JP2017133257A - 削孔撹拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤中に砂礫層やスラグ層が存在する場合にも、効率よくソイルセメント柱を築造することの可能な、削孔撹拌装置を提供する。【解決手段】地盤中にソイルセメント柱を築造するための削孔撹拌装置であって、先端に掘削撹拌部とセメントミルク吐出口を備えた鉛直状の中空ロッドと、該中空ロッドを軸周りに回転させる回転装置と、前記中空ロッドにセメントミルクを供給するセメントミルク供給装置と、前記セメントミルクに気泡を混入させるエア供給装置と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤にソイルセメント柱を構築するための削孔撹拌装置に関する。

例えば、特許文献１には、大型の地盤改良装置を搬入できないような狭隘な敷地であっても、ソイルセメント柱列壁よりなる構造物の築造を可能にするべく、小型の地盤改良装置にてソイルセメント構造物を構築する方法が開示されている。

具体的には、下端部近傍に掘削ビットを備えるロッドに起振力を伝達する起振装置を接続し、ロッドに上下方向の起振力を付与しながら回転させつつ、ロッドの先端よりセメントミルクを吐出することにより、地盤に硬質な領域が存在する場合であっても効率よく掘削撹拌し、地盤中にソイルセメント柱列壁Ｓを築造することができるものである。

特許５４４３９２８号公報

しかし、図７で示すように、例えば地盤中にスラグが埋め戻された埋戻し層Ｇが存在する場合、掘削ビット１８０による回転掘削でスラグ同士の結合力が失われると、径の大きい粒状のスラグを混在した掘削土砂が、掘削面上で掘削ビット１８０により圧密された状態、もしくは掘削面上で掘削ビット１８０と供回りする状態となりやすい。このため、掘削ビット１８０による掘削作業に多大な施工時間を要するだけでなく、掘削ビット１８０に備えたビット１８５が破損しやすい等、施工性に劣る。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、地盤中に砂礫層やスラグ層が存在する場合にも、効率よくソイルセメント柱を築造することの可能な、削孔撹拌装置を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の削孔撹拌装置は、地盤中にソイルセメント柱を築造するための削孔撹拌装置であって、先端に掘削撹拌部とセメントミルク吐出口を備えた鉛直状の中空ロッドと、該中空ロッドを軸周りに回転させる回転装置と、前記中空ロッドにセメントミルクを供給するセメントミルク供給装置と、前記セメントミルクに気泡を混入させるエア供給装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の削孔撹拌装置は、前記中空ロッドに振動を付与する起振装置を備えることを特徴とする。

上述する本発明の削孔撹拌装置によれば、ロッド先端から地盤中に吐出されるセメントミルクには気泡が混入されている。これにより、セメントミルクを地盤中に吐出すると、気泡が浮力により上昇することに伴ってセメントミルク中に上昇流が発生する。このため、掘削撹拌部の回転掘削にて生じた掘削土砂がセメントミルク中の上昇流にのって上昇するから、掘削面と掘削撹拌部との間に隙間が生じる。

この隙間に掘削撹拌部が自重により入り込むことで掘削面と当接するため、効率よく掘削撹拌部にて地盤を掘削撹拌することが可能となる。また、掘削面に掘削撹拌部が当接した状態で、掘削撹拌部には起振装置によりロッドを介して振動を付与されることから、地盤の掘削効率をより向上することが可能となる。

さらに、対象地盤に砂礫層やスラグ層が存在する場合には、掘削撹拌部の回転掘削により結合力を失った径の大きい粒状物が掘削土砂に混在する。しかし、地盤に吐出されたセメントミルク中に生じる気泡による上昇流は、これら粒状物をも浮き上がらせ、常に掘削撹拌部を掘削面に当接させることができる。これにより、スラグによる埋戻し層や砂礫層等、径の大きい粒状体を含む硬質な層が存在する地盤であっても、掘削土砂に混在する粒状体に掘削撹拌部の回転掘削を阻害されることがないため、施工時間を短縮でき、施工性を大幅に向上させることが可能となる。

本発明によれば、地盤中に砂礫層やスラグによる埋戻し層等のような硬質で径の大きい粒状物よりなる層が存在する場合にも、狭隘な敷地に搬入可能な小型の削孔撹拌装置を用いて、地盤中に効率よくソイルセメント柱を構築することが可能となる。

本発明の削孔撹拌装置の概略を示す図である。 本発明の地盤中にソイルセメント柱よりなる地中連続壁を構築する場合の平面図である。 本発明の地盤中にソイルセメント柱よりなる地中連続壁を構築する場合の側面図である。 本発明のソイルセメントに気泡を混在させる場合と気泡を混在させない場合のソイルセメント柱の施工時間の比較図を示す図である。 本発明のセメントミルク供給管とエア供給管との接合部を示す図である。 本発明の削孔撹拌装置による地盤の掘削撹拌状態を示す図である。 従来の地盤改良装置による地盤の掘削撹拌状態を示す図である。

本発明の削孔撹拌装置は、気泡を混入させたセメントミルクを吐出しつつ地盤を掘削撹拌することにより、掘削撹拌翼の回転掘削により生じた掘削土砂を気泡の浮力により生じるセメントミルク中の上昇流にのせることで掘削面から浮き上がらせて、常に掘削面に掘削撹拌翼のビットを当接させた状態とするものである。本実施の形態では、ソイルセメント柱を構築しようとする対象地盤中にスラグによる埋戻し層が存在する場合を事例に上げ、以下に図１〜図６を参照して詳述する。

図１で示すように、対象地盤中にソイルセメント柱Ｓを築造する際に使用する削孔撹拌装置１０は、キャタピラからなる移動機構２０と、移動機構２０によって移動可能な台座部３０と、台座部３０により鉛直方向に延びるように支持されたリーダー４０と、リーダー４０に沿って上下方向に移動可能に設置された起振装置５０と、頭部が起振装置５０に接続されたロッド７０と、ロッド７０の先端に取り付けられた掘削撹拌部８０と、掘削撹拌部８０の先端から吐出されるセメントミルクＣをロッド７０の内部に供給するセメントミルク供給装置９０と、ロッド７０に回転力を付与する回転装置６０と、を備えている。

起振装置５０は、偏芯重錘を回転させることで上下方向の起振力を発生させる装置であり、リーダー４０に沿って鉛直移動可能に設置されている。なお、起振装置５０は、ロッド７０に対して上下方向又は横方向のうち少なくとも何れかの成分を含む振動を伝達可能な起振力を発生できる装置であればいずれを用いてもよい。

回転装置６０は、その内方に備えられた図示しないロッド把持部にてロッド７０の周面を把持し、ロッド７０に対してその軸を中心とした正方向もしくは逆方向の回転力を付与する装置であり、起振装置５０の下側に位置し、起振装置５０とともにリーダー４０に沿って鉛直移動可能に設置されているている。

ロッド７０は、中空を備える一重管よりなり、起振装置５０にて頭部を支持された状態で立設され、中間部に設置されたスイベル７１を介してセメントミルク供給装置９０が設置されるとともに、先端には掘削撹拌部８０が接続されている。

掘削撹拌部８０は、ロッド７０に接続される軸部８１と、軸部８１の先端部近傍であって側方に延びるように取り付けられた掘削翼本体８３と、掘削翼本体８３に取り付けられたビット８４と、軸部８１における掘削翼本体８３から上方に離間した位置に設置され、放射方向に延在する複数の攪拌翼８２と、軸部８１の先端に取り付けられた先端ビット８５およびセメントミルク吐出口（図示せず）とを備える。

セメントミルク供給装置９０は、セメントミルクＣを製造するプラント９１と、製造されたセメントミルクＣを圧送するためのセメントミルク圧送装置９２と、セメントミルク圧送装置９２とスイベル７１とを連結するセメントミルク供給管９３とを備える。

上記の構成により削孔撹拌装置１０は、ロッド７０を地中に貫入させた状態で作動させると、セメントミルク供給装置９０から供給されロッド７０の中空部を流下したセメントミルクＣが、ソイルセメント吐出口から対象地盤に吐出される。これと同時にロッド７０は、起振装置５０により上下方向の振動を付与されつつ回転装置６０によりロッド７０の軸を中心に正回転する。

これにより、ロッド７０の先端に備えられた掘削撹拌部８０のビット８４および先端ビット８５にて対象地盤が回転掘削されるとともに、掘削土砂とセメントミルクＣが撹拌混合され、対象地盤中にソイルセメント柱Ｓが築造される。また、削孔撹拌装置１０に起振装置５０を備えることで、回転駆動する掘削撹拌部８０に備えたビット８４および先端ビット８５に上下方向の振動が作用するため、掘削効率が大幅に向上する。これにより、削孔撹拌装置１０が小型であっても硬質な地盤を掘削撹拌することが可能となる。

しかし、対象地盤中にスラグが埋め戻された埋戻し層Ｇが存在する場合、掘削撹拌部８０に回転力と振動を付与したのみでは、掘削効率が劣りやすい。例えば、図２で示すように、構造物の周囲におけるスラグが埋め戻された埋戻し層Ｇが存在する地盤に、複数のソイルセメント柱Ｓを連続した地中連続壁を構築すると、図３の側面図における例えば１番および９番のソイルセメント柱Ｓでは、図４で示すように、施工時間がぞれぞれ５時間以上および６時間以上かかることとなる。

そこで、本実施の形態では、削孔撹拌装置１０の掘削効率をさらに向上させるべく、図１で示すように、エア供給装置１００を設置しており、エア供給装置１００は、エアコンプレッサ１０１およびエアコンプレッサ１０１とセメントミルク供給管９３とを接続するエア供給管１０２とを備える。

エア供給管１０２は、図５で示すように、セメントミルク供給管９１の管側面に接続されており、セメントミルク供給管９１内を流下するセメントミルクＣに対して管壁からエアを混入する構造となっている。こうすると、セメントミルク供給管９１内に供給されたエアは、セメントミルクＣの流れに引き込まれるようにして吸引され、セメントミルクＣと混ざり合い気泡Ａとなる。

エアコンプレッサ１０１は、エアをセメントミルク供給管９１に送気する装置であり、エアを気泡ＡとしてセメントミルクＣ内に混入させることが可能で、かつあらかじめ設定したセメントミルクＣの地盤への吐出量に変動を与えない程度の圧送圧でエアを送気する。

なお、一般に、管路を流下する液体に対して管壁よりエアを供給し、気泡Ａを生じさせる方法において、液体の粘度が低く流速が早い場合には、供給されたエアは効率よく液体と混ざり合い気泡Ａとなる。しかし、液体の粘性が高く流速が遅い場合には、高い圧送圧を持ってエアを供給し、液体に対してエアを強制的に混入させる必要が生じることが知られている。したがって、エアの圧送圧は、セメントミルクＣの粘度や流速、圧送圧等に応じてを適宜調整する。なお、本実施の形態では、流量２０Ｌ／ｍｉｎ程度、圧送圧０．２Ｍｐａ程度のセメントミルクに対し、エアを圧送圧０．３Ｍｐａ程度で供給している。

このようにして、ソイルセメントＣに混入された気泡Ａは、ロッド７０内ではセメントミルクＣに作用させた圧送圧によりセメントミルクＣ内に留まっているが、地盤に吐出されて、セメントミルクＣが大気圧下に置かれると、浮力によりセメントミルクＣ内を上昇して脱泡する。本実施の形態では、この気泡Ａを利用して、削孔撹拌装置１０の掘削効率をさらに向上させる。

具体的には、エア供給装置１００を利用して気泡Ａを混入させたセメントミルクＣを、掘削撹拌部８０の先端に設けたセメントミルク吐出口より地盤中に吐出させると、気泡Ａが浮力により上昇することに伴ってセメントミルク中に上昇流が発生する。このため、掘削撹拌部８０の回転掘削により生じた掘削土砂がセメントミルクＣ中の上昇流にのって上昇する。すると、掘削面と掘削撹拌部８０との間に隙間が生じ、この隙間に掘削撹拌部８０が自重により入り込む。

これにより、掘削撹拌部８０のビット８４および先端ビット８５は常に掘削面と当接した状態となるため、効率よく対象地盤を回転掘削することが可能となる。また、ビット８４および先端ビット８５には、起振装置７０より上下方向の振動が付与されるため、対象地盤が硬質な場合であっても掘削効率を向上できる。

これは、図６で示すような、対象地盤中にスラグが埋め戻された埋戻し層Ｇが存在する場合にも、同様である。つまり、掘削撹拌部８０にて埋戻し層Ｇを掘削すると、スラグ同士の結合力が失われて径の大きい粒状のスラグが掘削土砂に混在する。しかし、地盤に吐出されたセメントミルクＣ中に生じる気泡Ａによる上昇流は、これらスラグをも浮き上がらせる。

これにより、掘削撹拌部８０に圧密されたり供回りするスラグを掘削面上から取り去ることができるため、対象地盤中にスラグによる埋戻し層Ｇが存在する場合にも、掘削土砂に混在するスラグに掘削撹拌部８０による掘削を阻害されることがなく、掘削効率を向上させ、掘削作業に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。したがって、図３の側面図における例えば３８番および４４番のソイルセメント柱Ｓでは、図４で示すように、施工時間がぞれぞれ２時間程度とセメントミルクＣ液中に気泡Ａを混入しない場合と比較して、施工時間が３時間程度短縮している。

なお、本発明の削孔撹拌装置１０は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、本実施の形態では、対象地盤にスラグによる埋戻し層が存在する場合を事例としたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、玉砂利を含む砂礫層等、径の大きい粒状体が混在する層が対象地盤に存在している場合にも、掘削効率を向上できることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、セメントミルク供給管９３の管壁にエア供給管１０２を接続したが、セメントミルク吐出口から対象地盤へ吐出する前のセメントミルクＣに、気泡Ａを混入することが可能であれば、エア供給管１０２を削孔撹拌装置１０のいずれの位置に接続してもよい。

１０ 削孔撹拌装置
２０ 移動機構
３０ 台座部
４０ リーダー
５０ 起振装置
６０ 回転装置
７０ ロッド
７１ スイベル
８０ 掘削撹拌部
８１ 軸部
８２ 撹拌翼
８３ 掘削翼本体
８４ ビット
８５ 先端ビット
９０ セメントミルク供給装置
９１ プラント
９２ セメントミルク圧送装置
９３ セメントミルク供給管
１００ エア供給装置
１０１ エアコンプレッサ
１０２ エア供給管
１８０ 掘削ビット
１８５ ビット
Ｓ ソイルセメント柱
Ａ 気泡

Claims (2)

1. 地盤中にソイルセメント柱を築造するための削孔撹拌装置であって、
   先端に掘削撹拌部とセメントミルク吐出口を備えた鉛直状の中空ロッドと、
   該中空ロッドを軸周りに回転させる回転装置と、
   前記中空ロッドにセメントミルクを供給するセメントミルク供給装置と、
   前記セメントミルクに気泡を混入させるエア供給装置と、を備えることを特徴とする削孔撹拌装置。
2. 請求項１に記載の削孔撹拌装置において、
   前記ロッドに起振力を付与する起振装置を備えることを特徴とする削孔撹拌装置。