JP7102632B1 - 地盤改良機 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削土等の共回り防止翼である回転自由翼を、その先端が、平面視、掘削軸の回転によって掘削翼の先端が描く円である掘削径円の外側に突出しない長さとしつつ、その回転自由翼の回転を止め得るだけでなく、回転が止められている回転自由翼がその直下の石にて、その下降停止等となる場合でも、その下降停止等から逃れ易くした地盤改良機を提供する。【解決手段】地盤改良機２００は、平面視、掘削径円Ｋｅの内側で、掘削軸１０回りに回転することなく掘削軸１０と共に上下動して、自身の所定部位Ｓによって、回転自由翼３０が掘削軸回りに回転するのを止める回転止め部材１６０を、回転自由翼３０が回転停止状態から掘削軸回りに所定の回転角度αの範囲内で回転するのを許容する構成で備えたものとした。回転自由翼３０が直下の石に当たっても、所定の回転角度αの回転が許容されているから、その衝突から逃げ易く、その分、掘削の進行を図り易い。【選択図】図６

Description

本発明は、地盤改良機に関し、詳しくは、土木、建築の基礎工事などにおいて、軟弱な地盤を円柱状等に掘削しながら、例えば、掘削軸の先端から、石灰系やセメント系のスラリー状の固化剤（以下、単に固化剤ともいう）を吐出して、この固化剤と、掘削された掘削土（ほぐされた土砂等）とを混合、攪拌し、その後、固結させることにより、軟弱な地盤を円柱状等に固結、成形して、高強度に改良する改良固結体の製造に使用される地盤改良機に関する。

この種の改良固結体の製造（形成）に使用される地盤改良機において、地盤を掘削し、掘削された掘削土中に固化剤を供給して、該固化剤とその掘削土とを混合攪拌する混合攪拌工程を担う機構又は構造（掘削混合攪拌手段）としては、従来、縦軸線回りに回転する掘削軸と、その下端部（先端部）近傍に設けられた掘削翼を有する最も単純な構造のものと、該掘削翼に加え、その上方に設けられる、掘削翼よりも横方への突出量が小さい、１又は上下に複数の攪拌翼を有する構造のものが基本となっていた。例えば、攪拌翼を有する構造のものでは、回転する掘削軸の先端を地盤中に押し込み、掘削翼で地盤を掘削すると共に、その上方の攪拌翼とで、掘削土と、吐出される固化剤とを混合、攪拌するというものである。ところが、このものでは、特に粘性の高い粘土層における地盤の改良工事においては、掘削土や、掘削土と固化剤との混合体（混合流動体）が、掘削軸の回りに、掘削翼及び攪拌翼と共に回転してしまう（一緒に回動してしまう）、所謂、「共回り」を起こしやすく、このために、固化剤と掘削土とが均質に混合されないといった課題があった。そして、このような課題は、攪拌翼を有しない構造のものにおいても同様に存在する。

こうした中、回転する掘削軸と、その先端部（下端部）近傍に設けられた掘削翼の上方において（攪拌翼があるものでは攪拌翼より下において、また、上下に複数の攪拌翼があるものでは、その攪拌翼の上下間において）、掘削軸に対しその縦軸線回りに相対的な回転が自由となるよう、外嵌して取付けられている支持体（環状体）を有すると共に、この支持体（環状体）に、掘削軸からの横方への突出量が、掘削翼の突出量も大きい（長い）共回り防止翼と称される突出翼が設けられてなる地盤改良装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような共回り防止翼は、掘削軸の縦軸線（回転軸）回りの、相対的な回転が自由であるため、本願では、「回転自由翼」とも称する。なお、本願において、「地盤を掘削する」というのは、地面を掘り、排土して凹状の穴を形成することを意味するのではなく、当該掘削対象の地盤の土砂を、「ほぐす」ことを意味する。すなわち、本願において、「地盤を掘削する」というのは、例えば、アースオーガのように、回転軸（縦軸）回りに設けられたスクリューを回転させることにより、先端のオーガヘッドで掘削した土砂をスクリューで連続的に上方に排出（排土）しながら削孔（地盤（地面）を空掘り）するなどにより、地面を掘り、凹状の穴を設けることを意味するのではなく、地盤の土砂を、ほぐすことを意味する。

特許文献１に記載の地盤改良装置（地盤改良機の掘削混合攪拌手段）では、地盤面（地面）を掘削開始面として該掘削軸を回転させながらその先端（下端）を地盤中に押し込み、下動させ、掘削翼によって掘削を始め、この掘削（下降）が進行すると、回転自由翼（共回り防止翼）の先端部が、地表における掘削径円の周縁の外側（未掘削土）に当たり、その未掘削土中に強制的に押し込まれる（食込まされる）。回転自由翼（共回り防止翼）の先端部の、このような未掘削土中への強制的な押し込まれにより、回転自由翼は、掘削軸の軸線回りに回転しない。このように回転が止められた回転自由翼の存在によって、上記したような掘削土（土塊）や混合流動体（単に、「掘削土」又は「掘削土等」ともいう）が掘削軸回りに共回りをすることを阻止する作用を果たすから、特許文献１に記載の地盤改良装置によれば、下方への掘削過程での、掘削土と固化剤との混合攪拌性（混合による均質性）が高められる、というものである。すなわち、掘削軸の軸線回りに共回りしようとする掘削土等は、少なくとも、回転が止められる回転自由翼の高さ部位では共回りが阻止されるから、その回転自由翼の上下において分断され、そして、その掘削（下降）が行われるため、掘削土は、掘削軸回りに、より均質に混合攪拌されるというものである。なお、本願において、「掘削径円」とは、平面視（上から見て）、掘削軸の回転によって掘削翼の先端が描く円を意味するが、掘削径ともいわれる。

ところが、上記地盤改良機における地盤の掘削混合攪拌手段（地盤改良装置）においては、共回り防止翼である回転自由翼の掘削軸回りの回転を止める手段が、その回転自由翼の先端を掘削径円より外側の未掘削土中への強制的な押し込み（食い込み）に依存するものであるため、必然的に掘削抵抗の増大、及びそれに伴う掘削軸の下動パワーの増大（大動力化）を招く。しかも、回転自由翼（共回り防止翼）の掘削軸回りの回転防止を確実にするためには、回転自由翼の先端が、掘削径より外の未掘削土（掘削の対象外の地盤中）へ食込む（入り込む）平面視における突出長をできるだけ大きく（長く）確保する必要がある。

一方で、この回転自由翼の先端の突出長（未掘削土への食い込み量）を長くするほど、その先端部が地盤中に混在する瓦礫、石、岩に衝突する頻度、ないし可能性が高くなる。そして、このような衝突があると、掘削（施工）の進行が遅れ、場合によっては、掘削の停止を余儀なくされ、所望とする地盤改良工事ができないという、重大な問題を招くことがある。こうした問題を発生させず、施工性を高めるためから、回転自由翼の先端の突出長は、どうしても短めの設定とされ易い。一方、回転自由翼の先端の突出長（未掘削土への食い込み量）が短ければ、掘削翼によってその回転方向に共回りしようとする掘削土（土塊）や混合流動体の共回りによる回転パワーにより、回転自由翼が、平面視、停止できないことがある。すなわち、回転自由翼の先端が滑り、掘削軸回りに回転してしまうことがある。このような場合には、共回り防止作用が得られないから、均質な改良固結体が得られない。このような回転自由翼の回転の発生の有無は、地盤中（地中）において生じる事象であるから、その検知は困難であるが、施工後の改良固結体の掘り起こしによるその均質性等の品質検査（掘起こし検査）によって知られる。このように、従来の共回り防止翼（回転自由翼）によって、共回りを確実に防止しようとすると、施工効率が悪くなる一方で、その突出長（未掘削土への食い込み長さ）を短くすれば、共回り防止翼の回転を招いてしまい、掘削土と固化剤との好ましい混合攪拌が得られず、結果、改良固結体の品質低下を招いてしまう。

こうした中、地盤改良機における地盤の掘削混合攪拌手段（地盤改良装置）を構成する回転自由翼（共回り防止翼）を、その先端が、平面視、前記掘削軸の回転によって前記掘削翼の先端が描く円である掘削径円の外側に突出しない長さのものとすると共に、その掘削軸と平行で、掘削軸回りに回転することなく（回転不能で）、掘削軸と共に上下動するように上下に延びるガイド（棒体）を備えると共に、このガイドの例えば下端を、該回転自由翼（回転自由翼の例えば先端）に固着（固定又は一体化）した構造のものがある（特許文献２）。

このような特許文献２の掘削混合攪拌手段（地盤改良装置）を備えた地盤改良機による地盤の掘削混合攪拌によれば、回転自由翼の先端が、掘削径円の外側の、相対的に硬い地盤（未掘削土）中に強制的に押し込まれることがない。これにより、該回転自由翼の先端が、未掘削土中に強制的に押し込まれるような、特許文献１の掘削混合攪拌手段（地盤改良装置）を用いた改良固結体の施工（地盤改良工事）に比べ、掘削抵抗を低減することができるし、回転自由翼の先端が、掘削径円の外側の未掘削土中における瓦礫、石等に衝突して、掘削、施工の進行の遅延等を招くといった問題を発生させることもない。

しかも、特許文献２では、掘削軸回りに回転しないガイドである、回転自由翼の回転を止める部材（回転止め部材）と、回転自由翼とが一体化（固定）されていることから、混合攪拌工程においては、回転自由翼が掘削軸回りに正転（正回転）も逆転（逆回転）もすることがない。このため、前記混合攪拌工程において、掘削土等が、掘削軸回りに回転するように動くとしても、この回転しない該回転自由翼が確実に共回り防止翼の作用を果たす。すなわち、このような混合攪拌手段によれば、掘削土等が前記掘削軸回りに回転（共回り）するとしても、該回転自由翼の高さ位置、及びその近傍では、掘削土等の共回りを確実に止めることができるので、好ましい混合攪拌が得られるといえる。

特公昭５８－２９３７４号公報 特開２００１－１９３０５２号公報

ところが、特許文献２に記載の技術（以下、従来技術２ともいう）では、回転自由翼は、掘削軸回りの回転が構造的に不能な回転止め部材（ガイド）に固着されているが故に、次のような解決すべき課題があった。というのは、従来技術２による混合攪拌工程においては、回転自由翼は掘削軸回りに正転（正回転）も逆転（逆回転）もせず、平面視、その位置は常に一定であるから、掘削径円の内側において、大きな石、礫、岩等が混在しているような場合において、それらが、その回転自由翼のすぐ下に位置して、該回転自由翼がそれらに衝突するときは、掘削の進行（掘削翼の下降）が妨げられる、ということがある。

このような場合において、強引にその掘削の進行（掘削翼の下降）を図れば、回転自由翼の変形等の損傷を招くといった問題もある。したがって、かかる問題の回避のためにも、従来、掘削翼の下降が妨げられる等より、このような衝突があると判断されるときは、掘削軸を一旦、引き上げ、平面視、回転自由翼（ガイドをなす回転止め部材）の掘削軸回りの位置を変更するため、回転止め部材（ガイド）を掘削軸回りに回転させるように、地盤改良機を移動する等の対処をしてから、掘削の進行（掘削翼の下降）を再開することを余儀なくされていた。このように、この従来技術（特許文献２の技術）によるときは、回転自由翼のすぐ下に大きな石等が位置して、該回転自由翼がそれらに衝突するようなときは、地盤改良作業の円滑な進行が妨げられるという問題があった。

本発明は、如上の問題に鑑みてなされたもので、混合攪拌工程において、回転自由翼（共回り防止翼）の先端の未掘削土中への強制的な押し込みに起因する掘削抵抗の増大もなく、掘削土等の共回り防止作用が得られるようにすると共に、掘削軸回りの回転が止められている回転自由翼が、平面視、掘削径円の内側において、石、礫、岩等に衝突して、その下降が止められるような場合でも、その衝突から逃れ易くして、地盤改良作業のより円滑な進行が得られるようにした地盤改良機を提供することをその目的とする。

請求項１に記載の本発明は、地盤の掘削混合攪拌手段として、縦軸線回りに回転して上下動が行われる掘削軸と、該掘削軸の下端又は下端近傍に該掘削軸と共に回転するよう設けられた掘削翼と、該掘削翼の上方の所定位置において前記掘削軸に対し、回転が自由で横方に突出するように設けられた回転自由翼と、を備える地盤改良機であって、
前記掘削軸を回転させて下動し、回転する前記掘削翼にて地盤を所定深さまで掘削しながら掘削された掘削土中に固化剤を供給して、該固化剤と掘削された掘削土とを混合攪拌する混合攪拌工程を経ることで、地盤中に改良固結体を形成する、改良固結体の製造に用いられる地盤改良機において、
前記回転自由翼は、その先端が、平面視、前記掘削軸の回転によって前記掘削翼の先端が描く円である掘削径円の外側に突出しない長さのものとされ、
該地盤改良機には、平面視、前記掘削径円の内側において、前記掘削軸回りに回転することなく前記掘削軸と共に上下動して、自身の所定部位に当てることによって、前記回転自由翼が前記掘削軸回りに回転するのを止める回転止め部材を、該回転自由翼が前記掘削軸回りに所定の回転角度の範囲内で回転するのを許容する構成で備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、前記回転止め部材は、その下端から上方に向かう所定範囲が上下に延びる１軸の棒状部をなし、前記所定部位が該棒状部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の地盤改良機である。

請求項１に記載の地盤改良機において、前記回転自由翼は、その先端が、平面視（上から見て）、前記掘削径円の外側に突出しない長さのものとされているため、前記混合攪拌工程で、該回転自由翼の先端が、前記掘削径円の外側の、相対的に硬い地盤（未掘削土）中に強制的に押し込まれることがない。よって、本発明の地盤改良機の使用によれば、従来技術２の使用によるのと同様、回転自由翼の先端の押し込まれに起因していた掘削抵抗の増大等の問題を発生させない。

また、請求項１に記載の地盤改良機を用い、混合攪拌工程を経て地盤中に改良固結体を形成する場合においては、掘削土等が、前記掘削軸回りに回転するように動き、その動き（回転パワー）によって該回転自由翼を一方に回転（正回転）させようとしても、該回転自由翼は必ず該回転止め部材の所定部位に当たり、その回転が止められる。このため、本発明の地盤改良機の使用においても、該回転自由翼の高さ位置、及びその近傍では、掘削土等の共回りを止めることができるので、従来の共回り防止翼と同様の作用、効果が得られ、好ましい混合攪拌が得られる。よって、良好な改良固結体が形成される。

そして、重要なのは本発明では、前記回転止め部材を、前記回転自由翼が前記掘削軸回りに所定角度（所定の回転角度）の範囲内で回転するのを許容する構成で備えていることにある。このような構成を有する本発明では、前記混合攪拌工程において、該回転自由翼の回転が前記回転止め部材によって止められている状態で掘削軸の下降が進行して掘削が行われ、該回転自由翼が、その直下の大きな石等に衝突してその下降が妨げられるような場合においても、該回転自由翼は所定の回転角度の範囲内で他方に回転（逆転）ができるのであるから、衝突している石等から逃げ易く、したがって、その分、その下降をさせ易い、という効果が得られる。すなわち、従来技術２のように、回転止め部材が、回転自由翼に固着される等して固定されている構成を有する地盤改良機では、その使用による掘削中、常に、回転自由翼は回転の停止状態にあり、掘削軸回りに正転も逆転もできる余地がないから、その回転自由翼が石等に衝突したときは、その衝突から逃れ難い。これに対し、本発明では、該回転自由翼が、許容されている所定の回転角度（許容回転角度）を有しており、その角度の範囲内で、掘削軸回りに回動できる分、それが石等に衝突したとしても、その衝突から逃れ易い。結果、本発明の地盤改良機を用いる地盤改良工事によれば、このような衝突に起因する、掘削の進行の妨げや停止等の問題を回避し易いという、特有の効果が得られる。

なお、本発明において、前記回転止め部材は、前記掘削軸と共に上下動して、自身の所定部位に、回転してくる該回転自由翼を当たらせ、該回転自由翼が前記掘削軸回りに回転するのを止めるように構成されていればよい。また、該回転止め部材の「所定部位」は、基本的には、該回転止め部材のうち、前記回転自由翼の高さに対応する部位を意味する。このため、回転自由翼が、掘削軸の上下方向において、１段だけ設けられている場合には、「該回転止め部材の所定部位」は、回転自由翼が当たってその回転を止める部位であり、該回転止め部材の下端部又は下端寄り部位とするのがよい。ただし、回転止め部材は、回転自由翼の自由な回転を止めれさえすればよいので、例えば、前記掘削軸に対する該回転自由翼の取付部位（該回転自由翼の基部のクランプ部位）など、回転自由翼自体ではないが、それに連なる部分（回転自由翼と一緒に回転する部分）の適所に、前記所定部位が、相対的に係合、又は当たるようにして、その回転を止めるようにすればよい。

そして、前記回転止め部材は、該回転自由翼の前記掘削軸回りの所定の回転角度の回転を許容することができればよく、この所定の回転角度の大きさは、地盤の地質、土質等から混在すると推定される石等の大きさ、混在率、その石等への衝突からの回避のし易さ等を考慮して適宜の大きさに設定すればよい。また、前記回転止め部材は、その構造は限定されるものではないが、上下方向に延びる縦軸又は棒材とするのがよい。この回転止め部材は、前記掘削径円の内側において、当該地盤改良機の掘削翼等の掘削軸回りの回転を妨げず、該回転止め部材の下端部又は下端寄り部位等によって、前記回転自由翼の掘削軸回りの自由な回転を止め得るよう、設けておけばよい。例えば、前記回転止め部材を請求項２に記載の本発明のような構成とする場合には、前記回転止め部材の構造の簡易化が図られる上、前記混合攪拌過程で、前記回転止め部材が掘削土中に下降させられる際の抵抗も少なく、好ましい。なお、前記回転止め部材を請求項２に記載の発明のような構成とする場合において、前記回転自由翼を、同じ高さで、平面視、掘削軸を挟んで、両側に横向きに突出するような対称配置で２つ設ける場合には、前記回転自由翼に許容される掘削軸回りの回転角度（許容回転角度）は１８０度未満となる。

本発明において使用される地盤改良機における前記掘削軸には、前記掘削翼に加え、その上方であって、前記回転自由翼の上方又は該回転自由翼の下方の少なくともいずれかに、上記したような攪拌翼が１又は複数、取付けられ（固定され）ていてもよい。ただし、この攪拌翼を前記回転自由翼の上方に設ける場合には、前記掘削径円の外側に突出しない長さであるだけでなく、攪拌翼は、前記回転止め部材に掘削軸回りの回転が妨げられないようにする。また、本発明において前記回転自由翼は、これを上下に複数、設けてもよい。

請求項１に記載の本発明である地盤改良機の実施の形態例の概略構成を示す斜視図。 図１の地盤改良機の概略構成を示す拡大正面図（立面図）。 図２の要部（地盤改良機の一部）の拡大図。 図１の地盤改良機を使用して地盤改良をしている状態を説明する、地盤改良機の一部を示した模式的正面図。 図３において、地盤改良機で、回転自由翼が回転止め部材に当たって回転が止められている状態の説明用の模式図であって、掘削軸、掘削径円等を上から見た図（平面図）。 図５において、回転自由翼が掘削軸回りに回転を許容されている所定の回転角度αを説明する模式平面図、Ａは、その回転前（回転停止状態）の模式平面図、Ｂは、Ａの回転停止状態から、回転自由翼が掘削軸回りに所定の回転角度α回転したときを説明する模式平面図。 図５において、回転自由翼を、同一高さで掘削軸回りに９０度間隔で放射状に設けて、所定の回転角度βが９０度未満となる例を説明する模式平面図。 図５において、回転止め部材を２本の棒状体として、所定の回転角度γが９０度未満となる例を説明する模式平面図。 図１の地盤改良機において、回転止め部材の所定部位を含む部分を二股として、所定の回転角度γが９０度未満となる変形例を説明する、地盤改良機の一部（掘削軸等の主要部）の拡大図。

本発明の地盤改良機２００を具体化した１例について、図１－図６を参照しながら説明する。本例の地盤改良機２００は、地盤改良機本体１０３の前方（図１左側）に、地盤の掘削混合攪拌手段として、縦軸線回りに回転し、上下動が行われる掘削軸（円形パイプ）１０と、この掘削軸１０の下端又は下端近傍に掘削軸１０と共に回転するよう設けられた（固定された）左右一対の掘削翼２０と、この掘削翼２０の上方の所定位置（同一高さ位置）において掘削軸１０に対する回転が自由で、掘削軸１０の横方に突出するように設けられた、左右一対の回転自由翼３０と、を備えている。回転自由翼３０は、その先端３５が、平面視（上から見て）、掘削軸１０の回転によって掘削翼２０の先端が描く円である掘削径円Ｋｅの外側に突出しない長さ（掘削翼２０より短い長さ）のものとされている（図５参照）。この回転自由翼３０（回転自由翼３０ａ、３０ｂ）は、掘削軸１０に設けられた上下２つの固定フランジ１３、１３にて、上下方向への移動が規制される状態で、本例では、２つの片翼（左右一対翼）の基端に設けられた一対のクランプ（取付部）３３で、掘削軸１０を挟むようにされ、ボルト締めされ、掘削軸１０に対して回転自在となるように取り付けられている。

掘削軸１０は、地盤改良機本体１０３の前方において略鉛直に保持され、掘削軸１０の上端において、モータ５０の回転軸に連結され、縦軸線回りに回転制御されるよう設けられている。モータ５０は、地盤改良機本体１０３の前方において略鉛直に保持された昇降ガイド（保持支柱）６０に対し、昇降（上下動）可能に取り付けられたブラケット７０に取付けられている。昇降ガイド（保持支柱）６０は、油圧シリンダ７０により角度調節ができ、掘削軸１０はこの調節により鉛直に角度調節ができるよう構成されている。また、この掘削軸１０は、モータ５０による回転状態において、或いは回転停止状態において、地盤改良機本体１０３の昇降ガイド（保持支柱）６０の下方（下端寄り部位）に取付けられた掘削軸ガイド８０におけるガイド孔を上下に貫通する状態で取り付けられており、安定した上下動（上昇、下降）ができるようにされている。これにより、掘削軸１０は、略鉛直に保持されて縦軸線回りに回転制御され、ブラケット７０の上下動に従い、上下動（昇降）するよう構成されている。

次に、この地盤改良機２００に設けられている回転止め部材（棒体）１６０について説明する。本例では、昇降ガイド（保持支柱）６０に、昇降可能に取り付けられたブラケット７０、又はブラケット７０に取付けられているモータ５０のマウントから横に張出すよう設けられているブラケット張出し部７３を備えている。そして、このブラケット張出し部７３の下面に、平面視、掘削径円Ｋｅの内側において、上下に延びる棒状の回転止め部材１６０が、その上端を固定、又は吊り下げ状態とする等して取付られている。この回転止め部材１６０は、本例では、その全体が上下に延びる１軸の棒状部（棒体）をなし、掘削軸１０と適度の間隔を保持され、掘削軸１０と平行に、ブラケット張出し部７３の下面から下方に吊り下げ状に設けられており、その掘削軸１０と同時に上下動するように構成されている。

このような回転止め部材（本例では丸棒）１６０は、その下端部又は下端寄り部位（下端部近傍）が、回転自由翼３０の下縁（高さ部位）に位置するよう、その上下長が設定されている。なお、本例では、回転止め部材１６０は、掘削軸１０の上下動をガイドする掘削軸ガイド８０から横に張出すよう設けられているガイド張出し部８３に設けられたガイド孔を上下に貫通して、上下にスライドする状態で取り付けられている。これにより、回転止め部材１６０は、平面視、掘削径円Ｋｅの内側において、掘削軸１０回りに回転することなく、掘削軸１０と共に、ブラケット７０の上下動に従い、安定した上下動（上昇、下降）ができるようにされている。なお、掘削軸１０には、回転自由翼３０の上方等において、例えば図４中に２点鎖線で示したように、回転時に回転止め部材１６０に当たらない設定で、攪拌翼４０を固定しておいてもよい。

前記構成により、本例では、回転自由翼３０は、掘削土等の共回りにより、それが掘削軸１０回りに一方に回転（例えば、上から見て右回転）するとき、その一方の回転自由翼（片翼）３０ａが、回転止め部材１６０の所定部位に当たって止まるようになっている（図５参照）。そして、この停止状態から、掘削軸１０回りに他方（上から見て左回転）に、最大で所定角度α（１８０度近く）の回転が許容される設定とされている。すなわち、図６－Ａに示したように、掘削軸１０の回転（上から見て右回転）による掘削混合攪拌過程で、掘削土の共回りに起因して、回転自由翼３０が掘削軸１０回りに一方に回転（上から見て右回転）して、その一方の回転自由翼（片翼）３０ａが、回転止め部材１６０の所定部位（棒状部の下端寄り部位）に当たることで、その回転が止められる一方、掘削混合攪拌過程で掘削軸１０が逆回転（上から見て左回転）されることによる掘削土の共回りに起因して、回転自由翼３０が同様に逆回転すれば、図６－Ｂで示したように、その一方の回転自由翼（片翼）３０ａが、回転止め部材１６０から離れるように逆転し、その他方の回転自由翼（片翼）３０ｂが、回転止め部材１６０の所定部位に当たるまで、その回転が、所定の回転角度α許容される設定とされている。

なお、本例の地盤改良機２００において、ブラケット７０の上下動は、昇降ガイド（保持支柱）６０等に設けられた、図示しない上下駆動手段（例えば、チェーン駆動）にて駆動制御する設定とされている。また、本例では、その上動、すなわち、掘削軸１０の引き上げにおいては、モータ５０のマウント（又はブラケット７０）を、保持支柱６０の上部に取付けられたシーブ９０に卷回されたワイヤ９３によって引き上げを補助するよう構成されている。具体的には、モータ５０のマウント（又はブラケット７０）に結合されたワイヤ９３を、地盤改良機本体１０３の前部の上に設けられたウインチ９５を駆動し、巻き上げるよう構成されている。

また、図示の地盤改良機２００は、移動（走行）手段１０５を備え、地盤改良機本体１０３の上部に、運転操作台１０７を備えており、オペレータが掘削軸１０の回転、上下動等の運転、操作を行う設定とされている。また、地盤改良機本体１０３の平面視、四隅には、支持脚１０９を備えており、施工時における地盤改良機２００の安定が保持される設定とされている。掘削軸１０の上端のブラケット７０近傍には、例えば、掘削軸１０の下端の吐出口１５（図４等参照）から、固化剤（水溶液）を吐出し、掘削土中に供給するためのフレキシブルチューブ１１２の一端が接続されており、他端が固化剤の圧送元（図示せず）に接続されている。

次に、このような地盤改良機２００を用いて、地盤改良工事（地盤中に改良固結体を形成する、改良固結体の製造工事）を行う場合について説明する。

この工事に際しては、地盤改良の所定位置に、地盤改良機２００の掘削軸１０を位置させ、図４に示したように、回転させて下降し、回転する掘削翼２０にて地盤Ｇをその地面から、施工において要求されている所定深さまで掘削しながら掘削された掘削土中に固化剤を供給して、該固化剤と掘削された掘削土とを混合攪拌する混合攪拌工程を経ることで、地盤中に改良固結体を形成する。この施工方法自体は、従来技術におけるそれと同じである。

本例では、この施工中において、回転自由翼３０が、掘削軸１０回りに共回りしようとする掘削土等による回転パワーにて回転するときは、回転止め部材１６０の所定部位（所定高さ部位）Ｓに回転自由翼３０が当たり、回転自由翼３０は構造的にその回転が止められるため、共回り防止効果のある施工が得られるから、好ましい改良固結体を地盤中に形成することができる。すなわち、本例では、回転自由翼３０は左右一対の構造とされているため、掘削土等の共回りによる回転パワーにて、回転自由翼３０が、掘削軸１０回りに、正逆いずれに回転するとしても、半回転以内に、左右いずれかの片翼（回転自由翼３０ａ、３０ｂ）が回転止め部材１６０の所定部位（側部）Ｓに当たり、その回転が止められる。このように、この混合攪拌工程においては、回転が止められる回転自由翼３０によって、従来の共回り防止翼と同様の作用、効果が得られる。結果、混合攪拌工程の終了後、掘削軸１０等を地盤中から引き上げた後には、掘削土と固化剤との混合攪拌性に優れた、良好な改良固結体が得られる。

そして、この混合攪拌工程において、回転自由翼３０は、その先端３５が、平面視、掘削軸１０の回転によって掘削翼２０の先端が描く円である掘削径円Ｋｅの外側に突出しない長さのものとされているため、その先端（先端部分）３５の未掘削土中への強制的な押し込まれもないから、それに起因する掘削抵抗（貫入抵抗）の増大がないし、その先端３５部分の礫、石、岩等への衝突に起因する施工の遅れや中断等の問題もない。

しかも、本例地盤改良機２００では、回転自由翼３０は、従来技術２における、それのように、掘削軸回りに回転しない回転止め部材に固着等により固定（一体化）されていない。すなわち、従来技術２では、回転自由翼が、掘削土中の石等へ衝突したときは、それ以降の下降が困難となることがあり、そのような場合には、回転止め部材の位置が変わるように、地盤改良機自体を掘削軸回りに移動する等して、その衝突状態からの回避を余儀なくされる等の手間がかかることがあった。これに対し、本例地盤改良機２００では、混合攪拌工程で、回転が止められている回転自由翼３０が、石、礫、岩等に衝突したとしても、その逆転が所定の回転角度αの範囲内において許容されている分、回転自由翼３０は、その逆転方向に動くことができ、衝突から逃れ易いという特有の効果がある。結果、回転自由翼３０の石等への衝突があるとしても、掘削の進行の停止等の問題を回避させ易く、上記したような手間を低減し、したがって、施工の進行が遅れる等の問題の発生を低減できる。

上記例では、回転自由翼３０を、上から見て掘削軸１０を挟んで左右一対の回転自由翼（直線の左右一対翼）３０ａ、３０ｂとしたが、回転自由翼３０は、上記例において、図７に示したように、これを上から見たときの形状（平面視形状）を、同一高さで掘削軸１０回りに９０度間隔で放射状（十字形状）に設けたものとしてもよいなど、適宜のものとすることができる。図７に示したように、９０度間隔で放射状に回転自由翼３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを４つ設けた場合、その回転自由翼３０に許容される掘削軸回りの回転角度（所定の回転角度）βは、９０度弱となる。上記例より、その回転角度（許容回転角度）が小さくなるが、それでも、従来のように、掘削軸回りに回転しない回転止め部材に固定されておらず、回転自由翼３０が所定の回転角度βの範囲内で逆転できる分、回転自由翼３０の石等への衝突があるとしても、掘削の進行の停止等の問題を回避させ易いという効果が得られる。

なお、上記例では、回転止め部材１６０を上下に延びる１軸の棒状体を１本設ける場合で説明したが、このような棒状体は、例えば、図８に示したように、回転自由翼３０に許容される掘削軸回りの回転角度（許容回転角度）が、所望とする回転角度γとなる配置で、例えば２本設けることとしてもよい。なお、このように回転自由翼３０に許容される掘削軸回りの所定の回転角度（許容回転角度）を、所望とする回転角度γとする場合、図９に示したように、１つの回転止め部材１６０の下端部寄り部位を２つに分岐（二股）して、各分岐部１６９にて、回転角度γが設定されるようにしてもよい。

本発明は上記した内容のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々、変更して具体化できる。請求項１に記載の発明である地盤改良機における、掘削混合攪拌手段をなす、掘削軸、掘削翼、及び回転自由翼の具体的な形状、構造は、改良対象をなす地盤の土質、要求される改良品質等に応じた適宜のものとすればよい。また、上記したように、攪拌翼の有無についても同様である。そして、回転自由翼、攪拌翼の数（上下の段数、各段における数）等も、改良対象をなす地盤の土質、要求される改良品質、改良深さ等に応じた適宜のものとすればよい。そして、回転止め部材は、攪拌翼を設ける場合には、それに干渉することなく、回転自由翼の回転を止められるよう、適宜の形状、構造のものとすることができる。すなわち、回転止め部材は、その所定部位にて、掘削軸回りに共回りしようとする掘削土等の回転パワーによって回転させられることになる回転自由翼の回転を止められ、かつ、該回転自由翼が掘削軸回りに所定の回転角度の範囲内で回転するのを許容するように、適宜の構成にて設ければよい。

１０ 掘削軸
２０ 掘削翼
３０ 回転自由翼
３５ 回転自由翼の先端
２００ 地盤改良機
１６０ 回転止め部材
Ｓ 所定部位
Ｇ 地盤
Ｋｅ 掘削径円
α、β、γ 所定の回転角度

Claims (2)

1. 地盤の掘削混合攪拌手段として、縦軸線回りに回転して上下動が行われる掘削軸と、該掘削軸の下端又は下端近傍に該掘削軸と共に回転するよう設けられた掘削翼と、該掘削翼の上方の所定位置において前記掘削軸に対し、回転が自由で横方に突出するように設けられた回転自由翼と、を備える地盤改良機であって、
   前記掘削軸を回転させて下動し、回転する前記掘削翼にて地盤を所定深さまで掘削しながら掘削された掘削土中に固化剤を供給して、該固化剤と掘削された掘削土とを混合攪拌する混合攪拌工程を経ることで、地盤中に改良固結体を形成する、改良固結体の製造に用いられる地盤改良機において、
   前記回転自由翼は、その先端が、平面視、前記掘削軸の回転によって前記掘削翼の先端が描く円である掘削径円の外側に突出しない長さのものとされ、
   該地盤改良機には、平面視、前記掘削径円の内側において、前記掘削軸回りに回転することなく前記掘削軸と共に上下動して、自身の所定部位に当てることによって、前記回転自由翼が前記掘削軸回りに回転するのを止める回転止め部材を、該回転自由翼が前記掘削軸回りに所定の回転角度の範囲内で回転するのを許容する構成で備えていることを特徴とする地盤改良機。
2. 前記回転止め部材は、その下端から上方に向かう所定範囲が上下に延びる１軸の棒状部をなし、前記所定部位が該棒状部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の地盤改良機。

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