(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中で回転する回転軸と、
前記回転軸の下端部に突設され土砂を掘削する掘削翼と、
前記回転軸において前記掘削翼よりも所定距離だけ上方に設けられ、前記回転軸を周回し前記回転軸に対して遊嵌されるボス部を有し、先端部が地山に接触する共回り防止翼と、
前記共回り防止翼よりも上方において前記回転軸に設けられる撹拌翼と、
前記共回り防止翼よりも上方において前記回転軸に設けられ、かつ前記掘削翼の進行方向とは逆向きに前記土砂を運搬するスクリュー本体と、
前記回転軸に対して回転自在に支持され、かつ前記スクリュー本体を包囲する案内筒と、
前記案内筒から外向きに突出し、前記地山に接触する回り止め板とを有することを特徴とする掘削撹拌装置。
【請求項２】
前記回転軸の直径をＤ１とし、前記スクリューの外径をＤ２とし、前記案内筒の内径をＤ３とし、前記案内筒の外径をＤ４とし、前記掘削翼の外径をＤ５とし、前記共回り防止翼の外径をＤ６とし、前記回り止め板の外径をＤ７とすると、Ｄ６＞Ｄ５＞Ｄ４＞Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１及びＤ７＞Ｄ５を満たす請求項１記載の掘削撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深層混合処理工法などの地盤改良工法に使用される掘削撹拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良工法では、地中で固化材ミルクを加えながら、土を混練するので、混練土は一般に膨張する。逆に、混練土の膨張は、固化材ミルクを注入するための必要条件でもある。改良体の品質を向上させるには、固化材ミルクを吐出しながら撹拌翼を下降させ、撹拌翼の上昇時だけでなく下降時にも撹拌効果を発揮することが望ましい。
【０００３】
地中では、混練土に、土被り圧、側圧等の拘束圧が作用しており、深度が大きくなると、拘束圧が非常に高くなることがある。
【０００４】
拘束圧が高くなると、混練土に固化材ミルクが入る余地がなくなり、本来、混練土に入るべき固化材ミルクが、行き場を失って、例えば回転軸付近に沿って上昇し地上にリークする場合もある。このようになると、改良体内の固化材ミルクの濃度が低下して、改良体の品質が著しく損なわれることになる。
【０００５】
特許文献１（特開２０１３−１６７１３９号公報）、特許文献２（特開平１０−２１２７２４号公報）及び特許文献３（特開２０００−２１２９５０号公報）に記載の技術は、本発明に似ているかのように見えるが、撹拌翼が下降する工程では固化材ミルクが吐出しないことが前提となっており、スクリューは固化材ミルクを含まない土砂を排出するものである。このようにすると、撹拌効果が不足して改良体の品質向上が困難となる。一方、本発明のように固化材ミルクを吐出しながら撹拌翼を下降させる技術によると、撹拌翼の上昇時だけでなく下降時にも撹拌効果を発揮して品質を向上できる一方、高い拘束圧の下、固化材ミルクの注入が困難となりやすい。
【特許文献１】特開２０１３−１６７１３９号公報
【特許文献２】特開平１０−２１２７２４号公報
【特許文献３】特開２０００−２１２９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、混練土に作用する拘束圧が上昇しても、固化材ミルクを混練土に注入しやすくできる掘削撹拌装置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】
【０００７】
第１の発明に係る掘削撹拌装置は、地中で回転する回転軸と、回転軸の下端部に突設され土砂を掘削する掘削翼と、回転軸において掘削翼よりも所定距離だけ上方に設けられ、回転軸を周回し回転軸に対して遊嵌されるボス部を有し、先端部が地山に接触する共回り防止翼と、共回り防止翼よりも上方において回転軸に設けられる撹拌翼と、共回り防止翼よりも上方において回転軸に設けられ、かつ掘削翼の進行方向とは逆向きに土砂を運搬するスクリュー本体と、回転軸に対して回転自在に支持され、かつスクリュー本体を包囲する案内筒と、案内筒から外向きに突出し、地山に接触する回り止め板とを有する。
【０００８】
望ましくは、回転軸の直径をＤ１とし、スクリューの外径をＤ２とし、案内筒の内径をＤ３とし、案内筒の外径をＤ４とし、掘削翼の外径をＤ５とし、共回り防止翼の外径をＤ６とし、回り止め板の外径をＤ７とすると、Ｄ６＞Ｄ５＞Ｄ４＞Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１及びＤ７＞Ｄ５を満たすようにする。
【０００９】
この構成において、回転軸が回転すると、掘削翼及びスクリュー本体は回転するが、共回り防止翼と回り止め板（即ち、案内筒）とは、先端部が地山に接触しているため、ほとんど回転しない。特に、殆ど静止している案内筒の内部をスクリュー本体が回転することにより、スクリュー本体と案内筒との間に存在する土砂に十分な摩擦力が作用して土砂を容易に運搬できる状態となる。
【００１０】
掘削翼が地中を下向きに掘り進む場合、スクリュー本体と案内筒との間に存在する土砂であり固化材ミルクを含むものは、スクリュー本体により、逆方向（上向き）に運搬される。その結果、掘削翼が掘削する混練土の上部（固化材ミルクを含む）が、掘削翼の進行方向とは逆方向（上向き）に持ち上げられることとなり、混練土に作用する拘束圧が緩和される。即ち、実質的な拘束圧が低くなり、混練土に固化材ミルクをスムーズに注入できる。したがって、固化材ミルクが、行き場を失って上昇し地上にリークするような事態を回避することができる。要するに、改良体内の固化材ミルクの量を所望の程度に維持して、改良体の品質を高く保持することができる。
【００１１】
逆に、掘削翼が地中を上向きに移動する場合、スクリュー本体と案内筒との間に存在する土砂は、スクリュー本体により、逆方向（下向き）に運搬されることとなり、土砂は改良体内に埋め戻されることになり、改良体内の密度を向上することができる。この点でも、改良体の品質を改善することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、掘削翼が掘削する混練土に作用する拘束圧が高い場合であっても、スクリュー本体が掘削翼の進行方向とは逆向きに固化材ミルクを含む土砂を運搬するため、拘束圧を緩和して、固化材ミルクのリークを回避し、改良体の品質を高く保持できる。しかも、スクリュー本体は、地中でほとんど静止している案内筒で包囲されているため、案内筒とスクリュー本体とに挟まれる土砂を確実に、拘束圧を低減する向きに運搬できる。
【００１３】
また、掘削翼を地中から地上へ上昇させる際にも、スクリュー本体による土砂の埋め戻し効果が奏され、改良体の品質を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の実施の形態１における地盤改良機の動作説明図である。
【００１５】
まず、図１（ａ）に示すように、地面Ｇ上を走行するベースマシン１のリーダ２を起立させ、オーガモータ３がリーダ２の上方に位置する状態で、掘削撹拌装置４の上端部をオーガモータ３に接続する。そして、掘削撹拌装置４の下端部を地面Ｇと接触させる。
【００１６】
次に、地面Ｇより空堀深さＨ１までは単純に土砂を掘り、空堀深さＨ１に達したら、固化材ミルクの注入を開始し、さらに掘削を進める。
【００１７】
図１（ｃ）に示すように、固化材ミルクの注入を継続しつつ、改良体高さＨ２と空堀深さＨ１の和に達するまで、掘削を継続する。ここで、深度が深くなったり、土壌の密度が高くなるなどすると、拘束圧が高まるが、後述する改良を加えてあるため、拘束圧が高くなってもこれを低減し、固化材ミルクをスムーズに混練土に注入できるようになっている。
【００１８】
そして、上記和まで深さが到達すると、改良体高さＨ２の改良体５が形成されたことになる。その後、オーガモータ３を逆転させつつ、掘削撹拌装置４を回転させつつ上昇させ、更に混練を進め、図１（ｃ）に示すように、掘削撹拌装置４を地面Ｇ上まで引き上げる。以上のような操作により、地中に改良体高さＨ２の改良体５が造成される。
【００１９】
以下図２から図４を参照しながら、掘削撹拌装置４について説明する。図２は、本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の側面図、図３（ａ）、図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の分解説明図、図４は、本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の一部分解説明図である。
【００２０】
この掘削撹拌装置４は、図４に示すように、連結継ぎ手７ａを取り外すと、上方のスクリュー部８と、下方の撹拌ヘッド７とに分割できるが、これは一例に過ぎず、一体的に構成しても良い。
【００２１】
まず、スクリュー部８について説明する。回転軸６は、その上端部が、オーガモータ３に連結され、地中で正転又は逆転して回転する。回転軸６には、掘削翼１０の進行方向とは逆向きに土砂を運搬するスクリュー本体１６が形成されている。スクリュー本体１６のピッチあるいは巻き数などは種々変更可能であり、図示したものに限定されるわけではない。スクリュー本体１６の周囲には、回転軸６に対して回転自在に支持され、かつスクリュー本体１６を包囲する案内筒１８が設けられる。
【００２２】
さらに、案内筒１８の側面から外向きに突出し、改良体５の外径線を越えて地山に接触する回り止め板２０が設けられる。回り止め板２０の先端部が地山に接触しているため、回転軸６が盛んに回転しても、案内筒１８は、地山に動きを妨げられ、地中で殆ど静止したままの状態となる。いわば、回り止め板２０と案内筒１８とは、共回り防止翼１４と殆ど同じ振る舞いをすることになる。
【００２３】
一方、スクリュー本体１６は、回転軸６の回転と一体的に案内筒１８内で回転する。しかも、掘削翼１０の進行方向と、スクリュー本体１６の土砂の運搬方向が逆になっているため、掘削翼１０が正転しつつ下降しているときは、スクリュー本体１６及び案内筒１８の間に拘束された土砂は、上向きに運搬されることになる。逆に、掘削翼１０が逆転しつつ上昇しているときは、スクリュー本体１６及び案内筒１８の間に拘束された土砂は、下向きに埋め戻されることになる。
【００２４】
なお、図３に示すように、回転軸６の上下方向に離れた２つの位置には、それぞれ回転軸６に遊嵌されるボス部１３’が設けられ、各ボス部１３’から外向きに延びる連結アーム１７の先端部に、案内筒１８の上下に設けられたコネクタ１９が接続されることにより、案内筒１８は、回転軸６に対して回転自在に支持される。
【００２５】
次に、撹拌ヘッド７について説明する。撹拌ヘッド７の中心は、回転軸６と同径で、連結継ぎ手７ａにより回転軸６の下端部に、同軸的に接続される軸体７ｂである。軸体７ｂの下端部には、コーン部９が設けられ、コーン部９のやや上方の位置において軸体７ｂから水平な掘削翼１０が円周方向に延びている。
【００２６】
掘削翼１０の下側には、爪１０ａが設けられ、掘削翼１０は掘削撹拌装置４の最下端部で地中を掘削する。図５に平面視で示すように、掘削翼１０の外径Ｄ５は、改良体５の外径そのものとなる。
【００２７】
撹拌翼１０よりも所定距離だけ上方には、軸体７ｂを周回し軸体７ｂに対して遊嵌されるボス部１３を有し、先端部が地山に接触する共回り防止翼１４が設けられる。なお、ボス部１３は、上フランジ１２及び下フランジ１１に挟まれており、回転軸６及び軸体７ｂと上下方向に一体となる。また、共回り防止翼１４より上方には、必要な枚数の撹拌翼１５が設けられる。
【００２８】
上述したように、スクリュー部８の案内筒２０から外向きに延出する回り止め板２０の外径Ｄ７及び共回り防止翼１４の外径Ｄ６は、掘削翼１０の外径Ｄ５よりも大きく、改良体５よりも外に張り出して地山に接触する。
【００２９】
図２に示すように、案内筒１８の内径Ｄ３及び外径Ｄ４はいずれも掘削翼１０の外径Ｄ５よりも小さい。さらに、スクリュー本体１６の外径Ｄ２は、案内筒１８の内径Ｄ３よりも小さく、当然のことながら、回転軸６の外径Ｄ１は、スクリュー本体１６の外径Ｄ２よりも小さい。
【００３０】
以上をまとめると、Ｄ６＞Ｄ５＞Ｄ４＞Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１及びＤ７＞Ｄ５という条件が満たされる。なお、一般には、共回り防止翼１４の外径Ｄ６と回り止め板２０の外径Ｄ７は、等しくできるが、地山に触れさえすれば十分であるから、これらの外径Ｄ６、Ｄ７が相違する場合も本願発明の保護範囲に含まれる。
【００３１】
以上のように構成すれば、地中内において図６に示す現象を発生させることができる。ここで、図６は、本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の動作説明図である。
【００３２】
まず、図６（ａ）に示すように、回転軸６を正転させ、掘削翼１０を回転させながら下降させる場合、地中で矢印に示すような土砂の流動を発生させることができる。即ち、掘削翼１０が下降する際、案内筒１８内のスクリュー本体１６は、案内筒１８内の土砂を上向きに運搬する。したがって、掘削翼１０が混練する混練土に作用する拘束圧が緩和され、掘削翼１０から固化材ミルクをスムーズに混練土へ注入できる。
【００３３】
このようにすると、上下方向に異なる土質の、複数の地層が存在する場合、改良土が複数の地層をまたがって上下方向に移動することとなり、上下方向においても混練効果が奏されることとなる。その結果、上下方向についても改良体の強度を均一化できることとなり、実用的効果が高い。付言すると、かかる上下方向についての改良体の混練効果は、従来技術のいずれを用いても実現することが極めて困難であった。
【００３４】
一方、図６（ｂ）に示すように、回転軸６を逆転させ、掘削翼１０を回転させながら上昇させる場合、地中で矢印に示すような土砂の流動を発生させることができる。即ち、掘削翼１０が上昇する際、案内筒１８内のスクリュー本体１６は、案内筒１８内の土砂を下向きに運搬する。したがって、既に形成されている改良体５にさらに土砂を押し戻すことができ、改良体５の密度を向上させることができる。
【００３５】
以上のように、拘束圧の対策をとることにより、造成される改良体５の品質を格段に向上することができる。案内筒１８の側面は、単なる板材で構成することを基本とするが、所望の孔を開けるなど円周方向に土砂の出入りを許可しても良い。また、案内筒１８の中に入りきれない異物（例えば、石など）があるときは、案内筒１８を取り外して地盤改良を行っても良い。
【００３６】
案内筒１８の長さを最大深度に対して長めに設定し、掘削翼１０が最大深度に達しても、案内筒１８の上端部が、地面Ｇよりも上方に位置するようにしてもよい。こうすると、案内筒１８に作用する抵抗が小さくなり、案内筒１８の引き上げが容易になって好適である。一方、このようにすると、案内筒１８に取り込まれた混練土が地上に排出され得ることになる。地上への混練土の過剰な排出を抑制するため、案内筒１８の強度を維持できる範囲で、案内筒１８の側面に孔を開けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る掘削撹拌装置は、例えば、地盤改良等を行う分野において好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における地盤改良機の動作説明図  （ｂ）本発明の実施の形態１における地盤改良機の動作説明図  （ｃ）本発明の実施の形態１における地盤改良機の動作説明図
【図２】本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の側面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置（回転軸側）の分解説明図  （ｂ）本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置（案内筒側）の分解説明図
【図４】本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の一部分解説明図
【図５】本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の直径大小関係を示す平面図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置（下降時）の動作説明図  （ｂ）本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置（上昇時）の動作説明図
【符号の説明】
【００３９】
１  ベースマシン
２  リーダ
３  オーガモータ
４  掘削撹拌装置
５  改良体
６  回転軸
７  撹拌ヘッド
７ａ  連結継手
８  スクリュー部
９  コーン部
１０  掘削翼
１０ａ  爪
１１  下フランジ
１２  上フランジ
１３、１３’  ボス部
１４  共回り防止翼
１５  撹拌翼
１６  スクリュー本体
１７  連結アーム
１８  案内筒
１９  コネクタ
２０  回り止め板
Ｇ  地面
Ｈ１  空堀深さ
Ｈ２  改良体高さ
【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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