JPS5949970B2 - 軟弱地盤の改良装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地盤改良装置、詳しくは地中または水中の軟弱
地盤中にセメント系硬化剤を注入して軟弱地盤の固化改
良を行う地盤改良装置に関する。

従来からの地盤改良装置において陸上または河川や海底
の軟弱地盤改良工事を行うに当つては、作業台上から上
下に長い地盤改良機本体を地中または水中に降下させ、
その下端部に設けられた掘削攪拌翼を回転させて軟弱上
層を掘削しながら、地盤改良機本体を軟弱地盤中に貫入
する。そしてセメント系硬化剤を吐出しながら軟弱上層
を撹拌して前記硬化剤の分散を図つた後、地盤改良機本
体を作業台上に引き上げる。この地盤改良機本体の一回
の降下および引き上げ動作によつて軟弱地盤中には一本
の杭状の改良固化部分が形成される。この改良固化部分
を広い範囲にわたつて均質に形成していくためには杭状
の改良部分を部分的に重ね合わせていく必要があり、作
業台上で地盤改良機本体の原位置を正確に設定しながら
改良工事を順次行つている。従来からの地盤改良機本体
は、下端部に軟弱地盤を掘削および攪拌するための複数
組の掘削攪拌翼と、作業台土に積載されたセメント系硬
化剤を吐出する吐出孔を有し、上端部に撹拌翼を駆動す
るための油圧モータや減速機などの駆動部が装置された
長尺体である。

このように、比較的大重量の駆動部が長尺体の上部に装
着されているので、地盤改良機本体の重心は極めて高い
位置にあり、作業中の安全性が良いとは言えない。たと
えば、海上で使用される地盤改良機の先行技術では、作
業船上の支持体に吊り下げられた地盤改良機本体が作業
船の波動による動揺で船体に衝突することを防止するた
めに、地盤改良機本体を、作業船に固定したガイド装置
に案内させて、海中に降下させている。地盤改良機本体
が海中に没すると、潮流や波動による作業船の動揺、セ
メント系硬化剤などの消費材の積載や消費による作業船
の荷重の変動に２よる船体の傾斜、ならびに地盤の硬軟
による掘削反力の変動によつて地盤改良機本体が所定の
掘削位置を通る鉛直線から外れたり、地盤改良機本体が
撓んだりすることが避けられない。また、陸上で使用さ
れる地盤改良装置においては、地盤改良機本体がクロー
ラトラツクに装備されたクレーンに吊持されており、作
業台が地上に固定された後は地盤改良機本体の上部に装
着された駆動装置によつて作業台に案内されつつ、掘削
が行われる。このような地盤改良装置においても、地盤
の硬軟に伴う掘削反力の変動によつて地盤改良機本体が
撓むことは海上で使用される地盤改良装置と異なるとこ
ろがない。すなわち地盤改良機本体下端部の着底点が所
定の掘削位置から外れてしまう。したがつて、先行技術
では前記改良部分相互の重ね合わせ部分を地盤改良機本
体下端部の原位置からのずれを見込んで設定しておく必
要があり、結果的に不経済な施工となるとともに、全体
的な施工能率の向上が阻害されている。本発明は、上述
の技術的課題を解決し、地盤改良機本体の着底点を所定
の掘削位置に維持して施工精度を向上させるために、地
盤改良機本体の重心を可及的に低くして、地盤改良機本
体下端部の所定の掘削位置からのずれを容易に修正する
ことができる地盤改良装置を提供することを目的とする
。

以下、図面によつて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例の」部を切欠いた側面図であ
り、海上で用いられる地盤改良装置を示す。この地盤改
良装置の地盤改良機本体１は、上下に長く延びる固定軸
２、固定軸を同心に内装して上下に延びる断面矩形の駆
動軸３、固定軸２の下端部に固着されかつ駆動軸３の回
転運動を伝達するべく接続された減速機５、減速機５の
出力軸に連結され下方に延びる複数の掘削撹拌軸６、な
らびに掘削攪拌軸６にそれぞれ固着された複数の掘削攪
拌翼７を含む。作業船８には、→吋の上下に延びるガイ
ドレール９を備える支持体１１が立設される。地盤改良
機本体１は、その途中を作業船８の固定位置に設けられ
たロータリテーブル１０により上下方向のみに移動自在
に支持されて、支持体１１上部のウインチ１２によ一）
て吊り下げられており、ガイドレール９に案内されて作
業船８の開口部８ａから水中に昇降される。セメント系
硬化剤を導くスラリホース１３は固定軸２内を下方に延
びて、減速機５の下部に突設された吐出ノズル１４に連
結されており、セメント系硬化剤はこの吐出ノズル１４
から軟弱土層内に吐出される。第２図は第１図の切断面
線一から見た断面図であり、第３図は第２図の切断面線
一から見た断面図である。

ロータリテーブル１０は、円板状の回転台１５と、回転
台１５を軸線まわりに回転自在に支持するテーブル外体
１６と、テーブル外体１６を水平軸線まわりに回転自在
に支持する枠体１ｒとを含む。回転台１５の中央部には
矩形の孔１８が形成される。孔１８の４つの内面には水
平軸線まわりに回転自在にローラ１９が支持部材２０に
よつてそれぞれ枢支される。駆動軸３はその４つの外面
を各ローラ１９に接触させて孔１８内に嵌入される。そ
のため駆動軸３は各ローラ１９で挟持されるとともに、
昇降（第２図の紙面に垂直な方向への移動）が可能とな
る。第３図を参照して、回転台１５の外周と、テーブル
外体１６の内周との間には、軸受２１およびシール部材
２２が介在されており、回転台１５は軸線まわりに回転
自在にテーブル外体１６に保持される。

テーブル外体１６の平行な２辺には、水平な回転軸２３
がそれぞれ突設されており、この回転軸２３は枠体１７
の軸受孔２４にそれぞれ嵌装される。したがつてテーブ
ル外体１６は回転軸２３のまわりに回転自在である。枠
体１７の外周には、前述の回転軸２３に直交する方向に
水平な回転軸２５が突設される。回転軸２５は作業船８
の固定位置に設けられた軸受２６で枢支される。そのた
め枠体１７はテーブル外体１６の回転軸線に直角で水平
な回転軸線まわりに回転自在である。回転体１５の下部
外周にはスプロケツト２７が設けられる。作業船８上の
固定位置またはテーブル外体１６にはモータ２８などの
駆動源が設置されており、モータ２８の出力軸にはスプ
ロケツト２９が設けられる。両スプロケツト２７、２９
はチエーン３０で連結されており、モータ２８を駆動す
ることによつて、回転台１５が回転駆動される。駆動軸
３は回転台１５に設けられたローラ１９によつて挟持さ
れているので、回転台１５の回転運動に応じて、駆動軸
３が軸線まわりに回転駆動される。第４図は姿勢制御手
段４の平面図であり、第５図は第４図の切断面線−Ｖか
ら見た断面図である。

地盤改良機本体１の上端部において、固定軸２の上端部
は姿勢制御手段４の水平な基体３１の下面に一体的に連
結される。基本３１には、固定軸２の連結位置を挟んで
両側に平行に第４図の左右方向に延びる―対の第１案内
孔３２が形成される。これらの第１案内孔３２には、―
対の第１スライドビーム３３がそれぞれ嵌挿される。基
体３１上には一対のシリンダ３４がそれぞれ支持されて
おり、シリンダ３４のピストン棒３４ａ１３４ｂの端部
は第１スライドビーム３３にそれぞれ連結される。第１
スライドビーム３３の両端部には、前記第１案内孔３２
に直交して第４図の上下方向に延びる第２案内孔３５を
有する案内部材３６がそれぞれ固着される。

第２案内孔３５には一対の第２スライドビーム３７がそ
れぞれ嵌挿される。案内部材３６上には、十対のシリン
ダ３９が支持されており、シリンダ３９のピストン棒３
９ａ、３９ｂの端部は第２スライドビーム３７にそれぞ
れ連結される。第２スライドビーム３７には、支持部材
４０が・それぞれ突設される。

この支持部材４０には、ガイドレール９に三方から摺接
するローラ４１が水平軸線まわりに回転自在に枢支され
る。したがつて姿勢制御手段４は地盤改良機本体１とと
もにガイドレール９に沿つて昇降自在である。シリンダ
３４を駆動することによつて基体３１は第１スライドビ
ーム３３に沿つて第４図の左右方向（以下Ｘ方向という
）に移動自在であり、またシリンダ３９を駆動すること
によつて案内部材３６および、第１スライドビーム３３
は第２スライドビーム３７に沿つて第４図の上下方向（
以下、Ｙ方向という）に移動され、したがつて基体３１
がＹ方向に移動自在である。基体３１の中央部には、フ
ツク４２が設けられ、このフツク４２にウインチ１２か
らのロープ４３が連結される。第６図は姿勢制御手段４
のシリンダ３４、３９を駆動するための油圧回路図であ
る。

油圧モータ４４で駆動される油圧ポンプ４５でタンク４
６から圧油が汲み上げられる。油圧ポンプ４５からの圧
油を３位置切換弁４７、４８を介して、シリンダ３４を
駆動するための油圧回路部分４９と、シリンダ３９を駆
動するための油圧回路部分５０とにそれぞれ供給され、
それによつてシリンダ３４、３９が相互に独立に駆動さ
れる。地盤改良作業を行うに当つて、作業船８は船体の
四方に張設されたムアリング装置５１によつて改良作業
をすべき所定の位置に係留される。

改良作業位置において、地盤改良機本体１を吊持したウ
インチ１２が動作して、地盤改良機本体１は、ガイドレ
ール９に案内され、かつ駆動軸３がローラ１９に摺接し
つつ、開口部８ａから水中に降下される。地盤改良作業
時において、モータ２８を駆動すると、回転台１５が回
転駆動され、ローラ１９を介して駆動軸３に伝達される
。

さらに、減速機５を介して、掘削攪拌軸６が回転される
。作業船８に設置された図示しないセメントスラリタン
クからスラリホース１３を介して、硬化剤が吐出ノズル
１４から吐出される。そしてこの硬化剤が軟弱土層と混
合撹拌されることによつて軟弱地盤が改良固化される。
このように改良作業を行つている間に、前述の理由で地
盤改良機本体１が改良地盤に対して傾斜したり、また地
盤改良機本体１が彎曲したりすることがしばしば生じる
。

そこで地盤改良機本体１の傾斜や撓みの発生による掘削
、攪拌位置の原位置からのずれを修正すべく、地盤改良
機本体１の姿勢を姿勢制御手段４によつて変化させる。
地盤改良機本体１の姿勢すなわちその垂直性は陸上また
は作業船８上に設置された公知の垂直度計測器によつて
検知される。また地盤改良機本体１の撓みは、たとえば
固定軸２の上端部に投光手段を設け固定軸２の下端部に
その投光手段からの受光位置を検出する受光手段を設け
て成る光学的真直度計測器（図示せず）によつて検知さ
れる。これらの測定によつて、地盤改良機本体１の下端
部の原位置からのずれが検出される。そのずれに応じて
姿勢制御手段４が作動され、地盤改良機本体１の上端部
が水平面内で変位される。この地盤改良機本体１の上端
部の変位に応じて、地盤改良機本体１の下端部は、ロー
タリテーブル１０による支持位置を支点として前記上端
部の変位方向と逆方向に変位され、掘削および攪拌すべ
き位置に復元される。たとえば第４図のＸ方向に地盤改
良機本体１の上端部を変位する場合には、油圧回路部分
４９を介してシリンダ３４の一方側のシリンダ部分５２
ａに圧油が供給され、ピストン５３が第４図の左力句に
変位される。

他方のシリンダ部分５２ｂからの吐出油は油圧回路部分
４９を介してタンク４６に戻される。ピストン５３が第
４図の左方向に変位されることによつて、基体３１は第
４図の右方向に変位される。ビストン５３が所定の変位
位置まで達したときに、シリンダ部分５２ａへの圧油の
流入およびシリンダ部分５２ｂからの圧油の吐出が油圧
回路部分４９の働きによつて阻止される。それによつて
ピストン５３の位置が固定され、したがつて基体３１お
よび地盤改良機本体１の上端部のＸ方向に沿う位置が固
定される。基本３１を第４図の左方向に変位するときに
は、前述とは逆にシリンダ部分５２ｂに圧油が供給され
る。基体３１にＹ方向の変位を与えるシリンダ３９に関
しても、シリンダ３４と同様に油圧回路部分５０を介し
て圧油が供給され、基体３１がＹ方向に変位される。な
お地盤改良機本体１に何らかの理由によつて強大な荷重
が作用したとき、地盤改良機本体１の損傷を防止するた
めに、地盤改良機本体１の傾斜を許容する必要がある。

そのため荷重に応じて基体３１を変位し得るように、第
６図の油圧回路には、公知の過荷重変位回路や補給回路
が包含されている。それに加えて、シリンダ３４、３９
を無負荷にして地盤改良機本体１が拘束されない状態を
可能とするために、両側シリンダ部分導通回路も含まれ
ている。このように地盤改良機本体１の傾斜や撓みを修
正するために、地盤改良機本体１をロータリテーブル１
０の中心を支点として傾動するので、口ータリテーブル
１０は作業船８に対して前後左右の首振り運動が可能で
あることが要求される。

この実施例によれば、テーブル外体１６は枠体１７に水
平軸線まわりに回転自在に支持され、枠体１７は作業船
８の固定位置に前記テーブル外体１６の回転軸線に直角
で水平な軸線まわりに回転自在に支持されているので、
ロータリテーブル１０の首振り運動が可能である。以上
、水上で用いられる地盤改良装置に関連して述べたが、
陸上において用いられる地盤改良装置では前述の作業船
８が作業台またはクローラトラツクに代るだけである。

すなわち傾斜した地面上にクローラトラツクが配置され
た場合において、トラックに搭載された支持体が傾斜修
正用のシリンダで垂直に立設される。その後で、地盤改
良機本体が垂直に降下され、前述の実施例と同様に掘削
が行なわれる。地盤改良機本体が傾斜したりあるいは撓
んだときには、前述の姿勢制御手段によつて地盤改良機
本体の上端部を水平方向に変位して、地盤改良機本体下
端部の原位置からのずれを修正することができる。この
ような陸上で用いられる地盤改良装置においては、ロー
タリテーブルは前述の実施例のごとく首振り運動を可能
とすべく構成される必要はない。

上述のごとく本発明によれば、地盤改良機本体の下部に
比較的大重量の減速機を装着し、地盤改良機本体の駆動
軸の途中をロータリテーブルによつて上下変位自在に保
持するとともに駆動軸を軸線まわりに回転駆動して減速
機に回転運動を伝達するようにしたので、地盤改良機本
体の重心位置が低くなる。

そのため、地盤改良機本体の上端部に装着された姿勢制
御手段によつて地盤改良機本体の上端部を水面内で変位
させることによつて、地盤改良機本体の傾斜や撓みによ
る地盤改良機本体下端部の所定の掘削攪拌位置からのず
れを容易に修正することができる。したがつて地盤改良
機本体の下端部をより正確に施工位置にＪ底させること
ができ、施工精度が向上されるとともに経済的な施工が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の一部を切欠いた側面図、第
２図は第１図の切断面線一から見た断面図、第３図は第
２図の切断面線−から見た断面図、第４図は第１図の姿
勢制御手段４の平面図、第５図は第４図の切断面線Ｖ−
Ｖから見た断面図、第６図は第４図および第５図のシリ
ンダ３４、３９を駆動するための油圧回路図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地盤改良機本体を作業台上に立設された支持体に吊
   持し、その地盤改良機本体を軟弱地盤中に降下して軟弱
   地盤を改良固化させるための軟弱地盤の改良装置におい
   て、上下に延びる駆動軸内に固定軸を同心に内装し、か
   つその固定軸の下端部には、駆動軸の下端部が軸線まわ
   りの回転運動を伝達すべく接続された減速機が固着され
   、その減速機の出力軸には掘削撹拌翼を備え下方に延び
   る掘削撹拌軸が接続されて成る地盤改良機本体と、作業
   台上に設けられ前記地盤改良機本体の駆動軸の途中を上
   下方向の移動のみを許容して保持し、かつ駆動軸を地盤
   改良機本体の軸線まわりに回転駆動するロータリテーブ
   ルと、ロータリテーブルを駆動する駆動源と、 地盤改良機本体の固定軸の上端部に装置され、固定軸の
   上端部を水平面内で変位させる姿勢制御手段とを含むこ
   とを特徴とする軟弱地盤の改良装置。 ２ 地盤改良機本体を作業船上に立設された支持体に吊
   持し、その地盤改良機本体を水中の軟弱地盤中に降下し
   て軟弱地盤を改良固化させるための軟弱地盤の改良装置
   において、上下に延びる駆動軸内に固定軸を同心に内装
   し、かつその固定軸の下端部には、駆動軸の下端部が軸
   線まわりの回転運動を伝達すべく接続された減速機が固
   着され、その減速機の出力軸には掘削攪拌翼を備え下方
   に延びる掘削撹拌軸が接続されて成る地盤改良機本体と
   、作業船上に設けられ前記地盤改良機本体の駆動軸の途
   中を上下方向の移動のみを許容して保持するとともに水
   平面内で直交する２つの軸線まわりに回転自在であり、
   しかも駆動軸を地盤改良機本体の軸線まわりに回転駆動
   するロータリテーブルと、ロータリテーブルを駆動する
   駆動源と、 地盤改良機本体の固定軸の上端部に装着され、固定軸の
   上端部を水平面内で変位させる姿勢制御手段とを含むこ
   とを特徴とする軟弱地盤の改良装置。