特開 2022-139668 地盤改良装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022139668

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】地盤改良装置

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20220915BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021040154

(22)【出願日】2021-03-12

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-06-18

(71)【出願人】

【識別番号】000236610

【氏名又は名称】株式会社不動テトラ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(72)【発明者】

【氏名】野津 光夫

(72)【発明者】

【氏名】今井 優輝

(72)【発明者】

【氏名】山下 祐司

【テーマコード（参考）】

2D040

【Ｆターム（参考）】

2D040AB05

2D040BA08

2D040BD03

2D040BD06

2D040CB03

2D040EA11

2D040EA16

2D040EA18

(57)【要約】

【課題】簡単かつ確実に断面が矩形の改良体を造成することができる小型の地盤改良装置を提供する。
【解決手段】地盤改良装置１は、駆動装置１９により回転する外管１０と、この外管１０の内部に延在して配置され、外管１０の４倍の回転速度でクランク４１を回転させる機構を有する中軸２０と、外管１０の半径方向に往復運動するように該外管１０に支持され、固化材を吐出する吐出口３２を有する一対の撹拌翼３０，３０’と、クランク４１の回転運動を一対の撹拌翼３０，３０’の往復運動に変換するスライダークランク機構４０と、を備え、クランク４１の回転によりスライダークランク機構４０を介して一対の撹拌翼３０，３０’を回転させながら互いに進退移動させることで、外管１０が貫入される箇所の地盤２と一対の撹拌翼３０，３０’の各吐出口３２から吐出された固化材を撹拌混合して、断面が矩形の改良体を造成するようにした。
【選択図】図１

【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、
前記外管の内部に延在して配置され、前記外管の４倍の回転速度でクランクを回転させる機構を有する中軸と、
前記外管の半径方向に往復運動するように該外管に支持され、固化材を吐出する吐出口を有する一対の撹拌翼と、
前記クランクの回転運動を前記一対の撹拌翼の往復運動に変換するスライダークランク機構と、
を備え、
前記クランクの回転により前記スライダークランク機構を介して前記一対の撹拌翼を回転させながら互いに進退移動させることで、前記外管が貫入される箇所の地盤と前記一対の撹拌翼の各吐出口から吐出された固化材を撹拌混合して、断面が矩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2】

請求項１記載の地盤改良装置であって、
前記スライダークランク機構は、
前記クランクを回転させるクランク回転機構と、
前記クランクに基端部が枢支されて回転するクランクシャフトと、
前記一対の撹拌翼のうちの一方の撹拌翼に設けられ、前記クランクシャフトから突出した軸部を回転自在に支持する摺動変換機と、
前記一対の撹拌翼の相対向する位置にそれぞれ設けられた一対のラックレールと、
前記一対のラックレールの各ラック部にそれぞれ噛合するピニオンと、
を備え、
前記外管が１回転する間に、前記一対の撹拌翼が４５度の間隔で進出移動と退入移動を順次繰り返すことで前記断面が矩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3】

請求項２記載の地盤改良装置であって、
前記クランク回転機構は、
前記外管の内周面に沿って固着され、該外管と共に回転する円環筒状の内周ギヤと、
前記内周ギヤに中間ギヤを介して噛合し、前記クランクを回転させる駆動ギヤと、
を備え、
前記クランクの先端に突出したクランク作動用の軸部に前記クランクシャフトの基端部が枢支されていることで、前記クランクシャフトが前記外管の４倍の回転速度で回転するようにしたことを特徴とする地盤改良装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撹拌翼を回転させながら往復移動させることで、断面が矩形の改良体を造成する地盤改良装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、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として、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、簡単かつ確実に断面が矩形の改良体を造成することができる小型の地盤改良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】

【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、前記外管の内部に延在して配置され、前記外管の４倍の回転速度でクランクを回転させる機構を有する中軸と、前記外管の半径方向に往復運動するように該外管に支持され、固化材を吐出する吐出口を有する一対の撹拌翼と、前記クランクの回転運動を前記一対の撹拌翼の往復運動に変換するスライダークランク機構と、を備え、前記クランクの回転により前記スライダークランク機構を介して前記一対の撹拌翼を回転させながら互いに進退移動させることで、前記外管が貫入される箇所の地盤と前記一対の撹拌翼の各吐出口から吐出された固化材を撹拌混合して、断面が矩形の改良体を造成するようにしたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、クランクの回転により一対の撹拌翼を回転させながらスライダークランク機構を介して該一対の撹拌翼を互いに進退移動させることで、小型の装置により簡単かつ確実に断面が矩形の改良体を造成することができる。これにより、改良体を連結させた連続改良体の構築時に、ラップ部が不要となって固化材の低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態の地盤改良装置を示す概略断面図である。

【図2】上記地盤改良装置の外管に支持された一対の撹拌翼の退入状態を示す概略断面図である。

【図3】上記外管の張出部と撹拌翼の支持状態を示す概略側面図である。

【図4】上記外管の張出部と撹拌翼の支持状態を示す概略正面図である。

【図5】上記地盤改良装置のクランク回転機構の概略断面図である。

【図6】（ａ）は上記地盤改良装置のクランクが回転する前の一方の撹拌翼の進出状態を示す概略平面図、（ｂ）は上記クランクが９０度回転して一方の撹拌翼が退入途中の状態を示す概略平面図、（ｃ）は上記クランクが１８０度回転して一方の撹拌翼が退入した状態を示す概略平面図である。

【図7】上記外管の回転により一対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8】本発明の第２実施形態の地盤改良装置を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0011】

図１は本発明の第１実施形態の地盤改良装置を示す概略断面図、図２は地盤改良装置の外管に支持された一対の撹拌翼の退入状態を示す概略断面図、図３は外管の張出部と撹拌翼の支持状態を示す概略側面図、図４は外管の張出部と撹拌翼の支持状態を示す概略正面図、図５は地盤改良装置のクランク回転機構の概略断面図、図６（ａ）は地盤改良装置のクランクが回転する前の一方の撹拌翼の進出状態を示す概略平面図、図６（ｂ）はクランクが９０度回転して一方の撹拌翼が退入途中の状態を示す概略平面図、図６（ｃ）はクランクが１８０度回転して一方の撹拌翼が退入した状態を示す概略平面図、図７は外管の回転により一対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。

【0012】

図１、図２に示すように、地盤改良装置１は、オーガモータ１７により回転する外管１０と、この外管１０の内部に延在して配置され、外管１０の４倍の回転速度でクランク４１を回転させる機構を有する中軸２０と、外管１０の半径方向に往復運動するように外管１０に支持され、スラリー状の固化材Ｓを吐出する吐出口３２を有する一対の撹拌翼３０，３０’と、クランク４１の回転運動を一対の撹拌翼３０，３０’の往復運動に変換するスライダークランク機構４０と、を備え、外管１０を地盤２中に貫入する際に、一対の撹拌翼３０，３０’の各吐出口３２からスラリー状の固化材Ｓを吐出させて、外管１０が貫入される箇所の地盤２とスラリー状の固化材Ｓを一対の撹拌翼３０，３０’を介して撹拌混合することで、断面が略正四角形（矩形）の改良体Ｒを造成して地盤を改良するものである。

【0013】

外管１０は、施工機本体の前部に立設したリーダに沿って昇降駆動装置（いずれも図示省略）を介して昇降動すると共に、オーガモータ（駆動装置）１７により回転するようになっている。この外管１０は、図１～図４に示すように、金属製の円筒状に形成されていて、その先端部１０ａ側の相対向する上下の位置には、上下各一対で矩形の開口部１１，１１がそれぞれ形成されている。そして、外管１０の両側の上下一対の開口部１１，１１は、外管１０より大径でスライダークランク機構４０が格納される張出部としての箱形のクランク格納部１２，１２’で覆われている。この一方のクランク格納部１２の上側には、一方の撹拌翼３０が進退移動する矩形の窓部１３が設けられている。また、他方のクランク格納部１２’の下側には、他方の撹拌翼３０’が進退移動する矩形の窓部１３が設けられている。これら各窓部１３は、ゴム製または樹脂製等の泥浸入防止用の保護カバー１６でそれぞれ覆われていて、外管１０内及びクランク格納部１２，１２’内に地盤２の掘削した土壌が入らないようになっている。

【0014】

さらに、図１、図２、図４に示すように、外管１０の先端部１０ａの開口は、一方のクランク格納部１２の底部側から他方のクランク格納部１２’の底部側に連なる頂部が略角錐面状の閉塞板１４で覆われている。この閉塞板１４の外面側には、複数の掘削用ビット１５が突設している。

【0015】

図１、図２に示すように、中軸２０は、外管１０の内部に延在して非回転状態で配置されており、その先端２０ａに軸受ボックス２１が固着されている。この軸受ボックス２１は、中軸２０の先端２０ａに固着された非回転の上部軸受２２と下部軸受２３との両端部を連結部材２４に固着させて断面コ字状に形成されており、その内部に後述するスライダークランク機構４０のクランク４１を回転させるクランク回転機構２５を有している。

【0016】

図１、図２、図５に示すように、クランク回転機構２５は、外管１０の内周面１０ｂに沿って固着され、該外管１０と共に回転する円環筒状の内周ギヤ２６と、この内周ギヤ２６に中間ギヤ２７を介して噛合し、クランク４１を回転させる駆動ギヤ２８と、を備えている。

【0017】

図１に示すように、中間ギヤ２７は、上部軸受２２と下部軸受２３に回転自在に支持された軸部２４ａの中央に固着されている。また、駆動ギヤ２８は、上部軸受２２と下部軸受２３に回転自在に支持された軸部２８ａの中央より上側に固着されている。即ち、中間ギヤ２７と駆動ギヤ２８は、各軸部２７ａ，２８ａを介して上部軸受２２と下部軸受２３に回転自在に支持されている。

【0018】

さらに、図１に示すように、駆動ギヤ２８の軸部２８ａは、下部軸受２３に貫通して下方に延びており、その先端２８ｂには、クランク４１の基端部４１ａが固着されている。この固着により、駆動ギヤ２８の回転力がクランク４１の基端部４１ａに伝達されて、クランク４１の先端側において下方に突出したクランク作動用の軸部４１ｂが回動するようになっている。即ち、クランク４１の回転力は、クランク回転機構２５を介して外管１０の回転力から得られるようになっている。

【0019】

また、クランク回転機構２５の外管１０の内周ギヤ２６と中間ギヤ２７とクランク４１の歯数比は、例えば８：３：２に設定されていることで、クランク４１は、外管１０の４倍の回転速度で回転するようになっている。さらに、クランク４１の回転力は、後述するスライダークランク機構４０のクランクシャフト４２を介して軸受（摺動変換機）４３により一対の撹拌翼３０，３０’の往復運動に変換されるようになっている。

【0020】

図１、図２に示すように、一対の撹拌翼３０，３０’は、外管１０の半径方向に往復移動するように外管１０の左右一対のクランク格納部１２，１２’の各窓部１３に往復自在に支持され、外管１０の回転に合わせて回転するようになっている。また、一対の撹拌翼３０，３０’の各先端３１側の正面及び背面には、スラリー状の固化材Ｓを吐出させるノズル等から成る吐出口３２が設けられている。さらに、一対の撹拌翼３０，３０’の正面及び背面側は、外管１０内及び左右一対のクランク格納部１２，１２’内に回転自在に支持された大小２つの横ずれ防止用の支持ローラ３３，３４に挟まれて往復移動自在に支持されている。さらに、一対の撹拌翼３０，３０’の下面側は、外管１０内及び左右一対のクランク格納部１２，１２’内に回転自在に支持された１つ乃至２つの支持ローラ３５に往復移動自在に支持されている。これら各支持ローラ３３，３４，３５を介して、図６（ａ）～（ｃ）に示すように、一対の撹拌翼３０，３０’は外管１０の半径方向にスムーズに往復移動できるようになっている。

【0021】

図１、図２に示すように、スライダークランク機構４０は、基端部４１ａが駆動ギヤ２８の軸部２８ａの先端２８ｂに固着されたクランク４１と、このクランク４１を回転させるクランク回転機構２５と、クランク４１の先端側のクランク作動用の軸部４１ｂに基端部４２ａが枢支されて回転するクランクシャフト４２と、一対の撹拌翼３０，３０’のうちの一方の撹拌翼３０の上面側に埋設され、クランクシャフト４２の先端側から下方に突出した円柱状の軸部４２ｃを回転自在に支持する軸受（摺動変換機）４３と、一対の撹拌翼３０，３０’の相対向する位置の中軸２０の近傍部にそれぞれ設けられた一対のラックレール４５，４５と、この一対のラックレール４５，４５の各ラック部４５ａにそれぞれ噛合するピニオン４６と、を備えている。

【0022】

図１、図２に示すように、クランク４１の先端側のクランク作動用の円柱状の軸部４１ｂがクランクシャフト４２の基端部４２ａに形成された円形孔４２ｂ内に挿通することにより、クランクシャフト４２はクランク４１の軸部４１ｂに回転自在に枢支されている。また、ピニオン４６は支軸４７を介して外管１０に回転自在に支持されている。そして、クランクシャフト４２の回転で軸部４２ｃを介して移動する軸受４３により一方の撹拌翼３０が外管１０の開口部１１からその半径方向の外側に引っ張られて移動（進出動）すると、ラックレール４５を介してピニオン４６が回転し、他方の攪拌翼３０’も外管１０の開口部１１からその半径方向の外側に移動（進出動）するようになっている。

【0023】

このように、クランク４１のクランク作動用の軸部４１ｂがクランクシャフト４２の基端部４２ａを枢支していることで、クランクシャフト４２の軸部４２ｃが支持された軸受４３を介してクランク４１の回転運動を一方の撹拌翼３０（他方の攪拌翼３０’も同様）の外管１０の半径方向への往復運動に変換するようになっている。この場合、一対の撹拌翼３０，３０’は、外管１０が１回転する間に４往復するようになっている。詳述すると、外管１０が１回転する間に、中軸２０の回転により一対の撹拌翼３０，３０’が４５度の間隔で進出移動と退入移動を順次繰り返すことで、図７に示すように、一対の撹拌翼３０，３０’の各先端３１の軌跡Ｋで略正四角形が形成されるようになっている。これにより、外管１０が貫入される箇所の地盤２と一対の撹拌翼３０，３０の各吐出口３２から吐出されたスラリー状の固化材Ｓを撹拌混合して、断面が略四角形（矩形）の改良体Ｒを造成するようになっている。

【0024】

尚、図１に示すように、一対の撹拌翼３０，３０’が進出移動した際の中軸２０の中心線から一対の撹拌翼３０，３０’の各先端３１までの長さＬＡは、５００ｍｍの寸法に設定されている（ＬＡ＝５００ｍｍ）。この際、中軸２０の中心線からクランク４１の作動用の軸部４１ｂまでの長さＬＢは、７３ｍｍの寸法に設定されている（ＬＢ＝７３ｍｍ）。また、図２に示すように、一対の撹拌翼３０，３０’が退入移動した際の中軸２０の中心線から一対の撹拌翼３０，３０’の各先端３１までの長さＬＣは、３５４ｍｍの寸法に設定されている（ＬＣ＝３５４ｍｍ）。

【0025】

以上第１実施形態の地盤改良装置１によれば、外管１０を回転させながら地盤２中に貫入する際に、クランク４１の回転によりスライダークランク機構４０を介して一対の撹拌翼３０，３０’を回転させながら互いに進退移動させることにより、外管１０が貫入される箇所の地盤２と一対の撹拌翼３０，３０’の各吐出口３２から吐出されたスラリー状の固化材Ｓが撹拌混合され、断面が略正四角形の改良体Ｒが造成される。

【0026】

このように、一対の撹拌翼３０，３０’を回転させながら互いに進退移動させることで、小型の装置により断面が略正四角形の改良体Ｒをスムーズに簡単かつ確実に造成することができる。これにより、改良体Ｒを連結させた連続改良体の構築時に、ラップ部が不要となり、固化材Ｓの低コスト化を図ることができる。

【0027】

図８は本発明の第２実施形態の地盤改良装置を示す概略断面図である。

【0028】

この第２実施形態の地盤改良装置１は、中軸２０をオーガモータ（駆動装置）１８に直結させて、中軸２０の先端２０ａにクランク４１の基端部４１ａを固着した点が、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。

【0029】

この第２実施形態の地盤改良装置１では、中軸２０の回転によりクランク４１を直に回転させるようにしたことで、より簡単な構造で、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

【符号の説明】

【0030】

１ 地盤改良装置
２ 地盤
１０ 外管
１０ｂ 内周面
１９ オーガモータ（駆動装置）
２０ 中軸
２５ クランク回転機構
２６ 内周ギヤ
２７ 中間ギヤ
２８ 駆動ギヤ
３０，３０’ 一対の撹拌翼
３０ 一方の攪拌翼
３２ 吐出口
４０ スライダークランク機構
４１ クランク
４１ｂ クランク作動用の軸部
４２ クランクシャフト
４２ａ 基端部
４２ｃ 軸部
４３ 軸受（摺動変換機）
４５，４５ 一対のラックレール
４５ａ ラック部
４６ ピニオン
Ｒ 改良体
Ｓ 固化材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】