(57)【要約】      （修正有）【課題】バックホーによる刮ぎ取り作業を不要とし、作業の安全性が高く、かつ高品質な地盤改良体を得やすい杭頭処理装置を提供する。【解決手段】ベースマシンから駆動力を受けて地中で回転し、ソイルセメントからなる柱状の地盤改良体を地中に形成する掘削撹拌装置１０と交換可能に形成される杭頭処理装置２０であって、ベースマシンに装着され、地中で回転する軸体２１と、軸体２１の底部において、地盤改良体の頭部において規定深さよりも盛り上がって形成され、かつ未硬化のソイルセメントからなる盛り上がりを切削する複数の切刃２２を軸体２１の半径方向に延びるように設けてなる。【選択図】図２
2016108886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースマシンから駆動力を受けて地中で回転し、ソイルセメントからなる柱状の地盤改良体を前記地中に形成する掘削撹拌装置と交換可能に形成される杭頭処理装置であって、
前記ベースマシンに装着され、前記地中で回転する軸体と、
前記軸体の底部において、前記地盤改良体の頭部において規定深さよりも盛り上がって形成され、かつ未硬化の前記ソイルセメントからなる余剰部分を切削する複数の切刃を前記軸体の半径方向に延びるように設けたことを特徴とする杭頭処理装置。
【請求項２】
前記軸体の前記複数の切刃の上部に、掘削撹拌翼及びスクリューの少なくとも一方を設け、地中における直進性を高めた請求項１記載の杭頭処理装置。
【請求項３】
ベースマシンに掘削撹拌装置を取り付け、地中において前記掘削撹拌装置を回転させ所定深度まで地中を掘削撹拌し、所定深度まで至るソイルセメントからなる地盤改良体を形成する工程と、
前記掘削撹拌装置を地上まで引き上げて、前記掘削撹拌装置を前記ベースマシンから取り外し、軸体と前記軸体の底部において前記軸体の半径方向に延びる複数の切刃を有する杭頭処理装置を、前記ベースマシンに取り付ける工程と、
前記杭頭処理装置を地中で回転させ、前記地盤改良体の頭部において規定深さよりも盛り上がって形成され、かつ未硬化の前記ソイルセメントからなる余剰部分を、前記複数の切刃で切削し、前記余剰部分を除去する工程とを含む、地盤改良体形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良体を用いる地盤改良工法において、未硬化のソイルセメントからなる地盤改良体の頭部に形成されやすい余剰部分を除去する杭頭処理装置及びその関連技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベースマシンに掘削撹拌装置を取り付け、地中において掘削撹拌装置を回転させ所定深度まで地中を掘削撹拌し、所定深度まで至るソイルセメントからなる地盤改良体を形成する地盤改良工法が様々な現場で用いられている。
【０００３】
この工法を実施するにあたり、掘削撹拌装置を用いて地中を掘削撹拌する際に、ソイルセメントの材料であるセメントミルクが吐出される。掘削撹拌装置が所定深度に至った後、掘削撹拌装置は、地上まで引き上げられる。
【０００４】
このようにすると、柱状をなす地盤改良体の底部は、所定深度まで至らしめることができるが、セメントミルクの吐出により、地中の体積が増加するため、地盤改良体の頭部が規定深さよりも盛り上がり、地盤改良体の上側に余剰部分が形成されることが多い。余剰部分に気が付かないと、そのまま放置されることも考えられる。
【０００５】
要するに、施工したままに余剰部分を放置し数日経過すると、余剰部分も硬化して、ハツリ等力任せの作業をしない限り、もはや取り除くのは、困難になる。したがって、丁寧な仕事を心がける施工者は、施行日又は施行日の翌日ぐらいまでに、施工箇所及びその周囲をバックホー等の重機を用いて掘り下げて、さらに余剰部分の周囲をバックホーのバケット先端部で刮ぎ取る作業を行う。
【０００６】
しかしながら、このようにすると、次のような問題点がある。
【０００７】
（１）バケット先端部で刮ぎ取る作業を行うと、地盤改良体の頭部が損傷を受けたり、破損する場合があり、地盤改良体の品質が劣化しやすい。
（２）バックホー等の重機が現場にないときは、全く対応できない。
（３）バックホー等の重機を用意するためのコストアップが避けられない。
（４）規定深さが大きく、バケット先端部が規定高さまで届かず刮ぎ取る作業が行えない場合がある。
（５）規定深さが２メートルを超すと、掘削作業主任者（技能講習修了者）が必要となるし、土の崩壊を生ずるおそれがある。
（６）大型のバックホーを用いると掘削範囲が広がるため、用地の制約を受けて刮ぎ取る作業が行えない場合がある。
【特許文献１】特開２００７−３０８９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、バックホーによる刮ぎ取り作業を不要とし、作業の安全性が高く、かつ高品質な地盤改良体を得やすい杭頭処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る杭頭処理装置は、ベースマシンから駆動力を受けて地中で回転し、ソイルセメントからなる柱状の地盤改良体を地中に形成する掘削撹拌装置と交換可能に形成される杭頭処理装置であって、ベースマシンに装着され、地中で回転する軸体と、軸体の底部において、地盤改良体の頭部において規定深さよりも盛り上がって形成され、かつ未硬化のソイルセメントからなる余剰部分を切削する複数の切刃を軸体の半径方向に延びるように設けてなる。
【００１０】
第２の発明に係る杭頭処理装置では、第１の発明に加え、軸体の複数の切刃の上部に、掘削撹拌翼及びスクリューの少なくとも一方を設け、地中における直進性を高めている。
【００１１】
これらの構成により、次の工程からなる地盤改良体形成方法を実施できる。即ち、この方法は、ベースマシンに掘削撹拌装置を取り付け、地中において掘削撹拌装置を回転させ所定深度まで地中を掘削撹拌し、所定深度まで至るソイルセメントからなる地盤改良体を形成する工程と、掘削撹拌装置を地上まで引き上げて、掘削撹拌装置をベースマシンから取り外し、軸体と軸体の底部において軸体の半径方向に延びる複数の切刃を有する杭頭処理装置を、ベースマシンに取り付ける工程と、杭頭処理装置を地中で回転させ、地盤改良体の頭部において規定深さよりも盛り上がって形成され、かつ未硬化のソイルセメントからなる余剰部分を、複数の切刃で切削し、余剰部分を除去する工程とを含む。
【００１２】
以上のように、掘削撹拌装置と杭頭処理装置とを交換するだけで、地盤改良体の頭部を処理できる。したがって、バックホーは不要となり、バックホーを用いる作業に伴う諸問題を解決できる。
【００１３】
しかも、複数の切刃が水平面と平行に回転することにより、地盤改良体の頭部が処理されるため、地盤改良体の頭部を滑らかに仕上げることができる。言い換えれば、バックホーによる刮ぎ取る作業を行う場合に比べ、地盤改良体の頭部をより高品位に仕上げることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、本発明の杭頭処理装置によれば、バックホーによる刮ぎ取り作業を不要となって作業の安全性が高くなり、しかも、地盤改良体の頭部を高品位に仕上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態におけるベースマシンの側面図、図２（ａ）は、同掘削撹拌装置の正面図、図２（ｂ）は、同杭頭処理装置の正面図である。
【００１６】
図１に示すように、現場の地面Ｇ上をベースマシン１が走行し、地盤改良体を形成すべき位置へ移動する。リーダ１ａを起立させ、軸受３により垂直、かつ回転自在に支持される回転軸４の下端部に掘削撹拌装置１０が装着されている。駆動部２が発生する回転力を、回転軸４に印加すると、掘削撹拌装置１０を回転させることができる。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、回転軸４の下端部に連結部４ａが設けられている。掘削撹拌装置１０の上端部には、多角形状の連結ロッド１１ａが形成されており、連結ロッド１１ａを連結部４ａに挿入し、側面のピン孔４ｂにピン（図示せず。）を挿入することにより、掘削撹拌装置１０が回転軸に連結される。掘削撹拌装置１０は、ソイルセメントからなる柱状の地盤改良体３０（図５等参照。）を地中に形成するものである。
【００１８】
本発明は、掘削撹拌装置１０自体を本質とするものではなく、掘削撹拌装置１０は、地中を掘削撹拌可能なものであれば任意に構成できる。ちなみに、図２（ａ）の例では、連結ロッド１１ａと同軸状に形成される軸体１１の最下端部に、地中の土壌を掘削する掘削翼１２が設けられ、そのやや上段には、共回り防止翼１３が軸体１１に対して遊嵌される。
【００１９】
共回り防止翼１３は、地中でほとんど回転せず、その結果、掘削翼１２が掘削する部分の土壌と、共回り防止翼１３よりも上方の土壌とが縁切りされる。
【００２０】
軸体１１の共回り防止翼１３よりも上方には、撹拌翼１４が設けられる。ここで、撹拌翼１４の枚数などは任意に選択することができる。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、杭頭処理装置２０は、掘削撹拌装置１０と交換可能に形成される。ベースマシン１からみると、杭頭処理装置２０及び掘削撹拌装置１０は、連結部４ａへのアタッチメントであるともいえる。
【００２２】
より詳しくは、杭頭処理装置２０は、掘削撹拌装置１０と同様に軸体２１を主材とし、その上端部には、掘削撹拌装置１０の連結ロッド１１ａと同形の連結ロッド２１ａが設けられている。一方、軸体２１の下端部には、地盤改良体３０の頭部において規定深さよりも盛り上がって形成され、かつ未硬化のソイルセメントからなる余剰部分３１（図５等参照。）を切削する複数の切刃２２が、軸体２１の半径方向に延びるように設けてある。切刃２２の下端縁は、鋭利な刃先２２ａとなっている。鉛直方向に対する切刃２２の傾きは、鉛直方向に対して５度乃至６０度程度とすると好ましい。また、切刃２２の材料は、概ねバックホーに取り付けられるバケットの材料と同等の耐摩耗性材料であることが望ましく、ボロン鋼やマンガン鋼などを用いても良い。例えば、ロックウエル硬さＣスケールｈｒｃが５０〜５６程度のものが好適に使用できる。
【００２３】
したがって、地上のある程度の高さまで、連結部４ａを引き上げると、図２（ａ）に示すように、連結部４ａから掘削撹拌装置１０を取り外し、そのかわりに、図２（ｂ）に示すように、連結部４ａに杭頭処理装置２０を取り付けることができる。
【００２４】
杭頭処理装置２０の下方は、第１例（図３（ａ））〜第８例（図３（ｈ））にそれぞれ示すように種々変更できる。まず、第１例のように軸体２１にストレートな切刃２２のみを設けても良いし、第２例のように切刃２２に段差２２ｂを設けても良い。また、第１例、第２例に対して、第３例（図３（ｃ））、第４例（図３（ｄ））、第８例（図３（ｈ））のように、掘削撹拌翼２４を適宜枚数追加しても良い。
【００２５】
また、軸体２１の最下端部に、下側が頂点となる円錐状のコーン部２３を設けると、地中への下降動作が円滑になるが、地盤改良体３０の頭部に、コーン部２３が食い込むこともあり得る。この現象が気になるのであれば、第５例（図３（ｅ））のように、コーン部を省略すればよい。さらには、第６例（図３（ｆ））や第７例（図３（ｇ））のように、スクリュー２５を軸体２１に設けたり、掘削撹拌翼２４に適宜、突部２６を追加することもできる。掘削撹拌翼２４やスクリュー２５を設けると、杭頭処理装置２０が地中を下降あるいは上昇する際に、土壌の抵抗が掘削撹拌翼２４やスクリュー２５に作用し、軸体２４が鉛直に移動する。つまり、地中における直進性を確保しやすくなり、好適である。
【００２６】
次に、以上のような装置を使用した地盤改良体形成方法の各工程を、図４〜図６を参照しながら説明する。
【００２７】
まず、図４（ａ）に示すように、回転軸４の連結部４ａに、掘削撹拌装置１０を装着して、地盤改良体３０の形成を開始する。即ち、図４（ｂ）に示すように、回転軸４を正転（矢印Ｎ１方向）させながら、地中の土壌を掘削撹拌しながら、掘削撹拌装置１０を下降させる。同時に、掘削撹拌装置１０からセメントミルクを吐出させ、ソイルセメントからなる柱状の地盤改良体３０を成長させてゆく。なお、この例では、掘削撹拌装置１０を下降させつつセメントミルクを吐出させているが、そうではなく、掘削撹拌装置１０が上昇する際のみ、セメントミルクを吐出させても良い。
【００２８】
以上のように掘削撹拌を進めると、掘削翼１２は、地盤改良体３０の頂部（即ち、その上方には、地盤改良体３０を設けてはならない）のレベルである規定深度Ｈ１を超え、地盤改良体３０の底部のレベルである所定深度Ｈ２へ向かう。そして、図４（ｃ）に示すように、掘削翼１２が所定深度Ｈ２に達したら、図４（ｄ）に示すように、回転軸４を逆転（矢印Ｎ２方向）させ一旦上昇させる。
【００２９】
その後、図５（ａ）に示すように、地盤改良体３０の底部付近を練り直すため、再度、回転軸４を正転させ所定深度Ｈ２まで一旦下降させる。ここで、この練り直し動作は、省略しても差し支えないが、地盤改良体３０の品質を良好とするために実施するのが望ましい。
【００３０】
そして、練り直し動作が終わったら、図５（ｂ）に示すように、回転軸４を逆転させつつ掘削撹拌装置１０を上昇させ、ついには、図５（ｃ）に示すように、掘削撹拌装置１０を地上へ引き出す。そして、図２に示したように、掘削撹拌装置１０を杭頭処理装置２０へ交換する（図５（ｄ））。勿論、以下に述べる杭頭処理は、地盤改良体３０が硬化する前であれば実施することができるから、掘削撹拌装置１０を引き上げてから、１日乃至２日後に実施ししても良い。しかしながら、地盤改良体３０は地中で不動であるから、同じベースマシン１で連続的に実施する方が望ましい。勿論、互換性がある他のベースマシンで杭頭処理することもできる。
【００３１】
図５（ｄ）に示すように、地中にセメントミルクが吐出されることにより、セメントミルクに含まれる水分などは、周囲に拡散することはあっても、掘削させた領域内の体積が増加するため、そのままでは、ほとんどの場合、規定高さＨ１よりも上側に盛り上がる余剰部分３１が形成される。
【００３２】
そこで、図６（ａ）に示すように、回転軸４に杭頭処理装置２０を取付け、回転軸４を正転（矢印Ｎ１方向）させながら、図６（ｂ）に示すように杭頭処理装置２０を下降させる。ここで、杭頭処理装置２０の下降速度は、余剰部分３１よりも上方では速くしても良いが、切刃２２が余剰部分３１に接してからは、掘削撹拌装置１０の下降速度よりも小さく（つまり遅く）するのが好ましい。すると、切刃２２が回転軸４を中心として回転しながら、余剰部分３１を除去してゆく。
【００３３】
そして、図６（ｃ）に示すように、切刃２２が規定深さＨ１まで達したら、回転軸４を逆転（矢印Ｎ２方向）させ、図６（ｄ）に示すように、杭頭処理装置２０を地上まで引き上げる。なお、図６（ｃ）〜図６（ｄ）に示すように、引き上げる速度は、速くしても良い。
【００３４】
本発明者の実験によれば、切刃２２の回転動作により、余剰部分３１が切削されるため、処理後の地盤改良体３０の頭部は、非常に滑らかで良質に仕上げられていた。
【００３５】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、バックホー等の重機は不要であり、バックホーによる刮ぎ取り作業に伴う諸問題は、一切発生しない点が容易に理解されよう。即ち、安全性が高い作業により、高品位な地盤改良体を得ることができ、実用上の効果が高い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る杭頭処理装置は、例えば、地盤改良等を行う分野において好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態におけるベースマシンの側面図
【図２】（ａ）本発明の一実施の形態における掘削撹拌装置の正面図  （ｂ）本発明の一実施の形態における杭頭処理装置の正面図
【図３】（ａ）本発明の第１例における杭頭処理装置の下部を示す斜視図  （ｂ）本発明の第２例における杭頭処理装置の下部を示す斜視図  （ｃ）本発明の第３例における杭頭処理装置の下部を示す斜視図  （ｄ）本発明の第４例における杭頭処理装置の下部を示す斜視図  （ｅ）本発明の第５例における杭頭処理装置の下部を示す斜視図  （ｆ）本発明の第６例における杭頭処理装置の下部を示す斜視図  （ｇ）本発明の第７例における杭頭処理装置の下部を示す斜視図  （ｈ）本発明の第８例における杭頭処理装置の下部を示す斜視図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図  （ｂ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図  （ｃ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図  （ｄ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図  （ｂ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図  （ｃ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図  （ｄ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図
【図６】（ａ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図  （ｂ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図  （ｃ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図  （ｄ）本発明の一実施の形態における地盤改良体形成方法の工程説明図
【符号の説明】
【００３８】
１  ベースマシン
１ａ  リーダ
２  駆動部
３  軸受
４  回転軸
４ａ  連結部
１０  掘削撹拌装置
１１、２１  軸体
１１ａ、２１ａ  連結ロッド
１２、１４  撹拌翼
１３  共回り防止翼
２４  掘削撹拌翼
２０  杭頭処理装置
２２  切刃
２３ａ  刃先
２２ｂ  段差
２３  コーン部
２５  スクリュー
２６  突部
３０  地盤改良体
３１  余剰部分
Ｇ  地面
Ｈ１  規定深さ
Ｈ２  所定深さ
【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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