JPH08199557A - 地盤改良装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】改良径が大きい場合や硬い地盤を空掘りする場
合でも掘削性能の低下がないようにする。 【構成】攪拌ロッド１の先端に掘削刃２と攪拌翼３とが
設けられ、前記掘削刃２は攪拌ロッド１の最先端部に設
けられた先端掘削刃４と、この先端掘削刃４よりやや基
端側に離間して設けられるとともに前記先端掘削刃４の
回転径以上の回転径とされる攪拌兼用掘削刃５とから構
成され、前記先端掘削刃４と攪拌兼用掘削刃５とがこれ
らを繋ぐ螺旋状の連続刃６によって連続一体化されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固化材と土砂とを現位
置で攪拌・混合することにより地盤中に固化改良体を造
成する混合処理工法に用いられる地盤改良装置に係り、
特に詳しくはその攪拌ロッド構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、埋立地等の地盤改良、道路・
土地造成工事における地盤改良などにおいては、主とし
て石灰やセメント系の化学的固化材を土に添加し強制的
に攪拌・混合することにより固化させ地盤強度を高め
る、混合処理工法がその有用性から多く採用されてい
る。

【０００３】前記混合処理工法は、改良地盤の形状、強
度に比較的自由性があり、水深条件や地盤条件等の異な
る様々な地盤に適用でき、しかも経済的であり、また地
盤中に加えるセメントスラリーの量が少なく、これに伴
う盛上り土量も少ないため、既設構造物に対する影響が
少ない、さらに施工中の振動、騒音が少ないため、都市
部の地盤改良に適した工法であるなど種々の利点を有す
る。

【０００４】前記混合処理工法に用いられる地盤改良装
置の攪拌翼構造を図７に基づいて説明すると、攪拌ロッ
ド１には、掘削と固化材との混合のために、その先端部
に掘削刃２８と攪拌翼２９とが設けられている。前記攪
拌刃２８は、掘削機能と攪拌機能を有していなければな
らないため、その最先端部に回転径の小さい先端掘削刃
３１と、これの上方側に離間して配置された、回転径の
大きな攪拌兼用掘削刃３０とから構成されている。この
場合、前記攪拌兼用掘削刃３０は、攪拌翼としての機能
を合わせ持つようにロッドを中心として対称的に配置さ
れた左側翼３０ａと右側翼３０ｂとによりトンボ羽根状
に形成されているものが一般的である。

【０００５】また、前記左・右側翼３０ａ、３０ｂは、
それぞれに付設されたビット３２、３２…が地盤に対し
て所定角度で進入するように所定角度だけ傾斜させて取
り付けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た攪拌ロッドの場合には、先端掘削刃３１とその上側に
配置された攪拌兼用掘削刃３０とが離間して配置されて
いるため、先端掘削刃３１で掘削された掘削土が上方に
掻き上げらず、先端掘削刃３１と攪拌兼用掘削刃３０と
の間に一時的に滞留してしまい掘削効率を低下させるな
どの問題が発生していた。このような問題は、掘削地盤
が粘性土や腐食土などの軟弱地盤や、掘削地盤が「レ
キ」や「砂レキ」などの硬い地盤であっても改良径が小
さい場合には顕著に現れないが、攪拌兼用掘削刃３０の
回転径を非常に大きくした場合や、対象地盤の上層部に
改良が不要な「レキ」や「砂レキ」などの硬い地盤層が
あり、その下層部に改良対象となる「粘性土」や「腐食
土」などの軟弱地盤層がある施工条件の下で、上部側の
硬い地盤層を空掘りしなければならない場合には非常に
顕著に現れる。

【０００７】そこで、本発明の課題は、攪拌ロッドの先
端で掘削された掘削土を効率良く上方に掻き上げ掘削効
率の低下を招くことのない地盤改良装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、攪拌ロッドの先端に掘削刃と攪拌翼とが設
けられ、固化材と掘削土とを原位置で攪拌・混合する地
盤改良装置において、前記掘削刃は、攪拌ロッドの最先
端部に設けられた先端掘削刃と、この先端掘削刃よりや
や基端側に離間して設けられるとともに前記先端掘削刃
の回転径以上の回転径とされる攪拌兼用掘削刃とから構
成され、前記先端掘削刃と攪拌兼用掘削刃とがこれらを
繋ぐ螺旋状の連続刃によって連続一体化されていること
を特徴とするものである。

【０００９】またその装置例として、前記掘削刃は、ロ
ッドを中心として対称的に設けられた左側掘削刃と右側
掘削刃とからなる先端掘削刃と、この先端掘削刃よりや
や基端側に離間した位置に前記左および右側掘削刃と平
面的に略９０°のずれをもってロッドを中心として対称
的に設けられた左側攪拌兼用掘削刃と右側攪拌兼用掘削
刃とからなるとともに、前記先端掘削刃の回転径以上の
回転径とされる攪拌兼用掘削刃とから構成され、前記先
端掘削刃と前記攪拌兼用掘削刃とは、前記左側掘削刃の
上端辺から前記左側攪拌兼用掘削刃の内側下端辺までを
螺旋状に連続させる左側連続刃と、前記右側掘削刃の上
端辺から前記右側攪拌兼用掘削刃の内側下端辺までを螺
旋状に連続させる右側連続刃とによって連続一体化させ
ることができる。

【００１０】さらに、本発明装置において、前記攪拌ロ
ッドを内管と外管からなる二重管構造のロッド体とし、
これら内管と外管とを互いに逆方向に回転させ、かつ前
記内管の先端部に先端掘削刃と攪拌兼用掘削刃とよりな
る掘削刃を設け、前記外管の先端付近の外周に攪拌翼を
設ける構成を採ることにより、共回り現象を抑え、固化
材と掘削土とを効果的に混合・攪拌し、強度的にバラツ
キのない均一な改良体を得ることができる。

【００１１】

【作用】本発明においては、先端掘削刃と攪拌兼用掘削
刃とを連続刃によって螺旋状に連続一体化させる。した
がって、先端掘削刃により掘削された掘削土が効率良く
かつ連続して上方に移送されるようになるため、後側の
攪拌兼用掘削刃に過度の負荷力をかけることがなくな
り、地盤を効率的に掘削できるようになる。また、後述
実施例により立証されるように、攪拌兼用掘削刃の回転
径を大きくした場合や硬い地盤を空掘りする場合でも高
い掘削性能を確保することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳述する。
混合処理工法に使用される地盤改良装置は、図１に示さ
れるように、ベースマシン２３に対して立設状態で固定
されたリーダー２１上に、リーダー２１に沿って移動可
能とされるパワースイベル２０が搭載され、このパワー
スイベル２０に対し減速機を介して攪拌ロッド１が連結
されている。

【００１３】前記攪拌ロッド１は、詳細には図２に示さ
れるように、内管７と外管８とからなる二重管構造のロ
ッド体であり、これら内管７と外管８とは前記減速機の
変速機構により、一方が右回りに他方が左回りというよ
うに正逆方向に夫々回転するようになっている。

【００１４】前記攪拌ロッド１の先端部においては、前
記内管７は外管８の先端よりも若干先方に突出して構成
され、内管７の先端部に掘削刃２が設けられている。前
記掘削刃２は、最先端部に固定された先端掘削刃４とこ
の先端掘削刃４の上方側に固定された攪拌兼用掘削刃５
とから構成され、前記先端掘削刃４は内管７を中心にし
て対称的に設けられた一対の左側掘削刃４ａと右側掘削
刃４ｂとからなり、これら両掘削刃４ａ、４ｂの下側に
は掘削ビット１０が複数設けられている。前記左・右側
掘削刃４ａ、４ｂはそれぞれ所定角度だけ傾斜させて形
成されており、掘削ビット１０、１０…の刃先が地盤に
対し所定の角度で進入するように取り付けてある。この
場合に、前記掘削刃４ａ、４ｂの傾斜角度としては、８
０〜９５°にするのが望ましい。また、内管７の最先端
部には、固化材吐出口９が形成され、セメント系、石灰
系の粉体または液体の固化材が吐出されるようになって
いる。

【００１５】また、前記攪拌兼用掘削刃５も同様に、内
管７を中心にして対称的に設けられた一対の左側攪拌兼
用掘削刃５ａと右側攪拌兼用掘削刃５ｂとからなり、こ
れらの攪拌兼用掘削刃５ａ、５ｂは前記左・右側掘削刃
４ａ、４ｂの取付け位置に対し平面的に９０°ずらした
位置に固定されている。また、攪拌兼用掘削刃５の下側
には、掘削ビット１０が複数設けられており、これら左
・右側攪拌兼用掘削刃５ａ、５ｂによる掘削径は、ほぼ
後述の攪拌翼３Ａと同等とされている。また、攪拌兼用
掘削刃５も前記先端掘削刃４の場合と同様に、それぞれ
所定角度だけ傾斜させて形成されており、先端掘削ビッ
ト１０、１０…の刃先が地盤に対し所定の角度で進入す
るように取り付けてある。この場合に、前記攪拌兼用掘
削刃５ａ、５ｂの傾斜角度としては、４０〜５０°にす
るのが望ましい。

【００１６】また、前記先端掘削刃４と攪拌兼用掘削刃
５とは、これらを繋ぐ連続刃６により螺旋状に連続化さ
れている。前記連続刃６は、図４に示されるように、前
記左側掘削刃４ａの上端辺と左側攪拌兼用掘削刃５ａの
下端辺とを螺旋状に連続させる左連続刃６ａと、前記右
側掘削刃４ｂの上端辺と右側攪拌兼用掘削刃５ｂの下端
辺とを螺旋状に連続させる右連続刃６ｂとからなり、掘
削刃４によって掘り起こされた土砂が前記連続刃６によ
って現位置に滞留することなく連続的に上方に移動さ
れ、さらに攪拌兼用掘削刃５により攪拌されるととも
に、掘削刃４より外方に位置する部分については、前記
攪拌兼用掘削刃５により最初に掘削が行われるようにな
っている。この場合、前記連続刃６の傾斜角度としては
２０〜３０°とするのが望ましい。

【００１７】他方、外管８の先端付近には、図示の例で
は上下方向に３段配置により攪拌翼３Ａ〜３Ｃが設けら
れている。これら各攪拌翼３Ａ〜３Ｃは、外管８を中心
にして対称的に設けられた一対の攪拌羽根３ａと攪拌羽
根３ｂとからなる。これら攪拌翼３Ｂ、３Ｃの攪拌羽根
３ａ、３ｂの上側には掘削ビット１０が適宜の位置に設
けられ、攪拌ロッド１の引き下げ時に掘進用として利用
される。また、各攪拌翼３Ａ〜３Ｃのうち、少なくとも
１つを、図示の例では攪拌翼３Ｃを他の攪拌翼３Ａ、３
Ｂよりも短くしている。そうすることにより、軸心側の
攪拌性能を向上させることができるとともに、攪拌ロッ
ド１の引上げ時の抵抗を低減することもできる。また、
前記攪拌羽根３ａ、３ｂはそれぞれ所定角度だけ傾斜さ
せて形成されており、掘削ビット１０の刃先が地盤に所
定の角度で進入するように取り付けてある。この場合、
前記攪拌羽根３ａ、３ｂの傾斜角度としては２５〜４０
°にするのが望ましい。また、各攪拌翼３Ａ〜３Ｃは、
平面的に視て９０°づつずらして配置されている。前記
攪拌翼は、本例では３段配置の例を示したが、１段配置
であってもよいし、また４段以上配置されることでもよ
い。また、１段当りに形成される攪拌羽根の数もたとえ
ば３翼、４翼とすることもできる。なお、攪拌羽根３
ａ、３ｂに取付けられた掘削ビット１０を省略すること
もできる。

【００１８】本例においては、掘削土を縦方向にも剪断
するべく、前記攪拌翼３Ａに対し、複数の縦剪断用補助
翼１１が垂設されている。この縦剪断用補助翼１１は、
剪断面を大きく確保するように下側の攪拌兼用掘削刃５
と接触しない範囲でなるだけ長くして形成するのが望ま
しい。通常、前記縦剪断用補助翼１１の長さとしては、
少なくとも１０cm以上、好ましくは２０cm以上であるこ
とが望ましい。また、図５に示されるように、前記縦剪
断用補助翼１１の回転方向側の端面１１ａを刃状に形成
し剪断抵抗を小さくすることが望ましい。また、前記縦
剪断用補助翼１１は、図３に示されるように、平面的に
配向方向を接線方向として配置するのが望ましい。

【００１９】なお、本実施例においては、最下段の攪拌
翼３Ａに対してのみ前記縦剪断用補助翼１１を設けた
が、他の攪拌翼３Ｂ、３Ｃに対しても設けることもでき
る。また、全攪拌翼３Ａ〜３Ｃの内、任意に選定した攪
拌翼に対して設けることでもよい。

【００２０】以上、内管７と外管８とが正逆方向にそれ
ぞれ回転する二重管タイプの攪拌翼構造について説明し
たが、本発明は正逆回転機構を有しない単管ロッドタイ
プの攪拌翼に対しても全く同様に適用することができ
る。

【００２１】次いで、前述した地盤改良装置による改良
手順について図６に基づいて説明すると、図６(A) に示
すように、攪拌ロッド１先端の掘削刃２を所定位置にセ
ットした後、パワースイベル２０の駆動により攪拌ロッ
ド１を貫入させ、図６(B) に示すように、改良部の開始
位置まで空掘りする。なお、ここまでの貫入は先端の固
化材吐出口９からは固化材は吐出させずに貫入を行う。

【００２２】次に、改良開始位置からセメント系または
石灰系の液体または粉体の固化材を内管７の吐出口９か
ら吐出させながら、先端の掘削刃２で地盤掘削を行うと
ともに、攪拌兼用掘削刃５および攪拌翼３Ａ〜３Ｃによ
り掘削土と固化材との攪拌・混合を行う。この場合、攪
拌ロッド１の下降速度としては、毎分０．３〜１．０ｍ
程度とし、ゆっくりと貫入させるのがよい。

【００２３】攪拌ロッド１が支持地盤に達したならば、
内管７および外管８の回転方向を反転切換えした後、攪
拌ロッド１を上方に引き上げる。引き上げる際にも、攪
拌兼用掘削刃５と攪拌翼３により掘削土と固化材とを攪
拌・混合しながらゆっくりと引き上げる。攪拌翼３およ
び掘削刃２の回転数は、改良する土の土質条件によって
違ってくるが、１ｍ当りの羽根切り回数が３００〜６０
０回になるように設定することが望ましい。ここで、前
記羽根切り回数とは、攪拌翼３および掘削刃２の改良部
１ｍ当りの回転数であり、攪拌翼３と掘削刃２の下降時
および上昇時の回転数をすべて合計した数値をいう。

【００２４】〔実験例１〕図１に示される本発明地盤改
良装置と図７に示される従来の地盤改良装置とを用い掘
削性能の比較試験を行った。実験は本発明地盤改良装置
および従来型地盤改良装置の場合共に、先端掘削刃の回
転径を８００mmで一定とし、攪拌兼用掘削刃の回転径を
１０００mm〜１７００mmの範囲で４段階で変更し、対象
地盤が粘性土の場合とレキ・砂レキの場合について地盤
改良を行い、それぞれのケースについて掘削性能を評価
した。掘削性能の評価は、良好；良好な状態で掘削が
行うことができた、困難；掘削できないことはないが
施工性が低下する、不能；掘削することができない、
の３段階評価により行った。その結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１より、明らかなように、対象地盤種が
粘性土の場合において、本発明装置の場合には回転径１
０００mm〜１７００mmのすべての場合に良好な掘削性能
が得られたのに対し、従来装置の場合には回転径１２０
０mmまでは良好な掘削性能が得られたが、これより回転
径が大きくなるに従い掘削が困難、そして不能となっ
た。

【００２７】また、対象地盤種がレキ・砂レキの場合に
おいては、本発明装置の場合には回転径１５００mmまで
良好な掘削性能が得られたのに対し、従来装置の場合に
は回転径１０００mmまでしか良好な掘削性能が得られて
おらず、いずれの場合においても従来装置より本発明装
置の方が掘削性能が高いことが判明している。

【００２８】〔実験例２〕次いで、実験例２において
は、共に本発明を適用した、正逆回転機構の二重管式地
盤改良装置と、一方向回転機構の単管式地盤改良装置と
を用いて地盤改良を行い、所定深度３ヵ所でコアサンプ
ルを採取し一軸圧縮強度の比較を行った。前記改良条件
を表２に示し、強度試験結果を表３に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】表２より明らかなように、単管式装置の場
合に比べて二重管式装置の場合の方が上部、中間および
下部のすべての位置において一軸圧縮強度が高くなって
いるとともに、強度のバラツキ具合をみても二重管式装
置の場合の方が格段に小さいことが判明している。

【００３２】

【発明の効果】以上詳説のとおり、本発明によれば、攪
拌ロッドの先端で掘削された掘削土を効率良く上方に掻
き上げて現位置に滞留させないため、攪拌兼用掘削刃の
回転径を大きくした場合や硬い地盤を空掘りする場合で
も高い掘削性能を維持することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】地盤改良装置の全体側面図である。

【図２】攪拌ロッドの先端部拡大図である。

【図３】図２のIII −III 線矢視図である。

【図４】図２のIV−IV線矢視図である。

【図５】他の縦剪断用攪拌翼の例を示す部分斜視図であ
る。

【図６】地盤改良要領を示す工程順序図である。

【図７】従来の攪拌翼構造の概略図である。

【符号の説明】

１…ロッド、２…掘削刃、３…攪拌翼、４…先端掘削
刃、５…攪拌兼用掘削刃、６…連続刃、７…内管、８…
外管、９…固化材吐出口、１０…掘削ビット、１１…縦
剪断用補助翼

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小庄 憲弘 東京都千代田区九段北４丁目２番35号 ラ イト工業株式会社内 (72)発明者 内藤 真木 東京都千代田区九段北４丁目２番35号 ラ イト工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】攪拌ロッドの先端に掘削刃と攪拌翼とが設
   けられ、固化材と掘削土とを原位置で攪拌・混合する地
   盤改良装置において、 前記掘削刃は、攪拌ロッドの最先端部に設けられた先端
   掘削刃と、この先端掘削刃よりやや基端側に離間して設
   けられるとともに前記先端掘削刃の回転径以上の回転径
   とされる攪拌兼用掘削刃とから構成され、 前記先端掘削刃と攪拌兼用掘削刃とがこれらを繋ぐ螺旋
   状の連続刃によって連続一体化されていることを特徴と
   する地盤改良装置。
2. 【請求項２】前記掘削刃は、ロッドを中心として対称的
   に設けられた左側掘削刃と右側掘削刃とからなる先端掘
   削刃と、この先端掘削刃よりやや基端側に離間した位置
   に前記左および右側掘削刃と平面的に略９０°のずれを
   もってロッドを中心として対称的に設けられた左側攪拌
   兼用掘削刃と右側攪拌兼用掘削刃とからなるとともに、
   前記先端掘削刃の回転径以上の回転径とされる攪拌兼用
   掘削刃とから構成され、 前記先端掘削刃と前記攪拌兼用掘削刃とは、前記左側掘
   削刃の上端辺から前記左側攪拌兼用掘削刃の内側下端辺
   までを螺旋状に連続させる左側連続刃と、前記右側掘削
   刃の上端辺から前記右側攪拌兼用掘削刃の内側下端辺ま
   でを螺旋状に連続させる右側連続刃とによって連続一体
   化されている請求項１記載の地盤改良装置。
3. 【請求項３】前記攪拌ロッドを内管と外管からなる二重
   管構造のロッド体とし、これら内管と外管とを互いに逆
   方向に回転させ、かつ前記内管の先端部に先端掘削刃と
   攪拌兼用掘削刃とよりなる掘削刃を設け、前記外管の先
   端付近の外周に攪拌翼を設けてなる請求項１、２記載の
   地盤改良装置。