特許 7572586 地盤改良撹拌装置

(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】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】地盤改良撹拌装置

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20241016BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024110879

(22)【出願日】2024-07-10

【審査請求日】2024-07-10

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000185972

【氏名又は名称】小野田ケミコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】石井 敏樹

(72)【発明者】

【氏名】吉尾 健

(72)【発明者】

【氏名】竹山 幸生

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 英治

(72)【発明者】

【氏名】近藤 佳宏

(72)【発明者】

【氏名】中路 大樹

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】特開平４－２２２７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－３０２６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３３６３００（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】

上下方向に延びる管状の内側管と、
前記内側管と同軸に前記内側管の外周を取り囲み、回転不可能に固定された前記内側管に対して回転可能な管状の外側管と、
下端部に設けられた掘削部材、前記掘削部材の径方向外側部から上方に向かって延びる上延部材、及び、前記上延部材の内側面から前記内側管に向かって突設された撹拌翼を有し、前記外側管の下端部に設けられ、前記外側管の回転に伴い回転する掘削・撹拌部材と、
前記掘削部材と前記撹拌翼との上下方向の間に位置するように前記内側管から突設され、前記回転する掘削・撹拌部材との間に隙間を有する共回り防止翼と、を備えることを特徴とする地盤改良撹拌装置。

【請求項2】

前記内側管は、上端に液状体又はスラリー状体が供給される供給口を、下端に前記液状体又はスラリー状体を吐出する吐出口を有し、前記内側管の先端部は、前記掘削部材に形成された貫通孔の内部に位置することを特徴とする請求項１に記載の地盤改良撹拌装置。

【請求項3】

前記掘削・撹拌部材は、前記上延部材と前記外側管の下部とを連結する連結部材を有することを特徴とする請求項１に記載の地盤改良撹拌装置。

【請求項4】

前記内側管の上部にて、前記外側管から露出する部分に設けられ、前記内側管に作用する回転トルクを検出する検出手段を備えることを特徴する請求項１に記載の地盤改良撹拌装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤改良撹拌装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地盤改良工法として、掘削部材により掘削した土を撹拌翼によって地盤中で回転させて、スラリー状の固化材と土とを撹拌混合し、固結体（コラム）を地中内に造成することによって軟弱地盤の支持力などを増加させる機械撹拌工法がある。この工法において、掘削した土塊が撹拌翼と一体となって回転する共回り現象が発生することがある。共回り現象が発生すると、固化材と土との混合不良が生じて、不均質な固結体が造成され、所定の品質を得られないおそれがある。

【0003】

そこで、第１の共回り防止技術として、掘削部材及び撹拌翼が固定された外側管と別の撹拌翼が固定された内側管とからなる内外二重管を構成し、外側管と内側管とを相互逆回転させて、撹拌翼を相対的に逆回転させながら掘削を実施するにより共回り現象を防止することがある（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

第２の共回り防止技術として、掘削部材及び撹拌翼が固定された回転軸に、撹拌翼の半径より大きな半径を有する共回り防止翼を相対回転自在に設け、共回り防止翼の水平方向端部を掘削穴の内周壁に食い込ませて固定した状態で掘削を実施することにより、共回り現象を防止することがある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第３７３９６２０号公報

【文献】特開２０２２－０１５１９９号公報

【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、上述した第１の共回り技術においては、内側管と外側軸とを相対的に逆回転させる構成を設ける必要があり、システムが複雑化するという課題がある。

【0007】

第２の共回り防止技術においては、掘削の進行に伴って、共回り防止翼の水平端部を掘削孔の周辺地盤に対し係合させながら、鉛直下方向に貫入させる必要がある。そのため、特に硬質地盤である場合には、貫入が困難であると共に、共回り防止翼の破損が生じ得るという課題がある。

【0008】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、システムの簡素化が可能であり、破損が生じ難い構成を有する、共回り現象を防止可能な地盤改良撹拌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】

【0009】

本発明の地盤改良撹拌装置は、上下方向に延びる管状の内側管と、前記内側管と同軸に前記内側管の外周を取り囲み、回転不可能に固定された前記内側管に対して回転可能な管状の外側管と、下端部に設けられた掘削部材、前記掘削部材の径方向外側部から上方に向かって延びる上延部材、及び、前記上延部材の内側面から前記内側管に向かって突設された撹拌翼を有し、前記外側管の下端部に設けられ、前記外側管の回転に伴い回転する掘削・撹拌部材と、前記掘削部材と前記撹拌翼との上下方向の間に位置するように前記内側管から突設され、前記回転する掘削・撹拌部材との間に隙間を有する共回り防止翼と、を備えることを特徴とする。

【0010】

本発明の地盤改良撹拌装置によれば、掘削部材が掘削した土が撹拌翼と共回りする共回り現象を、回転不可能に固定された共回り防止翼によって防止することができる。これにより、上述した第１の共回り防止技術と比較して、内側管を回転させる構成を設ける必要がないので、システムの簡素化を図ることが可能となる。また、上述した第２の共回り防止技術と比較して、共回り防止翼を固定するために、その水平方向端部を掘削穴の内周壁に食い込ませる必要がないので、共回り防止翼に破損が生じおそれを低減することが可能となる。

【0011】

本発明の地盤改良撹拌装置において、前記内側管は、上端に液状体又はスラリー状体が供給される供給口を、下端に前記液状体又はスラリー状体を吐出する吐出口を有し、前記内側管の先端部は、前記掘削部材に形成された貫通孔の内部に位置することが好ましい。

【0012】

この場合、固定された内側管を介して、掘削部材が掘削する部分に水などの液状体又は固化材などのスラリー状体を供給することが可能となる。また、上述した第１及び第２の共回り防止技術のように、回転可能な内側管又は回転軸を介して水や固化材などを供給ために必要なスイベル機構などの構成を設ける必要がないので、システムの簡素化を図ることが可能となる。

【0013】

また、本発明の地盤改良撹拌装置において、前記掘削・撹拌部材は、前記上延部材と前記外側管の下部とを連結する連結部材を有することが好ましい。

【0014】

この場合、掘削部材と撹拌翼との上下方向の間に共回り防止翼が位置し、かつ、共回り防止翼と干渉しない掘削・撹拌部材を、連結部材を用いて簡易に設けることが可能となる。

【0015】

また、本発明の地盤改良撹拌装置において、前記内側管の上部にて、前記外側管から露出する部分に設けられ、前記内側管に作用する回転トルクを検出する検出手段を備えることが好ましい。

【0016】

撹拌翼によって撹拌される撹拌土のせん断力は、共回り防止翼に回転トルクとして作用する。そのため、内側管に作用する回転トルクを介して共回り防止翼に作用する回転トルクを外側管から露出する部分に設けられた検出手段によって検出することにより、共回り現象の発生の有無を簡易に判断することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る地盤改良撹拌装置を示す概略断面図。

【図2】図１の下部の拡大図。

【図3】時間と回転センサの検出値及び深度との関係の一例を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施形態に係る地盤改良撹拌装置１００について、図１及び図２を参照して説明する。地盤改良撹拌装置１００は、主として、内側管１０、外側管２０、掘削・撹拌部材３０、共回り防止翼４０及び検出手段５０を備えている。内側管１０と外側管２０とにより、二重管構造が構成されている。

【0019】

そして、内側管１０及び外側管２０は、掘削穴の深度に応じた本数が上下方向にそれぞれ接続される。そして、一番下の内側管１０の下部に共回り防止翼４０が、一番下の外側管２０の下部に掘削・撹拌部材３０が、一番上の内側管１０の上部に検出手段５０がそれぞれ設けられている。ただし、内側管１０及び外側管２０は、それぞれ１本だけであってもよい。

【0020】

地盤改良撹拌装置１００は、図示しないが、単軸式の機械撹拌工法に用いられる杭打ち機や小型杭打ち機などの施工機械に設けられる。施工機械は、外側管２０を回転させる回転軸、この回転軸を回転させる機構、回転軸を昇降させる機構、リーダーやマスト、及び、リーダーやマストを支持する重機、セメントミルクなどの固化材を製造、貯蔵が可能なプラント設備、プラント設備から固化材を供給する供給手段などを備えている。なお、固化材の代わりに、水などの液状体や固化材以外のスラリー状体を供給するものであってもよい。

【0021】

内側管１０は、鉛直方向に延びる円管状の部材である。内側管１０の上部は、施工機械のリーダーに昇降可能に設けられた部材に固定されており、回転不可能に構成されている。

【0022】

そして、前述の供給手段によって固化材が、内側管１０の上端に形成された供給口１１を介して内側管１０の内部に供給される。そして、この固化材は、内側管１０の先端に形成された吐出口１２から外部に吐出される。一番下の内側管１０の先端部は、後述する掘削部材３１に形成された貫通孔の内部に位置しており、掘削部材３１が掘削した土に対して固化材が吐出される。

【0023】

外側管２０は、内側管１０と同軸に内側管１０の外周を取り囲み、回転不可能に固定された内側管１０に対して回転可能な円管状の部材である。外側管２０は、詳細は図示しないが、その上部が、施工機械のリーダーに昇降可能に設けられた駆動装置２１の回転可能な回転軸に、把持部材によって固定されている。これにより、外側管２０は、回転可能に構成されている。なお、外側管２０は、正方形管状や矩形管状などであってもよい。

【0024】

掘削・撹拌部材３０は、ここでは、掘削部材３１、下部ボス３２、上部ボス３３、上延部材３４、連結部材３５、及び撹拌翼３６から構成されている。

【0025】

掘削部材３１は、掘削・撹拌部材３０の下端部に設けられている。掘削部材３１には、複数の掘削ビット３１ａが溶接などにより固定されている。

【0026】

下部ボス３２は、円板状であり、掘削部材３１の上部に溶接などで固定されている。そして、下部ボス３２の中央部には鉛直方向に貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔は、掘削部材３１に形成され、内部を内側管１０が挿通する貫通孔と連続するように構成されている。

【0027】

上部ボス３３は、厚い円板状であり、その上端部に六角軸３３ａを有し、外側管２０の下端部とスプライン嵌合によって固定されている。そして、上部ボス３３の中央部には鉛直方向に貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔は、外側管２０に形成され、内部を内側管１０が挿通する貫通孔と連続するように構成されている。

【0028】

上延部材３４は、掘削部材３１の径方向外側部から上方に向かって延びている。なお、上延部材３４は、ここでは、掘削部材３１の径方向外側端部から上方に向かって鉛直に延びている。ただし、上延部材３４は、これには、限定されず、掘削部材３１の径方向外側端部より内側の部分を基端としていてもよく、また、鉛直ではなく、直線状又は曲線状に斜めに上方に向かって延びていてもよい。上延部材３４の形状は、ここでは、平板状であるが、これに限定されない。

【0029】

連結部材３５は、上延部材３４の上部から延びて上部ボス３３を介して外側管２０に連結されている。なお、連結部材３５は、ここでは、上延部材３４の上端部から水平方向に延びている。ただし、連結部材３５は、これには、限定されず、上延部材３４の上端部より下方の部分を基端としていてもよく、また、水平ではなく、直線状又は曲線状に斜めに延びていてもよい。連結部材３５は、特に、連結部材３５の上面に撹拌土が載り難くなるので、径方向内側に向かって上向きに傾斜していることが好ましい。連結部材３５の形状は、ここでは、平板状であるが、これには限定されない。なお、連結部材３５は、掘削した土を撹拌する撹拌部材としても機能する。

【0030】

撹拌翼３６は、ここでは、上延部材３４の内側面の上下方向の中間部から内側管１０に向かって水平方向に内側管１０の近傍まで延びるように構成されている。ただし、撹拌翼３６は、水平方向に延びるものに限定されず、直線状又は曲線状に斜めに延びていてもよい。撹拌翼３６は、掘削部材３１より上方に位置している。撹拌翼３６は、ここでは、１８０°互いに反対方向に延出して、２枚形成されている。

【0031】

また、撹拌翼３６は、ここでは、上延部材３４の中央部から同じ高さ位置にて形成されている。しかし、撹拌翼３６が形成される位置は、これに限定されない。例えば、撹拌翼３６は、上延部材３４の中央部から上下方向にずれた位置に形成されていてもよく、さらに、複数の撹拌翼３６が形成される高さ位置が異なっていてもよい。さらに、複数の撹拌翼３６が１つの上延部材３４に高さ位置を代えて形成されていてもよい。

【0032】

ここでは、各撹拌翼３６は、鉛直方向に延びる矩形状の平板と、この平板の上端に位置する水平方向に延びる矩形状の平板からなる縦断面がＴ状形状となっている。ただし、撹拌翼３６の形状は、これに限定されず、単なる平板状であっても、傾斜した平板状であっても、湾曲してもよく、従来の種々の形状などであってもよい。

【0033】

撹拌翼３６は、径方向の長さが掘削部材３１よりも小さくなっている。これにより、掘削・撹拌部材３０の回転に伴い回転したときに、内側管１０及び後述するボス４１と撹拌翼３６が干渉することが防止されている。

【0034】

共回り防止翼４０は、ここでは、内側管１０の外周面に溶接などによって固定された円筒状のボス４１に突設されている。共回り防止翼４０は、内側管１０と同様に回転不可能である。共回り防止翼４０は、ここでは、掘削部材３１と撹拌翼３６との上下方向の中間に位置している。共回り防止翼４０は、径方向の長さが掘削部材３１よりも小さくなっている。これにより、回転する掘削・撹拌部材３０と共回り防止翼４０とが干渉することが防止されている。

【0035】

共回り防止翼４０は、ここでは、掘削部材３１と撹拌翼３６の上下方向の中間位置、及び、撹拌翼３６と連結部材３５の上下方向の中間位置にて、それぞれ径方向外側に向かって上延部材３４の近傍まで水平方向に延びるように構成されている。共回り防止翼４０は、ここでは、それぞれの位置にて、１８０°互いに反対方向に延出して、２枚形成されている。なお、撹拌翼３６及び共回り防止翼４０は、それぞれ、翼の間の角度が１８０°の２枚翼に限定されず、翼の間の角度が１２０°の３枚翼、翼の間の角度が９０°の４枚翼などであっても、翼が１枚だけの単独翼であってもよい。また、撹拌翼３６と共回り防止翼４０との枚数は、同じであっても相違していてもよい。

【0036】

また、共回り防止翼４０は、ここでは、それぞれ高さ位置にて２枚形成されている。しかし、共回り防止翼４０が形成される位置は、これに限定されない。例えば、掘削部材３１と撹拌翼３６の上下方向の間にて異なる位置に形成されていてもよく、撹拌翼３６と連結部材３５の上下方向の間にて異なる位置に形成されていてもよい。

【0037】

ここでは、各共回り防止翼４０は、鉛直方向に延びる矩形状の平板から構成されている。ただし、共回り防止翼４０の形状は、これに限定されず、傾斜した平板状であっても、湾曲してもよく、従来の種々の相対回転する共回り防止翼と同じ形状などであってもよい。

【0038】

共回り防止翼４０は、径方向の長さが掘削部材３１よりも小さくなっている。これにより、共回り防止翼４０は掘削穴の内壁面と干渉しない。また、共回り防止翼４０は、回転する掘削・撹拌部材３０の外延部材３４の内側面との間に隙間を有している。これにより、掘削・撹拌部材３０と共回り防止翼４０とが干渉することが防止されている。

【0039】

なお、ボス４１は、掘削・撹拌部材３０の下部ボス３２と上部ボス３３との間に上下方向を挟まれており、これにより、共回り防止翼４０の掘削・撹拌部材３０に対する鉛直方向の位置決めがなされている。

【0040】

検出手段５０は、内側管１０の上部にて、内側管１０が外側管２０から露出する部分に設けられている。検出手段５０は、内側管１０に作用する回転トルク（ねじれモーメント）を検出する回転トルクセンサである。ここでは、回転トルクセンサ５０は、内側管１０の供給口１１を閉塞しないように、内側管１０の上端部にて、施工機械のリーダーを昇降可能に設けられた部材に設置されている。この回転トルクセンサ５０により、共回り防止翼４０に作用する回転トルクを内側管１０に作用する回転トルクを介して検出することが可能となる。

【0041】

上述した本発明の実施形態に係る地盤改良撹拌装置１００によれば、掘削部材３１が掘削された土が撹拌翼３６と共回りする共回り現象が、固定された共回り防止翼４０によって防止される。

【0042】

そして、上述した第１の共回り防止技術と比較して、内側管１０を回転させる構成を設ける必要がない。また、固定された内側管１０の上端の供給口１１から固化材を供給可能であるので、上述した回転する内側管や回転軸を介して固化材を供給するために必要なスイベル機構などの構成を設ける必要がない。これらにより、システムの簡素化を図ることが可能となる。

【0043】

また、上述した第２の共回り防止技術と比較して、共回り防止翼４０を固定するために、その水平方向端部を掘削穴の内周壁に食い込ませる必要はないので、共回り防止翼４０に破損が生じるおそれを低減することが可能となる。

【0044】

さらに、回転トルクセンサ５０が検出した検出値に基づいて、作業者又はコンピュータなどの検出値監視手段が共回り現象の発生の有無を判断してもよい。回転トルクセンサ５０によって共回り防止翼４０に作用する回転トルクが検出されるが、この回転トルクは撹拌翼３６によって撹拌されている撹拌土のせん断力を含んでいる。

【0045】

そこで、例えば、図３のグラフで示すように、地盤改良撹拌装置１００の引き抜き時に回転トルクの検出値に異常が上昇して異常値が生じた場合、共回り現象が発生したと推定することができる。この場合、不均質な固結体が造成され、所定の品質を得られないおそれがあるので、即時に再施工することが好ましい。なお、図３に示すように、掘削穴を最下端まで掘削した後、一度、地盤改良撹拌装置１００を少し上昇させている。これは、最下端部付近の撹拌土は下方の撹拌翼３６でしか撹拌されないため、十分に撹拌されないことを防止するためである。

【0046】

また、回転トルクセンサ５０は内側管１０の上部に設けられており、地上に存在するので、有線あるいは無線によって、施工機械に搭載された管理装置と簡易に連動することができ、リアルタイムの監視が可能である。

【0047】

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内であれば適宜変更することができる。例えば、掘削・撹拌部材３０の構成は上述したものに限定されない。掘削・撹拌部材３０は、共回り防止翼４０が掘削部材３１と撹拌翼３６との上下方向の間に位置し、かつ、共回り防止翼４０と干渉しなければ、その構成は任意である。

【符号の説明】

【0048】

１０…内側管、 １１…供給口、 １２…吐出口、 ２０…外側管、 ２１…駆動装置、 ３０…掘削・撹拌部材、 ３１…掘削部材、 ３１ａ…掘削ビット、 ３２…下部ボス、 ３３…上部ボス、 ３３ａ…六角軸、 ３４…上延部材、 ３５…連結部材、 ３６…撹拌翼、 ４０…共回り防止翼、 ４１…ボス、 ５０…検出手段、回転トルクセンサ、 １００…地盤改良撹拌装置。

【要約】

【課題】システムの簡素化が可能であり、破損が生じ難い構成を有する、共回り現象を防止可能な地盤改良撹拌装置を提供する。
【解決手段】地盤改良撹拌装置１００は、上下方向に延びる管状の内側管１０と、内側管１０と同軸に内側管１０の外周を取り囲み、回転不可能に固定された内側管１０に対して回転可能な管状の外側管２０と、下端部に設けられた掘削部材３１、掘削部材３１の径方向外側部から上方に向かって延びる上延部材３４、及び、上延部材３４の内側面から内側管１０に向かって突設された撹拌翼３６を有し、外側管２０の下端部に設けられ、外側管２０の回転に伴い回転する掘削・撹拌部材３０と、掘削部材３１と撹拌翼３６との上下方向の間に位置するように内側管１０から突設され、回転する掘削・撹拌部材３０との間に隙間を有する共回り防止翼４０とを備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】