JP3594163B2

JP3594163B2 - 地盤改良用の掘削撹拌装置

Info

Publication number: JP3594163B2
Application number: JP06911797A
Authority: JP
Inventors: 友昭境; カルキー・マダン
Original assignee: 株式会社ジオトップ
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2017-03-06
Also published as: JPH1096231A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤改良用の掘削撹拌装置に関し、さらに詳細には、軟弱地盤を掘削撹拌しながらセメントスラリー等の改良材を注出し、改良柱体を築造するための掘削撹拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱土と改良材とを現位置で混合撹拌して、地盤を改良する深層混合処理工法の一つとして機械撹拌式のものが知られている。この工法は、掘削軸に掘削翼と撹拌翼を設けた装置を用い、掘削翼により切削された掘削土砂に改良材を注出し、撹拌翼により掘削土砂と改良材とを混合撹拌する工法である。
【０００３】
このような工法において、撹拌翼だけでは掘削土砂と撹拌翼が共回りし、改良材との混合撹拌が不十分であるため、掘削軸にさらに共回り防止翼を設けた装置が提案されている（例えば、特公昭５８−２９３７４号公報）。しかしながら、共回り防止翼の設置により、掘削土砂と改良材との混合効率の向上はある程度期待できるものの、依然として、その混合撹拌は不十分である。すなわち、掘削翼の切削作用により生じるのは土塊であり、この土塊が細かく砕かれない限り、改良材との混合が十分には行われない。このような現象は、改良対象地盤の土質が、例えば粘着力の大きい粘性土の場合、特に著しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
【０００５】
この発明の目的は、掘削翼の切削作用により生じる土塊を細かく破砕あるいは切断・すりつぶしすることにより、改良材との混合・練り返し効率を高めることができる地盤改良用の掘削撹拌装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
【０００７】
すなわちこの発明は、注出口と連通する改良材の供給路が内部に形成された非回転の推進軸の下部に設けられて回転する掘削翼と、
前記掘削翼に近接してその上方に位置するように前記推進軸に設けられ、前記掘削翼に対して相対的に逆方向に回転する破砕切断翼と、
前記破砕切断翼に近接してその上方に位置するように前記推進軸に設けられ、前記破砕切断翼に対して相対的に逆方向に回転する撹拌翼と、
前記推進軸の内部に設けられて前記掘削翼を回転駆動し且つ前記破砕切断翼及び撹拌翼の双方又は一方を回転駆動するための駆動機構と
を備えてなることを特徴とする地盤改良用の掘削撹拌装置にある。
【０００８】
またこの発明は、前記掘削翼の回転方向前面が上向きに傾斜し、前記破砕切断翼の前記掘削翼に対する相対回転方向前面が上向きに傾斜し、前記撹拌翼の前記破砕切断翼に対する相対回転方向前面が下向きに傾斜していることを特徴とする地盤改良用の掘削撹拌装置にある。
【０００９】
さらにこの発明は、前記掘削翼が同一高さ位置に少なくとも２つ設けられ、
前記各掘削翼の下縁には複数の掘削刃が半径方向に間隔を置いて設けられ、
前記各掘削翼の前記各掘削刃は、それらの回転軌跡が他の前記掘削翼の各掘削刃の回転軌跡と異なるように配置されていることを特徴とする地盤改良用の掘削撹拌装置にある。
【００１０】
この発明による掘削撹拌装置は、掘削翼、破砕切断翼及び撹拌翼の３種の翼を備え、破砕切断翼は掘削翼に対し、撹拌翼は破砕切断翼に対しそれぞれ相対的に逆方向に回転する。ここで、翼の相対的な逆方向回転とは、その翼が他の翼に対し逆方向に回転する場合のみならず、地盤に対して非回転の場合も含まれる。それらの態様として下記の組合わせが挙げられる。
【００１１】

なお、正転とは掘削翼の回転方向を意味する。時計・反時計回りのどちらでも差し支えない。
撹拌翼が掘削翼と同方向に回転する場合に、掘削翼の回転速度よりも撹拌翼の回転速度が大きい方が好ましい。
【００１２】
このような各翼の回転関係により、改良地盤の掘削撹拌時には次のような作用が生じる。すなわち、図１に示すように、地盤は回転する掘削翼１により土塊Ｂ１として切削され、この土塊Ｂ１は掘削翼１に対し相対的に逆方向に回転する破砕切断翼２により、大きな剪断作用を受け、小塊Ｂ２に破砕あるいは切断される。小塊Ｂ２は破砕切断翼２に対し相対的に逆方向に回転する撹拌翼３により、再び大きな剪断作用を受け、さらに細かく破砕あるいは切断され、同時に撹拌・練り返される。改良材は土塊が破砕あるいは切断される過程において、掘削翼上部の注出口から注出される。したがって、掘削土砂と改良材とが十分に混合・撹拌練り返され、品質の良い改良柱体が築造される。
土砂及び改良材は粘性の大きなものなので、これらにおいて破砕・切断・剪断・混合・撹拌・練返の作用が実質的に発生するように各翼の間隔が近接設定される。
【００１３】
掘削翼１の回転方向前面を上向きの傾斜面とすることにより、土塊Ｂ１はその傾斜面に沿ってすくいあげられる。同様に、破砕切断翼２の掘削翼１に対する相対回転方向前面を上向きの傾斜面にすることにより、小塊Ｂ２がその傾斜面に沿ってすくいあげられる。さらに、撹拌翼３の破砕切断翼２に対する相対回転方向前面を下向きの傾斜面にすることにより、小塊Ｂ２が剪断作用に加えてその傾斜面により圧砕作用を受け、細かく砕かれるので撹拌・混合効率が向上する。このような各翼の翼形状は好ましい態様ではあるが、この発明はその翼形状に限定されるものではなく、例えば破砕切断翼２の前面を垂直ないし幾分か下向きの傾斜面又は／及び撹拌翼３の前面を垂直面としたものも包含される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を用いて以下に説明する。図２は、この発明による掘削撹拌装置の実施の形態を示す断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は図２のＣ−Ｃ線断面図である。推進軸４は中空で非回転の軸であり、この推進軸４の下部外周に３つの取付ハブ５、６、７が図示しないシール部材を介して回転自在にそれぞれ嵌合され、これらの取付ハブ５、６、７に掘削翼１、破砕切断翼２及び撹拌翼３がそれぞれ取付けられている。すなわち、破砕切断翼２は掘削翼１の上方に、撹拌翼３は破砕切断翼２の上方にそれぞれ近接して配置されている。取付ハブ５、６、７は、さらに具体的には、取付ハブ５の上部外周に取付ハブ６の下部が嵌合され、取付ハブ６の上部外周に取付ハブ７の下部が嵌合された構造となっている。
【００１５】
推進軸４の内部をその軸線と一致した軸線を持つ中空の駆動伝達軸８が延びている。駆動伝達軸８には推進軸４内で互いに噛み合う歯車９、１０を介して駆動軸１１の回転力が伝達される。駆動伝達軸８には取付ハブ５、６、７の内側に位置する駆動歯車１２、１３、１４がそれぞれ固定されている。
【００１６】
取付ハブ５の内側の駆動歯車１２には複数の従動歯車１５が噛み合っている。これらの従動歯車１５は推進軸４の周壁に形成された開口１６に収容され、取付ハブ５の内周に設けられた内歯車１７と噛み合っている（図３参照）。これにより、取付ハブ５には駆動伝達軸８から、これと同方向すなわち正方向の回転力が伝達される。
【００１７】
取付ハブ６の内側の駆動歯車１３には複数の遊び歯車１８を介して複数の従動歯車１９が噛み合っている。これらの遊び歯車１８及び従動歯車１９は、推進軸４の周壁に形成された開口２０に収容され、従動歯車１９は取付ハブ６の内周に形成された内歯車２１と噛み合っている（図４参照）。これにより、取付ハブ６には駆動伝達軸８から、これと逆方向の回転力が伝達される。
【００１８】
取付ハブ７の内側に設けられた駆動伝達機構は、ギヤ比が異なるだけで取付ハブ５内のそれと同様である。すなわち、駆動歯車１４には複数の従動歯車２２が噛み合っている。これらの従動歯車２２は推進軸４の周壁に形成された開口２３に収容され、取付ハブ７の内周に設けられた内歯車２４と噛み合っている（図５参照）。これにより、取付ハブ７には駆動伝達軸８から、これと同方向すなわち正方向の回転力が伝達される。
【００１９】
以上の構成により、取付ハブ５、６、７を介して掘削翼１、破砕切断翼２及び撹拌翼３がそれぞれ正方向、逆方向及び正方向に回転する。破砕切断翼２は、取付ハブ６の外周に形成されたスプライン２６に嵌合するボス２７に固着されている。したがって、破砕切断翼２は取付ハブ６の回転によって回転するとともに、軸線方向に所定範囲で移動自在である。
【００２０】
図６に示すように、掘削翼１は、その回転方向前面が上向きに傾斜している。破砕切断翼２は、その回転方向前面が上向きに傾斜している。さらに、撹拌翼３は、その回転方向前面が下向きに傾斜している。このような翼形状は、後述する別の実施の形態についても同様である。掘削翼１、破砕切断翼２及び撹拌翼３は、それぞれ同一高さ位置に２枚設けられているが、３枚以上であってもよい。
【００２１】
再び図２を参照し、掘削翼１の下縁には複数の掘削刃３０が半径方向に間隔を置いて設けられている。２枚の掘削翼１に設けられた各掘削刃３０は、一方の掘削翼１の掘削刃３０の回転軌跡と、他方の掘削翼１の掘削刃３０の回転軌跡とが異なるように配置されている。このような配置にすることにより、掘削面全体に亘って細かく掘削することができる。このような掘削刃３０の配置は、後述する別の実施の形態についても同様である。なお、掘削刃３０は推進軸４の下端にも設けられている。
【００２２】
取付ハブ５の内側の推進軸４内には、セメントスラリー等改良材のチャンバ３１が形成されている。駆動伝達軸８は中空軸からなり、その下端がチャンバ３１の上壁に支持されている。改良材は駆動伝達軸８の内部の供給路を通じてチャンバ３１に供給される。掘削翼１の上部には改良材の注出口３２が複数設けられている。これらの注出口３２は流路３３を介してチャンバ３１と連通し、チャンバ３１に供給された改良材は注出口３２から注出される。
【００２３】
図７は上記実施の形態の装置を使用しての施工状態を示す断面図である。推進軸４には図示しない圧入装置により地盤内への推進力が与えられる。同時に、駆動軸１１が図示しない電動モータ等の駆動により回転し、その回転力が駆動伝達軸８、歯車列を介して取付ハブ５、６、７に伝達され、掘削翼１、破砕切断翼２及び撹拌翼３が回転する。また、掘削翼１に設けられた注出口３２から改良材が注出される。掘削翼１及び撹拌翼３の回転は正転、破砕切断翼２の回転は逆転であることは前述した通りである。回転速度は撹拌翼３が最も高速で、破砕切断翼２、掘削翼１の順で低速になる。
【００２４】
掘削翼１の回転により地盤が掘削されるが、この時の状態が図１（ａ），（ｂ）に模式的に示されている。すなわち、地盤は掘削翼１により土塊Ｂ１として切削され、掘削翼１の傾斜面に沿ってすくい上げられる。この土塊Ｂ１は、掘削翼１と逆方向に回転する破砕切断翼２により、大きな剪断作用を受け、小塊Ｂ２に破砕あるいは切断される。小塊Ｂ２は破砕切断翼２の傾斜面に沿って、さらにすくい上げられ、破砕切断翼２と逆方向に回転する撹拌翼３により、再び大きな剪断作用を受けるとともに圧砕作用を受け、さらに細かく破砕あるいは切断・すりつぶしされる。
【００２５】
改良材は土塊が破砕あるいは切断される過程において、注出口３２から注出される。改良材は細かく破砕あるいは切断・すりつぶしされた掘削土砂と混合され、高速回転する撹拌翼３により撹拌・練り返される。したがって、掘削土砂と改良材とが十分に混合・撹拌・練り返され、品質の良い改良柱体が築造される。
【００２６】
改良対象地盤に比較的大きな礫、玉石等が混在し、仮に、これらが掘削翼１と破砕切断翼２との間に噛み込まれたとしても、破砕切断翼２が軸線方向に上昇して逃げるので、作動不良を起こすことがない。
【００２７】
上記実施の形態は破砕切断翼２及び撹拌翼３の双方とも駆動機構により絶対回転するので、改良対象地盤が粘着力の大きな粘性土等である場合特に有効であるが、改良対象地盤の土質によっては、この発明は以下のような実施の形態を採ることも可能である。
【００２８】
図８は、この発明の別の実施の形態を示す軸線方向断面図である。この実施の形態では、破砕切断翼２の取付ハブ６が推進軸４に固定され、破砕切断翼２は回転しない。撹拌翼３が駆動機構により掘削翼１と同方向（正方向）に回転するのは、図２に示した実施の形態と同様である。
【００２９】
破砕切断翼２は非回転ではあるが、掘削翼１との間では相対的な逆方向回転が生じるので、掘削土砂に対する剪断作用が生じ、掘削土砂は破砕あるいは切断されることとなる。この実施の形態の場合、取付ハブ６を介することなく、破砕切断翼２を推進軸４に直接固定してもよい。
【００３０】
図９は、この発明のさらに別の実施の形態を示す軸線方向断面図である。この実施の形態では、図８に示した実施の形態と同様に、破砕切断翼２の取付ハブ６が推進軸４に固定され、破砕切断翼２は回転しない。また、撹拌翼３の駆動歯車１４には、遊び歯車３５を介して従動歯車３６が噛み合っている。したがって、撹拌翼３は掘削翼１と逆方向に回転する。なお、この実施の形態の場合、撹拌翼３の取付態様は図６に示したものとは逆向きになる。
【００３１】
この実施の形態においても、破砕切断翼２には掘削翼１との間で相対的な逆方向回転が生じるので、掘削土砂に対する剪断作用が生じ、掘削土砂は破砕あるいは切断されることとなる。また、撹拌翼３が掘削翼１と逆方向に回転するので、撹拌・混合・練り返し効率が低下することがない。
【００３２】
図１０は、この発明のさらに別の実施の形態を示す軸線方向断面図である。この実施の形態では、撹拌翼３の取付ハブ７が推進軸４に固定され、撹拌翼３は回転しない。破砕切断翼２が駆動機構により掘削翼１と逆方向に回転するのは、図２に示した実施の形態と同様である。
【００３３】
撹拌翼３は非回転ではあるが、破砕切断翼２との間では相対的な逆方向回転が生じるので、掘削翼１及び破砕切断翼２間で小塊となった掘削土砂は、剪断作用を受けるとともに圧砕作用を受け、さらに細かく破砕あるいは切断・すりつぶしされることとなる。この実施の形態の場合も、取付ハブ７を介することなく、撹拌翼３を推進軸４に直接固定してもよい。
【００３４】
上記いずれの実施の形態においても、破砕切断翼２は掘削翼１に、撹拌翼３は破砕剪断翼１に、それぞれ近接して配置されている。これにより、掘削土塊に、より大きな剪断作用を与えることができ、また大きな土塊に成長する前に破砕，切断・すりつぶし，撹拌，練返すことができる。
【００３５】
また、上記いずれの実施の形態においても、破砕切断翼及び撹拌翼の各翼長（推進軸の軸心から翼先端までの寸法）は、掘削翼の翼長に等しくなっている。このように、破砕切断翼及び撹拌翼の各翼長を掘削翼の翼長以下とすることより、破砕切断翼及び撹拌翼は掘削翼による掘削範囲内に圧入され、圧入抵抗は小さなものとなる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、掘削翼、破砕切断翼及び撹拌翼相互間に生じる剪断作用により、掘削土塊が細かく破砕あるいは切断・すりつぶしされ、したがって掘削土砂と改良材とが十分に混合・撹拌・練り返され、良質の改良柱体を築造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は作用説明のための模式図である。
【図２】図２はこの発明の実施の形態を示す軸線方向断面図である。
【図３】図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図５は図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図６は同実施の形態の側面図である。
【図７】図７は同実施の形態のものによる施工状態を示す断面図である。
【図８】図８は別の実施の形態を示す軸線方向断面図である。
【図９】図９はさらに別の実施の形態を示す軸線方向断面図である。
【図１０】図１０はさらに別の実施の形態を示す軸線方向断面図である。
【符号の説明】
１…掘削翼
２…破砕切断翼
３…撹拌翼
４…推進軸
５、６、７…取付ハブ
８…駆動伝達軸
１１…駆動軸
１２、１３、１４…駆動歯車
１５、１９、２０…従動歯車
１８…遊び歯車
２６…スプライン
２７…ボス
３１…チャンバ
３２…注出口

Claims

注出口と連通する改良材の供給路が内部に形成された非回転の推進軸の下部に設けられて回転する掘削翼と、
前記掘削翼に近接してその上方に位置するように前記推進軸に設けられ、前記掘削翼に対して相対的に逆方向に回転する破砕切断翼と、
前記破砕切断翼に近接してその上方に位置するように前記推進軸に設けられ、前記破砕切断翼に対して相対的に逆方向に回転する撹拌翼と、
前記推進軸の内部に設けられて前記掘削翼を回転駆動し且つ前記破砕切断翼及び撹拌翼の双方又は一方を回転駆動するための駆動機構と
を備えてなることを特徴とする地盤改良用の掘削撹拌装置。
前記掘削翼の回転方向前面が上向きに傾斜し、前記破砕切断翼の前記掘削翼に対する相対回転方向前面が上向きに傾斜し、前記撹拌翼の前記破砕切断翼に対する相対回転方向前面が下向きに傾斜していることを特徴とする請求項１記載の地盤改良用の掘削撹拌装置。
前記掘削翼が同一高さ位置に少なくとも２つ設けられ、
前記各掘削翼の下縁には複数の掘削刃が半径方向に間隔を置いて設けられ、
前記各掘削翼の前記各掘削刃は、それらの回転軌跡が他の前記掘削翼の各掘削刃の回転軌跡と異なるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の地盤改良用の掘削撹拌装置。