地盤改良用掘削攪拌装置

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【発明の名称】	地盤改良用掘削攪拌装置
【発明者】	【氏名】相馬富雄【氏名】太田和善【氏名】村山篤史
【要約】	【課題】作業性と経済性の向上を可能にした地盤改良用掘削攪拌装置を提供する。【解決手段】回転ロッド１の先端部に固化材の吐出口５と回転ロッド１とともに回転する掘削翼２を、その上側に共回り防止翼３を、さらにその上方に回転ロッド１とともに回転する複数の攪拌翼４を所定間隔おきにそれぞれ有する。掘削翼２と共回り防止翼３との間隔Ｗ₁を共回り防止翼３の高さ幅Ｈより小さくする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】回転ロッドの先端部に固化材の吐出口と前記回転ロッドとともに回転する掘削翼を、その上側に共回り防止翼を、さらにその上方に前記回転ロッドとともに回転する複数の攪拌翼を所定間隔おきにそれぞれ有する地盤改良用掘削攪拌装置において、前記掘削翼と共回り防止翼との間隔を共回り防止翼の高さ幅より小さくしてあることを特徴とする地盤改良用掘削攪拌装置。
【請求項２】攪拌翼の下側と上側に、両端部が互いに連結された共回り防止翼をそれぞれ有し、かつ下側の共回り防止翼と掘削翼との間隔を共回り防止翼の高さ幅より小さくしてあることを特徴とする請求項１記載の地盤改良用掘削攪拌装置。
【請求項３】固化材の吐出口が掘削翼の突出方向に対して斜め方向に開口していることを特徴とする請求項１または２記載の地盤改良用掘削攪拌装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、地盤改良などでセメントミルク等の固化材と掘削土とを機械的に攪拌して地中に改良体（ソイルセメント柱）を造成するための地盤改良用掘削攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで、この種の地盤改良用攪拌装置としては、例えば図７に図示するように、垂設された回転ロッド３０の先端部に回転ロッド３０とともに回転する掘削翼３１と固化材の吐出口３２をそれぞれ有し、その上側に共回り防止翼３３を有し、さらにこの共回り防止翼３３の上方に回転ロッド３０および掘削翼３１とともに回転する複数の攪拌翼３４を所定間隔おきに有して構成されているものが一般に知られている。
【０００３】この装置によれば、駆動力で回転ロッド３０とともに掘削翼３１が回転することにより掘削がなされる。また、掘削と同時に吐出口３２から掘削土内に固化材が吐出し、かつ回転ロッド３０とともに攪拌翼３４が回転することで固化材と掘削土が攪拌され、これにより円柱状の改良体（ソイルセメント柱）が造成される。また、この改良体を一部重複させながら繰り返し施工することにり地中連続壁などが容易に造成される。
【０００４】ところで、この種の装置では、一般に掘削翼３１と共回り防止翼３３との間の間隔Ｗが共回り防止翼３３の高さ幅Ｈより大きく形成されているが、このように形成されていても殆どの地盤では、特に問題なく所定の深度まで地盤改良を行うことが可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これまでの装置では、地盤改良をすべき最下部の層が凝灰質粘土など粘性の高い土質である場合、改良地盤中に、特に最下層の改良したソイルセメント中に大きな粘土の塊が混在することが多く、このため改良されたソイルセメントの強度が充分に発揮されない場合があった。
【０００６】この問題を解決するめに、これまでは装置（回転ロッド３０）を繰り返し昇降させたり、固化材を大量に供給しながら攪拌する必要があり、施工性および経済性がきわめて悪いものであった。
【０００７】この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、特に作業性と経済性の向上を可能にした地盤改良用掘削攪拌装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するための手段として、この発明に係る地盤改良用掘削攪拌装置は、請求項１として、回転ロッドの先端部に固化材の吐出口と前記回転ロッドとともに回転する掘削翼を、その上側に共回り防止翼を、さらにその上方に前記回転ロッドとともに回転する複数の攪拌翼を所定間隔おきにそれぞれ突設するとともに、前記掘削翼と共回り防止翼との間隔を共回り防止翼の高さ幅より小さくしてある。
【０００９】請求項２として、請求項１の地盤改良用掘削攪拌装置において、攪拌翼の下側と上側に、両端部が互いに連結された共回り防止翼をそれぞれ突設し、かつ下側の共回り防止翼と掘削翼との間隔を共回り防止翼の高さ幅より小さくしてある。
【００１０】請求項３として、請求項１または２の地盤改良用掘削攪拌装置において、固化材の吐出口を掘削径の突出方向に対して斜め方向に開口させている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る地盤改良用掘削攪拌装置の一例を示し、図において、駆動力で回転する回転ロッド１の下端部に掘削翼２が突設され、そのすぐ上側に共回り防止翼３、さらにその上側に複数の攪拌翼４が回転ロッド１の軸方向に所定間隔おきにそれぞれ突設されている。また、回転ロッド１の下端部に固化材の吐出口５が掘削翼２の突出方向に対して斜め方向に開口して形成されている。
【００１２】掘削翼２と攪拌翼４はともに、回転ロッド１とともに回転するように回転ロッド１の側部に一体的に突設されている。また、共回り防止翼３は径が掘削翼２による掘削径よりも大きく、かつボスを介して回転ロッド１に遊嵌しているため回転ロッド１と一緒に回転せず、土中で実質的に静止するように突設されている。なお、この構造以外の構造とすることにより、共回り防止翼３は逆回転する構成でもよい。
【００１３】共回り防止翼３を回転させないで土中で実質的に静止するように突設する方法としては、例えば図３に図示するように、共回り防止翼３の中心部に回転ロッド１の外径よりやや大きい内径の貫通孔３ａ（通常「ボス」という）を形成し、この貫通孔３ａに回転ロッド１を貫通させる方法などでよい。
【００１４】なお、共回り防止翼３の上下方向の移動を防止するために回転ロッド１にフランジが固設されている。
【００１５】このような構成とするために共回り防止翼３は、例えば中央に半円状の凹部３ｂを有する２枚の板状体３ｃを、双方の凹部３ｂどうしが向き合って貫通孔３ａを形成するように抱き合わせ、複数の連結ボルト６で連結する等して形成されされている。
【００１６】また特に、掘削翼２と共回り防止翼３との間の間隔Ｗ₁が共回り防止翼３の高さ幅Ｈより小さくなるように、掘削翼２と共回り防止翼３はそれぞれ回転ロッド１に突設されている。
【００１７】この場合、例えば掘削翼２と共回り防止翼３との間の間隔Ｗ₁が共回り防止翼３の高さ幅Ｈの１／２程度以下となるように、掘削翼２と共回り防止翼３が回転ロッド１の側部に突設されていると、粘土の塊が細かく粉砕されて均一なソイルセメントが形成され、強度も均一になる。
【００１８】また、掘削翼２と共回り防止翼３との間の間隔Ｗ₁が共回り防止翼３の高さ幅Ｈの１／３程度以下となるように、掘削翼２と共回り防止翼３が回転ロッド１の側部に突設されていると、粘土の塊がさらに細かく粉砕されてソイルセメントの強度が均一になり最も好ましいが、Ｗ₁／Ｈを１／１０程度以下にすることは、ボス内のクリアランス分だけ共回り防止翼３が傾斜すると掘削翼２に接触あるいは係止されて、共回り防止翼３が掘削翼２と一体的に回転するようになるため、構造的に困難である。
【００１９】なお、図１に示した共回り防止翼３の他に、さらに上部に共回り防止翼を設けてもよい。また、固化材の吐出口５は、従来と同様に掘削翼２に対して直角方向を向いていてもよいが、図に示すように掘削翼２に対して斜め方向を向いていると、さらにソイルセメントの混合度がよくなり強度が均一になる。
【００２０】図２は、この発明に係る地盤改良用掘削攪拌装置の他の例を示し、特に掘削翼２の上側に共回り防止翼３が攪拌翼４を間に介在して二段に突設されている。また、この上下二段の共回り防止翼３どうしがその両端部において連結翼７によって互いに連結されている。
【００２１】さらに、上段側の共回り防止翼３の上側に複数の攪拌翼４が所定間隔おきに突設されている。その他の構成は図１で説明する装置と略同じである。
【００２２】このように連結翼７によって二段の共回り防止翼３が連結して構成されていることで、共回り防止翼３の回転ロッド１との取合い部分（回転ロッド１が貫通する貫通孔３ａの内側部分）が磨耗した場合でも、共回り防止翼３が施工中、がたついたり上下にぶれたりすることが抑制されたり、あるいは共回り防止翼３を二段に連結しているためにボス内のクリアランスに対して共回り防止翼３が傾斜する角度が制限されるため、攪拌翼４や掘削翼２にぶつかる等の問題は起こらない。それゆえに間隔Ｗ₁をさらに小さくすることができる。
【００２３】また、上下の共回り防止翼３とその間の攪拌翼４との間の間隔Ｗ_3,Ｗ₄をもそれぞれ可能な限り小さくすることで、固化材と掘削土との攪拌による混合度が増し、ソイルセメントの強度を均一にすることができる。
【００２４】さらに、掘削翼２の上部側の板厚を薄くし、薄くした分だけ掘削爪２ａの長さを長くすると、掘削爪２ａの最下部の位置が不変でも、掘削爪２ａの位置でもセメントミルクと土がより均一に攪拌混合される。
【００２５】なお、共回り防止翼３とその上側の攪拌翼４との間隔Ｗ₅（図１の例ではＷ₂）を小さくすることで、掘削土と固化材はさらに均一に攪拌される傾向がある。
【００２６】実施例１．次に、本願発明の具体的効果を確認すべく、実施した試験施工に基いて本願発明を説明する。
【００２７】最初に、図１に図示する地盤改良用掘削攪拌装置で、共回り防止翼３の高さ幅Ｈを２２０ｍｍ、掘削翼２と共回り防止翼３との間隔Ｗ₁を７０ｍｍ、共回り防止翼３とその上側の攪拌翼４との間隔Ｗ₂を６５ｍｍ、そして掘削翼２および攪拌翼４の掘削・攪拌径Ｄを１２００ｍｍにそれぞれ設定した装置を用いて、地下３．５～５ｍに凝灰質粘土層が存在する地盤に対して、地表面から地下４．５ｍまで地盤改良を行い、地盤改良体（ソイルセメント柱）を３本造成した。
【００２８】また、使用した固化材は、水／固化材比が６０％のセメントミルクであり、このセメントミルクを固化材の吐出口５から吐出しながら回転ロッド１を回転して、掘削土とセメントミルクを攪拌・混合してソイルセメントとした。
【００２９】こうして造成された地盤改良体からコアリングして試料を取り出し、各深さにおける強度を測定したが、いずれの深度においても強度のばらつきがなく、数箇所で実施した地盤改良体間でも同じ圧縮強度を示した。
【００３０】一方、従来の装置を用い、先の実施例と同一の地盤に対して同一の固化材を用いて地盤改良を行なった。その結果は、地下４ｍから最深部である地下４．５ｍの凝灰質粘土層中のところで強度が低下する箇所があり、そのために該箇所の改良体の圧縮強度はばらついたものとなった。
【００３１】実施例２．次に、図２に図示する、上下の共回り防止翼３の高さ幅Ｈをそれぞれ２２０ｍｍ、掘削翼２とそのすぐ上側の共回り防止翼３との間隔Ｗ₁を６０ｍｍ、上下の共回り防止翼３とその間の攪拌翼４との間隔Ｗ_3,Ｗ₄をそれぞれ６５ｍｍ、さらに上側の共回り防止翼３とそのすぐ上側の攪拌翼４との間隔Ｗ₅を９０ｍｍ、そして掘削翼２および攪拌翼４の掘削径・攪拌径Ｄを１５００ｍｍとそれぞれ設定した装置を用いて、地下３．５～５ｍに凝灰質粘土層が存在する地盤に対して地表面から地下４．５ｍまで地盤改良を行った。この地盤改良体を３本造成した。
【００３２】また、使用した固化材は、水／固化材比が６０％のセメントミルクであり、このセメントミルクを固化材の吐出口５から吐出しながら回転ロッド１を回転して、掘削土とセメントミルクを攪拌・混合してソイルセメントとした。
【００３３】こうして造成された地盤改良体において、ソイルセメントが硬化する前に地盤改良体の中心から改良体径の１／４離れた位置の３箇所（図４において○印で表示した部分）で、１０ｃｍ深度ごとにソイルセメントの電気比抵抗を測定した。
【００３４】この比抵抗の測定は、二箇所の電流電極と二箇所の電位電極が設けられた比抵抗測定コーンとこの比抵抗測定コーンの各電極に通じるケーブル、および深度、電位量、電流値などを記録可能な記録装置からなる測定装置を使用し、測定すべき深度に比抵抗測定コーンを貫入させることにより実施した。なお、この測定は、地盤工学会基準ＪＧＳ１１２１－１９９５に準じたものである。
【００３５】比抵抗の測定結果を図５に示す。地表面から０．５ｍ～４．５ｍ位置の比抵抗は均一であり、全長にわたって均一なソイルセメントが造成されていることを示す。
【００３６】比較のために同様の装置で、上下の共回り防止翼３の高さ幅Ｈをそれぞれ２２０ｍｍ、掘削翼２とそのすぐ上側（下段側）の共回り防止翼３との間隔Ｗ₁、上下の共回り防止翼３とその間の攪拌翼４との間隔Ｗ_3,Ｗ₄、さらに上段側の共回り防止翼３とそのすぐ上側の攪拌翼４との間隔Ｗ₅をそれぞれ２３５ｍｍとし、また掘削翼２および攪拌翼４の掘削・攪拌径Ｄを１５００ｍｍと設定した掘削装置を使用して、同じ地盤中に地表面から地下４．５ｍまで地盤改良を行った。なお、固化材の吐出口５は掘削翼２に対して直角方向を向いている。この比較例の比抵抗の測定結果を図６に示す。地表面から３．５ｍ～４．５ｍの位置で比抵抗にばらつきを生じ、大きい値を示す点がある。
【００３７】このことはこれらの箇所においては、図４において○印で示す改良体径の半分の位置の３箇所は、ソイルセメントが不均一な状態、すなわち固化材と掘削土（原地盤）とが充分に攪拌されていないことを示している。
【００３８】念のため、この改良体から供試体を採取し、強度を測定したところ比抵抗がばらついた値を示す位置での供試体の圧縮強度は低い値を示した。
【００３９】この比抵抗の測定結果にみられるように、実施例の装置により均一な地盤改良体を造成できることは明らかである。また、確認のため、実施例、比較例ともに他にもう二箇所ずつ地盤改良体を造成して比抵抗を測定したが同様な傾向が認められた。
【００４０】
【発明の効果】この発明は以上説明した通りであり、特に掘削翼とその上側の共回り防止翼との間隔が共回り防止翼の高さ幅より小さくしてあるので、装置（回転ロッド）を繰り返し昇降させたり、固化材を大量に供給しないで、改良体の最深部の近辺まで均一な改良体を造成でき、圧縮強度も均一な改良体を造成でき、したがって施工性と経済性の大幅な向上が図れる。
【００４１】また、固化材の吐出口が掘削翼に対して斜め方向に向いて形成されている場合は、改良体の強度がより均一になる。

【出願人】	【識別番号】０００１３３８８１【氏名又は名称】株式会社テノックス
【出願日】	平成１２年５月１８日（２０００．５．１８）
【代理人】	【識別番号】１０００７００９１【弁理士】【氏名又は名称】久門知（外１名）
【公開番号】	特開２００１－３２３４５５（Ｐ２００１－３２３４５５Ａ）
【公開日】	平成１３年１１月２２日（２００１．１１．２２）
【出願番号】	特願２０００－１４５９７４（Ｐ２０００－１４５９７４）