特許 7495177 掘削・撹拌具

(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】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】掘削・撹拌具

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20240528BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2024025141

(22)【出願日】2024-02-22

【審査請求日】2024-02-22

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516021382

【氏名又は名称】有限会社 櫂設計事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100080160

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 憲一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149205

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 泰央

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 篤哉

【審査官】小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５６２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５３－１２７７０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００７－１９１９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２５７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１３７７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０７６８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０７３０３４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－２３４５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１４８３６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０２３－０４４４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８４６９５（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】

地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材を混練することにより地盤改良を行うための掘削・撹拌具において、
上下方向に伸延する掘削・撹拌軸と、
前記掘削・撹拌軸の下端に設けられた掘削翼と、
前記掘削・撹拌軸の内部に設けられ、改良材を前記掘削・撹拌軸の下端側に供給する改良材供給路と、
前記掘削・撹拌軸の下端側に設けられ、前記改良材供給路を介して供給された改良材を前記掘削・撹拌軸の外部に吐出する吐出口を有する吐出部と、
を備え、
前記吐出部は、前記改良材供給路の下端側において前記掘削・撹拌軸の軸線から外周側に向かう吐出路に連通して設けられ、前記吐出路により規定される前記改良材の吐出方向に対して前記吐出口の開口面を傾斜させて設け、
前記吐出口には、側面視において前記開口面を傾斜させたことにより前記吐出路の長さが短くなる側を固定端とするフラップ状の弁体を改良材の吐出圧に応じて前記吐出口に離接可能に設け、
前記弁体は、前記改良材が前記吐出口を通過するときには、前記弁体が前記固定端とは逆側となる先端部分を前記吐出口に対して離隔するよう構成されていることを特徴とする掘削・撹拌具。

【請求項2】

前記吐出部は、前記掘削翼の掘削回転方向後方側に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の掘削・撹拌具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材を混練することにより地盤改良を行うための地盤改良装置の掘削・撹拌具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、軟弱地盤上に構造物を建設するときに、構造物の沈下並びに傾きの事前の防止策として、地盤改良が行われている。地盤改良を行う地盤改良装置には、セメント系固化材を主成分とするスラリー状の改良材を吐出する吐出口を有する掘削・撹拌具が備えられており、地盤を掘削しながら掘削土と改良材とを混練して柱状改良体を構築している。

【0003】

改良材は、垂直方向を軸方向とする掘削・撹拌具の回転軸内に設けられた改良材供給路を経て、掘削・撹拌具の所定の位置に設けられた吐出口から外部に吐出される。吐出口には、改良土の逆流防止を目的として吐出口を覆う逆流防止弁が設けられ、逆流防止弁は、吐出口からの改良材を吐出するときには吐出圧により開き、吐出しないときには吐出口を閉塞するように構成されている（特許文献１から特許文献４参照）。

【0004】

また、掘削・撹拌具の吐出口が、回転軸に対して斜め下方を向くように吐出ノズルを傾斜して設けることで、改良材による地盤の軟化を促進し撹拌性を向上させた地盤改良装置が提案されている（特許文献５参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－１５６２０８号公報

【文献】特開２００７－２７７９８３号公報

【文献】特開２０１３－２３４５５７号公報

【文献】実用新案登録３１４８３６３号公報

【文献】特開２０１３－１１９７３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来から、掘削土と改良材とを混練して柱状改良体を構築する地盤改良においては、吐出口の回転軸に対する開口の向きと実際の改良材の吐出方向の不一致により、改良材が回転する撹拌翼の外周部まで到達せず、掘削土と改良材の混練不良による柱状改良体の品質低下が生じていた。

【0007】

特許文献１に係る技術では、掘削軸に対して、掘削軸に設けた改良材の円形出口周辺を覆う略箱状のアダプターを装着し、当該アダプターにより、アダプター内に注入された改良材の吐出流を回転軸の軸方向に直交する方向から軸方向に対して斜め上方又は斜め下方を開口方向とするアダプターに設けた吐出口に向かわせることで、改良材の吐出方向を所望の方向に変更している。一方で、アダプターに形成した吐出口を覆うフラップ状の弁体の開度は、改良材の吐出圧により変化するものである。すなわち、単位時間当たりの改良材の吐出量が少なく吐出圧が低い場合には、吐出口が全開とならず、弁体により所望の方向とは異なる方向に改良材の吐出方向がさらに変更されてしまうことになる。このため、掘削土と改良材の混練不良による柱状改良体の品質低下が生じる。

【0008】

特許文献２に係る技術では、回転軸の軸方向に対して直交する方向が改良材の吐出方向となり、逆流防止のための弁体は、吐出方向に正対するように設けられている。弁体の固定端は、回転軸の幅方向の正面視左側に設けられており、弁体を全開とする吐出圧で改良材を吐出できなければ、所定の角度で開いた弁体の右側に形成される掘削軸の外周面の隙間から吐出した改良材は、改良径の外周部にまで到達することなく掘削軸の周辺に留まり掘削土と改良材の混練不良が生じる。

【0009】

特許文献３の技術では、円錐ヘッドの周面に逆流防止のための弁体が設けられているが、円錐ヘッド部分では改良材の供給路が円錐ヘッドの周面の傾斜に対して供給路の軸心が直交するよう傾斜している。したがって、弁体は改良材の吐出方向に正対するように設けられていることになる。このため、特許文献３の技術においても、特許文献２の技術と同様の問題が生じる。

【0010】

特許文献４の技術では、回転軸の軸方向に対して直交する方向が改良材の吐出方向となり、逆流防止のための弁体は、下側を固定端ととして吐出方向に正対するように設けられている。特許文献４に開示された逆流防止のための弁体は、撹拌翼に沿って改良径の外周部に改良材が流れるように、弁体が所定の開度で開くことにより改良材を撹拌翼が位置する上方に導くように構成されている。特許文献４に開示された逆流防止のための弁体は、吐出圧が不足し適度の開度が実現できなければ改良径の外周部にまで改良材を流すことができない。すなわち、特許文献２および特許文献３の技術と同様の問題が生じる。

【0011】

上述のような問題は、改良径が大きい（例えば、改良径が１６００ｍｍ）土壌改良の施工において指摘されていたが、近年の改良材の固化性能の向上と経済性を追求した固化材の少ない配合の改良材を用いた地盤改良の施工の増加に伴い、改良径の大小を問わず、より問題が顕在化し改善の要求が高まってきている。

【0012】

特許文献５に係る技術では、改良材吐出用のノズルを備え、ノズルを吐出口が斜め下方を向くように回転軸に配置することで、改良材を斜め下方に吐出させるように構成している。特許文献５に係る技術では、特許文献１～４に開示された吐出口を覆う弁体がなく、このような弁体により改良材の吐出方向が変化するものではないが、改良材が改良径の外周部にまで到達できるかは、改良材供給側の供給流量による吐出圧に依存する。このため、改良材の単位時間当たりの供給量が少ない近年の固化材の少ない改良材を用いた地盤改良で特許文献５のような構成の装置を用いた場合、吐出圧不足により掘削土と改良材の混練不良が生じる。さらに、特許文献５に係る技術では、ノズルの先端に逆流防止の対策が施されていないため、改良土によるノズル詰まりの問題も生じやすい。ノズルの吐出口が一度詰まると、メンテンナンスに多大な労力を費やすことになる。

【0013】

撹拌・掘削具における改良材の吐出口において、改良土による吐出口の詰まりを避けるには、逆流防止用の弁体を設けることが有効な対策ではある。一方で、弁体の開度および開き方向が吐出圧により変動するため、所望の方向に改良材を流し改良径の外周部にまで改良材を到達させることができない。このため、吐出口に逆流防止用の弁体を設けることと、所望の方向に改良材を流すことを両立させる技術が要請されている。

【0014】

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、簡素な構成でありながら、改良材を改良径の外周部にまで確実に到達させ、掘削土と改良材とを均一に撹拌混錬することが可能な掘削・撹拌具を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記従来の課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る掘削・撹拌具は、（１）地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材を混練することにより地盤改良を行うための掘削・撹拌具において、上下方向に伸延する掘削・撹拌軸と、前記掘削・撹拌軸の下端に設けられた掘削翼と、前記掘削・撹拌軸の内部に設けられ、改良材を前記掘削・撹拌軸の下端側に供給する改良材供給路と、前記掘削・撹拌軸の下端側に設けられ、前記改良材供給路を介して供給された改良材を前記掘削・撹拌軸の外部に吐出する吐出口を有する吐出部と、を備え、前記吐出部は、前記改良材供給路の下端側において前記掘削・撹拌軸の軸線から外周側に向かう吐出路に連通して設けられ、前記吐出路により規定される前記改良材の吐出方向に対して前記吐出口の開口面を傾斜させて設け、前記吐出口には、側面視において前記開口面を傾斜させたことにより前記吐出路の長さが短くなる側を固定端とするフラップ状の弁体を改良材の吐出圧に応じて前記吐出口に離接可能に設け、前記弁体は、前記改良材が前記吐出口を通過するときには、前記弁体が前記固定端とは逆側となる先端部分を前記吐出口に対して離隔するよう構成されていることに特徴を有する。

【0016】

また、本発明の他の態様に係る掘削・撹拌具は、前記掘削・撹拌具において（２）前記吐出部は、前記掘削翼の掘削回転方向後方側に設けられていることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る掘削・撹拌具によれば、スラリー状の改良材の吐出方向に対して逆流防止のための弁体を所定の傾斜を持って配置したことにより、弁体の開度によらず、所定の吐出圧で改良材を吐出することが可能となる。これにより、改良材を改良径の外周部にまで到達させて掘削土に対して改良材を均一に拡散させることができ、柱状改良体の品質を向上させることできる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態に係る掘削・撹拌具の構成を模式的に示す側面図である。

【図2】本発明の第１実施施形態に係る掘削・撹拌具の構成を模式的に示す底面図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る掘削・撹拌具の吐出部周辺の構成を示す正面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る掘削・撹拌具における改良材の吐出の様子を説明する概要図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る掘削・撹拌具の吐出部を模式的に示す断面概要図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る掘削・撹拌具の吐出部を模式的に示す断面概要図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係る掘削・撹拌具の構成を模式的に示す側面図である。

【図8】本発明の第２実施施形態に係る掘削・撹拌具の構成を模式的に示す底面図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る掘削・撹拌具の作用効果についての説明図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係る掘削・撹拌具の作用効果についての説明図である。

【図11】本発明に係る掘削・撹拌具を適用する地盤改良装置の概要図である。

【図12】比較例に係る掘削・撹拌具の吐出部を説明する側面図である。

【図13】比較例に係る掘削・撹拌具の吐出部を説明する断面概要図である。

【図14】比較例に係る掘削・撹拌具の吐出部を説明する断面概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明は、地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材を混練することにより地盤改良を行う地盤改良装置の掘削・撹拌具に関し、複数の撹拌翼を備えた構成において、掘削・撹拌軸の下端側に設ける改良材の吐出部の構成を工夫することにより、改良材の拡散効率の向上と柱状改良体の品質向上を図るものである。以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

【0020】

＜１．地盤改良装置＞
本発明に係る掘削・撹拌具を備える地盤改良装置の構成について説明する。図１１は、本発明に係る掘削・撹拌具Ａを具備した地盤改良装置Ｋを示す。図１１に示すように、地盤改良装置Ｋは、主要な装置部分が地盤Ｇの改良部分の地上面に設置される。

【0021】

地盤改良装置Ｋは、自走可能なベースマシン本体２００に設けられ、上下方向に伸延するリーダ２１０と、リーダ２１０に昇降自在に取り付けられる回転駆動部２２０と、上下方向に伸延して形成され、回転駆動部２２０の下端に取り付けられる掘削・撹拌軸１と、改良材を供給する改良材供給部２３０と、を備えることを基本構成としている。

【0022】

ベースマシン本体２００の後方に配置された改良材供給部２３０は、スラリー系の改良材を掘削孔内へ供給する。改良材供給部２３０は、改良材供給管２３１を介して回転駆動部２２０に接続した掘削・撹拌軸１内部の改良材供給路１１と連通連設している。

【0023】

改良材は、地盤を改良するために掘削土と混練される材料であって、水とセメント系固化材を主成分としたスラリー状の混合物であり、地盤改良の目的に合わせて他に、セメント系以外の固化材、混和材、添加剤、中和剤、薬剤、化学剤等を添加することができる。

【0024】

改良材供給部２３０から供給される改良材は、掘削・撹拌軸１内の改良材供給路を経由し、掘削・撹拌具Ａに形成した吐出口から吐出され、掘削地盤および土中へ散布・拡散されて掘削・撹拌具Ａにより掘削土とともに撹拌される。

【0025】

回転駆動部２２０は、ベースマシン本体２００に内蔵した駆動回転ドラムにより吊下げワイヤ２２１を介してリーダ２１０の伸延方向に沿った上下動を可能としている。

【0026】

吊下げワイヤ２２１は、一端を駆動回転ドラムに連結し、中途部をリーダ２１０の最頂部を経由して回転駆動部２２０上部に設けたプーリ２２２に巻き掛けて、他端をリーダ２１０の上端部に固定している。

【0027】

すなわち、吊下げワイヤ２２１は、駆動回転ドラムの回転駆動力を回転駆動部２２０のリーダ２１０に沿った上下昇降力に変換し、地盤改良における貫入・引抜き時の堀削・撹拌具Ａの上下動を可能にしている。

【0028】

回転駆動部２２０内部には図示しない駆動機が搭載されており、掘削・撹拌軸１はその基端で駆動機に連結して回転駆動する。

【0029】

なお、回転駆動部２２０内部の駆動機は、駆動力を掘削・撹拌軸の回転力として付与するものであればよい。また、回転駆動部２２０およびその内部の駆動機は、単軸式の掘削・撹拌軸１に対応するものに限定されるものではなく、例えば、２本以上の回転軸を有する多軸式の掘削・攪拌軸に対応する駆動機、或いは、相対駆動する二重軸構造を有した掘削・撹拌軸に対応する二重駆動機であってもよい。

【0030】

このように構成した地盤改良装置Ｋは、地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材とを混練して地盤改良を行う主要部である掘削・撹拌具Ａを備えている。

【0031】

＜２．第１実施形態＞
〔全体構成〕
以下、本発明の第１実施形態に係る掘削・撹拌具Ａ１の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る掘削・撹拌具Ａ１の構成を模式的に示す側面図であり、図２はその底面図である。図３は、掘削・撹拌具Ａ１の吐出口周辺を拡大して示す側面概要図である。なお、図１および図２においては、仮想的な掘削穴の壁面９を二点鎖線で示している。また、図２においては、掘削翼２以外の撹拌翼４および共回り防止翼５の図示を省略している。

【0032】

本実施形態に係る掘削・撹拌具Ａ１は、地盤を掘削・撹拌しながら掘削土とスラリー状の改良材を混練することにより地盤改良を行うためのものであり、上下方向に伸延する掘削・撹拌軸１と、掘削・撹拌軸１の下端に設けられ、地盤を掘削する掘削翼２と、複数の撹拌翼４と、共回り防止翼５を備える。

【0033】

掘削・撹拌軸１の内部には、改良材供給路１１が掘削・撹拌軸１の軸線Ｓに沿って延設されている。改良材供給路１１の下端側には、掘削・撹拌軸１の側面に開口を形成するように略９０度方向を曲がった形状に吐出路１１ａが設けられている。すなわち、改良材供給路１１における吐出路１１ａは、掘削・撹拌軸１の軸線Ｓから外周側に向かって設けたことにより改良材の吐出方向Ｘを規定している（図５参照）。また、吐出路１１ａは、改良材の吐出方向Ｘが軸線Ｓと直交する方向となるように、掘削・撹拌軸１の内部に設けられている。

【0034】

掘削・撹拌軸１の下端側の側面部には、改良材を吐出する吐出口３１が形成された吐出部３が設けられている。吐出部３は、基端が掘削・撹拌軸１の外側面に開口する改良材供給路１１の終端側の吐出路１１ａに連設され、掘削・撹拌軸１の側面から外向きに突出した筒状部分である。筒状部分としての吐出部３は、筒の内径を改良材供給路１１と同径としている。吐出部３の先端は、側面視において筒状部分の突出方向に対して所定の角度だけ傾斜させて形成されている。吐出口３１は、側面視における筒状部材の先端側の傾斜断面であり、改良材供給路１１と連通する開口である。吐出口３１は、掘削・撹拌軸１の軸線Ｓに対して、斜め下方を向くように開口している。言い換えると、吐出口３１の上端側をより外側に向けて傾斜させている。吐出口３１が描く楕円（正面視で円）の中心を通り掘削・撹拌軸１の軸線Ｓと直交する直線を吐出軸線Ｑとして、改良材の吐出口３１に至るまでの吐出方向Ｘが定まる。つまり、改良材は、改良材供給路１１を上から下に流れ、下端の吐出路１１ａに流入することで掘削・撹拌軸２の外周に向かうよう略９０度流れを変える。しかる後、改良材は、吐出軸線Ｑに沿った水平方向を吐出方向Ｘとして流れ、弁体３２に当たることになる。

【0035】

吐出部３には、吐出口３１を覆う弁体３２が設けられている。弁体３２は、所定の厚みの弾性ゴム板または樹脂等の可撓性材料から形成される板状部材である。弁体３２は、図５および図６に示すように、側面視において吐出口３１の開口面３１ａを傾斜させて設けたことにより吐出路１１ａの掘削・撹拌軸１の軸線Ｓから外周側に向かう方向の長さが短くなる側を固定端３２ａとして、吐出口３１に取り付けられている。より具体的には、弁体３２の下端側は、ネジ等の固定部材３３により吐出口３１の下端側に固定されている。弁体３２は、吐出口３１の楕円形の開口を塞いで下端側を固定部材３３で固定することにより、弁体３２の板面を吐出軸線Ｑに対して所定の角度θだけ傾斜させて設けられる（図５参照）。

【0036】

また、フラップ状の弁体３２は、改良材の吐出圧に応じて吐出口３１の開口面３１ａ（図６参照）に対して離接可能に設けられている。したがって、弁体３２は、改良材供給部２３０を駆動させ、改良材が所定の流量（例えば、５０～２００Ｌ／分）で改良材供給路１１に供給されているときには、改良材の吐出圧により弁体３２の固定端３２ａ側と逆側となる先端部分３２ｂからめくれるように変形する。このように先端部分３２ｂが吐出口３１の開口面３１ａから離れることで、弁体３２は、吐出口３１を吐出圧に応じた開度で開口させる。また、改良材供給部２３０の駆動を停止して改良材供給路１１において改良材が流動していないときには、弁体３２は弾性力（復元力）により吐出口３１の開口面３１ａに接して吐出口３１を封止し、改良土が逆流して改良材供給路１１に侵入することを阻止する。

【0037】

掘削翼２は、掘削・撹拌軸１の径方向外方に向かって伸延する帯板状の掘削翼本体部２１と、掘削翼本体部２１の下端から前方に向けて突出する複数のビット２２を有する。掘削翼本体部２１は、その下端を掘削回転方向前方側に向けて所定角度傾斜させた状態で掘削・撹拌軸１に支持されている。複数のビット２２は、掘削翼本体部２１に翼長方向に沿って所定間隔で配設されている。

【0038】

また、掘削・撹拌軸１の下端側の掘削翼本体部２１の下端に近い位置には、改良材を吐出する吐出部３が設けられている。吐出部３は、正面視において先端側に形成した吐出口３１の中心が掘削・撹拌軸１の回転の軸線Ｓに一致するように配置されている（図３参照）。そして、吐出口３１は、改良材の吐出時には掘削・撹拌軸１外周面から掘削翼２の延伸方向に沿って開口するよう構成されている。掘削翼２は、掘削翼本体部２１を所定角度傾斜させて掘削・撹拌軸１に支持されることにより、ビット２２によって地盤を掘削しつつ、吐出口３１から吐出された改良材とともに土砂を上方に吐き出させるようにしている。

【0039】

本実施形態では、２本の掘削翼２が掘削・撹拌軸１の下端に軸線Ｓを中心に点対称に設けられている（図１参照）。言い換えると、掘削翼２は、平面視で掘削・撹拌軸１の外周の左右両側に互いに１８０度の位相差を設けた配置状態で２つ設けられている。掘削・撹拌軸１に設けられる掘削翼２の数は、特に限定されるものではなく、例えば、掘削・撹拌軸１の外周面から放射状に複数本（３本以上）あってもよい。また、掘削翼２の翼長、翼幅、翼厚は、所望とする改良径および／または改良対象とする地盤の種類に合わせて適宜選択することができる。

【0040】

掘削翼２の上方に設けられた複数の撹拌翼４は、掘削翼２により掘削されて上方に吐き出された土砂と吐出口３１から吐出された改良材とを混練するものである。

【0041】

撹拌翼４は、帯板状に形成され、側面視で翼板面を掘削・撹拌軸１の軸線Ｓに対して所定角度傾斜する傾斜面をなして一端が掘削・撹拌軸１に支持されている。撹拌翼４は、掘削・撹拌軸１に対して複数（４本）設けられている。４本の撹拌翼４は、平面視において掘削・撹拌軸１の軸線Ｓを中心に点対称に配置された２本を一組とし、二組の撹拌翼４を、軸線Ｓを中心とする回転位相が９０度異なるように上下２段として掘削・撹拌軸１に支持させている。

【0042】

撹拌翼４の翼長は、掘削・撹拌軸１の軸線Ｓから先端までの長さが、掘削翼２のそれと略同一となる長さとしている。撹拌翼４は、一端が掘削・撹拌軸１に支持されていることにより、掘削・撹拌軸１と一体に回転する駆動撹拌翼である。なお、撹拌翼４の数は特に限定されることはなく、例えば、平面視において外周面から放射状に、上下方向において所定の回転位相でらせん状に複数本配設してもよい。

【0043】

共回り防止翼５は、帯板状に形成され、ボス部７に一端が支持されている。ボス部７は、内径が掘削・撹拌軸１よりやや大きい円筒状の部材であり、掘削・撹拌軸１に対し遊嵌されている。これにより、ボス部７は掘削・撹拌軸１の回転運動に従うことがない。なお、掘削・撹拌軸１におけるボス部７の上下には、ボス部７の上下方向の移動を規制する一対のストッパー８，８が配設されている。一対のストッパー８，８のそれぞれは掘削・撹拌軸１に固定されたフランジ状の部材である。ボス部７は、その円筒周縁部が一対のストッパー８，８における互いに対向するフランジ面に摺接して支持されることにより、掘削・撹拌軸１の所定の高さ位置に配置される。

【0044】

共回り防止翼５は、掘削・撹拌軸１の軸線Ｓから先端までの長さが、掘削翼２のそれよりも長く構成されている。共回り防止翼５は、その先端を掘削穴の壁面９に対して食い込み接触させることにより、掘削穴内で静止、または、所定の速度で回転する掘削・撹拌軸１とは異なる速度で回転する。共回り防止翼５は、土砂等をせん断し、撹拌翼４と改良土が一体となって塊状になり共回りすることを防止する共回り防止機能を発揮する。なお、共回り防止翼５の数は特に限定されることはなく、例えば、平面視において略十字を形成するように４本配設してもよい。

【0045】

本実施形態に係る掘削・撹拌具Ａ１では、下端から上方に向かって、掘削翼２、共回り防止翼５、撹拌翼４の順に配置されている。

【0046】

以上のような構成を備えた掘削・撹拌具Ａ１においては、地盤改良装置Ｋの回転駆動部２２０内部の駆動機に、掘削・撹拌軸１の基端を連結して該掘削・撹拌軸１を回転駆動することにより、地盤の掘削および掘削土と改良材の混練が実行される。

【0047】

〔比較例〕
本実施形態に係る掘削・撹拌具Ａ１では、改良材を吐出する吐出部３の吐出口３１が、斜め下方を向く開口であり、かつ、吐出口３１を覆う板状の弁体３２の板面が、吐出軸線Ｑに対して角度θを成して傾斜させて配置されている点において、従来とは異なる特徴を有している。以下に従来の吐出口の問題点について、図１２から図１４に示す比較例を参照しつつ説明する。図１２は、比較例に係る掘削・撹拌具Ｂの吐出口１３１を説明する側面図である。図１３及び図１４は、その断面概要図である。なお、図１２から図１４に示す比較例に係る掘削・撹拌具Ｂにおいては、本実施形態との対比の便宜上、同等の部材には同一の符号を付している。

【0048】

比較例に係る掘削・撹拌具Ｂにおける吐出部１３０は、側面視において掘削・撹拌軸１の軸線Ｓに直交する吐出軸線Ｑに対して直交する断面で開口した吐出口１３１と、吐出口１３１を覆う弁体１３２とを有する。弁体１３２は、下端側をネジ部材等の固定部材１３３により固定されている。したがって、弁体１３２は、改良材供給路１１を介して改良材が供給されたときには、弁体１３２の上側がめくれるように湾曲変形し、吐出口１３１を吐出圧に応じた開度で開口させる。

【0049】

比較例に係る掘削・撹拌具Ｂにおける吐出部１３０において、吐出口１３１を塞ぐ弁体１３２は、吐出軸線Ｑに対して、その板面が直交するように設けられている（図１３参照）。したがって弁体１３２が改良材供給路１１を介して吐出口１３１に向かう改良材の流れ（図１３に白抜き矢印で示す）に対して正対することになる。

【0050】

弁体１３２が、例えば、２００Ｌ／分の流量で改良材供給部２３０から改良材供給路１１に改良材を供給したときに、吐出口１３１が全開となるように構成されていると仮定する。ここで吐出口１３１が全開となるとは、図１４に破線で示すように弁体１３２が変形している状態を意味する。ここで、２００Ｌ／分或いはそれよりもやや少ない流量（例えば、１５０Ｌ／分）で改良材供給部２３０から改良材供給路１１に改良材を供給した場合には、少なくとも弁体１３２は吐出軸線Ｑよりも下側となる位置まで変形して吐出口１３１を開くことになる。このような場合には、改良材は、掘削翼本体部２１の下面側を吐出軸線Ｑに概略沿うように流れ、掘削翼２の先端部にまで到達可能である。

【0051】

一方で、２００Ｌ／分よりも十分に小さい流量（例えば、５０Ｌ／分）で改良材供給部２３０から改良材供給路１１に改良材を供給した場合には、弁体１３２は図１４に実線で示すように上端部のみが吐出圧により変形するにとどまり、吐出口１３１の開度は全開時の３分の１程度となる。つまり、図１３に示すように弁体１３２が改良材の吐出方向Ｘ１に正対しているため、改良材の流れが正対した弁体１３２と正面で衝突することにより、改良材の吐出圧の低下をまねく。このため、改良材は吐出軸線Ｑに沿った方向ではなく、これより上方の弁体１３２と吐出口１３１の隙間より噴き出すように吐出される（図１４に白抜き矢印で示す）。また、吐出口１３１は、掘削翼２の所定の角度だけ傾斜させて掘削・撹拌軸１に支持させた掘削翼本体部２１の傾斜下面の下側に位置している。したがって、弁体１３２の変形により上方側だけが開口した吐出口１３１から上向きに吐出された改良材は、掘削翼本体部２１の背面側の傾斜面に当たり、掘削翼２の外周端（先端）側まで達することなく、図１２に白抜き矢印で示すように、その流れる方向を下方寄りに変える。そうすると、改良材が掘削土中に十分に拡散されず、柱状改良体の品質不良の原因となる。

【0052】

〔吐出部の詳細および効果〕
本実施形態に係る掘削・撹拌具Ａ１においては、以下に詳細に説明する吐出部３を採用したことにより、比較例を参照して説明した問題点を克服している。図５および図６は、掘削・撹拌具Ａ１の吐出部３を模式的に示す断面概要図である。

【0053】

本実施形態では、吐出部３の吐出口３１は、その開口面３１ａを吐出軸線Ｑに対して所定の角度θだけ傾斜させて形成されている。したがって、その傾斜させて形成された吐出口３１を覆う弁体３２についても、その板面を吐出軸線Ｑに対して所定の角度θを成して傾斜させて配設されることになる。なお、所定の角度θは、１５度～７５度程度の鋭角であることが好ましく、本実施形態では、所定の角度θを略４５度としている。

【0054】

本実施形態では、図１３および図１４に示した比較例とは異なり、改良材供給路１１に供給され吐出口１３に向かう改良材の流れは、吐出軸線Ｑに対して斜めに配置された弁体３２の傾斜面に当たることになる。吐出軸線Ｑに沿って流れる改良材のうち、吐出軸線Ｑよりも下側を流れ吐出軸線Ｑよりも上方側を流れる改良材よりも先に弁体３２の下方側（固定部材３３による固定端３２ａに近い側）に当たる改良材は、弁体３２の傾斜面に沿って吐出口３１の上方に向けて流動する。すなわち、改良材の流れが吐出口３１の最も外側に突出した部分に集束されていくことになる。このように、側面視において改良材の流れを吐出口３１の斜め上方側に弁体３２の傾斜に沿って集めることにより、弁体３２が変形することで開口した吐出口３１の上方部分から外側に向かう改良材の流量が実質的に増える。つまり、供給流量に由来した吐出量に応じた弁体３２の開角度の差を小さくすることができ、弁体３２による吐出エネルギーのロスを最小限にとどめることに成功している。したがって、改良材が吐出口３１から吐出されるときには、改良径の外周部に到達可能な吐出圧が得られる状態となる。

【0055】

また、図６に示すように、改良材は、側面視において吐出口３１の傾斜した開口面３１ａと変形した弁体３２とが成す扇状の形状により斜め前方に案内される。本実施形態の吐出部３では、比較例のように改良材が吐出口１３１と弁体１３２との間の隙間から上方に飛散し、掘削翼本体部２１の背面に衝突して下方に向かうことが防止される。本実施形態の吐出部３では、小さい流量（例えば、５０Ｌ／分）で改良材供給部２３０から改良材供給路１１に改良材が供給された場合でも、図４に白抜き矢印で示すように、改良径の外周部である掘削穴の壁面９にまで改良材を到達させることが可能となる。これにより、改良材が均一に拡散し、柱状改良体の品質が向上する。

【0056】

また、本実施形態の吐出部３のように構成することで、弁体３２の材料の違い（可撓性の違い、弁体の固定態様など）による開角度の差を小さくすることができる。したがって、弁体３２の材料等の選択肢が増える。また、対応可能な流量の幅が広がることで、流量の違いに応じて弁体３２を可撓性の異なる弁体に取り換える作業も少なくて済む。

【0057】

また、本実施形態の吐出部３では、可撓性を有するフラップ状の弁体３２を固定部材３３で取り付けた態様を採用したが、これに限定されない。可撓性を有する板状部材としては、硬質ゴム等が採用可能であることは勿論、可撓性を有さない硬質材を採用してもよい。例えば、ヒンジ部を有する金属、プラスチック、鋳物等の硬質材を採用してもよい。また、フラップ状の弁体と同等の機能を有する板状物の取付方法として、溶接、ボルト締め等のそれぞれの材質に応じた取付方法が適宜選択される。

【0058】

＜３．第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態に係る掘削・撹拌具Ａ２について、図７から図１０を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る掘削・撹拌具Ａ２の構成を模式的に示す正面図であり、図８はその底面図である。図９および図１０は、掘削・撹拌具Ａ２のさらなる作用効果を説明する図である。図９は図７において一点鎖線で囲んだ領域Ｄ部分の拡大図であり、図１０は、吐出口３１を正面に見た状態での、掘削翼２および整流体２３付近の部分拡大図である。また、図８においては、掘削翼２以外の撹拌翼４および共回り防止翼５の図示を省略している。また、図１０においては、吐出部３に対して紙面前側に位置する整流体２３を破線で示している。なお、第１実施形態と同等の部材は同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0059】

第２実施形態においては、図７に示すように、掘削・撹拌具Ａ２が、掘削・撹拌軸１と、地盤を掘削する掘削翼２と、撹拌翼４と、掘削・撹拌軸１に遊嵌されたボス部７に一端が支持された共回り防止翼５とを有している点は、第１実施形態と同様である。一方で、第２実施形態においては、掘削翼２の端部に整流体２３を設けた点において、第１実施形態と異なる。

【0060】

整流体２３は、掘削翼２の掘削翼本体部２１の先端部に、その背面側から掘削回転方向後方側に突出して設けられた板状部材であり、掘削回転方向に板厚面が向くように配置される。整流体２３は、掘削翼２のビット２２により削られた掘削土の流れ方向を調整する機能を有する（図１０参照）。

【0061】

図８に示すように、整流体２３を取り付けた掘削翼２が回転運動するのに伴い、整流体２３よりも改良径の径方向の中心に向かう側には、回転方向に対して後方側が開放状態で底面視または平面視において、略扇状の空間（負圧空間Ｒ）が連続して形成される。負圧空間Ｒは、ビット２２によって削られる前の掘削面Ｇ１の領域よりも圧力が低い低圧領域であり、掘削翼２の回転方向を前方として、掘削翼２の後方に形成される。整流体２３は、図１０に示すように、掘削翼２の後方に負圧空間Ｒを形成したことにより生じる掘削翼２の前後の圧力差を利用して、掘削翼２の後方に回り込むようにできる流れの遅い渦流である後流ＢＦを発生させる。これにより、掘削後の掘削面Ｇ２より上側の掘削翼２の背面側では、吐出口３１から吐出された改良材が、後流ＢＦの渦流により掘削翼２の後方に流れた掘削土に均一に拡散され混練される。

【0062】

また、図９に白抜き矢印で示すように、整流体２３は、掘削土の流れを調整するだけでなく吐出部３の吐出口３１と弁体３２の間の開口から吐出され掘削翼２の外周端まで到達した改良材を再び掘削・撹拌軸１方向に還流させる物理的障壁としての役割を果たしている。したがって、本実施形態では吐出部３から吐出された改良材は、整流体２３によってもたらされた掘削翼２の前後における圧力差による渦流の作用と、改良材の掘削・撹拌軸１方向への還流作用とにより、より一層、拡散が促進される。したがって、柱状改良体の品質をより一層向上させることができる。

【0063】

なお、整流体２３の形状は、整流体としての機能を果たし得る所定の範囲内で変更可能であることは勿論である。

【0064】

以上のような構成を備えた第１実施形態及び第２実施形態の掘削・撹拌具（Ａ１，Ａ２）は、次のような構成を備えていると言える。すなわち、地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材を混練することにより地盤改良を行うための掘削・撹拌具（Ａ１，Ａ２）は、次のような構成を備えていると言える。において、上下方向に伸延する掘削・撹拌軸１と、掘削・撹拌軸１の下端に設けられた掘削翼２と、掘削・撹拌軸１の内部に設けられ、改良材を掘削・撹拌軸１の下端側に供給する改良材供給路１１と、掘削・撹拌軸１の下端側に設けられ、改良材供給路１１を介して掘削・撹拌軸１の下端側に供給された改良材を掘削・撹拌軸１の外部に吐出する吐出口３１を有する吐出部３と、を備え、吐出部３は、改良材供給路１１の下端側において掘削・撹拌軸１の軸線Ｓから外周側に向かう吐出路１１ａに連通して設けられ、吐出路１１ａにより規定される改良材の吐出方向Ｘに対して吐出口３１の開口面３１ａを傾斜させて設け、吐出口３１には、側面視において開口面３１ａを傾斜させたことにより吐出路１１ａの長さが短くなる側を固定端３２ａとするフラップ状の弁体３２を改良材の吐出圧に応じて吐出口３１に離接可能に設け、弁体３２は、改良材が吐出口３１を通過するときには、弁体３２が固定端３２ａとは逆側となる先端部分３２ｂを吐出口３１に対して離隔するよう構成されていることを特徴とするものである。

【0065】

また、以上のような構成を備えた第１実施形態および第２実施形態の掘削・撹拌具（Ａ１，Ａ２）は、次のような構成を備えているとも言える。すなわち、吐出部３は、吐出口３１の中心を通り掘削・撹拌軸１の軸線Ｓと交差する吐出軸線Ｑに対して吐出口３１の開口面３１ａを傾斜させて設け、吐出口３１には、改良材の吐出圧に応じて吐出口３１に離接するフラップ状の弁体３２を設けたものである。

【0066】

ここで、吐出口３１の中心を通り掘削・撹拌軸１の軸線Ｓと交差する吐出軸線Ｑは、各実施形態に示したように、掘削・撹拌軸１の軸線Ｓと直交する場合だけでなく、所定の傾斜角を持って交差するものも含む。また、直交は完全な直交だけでなく、例えば、プラスマイナス５度程度のズレを許容するものである。さらに、直交には、軸線Ｓと吐出軸線Ｑが１点において互いに交わらなくとも、改良材供給路１１の半径の範囲内で側面視において略直交するものも含む。すなわち、改良材供給路１１と吐出部３との位置関係による軸線Ｓと吐出軸線Ｑとの関係には、設計および各部材の組立・取付過程において許容される誤差が当然に含まれるものである。

【0067】

また、吐出軸線Ｑに対して斜めに配置された弁体３２は、上述した各実施形態の斜め下方を向く傾斜以外、斜め上方でも斜め水平方向でも良く、吐出軸線Ｑに対して斜めに配置であればどの方向に傾斜しても良い。

【0068】

このような構成によれば、吐出口３１に対してフラップ上の弁体３２を設けて改良材の逆流を防止しつつ、弁体３２を吐出方向Ｘに対して傾斜させて設けたことで、弁体３２による吐出圧の低下を低減することができる。これにより、吐出部３から吐出された改良材は、掘削・撹拌軸１の周辺に留まることなく、掘削翼２の外周端部（掘削翼本体部２１の先端）にまで到達する。このように改良材が効率的かつ確実に拡散されることで、柱状改良体の品質を向上させることができる。

【0069】

また、本実施形態に係る掘削・撹拌具（Ａ１，Ａ２）では、吐出部３は、掘削翼２の掘削回転方向後方側に設けられていることを特徴とするものである。

【0070】

このような構成によれば、より効率的に改良材を拡散させることができる。

【0071】

上述した各実施形態は、地盤改良工法として、スラリー状の改良材を供給して柱状改良体を構築する場合を例に説明したが、本発明が粉粒状の改良材を供給して柱状改良体を構築する地盤改良工法に用いられる掘削・撹拌具に適用可能であることは勿論である。

【0072】

最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、上述した実施形態および変形例に限られず、上述した実施形態で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また、本発明は上述の実施の形態に限定されることはなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。そして、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。また、本開示に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

【符号の説明】

【0073】

Ａ，Ａ１，Ａ２ 掘削・撹拌具
１ 掘削・撹拌軸
２ 掘削翼
３ 吐出部
４ 第１撹拌翼
５ 共回り防止翼
７ ボス部
８ ストッパー
９ 掘削穴の壁面
１１ 改良材供給路
１１ａ 吐出路
２１ 掘削翼本体部
２２ ビット
３１ 吐出口
３１ａ 開口面
３２ 弁体
３２ａ 固定端
３２ｂ 先端部分
３３ 固定部材
Ｓ 軸線
Ｑ 吐出軸線
Ｘ 吐出方向

【要約】

【課題】簡素な構成でありながら、改良材を改良径の外周部にまで確実に到達させ、掘削土と改良材とを均一に撹拌混錬することが可能な掘削・撹拌具を提供する。
【解決手段】 掘削・撹拌具Ａ１は、地盤を掘削・撹拌しながら掘削土とスラリー状の改良材を混練することにより地盤改良を行うためのものであり、上下方向に伸延する掘削・撹拌軸１と、掘削・撹拌軸１の下端に設けられ、地盤を掘削する掘削翼２と、掘削・撹拌軸１内を設けた改良材供給路を介して供給されたスラリー状の改良材を吐出する吐出口を有する吐出部３を備え、吐出口の開口面が吐出口の中心を通り掘削・撹拌軸１の回転の軸線Ｓと交差する吐出軸線Ｑに対して傾斜して設けられ、吐出部３には、吐出口を覆うフラップ状の弁体配設されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】