JPH068531B2 - 地盤改良工法における掘削土の混合撹拌装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、軟弱地盤等の上に建造物を構築する際に、そ
の地盤に掘削した土にセメントミルク等の充填材を混合
して、その地盤の支持強度を向上させるための地盤改良
工法に用いられる掘削装置に関し、特に、埋立て地等で
のガレキの多い場所でも、孔の掘削と充填材の混合攪拌
を良好に行い得るようにする掘削装置に関する。

（従来の技術） 従来より地盤の状態の良くない場所や埋立て地等のよう
に、建物を構築するに適しない場所では、その地盤の支
持強度を向上させるために、杭を打込んだりすることの
他に、地中に孔を掘削して、その孔の土にセメントやケ
イ酸ソーダ等の固化剤（以下充填材と呼ぶ）を混合し
て、土を固化させることによって、杭状の地盤改良を行
うことが行なわれている。

そして、そのために用いられる工法としては、例えば、
特開昭６１−９５１１８号工法等に示されるような掘削
と攪拌とを行い得るような装置が用いられている。

そして、前述したような従来の装置を用いることによっ
て、孔の掘削と、掘削された土に充填材を混合攪拌し
て、場所打ち杭を構築し、地盤の支持強度を向上させる
ことが出来るようにする。

ところが、その場所打ち杭を構築する際に、土が砂質土
や、シルト系の場合には、前述したような従来の装置を
用いて場所打ち杭の施工を行うことは容易に出来るが、
その土の性質が、例えば、硬い場所や、粘土のような粘
着力の大きい土等の場合には、掘削装置の掘削羽根とと
もに掘削された土が共まわりするという問題が発生す
る。そして、掘削した土に充填材を混合しようとして
も、両者を効率良く混合攪拌することができないという
問題が発生している。

上記したような問題を解決するために、特開昭５６−１
５３０１３号公報等に示されるように、掘削土の共まわ
りを防止する技術が用いられている。上記従来例の共ま
わり防止手段は、駆動軸の長さ方向に、所定の間隔で設
けた攪拌翼に対して、その間に共まわり防止翼を配置
し、該共まわり防止翼を収容する円筒体を、掘削孔の壁
に向けて突っ張るように構成している。

そして、攪拌翼によって土が攪拌される際に、その土が
共まわり防止翼によって抵抗を受けるので、土と充填材
との混合が良好に行なわれることになり、粘土質等の地
盤での場所打ち杭の構築が良好に行われ得るようになっ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記したような従来の共まわり防止装置を用いた場所打
ち杭の構築装置を用いる場合に、円筒体とその内部に向
けて突出された共まわり防止翼との間に、攪拌翼を回転
させることが必要である。

そして、前記したように、構成された従来の装置におい
ては、掘削を行うための地盤の土質が粘性を有する土
や、ピート層等の比較的均質な場合で、回転翼と固定翼
との間隔内を通過出来る程度の塊しかない場合には、比
較的良好な状態で場所打ち杭の構築が出来るものであ
る。

ところが、近年は、埋立て地等のように土質が均質なも
のではなく、コンクリートの塊やガレキ等が混入された
ように、非常に土質の悪い場所での土質改良の工事を行
うことが多くなっているが、前記したような共まわり防
止装置を用いる場合には、そのコンクリートの大きな塊
や、ガレキ等が回転翼と固定翼との間を通過することが
出来ない等の問題が発生している。

また、前記したような地盤の土質が良くない場所では、
掘削装置に固定翼を設けたりすると、それが掘削孔の壁
の部分にある大きな石等に当たったりして、孔の掘削が
出来なくなる等の問題が発生し、作業能率が大幅に低下
する場合がある。

（発明の目的） 本発明は、上記したような従来より用いられている装置
の欠点を解消するもので、固定翼を設けたりすることな
しに、回転速度の異なる回転翼装置を用いて、ガレキ等
を含んだ地盤の掘削を容易に行い得るとともに、掘削し
た土の共まわりを防止出来るようにする装置を提供する
ことを目的としている。

（問題点を解決するための手段および作用） 本発明の掘削土の混合攪拌装置は、掘削装置により地盤
に孔を掘削し、該掘削孔の土に充填材等を混入して攪拌
を行い、孔の土を固化させて地盤の改良を行う工法に関
する。

本発明の掘削装置の軸にはその先端部に噴出孔を設けた
先端部材を形成して、該先端部材より充填材等を噴出さ
せるように構成し、該駆動用ロッドの先端部近傍に掘削
羽根を設け、前記駆動用ロッドの掘削羽根の上部に所定
の間隔で固定羽根を固着して配置し、前記固定羽根の間
には回転羽根を配置し、該回転羽根は遊星ギヤ機構を設
けて、駆動用ロッドとは異なる速度で回転が行なわれる
ように構成するとともに、該回転羽根のケーシングの周
囲にスクリューを設け、該スクリューはその外周の一部
が掘削孔の壁に常時接するように設け、駆動用ロッドと
一体に回転が行なわれる掘削羽根と固定羽根とに対し
て、回転羽根の回転速度を変化させることによって、孔
の中の掘削土の共回りを防止するように構成している。

したがって、本発明の掘削装置を用いることによって、
２種類の回転翼装置が異なる速度で回転することによ
り、その掘削孔の内部で土が共まわりを行うことが防止
されるので、その土と充填材との混合攪拌の動作が良好
な状態で行われ得るものとなる。

また、本発明の掘削土の混合攪拌装置は、地盤中に比較
的大きな石やコンクリートの塊等があっても、回転翼に
よって上に排除されるので、埋立て地等のような場所で
の孔の掘削の作業を能率良く行うことが出来る。

（実施例） 図示された例に従って、本発明の掘削土の混合攪拌装置
の構成を説明する。

第１図ないし第３図に示される本発明の実施例は、掘削
装置１０の構成を示しているもので、第１図に示される
ように、本発明の掘削装置１０は、駆動用ロッド１１を
従来の駆動用ロッドの場合と同様な中空部材として構成
しており、その駆動用ロッド１１の下端部の噴出孔を設
けた先端部材１３に充填材を噴出させるための孔を多数
設る。

また、該駆動用ロッド１１の先端部材１３の上部には、
先端部に多数の掘削歯１６を突出させた掘削羽根１５を
設けており、該掘削羽根１５により孔の掘削の動作を行
うようにする。

前記掘削羽根１５の上部には、駆動用ロッド１１の長さ
方向に、所定の間隔で固定羽根１８、１８ａ……を設け
ており、該固定羽根によって掘削された土を上方に排出
させるとともに、充填材を混合する際に、土と充填材と
の攪拌混合の作用を行う。

なお、前述した掘削羽根１５と固定羽根１８……とは、
従来の掘削装置の場合と同様に、駆動用ロッド１１に溶
接等の手段によって取付けられ、その長さがほぼ同一
で、掘削方向に傾斜した羽根として構成される。

前述した掘削羽根１５と固定羽根１８との間、および、
固定羽根１８とさらにその上に位置する固定羽根との間
には、回転羽根２０、２０ａが配置される。この回転羽
根２０は、第２図および第２ａ図に示されるように、駆
動用ロッド１１に対して異なる回転速度で回転されるケ
ーシング２１と、そのケーシング２１の周囲に突出され
たスクリュー２２とから構成されるもので、該ケーシン
グ２１の内部には遊星ギヤ装置が設けられている。

前記回転羽根２０のスクリュー２２の外径は、図示され
るように、掘削羽根および固定羽根の長さよりも小さい
径で構成されているが、その回転羽根のスクリューの回
転時における軌跡は、前記掘削羽根１５における最外方
部分の回転軌跡と同じ円を描くようにされる。また、前
記スクリュー２２の最も外側の部分の回転軌跡は、掘削
孔の壁に対して若干食込む程度に設定する方が、土の共
まわりを防止する点から効果を発揮出来ることもある。

この実施例において、遊星ギヤ装置として、駆動用ロッ
ド１１に設けた駆動ギヤ２５と、ケーシング２１の両面
に設けた内歯ギヤ２７および前記２つのギヤ２５、２７
の間に配置される遊星ギヤ２６とから構成される。

そして、駆動用ロッド１１が回転されると、その駆動ギ
ヤ２５に噛合う遊星ギヤ２６を介して内歯ギヤ２７を設
けたケーシング２１が、同じ方向に回転されることにな
るが、その回転羽根２０の回転速度は、軸の回転に対し
て大幅に減速された状態となる。

この回転羽根の駆動機構においては、図示されるように
軸１１を矢印ａ方向に回転させると、該軸１１の駆動ギ
ヤ２５に噛合う遊星ギヤ２６は、矢印ｂ方向に回転する
とともに、駆動ギヤの軸を中心にして矢印ｃ方向に回転
が行われる。

さらに、該遊星ギヤ２６に噛合う内歯ギヤ２７を介して
回転羽根２０が矢印ｄ方向に回転されて、その回転羽根
の最も外側の部分が描く軌跡は、孔１の外壁の径に一致
されるようになる。

また、該掘削孔１は、掘削羽根１５の長さに応じて、所
定の径のものとして形成されるものであるが、その孔の
内部では固定羽根が同一の軌跡を描いて回転される。そ
して、前述したような状態で孔の掘削の作業が行なわれ
るが、前記したように軸の回転速度とは異なる速度で、
回転羽根が駆動されることになる。

前記したように構成された本発明の実施例において、駆
動用ロッド１１の回転速度に対して、回転羽根２０の回
転速度を１／４程度に設定することが出来るので、土の
掘削および攪拌の作業を行う際に、上下の固定羽根と回
転羽根との間での土を回す方向の駆動力が異なることに
ある。

したがって、前記固定羽根と回転羽根との間にある土に
対して、回転させる方向の速度が異なることによって、
土には大きな抵抗が発生して、その土が駆動用ロッドと
共まわりすることを防止出来るものとなる。

なお、上記したように構成した本発明の回転羽根２０に
おいて、ケーシング２１の上部と下部を形成する板部材
には、ロッド１１が貫通する孔２３が設けられるが、該
孔２３は、ケーシングがロッドの周囲で回転出来るよう
にするために、大きな孔として形成されている。そし
て、前記孔２３を通って掘削孔の内部の土等が、ケーシ
ングの内部に侵入することを防止するために、該ケーシ
ング２１の上下の孔を塞ぐようなシール部材２４、２４
ａを設け、該シール部材によって、ケーシングの上下方
向に余分な移動を防止するとともに、孔のシールを行う
ことが出来るようにしている。

また、前述した本発明の実施例の他に、第３図および第
３ａ図に示されるような回転羽根５０を用いることが出
来る。この第３図に示される回転羽根５０は、ケーシン
グ５１の内部に複数の遊星ギヤ５６を設け、それ等の遊
星ギヤ５６が、ケーシング５１の円周の内面に設けた内
歯ギヤ５８に噛合うようにされている。なお、前記遊星
ギヤ５６……は、その軸５７がケーシングの上下の板部
材に設けた軸受を介して支持されており、一般の遊星ギ
ヤ装置の場合と同様な原則作用が行なわれるものとな
る。

前述した本考案の実施例においては、ケーシング５１
は、駆動用ロッド１１と同心に設けられているものであ
り、そのケーシングの周囲に外周が偏心した状態のスク
リュー５２を設けている。そして、前記スクリューの最
も外部に突出した部分５２ａが、掘削孔の壁２に摺動さ
れるような状態で配置される。

したがって、本発明の偏心したスクリューを用いた回転
羽根の装置は、第１実施例に示された回転羽根と同様
に、掘削羽根等の回転速度よりも遅い速度で回転が行わ
れ、掘削装置の固定張るの間で、掘削された土が共まわ
りすることを防止することが出来るものとなる。

前述したように構成された本発明の掘削装置１０を用い
て、地盤に孔を掘削する場合には、最初に掘削羽根１５
を用いて設定された深さの孔を掘削するが、その際に、
掘削羽根１５とその先端に設けた掘削歯１６とによって
地盤を堀り下げ、その掘削された土を固定羽根および回
転羽根の回転により上部に排出する。

そして、設計の深さにまで、孔１を掘削した後で、先端
部材１３から充填材を噴出させながら駆動用ロッド１１
を回転させて、孔の中に残留する土に対してその充填材
を混合し、場所打ち杭の造成を行う。

これとは別に、孔１を掘削装置によって掘削している途
中で、その孔から排除される土の量が設計量に達した後
で、その下部の掘削を行うと同時に、先端部材１３から
充填材を噴出させながら、さらに掘削の動作を継続し、
掘削している土にその充填材を混合しながら、孔を掘り
下げるようにすることも可能であるが、それ等の掘削と
混合の手順は、任意に行うことが出来るものとなる。

この掘削と土の搬出の作業を行う場合に、掘削部にコン
クリートの塊や大きな石等があっても、それを掘削羽根
によって掘り取ることが出来る場合には、その大きな塊
等は該掘削羽根と固定羽根、および、回転羽根が共に回
転することによって、順次上方に向けて搬出されること
になるので、その孔の掘削の作業を能率良く行うことが
出来る。

これに対して、従来の共まわり防止装置を用いた場合で
は、固定羽根の間に抵抗となる板部材が配置されていた
ために、大きな塊等がその抵抗板部材に引掛かってしま
い、掘削装置が容易に下部に進まないという問題が発生
していたが、本発明の掘削装置の場合には、前記したよ
うな問題が発生することがなく、孔の掘削を能率良く行
うことが出来る。

さらに、孔１の壁２から木材や大きな石、その他のガレ
キが突出した状態であっても、それ等の壁から突出して
いる部材は、孔の途中で固定羽根および回転羽根によっ
て順次削り取られたりする他に、羽根がその障害物の部
分を容易に通過することが出来ることにもなり、掘削し
た土を上方に向けて搬送する場合の障害となることはな
い。

なお、前記したような本発明の掘削土の混合攪拌装置
は、第４図に示されているように、一般的な掘削用の車
両に装備されて、場所打ち杭の造成と、それによる地盤
改良の作業とを行うことが出来るようにされる。この第
４図に示される実施例において、掘削装置１０の上端部
は駆動装置４０に接続されており、該駆動装置４０がマ
スト３５のガイド３６に沿って上下動が行なわれること
により、孔の掘削と引抜きの動作が行なわれる。

前記マスト３５は作業車両３０の支持アーム３１によっ
て支持され、その車両に設けたウインチ３２から引き出
されたワイヤ３３が、ヘッド部材３７を介して駆動装置
４０を支持し、そのウインチ３２によって前記駆動装置
を上下動させ、掘削装置１０の移動の動作を行うように
する。

また、掘削装置１０の上部にはスイベル４５を設けてお
き、該スイベル４５から掘削羽根１１の中空孔に充填材
を供給するようにするが、この充填材は、タンク４２か
らポンプ４３を介して、ホース４４によりスイベル４５
に供給される。そして、該ポンプ４３により設定された
圧力で、先端部材１３から孔の中に噴出され、土との混
合が行なわれるものとなる。

なお、前記した本発明の実施例において、掘削する孔の
径に応じて、掘削羽根と固定羽根の軸から突出する長さ
が設定されるものであり、掘削装置１０に設ける固定羽
根の数と間隔等も、任意に形成することが出来る。さら
に、回転羽根２０のケーシング２１の外径と、その周囲
に設けられるスクリューの形状と回転数等は、土の性質
に合せて最適なものとして構成することが出来るもので
あって、特にその数値を限定するものではない。

また、本発明の装置においては、回転羽根の駆動機構と
して、実施例に示されたような遊星歯車機構の他に、従
来より用いられている一般の作動歯車機構等を用いるこ
とも可能であり、該回転羽根を掘削羽根等のロッドに固
定したものとは異なる速度で回転させ得るものであれ
ば、その駆動機構は任意の手段を用いることが出来るも
のである。

（発明の効果） 本発明の掘削土の混合攪拌装置は、上記したような構成
を有するものであり、掘削装置に駆動用ロッドと一体に
回転する掘削羽根および固定羽根と、駆動用ロッドとは
異なる速度で回転する固定羽根とを設けたものであり、
その掘削機構を簡素化することが出来る。

また、本発明の掘削装置を用いることによって、２種類
の回転翼装置が異なる速度で回転することにより、その
掘削孔の内部で土が共まわりを行うことが防止されるの
で、その土と充填材との混合攪拌の動作が良好な状態で
行われ得るものとなる。

さらに、本発明の掘削土の混合攪拌装置は、地盤中に比
較的大きな石やコンクリートの塊等があっても、回転翼
によって上に排除されるので、埋立て地等のような場所
での孔の掘削の作業を能率良く行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の掘削装置の側面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ線での断面図、第２ａ図は回転羽根装置の縦断面
図、第３図は本発明の回転羽根の別の実施例の横断面
図、第３ａ図はその縦断面図であり、第４図は本発明の
掘削装置を適用可能な装置の説明図である。 図中の符号 １……掘削孔、１０……掘削装置、１１……駆動用ロッ
ド、１２……中空孔、１３……噴出孔を設けた先端部
材、１５……掘削羽根、１６……掘削歯、１８……固定
羽根、２０……回転羽根、２１……ケーシング、２２…
…スクリュー、２５……駆動ギヤ、２６……遊星ギヤ、
２７……内歯ギヤ、３０……作業車両、３５……マス
ト、４０……駆動装置、４５……スイベル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削装置により地盤に孔を掘削し、該掘削
   孔の土に充填材等を混入して攪拌を行い、孔の土を固化
   させて地盤の改良を行う工法において、 前記掘削装置の軸にはその先端部に噴出孔を設けた先端
   部材を形成して、該先端部材より充填材等を噴出させる
   ように構成し、該駆動用ロッドの先端部近傍に掘削羽根
   を設け、 前記駆動用ロッドの掘削羽根の上部に、所定の間隔で固
   定羽根を固着して配置し、 前記固定羽根の間には回転羽根を配置し、該回転羽根は
   遊星ギヤ機構を介して駆動用ロッドとは異なる速度で回
   転が行なわれるように構成するとともに、該回転羽根の
   ケーシングの周囲にスクリューを設け、該スクリューは
   その外周の一部が掘削孔の壁に常時接するように設け、 駆動用ロッドと一体に回転が行なわれる掘削羽根と固定
   羽根とに対して、回転羽根の回転速度を変化させること
   によって、孔の中の掘削土の共回りを防止するように構
   成したことを特徴とする地盤改良工法における掘削土の
   混合攪拌装置。