(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動装置に上端が連結するオーガロッドであり、先端に掘削ヘッドを設けて掘削部とし、その上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部を設けて掘削土砂圧密部とし、さらにその上方に攪拌羽根を適宜間隔で突設して攪拌部とした掘削・攪拌装置を使用し、攪拌部の外周をケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支し、掘削部で掘削した土砂を一部掘削土砂圧密部で孔壁に圧密するとともに攪拌部に送り、ケーシング内部で攪拌することを特徴とする掘削・攪拌工法。
【請求項２】
ケーシングは攪拌部上部で注液口を設け、ケーシング内部に注液しながら攪拌する請求項１記載の掘削・攪拌工法。
【請求項３】
回転駆動装置に上端が連結するオーガロッドの先端に掘削ヘッドを設けて掘削部とし、その上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部を設けて掘削土砂圧密部とし、さらにその上方に攪拌羽根を適宜間隔で突設して攪拌部とし、この攪拌部の外周をケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支したことを特徴とする掘削・攪拌装置。
【請求項４】
ケーシングは攪拌部上部で注液口を設ける請求項３記載の掘削・攪拌装置。
【請求項５】
ケーシングは土砂排出用の窓孔を設ける請求項３または請求項４記載の掘削・攪拌装置。
【請求項６】
ケーシングは内側へ向けて抵抗板を突設する請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の掘削・攪拌装置。
【請求項７】
掘削土砂圧密部ではコテ部の他に攪拌羽根を設ける請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の掘削・攪拌装置。
【請求項８】
コテ部は湾曲押圧面から上方および下方にオーガロッドの外周に向かい傾斜する上部傾斜面および下部傾斜面を設ける請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の掘削・攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築、土木の分野で基礎工事として、鋼管杭を建て込むための地盤掘削・攪拌工法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
支持杭や柱列杭の造成として、地盤に鋼管杭を建て込むのに、予め地盤を掘削・攪拌して鋼管が建て込み易い軟さとすることが行われ、掘削と同時に先端からセメントミルクを注出して掘削土と攪拌するソイルセメントを柱状に造成し、その内部に鋼管を挿入するのもその一つである。
【０００３】
このようなソイルセメントの造成を初めとした地盤の掘削・攪拌は、連続したスクリュー羽根をロッドに設けた通常のアースオーガで行なうことは困難であるので、攪拌性能を有する攪拌羽根を設けた掘削機が使用される。
【０００４】
このような掘削機には種々のものがあるがアースオーガタイプのものでは、図示は省略するがロッドの先端に掘削ビットを植設した掘削ヘッドを設け、ロッドの途中にはスクリュー羽根を１〜２ピッチ分のみとして断続させた攪拌羽根や水平板による攪拌羽根を突設した掘削機が使用される。
【０００５】
ロッドは中空管であり、掘削ヘッドがある先端部分よりセメントミルク等の固結液を吐出して、これを攪拌羽根で掘削ヘッドから生じる掘削土と攪拌する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の地盤の掘削・攪拌を行う掘削機では、掘削土の中に小石その他の異物が混入することがある。また、攪拌羽根での攪拌が十分行われないおそれもあり、ロッド先端からの固結液が上方へ十分行き渡らないで掘削土とよく混じらないこともある。これらはいずれも十分な掘削・攪拌が得られない原因となり、施工精度の低下にもつながる。
【０００７】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、確実な攪拌が得られ、施工精度を向上させることができる掘削・攪拌工法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、掘削・攪拌工法として、回転駆動装置に上端が連結するオーガロッドであり、先端に掘削ヘッドを設けて掘削部とし、その上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部を設けて掘削土砂圧密部とし、さらにその上方に攪拌羽根を適宜間隔で突設して攪拌部とした掘削・攪拌装置を使用し、攪拌部の外周をケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支し、掘削部で掘削した土砂を一部掘削土砂圧密部で孔壁に圧密するとともに攪拌部に送り、ケーシング内部で攪拌することを要旨とするものである。
【０００９】
また、ケーシングは攪拌部上部で注液口を設け、ケーシング内部に注液しながら攪拌することを要旨とするものである。
【００１０】
掘削・攪拌装置として、第１に、回転駆動装置に上端が連結するオーガロッドの先端に掘削ヘッドを設けて掘削部とし、その上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部を設けて掘削土砂圧密部とし、さらにその上方に攪拌羽根を適宜間隔で突設して攪拌部とし、この攪拌部の外周をケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支したこと、第２に、ケーシングは攪拌部上部で注液口を設けること、第３に、ケーシングは土砂排出用の窓孔を設けること、第４に、ケーシングは内側へ向けて抵抗板を突設すること、第５に、掘削土砂圧密部ではコテ部の他に攪拌羽根を設けること、第６に、コテ部は湾曲押圧面から上方および下方にオーガロッドの外周に向かい傾斜する上部傾斜面および下部傾斜面を設けることを要旨とするものである。
【００１１】
請求項１または請求項３記載の本発明によれば、掘削部の上部に掘削土砂圧密部があり、さらにその上に攪拌部があるので、掘削ヘッドで切削された土砂は石等を含めてコテ部７により掘削孔壁に押し付けられ、圧密壁を形成できる。その結果、地上へ出る産業廃棄物が減少し、また、攪拌部に送られる土砂は小さなものとなり、きめの細かな骨材を取り込むことで十分な攪拌が可能となる。
【００１２】
さらに、攪拌部ではそのケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支することで、ケーシングでの区画された空間での攪拌となり、しかもこのケーシングをスライドシリンダーで上下動することでより攪拌作用を向上させることができる。
【００１３】
請求項２および請求項４記載の本発明によれば、前記作用に加えて、ケーシングは攪拌部上部で注液口を設け、ケーシング内部に注液しながら攪拌するのでロッド先端のみから注液する場合に比べて確実に土砂に液を混ぜることができ、特に引き上げ時の攪拌においてより攪拌効果がよいものとなる。
【００１４】
請求項５記載の本発明によれば、ケーシングは土砂排出用の窓孔を設けることで余分な土砂を窓孔からケーシング外へ逃すことができ、ケーシング内での土砂の目詰まりを防止できる。
【００１５】
請求項６記載の本発明によれば、ケーシングは内側へ向けて抵抗板を突設するので、この抵抗板とケーシング内部で回転する攪拌羽根の相乗効果で攪拌作用をより向上させることができる。
【００１６】
請求項７記載の本発明によれば、掘削土砂圧密部ではコテ部での攪拌の他に攪拌羽根を設けることでこの攪拌羽根も攪拌して掘削土砂圧密部でも攪拌作用が得られ、これがさらにかかる攪拌された土砂が攪拌部に送られることで、さらに攪拌され十分な攪拌となる。
【００１７】
請求項８記載の本発明によれば、コテ部は湾曲押圧面から上方および下方にオーガロッドの外周に向かい傾斜する上部傾斜面および下部傾斜面を設けることで、土等が必ず上下に移動してコテ部上・下部に残らず、外周への圧密をより効率的にするとともに、コテ部での攪拌作用も向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の掘削・攪拌装置の１実施形態を示す一部切欠いた全体の側面図、図２は同上要部の一部切欠いた側面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【００１９】
図中１はオーガロッドであり、上端が回転駆動装置２の回転出力軸３に連結した接続用ロッド１ａに連結される。回転駆動装置２は図示は省略するが、油圧駆動モータ、減速機をハウジング内に収めたもので、回転出力軸３と接続用ロッド１ａの接続はフランジ部のボルト止めであり、接続用ロッド１ａとオーガロッド１の連結は通常のアースオーガ等の軸の連結と同じく、図４に示すようにオーガロッド１の上端を六角柱の接合雄継手22とし、回転出力軸３の下端をこの雄継手22が嵌入する六角穴中空部の雌継手23として、嵌合状態で双方に係合するロックピン24を差し入れるようにしたものである。このロックピン24は半身が雄継手22に形成した切欠きに、残りの半身が雌継手23に係合した切欠きに係合し、これら切欠き同士が合わさって形成する円孔に挿入されるものとなる。
【００２０】
オーガロッド１は接続用単位体１1 〜１3 を（図示の例では３本であるがこれに限定されない）接続して適宜長さにするが、単位体１3 の先端付近にスクリュー羽根４ａの下縁に掘削ビット４ｂを植設した掘削ヘッド４を設けて掘削部αとし、また、オーガロッド１は全体として内部を送液管として中空に形成し、先端に注液口６を形成した。
【００２１】
さらに、前記掘削部αのその上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部７と攪拌羽根８を設けて掘削土砂圧密部βとした。
【００２２】
コテ部７はオーガロッド１の外周に外方に張り出す湾曲押圧面７ａを側面とした厚肉フランジ状のもので、螺旋状に上昇するように設け、オーガロッド１の外周からの左右両端の突出側面が必ず円弧状であることとした。なお、このコテ部７は中空のドラムタイプのものでよい。
【００２３】
また、コテ部７は上方にオーガロッド１の外周に向かい適宜角度で傾斜する上部傾斜面７ｂと適宜角度で傾斜する下部傾斜面７ｃを設けるものとする。これによりコテ部７は糸巻ボビンの形の半割り体に近いものとなる。
【００２４】
このようにすれば、コテ部７は上部傾斜面７ｂの他に下部傾斜面７ｃを設けることにより、土等が必ず上下に移動してコテ部７の上部・下部双方に残らず、コテ部７の湾曲押圧面７ａにより多く集めることができるので、孔壁への圧密がより効率的となる。また、攪拌羽根８以外でこのコテ部７自体による土砂の攪拌効果も得られる。
【００２５】
オーガロッド１は前記掘削土砂圧密部βの上方に位置する単位体１2 に水平翼からなる攪拌羽根９を適宜間隔で突設して攪拌部γとする。この攪拌羽根９の突出長は先端が前記コテ部７の湾曲押圧面７ａより外側に出ることがないように配慮し、また、湾曲させて傾斜させた板で構成するが、図２に示すように、大多数は図面上で右肩上がりの傾斜による正羽根であり、最上部のものはこれとは反対の左肩上がりの傾斜による逆羽根とする。
【００２６】
この掘削土砂圧密部βの外周を、前記コテ部７と同じような径で、土砂排出用の窓孔11を設け、さらに、この窓孔11を避けて内側へ向けて円錐径の抵抗板12を突設した攪拌ケーシング10で囲繞する。
【００２７】
また、攪拌ケーシング10は上部では径が小さくなるように絞り、その上部を上方の連結ケーシング10′との雄継手10ａとするが、この絞り位置に攪拌ケーシング10の内部に吐出するように注液口13を形成した。
【００２８】
連結ケーシング10′はオーガロッド１の単位体１1 と２重管構造となり、攪拌ケーシング10とこの上方の連結ケーシング10′とは連結ケーシング10′の下端に前記雄継手10ａが嵌合する雌継手10ｂを形成して嵌合接続し、連結ケーシング10′の上端には雄継手10ａ′を形成する。これら雌継手10ｂと雄継手10ａの嵌合は前記オーガロッド１の接続用ロッド１ａへの接続と同じく、雄継手10ａを六角柱とし、雌継手10ｂこの雄継手が嵌入する六角穴の中空部を有するものとして、嵌合状態での双方に係合するロックピンを差し入れるようにした。
【００２９】
一方、回転駆動装置２からスライドシリンダー14を左右に垂設してその先端で前記連結ケーシング10′の上端の雄継手10ａ′に嵌合する支持輪体15を吊支した。この支持輪体15は外側にブラケット16を設けてこれがスライドシリンダー14に軸着し、スライドシリンダー14の上端も回転駆動装置２に軸着する。また、このブラケット16から上方へスライドホルダー17ａを立上げて、これを回転駆動装置２から垂下する固定ホルダー17ｂと摺動自在に嵌合させた。
【００３０】
前記攪拌ケーシング10の上部に形成した注液口13は連結ケーシング10′内に配設する送液管18と接続し、また、この送液管18は支持輪体15に設ける注液配管19に接続する。
【００３１】
次に、このような掘削・攪拌装置を用いて行う本発明の掘削・攪拌工法を図１および図５〜図７について説明する。
【００３２】
回転駆動装置２へのオーガロッド１の単位体１1 や連結ケーシング10′の接続は、単位体１1 と連結ケーシング10′とを図２に示すようにオーガロッド１の単位体１1 の上端の雄継手を突出させた状態でセットピン20で結合し、共に吊り上げて地上に立設させる。
【００３３】
そして先にオーガロッド１の単位体１1 の上端を接続用ロッド１ａに挿入し、ロックピンを差し入れて接続固定する。次いで、セットピン20の抜き連結ケーシング10′と単位体１1 の結合を解除する。この状態ではスライドシリンダー14は縮められており、支持輪体15は接続用ロッド１ａの下端よりは上方に位置して前記オーガロッド１と接続用ロッド１ａの接続の邪魔にならないようにしている。
【００３４】
次いでスライドシリンダー14を伸長して支持輪体15を下降させ、これを連結ケーシング10′の上端の雄継手10ａ′に嵌合させてロックピンを差し込んで固定する。
【００３５】
回転駆動装置２およびこれに接続した連結ケーシング10′と単位体１1 と上に引き上げ、同様に攪拌ケーシング10とオーガロッド１の単位体１2 の上端部をセットピン20で結合しておいて両者ともに吊り上げ、先に単位体１2 の単位体１1 への接続を行い、ついで連結ケーシング10′と攪拌ケーシング10と接続を行なう。なお、図示とは異なり攪拌ケーシング10の下端が単位体１2 より下へ出る場合はこの攪拌ケーシング10は地上に立設できるので、そのまま単位体１2 の単位体１1 への接続を行った後でセットピン20を抜き、スライドシリンダー14を伸長して連結ケーシング10′を下げて攪拌ケーシング10と接続を行なうことができる。また、図示のように単位体１2 の下端が攪拌ケーシング10の下端から出る場合には、単位体１2 と攪拌ケーシング10とは別途かんざし等で仮結合して、セットピン20を抜いた後もこのかんざし等で両者を結合しておく。
【００３６】
さらに、オーガロッド１の単位体１2 には先端に掘削ヘッド４を結合した単位体１3 を接続する。
【００３７】
以上で掘削・攪拌装置のセットを終了するが、次に掘削・攪拌施工を行うには図５に示すように回転駆動装置２により正回転（図示で左方向）に回転させ、掘削部αでは先端の掘削ヘッド４のビットで掘削を行なう。
【００３８】
先端の掘削ヘッド４のビットで切削された土砂はオーガロッド１の正転にともなうコテ部７の旋回による揚上作用によって掘削土砂圧密部βに移送され、この移送の際にコテ部７の湾曲押圧面７ａで外側に押し出され、孔壁21に圧密される。その場合、比較的大きな小石その他の異物もコテ部７で孔壁21に圧密される。
【００３９】
また、単位体１3 の先端からセメントミルク等の固結材やベントナイト液、水等を注液口６から注出し、これを土砂とともにコテ部７や攪拌羽根８で攪拌してゲル状としたものがコテ部７で孔壁21に圧密される。
【００４０】
攪拌部γではオーガロッド１の回転に対して連結ケーシング10′や攪拌ケーシング10は回転せずに停止しており、土砂は攪拌ケーシング10内に入り、攪拌羽根９と抵抗板12の相互作用で攪拌される。また、最上部の攪拌羽根９は逆羽根なのでより混練し、しかもこの時、スライドシリンダー14を伸縮して連結ケーシング10′とともに攪拌ケーシング10を上下動させてより攪拌効果を高める。
【００４１】
また、注液口13から攪拌ケーシング10の内部にセメントミルク等の固結材やベントナイト液、水等を注出して前記攪拌は行われる。
【００４２】
なお、前記スライドシリンダー14を伸縮による攪拌ケーシング10を上下動の他にリーダーマストやブームのトップシーブから吊り下がる回転駆動装置２を上下動することで全体を上下動させてもよい。
【００４３】
全体を建込んだならば、さらに同様にセットピン20で固定した連結ケーシング10″やオーガロッド１の単位体（図示せず）を吊り込み、スライドシリンダー14を使用してジョイントする。
【００４４】
所定深度まで掘削した後は、根固め用の固結材を注液口６から注出し、この時回転駆動装置２を上下動することで全体を上下動させ、次いで引き抜きに移行するが、オーガロッド１は回転駆動装置２で逆回転させ、オーガロッド１の先端の注液口６からセメントミルク等の固結材やベントナイト液、水等を注出し、また、回転駆動装置２を上下動することで全体を上下動さるとともにスライドシリンダー14を伸縮させて攪拌ケーシング10を上下動させながらこの引き抜きを行う。
【００４５】
攪拌ケーシング10の上部の注液口13から攪拌ケーシング10の内部にセメントミルク等の固結材やベントナイト液、水等を注出することは地盤の状態の応じて適宜行うものとする。
【００４６】
このように掘削・攪拌と終了した後に、鋼管（杭）を建て込む。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の掘削・攪拌工法および装置は、掘削部の上部に掘削土砂圧密部があり、さらにその上に攪拌部があるので、掘削ヘッドで切削された土砂は石等を含めてコテ部により掘削孔壁に押し付けられ、地上へ出る産業廃棄物が減少し、また、攪拌部に送られる土砂はきめの細かな骨材として十分な攪拌が可能となる。
【００４８】
しかも、攪拌はケーシング内部で、このケーシングを上下動させて行い、また、ケーシング内部への注液を行ってなされるので、より確実に攪拌できるものである。
【００４９】
また、スライドシリンダーを用いてオーガロッドおよびケーシングの継ぎ足しを容易に行うことができる。
【００５０】
さらに、コテ部で孔壁の圧密がなされるので、回転しないケーシングを建て込むのに地盤の摩擦抵抗を少ないものとすることができ、後に鋼管を建て込むのにも孔壁が崩壊の少ないものであり、前記質の良い攪拌土砂は根固め液の根固め作用を高めで信頼性の高い杭が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の掘削・攪拌装置の１実施形態を示す一部切欠いた全体の側面図である。
【図２】本発明の掘削・攪拌装置の１実施形態を示す要部の一部切欠いた側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】オーガロッドの接合を示す断面図である。
【図５】本発明の掘削・攪拌工法の１実施形態を示す第１工程の側面図である。
【図６】本発明の掘削・攪拌工法の１実施形態を示す第２工程の側面図である。
【図７】本発明の掘削・攪拌工法の１実施形態を示す第３工程の側面図である。
【符号の説明】
１…オーガロッド                  １ａ…接続用ロッド
１1 〜１3 …単位体                ２…回転駆動装置
３…回転出力軸                    ４…掘削ヘッド
４ａ…スクリュー羽根              ４ｂ…掘削ビット
６…注液口
７…コテ部                        ７ａ…湾曲押圧面
７ｂ…上部傾斜面                  ７ｃ…下部傾斜面
８，９…攪拌羽根                  10…攪拌ケーシング
10′，10″…連結ケーシング        10ａ，10ａ′…雄継手
10ｂ…雌継手
11…窓孔                          12…抵抗板
13…注液口                        14…スライドシリンダー
15…支持輪体                      16…ブラケット
17ａ…スライドホルダー            17ｂ…固定ホルダー
18…送液管                        19…注液配管
20…セットピン                    21…孔壁
22…雄継手                        23…雌継手
24…ロックピン
【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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