｎ値５０以上の砂礫・岩盤層が存在する深度まで貫入させて確実に着底させることができる。

本発明の一実施形態の地盤攪拌装置を示す正面図である。上記地盤攪拌装置に用いられる最下段の攪拌翼の要部の説明図である。上記最下段の攪拌翼を底面側から見た説明図である。上記地盤攪拌装置と従来の地盤攪拌装置による貫入深度と貫入時間を比較した施工記録結果の説明図である。従来の地盤攪拌装置の正面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態の地盤攪拌装置を示す正面図、図２は同地盤攪拌装置に用いられる最下段の攪拌翼の要部の説明図、図３は同最下段の攪拌翼を底面側から見た説明図である。

図１に示すように、地盤攪拌装置１０は、鉛直で一対の回転軸１１，１１を備えた二軸タイプのものであり、この回転自在に垂下される各回転軸１１の下端１１ｂには、複数の掘削ビット１３を備えた掘削ヘッド１２が取り付けられている。

また、各回転軸１１の外周面１１ａには、上下方向に所定間隔をおいて複数段の攪拌翼１４，１５，１６が互いに９０゜位相を異にして径方向の外方にそれぞれ突出するようにそれぞれ左右一対突設されている。

最上段の左右一対の攪拌翼１４，１４と中段の左右一対の攪拌翼１５，１５は、細長矩形板状をなすブレード状であり、回転軸１１に対して４５゜傾斜するようにそれぞれ取り付けられている。

最下段の左右一対の攪拌翼１６，１６は、捻り板状であり、基端部１６ａから先端部１６ｂに向かうに連れて傾斜角度が小さくなるように捻り形成されている。即ち、図２に示すように、各攪拌翼１６の基端部１６ａは、回転軸１１に対して４２゜傾斜し、先端部１６ｂに向かうに連れて傾斜角度（θ）が徐々に小さくなって行き（４２゜〜３０゜）、先端部１６ｂは、回転軸１１に対して３０゜傾斜するように捻り形成されている。

また、図１及び図２に示すように、最下段の左右一対の攪拌翼１６，１６は、基端部１６ａよりも先端部１６ｂが下側に位置するように傾斜している。さらに、図３に示すように、最下段の左右一対の攪拌翼１６，１６は、回転方向の前方Ｍに略Ｓ字状に湾曲形成されている。

また、最下段の左右一対の攪拌翼１６，１６には、複数の掘削ビット１７がそれぞれ取り付けられている。図１に示すように、各攪拌翼１６の先端部１６ｂ側に取り付けられた掘削ビット１７の先端と各回転軸１１の下端１１ｂに取り付けられた掘削ヘッド１２の掘削ビット１３の先端とは水平位置に位置している。

さらに、最下段の左右一対の攪拌翼１６，１６の一方の攪拌翼１６には、セメントミルク等の固化材スラリーを吐出するノズル１８が取り付けられている。

尚、一対の回転軸１１，１１は、図示しないオーガ等の駆動装置により互いに逆方向に回転しながら昇降するようになっている。また、一対の回転軸１１，１１間には、上下一対の共回り防止板１９，１９がそれぞれ取り付けられている。さらに、各回転軸１１及び最下段の一方の攪拌翼１６には固化材スラリーの流路がそれぞれ設けられていて、最下段の一方の攪拌翼１６に取り付けられたノズル１８に固化材スラリーが供給されるようになっている。

以上実施形態の地盤攪拌装置１０を用いて硬質層が存在する地盤を施工する場合には、各回転軸１１を回転させながら地盤に貫入し、各回転軸１１の下端１１ｂに取り付けられた掘削ヘッド１２の複数の掘削ビット１３及び最下段の左右一対の攪拌翼１６，１６の複数の掘削ビット１７によって地盤を柱状に掘削する。これら掘削ビット１３，１７によって掘削された地盤中に最下段の一方の攪拌翼１６に取り付けられたノズル８よりセメントミルク等の固化材スラリーを吐出し、複数段の攪拌翼１４，１５，１６によって固化材スラリーと掘削地盤とを攪拌混合し、固化材スラリーの硬化によって柱状の改良体が形成される。

この際、掘削ヘッド１２の掘削ビット１３と共に、基端部１６ａから先端部１６ｂに向かうに連れて傾斜角度が小さくなるように捻り形成した最下段の攪拌翼１６の掘削ビット１７で硬質層が存在する地盤を掘削することにより、回転負荷が最も必要な最下段の攪拌翼１６の先端部１６ｂ側は抵抗が小さくなって、地盤への貫入能力が高く、また、最下段の攪拌翼１６の基端部１６ａ側の攪拌効率が良いため、貫入能力と攪拌効率を両立させることができる。その結果、最下段の攪拌翼１６の形状変更のみで硬質地盤を短時間かつ低コストで地盤改良することができる。

また、図１及び図２に示すように、最下段の攪拌翼１６を基端部１６ａよりも先端部１６ｂが下側に位置するように傾斜させたことにより、地盤の硬質層の貫入時に最下段の攪拌翼１６の先端部１６ｂ側から基端部１６ａ側に順に削るので、回転負荷を低減することができる。その結果、貫入能力を高めることができる。

また、図３に示すように、最下段の攪拌翼１６を回転方向の前方Ｍに略Ｓ字状に湾曲形成したことにより、掘削した地盤が回転軸１１側と地表面側に移動し易くなるため、貫入能力をより一段と高めることができる。

さらに、図１及び図２に示すように、最下段の攪拌翼１６に複数の掘削ビット１７をそれぞれ取り付けると共に、回転軸１１の下端１１ｂに複数の掘削ビット１３を備えた掘削ヘッド１２を取り付け、これら最下段の攪拌翼１６の先端部１６ｂ側に取り付けられた掘削ビット１７と回転軸１１の下端１１ｂに取り付けられた掘削ビット１３とを略水平位置に位置させたことにより、Ｎ値５０以上の砂礫・岩盤層が存在する深度まで貫入させて確実に着底させることができる。

図４は本実施形態の地盤攪拌装置１０と従来の地盤攪拌装置１による貫入深度（ｍ）と貫入時間（分）を比較した施工記録結果の説明図である。

図４に示すデータは、中間層に硬質の砂質土や粘性土の層が存在する地盤において、設計深度（設計貫入長）が４５ｍでＮ値５０以上の砂礫層に着底させた場合の施工例である。

従来の地盤攪拌装置１で貫入した場合、４２ｍで、オーガ電流（トルク）が定格値よりも上昇し、貫入速度がほぼ０ｍ／分となり、貫入不能となった。従来の地盤攪拌装置１では３ｍの高止まり、設計深度まで貫入できなかった。即ち、従来の地盤攪拌装置１では、回転負荷が大きく中間層の硬質の砂質土や粘性土の層で貫入不能になり、設計深度（設計貫入長）に着底できなかった。

そこで、本実施形態の硬質地盤対応型の地盤攪拌装置１０に交換して施工したところ、設計貫入長の４５ｍまで貫入することができ、Ｎ値５０以上の砂礫層に着底させることができた。

また、改良体の品質確認のため、ボーリングによりサンプリングし、一軸圧縮試験を実施したところ、所定の品質（強度）を確保していた。

尚、前記実施形態によれば、最下段の攪拌翼の基端部は、回転軸に対して４２゜傾斜させたが、回転軸に対して４５゜傾斜させても良い。また、回転軸が２本の二軸タイプのもので説明したが、回転軸が１本の一軸タイプ、或いは、回転軸が３本以上のタイプのものでも良い。

１０地盤攪拌装置
１１回転軸
１１ａ外周面
１１ｂ下端
１３掘削ビット
１６最下段の攪拌翼
１６ａ基端部
１６ｂ先端部
１７攪拌翼の掘削ビット
θ 傾斜角度
Ｍ回転方向の前方

Claims

回転自在に垂下される回転軸の外周面に複数段の攪拌翼を径方向の外方にそれぞれ突出するように設けた地盤攪拌装置において、
前記回転軸の外周面に設けた最下段の攪拌翼を基端部から先端部に向かうに連れて該回転軸に対する傾斜角度が小さくなるように捻り板状に形成し、
前記回転軸の下端に掘削ヘッドを取り付けたことを特徴とする地盤攪拌装置。
請求項１記載の地盤攪拌装置であって、
前記最下段の攪拌翼を前記基端部よりも前記先端部が下側に位置するように傾斜させたことを特徴とする地盤攪拌装置。
請求項１または２記載の地盤攪拌装置であって、
前記最下段の攪拌翼を回転方向の前方に湾曲形成したことを特徴とする地盤攪拌装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤攪拌装置であって、
前記最下段の攪拌翼に複数の掘削ビットをそれぞれ取り付けると共に、前記回転軸の下端の前記掘削ヘッドに掘削ビットを設け、前記最下段の攪拌翼の先端部側に取り付けられた掘削ビットの先端と前記回転軸の下端に取り付けられた前記掘削ヘッドの掘削ビットの先端とを水平位置に位置させたことを特徴とする地盤攪拌装置。