JP6854305B2 - 地盤改良装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤改良装置に関する。

特許文献１に、地盤改良装置が開示されている。地盤改良装置は、次の構成を備えている。すなわち、地盤上に配置される掘削機が備えたオーガロッドの下端部に配置されるロッド本体と、掘削翼と、掘削翼よりもロッド本体の上部に配置され改良対象土を撹拌する撹拌翼と、掘削翼および撹拌翼の途中に配置され改良対象土に処理剤（セメントスラリー）を突出する吐出翼とを備えている。

掘削機に設けられるオーガロッドは、掘削機に対して上下動可能とされ、且つ軸心方向を中心に正逆回転可能に設けられ、この動作に伴って、ロッド本体も上下動可能であり、正逆回転可能とするものである。また、掘削翼は、掘削用ブレードと、掘削用ブレードにおいて正転方向の前端部に突設されるビットと、後端部に設けられる下部撹拌プレートとを備える。

上記地盤改良装置を用いた地盤改良工法の概要を説明する。この地盤改良工法は、オーガロッドの下部にロッド本体を組付けることで地盤改良装置をオーガロッドに組付け、オーガロッドを正回転させて、地盤改良装置を地盤に対して貫入させると、掘削用ブレードのビットが地盤を掘削して貫入し、吐出翼が、処理剤を改良対象土に吐出し、撹拌翼により処理剤と改良対象土を撹拌する。そして、地盤改良装置を逆回転させると、これらを引抜く途中でも、撹拌翼により処理剤と改良対象土とが撹拌される。

実開昭５６−１２５４２３号公報

ところで、地盤改良装置の正転時、掘削用ブレードのビットで掘削されて掘削用ブレードですくい上げられた土は、下部撹拌プレート（図の符号８，９）で撹拌されると特許文献１の地盤改良装置に記載されている。しかしながら、特許文献１では、下部撹拌プレート（８）で土を垂直面内で撹拌し、下部撹拌プレート（９）が水平面内で撹拌するため、下部撹拌プレート（８，９）が回転抵抗となって掘削効率が悪くなる。

そこで本発明は、掘削効率を維持しつつ、処理剤と改良対象土の撹拌が円滑に行われる地盤改良装置の提供を目的とする。

本発明は、地盤における改良対象土と、処理剤とを撹拌させて円柱状の造成体を形成する地盤改良装置であって、正転によって地盤に貫入し逆転によって地盤から引抜かれるロッド本体と、該ロッド本体の内部を通って前記処理剤を地盤に吐出可能な吐出路と、該ロッド本体の下部に放射状に配置され該ロッド本体と一体的に回転する複数の掘削翼と、該掘削翼よりも前記ロッド本体の上部に配置され前記ロッド本体と一体的に回転して地盤を撹拌する撹拌翼とを備え、前記掘削翼は、前記ロッド本体の外周から径方向外向きに突設されて正転方向の前方へ向け下傾斜する板状の掘削ブレードと、該掘削ブレードの下端部に離間するように複数並べられて該下端部から下傾斜方向下向きに突出するビットとを備え、前記少なくとも一つの掘削翼は、前記掘削ブレードに配置された一つまたは複数の撹拌子をさらに備え、該撹拌子は、前記掘削ブレードにおける逆転方向の前方側の設置面から、逆転方向における前方向に突設され、しかも突出先端が前記ビットの下端部よりも上側に配置されたことを特徴としている。

本発明の構成を有する地盤改良装置によれば、ロッド本体を正転させて地盤に貫入させると、ロッド本体に一体的に回転する複数の掘削翼が、その掘削ブレードに配置されたビットによって地盤中の改良対象土を掘削し、ロッド本体に一体的に回転する撹拌翼によって地盤が撹拌され、また、ロッド本体の吐出路を通って処理剤が地盤に吐出されれば、撹拌翼によって地盤と処理剤とが撹拌される。そして、掘削ブレードに配置された撹拌子は、掘削ブレードにおける逆転方向の前方側の設置面から逆転方向の前方側に突設され、しかも突出先端がビットの下端部よりも上側に配置されているから、ロッド本体を正転させても掘削ブレードの正転方向後方側に隠れるため、回転抵抗となりにくい。一方、ロッド本体を逆転させて地盤から引抜くと、撹拌子は、掘削ブレードの設置面から逆転方向の前方側に突設されているので、改良対象土と処理剤を撹拌することができる。

本発明では、前記吐出路は、前記ロッド本体の下部に設けられて前記処理剤を前記ロッド本体の外部に吐出するための下部吐出口と、該下部吐出口より前記ロッド本体の上部に設けられて前記処理剤を前記ロッド本体の外部に吐出するための上部吐出口とを備え、前記吐出路は、前記ロッド本体の貫入時に前記下部吐出口から前記処理剤が吐出され、前記ロッド本体の引抜き時に前記上部吐出口から前記処理剤が吐出されるように、前記吐出路における処理剤の吐出口を切替える弁装置を備えた構成を採用できる。

上記構成を有する地盤改良装置によれば、ロッド本体を正転させて貫入すると、吐出路の弁装置により処理剤が下部吐出口から吐出され、処理剤と改良対象土が撹拌翼で撹拌され、ロッド本体を逆転させて引抜くと、吐出路の弁装置により処理剤が上部吐出口から吐出され、処理剤と改良対象土が撹拌翼で撹拌される。

本発明の地盤改良装置によれば、掘削効率を維持しつつ、処理剤と改良対象土の撹拌が円滑に行われる。

本発明の一実施形態の地盤改良装置を取付けた掘削機の正面図である。 同正面図である。 同側面図である。 同掘削翼の拡大図である。 同吐出路において食込歯が上動している状態の断面図である。 同吐出路において食込歯が下動している状態の断面図である。 同下回動体の断面図である。 同地盤改良工法を表すサイクル図である。

以下、本発明の一実施形態に係る地盤改良装置を、図１ないし図８を参照して説明する。図１に示すように、地盤改良装置１は、地盤２における改良対象土３と処理剤（以下、セメントスラリーと称する）とを撹拌させて、地盤２中に円柱状の造成体４を形成するものである。

〔全体構成の説明〕
図１に示すように、地盤改良装置１は、掘削機５に敷設され地盤２に対して垂直方向に配設されたオーガロッド６の先端に取付けられる。図２、図３に示すように、地盤改良装置１は、オーガロッド６の先端に着脱自在に取付けられるロッド本体７と、ロッド本体７の下端に配設された食込歯８と、ロッド本体７の下部（下端よりも上側）に放射状に配置され、ロッド本体７と一体的に回転する複数の掘削翼９と、掘削翼９よりもロッド本体７の上部に配置されロッド本体７と一体的に回転して地盤２を撹拌する撹拌翼１０と、掘削翼９と撹拌翼１０との間に配置される共回り防止翼１１と、ロッド本体７の内部を通ってセメントスラリー１２を地盤２に吐出可能な吐出路１３とを備える。

ロッド本体７の内部断面構造としては後に詳述するものとし、このロッド本体７の外郭は、上下に沿う杆状（断面が環状）に形成されている。具体的に、ロッド本体７の外郭は、オーガロッド６（図１参照）の先端（下端）に取付けられるジョイント１５と、ジョイント１５に対し下方に取付けられる上回動体１６と、上回動体１６のさらに下方に取付けられる下回動体１８とを備えている。上回動体１６と下回動体１８との境界部分に、前記共回り防止翼１１が配置される。

オーガロッド６は、掘削機５の駆動を制御する制御装置（図示せず）の機能により、オーガロッド６の上端に敷設された駆動装置（アースーオーガ駆動装置とも言う）２０の回転によって地盤２に貫入される。また、前記制御装置の機能により、駆動装置２０を回転させることによって、オーガロッド６を上昇させて、ロッド本体７は地盤２から引抜かれる。オーガロッド６は、地盤２への貫入時には、制御装置の機能により駆動装置２０が軸心回りに正転方向Ｄ１に回転し、地盤２への引抜き時には、駆動装置２０が逆転方向Ｄ２に回転する（図１参照）。

〔食込歯〕
図２、図３に示すように、ロッド本体７の下端に配設された食込歯８は、先端がロッド本体７の貫入時に先立って地盤２に貫入されるよう尖った板状に形成されている。食込歯８は、その外周に配置された先端ビット２８を備えている。先端ビット２８は、食込歯８の板面の両側にあって、その先端をロッド本体７の軸心に向くよう形成されている。

図１に示すように、食込歯８の上端は、ロッド本体７の軸心方向を径方向に跨ぐように逆門型に形成され、ロッド本体７の脚部材２１，２１の径方向中間に、ロッド本体７の下端に当接する当接面２２が形成されている。

当接面２２の途中には、ロッド本体７の下端に突出して開放する下部吐出口２３が配置されている。そして、当接面２２の途中には下部吐出口２３用の受口２４が形成されている。この受口２４は、下部吐出口２３を形成する下吐出管路２５の底面（ロッド本体７の下端に相当する）が一体に当接される。なお、下部吐出口２３、下吐出管路２５については、ロッド本体７の内部断面を説明する際に、後に詳述する。

食込歯８は、ロッド本体７の地盤２への貫入時に、地盤２に対する抵抗力によりロッド本体７に対して上昇し、ロッド本体７の引抜き時に下降するよう、上限、下限が設定されている。上動、下限を設定する手段として、当接面２２、および上下方向に長い長孔２７が形成された案内板２６を備える。この案内板２６は、下回動体１８の下部側面に一体的に形成されており、脚部材２１，２１に形成されたピン（図示せず）が案内板２６の長孔２７に遊嵌されて、上動、下限が設定されている。

すなわち、ロッド本体７の下端が受口２４に到達した際に、ロッド本体７に対する食込歯８の上動が制限され、案内板２６の長孔２７の周面にピンが係止することでロッド本体７に対する食込歯８の下動が制限される。

〔掘削翼、掘削ビット、撹拌子〕
掘削翼９は、一対の掘削ブレード３０，３１と、各掘削ブレード３０，３１に複数個配置された掘削ビット（ビットに相当する）３２，３３と、各掘削ブレード３０，３１に複数個配置された撹拌子３４，３５とを備える。

掘削ブレード３０，３１は、ロッド本体７の下部（下端よりも上側）であり、ロッド本体７の外周に対し１８０°間隔で配置されている。また、掘削ブレード３０，３１は、ロッド本体７に対し基端側を一体化して、放射状の板状に形成されている。

掘削ブレード３０，３１の構成は同一である。このため、一つの掘削ブレード３０の構成によって、掘削ブレード３１の構成を兼用する。掘削ブレード３０は、前方を下傾斜させた上面３０ａ、下面３０ｂを有し、上面３０ａ、下面３０ｂを前後、および横方向で連続する前面３０ｃ、背面３０ｄ、側面３０ｅを有している。

掘削ブレード３０，３１に固定された掘削ビット３２，３３は、掘削ブレード３０，３１にロッド本体７を中心として掘削ブレード３０，３１の径方向に離間するよう並べて複数固定されている。掘削ビット３２，３３は、掘削ブレード３０，３１に対し、正転方向Ｄ１の前方向に突出して形成され、掘削ブレード３０，３１の上面３０ａ、下面３０ｂの傾斜よりも急峻な傾斜で、正転方向の前向きに突出して配置されている（図２参照）。また、掘削ビット３２，３３の先端３２ａ，３３ａは、掘削ブレード３０，３１より下方に配置されている。

掘削ブレード３０，３１は前述のように一対で配置されており、Ｘ掘削翼として一方の掘削ブレード３０に配置された掘削ビットを第一掘削ビット３２とし、また、Ｙ掘削翼として他方の掘削ブレード３１に配置された掘削ビットを第二掘削ビット３３とすると、Ｘ掘削翼とＹ掘削翼（ロッド本体７に隣合う掘削ブレード３０，３１に相当する）において、掘削ブレード３０の第一掘削ビット３２は、掘削ブレード３０の長さ方向に等間隔で配置され、第二掘削ビット３３は、掘削ブレード３１の長さ方向に等間隔で配置され、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３は、ロッド本体７を中心として、互いに離間して、互いの間に配置される。

図２、図３に示すように、撹拌子３４，３５は、掘削ブレード３０，３１の傾斜方向に対して直交するよう下傾斜されている。この撹拌子３４，３５は、掘削ブレード３０，３１に対して同様の構成であるから、撹拌子３４によって、撹拌子３５の構成を兼用する。

図４に示すように、撹拌子３４はそれぞれ板状に形成され、掘削ブレード３０の背面３０ｄ（逆転方向の前方側の設置面）に逆転方向の前向きに、且つ下向きで固定（突設）されている。撹拌子３４は、Ｘ掘削翼における第一掘削ビット３２の間に配置されている。撹拌子３４は、掘削ブレード３０の背面３０ｄに沿って固定される面を下面３４ａとし、この下面３４ａと平行に配される面を上面３４ｂとしている。また、撹拌子３４は、下面３４ａおよび上面３４ｂを連続する側面３４ｃ、背面３４ｄを備えている。撹拌子３４は、上面３４ｂを面一の面とし、下面３４ａをわずかに下方から突出させることで、後側が肉厚とされている。また、後側の背面３４ｄにおける下端部は、第一掘削ビット３２（第二掘削ビット３３）の先端３２ａよりも高い位置に形成されている。撹拌子３４の背面３４ｄと、第一掘削ビット３２の先端３２ａの高さの相違が、寸法Ｈ１とされる。

上記のような構成と同様にして、Ｙ掘削翼の掘削ブレード３１における撹拌子３５は、第二掘削ビット３３の間に配置されている。したがって、Ｘ掘削翼の掘削ブレード３０における撹拌子３４、掘削ブレード３１における撹拌子３５は、ロッド本体７を中心として、互いに離間して互いの間に配置される。

〔撹拌翼〕
図２、図３に示すように、撹拌翼１０は、ロッド本体７に対して上下一組とした撹拌翼１０を備える。撹拌翼１０の構成は、ロッド本体７を中心とする周方向の配置が異なるだけで同様であるから、上側の撹拌翼１０をもってその構成を兼用するする。

図３に示すように、撹拌翼１０は、一対の撹拌ブレード３６，３７を放射状に備えて、撹拌ブレード３６，３７は、ロッド本体７の外周に対し１８０°間隔で配置されている。また、撹拌ブレード３６，３７は、ロッド本体７に対し基端側を一体化して板状に形成されている。撹拌ブレード３６，３７は、ロッド本体７を中心に、掘削ブレード３０，３１と同等の径方向長さに設定されている。

このような撹拌ブレード３６，３７は、ロッド本体７の正転方向Ｄ１の回転において、前方が下傾斜され、前方が下傾斜する上面３６ａ，３７ａ、下面３６ｂ，３７ｂを有している。また、撹拌ブレード３６，３７は、ロッド本体７から下面３６ｂ，３７ｂに沿って延長される補強部材３８を備えている。

〔共回り防止翼〕
図２、図３に示すように、共回り防止翼１１は、掘削ブレード３０，３１と撹拌ブレード３６，３７との間に配置されている。共回り防止翼１１は、防止ブレード本体４０，４１と、軸受機構部４４とを備えている。防止ブレード本体４０，４１は、ロッド本体７を中心として、掘削ブレード３０，３１および撹拌ブレード３６，３７より長い半径とされて、ロッド本体７の外周から放射状に配置される。

掘削ブレード３０，３１および撹拌ブレード３６，３７（掘削翼９および撹拌翼１０）は、ロッド本体７に一体的に形成されて、ロッド本体７とともに回転可能とされている。しかしながら、防止ブレード本体４０，４１は、軸受機構部４４を介して、ロッド本体７と相対回転するよう構成されている。この場合の相対回転とは、防止ブレード本体４０，４１が駆動力を持たずに、ロッド本体７に対してフリーな状態である。

軸受機構部４４を説明する。軸受機構部４４は、ロッド本体７の上回動体１６に、外側に突出するよう形成された上鍔部４５と、下回動体１８に、外側に突出するよう形成された下鍔部４６と、介装部材１７とを備える。介装部材１７は、上鍔部４５と下鍔部４６の途中に配置される。また、軸受機構部４４は、上鍔部４５と下鍔部４６の途中に遊嵌されて、二つ割りに形成された軸受本体４７，４７を備えている。上鍔部４５と下鍔部４６との間に、軸受本体４７，４７が、ロッド本体７に対して遊嵌される。

防止ブレード本体４０，４１は、軸受本体４７，４７の周方向途中に、且つ上下方向途中に水平方向となるよう配置されており、板状に形成された短手方向が、上下方向に沿って配置されている。

〔吐出路〕
吐出路１３の構成について述べる。図５に示すように、吐出路１３は、オーガロッド６（駆動装置２０）から供給されたセメントスラリー１２を、ロッド本体７の外部へ吐出させる。

ここで便宜上、吐出路１３の構成に先立って介装部材１７の詳細を述べる。介装部材１７は、ロッド本体７の上回動体１６と下回動体１８との間に介装されている。介装部材１７は、円形の外周面がロッド本体７に対して露出され、外周面は、上回動体１６と下回動体１８とに面一である。介装部材１７の内部の中心には、下方に対して順に拡径される弁座孔１７ａが形成されている。弁座孔１７ａの外周には、上回動体１６と下回動体１８を連通する連通孔１７ｂが形成されている。連通孔１７ｂは、上端部が小径で、下端部ほど大径となるよう形成されている。

吐出路１３は、上回動体１６に固定された第一管路６０と、上回動体１６に固定された上吐出管路６１と、昇降自在な弁装置６２と、下回動体１８に昇降自在な第二管路６３と、下回動体１８に昇降自在な前記下吐出管路２５とを備える。

第一管路６０は、ロッド本体７の一部を構成するジョイント１５の径方向中心に内嵌されるとともに、上回動体１６に上下方向で内嵌される。また、第一管路６０の下端は、ロッド本体７の上端から、介装部材１７の弁座孔１７ａの上端、すなわち弁座孔１７ａの最小孔まで延長されている。第一管路６０の上下方向途中部分は、取付部材６４に支持されている。この取付部材６４は、上回動体１６の下部に内嵌されて、環状に形成されている。

上吐出管路６１はその上部に、上吐出管路６１に連通されて、水平方向に突出する延長管６５を備えている。この延長管６５は、上回動体１６の上下方向途中部分で、外側に突出し、その突出部分に上部吐出口６６が形成されている。上吐出管路６１の下端は介装部材１７の連通孔１７ｂを始点とし、延長管６５の端部である上部吐出口６６を終点としている。この上部吐出口６６は、例えば、撹拌ブレード３６の直下に配置される。

第一管路６０および第二管路６３は、弁装置６２により、その流路を切替えられる。ここで弁装置６２を説明する。弁装置６２は、第一弁装置６７を備える。第一弁装置６７は、前記介装部材１７、および第一弁本体７０、および下動ストッパ７１を備えている。

第一弁本体７０は、下回動体１８の上部に配置され、上部本体７３と下部本体７８とを備えており、これらは一体的に形成される。第一弁本体７０は、上動および下動を規制されている。第一弁本体７０の上動は介装部材１７によって制限され、第一弁本体７０の下動は、下回動体１８の上下方向途中に内嵌固定された下動ストッパ７１によって制限される。第一弁本体７０の外周と下回動体１８の内周との間に、共通流路７２が形成されている。

さらに第一弁本体７０を説明すると、第一弁本体７０は、上部に配置された上部本体７３を有する。上部本体７３は、円盤状に形成された上円盤部７４と、上円盤部７４の径方向中央に形成された突出部７５とを備える。上円盤部７４は、連通孔１７ｂを覆うことが可能である。

突出部７５は内空断面とされて、その内部に、第一管路６０の流路に連通可能な導入路７６が形成されている。導入路７６の外径は、介装部材１７の弁座孔１７ａに対応するよう、上方から下方にかけて順に拡径される。第一弁本体７０の上動は、上円盤部７４の上面と介装部材１７の下面が当接することで制限される。第一弁本体７０の上動は、上円盤部７４の上面と介装部材１７の下面が当接可能とすることで制限されるが、第一弁本体７０が下動している間は、介装部材１７の下面と上円盤部７４の上面との間の隙間は、共通流路７２に連通する上流路７７として構成される（図６参照）。下動ストッパ７１は中空状に形成され、下回動体１８の高さ方向途中部に嵌合固定されている。

第一弁本体７０は、上部本体７３の下部に配置された下部本体７８を備えている。下部本体７８は、上部本体７３との間に分岐流路７９を介して配置されている。この分岐流路７９は、第一弁本体７０の中心から放射状に延長されて、共通流路７２に連通されている。

下部本体７８は、円盤状に形成された下円盤部８０と、下円盤部８０の径方向の下部に形成されて、第二管路６３の上端に接合（内嵌）される接合部８１とを備える。第一弁本体７０の下動は、下円盤部８０の下面が下動ストッパ７１の上面と当接することで制限される。

また、第一弁本体７０の下動は、下円盤部８０の下面が下動ストッパ７１の上面と当接することで制限されるが、第一弁本体７０が上動している間は、下円盤部８０の下面と下動ストッパ７１の上面との間の隙間は、共通流路７２に連通する下流路８２として構成される。第二管路６３は、下回動体１８の径方向中心に内嵌される。第二管路６３の上端は、下部本体７８の接合部８１を外嵌し、下端は下回動体１８の下端部まで延長されている。

ところで、下動ストッパ７１のうち、第二管路６３を外嵌する部分、すなわち下動ストッパ７１の上部には、第二管路６３の上部に形成された流入口８３に連通する凹部８４が形成されており、この凹部８４は第二管路６３よりも大径に形成されている。そして、第一弁本体７０が上動している際に、凹部８４から流入口８３を介して第二管路６３にセメントスラリー１２が流入される。

図５、図６に戻り、下吐出管路２５は、第二管路６３の下部に内嵌するよう配置されている。また、下吐出管路２５は、第二管路６３に対し、上下動可能に配置され、下吐出管路２５は、下回動体１８に対して下端が突出するよう配置されている。第二管路６３と下吐出管路２５との間に、下吐出管路２５を上下動可能とする昇降手段を備えている。この昇降手段としてばね体を用いている。

すなわち、昇降手段は、第二管路６３のうち、下動ストッパ７１の直下の外周に固定された環状の上保持環８５と、第二管路６３のうち、下端部の外周に固定された環状の下保持環８６と、上保持環８５と下保持環８６との中間に昇降自在に配置された環状の昇降環８７とを備える。また、昇降手段は、上保持環８５と昇降環８７をばね座として配置される上コイルばね８８と、昇降環８７と下保持環８６をばね座として配置される下コイルばね８９とを備える。そして、下吐出管路２５の上部は、昇降環８７に外嵌して固定されている。

弁装置６２は、第二弁装置６８をさらに備えている。第二弁装置６８は、下吐出管路２５の内部で、第二管路６３の下側に配置される。第二弁装置６８は、下吐出管路２５に内嵌する板状の弁座９０と、弁座９０の下部に取付けられた第二弁本体９１とを備える。弁座９０には弁座孔９２が形成され、第二弁本体９１は弁座孔９２を着脱可能に覆う。下吐出管路２５の底には、前述したように、ロッド本体７の径方向を跨ぐ脚部材２１，２１の中間位置に、ロッド本体７の下端に当接する当接面２２が形成されている。

当接面２２の上部には、第二管路６３を中心とする放射状の下部吐出口２３が形成されている。この下部吐出口２３は、下吐出管路２５が上下動しても、下回動体１８に対して突出する位置に配置される。また、下部吐出口２３は、掘削ビット３２，３３のうち、掘削ブレード３０，３１の下側に配置されている。

図５ないし図７に示すように、下回動体１８と下吐出管路２５との間の隙間には、下吐出管路２５の昇降を案内するための案内スリーブ９３が配置されている。案内スリーブ９３は、下回動体１８に対し複数のボルト９４によって固定されている。案内スリーブ９３は、その上端が下動ストッパ７１の下部外周に嵌め込まれ、下回動体１８の下端まで延長されている。

〔施工方法（貫入）〕
上記構成を備えた地盤改良装置１における施工方法を説明する。なお、地盤改良装置１の施工方法では、掘削機５が備えたオーガロッド６にジョイント１５を介して取付けられた状態としている。また、地盤改良装置１は、掘削機５が有する制御装置の機能により、駆動装置２０の回転によって、地盤２に正回転方向で貫入される。地盤改良装置１を地盤２に正回転方向で貫入されるのは、予め決められた所定深度である（図８参照）。

〔貫入の概ねの説明〕
地盤改良装置１の貫入の際の施工方法の概ねを説明する。地盤改良装置１の貫入の際、地盤２の状態によっては、加水により地盤２をほぐした状態としておく。地盤改良装置１の貫入時は、地盤改良装置１の先端ビット２８が地盤２に貫入され、続いて食込歯８とともに貫入される。さらに、ロッド本体７を地盤２に貫入すると、掘削翼９が地盤２に貫入される。また、さらにロッド本体７を地盤２に貫入すると、共回り防止翼１１、撹拌翼１０が地盤２に順次貫入される。そして、掘削翼９の第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３の先端３２ａ,３３ａが貫入された時点が、前記所定深度である。また、地盤改良装置１の貫入および引抜きにおいて、貫入では下部吐出口２３、引抜きでは上部吐出口６６からセメントスラリー１２を吐出させる。

〔貫入による掘削工程〕
次に、掘削翼９における貫入時の掘削工程を詳細に説明する。ロッド本体７を正転して地盤２に貫入させると、ロッド本体７に一体的に回転する食込歯８、食込歯８に後続して複数の掘削翼９が、その掘削ブレード３０，３１に配置された第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３により、地盤２を掘削する。第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３の先端３２ａ，３３ａは、掘削ブレード３０，３１よりも下方に配置されているから、掘削ブレード３０，３１よりも第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３が先行する。

そして、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３は、掘削ブレード３０，３１においてロッド本体７を中心に離間する間に配置されるから、地盤２において改良対象土３となる底面を満遍なく掘削することができる。また、ロッド本体７の貫入によれば、ロッド本体７を中心に、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３が螺旋状に動いて改良対象土３における底面を掘削する。

掘削ブレード３０，３１に配置された撹拌子３４，３５は、掘削ブレード３０の背面３０ｄに固定されて掘削ブレード３０，３１に対して逆転方向Ｄ２側に向いて下傾斜され、しかも図４に示すように、撹拌子３４，３５における背面３４ｄの下端部は、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３の先端３２ａよりもＨ１だけ高い位置に形成されている。このため、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３による掘削を邪魔することがなく、撹拌子３４，３５があったとしても、地盤２の抵抗に対する掘削抵抗が少なくて済む。

掘削ブレード３０は、前方を下傾斜させた上面３０ａを有しており、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３によって掘削された地盤２は、上面３０ａに移行し後方へ移行して改良対象土３となる底面が掘削される。

食込歯８の動作を記す。地盤改良装置１を地盤２に貫入する前は、ロッド本体７に形成された案内板２６に、食込歯８に形成されたピンが遊嵌されて、食込歯８は下動している（図６参照）。しかしながら、地盤改良装置１を地盤２に貫入すると、食込歯８が地盤２から抵抗を受ける。そうすると、食込歯８がロッド本体７に対して上動して、ロッド本体７の下端に、食込歯８の当接面２２が当接する（図５参照）。

食込歯８が上動すると、ロッド本体７の下端に、食込歯８の当接面２２が当接して、食込歯８の上動が制限される。そこで、セメントスラリー１２をオーガロッド６から吐出路１３（ジョイント１５内部の吐出路１３）に供給する。そうすると、下吐出管路２５に固定された昇降手段の昇降環８７が上昇（上動）し、上保持環８５と昇降環８７をばね座として配置される上コイルばね８８の付勢力により保持環８５に内嵌された第二管路６３が弾性に抗して上昇し、第二管路６３の上部に嵌合された第一弁装置６７の下部本体７８が上昇するとともに、第一弁装置６７の上部本体７３が上昇して介装部材１７の連通孔１７ｂを被覆し、また介装部材１７の弁座孔１７ａに突出部７５が嵌合する。

そうすると、セメントスラリー１２は、第一弁本体７０のうちの導入路７６に供給され、分岐流路７９、下流路８２、第二管路６３の上部に形成された流入口８３に順に至り、第二管路６３を流れて、下吐出管路２５内に至る。そして、第二弁装置６８の弁座孔９２を流れて第二弁本体９１を押圧して下部吐出口２３から吐出される。すなわち、ロッド本体７の貫入時の貫入抵抗（この場合では、正転方向Ｄ１に回転する）で、セメントスラリー１２を下部吐出口２３から吐出させることができる。なお、後述するように、セメントスラリー１２の下部吐出口２３からの吐出は、地盤改良装置１が所定深度まで到達するまで行われる。

食込歯８に後続して掘削ブレード３０，３１を貫入し、さらにロッド本体７を貫入すると、掘削ブレード３０，３１よりも長い径を有する共回り防止翼１１の防止ブレード本体４０，４１が貫入されて、防止ブレード本体４０，４１が、改良対象土３の外径よりも外側に貫入される。

〔貫入による撹拌工程〕
次に、貫入時における撹拌翼１０の撹拌工程を説明する。撹拌ブレード３６，３７は、ロッド本体７の正転方向Ｄ１の回転において、前方が下傾斜され、前方が下傾斜する上面３６ａ，３７ａ、下面３６ｂ，３７ｂを有している。このため、掘削翼９で掘削された地盤２が、撹拌翼１０とは別に撹拌ブレード３６，３７によって撹拌される。また、撹拌ブレード３６，３７は、ロッド本体７から下面３６ｂ，３７ｂに沿って延長される補強部材３８を備えて、撹拌ブレード３６，３７はロッド本体７に強固に固定されているから、地盤２の撹拌が安定する。

また、掘削ブレード３０，３１、撹拌ブレード３６，３７よりも長い径を有する防止ブレード本体４０，４１が軸受機構部４４回りに回転自在に貫入されて、防止ブレード本体４０，４１が、改良対象土３の外径よりも外側に貫入されるので、掘削ブレード３０，３１、撹拌ブレード３６，３７がともに正転方向Ｄ１に回転しても、地盤２は共回りをせずに、ロッド本体７を中心に撹拌される。また、この防止ブレード本体４０，４１によって地盤２は共回りをせずに、ロッド本体７を中心に撹拌される。

このように、掘削翼９においては、地盤改良装置１の貫入時に、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３による掘削を邪魔することがなく、撹拌子３４，３５があったとしても、地盤２の抵抗に対する掘削抵抗が少なくて済むから、地盤２の抵抗に対する掘削翼９の掘削を妨げない。このため、地盤改良装置１の貫入が短時間で終了する。

地盤改良装置１の貫入の際には撹拌子３４，３５も回転するが、撹拌子３４，３５は、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３に先行され、撹拌子３４，３５の傾斜によって、地盤２とセメントスラリー１２との混合物が掘削され、撹拌子３４，３５は第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３の間に配置されている。このため、撹拌子３４，３５の撹拌による地盤２およびセメントスラリー１２の混合物が第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３の両側に流れる傾向にあるから、地盤２およびセメントスラリー１２の混合物が水平方向に流れにくい。このことから、地盤改良装置１の貫入の際に撹拌子３４，３５が存在しても、地盤２からの抵抗を受けにくいから、撹拌抵抗の上昇もない。

〔先端処理工程〕
地盤改良装置１が所定深度まで到達すると、先端処理工程（ダブリング）として、ロッド本体７の正回転を継続したまま（セメントスラリー１２を下部吐出口２３から吐出させずに）、ロッド本体７を上側の撹拌翼１０位置まで上動させ、その後、所定深度まで再び到達させる（セメントスラリー１２を下部吐出口２３から吐出）。

〔引抜きによる概ねの説明〕
地盤改良装置１の引抜きの際の施工方法の概ねを説明する。地盤改良装置１では、先端処理工程の後にロッド本体７を逆転方向Ｄ２させた状態で、上部吐出口６６からセメントスラリー１２を吐出し、掘削翼９においては撹拌子３４，３５によりセメントスラリー１２と地盤２を撹拌し、共回り防止翼１１によりセメントスラリー１２と地盤２を撹拌する。なお、ロッド本体７を逆転方向Ｄ２させた状態で、上部吐出口６６からセメントスラリー１２を吐出させる機構としては、後に詳述する。

〔引抜きによるセメントスラリーの吐出〕
地盤改良装置１を地盤２に貫入する前は、ロッド本体７に形成された案内板２６に、食込歯８に形成されたピンが遊嵌されて、食込歯８は下動し、地盤改良装置１を地盤２に貫入すると、食込歯８が地盤２から抵抗を受け、食込歯８が上動して、ロッド本体７の下端に、食込歯８の当接面２２が当接して、食込歯８の上動が制限されて、セメントスラリー１２を下部吐出口２３から吐出させることができる。

これに対し、ロッド本体７の引抜きにより、上部吐出口６６からセメントスラリー１２を吐出させるには、次に示す通りである。すなわち、ロッド本体７を引抜く（この場合では、逆転方向Ｄ２に回転する）と、地盤２の抵抗がなくなる。このため、ロッド本体７の下端に対し当接面２２が離間して、ロッド本体７に形成された案内板２６の長孔２７の底面に食込歯８に形成されたピンが当接し、食込歯８の下動が制限される。

食込歯８が下動すると、昇降環８７と下保持環８６をばね座として配置される下コイルばね８９が、その付勢に抗して縮み、上保持環８５と昇降環８７をばね座として配置される上コイルばね８８が伸びて第二管路６３が下動し、第二管路６３の上部に固定されている第一弁本体７０の接合部８１が下動するとともに、下円盤部８０の下面が下動ストッパ７１の上面に当接して、下動ストッパ７１の凹部８４を塞ぐ。また、第一弁本体７０が下動すると上部本体７３も下動し、突出部７５が介装部材１７の連通孔１７ｂから下方に離間するとともに、介装部材１７の下面と上部本体７３の上面に、上流路７７が形成される。

そして、セメントスラリー１２は、第一管路６０から導入路７６に供給され、上流路７７から連通孔１７ｂを通り、上吐出管路６１から延長管６５に供給されて、上部吐出口６６から吐出される。つまり、吐出路１３は、食込歯８に対し地盤２の抵抗が解除されると（引抜き時）、セメントスラリー１２が上部吐出口６６から吐出されるよう構成されている。

〔引抜きによる撹拌工程〕
引抜き工程における掘削翼９の機能について説明する。引抜き工程では、掘削翼９の第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３については、上部吐出口６６からセメントスラリー１２を吐出させているので、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３も、セメントスラリー１２と地盤２の撹拌に供せられる。

ここで、掘削翼９における撹拌子３４，３５の機能について説明する。撹拌子３４，３５は、掘削ブレード３０の背面３０ｄに固定されて掘削ブレード３０，３１に対して逆転方向Ｄ２側に向いて下傾斜されている。すなわち、引抜き工程におけるロッド本体７の逆転方向Ｄ２では、第一掘削ビット３２、第二掘削ビット３３に先行して撹拌子３４，３５がセメントスラリー１２と地盤２の撹拌に供せられる。また、撹拌子３４，３５は、掘削ブレード３０の背面３０ｄに沿って固定される面を上面３４ｂとしているから、セメントスラリー１２と地盤２の混合物は、上面３４ｂから前方に至るようにして上昇させられる傾向にあり、引抜き工程では、ロッド本体７（掘削ブレード３０，３１）が上昇しており掘削ブレード３０，３１は、前方を下傾斜させた上面３０ａを有していることことに相俟って、撹拌性が良好である。

また、撹拌子３４，３５は、上面３４ｂと平行に配置された下面３４ａを有しており、セメントスラリー１２と地盤２の混合物は、撹拌子３４，３５は下面３４ａにも入り込む。そしてこの混合物の前方には、掘削ビット３２，３３を備えており、撹拌子３４，３５は掘削ビット３２，３３の間に配置されている。

このため、セメントスラリー１２と地盤２の混合物は、水平方向に流れるのではなく、掘削ビット３２，３３の側面にも供給されるから、混合物は、撹拌子３４，３５と掘削ビット３２，３３とが共同することで撹拌性が好い。しかも、撹拌子３４，３５は、上面３４ｂを面一とし下面３４ａをわずかに下方から突出させることで後側が肉厚とされているから、背面３４ｄによる混合物の撹拌性能も良好である。

共回り防止翼１１については、掘削ブレード３０，３１、撹拌ブレード３６，３７よりも長い径を有する防止ブレード本体４０，４１が軸受機構部４４回りに回転自在に貫入されて、防止ブレード本体４０，４１が、改良対象土３の外径よりも外側に貫入される。このため、掘削ブレード３０，３１、撹拌ブレード３６，３７がともに逆転方向Ｄ２に回転しても、地盤２は共回りをせずに、ロッド本体７を中心に撹拌され。

地盤改良装置１の引抜きは、セメントスラリー１２における上部吐出口７７からの吐出は、所定深度から上側の撹拌翼１０（上部吐出口６６）が地盤２から露出するまで供給され、また、引抜きは、所定深度から地盤改良装置１の食込歯８が露出するまで行われる。

また、地盤改良装置１の貫入時に、セメントスラリー１２を下部吐出口２３から吐出するが、引抜き時にセメントスラリー１２を上部吐出口６６からも吐出させるので、造成体４の必要強度について、セメントスラリー１２の量が最小限で済み、造成体４を形成した際に、地盤２の表面に突出する残土の量も少なくて済む。

地盤改良装置１は、上記施工方法に限定されるものではない。上記施工方法では、地盤改良装置１の貫入の際にはセメントスラリー１２を下部吐出口２３から地盤２に吐出した。しかしながら、地盤２の硬さによっては、セメントスラリー１２の代わりに、地盤２に対する加水のための水を、下部吐出口２３から吐出し、その後の引抜きの際に、セメントスラリー１２を上部吐出口６６から吐出して造成体４を形成することもできる。この場合では、貫入の際には水（加水）を下部吐出口２３から地盤２に吐出し、引抜きの際にセメントスラリー１２を上部吐出口６６から吐出するから、セメントスラリー１２の量が最小で済むといった効果がある。なお、加水のための水は、本発明の工法を行うための処理剤の一部としてあげられる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、撹拌子３４，３５は、掘削ブレード３０，３１の双方に設けていたが、掘削ブレード３０，３１のうち、いずれか一方に設けることもできる。この場合も、撹拌子３４，３５による撹拌性が良好であり、地盤改良装置１の貫入抵抗も少ない。

また、撹拌子３４，３５の形状は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、下面３４ａおよび上面３４ｂの角度については、掘削ブレード３０，３１の背面３０ｄに沿わなくてもよく、背面３０ｄに対して急峻に沿うよう、上記実施形態よりも上傾斜、あるいは下傾斜していてもよい。

また、上記実施形態では、撹拌子３４，３５は、掘削ビット３２，３３の間に配置していたが、撹拌子３４，３５は掘削ビット３２，３３の側面を超えていてもよい。また、上記実施形態の撹拌子３４，３５は、上面３４ｂを面一とし、下面３４ａをわずかに下方から突出させることで、後側が肉厚とされているが、厚みは同一であってもよい。また、撹拌子３４，３５は板状に形成したが、撹拌子３４，３５の下面３４ａおよび上面３４ｂを上方に湾曲させたり、下方に湾曲させたりしてもよい。

さらに、上記実施形態では、撹拌子３４，３５は、それぞれの掘削ビット３２，３３の間に配置したが、撹拌子３４，３５は、掘削ビット３２，３３に対向するよう、掘削ブレード３０，３１の逆転方向の前方側の背面３０ｄから逆転方向に突設するよう形成してもよい。

また撹拌子３４，３５は、各掘削ブレード３０，３１に複数設ける必要はなく、例えば一つの掘削ブレードであってもよい。この場合、撹拌子３４，３５は、各掘削ブレード３０，３１の長さに沿うよう一つだけ形成するようにして、掘削ブレード３０，３１を逆転した前方側の背面３０ｄから逆転方向に突設するよう形成してもよい。なお、撹拌子３４，３５の設置面は背面３０ｄでなくてもよく、掘削ブレード３０，３１に接合した設置面とすることもできる。

上記実施形態では、上部吐出口６６（延長管６５）は、上側の撹拌翼１０の下側に配置した。しかしながら、下側の撹拌翼１０の下側に設けることもできる。この場合では、地盤改良装置１の引抜きに際し、上部吐出口６６が露出すれば、セメントスラリー１２の供給を中止する。

上記実施形態では、第二管路６３と下吐出管路２５とは別体に形成した。しかしながら、第二管路６３と下吐出管路２５とは一体に形成することもできる。この場合、昇降手段は、例えば、下動ストッパ７１の下面に、第二管路６３と下吐出管路２５とを下方に付勢するばねによって構成することができる。

上記実施形態では、吐出路１３は、地盤２の抵抗に応じて、弁装置６２におけるセメントスラリー１２の流路を下部吐出口２３と、上部吐出口６６に切替えた。しかしながら、弁装置６２のような弁を設けることなく、例えば下部吐出口２３と、上部吐出口６６の切替えは、掘削機５に敷設した切替スイッチによって行ってもよい。例えば、下部吐出口２３と上部吐出口６６との間に切替弁を設け、切替スイッチによって切替弁を移動させることが考えられる。また、下部吐出口２３と上部吐出口６６とを異なる流路で形成し、下部吐出口２３と上部吐出口６６との切替えを切替スイッチで行うこともできる。

１…地盤改良装置、２…地盤、３…改良対象土、４…造成体、５…掘削機、６…オーガロッド、７…ロッド本体、８…食込歯、９…掘削翼、１０…撹拌翼、１１…共回り防止翼、１２…セメントスラリー、１３…吐出路、１６…上回動体、１７…介装部材、１７ａ…弁座孔、１７ｂ…連通孔、１８…下回動体、１９…支柱、２０…駆動装置、２１，２１…脚部材、２２…当接面、２３…下部吐出口、２４…受口、２５…下吐出管路、２６…案内板、２７…長孔、２８…先端ビット、３０，３１…掘削ブレード、３０ａ…上面、３０ｂ…下面、３０ｃ…前面、３０ｄ…背面、３０ｅ…側面、３２…第一掘削ビット、３２，３３…掘削ビット、３２ａ，３３ａ…先端、３３…第二掘削ビット、３４，３５…撹拌子、３４ａ…下面、３４ｂ…上面、３４ｃ…側面、３４ｄ…背面、３５…撹拌子、３６，３７…撹拌ブレード、３６ａ，３７ａ…上面、３６ｂ，３７ｂ…下面、４０，４１…防止ブレード本体、４４…軸受機構部、４７，４７…軸受本体、６０…第一管路、６１…上吐出管路、６２…弁装置、６３…第二管路、６５…延長管、６６…上部吐出口、６７…第一弁装置、６８…第二弁装置、７０…第一弁本体、７１…下動ストッパ、７２…共通流路、７３…上部本体、７４…上円盤部、７５…突出部、７６…導入路、７７…上流路、７８…下部本体、７９…分岐流路、８０…下円盤部、８１…接合部、８２…下流路、８３…流入口、８５…上保持環、８５…保持環、８６…下保持環、８７…昇降環、９０…弁座、９１…第二弁本体、９２…弁座孔、９３…案内スリーブ、Ｄ１…正転方向、Ｄ２…逆転方向

Claims (2)

1. 地盤における改良対象土と、処理剤とを撹拌させて円柱状の造成体を形成する地盤改良装置であって、
   正転によって地盤に貫入し逆転によって地盤から引抜かれるロッド本体と、該ロッド本体の内部を通って前記処理剤を地盤に吐出可能な吐出路と、該ロッド本体の下部に放射状に配置され該ロッド本体と一体的に回転する複数の掘削翼と、該掘削翼よりも前記ロッド本体の上部に配置され前記ロッド本体と一体的に回転して地盤を撹拌する撹拌翼とを備え、
   前記掘削翼は、前記ロッド本体の外周から径方向外向きに突設されて正転方向の前方へ向け下傾斜する板状の掘削ブレードと、該掘削ブレードの下端部に離間するように複数並べられて該下端部から下傾斜方向下向きに突出するビットとを備え、
   前記少なくとも一つの掘削翼は、前記掘削ブレードに配置された一つまたは複数の撹拌子をさらに備え、
   該撹拌子は、板状であり、前記掘削ブレードの延びる方向において前記掘削ブレードにおける前記ビットの間に配置され、前記掘削ブレードにおける逆転方向の前方側の設置面から、逆転方向における前方向に突設され、しかも突出先端が前記ビットの下端部よりも上側に配置されていることを特徴とする地盤改良装置。
2. 前記吐出路は、前記ロッド本体の下部に設けられて前記処理剤を前記ロッド本体の外部に吐出するための下部吐出口と、該下部吐出口より前記ロッド本体の上部に設けられて前記処理剤を前記ロッド本体の外部に吐出するための上部吐出口とを備え、
   前記吐出路は、前記ロッド本体の貫入時に前記下部吐出口から前記処理剤が吐出され、前記ロッド本体の引抜き時に前記上部吐出口から前記処理剤が吐出されるように、前記吐出路における処理剤の吐出口を切替える弁装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。

Images