(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動装置により回転する外管と前記外管の内部に非回転に延在して配置された内管とを有する二重管と、
前記外管の先端部に取り付けられた連結部材を介して前記外管に平行となるように前記外管から所定の距離を隔てて回転自在に懸架された撹拌軸と、
前記非回転の内管の先端に回転しないように固着された太陽歯車と、
前記撹拌軸の上端側に回転自在に支持され、前記非回転の太陽歯車と噛合しながら回転する遊星歯車と、
前記遊星歯車に噛み合って前記撹拌軸を前記遊星歯車の回転方向とは逆方向に回転させる逆回転機構と、
を備え、
前記撹拌軸は、放射状に複数枚の撹拌翼を有し、かつ、前記逆回転機構の回転中心に同期して回転するように前記連結部材に懸架され、前記撹拌軸の回転により前記複数枚の撹拌翼の先端の軌跡が略多角形を描くことで、前記各撹拌翼を介して前記外管が貫入された箇所の地盤と前記撹拌軸側から吐出された固化材を撹拌混合するようにしたことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
請求項１記載の地盤改良装置であって、
前記逆回転機構は、前記遊星歯車の下面外周部に形成されたラックと、前記ラックに噛合する反転歯車と、上面外周部に前記反転歯車が噛合するラックが形成され、前記撹拌軸の上端に固着された受け歯車と、を備えていることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項３】
請求項１記載の地盤改良装置であって、
前記太陽歯車と前記遊星歯車の各歯数の比率が４対３をなし、前記撹拌翼の数が３枚で当該３枚の撹拌翼の先端の軌跡で略正方形が形成されることを特徴とする地盤改良装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の地盤改良装置であって、
ルーローの三角形の頂点の軌跡が略正方形を描くように回転させた時の、前記ルーローの三角形の重心が描く軌跡と相類似の丸みを帯びた四角形の太陽歯車を用い、遊星歯車が前記太陽歯車と常に噛合するように軸間距離を可変させる可変機構を介し、前記太陽歯車と前記遊星歯車を支持することで４辺が直線状となる断面略正方形の改良体を造成するようにしたことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項５】
二重管の外管を駆動装置により回転させ、
前記外管の先端部に取り付けられた連結部材を介して前記外管に平行となるように前記外管から所定の距離を隔てて懸架された撹拌軸を回転させ、
前記外管の回転により前記撹拌軸の上端側に回転自在に支持された遊星歯車を、前記外管内に配置された非回転の内管の先端に固着された非回転の太陽歯車の周りに公転させると共に前記遊星歯車を自転させることで、前記撹拌軸に放射状に取り付けられた複数枚の撹拌翼により前記外管が貫入された箇所の地盤と前記撹拌軸側から吐出された固化材が撹拌混合されて断面が略多角形の改良体を造成することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項６】
請求項５記載の地盤改良工法であって、
各歯数の比率が４対３の前記太陽歯車と前記遊星歯車とを用いて、３枚の前記撹拌翼で断面が略正方形の改良体を造成することを特徴とする地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルーローの三角形の原理を応用して断面が矩形の改良体を造成する地盤改良装置及び地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の地盤改良装置として、例えば特許文献１に記載された地盤撹拌機がある。この特許文献１に記載された地盤撹拌機は、ルーローの三角形状の断面形状を有するルーロー回転軸、前記ルーローの三角形状部分の外幅を一辺とする正方形状の内形にルーローの三角形状部分を回転可能に支持する軸受、およびルーロー回転軸を回転駆動する駆動部を有してルーロー回転軸の軸方向に移動可能に設けた駆動機構と、軸受の先端面に延出したルーロー回転軸の先端側から土砂固化材を吐出する吐出機構と、ルーロー回転軸の先端に設けてあってルーロー回転軸のルーローの三角形状を拡大してルーロー回転軸のルーローの三角形状に対して重心および頂点の向きを一致させたルーローの三角形状の範囲内に形成した掘削カッタと、ルーロー回転軸の軸受と掘削カッタとの間に設けてあって掘削カッタと同様に形成した撹拌翼と、を備える。
【０００３】
そして、地盤撹拌機を用い、ルーロー回転軸の回転によりほぼ矩形の孔を掘削しながら、ルーロー回転軸の先端側から固化材を吐出し、地盤の土砂と固化材を撹拌翼で撹拌混合して断面矩形の地中連続壁（改良体）を造成するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３６４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の地盤撹拌機では、装置全体が大掛かりとなり、また、ルーロー回転軸及びその周りの軸受部が大径となって、地盤に貫入する際に大きな障害（負荷）となり、スムーズに改良体を造成することが難しかった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、太陽歯車を固着した内管が挿通される外管を小径にすることができ、簡単かつ確実に断面が略多角形の改良体を造成することができる地盤改良装置及び地盤改良工法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】
【０００７】
本発明の地盤改良装置は、駆動装置により回転する外管と前記外管の内部に非回転に延在して配置された内管とを有する二重管と、前記外管の先端部に取り付けられた連結部材を介して前記外管に平行となるように前記外管から所定の距離を隔てて回転自在に懸架された撹拌軸と、前記非回転の内管の先端に回転しないように固着された太陽歯車と、前記撹拌軸の上端側に回転自在に支持され、前記非回転の太陽歯車と噛合しながら回転する遊星歯車と、前記遊星歯車に噛み合って前記撹拌軸を前記遊星歯車の回転方向とは逆方向に回転させる逆回転機構と、を備え、前記撹拌軸は、放射状に複数枚の撹拌翼を有し、かつ、前記逆回転機構の回転中心に同期して回転するように前記連結部材に懸架され、前記撹拌軸の回転により前記複数枚の撹拌翼の先端の軌跡が略多角形を描くことで、前記各撹拌翼を介して前記外管が貫入された箇所の地盤と前記撹拌軸側から吐出された固化材を撹拌混合するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の地盤改良工法は、二重管の外管を駆動装置により回転させ、前記外管の先端部に取り付けられた連結部材を介して前記外管に平行となるように前記外管から所定の距離を隔てて懸架された撹拌軸を回転させ、前記外管の回転により前記撹拌軸の上端側に回転自在に支持された遊星歯車を、前記外管内に配置された非回転の内管の先端に固着された非回転の太陽歯車の周りに公転させると共に前記遊星歯車を自転させることで、前記撹拌軸に放射状に取り付けられた複数枚の撹拌翼により前記外管が貫入された箇所の地盤と前記撹拌軸側から吐出された固化材が撹拌混合されて断面が略多角形の改良体を造成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、太陽歯車を固着した内管が挿通される外管を小径にすることができ、簡単かつ確実に断面が略多角形の改良体を造成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態の地盤改良装置の要部を示す概略構成図である。
【図２】上記地盤改良装置の外管の先端部に取り付けられた連結部材の内部の概略構成図である。
【図３】上記外管内に挿通された内管の先端部に固着された太陽歯車と遊星歯車の寸法関係を示す説明図である。
【図４】上記遊星歯車と撹拌軸を逆回転させる逆回転機構の概略構成図である。
【図５】（ａ）〜（ｇ）は上記撹拌軸の回転により３枚の撹拌翼の先端が描く略正四角形の軌跡の説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態の地盤改良装置の要部を示す概略構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態の地盤改良装置の要部を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態の地盤改良装置の撹拌軸の回転により５枚の撹拌翼の先端が描く略正六角形の軌跡の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の第１実施形態の地盤改良装置の要部を示す概略構成図、図２は地盤改良装置の外管の先端部に取り付けられた連結部材の内部の概略構成図、図３は外管内に挿通された内管の先端部に固着された太陽歯車と遊星歯車の寸法関係を示す説明図、図４は遊星歯車と撹拌軸を逆回転させる逆回転機構の概略構成図、図５（ａ）〜（ｇ）は撹拌軸の回転により３枚の撹拌翼の先端が描く略正四角形の軌跡の説明図である。
【００１３】
図１に示すように、地盤改良装置１０は、オーガモータ３０により回転する円筒状の外管１２と該外管１２の内部に非回転に延在して配置された円筒状の内管（中管）１３とを有する二重管１１と、外管１２の先端部１２ａに取り付けられた連結部材１４を介して外管１２に平行となるように外管１２から所定の距離（例えば７７ｍｍ）を隔てて回転自在に懸架された撹拌軸１７と、非回転の内管１３の先端１３ａに回転しないように固着された太陽歯車１５と、撹拌軸１７の上端１７ｂ側に回転自在に支持され、非回転の太陽歯車１５と噛合しながら回転する遊星歯車１６と、この遊星歯車１６に噛み合って撹拌軸１７を遊星歯車１６の回転方向とは逆方向に回転させる逆回転機構２０と、を備えている。
【００１４】
撹拌軸１７は、１２０°隔てて放射状に３枚の撹拌翼１８を有している。さらに、撹拌軸１７は、逆回転機構２０の回転中心Ｏに同期して撹拌軸固定ベアリング１９を介して回転するように連結部材１４に懸架されていて、撹拌軸１７の回転により３枚の撹拌翼１８の先端１８ａの軌跡が略正四角形（略正方形）を描くようになっている。即ち、太陽歯車１５と遊星歯車１６の各歯数の比率は４対３であり、ルーローの三角形の原理に従って、図５（ａ）〜（ｇ）に示すように、３枚の撹拌翼１８の先端１８ａの軌跡Ｋで略正四角形を形成するようになっている。
【００１５】
図１、図４に示すように、逆回転機構２０は、遊星歯車１６の下面外周部に形成された円環板状のラック２１と、このラック２１に噛合する反転歯車２２と、上面外周部に反転歯車２２が噛合する円環板状のラック２４が形成され、撹拌軸７８の上端１７ｂに固着された受け歯車２３と、遊星歯車１６と受け歯車２３の間に介在されたベアリング２５と、を備えている。この反転歯車２２は、ラック２１と受け歯車２３のラック２４に噛合するピニオンであるが、傘歯車にして噛合させるようにしても良い。
【００１６】
尚、地盤改良装置１０の二重管１１は、施工機本体の前部に立設したリーダに沿って強制昇降装置（いずれも図示省略）を介して昇降動すると共に、二重管１１の外管１２は、オーガモータ（駆動装置）３０により回転するようになっている。また、地盤改良装置１０は、二重管１１の外管１２を図示しない地盤中に貫入し引き抜く際に、撹拌軸１７の先端側に設けられた吐出口としてのノズルからスラリー状の固化材（いずれも図示省略）を吐出させ、外管１２が貫入された箇所の地盤と撹拌軸１７側から吐出されたスラリー状の固化材を３枚の撹拌翼１８を介して撹拌混合することで、断面略正四角形の改良体Ｒを造成して地盤を改良するものである。さらに、図３に示すように、太陽歯車１５の半径Ｒ１は４４ｍｍ、遊星歯車１６の半径Ｒ２は３３ｍｍ、太陽歯車１５の中心から遊星歯車１６の中心までの距離Ｌは７７ｍｍの寸法に設定されている。また、撹拌翼１８の半径は５００ｍｍの寸法に設定されている。
【００１７】
以上第１実施形態の地盤改良装置１０によれば、断面が略正方形の改良体Ｒを造成する場合には、まず、二重管１１の外管１２をオーガモータ３０により回転させる。この外管１２の回転により、外管１２の先端部１２ａに取り付けられた連結部材１４を介して外管１２に平行となるように外管１２から所定の距離を隔てて懸架された撹拌軸１７が回転する。つまり、外管１２の回転により撹拌軸１７の上端１７ｂ側に逆回転機構２０を介して回転自在に支持された遊星歯車１６が外管１２内に配置された非回転の内管１３の先端１３ａに固着された非回転の太陽歯車１５の周りに公転すると共に、遊星歯車１６自体も自転することで、図５（ａ）〜（ｇ）に示すように、撹拌軸１７に放射状に取り付けられた３枚の撹拌翼１８の先端１８ａが略正四角形の軌跡Ｋを形成する。これにより、外管１２が貫入された箇所の地盤と撹拌軸１７の先端側から吐出されたスラリー状の固化材が３枚の撹拌翼１８で撹拌混合されて断面が略正四角形の改良体Ｒが造成される。
【００１８】
このように、各歯数の比率が４対３の太陽歯車１５と遊星歯車１６を用い、３枚の撹拌翼１８で断面が略正四角形の改良体Ｒを造成するようにしたことで、太陽歯車１５を固着した内管１３が挿通される外管１２を小径にすることができる。このため、地盤に外管１２を貫入する際に大きな負荷がかかることがなく、スムーズに簡単かつ確実に断面が略正四角形の改良体Ｒを造成することができる。
【００１９】
尚、前記第１実施形態の地盤改良装置１０では、太陽歯車１５の平面形状が真円であるため、当該地盤改良装置１０で造成される改良体Ｒは、図５（ａ）〜（ｇ）に示すように、丸みを帯びた略正四角形となる。しかしながら、太陽歯車１５の平面形状を真円でない形状（例えば、四隅の角部が取れて丸みのある平面形状が略正四角形の歯車等）にすることで、改良体Ｒの断面形状を正確な正四角形に近づけることができる。この場合、太陽歯車１５と遊星歯車１６の軸間が一定で無くなるため、軸間距離を可変させる可変機構（図示省略）を設けて、太陽歯車１５と遊星歯車１６の噛み合わせを保つようにする。
【００２０】
図６は本発明の第２実施形態の地盤改良装置の要部を示す概略構成図である。
【００２１】
この第２実施形態の地盤改良装置は、太陽歯車１５の中心と遊星歯車１６の中心との間の距離が変わっても、内管１３の先端１３ａと遊星歯車１６の支軸１６ａとの間に設けたバネ（可変機構としての弾性体）４０の収縮・伸長力を利用して噛合するようにした点が、前記第１実施形態のものとは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２２】
詳述すると、この第２実施形態の地盤改良装置は、ルーローの三角形の頂点の軌跡が略正方形を描くように回転させた時の、該ルーローの三角形の重心が描く軌跡と相類似の丸みを帯びた四角形の太陽歯車１５を用い、遊星歯車１６が太陽歯車１５と常に噛合するように軸間距離を可変させるバネ（可変機構）４０を介し、太陽歯車１５と遊星歯車１６を支持することにより、４辺が直線状となる断面略正方形の改良体Ｒを造成するようにしている。
【００２３】
この第２実施形態の地盤改良装置では、太陽歯車１５の中心と遊星歯車１６の中心との間の距離が変わってもバネ４０の収縮・伸長力により噛合するため、３枚の撹拌軸１８の先端１８ａで前記第１実施形態のものよりも完全な正四角形を描いて改良体Ｒを造成することができる。
【００２４】
図７は本発明の第３実施形態の地盤改良装置の要部を示す概略構成図である。
【００２５】
この第３実施形態の地盤改良装置は、太陽歯車１５の中心と遊星歯車１６の中心との間の距離が変わっても、内管１３の先端１３ａに設けた磁石４１と遊星歯車１６の支軸１６ａに設けた磁石４２との磁力を利用して噛合するようにした点が、前記第１実施形態のものとは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２６】
詳述すると、この第３実施形態の地盤改良装置は、ルーローの三角形の頂点の軌跡が略正方形を描くように回転させた時の、該ルーローの三角形の重心が描く軌跡と相類似の丸みを帯びた四角形の太陽歯車１５を用い、遊星歯車１６が太陽歯車１５と常に噛合するように軸間距離を可変させる磁石（可変機構）４１，４２を介し、太陽歯車１５と遊星歯車１６を支持することにより、４辺が直線状となる断面略正方形の改良体Ｒを造成するようにしている。
【００２７】
この第３実施形態の地盤改良装置では、太陽歯車１５の中心と遊星歯車１６の中心との間の距離が変わっても相対向する磁石４１，４２の磁力により噛合するため、３枚の撹拌軸１８の先端１８ａで前記第１実施形態のものよりも完全な正四角形を描いて改良体Ｒを造成することができる。
【００２８】
図８は本発明の第４実施形態の地盤改良装置の撹拌軸の回転により５枚の撹拌翼の先端が描く略正六角形の軌跡の説明図である。
【００２９】
この第４実施形態の地盤改良装置は、各歯数の比率が６対５の太陽歯車１５と遊星歯車１６を用い、５枚の撹拌翼１８の先端１８ａで略正六角形の軌跡Ｋを形成するようにした点が、前記第１実施形態のものとは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】
この第４実施形態の地盤改良装置では、各歯数の比率が６対５の太陽歯車１５と遊星歯車１６を用い、５枚の撹拌翼１８で断面が略正六角形の改良体Ｒを簡単かつ確実に造成することができる。
【００３１】
尚、前記実施形態によれば、撹拌軸に放射状に複数枚の撹拌翼を取り付けたが、撹拌軸の先端に掘削ビットを取り付けて、掘削造成と地盤の改良体造成するようにしても良い。
【００３２】
また、前記実施形態によれば、撹拌軸にスラリー状の固化材を吐出する吐出口を設けたが、撹拌翼にスラリー状の固化材を吐出する吐出口を設けても良い。
【００３３】
さらに、前記実施形態によれば、各歯数の比率が４対３の太陽歯車と遊星歯車を用い、３枚の撹拌翼で断面が略正四角形の改良体を造成したり、各歯数の比率が６対５の太陽歯車と遊星歯車を用い、５枚の撹拌翼で断面が略正六角形の改良体を造成したが、各歯数の比率が８対７の太陽歯車と遊星歯車を用い、７枚の撹拌翼で断面が略正八角形の改良体を造成しても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１０  地盤改良装置
１１  二重管
１２  外管
１２ａ  先端部
１３  内管
１３ａ  先端
１４  連結部材
１５  太陽歯車
１６  遊星歯車
１７  撹拌軸
１７ｂ  上端
１８  撹拌翼
１８ａ  先端
２０  逆回転機構
２１  ラック
２２  反転歯車
２３  受け歯車
２４  ラック
３０  オーガモータ（駆動装置）
４０  バネ（可変機構）
４１，４２  磁石（可変機構）
Ｏ  逆回転機構の回転中心
Ｋ  撹拌翼の先端が描く軌跡
Ｒ  改良体
【要約】
【課題】簡単かつ確実に断面が略多角形の改良体を造成することができる地盤改良装置を提供する。
【解決手段】地盤改良装置１０は、駆動装置３０により回転する外管１２と該外管１２内部に挿通された内管１３を有する二重管１１と、外管１２の先端部１２ａに設けた連結部材１４を介して外管１２に平行となるように回転自在に懸架された撹拌軸１７と、非回転の内管１３の先端１３ａに固着された太陽歯車１５と、撹拌軸１７の上端１７ｂ側に回転自在に支持され、非回転の太陽歯車１５と噛合しながら回転する遊星歯車１６と、この遊星歯車１６の回転方向とは逆方向に回転させる逆回転機構２０と、を備え、撹拌軸１７は、放射状に複数枚の撹拌翼１８を有し、撹拌軸１７の回転により複数枚の撹拌翼１８の先端１８ａの軌跡が略多角形を描くことで、各撹拌翼１８を介して外管１２が貫入された箇所の地盤と撹拌軸１７側から吐出された固化材を撹拌混合するようにした。
【選択図】図１【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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【図８】
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