(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】2021067130
(43)【公開日】20210430
(54)【発明の名称】掘削攪拌装置
(51)【国際特許分類】
   E02D 3/12 20060101AFI20210402BHJP
【FI】
   !E02D3/12 102
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】2019195128
(22)【出願日】20191028
(71)【出願人】
【識別番号】000198787
【氏名又は名称】積水ハウス株式会社
【住所又は居所】大阪府大阪市北区大淀中1丁目1番88号
(71)【出願人】
【識別番号】596164652
【氏名又は名称】太洋基礎工業株式会社
【住所又は居所】愛知県名古屋市中川区柳森町107
(74)【代理人】
【識別番号】110000947
【氏名又は名称】特許業務法人あーく特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】八戸 翔太朗
【住所又は居所】大阪府大阪市北区大淀中一丁目1番88号 積水ハウス株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】八木 正雄
【住所又は居所】大阪府大阪市北区大淀中一丁目1番88号 積水ハウス株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】松本 安史
【住所又は居所】大阪府大阪市北区大淀中一丁目1番88号 積水ハウス株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】松谷 裕治
【住所又は居所】大阪府大阪市北区大淀中一丁目1番88号 積水ハウス株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】平野 成志
【住所又は居所】大阪府大阪市北区大淀中一丁目1番88号 積水ハウス株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】土屋 敦雄
【住所又は居所】愛知県名古屋市中川区柳森町107番地 太洋基礎工業株式会社内
【テーマコード(参考)】
2D040
【Fターム(参考)】
2D040AA01
2D040AB05
2D040BB01
2D040BD05
2D040EB01
(57)【要約】      (修正有)
【課題】掘削土と結合剤との固化混合物からなる円柱状改良体の中心部分に結合材のみからなる芯体を築造するに際して、掘削孔からの引き上げや部材の付け替えを行わなくても、円柱状改良体と芯体とを一体的に築造することができる掘削攪拌装置を提供する。
【解決手段】掘削攪拌装置は、掘削翼24、攪拌翼26および共回り防止翼25を具備する本体筒部22と、その内側に収容された芯体築造用内筒23とが、それらを径方向に貫通する連結シャフト28を介して連結され、本体筒部22がその軸心周りに回転すると、連結シャフト28の一端に設けられたハンドル29が共回り防止翼25に干渉することで連結シャフト28が回転し、連結シャフト28に設けられたピニオンギア281と芯体築造用内筒23の溝孔232に設けられたラックギア233との噛合機構を介して芯体築造用内筒23が本体筒部22の軸心方向に進退するように構成される。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転駆動されるロッドの軸心方向に連結される本体筒部と、
前記本体筒部の下端近傍から前記本体筒部の径外方向に張り出す掘削翼と、
前記本体筒部における前記掘削翼よりも上方の位置から径外方向に張り出す攪拌翼と、
前記掘削翼と前記攪拌翼との間で前記本体筒部に対して相対回転可能に設けられた共回り防止翼とを備え、
前記掘削翼の回転によって地盤を掘削しつつ、前記本体筒部の下端近傍から掘削土中に結合材を吐出し、前記攪拌翼の回転によって掘削土と結合材とを攪拌混合するように構成された掘削攪拌装置において、
前記本体筒部の内部に収容され、前記本体筒部の軸心方向に進退して前記本体筒部の下端に形成された開口から出没する中空円筒状の芯体築造用内筒と、
前記本体筒部に対し回転可能に軸支されて前記本体筒部と前記芯体築造用内筒とを連結する連結シャフトと、
前記本体筒部の外側まで延び出した前記連結シャフトの一端に結合されるハンドルと、
前記本体筒部の軸心周りの回転によって生じる前記ハンドルと前記共回り防止翼との干渉作用を、前記芯体築造用内筒の進退運動に変換する伝達機構と、
を備えることを特徴とする掘削攪拌装置。
【請求項2】
請求項1に記載された掘削攪拌装置において、
前記ハンドルは放射状に延び出す複数本の腕部を具備し、
前記腕部の先端が前記共回り防止翼に一本ずつ干渉することにより、前記ハンドルに結合された前記連結シャフトが、その軸心周りに断続的に回転する
ことを特徴とする掘削攪拌装置。
【請求項3】
請求項1または2に記載された掘削攪拌装置において、
前記芯体築造用内筒には軸心方向に延びる溝孔が形成され、
前記連結シャフトが前記溝孔に挿通されて前記本体筒部および前記芯体築造用内筒の径方向に配置され、
前記溝孔の側縁に形成されたラックギアと、前記連結シャフトに形成されたピニオンギアとの噛合機構によって前記伝達機構が構成される
ことを特徴とする掘削攪拌装置。
【請求項4】
請求項3に記載された掘削攪拌装置において、
前記溝孔の上端および下端には前記ラックギアのない非噛合部がそれぞれ形成され、
前記連結シャフトに形成された前記ピニオンギアが前記非噛合部で空転する
ことを特徴とする掘削攪拌装置。
【請求項5】
請求項4に記載された掘削攪拌装置において、
前記溝孔の上端および下端に、前記連結シャフトを前記非噛合部からラックギア側に押し戻す付勢部材が介装されている
ことを特徴とする掘削攪拌装置。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか一項に記載された掘削攪拌装置において、
前記連結シャフトが、前記掘削翼と前記共回り防止翼との間に配置されている
ことを特徴とする掘削攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、地盤に縦孔を掘削しながら掘削土中に結合材を注入して攪拌混合することにより円柱状改良体を築造する地盤改良工法を効率的に実施し得る掘削攪拌装置に関する。
【背景技術】
【0002】
軟弱な地盤に建物を建築するに際して、縦孔を掘削しながら掘削土中にセメントミルク等の結合材(固化材)を注入し、掘削土と結合材とを攪拌混合して柱状に固化させることにより、地盤中に「杭」と称される円柱状改良体を築造して地盤の支持力を高める地盤改良工法が公知である。かかる地盤改良工法に関しては、例えば地盤の土壌が有機質土であるため攪拌土の固化強度が必要なレベルに達しないとか、敷地が狭小で小型のベースマシンしか導入できないため、小径の円柱状改良体しか築造できない、あるいはベースマシンの攪拌能力が低くて攪拌土が均質に固化されない、といった事情で、円柱状改良体の支持力が十分に得られない場合がある。かかる問題を解決するため、特許文献1には、掘削土と結合剤との固化混合物からなる円柱状改良体の中心部分に結合材のみからなる芯体を追加的に形成することで円柱状改良体の支持強度を高める工法が開示されている。さらに、本出願人らも、特許文献1記載の工法を改良した工法を特許文献2において提案し、その実用化を図っている。
【0003】
特許文献2に開示された地盤改良工法と、該工法に用いる掘削攪拌装置の概要を図8〜図9に示す。この地盤改良工法では、ベースマシンに搭載されたオーガー装置(図示せず)によって回転駆動されるロッド21の先端部に「ヘッド」あるいは「ビット」等とも称される掘削攪拌装置1を取り付けて、縦孔を掘削しながら掘削土と結合材との攪拌混合を行う。掘削攪拌装置1は、図8に示すように、ロッド21に連結されてロッド21と一体的に回転する本体筒部(特許文献2では「本体軸部」)22と、本体筒部22の下端近傍から本体筒部22の径外方向に張り出すように設けられた掘削翼24と、本体筒部22における掘削翼24よりも上方に設けられた攪拌翼26と、掘削翼24と攪拌翼26との間で本体筒部22に対して相対回転可能に設けられた共回り防止翼25とを備え、掘削翼24の下面に突設された複数箇所の掘削刃241によって地盤を掘削するように構成されている。本体筒部22の下端近傍には結合材噴射口(ノズル)221が横向きに設けられ、ロッド21の内部に形成された流路220を通って供給される結合材が結合材噴射口221から掘削土中に吐出されて、掘削翼24および攪拌翼26の回転により掘削土と混合される。
【0004】
図9は、この掘削攪拌装置1を用いて地盤改良工法を実施する際の工程を順に示す図である。例示の工程は以下のようにして実施される。
【0005】
[S1] 掘削攪拌装置1を取り付けたロッド21を垂直にして所定位置に据え付け、正方向に回転させながら徐々に下降させて、地盤4の掘削を開始する。
【0006】
[S2] 掘削孔40の掘り下げに伴って、その内部に掘削土が残っていくので、これと並行して、セメントミルク等の結合材を掘削孔40内に注入する。結合材は、掘削攪拌装置1の下端に設けられた結合材噴射口221から掘削孔40内へ吐出され、掘削翼24および攪拌翼26の回転によって掘削土と攪拌混合される。このとき、掘削翼24よりも若干長い共回り防止翼25は、その先端部を掘削孔40の孔壁に食い込ませることで、自身は回転せずに掘削孔40の深部へ移動しながら、ロッド21の回転の振れ止めとして機能するとともに、掘削土および結合材と、掘削翼24および攪拌翼26とが共回り回転しようとするのに抵抗して、それらの混合を助ける。こうして、掘削孔40内に未固化の混合物5が略均一に生成される。掘削孔40が所定の深さまで達したところで、掘削攪拌装置1の下降を停止する。
【0007】
[S3] 次いで、ロッド21を逆回転させながら、掘削攪拌装置1を徐々に上昇させる。この上昇時にも、結合材の注入および攪拌を行うことができる。そして、掘削攪拌装置1を一旦、掘削孔40から完全に引き上げ、本体筒部22から掘削翼24を外して、延長ノズル27に付け替える。図8に示すように、延長ノズル27は、内部に結合材の流路270を有する略円筒状の部材で、その上端が本体筒部22の下端に接続される。この付け替えを可能にするために、掘削翼24は本体筒部22から分離できるように構成されている。延長ノズル27の下端は下向きに開口しており、この開口が新たな結合材噴射口271になることで、実質的に、結合材の噴射位置が下方に移動する。この結合材噴射口271には芯底蓋材3を係合させて、適宜の手段により仮止めしておく。
【0008】
[S4] 延長ノズルを取り付けた掘削攪拌装置1を再び掘削孔40内に入れ、ロッド21を正回転させながら下降させる。延長ノズル27の下端に係合された芯底蓋材3は、延長ノズル27と一体に回転しながら未固化の混合物5の内部へと押し込まれていく。そして、延長ノズル27の下端が掘削孔40の最底部41近傍に達したところで、掘削攪拌装置1の下降を停止する。
【0009】
[S5] 前記停止位置にて結合材の送出を再開し、延長ノズル27の下端の結合材噴射口271から未固化の混合物5の中心へ結合材を注入する。結合材を注入しながらロッド21を逆回転させて、掘削攪拌装置1を徐々に上昇させる。芯底蓋材3は、結合材の吐出を開始したときに延長ノズル27から外れて、掘削孔40の最底部41近傍に残置される。追加的に注入された結合材によって、未固化の混合物5の中心に、結合材のみからなる未固化の芯部6が下から上へと徐々に形成されていく。延長ノズル27を取り付けたことで、攪拌翼26の回転位置と結合材噴射口271との間に高さの差が生じるので、掘削攪拌装置1を上昇させる際に攪拌翼26を回転させていても、延長ノズル27から吐出された結合材が攪拌の影響を受けにくくなって、芯部6の形状が好適に保持される。
【0010】
[S6] 掘削攪拌装置1を引き上げた後、未固化の混合物5および未固化の芯部6を、所定の養生期間を経て固化させる。かくして、掘削孔40の最底部41まで柱状に形成された固化混合物50と、その中心部に形成された結合材のみからなる芯体60と、を具備する二重構造の円柱状改良体が築造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開2016−20621号公報
【特許文献2】特許第6216477号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
前記特許文献1および2に開示された地盤改良工法においては、掘削孔40内に掘削土と結合材とが攪拌混合された未固化の混合物5を生成する前半工程([S1]〜[S3])と、前記混合物5の中心部分に結合材のみからなる芯体60を追加的に形成する後半工程([S4]〜[S5])との間で、掘削攪拌装置1を一旦、掘削孔40から引き上げ、掘削翼24を取り外して延長ノズル27に付け替える、という作業が必要になる。付け替える部材の重量は数十kg以上になるので、この付け替え作業には時間と手間がかかり、また危険も伴う。
【0013】
そこで、本願が開示する発明は、掘削孔からの引き上げや部材の付け替えを行わなくても、掘削土と結合材との混合物からなる柱体と、結合材のみからなる芯体と、を一体的に築造することができる掘削攪拌装置を提供し、もって該工法の施工性を大幅に改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
前述の目的を達成するために本願が開示する発明の掘削攪拌装置は、回転駆動されるロッドの軸心方向に連結される本体筒部と、前記本体筒部の下端近傍から前記本体筒部の径外方向に張り出す掘削翼と、前記本体筒部における前記掘削翼よりも上方の位置から径外方向に張り出す攪拌翼と、前記掘削翼と前記攪拌翼との間で前記本体筒部に対して相対回転可能に設けられた共回り防止翼とを備え、前記掘削翼の回転によって地盤を掘削しつつ、前記本体筒部の下端近傍から掘削土中に結合材を吐出し、前記攪拌翼の回転によって掘削土と結合材とを攪拌混合するように構成された掘削攪拌装置において、前記本体筒部の内部に収容され、前記本体筒部の軸心方向に進退して前記本体筒部の下端に形成された開口から出没する中空円筒状の芯体築造用内筒と、前記本体筒部に対し回転可能に軸支されて前記本体筒部と前記芯体築造用内筒とを連結する連結シャフトと、前記本体筒部の外側まで延び出した前記連結シャフトの一端に結合されるハンドルと、前記本体筒部の軸心周りの回転によって生じる前記ハンドルと前記共回り防止翼との干渉作用を、前記芯体築造用内筒の進退運動に変換する伝達機構と、を備えるものとして特徴付けられる。
【0015】
すなわち、この掘削攪拌装置は、掘削翼、攪拌翼および共回り防止翼を具備する本体筒部と、その内側に収容された芯体築造用内筒とが連結シャフトを介して連結され、本体筒部がその軸心周りに回転すると、連結シャフトの一端に結合されたハンドルが共回り防止翼に干渉し、その反作用が伝達機構を介して芯体築造用内筒を本体筒部の軸心方向に進退させるように構成されている。このような機構を採用すれば、通常の掘削工程と同じように掘削攪拌装置全体を正逆いずれかの向きに回転させるだけで、特別な駆動力等を用いなくても、本体筒部に収容された芯体築造用内筒を延伸または短縮させることができる。
【0016】
この掘削攪拌装置においては、前記ハンドルが放射状に延び出す複数本の腕部を具備し、前記腕部の先端が前記共回り防止翼に一本ずつ干渉することにより、前記ハンドルに結合された前記連結シャフトが、その軸心周りに断続的に回転するように構成するのが好ましい。ハンドルの腕部の本数を増やすことで、芯体築造用内筒が進退する動作の円滑性を高めることができる。
【0017】
また、この掘削攪拌装置において、前記芯体築造用内筒には軸心方向に延びる溝孔が形成され、前記連結シャフトが前記溝孔に挿通されて前記本体筒部および前記芯体築造用内筒の径方向に配置され、前記溝孔の側縁に形成されたラックギアと、前記連結シャフトに形成されたピニオンギアとの噛合機構によって前記伝達機構が構成されるのが好ましい。このように比較的簡素な構造のラック・ピニオン機構を採用すれば、掘削土や結合材の中で駆動しても土詰まり等による動作トラブルが生じにくくなる。
【0018】
さらに、この掘削攪拌装置においては、前記溝孔の上端および下端に、前記ラックギアのない非噛合部がそれぞれ形成され、前記連結シャフトのピニオンギアが前記非噛合部で空転すると、より好ましい。これによれば、芯体築造用内筒の延伸限界位置および短縮限界位置において、連結シャフトに設けられたピニオンギアが空転するので、このピニオンギアと芯体築造用内筒の溝孔に設けられたラックギアとの噛合機構に過剰な力が作用するのを回避することができる。
【0019】
さらに、前記溝孔の上端および下端に、前記連結シャフトを非噛合部からラックギア側に押し戻す付勢部材が介装されていると、より好ましい。これによれば、芯体築造用内筒を延伸限界位置から短縮させるとき、および短縮限界位置から延伸させるときの開始動作が円滑になる。
【0020】
また、この掘削攪拌装置においては、前記連結シャフトが、前記掘削翼と前記共回り防止翼との間に配置されているのが好ましい。これによれば、芯体築造用内筒の進退ストロークを最大限に確保することができる。
【発明の効果】
【0021】
本願が開示する発明に係る掘削攪拌装置は、本体筒部を、その軸心周りに回転させると、その回転の向きに応じて本体筒部の下端から芯体築造用内筒が出没するように構成されており、芯体築造用内筒が下方に延伸することで、掘削翼や攪拌翼よりも低い位置に結合材を注入することができる。したがって、この掘削攪拌装置を用いれば、掘削孔を所定の深さまで掘り下げながら結合材を注入して掘削土と結合材とを攪拌混合する工程(背景技術欄において説明した、特許文献2記載の地盤改良工法(図9)における[S2]の工程)に続いて、掘削孔の最低部近傍で芯体築造用内筒を延伸させ、その下端から未固化の混合物の中心へ結合材を注入しながら掘削攪拌装置を上昇させて、結合材のみからなる芯部を形成する工程(同、[S5]の工程)を連続的に実施することができる。掘削孔から掘削攪拌装置を引き上げて部材の付け替えを行う手間を省けるので、中心部分に結合材のみからなる芯体を有する円柱状改良体を築造する地盤改良工法の施工効率が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本願が開示する発明の一実施形態に係る掘削攪拌装置の側面図(a)および正面図(b)であって、芯体築造用内筒を収納している状態を示す図である。
【図2】同じく、掘削攪拌装置の側面図(a)および正面図(b)であって、芯体築造用内筒を延伸した状態を示す図である。
【図3】図1の状態における本体筒部と芯体築造用内筒との取り合いを示す説明図である。
【図4】連結シャフトまわりの取り合いを示す軸心直交方向(A−A)断面略図である。
【図5】図2の状態における本体筒部と芯体築造用内筒との取り合いを示す説明図である。
【図6】本体筒部の回転によってハンドルが共回り防止翼に干渉する作用を示す説明図である。
【図7】本願が開示する発明に係る掘削攪拌装置を用いた地盤改良工法の工程説明図である。
【図8】特許文献2に開示された地盤改良工法に用いる掘削攪拌装置の正面図である。
【図9】特許文献2に開示された地盤改良工法の工程説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本願が開示する発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、部位・部材の位置関係や動作の向きを特定する際には、地盤を掘削している使用態様を基準にして上下方向および水平方向を特定する。また、図8〜図9に示した従来の掘削攪拌装置および該装置を用いる地盤改良工法と機能または作用が共通する構成要素には共通の符号を付して、それらの説明を簡略化する。
【0024】
図1〜図6は、本願が開示する発明の一実施形態に係る掘削攪拌装置を示す。掘削攪拌装置10は、中空円筒状をなす本体筒部22の周囲に掘削翼24、共回り防止翼25、攪拌翼26等を取り付けて構成される。本体筒部22の上端がロッド21(図8参照)に連結されて、オーガー装置等により回転駆動される。本体筒部22の内部には結合材の流路が形成され、本体筒部22の下端は下向きに開口している。
【0025】
掘削翼24は、本体筒部22の下端近傍から本体筒部22の径外方向に張り出すように設けられて、本体筒部22と一体的に回転する。掘削翼24の下面には、地盤を掘削する複数個の掘削刃241が突設されている。攪拌翼26は、本体筒部22の中間付近および上端近傍から本体筒部22の径外方向に張り出すように設けられて、本体筒部22と一体的に回転する。攪拌翼26の回転直径は、掘削翼24の回転直径と略同寸である。
【0026】
共回り防止翼25は、掘削翼24と下段の攪拌翼26との間、および下段の攪拌翼26と上段の攪拌翼26との間にそれぞれ配置されて、本体筒部22の径外方向に張り出している。共回り防止翼25は、その回転直径が掘削翼24および攪拌翼26の回転直径よりもやや大きくなるように形成され、本体筒部22に対し相対回転(空転)可能に取り付けられている。
【0027】
なお、例示の形態では、共回り防止翼25および攪拌翼26が二段ずつ設けられているが、本発明においては、それらの段数は特に限定しない。また、掘削翼24および掘削刃241の詳細な形状も、特に限定しない。
【0028】
本体筒部22の下端に形成された開口の内側には、下方から芯体築造用内筒23が挿入されている。芯体築造用内筒23は、本体筒部22よりもひと回り小径の中空円筒状をなし、上端は上向きに開口して、本体筒部22内の流路に連通している。芯体築造用内筒23の実用的な長さは、掘削翼24の回転直径と同程度か、それよりもやや長い程度である。芯体築造用内筒23の下端は、例示形態では逆円錐状に突設されて、その錐面に、横向きに開口する結合材噴射口231が形成されている。なお、芯体築造用内筒23の下端は、特許文献2記載の掘削攪拌装置1における延長ノズル27のように下向きに開口して、その開口に芯底蓋材3が係脱されるようになっていてもよい。
【0029】
芯体築造用内筒23の軸心を挟んで対向する側面二箇所には、該軸心方向に延びる溝孔232がそれぞれ形成されている。溝孔232の長さは、芯体築造用内筒23の全長の8〜9割に及んでいる。対向する二つの溝孔232は同じ長さおよび幅を有し、それぞれの溝孔232の片側縁にラックギア233が設けられている。ラックギア233は、芯体築造用内筒23を一方の溝孔232の正面から見たときに、正面と背面とで同じ側になるように設けられている。ラックギア233は、溝孔232の上端近傍および下端近傍で途切れて、上端および下端にはラックギア233のない非噛合部234がそれぞれ形成されている。
【0030】
これらの溝孔232には一本の連結シャフト28が水平方向に挿通される。連結シャフト28には、各溝孔232に形成されたラックギア233に噛合するピニオンギア281が形成されている。連結シャフト28は、さらに本体筒部22の軸心を挟んで対向する側面二箇所に形成された軸受孔222にも挿通される。軸受孔222は、掘削翼24と下段の共回り防止翼25との間に設けられている。これにより、連結シャフト28が本体筒部22および芯体築造用内筒23を径方向に貫通するようにして本体筒部22側に取り付けられ、軸受孔222内で回転可能に軸支される。
【0031】
本体筒部22の外側まで延び出した連結シャフト28の一端には、この連結シャフト28に回転力を与えるためのハンドル29が、連結シャフト28と一体的に結合されている。ハンドル29は、掘削翼24と下段の共回り防止翼25との間に配置されている。ハンドル29は、連結シャフト28の径方向に放射状に延び出す複数本(例示形態では6本)の腕部291を有しており、腕部291の長さはすべて等しくなっている。連結シャフト28の他端には、抜け止め用の大径部282が設けられている。
【0032】
下段の共回り防止翼25の下縁には、ハンドル29の腕部291の先端に干渉する係合片251が取り付けられている。ロッドの回転駆動等によって本体筒部22がその軸心周りに回転すると、連結シャフト28のハンドル29も本体筒部22と一体的に、その周囲を旋回する。しかし、共回り防止翼25は回転しないので、図6に示すように、共回り防止翼25に取り付けられた係合片251にハンドル29の腕部291の先端が干渉する。本体筒部22が一回転するごとに、ハンドル29の腕部291は正面側と背面側とで二回ずつ共回り防止翼25に干渉する。この反作用によってハンドル29が少しずつ押し回され、連結シャフト28がその軸心周りに断続的に回転する。すると、連結シャフト28に設けられたピニオンギア281と溝孔232に設けられたラックギア233との噛合機構を介して、芯体築造用内筒23が本体筒部22の軸心方向に沿って進退する。本体筒部22を反対向きに回転させると、共回り防止翼25とハンドル29とが干渉する向きも反対になって連結シャフト28が反対向きに回転するので、芯体築造用内筒23も逆向きに進退することになる。
【0033】
こうして、芯体築造用内筒23が本体筒部22に対し所定のストロークで進退するが、溝孔232の上端および下端にはラックギア233のない非噛合部234が形成されているため、芯体築造用内筒23の延伸限界位置および短縮限界位置ではピニオンギア281とラックギア233との噛合が解除される。したがって、本体筒部22が回転し続けてハンドル29と共回り防止翼25との干渉が繰り返されても、芯体築造用内筒23の延伸限界位置および短縮限界位置では連結シャフト28が空転して、ラック・ピニオン機構に過剰な力が作用することは避けられる。
【0034】
さらに、溝孔232の上端および下端には、芯体築造用内筒23の延伸限界位置および短縮限界位置において非噛合部234に位置している連結シャフト28を、ラックギア233側に押し戻す付勢部材235が介装されている。この付勢部材235には、コイルばねや板ばね等が利用される。このような付勢部材235を取り付けておくと、芯体築造用内筒23を延伸限界位置から短縮させるとき、および短縮限界位置から延伸させるときに、ラック・ピニオン機構の噛合が円滑に再開される。
【0035】
このように、本願が開示する発明に係る掘削攪拌装置10は、本体筒部22が回転すると、本体筒部22と芯体築造用内筒23とを貫通する連結シャフト28の一端に設けられたハンドル29が共回り防止翼25に干渉することで連結シャフト28が回転し、連結シャフト28と芯体築造用内筒23との間に設けられたラック・ピニオン機構を介して芯体築造用内筒23が進退するように構成されているので、通常の掘削工程と同様にして掘削攪拌装置10全体を正逆いずれかの向きに回転させるだけで、特別な駆動力等を必要とせずに、本体筒部22に収容された芯体築造用内筒23を延伸または短縮させることができる。これにより、掘削孔の任意の深さで本体筒部22の下方に芯体築造用内筒23を延伸させて、攪拌翼26や掘削翼24と結合材噴射口231との高さの差を確保することができる。
【0036】
図7は、この掘削攪拌装置10を用いて実施される地盤改良工法の工程を示す。この工程は以下のようにして実施される。
【0037】
[S10] 掘削攪拌装置10を取り付けたロッド21を垂直にして所定位置に据え付け、正回転させながら徐々に下降させて、地盤の掘削を開始する。このとき、芯体築造用内筒23は、本体筒部22内に収容されて短縮限界位置に保持されている。
【0038】
[S20] 掘削攪拌装置10を正回転させて掘削孔40を掘り下げつつ、芯体築造用内筒23の下端から結合材を掘削孔40内に注入して、掘削土と結合材とを攪拌混合し、掘削孔40内に未固化の混合物5を生成する。この間も、本体筒部22の周囲を旋回するハンドル29は共回り防止翼25に干渉し続けるが、ラック・ピニオン機構が空転するため、芯体築造用内筒23は短縮限界位置に収容されたままになる。掘削孔40が所定の深さまで達したならば、掘削攪拌装置10を正回転させながら複数回、小さく上下動させて底部処理を行った後、回転および上下動を停止する。ここまでの前半工程は、背景技術欄において説明した、特許文献2記載の地盤改良工法(図9)における[S1]〜[S2]の工程と実質的に同じである。
【0039】
[S30] 続いて、掘削攪拌装置10を逆回転に切り替えて徐々に上昇させる。すると、ラック・ピニオン機構が噛合して芯体築造用内筒23が延伸し始める。所定の回転数を経て芯体築造用内筒23が適切に延伸したら結合材の注入を再開し、掘削攪拌装置10を逆回転させながら略一定の速度で引き上げる。芯体築造用内筒23の下端から追加的に注入された結合材によって、未固化の混合物5の中心に、結合材のみからなる未固化の芯部6が下から上へと徐々に形成されていく。上昇時に芯体築造用内筒23が延伸することで、攪拌翼26の回転位置と結合材噴射口231との間に高さの差が生じるので、追加的に注入された結合材が攪拌の影響を受けにくくなって、芯部6の形状が好適に保持される。
【0040】
[S40] 掘削攪拌装置10を引き上げた後、未固化の混合物5および未固化の芯部6を、所定の養生期間を経て固化させる。かくして、掘削孔40の最底部41まで柱状に形成された固化混合物50と、その中心部に形成された結合材のみからなる芯体60と、を具備する二重構造の円柱状改良体が築造される。この後半工程は、背景技術欄において説明した、特許文献2記載の地盤改良工法(図9)における[S5]〜[S6]の工程と実質的に同じである。
【0041】
このように、本願が開示する発明に係る掘削攪拌装置10を用いれば、掘削孔を所定の深さまで掘り下げながら結合材を注入して掘削土と結合材とを攪拌混合する前半工程に続いて、掘削孔の最低部近傍で芯体築造用内筒23を延伸させ、その下端から未固化の混合物の中心へ結合材を注入しながら掘削攪拌装置10を上昇させて結合材のみからなる芯部を形成する後半工程を、途切れることなく連続的に実施することができる。掘削孔から掘削攪拌装置10を引き上げて部材の付け替えを行う手間(特許文献2記載の地盤改良工法(図9)における[S3]〜[S4]の工程)を省けるので、中心部分に結合材のみからなる芯体を有する円柱状改良体を築造する地盤改良工法の施工効率が格段に向上する。特に、複数本の円柱状改良体をまとめて連続的に築造する場合は、工数の削減効果が顕著になる。
【0042】
なお、本発明の技術的範囲は、例示した実施の形態によって限定的に解釈されるべきものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて概念的に解釈されるべきものである。本発明の実施に際しては、例示形態と実質的に同様の作用効果が得られる範囲において、例えば結合材の種類や組成、施工機械や掘削攪拌装置の細部形状等を、施工環境等に応じて適宜、改変しても差し支えない。掘削攪拌装置の詳細な昇降動作や、結合材を注入するタイミング等を多少、改変することも可能である。
【符号の説明】
【0043】
10 掘削攪拌装置
21 ロッド
22 本体筒部
220 流路
222 軸受孔
23 芯体築造用内筒
231 結合材噴射口
232 溝孔
233 ラックギア
234 非噛合部
235 付勢部材
24 掘削翼
241 掘削刃
25 共回り防止翼
251 係合片
26 攪拌翼
28 連結シャフト
281 ピニオンギア
282 大径部
29 ハンドル
291 腕部
4 地盤
40 掘削孔
41 最底部
5 未固化の混合物
50 固化混合物
6 未固化の芯部
60 芯体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】20210119
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項1】
回転駆動されるロッドの軸心方向に連結される本体筒部と、
前記本体筒部の下端近傍から前記本体筒部の径外方向に張り出す掘削翼と、
前記本体筒部における前記掘削翼よりも上方の位置から径外方向に張り出す攪拌翼と、
前記掘削翼と前記攪拌翼との間で前記本体筒部に対して相対回転可能に設けられた共回り防止翼とを備え、
前記掘削翼の回転によって地盤を掘削しつつ、前記本体筒部の下端近傍から掘削土中に結合材を吐出し、前記攪拌翼の回転によって掘削土と結合材とを攪拌混合するように構成された掘削攪拌装置において、
前記本体筒部の内部に収容され、前記本体筒部の軸心方向に進退して前記本体筒部の下端に形成された開口から出没する中空円筒状の芯体築造用内筒と、
前記本体筒部に対し回転可能に軸支されて前記本体筒部と前記芯体築造用内筒とを連結する連結シャフトと、
前記本体筒部の外側まで延び出した前記連結シャフトの一端に結合されるハンドルと、
前記本体筒部の軸心周りの回転によって生じる前記ハンドルと前記共回り防止翼との干渉による前記ハンドルおよび前記連結シャフトの回転運動を前記芯体築造用内筒の進退運動に変換する伝達機構と、
を備えることを特徴とする掘削攪拌装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0014】
前述の目的を達成するために本願が開示する発明の掘削攪拌装置は、回転駆動されるロッドの軸心方向に連結される本体筒部と、前記本体筒部の下端近傍から前記本体筒部の径外方向に張り出す掘削翼と、前記本体筒部における前記掘削翼よりも上方の位置から径外方向に張り出す攪拌翼と、前記掘削翼と前記攪拌翼との間で前記本体筒部に対して相対回転可能に設けられた共回り防止翼とを備え、前記掘削翼の回転によって地盤を掘削しつつ、前記本体筒部の下端近傍から掘削土中に結合材を吐出し、前記攪拌翼の回転によって掘削土と結合材とを攪拌混合するように構成された掘削攪拌装置において、前記本体筒部の内部に収容され、前記本体筒部の軸心方向に進退して前記本体筒部の下端に形成された開口から出没する中空円筒状の芯体築造用内筒と、前記本体筒部に対し回転可能に軸支されて前記本体筒部と前記芯体築造用内筒とを連結する連結シャフトと、前記本体筒部の外側まで延び出した前記連結シャフトの一端に結合されるハンドルと、前記本体筒部の軸心周りの回転によって生じる前記ハンドルと前記共回り防止翼との干渉による前記ハンドルおよび前記連結シャフトの回転運動を前記芯体築造用内筒の進退運動に変換する伝達機構と、を備えるものとして特徴付けられる。