(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド下端に掘削ヘッドを、その上位に上記掘削ヘッドの外径以下の外径の撹拌部材を、その上位からロッド上端近くまでに上記掘削ヘッドの外径より適宜小外径の搬送用スクリュー羽根をそれぞれ設けた掘削撹拌ロッドが、昇降自在に支持された回転駆動装置の駆動軸に回転伝達可能に連結されて垂下され、
上記掘削ヘッドの外径より適宜小外径のケーシングが上記掘削撹拌ロッドの搬送用スクリュー羽根部分に該スクリュー羽根と回転自在に被嵌され、
上記ケーシング下端の土砂取り入れ口にシャッターが開閉自在に取りつけられ、該シャッターを開閉する駆動手段が装備された、
地盤改良装置。
【請求項２】
上記ケーシングの周壁に複数の排土窓が互に上下間隔をあけて開設され、上記各排土窓に蓋がそれぞれ開閉自在に取りつけられると共に、各蓋を互に独立に開閉する駆動手段が装備された、請求項１に記載の地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、掘削撹拌ロッドの回転により原地盤に縦孔を掘削すると共に掘削土砂にセメントミルク等の地盤改良材を混合して地盤を改良する地盤改良装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、掘削土砂にセメントミルク等の地盤硬化材を注入混合することにより軟弱地盤を硬化処理する場合、原地盤の性状によっては地盤土壌に対する体積比で数１０％にも及ぶ大量のセメントミルクの注入により処理地盤の体積が増大し、それにより地盤が盛り上ったり、地盤が側方へ拡がって周辺の既設構造物に悪影響を及ぼすことがある。
【０００３】
そこで、従来、ロッド外周に搬送用スクリュー羽根を、ロッド下端に掘削ヘッドを、その上位に撹拌翼をそれぞれ設けた掘削撹拌ロッドの複数本を、昇降自在に支持された回転駆動装置に平行状態で垂下連結してなる地盤改良装置を使用し、その複数本の掘削撹拌ロッドの回転により軟弱地盤に複数本の縦孔を掘削しつつ、各縦孔内から搬送用スクリュー羽根により、注入すべきセメントミルク量に対応する量の掘削土砂を排出し、しかる後各縦孔内にセメントミルクを注入しつつ残留掘削土砂と混合するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題および解決手段】
しかし、上記従来の地盤改良装置では、掘削土砂の排出量調整は、搬送用スクリュー羽根の回転速度を変更することによって行うものであるため、掘削土砂の排出量調整時に掘削ヘッドおよび撹拌翼の有効回転速度がえられず、掘削および撹拌が不十分となる欠点があった。
【０００５】
本願第１発明は、掘削撹拌ロッドを掘削撹拌に最適の回転速度に維持しつつ排土量調整を行うことを課題とし、その解決手段として、
ロッド下端に掘削ヘッドを、その上位に上記掘削ヘッドの外径以下の外径の撹拌部材を、その上位からロッド上端近くまでに上記掘削ヘッドの外径より適宜小外径の搬送用スクリュー羽根をそれぞれ設けた掘削撹拌ロッドが、昇降自在に支持された回転駆動装置の駆動軸に回転伝達可能に連結されて垂下され、
上記掘削ヘッドの外径より適宜小外径のケーシングが上記掘削撹拌ロッドの搬送用スクリュー羽根部分に該スクリュー羽根と回転自在に被嵌され、
上記ケーシング下端の土砂取り入れ口にシャッターが開閉自在に取りつけられ、該シャッターを開閉する駆動手段が装備された、
地盤改良装置を提供する。
【０００６】
本願第２発明は、上記第１発明の課題に加え、上記ケーシング内に搬送される土砂を地上に整然と排土することを課題とし、その解決手段として、
上記第１発明におけるケーシングの周壁に複数の排土窓が互に上下間隔をあけて開設され、上記各排土窓に蓋がそれぞれ開閉自在に取りつけられると共に、各蓋を互に独立に開閉する駆動手段が装備された、地盤改良装置を提供する。
【０００７】
本願第１発明における上記「撹拌部材」とは、プロペラ型羽根、１回転分らせん羽根、その他各種の撹拌部材を含む。
また、上記「ケーシング」は、掘削撹拌ロッドと逆方向に回転させるもの、または回転させないものに適宜選択される。
以下図面を参照して本願発明の実施例について説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１において、ベースマシン（１）の前端部にマスト（２）を連結して垂直に支持し、該マスト（２）の全長に沿って敷設されたガイドレール（３）、（３）にホルダー（４）を上下摺動自在に支持させると共にトップシーブ（５）から垂下したワイヤ（６）により昇降自在に吊支し、このホルダー（４）に、モータおよび減速機をそれぞれ有する２基の回転駆動装置（７）、（７）を並列的に搭載し、各回転駆動装置（７）、（７）において、図２のように減速機出力軸から歯車列を介して回転を伝達される撹拌ロッド駆動軸（８）、および上記駆動軸（８）を囲み且つ該駆動軸（８）から歯車列を介して回転を伝達されるケーシング駆動環（９）を突出し、一方の駆動軸（８）に掘削撹拌ロッド（１０）の上端を接続すると共に、他方の駆動環（９）に、上記撹拌ロッド（１０）に回転自在に被嵌された円筒状ケーシング（１１）の上端を、上記ロッド（１０）を囲む円筒状のシリンダハウジング（１２）およびスイベル継手（１３）を介して接続してある。
【０００９】
上記掘削撹拌ロッド（１０）は、中空ロッド（１４）の下端に掘削ヘッド（１５）を、その上位に上記掘削ヘッド（１５）の外径と同外径および小外径の２種のプロペラ型撹拌羽根（１６）…を、その上位からロッド上端近くまでに上記掘削ヘッド（１５）の外径よりも適宜小外径の搬送用スクリュー羽根（１７）を設けたもので、その中空ロッド（１４）内に地盤改良材としてセメントミルクの供給管（１８）を縦通し、その噴射口を掘削ヘッド（１５）の下端に設けてある。
【００１０】
上記ケーシング（１１）は２重壁からなり、両壁間に全長に及ぶ環状間隙（１９）を形成すると共に、その外径を上記掘削ヘッド（１５）の外径より適宜小さくしたもので、このケーシング（１１）を上記撹拌ロッド（１０）のスクリュー羽根（１７）部分に回転自在に被嵌し、その下端の上記中空ロッド（１４）との間の環状の土砂取り入れ口（２０）にシャッター（２１）を開閉自在に取りつけてある。
【００１１】
上記シャッター（２１）は、上記土砂取り入れ口（２０）を閉止可能のリング状体で、該取り入れ口（２０）を開閉すべく上記中空ロッド（１４）に軸方向へ摺動自在に被嵌すると共に、上記ケーシング（１１）の環状間隙（１９）内に摺動自在に挿通された２本のシャッター開閉ロッド（２２）、（２２）の各下端と連結してある。
【００１２】
上記シャッター（２１）の開閉駆動手段として、図２のように上記シリンダハウジング（１２）の内壁面にシャッター駆動用単動式油圧シリンダ（２３）、（２３）を垂直に取りつけ、両シリンダのラム（２４）、（２４）を上記シャッター開閉ロッド（２２）、（２２）の上端に連結し、該シリンダ（２３）、（２３）の駆動によりロッド（２２）、（２２）を昇降させてシャッター（２１）を上下動させ、取り入れ口（２０）を開閉する。
【００１３】
本例では、さらに上記ケーシング（１１）の２重構造壁に、一例として下から第１、第２、第３および第４の排土窓（２５ａ）、（２５ｂ）、（２５ｃ）、（２５ｄ）を適宜上下間隔をあけた位置に順次９０度づつ変位させて開設し、これら各排土窓に対応する位置における２重壁の環状間隙（１９）内に湾曲板状の蓋（２６）…をそれぞれ摺動自在に挿入すると共に、上記環状間隙（１９）内に摺動自在に挿通された４本の蓋開閉ロッド（２７）…の各下端とそれぞれ連結し、これら各蓋（２６）…の開閉駆動手段として、４本の蓋駆動用単動式油圧シリンダ（２８）…を上記シリンダハウジング（１２）の内壁面に垂直に取りつけ、その各ラム（２８’）…を上記蓋開閉ロッド（２７）…の上端にそれぞれ連結してある。上記各蓋開閉ロッド（２７）…は、図４に示すように互に等間隔をあけてケーシング（１１）長手方向へ平行に配設してある。
【００１４】
上記シャッター駆動用油圧シリンダ（２３）、（２３）および蓋駆動用油圧シリンダ（２８）…を外部の油圧回路にそれぞ接続するため、固定がわ外側筒（２９）と回転がわ内側筒（３０）からなるスイベル継手（１３）において、図２に示すように上記外側筒（２９）に半径方向に貫通し且つ油圧供給管（３１）…とそれぞれ接続された５本の外側油圧供給路（３２）…と、上記供給路（３２）…とそれぞれ接続され、外側筒（２９）内周面に設けた５本の環状路（３３）…と、上記環状路（３３）…とそれぞれ接続され、上記内側筒（３０）を縦通してシリンダハウジング（１２）がわに開通する５本の内側油圧供給路（３４）…とからなるスイベル回路を構成し、上記シャッター駆動用シリンダ（２３）、（２３）は図２に示すように１本の内側油圧供給管（３４）と管（３５）により接続し、また蓋駆動用シリンダ（２８）…は、図３にその一部を示すように残りの４本の内側油圧供給管（３４）…と管（３６）…によりそれぞれ接続してある。
【００１５】
なお、上記ケーシング（１１）の上端開口には、上記中空ロッド（１４）と回転自在に被嵌する環状キャップ（３７）を取りつけ、シリンダハウジング（１２）内への土砂の侵入を防止している（図２、３）。（３８）は両ケーシング（１１）、（１１）の振れ止めバンドである（図１）。
【００１６】
上例の作用を使用例とともに次に説明する。一例として、図５に示すように軟弱層（Ａ）、その下に産業廃棄物等のような地盤硬化材との混合撹拌に不適当なものを含む改良不適地層（Ｂ）、その下に支持層（Ｃ）を有する地盤の硬化処理に使用した場合について述べる。まず、予め注入すべきセメントミルク量に対応する排土量を設定し、該設定排土量を達成するために必要な掘削撹拌ロッド（１０）の最適掘削撹拌回転速度での所要回転継続時間を算出しておく。油圧回路の操作によりシャッター駆動用油圧シリンダ（２３）、（２３）を伸長駆動させて図５（イ）のようにシャッター開閉ロッド（２２）、（２２）を介してシャッター（２１）を押し下げ、それにより土砂取り入れ口（２０）を開き、また本例では第１排土窓（２５ａ）の蓋駆動用油圧シリンダ（２８）を伸長駆動させて蓋開閉ロッド（２７）を介して当該蓋（２６）を押し下げ、それにより第１排土窓（２５ａ）を開き、他の第２、第３、第４排土窓（２５ｂ）、（２５ｃ）、（２５ｄ）は閉成状態におき、その状態で回転駆動装置（７）の始動により掘削撹拌ロッド（１０）を最適掘削撹拌回転速度で回転させると共に、ケーシング（１１）をそれと反対の方向へ回転させて軟弱層（Ａ）への掘削を開始する。掘削ヘッド（１５）により掘削された土砂は撹拌羽根（１６）により撹拌され、その一部が土砂取り入れ口（２０）からケーシング（１１）内に入りスクリュー羽根（１７）により上方へ搬送され、そして最下位の第１排土窓（２５ａ）から外部へ排出され、その際第１排土窓（２５ａ）が地上に近い位置にあるから、排土が地上に整然と堆積することとなる。掘削孔内に残った土砂はケーシング（１１）の外周面と掘削孔内壁面との間の環状間隔内に留保されていく。
【００１７】
同図（ロ）のように改良不適地層（Ｂ）の手前まで掘進したら、次に、シャッター（２１）は引きつづき開き、また上記第１排土窓（２５ａ）を閉じ、新たに第２排土窓（２５ｂ）を開き、他の第３、第４排土窓（２５ｃ）、（２５ｄ）は引きつづき閉じる。その状態で同様に改良不適地層（Ｂ）への掘削を行う。この地層（Ｂ）における掘削では、ケーシング（１１）の外周面と掘削孔内壁との間隔内には先行の掘削土砂が充満しているので、掘進降下速度を遅くすることにより該地層（Ｂ）で掘削された改良不適土砂の大部分を土砂取り入り口（２０）からケーシング（１１）内に取りこんで第２排土窓（２５ｂ）から排土し、掘削孔内にほとんど残さない。
【００１８】
同図（ハ）のように支持層（Ｃ）の手前まで掘進したら、シャッター（２１）を開き続け、第２排土窓（２５ｂ）を閉じ、新たに第３排土窓（２５ｃ）を開き、支持層（Ｃ）への掘削を継続する。上記掘削撹拌ロッド（１０）における上記設定排土量達成までの回転継続時間が経過したとき、上記シャッター（２１）を閉じ、それにより土砂取り入れ口（２０）からの土砂取りこみを停止して上記第３排土窓（２５ｃ）からの地上への排土をほぼ停止し、設定量の排土を完了する。
【００１９】
上記設定量に至る排土作業中は、地中に位置する他の排土窓が全て閉じて該窓からの土砂取りこみまたは排土を行わないから、上記掘削撹拌ロッド（１０）の所要回転継続時間が経過したとき、ほぼ計算どおりに設定排土量を達成する。
【００２０】
同図（ニ）のように支持層（Ｃ）に所要深さ掘進したとき、掘削撹拌ロッド（１０）およびケーシング（１１）を停止し、全排土窓（２５ａ）〜（２５ｄ）を閉じ、ついで同図（ホ）のように掘削撹拌ロッド（１０）およびケーシング（１１）を上記と反対方向にそれぞれ回転させると共に、掘削ヘッド（１５）下端の噴射口からセメントミルクを注入し、該セメントミルクと残留土砂とを混合撹拌しつつ地上へ引き抜いていく。この際注入するセメントミルクの量に相当する量の土砂を予め掘削孔から排出してあるので、硬化処理後地盤の盛り上りや側方への拡張は生じない。
【００２１】
【発明の効果】
本願第１発明の地盤改良装置によれば、掘削撹拌ロッドを掘削撹拌に最適の回転速度で回転させつつ、シャッターの開閉により排土を任意選択的に行うことができ、それにより掘削および撹拌を十分に行いつつ、所望量の排土調整を果すことができるようになり、また改良不適地層を含む地盤での使用においては、該改良不適地層に至ったとき掘進速度を遅くする等により該地層での改良不適土砂を掘削孔内にほとんど残さずに排出することも可能となり、その利用価値は高い。
【００２２】
本願第２発明の地盤改良装置によれば、掘進に伴い、複数の排土窓のうち地表にもっとも近い高さにある排土窓を開くことにより、該排土窓からの排出土砂を地上に整然と送り出すことができるようになり、現場周辺の作業スペースを清潔に維持することができるのであり、また、掘削排土作業の継続時間によって排土量を確認する方式を採る場合、地中に位置する排土窓を閉じることにより支障なく上記方式を遂行できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）本発明地盤改良装置の一部省略側面図である。
（ロ）同上正面図である。
【図２】ケーシング部分の一部省略拡大縦断正面図である。
【図３】同上一部省略拡大縦断側面図である。
【図４】ケーシング部分の拡大横断面図である。
【図５】（イ）掘削準備段階の略線図である。
（ロ）軟弱層掘削段階の略線図である。
（ハ）改良不適地層掘削段階の略線図である。
【図６】（ニ）支持層掘削段階の略線図である。
（ホ）セメントミルク注入引き抜き段階の略線図である。
【符号の説明】
７  回転駆動装置
８  駆動軸
１０  掘削撹拌ロッド
１１  ケーシング
１４  中空ロッド
１５  掘削ヘッド
１６  撹拌羽根
２０  土砂取り入れ口
２１  シャッター
２３  シャッター駆動用油圧シリンダ
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ  排土窓
２６  蓋
２８  蓋駆動用油圧シリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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