(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に回転する複数の撹拌爪を有する撹拌装置を備えた地盤改良機であって、
上記撹拌爪の正回転時には上記撹拌爪の回転半径以下の回転半径を有し、かつ上記撹拌爪の逆回転時には上記撹拌爪の回転半径よりも大きな回転半径を有する複数の補助撹拌爪を備えており、
上記複数の撹拌爪の中の両端に位置する２つの撹拌爪に軸支され、かつ上記２つの撹拌爪以外の撹拌爪に形成された貫通孔に挿通された、補助撹拌爪の回動用の回転軸を有し、かつ、上記複数の補助撹拌爪が、上記回転軸に固着されており、上記回転軸の回転に伴って回動するものであることを特徴とする地盤改良機。
【請求項２】
上記複数の撹拌爪及び上記複数の補助撹拌爪を支持するための撹拌爪取付板を有し、かつ、該撹拌爪取付板に上記撹拌爪と上記補助撹拌爪が交互に形成されている請求項１に記載の地盤改良機。
【請求項３】
上記補助撹拌爪が、湾曲した形状を有し、上記撹拌爪の正回転時には、土圧を受けて、上記湾曲した形状の凹部の側に向かって倒れるように回動して、上記撹拌爪の回転半径以下の回転半径を有するものとなり、かつ上記撹拌爪の逆回転時には、土圧を受けて、上記湾曲した形状の凸部の側に向かって起き上るように回動して、上記撹拌爪の回転半径よりも大きな回転半径を有するものとなる請求項１又は２に記載の地盤改良機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤改良機を用いた地盤改良工法であって、
上記撹拌爪を正回転させながら、上記撹拌装置を地盤中にて下降させていく下降工程と、
上記撹拌装置が地盤中の所望の深さに達した時に、上記撹拌爪を逆回転させるとともに、固化材スラリーを吐出して、該固化材スラリーと地盤を混合撹拌し、上記撹拌爪の回転半径よりも大きな半径を有する、地盤改良体の下端部分を形成させる下端部分形成工程と、
上記撹拌爪を、（ａ）正回転のみを行う方法、（ｂ）逆回転のみを行う方法、及び、（ｃ）正回転と逆回転を各々１回以上行う方法、のいずれかの方法で回転させながら、上記撹拌装置を上昇させていく上昇工程、
を含み、かつ、上記下降工程と上記上昇工程のいずれか一方または両方において、固化材スラリーを吐出して、該固化材スラリーと地盤を混合撹拌し、上記地盤改良体の下端部分以外の地盤改良体の部分を形成させることを特徴とする地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛直方向に回転する複数の撹拌爪を有する撹拌装置（以下、ロータリー式撹拌装置ともいう。）を備えた地盤改良機、並びに、該地盤改良機を用いて地盤と固化材スラリーを混合撹拌して地盤改良体を形成させる地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、バックホウ等の機動性のあるベースマシンと、地盤（特に、軟弱地盤）と固化材スラリーを混合撹拌するためのロータリー式撹拌装置を備えた地盤改良機が知られている。このような地盤改良機の中には、１０ｍ以上の地盤貫入深さを得て、長尺の角柱状の地盤改良体を形成させることのできるものもある（特許文献１参照）。
しかし、ロータリー式撹拌装置を備えた地盤改良機を用いた場合、角柱状の地盤改良体自体の強度は固化材スラリーによって十分に大きくすることができるものの、地盤改良体の水平方向の断面積の大きさは、地盤を掘削するための複数の撹拌爪の回転軌跡によって定まるため、例えば、撹拌爪の回転軌跡を超える領域を含むような水平方向の大きな断面積を有する地盤改良体の部分を形成させて、地盤改良体の下方に位置する地盤からの地盤改良体の支持力を増大させることは、できなかった（特許文献２の図４及び図５を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２１７７０号公報
【特許文献２】特開２００６−１４４５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のとおり、ロータリー式撹拌装置を備えた地盤改良機で地盤改良工事を行なう場合、撹拌爪の回転軌跡を超える領域を含むような水平方向の大きな断面積を有する地盤改良体の部分（特に、地盤改良体の下端の部分）を形成させて、地盤改良体の下方に位置する地盤からの地盤改良体の支持力を増大させることは、できなかった。
そこで、本発明は、ロータリー式撹拌装置を備えた地盤改良機であって、撹拌爪の回転軌跡を超える領域を含むような水平方向の大きな断面積を有する地盤改良体の部分（特に、地盤改良体の下端の部分）を形成させて、地盤改良体の下方に位置する地盤からの地盤改良体の支持力を増大させることのできる地盤改良機、並びに、該地盤改良機を用いて地盤と固化材スラリーを混合撹拌して地盤改良体を形成させる地盤改良工法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】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ロータリー式撹拌装置を備えた地盤改良機の当該ロータリー式撹拌装置に対して、ロータリー式撹拌装置の撹拌爪の正回転時には撹拌爪の回転半径以下の回転半径を有し、かつ撹拌爪の逆回転時には撹拌爪の回転半径よりも大きな回転半径を有する複数の補助撹拌爪を付加すれば、地盤改良体の下端の部分を形成させるときに、撹拌爪を逆回転させることによって、撹拌爪の正回転時よりも大きな半径（水平方向の大きな幅）を有する地盤改良体の部分を形成させることができ、その結果、地盤改良体の下方に位置する地盤からの地盤改良体の支持力を増大させることができることなどを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供するものである。
［１］  鉛直方向に回転する複数の撹拌爪を有する撹拌装置（ロータリー式撹拌装置）を備えた地盤改良機であって、上記撹拌爪の正回転時には上記撹拌爪の回転半径以下の回転半径を有し、かつ上記撹拌爪の逆回転時には上記撹拌爪の回転半径よりも大きな回転半径を有する複数の補助撹拌爪を備えており、上記複数の撹拌爪の中の両端に位置する２つの撹拌爪に軸支され、かつ上記２つの撹拌爪以外の撹拌爪に形成された貫通孔に挿通された、補助撹拌爪の回動用の回転軸を有し、かつ、上記複数の補助撹拌爪が、上記回転軸に固着されており、上記回転軸の回転に伴って回動するものであることを特徴とする地盤改良機。
［２］  上記複数の撹拌爪及び上記複数の補助撹拌爪を支持するための撹拌爪取付板を有し、かつ、該撹拌爪取付板に上記撹拌爪と上記補助撹拌爪が交互に形成されている上記［１］に記載の地盤改良機。
［３］  上記補助撹拌爪が、湾曲した形状を有し、上記撹拌爪の正回転時には、土圧を受けて、上記湾曲した形状の凹部の側に向かって倒れるように回動して、上記撹拌爪の回転半径以下の回転半径を有するものとなり、かつ上記撹拌爪の逆回転時には、土圧を受けて、上記湾曲した形状の凸部の側に向かって起き上るように回動して、上記撹拌爪の回転半径よりも大きな回転半径を有するものとなる上記［１］又は［２］に記載の地盤改良機。
［４］  上記［１］〜［３］のいずれかに記載の地盤改良機を用いた地盤改良工法であって、上記撹拌爪を正回転させながら、上記撹拌装置を地盤中にて下降させていく下降工程と、上記撹拌装置が地盤中の所望の深さに達した時に、上記撹拌爪を逆回転させるとともに、固化材スラリーを吐出して、該固化材スラリーと地盤を混合撹拌し、上記撹拌爪の回転半径よりも大きな半径を有する、地盤改良体の下端部分を形成させる下端部分形成工程と、上記撹拌爪を、（ａ）正回転のみを行う方法、（ｂ）逆回転のみを行う方法、及び、（ｃ）正回転と逆回転を各々１回以上行う方法、のいずれかの方法で回転させながら、上記撹拌装置を上昇させていく上昇工程、を含み、かつ、上記下降工程と上記上昇工程のいずれか一方または両方において、固化材スラリーを吐出して、該固化材スラリーと地盤を混合撹拌し、上記地盤改良体の下端部分以外の地盤改良体の部分を形成させることを特徴とする地盤改良工法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の地盤改良機によれば、地盤中での撹拌装置の下降時には、撹拌爪を正回転させることによって、補助撹拌爪による大きな抵抗を発生させずに、角柱状の地盤撹拌部分を形成させながら、撹拌装置を所望の深さ（最深地点）まで効率的に下降させることができ、また、撹拌装置が所望の深さ（最深地点）に達した時には、撹拌爪を逆回転させながら固化材スラリーを吐出させることによって、前記の角柱状の地盤撹拌部分よりも鉛直方向の投影面積が大きい形状（具体的には、補助撹拌爪の最大の回転半径に対応する形状）の、地盤改良体の下端部分を形成させることができ、その結果、地盤改良体の下方に位置する地盤からの地盤改良体の支持力を増大させることができる。
また、本発明の地盤改良機によれば、撹拌装置が所望の深さ（最深地点）に達した時に、撹拌爪を逆回転させながら固化材スラリーを吐出させることによって、補助撹拌爪の回転半径から撹拌爪の回転半径を差し引いた長さの分だけ、補助撹拌爪を用いない場合に比べて、地盤中のより下方の部分まで地盤改良体を形成させることができる。特に、改良対象の地盤（例えば、軟弱地盤）の最深地点において、当該地盤の下方の硬い地盤（支持地盤）の中に、補助撹拌爪を有しない場合に比べて、より深い地点まで地盤改良体を確実に食い込ませることができ、支持地盤による地盤改良体の支持力を高めることができる。
本発明の地盤改良機を用いて形成された地盤改良体は、該地盤改良体の下方に位置する地盤からの支持力が大きいので、軟弱地盤の中でも高い安定性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の地盤改良機の一例を示す正面図である。
【図２】本発明の地盤改良機の撹拌装置の正回転時における補助撹拌爪の位置を示す側面図（図中の（ａ））、及び、逆回転時における補助撹拌爪の位置を示す側面図（図中の（ｂ））である。
【図３】図２に示す撹拌装置の正回転時における補助撹拌爪の回動を説明するための図（図中の（ａ））、及び、逆回転時における補助撹拌爪の回動を説明するための図（図中の（ｂ））である。
【図４】本発明の地盤改良機における補助撹拌爪の取り付け位置の一例を示す図（図中の（ａ））、及び、該取り付け位置の他の例を示す図（図中の（ｂ））である。
【図５】本発明の地盤改良工法における下降工程で形成された角柱状の地盤撹拌部分の下端付近の斜視図（図中の（ａ））、及び、地盤改良体の一例を示す斜視図（図中の（ｂ））である。
【図６】本発明の地盤改良機を用いて形成された地盤改良体の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の地盤改良機の実施形態例を説明する。
図１中、本発明の地盤改良機１は、走行体２の上に旋回体３を搭載してなるベースマシン４と、ベースマシン４に取り付けられた揺動可能なアーム５と、アーム５の端部から垂下されたフレーム６と、フレーム６の下端に取り付けられた撹拌装置７を備えている。
なお、旋回体３の内部には運転席が設けられている。運転者は、運転席にて、走行体２、旋回体３、アーム５、及び撹拌装置７の各部を制御することができる。
フレーム６は、例えば、矩形の断面形状を有する中空の管状部材であり、その外側に、固化材スラリーを供給するためのホース（図示せず）が取り付けられており、また、その内部空間内に、撹拌装置７の駆動用の配管等が収容されている。フレーム６の軸線（矩形の断面形状の中心点）は、鉛直方向に延びている。なお、フレーム６はケーシングと称されることもある。
フレーム６の長さは、地盤改良工事で予定している掘削の長さに応じて、適宜、定めることができる。
【００１０】
撹拌装置７は、フレーム６の下端に取り付けられた支持体８と、支持体８に支持された水平方向に延びる回転軸１０と、回転軸１０に支持されて鉛直方向に回転可能な撹拌翼１１を有する。
支持体８は、例えば、フレーム６の下方に延びる、矩形の断面形状を有する中空の管状部分を含むものである。支持体８の中空の管状部分の内部空間内には、撹拌装置７の駆動用の配管等が収容されている。なお、モーター９が、支持体８の構成部分として、撹拌翼１１の上方に配設されている。駆動源であるモーター９は、回転軸（軸体）１０に動力を伝達し、撹拌翼１１を回転させる。また、支持体８の上部及び下部に、固化材スラリーを噴射するための噴射口（図示せず）が設けられている。本発明の地盤改良機は、撹拌装置７によって地盤（掘削土）と固化材スラリーを混合撹拌して、地盤改良体を造成するものである。
【００１１】
図２中、撹拌翼１１は、複数の撹拌爪２０及び複数の補助撹拌爪２１を有する撹拌翼部分１１ａと、補助撹拌爪２１を有さず複数の撹拌爪２０のみを有する撹拌翼部分１１ｂとが、撹拌翼１１の回転方向に９０度の間隔を置いて交互に設けられることによって、全体として４つの撹拌翼部分が十字の形状を形成するように構成されている。
なお、図２は、撹拌爪２０の回転軌跡と補助撹拌爪２１の回転軌跡の関係を説明するためのものであり、撹拌翼１１における撹拌爪２０及び補助撹拌爪２１の取り付け位置の詳細は、図４を用いて後で説明する。
撹拌爪２０は、回転軸１０と共に回転し、常に、同一の回転半径を有する。補助撹拌爪２１は、撹拌爪２０と同様に回転軸１０と共に回転するものではあるが、後述のとおり回転方向によって回転半径が異なる。
【００１２】
図２中の（ａ）は、撹拌爪２０が図中の矢印方向（時計の針の回転方向と反対の方向）に回転しているときの撹拌翼１１の状態を示すものである。この場合、撹拌翼部分１１ａの補助撹拌爪２１は、倒れた状態にあり、撹拌爪２０の回転軌跡（図中、符号Ａで示す。）の範囲内に収まっている。つまり、この場合、補助撹拌爪２１は、撹拌爪２０の回転半径以下の回転半径を有する。なお、補助撹拌爪２１が倒れた状態となるような撹拌翼１１（または撹拌爪２０）の回転状態を、本明細書中、「正回転」という。
図２中の（ｂ）は、撹拌爪２０が図中の矢印方向（時計の針の回転方向と同じ方向）に回転しているときの撹拌翼１１の状態を示すものである。この場合、補助撹拌爪２１は、起き上がった状態にあり、撹拌爪２０の回転軌跡（図中、符号Ａで示す。）を超えた回転軌跡（図中、符号Ｂで示す。）を有する。つまり、この場合、補助撹拌爪２１は、撹拌爪２０の回転半径よりも大きな回転半径を有する。なお、補助撹拌爪２１が起き上がった状態となるような撹拌翼１１（または撹拌爪２０）の回転状態を、本明細書中、「逆回転」という。
【００１３】
図３中の（ａ）、（ｂ）は、各々、図２中の（ａ）、（ｂ）に対応する、補助撹拌爪２１の回動を説明するための図である。
図３中、補助撹拌爪２１は、湾曲した形状を有し、該湾曲した形状の輪郭として、凸部２１Ａ及び凹部２１Ｂを有する。
補助撹拌爪２１は、補助撹拌爪の回動用の回転軸２２に固着されており、回転軸２２の回転に伴って回動することができる。回転軸２２は、図４に示すように、複数の撹拌爪２０の中の両端に位置する２つの撹拌爪に設けられた軸受によって回転自在に軸支されており、また、これら両端の撹拌爪以外の撹拌爪に形成された貫通孔に回転自在に挿通されている。
【００１４】
補助撹拌爪２１は、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、撹拌翼１１の回転軸１０（図２及び図４参照）によって回転駆動される腕部３０の端部に固着された撹拌爪取付板３１の面に当接することによって、回動可能な範囲が定められている。
図３中の（ａ）において、補助撹拌爪２１は、図中の下方から土圧を受けて、凹部２１Ｂの側に向かって倒れるように回動し、面２１ｂ及び面２１ｃが撹拌爪取付板３１に対して浮き上がり、かつ、面２１ａが撹拌爪取付板３１に当接した状態となっている。
一方、図３中の（ｂ）において、補助撹拌爪２１は、図中の上方から土圧を受けて、凸部２１Ａの側に向かって起き上がるように回動し、面２１ａ及び面２１ｂが撹拌爪取付板３１に対して浮き上がり、かつ、面２１ｃが撹拌爪取付板３１に当接した状態となっている。このように、補助撹拌爪２１は、図３中の（ａ）と（ｂ）の間を回動可能である。
なお、補助撹拌爪２１にバネ等の弾性部材を取り付けて、土圧等の外力が働かないときに常に図３中の（ａ）の状態となるようにしてもよい。
【００１５】
図４の（ａ）中、支持体８の左右の両側には、一対の撹拌翼１１が配設されている。
これら一対の撹拌翼１１の各々は、前述のとおり、補助撹拌爪２１を有する２つの撹拌翼部分１１ａと、補助撹拌爪２１を有しない２つの撹拌翼部分１１ｂを有する。
このうち、撹拌翼部分１１ａは、図４の（ａ）に示すように、回転軸１０から径方向外側に向かって延びる腕部３０と、腕部３０の先端に固着された水平方向に延びる板体である撹拌爪取付板３１と、撹拌爪取付板３１に固着されかつ撹拌爪取付板３１から腕部３０の反対側に向かって延びる複数の撹拌爪２０と、複数の撹拌爪２０の中の両端の撹拌爪２０によって軸支された回転軸２２と、回転軸２２に固着されかつ撹拌爪取付板３１の近傍から腕部３０の反対側に向かって延びる複数の補助撹拌爪２１（図中、斜線を付してある。）を有する。なお、補助撹拌爪２１は、撹拌爪取付板３１に固着されておらず、撹拌爪取付板３１との間に適宜の空隙を有し、回転軸２２の回転に伴って回動する。
【００１６】
図４の（ａ）に示すように、撹拌翼１１は、撹拌翼部分１１ａとして、４つの撹拌爪２０及び３つの補助撹拌爪２１が設けられたものと、３つの撹拌爪２０及び２つの補助撹拌爪２１が設けられたものを有する。これら２種のいずれの撹拌翼部分１１ａにおいても、撹拌爪２０と補助撹拌爪２１は、適宜の間隔を空けて、交互に設けられている。２種の撹拌翼部分１１ａを組み合わせることによって、地盤の撹拌の均一性を高めることができる。
補助撹拌爪２１を有しない２つの撹拌翼部分１１ｂは、図４の（ａ）中、２つの撹拌翼部分１１ａに対して垂直に交わるように配設されている。これら２つの撹拌翼部分１１ｂは、例えば、５つの撹拌爪２０を有する撹拌翼部分１１ｂと、４つの撹拌爪２０を有する撹拌翼部分１１ｂの組み合わせとして構成することができる。この場合、５つの撹拌爪を有する撹拌翼部分１１ｂの撹拌爪の回転軌跡と、４つの撹拌爪を有する撹拌翼部分１１ｂの回転軌跡とが重ならないようにすれば、地盤の撹拌の均一性を高めることができる。
【００１７】
腕部３０には、棒状の付着土落しビット３２が、水平方向に延びるように固着されている。また、撹拌爪取付板３１は、上述のとおり水平方向に延びる板体であり、回転軸１０の回転によって撹拌爪取付板３１の位置が変化しても、常に水平方向に延びている。
図４の（ａ）に示す形態に代えて、図４の（ｂ）に示す形態を採用してもよい。この場合、補助撹拌爪２１は、撹拌爪２０の近傍（例えば、当接させたり、わずかな隙間を介在させた位置）に配設されている。
図４の（ａ）に示す形態は、地盤の撹拌の均一性を高めることができる点で有利である。一方、図４の（ｂ）に示す形態は、撹拌爪２０の近傍に補助撹拌爪２１が設けられているため、地盤の硬度が比較的高い場合でも掘削し易いという利点がある。
【００１８】
次に、本発明の地盤改良工法について説明する。
本発明の地盤改良工法の一例は、上述の地盤改良機を用いた地盤改良工法であって、（Ａ）撹拌爪２０を正回転させながら、撹拌装置７を地盤中にて下降させていくとともに、固化材スラリーを吐出して、該固化材スラリーと地盤を混合撹拌し、地盤撹拌部分（地盤改良体の一部）４０を形成させる下降工程（図２の（ａ）、及び図５の（ａ）を参照）と、撹拌装置７が地盤中の所望の深さに達した時に、撹拌爪２０を逆回転させるとともに、固化材スラリーを吐出して、スラリーと地盤を混合撹拌し、撹拌爪２０の回転半径よりも大きな半径を有する、地盤改良体の下端部分４１を形成させる下端部分形成工程（図２の（ｂ）、及び図５の（ｂ）を参照）と、撹拌爪２０を正回転させながら、撹拌装置７を上昇させていき、地盤改良体を完成させる上昇工程、を含むものである。
この例では、地盤改良体の下端部分のみが、他の部分よりも鉛直方向の投影面積が大きいものとなる。この場合、撹拌装置７の地盤中における下降及び上昇を効率的に行うことができるとともに、地盤改良体の下方の地盤からの地盤改良体の支持力が増大するという利点がある。
【００１９】
本発明においては、撹拌装置７を上昇させる際に、前記のような正回転のみを行う方法に代えて、逆回転のみを行う方法、または、正回転と逆回転を各々１回以上行う方法、を採用することができる。
このうち、逆回転のみを行う方法を採用した場合、図６に示すような形状を有する地盤改良体４２を得ることができる。なお、図６中の点線は、図５の（ｂ）の形状を比較のために示したものである。この場合、地盤改良体の下方の地盤からの地盤改良体の支持力が増大するという利点がある。ただし、補助撹拌爪の回転半径が大きいため、地盤からの抵抗が増大し、撹拌装置７の地盤中における上昇の速度は、若干小さくなる。
また、正回転と逆回転を各々１回以上行う方法を使用した場合、鉛直方向の断面形状が団子状である地盤改良体を得ることができる。この場合、地盤改良体の下方及び周囲の地盤からの地盤改良体の支持力が増大するという利点がある。ただし、逆回転時に、補助撹拌爪の回転半径が大きくなり、地盤からの抵抗が増大するので、撹拌装置７の地盤中における上昇の速度は、逆回転時に若干小さくなる。
本発明において、固化材スラリーの吐出は、前記のように下降工程のみで行ってもよいし、上昇工程のみ、または、下降工程と上昇工程の両方で行ってもよい。
【符号の説明】
【００２０】
１    地盤改良機
２    走行体
３    旋回体
４    ベースマシン
５    アーム
６    フレーム
７    撹拌装置
８    支持体
９    モーター
１０    撹拌翼の回転軸（軸体）
１１    撹拌翼
１１ａ    補助撹拌爪を有する撹拌翼部分
１１ｂ    補助撹拌爪を有しない撹拌翼部分
２０    撹拌爪
２１    補助撹拌爪
２１ａ〜２１ｃ    補助撹拌爪の面
２２    補助撹拌爪の回動用の回転軸（軸体）
３０    腕部
３１    撹拌爪取付板
３２    付着土落しビット
４０    地盤撹拌部分（地盤改良体の一部）
４１    地盤改良体の下端部分
４２    地盤改良体
【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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