(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸に、外方向に突出する外向翼体を複数、下方に向かうにしたがって小径をなすように設け、該複数の外向翼体の先端の外側において上下に連なり、下方に向かうにしたがって小径をなす枠体を設けると共に、該枠体には前記上下の外向翼体の間に位置するように内方向に突出する内向翼体を設け、該枠体を前記縦軸と共に上下動するように構成し、さらに前記縦軸と前記枠体の双方が回転駆動手段によって該縦軸の軸線回りに別個独立に回転する構成としたことを特徴とする、掘削土の混合攪拌装置。
【請求項２】
縦軸に、外方向に突出する外向翼体を複数、下方に向かうにしたがって小径をなすように設け、該複数の外向翼体の先端の外側において上下に連なり、下方に向かうにしたがって小径をなす枠体を設けると共に、該枠体には前記上下の外向翼体の間に位置するように内方向に突出する内向翼体を設け、該枠体を前記縦軸と共に上下動するように構成し、さらに前記縦軸の軸線回りに該縦軸が回転駆動手段によって回転する一方、前記枠体が回転しない構成としたことを特徴とする、掘削土の混合攪拌装置。
【請求項３】
縦軸に、外方向に突出する外向翼体を複数、下方に向かうにしたがって小径をなすように設け、該複数の外向翼体の先端の外側において上下に連なり、下方に向かうにしたがって小径をなす枠体を設けると共に、該枠体には前記上下の外向翼体の間に位置するように内方向に突出する内向翼体を設け、該枠体を前記縦軸と共に上下動するように構成し、さらに前記縦軸の軸線回りに該枠体が回転駆動手段によって回転する一方、前記縦軸が回転しない構成としたことを特徴とする、掘削土の混合攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削土の混合攪拌装置に関し、詳しくは、土木、建設（建築）の基礎工事などにおいて、軟弱地盤を１又は複数の縦軸（以下、掘削軸ともいう）にて柱状などに掘削し、混合攪拌しながら石灰系やセメント系のスラリー状の固化剤（以下、単に固化剤ともいう）を吐出して、この固化剤と掘削土とを混合、攪拌して固結させることによって地盤を改良するのに用いられる掘削土の混合攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような地盤改良は、通常、円柱状に行われる。そして、荷重支持力に応じ、深さと共にその直径を設定している。一方で、改良体の直径を大きくすると、その分、一定割合で必要とされる固化剤も多く要するなど、改良体の施工コストのアップを招いてしまう。しかし、このように大径にしても、コストの増大に見合うほどの荷重支持力は得られないことが多い。というのは、この種の地盤改良体における支持力は地中における土壌との接触面積に大きく依存するが、円柱形状ではその接触面積の増大を効率的に図れないためである。すなわち、地盤改良体においては、同一体積ならば円柱状のものよりも、逆円錐形状等、下方に向うに従って小径としたものがその接触面積の増大を図りやすいと考えられる。
【０００３】
一方、こうした逆円錐形状をなす改良柱体においても、円柱状のそれと同様にその形成過程においては掘削土の混合攪拌が十分に行われないといけない。そこで、このような先細形状の改良柱体の形成においても、円柱状の改良柱体の形成と同様に、縦軸に設けられた掘削翼や攪拌翼などの翼体相互の間に、共回り防止翼を縦軸にボスを介して回転自在に装着し、掘削する掘削土の共回りを防止する必要がある。
【０００４】
すなわち、縦軸に掘削又は攪拌をするように、外方向に突出する翼体（以下、その作用に応じて掘削翼、攪拌翼又は掘削攪拌翼ともいう）を複数設けておき、各掘削翼は、その径を縦軸の上方に位置するものを相対的に大とし、各掘削翼の上にはその径より大径をなす共回り防止翼を設けた混合攪拌装置を提案できる。つまり、この混合攪拌装置は、掘削翼をその径が縦軸の下方に位置するものを相対的に小となるようにして設けると共に、各掘削翼の上にその各掘削翼の径より大きい径を持ち、しかも、縦軸の軸線回りに回転自在の共回り防止翼を設けたものである。
【０００５】
この装置で地盤を掘削し、混合攪拌する場合においては、一番下の掘削翼から順に掘削され、各掘削翼の上の共回り防止翼はその先端が掘削部（掘削柱体）の外側の周縁（未掘削部位）に食い込んでいき平面視停止するため、掘削土の共回りが防止される。このように、この装置では下方に向う掘削過程では、共回り防止翼が柱体の周縁に食い込んで停止しているため、掘削土の共回りが防止され、その混合攪拌が順調に行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような装置で混合攪拌を順調に行うためには、縦軸を回転させながら下動させるだけでなく、それを回転させながら上動すること、つまり縦軸を回転しながら上下動を繰返すことが不可欠である。しかし、先細り形状に地盤改良する前記装置では、縦軸を上方に引き上げる工程では共回り防止翼の先端が柱体の周縁の未掘削部位から離れてしまい、その停止が確保されないようになる。したがって、縦軸を回転させながら上動する場合には、掘削翼にて縦軸回りに共回りしようとする掘削土につられて共回り防止翼も回転してしまうため、掘削土の共回りを防止ことができず、十分な混合攪拌ができないといった問題がある。
【０００７】
このように、独立の共回り防止翼を縦軸に回転自在の状態で装着した装置で逆円錐形状等の先細り形状に地盤を改良する場合には、縦軸を上下動するうち、上動するときには共回り防止作用が確保されないため、上下動を繰り返しながら、効率的に混合攪拌するということができない。
【０００８】
本発明は、こうした問題点に鑑みて案出したものであって、その目的とするところは、逆円錐形状など、下方が細くなる形状に掘削混合攪拌して軟弱地盤を改良する際においても、掘削土の混合攪拌を効率的に行うことのできる掘削土の混合攪拌装置を提供することをその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の掘削土の混合攪拌装置は、縦軸に、外方向に突出する（延びる）外向翼体を複数、下方に向かうにしたがって小径をなすように設け、該複数の外向翼体の先端の外側において上下に連なり、下方に向かうにしたがって小径をなす枠体を設けると共に、該枠体には前記上下の外向翼体の間に位置するように内方向に突出する内向翼体を設け、該枠体を前記縦軸と共に上下動するように構成し、さらに前記縦軸と前記枠体の双方が回転駆動手段によって該縦軸の軸線回りに別個独立に回転する構成としたことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、縦軸（掘削軸）に設けた外向翼体は、縦軸が回転するとき掘削翼及び攪拌翼又はそのいずれかの作用をするものである。また、枠体及び枠体に設けた内向翼体は、枠体が回転するとき掘削翼及び攪拌翼又はそのいずれかの作用をするものである。そして、内向翼体は、縦軸（掘削軸）に設けた全ての外向翼体の間に設けなくともよいし、縦軸に設けた上下の翼体より上又は下に設けてもよい。さらに、縦軸と枠体とが縦軸の軸線回りに別個独立に回転する構成とは、両者が逆方向に回転する構成、同一方向に異なる回転数で回転する構成、回転を停止する構成（手段）を含むものとする。なお、縦軸に設ける外向翼体の突出方向（外方向）は縦軸に垂直とするのが好ましいが、垂直でなくともよいし、平面視、円弧状に湾曲していてもよい。また、枠体に設ける内向翼体の突出方向（内方向）は縦軸に向かって垂直に設けるのが好ましいが、垂直でなくともよいし、平面視、円弧状に湾曲していてもよい。
【００１１】
しかして、縦軸を回転させる一方、枠体を回転させないで縦軸を下動するときは、外向翼体にて掘削されるが、枠体は平面視停止して掘削径の外縁に食込んでいき、枠体及びそれに設けられた内向翼体にて掘削土は共回りが防止される。そして、同じ回転状態で縦軸が上動されるときでも枠体は停止していることから、掘削土の共回りがなく、掘削土は順調に混合攪拌される。また、逆に、縦軸を回転させない一方、枠体を回転させて縦軸を下動するときは、縦軸に設けられた外向翼体にて掘削土は共回りが防止され、上下動に関係なく掘削土は順調に混合攪拌される。なお、この場合には枠体が掘削翼の作用をする。なお、縦軸と枠体の両者を互いに逆回転させても同様に作用する。なお、本発明において外向翼体や内向翼体の数は、掘削径や深ささらには土質に応じて共回り防止作用が確保される範囲で適宜に設定すればよい。
【００１２】
なお、前記手段において次のように縦軸の軸線回りに前記枠体が回転しない構成としてもよい。すなわち、本発明の請求項２記載の掘削土の混合攪拌装置は、縦軸に、外方向に突出する外向翼体を複数、下方に向かうにしたがって小径をなすように設け、該複数の外向翼体の先端の外側において上下に連なり、下方に向かうにしたがって小径をなす枠体を設けると共に、該枠体には前記上下の外向翼体の間に位置するように内方向に突出する内向翼体を設け、該枠体を前記縦軸と共に上下動するように構成し、さらに前記縦軸の軸線回りに該縦軸が回転駆動手段によって回転する一方、前記枠体が回転しない構成としたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記各手段において、次のように縦軸の軸線回りに外向翼体が回転しない構成とし、枠体が同軸線回りに回転する構成としてもよい。すなわち、本発明の請求項３記載の掘削土の混合攪拌装置は、縦軸に、外方向に突出する外向翼体を複数、下方に向かうにしたがって小径をなすように設け、該複数の外向翼体の先端の外側において上下に連なり、下方に向かうにしたがって小径をなす枠体を設けると共に、該枠体には前記上下の外向翼体の間に位置するように内方向に突出する内向翼体を設け、該枠体を前記縦軸と共に上下動するように構成し、さらに前記縦軸の軸線回りに該枠体が回転駆動手段によって回転する一方、前記縦軸が回転しない構成としたことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る掘削土の混合攪拌装置の実施形態について、図１ないし図４を参照して詳細に説明する。図中１は本形態の混合攪拌装置である。そして、同図中２は、略円筒状（若しくは中空円柱状）をなす縦軸（掘削軸）であって、上端部は、鉛直に配置される図示しないリーダーに沿って上下動するように設けられる回転駆動手段（図示せず）に接続され、正逆回転及び停止可能に構成されている。縦軸２には上寄り部位から下方に、順次径が小さく外向に突出する外向翼体１１，１２，１３，１４が上下に４つ間隔をおいて設けられている。一方、この外向翼体１１，１２，１３，１４の全体で、掘削及び撹拌するように構成されている。そして、各外向翼体１１，１２，１３，１４は掘削性を上げるため、その下辺が凹凸をなす凹凸歯１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａを備えている。
【００１５】
また、各外向翼体１１，１２，１３の左右横方向の先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの外側に間隔をおいて上下に連なり、下方に向かうにしたがって段付き状（階段状）に小径をなすように枠体５１が設けられている。本例では、上から下に向かって小径を成すように左右に各垂直部５２，５３，５４を備えており、その上端部５５が縦軸２に向かって内方向に延びる形で縮径され、縦軸２を包囲するように回転可能に配置された筒体６１に接続固定されている。筒体６１は図示しないその上端部が回転駆動手段に接続され、縦軸２とは別個独立に縦軸２の軸線Ｇ回りに正逆回転及び停止可能に構成されている。
【００１６】
そして枠体５１は、その下端部５６が縦軸２に向かって内方向に延びる形で縮径され、縦軸２を包囲するように回転可能に配置された筒体６５に接続固定されている。なおこの枠体５１は縦軸２の軸線Ｇ回りに正逆回転可能であるが、縦軸２と共に上下動するように、上の筒体６１の内周面に設けられた周溝６３が縦軸２に一体的に設けられたリング部４に外嵌され、また下の筒体６５が外向翼体１３，１４の基部の端面１３ｃ，１４ｃにて上下動が規制されている。
【００１７】
さらに枠体５１には外向翼体１１，１２，１３の上下間に位置し、縦軸２に向かって延びる内向翼体５８，５９が設けられている。この内向翼体５８，５９は、所定の幅（高さ）を有し、その内側端部５８ｂ，５９ｂは、縦軸２の外周面に間隔をおいて近接している。
【００１８】
しかして、枠体５１は、縦軸２の上下動と共に上下動するものの、縦軸２の回転、停止と関係なく、縦軸２の軸線Ｇ回りには回転し、或いは停止するように構成されている。なお、縦軸２の先端側近傍には、スラリー状の固化剤の吐出口３が設けられており、図示しない固化剤がその圧送源から縦軸２の内側（中空部）を通って掘削土中に吐出されるように構成されている。
【００１９】
さて次にこのような本形態の掘削土の混合攪拌装置１の作用ないし効果について説明する。本例装置１によって地盤を掘削し、混合攪拌する場合において、例えば枠体５１を回転させることなく縦軸２を一方へ回転しながら下動する。すると、一番下の掘削作用を成す外向翼体１４が地盤中に入り込んで掘削が始まり、その進行と同時に下動し、回転しない枠体５１の下端部５６が外向翼体１４の掘削径の外縁に当たり、食込みながら地盤中に進入していく。
【００２０】
そして、掘削が進み、外向翼体１３，１２，１１が順次地盤中に入り込んでいくと、その進行に合わせて回転しない枠体５１の垂直部５４，５３，５２が掘削径の外縁に当たり、食込みながら地盤中に進入していく。こうして掘削していく中、縦軸２の先端の固化剤の吐出口３からスラリー状の固化剤を注入しつつ、縦軸２の下動を進めると、地盤中には下から上に向かって外向翼体１４，１３，１２，１１の径でもって順次大径をなすように段付き逆円錐形状に掘削される。なお、最下部の外向翼体１４を除く外向翼体が実質的に掘削作用を成す部位は、隣接する下の外向翼体の先端に対応する位置より外側であり、それより内側部位は攪拌翼として作用する。
【００２１】
この掘削過程では枠体５１は停止しているから、それに設けられた内向翼体５８，５９も縦軸２回りに回転することなく停止しているため、外向翼体１１，１２，１３，１４にて共回りするようにされる掘削土は、その回転が止められる。したがって、掘削土と固化剤とは順調に混合攪拌される。
【００２２】
そして、所定の深さまで掘削し、縦軸２の正逆回転及び上動をする。このとき、外向翼体１１〜１４にて共回りするようにされる掘削土は、内向翼体５８，５９及び枠体５１の上端部５５及び下端部５６にて常にその回転が止められるようになるため、掘削土と固化剤との混合、攪拌が順調に行われる。このように、本例装置１によれば、縦軸２を上動する場合でも、枠体５１を縦軸２と共に上動させつつ縦軸２の回りに回転させないようにできるため、掘削土の共回りを防止させることができ、したがって、固化剤と共に掘削土を順調に混合攪拌できる。これにより、逆円錐台形状でありながら均質な改良体が効率よく形成できる。
【００２３】
上記形態では、縦軸２を上動させ、枠体５１が外向翼体によって掘削された掘削径の内側における掘削土中に位置するようになった場合には、枠体５１を縦軸２と逆転させてもよい。この様にすれば、さらに効率的な混合攪拌が得られる。外向翼体１１〜１４と枠体５１の上下端部５５，５６と内向翼体５８，５９によって土塊を剪断するように作用するためである。粘性度が高く、しかも石や岩塊を含む地盤の改良において大径で深く改良する際に効果的である。また、地盤の軟弱度によって可能であれば、縦軸２の下動又は上動と同時に縦軸２の回転と逆転させるなど、適宜に縦軸２又は枠体５１を正逆転させればよい。ただし、その際には、段付き逆円錐台形状の改良体の外側輪郭が、枠体５１形状を成すことになる。
【００２４】
さて次に図５に示した形態例の装置２１について説明するが、このものは図１の装置１における縦軸２の最下端部の外向翼体１４を除去した点が相違するだけで、枠体５１で掘削作用をさせるようにしたものであることから、同一部位には同一の符号を付すに止め、その説明を省略する。図１のものでは掘削開始時に縦軸２を回転させ枠体５１を停止させて掘削を開始したのに対し、このものでは、掘削開始時において、縦軸２を回転させることなく枠体５１を回転させてその縦軸２と共に筒体６１を下動するのである。こうすることでも逆円錐台形状に掘削できると共に、掘削土は外向翼体１１〜１３にてその共回りが防止されるため、順調に混合攪拌できる。そしてこの際にも逆円錐台形状の改良体の外側輪郭が、枠体５１形状を成すことになる。なお、図中２４は、枠体５１の下端部５６の下への動きを規制するリング部であり、縦軸２に周設されている。
【００２５】
さらに図６に示した形態例の装置３１について説明するが、このものは図１の装置１における枠体５１の垂直部５４，５３，５２の外辺に凹凸歯５４ａ，５３ａ，５２ａを設けた点が相違するだけで、枠体５１の外側における掘削性の向上を図ったものであることから、同一部位には同一の符号を付すに止め、その説明を省略する。
【００２６】
なお、前記いずれの形態においても、枠体５１は、縦軸２の軸線Ｇ回りに回転しない構成としたものでもよい。このものでは、枠体５１に回転駆動機構を設けることが不要となるため、構造の簡素化が図られる。また、逆に、縦軸２を回転しないようにする一方で、枠体５１のみ縦軸２の軸線Ｇ回りに回転する構成としたものでもよい。このものでは、縦軸２に回転駆動機構を設けることが不要となるため、構造の簡素化が図られる。これらは比較的、小径で浅く改良する場合に適する。
【００２７】
なお前記形態において枠体は、その外側（垂直部）を下に向かって階段状に縮径するように形成したが、傾斜直線状としてもよい。この様にすれば、楔作用で、障害物に関わらず嵌入しやすい。なお、外向翼体の数（上下の間隔）やその長さや形状、さらには枠体の幅や平面視の幅、さらに内向翼体の突出長さや平面視の幅は、土質や掘削径或いは掘削深さに応じて適宜に設定すれば良い。
【００２８】
なお、前記形態では、リーダーを鉛直に立てて掘削する掘削機において説明したが、掘削機（車両）本体は、適宜のものを用いればよい。また、掘削翼をなす外向翼体の径は上方に位置するものが相対的に大となるように設定すれば良いが、その程度についても適宜に設定すれば良い。さらに、枠体の内向翼体の幅や厚さは適宜に設定すればよい。ただし、平面的な幅は強度に問題のない範囲で薄めにするのが、未掘削土の嵌入（食込み）を容易とする。
【００２９】
さらに前記形態では外向翼体を縦軸２の左右に延びるよう平面視、直線状に設けたが、これについては平面視、等角度間隔で、或いは不等角度間隔において３以上放射状方向に設けてもよい。また、前記形態では、外向翼体および内向翼体ともに縦軸に対し左右同一高さ部位にて設けた場合を例示したが、いずれも異なる高さ部位にて、つまり片翼状で設けてもよい。さらに、前記形態では、外向翼体を平面視直線状に形成したが、これについては円弧状や「く」の字形としてもよい。内向翼体は枠体の内側から縦軸に向けて延びるように設けるのが適切であるが、共回り防止、或いは掘削撹拌ができるように設けられていればよい。なお、前記形態では１本の縦軸において具体化したものを例示したが、本発明は、複数の縦軸２を備えた掘削土の混合攪拌装置において、その各縦軸にて具体化することもできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の掘削土の混合攪拌装置によれば、次のような効果がある。請求項１記載の本発明によれば、縦軸と枠体の双方が回転駆動手段によって縦軸の軸線回りに別個独立に回転する構成としたことから、逆円錐形状の地盤改良においても、両者の回転を適宜コントロールし、或いは一方の回転を停止することで、縦軸を下動する掘進時のみならず、縦軸を上動する場合においても、掘削土を共回りさせることなく順調に混合攪拌できる。
【００３１】
請求項２又は３記載の本発明によれば、逆円錐形状の地盤改良においても、縦軸と枠体の一方が回転しないことから、装置の構造の簡素化が図られると共に、縦軸を下動する掘進時のみならず、縦軸を上動する場合においても、掘削土を共回りさせることなくその混合攪拌を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の掘削土の混合攪拌装置の実施形態例の概略構成を示す説明用正面図。
【図２】図１中のＡ−Ａ線平断面図。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線平断面図。
【図４】図１中のＣ−Ｃ線平断面図。
【図５】図１の実施形態例の変形例の概略構成を示す説明用正面図。
【図６】図１の実施形態例の変形例の概略構成を示す説明用正面図。
【符号の説明】
１，２１，３１  掘削土の混合攪拌装置
２  縦軸
１１，１２，１３，１４  外向翼体
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ  外向翼体の先端
５１  枠体
５８，５９  内向翼体
Ｇ  縦軸の軸線
【図１】
0004026965.tif 000002
【図２】
0004026965.tif 000003
【図３】
0004026965.tif 000004
【図４】
0004026965.tif 000005
【図５】
0004026965.tif 000006
【図６】
0004026965.tif 000007