(57)【要約】【課題】直線状や平板状の地盤改良を効率的にできる地盤改良装置を提供する。【解決手段】掘削軸１の下方に、下部掘削翼２を設けると共に、下部掘削翼２には、その先端から上に向って延びる側部掘削用縦翼１２を設けた。掘削軸１を回転、下動して下部掘削翼２で、側部掘削用縦翼１２の上端が地面から沈まない深さまで掘削した後で、掘削軸１を回転させながら、その掘削軸１を平面視、横方向に直線状に移動する。これにより、側部掘削用縦翼１２にて、平面視、下部掘削翼２の径Ｄを幅とする直線状の地盤改良ができる。この直線状の地盤改良を、間隔をあけないで平行状に実施すれば平板改良ができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する掘削軸の下端部近傍に、該掘削軸を回転して下動した際に地盤を掘削可能に形成された下部掘削翼を備えてなる地盤改良装置において、
前記下部掘削翼は、その先端から上に向って延びる側部掘削用縦翼を備えており、地盤中において前記掘削軸を回転させて横方向に移動した際に側方の地盤が掘削可能に形成されていることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
前記側部掘削用縦翼は、その上端から前記掘削軸側に横方向に延びる上部掘削用横翼を備えており、地盤中において前記掘削軸を回転させて上動した際に上方の地盤が掘削可能に形成されている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】
前記上部掘削用横翼は、その掘削軸寄り先端が前記掘削軸に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の地盤改良装置。
【請求項４】
請求項２に記載の地盤改良装置において、その掘削軸は、該掘削軸回りに回転又は停止可能の駆動手段に連結された外管内に内挿されていると共に、該外管の下端部は、前記下部掘削翼と前記上部掘削用横翼との上下間に存在し、該上下間における該外管の下端部寄り部位に、横方向に突出する突出部を備えており、該突出部は、前記掘削軸が回転されて該外管の回転が停止された際に、前記側部掘削用縦翼に干渉しない突出長さとされており、前記上部掘削用横翼の掘削軸寄り先端が前記外管に回転自在に嵌合されていることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項５】
前記側部掘削用縦翼が、前記掘削軸と略平行となるように延びていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良装置に関し、詳しくは、土木、建設の基礎工事などにおいて、地盤を掘削しながら石灰系やセメント系のスラリー状の固化剤（以下、単に固化剤ともいう）を吐出して、この固化剤と掘削土とを混合、攪拌して固結させることにより、地盤を固結、成形して改良するための地盤改良装置（掘削土の混合攪拌装置ともいわれる）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の地盤改良装置としては、回転する掘削軸の先端（下端）部近傍に掘削翼（下部掘削翼）を備えてなるものがある。このものは、その掘削翼の上方であって掘削軸の適所に、掘削軸の軸線方向から見て横方向に延びる、掘削翼より小径の攪拌翼が設けられているのが普通であり、掘削した掘削土を攪拌、混合するように構成されている。そして、掘削軸の例えば先端等には、スラリー状の固化剤を吐出する吐出口が設けられており、掘削過程で固化剤を掘削土中に吐出して、混合、攪拌し、その後で固化（硬化）させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の装置においては、平面視（上から見て）において移動せずに同一部位にある掘削軸を回転させ、それを下動することで掘削翼で地盤を掘削し、掘削土と固化剤とを混合、攪拌して、その部位を固化させることで柱状に地盤改良が行われる。このため、このような従来の装置で、例えば掘削径の寸法分の幅で、平面視、直線状（帯状）に地盤改良しようとする場合、或いは平面視における縦、横辺が掘削径の例えば５〜１０倍程度で方形に、地盤を平板状に改良しようとする場合には極めて施工効率が悪いと言った問題があった。
【０００４】
というのは、上記従来の装置においては、掘削軸を下動する場合においてのみ、掘削できるものであるため、掘削径を幅とし、平面視、直線状に所望とする長さにわたって地盤改良しようとする場合には、次のような工程となる。すなわち、地盤改良（以下、単に改良ともいう）の予定部位における出発位置において、掘削軸を回転させながら下動し、まず、第１回目の掘削及び固化剤との混合、攪拌を行う。なお、以下、掘削して掘削土及び固化剤との混合、攪拌を行うことを単に掘削ともいう。すなわち、掘削というときには、単に掘削するだけでなく、固化剤と掘削土とを混合、攪拌することを意味する場合もある。そして、第１回目の掘削部位から掘削軸を引き上げた後、次ぎに、第２回目の掘削を掘削軸を回転させながら下動することによって実施する。このとき、平面視、第１回目の掘削部位と第２回目の掘削部位とが一部重なるように、掘削軸を、直線状に一定距離（例えば掘削径の２／３程度）横方向に移動し、その移動した部位で掘削する。
【０００５】
そして、その掘削後は、掘削軸を引き上げ、同様にして掘削軸を一定距離移動して掘削を繰り返し、所定の範囲（距離）にわたって次々と掘削する。こうした掘削軸の回転下動、引き上げ、横方向への移動、そして回転下動、引き上げ、横方向への移動を繰り返すことで、平面視において概ね帯状になるように地盤改良を行っていた。ここで、概ね帯状というのは、平面視において、円が前後の掘削位置で一部重なった状態で地盤改良されるためである。すなわち、掘削軸を引き上げてから、次の部位で掘削軸を下動して掘削しなければならないため、施工の作業性が悪いといった問題があった。その上に、平面視において、前記の例でいえば、掘削径の１／３程度、掘削径（掘削部位）を重ねて掘削していたため掘削効率が悪いといった問題があった。このように、重ねて掘削するのは、改良部位を連続させるためである。
【０００６】
しかもこのような掘削部位の重なりは、単に掘削効率の低下にとまらず、既に一度掘削した部位と、掘削してない部位とに跨って掘削することによる、掘削抵抗のアンバランスを招くことになる。このため、このような掘削では、掘削軸が、掘削抵抗の少ない部位、つまり掘削済みの部位側（地盤側）に逃げようとするため、掘削軸を正しく鉛直に保持して下動しにくいといった問題もあった。しかも、先に改良された柱体に隣接して掘削することになるため、改良未攪拌土が、先に改良（掘削）したその改良済み柱体に混入するという不具合も起こす。さらに、掘削翼による掘削は、平面視円形になることから、上記のように掘削軸の位置をずらして掘削する場合には、平面視において、一定幅を地盤改良したことにはならない。
【０００７】
こうした問題は、平面視、直線状に地盤改良する場合に限られず、平板状に地盤改良する場合においても同様にある。すなわち、この場合には、前記した直線状の地盤改良を、その長手方向における平面視、一側の一部を重ねるようにして掘削することになるためである。
【０００８】
本発明は、従来の前記地盤改良装置における、こうした問題点に鑑みて案出したものであって、平面視における直線状の地盤改良や平板状の地盤改良を効率的にできる地盤改良装置を提供することをその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明の構成は、回転する掘削軸の下端部近傍に、該掘削軸を回転して下動した際に地盤を掘削可能に形成された下部掘削翼を備えてなる地盤改良装置において、
前記下部掘削翼は、その先端から上に向って延びる側部掘削用縦翼を備えており、地盤中において前記掘削軸を回転させて横方向に移動した際に側方の地盤が掘削可能に形成されていることを特徴とする地盤改良装置地盤改良装置である。
【００１０】
本発明では、側部掘削用縦翼を備えているため、まず、掘削軸を回転、下動して下部掘削翼で、側部掘削用縦翼の上端が地面から沈まない深さまで掘削して、混合、攪拌した後で、掘削軸を回転させながら、その掘削軸を平面視、横方向に直線状に移動する。こうすることで、平面視、下部掘削翼の径を幅とする直線状の地盤改良ができる。また、曲線状に移動すれば、下部掘削翼の径を幅とする曲線状の地盤改良ができる。さらに、平面視、このような線状の地盤改良を、間隔をあけないで平行状に実施すれば、平板改良ができる。このように本発明の装置によれば、側部掘削用縦翼があることから、従来のように、掘削軸を引き上げてから、次の部位で掘削軸を下動して掘削しないでもよく、掘削軸を回転させながらそれを横方向に移動すればよいため、施工効率及び施工性能が極めてよい。
【００１１】
そして、掘削軸を回転して下部掘削翼で縦に掘削する際、側部掘削用縦翼の深さ（高さ）以上に深く掘削して混合、攪拌した後、掘削軸を回転させながら、それを平面視、横方向に掘削径の１／２から掘削軸の半径を差し引いた範囲（以下、掘削径の１／２という）内で移動（以下、横移動という）する。こうすることで、その側部掘削用縦翼による掘削、混合、攪拌作用により地盤中の深い部位において拡径状に地盤改良ができる。続いて、掘削軸を自転させながら、掘削軸を平面視、掘削径の１／２以下の範囲で、最初に掘削した時の掘削軸の位置を中心として公転させることで、深部において同心状にて大径をなす縦断面凸形の地盤改良ができる。
【００１２】
請求項２記載の発明の構成は前記側部掘削用縦翼は、その上端から前記掘削軸側に横方向に延びる上部掘削用横翼を備えており、地盤中において前記掘削軸を回転させて上動した際に上方の地盤が掘削可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置である。
【００１３】
請求項２記載の発明の地盤改良装置によれば、請求項１に記載の地盤改良装置の作用効果に加えて次のような作用効果が得られる。つまり、このものでは、上部掘削用横翼があるため、縦に、つまり下部掘削翼で下向きに、側部掘削用縦翼の縦寸法より深く掘削した後において、掘削軸を回転させながら、それを平面視、横方向に掘削径の１／２から掘削軸の半径を差し引いた範囲（以下、掘削径の１／２という）内で横移動し、それから掘削軸を上動する。本装置においては、上部掘削用横翼があるため、このように上動することで、横移動した部位において地盤面まで、掘削、混合攪拌ができる。そして、横移動した部位において地盤面まで、掘削した後、掘削軸を回転させながら横方向に掘削径の１／２内で横移動し、さらに所定深さまで下動する。かくして、その後は、こうした工程を繰り返すことで、平面視、下部掘削翼の径を幅とする直線状の地盤改良が、深度のある深さにおいて効率的に実施できる。
【００１４】
なお、請求項２に記載の地盤改良装置において、前記上部掘削用横翼は、請求項３に記載のように、その掘削軸寄り先端が前記掘削軸に固定されているとよい。このように固定されていれば、上部掘削用横翼の強度アップが図られるためである。
【００１５】
そして、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の地盤改良装置において、その掘削軸は、該掘削軸回りに回転又は停止可能の駆動手段に連結された外管内に内挿されていると共に、該外管の下端部は、前記下部掘削翼と前記上部掘削用横翼との上下間に存在し、該上下間における該外管の下端部寄り部位に、横方向に突出する突出部を備えており、該突出部は、前記掘削軸が回転されて該外管の回転が停止された際に、前記側部掘削用縦翼に干渉しない突出長さとされており、前記上部掘削用横翼の掘削軸寄り先端が前記外管に回転自在に嵌合されていることを特徴とする地盤改良装置である。
【００１６】
このものでは、掘削軸を回転させて掘削する際に、前記外管を回転させない場合、或いは前記外管に掘削軸とは異なる回転を与える場合には、前記突出部があるため、掘削軸回りに共回りしようとする掘削土の回転を止める作用がある。したがって、効率的な混合、攪拌ができる。突出部の数は１又は複数とすることができる。そして、突出部は単純な形状であってもよいし、三次元的な混合、攪拌ができるものとしてもよい。
【００１７】
さらに、請求項１〜４のいずれか１項に記載の地盤改良装置においても、前記側部掘削用縦翼が、前記掘削軸と略平行となるように延びているとよい。このように側部掘削用縦翼が平行であれば、掘削軸を下動して、掘削、混合攪拌する際において、側部掘削用縦翼による掘削抵抗を低減できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る地盤改良装置の第１の実施形態について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態については、鉄鋼製の各構成部材を溶接などで結合することにより構成されている。図中、１０１は、地盤改良装置であって、１はその掘削軸（回転駆動軸）である。掘削軸１は、略円筒状（中空円柱状）をなし、図示しない移動車（例えばバックホウ）の屈曲自在のアーム１０５の先端に取付けられた掘削軸回転駆動用の油圧モーター（以下油圧モーターという）１０９の回転軸に連結され、掘削軸１を例えば鉛直に保持して、所望とする回転数で右又は左に回転したり、停止したり、その制御が自在にできるように構成されている。そして、掘削軸１を回転させながら、アーム１の駆動により、掘削軸１を上下動や、横方向など、任意方向に移動できるように構成されている。
【００１９】
掘削軸１の下端部近傍には、地盤を掘削する所定の径（長さ）Ｄ１をもつ下部掘削翼２が、溶接によりその掘削軸１に対してほぼ直角方向で突出状に設けられている。下部掘削翼２はその下縁に沿って掘削爪４が設けられている。なお、掘削軸１の先端部には、図示しないが、スラリー状の固化剤の吐き出し口が設けられており、固化剤が圧送源から掘削軸１の内側を通って掘削土中に吐出されるように構成されている。
【００２０】
このような掘削軸１における下部掘削翼２の両端には、掘削軸１と略平行で上向きに延びる側部掘削用縦翼１２が形成されている。そして、この側部掘削用縦翼１２の外側（掘削軸１と反対側）には掘削爪１４が設けられている。掘削爪１４は複数であり、一定間隔をおいて設けられている。なお、側部掘削用縦翼１２の上下高さの中間部位において、掘削軸１には、横方に突出状に攪拌翼６が固定されている。攪拌翼６の先端と側部掘削用縦翼１２の内側との間には若干の間隙が設けられている。しかし、このように間隔を設けることなく、両者を接合、固定してももちろんよい。
【００２１】
しかして、本形態の装置で平坦地を地盤改良する場合には次のようである。掘削軸１を鉛直に保持し、回転させて地盤面（地表）Ｇから地盤中に押し込む（下動する）。すると、一体となって回転する下部掘削翼２により、その長さＤを直径として円柱状に掘削される。このとき同時に回転する攪拌翼６にて、掘削土は混合攪拌される。このような本形態の装置において、例えば直線状に地盤改良する際には、円柱状の掘削を側部掘削用縦翼１２の上端１２ａより深くならない範囲の深さまで掘削し、固化剤を吐出しつつ混合攪拌し、その深さ位置に下部掘削翼２を保持する。
【００２２】
そして、掘削軸１を回転させた状態の下で、その掘削軸１を鉛直を保持したまま横に移動する。この移動は、移動車を移動することでもよいし、掘削軸１のみ移動するようにアーム１０５を制御することによってもよいし、両者の移動、制御によってもよい。このように横移動することで、側部掘削用縦翼１２にて横方向に地盤が掘削される。この掘削において、固化剤を吐出しながら、所定の位置まで、平面視、掘削軸１を移動することで、その移動範囲において、下部掘削翼２の径Ｄを幅として、直線状に地盤改良がなされる。かくして、本装置によれば、側部掘削用縦翼１２の高さ分以下の深さであれば、最初にその深さまで縦に掘削することで、以後は掘削軸１を平面視、横方向に直線的に移動するだけで、直線状の掘削ができるため、そのような地盤改良が効率的に行える。なお、側部掘削用縦翼１２の高さ（上下方向の長さ）は、一般的な地盤改良深さ以上に設定しておくとよい。なお、平板改良する場合には、このような直線状の掘削を間隔なしで平行して実施すればよい。
【００２３】
また、このような装置では、縦断面視、凸字形に地盤改良することもできる。すなわち、掘削軸１を回転、下動して下部掘削翼２で縦に、側部掘削用縦翼１２の深さ以上に深く掘進して、掘削、混合、攪拌する。その後で、掘削軸１を回転させながら、それを平面視、横方向に掘削径Ｄの１／２から掘削軸１の半径を差し引いた範囲（以下、掘削径の１／２という）内で横移動し、最初の円柱掘削における平面視、中心位置、つまり掘削軸１のあった位置の周りに、回転（自転）する掘削軸１を公転させるように移動する。こうすることで、その側部掘削用縦翼１２の掘削、混合、攪拌作用により、深部において拡径状をなす縦断面視、凸字形の地盤改良をすることができる。
【００２４】
さて次ぎに、図３及び図４を参照して、地盤改良装置の第２の実施形態について詳細に説明する。ただし、この地盤改良装置２０１は、前記形態に対し、その側部掘削用縦翼１２の上端１２ａから、掘削軸１に向けて水平方向に延びる上部掘削用横翼２２が設けられている点のみが相違するだけであるので、相違点のみ説明し、同一部位には同一の符号を付してその説明を省略する。すなわち、本形態では、側部掘削用縦翼１２の上端１２ａから掘削軸１に向けて上部掘削用横翼２２が延びており、その上部掘削用横翼２２の先端は、掘削軸１と離れていてもよいが、本例では強度保持のために掘削軸１と固定されている。そして、上部掘削用横翼２２には、その外側つまり上縁に沿って掘削爪２４が設けられている。
【００２５】
本形態の装置では、上部掘削用横翼２２があるため、縦に、側部掘削用縦翼１２の縦寸法（高さ）より深く掘削して混合攪拌した後において、掘削軸１を回転させながら、それを平面視、横方向に掘削径Ｄの１／２から掘削軸１の半径を差し引いた範囲（以下、掘削径の１／２という）内で横移動し、それから掘削軸１を上動することで、横移動した部位において地盤面まで、掘削、混合攪拌ができる。そして、次ぎに、掘削軸１を回転させながらそれを横方向に例えば掘削径分、移動し、その位置において、前の深度分、縦に下動して側部掘削用縦翼１２の縦寸法より深く掘削する。かくして、その後は、こうした工程を繰り返すことで、平面視、下部掘削翼２の径を幅とする直線状の地盤改良が、深度のある深さにおいて効率的に実施できる。すなわち、本形態では、掘削軸１を上動する場合でも、上部掘削用横翼２２によって掘削できるため、極めて効率的な掘削ができる。
【００２６】
さて次ぎに、図５及び図６を参照して、請求項４に記載の地盤改良装置３０１の実施形態（第３の実施形態）について説明する。ただし、この地盤改良装置３０１は、前記形態に対し、掘削軸１が、該掘削軸１回りに回転（正転、又は逆転）又は停止可能の外管３１内に内挿されており、その外管３１の下端部寄り部位に、横方向に突出する突出部４１が固定されている点が相違するだけであるので、相違点を中心に説明し、同一部位には同一の符号を付して適宜その説明を省略する。すなわち、本形態では、その下部掘削翼２は掘削軸１の先端に横向きに延びており、側部掘削用縦翼１２は下部掘削翼２の先端において上向きに掘削軸１と略平行に延びている。そして、側部掘削用縦翼１２の上端１２ａから掘削軸１及び外管３１に向けて水平に上部掘削用横翼２２が延びている。上部掘削用横翼２２の先端は、外管３１に回転自在に外嵌されたリング３２に固定されている。側部掘削用縦翼１２の外側と上部掘削用横翼２２の上縁には、前記形態と同様に掘削爪１４、２４が設けられている。
【００２７】
一方、外管３１の下端部は、下部掘削翼２と上部掘削用横翼２２との上下の中間位置に存在するように構成されている。そして、外管３１の下端部寄り部位であって、下部掘削翼２と上部掘削用横翼２２との上下の中間位置には横方向に突出する突出部４１が外管３１に固定されている。この突出部４１は、掘削軸１が回転され、外管３１の回転が停止された際に側部掘削用縦翼１２に干渉しない突出長さの帯板とされ、掘削土の共回り防止作用をなすように構成されている。なお、外管３１の上端は、これを駆動軸１とは別に回転、停止の制御ができるように、図示しない回転駆動源に連結されている。
【００２８】
しかして、このような地盤改良装置３０１による場合いには、外管３１を停止させたままで、或いは、掘削軸１と逆方向に回転させながら、掘削軸１を回転させて掘削する際には、外管３１に固定された突出部４１があるため、掘削軸１回りに共回りしようとする掘削土があっても、その共回りは、突出部４１によって止められる。したがって、掘削土と固化剤との均質な混合撹拌が得られるとともに、効率的な混合、攪拌ができる。なお、突出部４１の数は１又は複数とすることができるし、上部掘削用横翼２２より上にも設けてよい。
【００２９】
上記においては、下部掘削翼２を上から見て両側に延びる直線状のものとしたが、これに代えて、平面視、掘削軸１を中心として交差する＋状のものとしてもよい。その場合、側部掘削用縦翼は、各下部掘削翼の各先端において上向きに延ばす形で設けてもよいが、そのうちの対向する端部にのみ設けてもよいなど、適宜に設定すればよい。そして、上部掘削用横翼についても、全側部掘削用縦翼の上端に設けてもよいし、そのうちの対向する側部掘削用縦翼にのみ設けてもよいなど、適宜に設定すればよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、下部掘削翼に加えて、側部掘削用縦翼を設けたため、側部掘削用縦翼の上端が地盤中に沈み込まない深さまで掘削して、混合、攪拌した後で、掘削軸を回転させながら、それを平面視、横方向に直線状に移動することで、平面視、下部掘削翼の径を幅とする直線状の地盤改良ができる。また、平面視、このような線状の地盤改良を、間隔をあけないで平行状に実施すれば、平板改良ができる。このように本発明の装置によれば、側部掘削用縦翼があることから、従来のように掘削軸を引き上げてから、次の部位で掘削軸を下動して掘削するといった面倒な作業手順によらないで、掘削軸を回転させながらそれを横方向に移動することで平面視、直線状の地盤改良ができる。したがって、施工効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線平面図。
【図３】本発明の第２実施形態の正面図。
【図４】図３の平面図。
【図５】本発明の第３実施形態の正面図。
【図６】図５の平面図。
【符号の説明】
１　掘削軸
２　下部掘削翼
４、１４、２４　掘削爪
１２　側部掘削用縦翼
２２　上部掘削用横翼
３１　外管
４１　突出部
１０１、２０１、３０１　地盤改良装置
【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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