JP5175990B1 - 地盤撹拌装置、及び地盤改良角柱体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成によって、地中に地盤改良角柱体を形成することが可能な地盤撹拌装置、及び当該地盤撹拌装置を用いた地盤改良角柱体の製造方法を提供する。
【解決手段】
地盤撹拌装置10は、上端部が支持されて回転される筒状の本体11と、上下方向5と交差する方向へ突出され、本体11と一体に回転する第1翼18と、第1翼18よりも上方において本体11に回転可能に外嵌された筒材12と、筒材12から第1水平方向6の相反する向きへ突出されたアーム13,14と、アーム13,14の長手方向と交差する方向へそれぞれ突出されており、アーム13,14の長手方向を中心として回転する第2翼19a,19bと、本体11の回転を第2翼19a,19bへ伝達する駆動伝達部と、を備えている。第2翼を本体11の長手方向と直交する仮想平面へ射影してなる形状の少なくとも一部が、第1翼18の回転軌跡がなす円の外側にある。
【選択図】図1
【解決手段】
地盤撹拌装置10は、上端部が支持されて回転される筒状の本体11と、上下方向5と交差する方向へ突出され、本体11と一体に回転する第1翼18と、第1翼18よりも上方において本体11に回転可能に外嵌された筒材12と、筒材12から第1水平方向6の相反する向きへ突出されたアーム13,14と、アーム13,14の長手方向と交差する方向へそれぞれ突出されており、アーム13,14の長手方向を中心として回転する第2翼19a,19bと、本体11の回転を第2翼19a,19bへ伝達する駆動伝達部と、を備えている。第2翼を本体11の長手方向と直交する仮想平面へ射影してなる形状の少なくとも一部が、第1翼18の回転軌跡がなす円の外側にある。
【選択図】図1
Description
本発明は、地盤に貫入されて使用される地盤撹拌装置、及び当該地盤撹拌装置を用いた地盤改良角柱体の製造方法に関する。
構造物の基礎となる地盤が、支持力や強度の不足している軟弱地盤の場合、地盤補強工事が必要となる。地盤補強工事として、混合処理工法が知られている。混合処理工法は、
セメント系固化材スラリーを地中へ流し込んだ後に撹拌・混合し、杭状の地盤改良体(コラム)を地中に形成する工法である。固化材を地中へ流し込み、撹拌する方法として、棒状の地盤撹拌装置を重機などによって地中へ貫入する方法が知られている。
セメント系固化材スラリーを地中へ流し込んだ後に撹拌・混合し、杭状の地盤改良体(コラム)を地中に形成する工法である。固化材を地中へ流し込み、撹拌する方法として、棒状の地盤撹拌装置を重機などによって地中へ貫入する方法が知られている。
たとえば、特許文献1には、撹拌軸10(地盤撹拌装置)を、軸心周りに回転させつつ地盤の改良対象部位に掘削貫入するとともに、その過程で撹拌軸10の先端部材に設けた第2噴射口16から流動性向上剤(固化剤)を噴射する方法が開示されている。
また、特許文献2には、支持体1と、支持体1に対して水平回転軸周りに回転自在に取り付けられた撹拌体4A,4B,5A,5Bと、撹拌体に回転力を与える駆動源6Aとを備える地盤撹拌装置を使用した方法が開示されている。
地盤撹拌装置を用いた混合処理工法において、形成される地盤改良体の形状及び大きさは、地盤撹拌装置に依存する。たとえば、特許文献1に記載された発明では、撹拌軸10が鉛直方向に沿った回転軸周りに回転されて撹拌が行われるため、形成される地盤改良体の形状は、平面視において概ね円形となる。
より広い区画に亘って地盤改良体を形成するため、一度の貫入で地盤改良体が形成される目標区画をずらしながら、上述された一連の工程を複数回施工することがある。たとえば、「接円配置」では、円形の目標区画が互いに隣接するように設定される。しかしながら、同じ直径の円が隣接された場合には必ず隙間が介在されるため、形成された地盤改良体は、目標区画の境界に相当する部位が十分に撹拌されていない状態となる。この問題を解決するため、「ラップ配置」では、目標区画の一部を重複させることが行われる。しかしながら、この場合、重複された区画に対して複数回の施工が行われるため、作業効率が低下する。
また、特許文献2に記載された発明では、撹拌体4A,4B,5A,5Bが水平回転軸周りに回転することで撹拌が行われるため、形成される地盤改良体の形状は、平面視で概ね矩形の形状になると予想される。以下、平面視で概ね矩形の地盤改良体が地盤改良角柱体と称される。
このような方法では、隣接する目標区画を隙間なく撹拌することができる。しかしながら、特許文献2の地盤撹拌装置では、駆動源6Aの駆動力を撹拌体4A,4B,5A,5Bに伝達する無端チェーン63及び第2無端チェーン23が地盤撹拌装置の内部に設けられているため、地盤撹拌装置の構造が複雑になる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成によって、地中に地盤改良角柱体を形成することが可能な地盤撹拌装置、及び当該地盤撹拌装置を用いた地盤改良角柱体の製造方法を提供することにある。
(1) 本発明に係る地盤撹拌装置は、上端部が支持されて回転される筒状の本体と、上記本体の長手方向と交差する方向へ突出され、上記本体と一体に回転する第1翼と、上記第1翼よりも上方において上記本体に対して相対的に回転可能に外嵌されており、上記本体の長手方向と直交する方向の相反する向きへアームがそれぞれ突出された接続部材と、上記アームの長手方向と交差する方向へそれぞれ突出されており、上記アームの長手方向を中心として回転する第2翼と、上記本体の回転を上記第2翼へ伝達する駆動伝達部と、を備えている。上記第2翼を上記本体の長手方向と直交する仮想平面へ射影してなる形状の少なくとも一部が、上記第1翼の回転軌跡がなす円の外側にある。上記本体及び上記アームは、地盤に注入される固化剤が長手方向に沿って流通されて吐出される流路をそれぞれ有し、各流路が上記接続部材の内部空間において連通されている。
地盤撹拌装置の下端側が地中に貫入された状態で本体が回転された場合、第1翼が本体と一体に回転し、地盤を撹拌する。また、本体の回転は駆動伝達部を介して、第2翼へと伝達され、第2翼が、概ね水平方向に沿った軸線周りに回転される。第2翼を本体の長手方向と直交する仮想平面へ射影してなる形状の一部が、第1翼の回転軌跡がなす円の外側にあるため、2つの第2翼は、平面視において第1翼が撹拌可能な円形の領域の両外側を撹拌する。その結果、第1翼と2つの第2翼とによって撹拌される区画は、平面視において概ね矩形となる。すなわち、地中に地盤改良角柱体を形成できる。また、必要な固化剤を流路に沿って流通させることができる。
(2) 上記接続部材は、上記本体の長手方向に対して位置決めされて上記本体に外嵌された筒材を有しており、上記アームは、上記筒材の外側へ突出されたものであってもよい。
本構成では、第2翼を回転させるための構造が容易に実現される。
(3) 上記本体は、下端に開口を有する筒状の第1部材と、上記第1翼が設けられており、上記第1部材の開口に挿入される筒状の第2部材と、を有しており、上記筒材は、上記第1部材と上記第2部材との接続箇所に配置されていてもよい。
本構成では、本体が第1部材と第2部材とから構成されることによって、地盤撹拌装置の組み立てが容易となる。また、本体が分離された状態で地盤撹拌装置を移送し、施工の直前に組み立てることが可能となる。
(4) 上記アームの長手方向に沿った2つの上記第2翼の先端の間の距離、及び上記第2翼の最大径が、それぞれ上記第1翼の最大径以上であってもよい。
(5) 本発明は、上述された地盤撹拌装置と、当該地盤撹拌装置を地盤へ回転圧入可能な貫入装置と、を用いて地中に地盤改良角柱体を形成する地盤改良角柱体の製造方法として捉えることもできる。本発明に係る地盤改良角柱体の製造方法は、上記本体を上記貫入装置に支持させて回転させながら、上記地盤撹拌装置を地盤へ圧入する貫入工程と、地盤へ貫入されている上記第1翼又は上記第2翼の近傍に、上記流路を介して固化剤を吐出しながら、上記第1翼及び上記第2翼を回転する固化剤混入工程と、を含み、上記貫入工程及び上記固化剤混入工程を、地盤改良角柱体を形成すべき目標区画に対して隣接して複数回施工するものである。
このような方法で製造された地盤改良角柱体は、目標区画の境界に相当する部分が十分に撹拌されるため、支持力が向上する。
本発明に係る地盤撹拌装置、及び地盤改良角柱体の製造方法によると、簡単な構成の地盤撹拌装置によって、地中に地盤改良角柱体を形成できる。
以下に、適宜図面が参照されて、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、以下に説明される実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態が適宜変更できることは言うまでもない。
[地盤撹拌装置10の概略]
図1に示される地盤撹拌装置10は、専用の貫入装置38(図4)を用いて地盤へ回転圧入(以下、単に貫入とする。)されて使用されるものである。地盤撹拌装置10は、本体11、筒材12、アーム13,14、ベベルギヤ15,16,17、第1翼18、第2翼19a,19b、及び補助翼37a,37bなどから構成される。第1翼18は、地盤撹拌装置10が地盤へ貫入される際に、地盤を掘削する役割を果たす。地中において、地盤撹拌装置10に形成された複数の吐出孔(不図示)から、固化材が地中へ吐出される。第1翼18及び第2翼19a,19bによって、固化材と、地盤を構成する土や砂とが撹拌・混合される。固化材が地中で固化して、地盤改良角柱体が形成される。以下、地盤撹拌装置10を構成する各部が、より詳細に説明される。なお、各図において、上下を基準として上下方向5が定義され、上下方向5と直交する第1水平方向6が定義され、上下方向5及び第1水平方向6と直交する第2水平方向7が定義されている。
図1に示される地盤撹拌装置10は、専用の貫入装置38(図4)を用いて地盤へ回転圧入(以下、単に貫入とする。)されて使用されるものである。地盤撹拌装置10は、本体11、筒材12、アーム13,14、ベベルギヤ15,16,17、第1翼18、第2翼19a,19b、及び補助翼37a,37bなどから構成される。第1翼18は、地盤撹拌装置10が地盤へ貫入される際に、地盤を掘削する役割を果たす。地中において、地盤撹拌装置10に形成された複数の吐出孔(不図示)から、固化材が地中へ吐出される。第1翼18及び第2翼19a,19bによって、固化材と、地盤を構成する土や砂とが撹拌・混合される。固化材が地中で固化して、地盤改良角柱体が形成される。以下、地盤撹拌装置10を構成する各部が、より詳細に説明される。なお、各図において、上下を基準として上下方向5が定義され、上下方向5と直交する第1水平方向6が定義され、上下方向5及び第1水平方向6と直交する第2水平方向7が定義されている。
[本体11]
図1,2に示される本体11は、概ね円筒状の円筒部材21(本発明の第1部材の一例)と、円筒部材21(本発明の第2部材の一例)の下側に継合されて円筒部材21と一体とされた円筒状の先端部材22とから構成される。円筒部材21は、上下方向5と直交する断面が円形の鋼管である。図には示されないが、円筒部材21は、内部空間を有して中空に構成されている。長手方向(上下方向5)の両端に内部空間と連通する開口23,24(図2)が形成されている。円筒部材21の全長は、地盤撹拌装置10が貫入される深度に応じて適宜決定される。
図1,2に示される本体11は、概ね円筒状の円筒部材21(本発明の第1部材の一例)と、円筒部材21(本発明の第2部材の一例)の下側に継合されて円筒部材21と一体とされた円筒状の先端部材22とから構成される。円筒部材21は、上下方向5と直交する断面が円形の鋼管である。図には示されないが、円筒部材21は、内部空間を有して中空に構成されている。長手方向(上下方向5)の両端に内部空間と連通する開口23,24(図2)が形成されている。円筒部材21の全長は、地盤撹拌装置10が貫入される深度に応じて適宜決定される。
円筒部材21の下端部周辺にベベルギヤ15(本発明の駆動伝達部の一例)が外嵌されて円筒部材21と一体とされている。ベベルギヤ15は、下端側ほど外径の小さなテーパー形状である。詳細は後述されるが、ベベルギヤ15は、ベベルギヤ16,17と噛合することで、筒材12に対する本体11の回転駆動力を、アーム13,14へと伝達するものである。
先端部材22は、円筒部材21と同様に、上下方向5と直交する断面が円形の鋼管であり、内部空間を有している。先端部材22の下端部に円錐形状の穿孔部43が形成されている。穿孔部43は、地盤撹拌装置10の貫入時に先行して地盤へ突刺され、地盤撹拌装置10が地盤から受ける抵抗を小さくするものである。上下方向5における先端部材22の概ね中央には、径方向へ突出された係止板32が設けられている。係止板32よりも上方側が挿入部25(図2)と称される。
挿入部25の外径は、開口24よりも僅かに小さい。挿入部25は、後述される筒材12下側の開口26(図2)へ挿入されて筒材12を貫通している。上側の開口27(図2)から出た挿入部25は、円筒部材21の開口24へ挿入されている。円筒部材21と挿入部25とがボルトなどによって固定され一体とされて、本体11が構成されている。この状態において、円筒部材21及び先端部材22は、筒材12に対して相対的に回転可能である。つまり、筒材12は、円筒部材21と先端部材22との接続箇所において、本体11に対して回転可能に外嵌されている。一方、本体11に対する筒材12の上下方向5への移動は阻止されている。詳細には、下方への移動が、係止板32によって阻止され、上方への移動がベベルギヤ15によって阻止されている。
本体11、筒材12、及びアーム13,14の内部空間は互いに連通されている。この内部空間に、本体11の開口23から流入された固化剤を各吐出孔へ供給する流路(不図示)が地盤撹拌装置10が形成されている。本体11の内部空間を筒材12の内部空間と連通させるために、円筒部材21の側面にスリット46(図2)が形成されている。
[筒材12]
図1,2に示される筒材12は、内部空間を有しており、この内部空間と連通する開口26,27,44,45が形成されている。上述されたように、開口26,27を介して筒材12に挿入部25が挿通される。開口26,27の内径は、挿入部25を回転可能に支持するように、挿入部25の外径よりも僅かに大きい。また、開口26,27の周縁には、挿入部25の回転抵抗を少なくするボールベアリングなどが設けられていてもよい。筒材12の外観は、開口26,27を有して、挿入部25を回転可能に支持するものであれば、適宜変更可能である。たとえば、筒材12は概ね箱型であってもよいし、円柱形状であってもよい。
図1,2に示される筒材12は、内部空間を有しており、この内部空間と連通する開口26,27,44,45が形成されている。上述されたように、開口26,27を介して筒材12に挿入部25が挿通される。開口26,27の内径は、挿入部25を回転可能に支持するように、挿入部25の外径よりも僅かに大きい。また、開口26,27の周縁には、挿入部25の回転抵抗を少なくするボールベアリングなどが設けられていてもよい。筒材12の外観は、開口26,27を有して、挿入部25を回転可能に支持するものであれば、適宜変更可能である。たとえば、筒材12は概ね箱型であってもよいし、円柱形状であってもよい。
筒材12から、第1水平方向6の対向する向きへ、円柱形状の固定軸28,29(図2)がそれぞれ突出されている。固定軸28,29は、アーム13,14の開口30,31(図2)にそれぞれ挿入されてアーム13,14を回転可能に支持するものである。固定軸28,29の先端には、上述された開口44,45がそれぞれ形成されている。開口44,45は、筒材12の内部空間とアーム13,14の内部空間とを連通するものである。
[アーム13,14]
図1,2に示されるアーム13,14は、一端側に開口30,31が形成された概ね筒状の外観を呈している。開口30,31の内径は、固定軸28,29を回転可能に支持するように、固定軸28,29の外径よりも僅かに大きい。また、開口30,31の周縁には、固定軸28,29の回転抵抗を少なくするボールベアリングなどが設けられていてもよい。アーム13の開口30に固定軸28が挿入され、アーム14の開口31に固定軸29が挿入される。固定軸28,29は、中心軸線が互いに一致するように配置されている。
図1,2に示されるアーム13,14は、一端側に開口30,31が形成された概ね筒状の外観を呈している。開口30,31の内径は、固定軸28,29を回転可能に支持するように、固定軸28,29の外径よりも僅かに大きい。また、開口30,31の周縁には、固定軸28,29の回転抵抗を少なくするボールベアリングなどが設けられていてもよい。アーム13の開口30に固定軸28が挿入され、アーム14の開口31に固定軸29が挿入される。固定軸28,29は、中心軸線が互いに一致するように配置されている。
開口30,31へ挿入された後、固定軸28,29の先端に抜け止め用の係止部材(不図示)が取り付けられる。この係止部材が、アーム13,14の内側で第1水平方向6に係止され、固定軸28,29が開口30,31から抜け出ることが防止される。係止部材は任意の形状の物が使用されるが、一例としてリング形状である。ただし、固定軸28,29には、これとは異なる抜け防止手段が講じられてもよい。
アーム13,14における筒材12側の端部周辺に、ベベルギヤ16,17がそれぞれ外嵌されている。ベベルギヤ16,17は、ベベルギヤ15と同様のテーパー形状である。ベベルギヤ16,17は、ベベルギヤ15とそれぞれ噛合している。アーム13,14の他端側には、後述される第2翼19a,19bがそれぞれ形成されている。
[第1翼18]
図1,2に示される第1翼18は、本体11の下端部周辺、詳細には、先端部材22における穿孔部43の上側に設けられている。第1翼18は、上下方向5と直交する互いに相反する向きへそれぞれ突出された2枚の細長な鋼板によって構成されている。鋼板は、外周側から見て、互いに同じ向きへ傾斜・湾曲されている。
図1,2に示される第1翼18は、本体11の下端部周辺、詳細には、先端部材22における穿孔部43の上側に設けられている。第1翼18は、上下方向5と直交する互いに相反する向きへそれぞれ突出された2枚の細長な鋼板によって構成されている。鋼板は、外周側から見て、互いに同じ向きへ傾斜・湾曲されている。
第1翼18が地面と接触した状態で、本体11が下方へ押圧されながら、所定の方向(本実施形態では上方から見て時計回り)へ回転されると、第1翼18が地盤表面を掘削し、地盤撹拌装置10が地盤へ貫入される。また、第1翼18が地中に埋没した後では、第1翼18はスクリューとして機能し、地盤撹拌装置10を地中へと貫入する下向きの推進力を生じさせる。また、吐出孔から固化材が吐出された後では、第1翼18の回転によって、固化材と地盤を構成する土や砂とが撹拌・混合される。
第1翼18は、任意の方法で先端部材22に取り付けられるが、たとえば、先端部材22の側面に形成されたスリット(不図示)に挿入されたのち、溶接などによって固定されてもよい。
ただし、上述された第1翼18の形状は一例に過ぎない。第1翼18は、地盤を掘削し、固化材と地盤を構成する土や砂とを撹拌・混合するものであれば、本実施形態のものとは異なる形状に構成されていてもよい。
[第2翼19a,19b]
図1,2,3に示される第2翼19a,19bは、アーム13,14のうち、開口30,31とは反対側の端部にそれぞれ形成されている。なお、図3には、第2翼19aのみが示されてるが、第2翼19a,19bは、同一の形状に構成されている。
図1,2,3に示される第2翼19a,19bは、アーム13,14のうち、開口30,31とは反対側の端部にそれぞれ形成されている。なお、図3には、第2翼19aのみが示されてるが、第2翼19a,19bは、同一の形状に構成されている。
第2翼19a,19bは、それぞれアーム13,14から第1水平方向6と直交する互いに相反する向きへ突出された2枚の略T字状の鋼板によって構成されている。つまり、第2翼19a,19bは、合計4枚の鋼板によって構成されている。この鋼板のうち、アルファベット「T」の縦線に相当する部位が突出部34、横線に相当する部位が展開部35とそれぞれ称される。突出部34の先端が、アーム13,14とそれぞれ連結されている。図3(A)に示されるように、アーム13,14を介して対向する突出部34が、互いに反対の向きへ捩じられている。そのため、図3(C)に示されるように、2つの展開部35は、突出部34の長手方向から見て、互いに交差されている。この形状は、第2翼19a,19bが地盤の撹拌・混合を効率的に行うためのものである。
展開部35の外周面は、曲面状に形成されている。展開部35の外周面に沿って、複数の棘部36が突出されている。棘部36の先端は尖っており、地盤を構成する硬い土などを粉砕しやすい形状とされている。
第1翼18の最大径L1(図1(B))よりも、2つの第2翼19a,19bの先端の間の距離L2(図1(A))の方が長い。また、第2翼19a,19bの最大径L3(図1(B))は、L1よりも長い。すなわち、上下方向5から見た場合、第2翼19a,19bの一部は、第1翼18の回転軌跡が為す円の外側にある。
このような構成では、第2翼19a,19bは、第1翼18が地盤を撹拌可能な領域よりも、第1水平方向6及び第1水平方向7のさらに外側の領域までを撹拌・混合可能である。第1翼18及び第2翼19a,19bによって撹拌・混合される区画は、上下方向5から見て、L2×L3の概ね長方形となる。ただし、L2,L3は、最短でL1と同じ長さであればよい。
[補助翼37a,37b]
また、円筒部材21及び先端部材22の側面には、地盤の撹拌・混合を補助する補助翼37a,37bがそれぞれ設けられている。円筒部材21の補助翼37aは、ベベルギヤ15の上側に設けられており、先端部材22の補助翼37bは、係止板32の下側に設けられている。補助翼37a,37bは、円筒部材21及び先端部材22の側面からそれぞれ突出された細長の板状である、補助翼37a,37bは、周方向に90°ずつ位相がずらされて、円筒部材21及び先端部材22ごとに4本ずつ配置されている。補助翼37a,37bは、それぞれが外側から見て第1翼18と同じ向きへ傾斜されている。補助翼37の径方向(長手方向)の長さは、第1翼18よりも短く、第2翼19a,19bに干渉しない程度の長さとなっている。
また、円筒部材21及び先端部材22の側面には、地盤の撹拌・混合を補助する補助翼37a,37bがそれぞれ設けられている。円筒部材21の補助翼37aは、ベベルギヤ15の上側に設けられており、先端部材22の補助翼37bは、係止板32の下側に設けられている。補助翼37a,37bは、円筒部材21及び先端部材22の側面からそれぞれ突出された細長の板状である、補助翼37a,37bは、周方向に90°ずつ位相がずらされて、円筒部材21及び先端部材22ごとに4本ずつ配置されている。補助翼37a,37bは、それぞれが外側から見て第1翼18と同じ向きへ傾斜されている。補助翼37の径方向(長手方向)の長さは、第1翼18よりも短く、第2翼19a,19bに干渉しない程度の長さとなっている。
[貫入装置38]
図4に示される貫入装置38は、地盤撹拌装置10を地盤へ貫入するために使用される。貫入装置38は公知なものであるため、その構成の一例が簡単に説明される。本実施形態に係る貫入装置38は、支柱39と、支柱39に取り付けられたオーガ40と、車体41などを備えている。
図4に示される貫入装置38は、地盤撹拌装置10を地盤へ貫入するために使用される。貫入装置38は公知なものであるため、その構成の一例が簡単に説明される。本実施形態に係る貫入装置38は、支柱39と、支柱39に取り付けられたオーガ40と、車体41などを備えている。
オーガ40は、本体11の上端部を支持して、回転させるためのトルクを発生させるものである。また、本体11にトルクを印加した状態において、オーガ40は、支柱39に沿って上下方向5へ移動可能である。本体11の回転、及びオーガ40の上下動のために、互いに異なるモータ(不図示)から駆動力が伝達される。本体11を支持した状態でオーガ40が下方へ移動すると、地盤撹拌装置10が地盤へ押圧される。この状態において,本体11が回転されることで、地盤撹拌装置10が地盤へ貫入される。
支柱39は、任意の方法で支持されるが、本実施形態では、車体41に取り付けられて、支持されている。車体41は重機であり、操縦室からオーガ40の操作を行うことが可能である。
ただし、貫入装置38は、地盤撹拌装置10を地盤へ貫入するものであれば、異なる構成の物が使用されてもよい。たとえば、貫入装置38は、必ずしも車体41と一体とされたものでなくともよい。
[地盤改良角柱体の形成]
以下、上述した地盤撹拌装置10及び貫入装置38を使用して、地中に地盤改良角柱体を形成する方法が説明される。図4(A)に示されるように、地盤撹拌装置10は、目標区画の地盤42へ載置される。穿孔部43が地盤42へ突刺されて、地盤撹拌装置10が自立する。その状態で、オーガ40によって本体11の上端部が支持される。
以下、上述した地盤撹拌装置10及び貫入装置38を使用して、地中に地盤改良角柱体を形成する方法が説明される。図4(A)に示されるように、地盤撹拌装置10は、目標区画の地盤42へ載置される。穿孔部43が地盤42へ突刺されて、地盤撹拌装置10が自立する。その状態で、オーガ40によって本体11の上端部が支持される。
下方へ移動する力がオーガ40に作用し、同時に本体11にトルクが印加される。トルクの向きは、第1翼18が下向きの推進力を生みだす向き(本実施形態では上方から見て時計回り)である。
地盤撹拌装置10の下端部が地盤42に埋没した状態では、アーム13,14が地盤42から抵抗を受ける。これにより、筒材12が本体11と一体に回転することはなく、本体11が、筒材12に対して相対的に回転する。本体11の回転は、ベベルギヤ15,16,17を介してアーム13,14へと伝達される。これにより第2翼19a,19bがアーム13,14と一体に回転する。
地盤撹拌装置10が貫入される過程において、第1翼18が先行して地盤42を掘削し、第2翼19a,19b及び補助翼37a,37bは、第1翼18が掘削した領域をさらに撹拌する。同時に、第2翼19a,19bは、第1翼18によって掘削された領域のさらに外側の領域を掘削する。地盤撹拌装置10を地盤42へ貫入する工程が本発明の貫入工程の一例である。
地盤撹拌装置10が目標深度まで貫入された後(図4(B)の状態)、本体11に印加されたトルクの向きが逆向きとされる。これにより、本体11の回転が逆転し、第1翼18が上向きの推進力を生じさせる。同時にオーガ40に上向きの力が印加されて、地盤撹拌装置10が上昇する。
地盤撹拌装置10の上昇と下降を繰り返しながら、地盤撹拌装置10内部の流路へ固化剤が流し込まれる。固化剤として、一般にセメント系のものが使用される。固化剤は、流路を通った後、各吐出孔から地中へ吐出される。固化剤は、貫入装置38から地盤撹拌装置10へ供給されてもよいし、異なる機材からチューブなどを介して地盤撹拌装置10へ供給されてもよい。第1翼18、第2翼19a,19b、及び補助翼37a,37bは、地盤42を構成する土や砂と、固化剤とを撹拌・混合する。この工程が本発明の固化剤混入工程の一例である。
撹拌・混合が十分に行われた後、地盤撹拌装置10が上昇されて、地盤42から脱抜される。その後、地中に残された固化剤が固化することで、概ね直方体の地盤改良角柱体が地中に形成される。この地盤改良角柱体は、上下方向5から見て、L2×L3の概ね長方形である。また、地盤改良角柱体は、地表から、第1翼18が貫入された最深部に亘って形成される。
必要に応じて、地盤撹拌装置10を貫入する目標区画をずらしながら上述した一連の工程を複数回実行することで、より広い区画に地盤改良角柱体を形成することができる。
[本実施形態の作用効果]
本実施形態に係る地盤撹拌装置10では、平面視でL2×L3の概ね長方形の区画に地盤改良角柱体を形成することができる。これにより、矩形の隣接した区画に隙間なく地盤改良角柱体を形成することができる。
本実施形態に係る地盤撹拌装置10では、平面視でL2×L3の概ね長方形の区画に地盤改良角柱体を形成することができる。これにより、矩形の隣接した区画に隙間なく地盤改良角柱体を形成することができる。
以下、詳細に説明する。第2翼19a,19bを備えない従来の構成では、一度の施工で概ね円形の区画に地盤改良体が形成される。そのため、「接円配置」によって複数回の施工を行った場合、図5(A)に示されるように、撹拌が行われた撹拌領域E1の隙間に、撹拌が不十分な非撹拌領域E2が形成される。
一方、本実施形態に係る地盤撹拌装置10では、一度の施工でL2×L3の区画に地盤改良角柱体が形成されるため、図5(B)に示されるように、4つの象限に撹拌領域E1を隙間なく隣接させて配置することができる。これにより、全体として形成された地盤改良角柱体の支持力が、従来の地盤改良体よりも向上する。なお、図5(B)では、L2=L3の例が示されている。
また、本実施形態に係る地盤撹拌装置10では、本体11の回転がベベルギヤ15,16,17を介して第2翼19a,19bに伝達されるため、第2翼19a,19bを回転させるための構成が容易に実現され、また、貫入装置38の構成が簡略化される。すなわち、貫入装置38には、単に地盤撹拌装置10を地盤へ貫入する公知なものが使用可能である。
また、本体11が円筒部材21と先端部材22とから構成されているため、地盤撹拌装置10の組み立てが容易である。特に、分解された状態の地盤撹拌装置10を移送して、施工前に即座に組み立てることが可能である。
また、ベベルギヤ15及び係止板32によって、筒材12の上下方向5への移動が阻止される。
[変形例1]
図6に示されるように、筒材12に代わって、ベベルギヤ15,16,17を内側に収容するハウジング48が用いられてもよい。ハウジング48が本体11に対して回転可能に外嵌されている点、及びハウジング48がアーム13,14を回転可能に支持している点は、上述された筒材12と同様である。なお、図6では、ハウジング48は、立方体の形状に示されているが、その形状は適宜変更可能なものである。
図6に示されるように、筒材12に代わって、ベベルギヤ15,16,17を内側に収容するハウジング48が用いられてもよい。ハウジング48が本体11に対して回転可能に外嵌されている点、及びハウジング48がアーム13,14を回転可能に支持している点は、上述された筒材12と同様である。なお、図6では、ハウジング48は、立方体の形状に示されているが、その形状は適宜変更可能なものである。
[変形例2]
また、第1翼18、第2翼19a,19bを目標深度まで到達させるために地盤撹拌装置10の長さが不足している場合、本体11に管体47が継合されてもよい。
また、第1翼18、第2翼19a,19bを目標深度まで到達させるために地盤撹拌装置10の長さが不足している場合、本体11に管体47が継合されてもよい。
詳細には、本体11の上端が地表付近に位置するまで地盤撹拌装置10を貫入した後(図4(B)の状態)、本体11の上端に管体47が継合される。管体47は、円筒部材21と同様の形状の筒状である。管体47の継合には、溶接などの手法が用いられてもよいし、専用のジョイントが用いられてもよい。続けて、管体47の上端にオーガ40が接続されて、管体47と一体とされた地盤撹拌装置10が、地盤42のさらに深部へと貫入される(図4(C)の状態)。
[変形例3]
上述された第1翼18及び第2翼19a,19bの枚数や形状は一例にすぎず、当業者によって適宜変更される。例えば、第1翼18及び第2翼19a,19bは、周方向に90°ずつ位相をずらして計4枚が突出されていてもよい。また、第1翼18は、たとえば螺旋形状に構成されていてもよい。
上述された第1翼18及び第2翼19a,19bの枚数や形状は一例にすぎず、当業者によって適宜変更される。例えば、第1翼18及び第2翼19a,19bは、周方向に90°ずつ位相をずらして計4枚が突出されていてもよい。また、第1翼18は、たとえば螺旋形状に構成されていてもよい。
[変形例4]
本体11の回転を第2翼19a,19bへ伝達するために、上述された実施形態と異なる方法が用いられてもよい。例えば、アーム13,14は第2翼19a,19bと一体に回転する必要はなく、第2翼19a,19bを回転可能に支持していてもよい。第2翼19a,19bに対する回転駆動力は、たとえばアーム13,14の内側に設けられた回転軸などを介して第2翼19a,19bへ伝達されてもよい。
本体11の回転を第2翼19a,19bへ伝達するために、上述された実施形態と異なる方法が用いられてもよい。例えば、アーム13,14は第2翼19a,19bと一体に回転する必要はなく、第2翼19a,19bを回転可能に支持していてもよい。第2翼19a,19bに対する回転駆動力は、たとえばアーム13,14の内側に設けられた回転軸などを介して第2翼19a,19bへ伝達されてもよい。
[変形例5]
上述された実施形態では、固化剤を地盤へと流し込むために、地盤撹拌装置10に形成された流路及び吐出孔が使用されたが、固化剤は、異なる方法で地盤へと供給されてもよい。例えば、流路は、本体11の外側に設けられたチューブやスリットなどであってもよい。あるいは、地盤撹拌装置10とは独立した装置によって、地盤へ固化剤が流し込まれてもよい。
上述された実施形態では、固化剤を地盤へと流し込むために、地盤撹拌装置10に形成された流路及び吐出孔が使用されたが、固化剤は、異なる方法で地盤へと供給されてもよい。例えば、流路は、本体11の外側に設けられたチューブやスリットなどであってもよい。あるいは、地盤撹拌装置10とは独立した装置によって、地盤へ固化剤が流し込まれてもよい。
10・・・地盤撹拌装置
11・・・本体
15,16,17・・・べベルギア(駆動伝達部)
18・・・第1翼
19a,19b・・・第2翼
12・・・筒材(接続部材)
13,14・・・アーム(接続部材)
21・・・円筒部材(第1部材)
22・・・先端部材(第2部材)
38・・・貫入装置
42・・・地盤
47・・・管体
11・・・本体
15,16,17・・・べベルギア(駆動伝達部)
18・・・第1翼
19a,19b・・・第2翼
12・・・筒材(接続部材)
13,14・・・アーム(接続部材)
21・・・円筒部材(第1部材)
22・・・先端部材(第2部材)
38・・・貫入装置
42・・・地盤
47・・・管体
Claims (5)
- 上端部が支持されて回転される筒状の本体と、
上記本体の長手方向と交差する方向へ突出され、上記本体と一体に回転する第1翼と、
上記第1翼よりも上方において上記本体に対して相対的に回転可能に外嵌されており、上記本体の長手方向と直交する方向の相反する向きへアームがそれぞれ突出された接続部材と、
上記アームの長手方向と交差する方向へそれぞれ突出されており、上記アームの長手方向を中心として回転する第2翼と、
上記本体の回転を上記第2翼へ伝達する駆動伝達部と、を備え、
上記第2翼を上記本体の長手方向と直交する仮想平面へ射影してなる形状の少なくとも一部が、上記第1翼の回転軌跡がなす円の外側にあり、
上記本体及び上記アームは、地盤に注入される固化剤が長手方向に沿って流通されて吐出される流路をそれぞれ有し、各流路が上記接続部材の内部空間において連通されている地盤撹拌装置。 - 上記接続部材は、上記本体の長手方向に対して位置決めされて上記本体に外嵌された筒材を有しており、
上記アームは、上記筒材の外側へ突出されたものである請求項1に記載の地盤撹拌装置。 - 上記本体は、下端に開口を有する筒状の第1部材と、上記第1翼が設けられており、上記第1部材の開口に挿入される筒状の第2部材と、を有しており
上記筒材は、上記第1部材と上記第2部材との接続箇所に配置されている請求項2に記載の地盤撹拌装置。 - 上記アームの長手方向に沿った2つの上記第2翼の先端の間の距離、及び上記第2翼の最大径が、それぞれ上記第1翼の最大径以上である請求項1から3のいずれかに記載の地盤撹拌装置。
- 請求項1から4のいずれかに記載の地盤撹拌装置と、当該地盤撹拌装置を地盤へ回転圧入可能な貫入装置と、を用いて地中に地盤改良角柱体を形成する地盤改良角柱体の製造方法であって、
上記本体を上記貫入装置に支持させて回転させながら、上記地盤撹拌装置を地盤へ圧入する貫入工程と、
地盤へ貫入されている上記第1翼又は上記第2翼の近傍に、上記流路を介して固化剤を吐出しながら、上記第1翼及び上記第2翼を回転する固化剤混入工程と、を含み、
上記貫入工程及び上記固化剤混入工程を、地盤改良角柱体を形成すべき目標区画に対して隣接して複数回施工する地盤改良角柱体の製造方法。
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JPH06346435A (ja) * | 1993-06-11 | 1994-12-20 | Seiko Kogyo Kk | 削孔軸捻れ計測装置を備えた多軸回転式削孔機 |
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