(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッドの先端に拡翼及び閉翼自在の拡翼ビットを備え、ロッドの先端部から固結材を吐出しながら拡翼ビットで撹拌して柱状改良体を構築する撹拌混合式削孔装置において、
アウタロッドの先端部に拡翼ビットの基端を起倒自在に軸支し、
アウタロッドに摺動自在に内挿した中間ロッドの先端部で拡翼ビットの後端面を摺動自在に支持し、
前記中間ロッドに地中残置用のインナロッドを摺動自在に内挿し、
前記各ロッド間で回転力を伝達可能に各ロッドの周面間を嵌合し、
中間ロッドとアウタロッドの相対的な摺動操作により拡翼ビットを拡翼及び閉翼自在に構成したことを特徴とする、
撹拌混合式削孔装置。
【請求項２】
請求項１において、拡翼ビットの付近から削孔用流体や固結材を吐出する流路を各ロッドの周面間に形成したことを特徴とする、撹拌混合式削孔装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記中間ロッドに摺動自在に内挿したインナロッドの周面に吐出口を設け、中間ロッドから露出したインナロッドの吐出口から固結材を吐出できるように構成したことを特徴とする、撹拌混合式削孔装置。
【請求項４】
先行してパイロット孔を削孔し、パイロット孔をガイド孔として拡翼した拡翼ビットで固結材と地山を撹拌しながら柱状改良体を構築する撹拌混合方法において、
請求項１又は請求項２に記載の撹拌混合式削孔装置を使用し、
拡翼ビットを閉翼した状態で各ロッドに回転と打撃を与えてパイロット孔を削孔し、
拡翼ビットを拡翼した状態で中間ロッドとアウタロッドに回転と打撃を与えながら後退させて柱状改良体を構築し、
柱状改良体の中心にインナロッドを残置させたことを特徴とする、
撹拌混合方法。
【請求項５】
先行してパイロット孔を削孔し、パイロット孔をガイド孔として拡翼した拡翼ビットで固結材と地山を撹拌しながら柱状改良体を構築する撹拌混合方法において、
請求項３に記載の撹拌混合式削孔装置を使用し、
拡翼ビットを閉翼した状態で各ロッドに回転と打撃を与えてパイロット孔を削孔し、
拡翼ビットを拡翼した状態で中間ロッドとアウタロッドに回転と打撃を与えながら後退させつつ、
中間ロッドから露出したインナロッドの吐出口から固結材を吐出させて柱状改良体を構築し、
柱状改良体の中心にインナロッドを残置させたことを特徴とする、
撹拌混合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地盤改良工法、ソイルセメント合成杭工法、トンネル先受工法、アンカー工法、山留工法等に適用できる、撹拌混合式削孔装置及び撹拌混合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばソイルセメント等の固結材を地中に注入しながら削孔・撹拌して任意の径の柱状体を構築する撹拌混合式削孔装置が種々知られている。この装置は基本的に回転軸の先端に拡縮可能な撹拌翼を具備し、撹拌翼を拡翼しながら掘削して改良された柱状体を構築している。撹拌翼の拡縮手段としては、▲１▼リンク機構を利用したパンタグラフ方式や▲２▼油圧シリンダ等の直線運動を揺動運動に変えるギア方式が知られている。
又、撹拌翼による拡幅削孔は、回転軸の挿入時に行う方法が最も知られているが、回転軸の引抜時に行う方法も例えば特開昭５９−１０６１０号公報、特開平４−２１３６１４号公報に提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記した撹拌混合式削孔装置及び撹拌混合方法には次のような問題点がある。
〈イ〉  回転軸の挿入時に拡翼して水平に削孔する方法にあっては、回転軸や撹拌翼等の自重により下方に曲り易く、削孔精度が悪い。
〈ロ〉  両拡翼方法に共通する他の問題点としては、施工性の向上を図るには削孔時に回転と打撃を加えることが望ましいが、これまでの拡縮手段はパンタグラフ方式やギア方式であるため、打撃力を加えると撹拌翼が閉翼したり、パンタグラフを構成するリンクやリンクの軸支箇所或いはギアが破損する危険がある。そのため、これまでは、削孔時は回転のみに限定され回転と打撃の両方を与えることが困難とされている。
【０００４】
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは回転と打撃を与えて効率よく芯材入りの柱状改良体を施工できる、撹拌混合式削孔装置及び撹拌混合方法を提供することにある。
さらに本発明の目的は軟弱地盤から硬質地盤まで適用地山の範囲が広い撹拌混合式削孔装置及び撹拌混合方法を提供することにある。
さらに本発明の目的は各種工法への適用範囲が広い撹拌混合式削孔装置及び撹拌混合方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１に係る発明は、ロッドの先端に拡翼及び閉翼自在の拡翼ビットを備え、ロッドの先端部から固結材を吐出しながら拡翼ビットで撹拌して柱状改良体を構築する撹拌混合式削孔装置において、アウタロッドの先端部に拡翼ビットの基端を起倒自在に軸支し、アウタロッドに摺動自在に内挿した中間ロッドの先端部で拡翼ビットの後端面を摺動自在に支持し、前記中間ロッドに地中残置用のインナロッドを摺動自在に内挿し、前記各ロッド間で回転力を伝達可能に各ロッドの周面間を嵌合し、中間ロッドとアウタロッドの相対的な摺動操作により拡翼ビットを拡翼及び閉翼自在に構成したことを特徴とする、撹拌混合式削孔装置である。
請求項２に係る発明は、前記請求項１において、拡翼ビットの付近から削孔用流体や固結材を吐出する流路を各ロッドの周面間に形成したことを特徴とする、撹拌混合式削孔装置である。
請求項３に係る発明は、前記請求項１又は請求項２において、前記中間ロッドに摺動自在に内挿したインナロッドの周面に吐出口を設け、中間ロッドから露出したインナロッドの吐出口から固結材を吐出できるように構成したことを特徴とする、撹拌混合式削孔装置である。
請求項４に係る発明は、先行してパイロット孔を削孔し、パイロット孔をガイド孔として拡翼した拡翼ビットで固結材と地山を撹拌しながら柱状改良体を構築する撹拌混合方法において、請求項１又は請求項２に記載の撹拌混合式削孔装置を使用し、拡翼ビットを閉翼した状態で各ロッドに回転と打撃を与えてパイロット孔を削孔し、拡翼ビットを拡翼した状態で中間ロッドとアウタロッドに回転と打撃を与えながら後退させて柱状改良体を構築し、柱状改良体の中心にインナロッドを残置させたことを特徴とする、撹拌混合方法である。
請求項５に係る発明は、先行してパイロット孔を削孔し、パイロット孔をガイド孔として拡翼した拡翼ビットで固結材と地山を撹拌しながら柱状改良体を構築する撹拌混合方法において、請求項３に記載の撹拌混合式削孔装置を使用し、拡翼ビットを閉翼した状態で各ロッドに回転と打撃を与えてパイロット孔を削孔し、拡翼ビットを拡翼した状態で中間ロッドとアウタロッドに回転と打撃を与えながら後退させつつ、中間ロッドから露出したインナロッドの吐出口から固結材を吐出させて柱状改良体を構築し、柱状改良体の中心にインナロッドを残置させたことを特徴とする、撹拌混合方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態１】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００７】
〈イ〉装置の概要
図２に撹拌混合式削孔装置の一例を示す。
１０はインナロッドで、先端部に先端ビット１１を取着している。
２０はインナロッド１０に外装した中間ロッド、３０は中間ロッド２０に外装したアウタロッドである。４０はアウタロッド３０の先端に拡翼及び閉翼自在に枢支された複数の拡翼ビットで、中間ロッド２０とアウタロッド３０の相対的な摺動によって一斉に拡翼及び閉翼するようになっている。５０はアウタロッド３０の基端に設けたスイベルで、各ロッド１０〜３０の周面間に形成された通路を通じて削孔用の水や固結材を供給できるようになっている。６０は全ロッド１０，２０，３０又は各ロッド１０，２０，３０に回転と打撃の両運動を与えるための回転打撃手段である。
尚、アウタロッド３０に外周に単数又はセンタリング用のスタビライザ（図示せず）を取着する場合もある。
【０００８】
〈ロ〉インナロッド
インナロッド１０は施工後に芯材として地中に残置される補強部材で、中空の管体及び棒鋼の両構造材を含むものである。インナロッド１０の先端の先端ビット１１には、図３，４に示すようにその外周面にロッドの軸方向に沿って複数の突条１２が形成されている。この突条１２は中間ビット２０の先端部の条溝２１と嵌合して、両ロッド１０，２０相互間で回転力を伝達するための係止体である。また中間ロッド２０の後退操作によって、前記インナロッド１０と中間ロッド２０の嵌合が解除されるようになっている。
先端ビット１１への打撃力は中間ロッド２０を介して伝えるようになっている。
【０００９】
〈ハ〉中間ロッド
中間ロッド２０はアウタビット３０と協働して拡翼ビット４０を拡翼及び縮翼するための中空の筒体で、先端に拡径部２２を形成している。
拡径部２２の図面左半２２ａの外周面には複数のチップ２３が突設され、また図面右半２２ｂの外周面には、図５に示すような受溝２４が凹設されている。
受溝２４は拡翼ビット４０の背部４１を支持する支持部材で、その他に図６の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように背部４１の抜け出しを規制した嵌合構造を採用しても良い。
中間ロッド２０の周面に孔２５が開設されていて、この孔２５を通じて吐出される水等によって受溝２４内に土砂が付着しないようになっている。
また中間ロッド２０の先端部の外周面には、アウタロッド３０と嵌合して相互に回転力を伝達可能な突条２６が突設されている。
【００１０】
〈ニ〉アウタロッド
アウタロッド３０は中空の筒体で、その先端にテーパ状の拡径部３１が形成されている。拡径部３１には拡翼ビット４０の基端が起倒自在に枢支されている。拡翼ビット４０の枢支構造は図７に示す支軸４２による他に、球体継手のような公知の枢支構造であっても良い。拡径部３１の外周面には削孔用のチップ３２が突設されている。
またアウタロッド３０の先端部の内周面には、中間ロッドの各突条２６と嵌合する条溝３３が形成されている。各状溝３３は両ロッド２０，３０のスライドによる拡翼ビット４０の拡翼及び閉翼を可能にするため、突条２６より長い範囲に亘って形成されている。
【００１１】
〈ホ〉拡翼ビット
図２に示すように拡翼ビット４０は帯状を呈し、その側面にチップ４２群が形成されている。各拡翼ビット４０の基端がアウタロッド３０の先端に枢支され、拡翼ビット４０の背部４１が中間ロッド２０の先端に支持されていることは既述した通りである。拡翼ビット４０はロッド２０，３０の相対的摺動操作によって拡翼及び閉翼する。具体的には中間ロッド２０の拡径部２２とアウタロッド３０の拡径部３１を接近する方向に摺動させることで拡翼ビット４０が拡翼し、その反対の離隔する方向に摺動させると拡翼ビット４０が閉翼する。
【００１２】
〈ヘ〉流体の吐出経路
削孔用の水や固化材を吐出するため、中間ロッド２０やアウタロッド３０の拡径部２２，３１には、夫々吐出口２４、３４が開設されている。これらの各吐出口２４、３４は、各ロッド１０〜３０の周面間に形成された通路と連通している。  吐出口の形成位置は、図示した形態に限定されず、削孔時は少なくとも先端ビット１１へ向けて水を吐出でき、また柱状改良体築造時は拡翼ビット４０の撹拌位置へ向けて固化材を吐出できるようになっていれば良い。
【００１３】
【作用】
つぎに撹拌混合式削孔装置を用いた柱状改良体の施工方法について説明する。
【００１４】
〈イ〉パイロット孔の削孔
図２はパイロット孔の削孔時の概念図を示す。
アウタロッド３０が中間ロッド２０に対して後退し、各拡翼ビット４０が閉翼している。回転打撃手段６０を通じて全ロッド１０〜３０に回転力と打撃力を与えて削孔を開始する。削孔中、スイベル５０及び各ロッド１０〜３０の周面間の流路を経由して供給した水を先端ビット１１付近から吐出させる。全ロッド１０〜３０に回転力を付与するには、各ロッド１０〜３０間が嵌合しているため、例えば一部のロッドの基端から回転力を与えることで、他のロッドへ伝達して付与することができる。
また削孔時の打撃力は、例えば回転打撃手段６０を通じて中間ロッド２０及びアウタロッド３０の基端に直接打撃力を付与して、中間ロッド２０の先端に当接する先端ビット１１へ伝達する。
【００１５】
〈ロ〉拡翼
所定の深さまでパイロット孔７０を削孔したら、中間ロッド２０とアウタロッド３０を相対的に摺動操作して、図１に示すように拡翼ビット４０を拡翼する。この状態で中間ロッド２０とアウタロッド３０に回転力と打撃力を与えながら、両ロッド２０，３０を後退させる。この際、インナロッド１０の先端の吐出口２４，３４から固結材８０を吐出させる。
拡翼ビット４０はパイロット孔７０より大径に削孔しながら、固結材８０と地山を撹拌して大径の柱状改良体８１を構築する。
柱状改良体８１の径は、拡翼ビット４０の拡翼量、すなわち中間ロッド２０とアウタロッド３０の相対的なスライド量により求められる。
柱状改良体８１の築造時、インナロッド１０に直接後退力を与えない。そのため、先端ビット１１が抵抗体となってインナロッド１０と中間ロッド２０の嵌合が解除され、インナロッド１０のみが地中に残置される。残置されたインナロッド１０は柱状改良体８１の中心に位置することから、最終的に、中心にインナロッド１０が位置する柱状改良体８１が築造される。
【００１６】
【発明の実施の形態２】
図８はインナロッド１０の周面から固結材８０を吐出させて施工する他の実施の形態を示す。
インナロッド１０は内部に軸路１３を有すると共に、固結材の吐出範囲に亘って吐出口１４を形成している。各吐出口１４は軸路１３と連通しており、またその形状は図示したスリット状に限定されるものではなく、円径等の種々の形状を採用できる。
本実施の形態にあっては、アウタロッド３０と共に中間ロッド２０を後退させる際、インナロッド１０の基端から軸路１３を通じて固結材８０を供給することにより、中間ロッド２０から露出したインナロッド１０の周面の吐出口１４を通じて固結材８０を吐出できる。
またインナロッド１０の露出長が長くなって吐出口１４の露出数が増した場合は、周囲の柱状改良体８１によって浸透が抑制されることにより、露出したすべての吐出口１４から固結材８０が吐出されることはなく、中間ロッド２０に近い露出直後の吐出口１４から固結材８０が吐出されるだけである。
また、吐出口１４をインナロッド１０の長手方向に沿って不等間隔に形成しておくことで、不連続の柱状改良体８１を構築することができる。
さらに、インナロッド１０の内外で固結材８０が連続性を有していることから、インナロッド１０と柱状改良体８１の付着性が向上し、インナロッド１０の引き抜き抵抗力が大きくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態３】
本発明の撹拌混合式削孔装置の適用可能な工法について例示する。
▲１▼トンネル先受け工法（図９）
トンネルの切羽側へ向けて柱状改良体８１を列設するトンネル先受け工法に適用できる。この場合、切羽側の深部に行くにしたがって柱状改良体８１の断面径を徐々に大きく施工すれば、未改良区間の発生を回避できる。
また芯材となるインナロッド１０の埋設されていない柱状改良体と比べて耐力的に有利である。
▲２▼斜面補強工法・アンカー工法（図１０）
斜面に柱状改良体８１を構築して斜面の補強工（Ａ）やアンカー工（Ｂ）或いは擁壁工（Ｃ）に適用できる。補強工に適用した場合、円弧滑り想定箇所を部分的に地盤改良すればより一層の強度の増強が図れる。またアンカー工の場合、インナロッド１０が引張材として機能すると共に、拡径した柱状改良体８１を断面楔形や団子状に形成するとより大きなアンカー耐力を得ることができる。
▲３▼構造物の基礎杭（図１１）
柱状改良体８１を鉛直に向けて構築すれば構造物の基礎杭としても適用できる。基礎杭としては、底部から地上へ向けて徐々に縮径する拡底杭や、杭の途中に球状の拡径部を複数形成する節杭等の形態が可能である。
柱状改良体８１を基礎杭として用いた場合、杭長を短くしても大きな支持力を確保できて、施工性や経済性に優れる。
▲４▼地盤改良（図１２）
軟弱地盤の改良範囲に複数の柱状改良体８１を構築すれば、軟弱地盤の改良に適用することも可能である。柱状改良体８１を施工する機械設備はコンパクトで機動性に優れているから適用が容易である。
またインナロッド１０をストレナー管で構成すれば、インナロッド１０をドレーン材として活用することができる。
以上の工法は例示であって、これ以外に多くの工法に適用できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
〈イ〉  中心にインナロッドを位置させた高強度の柱状改良体を得ることができる。
〈ロ〉  インナロッドを柱状改良体の築造後に挿入することは可能であるが、工程が２工程となり作業が繁雑となる。これに対して本発明では、柱状改良体の築造時にインナロッドを地中に残置するので、インナロッドを設置するための手数や時間を要しない。
〈ハ〉  中空構造のインナロッドの周面に吐出口を開設しておくことで、固結材の吐出が容易になると共に、インナロッドと柱状改良体の付着力が増してインナロッドの引き抜き抵抗が大きくなる。
〈ニ〉  これまではロッドの引き抜き時に回転は与えられても打撃力を与えることはできなかった。本発明では、ロッドの引き抜き時に回転と打撃の両方を付与できるので、施工性が良くなる。
〈ホ〉  リンク類を一切用いずに中間ロッドとアウタパッドの相対的な摺動操作によって拡翼ビットを拡翼及び閉翼できる。
〈ヘ〉  軟弱地盤から硬質地盤までの広範囲の地盤に適応できる。
〈ト〉  各種の工法で使用でき、適用範囲が広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  拡翼時における撹拌混合式削孔装置の先端部の説明図
【図２】  閉翼時における撹拌混合式削孔装置の全体図
【図３】  図２におけるIII −III の断面図
【図４】  図３におけるIV−IVの断面図
【図５】  図２におけるＶ−Ｖの断面図
【図６】  拡翼ビットが中間ロッドから離脱するのを防止する嵌合構造例の説明図
【図７】  図２におけるVII −VII の断面図
【図８】  インナロッドに吐出口を設けた他の実施の形態の説明図
【図９】  トンネル先受け工法に適用した適用例の説明図
【図１０】  斜面補強工法やアンカー工法に適用した適用例の説明図
【図１１】  構造物の基礎杭に適用した適用例の説明図
【図１２】  地盤改良に適用した適用例の説明図
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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