(57)【要約】【課題】粘性の強い土を含む地盤に対しても、掘削した土砂を細かく攪拌しつつ固化材と混合することにより、品質の優れた柱状改良杭を形成することができる柱状改良用撹拌装置を提供する。【解決手段】流動状態の固化材の流通路を備え、駆動装置に取付けられて回動しながら昇降する回動軸１１と、回動軸１１の先端部に設けられた掘削翼１２と、掘削翼１２の上方において回動軸１１から径方向両側に張り出す少なくとも一対の撹拌翼１３と、掘削翼１２と下段の撹拌翼１３との間で回動軸１１に回動自在に取付けられた共回り防止翼１４とを備える、掘削土砂と固化材とを地中で撹拌混合することにより柱状改良杭を形成する柱状改良用撹拌装置１０において、一対の撹拌翼１３は、上方から見た際の投影面積が、当該一対の撹拌翼１３が回転することによる略円形断面の攪拌領域Ｓの断面積の１５〜３５％の大きさとなるように形成されている。【選択図】図１
2010007329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動状態の固化材を流通させる流通路を備え、駆動装置に取付けられて回動しながら昇降する回動軸と、該回動軸の先端部に取付けられた掘削翼と、該掘削翼の上方において前記回動軸から径方向両側に張り出す少なくとも一対の撹拌翼と、前記掘削翼と前記撹拌翼との間で前記回動軸に回動自在に取付けられた共回り防止翼とを備える、掘削土砂と固化材とを地中で撹拌混合することにより柱状改良杭を形成する柱状改良用撹拌装置において、
前記一対の撹拌翼は、上方から見た際の投影面積が、当該一対の撹拌翼が回転することによる略円形断面の攪拌領域の断面積の１５〜３５％の大きさとなるように形成されている柱状改良用撹拌装置。
【請求項２】
前記一対の撹拌翼は、各々、鋭角な先端部を有すると共に、前記回動軸による順回転方向の後方側に螺旋形状に湾曲するスクリュー羽根形状を有している請求項１に記載の柱状改良用撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱状改良用撹拌装置に関し、特に、掘削土砂と固化材とを地中で撹拌混合することにより柱状改良杭を形成する柱状改良用撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
柱状改良用撹拌装置を用いたいわゆる湿式柱状改良工法は、回動軸の先端部分に掘削翼や攪拌翼を備える当該撹拌装置によって、セメントミルク等の流動状態の固化材を掘削土砂と地中で攪拌混合することにより、例えば５００〜６００ｍｍ程度の杭径の柱状改良杭を形成する工法である（例えば、特許文献１参照）。このような柱状改良用撹拌装置を用いた湿式柱状改良工法によれば、住宅建築物等の建物の基礎地盤を補強したり、建物を支持する基礎杭として、複数本の柱状改良杭を、狭い敷地においても簡易に且つ効率良く形成することが可能である。
【特許文献１】特開２００３−３１３８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の柱状改良用撹拌装置では、施工対象となる地盤が粘性の強い土を含む地盤であると、切削された土砂がダマになったまま残って細かな攪拌が困難になると共に、多くの改良残渣が発生して、改良残渣を産業廃棄物として処理するのに無駄な手間やコストがかかる場合がある。
【０００４】
本発明は、粘性の強い土を含む地盤に対しても、掘削した土砂を細かく攪拌しつつ固化材と混合することにより、品質の優れた柱状改良杭を形成することができると共に、改良残渣が発生するのを効果的に抑制することのできる柱状改良用撹拌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、流動状態の固化材を流通させる流通路を備え、駆動装置に取付けられて回動しながら昇降する回動軸と、該回動軸の先端部に取付けられた掘削翼と、該掘削翼の上方において前記回動軸から径方向両側に張り出す少なくとも一対の撹拌翼と、前記掘削翼と前記撹拌翼との間で前記回動軸に回動自在に取付けられた共回り防止翼とを備える、掘削土砂と固化材とを地中で撹拌混合することにより柱状改良杭を形成する柱状改良用撹拌装置において、前記一対の撹拌翼は、上方から見た際の投影面積（平面積）が、一対（２枚）の撹拌翼の合計で、当該一対の撹拌翼が回転することによる略円形断面の攪拌領域の断面積の１５〜３５％の大きさ、より好ましくは１７〜３０％の大きさとなるように形成されている柱状改良用撹拌装置を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【０００６】
また、本発明の柱状改良用撹拌装置は、前記一対の撹拌翼が、各々、鋭角な先端部を有すると共に、前記回動軸による順回転方向の後方側に螺旋形状に湾曲するスクリュー羽根形状を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の柱状改良用撹拌装置によれば、粘性の強い土を含む地盤に対しても、掘削した土砂を細かく攪拌しつつ固化材と混合することにより、品質の優れた柱状改良杭を形成することができると共に、改良残渣が発生するのを効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１（ａ）〜（ｃ）に示す本発明の好ましい一実施形態に係る柱状改良用撹拌装置１０は、例えば住宅建築物等の建物の基礎地盤に、当該基礎地盤を補強すると共に建物を支持する基礎杭として、複数の柱状改良杭を地中に形成する湿式柱状改良工法において用いられる。ここで、柱状改良用撹拌装置１０を用いた湿式柱状改良工法は、回動軸１１の先端部分に設けられた掘削翼１２や攪拌翼１３によって、セメントミルク等の固化材を地盤に注入しつつ掘削土砂を固化材と共に地中で攪拌混合することにより、柱状改良杭を形成する公知の工法であり、本実施形態の柱状改良用撹拌装置１０は、粘性の強い土を含む地盤に対しても、ダマが生じなうように掘削土砂を細かく攪拌しつつ固化材と混合できるようにする機能を備えている。
【０００９】
そして、本実施形態の柱状改良用撹拌装置１０は、流動状態の固化材を流通させる流通路を備え、駆動装置（図示せず。）に取付けられて回動しながら昇降する回動軸１１と、回動軸１１の先端部に設けられた掘削翼１２と、掘削翼１２の上方において回動軸１１から径方向両側に張り出す少なくとも一対（本実施形態では二対）の撹拌翼１３と、掘削翼１２と下段の撹拌翼１３との間で回動軸１１に回動自在に取付けられた共回り防止翼１４とを備える、掘削土砂と固化材とを地中で撹拌混合することにより柱状改良杭を形成する装置において、一対の撹拌翼１３は、上方から見た際の投影面積が、一対（２枚）の撹拌翼１３の合計で、当該一対の撹拌翼１３が回転することによる略円形断面の攪拌領域Ｓの断面積の１５〜３５％の大きさ、より好ましくは１７〜３０％の大きさとなるように形成されている。
【００１０】
また、本実施形態では、一対の撹拌翼１３は、各々、鋭角な先端部１３ａを有すると共に、回動軸１１による順回転方向Ｒの後方側に螺旋形状に湾曲するスクリュー羽根形状を有している。
【００１１】
本実施形態では、柱状改良用撹拌装置１０は、湿式柱状改良工法に用いる公知の攪拌装置と略同様の構成を備えており、中空内部を有する鋼製パイプ状の回動軸１１の先端部分（下端部分）には、先端ビット１７、掘削翼１２、撹拌翼１３、共回り防止翼１４等が一体として取り付けられている。また回動軸１１には、例えばセメントミルク等の固化材を圧送するための圧送パイプ等による流通路が内部に設けられており、固化材を噴射させるための噴射ノズル１８が先端部外周面に開口して設けられている。柱状改良用撹拌装置１０は、例えばか回転駆動装置等を備える圧入打設用のベースマシーン（図示せず。）に取り付けて用いられ、ベースマシーンからの操作により、回転しながらガイドレールに沿って所定の深さまで地中に圧入された後に引き上げられて、先端ビット１７や掘削翼１２で切削した掘削土砂と噴射ノズル１８から噴射した固化材とを、共回り防止翼１４で掘削土砂の共回りを防止しつつ掘削翼１２や撹拌翼１３によって攪拌混合することにより、例えば５００〜６００ｍｍ程度の杭径の柱状改良杭を地中に形成するようになっている。
【００１２】
ここで、回動軸１１の先端に接合一体化されて設けられた先端ビット１７は、先端（下端）が鋭角になった略ニ等辺三角形状のプレート状の部分であって、掘削翼１２による切削に先行して、回動軸１４の延長上の地盤を切削することにより、掘削翼１２をガイドする機能を発揮すると共に、掘削翼１２による切削を容易にする機能を備えている。
【００１３】
先端ビット１７の上方に配置される掘削翼１２は、先端ビット１７による切削箇所の外側部分を、形成するべき柱状改良杭の杭径と同様の直径の円形断面で切削して行く部分である。本実施形態では、掘削翼１２は、回動軸１１から径方向両側に張り出す一対の支持ロッド１５ａ，１５ｂに、先端に切削爪１６ａを備える切削プレート１６を各々３箇所に固着することによって構成されている。
【００１４】
掘削翼１２の一対の支持ロッド１５ａ，１５ｂは、各々、例えば幅７５ｍｍ程度、厚さ３０ｍｍ程度の扁平な矩形断面を有する細長い帯板状の金属プレートであって、一端を回動軸１１の下端部分の外周面に溶着固定することにより、扁平な上下のプレート面を略水平に配置した状態で、１８０°の中心間角度間隔をおいて、回動軸１１を挟んだ反対方向に直線状に張り出した状態で取り付けられている。
【００１５】
支持ロッド１５ａ，１５ｂに固着される切削プレート１６は、各々、例えば２５ｍｍ程度の厚さのプレート片からなり、略直角台形状のプレート面を有している（図１（ｃ）参照）。本実施形態では、各切削プレート１６は、略直角台形状の底辺部を支持ロッド１５ａ，１５ｂに対して例えば５５°の傾斜角度θ1で斜め上方に向けて、当該底辺部を回動軸１１による順回転方向Ｒの前方側に配置した状態で取り付けられる。また各切削プレート１６は、先端の切削爪１６ａを順回転方向Ｒの前方側に突出させると共に、プレート面を支持ロッド１５ａ，１５ｂの張出し方向Ｘと垂直又は略垂直に交差させるようにして支持ロッド１５ａ，１５ｂに縦付した状態で、上部に支持ロッド１５ａ，１５ｂを食い込せて当該支持ロッド１５ａ，１５ｂに溶着固定されている。
【００１６】
ここで、各切削プレート１６が、プレート面を支持ロッド１５ａ，１５ｂの張出し方向Ｘと垂直又は略垂直に交差させるようにして支持ロッド１５ａ，１５ｂに縦付されていることにより、当該切削プレート１６によって粘性の強い土を切る作用を効果的に発揮させることが可能になる。
【００１７】
また、本実施形態では、各切削プレート１６は、支持ロッド１５ａ，１５ｂから順回転方向Ｒの前方側に向けて、接線方向Ｙに対して例えば５°の傾斜角度θ2で内側を向いた状態で、支持ロッド１５ａ，１５ｂに縦付けされている（図１（ｂ）参照）。ここで、各切削プレート１６は、接線方向Ｙに対して５〜１０°の傾斜角度θ2で内側を向いた状態で支持ロッド１５ａ，１５ｂに縦付けされることが好ましい。これによって切削された土砂に回転力を与えることが可能になると共に、スラリー状の固化材との攪拌混合をより効果的に行うことが可能になる。
【００１８】
さらに、本実施形態では、各切削プレート１６は、回動軸１１から径方向両側に張り出す一対の支持ロッド１５ａ，１５ｂに対して、一方の支持ロッド１５ａに固着された切削プレート１６の回動軸１１を中心とする回転軌跡が、他方の支持ロッド１５ｂに固着された隣接する切削プレート１６による回転軌跡の間を通るように、一方の支持ロッド１５ａに固着された切削プレート１６と他方の支持ロッド１５ｂに固着された切削プレート１６とが、回動軸１１からの距離を互い違いに異ならせた状態で取付けられている（図１（ａ）参照）。
【００１９】
すなわち、一方の支持ロッド１５ａに固着される１番内側の切削プレート１６は、その中心位置が、例えば回動軸１１の中心からＬ1＝９２ｍｍ離れた位置に取付けられると共に、２番目、３番目の切削プレート１６は、その中心位置が、例えば回動軸１１の中心からＬ3＝１７０ｍｍ、Ｌ5＝２４８ｍｍ離れた位置に各々取付けられている。また、他方の支持ロッド１５ｂに固着される１番内側の切削プレート１６は、その中心位置が、例えば回動軸１１の中心からＬ2＝１３１ｍｍ離れた位置に取付けられると共に、２番目、３番目の切削プレート１６は、その中心位置が、例えば回動軸１１の中心からＬ4＝２０９ｍｍ、Ｌ6＝２８７ｍｍ離れた位置に各々取付けられている。したがって、各支持ロッド１５ａ，１５ｂに固着された切削プレート１６の回動軸１１の中心からの距離Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4，Ｌ5，Ｌ6は、互い違いにＬ1＜Ｌ2＜Ｌ3＜Ｌ4＜Ｌ5＜Ｌ6となっている。
【００２０】
これによって、各切削プレート１６の回動軸１１を中心とする回転軌跡は、互いに重なることなく、一方の支持ロッド１５ａに固着された切削プレート１６の回動軸１１を中心とする回転軌跡が、他方の支持ロッド１５ｂに固着された隣接する切削プレート１６による回転軌跡の間を通過して、細かいピッチの回転軌跡が形成されることになる。したがって、ダマが生じなうように掘削土砂を細かく切ることを可能にして、均質で強度が増した品質の優れた柱状改良杭を形成することが可能になると共に、ダマによる改良残渣の発生をさらに効果的に抑制することが可能になる。
【００２１】
なお、本実施形態では、回動軸１１の先端部外周面に開口する噴射ノズル１８は、掘削翼１２の一対の支持ロッド１５ａ，１５ｂが突出する高さ位置において、これらと９０°の中心間角度間隔離れて、両側に一対開口形成されている。
【００２２】
掘削翼１２の上方に配置される共回り防止翼１４は、本実施形態では、掘削翼１２と下段の撹拌翼１３との間の部分において、上下方向への動きを制限された状態で回動軸１１に回動自在に取り付けられた円筒スリーブ形状のボス部１９から両側に張り出して、１８０°の中心間角度間隔をおいて一対設けられている。共回り防止翼１４は、掘削翼１２の外径よりも僅かに大きな外径を有しており、掘削翼１２によって形成された掘削穴の孔壁に僅かに食い込んで、掘削翼１２及び撹拌翼１３が回転する間、回転しない状態を保持する。これによって共回り防止翼１４は、固化材と混合する前の掘削土砂が塊状となって掘削翼１２や撹拌翼１３と共に回転する、いわゆる共回り現象を防止して、撹拌効果を高める機能を発揮する。
【００２３】
共回り防止翼１４の上方に配置される撹拌翼１３は、各々、掘削翼１２の上方において回動軸１１から外側に張り出して設けられ、回動軸１１の回転駆動により、先端ビット１７や掘削翼１２で切削した掘削土砂を噴射ノズル１８から噴射した固化材と共に攪拌する。本実施形態では、攪拌翼１３は、回動軸１１から各一対の攪拌翼１３が、１８０°の角度間隔をおいて両側に張り出した状態で回動軸１１に溶着固定されることにより、周方向に９０°ずれた状態で上下２段に設けられる。
【００２４】
また、本実施形態では、各攪拌翼１３は、図２（ａ），（ｂ）にも示すように、鋭角な先端部１３ａを有すると共に、回動軸１１による順回転方向Ｒの後方側に螺旋形状に湾曲するスクリュー羽根形状を有している。さらに、本実施形態では、各攪拌翼１３は、回動軸１１と垂直な面に対して順回転方向Ｒの前方側に好ましくは１５〜３０度程度の傾斜角度θ3で下方に傾斜した状態で取り付けられている（図１（ａ）参照）。さらにまた、本実施形態では、スクリュー羽根形状の各攪拌翼１３は、回動軸１１への接合基端部を除く周縁部分１３ｂが鋭利な形状となるように、当該周縁部分１３ｂの下側の面にテーパー処理が施されている（図２（ｂ）参照）。これらによって、各攪拌翼１３の周縁部分１３ｂをさらにスムーズにダマに食い込ませて、粘性の強い土のダマになった部分をさらに効果的に攪拌することが可能になり、攪拌力を一層向上させることが可能になる。
【００２５】
ここで、本実施形態では、回動軸１１から両側に張り出す一対のスクリュー羽根形状の攪拌翼１３は、これらを上方から見た際の投影面積（平面積）が、当該一対の撹拌翼１３が回転することによる円形断面の攪拌領域Ｓの断面積の１５〜３５％の大きさ、より好ましくは１７〜３０％の大きさとなるように形成されている。すなわち、当該一対の撹拌翼１３の各外側端部を結んだ線分を直径とする円の面積から、回動軸１１の断面積を引いた面積を一対の撹拌翼１３が回転することによる円形断面の攪拌領域Ｓの断面積Ａ0とし、スクリュー羽根形状の２枚の攪拌翼１３の投影面積（平面積）の合計をＡ1とした場合に、〔（２×Ａ1）／Ａ0〕×１００（％）が１５〜３５％となるように形成されている。〔（２×Ａ1）／Ａ0〕×１００（％）が１５〜３５％となっていることにより、一対の撹拌翼１３は、相当の大きさの投影面積を備えることとなり、後述する粘性の強い土を含む地盤に対して、ダマが生じなうように掘削土砂を細かく攪拌する機能を確実に発揮させることが可能になる。
【００２６】
そして、上述の構成を備える本実施形態の柱状改良用撹拌装置１０によれば、粘性の強い土を含む地盤に対しても、掘削した土砂を細かく攪拌しつつ固化材と混合することにより、品質の優れた柱状改良杭を形成することが可能になると共に、改良残渣が発生するのを効果的に抑制することが可能になる。すなわち、本実施形態によれば、一対の撹拌翼１３は、上方見た際の投影面積が、当該一対の撹拌翼１３が回転することによる略円形断面の攪拌領域Ｓの断面積の１５〜３５％の大きさとなるように形成されているので、回動軸１１と共に一対の撹拌翼１３が回転する際に、一対の撹拌翼１３によって、順回転方向Ｒに沿った面における掘削土砂との相当の接触面積が確保されることになる。これによって、粘性の強い土を含む地盤に対して、ダマが生じなうように掘削土砂を細かく攪拌しつつ固化材と混合してゆくことが可能になると共に、ダマによる改良残渣の発生を効果的に抑制することが可能になる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、一対の撹拌翼１３が相当の大きさの投影面積を有しているので、掘削土砂と固化材とを攪拌混合する際に、攪拌混合された混合物が地表の削孔穴から溢れ出て多量の改良残渣が生じるの回避するべく、削孔箇所に先行堀りを行うにあたって、一度に多くの土砂を攪拌翼１３の上に載せて引き上げることが可能になり、当該撹拌装置１０を用いて、先行堀りを効率良く行うことが可能になる。さらに、各攪拌翼１３は、順回転方向Ｒの前方側に傾斜角度θ3で下方に傾斜した状態で取り付けられているので、粘性の強い土を含む地盤に対して、ダマが生じなうように掘削土砂を細かく攪拌する機能をさらに向上させることが可能になる。
【００２８】
さらにまた、本実施形態によれば、各攪拌翼１３は、回動軸１１による順回転方向Ｒの後方側に螺旋形状に湾曲するスクリュー羽根形状を備えているので、粘性の強い土に食い込み易くなって、攪拌力を一層高めることが可能になと共に、例えば撹拌装置１０を引き上げる際に、逆回転しつつ引き上げることにより、逆回転方向側の、内側に湾曲する部分の鋭利になった周縁部分１３ｂがダマに食い込んで、粘性の強い土のダマになった部分をさらに効果的に攪拌することが可能になり、攪拌力を一層向上させることが可能になる。
【００２９】
図２は、本発明の他の実施形態に係る柱状改良用撹拌装置２０の要部を示すものである。本他の実施形態に係る柱状改良用撹拌装置２０は、上記実施形態の柱状改良用撹拌装置１０と略同様の構成を備える他、上下２段に各々一対取り付けられる攪拌翼１３’は、順回転方向Ｒの前方側の回動軸１１に隣接する部分を斜めに切り欠いた略矩形平面形状を備えており（図１（ｂ）参照）、これによって平面視した際の相当の大きさの投影面積を有するようになっている。また攪拌翼１３’の順回転方向Ｒの前方側の縁部分１３ａは、鋭利な形状となるように上下の面にテーパー処理が施されている。本他の実施形態に係る柱状改良用撹拌装置２０によっても、一対の攪拌翼１３’を上方から見た際の投影面積が、攪拌領域Ｓの断面積の１５〜３５％の大きさとなっていることにより、上記実施形態の柱状改良用撹拌装置１０と略同様の作用効果が奏される。
【００３０】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば切削プレートは、プレート面が支持ロッドの張出し方向と垂直又は略垂直に交差するように支持ロッドに縦付けされている必要は必ずしもなく、プレート面を支持ロッドの張出し方向に沿わせるようにして横付されていても良い。また、切削プレートは、略直角台形状のプレート面を有している必要は必ずしも無く、その他の形状のプレート面を有していても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好ましい一実施形態に係る柱状改良用撹拌装置の、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は（ａ）の下部を右側から見た側面図である。
【図２】（ａ）は、鋭角な先端部を有するスクリュー羽根形状の撹拌翼の上面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図３】本発明の好ましい他の実施形態に係る柱状改良用撹拌装置の底面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０，２０  柱状改良用撹拌装置
１１  回動軸
１２  掘削翼
１３，１３’  撹拌翼
１３ａ，１３ａ’  撹拌翼の縁部分（周縁部分）
１４  共回り防止翼
１５ａ，１５ｂ  支持ロッド
１６  切削プレート
１６ａ  切削爪
１７  先端ビット
１８  噴射ノズル
１９  ボス部
【図１】
2010007329.tif 000003
【図２】
2010007329.tif 000004
【図３】
2010007329.tif 000005