(57)【要約】【課題】この発明は、従来の技術では掘削が困難な土壌を含む広範囲の土壌において効果的に施工できる土壌掘削工具を提供することを目的とする。【解決手段】上述の目的を達成するために、本発明の土壌掘削工具１は、軸体４と、この軸体４の周囲に設けられたらせん状羽根５と、このらせん状羽根５の外周部に設けられた複数の土壌切削用爪９を有するものであり、のらせん状羽根５の外周部に設けられた複数の土壌切削用爪９により掘削能力を向上させ、土丹層や玉石混じりの土壌においても、短時間で土壌の掘削を実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸体と、この軸体の周囲に設けられたらせん状羽根と、このらせん状羽根の外周部に下向きに設けられた複数の土壌切削用爪を有することを特徴とする土壌掘削工具。
【請求項２】
前記土壌切削用爪が三角形状の平板であり、三角形の下辺は進行方向側が低くなるように取付けられている請求項１に記載の土壌掘削工具。
【請求項３】
前記土壌切削用爪が略長方形の形状で進行方向の反対側の角が切り取られている爪本体と、爪本体から外側へ突出するように設けられた切削チップより構成されている請求項１に記載の土壌掘削工具。。
【請求項４】
前記切削チップが前記爪本体の下辺に設けられている請求項３に記載の土壌掘削工具。
【請求項５】
前記切削チップが前記爪本体の進行方向側の辺に設けられている請求項３に記載の土壌掘削工具。
【請求項６】
前記らせん状羽根の外周は下部から中央部に向かって径が広がり、また上部へ向かって径が小さくなる形状であり、前記土壌切削用爪はこのらせん状羽根の下部から中央部にかけて設けられている請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の土壌掘削工具。
【請求項７】
前記土壌切削用爪が前記らせん状羽根の外周部に一定間隔で設けられている請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の土壌掘削工具。
【請求項８】
前記土壌切削用爪同士の間隔が２００ｍｍ以上４００ｍｍ未満である請求項７に記載の土壌掘削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地中にて土壌を掘削するための土壌掘削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特許文献１には先導管と軸体と軸体の周囲に取り付けられたらせん状羽根を有し、この軸体でらせん状羽根が取り付けられる部分は軸方向に沿って中央部が太く両端部が細くなるように構成され、らせん状羽根の上面および下面に爪を設けた土壌掘削工具を回転させ、かつ先導管より圧縮空気を噴出しながら土壌を掘削し、所定の深さに達した後に土壌掘削工具を逆回転させて土壌を撹拌させながららせん状羽根部よりセメントミルクを注入して土壌とセメントミルクを混合させ、土壌中に改良体を造成することにより、地上にセメントミルクを含む排泥を発生させず、環境問題を引き起こすことなく軟弱地盤の改良工事を実現することが記載されている。この装置の先導管の先端部には切削チップが設けられている。
【０００３】特許文献２には、ドリル先端部近くの外周部の略穴掘り半径位置に下方へ向かうノコギリ状の根切り刃を取付けた穴掘機用ドリルが記載されている。このドリルは手持ち式の穴掘機にセットされて使用される。ノコギリ状の根切り刃によってほぼ水平方向に張った根を切断しながら穴掘りを行うものである。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０３／００６７８５号パンフレット
【特許文献２】実開昭６１−５８１６３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特許文献１の発明によれば、らせん状の羽根で土壌を掘削・撹拌しながらセメントミルクと混合して地中に杭を造成するが、簡易な構成の設備で排泥を発生させずに施工することができる。この技術は軟弱地盤において適用するときに有効なものであるが、Ｎ値が３０を超える固い土層、たとえば、土丹層等においては掘削力が十分でないために削孔に時間がかかるという問題点がある。また、玉石が多く含まれる土壌においては施工することが困難である。さらに、これらの土質の土壌で無理に掘削しようとすれば、過大な力がらせん状羽根にかかり、装置が破損する可能性もある。
【０００６】特許文献２の穴掘機用ドリルは根切り刃を備えているので、ほぼ水平に張った根を切断しながら穴掘りができるので、ラセン状板のみの場合に比べて作業が効率的になる。しかし、この穴掘機用ドリルは手持ち穴掘機にセットして使用するものであり、果樹園において樹木の周りに穴を掘り、この穴を利用して施肥する等の作業に用いられるものであって、地盤改良等の大規模な建設作業に適用できるようなものではない。従って、根切り刃も木の根を切断する程度のもので、土丹層や玉石混じりの土壌を掘削できるようなものではない。
【０００７】この発明は、従来の技術では掘削が困難な土壌を含む広範囲の土壌において効果的に施工できる土壌掘削工具を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、本発明の土壌掘削工具は、軸体と、この軸体の周囲に設けられたらせん状羽根と、このらせん状羽根の外周部に設けられた複数の土壌切削用爪を有するものである。この土壌切削用爪は三角形状の平板であり、三角形の下辺は進行方向側が低くなるように取付けられていてもよい。あるいは、土壌切削用爪が略長方形の形状で進行方向の反対側の角が切り取られている爪本体と、爪本体から外側へ突出するように設けられた切削チップより構成されているものとすることができる。前記切削チップを前記爪本体の下辺に設けてもよく、また、前記爪本体の進行方向側の辺に設けてもよい。前記らせん状羽根の外周は下部から中央部に向かって径が広がり、また上部へ向かって径が小さくなる形状であり、前記土壌切削用爪はこのらせん状羽根の下部から中央部にかけて設けられているものとすることもできる。前記土壌切削用爪が前記らせん状羽根の外周部に一定間隔で設けられていることが好ましく、特に前記土壌切削用爪同士の間隔が２００ｍｍ以上４００ｍｍ未満であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る土壌掘削工具の一例を示す正面図である。本発明に係る土壌掘削工具１は先端に先導管２を有し、この先導管２の先端部分には切削チップ３が設けられている。この切削チップ３により地盤を切削しながら、先導管２が地中に入っていく。先導管２に続いて軸体４が設けられ、その周囲にらせん状羽根５が設けられている。軸体４は中空となっているが、図１に示すようにらせん状羽根５が設けられている部分は、軸方向に沿って中央部が太く両端部が細くなるように構成されている。ここでは、図１に示すように円筒の両側に円錐を接続したような形状になっており、両端部から中央部へ向かって径が大きくなっている。そして、らせん状羽根５を含む全体の形状で見ても、両端部から中央部へ向かって全体として径が大きくなっている。図１に示す例においてらせん状羽根５の最大径は１０００ｍｍである。また、軸体４の長さは約８００ｍｍで、中央部分の約１６０ｍｍは一定の太さとなっており、上下の約３２０ｍｍの範囲において軸径は約１４０ｍｍから約４００ｍｍへと一定の割合で変化しており、そのテーパー角は２２°程度である。後述するように軸体４のテーパー角はらせん状羽根５が地中を進行する場合にスムーズに土砂を後方に送るため有用な機能を有するが、かかる機能を十分に発揮するためには２２°程度にするのが好ましい。らせん状羽根５は軸方向に１６０ｍｍ進むごとに一周するようなピッチになっており、軸体４の長さに沿って５周している。軸体４がテーパー状になっている範囲ではらせん状羽根５の外径は中央部に向かって一定の割合で大きくなっている。一方、軸体４の太さが一定である範囲では、らせん状羽根５の外径も一定となっている。本例においてはらせん状羽根５は外径が最大の状態で完全に一周しており、下側より見れば外形は完全な円形を形成しているため、掘り進めていくときに軸はぶれることなく真直ぐに進んでいく。
【００１０】軸体４は中空となっているが、内部には内管が設けられており、内管は注入剤噴射ノズル７（注入剤排出口）へつながっている。注入剤噴射ノズル７は軸体４の最も径が大きい位置において外へ向かって設けられている。軸体４と内管の間の隙間は圧縮空気の通路となり、先導管２の先端に設けられた空気噴出口８より圧縮空気が噴出できるようになっている。
【００１１】らせん状羽根６の上下面にはそれぞれ長方形の板状の爪６が複数取り付けられている。爪６は軸体４を中心とする円周に接する方向に、すなわち、爪６の板厚の方向が半径方向になるように設けられている。この方向で取付けることにより排泥の発生がより起こりにくくなる。図２はこの爪６の拡大斜視図である。爪６の長方形の形状のうち、一つの角が面取りされている。この面取りは、角を直線で切り落とすのでもよいし、丸みをつけるのでもよい。この面取りされた角は、らせん状羽根５の回転方向にあわせて向けられる。本例では、掘り進む際は正回転方向に回転するが、らせん状羽根５の上面に設けられた爪６ｂはこの回転方向に向いた側に面取りされた角を向けて取り付けられる。土壌掘削工具１を引き上げるときは、逆方向に回転するが、らせん状羽根５の下面に設けられた爪６ａはこのときの進行方向に向いた側に面取りされた角を向けて取り付ける。このように向けることにより、掘り進めるときはらせん状羽根５の下面に設けられた爪６ａが鋭く土壌にくい込みながら土壌を効果的に撹拌し、一方、上面に設けられた爪６ｂは切削・撹拌された土壌を滑らかに後方へ送り、こぶし程度の大きさの石が混ざっていても噛み込みにくくなっている。逆に、引き上げるときはらせん状羽根５の上面に設けられた爪６ｂが効果的に土壌を切削・撹拌し、下面に設けられた爪６ａが土壌を滑らかに後方へ送る。
【００１２】図６にらせん状羽根５上での爪６の配置例を示す。本例においてらせん状羽根５の最大径は１０００ｍｍであり、爪６は長さ６０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、厚さ９ｍｍで、１０ｍｍの面取りがなされている。爪は図６で見るように軸を中心とした回転角に従って一定の順序で設けられている。らせん状羽根５の外周付近に爪が６分の１周、すなわち６０°ごとに取付けられていて、また、同じ角度にあたる位置で軸体の近くにも１個の爪が取付けられる。そして、外周付近に爪がある角度から１２分の１周、すなわち３０°ずれた角度にも１個の爪が取付けられるが、この爪の半径方向の位置は先の２個の爪の中間付近となる。つまり、３０°ごとに１個の爪と２個の爪が交互に千鳥状に配置される。なお、らせん状羽根５の上端および下端の近くの幅の狭い部分においては１個の爪が続けて配置されてもよいが、その場合でも、半径方向の位置は交互に変えることが好ましい。らせん状羽根５の上面・下面とも同様の配置である。従って、らせん状羽根５の下端近くでは外周付近に配置された爪６と先導管部に設けられた切削チップ３によりほぼ円錐状の形状が形成され、ドリルのように効果的に土壌を切削し、さらに千鳥状に配置された爪により効果的に土壌を撹拌する。
【００１３】上述の爪６とは別に、土壌掘削工具１は、らせん状羽根５の外周に複数の土壌切削用爪９を有する。図３に土壌切削用爪９の例を示す。三角形状の平板をらせん状羽根５の外周に、その外周の接線方向に合わせて、溶接等により取付ける。掘り進める際にはらせん状羽根５の回転により、土壌切削用爪９は図３において左方向に進行する。三角形の下辺は進行方向側が低くなるように、すなわち、尖った角が進行方向の反対側を向くように取付けられる。この例の土壌切削用爪９は、切削チップを持たない簡易なものであるが、Ｎ値が３０を超える硬い土層、例えば土丹層等において十分な効果を有し、掘削に要する時間を短縮することができる。
【００１４】図４には、土壌切削用爪９の例を示す。この土壌切削用爪９は、主にＮ値が３０を超える硬い土層、例えば土丹層等において有効なものの例である。土壌切削用爪９は略長方形の爪本体１０と、この爪本体１０に設けられた切削チップ１１より構成されている。爪本体１０は略長方形であり、例えば、縦５０ｍｍ、横６０ｍｍ程度の大きさである。掘り進める際にはらせん状羽根５の回転により、土壌切削用爪９は図４において左方向に進行する。この進行方向の反対側、すなわち、図４において右下の角が切り取られている。角を直線で切り落とすのでもよいし、丸みをつけるのでもよい。上辺の全体に渡って面取りを行い、爪本体１０を五角形状に仕上げてもよい。
【００１５】爪本体１０の左下部分に切削チップ１１が先端が突き出すように設けられている。図４の例では、切削チップ１１が爪本体１０の下辺に設けられていて、切削チップ１１の先端は下方向でやや左向きに突き出している。この切削チップ１１は硬度の高い特殊鋼で作られていて、先端は尖った形状であり、根元の取り付け部分は爪本体１０に係合するように爪本体１０の厚さとほぼ同じ幅の溝が設けられている。爪本体１０にこの溝を係合させて、全周を銀ロー付けして固定している。
【００１６】図５には、さらに別の土壌切削用爪９の例を示す。これは、主に玉石が混じった土壌に適した例である。この例においては、切削チップ１１が爪本体１０の進行方向側の辺、すなわち、左辺上に設けられていて、切削チップ１１の先端は左方向でやや下向きに突き出している。また、右下の角の切り取りは図４の例よりも大きくなっている。このように構成することにより、土壌掘削工具１を回転させて掘り進める際に、土壌中の玉石を切削チップ１１で爪本体１０の左右にはじきながら掘削を行う。
【００１７】土壌切削用爪９は溶接等によりらせん状羽根５の外周に複数設けられるが、その数は施工場所の土質等により適宜選択できる。たとえば、らせん状羽根の先端に近い側に４個の土壌切削用爪９を９０度おきに設けることにより、掘削する能力は相当に向上する。図７、図８は、らせん状羽根５を下から見た底面図であるが、土壌切削用爪９の配置例を示している。図７、図８において爪６は図示を省略している。図７は最大径が１５００ｍｍのらせん状羽根の例であり、図８は最大径が１０００ｍｍのらせん状羽根の例である。ともに、らせん状羽根５の先端に近い側から始まって３００ｍｍ間隔で、らせん状羽根５の径が最大になる部分まで土壌切削用爪９が配置されている。らせん状羽根５の径が最大になる部分よりさらに上部には土壌切削用爪９は設けない。このように、らせん状羽根５の広い範囲に土壌切削用爪９を設ける場合には、土壌切削用爪９同士の間隔は角度が一定になるような配置ではなく、距離が一定になるような配置にすることが好ましい。そして、十分な掘削力を得るためには土壌切削用爪９同士の間隔を４００ｍｍ未満にすることが好ましいが、２００ｍｍ程度までにすれば多くの場合には十分であり、間隔を２００ｍｍ以上にすることがコストの面で有利である。
【００１８】図９に本発明の土壌掘削工具を使用した建設機械の一例を示す。作業台車１４は無限軌道１５を備えて自走可能であり、工事現場において装置全体を容易に移動させることができるものである。作業台車１４には上下動可能なアーム１６を介してリーダー１７が取り付けられている。リーダー１７はチャック１８を上下に移動可能に取り付けるスライド式の取り付け装置である。施工場所に作業台車１４を移動させたら、アーム１６の角度を調整してリーダー１７を垂直に立てる。チャック１８に最上段の中間ロッド１３を通し、チャック１８で中間ロッドをつかむ。最上段の中間ロッド１３の上にスィベル１２がつながれ、最下段の中間ロッドの下に土壌掘削工具１が接続される。チャック１８は油圧駆動により中間ロッド１３を正逆両方向に回転させることができる。すなわち、中間ロッド１３はチャック１８の回転を先端の土壌掘削工具１に伝達する駆動軸の働きをする。スィベル１２に注入剤ホース１９と空気ホース２０とが接続され、それぞれのホースは図示しないプラントのグラウトポンプとコンプレッサーにつながれる。スィベル９、中間ロッド１３および土壌掘削工具１は、それぞれ二重管構造であるが、空気および注入剤の通路がつながるよう接続される。
【００１９】土壌掘削工具１により掘り進めるときには、コンプレッサーで空気を送り土壌掘削工具１の先端より噴出するとともに、土壌掘削工具１のらせん状羽根５が下向きに進行するよう回転させる。ある程度掘り進めたら、中間ロッド１３を継ぎ足して、さらに深く掘り進める。らせん状羽根５の外周には土壌切削用爪９が設けられているので、進行方向の先端部付近に設けられた切削チップ１１により土壌が効果的に掘削される。らせん状羽根５の上面の爪６ａは進行方向側が切りかかれているので、石が混じっている土壌でも土砂を滑らかに後方へ送る。また、切削した土砂を滑らかに後方に送るために、らせん状羽根５の外周は先端から中央部に向かって径が広がり、また上部へ向かって径が小さくなる形状になっている。土壌掘削工具１では、前記軸体４でらせん状羽根５が取り付けられる部分は軸方向に沿って中央部が太く両端部が細くなる。そのため、中央部においてもらせん状羽根５および軸体４は強固であり、また掘り進みながらスムーズに土砂を後方に送るため、施工中に土壌掘削工具１が地中で破損しにくくなり、比較的硬い地盤や粘土質の場所でも施工ができる。
【００２０】最終深さまで掘り進めたら、チャック１８の回転方向を逆にして、らせん状羽根５が上向きに進行するよう回転させながら、土壌掘削工具１を引き上げる。この際、注入剤ホース１９より注入剤を導入し、土壌掘削工具１の注入剤排出口より注入剤を地中に注入する。引き上げ時にはらせん状羽根の上面の爪が土砂を撹拌する。らせん状羽根５の下面の爪６ｂは逆回転時における進行方向側が切りかかれているので、同様に土砂を滑らかに後方へ送る。そして、この建設機械においては、土砂の機械的撹拌と注入剤の噴出による土砂の撹拌が同時に行われ、切削された土砂と注入剤は効率的に混合される上、切削された土砂が排泥として地上に排出されることがない。引き上げるときは、掘り進めるときとは逆に、中間ロッドを順次取り外しながら作業を進める。所定の高さまで引き上げたら注入剤の注入を停止して、土壌掘削工具１を引き上げる。このようにして一つの穴の施工が完了したら、作業台車１４を次の位置に移動させ、同様の施工を繰り返す。
【００２１】施工においては、掘り進むときは中間ロッド２２を継ぎ足していき、引き上げるときは中間ロッド２２を取り外していくので、地上に出ている部分は常に低く抑えられており、転倒防止のための支持体を広げる必要もないので、施工が容易であるとともに、狭い場所や地盤が弱いところでも施工ができる。
【００２２】
【実施例１】本発明の土壌掘削工具をＮ値が３０を超える硬い土層、例えば土丹層等における地盤改良工事に適用した例である。従って、図４に示すように切削チップ１１が爪本体１０の下辺に設けられている土壌切削用爪９が使用される。本実施例においては、らせん状羽根の先端に近い側に４個の土壌切削用爪９を９０度おきに取付けた。
【００２３】図９に示す建設機械を使用する。注入剤としては高濃度のセメントミルクを用いる。本工法に使用するセメントミルクは改良体の強度を十分なものとするために通常の工法の場合よりセメントの比率を多くすることが好ましい。ここで、セメント量を多くすると注入剤の比重が大きくなりポンプでの吸引が悪くなりやすいので、芳香族スルホンと特殊変性リグニンを主成分とする減水剤を配合することが好ましい。この減水剤の配合によりセメントミルクが流れやすくなってポンプにより送りやすくなるとともに、改良体の強度が増す。この実施例の工法においては、切削された土砂はセメントミルクと混合され、改良体として地中杭を構成するので、地上に排泥として排出されない。
【００２４】本発明の土壌掘削工具１は切削用爪９を備えているので、従来の装置では施工に時間を要する硬い土層においても、短時間で掘削作業が行えた。例えば、らせん状羽根の外周に切削用爪が設けられていない従来の土壌掘削工具では１２分かかっていた掘削作業が５分程度で行えるようになった。このように高速で掘削を行っても装置の破損は発生せず、また、土壌は十分に撹拌することができる。
【００２５】
【実施例２】次に本発明の土壌掘削工具の別の実施例について説明する。本発明の土壌掘削工具を玉石混じりの土壌における地盤改良工事に適用した例である。従って、図５に示すように切削チップ１１が爪本体１０の進行方向側の辺に設けられている土壌切削用爪９が使用される。本実施例においては、図７、図８に示すように、らせん状羽根５の先端に近い側から始まって３００ｍｍ間隔で、らせん状羽根５の径が最大になる部分まで土壌切削用爪９が配置されている。らせん状羽根５の径が最大になる部分よりさらに上部には土壌切削用爪９は設けられない。爪本体１０の進行方向側の辺に設けられている切削チップ１１が玉石をはじきながら効果的に土壌を掘削するので、従来の土壌掘削装置では施工が困難であった玉石混じりの土壌での地盤改良工事を良好に行うことができた。また、掘削中でのらせん状羽根５の破損も発生しなかった。
【００２６】以上、注入材を注入しながららせん状羽根で土壌を注入材とともに撹拌・混合して地中杭を造成する地盤改良工事への適用例によって本発明の実施例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。地中で掘削する場合に一般的に本発明を適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明の土壌掘削装置によれば、Ｎ値が３０を超える硬い土層、例えば土丹層等や玉石混じりの土壌においても効果的に土壌の掘削作業が行える。また、掘削に要する時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る土壌掘削工具の断面である。
【図２】土壌掘削工具の爪の斜視図である。
【図３】土壌掘削工具の土壌切削用爪の例を示す正面図および側面図である。
【図４】土壌掘削工具の土壌切削用爪の別の例を示す正面図および左側面図である。
【図５】土壌掘削工具の土壌切削用爪の別の例を示す正面図である。
【図６】らせん状羽根上での爪の配置例を示す展開図である。
【図７】土壌切削用爪の配置例を示す底面図である。
【図８】土壌切削用爪の別の配置例を示す底面図である。
【図９】建設機械を示す正面図である。
【符号の説明】
１．土壌掘削工具
２．先導管
３．切削チップ
４．軸体
５．らせん状羽根
６．爪
７．注入剤排出口
８．空気噴出口
９．土壌切削用爪
１０．爪本体
１１．切削チップ
１２．スィベル
１３．中間ロッド
１４．作業台車
１５．無限軌道
１６．アーム
１７．リーダー
１８．チャック
１９．注入剤ホース
２０．空気ホース
【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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