(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌軸を地盤に貫入し、地盤改良材を搬送気体により地上から搬送して地盤中に噴射し、上記撹拌軸の回転によりこの地盤改良材と地盤中の土壌とを撹拌混合して改良柱体を造成するように構成された地盤改良装置において、上記撹拌軸とは別に、外周にフィンを備えたフィン軸が回転可能に設けられるとともに、このフィン軸を独自に設定される速度で回転駆動する駆動手段を具備し、上記フィン軸は単位軸体同士が軸方向に連結されて構成され、上記単位軸体は、円筒の半割状に形成された一対の分割片を備え、この両分割片の周方向の両端部にフランジが軸方向の全長に亘って突設され、このフランジ同士が結合されることにより分割片同士が連結されて単位軸体が構成されるとともに、この結合されたフランジによって上記フィンが形成されたことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
フィン軸が中空軸として形成され、このフィン軸内に撹拌軸が配置されたことを特徴とする請求項１記載の地盤改良装置。
【請求項３】
撹拌軸がフィン軸内の中心部に配置されたことを特徴とする請求項２記載の地盤改良装置。
【請求項４】
撹拌軸の外周とフィン軸の内周との間に回転軸受が設けられたことを特徴とする請求項３記載の地盤改良装置。
【請求項５】
フィン軸を回転駆動するフィン軸駆動手段と、撹拌軸を回転駆動する撹拌軸駆動手段が別々の駆動源を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の地盤改良装置。
【請求項６】
フィン軸を回転駆動するフィン軸駆動手段と、撹拌軸を回転駆動する撹拌軸駆動手段が共通の駆動源を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の地盤改良装置。
【請求項７】
フィン軸駆動手段が速度可変に構成されたことを特徴とする請求項５または６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】
本発明はセメント、石灰等の地盤改良材を搬送気体とともに地盤中に噴射し、地盤土壌と撹拌混合して改良柱体を造成するＤＪＭ（Dry Jet Mixing）工法と称される地盤改良装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の地盤改良方法においては、地盤改良材の搬送・噴射に使用された搬送気体（通常は圧縮空気、以下この例で説明する）が改良地盤の品質に影響を与えないように地上に回収する必要がある。
【０００３】
従来、この用済み空気の回収策として、特開昭６２−７７２３０号公報に示されているように、地盤中に貫入されて地盤改良材と地盤中の土壌とを撹拌混合する撹拌軸の外周にフィンを突設し、このフィンの回転によって撹拌軸外周に形成される空隙を通して空気を地上に排出する方法が公知となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記方法によると、空隙を確保するのに必要なフィン速度は、地盤土壌の含水率、粘度、土粒径等の土質によって異なるが、普通、撹拌・混合作用を行うのに適当な撹拌軸速度よりも高いにもかかわらず、フィンが撹拌軸そのものに設けられ、撹拌軸と同速で回転するため、回転速度が低過ぎて空隙が確保できなくなる場合があった。
【０００５】
なお、回転速度を必要なフィン速度に合せて高速に設定することが考えられるが、本来の地盤改良作用が低下するおそれがあるとともに、回転動力が大きくなり、設備費用が高くなる等の弊害が生じる。
【０００６】
また、別の方法として、特開平９−２６８５４７号公報に示されているように、撹拌軸にフィン付きのチェーンを上下方向に懸け渡し、このチェーンの周回運動によって用済み空気を地上に強制的に排出する方法が提案されているが、チェーン騒音が激しいとともに、チェーンですくい上げられた泥が地上に飛散する等の弊害が生じる。
【０００７】
そこで本発明は、上記のような弊害を招くことなく、空隙を確保して用済み空気を確実に回収することができる地盤改良装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、撹拌軸を地盤に貫入し、地盤改良材を搬送気体により地上から搬送して地盤中に噴射し、上記撹拌軸の回転によりこの地盤改良材と地盤中の土壌とを撹拌混合して改良柱体を造成するように構成された地盤改良装置において、上記撹拌軸とは別に、外周にフィンを備えたフィン軸が回転可能に設けられるとともに、このフィン軸を独自に設定される速度で回転駆動する駆動手段を具備し、上記フィン軸は単位軸体同士が軸方向に連結されて構成され、上記単位軸体は、円筒の半割状に形成された一対の分割片を備え、この両分割片の周方向の両端部にフランジが軸方向の全長に亘って突設され、このフランジ同士が結合されることにより分割片同士が連結されて単位軸体が構成されるとともに、この結合されたフランジによって上記フィンが形成されたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、フィン軸が中空軸として形成され、このフィン軸内に撹拌軸が配置されたものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の構成において、撹拌軸がフィン軸内の中心部に配置されたものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３の構成において、撹拌軸の外周とフィン軸の内周との間に回転軸受が設けられたものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、フィン軸を回転駆動するフィン軸駆動手段と、撹拌軸を回転駆動する撹拌軸駆動手段が別々の駆動源を具備するものである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、フィン軸を回転駆動するフィン軸駆動手段と、撹拌軸を回転駆動する撹拌軸駆動手段が共通の駆動源を具備するものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項５または６の構成において、フィン軸駆動手段が速度可変に構成されたものである。
【００１５】
上記発明によると、撹拌軸とは別に設けたフィン軸を独自に設定した速度で回転させることによってフィン軸外周に空隙を形成するため、このフィン軸の回転速度を土質等に応じて空隙を確保するのに適した速度に設定することによって空隙を確保することができる。
【００１６】
すなわち、撹拌軸にフィンを設けた場合のように本来の撹拌・混合作用が低下し、あるいはフィン付きチェーンを設けた場合のように泥が地上に飛散する等の弊害を招くことなく、用済みの搬送気体を確実に回収することができる。
【００１７】
この場合、フィン軸を軸方向に分割し、かつ、半割状としたから、フィン軸の組立および撹拌軸外周への取付作業、それに撹拌軸の長さ（改良深度）の変更に応じたフィン軸の長さ変更作業を容易に行うことができる。
【００１８】
しかも、半割りされた分割片同士を結合するためのフランジがフィンを兼ねるため、フィン軸の構成が簡単ですむ。
【００１９】
また、請求項２，３の構成によると、中空のフィン軸内に撹拌軸を配置しているため、用済み搬送気体を撹拌領域の中心部（請求項３では完全中心）から回収することができる。このため、中心から大きく外れた位置から気体を回収する場合と比較して回収洩れが少なく、気体回収効率が高いものとなる。
【００２０】
また、撹拌軸をフィン軸の中心部に配置してこれら両軸間に回転軸受を設けた請求項４の構成によると、とくに大深度の地盤改良を行う場合に、フィン軸の撓みを防いで回転中心を一定に保ち、安定した空隙確保機能を得ることができる。
【００２１】
また、請求項７の構成によると、フィン軸用駆動手段が速度可変に構成されているため、フィン軸の回転速度を土質等に応じて任意に変化させることができる。
【００２２】
この場合、フィン軸駆動手段と撹拌軸駆動手段に別々の駆動源を具備した請求項５の構成によると、駆動源に可変速のもの（通常は可変速モータ）を用いることにより、フィン軸の回転速度を容易に変化させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図によって説明する。
【００２４】
第１実施形態（図１〜図４参照）
図１はこの実施形態にかかる地盤改良装置の全体構成、図２は同装置における駆動部の概略構成をそれぞれ示している。
【００２５】
この図１，２において、１はベースマシン、２はこのベースマシン１の前方に直立状態で支持されたリーダで、このリーダ２に中空丸軸（角軸でもよい）である撹拌軸３が昇降自在に吊持され、撹拌軸上端部に配置された撹拌軸駆動装置４によってこの撹拌軸３が回転駆動される。
【００２６】
撹拌軸駆動装置４は、駆動源としての撹拌軸モータ（電動機または油圧モータ）５と、このモータ５の回転力を減速して撹拌軸３に伝える歯車伝動（減速）機構６とから成っている。
【００２７】
撹拌軸３は下部に撹拌翼７を有し、撹拌軸３を改良対象となる地盤Ａ中に貫入させながらセメント、石灰等の地盤改良材を搬送気体（通常は圧縮空気、以下この例で説明する）により撹拌軸３内を通して地盤中に噴射し、撹拌翼７によって地盤土壌と撹拌混合することにより改良柱体を造成する。
【００２８】
また、用済みの圧縮空気を回収するためのフィン軸８が、撹拌軸３の外周に、撹拌軸３と同心配置で、かつ、撹拌軸３の上部から下部まで設けられ、撹拌軸３に対し軸方向複数個所で回転軸受９…によって回転自在に支持されている。
【００２９】
このフィン軸８は、フィン軸モータ（電動機または油圧モータ）１０と、このフィン軸モータ１０の回転力を減速してフィン軸８に伝える歯車伝動（減速）機構１１とから成るフィン軸駆動装置１２によって回転駆動される。
【００３０】
フィン軸８には、図１および図３，４に示すように外周に周方向対称配置でフィン１３，１３が突設され、このフィン軸８（フィン１３，１３）の回転により、フィン軸外周に空隙ｃ（図４参照）が形成され、この空隙ｃを通して用済み圧縮空気が地上に回収される。
【００３１】
撹拌軸３およびフィン軸８の構成を図３，４によって詳述する。
【００３２】
撹拌軸３は、軸方向複数の単位軸体１４に分割され、この単位軸体同士を、互いの軸方向端部に設けられた連結ブロック１５，１６が雄雌嵌合する状態で連結することによって所要長さの撹拌軸３が組立てられる。
【００３３】
一方、フィン軸８も、撹拌軸３の単位軸体１４と同じ（または小さい）単位で軸方向複数の単位軸体１７に分割され、さらに図４に示すようにこの各単位軸体１７が半割状の分割片１７ａ，１７ａに二分割されている。
【００３４】
この両分割片１７ａ，１７ａの周方向両端部にはフランジ１８，１８が軸方向全長に亘って突設され、両分割片１７ａ，１７ａが撹拌軸３（単位軸体１４）の外周に巻き付けられるように対向配置された状態でこのフランジ１８，１８同士がボルト連結される。図３中、１９…はフランジ連結用のボルトである。
【００３５】
これにより、分割片１７ａ，１７ａが結合されて単位軸体１７が構成されると同時に、この単位軸体１７が撹拌軸３の外周に固定される。
【００３６】
そして、この操作が単位軸体１７ごとに軸方向に連続して行われることにより、単位軸体１７同士が撹拌軸３を介して軸方向に連結される。
【００３７】
これにより、撹拌軸３の外周にフィン軸８が組立てられるとともに、結合されたフランジ１８，１８によってフィン１３，１３が構成される。
【００３８】
なお、このフィン１３，１３を構成する各単位軸体１７のフランジ結合部分は、通常、軸方向に一致させるが、単位軸体ごとに周方向に位置ずれさせてもよい。また、単位軸体１７同士は、上記のように撹拌軸３を介して軸方向に連結するのに加えて、あるいはこれに代えて、別の連結手段によって直接、軸方向に連結してもよい。
【００３９】
この構成によると、撹拌軸３とフィン軸８が別々の駆動装置４，１２によって駆動され、この駆動装置４，１２ごとに速度設定が可能であるため、撹拌軸３とフィン軸８をそれぞれに適した独自の速度、すなわち、撹拌軸３は本来の撹拌・混合作用を行うのに適した速度、フィン軸８は空隙ｃを確保するのに適した速度でそれぞれ回転させることができる。
【００４０】
従って、撹拌軸３にフィンを設けた場合のように本来の撹拌・混合作用が低下したり、フィン付きチェーンを設けた場合のように泥が地上に飛散したりする弊害を招くことなく、用済みの圧縮空気を空隙ｃを通して地上に確実に回収することができる。
【００４１】
また、中空のフィン軸８内に撹拌軸３を同心配置しているため、用済み空気を撹拌領域の中心部から回収することができる。このため、中心部から大きく外れた位置から気体を回収する場合と比較して回収洩れが少なく、空気回収効率が高いものとなる。
【００４２】
さらに、撹拌軸３とフィン軸８の間に回転軸受９…を設けているため、とくに大深度の地盤改良を行う場合に、フィン軸８の撓みを防いで回転中心を一定に保ち、安定した空隙確保機能を得ることができる。
【００４３】
一方、フィン軸８を軸方向に分割し、かつ、半割状としているため、フィン軸８の組立および撹拌軸３外周への取付作業、それに撹拌軸３の長さ（改良深度）の変更に応じたフィン軸８の長さ変更作業を容易に行うことができる。
【００４４】
しかも、半割りされた分割片１７ａ，１７ｂ同士を結合するためのフランジ１８によってフィン１３が形成されるため、フィン軸８の構成が簡単ですむ。
【００４５】
なお、両軸３，８の速度を設定する手段として、運転に先立ち、改良地盤の土質等に応じて両駆動装置４，１２の歯車伝動機構６，１１のギヤ比（減速比）を適当に選定することによってそれぞれ最適速度（固定速度）に設定してもよいが、施工場所ごとに土質が変化する場合のように適正なフィン軸速度が度々変化する場合を考慮して、それぞれのモータ５，１０に速度可変モータを用い、このモータの速度調整によって最適速度を任意に変化させ得るようにするのが望ましい。
【００４６】
第２実施形態（図５参照）
以下の第２および第３両実施形態においては、第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００４７】
第２実施形態においては、撹拌軸駆動装置４とフィン軸駆動装置１２の駆動源として共通のモータ（電動機または油圧モータ）２０が用いられている。
【００４８】
すなわち、共用モータ２０の回転軸が第１歯車伝動機構２１を介して撹拌軸３の上端部に連動連結されて撹拌軸駆動装置４が構成されている。
【００４９】
また、撹拌軸３の上端部が第２歯車伝動機構２２を介してフィン軸８の上端部に連動連結されてフィン軸駆動装置１２が構成され、両軸３，８が、両歯車伝動機構２１，２２のギヤ比によって決まる（独自に設定される）速度で回転するように構成されている。
【００５０】
このように共通のモータ２０を用いた場合でも、撹拌軸３とフィン軸８を独自に設定される速度で回転させること、これによって空隙ｃを確保することが可能である。
【００５１】
第３実施形態（図６，７参照）
第１および第２両実施形態においては、撹拌軸駆動装置４およびフィン軸駆動装置１２、それに駆動源としてのモータ５，１０，２０がそれぞれ軸上部に設けられたのに対し、第３実施形態においては、歯車伝動機構２１を備えた撹拌軸駆動装置４が撹拌軸３の上部に、歯車伝動機構２２を備えたフィン軸駆動装置１２と、両駆動装置４，１２に共用されるモータ２０がフィン軸８の下部にそれぞれ配置されている。
【００５２】
この構成とすれば、地盤改良装置のフロント部分の重心位置が低くなるため、装置全体の安定性が良いものとなる。
【００５３】
なお、共用モータ２０を軸下部でなく軸上部に設けてもよい。また、第１実施形態のように両駆動装置４，１２に別モータ５，１０を用いる構成において、フィン軸駆動装置１２とそのモータ１０を軸下部に設ける構成をとってもよい。
【００５４】
他の実施形態
（１）フィン軸８の単位軸体同士を軸方向に連結する手段として、図８に示すように、相連結される両軸体１７，１７の一方に雌側嵌合部２３、他方に雄側嵌合部２４をそれぞれ設けるとともに、雌側嵌合部２３の内周にＬ字形の係合爪２５、雄側嵌合部２４の外周にＬ字形の係合凹部２６をそれぞれ設け、両嵌合部２３，２４を嵌合させた状態で相対回転させることにより、係合爪２５を係合凹部２６に係合させて、両軸体１７，１７を一方向に回転力伝達可能な状態で軸方向に連結する手段をとってもよい。
【００５５】
なお、フィン軸８の回転方向を変化させる場合は、逆転時に上記係合部分が外れるため、これを防止するために係合状態での係合凹部２６の空き部分に外れ止め金具２７を挿入すればよい。
【００５６】
また、図８では、単位軸体１７，１７を、筒状でかつ周方向対称二個所にフィン１３，１３を突設したものとして示しているが、前記した半割構造をとる点は第１実施形態と同じである。
【００５７】
（２）撹拌軸駆動装置およびフィン軸駆動装置の駆動源として速度一定のものを用いる場合に、両駆動装置の双方または一方に、外部から変速操作可能な変速機を設け、この変速機の操作によって両軸３，８の双方または一方の回転速度を無段階または段階的に調整できるようにしてもよい。
【００５８】
（３）フィン軸８の回転を安定したものとする上で上記実施形態のようにフィン軸８と撹拌軸３との間に回転軸受９を設けるのが望ましいが、たとえば改良深度が浅い（軸長さが短い）場合にはこの回転軸受９は必ずしも設けなくてもよい。
【００５９】
（４）空気回収効率を上げるためには上記実施形態のように撹拌軸３とフィン軸８の中心を一致させるのが望ましいが、これら両軸３，８の中心をずらしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
上記のように本発明によるときは、撹拌軸とは別に設けたフィン軸を独自に設定した速度で回転させることによって空隙を形成するため、このフィン軸の回転速度を土質等に応じて空隙を確保するのに適した速度に設定することによって空隙を確保することができる。
【００６１】
すなわち、撹拌軸にフィンを設けた場合のように本来の撹拌・混合作用が低下し、あるいはフィン付きチェーンを設けた場合のように泥が地上に飛散する等の弊害を招くことなく、用済みの搬送気体を確実に回収することができる。
【００６２】
この場合、フィン軸を軸方向に分割し、かつ、半割状としたから、フィン軸の組立および撹拌軸外周への取付作業、それに撹拌軸の長さ（改良深度）の変更に応じたフィン軸の長さ変更作業を容易に行うことができる。
【００６３】
しかも、半割りされた分割片同士を結合するためのフランジがフィンを兼ねるため、フィン軸の構成が簡単ですむ。
【００６４】
また、請求項２，３の発明によると、中空のフィン軸内に撹拌軸を配置しているため、用済み搬送気体を撹拌領域の中心部（請求項３では完全中心）から気体を回収することができる。このため、中心から大きく外れた位置から気体を回収する場合と比較して回収洩れが少なく、気体回収効率が高いものとなる。
【００６５】
また、撹拌軸をフィン軸の中心部に配置してこれら両軸間に回転軸受を設けた請求項４の発明によると、とくに大深度の地盤改良を行う場合に、フィン軸の撓みを防いで回転中心を一定に保ち、安定した空隙確保機能を得ることができる。
【００６６】
また、請求項７の発明によると、フィン軸駆動手段が速度可変に構成されているため、フィン軸の回転速度を土質等に応じて任意に変化させることができる。
【００６７】
この場合、フィン軸駆動手段と撹拌軸駆動手段に別々の駆動源を具備した請求項５の発明によると、駆動源に可変速のもの（通常は可変速モータ）を用いることにより、フィン軸の回転速度を容易に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態にかかる地盤改良装置の全体構成を示す側面図である。
【図２】  同装置における撹拌軸、フィン軸とその駆動部分の構成を示す図である。
【図３】  同装置における撹拌軸、フィン軸の構成を示す断面図である。
【図４】  図３のIV−IV線断面図である。
【図５】  本発明の第２実施形態にかかる地盤改良装置の図２相当図である。
【図６】  本発明の第３実施形態にかかる地盤改良装置の全体構成を示す側面図である。
【図７】  同装置の図２相当図である。
【図８】  フィン軸の他の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３  撹拌軸
７  撹拌翼
４  撹拌軸駆動装置
５  撹拌軸駆動装置の駆動源としてのモータ
８  フィン軸
１３  フィン
１７  フィン軸を構成する単位軸体
１７ａ，１７ａ  単位軸体を構成する半割状の分割片
１８，１８  分割片のフィン兼用フランジ
９  回転軸受
１２  フィン軸駆動装置
１０  フィン軸駆動装置の駆動源としてのモータ
２０  撹拌軸駆動装置とフィン軸駆動装置の共通の駆動源としてのモータ
【図１】
0004019520.tif 000002
【図２】
0004019520.tif 000003
【図３】
0004019520.tif 000004
【図４】
0004019520.tif 000005
【図５】
0004019520.tif 000006
【図６】
0004019520.tif 000007
【図７】
0004019520.tif 000008
【図８】
0004019520.tif 000009