特許 7349693 水底地盤改良装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-14

(45)【発行日】2023-09-25

(54)【発明の名称】水底地盤改良装置

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20230915BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023095132

(22)【出願日】2023-06-08

【審査請求日】2023-06-30

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000166627

【氏名又は名称】五洋建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000219406

【氏名又は名称】東亜建設工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000230700

【氏名又は名称】日本海工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100166039

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 款

(72)【発明者】

【氏名】粟津 進吾

(72)【発明者】

【氏名】本田 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】野中 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】赤司 有三

(72)【発明者】

【氏名】浅田 英幸

(72)【発明者】

【氏名】三枝 弘幸

(72)【発明者】

【氏名】山本 佳知

(72)【発明者】

【氏名】近本 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】北門 亨允

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－０１３４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１６９７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９０６６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水底の在来地盤を内側に取り込むことが可能なケーシングと、
前記ケーシングの内側に向けて改質材を供給するための材料供給路と、
前記ケーシングの内側に取り込んだ前記在来地盤と前記改質材を攪拌混合するための攪拌翼と、を有しており、
前記攪拌翼は、
前記ケーシングの内側で前記材料供給路より下方において昇降可能に設けられ両端部が支持された横向きの回転軸と、
長さの異なる一対の翼軸を有する長短組み合わせ翼部であって、前記回転軸から略直立するように突出した長い翼軸の先端に設けられた長軸翼部と、前記回転軸の長い翼軸と対向する位置から略直立するように突出した短い翼軸の先端に設けられた短軸翼部とが組み合わされた長短組み合わせ翼部と、
を有することを特徴とする水底地盤改良装置。

【請求項2】

前記攪拌翼は、更に、
前記回転軸の略中央から突出した長さが等しい一対の中央翼軸と、前記中央翼軸先端に設けられ、前記ケーシング内に供給された前記改質材を左右に移動させるセンター翼部を有し、
前記長短組み合わせ翼部は、前記センター翼部を挟んで前記回転軸の端部方向に位置するように設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の水底地盤改良装置。

【請求項3】

前記長軸翼部と前記短軸翼部と前記センター翼部は湾曲した板状部材である、
ことを特徴とする請求項２に記載の水底地盤改良装置。

【請求項4】

前記回転軸が周方向に１回転した際の前記長軸翼部による攪拌混合領域と、前記短軸翼部による攪拌混合領域が、重複しないように、前記長短組み合わせ翼部における前記長い翼軸と前記短い翼軸の軸長及び前記長軸翼部と前記短軸翼部の形状が構成されている、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の水底地盤改良装置。

【請求項5】

前記センター翼部が、前記材料供給路の排出口の下に位置し、前記長軸翼部に接触しないように前記中央翼軸の軸長が設けられている、
ことを特徴とする請求項２に記載の水底地盤改良装置。

【請求項6】

前記長短組み合わせ翼部は、側面視で前後に位置する他の長短組み合わせ翼部または前記センター翼部に対して所定の角度差を付けて前記回転軸に設けられている、
ことを特徴とする請求項２に記載の水底地盤改良装置。

【請求項7】

前記長短組み合わせ翼部と前記センター翼部の前記板状部材の向きは、前記在来地盤と前記改質材を攪拌混合してなる改質土または前記在来地盤を、前記回転軸が周方向に回転するに伴い切り込んで、前記回転軸の両端部方向に略水平に押し出すように設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載の水底地盤改良装置。

【請求項8】

前記水底地盤改良装置は、更に、
前記回転軸を回転可能に保持する回転軸保持部を有している、
ことを特徴とする請求項１に記載の水底地盤改良装置。

【請求項9】

前記水底地盤改良装置は、更に、回転駆動装置によって横方向に回転可能に設けられた縦向きのロッドを有しており、
前記回転軸保持部は、前記縦向きのロッドの前記回転を前記攪拌翼による縦方向の回転に変化させるギアボックスを備えている、
ことを特徴とする請求項８に記載の水底地盤改良装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粘性土からなる海底の在来地盤等の水底地盤の改良に用いる水底地盤改良装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の図７には、海底地盤をはじめとする水底地盤の改良に利用可能な地盤改良装置が開示されている。

【0003】

特許文献１の図７に開示された地盤改良装置は、攪拌翼を備えたケーシングと、ケーシング内に製鋼スラグなどからなる改質材を投入するための材料供給管と、オーガーモーターの回転動力を攪拌翼に伝達するためのロッドやギアボックスを有している。攪拌翼は、横向きの回転軸と、長さが等しい複数の翼部を有している。攪拌翼の翼部は、ギアボックスを挟んで回転軸の左右にそれぞれ複数設けられている。ギアボックスは、攪拌翼の回転軸の中央に設けられており、ロッドの横回転を回転軸による縦回転に変化させる役割を担っている。

【0004】

特許文献１の図７に開示された地盤改良装置を用いた海底地盤改良では、当該地盤改良装置を地盤に圧入してケーシング内に海底の粘性土地盤を取り込み、材料供給路を介して改質材をケーシング内に投入し、ケーシング内の粘性土と改質材を攪拌翼により攪拌混合して改質土を製造する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１９０６６７号公報（図７）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の図７の地盤改良装置で海底地盤を改良する場合、ケーシング内で攪拌翼を回転させる際の撹拌翼の軌跡が縦の直線形状となるため、上下方向の一様な流れになりやすく、改質材を横方向に分散させる効果が弱いという問題があった。

【0007】

また、従来の地盤改良装置では、攪拌翼の回転軸の中央にギアボックスがあるため、攪拌翼の中央に翼部を設けることができなかった。すなわち、ケーシング内の中央には攪拌混合を担う翼部が設けられていなかった。そのため、ケーシング内の中央では粘性土が攪拌翼の剪断作用を受けることなく大きな塊のまま滞留し、特にケーシング内の中央に位置する粘性土に対して改質材を均等に混ぜ込むことができなかった。そのため、従来の地盤改良装置では、ケーシング内で製造する改質土の品質に偏りが生じるおそれがあった。

【0008】

そこで、ケーシング内に取り込んだ粘性土の全体に対して改質材を均等に混ぜ込むために、長時間にわたって攪拌翼を回転させ続けることが検討されたが、その場合、攪拌効率が著しく悪くなり施工に時間がかかるといった問題があった。

【0009】

そこで、上述した問題に鑑み、本発明の目的は、ケーシング内で攪拌翼を回転させる際に、ケーシング内で製造する改質土の品質に偏りが無く、効率的な攪拌混合を可能する水底地盤改良装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的は、水底の在来地盤を内側に取り込むことが可能なケーシングと、前記ケーシングの内側に向けて改質材を供給するための材料供給路と、前記ケーシングの内側に取り込んだ前記在来地盤と前記改質材を攪拌混合するための攪拌翼と、を有しており、前記攪拌翼は、前記ケーシングの内側で前記材料供給路より下方において昇降可能に設けられ両端部が支持された横向きの回転軸と、長さの異なる一対の翼軸を有する長短組み合わせ翼部であって、前記回転軸から略直立するように突出した長い翼軸の先端に設けられた長軸翼部と、前記回転軸の長い翼軸と対向する位置から略直立するように突出した短い翼軸の先端に設けられた短軸翼部とが組み合わされた長短組み合わせ翼部と、を有する水底地盤改良装置よって達成される。

【0011】

上記水底地盤改良装置において、前記攪拌翼は、更に、前記回転軸の略中央から突出した長さが等しい一対の中央翼軸と、前記中央翼軸先端に設けられ、前記ケーシング内に供給された前記改質材を左右に移動させるセンター翼部を有している。そして、前記長短組み合わせ翼部は、前記センター翼部を挟んで前記回転軸の端部方向に位置するように設けられている。

【0012】

また、上記水底地盤改良装置において、前記長軸翼部と前記短軸翼部と前記センター翼部は湾曲した板状部材である。

【0013】

また、上記水底地盤改良装置では、前記回転軸が周方向に１回転した際の前記長軸翼部による攪拌混合領域と、前記短軸翼部による攪拌混合領域が、重複しないように、前記長短組み合わせ翼部における前記長い翼軸と前記短い翼軸の軸長及び前記長軸翼部と前記短軸翼部の形状が構成されている。

【0014】

また、上記水底地盤改良装置において、前記センター翼部が、前記材料供給路の排出口の下に位置し、前記長軸翼部に接触しないように前記中央翼軸の軸長が設けられている。

【0015】

また、上記水底地盤改良装置において、前記長短組み合わせ翼部は、側面視で前後に位置する他の長短組み合わせ翼部または前記センター翼部に対して所定の角度差を付けて前記回転軸に設けられている。

【0016】

また、上記水底地盤改良装置において、前記長短組み合わせ翼部と前記センター翼部の前記板状部材の向きは、前記在来地盤と前記改質材を攪拌混合してなる改質土または前記在来地盤を、前記回転軸が周方向に回転するに伴い切り込んで、前記回転軸の両端部方向に略水平に押し出すように設けられている。

【0017】

また、上記水底地盤改良装置は、更に、前記回転軸を回転可能に保持する回転軸保持部を有している。

【0018】

また、上記水底地盤改良装置は、更に、回転駆動装置によって横方向に回転可能に設けられた縦向きのロッドを有している。そして、回転軸保持部は、前記縦向きのロッドの横方向の横回転を前記攪拌翼による縦方向の回転に変化させるギアボックスを備えている。

【発明の効果】

【0019】

攪拌翼の翼軸の一方を短くして長短組み合わせ構造とすることで、攪拌翼を回転させる際に複雑な流れを発生させることができ、短時間で効率的な攪拌混合が可能になる。翼軸の長さが一律の場合、翼部の内側に粘土あるいは改質土が付着して、土と攪拌翼が一緒に回るだけで攪拌混合されない供回り現象が生じる恐れがあるが、長短組み合わせ構造では、攪拌翼の剪断作用を受ける領域も複雑になるため、供回り現象を抑制する効果もある。

【0020】

また、回転軸の略中央にセンター翼部を設けることで、従来装置では攪拌が不十分になるおそれがあったケーシング内中央の粘性土に対して十分な攪拌混合作用を与えることができる。

【0021】

また、「長軸の翼部」と「短軸の翼部」の攪拌混合領域を重複しないようにすることで、一つの「長短組み合わせ翼部」による１回転当りの攪拌混合領域を拡げることができ、短時間で効率的な攪拌混合が可能になる。

【0022】

また、材料供給路の排出口の下にセンター翼部を設けることで、ケーシング内に投入された改質材を、その投入直後にセンター翼部により左右に均等に振り分けることができ、ケーシング内の粘性土の全体に改質土を行き渡らせることが可能になるので、ケーシング内で製造する改質土の品質向上を図ることができる。

【0023】

また、所定の角度差を付けて長短組み合わせ翼部を設けることで、ケーシング内の中央に投入された改質材を滞りなくケーシング内の隅まで行き渡らせることができる。また、攪拌翼の周囲にある粘性土に対して、満遍なく攪拌混合作用を与えることができる。

【0024】

また、長短組み合わせ翼部とセンター翼部の板状部材の向きを、回転する過程で粘性土を切り込んでケーシング内の両サイドに押し出すように設けることで、硬くて大きな粘性土の塊を細かく切り刻むことができ、ケーシング内の粘性土の全体に改質材を行き渡らせることが可能になるので、攪拌翼を回転させる際のトルクを抑制して過負荷を回避することができる。

【0025】

また、昇降式の回転軸保持部をケーシング内に設けることで、ケーシング内で攪拌翼を回転させつつ昇降させることが可能になるので、ケーシング内の上下方向において、製造する改質土の品質に偏りをなくすことができる。

【0026】

また、回転軸保持部にギアボックスを持たせることで、攪拌翼を回転させるロッドの取り付け位置を側方に移すことができる。その結果、従来装置ではロッドが在った位置に（すなわちケーシング内の中央に）、ケーシング内に改質材を供給するための材料供給路を設けることが可能になる。また、ギアボックスと攪拌翼の回転軸の端部とをプーリーおよびチェーンを介して接続することで、攪拌翼の回転軸の中央を含む全体に翼部を等間隔で設けることが可能になる。そして、ケーシング内の中央に向かって改質材を投入することで、改質材をケーシング内の左右に均等に振り分けることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明に係る水底地盤改良装置を装備した作業船（地盤改良船）を示す側面図（ａ）と、水底地盤改良装置を用いた海底地盤改良の様子を示す側面拡大図（ｂ）である。

【図2】本発明に係る水底地盤改良装置を示す透視図（正面拡大図）であって、図２（ａ）は、ケーシング内の攪拌翼を上げた状態を示しており、図２（ｂ）は、攪拌翼を下げた状態を示している。

【図3】本発明に係る水底地盤改良装置を示す透視図（側面拡大図）であって、図３（ａ）は、ケーシング下端のグラブを開けた状態を示しており、図３（ｂ）は、グラブを閉じた状態を示している。

【図4】図２に示す水底地盤改良装置が具備する攪拌翼を示す拡大図であって、図４（ａ）は攪拌翼を示す正面図であり、図４（ｂ）は攪拌翼を示す側面図である。

【図5】図４に示す攪拌翼が具備する各翼部を示す図であって、図５（ａ）は長短組み合わせ翼部６１ａを示す側面図であり、図５（ｂ）は長短組み合わせ翼部６１ｂを示す側面図であり、図５（ｃ）はセンター翼部６１ｃを示す側面図であり、図５（ｄ）は長短組み合わせ翼部６１ｄを示す側面図であり、図５（ｅ）は長短組み合わせ翼部６１ｅを示す側面図である。

【図6】水底地盤改良装置のケーシング内における攪拌翼の作用効果を示す側面図である。

【図7】水底地盤改良装置を用いた地盤改良の一例を示す工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明に係る水底地盤改良装置は、図１（ａ）に示すような作業船１（地盤改良船）に搭載して用いるものである。作業船１は、船首側に立設されたリーダ３と、このリーダ３に沿って昇降自在に設けられた水底地盤改良装置５を有している。

【0029】

水底地盤改良装置５は、図１（ｂ）に示すように、例えば海底の在来地盤（粘性土地盤）と改質材を原位置で攪拌混合して改質土を製造し、海底の在来地盤を改質土に置き換える地盤改良工事などで利用することができる。

【0030】

以下、図１～図５に基づいて水底地盤改良装置５の構成について説明する。
なお、この出願における「水底」の具体例としては、例えば、海底、川底、湖底が挙げられる。以下、本発明の説明に於いて水底の一例として海底を挙げる。

【0031】

（水底地盤改良装置）
水底地盤改良装置５は、図１に示すとおり、リーダ３に沿って昇降自在に設けられており、また、図１～図３に示すとおり、
・海底の粘性土地盤（在来地盤）を内側に取り込むことが可能なケーシング２１と、
・ケーシング２１内に取り込んだ粘性土と改質材を攪拌混合する攪拌翼２３と、
・ケーシング２１内に昇降可能に設けられ、攪拌翼２３の回転軸６０を保持する回転軸保持部２５と、
・多重管３０の外管であって、ケーシング２１を支持する支持管３１と、
・多重管３０の内管であって、ケーシング２１内に改質材を供給する材料供給路３３と、
・回転軸保持部２５の天端の片側を支持する支持管２２と、
・多重管４０の外管であって、回転軸保持部２５の片側を支持する支持管４１と、
・多重管４０の内管であって、攪拌翼２３を回転させるための縦向きのロッド４３と、
・ロッド４３等を介して攪拌翼２３を回転駆動するオーガーモーター７を
有している。

【0032】

ケーシング２１は、平面視略矩形の箱型容器状の構成部材（矩形ケーシング）であり、底部の開口部を開閉可能に構成されている。ケーシング２１の天端の中央には、多重管３０の外管である支持管３１が連結されている。この支持管３１を上げ下げすることでケーシング２１を昇降させることができる。

【0033】

ケーシング２１の先端（下端）には、開閉式のグラブ２７が設けられている。ケーシング２１とグラブ２７の組合せは、全体としてひとつのケーシングを構成しているともいえる。グラブ２７が開くことでケーシング２１の底部が開口し、また、該グラブ２７が閉じることでケーシング２１の底部が閉じて密閉される。グラブ２７は、海底の粘性土地盤をケーシング２１内に取り込む手段としての役割のほか、ケーシング２１の底部を開閉する蓋（ケーシング２１の底部を密閉する蓋）としての役割を担っている。

【0034】

グラブ２７は、開閉動作の手段として例えば油圧シリンダを有している。
グラブ２７が開いた状態を図３（ａ）に示す。この状態では、ケーシング２１の底部は開口している。そして、グラブ２７が開いた状態から閉じるときの一連の動作を通じて、グラブ２７の内側およびケーシング２１内に海底の粘性土地盤を取り込むことができる。
グラブ２７が閉じた状態を図３（ｂ）に示す。この状態では、ケーシング２１の底部は閉じて、該ケーシング２１は密閉されている。ケーシング２１内に粘性土を取り込んでからグラブ２７を閉じた場合には、該ケーシング２１は密閉されて、該粘性土はケーシング２１内に閉じ込められることになる。

【0035】

多重管３０の内管である材料供給路３３は、攪拌翼２３の上方（真上）に改質材の排出口３４を有しており、ケーシング２１内の攪拌翼２３に向けて改質材を送り込むための流路として機能する。材料供給路３３の下は、回転軸保持部２５の上部底面から突き出して、その下端の排出口３４が攪拌翼２３のセンター翼部６１ｃと所定間隔（例えば数十ｃｍ程度の予め定められた間隔）を隔てて向かい合うように設けられている。また、材料供給路３３の排出口３４は、ケーシング２１内の中央に位置している。材料供給路３３の上には、当該材料供給路に改質材を投入するための材料投入口３５（図示せず）が設けられている。

【0036】

材料投入口３５から投入された改質材は、材料供給路３３を通ってケーシング２１内に突き出した排出口３４から排出されて、ケーシング２１内に送り込まれる。ケーシング２１内に送り込まれた改質材は、ケーシング２１内に取り込んだ粘性土の全体に均等に行き渡るように、攪拌翼２３によって振り分けられる。

【0037】

また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、内管である材料供給路３３は、その排出口３４の鉛直方向の位置が、ケーシング２１内における攪拌翼２３の昇降動作に追随するように設けられている。つまり、攪拌翼２３と材料供給路３３は、一体となって昇降できるように構成されている。

【0038】

多重管４０は、回転軸保持部２５の上部片側を支持する外管からなる支持管４１と、この支持管４１の内側で周方向である横回転可能に設けられた縦向きのロッド４３を有している。ロッド４３の上端は、回転駆動装置であるオーガーモーター７に連結され、ロッド４３の下端は回転軸保持部２５のギアボックス５１に繋がっている。

【0039】

オーガーモーター７は、図１（ａ）に示すとおりリーダ３に昇降自在に連結されており、また、その上端はワイヤーロープ４に連結されている。当該ワイヤーロープ４を上下方向で操作することでオーガーモーター７を含む水底地盤改良装置５の全体がリーダ３に沿って昇降する。

【0040】

オーガーモーター７の近傍には、ケーシング２１内で回転軸保持部２５を昇降させるための油圧シリンダが設けられている。この油圧シリンダによる押し引きの作用によって支持管２２，４１が上下動し、その動作に連動してケーシング２１内で回転軸保持部２５が昇降する。

【0041】

回転軸保持部２５は、攪拌翼２３の回転軸６０を回転可能に保持している。また、回転軸保持部２５の天端の両側には支持管２２，４１が連結されており、支持管２２，４１を上下させることでその上下動に連動してケーシング２１内で回転軸保持部２５が昇降する。その際、図２（ａ）（ｂ）に示すように、攪拌翼２３を回転させるためのロッド４３と、ケーシング２１内に改質材を送り込むための材料供給路３３が、回転軸保持部２５と一体となって昇降する。

【0042】

回転軸保持部２５には、ギアボックス５１、プーリー５３，５４、チェーン５５などからなる動力伝達機構が設けられている。ギアボックス５１は、回転軸保持部２５の上部の側方に設けられ、プーリー５３，５４、チェーン５５は、回転軸保持部２５の側部に設けられている。

【0043】

オーガーモーター７から出力された回転動力は、横方向に回転するロッド４３に伝達され、さらに、ギアボックス５１、プーリー５３，５４、チェーン５５を介して、攪拌翼２３の回転軸６０に伝達される。回転軸保持部２５が具備するギアボックス５１、プーリー５３，５４、チェーン５５などからなる動力伝達機構は、縦向きのロッド４３の周方向の回転を、攪拌翼２３による縦方向の回転に変化する。

【0044】

攪拌翼２３は、ケーシング２１内で回転軸保持部２５によって回転可能に保持されており、また、回転軸保持部２５と一体となってケーシング２１内で昇降可能に設けられている。この攪拌翼２３は、主として、グラブ２７によってケーシング２１内に取り込んだ海底の粘性土と、ケーシング２１内に投入された改質材を攪拌混合する役割を担っている。また、攪拌翼２３は、上述した攪拌混合を行う前に、ケーシング２１内に取り込んだ粘性土を解泥する役割（解きほぐす役割）も担っている。

【0045】

以下、水底地盤改良装置５の攪拌翼の構成について、図４～図６に基づいて具体的に説明する。

【0046】

（攪拌翼）
攪拌翼２３は、ケーシング２１内に取り込んだ粘性土と、ケーシング２１内に投入した改質材を、攪拌混合する役割を担うものである。

【0047】

この攪拌翼２３は、図４、図５に示すように、
・ケーシング２１内で昇降可能に設けられた横向きの回転軸６０と、
・等しい長さの中央翼軸６３，６３を具備するセンター翼部６１ｃと、
・長軸翼部６６と短軸翼部６８を具備する長短組み合わせ翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅを有している。

【0048】

回転軸６０は、ケーシング２１の内側で材料供給路３３より下方において昇降可能に設けられており、その両端部が回転軸保持部２５によって支持されている。

【0049】

本実施形態では、回転軸６０の略中央にセンター翼部６１ｃを備えている。また、回転軸６０の左側に長短組み合わせ翼部６１ａ，６１ｂを備え、回転軸６０の右側に長短組み合わせ翼部６１ｄ，６１ｅを備えている。これらの翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅは等間隔で設けられている。以下、長短組み合わせ翼部を「長短翼部」と略称する。

【0050】

センター翼部６１ｃは、等しい長さの一対の中央翼軸６３，６３を介して回転軸６０の略中央に設けられている。一対の中央翼軸６３，６３は、回転軸６０の略中央から突出しており、この中央翼軸６３，６３の先端に翼部６４，６５が設けられている。また、センター翼部６１ｃでは、その前後に位置する長短翼部６１ｂ，６１ｄの長軸翼部６６に接触しないように、中央翼軸６３，６３の軸長が設定されている。

【0051】

また、センター翼部６１ｃは、材料供給路３３の排出口３４の真下に位置するように設けられている。材料供給路３３の排出口３４をケーシング２１内に中央に設けるとともに、センター翼部６１ｃを排出口３４の真下に設けることで、ケーシング２１内に投入された改質材を最短距離でケーシング２１内を回転軸両端部方向にケーシング２１の内壁まで行き渡らせることができる。

【0052】

図５（ｃ）、図６に示すように、このセンター翼部６１ｃは、材料供給路３３の排出口３４からケーシング２１内に投入された改質材をケーシング２１内の回転軸端部の一方側である左方向に振り分けるための左翼部６４と、投入された改質材を回転軸端部のもう１方側である右方向に振り分けるための右翼部６５を有している。左翼部６４と右翼部６５の中央翼軸６３，６３の長さは等しい。

【0053】

図５（ａ）（ｂ）（ｄ）（ｅ）に示すように、長短翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅは、それぞれ、長さの異なる一対の翼軸６７，６９を有している。また、長短翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅは、それぞれ、回転軸６０から略直立するように突出した長い翼軸６７の先端に設けられた長軸翼部６６と、回転軸６０の長い翼軸６７と対向する位置から略直立するように突出した短い翼軸６９の先端に設けられた短軸翼部６８の組み合わせで構成される。

【0054】

長短翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅが具備する長軸翼部６６は、長い翼軸６７を介して回転軸６０に設けられている。短軸翼部６８は、短い翼軸６９を介して回転軸６０に設けられている。回転軸６０が周方向に１回転した際の長軸翼部６６による攪拌混合領域Ａは外側に位置し、短軸翼部６８による攪拌混合領域Ｂは内側に位置している。すなわち、長軸翼部６６と短軸翼部６８は、異なる攪拌混合領域Ａ，Ｂにおいて攪拌混合するように、翼軸６７，６９の軸長や、翼部６６，６８の形状が設定されている。なお、長軸翼部６６による攪拌混合領域Ａと、短軸翼部６８による攪拌混合領域Ｂは、部分的に重複する領域でもよく、あるいは、重複しない領域でもよい。

【0055】

各翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅは、ケーシング２１内に投入された改質材を、攪拌翼２３が一回転する過程でケーシング内の左右の方向に略均等に振り分け可能な角度差で回転軸６０に取り付けられている。すなわち、各翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅは、それぞれ、側面視で前後に位置する他の翼部に対して所定の角度差を付けて回転軸に設けられている。本実施形態では、一例として図４（ｂ）に示すように、側面視で６０度の角度差を付けて各翼部が等角度間隔で回転軸６０に設けられている。

【0056】

また、長短翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅが先端に具備する翼部６６，６８と、センター翼部６１ｃが先端に具備する翼部６４，６５は、湾曲した板状部材で構成されている。翼部６６，６８と翼部６４，６５を構成する各板状部材の向きは、在来地盤と改質材を攪拌混合してなる改質土や在来地盤を、回転軸６０が周方向に回転するに伴い切り込んで、回転軸６０の両端部方向に略水平に押し出す向きに設定されている。

【0057】

次に、主として図４、図６に基づいて、攪拌翼２３が具備する各翼部の機能作用について説明する。

【0058】

攪拌翼２３が具備する翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅは、当該攪拌翼２３が図４の矢印Ａ方向に向かって回転する過程で、粘性土と改質材を攪拌混合するほか、粘性土と改質材を攪拌混合してなる改質土または攪拌混合途中の粘性土を、切り込んでケーシング２１内の両サイドに押し出す役割を担っている。また、ケーシング２１内に取り込んだ粘性土を解泥する役割（解きほぐす役割）も担っている。

【0059】

センター翼部６１ｃは、上述した役割のほか、攪拌翼２３が図４の矢印Ａ方向に向かって回転する過程で、ケーシング２１内に供給された改質材をケーシング２１内の左右の方向に均等に振り分ける役割を担っている。この点において、センター翼部６１ｃは、長短翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅと異なっている。そのため、センター翼部６１ｃの翼部６４，６５の形状と、長短翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅの翼部６６，６８の形状は、異なっている。

【0060】

すなわち、センター翼部６１ｃの翼部６４，６５と、長短翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅの翼部６６，６８は、全体が回転方向に湾曲した板状部材である点で共通しているが、長短翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅには、センター翼部６１ｃのように改質材をケーシング２１内の左右に均等に振り分ける役割が無いので、長短翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅの翼部６６，６８は回転方向に向かって先端が先細りするテーパ形状を有している。このような先細りテーパ形状を翼部６６，６８に持たせることで、攪拌翼２３が回転する過程での改質土や粘性土の切り込み性能が向上する。一方、センター翼部６１ｃの翼部６４，６５は、ケーシング２１内に供給された改質材を左右の方向に略均等に振り分ける性能を優先すべく、湾曲した矩形状部材で構成され、翼部６６，６８のような先細りテーパ形状にはなっていない。

【0061】

図６において、センター翼部６１ｃの左隣に位置する長短翼部６１ｂは、前述した役割のほか、センター翼部６１ｃの左翼部６４によって左方向に振り分けられた改質材や、センター翼部６１ｃで細かく切り込まれた粘性土を、更に左方向に移動させる役割を担っている。
長短翼部６１ｂの左隣に位置する長短翼部６１ａは、前述した役割のほか、長短翼部６１ｂが左方向に移動した改質材や、センター翼部６１ｃと長短翼部６１ｂで細かく切り込まれた粘性土を、更に左方向に移動させてケーシング２１の内壁まで行き渡らせる役割を担っている。

【0062】

センター翼部６１ｃの右隣に位置する長短翼部６１ｄは、前述した役割のほか、センター翼部６１ｃの右翼部６５によって右方向に振り分けられた改質材や、センター翼部６１ｃで細かく切り込まれた粘性土を、更に右方向に移動させる役割を担っている。
長短翼部６１ｄの右隣に位置する長短翼部６１ｅは、前述した役割のほか、長短翼部６１ｄが右方向に移動した改質材や、センター翼部６１ｃと長短翼部６１ｄで細かく切り込まれた粘性土を、更に右方向に移動させてケーシング２１の内壁まで行き渡らせる役割を担っている。

【0063】

上述した翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅによる攪拌混合を連続して行うことで、改質土や粘性土がケーシング２１内の中央から回転軸両端部方向に移動する流れが生じるとともに、ケーシング２１の内壁にぶつかってケーシング２１内の内壁側から中央に移動する流れが生じる。その結果、ケーシング２１内で改質土と粘性土が循環する流れ（ケーシング２１内の中央から回転軸の両端部方向に向かう流れと、それに続く、ケーシング２１内の内壁側から中央に向かう流れ）が発生する。

【0064】

そして、攪拌翼２３の回転によりケーシング２１内で上述したような循環流を発生させつつ、攪拌翼２３をケーシング２１内で昇降させることで、ケーシング２１内の粘性土の全体に改質土を均等に行き渡らせることができ、その結果、品質に偏りの無い高品質の改質土をケーシング２１内で製造することができる。

【0065】

なお、本実施形態では、一例として攪拌翼２３の回転軸６０に翼部を５つ設けているが、本発明の効果を達成可能である限り翼部の数は特に限定されるものではない。

【0066】

（水底地盤改良装置を用いた海底地盤改良の具体例）
次に、上述した水底地盤改良装置５を用いた海底地盤改良工事の具体例について、図７に基づいて説明する。なお、次に述べる工程ａ～ｈは、図７（ａ）～（ｈ）に対応している。

【0067】

工程ａ
ケーシング２１の先端のグラブ２７を開口状態とし、材料供給路３３を介して水底地盤改良装置のケーシング２１内に圧縮空気を送り込んで、該ケーシング内の海水を排水し、ケーシング２１内を空洞にする。すなわち、空気圧によりケーシング２１内に海水の無い空間を確保する。以後、空気圧の作用によってケーシング２１内に海水が流れ込まない状態が保持される。

【0068】

工程ｂ
水底地盤改良装置の先端、すなわちケーシング２１先端のグラブ２７を、海底の粘性土地盤（在来地盤）の天端に押し付ける。

【0069】

工程ｃ
そして、ケーシング２１の先端にある油圧駆動式のグラブ２７の開閉を繰り返し、粘性土地盤をケーシング２１内に取り込む。

【0070】

工程ｄ
必要量の粘性土をケーシング２１内に取り込んだら、該ケーシング先端のグラブ２７を閉じる。これによりケーシング２１が密閉され、ケーシング２１内に取り込んだ粘性土がケーシング周囲の海水や粘性土から隔離される。

【0071】

工程ｅ
ケーシング２１内の攪拌翼２３を下降させ、ケーシング２１内に取り込まれた粘性土を、攪拌翼２３の回転によって解泥する。これにより、ケーシング２１内の硬い粘性土が解きほぐされて、後の工程（工程ｇ）で粘性土と改質材を均一に攪拌混合することが可能になる。

【0072】

工程ｆ
ケーシング２１の先端（グラブ２７）を閉じたままの状態で、所定量の改質材を材料供給路３３を介してケーシング２１内に投入する。改質材として例えば、粘性土と反応して硬化する材料を用いる。そのような材料の具体例としては、水和反応を生じさせる材料、例えばカルシア改質材が挙げられる。カルシア改質材は、鉄鋼スラグの一種である転炉系製鋼スラグを原料として成分管理と粒度調整した材料である。

【0073】

工程ｇ
ケーシング２１内への改質材の投入後、ケーシング２１内の攪拌翼２３を回転させつつ、ケーシング２１内で上下動させて、「ケーシング２１内に取り込んだ粘性土」と「ケーシング２１内に投入した改質材」とを攪拌混合する。これらをケーシング２１内で攪拌混合することで「改質土」が製造される。

【0074】

工程ｈ
続いて、ケーシング２１の先端（グラブ２７）を開き、ケーシング２１を上方に引き揚げながら充分に攪拌混合された改質土をケーシング２１から落下させることによって排出して、当該改質土を元の場所（粘性土を取り込んだ場所）に埋め戻す。以上の手順を経て、粘性土からなる在来地盤が改質土に置き換わる。なお、ケーシング２１からの改質土の排出において、グラブ２７を開いた後の改質土の落ちが悪い場合や、改質土を強制的に排出したい場合などには、補助的にケーシング２１内に圧縮空気を送ってもよい。また、攪拌翼２３を回転せずに降下させて改質土をケーシング２１から押し出してもよい。

【0075】

最後に、上述した実施形態は、特許請求の範囲に記載した本発明の例示であって、本発明の形態は必ずしもこれに限定されるものではない。上述した長軸翼部６６と短軸翼部６８を具備する長短組み合わせ翼部６１ａ，６１ｂ，６１ｄ，６１ｅの数も、用いるケーシング２１の大きさに合わせて変更可能である。また、本発明の用途は、海底地盤の改良に限定されるものではなく、川底の地盤改良や、湖底の地盤改良にも利用可能である。

【符号の説明】

【0076】

１ 作業船（地盤改良船）
３ リーダ
４ ワイヤーロープ
５ 水底地盤改良装置
７ オーガーモーター
２１ ケーシング
２２ 支持管
２３ 攪拌翼
２５ 回転軸保持部
２７ グラブ
３０ 多重管
３１ 支持管（外管）
３３ 材料供給路（内管）
３４ 排出口
３５ 材料投入口
４０ 多重管
４１ 支持管（外管）
４３ ロッド（内管）
５１ ギアボックス
５３ プーリー
５４ プーリー
５５ チェーン
６０ 回転軸
６１ａ 長短組み合わせ翼部（長短翼部）
６１ｂ 長短組み合わせ翼部（長短翼部）
６１ｃ センター翼部
６１ｄ 長短組み合わせ翼部（長短翼部）
６１ｅ 長短組み合わせ翼部（長短翼部）
６３ 中央翼軸
６４ 左翼部
６５ 右翼部
６６ 長軸翼部
６７ 長い翼軸
６８ 短軸翼部
６９ 短い翼軸

【要約】

【課題】ケーシング内で攪拌翼を回転させる際に、ケーシング内で製造する改質土の品質に偏りが無く、効率的な攪拌混合を可能する水底地盤改良装置を提供する。
【解決手段】水底地盤改良装置５は、海底の在来地盤を内側に取り込むケーシング２１と、ケーシング２１内に改質材を供給する材料供給路３３と、ケーシング２１内の在来地盤と改質材を攪拌混合する攪拌翼２３を有している。攪拌翼２３は、ケーシング２１内で昇降可能に設けられた回転軸６０と、センター翼部６１ｃと、長軸翼部と短軸翼部を具備する長短組み合わせ翼部を有している。センター翼部６１ｃは、改質材の排出口３４の下に位置するように回転軸６０に設けられている。長短組み合わせ翼部は、センター翼部を挟んで回転軸６０の端部方向に位置するように複数設けられている。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】