JP2671981B2 - 地盤改良材注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 この発明は、地盤改良材注入装置に関する。 （ロ） 従来の技術 従来、軟弱地盤を改良する方法として、同地盤に穿設
した掘削孔中の掘削土にモルタル等の硬化材を注入撹拌
して、この混練物の硬化により地盤強度を高めるという
工法があった。 また、軟弱地盤を改良するために回転軸の下端に堀削
刃体と撹拌翼を連設し、同刃体による堀削孔中にて、堀
削土と、別途に注入したモルタル等の硬化剤によって軟
弱地盤の改良を行う地盤改良装置があった。 （ハ） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、改良を要する地盤は、地質的には堆積
層の場合が多く、かかる堆積層は微細粒のシルト層、又
はピート層、あるいは、種々の土質で互層状に構成され
ている場合が多く、例えば、細粒状の砂層と、微細粒の
シルト層との互層で構成された地層に対して、セメント
系の硬化材を用いて地盤改良を行った場合、シルト層の
部分で硬化の結果が、砂層の部分よりも極端に劣るた
め、充分な地盤強度を得ることができず、そのため、同
強度上のバラツキが派生するという欠点があった。この
欠点を解消するために硬化材を過剰に混入することが行
われているが、これでは、充分な地盤強度及びバラツキ
を小さくすることはできず、また、ピート層に対して
は、硬化の効果を得るのに困難であった。 また、かかる地盤に前以ってセメントと砂とを水で混
練したモルタルを注入して撹拌すると、モルタルが流動
性及び分散性が悪いために、掘削土組織の空隙にモルタ
ルが浸入して混合が完了するまでに時間がかかり、その
ため、混合撹拌途中の混合物の体積が増加して同混合物
が地表に溢れ出し圧密の効果が減少して地盤改良の効果
が充分でなく、更にこの溢れ出した掘削土を捨土するた
めに運搬しなければならず余分な作業が発生し、また、
モルタルの注入を停止すると注入装置内で砂とセメント
分とが分離して、爾後の作業に支障を来たすという欠点
があった。 （ニ） 問題点を解決するための手段 この発明では、先端に掘削刃体及び撹拌翼を連設した
回転軸と硬化材供給装置とを具備して、回転軸の回転に
より地盤を掘削並びに掘削孔中の掘削土と地盤改良材と
を混合すべく構成した地盤改良装置において、回転軸を
それぞれ管状の内外軸よりなる二重軸に形成し、内外軸
の下端部にバルブケースを設け、同バルブケースに、内
外軸間に形成される空間と連通する供給弁と、外部と連
通する外吐出弁と、バルブケースと内軸とを連通する噴
射弁と、内軸の下端部を開閉する内吐出弁とを設け、各
弁を内外軸の相対回転方向の正逆により開閉切換可能に
連動連結し、かつ、供給弁と外吐出弁と噴射弁は同一の
開閉弁動作を行なうと共に、内吐出弁はこれら各弁とは
反対の開閉弁動作を行なうべく構成してなる地盤改良材
注入装置を提供せんとするものである。 （ホ） 作用・効果 この発明によれば、地盤改良作業を行なう際には、回
転軸を回転させることにより、掘削刃体を回転させつつ
硬化させて、地中に略円柱形状の掘削孔を穿設すること
ができる。この際、掘削土の排出は行わず、掘削刃体及
び撹拌翼が掘削土中に埋没した状態とする。 そして、上記の下降掘削作業中に、内軸中に水を圧入
し、回転軸の回転方向を内軸に対して外軸を回転させる
ことにより、供給弁、外吐出弁及び噴射弁を開弁動作さ
せると共に、内吐出弁を閉弁動作させることにより、噴
射弁からバルブケース中に噴射された水により、同バル
ブケース中に内軸と外軸との間に形成される空間より供
給弁を介して供給された砂等の粉粒体を、外吐出弁を介
して外部に吐出させることができ、同粉粒体を撹拌翼に
よって掘削土と混和させることができる。 この際、粉粒体は、噴射水により強制的に、かつ、円
滑に吐出させることができると共に、水混じりの粉粒体
は撹拌翼により掘削土とスムーズに混和させることがで
きる。 次いで、回転軸を逆回転させながら同回転軸を上昇さ
せることにより、供給弁、外吐出弁及び噴射弁を閉弁動
作させると共に、内吐出弁を開弁動作させて、内軸の先
端からセメントミルク等の硬化材を、前記のように前処
理した掘削土と砂の混合土中に注入して、これらを撹拌
翼により撹拌することができる。 次いで、硬化材の注入を継続させながら回転軸を下降
させて、前工程で注入したセメントミルクと掘削土との
混練を行い、最後に回転軸を引き上げつつ仕上の撹拌を
行うことができる。 このように、掘削孔中の掘削土に、まず粒粉体のみ混
入撹拌することで、硬化材の混入撹拌に先立って土質を
改良し、また掘削土の組織中への粒粉体の分散が速やか
に行われて混合撹拌の混合物の体積増加を抑止するの
で、掘削土の地表への溢れ出しが抑制されて捨土作業が
不要となると共に、圧密効果が充分に高くなる。 その結果前以って土質の改良を行った掘削土に硬化材
の混練が均一に行われることになり、地盤改良結果のバ
ラツキも解消される。 なお、前記したように、前以ってセメントと砂とを水
で混練したモルタルは、流動性及び分散性が悪く、混合
に時間がかかるものであるが、粒粉体の単体は、粘着性
がなく、またモルタルに比べて流動性及び分散性がよい
ことから、掘削土中への侵入つまり混合が円滑かつ短時
間で行われるものである。 （ヘ） 実施例 本発明の実施例を図面にもとづき詳説すれば、（Ａ）
は地盤改良装置を示し、同装置（Ａ）は移動自在のベー
スマシン（１）、硬化材供給装置（２）により構成され
ており、ベースマシン（１）はリーダー（３）により回
転軸（４）を垂直に支持し、リーダー（３）と回転軸
（４）との間に介設したモーター（５）により回転軸
（４）と、同軸（４）下端に連設した堀削刃体（６）及
び撹拌翼（７）を回転させつつリーダー（３）に沿って
同軸（４）を降下せしめて、地盤（Ｇ）に垂直な堀削孔
（Ｈ）を穿設するように構成している。 回転軸（４）は、二重軸、すなわち中空管状の外軸
（９）と、同外軸（９）の内部を挿通した内軸（10）に
より構成されており、回転軸（４）の上端とモーター
（５）との間に介設した二重反転歯車機構（11）によっ
て内外軸（10）（９）が相互に反対方向に回転するよう
に構成されており、内軸（10）は外軸（９）よりも更に
下方に延出して、同内軸（10）下端には堀削刃体（６）
が連設されている。 堀削刃体（６）の上方には、撹拌翼（７）が配設され
ており、撹拌翼（７）は大・中・小撹拌翼体（7a）（7
b）（7c）にて構成されており、各翼体（7a）（7b）（7
c）は側面から見て略台形枠状に形成され、回転軸
（４）を中心として、それぞれ放射状に所定個数配設さ
れている。 小撹拌翼体（7c）は、同翼体（7c）の上下端が外軸
（９）の下端部に固着されており、中撹拌翼体（7b）は
小撹拌翼体（7c）よりも大なる略台形枠状に形成され、
小撹拌翼体（7c）の外側を囲繞した状態で配設されてお
り、中撹拌翼体（7b）の下端は内軸（10）の下端に固着
され、同上端は小撹拌翼体（7c）上端の固着位置の上方
にて外軸（９）に軸支されており、大撹拌翼体（7a）は
中撹拌翼体（7b）の外側を囲繞して、その上端を外軸
（９）に固着させ、同下端を内軸（10）にて軸支してい
る。 従って、中撹拌翼体（7b）は大小撹拌翼体（7a）（7
c）の中間でこれらとは反対方向に回転することにな
る。 また、回転軸（４）の下端部には第２図で示す地盤改
良材注入装置（Ｂ）が設けられており、同装置（Ｂ）
は、外軸（９）の上端に、中空管状の外軸（９）の内部
と連通したホッパー（14）（第１図参照）を設けてお
り、ホッパー（14）下方の内軸（10）の外周面には、ス
クリュー（15）を連設して、外軸（９）よりも小径の搬
送内筒（16）にて囲繞し、同内筒（16）の上端縁を略漏
斗状の整形筒（17）を介して外軸（９）の内周面と連結
し、同下端は下方に開口せしめて、同開口端縁を斜めに
切欠している。 従って、後記の円板（12）上に落下堆積する粒粉体
（８）が自己調圧作用により搬送内筒（16）下端の斜め
切欠開口端の上端よりも上方へは盛上らない。 更に、搬送内筒の下方には、第３図、第４図で示すよ
うに、内軸（10）の外周面に略リング状の円板（12）を
連設して外軸（９）内周面と内軸（10）外周面とで形成
された空間の下端を閉塞しており、同円板（12）の下面
に略リング状のバルブ円板（13）を内軸（10）及び外軸
（９）まわりに回動自在に周設させて供給弁（38）を構
成しており、同弁（38）は双方の円板（12）（13）に同
形状の上下バルブ孔（18）（18′）を穿設して、両方の
孔位置が一致したときは、円板（12）上に堆積した粒粉
体（８）が下方に流出し、一致しないときは粒粉体
（８）の流下を停止させるようにしている。 そして、円板（12）に対しバルブ円板（13）を回動さ
せるために、バルブ円板（13）の下面に枢軸（19）を突
設し、同枢軸（19）に略へ字形状の係合爪（20）の基端
を回動自在に枢着し、同爪（20）の先端（20a）を外側
方に付勢（21）して、同先端（20a）を外軸（９）の内
周面に摺接させると共に、外軸（９）の内周面に係合突
起（22）を突設して、第３図上において内軸（10）に対
して外軸（９）が左回転する際は、係合爪の先端（20
a）に係合突起（22）が当接しても、同爪先端（20a）が
内側方向に逃げて同突起（22）を素通りさせ、右回転の
場合は係合突起（22）が同爪先端（20a）と外軸（９）
内周面との間に喰い込んで、同爪（20）を介してバルブ
円板（13）を右回動させる。 なお、バルブ円板（13）には、内軸（10）を中心とし
た略円弧状の長孔（23）を穿設しており、同長孔（23）
に円板（12）の下面に突設したエスケープピン（24）を
挿入して、円板（12）に対するバルブ円板（13）の回動
範囲を上下バルブ孔（18）（18′）の開閉に充分なスト
ロークに制限しており、更に同ピン（24）は、長孔（2
3）の終端位置において、同ピン（24）の側面が係合爪
（20）の屈折内側端面（20b）に当接して同爪（20）の
先端（20a）を押し上げ、同先端（20a）と係合突起（2
2）との係合を解除するようにしている。 そして、上記のような係合爪（20）は、長孔（23）の
両端に対称に配設されており、従って、内軸（10）に対
し外軸（９）が右回転のときは上下バルブ孔（18）（1
8′）を一致させて開状態とし、左回転のときは閉状態
とするものであり、外軸（９）の一方向の回転が継続し
ても、一旦開又は閉状態になるまでバルブ円板（13）が
回動すると長孔（23）中のエスケープピン（24）が係合
爪（20）の先端（20a）を押し上げているので係合突起
（22）が素通りして上記の開又は閉状態が保持され、開
閉状態の切換は内軸（10）対する外軸（９）の回転方向
の正逆切換によってのみ行われる。 また、上記係合突起（22）は外軸（９）の内周面の等
分位置に多数配設しており、若し何等かの原因で上下バ
ルブ孔（18）（18′）が半開きの状態になっても、半開
きの状態では係合爪先端（20a）が係合可能の位置にあ
るため、次の係合突起（22）により直ちに所定の開又は
閉状態になるまでバルブ円板（13）を回動させることに
よって開閉状態保持を確実にしている。 また、バルブ円板（13）の下方には、内軸（10）に連
設したバルブケース（25）を設けており、同ケース（2
5）は、有底の略円筒状で同ケース（25）の上端縁は、
同ケース（25）の内部に内軸（10）を中心として回動自
在に収納したバルブ筒体（26）の上端部を中間に介在さ
せて外軸（９）の下端部とオーバーラップしている。 バルブケース（25）とバルブ筒体（26）との間には外
吐出弁（27）が構成されており、同弁（27）はバルブ筒
体（26）とバルブケース（25）の側面にそれぞれ略方形
状の内外バルブ孔（28′）（28）を設け、両方のバルブ
孔（26a）（25a）位置が一致すると同弁（27）が開き、
一致しないときは同弁（27）を閉じるようにしており、
バルブケース（25）に対してバルブ筒体（26）を回動さ
せるために第５図、第６図の展開図で示すようにバルブ
筒体（26）の内側面に枢軸（19′）を突設し、同枢軸
（19′）に略三角形状の係合爪（20′）の基端を回動自
在に枢着し、同爪（20′）の先端（20′ａ）を、外軸
（９）の外側面に突設した係合突起（22′）を突設し
て、第４図上においてバルブケース（25）に対し外軸
（９）が左方向に回動する際は、係合爪の先端（20′
ａ）が係合突起（22′）に当接しても同爪先端（20a）
が上方向に逃げて同突起（22′）を素通りさせ、右方向
回動の場合は係合突起（22′）が同爪先端（20′ａ）と
係合してバルブ筒体（26）を右方向に回動させる。 なお、バルブ筒体（26）の側面には水平に長孔（2
3′）を穿設しており、同長孔（23′）にバルブケース
（25）の内側面に突設したエスケープピン（24′）を挿
入して、バルブケース（25）に対するバルブ筒体（26）
の回動範囲を内外バルブ孔（28′）（28）の開閉に充分
なストロークに制限しており、更に同ピン（24′）は長
孔（23′）の終端位置において、同ピン（24′）の側面
が係合爪（20′）の下端縁（20′ｂ）に当接して同爪
（20′）の先端（20a′）を押し上げ、同先端（20′
ａ）と係合突起（22′）との係合を解除するようにして
いる。 そして、上記のような係合爪（20′）は長孔（23）の
両端に対称に配設されており、従って、内軸に対し外軸
（９）が右回転のときは内外バルブ孔（28′）（28）が
一致して外吐出弁（27）が開き、左回転のときは同弁
（27）を閉じるものであり、一旦開又は閉状態になるま
でバルブ筒体（26）が回動すると、外軸（９）が回転を
継続しても、長孔（23′）中のエスケープピン（24′）
が係合爪（20′）の先端（20′ａ）を押し上げているの
で、係合突起（22′）が素通して、上記の開又は閉状態
が保持され、開閉状態の切換は内軸（10）に対する外軸
（９）回転方向の正逆切換によってのみ行われる。 また、バルブケース（25）の内底面位置に当る内軸
（10）側壁に切欠部（29）を設けて、同切欠部（29）を
介してバルブ筒体（26）の底板（26a）の一部を内軸（1
0）の内部に延出（30）させており、延出部（30）と同
延出部（30）の下方の内軸（10）内側面に連設した閉塞
円板（31）との間に内吐出弁（32）を構成している。 内吐出弁（32）は、延出部（30）を略円板状に形成し
て、同延出部（30）と閉塞円板（31）としてそれぞれ略
放射状に上下バルブ孔（33）（33′）を穿設し、バルブ
筒体（26）と一体の延出部の回動により内吐出弁（32）
を開閉させるようにしている。 上記のように内外吐出弁（32）（27）は互いに連動し
て作動するのであるが、特に、各弁（32）（27）の開閉
作動を交互に、すなわち、内吐出弁（32）が開のときは
外吐出弁（27）が閉、内吐出弁（32）が閉のときは外吐
出弁（27）が開となるように各バルブ孔（28）（2
8′），（33）（33′）の位置を設定している。 また、上記延出部（30）の上面には、内軸（10）の内
側面に近接して内筒（34）を立設し、内軸（10）と内筒
（34）との間に噴射弁（37）を構成しており、同弁（3
7）は内吐出弁（32）が閉のとき、同内筒（34）の側壁
に穿設した内噴射孔（35）を、バルブケース（25）の外
バルブ孔（28′）対向した内軸（10）側壁に穿設した外
噴射孔（35′）と一致させて内軸（10）の内部をバルブ
ケース（25）の内部に連通させるようにしている。 なお、図中（36）は、液状硬化材を注入するためのホ
ースを示し、同ホース（36）は、硬化材供給装置（２）
中に内蔵した硬化材ポンプと連通しており、同ホース
（36）先端のスイベル（36a）を介し内軸（10）中に液
状硬化材又は水を圧入するものである。 また、（39）は内軸（10）下端に連設したノズルを示
す。 この発明の実施例は上記のように構成されており、地
盤改良作業に際し、まずモーター（５）の作動より回転
軸（４）を介して掘削刃体（６）を回転させつつ降下さ
せて、地中に略円柱形状の掘削孔（Ｈ）を穿設するもの
であるが、この際掘削土の排出は行わず、掘削刃体
（６）及び撹拌翼（７）が掘削土中に埋没した状態とす
る。 なお、上記の下降掘削作業中、ホッパー（14）に砂な
どの粒粉体（８）を供給し、内軸（10）中に硬化材供給
装置（２）から水を圧入し、回転軸（４）の回転方向を
内軸（10）対し外軸（９）を右回転させて、供給弁（3
8）、外吐出弁（27）及び噴射弁（37）を開、内吐出孔
（32）を閉とすることで噴射弁（37）からバルブケース
（25）中に噴射された水により、同ケース（25）中に供
給弁（38）を介して落下して粒粉体（８）が外吐出弁
（27）を介して外部に吐出され撹拌翼（７）よって掘削
土と混和される。 次いで、回転軸（４）を逆回転させながら同軸（４）
を上昇させることにより、供給弁（38）、外吐出弁（2
7）及び噴射弁（37）を閉、内吐出孔（32）を開として
内軸（10）先端のノズル（39）からセメントミルク等の
硬化材を、前記の掘削土と砂の混合土中に注入撹拌す
る。 次いで、硬化材の注入を継続しながら回転軸（４）を
下降させて、前工程で注入したセメントミルクと掘削土
との混練を行い、最後に回転軸（４）を引きげつつ仕上
の撹拌を行う。 上記のように地盤改良に際し、硬化材の注入に先立っ
て、掘削土中に粒粉体を混入して土質を改善して、しか
るのち硬化材を混入するようにしたので、前記の問題点
を解消することができる。 なお、上記地盤改良部分は、硬化材と掘削土及び粒粉
体（８）との混練物の養生期間を経過して効果を発する
ものであり、養生期間中に連続して相互にラップした状
態に多数の地盤改良作業を行うことにより、地盤に広範
囲に連続した地盤改良工事を行うことができ、また一列
に連続して施工することにより地盤中に土止め又は止水
のための地中連続壁体を築造することもできる。 特に改良を要する地盤に対し、堀削孔（Ｈ）の堀削
後、硬化材注入に先立って、各地層に対し粒粉体を注入
して混練することにより、同砂等が硬化地盤の骨材とな
り圧力を負担するので強力な地盤改良を行うことができ
る。なお、本発明に用いる粒粉体には砂のほかに、粒状
炉滓、パーライトなどの粒状発泡体等を用いることも可
能である。 また、本発明装置によれば、粒粉体だけを地層に混入
撹拌すること、また硬化材のみを混入撹拌することも、
また両者を同時に行うことも可能であり、更に、粒粉体
のかわりに紛状硬化材を土中に注入することができるこ
とから、スラリー状硬化材用の地盤改良装置と、粉状硬
化材用の装置の両方を兼用することができ、従来、二種
の装置を要したものが一台の本発明装置ですむことにな
る。 更に、本発明装置での地盤改良に鋼材等とを組合わせ
ることにより、現地土を利用して建造物の支持杭を造成
することができ、捨土の必要がなくなることから特に都
市部において捨土場所、捨土運搬の必要がなくなり、工
事の隘路の一部が解消される。 また、粒粉体の土中への吐出口に弁を設けたことで、
粒粉体の吐出を停止しても、掘削土が装置中に逆流する
ことが防止されているため、例えば、粉状固化材を使用
して水底の地盤改良等を行う場合、従来装置では、装置
中に水又は泥土の侵入を防止するために、装置を溝底の
地盤から除去する際も同装置内に圧力をかけておく必要
があり、そのため装置を抜去したときに上記圧力で噴出
した流体により折角改良した地盤の頭部が破壊されると
いう欠点があったが、本発明装置では、圧力をかけずと
も水及び泥土の侵入が防止されるので、流体噴出による
同頭部の破壊がなく、確実な水底地盤の改良が行われる
という利点がある。 上記のように、本発明によれば、改良地盤の強度を高
めると共に、同地盤改良の適用範囲を含水比が特に高い
シルト層、又は空隙率が特に高いピート層等の超柔軟地
盤にまで適用範囲を拡大するという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明による地盤改良材注入装置を有する地
盤改良装置の全体側面図。 第２図は、本発明の要部を示す縦断面図。 第３図は、第２図Ｉ−Ｉ断面図（供給弁及び外吐出弁
閉） 第４図は、第２図Ｉ−Ｉ断面図（供給弁及び外吐出弁
開） 第５図は、第３図III−III断面展開図（外吐出弁閉） 第６図は、第４図IV−IV断面展開図（外吐出弁開） 第７図は、第２図II−II断面図（内吐出弁開） 第８図は、第２図II−II断面図（内吐出弁閉） （Ａ）：地盤改良装置 （Ｇ）：地盤 （Ｈ）：掘削孔 （２）：硬化材供給装置 （４）：回転軸 （６）：掘削刃体 （９）：外軸 （10）：内軸 （27）：外吐出弁 （32）：内吐出弁

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．先端に掘削刃体（６）及び撹拌翼（７）を連設した
   回転軸（４）と硬化材供給装置（２）とを具備して、回
   転軸（４）の回転により地盤（Ｇ）を掘削並びに掘削孔
   （Ｈ）中の掘削土と地盤改良材とを混合すべく構成した
   地盤改良装置（Ａ）において、 回転軸（４）をそれぞれ管状の内外軸（10）（９）より
   なる二重軸に形成し、内外軸（10）（９）の下端部にバ
   ルブケース（25）を設け、同バルブケース（25）に、内
   外軸（10）（９）間に形成される空間と連通する供給弁
   （38）と、外部と連通する外吐出弁（27）と、バルブケ
   ース（25）と内軸（９）とを連通する噴射弁（37）と、
   内軸（９）の下端部を開閉する内吐出弁（32）とを設
   け、各弁（38）（27）（37）（32）を内外軸（10）
   （９）の相対回転方向の正逆により開閉切換可能に連動
   連結し、かつ、供給弁（38）と外吐出弁（27）と噴射弁
   （37）は同一の開閉弁動作を行なうと共に、内吐出弁
   （32）はこれら各弁（38）（27）（37）とは反対の開閉
   弁動作を行なうべく構成してなる地盤改良材注入装置。