(57)【要約】【課題】掘削土と地盤改良材の撹拌混合を確実かつ効率良く行うことのできる地盤改良用撹拌装置を提案すること。【解決手段】地盤改良用撹拌装置２０は、逆向き状態で掘削軸２１に取り付けた前側Ｖ字撹拌翼２２と後側Ｖ字撹拌翼２３を備えている。地盤掘削時には、主として前側Ｖ字撹拌翼２２によって掘削土と地盤改良材が撹拌混合される。前側Ｖ字撹拌翼２２の内側に入り込んだ掘削土はこの後側に配置されている水平撹拌翼２４によって撹拌される。地盤改良用撹拌装置２０の引抜時には、前側Ｖ字撹拌翼２２によって撹拌混合された掘削土および地盤改良材が、後側Ｖ字撹拌翼２３によって再度、撹拌混合される。この場合においても、後側Ｖ字撹拌翼２３の内側に入り込んだ掘削土は水平撹拌翼２４によって撹拌される。往復撹拌混合による確実で効率的な地盤改良作業を行うことができる。【選択図】図２
2012251398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象となる地盤を掘削しながら地盤改良材を注入して掘削土と地盤改良材を撹拌混合する地盤改良用撹拌装置であって、
中空の掘削軸と、この掘削軸に取り付けた前側Ｖ字撹拌翼、後側Ｖ字撹拌翼、および水平撹拌翼とを有しており、
前記掘削軸における地盤掘削方向の先端部外周面には地盤改良材の吐出口が形成されており、
前記前側Ｖ字撹拌翼は、前記掘削軸に直交する方向から見た場合に、当該掘削軸の地盤掘削方向に向けて先細りとなり、当該掘削軸の中心軸線を対称軸線とするＶ字形状をしており、
前記後側Ｖ字撹拌翼は、前記掘削軸に直交する方向から見た場合に、当該掘削軸を地盤から引き抜く引抜方向に向けて先細りとなり、当該掘削軸の中心軸線を対称軸線とするＶ字形状をしており、
前記後側Ｖ字撹拌翼は、前記前側Ｖ字撹拌翼に対して前記引抜方向の側の位置に配置されており、
前記水平撹拌翼は、前記掘削軸における前記前側Ｖ字撹拌翼と前記後側Ｖ字撹拌翼の間の位置において、前記掘削軸の両側から当該掘削軸に直交する方向に延びていることを特徴とする地盤改良用撹拌装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記前側Ｖ字撹拌翼における前記地盤掘削方向を向いている掘削側表面部分には複数の掘削ビットが固定されており、
前記後側Ｖ字撹拌翼における前記引抜方向を向いている引抜側表面部分にも複数の掘削ビットが固定されていることを特徴とする地盤改良用撹拌装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記前側Ｖ字撹拌翼と前記後側Ｖ字撹拌翼は相互に連結されて、前記掘削軸に直交する方向から見た場合に矩形形状をしていることを特徴とする地盤改良用撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良対象の地盤を掘削しながら地盤改良材を注入して掘削土と地盤改良材を撹拌混合する地盤改良用撹拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粘性土、砂質土、シルト、礫質土、ローム等の軟弱地盤の安定化を図るために、軟弱地盤を鉛直に掘削しながら地盤改良材（安定材）、例えばセメント系のスラリーを軟弱地盤に注入して撹拌混合する地盤改良工法が知られている。この地盤改良工法は、例えば、構造物の基礎地盤の改良、自然斜面・盛土斜面などの斜面の滑り・崩壊の防止、建築基礎の支持地盤の造成・液状化対策・基礎補強等のために広く用いられている。
【０００３】
この地盤改良工法においては、クレーンなどの作業機械のブームの先端に鉛直に支持した回転軸の下端に撹拌装置を装着し、地盤を掘削しながら撹拌装置の先から地盤改良材を掘削土に注入すると共に撹拌装置の撹拌翼によって地盤改良材および掘削土を撹拌混合している。撹拌装置としては、特許文献１〜３に開示されているように、掘削軸（回転軸）の先端に掘削ビットを備えていると共に掘削軸の外周から半径方向に延びる複数枚の水平撹拌翼を備えたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６４６６０号公報
【特許文献２】特開２００３−１３４３８号公報
【特許文献３】特開２０１１−６９０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、このような水平撹拌翼を備えた撹拌装置を用いる場合には、地盤改良材と掘削土を十分に撹拌混合できないことがある。例えば、水平撹拌翼の間に位置する掘削土が水平撹拌翼によって十分に粉砕されず、地盤改良材と掘削土とが十分に撹拌混合されないことがある。このために、同一の掘削位置において撹拌装置の掘進および引抜動作を繰り返し行う必要があり、効率良く掘削土と地盤改良材を撹拌混合することができないという解決すべき課題がある。
【０００６】
本発明の課題は、この点に鑑みて、掘削土と地盤改良材の撹拌混合を確実かつ効率良く行うことのできる地盤改良用撹拌装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明による地盤改良用撹拌装置は、
中空の掘削軸と、この掘削軸に取り付けた前側Ｖ字撹拌翼、後側Ｖ字撹拌翼および水平撹拌翼とを有しており、
掘削軸における地盤掘削方向の先端部外周面には地盤改良材の吐出口が形成されており、
前側Ｖ字撹拌翼は、掘削軸に直交する方向から見た場合に、当該掘削軸の地盤掘削方向に向けて先細りとなり、当該掘削軸の中心軸線を対称軸線とするＶ字形状をしており、
後側Ｖ字撹拌翼は、掘削軸に直交する方向から見た場合に、当該掘削軸を地盤から引き抜く引抜方向に向けて先細りとなり、当該掘削軸の中心軸線を対称軸線とするＶ字形状をしており、
後側Ｖ字撹拌翼は、前側Ｖ字撹拌翼に対して引抜方向の側に配置されており、
水平撹拌翼は、掘削軸における前側Ｖ字撹拌翼と後側Ｖ字撹拌翼の間において、掘削軸の両側から当該掘削軸に直交する方向に延びていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の地盤改良用撹拌装置は、逆向き状態で掘削軸に取り付けた一対の前側Ｖ字撹拌翼および後側Ｖ字撹拌翼を備えている。地盤掘削時には、主として前側Ｖ字撹拌翼によって掘削土と地盤改良材が撹拌混合される。また、前側Ｖ字撹拌翼の内側に入り込んだ掘削土はこの後側に配置されている水平撹拌翼によって撹拌される。次に、撹拌装置の引抜時には、前側Ｖ字撹拌翼によって撹拌混合された掘削土および地盤改良材が、引抜方向の側に位置している後側Ｖ字撹拌翼によって再度、撹拌混合される。この場合においても、後側Ｖ字撹拌翼の内側に入り込んだ掘削土は水平撹拌翼によって撹拌される。
【０００９】
このように、逆向きの一対のＶ字撹拌翼を備えているので、掘削時と引抜時の双方の行程ともに同様の撹拌混合性能が発揮される。すなわち、往復撹拌混合による確実で効率的な地盤改良作業を行うことができる。また、Ｖ字撹拌翼は水平撹拌翼に比べて撹拌混合性能が高い。したがって、従来の撹拌装置に比べて掘削土と地盤改良材の撹拌混合を確実かつ効率良く行うことができる。
【００１０】
ここで、前側Ｖ字撹拌翼における地盤掘削方向を向いている掘削側表面部分に、掘削方向等を向く状態に複数の掘削ビットを固定すると共に、後側Ｖ字撹拌翼における引抜方向を向いている引抜側表面部分にも引抜方向等を向く状態に複数の掘削ビットを固定しておくことが望ましい。掘削時に粉砕されなかった掘削土が引抜時に後向き掘削ビットによって確実に粉砕され、掘削土と地盤改良材を確実に撹拌混合することができる。
【００１１】
また、掘削軸に直交する方向から見た場合に、矩形形状となるように前側Ｖ字撹拌翼と後側Ｖ字撹拌翼を相互に連結しておくことが望ましい。このようにすれば、前側Ｖ字撹拌翼と後側Ｖ字撹拌翼が掘削軸の軸線方向において離れている場合に比べて、掘削土を確実に粉砕混合することができる。また、これらの撹拌翼の強度、剛性を高めることができ、耐久性が向上するなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による地盤改良用撹拌装置を備えた地盤改良設備の例を示す配置図である。
【図２】（ａ）は図１の地盤改良用撹拌装置を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）とは直交する方向から見た場合の側面図である。
【図３】地盤改良用撹拌装置を用いて地盤改良を行う場合の施工の流れを示す説明図である。
【図４】地盤改良用撹拌装置を用いて地盤を柱状に改良する場合の柱状改良手順を示す説明図である。
【図５】地盤改良用撹拌装置を用いて地盤の全面を改良する場合の全面改良手順を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明を適用した地盤改良用撹拌装置の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１を参照して、地盤改良用撹拌装置を備えた地盤改良設備の一例を説明する。この図に示すように、地盤改良設備は、改良対象となる地盤面Ｇの近傍の敷地に設置した地盤改良材供給用のプラント１と、ここから地盤改良材の供給を受けて改良対象の地盤面Ｇの改良を行う改良施工機２を備えている。
【００１５】
プラント１は、例えば地盤改良材としてセメント系固化材を水に混合したスラリーを供給するものであり、セメントサイロ３、水槽４、バッチャープラント５、グラウトポンプ６および発電機７を備えている。グラウトポンプ６の吐出口から供給管８を介してスラリーが改良施工機２に供給される。改良施工機２は、汎用のバックホー１１と、このバックホー１１のブーム先端に取り付け可能な回転駆動機構１２と、回転駆動機構１２によって垂直に支持された状態で回転駆動される中空の回転軸１３と、地盤改良用撹拌装置２０とを備えている。
【００１６】
図２を参照して地盤改良用撹拌装置２０の構成を説明する。地盤改良用撹拌装置２０（以下、単に「撹拌装置２０」と呼ぶ場合もある。）は、回転軸１３の下端部に同軸状態に連結固定される中空の掘削軸２１を備えており、この掘削軸２１には、溶接等によって、前側Ｖ字撹拌翼２２、後側Ｖ字撹拌翼２３および水平撹拌翼２４が固定されている。
【００１７】
掘削軸２１における地盤掘削方向Ａの先端部外周面にはスラリーの吐出口２５が形成されている。プラント１の側から供給管８を介して供給されるスラリーは、中空の回転軸１３の中空部および中空の掘削軸２１の中空部に形成した供給経路（図示せず）を介して吐出口２５に導かれ、ここから外部に噴射される。
【００１８】
前側Ｖ字撹拌翼２２は、図２（ａ）から分かるように、掘削軸２１に直交する方向から見た場合に、当該掘削軸２１の地盤掘削方向Ａに向けて先細りとなり、当該掘削軸２１の中心軸線２１ａを対称軸線とするＶ字形状をしている。これに対して、後側Ｖ字撹拌翼２３は逆向き状態で掘削軸２１に固定されている。すなわち、掘削軸２１に直交する方向から見た場合に、当該掘削軸２１を地盤から引き抜く引抜方向Ｂに向けて先細りとなり、当該掘削軸２１の中心軸線２１ａを対称軸線とするＶ字形状をしている。
【００１９】
また、後側Ｖ字撹拌翼２３は、前側Ｖ字撹拌翼２２に対して引抜方向Ｂの側に位置している。本例では、前側Ｖ字撹拌翼２２の両端と後側Ｖ字撹拌翼２３の両端が相互に連結されて、掘削軸２１に直交する方向から見た場合に矩形形状をしている。
【００２０】
これに対して、水平撹拌翼２４は、掘削軸２１における前側Ｖ字撹拌翼２２と後側Ｖ字撹拌翼２３の間に位置している。また、掘削軸２１を中心として、その両側から当該掘削軸２１に直交する方向に左右対称な状態に延びている。
【００２１】
ここで、前側Ｖ字撹拌翼２２における地盤掘削方向Ａを向いている掘削側表面部分には、主として地盤掘削方向Ａの側を向く状態で複数の掘削ビット（コニカルビット）２６が溶接等によって固定されている。同様に、後側Ｖ字撹拌翼２３における引抜方向Ｂの側を向いている引抜側表面部分にも、主として引抜方向Ｂを向く状態で複数の掘削ビット（コニカルビット）２７が溶接等によって固定されている。
【００２２】
なお、本例では、１つの前側Ｖ字撹拌翼２２と１つの後側Ｖ字撹拌翼２３を備えているが、掘削軸２１における軸線方向の異なる位置に２つ、あるいはそれ以上の個数の前側Ｖ字撹拌翼２２を配置することができる。同様に、掘削軸２１における軸線方向の異なる位置に２つ、あるいはそれ以上の個数の後側Ｖ字撹拌翼２３を配置することもできる。複数の前側Ｖ字撹拌翼２２および複数の後側Ｖ字撹拌翼２３を配置する場合には、例えば、掘削軸２１における掘削方向Ａの先端側の部位から引抜方向Ｂに向けて、前側Ｖ字撹拌翼２２および後側Ｖ字撹拌翼２３を交互に配置してもよい。さらに、複数の水平撹拌翼２４を掘削軸２１に配置することも可能である。例えば、隣接する前側Ｖ字撹拌翼２２と後側Ｖ字撹拌翼２３の間にそれぞれ水平撹拌翼２４を配置すればよい。
【００２３】
次に、図３を参照して、撹拌装置２０を用いた地盤改良工事の施工手順の一例を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、改良対象の地盤面Ｇにおける改良範囲３１の位置出しを行う。次に、図３（ｂ）に示すように汎用のバックホー１１を用いて、改良範囲３１の地盤表面を改良天端３２まで先行掘削する。この後は、図３（ｃ）に示すように、バックホー１１のブームの先に回転駆動機構１２、回転軸１３および撹拌装置２０を取り付け、スラリーを吐出しながら撹拌装置２０により改良範囲３１内の地盤部分を均質に撹拌混合する。改良範囲３１内の地盤部分にスラリーを注入して撹拌混合した後は、図３（ｄ）に示すように、バックホー１１によって改良範囲３１の地盤部分の天端レベル調整を行う。
【００２４】
図４を参照して、図３（ｃ）に示す地盤改良作業の一例を説明する。この図に示す地盤改良作業は柱状に地盤を改良する作業であり、図４（ａ）に示すように、改良範囲３１内に設定した柱状部、例えば、矩形の改良範囲３１内に設定した４つの柱状部４１〜４４のうちの一つの柱状部４１に対して上側から撹拌装置２０の掘削軸２１の先端をセットし、低速回転で撹拌装置２０を、改良範囲３１の深さ方向の改良底面３３まで掘進させる。改良底面３３に到達した後は、撹拌装置２０を高速回転（例えば、掘削時の回転速度の２倍の回転速度で回転）させながら改良天端３２まで引き上げる。更に、高速回転のまま、撹拌装置２０を改良天端３２から改良底面３３に掘進させて後に改良天端３２の上方まで引き上げる。
【００２５】
この後は、図４（ｂ）に示すように、改良範囲３１における対角方向の角の柱状部４３の改良を同様の動作で行い、次に、図４（ｃ）に示すように、隣接する角に位置する柱状部４４の改良を行い、最後に図４（ｄ）に示すように残りの角の柱状部４２の改良を行う。この結果、図４（ｅ）に示すように改良範囲３１のほぼ全体が柱状に改良された状態が形成される。
【００２６】
これに対して、図５に示す改良範囲３１の全面改良作業においては、図４（ａ）〜図４（ｄ）の場合と同様に、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように柱状に改良を行う。しかる後に、図５（ｅ）に示すように、各柱状部４１〜４４の間の未改良部分が無くなるように、柱状部４１〜４４の間を改良する。これにより、図５（ｆ）に示すように、改良範囲３１の全体が改良された状態になる。
【００２７】
先に述べたように、本例で使用している撹拌装置２０は、逆向き状態で掘削軸２１に取り付けた一対の前側Ｖ字撹拌翼２２および後側Ｖ字撹拌翼２３を備えている。したがって、地盤掘削時には、主として、前側Ｖ字撹拌翼２２によって掘削土とスラリーが撹拌混合される。前側Ｖ字撹拌翼２２の内側に入り込んだ掘削土はこの後側に配置されている水平撹拌翼２４によって粉砕されてスラリーと撹拌混合される。
【００２８】
撹拌装置２０の引抜時には、前側Ｖ字撹拌翼２２によって撹拌混合された掘削土およびスラリーが、主として、引抜方向Ｂの側に位置している後側Ｖ字撹拌翼２３によって再度、撹拌混合される。この場合においても、後側Ｖ字撹拌翼２３の内側に入り込んだ掘削土は水平撹拌翼２４によって粉砕されてスラリーと撹拌混合される。
【００２９】
このように、撹拌装置２０は逆向きのＶ字撹拌翼２２、２３を備えているので、掘削時および引抜時の双方の行程ともに同様の撹拌混合性能が発揮される。また、Ｖ字撹拌翼２２、２３は水平撹拌翼に比べて撹拌混合性能が高い。したがって、従来の撹拌装置に比べて掘削土と地盤改良材の撹拌混合を確実かつ効率良く行うことができる。この結果、良好な改良地盤を得ることができる。
【００３０】
また、前側Ｖ字撹拌翼２２における地盤掘削方向を向いている掘削側表面部分には、複数の掘削ビット２６が固定されていると共に、後側Ｖ字撹拌翼２３における引抜方向を向いている引抜側表面部分にも複数の掘削ビット２７が固定されている。したがって、掘削時に粉砕されなかった掘削土が引抜時に掘削ビット２７によって確実に粉砕されるので、掘削土と地盤改良材を確実に撹拌混合することができる。
【００３１】
一方、本例の改良施工機は、汎用のバックホー１１を用いており、そのブームを鉛直方向および水平方向に移動させることができる。したがって、ここに取り付けた撹拌装置２０を改良範囲３１内において任意の方向に移動させながら掘削土とスラリーの撹拌混合動作を行うことができるので、図４に示す柱状改良作業と共に図５に示す全面改良作業を簡単に行うことができ、便利である。
【符号の説明】
【００３２】
１    プラント
２    改良施工機
３    セメントサイロ
４    水槽
５    バッチャープラント
６    グラウトポンプ
７    発電機
８    供給管
１１  バックホー
１２  回転駆動機構
１３  回転軸
２０  地盤改良用撹拌装置
２１  掘削軸
２１ａ  中心軸線
２２  前側Ｖ字撹拌翼
２３  後側Ｖ字撹拌翼
２４  水平撹拌翼
２５  吐出口
２６  掘削ビット
２７  掘削ビット
３１  改良範囲
３２  改良天端
３３  改良底面
４１〜４４  柱状部
Ａ    掘削方向
Ｂ    引抜方向
Ｇ    地盤面
【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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