(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の回転軸と、該回転軸の先端近傍に設けられた削孔ヘッドと、該回転軸に一定の間隔で複数突設され、地盤を堀削又は撹拌の一方又は双方をする翼状体と、該回転軸に設けられ、該回転軸の回転の正反により回転軸の軸線に直交する方向に開閉する拡大アームを有する拡大翼と、該拡大アームに設けられた管状のサンプラーとを備えてなるサンプラー付き地盤改良撹拌機であって、
前記サンプラーは、前記拡大アームの先端近傍に、その一の開口が外開きにのみ開閉自在の蓋を有し、他の開口が該拡大アームが開いた状態となった場合に、その回転方向を向くように、着脱自在に設けられたものであることを特徴とするサンプラー付き地盤改良撹拌機。
【請求項２】
前記サンプラーは、前記拡大アームの先端近傍に並列して突設された柱状の堀削撹拌部材間に嵌装されたものであることを特徴とする請求項１に記載のサンプラー付き地盤改良撹拌機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤の支持力を高めるための節付き改良柱体を構成する改良土のサンプラーを有する地盤改良撹拌機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軟弱な地盤上に住宅等を建築する場合には、地盤中に図７(a)に示すような改良柱体６を複数造設して地盤の支持力を向上させる地盤改良工法が施工される。また、前記改良柱体６の一本当たりの支持力を向上させるために、図７(b)に示すように、改良柱体に複数の節部８を設けた節付き改良柱体７を造設する地盤改良工法もある。
前記節付き改良柱体７は、改良柱体の外径が拡大した節部８を有するので、通常の改良柱体６と比べて、地盤との摩擦力が増大する。このため、造設すべき改良柱体の本数を少なくしたり、改良柱体の長さを短くすることができ、地盤改良工法を簡略化することができる。
【０００３】
以下、前記節付き改良柱体７を造設する地盤改良撹拌機について説明する。
図８に示すように、地盤改良撹拌機１は、建設機械２により固定される支柱３に昇降自在に設けられており、ミキサー４により、水と固化剤を混錬した固化剤スラリーが作製され、該固化剤スラリーがポンプ５により、前記地盤改良撹拌機１に圧送される。
【０００４】
前記地盤改良撹拌機１は、図９に示すように、その先端に吐出口１０ａが形成された中空状の回転軸１０と、その先端部分に堀削チップ１１０を有し、回転軸１０の先端部分に前記吐出口１０ａを塞がないように設けられた削孔ヘッド１１と、その一辺縁側に堀削チップ１２０を有し、回転軸１０の先端近傍に、水平面に対して一定角度の傾斜を有するように相対向して設けられた一対の削孔撹拌翼１２と、削孔撹拌翼１２の上方の回転軸１０に、水平面に対して一定角度の傾斜を有するように相対向して設けられた一対の抑制撹拌翼１３と、削孔撹拌翼１２と抑制撹拌翼１３との間の回転軸１０に設けられた拡大翼１４とからなるものである。
前記削孔撹拌翼１２、抑制撹拌翼１３は、各々回転軸１０に対して垂直となる方向に突出して設けられており、削孔撹拌翼１２が突出する方向と、抑制撹拌翼１３が突出する方向とは、回転軸１０を中心として位相が９０度異なるものとなっている。
【０００５】
前記拡大翼１４は、図９及び図１０に示すように、上下方向に一定間隔をおいて回転軸１０に固定された一対のブラケット４０と、該ブラケット４０を貫通する支持ピン４１を支軸として、軸線回りに回動自在に設けられた一対の拡大アーム４２とを備えたものである。また、ブラケット４０には、拡大アーム４２の回動を規制するための規制ピン４３が、ブラケット４０を貫通するように四本設けられている。
【０００６】
前記拡大アーム４２は板状のもので、その先端側であって反転時の回転方向側の側部に堀削チップ４２０が固定されたものである。また、拡大アーム４２の基端部には、図１０に示すように、拡大アーム４２が支持ピン４１を支軸として規制ピン４３に当接することなく回動自在となるような円弧部４２ａと、所定の位置で規制ピン４３に当接することにより拡大アーム４２の回動を規制するような角部４２ｂとが形成されている。
【０００７】
さらに、図９(b)に示すように、一対の拡大アーム４２各々には、堀削撹拌ピン４４が三本設けられている。一対の拡大アーム４２の一方（図右手側）に設けられた三本の堀削撹拌ピン４４のうち、一本めは、該拡大アーム４２の先端部に、回転軸１０と平行な方向であって上側に突出するように設けられ、二本めは、一本めの堀削撹拌ピン４４と回転軸１０との半径距離より短い半径距離であって、削孔撹拌翼１２の先端と回転軸１０との半径距離より長い半径距離となる位置に、回転軸１０と平行な方向であって下側に突出するように設けられ、三本めは、二本めの堀削撹拌ピン４４と回転軸１０との半径距離より短い半径距離であって、削孔撹拌翼１２の先端と回転軸１０との半径距離より長い半径距離となる位置に、回転軸１０と平行な方向であって上側に突出するように設けられている。
【０００８】
また、他方（図左手側）の拡大アーム４２に設けられた三本の堀削撹拌ピン４４のうち、一本めは、該拡大アーム４２の先端部に、回転軸１０と平行な方向であって下側に突出するように設けられ、二本めは、一本めの堀削撹拌ピン４４と回転軸１０との半径距離より短い半径距離であって、削孔撹拌翼１２の先端と回転軸１０との半径距離より長い半径距離となる位置に、回転軸１０と平行な方向であって上側に突出するように設けられ、三本めは、二本めの堀削撹拌ピン４４と回転軸１０との半径距離より短い半径距離であって、削孔撹拌翼１２の先端と回転軸１０との半径距離より長い半径距離となる位置に、回転軸１０と平行な方向であって下側に突出するように設けられている。
したがって、前記一対の拡大アーム４２に設けられた各堀削撹拌ピン４４は、拡大翼１４の回転中心に対して点対象となっている。
【０００９】
これにより、拡大アーム４２は、図１０(a)に示すように、回転軸１０が反転（反時計回りに回転）する場合には、遠心力及び土砂等の抵抗により、拡大アーム４２が開く方向に回動する。拡大アーム４２は、その先端部が回転軸１０から最も離れる位置で、角部４２ｂが規制ピン４３に当接して回動が規制され、拡大翼１４の回転外径が削孔撹拌翼１２又は抑制撹拌翼１３の回転外径よりも大きくなる。一方、図１０(b)に示すように、回転軸１０が正転（時計回りに回転）する場合には、土砂等の抵抗により、拡大アーム４２の側部が規制ピン４３に当接するまで回動して、拡大翼１４の回転外径が削孔撹拌翼１２又は抑制撹拌翼１３の回転外径と同等となる。
【００１０】
つぎに、図１１に基づき、前記地盤改良撹拌機１を用いて、地中に節付き改良柱体７を造設する方法について説明する。
まず、地盤改良撹拌機１の位置決めをした後、回転軸１０を正転して、削孔ヘッド１１及び削孔撹拌翼１２により地盤を空掘りする（図１１(a)）。このとき、拡大翼１４の拡大アーム４２は、図１０(b)に示すように、削孔撹拌翼１２の外径内に納まるような状態となっている。そして、地盤改良撹拌機１の先端が設定した深さに到達した後、ポンプ５により固化剤スラリーを地盤改良撹拌機１の回転軸１０内に圧送して、該固化剤スラリーを回転軸１０の吐出口１０ａから吐出させながら、回転軸１０を正転させたままで、地盤改良撹拌機１を引き上げる。これにより、削孔撹拌翼１２及び抑制撹拌翼１３が、土砂と固化剤スラリーとを混合撹拌する（図１１(b)）。
【００１１】
土砂と固化剤スラリーの混合撹拌を終えた後、任意の深さにおいて、回転軸１０を反転する。これにより、拡大翼１４の拡大アーム４２は、図１０(a)に示すように、その先端部分が削孔撹拌翼１２の回転外径を超え、先に空掘りしたときより大きな外径部分の土砂を堀削し、土砂と固化剤スラリーとを混合撹拌する。この状態のまま、地盤改良撹拌機１を形成すべき節部の幅分上下動させ、造設すべき改良柱体に節部を形成する（図１１(c)）。その後、回転軸１０を正転させて拡大アーム４２を削孔撹拌翼１２の回転外径内に納まるような状態にまで回動させ、所定の深さまで引き上げた後、再び、回転軸１０を反転させ、上述と同様に、造設すべき改良柱体に新たな節部を形成する（図１１(d)）。再び、回転軸１０を正転させて拡大アーム４２を削孔撹拌翼１２の回転外径内に納まるような状態にまで回動させ、所定の深さまで引き上げる（図１１(e)）。
【００１２】
これを繰り返して任意の個数の節部を形成し、回転軸１０を正転させて拡大アーム４２を削孔撹拌翼１２の回転外径内に納まるような状態にまで回動させ、地盤改良撹拌機１を引き上げる（図１１(f)）。このような一連の作業を繰り返して、地盤に節付き改良柱体７を任意の本数作製し、一定時間が経過すれば固化剤スラリーが硬化して節付き改良柱体７が造設される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記節付き改良柱体７は、地盤中に造設されるものであるから、設計通りに施工が行われているか否かを、作業者が目視により確認することができない。また、地盤の状態等の作業環境によっては、固化剤スラリーと土砂との混合撹拌が不十分なものとなり、不均一な改良土が作製されるおそれがあるが、そのような場合であっても、作業者はその確認をすることができないため、不均一な状態のまま改良土が硬化し、その結果、節付き改良柱体７が、設定された強度に達しないものとなり、本来の支持力を発揮できないという問題が生じる。これを防止するため、節付き改良柱体７を造設した直後に、すなわち、改良土が硬化する前に、改良土のサンプリングを行い、目視による確認、その他の試験を行うことが必要である。
しかし、節付き改良柱体７の節部８は地表面から数メートル下にあり、また、節部８の周縁は、地盤中でその外径が拡大した構造となっているため、例えば、管状のサンプラーに棒を連結したようなものを用いて、節部８の周縁付近の改良土をサンプリングすることは困難である。
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、地盤の支持力を高めるための節付き改良柱体を造設し、その節部において目的とする改良土が作製されているか否かを確認するための手段を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためになされた本発明の請求項１に係るサンプラー付き地盤改良撹拌機は、中空状の回転軸と、該回転軸の先端近傍に設けられた削孔ヘッドと、該回転軸に一定の間隔で複数突設され、地盤を堀削又は撹拌の一方又は双方をする翼状体と、該回転軸に設けられ、該回転軸の回転の正反により回転軸の軸線に直交する方向に開閉する拡大アームを有する拡大翼と、該拡大アームに設けられた管状のサンプラーとを備えてなるサンプラー付き地盤改良撹拌機であって、前記サンプラーは、前記拡大アームの先端近傍に、その一の開口が外開きにのみ開閉自在の蓋を有し、他の開口が該拡大アームが開いた状態となった場合に、その回転方向を向くように、着脱自在に設けられたものである。
【００１５】
また、請求項２に係るサンプラー付き地盤改良撹拌機は、請求項１に記載のサンプラー付き地盤改良撹拌機において、前記サンプラーは、前記拡大アームの先端近傍に並列して突設された柱状の堀削撹拌部材間に嵌装されたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るサンプラー付き地盤改良撹拌機の構成を説明するための図であり、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００の正面及び側面を示すものである。
図１に示すように、本サンプラー付き地盤改良撹拌機１００は、拡大翼１４の拡大アーム４２の先端近傍にサンプラー１５が着脱自在に固定されているほかは、上述した地盤改良撹拌機１と同様の構成である。すなわち、本サンプラー付き地盤改良撹拌機１００は、その先端に吐出口１０ａが形成された中空状の回転軸１０と、その先端部分に堀削チップ１１０を有し、回転軸１０の先端部分に前記吐出口１０ａを塞がないように設けられた削孔ヘッド１１と、その一辺縁側に堀削チップ１２０を有し、回転軸１０の先端近傍に、水平面に対して一定角度の傾斜を有するように相対向して設けられた一対の削孔撹拌翼（翼状体）１２と、削孔撹拌翼１２の上方の回転軸１０に、水平面に対して一定角度の傾斜を有するように相対向して設けられた一対の抑制撹拌翼（翼状体）１３と、削孔撹拌翼１２と抑制撹拌翼１３との間の回転軸１０に設けられた拡大翼１４と、拡大翼１４の拡大アーム４２の先端近傍に、拡大アーム４２が開いた状態となった場合に、その回転方向に開口が位置するように着脱自在に設けられた管状のサンプラー１５とからなるものである。
【００１７】
なお、図示しないが、本サンプラー付き地盤改良撹拌機１００も、上述と同様に、建設機械２により固定される支柱３に昇降自在に設けられ、ミキサー４により、水と固化剤を混錬した固化剤スラリーが作製され、該固化剤スラリーがポンプ５により、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００に圧送されるものとなっている。
【００１８】
サンプラー１５は、図２に示すように、炭素鋼からなる管状のものであり、その両側部には、拡大アーム４２に突設された堀削撹拌ピン（掘削撹拌部材）４４と嵌合すべき溝５３が各々形成されている。図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す断面図であるが、図に示すように、サンプラー１５の一の開口５１ｂには、蓋５２がピン５４を介して回動自在に設けられており、蓋５２の周縁が開口５１ｂの周縁に当接することにより、蓋５２の開閉が規制され、蓋５２は外開きにのみ開閉するものとなっている。また、蓋５２は、水平よりも上側には開かないようにピン５４に設けられており、これにより、蓋５２は、サンプラー１５の内側方向から改良土等による押圧が加えられた場合には外開きに開き、サンプラー１５の外側方向から押圧が加えられた場合には閉じるものとなる。
【００１９】
前記サンプラー１５は、図４に示すように、拡大アーム４２に並列して突設された堀削撹拌ピン４４間に、堀削撹拌ピン４４とサンプラー１５の溝５３とを嵌合するようにして装着される。このとき、サンプラー１５の他の開口５１ｆが、拡大アーム４２が拡大して回転する方向、すなわち、反転方向（図の矢印方向）に向くように、サンプラー１５を嵌装する。サンプラー１５の固定方法は、サンプラー１５が着脱可能であれば特に限定されるものではなく、図中に示すように、番線５５を堀削撹拌ピン４４間に張ることにより行うことのほか、適当な金具等を用いて固定することとしてもよい。
【００２０】
以下、本サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を用いた改良土のサンプリング方法を、図５及び図６を用いて説明する。なお、図５では、便宜上、削孔撹拌翼１２、抑制撹拌翼１３等は省略している。
まず、サンプラー１５を取り外した状態のサンプラー付き地盤改良撹拌機１００を用いて、上述と同様の方法で節付き改良柱体７を造設し、その直後に、すなわち、改良土が硬化する前に、拡大アーム４２にサンプラー１５を取り付ける（図５(a)）。
【００２１】
つぎに、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を、無回転又は正転の状態で、節付き改良柱体７の内部に押し込む（図５(b)）。無回転の状態では、サンプラー１５の開口５１ｆ、５１ｂが水平、かつ、静止状態にあるため、改良土がサンプラー１５の内部に侵入することは殆どない。また、正転の状態では、サンプラー１５の一の開口５１ｂが回転方向を向くこととなり、該開口５１ｂに設けられた蓋５２は外開きにのみ開閉するものであるから、この場合も、改良土がサンプラー１５の内部に侵入することはない。
【００２２】
そして、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００の拡大翼１４が、サンプリング対象の節部に到達するまで、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を節付き改良柱体７の内部に押し込み、拡大翼１４がサンプリング対象の節部に到達すれば、回転軸１０を反転方向に数回転させる（図５(c)）。これにより、拡大翼１４の拡大アーム４２が開いた状態となり、図６に斜線で示した領域の改良土が、サンプラー１５の他の開口５１ｆからサンプラー１５の内部に充填される。このとき、サンプラー１５の一の開口５１ｂに設けられた蓋５２は、改良土の圧力により外開きに開いた状態となる。したがって、サンプラー１５が反転方向に回転している間は、図６に斜線で示した領域の改良土が、サンプラー１５の内部を順次通過することとなる。
【００２３】
なお、サンプラー１５の内部に改良土を確実に充填させるため、回転軸１０の回転はゆっくりと行うことが望ましい。また、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を節付き改良柱体７の内部に押し込む際に（図５(b)）、サンプラー１５の内部にサンプリング対象の層以外の改良土が侵入していたとしても、この操作、すなわち、回転軸１０を反転方向に数回転することにより、該改良土はサンプラー１５から排出されることとなる。
【００２４】
つぎに、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を同じ位置に固定した状態で、回転軸１０を正転方向に数回転する（図５(d)）。これにより、拡大翼１４の拡大アーム４２が閉じた状態となる。この際、回転軸１０を正転しはじめたときに生ずる改良土からの圧力により、サンプラー１５の一の開口５１ｂに設けられた蓋５２は閉じた状態となるので、回転軸１０を正転する際に、サンプラー１５の内部に改良土が侵入することはない。
【００２５】
その後、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を、無回転又は正転の状態で、ゆっくりと引き上げる（図５(e)）。これにより、サンプラー１５は、その内部にサンプリング対象の節部にある改良土が充填されたままの状態で引き上げられることとなる。そして、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を完全に引き上げたなら、サンプラー１５を回転軸１０から取り外す。そして、サンプラー１５の内部に充填された改良土をサンプラー１５から取り出して、改良土の状態を確認する等、必要な試験を行う。このとき、サンプラー１５の開口５１ｆ、５１ｂ周辺には、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を引上げる際に、サンプリング対象でない層の改良土が付着するため、該開口５１ｆ、５１ｂ周辺の改良土を除いてから、前記試験を行うことが望ましい。これにより、節付き改良柱体７の改良土が良質のものであるか否か、すなわち、固化剤スラリーと土砂との混合、撹拌が十分に行われたか否かを確認することができる。その結果、不均一な改良土が作製されているような場合には、再度、地盤改良工法を施工する。
なお、サンプリング終了後、サンプリングで乱された節付き改良柱体７の改良土を、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を用いて再度撹拌して補修する。
【００２６】
このように、本実施の形態に係るサンプラー付き地盤改良撹拌機１００によれば、管状のサンプラー１５を、拡大翼１４の拡大アーム４２の先端近傍に、拡大アーム４２が開いた状態となった場合に、その回転方向に開口が位置するように着脱自在に設けたので、地盤中に節付き改良柱体７を造設した後に、所望の節部の改良土をサンプリングすることができる。これにより、当該改良土が良質のものであるか否か、すなわち、固化剤スラリーと土砂との混合、撹拌が十分に行われたか否かを確認することができる。
また、サンプラー１５は、拡大アーム４２に並列して突設された堀削撹拌ピン４４間に嵌装されるものとしたので、サンプラー１５の着脱を簡便に行うことができる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、サンプラー１５は、真直ぐな管状体としたが、サンプラー１５の内部に改良土が充填されやすくするために、回転軌跡にあわせて円弧状に曲げられたものを用いてもよい。
また、本実施の形態では、サンプラー１５は、拡大アーム４２の先端近傍に取り付けられるものとしたが、節部におけるサンプリングの対象位置にあわせて、サンプラー１５の取付け位置を、適宜変更してもよい。
【００２８】
また、サンプラー１５の他の開口５１ｆにも、内開きにのみ開閉自在の蓋を設け、通常は閉じた状態にあるが、反転時に（図５(c)）、改良土から水平方向の圧力を受けて開いた状態となるように、該蓋の開閉を調節すれば、サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を節付き改良柱体７の内部に押し込む際に（図５(b)）、サンプラー１５の内部にサンプリング対象でない改良土が侵入することを防ぐことができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るサンプラー付き地盤改良撹拌機によれば、中空状の回転軸と、該回転軸の先端近傍に設けられた削孔ヘッドと、該回転軸に一定の間隔で複数突設され、地盤を堀削又は撹拌の一方又は双方をする翼状体と、該回転軸に設けられ、該回転軸の回転の正反により回転軸の軸線に直交する方向に開閉する拡大アームを有する拡大翼と、該拡大アームに設けられた管状のサンプラーとを備えてなるサンプラー付き地盤改良撹拌機であって、前記サンプラーは、前記拡大アームの先端近傍に、その一の開口が外開きにのみ開閉自在の蓋を有し、他の開口が該拡大アームが開いた状態となった場合に、その回転方向を向くように、着脱自在に設けられたものとしたので、地盤中に節付き改良柱体を造設した後に、所望の節部の改良土をサンプリングして、当該改良土が良質のものであるか否か、すなわち、固化剤スラリーと土砂との混合、撹拌が十分に行われたか否かを確認することができる。その結果、不均一な改良土が作製されたような場合には、再度、改良土の撹拌等をして補修を行うことにより、節付き改良柱体が設定された強度に達っせず、本来の支持力を発揮できないものとなることを防止することができる。
【００３０】
また、本発明によれば、前記サンプラーは、前記拡大アームの先端近傍に並列して突設された柱状の堀削撹拌部材間に嵌装されたものとしたので、サンプラーの着脱を簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るサンプラー付き地盤改良撹拌機１００の構成を示す正面図及び側面図である。
【図２】サンプラー１５の構成を示す概略斜視図である。
【図３】サンプラー１５のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】サンプラー１５の取付け状態を示す概略斜視図である。
【図５】サンプラー付き地盤改良撹拌機１００を用いたサンプリング方法を説明するための模式図である。
【図６】サンプラー１５がサンプリングする改良土の領域を示す平面図である。
【図７】地盤の支持力を高めるための改良柱体６及び節付き改良柱体７を示す模式図である。
【図８】地盤改良工法に用いられる装置を示す模式図である。
【図９】従来の地盤改良撹拌機１の構成を示す正面図及び側面図である。
【図１０】拡大翼１４の正転時及び反転時の状態を示す平面図である。
【図１１】従来の地盤改良撹拌機１を用いて、節付き改良柱体７を造設する方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０  回転軸
１００  地盤改良撹拌機
１１  削孔ヘッド
１２  削孔撹拌翼（翼状体）
１３  抑制撹拌翼（翼状体）
１４  拡大翼
１５  サンプラー
４２  拡大アーム
４４  堀削撹拌ピン（掘削撹拌部材）
５１ｆ、５１ｂ  開口
５２  蓋
６  改良柱体
７  節付き改良柱体
【図１】
0003753913.tif 000002
【図２】
0003753913.tif 000003
【図３】
0003753913.tif 000004
【図４】
0003753913.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003753913.tif 000007
【図７】
0003753913.tif 000008
【図８】
0003753913.tif 000009
【図９】
0003753913.tif 000010
【図１０】
0003753913.tif 000011
【図１１】
0003753913.tif 000012