(57)【要約】  【課題】４段以上の撹拌翼同士の相対反転により固化材と掘削土との撹拌混合を均一にし、深層混合処理の施工時間を短縮化する  【解決手段】先端部に掘削歯８及び固化材吐出口９が形成された中軸６と、該中軸６の外側に装着された外軸７とから成り、且つ、該中軸６と外軸７が互いに相反する方向に回転駆動される。中軸６と外軸７には、上下に隣り合う４段の撹拌翼１１〜１４が取り付けられ、且つ、上下隣り合う撹拌翼１１〜１４同士は互いに相反する方向に回転駆動され、これにより、水平方向に加えて上下方向にも撹拌混合対流が発生する。又、第１の撹拌翼１１と第３の撹拌翼１３は、それらの先端部同士が垂直翼１６により連結され、垂直翼１６は該撹拌翼１１，１３と一体に回転する。更に、第１の撹拌翼１１は掘削歯８に接近して配設され、無効長の軽減化が図られている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に掘削歯及び固化材吐出口が設けられた内軸と、該内軸の外側に装着された外軸とを備え、該内軸と外軸が互いに相反する方向に回転駆動されるように構成して成る深層混合処理用相対撹拌装置において、
前記内軸及び外軸に４枚以上の撹拌翼が上下多段に取り付けられ、該上下多段の撹拌翼のうち奇数段目の撹拌翼は前記内軸と一体回転するように設けられ、且つ、偶数段目の撹拌翼は前記外軸と一体回転するように設けられ、該４段以上の上下に隣り合う撹拌翼同士が互いに相反する方向に回転するように構成したことを特徴とする深層混合処理用相対撹拌装置。
【請求項２】
上記最下段の撹拌翼の先端部と３段目の撹拌翼の先端部とが垂直翼により連結され、該垂直翼が前記両撹拌翼と一体に回転するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の深層混合処理用相対撹拌装置。
【請求項３】
上記最下段の撹拌翼はその下側の上記掘削歯に接近して配設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の深層混合処理用相対撹拌装置。
【請求項４】
請求項１，２又は３記載の深層混合処理用相対撹拌装置を使用して施工する深層混合処理工法であって、４段以上に設置した上下隣り合う撹拌翼同士を互いに相反する方向に回転させることにより、固結材と掘削土を３次元的に撹拌混合させて地盤中に改良体を造成することを特徴とする深層混合処理工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深層混合処理用相対撹拌装置及び深層混合処理工法に関するものであり、特に、軟弱地盤に固化材を注入撹拌して円柱状の改良体を造成する深層混合処理用相対撹拌装置及び深層混合処理工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、此種深層混合処理工法では、ロッドの最下端部に掘削歯と固化材吐出口を設け、且つ、該ロッドの下端部に複数本の撹拌翼を取り付けてなる撹拌装置が多く使用されている。そして、地盤改良を造成する際は、掘削歯を回転駆動して現地盤中に貫入しつつ、固化材吐出口からスラリー状の固化材を吐出し、撹拌翼の回転及びロッドの上下動により固化材と掘削土を撹拌混合して改良地盤（円柱状の改良体）を造成している。
【０００３】
しかし、上記撹拌混合時において、撹拌翼の表面に掘削土が団子状態に付着して一緒に回る現象、いわゆる土塊の供回り現象が発生する。このため、固化材と掘削土との撹拌混合を適切に行えないという欠点があった。
【０００４】
そこで、前記欠点を解消する対策として、次の２つの撹拌混合方式が知られている。その１つは、図７に示すように、複数枚の撹拌翼Ｋ１〜Ｋ４の間に供回り防止板Ｐ１〜Ｐ３を設置して、各撹拌翼Ｋ１〜Ｋ４に付着した団子状態の掘削土を供回り防止板Ｐ１〜Ｐ３で落とす方式である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
もう１つは、上下隣り合う１対の撹拌翼同士を互いに逆方向に回転させ、撹拌翼に掘削土が団子状態に付着することを未然に防止する方式である。なお、この撹拌混合方式の基本技術は、本出願人により特許出願されて既に特許登録になっている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−３１７０３６号公報。
【特許文献１】特許１６３５１７３号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の撹拌混合方式は、供回り防止板又は撹拌翼の近傍領域においては、ある程度の供回り防止効果が期待できる。しかし、供回り防止板又は撹拌翼の近傍領域以外においては所要の供回り防止効果が期待し難く、固化材と掘削土を充分に撹拌混合することが困難になる。
【０００７】
又、従来方式は、撹拌混合力が供回り防止板又は撹拌翼に沿って水平方向のみに発生する２次元的な撹拌混合方式であるので、特に、現地盤土の粘性が大きい場合は、固化材と掘削土との撹拌混合が全体として不均一になり、良好な地盤改良を確保することが困難になるという問題がある。
【０００８】
さらに、上記固化材と掘削土との撹拌混合を高めるために、例えば、撹拌混合時に撹拌翼の上下動の反復回数を多くすることがあるが、この場合は前記反復回数が多くなる分だけ施工時間が長くなる。
【０００９】
そこで、土塊の供回り現象を確実に防止し、且つ、固化材と掘削土との撹拌混合を充分かつ均一にし、施工時間の短縮化が図れるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、先端部に掘削歯及び固化材吐出口が設けられた内軸と、該内軸の外側に装着された外軸とを備え、該内軸と外軸が互いに相反する方向に回転駆動されるように構成して成る深層混合処理用相対撹拌装置において、前記内軸及び外軸に４枚以上の撹拌翼が上下多段に取り付けられ、該上下多段の撹拌翼のうち奇数段目の撹拌翼は前記内軸と一体回転するように設けられ、且つ、偶数段目の撹拌翼は前記外軸と一体回転するように設けられ、該４段以上の上下に隣り合う撹拌翼同士が互いに相反する方向に回転するように構成して成る深層混合処理用相対撹拌装置を提供する。
【００１１】
この構成によれば、上下に隣り合う４枚以上の撹拌翼が互いに相反する方向に回転することにより、固化材と掘削土に対して強制的な練り返し作用が上下方向にも発生する。因みに、従来技術では、撹拌混合力は水平方向のみ発生していたが、本発明では上下に隣り合う撹拌翼同士の相反回転により、撹拌混合力が水平方向のみならず鉛直方向（上下方向）にも発生する。従って、４段以上の撹拌翼の間又は周囲に存在する掘削土は、上下左右の両方向に３次元的に入れ替わって撹拌混合される。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記最下段の撹拌翼の先端部と３段目の撹拌翼の先端部とが垂直翼により連結され、該垂直翼は前記両撹拌翼と一体に回転するように構成されている請求項１記載の深層混合処理用相対撹拌装置を提供する。
【００１３】
この構成によれば、前記最下段（１段目）の撹拌翼と３段目の撹拌翼が回転するに伴い、垂直翼も鉛直軸周りに回転するため、該垂直翼によって掘削土が円柱状に切り取られる。この切り取られた円柱状の掘削土は固化材と撹拌混合して固結することにより、硬質の円柱状の改良体が造成される。又、該改良体の半径は、垂直翼により描かれる円形の軌跡の半径（前記撹拌翼の長さ）と一致する。
【００１４】
請求項３記載の発明は、最下段の上記撹拌翼はその下側の上記掘削歯に接近して配設されて成る請求項１又は２記載の深層混合処理用相対撹拌装置を提供する。
【００１５】
この構成によれば、最下段の撹拌翼は掘削歯に接近しているので、その分だけ該撹拌翼と掘削歯間の距離が短くなる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の深層混合処理用相対撹拌装置を使用して施工する深層混合処理工法であって、４段以上に設置した上下隣り合う撹拌翼同士を互いに相反する方向に回転させることにより、固結材と掘削土を３次元的に撹拌混合させて地盤中に改良体を造成する深層混合処理工法を提供する。
【００１７】
この工法によれば、撹拌翼を４段以上設置し、上下隣り合う撹拌翼を相反する方向に回転して固化材と掘削土を撹拌混合する。これにより、固化材と掘削土は水平方向に加えて上下方向にも練り返されて均一に撹拌混合される。この後、固化材が固結して硬質の地盤改良体が造成される。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明は、撹拌翼によって掘削土が上下に入れ替わるように３次元的な練り返し作用が発生するので、奇数段目の撹拌翼が偶数番目の撹拌翼に対して供回り防止板として機能することと相まって、土塊の供回り現象を確実に防止でき、且つ、撹拌翼から所定距離だけ離反した領域の掘削土（従来装置では充分な撹拌混合が困難であった）に対しても、均一な撹拌混合を効率良く行うことができる。この場合、掘削土の粘性が大きい場合でも、撹拌翼の上下動の反復回数を多くする必要がないので、施工時間を大幅に短縮させることができる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、円柱状の改良体の半径は撹拌翼の長さと一致するので、請求項１の発明の効果に加えて、撹拌翼の長さを変えるのみで、改良体の半径を自由に設定でき、改良体の出来型を所望の設計杭径に容易に一致させることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、最下段の撹拌翼と掘削歯間の距離が短くなり、且つ、掘削土に対して供回り防止作用が発生するので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、最下段の撹拌翼は、撹拌混合機能と供回り防止機能を有するうえに、最下段の撹拌翼と掘削歯間の無効長を低減でき、混合撹拌軸の上下方向の全長が短縮して、リーダの長さも短縮するため、施工時におけるリーダの支持安定性が向上する。
【００２１】
請求項４記載の発明は、相反回転する撹拌翼によって固化材と掘削土は、水平方向だけでなく上下方向へも効果的に練り返されるので、現地盤の粘性が大きい場合でも、均一な撹拌混合が可能になり、所望の硬質を有する地盤改良体を従来に比べて短時間に造成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、固化材と掘削土との撹拌混合を均一にし、施工時間の短縮化を図るという目的を、先端部に掘削歯及び固化材吐出口が設けられた内軸と、該内軸の外側に装着された外軸とを備え、該内軸と外軸が互いに相反する方向に回転駆動されるように構成して成る深層混合処理用相対撹拌装置において、前記内軸及び外軸に４枚以上の撹拌翼が上下多段に取り付けられ、該上下多段の撹拌翼のうち奇数段目の撹拌翼は前記内軸と一体回転するように設けられ、且つ、偶数段目の撹拌翼は前記外軸と一体回転するように設けられ、該４段以上の上下に隣り合う撹拌翼同士が互いに相反する方向に回転するように構成することによって達成した。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の最適な実施例について説明する。図１は、本実施例を示す全体図である。同図において、１はクローラクレーン２により支持されたリーダであって、リーダ１には回転駆動手段たるロータリードライブ３が昇降自在に設けられている。ロータリードライブ３の下側にはギアーボックス４を介して、掘削撹拌軸であるロッド５が正逆転駆動可能に連結されている。
【００２４】
図２及び図３に示すように、ロッド５は内軸（中軸とも言う）６と外軸７から成り、外軸７は内軸６の外側に相対回転可能に嵌着されている。該内軸６と外軸７はそれぞれロータリードライブ３の駆動により互いに反対方向に正逆転駆動するように連動連結されている。さらに、内軸６の最下端の側面には掘削歯８が取り付けられている。また、この内軸６内には固化材供給通路（図示せず）が設けられ、該固化材供給通路の下端は、内軸６の最下端面の固化材吐出口９に連通している。
【００２５】
前記ロッド５の下端部は撹拌混合部を構成し、該撹拌混合部には４枚の第１〜第４の撹拌翼１１〜１４が取り付けられている。これら撹拌翼１１〜１４は互いに上下方向に所定間隔を有し４段に設けられ、且つ、第１,３の撹拌翼１１,１３は第２,４の撹拌翼１２,１４に対して平面視にて角９０度間隔を有して配置されている。４段の撹拌翼１１〜１４のうち、第１（最下段）の撹拌翼１１は内軸６に一体回転可能に取り付けられている一方、第２，４の撹拌翼１２，４は外軸７に一体回転可能に取り付けられている。尚、第２の撹拌翼１２の翼長は、第１，３，４の撹拌翼１１，１３，１４の翼長よりも若干短く形成されている。
【００２６】
更に、第１の撹拌翼１１の下面には、複数の掘削歯１１Ａが固設され、該撹拌翼１１は撹拌混合機能と掘削機能を有している。又、第１の撹拌翼１１は掘削歯８に接近して配設されている。
【００２７】
更に又、第３の撹拌翼１３は外軸７の外側に回転自在に装着されているが、第３の撹拌翼１３の軸方向への移動は、外軸７に設けた上下一対のボス部１５,１５により規制されている。また、第３の撹拌翼１３の左右両側の先端部は、垂直翼１６,１６を介して第１の撹拌翼１１の左右両側の先端部に連結されている。このため、垂直翼１６,１６は内軸６及び外軸７の周りに第１，３の撹拌翼１１，１３と一体に回転する。なお、第１，３の撹拌翼１１，１３は、第２，４の撹拌翼１２，１４に対して相反する方向に相対回転することで、土塊の供回り現象を防止する手段、すなわち、従来の供回り防止板の役目を果たす。
【００２８】
次に、本実施例による深層混合処理工法の施工手順について説明する。先ず、クローラクレーン２によりリーダ１を所定位置に立設させて、ロッド５下端部の第１〜第４の撹拌翼１１〜１４を所定の施工位置にセットする。次に、ロッド５上端部のロータリードライブ３を起動させ、内軸６を正転方向に駆動させる。
【００２９】
このとき、外軸７はギアーボックス４内の減速ギアー列を介して、内軸６とは反対方向に逆転駆動される。これにより、内軸６と一体に作動する第１,３の撹拌翼１１，１３と、外軸７と一体に作動する第２,４の撹拌翼１２，１４とは、図４に示すように、互いに相反する方向に相対回転する。
【００３０】
そして、前記第１〜第４の撹拌翼１１〜１４を現地盤１７内に貫入しながら、内軸６最下端側の固化材吐出口９より固化材を吐出させる。このとき、掘削歯８及び第１の撹拌翼１１で掘削された土は、第１〜第４の撹拌翼１１〜１４の相反回転に伴う撹拌混合により、水平方向のみならず上下方向にも練り返しを受けるため、固化材と掘削土は効率良く撹拌混合される。
【００３１】
而して、掘削歯８等により掘削した縦孔が規定深さに到達したら、第１〜第４の撹拌翼１１〜１４全てを一旦所定高さまで引き上げる。この後、第１〜第４の撹拌翼１１〜１４を下降させて再び元の掘削位置に貫入させ、改良杭の底部の仕上げを行う。
【００３２】
然る後、第１〜第４の撹拌翼１１〜１４を地上に向かって引き上げるが、この引上げ時には、図５に示すように、第１〜第４の撹拌翼１１〜１４の回転方向を貫入時とは逆方向に切り換える。即ち、ロータリードライブ３の回転方向を反転させることにより、内軸６と外軸７を貫入時とは夫々反対方向に相対回転させて、第１〜第４の撹拌翼１１〜１４を引き上げながら、固化材と掘削土の混合物である改良土を再び撹拌混合する。
【００３３】
このように、第１〜第４の撹拌翼１１〜１４の相対回転により固化材と掘削土を撹拌混合しつつ、第１〜第４の撹拌翼１１〜１４を改良端まで引き抜いて、所定径の改良体を造成する。
【００３４】
本実施例によれば、上下に隣り合う第１〜第４の撹拌翼１１〜１４が互いに相反する方向に回転することにより、改良土が強制的に練り返される。因みに、従来の撹拌混合方式（図７参照）では、撹拌混合流は水平方向のみ発生して鉛直方向には発生しなかったが、本実施例に係る第１〜第４の撹拌翼１１〜１４は上下互いに相反回転することにより、水平方向のみならず垂直方向（上下方向）へも強制撹拌混合流が効果的に惹起される。
【００３５】
即ち、上下隣り合う第１〜第４の撹拌翼１１〜１４同士の相反回転作用によって、第１〜第４の各撹拌翼１１〜１４間に存する掘削土の上側部分と下側部分が互いに上下逆方向に押し戻されて、上下方向に入れ替わるように強制的な撹拌混合対流が形成される。従って、掘削土は、水平方向と上下方向に入れ替わって３次元的に練り返されるので、奇数段目の撹拌翼１１,１３が偶数番目の撹拌翼１２,１４に対して供回り防止板として機能することと相まって、掘削土の粘性が大きい場合でも、土塊の供回り現象を確実に防止し、均一な撹拌混合を効率良く確保できる。この場合、撹拌翼の上下動の回数を多くする必要がないので、従来に比して施工時間が大幅に短縮する。尚、実際の試験によれば、本実施例は、従来の撹拌混合方式に比べて施工時間を８０％に短縮することができた。
【００３６】
又、最下段の撹拌翼１１の先端部と３段目の撹拌翼１３の左右両側の先端部には、垂直翼１６が一体回転可能に連結されているので、図６に示すように、垂直翼１６,１６は前記両撹拌翼１１,１３の先端位置にて中軸６のまわり回転する。従って、垂直翼１６,１６により描かれる回転軌跡に沿って、掘削土が円柱状に切り取られる。
【００３７】
即ち、前記の如く切り取られた円柱状の掘削土は、前記撹拌翼１１,１３の翼長と一致する半径を有し、その内部が固化材と撹拌混合して固結することで、硬質の円柱状改良体が造成される。斯くして、前記撹拌翼１１,１３の長さを変えるのみで、改良体の半径寸法を容易に設定でき、改良体の出来型を設計杭径に正確に一致させて造成できる。
【００３８】
更に、最下段の撹拌翼１１は掘削歯８に接近して設置されているので、該撹拌翼１１と掘削歯８間の距離が短くなって無効長が低減する。特に、最下段の撹拌翼１１は撹拌混合機能と供回り防止機能及び掘削機能を有し、ロッド５下部の撹拌混合部の全長が短縮する。
【００３９】
因みに、従来例では、掘削歯、撹拌翼及び供回り防止板は夫々個別の機能部材として装備されていたが、本発明では、４段の第１〜第４の各撹拌翼１１〜１４を上下交互に相対反転させることにより、第１〜第４の各撹拌翼１１〜１４にこれらの機能を併有させることが可能になった。その結果、従来３ｍ程度必要であった撹拌混合部の全長を１．８ｍ程度に短縮できた。従って、その分だけリーダ１の長さも短縮できるため、施工時におけるリーダ１の支持安定性が向上した。
【００４０】
本発明による相対撹拌混合効果は、要約すれば以下のとおりとなる。即ち、先端歯で掘削された掘削土は、内軸の先端部（若しくは先端部側方）に設けられた固化材吐出口９から注出される固化材と共に、第１の撹拌翼１１に取り込まれて撹拌混合された後、第２の撹拌翼１２側に押し上げられる。そして、第１の撹拌翼１１と相反する方向に回転する第２の撹拌翼１２によって、前記と反対方向に練り返されながら撹拌混合される。
【００４１】
即ち、第１の撹拌翼１１と第２の撹拌翼１２が同一方向に回転する通常の撹拌混合方式では、垂直方向（上下方向）に撹拌混合させることができなかったが、本発明では、例えば第１，２の撹拌翼１１，１２の相対回転作用により、その間に存する掘削土の上下両側の部分が互いに逆方向に押し戻される。この結果、上下方向に混合土砂が入れ替わるので、効率良く短時間で撹拌混合できる。
【００４２】
相反回転する撹拌翼は少なくとも４段装備され、本実施例では上下方向へ練り返される撹拌混合は３回発生し、従来工法よりも短時間、且つ、均一円滑に混練されることとなる。
【００４３】
上記実施例では、撹拌翼を４段に設置したが、回転駆動モータの能力の許容範囲内で撹拌翼を幾段にも構成でき、撹拌翼の段数を多くする程、撹拌混合効果が増大することは言うまでもない。この場合、最下段の撹拌翼を内軸に一体回転可能に設けると共に、３段目の撹拌翼又は３段以上の奇数段目の撹拌翼を外軸に回転可能に設け、少なくとも最下段の撹拌翼の先端部と３段目の撹拌翼の先端部とを垂直翼で連結し、且つ、最上の奇数段目の撹拌翼よりも下側に位置する偶数段目の撹拌翼の長さを、全ての奇数段目の撹拌翼の長さよりも短く形成する。
【００４４】
例えば、５段又は６段の撹拌翼を有する相対撹拌装置の場合は、１段目の撹拌翼を内軸に一体回転可能に設けると共に、３段目及び５段目の撹拌翼を外軸に回転可能に設け、１段目、３段目及び５段目の３つの撹拌翼の先端部を垂直翼で一体回転可能に連結し、且つ、２段目及び４段目の撹拌翼の長さを１段目、３段目及び５段目の撹拌翼の長さよりも短く形成する。尚、６段目の撹拌翼の長さは特に限定されない。
【００４５】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施例に係る深層混合処理用相対撹拌装置を示す全体正面図。
【図２】一実施例に係る撹拌混合翼を示す正面図。
【図３】図２の側面図。
【図４】一実施例に係る撹拌混合翼の貫入時の回転方向を説明する正面図。
【図５】一実施例に係る撹拌混合翼の引上げ時の回転方向を説明する正面図。
【図６】一実施例に係る垂直翼が回転する軌跡を示す説明図。
【図７】従来例を示す正面図。
【符号の説明】
【００４７】
５    ロッド
６    内軸（中軸）
７    外軸
８    掘削歯
９    固化材吐出口
１１  第１の撹拌翼（供回り防止板）
１２  第２の撹拌翼
１３  第３の撹拌翼（供回り防止板）
１４  第４の撹拌翼
１６  垂直翼
【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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