(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に固化材スラリーの吐出口が形成された中空状のシャフトと、該シャフトの先端近傍の外周面に円周方向に一定間隔をおくとともに、水平面に対して一定角度傾斜して固定されたチップを有する削孔攪拌翼と、該削孔攪拌翼の上方に位置してシャフトの外周面に円周方向に一定間隔をおくとともに、水平面に対して一定角度傾斜して固定された抑制攪拌翼と、これらの削孔攪拌翼と抑制攪拌翼との間においてシャフトに設けられた中間拡大翼と、から構成され、この中間拡大翼は、シャフトに固定されたブラケットにそれぞれシャフトの円周方向に一定間隔おいて垂直軸線回りに回動自在に軸支されたアームを備え、該アームは、先端部の上下面に掘削チップが固定されるとともに上下面に複数個の掘削部が半径方向に重ならないように固定され、基端には、シャフトに対する回動を規制する規制部が設けられてなり、シャフトが設定方向に回転する際、アームはその規制部がシャフトに当接して回動が規制され、アームの回転半径が削孔攪拌翼および抑制攪拌翼の回転半径よりも大径となり、一方、シャフトが逆方向に回転する際、アームはシャフトに対して回動して折り畳まれ、アームの回転半径が削孔攪拌翼および抑制攪拌翼の回転範囲と同径もしくは小径となることを特徴とする攪拌機。
【請求項２】
請求項１記載の攪拌機を正回転させながら地盤に押し込んで空掘りした後、攪拌機を正回転させながら攪拌機の先端から固化材スラリーを吐出して土砂と固化材スラリーとを混合攪拌し、次いで、任意の高さ位置で攪拌機を逆回転させつつ引き上げて一定長さにわたって穴径を拡大すると同時に、土砂と固化材スラリーとを混合攪拌し、穴径の拡大が終了すれば、再び攪拌機を正回転させながら引き上げることを特徴とする撹拌機を使用した地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤や盛土埋め立て地などの地盤条件の悪い敷地に家屋を建築する際、地盤の支持力を向上させる節付き円柱体を造成する攪拌機および攪拌機を使用した地盤改良工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軟弱地盤などの地盤条件の悪い敷地に家屋を建築する場合、地盤に杭状の円柱体を形成して支持能力を向上させ、地盤沈下を防止する必要がある。このような円柱体を形成するため、図６に示すような施工装置が採用されている。まず、この施工装置について説明する。
【０００３】
この施工装置１は、起伏自在なアーム２１の先端に支柱２２が固定されて走行自在な建設機械２と、この建設機械２の支柱２２に案内されて昇降自在な一軸攪拌機３と、水と固化材を混練して固化材スラリーを作るミキサー４と、ミキサー４で作られた固化材スラリーを一軸攪拌機３に圧送するポンプ５と、から構成されている。
【０００４】
そして、一軸攪拌機３は、図７に示すように、先端に吐出口３１ａ（図７（ｃ）参照）を形成した中空状のシャフト３１と、このシャフト３１の先端近傍の外周面に上下方向および円周方向にそれぞれ一定の間隔をおくとともに、水平面に対して一定角度傾斜して固定された複数個の攪拌翼３２と、シャフト３１の先端に１８０度の間隔をおいて固定され、先端に複数本の掘削ビット３３１を有するアーム３３と、からなり、前述したポンプ５を介してミキサー４で作られた固化材スラリーがシャフト３１に圧送されると、その先端吐出口３１ａから吐出されるようになっている。
【０００５】
このような一軸攪拌機３を有する施工装置１を利用して行われる地盤改良工事について、図８により説明する。
【０００６】
まず、地盤改良工事が必要な場所において、建設機械２の支柱２２を介して一軸攪拌機３を位置決めした後（図８（ａ）参照）、一軸攪拌機３を図示しないモータを介して正回転させながら地盤に向けて押し込む。この際、一軸攪拌機３は、その掘削ビット３３１を介して地盤を掘削するとともに、掘削した土砂を攪拌翼３２を介して攪拌し、地盤を空掘りする（図８（ｂ）参照）。そして、一軸攪拌機３の先端が設定深さ位置に到達したならば、一軸攪拌機３を逆回転させながら引き上げ、空掘り攪拌作業を終了させる（図８（ｃ）参照）。
【０００７】
次いで、ポンプ５を介して固化材スラリーを一軸攪拌機３のシャフト３１に圧送してその先端吐出口３１ａから吐出させるとともに、再び一軸攪拌機３を正回転させながら地中に押し込み、一軸攪拌機３の攪拌翼３２によって土砂と固化材スラリーを混合攪拌する（図８（ｄ）参照）。土砂と固化材スラリーとの混合攪拌が終了すれば、一軸攪拌機３を逆回転させて引き上げ、１回目の土砂と固化材スラリーとの混合攪拌作業を終了させる（図８（ｅ）参照）。このような土砂と固化材スラリーとの混合攪拌作業は、土質にもよるが、再度行われる（図８（ｆ）参照）。この後、一軸攪拌機３を逆回転させて引き上げれば、地中に土砂と固化材スラリーとが混合した杭状の円柱体を造成することができる（図８（ｆ）参照）。以下、このような一連の作業が場所を変えて順次必要本数行われる。
【０００８】
この結果、土砂と固化材スラリーとが混合した杭状の円柱体は、一定時間経過後固化材スラリーが硬化して地中に図９（ｂ）に示す円柱体Ｐが形成され、地盤の支持力が向上するものである。すなわち、地中に円柱体Ｐが形成された場合、円柱体Ｐに家屋の重量が作用すると、その重量を円柱体Ｐの外周面に作用する摩擦力Ｒｆおよび底面に作用する抵抗力Ｒａによって支持するものである。
【０００９】
したがって、家屋を支持するためには、円柱体Ｐの１本当たりの支持力×本数≧家屋の重量を満足するような多数本の円柱体Ｐを形成する必要があり、工事が長期化するとともに、コストがかさむという欠点があった。特に、３階建ての家屋は、２階建ての家屋に比べて重量が大きくなり、その分、余分に円柱体Ｐを形成する必要があり、工事がより長期化するものであった。
【００１０】
このため、図９（ａ）に示すように、円柱体Ｐの途中に該円柱体Ｐの外径よりも大きな外径の節ｐを設けることにより、１本当たりの摩擦力を増大させて全体の本数を削減することが試みられている。すなわち、円柱体Ｐの摩擦力Ｒｆ＋Ｒａに対し、節付き円柱体Ｐｐの場合は、節ｐの底面に作用する抵抗力Ｒｐおよび節ｐによって増加した円周の外周面に作用する摩擦力Ｒｆ´を増加させことができるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図９（ａ）に示した節付き円柱体を形成するためには、ポンプによる固化材スラリーの圧送圧力を上げるとともに、シャフトの外周面から横方向に固化材スラリーを噴出させる工法が採用されており、この結果、シャフトの構造が複雑になるとともに、固化材スラリーによってその噴出口が閉塞するなどのトラブルが発生するという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構造で節付き円柱体を確実に形成することのできる攪拌機を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、このような攪拌機を用いて節付き円柱体を簡単に形成することのできる地盤改良工法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の攪拌機は、先端に固化材スラリーの吐出口が形成された中空状のシャフトと、該シャフトの先端近傍の外周面に円周方向に一定間隔をおくとともに、水平面に対して一定角度傾斜して固定されたチップを有する削孔攪拌翼と、該削孔攪拌翼の上方に位置してシャフトの外周面に円周方向に一定間隔をおくとともに、水平面に対して一定角度傾斜して固定された抑制攪拌翼と、これらの削孔攪拌翼と抑制攪拌翼との間においてシャフトに設けられた中間拡大翼と、から構成され、この中間拡大翼は、シャフトに固定されたブラケットにそれぞれシャフトの円周方向に一定間隔おいて垂直軸線回りに回動自在に軸支されたアームを備え、該アームは、先端部の上下面に掘削チップが固定されるとともに上下面に複数個の掘削部が半径方向に重ならないように固定され、基端には、シャフトに対する回動を規制する規制部が設けられてなり、シャフトが設定方向に回転する際、アームはその規制部がシャフトに当接して回動が規制され、アームの回転半径が削孔攪拌翼および抑制攪拌翼の回転半径よりも大径となり、一方、シャフトが逆方向に回転する際、アームはシャフトに対して回動して折り畳まれ、アームの回転半径が削孔攪拌翼および抑制攪拌翼の回転範囲と同径もしくは小径となることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の地盤改良工法は、請求項１記載の攪拌機を正回転させながら地盤に押し込んで空掘りした後、攪拌機を正回転させながら攪拌機の先端から固化材スラリーを吐出して土砂と固化材スラリーとを混合攪拌し、次いで、任意の高さ位置で攪拌機を逆回転させつつ引き上げて一定長さにわたって穴径を拡大すると同時に、土砂と固化材スラリーとを混合攪拌し、穴径の拡大が終了すれば、再び攪拌機を正回転させながら引き上げることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態について図面に基づいて説明する。
【００１７】
なお、図６に示した施工装置１のうち、建設機械２、ミキサー４およびポンプ５については、変更がないため、同一の符号を用いるものとする。
【００１８】
図１には、本発明の攪拌機１０が記載されており、この攪拌機１０は、先端に吐出口（図示せず）が形成された中空状のシャフト１１と、該シャフト１１の先端近傍の外周面の同一高さ位置に１８０度の間隔をおくとともに、それぞれ水平面に対して一定角度傾斜して固定されたチップ１２１を有する削孔攪拌翼１２と、該削孔攪拌翼１２の上方においてシャフト１１の外周面の同一高さ位置に１８０度の間隔をおくとともに、それぞれ水平面に対して一定角度傾斜して固定された抑制攪拌翼１３と、これらの削孔攪拌翼１２と抑制攪拌翼１３との間においてシャフト１１の外周面の同一高さ位置に１８０度の間隔をおいてそれぞれシャフト１１に対して垂直軸線回りに回動自在に軸支された中間拡大翼１４とから構成され、削孔攪拌翼１２と抑制攪拌翼１３は、上方から見て重なるように位置決めされ、また、中間拡大翼１４は、削孔攪拌翼１２と抑制攪拌翼１３に対して９０度前後の位相をおいて位置決めされている。
【００１９】
そして、中間拡大翼１４は、シャフト１１に上下方向に間隔をおいて固定された一対のブラケット１４１の先端部にピン１４ａを介して垂直軸線回りにアーム１４２を回転自在に軸支して構成され、アーム１４２の先端部の上下面には掘削チップ１４３が固定されるとともに、アーム１４２の上下面には、Ｌ字状の複数個の掘削部１４４が半径方向に重ならないように固定されている（図２参照）。
【００２０】
また、アーム１４２は、図３および図４から明らかなように、その基端にシャフト１１の外周面からの距離を増大してピン１４ａ回りの回動を規制する規制部１４２ａが形成されるとともに、該規制部１４２ａに連続してシャフト１１の外周面からの距離を少なくとも一定にしてピン１４ａ回りの回動を許容する円弧部１４２ｂが形成されている。
【００２１】
したがって、シャフト１１が図３において反時計回りに回転し（以下、逆回転という。）、アーム１４２に土砂などの抵抗が作用すると、アーム１４２は、ピン１４ａの時計回り方向に回動しようとするものの、その規制部１４２ａがシャフト１１の外周面に当接してそれ以上のピン１４ａ回りの回動が規制されるものである。この場合の中間拡大翼１４の回転半径、すなわち、シャフト１１の中心からアーム１４２の先端までの外径は、削孔攪拌翼１２と抑制攪拌翼１３の先端までの外径よりも大きくなるように設定されている。一方、シャフト１１が図４において時計回りに回転し（以下、正回転という。）、アーム１４２が土砂などの抵抗を受けると、アーム１４２は、円弧部１４２ｂを超えてシャフト１１の外周面に当接するまで規制されることなくピン１４ａの反時計回り方向に回動して折り畳まれるものである。この場合の中間拡大翼１４の回転半径、すなわち、シャフト１１の中心から折り畳まれたアーム１４２の先端までの外径は、削孔攪拌翼１２と抑制攪拌翼１３の先端までの外径と等しいか、それ以下となるように設定されている。この結果、シャフト１１の回転方向を正逆変更することにより、中間拡大翼１４の先端回転軌跡を変化させることができる。
【００２２】
なお、中間拡大翼１４において、チップ１４３は、シャフト１１が逆回転する場合のアーム１４２の先行する一面側に設けられ、また、掘削部１４４は、その先端がアーム１４２の先行する一面側方向に突出するように設けられている。
【００２３】
次に、このように構成した攪拌機１１を利用して地中に節付き円柱体Ｐｐを形成する場合について、図５に基づいて説明する。
【００２４】
まず、地盤改良工事が必要な場所において、攪拌機１０を位置決めした後、攪拌機１０をシャフト１１の正回転のもとで地盤に向けて押し込み、削孔攪拌翼１２によって地盤を掘削するとともに、掘削した土砂を抑制攪拌翼１３と共同して攪拌し、地盤を空掘りする（図５（ａ）参照）。この際、中間拡大翼１４のアーム１４２は、土砂の抵抗を受けてピン１４ａ回りに回動し、図４に示すように、削孔攪拌翼１２および抑制攪拌翼１３の先端回転軌跡の範囲内に折り畳まれている。そして、攪拌機１０の先端が設定深さ位置に到達したならば、ポンプ５を介して固化材スラリーを攪拌機１０のシャフト１１に圧送してその先端から吐出させるとともに、シャフト１１を正回転させたまま攪拌機１０を引き上げることにより、削孔攪拌翼１２および抑制攪拌翼１３によって土砂と固化材スラリーを混合攪拌する（図５（ｂ）参照）。
【００２５】
このような土砂と固化材スラリーとの混合攪拌作業が一往復行われたならば、設定された任意の深さ位置において、シャフト１１を逆回転させると、中間拡大翼１４のアーム１４２は、土砂の抵抗を受けて折り畳み位置からその規制部１４２ａがシャフト１１の外周面に当接するまでピン１４ａ回りに回動する。この結果、アーム１４２は、図３に示すように、その先端が削孔攪拌翼１２および抑制攪拌翼１３の先端を越えて突出することから、先の空掘り時の外径よりも大きな外径部分の土砂を掘削し、その土砂と固化材スラリーとを混合攪拌させることができる（図５（ｃ）参照）。このようなシャフト１１の逆回転による拡幅作業を継続したまま、攪拌機１０を設定された高さ位置まで引き上げると、一定高さの拡幅部分を形成することができる（図５（ｄ）参照）。
【００２６】
第１の拡幅部分の形成が終了したならば、シャフト１１を正回転させてアーム１４２を折り畳み、設定深さ位置まで引き上げた後、再びシャフト１１を逆回転させると、前述と同様に、中間拡大翼１４のアーム１４２によって先の空掘り時の外径よりも大きな外径部分の土砂を掘削し、その土砂と固化材スラリーとを混合攪拌させることができる（図５（ｄ）参照）。そして、シャフト１１の逆回転による拡幅作業を継続したまま、攪拌機１０を設定された高さ位置まで引き上げると、一定高さの拡幅部分を新たに形成することができる（図５（ｅ）参照）。
【００２７】
以下同様にして設定個数の拡幅部分の形成が終了したならば、シャフト１１を正回転させてアーム１４２を折り畳み、攪拌機１０を引き上げれば、地中に設定個数の拡幅部分を有する土砂と固化材スラリーとが混合した杭状の円柱体を造成することができる（図５（ｆ）参照）。このような一連の作業が場所を変えて順次必要本数行われる。改良工事が終了して一定時間が経過すれば、拡幅部分を有する土砂と固化材スラリーとの円柱体が硬化し、図９（ａ）に示した節付き円柱体Ｐｐを形成することができるものである。
【００２８】
ここで、従来の円柱体Ｐと本発明の工法で形成された節付き円柱体Ｐｐとが同じ長さならば、１本当たりの支持力は節付き円柱体Ｐｐが大きくなることから、従来に比べて円柱体の形成本数を減少することが可能となり、工期およびコストを削減することができる。また、従来の円柱体Ｐの本数と本発明の工法で形成された節付き円柱体Ｐｐの本数とが同じならば、節付き円柱体Ｐｐの長さを短小化することが可能となり、同様に、工期およびコストを削減することができるものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明の攪拌機によれば、簡単な構造で一定高さの拡幅部分を有する節付き円柱体を土中に確実に形成することができる。
【００３０】
また、本発明の攪拌機を使用した地盤改良工法によれば、簡単に一定高さの拡幅部分を有する節付き円柱体を土中に形成することができ、地盤の支持力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の攪拌機を示す正面図およびその側面図である。
【図２】図１の攪拌機を構成する中間拡大翼を一部拡大して示す斜視図である。
【図３】シャフトが逆回転した状態の中間拡大翼を示す平面図である。
【図４】シャフトが正回転した状態の中間拡大翼を示す平面図である。
【図５】本発明の地盤改良工法を説明する工程図である。
【図６】地盤改良工法に使用される施工装置を示す説明図である。
【図７】従来の一軸攪拌機を示す正面図、その側面図およびその底面図である。
【図８】従来の地盤改良工法を説明する工程図である。
【図９】従来の地盤改良工法で形成された円柱体と、本発明の地盤改良工法で形成された節付き円柱体との支持力の大小を比較するための説明図である。
【符号の説明】
１  施工装置
２  建設機械
４  ミキサー
５  ポンプ
１０  攪拌機
１１  シャフト
１２  削孔攪拌翼
１３  抑制攪拌翼
１４  中間拡大翼
１４２  アーム
１４２ａ  規制部
１４２ｂ  円弧部
Ｐ  円柱体
Ｐｐ  節付き円柱体
【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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