(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部に駆動されて回転するシャフトと、このシャフトの下部に装着されて地中孔を掘削する掘削子と、このシャフトの側方にあって軸部を中心に回転することにより地中孔中の土中を攪拌する回転体とを備え、前記回転体に第１の接離体を設けるとともに、前記シャフト側に第２の接離体を設け、且つ第１の接離体が第２の接離体に対して土中抵抗により相対的に上下動自在とし、第１の接離体の外周面と第２の接離体の外周面が当接したときはその接合摩擦力により前記回転体が前記軸部を中心に強制的に回転するようにし、また土中抵抗が大きいときは第１の接離体外周面と第２の接離体の外周面は離隔して前記強制的な回転が抑止されるようにしたことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
第１の接離体の外周面と前記第２の接離体の外周面の何れか一方が山形に突出し、他方が谷形に凹入して、山形の外周面が谷形の外周面に嵌合しており、前記第１の接離体が前記第２の接離体に対して相対的に上昇または下降したときに互いの山形と谷形の外周面同士が接合してその接合摩擦力により前記回転体が前記軸部を中心に強制的に回転するようにし、また山形が谷形の中間位置にあって互いの外周面同士が離隔したときは、前記強制的な回転が抑止されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の地盤改良装置。
【請求項３】
前記シャフトに回転自在に遊着される遊着部及びこの遊着部から側方へ延出して前記掘削子で掘削された地中孔の周壁にその先端部が食い込む延出部とを有する遊着体を備え、前記遊着体に前記第２の接離体を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の地盤改良装置。
【請求項４】
前記シャフトに回転自在に遊着される遊着部及びこの遊着部から側方へ延出して前記掘削子で掘削された地中孔の周壁にその先端部が食い込む延出部とを有する遊着体を備え、前記回転体を前記遊着体に設け、また前記第２の接離体を前記シャフトに設けたことを特徴とする請求項１または２記載の地盤改良装置。
【請求項５】
前記シャフトに地盤改良液を流す中心孔を設け、この地盤改良液を前記シャフトの吐出口から吐出させるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地盤改良装置。
【請求項６】
請求項５に記載の地盤改良装置を用いる地盤改良方法であって、前記シャフトを回転させながら地中孔を掘削し、また地中孔を所定深さまで掘削したならば前記シャフトを回転させながら前記シャフトを地上へ引き上げるようにし、前記回転体に対する地中孔中の土の抵抗の大きさに応じて前記第１の接離体と前記第２の接離体を接離させて、互いの外周面が当接したときは前記回転体を前記軸部を中心に回転させて土中を攪拌するようにし、且つ前記中心孔に地盤改良液を流し、前記シャフトの吐出口から吐出させて地中孔中の土と攪拌混合するようにしたことを特徴とする地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤に地中孔を掘削して地盤を強化するための地盤改良装置および地盤改良方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば建造物を構築するような場合、地盤を強化することが行われる。地盤の強化改良方法としては、地盤に地中孔を掘削し、地中孔にモルタルなどの地盤改良液（以下、「ペースト」という）を注入する方法が広く実施されている。地中孔は、直立したシャフトを回転させながら、シャフトの下部に装着された掘削子で掘削するようになっている。
【０００３】
地盤を改良するためには、地中孔中において、ペーストと土を十分に攪拌混合することが望ましい。何故ならば、ペーストと土の攪拌混合が不十分で土の塊りが残存すると、その部分の地盤強度が局所的に著しく低下してしまうからである。このため、シャフトの側方に回転体を設け、この回転体をその軸部を中心に回転（自転）させることにより、地中孔中のペーストと土を攪拌することが知られている（例えば実開昭６３−１０８４８５号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、地中孔の土中に砂利や小石など粗物が多い場合、粗物は回転体に当ったり食い込むなどしてその回転を阻害しやすく、またこのために回転体は破壊されやすい。殊に古い建造物を取り壊し、更地にしたうえで地盤を改良するような場合、土中にはコンクリートの破片などの粗物が多量に混入しているため、これらの粗物のために回転体はその回転を阻害され、また破壊されやすい。
【０００５】
そこで本発明は、粗物などによる土中抵抗が大きい地盤であっても土とペーストを十分に攪拌でき、また土中抵抗による回転体の破壊を解消できる地盤改良装置および地盤改良方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の地盤改良装置は、駆動部に駆動されて回転するシャフトと、このシャフトの下部に装着されて地中孔を掘削する掘削子と、このシャフトの側方にあって軸部を中心に回転することにより地中孔中の土中を攪拌する回転体とを備え、前記回転体に第１の接離体を設けるとともに、前記シャフト側に第２の接離体を設け、且つ第１の接離体が第２の接離体に対して土中抵抗により相対的に上下動自在とし、第１の接離体の外周面と第２の接離体の外周面が当接したときはその接合摩擦力により前記回転体が前記軸部を中心に強制的に回転するようにし、また土中抵抗が大きいときは第１の接離体外周面と第２の接離体の外周面は離隔して前記強制的な回転が抑止されるようにした。
【０００７】
また本発明の地盤改良方法は、シャフトを回転させながら地中孔を掘削し、また地中孔を所定深さまで掘削したならば前記シャフトを回転させながら前記シャフトを地上へ引き上げるようにし、前記回転体に対する地中孔中の土の抵抗の大きさに応じて前記第１の接離体と前記第２の接離体を接離させて、互いの外周面が当接したときは前記回転体を前記軸部を中心に回転させて土中を攪拌するようにし、且つ前記中心孔に地盤改良液を流し、前記シャフトの吐出口から吐出させて地中孔中の土と攪拌混合するようにした。
【０００８】
上記構成において、シャフトを回転させながら地中孔を掘削する。この場合、第１の接離体と第２の接離体同士が互いに接合しているときは、その接合摩擦力により回転体はその軸部を中心に回転して地中孔中の土とペーストを攪拌する。また回転体に土中の粗物が当ったり食い込んだりするなどして回転体に対する土中抵抗が大きいときは第１の接離体と第２の接離体は互いに離れ、回転体は無理に回転せずに大きな土中抵抗から逃れることとなって破壊から免れる。そして大きな土中抵抗から逃れて第１の接離体と第２の接離体同士が再び接合すると、回転体は回転を再開し、再び土とペーストを攪拌混合する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるシャフトが下降中の地盤改良装置の側面図、図２は同シャフトが上昇中の地盤改良装置の側面図、図３は同地盤改良装置の下部の平面図である。
【００１０】
図１において、１はシャフトであり、ピッチをおいて長板状の攪拌子２が複数個側方へ突設されている。攪拌子２は、シャフト１と一体的に回転して土を攪拌するものである。シャフト１は、直立した姿勢で、クレーン車などの作業装置（図外）に備えられた駆動部３に駆動されてその軸心を中心に正方向や逆方向に回転し、また昇降する。
【００１１】
シャフト１の下部には地中孔Ｈを掘削する掘削子４が装着されている。掘削子４は、シャフト１から側方へ水平に突出する突出部４ａに、掘削爪４ｂを複数個下方へ突設して構成されている。またシャフト１の下部などの任意箇所には、地盤改良液としてのペーストの注出口６が開口されている。ペーストはペースト供給部（図外）からシャフト１の中心孔７（図３）を流され、吐出口６から地中孔Ｈ中に吐出される。
【００１２】
図１において、掘削子４の突出部４ａの上面には軸部８が直立して設けられており、軸部８には回転体９が水平回転（自転）自在に軸着されている。回転体９は、図３に示すように外端へ向ってやや先細のテーパ状となっている。回転体９はシャフト１の側方にあり、シャフト１が回転すると、掘削子４はシャフト１を中心に回転し、掘削子４に装着された回転体９はシャフト１の周囲を公転する。本実施の形態１では、掘削子４の突出部４ａを回転体９の装着部材として兼用しているが、シャフト１に装着部材を別途設け、この装着部材に回転体９を回転自在に装着してもよい。またこの場合、装着部材は必ずしもシャフト１の下部に設ける必要はなく、掘削子４よりもかなり上方位置に設けてもよい。また装着部材をシャフト１の長さ方向（高さ方向）に複数設け、それぞれに回転体を上下多段に装着してもよい。また実施の形態３で説明するように、回転体は遊着体（後述）に設けてもよく、要はシャフト１の側方に設けて地中孔中の土を攪拌するようにすればよい。
【００１３】
図１において、シャフト１には管状の遊着部１１が水平回転自在且つ上下動自在に遊着されている。遊着部１１には外方へ水平に延出する延出部１２が結合されている。延出部１２は水平なアーム部１２ａと、アーム部１２ａの先端から下方へ延出する垂直部１２ｂを有している。遊着部１１と延出部１２で遊着体１０が構成されている。シャフト１のセンター（軸心線）からの遊着体１０の延出長Ｌ１は、掘削子４の延出長Ｌ２よりも長くなっており、したがって図示するように垂直部１２ｂの先端部は掘削子４が掘削した地中孔Ｈの周壁Ｓに食い込む。遊着体１０はシャフト１に回転自在に遊着されているが、このように垂直部１２ｂの先端部が周壁Ｓに食い込むと、遊着体１０の回転は阻止される。すなわち、シャフト１がその軸心を中心に回転しても、遊着体１０はシャフト１を中心に回転しない。図２および図３に示すように延出部１２は側方へ複数個（本実施の形態１では両側方へ２個）延出している。
【００１４】
図１において、シャフト１には、遊着体１０の上昇限度を規定するストッパ１３が設けられている。回転体９の下部には円板状の第１の接離体１４が水平な姿勢で装着されており、その外周面は上細りのテーパ状の接合面１５になっている。またシャフト１側にある遊着部１１の下部には円板状の第２の接離体１６が水平な姿勢で装着されており、その外周面は下細りのテーパ状の接合面１７になっている。第１の接離体１４が第２の接離体１６に対して相対的に上下動することにより接合面１５と接合面１７は互いに接合離隔する。すなわち第１の接離体１４と第２の接離体１６は摩擦クラッチを構成している。
【００１５】
遊着体１０および第２の接離体１６はシャフト１に遊着されているので、回転体９および第１の接離体１４に対して相対的に上下動自在である。地中孔Ｈ中の土から受ける抵抗により図１に示すように遊着体１０が回転体９に対して相対的にわずかに上昇すると（矢印ａ）、第２の接離体１６の接合面１７は第１の接離体１４の接合面１５から離れる（図１のギャップＧを参照）。また図２に示すようにまた遊着体１０がその自重により回転体９に対して相対的に下降すると（矢印ｂ）、第２の接離体１６の接合面１７は第１の接離体１４の接合面１５に接合する。接合面１５が接合面１７に接合することにより、遊着体１０の下降限度は規制される。すなわち第１の接離体１４は、遊着体１０の下降限度を規定するストッパーを兼務している。
【００１６】
図１および図２において、シャフト１に上下動自在に遊着された遊着体１０は自重により常時下降しようとしており、図２に示すように遊着体１０が下降（矢印ｂ）して第１の接離体１４の接合面（外周面）１５と第２の接離体１６の接合面（外周面）１７が接合すると、第１の接離体１４はシャフト１の周囲を公転（矢印ｃ）しているため、その接合摩擦力のために第１の接離体１４およびこれと一体の回転体９はその軸部８を中心に積極的に回転（自転）し（矢印ｄ）、回転体９は地中孔Ｈ中の土とペーストを攪拌混合する。
【００１７】
また土中の砂利や小石などの粗物Ｋが回転体９に当ったり食い込んだりして、回転体９が受ける土中抵抗が大きくなると、公転中の回転体９の軸部８を中心とする回転は困難・不能となる。この場合、回転体９は第１の接離体１４を第２の接離体１６の周囲を空回りさせながら（あるいは図１に示すように接合面１５と接合面１７の間に小さなギャップＧを生じて）シャフト１の周囲を公転（矢印ｃ）するので、回転体９は上記接合摩擦力により無理に回転させられることはなく、したがって回転体９が土中抵抗（粗物Ｋ）によって破壊されるのを免れる。あるいはまた土中抵抗のために回転体９の回転が困難・不能となったときには、土中抵抗によって遊着体１０は上昇して第２の接離体１６は第１の接離体１４から離れるので（図１に示す状態）、上記接合摩擦力による回転体９の回転（自転）は停止し、上記破壊から免れる。そしてシャフト１の下降あるいは上昇によって回転体９が大きな土中抵抗や粗物Ｋをやり過すと、遊着体１０は自重により下降して第２の接離体１６の接合面１７は第１の接離体１４の接合面１５に再び接合し（図２に示す状態）、公転中の回転体９はその接合摩擦力により回転（矢印ｄ）を再開し、再び土とペーストを攪拌混合する。
【００１８】
以上要するに、遊着体１０は地中孔中において、自重と土から受ける抵抗のために回転体９に対して相対的に上下動するが、接離体１４，１６の接合面１５，１７同士が当接している状態では、その接合摩擦力により回転体９は積極的に回転（自転）して土とペーストを攪拌混合する。また接離体１４，１６の接合面１５，１７同士が当接している状態で、回転体９に粗物Ｋが当るなどしてその土中抵抗が大きくなったときは、第１の接離体１４は第２の接離体１６の周面を空回りしながら公転することにより回転体９の回転（自転）は抑制・停止されて、強制的に無理に回転させられることによる破壊から免れる。
【００１９】
この地盤改良装置は上記のような構成より成り、次にその動作を説明する。図１に示すように、シャフト１を垂直に保持し、駆動部３によりその軸心を中心に正回転させながら下降させる。すると掘削子４もシャフト１と共に回転し、地中孔Ｈを掘削する。
【００２０】
そして、所定の深さまで地中孔Ｈを掘削したならば、シャフト１を逆回転させながら上昇させる。上記のようにシャフト１を下降・上昇させて地中孔Ｈを掘削する場合、上述したように公転中の回転体９は第１の接離体１４と第２の接離体１６の接合面１５，１７同士の接合摩擦力により積極的に軸部８を中心に回転して土と吐出口６から吐出されたペーストを攪拌する。また回転体９に粗物Ｋが当るなどしてその土中抵抗が大きくなったときは、回転体９は自転を抑制・停止せられ、無理に回転しようとすることに起因する破壊から免れる。なおペーストは、シャフト１が下降して地中孔Ｈを掘削するときに吐出口６から吐出されるが、地中孔Ｈの掘削が終了してシャフト１を地上へ引き上げるときも、吐出口６からペーストを吐出してもよく、ペーストの吐出タイミングは自由に決定できる。
【００２１】
（実施の形態２）
図４〜図６は本発明の実施の形態２における地盤改良装置の側面図、図７は同地盤改良装置の部分分解図である。図４は接離体がフリー（ニュートラル）の状態、図５はシャフトが下降中の状態、図６はシャフトが上昇中の状態をそれぞれ示している。実施の形態１と同じ要素には同一符号を付して説明は省略する。
【００２２】
図４において、掘削子４の突出部４ａに設けられた軸部８’には第１の接離体１４’が水平回転自在に軸着されており、第１の接離体１４’には回転体９’が装着されている。
【００２３】
シャフト１には管状の遊着部１１’が回転自在且つ上下動自在に遊着されており、遊着部１１’には外方へ水平に延出する長板状の延出部１２’が結合されている。遊着部１１’と延出部１２’で遊着体１０’が構成されている。シャフト１のセンターから遊着体１０’の先端までの延出長Ｌ１は、掘削子４の延出長Ｌ２よりも長くなっており、したがって延出部１２’の先端部は地中孔Ｈの周壁Ｓに食い込む。
【００２４】
遊着部１１’の下部には第２の接離体１６’が設けられている。図４および図７において、第２の接離体１６’はその外周面が谷形に凹入する円板形であって、テーパ状の上側接合面１７ａ’と下側接合面１７ｂ’を有している。また軸部８’に水平回転自在に軸着され、且つ回転体９’が設けられた第１の接離体１４’はその外周面が山形に突出する円板形であり、テーパ状の上側接合面１５ａ’と下側接合面１５ｂ’を有している。組立て状態において、第１の接離体１４’の山形の外周面（上側接合面１５ａ’と下側接合面１５ｂ’）は、第２の接離体１６’の谷形の外周面（上側接合面１７ａ’と下側接合面１７ｂ’）に嵌合する。また２つの接合面１５ａ’，１５ｂ’は、第２の接離体１６’の第１の接離体１４’に対する相対的な下降限度と上昇限度を規定するストッパを兼務している。勿論、第１の接離体の外周面を谷形とし、第２の接離体の外周面を山形にしてもよく、いずれか一方を山形の外周面、他方を谷形の外周面にすればよい。
【００２５】
図４は第１の接離体１４’と第２の接離体１６’がわずかなギャップＧをおいて離れている状態を示しており、第１の接離体１４’は第２の接離体１６’に対しフリー（ニュートラル）の状態となっている。この状態で、シャフト１が回転して回転体９’がシャフト１の周囲を公転しても、第１の接離体１４’は第２の接離体１６’の周囲を空回りし、したがって回転体９’は軸部８’を中心に回転（自転）せず、公転（矢印ｃ）のみする。
【００２６】
図５はシャフト１が下降して地中孔Ｈを掘削している状態を示している。この図５の状態で、遊着体１０’およびこれと一体の第２の接離体１６’は第１の接離体１４’に対して土抵抗のために相対的にわずかに上昇し（矢印ａ）、このため下側接合面１５ｂ’と下側接合面１７ｂ’は接合し、その接合摩擦力により第１の接離体１４’およびこれと一体の回転体９’は軸部８’を中心に自転（矢印ｄ）しながらシャフト１の周囲を公転し（矢印ｃ）、土とペーストを攪拌する。
【００２７】
図６はシャフト１が上昇している状態を示している。この状態で遊着体１０’はその自重により第２の接離体１６’の上側接合面１７ａ’が第１の接離体１４’の上側接合面１５ａ’に当接するまで第１の接離体１４’に対して相対的に下降し（矢印ｂ）、両者の接合摩擦力により回転体９’は軸部８’を中心に回転（矢印ｄ）しながらシャフト１の周囲を公転し（矢印ｃ）、土と吐出口６から吐出されたペーストを攪拌する。
【００２８】
また土中の砂利や小石などの粗物Ｋが回転体９’に当ったり食い込んだりして、回転体９’が受ける土中抵抗が上記接合摩擦力よりも大きくなると、回転体９’の回転は困難・不能となる。この場合、実施の形態１と同様に第１の接離体１４’は第２の接離体１６’の周囲を空回りするので、回転体９’は上記接合摩擦力により強制的に無理に回転させられることはなく、したがって回転体９’が土中抵抗（粗物Ｋ）によって破壊されるのを免れる。
【００２９】
（実施の形態３）
図８、図９は本発明の実施の形態３における地盤改良装置の側面図、図１０は同回転体の平面図である。図８は地中孔を掘削中（シャフトが下降中）を、また図９はシャフトが上昇中を示している。
【００３０】
本実施の形態３では、軸部８ａは遊着体１０’の延出部１２’に設けられている。また第１の接離体１４’は軸部８ａの上部に設けられており、第１の接離体１４’上に回転体９’が設けられている。また軸部８ａの下部にも回転体９’と同様に回転して土中を攪拌する回転体９ａが設けられている。
また第２の接離体１６’はシャフト１に装着されている。第１の接離体１４’と第２の接離体１６’の構造は、実施の形態２と同じである。また実施の形態２と同様に、遊着体１０’の遊着部１１’はシャフト１に対して相対的に上下動自在にシャフト１に遊着されており、したがって図８に示すようにシャフト１が下降しながら地中孔Ｈを掘削するときは、第１の接離体１４’の山形の上側接合面１５ａ’は第２の接離体１６’の谷形の上側接合面１７ａ’に当接し、その接合摩擦力により回転体９’，９ａは軸部８ａを中心に回転し、土中を攪拌する。
また図９に示すようにシャフト１が上昇するときは、第１の接離体１４’の山形の下側接合面１５ｂ’は第２の接離体１６’の谷形の下側接合面１７ｂ’に当接し、その接合摩擦力により回転体９’，９ａは軸部８ａを中心に回転し、土中を攪拌する。勿論、シャフト１が下降およびまたは上昇するときは、吐出口６からペーストが適宜吐出される。但し、本実施の形態３では、回転体９’，９ａは、シャフト１に遊着された遊着体１０’に設けられているので、実施の形態２のように回転体９’，９ａや第１の接離体１４’はシャフト１の周囲を公転しない。
【００３１】
なお本発明において、例えば第１の接離体およびまたは第２の接離体の接合面（外周面）を粗面にするなどして積極的な摩擦面とし、これにより大きな接合摩擦力を発生させて第１の接離体をより積極的に回転させるようにしてもよい。また本発明でシャフトの下降・上昇とは、地中孔を掘削中の下降および掘削終了後の上昇以外にも、何らかの事由でシャフトが一時的に下降・上昇する場合も含む。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シャフトの側方の回転体を回転または回転および公転させることにより、土を十分に攪拌することができる。また砂利や小石などの粗物が回転体に当ったり食い込んだりして回転体が受ける土中抵抗が大きくなったときには、回転体をこの土中抵抗から逃れさせ、また接合摩擦力による回転を抑制、停止させることにより、回転体が無理に回転しようとして土中抵抗により破壊されるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるシャフトが下降中の地盤改良装置の側面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるシャフトが上昇中の地盤改良装置の側面図
【図３】本発明の実施の形態１における地盤改良装置の下部の平面図
【図４】本発明の実施の形態２におけるフリー状態の地盤改良装置の側面図
【図５】本発明の実施の形態２におけるシャフトが下降中の地盤改良装置の側面図
【図６】本発明の実施の形態２におけるシャフトが上昇中の地盤改良装置の側面図
【図７】本発明の実施の形態２における地盤改良装置の部分分解図
【図８】本発明の実施の形態３における地盤改良装置の側面図
【図９】本発明の実施の形態３における地盤改良装置の側面図
【図１０】本発明の実施の形態３における地盤改良装置の回転体の平面図
【符号の説明】
１  シャフト
３  駆動部
４  掘削子
７  中心孔
８、８’、８ａ  軸部
９、９’、９ａ  回転体
１０、１０’  遊着体
１１、１１’  遊着部
１２、１２’  延出部
１４、１４’  第１の接離体
１６、１６’  第２の接離体
【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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