(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋翼を設けた回転ロッドと、前記回転ロッドの下部に一対で設けられる下部翼と、前記螺旋翼よりも前記回転ロッドの軸方向下側で、且つ前記下部翼よりも前記回転ロッドの軸方向上側に、一対で設けられる左右対称の上部翼とを備え、前記下部翼が、回転方向一側に下端部と側端部とを傾斜させた折曲部を設け、前記下部翼の下端部が、前記回転ロッドのテーパ部側から外側に向かうにつれて下方へ傾斜し、前記上部翼が、上端部と下端部とを平面視で水平方向に平行となるように設けたことを特徴とする地盤改良用掘削装置。
【請求項２】
前記上部翼が、前記螺旋翼と水平方向に同径であると共に、回転ロッドの軸方向に上下して螺旋状に傾斜することを特徴とする請求項１記載の地盤改良掘削装置。
【請求項３】
前記上部翼が、一方の前記上部翼と他方の前記上部翼とで前記回転ロッドの軸方向において上下に重なるように、前記回転ロッドの周面に形成されることを特徴とする請求項２記載の地盤改良掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤に掘削孔を掘削し、この掘削孔に改良材を投入して混合攪拌を行い、締め固めすることで、柱状改良体を築造するとした深層地盤改良工法に用いられる地盤改良用掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、深層地盤改良工法の一つとして、正回転させたスクリュー軸により地盤に掘削孔を掘削した後、この掘削孔内に掘削土、砂、及びセメント系固化材を混合した改良材を投入し、スクリュー軸に設けられた回転翼により掘削孔内に投入された改良材を攪拌させ、逆回転させたスクリュー軸により下方向、又は放射方向に圧縮して圧密化し、柱状改良体を築造するとした工法が知られている。
【０００３】
こうした工法に用いるスクリュー軸としては、軟弱地盤に穴を掘削するためのスクリュー軸であって、回転軸の外周面に螺旋羽根を備え、前記回転軸の先端部に備えたテーパ部の外周面に、前記回転軸の逆回転時に前記穴内に投入された改良材を下方向及び放射方向に圧縮するための複数の回転翼のみを備え、前記各回転翼は、前記スクリュー軸の回転方向の位相の異なる位置及び前記スクリュー軸の軸方向に異なる位置に備えられており、前記回転翼は、前記スクリュー軸の逆回転時に、穴内の改良材に放射方向の圧縮を付与するために、前記スクリュー軸の放射方向に対して傾斜した放射方向分力付与部を備えていると共に、前記スクリュー軸の逆回転時に、穴内の改良材に下方向の圧縮を付与するために、前記スクリュー軸の逆回転時に回転翼の下部側よりも上端部側が逆回転方向に先行するように傾斜した下方分力付与部を前記回転翼の下端部側に備えているもの（例えば特許文献１）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１９５７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に提案されるスクリュー軸によれば、テーパ部の外周面に設けられる回転翼が、スクリュー軸の放射方向に対して傾斜した放射方向分力付与部と、逆回転時に回転翼の下部側よりも上端部側が逆回転方向に先行するように傾斜した下方分力付与部とを備えたことにより、改良体の圧密化することができるので、沈下しようとする改良体の周面に作用する摩擦力が大きくなると共に、改良体の外周面は凹凸部を備えた構成となり、改良体が地中に対して沈下し難く、改良体自体でもって構造物を直接支持することができる。
【０００６】
ところが、上記特許文献１に提案されるスクリュー軸は、改良材の圧密化に対しては考慮されているものの、改良材の混合攪拌することに対しては考慮されていないため、改良材を混合攪拌する際に時間が掛かってしまい、場合によっては混合不良が生じてしまう虞がある。また、従来のスクリュー軸では、掘削力が増強されても、掘削土を効率的に螺旋羽根に移送できないことから、依然として作業時間が掛かってしまい、工期の短縮化が図れていないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点に鑑み、掘削、攪拌、及び掘削土の移送を効率的に行うことができ、高品質の改良体を短期間に築造することができる地盤改良用掘削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】
【０００８】
請求項１に係る発明は、螺旋翼を設けた回転ロッドと、前記回転ロッドの下部に一対で設けられる下部翼と、前記螺旋翼よりも前記回転ロッドの軸方向下側で、且つ前記下部翼よりも前記回転ロッドの軸方向上側に、一対で設けられる左右対称の上部翼とを備え、前記下部翼が、回転方向一側に下端部と側端部とを傾斜させた折曲部を設け、前記下部翼の下端部が、前記回転ロッドのテーパ部側から外側に向かうにつれて下方へ傾斜し、前記上部翼が、上端部と下端部とを平面視で水平方向に平行となるように設けことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、前記上部翼が、前記螺旋翼と水平方向に同径であると共に、回転ロッドの軸方向に上下して螺旋状に傾斜することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、前記上部翼が、一方の前記上部翼と他方の前記上部翼とで前記回転ロッドの軸方向において上下に重なるように、前記回転ロッドの周面に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、下部翼と上部翼とを備えたことにより、掘削力、撹拌力、及び押し上げ力が増強され、掘削孔の掘削、掘削土の移送、改良材の攪拌、及び改良材の締め固めによる圧密化が、効率的に行われるので、工期の短縮化を図ることができ、十分に混合撹拌した改良材を地盤に圧密するため高品質の改良体を築造することができる。
【００１２】
また、請求項１の構成によれば、掘削時には鉛直・水平方向の掘削力を高め、改良体築造時には鉛直・水平方向の圧密力を高めることができ、圧縮強度が略均一で外径が大きな改良体を築造することができる。
【００１３】
また、請求項２の構成によれば、掘削土の押し上げ力を高め、下部翼から螺旋翼、又は螺旋翼から下部翼へ掘削土を円滑に移送する移送路を形成することができる。
【００１４】
また、請求項３の構成によれば、掘削時には鉛直・水平方向の掘削力、撹拌力を高め、上部翼の耐力を増強することができる。また、下部翼から螺旋翼、又は螺旋翼から下部翼へ掘削土を円滑に移送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１を示す地盤改良用掘削装置の正回転時における正面図である。
【図２】同上、地盤改良用掘削装置の逆回転時における正面図である。
【図３】同上、下部翼の側面図である。
【図４】同上、下部翼の平面図である。
【図５】同上、上部翼の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
【００１８】
先ず、本発明の地盤改良用掘削装置１を用いる地盤改良工法について簡単に説明しておくと、本発明の地盤改良用掘削装置１は、主として乾式深層地盤改良工法に用いられ、施工地盤に円柱状の掘削孔を掘削し、排出した掘削土とセメント系固化材を混合した改良材を作製し、この改良材を掘削孔に投入して鉛直方向、及び水平方向に締め固めていき、柱状改良体を築造するものである。
【００１９】
次に、本発明の地盤改良用掘削装置１における構成について、図１〜図５に沿って説明する。
【００２０】
図１に示すように、建柱車（図示しない）によって昇降、及び回転可能に支持される回転ロッド２と、この回転ロッド２の周面上部より螺旋状に設けられる螺旋翼３と、回転ロッド２の周面下部に一対で設けられる下部翼４，４と、螺旋翼３よりも回転ロッド２の軸方向下側で、且つ下部翼４，４よりも回転ロッド２の軸方向上側に一対で設けられる左右対称の上部翼５，５とを備えている。また、回転ロッド２は、下方に傾斜するテーパ部６を有し、テーパ部６上端よりも上方に螺旋翼３が設けられる。
【００２１】
螺旋翼３は、回転ロッド２の軸方向たる鉛直方向に螺旋状で設けられ、上下の螺旋翼３，３間は、上方から下方に向かうにつれ間隔Ｈ１，Ｈ２が短くなる（Ｈ１＞Ｈ２）ように設けられる。
【００２２】
上記のように、螺旋翼３は、螺旋翼３，３間が、上方から下方に向かうにつれ間隔が短くなる構成を備えることで、掘削土が下方から上方に移送されるにつれて余剰空間が広がり、円滑に移送することができる。また、改良材が上方から下方に移送されるにつれて余剰空間が狭まり、移送される改良材を圧密することができる。
【００２３】
下部翼４は、回転ロッド２のテーパ部６にあっては下方周面に設けられ、板状部材により形成される。また、下部翼４の下端部７は、回転ロッド２と接続するテーパ部６から角部８にかけて下方へ僅かに傾斜して設けられている。さらに、下部翼４は、回転ロッド２の鉛直方向に対し左右に設けられ、一対で設けられる下部翼４，４は、下端部７，７と側端部９，９とを略４５度の角度で回転方向一側、すなわち周方向において同方向（本実施例では正回転方向）となるように傾斜させた、平坦面より成る折曲部10，10Ａを設けている。また、これら下端部７を傾斜させた折曲部10と、側端部９を傾斜させた折曲部10Ａとは、角部８の対角線８Ｋ上を溶接することで同角度で傾斜して接続される。尚、下端部７を傾斜させた折曲部10，10は、下部翼４の上端から下端までの高さである全長Ｘのうち、折曲部10の全長Ｘ１を、水平方向に対して垂直に形成される平板部13，13の全長Ｘ２の略１／３以上で１／１．５以下となるように形成することが、掘削力、及び押し上げ力を高める点から望ましい。また、側端部９を傾斜させた折曲部10Ａ，10Ａは、左右一対の下部翼４，４の全幅長さである全長Ｙのうち、左右一対の平板部13，13間である全長Ｙ１を略１／２以上で３／４以下となるように形成することが、掘削力、及び押し上げ力を高める点から望ましい。
【００２４】
こうした構成の折曲部10，10Ａは、回転ロッド２が正回転する掘削時には、土を切り崩す掘削刃として作用するものであり、回転ロッド２が逆回転する改良体築造時には、地上より投入された改良材を地盤の下方と側方とに圧密する圧密部として作用するものである。尚、本実施例では、折曲部10，10Ａは、略４５度の角度で傾斜して設けているが、略３０度〜略６０度において適宜調整するものとする。
【００２５】
上記のように、下部翼４は、下端部７がテーパ部６から角部８にかけて傾斜し、下端部７と側端部９とに折曲部10，10Ａを形成するとした構成を備えることで、掘削時の掘削力が増強され、折曲部10，10Ａにより、面で掘削土を集めて上部翼５に押し上げるので、掘削土を円滑に移送することができる。また、折曲部10，10Ａは、真っ直ぐに傾斜する平坦面で成ることにより、掘削土が溜まることなく平板部13側に集まり、掘削土を円滑に上部翼５，５に移送することができる。
【００２６】
上部翼５は、回転ロッド２のテーパ部６にあっては上方周面に設けられると共に、テーパ部６の径よりも径大で螺旋翼３の径と同径となる螺旋状の板状部材により形成される。この上部翼５は、一対に設けられ左右対称であることから、正面視においてはＸ状に配置される態様となり、周方向において同方向に傾く傾斜面11を有しており、上部翼５の傾斜面11は螺旋翼３の傾斜よりも急勾配に設けられている。そして、一対で設けられる左右対称の上部翼５，５は、一方の上部翼５と他方の上部翼５とで平面視で重なるように設けられており、テーパ部６の外周においては、互いに半周以上に亘り形成されている。また、上部翼５は、螺旋状に形成されるが、上端部14と、下端部15とは、平面視において放射状に形成されず、水平方向に略平行となるように設けられる。さらに、一方の上部翼５と、他方の上部翼５とが、平面視で重なる位置に下部翼４が配置するよう設けられる。尚、上部翼５，５の上端部14，14と螺旋翼３との間隔Ｔ１、及び上部翼５，５の下端部15，15と下部翼４，４との間隔Ｔ２は、螺旋翼３，３間の間隔Ｈ１を略６４００ｍｍ程度とすると、略４５０ｍｍ〜７５０ｍｍ程度で設けられ、螺旋翼３と下部翼４，４とに近接していることが、掘削力、及び押し上げ力を高める点から望ましい。
【００２７】
上記のように、上部翼５は、螺旋翼３の径と同径となる螺旋状に傾斜する傾斜面11を設けたことにより、押し上げ力を高め、掘削土を円滑に移送する移送路を形成することができる。また、上端部14と下端部15とが平面視で水平方向に略平行となるように設けられることで、移送路として作用する上部翼５，５の入口、又は出口が広く形成されることになり、多量の掘削土を送ることができる。また、一対で設けられる左右対称の上部翼５，５は、一方の上部翼５が有する傾斜面11と、他方の上部翼５が有する傾斜面11とが、平面視において重なるように設けられていることで、掘削時には鉛直・水平方向の掘削力、撹拌力を高めると共に、上部翼５の耐力を増強することができる。さらに、一方の上部翼５が有する傾斜面11と、他方の上部翼５が有する傾斜面11とが、平面視で重なる位置に下部翼４が配置するよう設けられることで、下部翼４により掘削された掘削土を円滑に上部翼５へ送ることができる。
【００２８】
そして、上記構成を備えた地盤改良用掘削装置１は、乾式深層地盤改良工法に用いられて、以下のようにして柱状改良体を築造する。
【００２９】
先ず、地盤を掘削する掘削時には、回転ロッド２を正回転させて先端部12を地盤に圧入していき、テーパ部６の周面に設けられた下部翼４，４と、下部翼４，４よりも鉛直方向上側に設けられた上部翼５，５とにより掘削していく。この時、下部翼４，４は、下端部７、及び側端部９の折曲部10，10Ａにより、下方向と放射方向を拡径しながら掘削していき、同時に上部翼５，５に掘削土を移送する。また、上部翼５，５は、傾斜面11により、下部翼４，４から移送された掘削土を撹拌しながら螺旋翼３に移送し、螺旋翼３は、掘削土を地上へと搬出するので、地盤の掘削と、掘削土の移送とを効率的に行う。
【００３０】
そして、所定深度まで達すると、地上にて掘削土とセメント系固化材を混合した改良材を掘削孔内に投入する。掘削孔内に投入された改良材は、回転ロッド２の正回転と逆回転を繰り返して、下部翼４，４と上部翼５，５とにより十分に混合撹拌される。
【００３１】
改良体築造時には、再び回転ロッド２を逆回転させて先端部12を圧入して、十分に混合撹拌された改良材を掘削孔内に投入していく。改良材の投入時、上部翼５，５の角度が急勾配なことにより、鉛直方向への圧力が高くなり、放射方向への圧密が足りないまま反力で上昇していくことがないように、下部翼４，４と上部翼５，５が作用して、放射方向の圧密化が確実に行われ、徐々に柱状改良体が築造されていく。
【００３２】
上記したように、掘削時や改良体築造時において、下部翼４，４と上部翼５，５とがそれぞれ作用することで、騒音や振動等の発生を僅かとしながらも、掘削力、撹拌力、及び押し上げ力が増強されることで、掘削、攪拌、及び掘削土の移送を効率的に行うことができ、下部翼４，４、及び上部翼５，５を装備しない螺旋翼３のみの掘削装置と比較して、工期を１／１．５〜１／２程度に短縮することができる。また、使用される重機は、建柱車とバックホウのみで十分であるため、プラント等の大きなものを必要とせずに狭小な土地であっても施工可能となる。さらに、十分に混合撹拌された改良材を圧密化することで、圧縮強度が均一な改良体を築造することができ、高品質な柱状改良体を築造することができる。
【００３３】
このように本実施例では、螺旋翼３を設けた回転ロッド２と、回転ロッド２の下部に一対で設けられる下部翼４，４と、螺旋翼３よりも回転ロッド２の軸方向下側で、且つ下部翼４，４よりも回転ロッド２の軸方向上側に、一対で設けられる左右対称の上部翼５，５と、を備え、下部翼４，４が、回転方向一側に下端部７と側端部９とを傾斜させた折曲部10を設け、下部翼４，４の下端部７が、回転ロッド２のテーパ部６側から外側の角部８に向かうにつれて下方へ傾斜し、上部翼５，５が、上端部14と下端部15とを平面視で水平方向に平行となるように設けたから、下部翼４，４と上部翼５，５とを備えたことにより、掘削力、撹拌力、及び押し上げ力が増強され、掘削孔の掘削、掘削土の移送、改良材の攪拌、及び改良材の締め固めによる圧密化が、効率的に行われるので、工期の短縮化を図ることができ、十分に混合撹拌した改良材を地盤に圧密するため高品質の改良体を築造することができる。また、掘削時には鉛直・水平方向の掘削力を高め、改良体築造時には鉛直・水平方向の圧密力を高めることができ、圧縮強度が略均一で外径が大きな改良体を築造することができる。
【００３４】
また、このように本実施例では、上部翼５が、螺旋翼３と水平方向に同径であると共に、回転ロッド２の軸方向に上下して螺旋状に傾斜するから、掘削土の押し上げ力を高め、下部翼４から螺旋翼３、又は螺旋翼３から下部翼４へ掘削土を円滑に移送する移送路を形成することができる。
【００３５】
また、このように本実施例では、上部翼５が、一方の上部翼５と他方の上部翼５とで回転ロッド２の軸方向において上下に重なるように、回転ロッド２の周面に形成されるから、掘削時には鉛直・水平方向の掘削力、撹拌力を高め、上部翼11の耐力を増強することができる。また、下部翼４から螺旋翼３、又は螺旋翼３から下部翼４へ掘削土を円滑に移送することができる。
【００３６】
尚、本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、本実施例では、地盤改良用掘削装置１が備える下部翼４，４と上部翼５，５とを、二翼で構成していたが、二翼以上であってもよい。また、傾斜面11は螺旋翼３よりも急勾配に設けられるとしたが掘削力に応じて、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 地盤改良用掘削装置
２ 回転ロッド
３ 螺旋翼
４ 下部翼
５ 上部翼
６ テーパ部
７ 下端部（下部翼）
９ 側端部（下部翼）
10，10Ａ 折曲部
11 傾斜面
13 平板部
14 上端部（上部翼）
15 下端部（上部翼）
【図１】
0005516531.tif 000002
【図２】
0005516531.tif 000003
【図３】
0005516531.tif 000004
【図４】
0005516531.tif 000005
【図５】
0005516531.tif 000006