(57)【要約】【課題】地盤に拡径杭を造成するための掘削孔を均質かつ円滑に形成できるようにすること。【解決手段】本発明では、掘削体の下端部で地盤を掘削するとともに掘削土を掘削体の下端外周部で押圧して掘削孔を形成し、その掘削孔の内部に掘削体の下端部から地盤改良材を注入し、その地盤改良材を掘削体の下端部で静的に締め固めることによって地盤に拡径杭を造成するための地盤改良装置において、掘削体は、互いに反対方向に向けて回転可能な中空円筒状の外軸とその外軸の内部に挿通させた内軸とを有し、内軸の下端部を外軸の下端部よりも下方に突出させて内軸と外軸との下端部間に間隙を形成するとともに、内軸の下端部に半径方向に伸延させた掘削刃を有する掘削刃体を形成する一方、外軸の下端部に掘削土を内軸と外軸との下端部間の間隙から外周方向に向けて排出するための排土体を形成することにした。【選択図】図２
2011052440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削体の下端部で地盤を掘削するとともに掘削土を掘削体の下端外周部で押圧して掘削孔を形成し、その掘削孔の内部に掘削体の下端部から地盤改良材を注入し、その地盤改良材を掘削体の下端部で静的に締め固めることによって地盤に拡径杭を造成するための地盤改良装置において、
掘削体は、互いに反対方向に向けて回転可能な中空円筒状の外軸とその外軸の内部に挿通させた内軸とを有し、内軸の下端部を外軸の下端部よりも下方に突出させて内軸と外軸との下端部間に間隙を形成するとともに、内軸の下端部に半径方向に伸延させた掘削刃を有する掘削刃体を形成する一方、外軸の下端部に掘削土を内軸と外軸との下端部間の間隙から外周方向に向けて排出するための排土体を形成したことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
前記掘削刃体は、内軸の下端部に水平状に設けた円板にスリットを半径方向に向けて形成し、スリットの下端縁部に掘削刃を形成するとともに、掘削刃から上方に向けて傾斜する傾斜面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
【請求項３】
前記排土体は、外軸の下端下部に内側へ向けて伸延させた複数の排土板を円周方向に等間隔で配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地盤改良装置。
【請求項４】
前記外軸は、地盤改良材を貯留するためのホッパーと外軸の回転方向に応じていずれか一方が開閉する一対の投入扉とを有し、外軸の回転に応じていずれか一方の投入扉からホッパーに貯留した地盤改良材を外軸の下端中空部に供給するように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の地盤改良装置。
【請求項５】
前記内軸は、外軸の下端中空部に供給された地盤改良材を内軸と外軸との間で保持するための改良材保持機構を有し、改良材保持機構によって地盤改良材を外軸の中空部に保持するように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤中に静的に拡径杭を造成して地盤の改良を行う地盤改良装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤の液状化対策、地盤の強度の強化等を目的とし、地盤中に排出した粉粒状態材料（砂、砕石、砂利、コンクリート殻等）を地盤改良材として用いて、その地盤改良材を機械的に地中において締め固めることにより拡径杭を造成する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この技術の通常的な施工上の要領は、図10に示すように、中空円筒状の掘削体101をベースマシン102に装着されたリーダー103に沿って垂下させて使用し、その掘削体101の上端はバイブロハンマー104（または回転駆動装置）に連結され、下端には開閉する底蓋105が設けられている。さらに、バイブロハンマー104（または回転駆動装置）の上部には、地盤改良材106を投入するホッパー107が設けられている。
【０００４】
図11に一般的な施工方法を示しており、掘削体101をバイブロハンマー104の振動作動による下方向への打撃力、または回転駆動装置の回転トルクの伝達による作動で、現位置地盤に所定の深度まで貫入させ、その後、所定長引き抜き時に、掘削体101の中空部に収容した地盤改良材106を地中に排出する。
【０００５】
掘削体101を所定長引き抜いた跡には、現位置地盤に拘束された掘削体101の外径に相当する円柱形状の掘削孔108が穿かれている。即ち、その掘削孔108に、掘削体101の中空部に連結したホッパー107に貯留していた地盤改良材106の所定量を、同一中空部を経由して掘削体101の下端部に送達し、排出、充填することで、地中に地盤改良材101の円柱体が形成される。
【０００６】
その地中に形成された所定長の円柱体を何らかの機械的作動で強制的に圧縮をする。圧縮された地盤改良材106が掘削孔108の外周辺地盤を押圧することで、元来の円柱体の断面積が拡大される。地盤改良材106の円柱体が圧縮されることで拡径すれば必然として該円柱体の外周辺地盤に押圧を与えることになり、その押圧によって外周地盤中の間隙水や間隙の空気を除去させて、液状化抵抗を増加させ強度剛性を向上させることが可能となる。且つ外周辺地盤を構成する土粒子間に地盤改良材106の一部が圧入されることにより、土粒子の密度が増加するので、掘削孔108の外周辺地盤の強度の増加となる。
【０００７】
これ等の作業を反復して所定長まで行うことで地中に所定長の拡径杭109が造成される。
【０００８】
また併用して、地盤中に吐出するための圧縮したエアーの吐出口を掘削体101の下端開口部等に設け、所定のタイミングで高圧エアーを土壌中に噴出させ、その衝撃圧で間隙水や間隙の空気を除去させて、液状化抵抗を増加させ、強度剛性を向上させることが可能となる。
【０００９】
この締め固め方法が開発された当初は、大型なバイブロハンマー104の作動で地盤改良材106を圧縮し締め固めを行っていた。
【００１０】
バイブロハンマー104自体が上下方向に振動することで連結された掘削体101に上下方向の振動を伝達させ、その下方向への振幅が打撃力となり、その連続した振動とバイブロハンマー等の重量の作用で締め固め杭の造成を行うが、施工時の振動、騒音が激しいために市街地や施設等の隣接地等において施工をすることが困難となった。
【００１１】
この振動、騒音の問題を解決して近年、無振動、または低振動、低騒音で地盤中に排出した地盤改良材106を静的に締め固めることで拡径杭109を造成する技術が開発された。
【００１２】
その技術は中空円筒状の掘削体101をベースマシン102に装着されたリーダー103に沿って垂下させて使用し、その上端に回転駆動装置を搭載し、その回転駆動装置の回転トルクを掘削体101に伝達させ地盤を掘削し、回転駆動装置等の重量による上載荷重と相まった作用で所定の地中深度まで貫入させる。
【００１３】
その後、掘削体101を所定長引き抜くと、引き抜き跡には掘削体101の貫入によって穿かれた掘削孔108が、掘削孔108の外周辺地盤の拘束により空隙化して残存する。
【００１４】
その掘削孔108に掘削体101に連結したホッパー107から掘削体101の下端部まで、中空部を経由し送達させていた地盤改良材106を排出する。
【００１５】
その地中に地盤改良材106で形成された所定長の円柱体を、何らかの機械的作動で強制的に圧縮をする。圧縮された地盤改良材106が掘削孔108の外周辺地盤を押圧することで元来の円柱体の断面積が拡大される。地盤改良材106の円柱体が圧縮されることで、拡径すれば必然として該円柱体の外周辺地盤に押圧を与えることになり、その押圧によって外周地盤中の間隙水や間隙の空気を除去させて、液状化抵抗を増加させ強度剛性を向上させることが可能となる。
【００１６】
これ等の作業を反復して所定長まで行うことで地中に所定長の拡径杭109が造成される。
【００１７】
静的締め固め拡径杭109の造成施工に使用する掘削体101の下端外周面には、掘削刃110が複数個所熔着されており、その掘削刃110先端部は掘削体101の下端より垂下して突出している。
【００１８】
その突出した掘削刃110が掘削体101の回転に伴って地盤９を掘削することで掘削体101を貫入させている。また掘削体101の中空部を経由して送達された地盤改良材106を掘削孔108に排出するために、掘削体101の下端は開口されており、その開口部には土圧抵抗により閉じ、自重により開く底蓋105が装着されている。
【００１９】
この底蓋105の効用は、掘削土が掘削体101の中空部内に侵入して、中空管の下端部を閉塞すれば地盤改良材106を管外に排出する場合に支障となるので、それを防止するために掘削時は底蓋105を閉の状態にしている。このような形状をした掘削体101を地盤中に貫入する場合、通常的には地中に貫入される掘削体101の体積量に見合う体積の土壌の大部分を地上に排出しながら行う方法が選定されている。
【００２０】
その排土式工法として、掘削体101の外周面に沿って螺旋状に板状物を装着し、掘削体101を回転させることで、連続的に排土を促進させ貫入作業の円滑化をはかっている。
【００２１】
しかるに、静的締め固め拡径杭109の造成施工の場合は、掘削孔108の外周辺地盤の強化が施工目的となるため、掘削体101の外周辺地盤を螺旋状板状物で強制的に乱して弱化させるこの排土方法は、周辺地盤への押圧効果を阻害するので適用が容認されなくなり、そのため静的締め固め拡径工法に限って、掘削体101の外周面の回転作動を活用して掘削土を掘削孔108の外周辺地盤に強制的に押圧、圧入させることで掘削土の処理を地中で行っている。
【００２２】
そのために、掘削土を地上に排出した場合に発生する排土処理費用が不要となり廃材処理上、経済上のメリットとなる。
【００２３】
しかしながら、前記した排土式貫入工法と比較して該工法は、貫入作業に必要とする機械的エネルギーの消費量が多大となる。
【００２４】
その主要因となるのは、掘削体101を地盤中に貫入するためには元来は排土として地表面に揚土されるべき掘削した土壌量、即ち、地盤中に貫入した掘削体101の略体積に見合った体積の掘削土壌量のすべてを掘削孔108の外周辺地盤に押圧、圧密をすることになる。
【００２５】
排土式貫入方法では、掘削体101の外周辺地盤が螺旋板状物の回転作動により撹乱され弛緩することで土圧抵抗が減少しているが、該工法の場合掘削体101の外周辺地盤は未撹乱の現位置地盤であり、その地盤に掘削土壌を強制して押圧、圧密することで、密実化した地盤の土圧抵抗がおおきくなって、貫入深度が増す毎に地盤中に貫入した掘削体101全体に負荷される土圧抵抗は増大化する。
【００２６】
さらに、掘削体101の貫入作業に必須とする地盤の先端掘削において、該工法の掘削体101先端部は、掘削体101の最下端の開口部に底蓋105が装置され、その底蓋が開の状態時に地盤改良材106を掘削孔108中に落下、充填させその後に底蓋105を閉の状態にして回転をさせながら降下することで、地盤改良材106を圧縮する為、底蓋105には掘削刃を装着することができず、やむなく掘削体101の下端外周面に沿って掘削刃110を複数ヶ所に垂下して突出した形状で装着がされている。
【００２７】
即ち、掘削刃110による地盤の掘削範囲はドーナツ形状の外環部の掘削刃110が、直接地盤と接触をする範囲に限定され、底蓋105が直接に接触する先端地盤は、掘削刃110の作動範囲でなくドーナツ形状の外環内部に未掘削地盤として貫入抵抗を保持したまま残存している。その為、地盤の掘削は掘削刃110による掘削と並行して、閉じた底蓋105で未掘削の地盤を圧縮し、回転力によって崩壊させることで掘削をしている。
【００２８】
かかる方法での貫入時における先端地盤の掘削は、通常的な方法である掘削体101の先端に放射状に対角して装着された板状物に掘削刃が付設され、掘削体101の回転に伴って掘削刃が回転しながら、貫入物の全断面が接触する範囲の先端地盤を先行して掘削を行う方法と比較して、掘削体101の回転に要するエネルギーが増大する。
【００２９】
且つ、その掘削土壌が接触する掘削体101の下端外周面の回転移動によって周辺地盤に押圧、圧密されることで発生する地盤抵抗も掘削体101の回転に要するエネルギーの消費となる。その上、従来工法の場合は、掘削排土となる土壌は掘削体101の下端外周面に垂下して突出された掘削刃110の回転による掘削土壌と、閉の状態になった底蓋105の回転作動と、底蓋105に負荷された重量の作用によって圧縮力を与えて崩壊させた土壌が集合したものである。
【００３０】
かかる場合に底蓋105が圧縮しながら崩壊をさせることで排土化する地盤の土質性状・地盤状況によっては崩壊を発生するタイミングや崩壊された土壌の形状、土量が不定化しやすく、ときには崩壊土の一部が土塊状に変形することも考察される。
【００３１】
さすれば、その排土を直接に掘削体101の外周面で外周辺地盤に押圧することとなり、排土と接触をする掘削体101の全周面の一部において排土が偏って多量となった場合、掘削体101との摩擦抵抗がその一部周面で一時的に増大し、もし回転トルクが不足した場合は作業に支障する場合もある。
【００３２】
また排土と接触をする掘削体101の全周面部において押圧する排土量の差異が大きくなれば、必然として掘削孔108の外周辺地盤への押圧効果にも差異が生じ排土押圧による施工効果の低下も懸念される。
【００３３】
以上にあげた主要因に起因した機械的エネルギーの多大化に対応すべく、回転駆動装置とそれに伴いベースマシン102、発動発電機等の能力、規格の増強化をはかっても、重量、容積等も増大化となり、ベースマシン102の施工上の安全性の確保や施工コストの高額化等で制約があるために、掘削体101の貫入作業における機械的補助手段として、絞込み装置を併用する場合がある。
【００３４】
絞込み装置は回転駆動装置とは別途の電動または、油圧モーターの回転トルクをワイヤーまたは、チェーンに伝達して、掘削体101を鉛直方向に上下移動させる。
【００３５】
しかし、該補助装置を併用しても、施工を行う地盤の土質性状・状況等によっては、掘削体101の回転トルク不足が発生する場合があり、掘削体101の外周辺地盤や先端地盤の抵抗が増大化することで、掘削体101を上下移動させるための補助装置の作動が阻害され、貫入作業に要する所定時間が遅延する等の手間取りが生じ、日当り施工能力の低下が発生する懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特開２００７−３０９０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
ところが、上記従来工法における機械的エネルギーの消費は、前述した機械的エネルギーの消費要因で説明したように、全て貫入時の掘削体101の回転に伴って発生するもので、その主たる作業を箇条すれば
（１）  掘削体101貫入時の先端地盤を掘削する作業。
（２）  （１）によって発生する掘削土を掘削体101の外周辺地盤に押圧、圧入する作業。
（３）  掘削孔108に充填した地盤改良材106の圧縮作業。
上記（１）〜（３）の作業を全て掘削体101の回転作動で行っている。且つ、（１）と（２）の作業は同時に並行して行われ、作業順序としても（１）と（２）の作業終了後に（３）の作業となり、しかも（１）と（２）の作業によって先行掘削された同一掘削孔108中での作業となるので上記した作業において、（３）の作業と比較して（１）、（２）の同時並行作業で消費する機械的エネルギーが多大となる。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
そこで、請求項１に係る本発明では、掘削体の下端部で地盤を掘削するとともに掘削土を掘削体の下端外周部で押圧して掘削孔を形成し、その掘削孔の内部に掘削体の下端部から地盤改良材を注入し、その地盤改良材を掘削体の下端部で静的に締め固めることによって地盤に拡径杭を造成するための地盤改良装置において、掘削体は、互いに反対方向に向けて回転可能な中空円筒状の外軸とその外軸の内部に挿通させた内軸とを有し、内軸の下端部を外軸の下端部よりも下方に突出させて内軸と外軸との下端部間に間隙を形成するとともに、内軸の下端部に半径方向に伸延させた掘削刃を有する掘削刃体を形成する一方、外軸の下端部に掘削土を内軸と外軸との下端部間の間隙から外周方向に向けて排出するための排土体を形成することにした。
【００３９】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記掘削刃体は、内軸の下端部に水平状に設けた円板にスリットを半径方向に向けて形成し、スリットの下端縁部に掘削刃を形成するとともに、掘削刃から上方に向けて傾斜する傾斜面を形成することにした。
【００４０】
また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記排土体は、外軸の下端下部に内側へ向けて伸延させた複数の排土板を円周方向に等間隔で配置することにした。
【００４１】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項１〜請求項３のいずれかに係る本発明において、前記外軸は、地盤改良材を貯留するためのホッパーと外軸の回転方向に応じていずれか一方が開閉する一対の投入扉とを有し、外軸の回転に応じていずれか一方の投入扉からホッパーに貯留した地盤改良材を外軸の下端中空部に供給するように構成することにした。
【００４２】
また、請求項５に係る本発明では、前記請求項１〜請求項４のいずれかに係る本発明において、前記内軸は、外軸の下端中空部に供給された地盤改良材を内軸と外軸との間で保持するための改良材保持機構を有し、改良材保持機構によって地盤改良材を外軸の中空部に保持するように構成することにした。
【発明の効果】
【００４３】
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
【００４４】
すなわち、本発明では、掘削体が互いに反対方向に向けて回転可能な中空円筒状の外軸とその外軸の内部に挿通させた内軸とを有し、内軸の下端部を外軸の下端部よりも下方に突出させて内軸と外軸との下端部間に間隙を形成するとともに、内軸の下端部に半径方向に伸延させた掘削刃を有する掘削刃体を形成する一方、外軸の下端部に掘削土を内軸と外軸との下端部間の間隙から外周方向に向けて排出するための排土体を形成しているために、掘削孔の形成時に内軸で地盤の掘削を行うとともに外軸で掘削土の押圧を行うことになり、掘削体の下端部にかかる負荷を内軸と外軸とに分散させることができ、内軸と外軸それぞれにかかる負荷を低減することができるとともに、内軸の掘削刃と外軸の排土体とを互いに反対方向に向けて回転させることで掘削刃で掘削された掘削土を頻繁に排土体によって外方に排出させることができるので、機械的エネルギーの消費量が減少し、且つ作業効率・効果を向上させることができ、結果として工期の短縮化や施工費のコストダウン等による経済的効果の向上が可能となる。
【００４５】
特に、掘削刃体の構成として、内軸の下端部に水平状に設けた円板にスリットを半径方向に向けて形成し、スリットの下端縁部に掘削刃を形成するとともに、掘削刃から上方に向けて傾斜する傾斜面を形成するようにした場合には、掘削刃で掘削した掘削土を傾斜面で上方の排土体へ搬送することができ、地盤の固さや土質によらずに均質な掘削孔を形成することができ、これにより、造成した拡径杭による地盤改良効果を向上させることができる。
【００４６】
また、排土体の構成として、外軸の下端下部に内側へ向けて伸延させた複数の排土板を円周方向に等間隔で配置するようにした場合には、掘削土を外方に向けて均等に排出することができ、これによっても、地盤の固さや土質によらずに均質な掘削孔を形成することができ、造成した拡径杭による地盤改良効果を向上させることができる。
【００４７】
また、外軸の構成として、地盤改良材を貯留するためのホッパーと外軸の回転方向に応じていずれか一方が開閉する一対の投入扉とを有し、外軸の回転に応じていずれか一方の投入扉からホッパーに貯留した地盤改良材を外軸の下端中空部に供給するようにした場合には、外軸の回転方向によらずにホッパーから外軸の下端中空部に地盤改良材を円滑に供給することができる。また投入扉は、ホッパーで貯留した地盤改良材の供給が必要ない場合には両扉を閉じた状態にすることで供給を停止することができる。
【００４８】
さらに、内軸の構成として、外軸の下端中空部に供給された地盤改良材を内軸と外軸との間で保持するための改良材保持機構を有し、改良材保持機構によって地盤改良材を外軸の下端中空部に保持するようにした場合には、掘削時においても地盤改良材を外軸の下端中空部に円滑に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る地盤改良装置を示す側面図。
【図２】掘削体先端部拡大側面図（ａ）、断面図（ｂ）。
【図３】掘削体を示す平面断面図（ａ）、排土体を示す平面断面図（ｂ）。
【図４】掘削刃体の作用を示す平面説明図（ａ）、排土体の作用を示す平面説明図（ｂ）。
【図５】掘削刃体の作用を示す平面説明図（ａ）、排土体の作用を示す平面説明図（ｂ）。
【図６】改良材供給機構を示す側面断面図。
【図７】同平面断面図。
【図８】同動作説明図。
【図９】地盤改良装置の動作説明図。
【図１０】従来の地盤改良装置を示す側面図。
【図１１】従来の地盤改良装置の動作説明図。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下に、本発明に係る地盤改良装置の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。
【００５１】
図１に示すように、地盤改良装置１は、ベースマシン２の前端部に上方に向けて伸延させたリーダ３を垂設し、リーダ３の前側に回転駆動装置４をリーダ３に沿って昇降可能に装着しており、回転駆動装置４に円柱状の掘削体５を連動連結している。
【００５２】
掘削体５は、図２及び図３に示すように、中空円筒状の内軸６をそれよりも大径の中空円筒状の外軸７の中空部（中心部）に挿通させており、内軸６と外軸７とは回転駆動装置４に一体的に設けられた回転駆動機構にそれぞれ独立して連動連結され、内軸６と外軸７とが独立して同方向又は反対方向に回転できるようになっている。なお、回転駆動装置４としては、図１（ａ）に示すように、内軸６を回転させる機構と外軸７を回転させる機構とが一体となった一体型回転駆動装置を用いることもでき、また、図１（ｂ）に示すように、内軸６を回転させる機構4'と外軸７を回転させる機構4"とが別体となったセパレート型回転駆動装置を用いることもできる。
【００５３】
また、掘削体５は、内軸６の下端部を外軸７の下端部よりも所定の長さだけ下方に向けて突出させており、内軸６の下端部と外軸７の下端部との間に所定長さの間隙８を形成している。
【００５４】
そして、掘削体５は、内軸６の下端部に地盤９を掘削するための掘削刃体10を設けるとともに、その掘削刃体10の直上方位置において外軸７の下端部に掘削土を間隙８から外軸７の外周方向に向けて排出するための排土体11を設けている。
【００５５】
掘削刃体10は、内軸６の先端部に円板12を水平に取付け、円板12に単数又は複数個（ここでは、２個）の同一形状のスリット13を中心部（内軸６）から放射状に円周方向に等間隔で形成し、スリット13の下側縁部に半径方向に向けて伸延させた鋤刃状又は爪刃状などの掘削刃１４を連続的に又は間隔をあけて交換可能に取付け、掘削刃14の直後方位置に掘削刃14から円板12の上面に向けて上方に傾斜する傾斜面15を形成している。なお、傾斜面15は、掘削刃体10（内軸６）を時計回りに回転させた場合に、掘削刃14の進行方向に沿って前低後高状に傾斜させている。
【００５６】
一方、排土体11は、外軸７の下端縁部に外軸７の内側方向に向けて伸延させた複数枚（ここでは、４枚）の同一形状の矩形板状の排土板16を円周方向に向けて等間隔で傾斜状に取付けている。なお、排土板16の傾斜面は、排土体11（外軸７）を反時計回りに回転させた場合に、排土板16の進行方向に沿って前高後低状に傾斜させている。
【００５７】
そして、掘削体５は、図４（ａ）に示すように、内軸６を時計回りに回転させると、掘削刃14が地盤９を掘削し、その掘削土を傾斜面15に沿って円板12の上面に搬送し、また、図４（ｂ）に示すように、外軸７を反時計回りに回転させると、円板12の上面に搬送された掘削土を排土体11で内軸６と外軸７の下端部間の間隙８から外軸７の外周方向に向けて排出し押圧する作動を行う。
【００５８】
ここで、掘削刃体10も排土体11と相対して逆方向に回転を行うので、排土体11の個々の排土板16と掘削刃体10に上載された土壌との遭遇頻度は多増し、必然として外周辺地盤への掘削土排出と押圧が強制的に促進される。
【００５９】
また、この掘削土排出口は外軸７の最下端と掘削刃体10との間隙部分（間隙８）となるために、その間隙８の巾が一定長であり、且つ同一形状をした排土体11の装置間隔も一定であるので、間隙８からの排出土量の差異が少なくなる。そして、その後に掘削体５の外周面の回転作動によって最終的な排土押圧作業を行うので、掘削孔17の外周辺地盤への押圧効果にも差異が生じ難く従来工法と比較して掘削排土押圧による施工効果の向上が可能となる。
【００６０】
掘削長が所定深度に達したら、図５（ｂ）に示すように、外軸７を時計回りに回転させることで、排土板16は排土機能を停止する。内軸６と外軸７との空隙部には後述する改良材供給機構19から排出された地盤改良材18が充填されており、掘削時とは逆回転となるので排土板16の機能は掘削方向とは異り地盤改良材18を強制的に内軸6方向に搬送する機能を発揮する。搬送された地盤改良材18は掘削刃体10に上載され、図５（ａ）に示すように 、内軸６を反時計回りに回転させると、地盤改良材18を掘削刃体10の傾斜面15に沿って強制的に搬送し、スリット13から掘削孔17の内部に均等に排出し、且つ掘削刃体10と排土体11が相対して異方向に回転をするので、その排土頻度が増大し、より排土促進がなされる。
【００６１】
また、掘削体５には、先端部の間隙８から掘削孔17に注入する砂や砕石などの地盤改良材18を外軸７の先端中空部に供給するための改良材供給機構19と、改良材供給機構19から供給された地盤改良材18が間隙８から排出されるのを阻止して外軸７の先端中空部に保持するための改良材保持機構20とが設けられている。
【００６２】
改良材供給機構19は、図６及び図７に示すように、外軸７の基端側中途部に地盤改良材18を貯留するためのホッパー21を設けるとともに、ホッパー21の内側に貯留した地盤改良材18を外軸７の中空部に投入するための投入口22を設けている。
【００６３】
ホッパー21は、外軸７の外周部に円環状の受皿23を取付けるとともに、その受皿23の上方位置において本体24をリーダ３等に昇降可能に取付けており、リーダ３に昇降可能に取付けたエレベータ25から供給される地盤改良材18を受皿23及び本体24の上部に貯留するようにしている。
【００６４】
投入口22は、外軸７に単数又は複数個（ここでは、４個）の内外に貫通する開口26を円周方向に等間隔で形成するとともに、各開口26を左右一対の投入扉27,28で閉塞し、各投入扉27,28に開閉装置29を連動連結しており、開閉装置29によって外軸７の回転方向に応じて左右のいずれか一方の投入扉27,28だけを開閉するようにしている。投入扉27,28は、枢軸部にストッパー30を設けて所定角度以上には開かないようになっている。
【００６５】
そして、改良材供給機構19は、図８（ａ）に示すように、外軸７を時計回りに回転させ
た場合には、正面視で左側（平面視で右側）の投入扉27だけを開閉装置29で所定角度まで開き、ホッパー21で貯留した地盤改良材18を左側の投入扉27から外軸７の中空部に投入し 、外軸７の下端中空部に地盤改良材18を供給するようにし、一方、図８（ｂ）に示すように、外軸７を反時計回りに回転させた場合には、正面視で右側（平面視で左側）の投入扉28だけを開閉装置29で所定角度まで開き、ホッパー21で貯留した地盤改良材18を右側の投入扉28から外軸７の中空部に投入し、外軸７の下端中空部に地盤改良材18を供給するようにしている。また、開閉装置29で投入扉27,28の両扉を閉じホッパー21で貯留した地盤改良材18の供給を停止した場合には、内軸６と外軸７との空隙部に充填されている地盤改良材18の供給量をレーザー式の砂面計で計測することもできる。レーザー式の砂面計は掘削体5の上部所定位置に設置され、拡径杭36造成中の所定のタイミングで計測し排出される地盤改良材18の管理を行うことができるようにしている。 
【００６６】
一方、改良材保持機構20は、図２（ｂ）に示すように、内軸６の下端部に時計回りに螺旋状に下降するスパイラル板31を取付けるとともに、その下方位置に内軸６の外周と外軸７の内周との間で円板形状に膨らむ風船状の保持体32を取付け、保持体32に内軸６の中空部から空気を供給・排出することができるようにしている。
【００６７】
そして、改良材保持機構20は、保持体32に空気を供給して膨張させることによって、内軸６の外周と外軸７の内周との間で密着状に膨らんだ保持体32で地盤改良材18の自由落下を防止し、外軸７の中空部で保持するようにしている。また、改良材保持機構20は、内軸6を時計回りに回転させることによって、スパイラル板31の作用で地盤改良材18の自由落下を防止して、外軸７の中空部に保持されるようにもしている。なお、改良材保持機構20としては、スパイラル板31と保持体32のいずれか一方を設けた構成としてもよい。
【００６８】
ここで、スパイラル板31は、内軸６を一方向（ここでは、時計回り）に回転させた場合には地盤改良材18を保持し、内軸６を他方向（ここでは、反時計回り）に回転させた場合には地盤改良材18の落下を促進するようになっている。
【００６９】
また、スパイラル板31の上方位置には、外軸７の内周面から内側に向けて放射状に伸延させた櫛板33,34を所定の位置に設ける。また、内軸６の外周面から外側に向けて放射状に伸延させた櫛板35を所定の位置に設けて、内外軸6,7の回転によって櫛板33〜35で通過（落下）する地盤改良材18が塊状となって内軸６と外軸７との間で詰まらないようにしている。
【００７０】
地盤改良装置１は、以上に説明したように構成しており、この地盤改良装置１を締め固め拡径杭造成工法に用いる場合には、図９（ａ）に示すように、まず、掘削体５の下端部で地盤９を掘削する。この掘削工程では、内軸６を時計回りに回転させる一方、外軸７を反時計回りに回転させ、掘削刃14で地盤９を掘削し、その掘削土を傾斜面15に沿って円板12の上面に搬送し、搬送された掘削土を排土体11で内軸６と外軸７の下端部間の間隙８から外軸７の外周方向に向けて排出し、押圧し、その後、排出した掘削土を外軸７の外周面の回転作動によって掘削孔17の外周辺地盤へ押圧することによって掘削土を地上に排出させることなく地盤９に掘削孔17を形成している。
【００７１】
そして、所定深さまで掘削した後に、図９（ｂ）に示すように、掘削体５の外軸７の下端中空部に地盤改良材18を投入する。この改良材投入工程では、内軸６を時計回りに回転させる一方、外軸７を反時計回りに回転させ、改良材保持機構20の保持体32を膨張させた状態にしておき、改良材供給機構19で地盤改良材18を外軸７の下端中空部に投入し、改良材保持機構20によって地盤改良材18を外軸７の中空部に保持するようにしている。なお、この改良材投入工程は、掘削工程の途中において掘削と同時に行ってもよい。また、改良材投入工程では、内軸６の回転を停止させたり外軸７の回転を反転させてもよい。
【００７２】
その後、図９（ｃ）に示すように、掘削孔17の内部で掘削体５を引上げながら掘削孔17の内部に地盤改良材18を注入する。この改良材注入工程では、内軸６を反時計回りに回転させる一方、外軸７を時計回りに回転させ、改良材保持機構20の保持体32を収縮させた状態にして、掘削体５を引上げることで内軸６と外軸７との下端部から掘削孔17の内部に地盤改良材18を注入している。
【００７３】
その後、図９（ｄ）に示すように、掘削孔17の内部に注入した地盤改良材18を掘削刃体10の下面にて下方に押圧して地盤改良材18を拡径させる。この改良材押圧工程では、内軸６を反時計回りに回転させる一方、外軸７を時計回りに回転させ、回転駆動装置４をリーダ３に沿って下降させることで、地盤改良材18を上方から半径方向に向けて圧縮し、掘削孔17の内部で掘削孔17の径よりも地盤改良材18を拡径している。なお、掘削体５の下端部に圧縮した空気を吐出する機構を設けて、所定のタイミングで圧縮した空気を吐出し、その衝撃圧で間隙中の水分や空気を除去して地盤９の液状化抵抗の増大や強度向上を図ることもできる。
【００７４】
そして、図９（ｂ）〜（ｄ）に示す改良材投入工程・改良材注入工程・改良材押圧工程とを繰り返して行うことによって、図９（ｅ）に示すように、地盤９の内部に掘削孔17よりも拡径して締め固められた拡径杭36を造成している。
【００７５】
以上に説明したように、地盤改良装置１では、掘削体５の掘削刃体10で地盤９を掘削するとともに掘削土を排土体11及び掘削体５の下端外周部で押圧して掘削孔17を形成し、その掘削孔17の内部に掘削体５の下端部から地盤改良材18を注入し、その地盤改良材18を掘削刃体10の下面にて締め固めることによって地盤９に拡径杭36を造成している。
【００７６】
そして、上記地盤改良装置１では、掘削体５が互いに反対方向に向けて回転可能な中空円筒状の外軸７とその外軸７の内部に挿通させた内軸６とを有し、内軸６の下端部を外軸７の下端部よりも下方に突出させて内軸６と外軸７との下端部間に間隙８を形成するとともに、内軸６の下端部に半径方向に伸延させた掘削刃14を有する掘削刃体10を形成する一方、外軸７の下端部に掘削土を内軸６と外軸７との下端部間の間隙８から外周方向に向けて排出するための排土体11を形成した構成となっている。
【００７７】
そのため、上記構成の地盤改良装置１では、掘削孔17の形成時に内軸６で地盤９の掘削を行うとともに外軸７で掘削土の押圧を行うことになり、掘削体５の下端部にかかる負荷を内軸６と外軸７とに分散させることができ、内軸６と外軸７それぞれにかかる負荷を低減することができるとともに、内軸６の掘削刃14と外軸７の排土体11とを互いに反対方向に向けて回転させることで掘削刃14で掘削された掘削土を頻繁に排土体11によって外方に定量的に排出させることができるので、地盤９に均質な掘削孔17を円滑に形成することができ、これにより、静的締め固め拡径杭造成工法に要する機械的エネルギーの消費量が減少し且つ作業効率・効果を向上させることができ、結果として工期の短縮化や施工費のコストダウン等による経済的効果の向上が可能となる。
【００７８】
また、上記地盤改良装置１では、掘削刃体10の構成として、内軸６の下端部に水平状に設けた円板12にスリット13を半径方向に向けて形成し、スリット13の下端縁部に掘削刃14を形成するとともに、掘削刃14から上方に向けて傾斜する傾斜面15を形成している。
【００７９】
そのため、上記構成の地盤改良装置１では、掘削刃14で掘削した掘削土を傾斜面15で上方の排土体11へ搬送することができ、地盤９の固さや土質によらずに均質な掘削孔17を形成することができ、これにより、造成した拡径杭36による地盤改良効果を向上させることができる。
【００８０】
また、上記地盤改良装置１では、排土体11の構成として、外軸７の下端部に内側へ向けて伸延させた複数の排土板16を円周方向に等間隔で配置している。
【００８１】
そのため、上記構成の地盤改良装置１では、掘削土を外方に向けて均等に排出することができ、これによっても、地盤９の固さや土質によらずに均質な掘削孔17を形成することができ、造成した拡径杭36による地盤改良効果を向上させることができる。
【００８２】
また、上記地盤改良装置１では、外軸７の構成として、地盤改良材18を貯留するためのホッパー21と外軸７の回転方向に応じていずれか一方が開閉する一対の投入扉27,28とを有し、外軸７の回転に応じていずれか一方の投入扉27(28)からホッパー21に貯留した地盤改良材18を外軸７の下端中空部に供給するようにしている。また、開閉装置29で投入扉27,28の両扉を閉じホッパー21で貯留した地盤改良材18の供給を停止した場合には、内軸６と外軸７との空隙部に充填されている地盤改良材18の供給量をレーザー式の砂面計で計測することもできる。
【００８３】
そのため、上記構成の地盤改良装置１では、外軸７の回転方向によらずにホッパー21から外軸７の下端中空部に地盤改良材18を円滑に供給することができると同時にレーザー式の砂面計で排出される地盤改良材18の管理を行うことができるようにしている。
【００８４】
さらに、上記地盤改良装置１では、内軸６の構成として、外軸７の下端中空部に供給された地盤改良材18を内軸６と外軸７との所定位置において保持する改良材保持機構20を有し、改良材保持機構20によって必要に応じて地盤改良材18を外軸７の中空部に保持するようにしている。
【００８５】
そのため、上記構成の地盤改良装置１では、掘削時においても地盤改良材18を外軸７の中空部に円滑に供給することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  地盤改良装置                ２  ベースマシン
３  リーダ                      ４  回転駆動装置
５  掘削体                      ６  内軸
７  外軸                        ８  間隙
９  地盤                        10  掘削刃体
11  排土体                      12  円板
13  スリット                    14  掘削刃
15  傾斜面                      16  排土板
17  掘削孔                      18  地盤改良材
19  改良材供給機構              20  改良材保持機構
21  ホッパー                    22  投入口
23  受皿                        24  本体
25  エレベータ                  26  開口
27,28  投入扉                   29  開閉装置
30  ストッパー                  31  スパイラル板
32  保持体                      33〜35  櫛板
36  拡径杭
101  掘削体                     102  ベースマシン
103  リーダー                   104  バイブロハンマー
105  底蓋                       106  地盤改良材
107  ホッパー                   108  掘削孔
109  拡径杭                     110  掘削刃
【図１】
2011052440.tif 000003
【図２】
2011052440.tif 000004
【図３】
2011052440.tif 000005
【図４】
2011052440.tif 000006
【図５】
2011052440.tif 000007
【図６】
2011052440.tif 000008
【図７】
2011052440.tif 000009
【図８】
2011052440.tif 000010
【図９】
2011052440.tif 000011
【図１０】
2011052440.tif 000012
【図１１】
2011052440.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月5日(2010.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削体の下端部で地盤を掘削するとともに掘削土を掘削体の下端外周部で押圧して掘削孔を形成し、その掘削孔の内部に掘削体の下端部から地盤改良材を注入し、その地盤改良材を掘削体の下端部で静的に締め固めることによって地盤に拡径杭を造成するための地盤改良装置において、
掘削体は、互いに反対方向に向けて回転可能な中空円筒状の外軸とその外軸の内部に挿通させた内軸とを有し、内軸の下端部を外軸の下端部よりも下方に突出させて内軸と外軸との下端部間に間隙を形成するとともに、内軸の下端部に半径方向に伸延させた掘削刃を有する掘削刃体を形成し、掘削刃体に掘削刃から上方に傾斜する傾斜面を形成する一方、外軸の下端部に掘削土を内軸と外軸との下端部間の間隙から外周方向に向けて排出するための排土体を形成し、排土体に排土板を排土板の進行方向に沿って傾斜状に形成し、掘削刃が地盤を掘削するとともにその掘削土を掘削刃の傾斜面に沿って上方に搬送し、搬送された掘削土を排土板で内軸と外軸の下端部間の間隙から外軸の外周方向に向けて排出し押圧して掘削孔を形成するように構成したことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
前記掘削刃体は、内軸の下端部に水平状に設けた円板にスリットを半径方向に向けて形成し、スリットの下端縁部に掘削刃を形成するとともに、掘削刃から上方に向けて傾斜する傾斜面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
【請求項３】
前記排土体は、外軸の下端下部に内側へ向けて伸延させた複数の排土板を円周方向に等間隔で配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地盤改良装置。
【請求項４】
前記外軸は、地盤改良材を貯留するためのホッパーと外軸の回転方向に応じていずれか一方が開閉する一対の投入扉とを有し、外軸の回転に応じていずれか一方の投入扉からホッパーに貯留した地盤改良材を外軸の下端中空部に供給するように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の地盤改良装置。
【請求項５】
前記内軸は、内軸の下端部に内軸の外周と外軸の内周との間で膨らむ風船状の保持体を設けて膨らんだ保持体によって地盤改良材の自由落下を防止し、或いは、内軸の下端部に螺旋状のスパイラル板を設けてスパイラル板の回転によって地盤改良材の自由落下を防止することにより外軸の下端中空部に供給された地盤改良材を内軸と外軸との間で保持するための改良材保持機構を有し、改良材保持機構によって地盤改良材を外軸の中空部に保持するように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の地盤改良装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
そこで、請求項１に係る本発明では、掘削体の下端部で地盤を掘削するとともに掘削土を掘削体の下端外周部で押圧して掘削孔を形成し、その掘削孔の内部に掘削体の下端部から地盤改良材を注入し、その地盤改良材を掘削体の下端部で静的に締め固めることによって地盤に拡径杭を造成するための地盤改良装置において、掘削体は、互いに反対方向に向けて回転可能な中空円筒状の外軸とその外軸の内部に挿通させた内軸とを有し、内軸の下端部を外軸の下端部よりも下方に突出させて内軸と外軸との下端部間に間隙を形成するとともに、内軸の下端部に半径方向に伸延させた掘削刃を有する掘削刃体を形成し、掘削刃体に掘削刃から上方に傾斜する傾斜面を形成する一方、外軸の下端部に掘削土を内軸と外軸との下端部間の間隙から外周方向に向けて排出するための排土体を形成し、排土体に排土板を排土板の進行方向に沿って傾斜状に形成し、掘削刃が地盤を掘削するとともにその掘削土を掘削刃の傾斜面に沿って上方に搬送し、搬送された掘削土を排土板で内軸と外軸の下端部間の間隙から外軸の外周方向に向けて排出し押圧して掘削孔を形成するように構成することにした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
また、請求項５に係る本発明では、前記請求項１〜請求項４のいずれかに係る本発明において、前記内軸は、内軸の下端部に内軸の外周と外軸の内周との間で膨らむ風船状の保持体を設けて膨らんだ保持体によって地盤改良材の自由落下を防止し、或いは、内軸の下端部に螺旋状のスパイラル板を設けてスパイラル板の回転によって地盤改良材の自由落下を防止することにより外軸の下端中空部に供給された地盤改良材を内軸と外軸との間で保持するための改良材保持機構を有し、改良材保持機構によって地盤改良材を外軸の中空部に保持するように構成することにした。