JP7502747B2

JP7502747B2 - 地盤改良攪拌装置

Info

Publication number: JP7502747B2
Application number: JP2020120936A
Authority: JP
Inventors: 茂樹北岡
Original assignee: KS CONSULTANT KABUSHIKI KAISYA
Current assignee: KS CONSULTANT KABUSHIKI KAISYA
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2024-06-19
Anticipated expiration: 2040-06-19
Also published as: JP2022001727A

Description

本発明は供回り防止翼を備えた地盤改良攪拌装置に関する。

地盤改良を行うための工法として、地盤を掘削しながら掘削土中にセメントミルク等の地盤固化材を注入し、掘削土と地盤固化材とを混合攪拌し、土中に柱状体を形成するものが知られている。

このような工法に用いられる地盤改良攪拌装置では、掘削土と地盤固化材との混合攪拌を促進させるため、回転軸と一体に回転する撹拌翼のほか、回転軸に対して相対回転可能に支持された供回り防止翼が備えられている。この供回り防止翼は、施工時、本来的には掘削穴の壁面に固定された状態で使用されるものであるが、撹拌翼と供回りする場合があり、土中での供回り防止翼の回転を確認することができる手段が求められていた。

特開２０１７－６６７９５号公報

供回り防止翼の回転を監視するための技術としては、供回り防止翼に磁石からなる被検知体を設けるとともに、回転軸側にセンサを設置し、センサで磁石を検知することで、回転軸と供回り防止翼との相対回転を検出するものがある（上記特許文献１参照）。
本発明は、供回り防止翼の回転を確認できる新規な構造の地盤改良攪拌装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明に想到した。
この発明の第１の局面の地盤改良攪拌装置は次のように規定される。即ち、
回転軸と、
前記回転軸の先端に設けられる掘削部材と、
前記回転軸の外周に突設される攪拌翼と、
前記回転軸の外周に、前記回転軸の回転が伝播しないように枢設される供回り防止翼と、
前記撹拌翼および前記供回り防止翼にそれぞれ設置される加速度計と、
を備える

このように規定される第１の局面の地盤改良攪拌装置によれば、撹拌翼および供回り防止翼にそれぞれ設置された加速度計で加速度が計測され、得られた加速度データに基づいて、各翼の挙動を確認することができる。更には、供回り防止翼が回転しているか否か、また撹拌翼に対する供回り防止翼の相対的な回転速度を確認することができる。

この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、
第１の局面で規定の地盤改良攪拌装置において、前記加速度計を、前記攪拌翼および前記供回り防止翼のそれぞれの片側の最外端と前記回転軸を水平方向に結ぶ線分の中点よりも外側に備える。

また発明の第３の局面では、前記加速度計を、前記攪拌翼および前記供回り防止翼のそれぞれの片側の最外端と前記回転軸を水平方向に結ぶ線分を最外端から１／３の長さで分割する点よりも外側に備える。

回転軸を中心に回転運動する攪拌翼および供回り防止翼は、径方向外側の位置（最外端に近い位置）の方が加速度の変化が大きいため、加速度計の位置は攪拌翼および供回り防止翼のそれぞれの片側の最外端と回転軸を水平方向に結ぶ線分の中点よりも外側に設けるのが好ましい。より好ましくは前記線分を最外端から１／３の長さで分割する点よりも外側である。

この発明の第４の局面は次のように規定される。即ち、
第１～第３のいずれかの局面で規定の地盤改良攪拌装置において、前記攪拌翼および／または前記供回り防止翼にｐＨ測定器、比抵抗器。温度計及びひずみ計から選ばれる少なくとも一つを備える。

このように規定される第４の局面の地盤改良攪拌装置によれば、掘削土の特性、即ちｐＨ、温度、比抵抗を測定することにより、掘削土の攪拌混合状態を高精度に把握できる。また攪拌翼および／または供回り防止翼におけるひずみを測定することで、攪拌翼および／または供回り防止翼の変形の程度を推定することができる。

この発明の第５の局面の地盤改良攪拌装置は次のように規定される。即ち、
回転軸と、
前記回転軸の先端に設けられる掘削部材と、
前記回転軸の外周に突設される攪拌翼と、
前記回転軸の外周に、前記回転軸の回転が伝播しないように枢設される供回り防止翼と、
前記供回り防止翼に設置される加速度計と、
を備える地盤改良攪拌装置であって、
前記加速度計を、前記供回り防止翼の片側の最外端と前記回転軸を水平方向に結ぶ線分の中点よりも外側に備える。

このように規定される第５の局面の地盤改良攪拌装置によれば、供回り防止翼に設置される加速度計にて計測された加速度データに基づいて、供回り防止翼の回転を確認することができる。

この発明の第６の局面は次のように規定される。即ち、
第５の局面で規定の地盤改良攪拌装置において、前記供回り防止翼の前記中点よりも内側に、更に前記加速度計を備える。

このように規定される第６の局面の地盤改良攪拌装置によれば、供回り防止翼の挙動を高精度に把握できる。

図１は本発明の一実施形態の地盤改良攪拌装置を用いた地盤改良機の構成を示した図である。図２は図１の地盤改良攪拌装置の正面図である。図３は図２の地盤改良攪拌装置の側面図である。図４（Ａ）は供回り防止翼に取り付けられる加速度計の位置を示した図である。図４（Ｂ）は攪拌翼に取り付けられる加速度計の位置を示した図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態の地盤改良攪拌装置を用いた地盤改良機の構成を示した図である。地盤改良機１は、図１に記載されているように、重機２の前端部に支柱３を立設し、この支柱３に掘削機構４を昇降自在に取付けている。

掘削機構４は、支持体１０、変速機１１、駆動モータ１２および回転軸１３を主な構成要素とする。支持体１０は変速機１１、駆動モータ１２および回転軸１３を支持するとともに、支柱３の前端部に昇降自在に取り付けられている。変速機１１には上下方向に延びる回転軸１３が連結され、駆動モータ１２から回転駆動力は、変速機１１を介して回転軸１３に伝達される。
この掘削機構４では図示を省略する地盤固化材供給装置からスイベルジョイント１５を介して地盤固化材が回転軸１３に供給される。

回転軸１３を含んで構成される地盤改良攪拌装置２０は、地盤Ｇを掘削するとともに、掘削した土壌と地盤改良材とを混合撹拌することで、地盤Ｇ中に強度や性状が改良された柱状体を形成するためのものである。

図２は地盤改良攪拌装置２０の正面図、図３は地盤改良攪拌装置２０の側面図である。本実施形態の地盤改良攪拌装置２０は、回転軸１３と、回転軸１３の先端（下端）に設けられた掘削部材２１と、回転軸１３の外周に突設された攪拌翼２４と、攪拌翼２４の上方に設けられた供回り防止翼２６を含んで構成されている。

回転軸１３は中空の筒状に形成されている。その先端部には固化材吐出口１８が設けられており、固化材吐出口１８から地盤固化材が掘削土中に吐出される。

掘削部材２１は、回転軸１３の回転下降に伴ない地盤Ｇを掘削するものとされている。掘削部材２１は、回転軸１３の下端に設けられ、その下端が尖形となるように形成された掘削ビット２１ａのほか、複数の掘削爪２１ｂにより構成されている。
回転軸１３の下端部には径方向外向きに延び出した掘削翼２３が周方向略１８０°に間隔を空けて二つ設けられている。掘削翼２３は、図３で示すように、回転方向に対して下側に傾斜した板状に形成されている。前記複数の掘削爪２１ｂは、回転軸１３の回転方向の前方下側に向けて突出するように掘削翼２３に設けられている。

攪拌翼２４は、回転軸１３と一体回転可能に設けられている。攪拌翼２４は回転軸１３の回転により、後述の供回り防止翼２６とともに掘削土および地盤固化材を攪拌する。攪拌翼２４は周方向に略１８０°間隔を空けて二つ設けられている。攪拌翼２４は、図３に示すように、回転軸１３の回転方向に対して下側に傾斜した板状に形成されている。

供回り防止翼２６は、回転軸１３に対して相対回転可能に設けられている。供回り防止翼２６は、回転軸１３の外周に、回転軸１３の回転が伝播しないように枢設されており、回転軸１３に対して回転可能に嵌合された円筒体３１から径方向外側に延び出している。円筒体３１の上下には回転軸１３から突出した環状のストッパ部材３２が設けられており、供回り防止翼２６はこれらストッパ部材３２に接触することによって、回転軸１３の軸方向（図中上下方向）の移動が規制されている。

この例では、回転軸に対して板状の一対の供回り防止翼２６が一段に配設されている。共周り防止翼の形状は任意に選択できる。例えば、撹拌を促進するため、撹拌翼対向面に突起を設けたり、変形防止のため棒状のものを採用したりすることができる。
共回り防止翼を２段に設けることもできる。撹拌翼に対する位置の上下関係も任意に選択できる。
回転軸に対して多段に枢着された共回り防止翼であって、その先端側が連結されているものの場合、この連結部に加速度計を配置可能である。

供回り防止翼２６は、図２に示すように、掘削翼２３や攪拌翼２４よりも長く形成され、その先端は掘削翼２３や攪拌翼２４よりも径方向外側に突出している。これにより供回り防止翼２６の先端部は、回転軸１３の回転時において、掘削翼２３の掘削爪２１ｂや攪拌翼２４により掘削攪拌される範囲よりも外側の地盤に入り込むこととなり、その結果、供回り防止翼２６は回転軸１３が回転している時も静止状態を維持するか、仮に回転する場合でも攪拌翼２４よりも遅く回転することになる。
即ち、本実施形態によれば、攪拌翼２４と供回り防止翼２６との回転速度に差が生じ、攪拌翼２４の回転により攪拌される掘削土および地盤固化材の混合体が攪拌翼２４とともに供回りするのを防止し得て、掘削土と地盤固化材との混合攪拌効果を高めることとなる。

本実施形態では、供回り防止翼２６および攪拌翼２４にそれぞれ加速度計４０が取り付けられている。加速度計４０はセンサ部と記録部を備えている。センサ部は、供回り防止翼２６（もしくは攪拌翼２４）に取り付けられた状態で少なくとも回転方向の加速度が測定できるものとされ、所定の時間間隔（サンプリング間隔）で測定された加速度データが時間データと関連付けられて順次記録部に記録されるように構成されている。

このように構成された加速度計４０は、収納箱３０および３５に収められた状態で供回り防止翼２６および攪拌翼２４にそれぞれ取り付けられている。
図４（Ａ）は供回り防止翼２６に取り付けられる加速度計４０の位置を示した図である。同図では片側の供回り防止翼２６の最外端と回転軸１３を水平方向に結ぶ線分（長さＬ_１）の中点がＰ_１１で表され、前記最外端と回転軸１３を水平方向に結ぶ線分を最外端から１／３の長さで分割する点がＰ_１２で表されており、加速度計４０は供回り防止翼２６の点Ｐ_１２よりも外側に取り付けられている。

一方、図４（Ｂ）は攪拌翼２４に取り付けられる加速度計４０の位置を示した図である。同図では片側の攪拌翼２４の最外端と回転軸１３を水平方向に結ぶ線分（長さＬ_２）の中点がＰ_２１で表され、前記最外端と回転軸１３を水平方向に結ぶ線分を最外端から１／３の長さで分割する点がＰ_２２で表されており、加速度計４０は攪拌翼２４の点Ｐ_２２よりも外側に取り付けられている。

なお加速度計４０が収容される収容箱３０および３５は、各翼における土圧が低い側の面に取り付けられるのが好ましく、供回り防止翼２６では回転方向側の面（本例では図３で示す左側の面）に収納箱３５が取り付けられており、攪拌翼２４では回転方向とは反対側の面（本例では図３で示す下向きの面）に収納箱３０が取り付けられている。なお収容箱３０，３５の形状、大きさおよび材質は土圧の作用で変形しないように適宜変更可能である。

このように構成された地盤改良攪拌装置２０では、掘削部材２１が回転軸１３とともに回転することにより地盤Ｇが掘削される。また掘削土中に地盤固化材を注入しながら攪拌翼２４が回転軸１３とともに回転することにより、掘削土と地盤固化材とが混合攪拌され、地盤中に強度や性状が改良された柱状体が形成される。
また本実施形態では、供回り防止翼２６が周辺地盤の抵抗によって静止し続けることで掘削土の供回りが抑えられ、掘削土と地盤固化材との混合攪拌が促進される。

ここで本実施形態では、供回り防止翼２６および攪拌翼２４に取り付けられた加速度計４０により、掘削作業中における各翼の加速度が所定間隔で継続的に計測され、加速度と計測時間との対のデータが加速度計４０の記録部に記録される。
そして、掘削作業完了後（回転軸１３が引き上げられた後）に各翼に取り付けられた加速度計４０の記録部に記録されたデータを、図示を省略する管理装置に読み込むことで、掘削作業中における攪拌翼２４および供回り防止翼２６の挙動（例えば回転速度、回転方向および移動量など）を算出することができる。また攪拌翼２４および供回り防止翼２６の挙動に基づいて、供回り防止翼２６の、攪拌翼２４に対する相対的な回転速度を算出することができる。
なお、管理装置としては、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等の汎用の電子計算機を利用することができる。

ここで、加速度と対をなす計測時間のデータは、地盤改良機１における稼働データ（回転軸１３についての送り速度のデータ）を利用することで、掘削穴の深さに対応付けることが可能である。このため、掘削穴（即ち柱状体）の深さ方向異なるそれぞれの位置において、供回り防止翼２６が回転しているか否かや、供回り防止翼２６の相対的な回転速度を確認することができ、形成された柱状体の状態を評価することができる。

以上のように本実施形態の地盤改良攪拌装置２０では、撹拌翼２４および供回り防止翼２６にそれぞれ設置された加速度計４０で計測された加速度データに基づいて、各翼の挙動を確認することができる。更には、供回り防止翼２６が回転しているか否か、また撹拌翼２４に対する供回り防止翼２６の相対的な回転速度を確認することができる。

また本実施形態の地盤改良攪拌装置２０では、加速度計４０を、加速度の変化が大きい径方向外側の位置、具体的には攪拌翼２４および供回り防止翼２６のそれぞれの片側の最外端と前記回転軸を水平方向に結ぶ線分を最外端から１／３の長さで分割する点よりも外側の位置に設けているため、各翼の挙動をより明確に確認することができる。

＜その他の変形例＞
（１）攪拌翼２４および／または供回り防止翼２６には、加速度計４０に加えて、選択的にｐＨ測定器、比抵抗器、温度計、ひずみ計を設けることが可能である。ｐＨ測定器は掘削土のｐＨを測定し、比抵抗器は掘削土の比抵抗を測定し、温度計は掘削土の温度を測定する。このように、掘削土のｐＨ、比抵抗、温度を測定することにより、掘削土の混合攪拌状態を高精度に把握できる。また、ひずみ計は翼の変形の程度を推定することができる。

これらｐＨ測定器、比抵抗器、温度計、ひずみ計は、それぞれセンサ部と記録部を備え、外部に露出させる必要があるセンサ部の一部を除いて、加速度計と同様に、収納箱３０または３５に収められた状態で各翼２４、２６にそれぞれ取り付けることができる。

（２）上記実施形態は、攪拌翼２４と供回り防止翼２６の双方に加速度計を設けた例であったが、場合によっては、供回り防止翼２６のみに加速度計を設けることも可能である。この場合でも加速度計で計測されたデータに基づき供回り防止翼２６の回転状況を確認することができる。
この場合、加速度の変化がより明確に計測できるように、供回り防止翼２６に取り付ける加速度計の位置は、供回り防止翼２６の最外端と回転軸１３を水平方向に結ぶ線分の中点Ｐ_１１（図４（Ａ）参照）よりも外側とすることが望ましい。
また場合によっては中点Ｐ_１１よりも内側に、更に別の加速度計を備えることも可能である。

（３）上記実施形態では、攪拌翼２４および供回り防止翼２６をそれぞれ一組ずつ設けているが、攪拌翼２４および供回り防止翼２６の数やその配置は適宜変更可能である。その際、攪拌翼２４および供回り防止翼２６の一部に加速度計を設けても良いし、攪拌翼２４および供回り防止翼２６の全部に加速度計を設けても良い。

以上のように本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で適宜変更可能である。

１３…回転軸
２０…地盤改良攪拌装置
２１…掘削部材
２１ａ…掘削ビット
２１ｂ…掘削爪
２３…掘削翼
２４…攪拌翼
２６…供回り防止翼
４０…加速度計
Ｇ…地盤

Claims

回転軸と、
前記回転軸の先端に設けられる掘削部材と、
前記回転軸の外周に突設される攪拌翼と、
前記回転軸の外周に、前記回転軸の回転が伝播しないように枢設される供回り防止翼であって、その先端が前記撹拌翼の先端より径方向外側に突出する供回り防止翼と、
前記撹拌翼および前記供回り防止翼にそれぞれ設置される加速度計と、
を備える地盤改良攪拌装置。
前記加速度計には、測定された加速度データを記録するための記録部が設けられ、
前記記録部に記録された加速度データは、掘削作業完了後に外部の管理装置に読み込まれ、掘削作業中における前記撹拌翼及び前記供回り防止翼の挙動を前記管理装置が算出する際に用いられることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良攪拌装置。
前記加速度計を、前記攪拌翼および前記供回り防止翼のそれぞれの片側の最外端と前記回転軸を水平方向に結ぶ線分の中点よりも外側に備えることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良攪拌装置。
前記撹拌翼に設置される加速度計より前記供回り防止翼に設置される加速度計が、前記回転軸より外側に離れている、請求項１に記載の地盤改良攪拌装置。
前記攪拌翼および／または前記供回り防止翼にｐＨ測定器、比抵抗器、温度計およびひずみ計から選ばれる少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の地盤改良攪拌装置。