(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースマシンと、
前記ベースマシンに支持されているガイドレールと、
前記ガイドレールに沿って昇降可能である昇降装置と、
前記昇降装置の下端部に設けられている回転手段とを備え、
前記回転手段により、掘削溝を掘削し、前記掘削溝内の地盤を改良する地盤改良装置であって、
前記回転手段は、
第１貫通孔を有する第１中空モータと、
前記第１貫通孔内において、前記第１中空モータの出力部と連結されている中空の第１回転軸と、
第２貫通孔を有する第２中空モータと、
前記第２貫通孔内において、前記第２中空モータの出力部と連結されている中空の第２回転軸とを備え、
前記第１中空モータと前記第２中空モータは上下方向に列設されており、
前記第１回転軸は、前記第２回転軸の中空部に内挿され、かつ、前記第１回転軸と前記第２回転軸は互いに反対方向で回転可能に構成されていることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
前記第１回転軸及び前記第２回転軸には、各々攪拌翼が取り付けられているとともに、
前記第１回転軸又は前記第２回転軸の下端部には、前記掘削溝を掘削するための掘削刃が取り付けられていることを特徴とする請求項１に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、掘削溝を掘削し、その掘削溝内の地盤を改良する地盤改良装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掘削溝を掘削し、その掘削土砂に固化剤等の地盤改良剤を注入して掘削溝内で攪拌することにより地盤を改良する地盤改良装置の例としては、図４に示すように、互いに反対方向で鉛直軸周りに回転可能な２本の軸５１，５１を、地上に設置されたベースマシン（図示せず）により支持し、この２本の軸５１，５１の各下端部に設置された掘削刃５２により掘削溝９を掘削するとともに、掘削刃５２の上方に取り付けられた攪拌翼５３，５３により掘削土砂を攪拌する地盤改良装置５０が存在している。この構成では、各軸５１，５１に取り付けられた攪拌翼５３，５３が互いに反対方向で鉛直軸周りに回転するため、各攪拌翼５３，５３間の剪断効果により掘削土砂を効率良く攪拌することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の地盤改良装置５０では、以下の問題が存在している。
２本の軸５１，５１を回転させるには、各軸５１，５１ごとにモータを設置するか、図４に示すように、１基のモータ５４で２本の軸５１，５１を回転可能な歯車機構５５を設置する必要がある。このとき、歯車機構５５又はモータ（以下、「歯車機構等」という）には、各軸５１，５１の回転反力が作用するため、歯車機構５５等を強固に固定する必要があり、通常、歯車機構５５等をベースマシンに直接固定して強度を確保している。これにより、歯車機構５５等と掘削刃５２とを連結している軸５１，５１が長くなってしまうため、各軸５１，５１の剛性を高めることにより、施工時の攪拌翼５３及び掘削刃５２を安定させている。
【０００４】
したがって、従来の地盤改良装置５０では、各軸５１，５１を回転させるための歯車機構５５等を強固に固定する必要があるとともに、高剛性化された各軸５１の重量が増加するため、装置５０全体の強度を高める必要があり、製作費用が増加してしまうという問題が存在している。
また、掘削溝９の深さに対応して軸５１を継ぎ足す際に、軸５１の剛性を低下させないようにするため、軸５１同士を強固に接続するとともに、接続間隔を小さくする必要があり、施工効率が低下してしまうという問題が存在している。
【０００５】
そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、装置全体の強度を高める必要がなく、装置全体の構成が簡素化されているため、製作費用を低減することができるとともに、施工効率を高めることができる地盤改良装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決すべく構成されるものであり、請求項１に記載の発明は、ベースマシンと、ベースマシンに支持されているガイドレールと、ガイドレールに沿って昇降可能である昇降装置と、昇降装置の下端部に設けられている回転手段とを備え、回転手段により、掘削溝を掘削し、掘削溝内の地盤を改良する地盤改良装置であって、回転手段は、第１貫通孔を有する第１中空モータと、第１貫通孔内において、第１中空モータの出力部と連結されている中空の第１回転軸と、第２貫通孔を有する第２中空モータと、第２貫通孔内において、第２中空モータの出力部と連結されている中空の第２回転軸とを備え、第１中空モータと第２中空モータは上下方向に列設されており、第１回転軸は、第２回転軸の中空部に内挿され、かつ、第１回転軸と第２回転軸は互いに反対方向で回転可能に構成されていることを特徴としている。
【０００７】
ここで、ベースマシンは、支持軸を確実に支持することができるものであれば、自走式や固定式など、その構成は限定されるものではない。
また、回転手段は、貫通孔を有する既存の中空モータであり、油圧式や電動式など駆動方式等は限定されるものではない。
【０００８】
この発明によれば、第１回転軸及び第２回転軸を同心位置で互いに反対方向に回転させることにより、第１中空モータ及び第２中空モータに作用する回転反力が打ち消されるため、各中空モータを強固に固定する必要がなくなり、各中空モータを昇降装置の下端部に簡易に設置することができる。
また、中空モータを用いることにより、歯車機構等を設置することなく、モータの出力部の回転中心と、掘削溝を掘削する各軸の回転中心とが同一位置になるため、各軸の回転効率を高めることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地盤改良装置であって、第１回転軸及び第２回転軸には、各々攪拌翼が取り付けられているとともに、第１回転軸又は第２回転軸の下端部には、掘削溝を掘削するための掘削刃が取り付けられていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、昇降装置により攪拌翼及び掘削刃を昇降させた際に、第１回転軸及び第２回転軸の各中空モータも連動して昇降するため、攪拌翼及び掘削刃と、各中空モータとの間隔が常に小さくなり、施工時に攪拌翼及び掘削刃が安定する。そのため、第１回転軸及び第２回転軸の剛性を高める必要がなくなり、各軸を軽量化することができる。
【００１１】
したがって、本発明の地盤改良装置では、第１回転軸及び第２回転軸を同心位置に配置し、各軸を互いに反対方向で回転させることにより、各軸の中空モータに作用する回転反力を低減することができるため、装置全体の強度を高める必要がなくなり、装置の構成が簡素化され、製作費用を低減することができるとともに、施工効率を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
この実施形態では、地盤改良装置を用いて鉛直方向の掘削溝を掘削し、その掘削溝内の地盤を改良する場合を例として説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る地盤改良装置を示した側面図である。図２は、本発明の実施形態に係る地盤改良装置の回転駆動部を示した側断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る地盤改良装置の他の構成を示した側面図である。
【００１５】
まず、本発明の実施形態に係る地盤改良装置の構成について説明する。
地盤改良装置１は、図１に示すように、鉛直方向のガイドレール２を支持しているベースマシン３と、ガイドレール２に沿って昇降可能な昇降装置４と、昇降装置４の下端部に設置された回転駆動部（回転手段）１０とから構成され、回転駆動部１０により掘削溝９を掘削するとともに、掘削溝９内の掘削土砂を攪拌する装置である。
【００１６】
次に、各構成要素について説明する。
ベースマシン３は、図１に示すように、鉛直方向のガイドレール２を支持するアーム５と、ベースマシン３の移動手段であるキャタピラ６と、運転室７とから構成されている。
昇降装置４は、図１に示すように、ベースマシン３からガイドレール２の上端部に設置された滑車８を介して吊り下げられたワイヤ（図示せず）の一端に固定されており、ベースマシン３に設置されたドラム（図示せず）がワイヤを巻取り又は繰り出すことにより、装置全体がガイドレール２に沿って鉛直方向に昇降可能となっている。
【００１７】
回転駆動部１０は、図１及び図２に示すように、上端部が昇降装置４に固定された支持軸１１と、鉛直方向の貫通孔３１，４１を有し、各貫通孔３１，４１が同心位置になるようにして支持軸１１の下端部に上下方向に列設された上部中空モータ（第１中空モータ）３０及び下部中空モータ（第２中空モータ）４０と、下部中空モータ４０の出力部４２に軸支された中空の外軸１４と、下端部に掘削刃１２を備え、上部中空モータ３０の出力部３２に軸支された中空の内軸１３とから構成され、内軸１３は外軸１４に内挿されており、内軸１３及び外軸１４における掘削刃１２と下部中空モータ４０との間には攪拌翼１５，１６が取り付けられている。
【００１８】
支持軸１１は、上端部が昇降装置４に固定された軽量な支柱であり、複数の支持軸１１を鉛直方向に連結して延長することができる。支持軸１１は高い剛性を必要としないため、簡易に連結可能な構成であるとともに、連結間隔も大きくなっている。
上部中空モータ３０及び下部中空モータ４０は、鉛直方向の貫通孔３１，４１を有する油圧式中空モータであり、各貫通孔３１，４１の中間部に設置された出力部３２，４２が互いに反対方向で鉛直軸周りに回転するように構成されている。なお、符号３３，４３は、貫通孔３１，４１内に挿通された各軸１３，１４を回転自在に軸支するための軸受けである。
【００１９】
外軸１４は、上端部が下部中空モータ４０の出力部４２に軸受け４３を介して軸支されることにより、鉛直軸周りに回転可能な中空管である。また、外軸１４の下端部２０は所定間隔を空けて分割されており、外軸１４の両側に取り付けられた外側攪拌翼１６，１６により連結されている。
内軸１３は、上端部が上部中空モータ３０の出力部３２に軸受け３３を介して軸支されることにより、外軸１４と同心位置で反対方向に回転可能な中空管であり、外軸１４の中空部に内挿され、下端部には、掘削溝９を掘削するための掘削刃１２が設置され、この掘削刃１２の上方における内軸１３の両側には、外部に露出している内側攪拌翼１５，１５が取り付けられている。また、内軸１３には地盤改良剤の供給装置（図示せず）と連通している中空部１７が設けられており、中空部１７の下端部には排出口１８が設けられているとともに、上端部には流入口１９が設けられている。
【００２０】
外側攪拌翼１６は、略コの字形状に形成された一対のフレーム２１の内側に、２枚の翼片２２，２２が所定間隔で設置されている構成であり、フレーム２１の両端部は鉛直方向に配置され、下方の端部が外軸１４の下端部２０に取り付けられるとともに、上方の端部が外軸１４本体に取り付けられることにより、分割された状態の外軸１４が連結され、フレーム２１の鉛直方向における中央部の内側に翼片２２，２２が取り付けられている。
内側攪拌翼１５は、略コの字形状に形成された一対のフレーム２３の外側に１枚の翼片２４が設置された構成であり、フレーム２３の両端部が鉛直方向に配置された状態で内軸１３に取り付けられており、フレーム２３の鉛直方向における中央部の外側に翼部２４が取り付けられている。内側攪拌翼１５の鉛直方向の幅は、外軸１４の下端部２０と外軸１４本体との間隔内に収まる大きさであり、水平方向の幅は、内側攪拌翼１５の外側に設置された翼片２４が、外側攪拌翼２１の内側に設置された上下の翼片２２，２２の間に位置し、互いの翼片２２，２４が交互に配置されるように形成されている。
【００２１】
したがって、本発明の実施形態に係る地盤改良装置１では、内軸１３及び外軸１４を回転させた際に、回転している内側攪拌翼１５の外側で、同心位置に配置された外側攪拌翼１６が反対方向に回転するため、上部中空モータ３０及び下部中空モータ４０に作用する回転反力が大幅に低減される。これにより、上部中空モータ３０及び下部中空モータ４０を強固に固定する必要がなくなるため、支持軸１１の下端部に簡易に各中空モータ３０，４０を設置し、支持軸１１を昇降させることにより、攪拌翼１５，１６及び掘削刃１２とともに各中空モータ３０，４０を昇降させることができる。そのため、攪拌翼１５，１６及び掘削刃１２と、各中空モータ３０，４０との間隔が常に小さくなり、内軸１３及び外軸１４の剛性を高める必要がなくなることから、内軸１３及び外軸１４は軽量化されている。すなわち、装置１全体の強度を高める必要がないため、装置１全体の構成が簡素化され、製作費用が低減されている。
【００２２】
次に、本発明の実施形態に係る地盤改良装置１を用いた地盤改良方法について説明する。
まず、図１に示すように、地盤改良を行う所定位置の脇にベースマシン３を移動させ、鉛直方向のガイドレール２を設置する。そして、昇降装置４を下降させて回転駆動部１０の下端部に設置された掘削刃１２を地上面に当接させる。
さらに、上部中空モータ３０及び下部中空モータ４０を駆動させて内軸１３及び外軸１４を回転させ、内軸１３の下端部に設置された掘削刃１２で地盤を掘削し、昇降装置４により掘削刃１２を順次に下降させて所定深さの掘削溝９を構築する。このとき、各中空モータ３０，４０と掘削刃１２との間隔は常に小さく一定であり、掘削刃１２とともに中空モータ３０，４０も掘削溝９内に下降して駆動するため、掘削刃１２が安定した状態になる。ここで、昇降装置４をガイドレール２の下端部まで下降させたとしても掘削刃１２が所定深さに達しない場合には、支持軸１１を継ぎ足して掘削刃１２を下降させる。支持軸１１は、低剛性化により軽量化されているとともに、簡易に接合され、さらに、接合間隔も大きいため、支持軸１１の継ぎ足しを簡易に行うことができる。また、各中空モータ３０，４０は支持軸１１の下端に設置されているため、支持軸１１を継ぎ足したとしても、各中空モータ３０，４０と掘削刃１２との間隔は常に小さく一定に保たれ、掘削刃１２が安定した状態になる。
【００２３】
次に、掘削刃１２が所定深さに達した後に、内軸１３の排出口１８から掘削溝９内に蓄積された掘削土砂に地盤改良剤を注入する。そして、掘削土砂は、互いに反対方向で回転している各攪拌翼１５，１６間の剪断効果により効率良く攪拌される。
最後に、地盤改良剤の注入及び掘削土砂の攪拌を行いながら、回転駆動部１０を昇降させて掘削溝９から離脱させる。これにより、掘削溝９内の掘削土砂が地盤改良剤により硬化して所定位置の地盤が改良される。
【００２４】
したがって、本発明の実施形態に係る地盤改良装置１では、装置１全体の構成が簡素化されているため、地盤改良の施工効率が高まっている。
【００２５】
以上、本発明の好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、図３に示すように、ベースマシンに既存のアースオーガ３’を用いてもよく、この構成では、昇降装置の一部としてオーガスクリュ２５を用いており、その下端部に各中空モータ３０，４０を設置し、オーガスクリュ２５の昇降により攪拌翼１５，１６、掘削刃１２及び各中空モータ３０，４０を昇降させており、既存の装置を流用しているため、地盤改良装置１の製作費用が大幅に低減される。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の地盤改良装置によれば、第１回転軸及び第２回転軸を同心位置で互いに反対方向に回転させることにより、各軸の中空モータに作用する回転反力が打ち消されるため、各中空モータを強固に固定する必要がなくなり、支持軸の下端に簡易に設置することができる。
また、各回転軸に攪拌翼及び掘削刃を設置した構成では、攪拌翼及び掘削刃を昇降させた際に、攪拌翼及び掘削刃とともに各軸の中空モータも昇降させることができるため、攪拌翼及び掘削刃と、回転手段との間隔が常に小さくなり、施工時に攪拌翼及び掘削刃が安定する。そのため、内軸及び外軸の剛性を高める必要がなくなり、各軸を軽量化することができることから、装置の構成が簡素化され、製作費用を低減することができるとともに、施工効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る地盤改良装置を示した側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る地盤改良装置の回転駆動部を示した側断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る地盤改良装置の他の構成を示した側面図である。
【図４】従来の地盤改良装置を示した正面図である。
【符号の説明】
１・・・・地盤改良装置
２・・・・ガイドレール
３・・・・ベースマシン
４・・・・昇降装置
９・・・・掘削溝
１０・・・・回転駆動部
１１・・・・支持軸
１２・・・・掘削刃
１３・・・・内軸
１４・・・・外軸
１５・・・・内側攪拌翼
１６・・・・外側攪拌翼
３０・・・・上部中空モータ
４０・・・・下部中空モータ
【図１】
0003924191.tif 000002
【図２】
0003924191.tif 000003
【図３】
0003924191.tif 000004
【図４】
0003924191.tif 000005