(57)【要約】  【課題】共回りを防止し掘削土砂と固化材とを効果的に撹拌すること、及び撹拌ロッドの垂直精度の向上を図るとともに、撹拌ロッドの貫入抵抗及び引抜き抵抗を低減する。  【解決手段】機械撹拌式地盤改良装置１は、前記撹拌ロッドＲは外軸ＲＯと中軸Ｒｉとからなる二重管構造とされ、前記撹拌翼２は前記外軸ＲＯに設けられ、該外軸ＲＯと共に正方向に回転する外側撹拌翼３と、この外側撹拌翼３の内部側において前記中軸Ｒｉに設けられ、該中軸Ｒｉと共に逆方向に回転する内側撹拌翼４とから構成され、前記外側撹拌翼３は、外軸から外方に延びる放射フレーム翼部３Ａと、この放射フレーム翼部３Ａの先端から下方向に延在する垂下フレーム翼部３Ｂとからなるフレーム翼が周方向に複数本設けられるとともに、前記垂下フレーム翼部３Ｂの下端部に掘削ガイドリング５が支持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に撹拌翼を備えた撹拌ロッドを軸芯回りに回転させながら地盤中に貫入及び／又は引抜きする過程で、吐出される固化材と原位置土とを撹拌混合する機械撹拌式地盤改良装置において、
前記撹拌ロッドは外軸と中軸とからなる二重管構造とされ、前記撹拌翼は、前記外軸に設けられ該外軸と共に正方向に回転する外側撹拌翼と、この外側撹拌翼の内部側において前記中軸に設けられ該中軸と共に逆方向に回転する内側撹拌翼とから構成され、
前記外側撹拌翼は、外軸から外方に延びる放射フレーム翼部と、この放射フレーム翼部から下方向に延在する垂下フレーム翼部とからなるフレーム翼が周方向に複数本設けられるとともに、前記垂下フレーム翼部の下端部に掘削ガイドリングが支持されていることを特徴とする機械撹拌式地盤改良装置。
【請求項２】
前記外側撹拌翼の放射フレーム翼部は、断面形状が扁平状とされ、かつ回転方向に対し傾斜させてある請求項１記載の機械撹拌式地盤改良装置。
【請求項３】
前記外側撹拌翼の垂下フレーム翼部には撹拌ロッド側に向けた水平翼が設けられるとともに、前記内側撹拌翼は前記外側撹拌翼の水平翼と上下位置を異ならせて配置された水平翼とされ、これら水平翼は断面形状が扁平状とされ、かつ回転方向に対し傾斜させてある請求項１〜２いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置。
【請求項４】
前記掘削ガイドリングの外径は、前記外側撹拌翼の垂下フレーム翼部の外径よりも小さくしてある請求項１〜３いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置。
【請求項５】
前記掘削ガイドリングの内部において、前記中軸に対して前記掘削ガイドリングの内周面に近接若しくはほぼ摺接する程度の外径を有する掘削翼を設けてある請求項１〜４いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置。
【請求項６】
前記撹拌翼の上部側において、撹拌ロッドの外周面に撹拌ロッドの引抜き時に、引抜き抵抗を減少させるためのスクリュー羽根を設けてある請求項１〜５いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置。
【請求項７】
前記固化材の吐出口は撹拌ロッドの先端部に設けられた第１吐出口と、前記撹拌翼の上部側位置と下部側位置とで任意に切換可能とした第２吐出口とを備える請求項１〜６いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントスラリーなどの固化材を掘削土砂と原位置で撹拌混合し、地盤中に地盤改良体を造成するための機械撹拌式地盤改良装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、護岸、防波堤、下線堤防、道路及び土地造成などの地盤改良工法として古くから深層混合処理工法が多用されている。この工法は、基本的には図６に示されるように、先端部に撹拌翼５１，５１を備えた攪拌機５２よりなる前記撹拌ロッド５０を軸芯回りに回転させながら地中に貫入し、先端部より吐出されたセメントスラリーなどの固化材を土砂と原位置で撹拌混合することにより両者の化学的硬化作用によって地盤中に地盤改良体を造成するものである。
【０００３】
近年は、前記深層混合処理機の撹拌翼構造についても種々の改良が加えられたものが多く提案されている。例えば、それらの改良技術の一つとして、掘削土砂及び固化材が撹拌翼と共に共回りするのを防止するために反転する２種類の撹拌翼を内外に設けたものが提案されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１においては、回転軸を、相互に逆方向に回転する外軸及び中軸の二重軸に構成し、内外軸下端部にそれぞれ半円弧状の大小撹拌翼体を連設するとともに、該大小の撹拌翼体は小撹拌翼体を大撹拌翼体の内側に位置せしめ、互いに内外側で反対方向に回転するように構成した地盤改良装置の撹拌翼構造が提案されている。
【０００５】
下記特許文献２においては、中空シャフトの下端に設けた地中ミキサーのドラムケーシング外面にスクリュー体を一体的に形成し、該スクリュー体のピッチ間に窓を形成し、同心的に挿通する中空シャフトのパイプとドラムケーシング間に一方の正転用撹拌翼を設けるとともに、インナーパイプから他の逆転する撹拌翼を設けた地盤改良装置が提案されている。
【０００６】
さらに、下記特許文献３においては、外軸に連設した弧状の外翼と、弧状の外翼内に位置しかつ中軸に連設した中翼とにより上撹拌翼部を形成するとともに、上撹拌翼部の下方において、中軸に連設した弧状の外翼と、弧状の外翼位置に位置しかつ上撹拌翼部の外翼に撹拌翼体取付部を介して連結した中翼とにより下撹拌翼部を形成し、更にその下方において中軸下端に掘削刃部を連設し、外軸と中軸とを相互に逆方向に回転せしめるようにした地盤改良装置が提案されている。
【特許文献１】特開平３−６３３１２号公報
【特許文献２】特開平６−３４１１３８号公報
【特許文献３】特開平８−１０９６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に示されるように、小撹拌翼体（内翼）を大撹拌翼体（外翼）の内側に位置せしめ、互いに内外側で反対方向に回転すべく構成することにより、撹拌土と回転軸とが一体で回転してしまう共回りを完全に防止できるため、高品質の地盤改良体を造成する上で大きく寄与するものとなるが、地盤改良体は孔曲りを無くして垂直軸に沿って精度良く造成する必要があるところ、外翼と内翼との回転抵抗の差などの要因によって垂直精度を十分に確保し得ないこともあった。
【０００８】
また、前記特許文献２に示される地盤改良装置の場合には、中空シャフトの下端にドラムケーシングを備えるため、これが地盤貫入時の貫入ガイドとなるため、比較的垂直精度を確保し易いものとなる。しかしながら、ドラムケーシングと地盤との周面摩擦抵抗が大きく、貫入／引抜きが困難となることがあるなどの問題があった。同文献では前記周面摩擦抵抗を低減するため、ドラムケーシングの外面にスクリューを形成することにより、所謂ネジ作用によって貫入できるようにしているが、周面摩擦抵抗自体は依然として低減できていない。
【０００９】
さらに、上記特許文献３に示される地盤改良装置は、上下２段で形成した撹拌翼部において、外翼と中翼とが夫々正逆方向に回転するとともに、上撹拌翼部と下撹拌翼部とで外翼と中翼との回転方向を逆転させることにより、共回りを防止するとともに、掘削土砂と固化材とを剪断撹拌するようにしたものであるが、構造が複雑である、製作コストが嵩むなどの問題があった。
【００１０】
そこで本発明の主たる課題は、共回りを防止し掘削土砂と固化材とを効果的に撹拌すること、及び撹拌ロッドの垂直精度を向上させるとともに、撹拌ロッドの貫入抵抗及び引抜き抵抗を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、先端部に撹拌翼を備えた撹拌ロッドを軸芯回りに回転させながら地盤中に貫入及び／又は引抜きする過程で、吐出される固化材と原位置土とを撹拌混合する機械撹拌式地盤改良装置において、
前記撹拌ロッドは外軸と中軸とからなる二重管構造とされ、前記撹拌翼は、前記外軸に設けられ該外軸と共に正方向に回転する外側撹拌翼と、この外側撹拌翼の内部側において前記中軸に設けられ該中軸と共に逆方向に回転する内側撹拌翼とから構成され、
前記外側撹拌翼は、外軸から外方に延びる放射フレーム翼部と、この放射フレーム翼部から下方向に延在する垂下フレーム翼部とからなるフレーム翼が周方向に複数本設けられるとともに、前記垂下フレーム翼部の下端部に掘削ガイドリングが支持されていることを特徴とする機械撹拌式地盤改良装置が提供される。
【００１２】
請求項２に係る本発明として、前記外側撹拌翼の放射フレーム翼部は、断面形状が扁平状とされ、かつ回転方向に対し傾斜させてある請求項１記載の機械撹拌式地盤改良装置が提供される。
【００１３】
請求項３に係る本発明として、前記外側撹拌翼の垂下フレーム翼部には撹拌ロッド側に向けた水平翼が設けられるとともに、前記内側撹拌翼は前記外側撹拌翼の水平翼と上下位置を異ならせて配置された水平翼とされ、これら水平翼は断面形状が扁平状とされ、かつ回転方向に対し傾斜させてある請求項１〜２いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置が提供される。
【００１４】
請求項４に係る本発明として、前記掘削ガイドリングの外径は、前記外側撹拌翼の垂下フレーム翼部の外径よりも小さくしてある請求項１〜３いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置が提供される。
【００１５】
請求項５に係る本発明として、前記掘削ガイドリングの内部において、前記中軸に対して前記掘削ガイドリングの内周面に近接若しくはほぼ摺接する程度の外径を有する掘削翼を設けてある請求項１〜４いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置が提供される。
【００１６】
請求項６に係る本発明として、前記撹拌翼の上部側において、撹拌ロッドの外周面に撹拌ロッドの引抜き時に、引抜き抵抗を減少させるためのスクリュー羽根を設けてある請求項１〜５いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置が提供される。
【００１７】
請求項７に係る本発明として、前記固化材の吐出口は撹拌ロッドの先端部に設けられた第１吐出口と、前記撹拌翼の上部側位置と下部側位置とで任意に切換可能とした第２吐出口とを備える請求項１〜６いずれかに記載の機械撹拌式地盤改良装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳説のとおり本発明によれば、共回りを防止し掘削土砂と固化材とを効果的に撹拌することができるようになる。また、撹拌ロッドの垂直精度を向上させ得るとともに、撹拌ロッドの貫入抵抗及び引抜き抵抗を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明に係る機械撹拌式地盤改良装置１の正面図、図２はその側面図、図３はその撹拌翼部の平面図、図４はその底面図である。
【００２０】
図１に示される機械撹拌式地盤改良装置１は２軸型地盤改良装置の例であり、先端部に撹拌翼２を備えた撹拌ロッドＲを軸芯回りに回転させながら、地盤中に貫入及び／又は引抜きする過程で、吐出される固化材と原位置土とを撹拌混合するものである。なお、前記撹拌ロッドＲ、Ｒは、軸受け部材２０を介してブレ止め用連結材２１によって相互に連結されている。
【００２１】
前記撹拌ロッドＲは、外軸ＲＯと中軸Ｒｉとからなる二重管構造とされ、それぞれが正逆方向に回転されるようになっている。
【００２２】
前記撹拌翼２は、前記外軸ＲＯに設けられ、該外軸ＲＯと共に正方向に回転する外側撹拌翼３と、この外側撹拌翼３の内部側において前記中軸Ｒｉに設けられ、該中軸Ｒｉと共に逆方向に回転する内側撹拌翼４とから構成されている。なお、前記撹拌ロッドＲの先端には小径のオーガ６を備えている。
【００２３】
前記外側撹拌翼３は、外軸ＲＯから外方に延びる放射フレーム翼部３Ａと、この放射フレーム翼部３Ａから下方向に延在する垂下フレーム翼部３Ｂとからなるフレーム翼が周方向に複数本、図示例では３本設けられるとともに、前記垂下フレーム翼部３Ｂの下端部に掘削ガイドリング５が支持されている。また、前記垂下フレーム翼部３Ｂには撹拌ロッドＲ側に向けた水平翼７，７が２段で設けられている。
【００２４】
前記外側撹拌翼３の放射フレーム翼部３Ａは、断面形状が扁平状とされ回転方向に対し傾斜させてある。この場合、傾斜角は５〜１５°、好ましくは８〜１２°とするのが望ましい。従って、外軸ＲＯを、前記放射フレーム翼部３Ａの傾斜方向が回転方向に対して伏角となる方向に回転させた場合には、放射フレーム翼部３Ａの傾斜角度に応じた下方向分力が発生するため、撹拌ロッドＲを地盤に貫入し易くなる。また、引抜き時には、外軸ＲＯを逆回転させると、前記放射フレーム翼部３Ａの傾斜方向が回転方向に対して仰角となり、放射フレーム翼部３Ａの傾斜角度に応じた上方向分力が発生するため、撹拌ロッドＲを引抜き易くなる。また、垂下フレーム翼部３Ｂに設けた前記水平翼７，７においても、断面形状を扁平状とし回転方向に対し傾斜させ、前述したように、貫入時には撹拌ロッドＲを貫入し易くし、引抜き時には撹拌ロッドＲを引抜きし易くするのが望ましい。
【００２５】
前記掘削ガイドリング５は、撹拌ロッドＲと同軸的に設けられたリング状部材であり、下面側には掘削ビット５ａ、５ａ…が周方向に沿って適宜の間隔で設けられている。この掘削ガイドリング５は、撹拌ロッドＲが貫入過程で孔曲りするのを防止し、垂直精度を向上するために設けられたものであり、例えば、撹拌ロッドＲの貫入時において、未掘削地盤に最初に先端のオーガ６が貫入されるとともに、その周囲において前記掘削ガイドリング５が貫入されることになる。この状態で掘削ガイドリング５の直上位置にて、撹拌翼２により掘削土砂と固化材との混合撹拌が行われるが、外側撹拌翼３と内側撹拌翼４との回転抵抗の差などの要因によってロッド直交方向に不均衡な力が作用しても、前記掘削ガイドリング５が未掘削地盤に貫入していることによって孔曲りが抑制されるようになる。
【００２６】
また、前記掘削ガイドリング５は、貫入時及び引抜き時の周面摩擦抵抗を減じるために、その外径Ｒｎは、前記外側撹拌翼３の垂下フレーム翼部３Ｂの外径Ｒｍよりも小さくしてあることが望ましい。この場合には、前記垂下フレーム翼部３Ｂの外径Ｒｍと、前記掘削ガイドリング５の外径Ｒｎとの間の垂下フレーム翼部３Ｂの下面部分には掘削ビット３ａ、３ａ…を設けるようにするのが望ましい。
【００２７】
一方、前記内側撹拌翼４は、前記外側撹拌翼３の水平翼７，７と上下位置を異ならせて配置された水平翼８、８…とされ、図示例では３段配置で設けられている。この水平翼８，８においても、断面形状を扁平状とし回転方向に対し傾斜させておき、前述したように、撹拌ロッドＲの貫入時には、前記水平翼８の傾斜方向が回転方向に対して伏角となるように回転し、水平翼８の傾斜角度に応じた下方向分力を発生させることにより撹拌ロッドＲの貫入を助力し、また引抜き時には、中軸Ｒｉを貫入時とは逆方向に回転させることにより前記水平翼８の傾斜方向が回転方向に対して仰角となるようにし、水平翼８の傾斜角度に応じた上方向分力が発生させることにより撹拌ロッドＲの引抜きを助力するようにするのが望ましい。
【００２８】
前記掘削ガイドリング５の内部においては、図４に示されるように、前記中軸Ｒｉに対して前記掘削ガイドリング５の内周面に近接若しくはほぼ摺接する程度の外径を有する掘削翼１０，１０を設けるのが望ましい。前記掘削ガイドリング５の内部に前記条件を満たす掘削翼１０を設けることにより、掘削土砂と固化材との混合に先立って、当該撹拌される土砂を事前に掘削することができるだけでなく、前記掘削翼１０が前記掘削ガイドリング５の貫入を正確にガイドする役割を担うため、孔曲りをより効果的に防止し得るようになる。
【００２９】
他方で、前記撹拌翼２，２の上部側には、撹拌ロッドＲの外周面にスクリュー羽根９を設けるのが望ましい。このスクリュー羽根９は、撹拌ロッドＲの引抜き時に、引抜き抵抗を減少させるためのものであり、スクリュー方向は引抜き時の回転方向が撹拌ロッドＲを上昇させ得る方向とする。
【００３０】
一方、セメントスラリーの吐出は、オーガ６の先端下面に設けられた第１吐出口１１と、前記撹拌翼２の上部側位置と下部側位置とで任意に切換可能とした第２吐出口１２Ａ、１２Ｂの一方の２箇所から吐出されるようになっている。
【００３１】
前記第２吐出口１２Ａ、１２Ｂ（１２Ａは上部側、１２Ｂは下部側）の切換は、地盤改良着手前に撹拌ロッドＲへの若干の構造変更によって行う。具体的に図５(A)は、撹拌翼２の上部側位置の第２吐出口１２Ａからセメントスラリーの吐出を行う場合の縦断面図である。中軸Ｒｉの内部には、流路形成のために上部側流路管１３と下部側流路管１４とが継合された状態で配設されている。前記上部側流路管１３は、二重管構造とされ、中心部に流路１３ａを備えるとともに、その外側に環状流路１３ｂを備えている。第１吐出口１１へのセメントスラリーは前記上部側流路管１３の流路１３ａと、下部側流路管１４の流路１６とにより送給され、上部側第２吐出口１２Ａへは前記上部側流路管１３の環状流路１３ｂにより送給されるようになっている。また、前記下部側第２吐出口１２Ｂへの送給路は前記上部側流路管１３と下部側流路管１４とが連続的に継合されることによって塞がれている。
【００３２】
一方、図５(B)は撹拌翼２の下部側位置の第２吐出口１２Ｂからセメントスラリーの吐出を行う場合の縦断面図である。中軸Ｒｉの内部には、流路形成のために二重管状の流路管１７が配設されている。前記流路管１７は、第１吐出口１１までの流路を形成する内管１７ａと、この内管１７ａに同心円状に形成されるとともに、上側第２吐出口１２Ａの吐出口を塞ぐ位置までの長さで形成された外管１７ｂとから構成され、第１吐出口１１へのセメントスラリーは前記内管１７ａによって形成される流路１８により送給され、下部側第２吐出口１２Ｂへは前記内管１７ａと外管１７ｂとの間の環状流路１９ａと、内管１７ａと中軸Ｒｉ内壁とによって形成された環状流路１９ｂとにより送給されるようになっている。
【００３３】
前述した撹拌翼２においては、地盤への貫入過程および／または引上過程において、前記第１吐出口１１および第２吐出口１２Ａ／１２Ｂの２カ所からセメントスラリーを吐出させながら、原位置土との撹拌混合を行い地盤中に改良体が造成される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る機械撹拌式地盤改良装置１の正面図である。
【図２】その側面図である。
【図３】その撹拌翼部の平面図である。
【図４】その底面図である。
【図５】(A)は第２吐出口１２Ａから固化材を吐出させる場合の流路構成を示す縦断面図、(B)は第２吐出口１２Ｂから固化材を吐出させる場合の流路構成を示す縦断面図である。
【図６】従来の地盤改良装置を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…機械撹拌式地盤改良装置、２…撹拌翼、３…外側撹拌翼、３Ａ…放射フレーム翼部、３Ｂ…垂下フレーム翼部、４…内側撹拌翼、５…掘削ガイドリング、６…オーガ、７・８…水平翼、９…スクリュー羽根、１０…掘削翼、１１…第１吐出口、１２Ａ・１２Ｂ…第２吐出口、１３…上部側流路管、２０…軸受け部材、２１…ブレ止め用連結材、Ｒ…撹拌ロッド、ＲＯ…外軸、Ｒｉ…中軸
【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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