JP6196482B2 - 傾斜状撹拌翼及びこれを備える地中撹拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉛直方向、左右水平方向及び前後水平方向に対して３次元の傾斜を有する、排土抑制に優れる傾斜状撹拌翼及びこれを備える地中撹拌装置に関するものである。

建築物、擁壁および工作物などを地盤上に構築する場合、これら構造物の基礎として、セメントスラリーと土を撹拌混合し固化した柱状杭を地盤中に多数造成することがある。従来、これらの柱状杭を地盤中に多数造成する装置としては、図２１に示す柱状杭造成装置が知られている（特開２００６−２８３４３８号公報）。

この柱状杭造成装置１００は、中空攪拌軸１０１の先端側に両翼を有する掘削翼１０２を設け、掘削翼１０２の付け根から軸中心で９０度離れた攪拌軸の側面に、地上の固化材スラリー供給手段に連通する固化材スラリー吐出口１０３を設けたものである。なお、符号１０４は攪拌翼、１０５は共回り防止板である。この柱状杭造成装置１００を用いて地盤に柱状杭を造成する場合、中空攪拌軸の先端を、施工する柱状杭の芯に合わせて攪拌軸を回転させて貫入しつつ、該固化材スラリー吐出口１０３から固化材スラリーを吐出し、攪拌翼１０４の回転により、原地盤土と攪拌混合させつつ柱状杭を造成するものである。

特開２００６−２８３４３８号公報（従来技術欄）

しかしながら、従来の柱状杭造成装置１００の撹拌軸を回転し、固化材と原地盤土を攪拌混合しつつ柱状杭を造成する際、撹拌により撹拌土が体積を増しつつ上昇し、地上に多量の排土１０７が排出される。また、貫入時に固化材を吐出せず、引き抜き時に固化材と吐出する工法であっても、貫入時における土壌撹拌による地上への排土１０７は相当な量となる。これらの排土１０７は、処分費が嵩むと共に、新たに排土処分工程が必要となるという問題を惹起する。なお、固化材を含んだ排土は、産業廃棄物であり、環境負荷となり処分方法に種々の問題が発生する。従って、排土１０７の発生を抑制する撹拌翼及びこれを備える地中撹拌装置の開発が望まれていた。

従って、本発明の目的は、排土抑制に優れる撹拌翼及びこれを備える地中撹拌装置を提供することにある。

かかる実情において、本発明者等は鋭意検討を行った結果、撹拌翼の中心軸又は翼面が、撹拌軸を基準として、鉛直方向、左右水平方向及び前後水平方向の３次元の傾斜を有する撹拌翼であれば、撹拌軸の回転により翼の外面で受ける回転圧を削孔壁面に向けることができ、大部分の排土を削孔壁面に押しやり、地上への排土を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、撹拌軸の軸方向に対して直交方向に延びる水平部材に付設される撹拌翼であって、該撹拌翼を鉛直方向に切断した際の切断線と該水平部材とが傾斜して交差し、該撹拌翼を水平方向に切断した際の切断線と該水平部材とが傾斜して交差していることを特徴とする傾斜状撹拌翼を提供することにある。

また、本発明は、前記傾斜状撹拌翼を備えることを特徴とする地中撹拌装置を提供することにある。

本発明によれば、土壌撹拌する際、撹拌軸の回転により傾斜状撹拌翼（以下、単に「撹拌翼」とも言う。）の翼面（外面）で受ける回転圧を削孔壁面に向けることができ、大部分の排土を削孔壁面に押しやることができる。このため、地上に出る排土の発生を抑制できる。また、削孔壁面の圧密度を高めることができるため、固化材投入による柱状杭造成工法以外にも、例えば道路標識ポール、電柱等の埋め込みの際、削孔壁面の崩落を防止しつつ、地中貫入が行える。

本発明の第１の実施の形態における撹拌翼及びこれを備えた地中撹拌装置の簡略斜視図である。 図１の側面図である。 図１の平面図である。 図１の姿勢における撹拌翼の拡大図であり、鉛直方向に切断した際の切断線と水平部材の関係を示した図である。 図３の姿勢における撹拌翼の拡大図であり、水平方向に切断した際の切断線と水平部材の関係を示した図である。 第１の実施の形態例の撹拌翼の傾斜を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）の左側面図、（Ｃ）は（Ｂ）の水平部材ｓを所定の角度β_２でＺ_１方向に回転した後の図である。 図１の地中撹拌装置を使用した土壌撹拌方法における撹拌翼の作用を説明する図である。 図１の撹拌翼の改良型（第２の実施の形態における撹拌翼）を説明する図である。 図８の撹拌翼を翼面の直交方向から見た図である。 本発明の第３の実施の形態における撹拌翼及びこれを備えた地中撹拌装置の簡略斜視図である。 図１０の側面図である。 図１０の平面図である。 図１０の姿勢における撹拌翼の拡大図であり、鉛直方向に切断した際の切断線と水平部材の交わりを示した図である。 図１２の姿勢における撹拌翼の拡大図であり、水平方向に切断した際の切断線と水平部材の交わりを示した図である。 第３の実施の形態例の撹拌翼の傾斜を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図、（Ｃ）は（Ｂ）の水平部材ｃを所定の角度β_４でＺ_２方向に回転した後の図である。 図１０の地中撹拌装置を使用した土壌撹拌方法における撹拌翼の作用を説明する図である。 第４の実施の形態例における撹拌翼を備えた地中撹拌装置の簡略正面図である。 図１７の側面図である。 第５の実施の形態例における撹拌翼を備えた地中撹拌装置の簡略正面図である。 図１９の側面図である。 従来の地中撹拌装置の説明図である。

本発明の第１の実施の形態における撹拌翼及びこれを用いた地中撹拌装置を図１〜図９を参照して説明する。本明細書中、鉛直方向、水平方向及び水平とは特段の説明がない限り、撹拌軸が鉛直方向に延びる姿勢における方向を言う。図４及び図５において、水平部材２は直線で描き簡略記載とした。

撹拌翼１０は、撹拌軸１の軸方向に対して直交方向に延びる水平部材２に付設される撹拌翼であって、撹拌翼１０を鉛直方向（図４のＸ_１方向）に切断した際の切断線１３ａと水平部材２とが傾斜して交わり、撹拌翼１０を水平方向（図５のＹ_１方向）に切断した際の切断線１３ｂと水平部材２とが傾斜して交わるものである。本発明において、撹拌軸１と水平部材２は固定されており、水平部材２と撹拌翼１０は固定されている。なお、本明細書中、水平部材２が撹拌軸１に対して回動するような記載があるが、これは本発明の撹拌翼の傾斜又は傾斜角度を判り易くするための説明用の記載である。

撹拌翼１０は、撹拌貫入時、撹拌軸１の正回転と貫入により、螺旋状の軌道を採り、土壌撹拌しつつ地中に進行し、引き抜き時、撹拌軸１の逆回転と引き抜きにより、螺旋状の軌道をとりつつ地表に引き上げられる。

従来の撹拌翼（例えば、図２１の符号１０４）は、側面視で傾斜する傾斜面を有しているため、撹拌され体積が増した撹拌土壌は、地上に排土１０７として排出されていた。しかし、本例の撹拌翼１０は、３次元の傾斜を有するため、地上への排土を抑制できる。

撹拌翼１０の先端には、従来の地中撹拌装置や柱状杭造成装置と同様に、掘削翼１１が付設されている。掘削翼１１は、水平翼本体１１１に掘削ビット１１２を付設したものであり、撹拌軸１の回転及び貫入により、地盤への貫入を容易とするものである。

水平部材２は、撹拌翼１０と撹拌軸１を連結するものであり、撹拌軸１の軸方向に対して直交方向に延びている。水平部材２の断面形状は、特に制限されず、円形、楕円形、不定形のいずれであってもよい。特に、公知の地中撹拌装置や柱状杭造成装置の撹拌翼（例えば、図２１の符号１０４）を水平部材として利用してもよい。この場合、本発明の撹拌翼１０は、水平部材（従来の撹拌翼１０４）にボルト締めあるいは溶接等により接合すればよい。これにより、水平部材２の新たな設置を省略できる。

撹拌翼１０の傾斜を特定するための水平部材２の基準は、水平部材２を軸とみなし、撹拌軸１から水平方向に延びる水平部材２の仮想軸芯とすればよい（図４及び図５における符号２）。水平部材２は、撹拌軸１の軸芯を中心に両方向に延びたものが、撹拌翼１０を両翼にすることができ、排土抑制を効果的に行える点で好ましい。

撹拌翼１０は、土壌を撹拌するものであり、水平部材２に３次元の傾斜を有して固定される。撹拌翼１０は、撹拌軸１を中心に両翼とすることが好ましい。本例の撹拌翼１０は、図１に示すように、左右対称のＶ字形状であり、鉛直方向（図４のＸ_１方向）に切断した際の切断線１３ａと水平部材２が傾斜角α_１の傾斜で交わり、水平方向（図５のＹ_１方向）に切断した際の切断線１３ｂと水平部材２が傾斜角β_１の傾斜で交わるものである。なお、切断線１３ａ又は切断線１３ｂと水平部材２が傾斜で交わるとは、切断線１３ａ又は切断線１３ｂと水平部材２が直交又は水平で交わるものではないことを意味する。

鉛直方向の切断とは、水平部材２の中心軸を通り、且つ撹拌軸１の上下方向に延びる軸芯方向に切断することを意味する。水平方向の切断とは、水平部材２の中心軸を通り、且つ撹拌軸１の上下方向に延びる軸芯方向の直交方向に切断することを意味する。なお、撹拌翼１０の鉛直方向及び水平方向の切断部分は面であるが、傾斜を特定する場合、その切断面の中心をとればよい。本例の場合、傾斜角α_１及び傾斜角β_１は共に、鈍角である（図４及び図５参照）。

本発明の撹拌翼において、前記の如く、鉛直方向及び水平方向の２箇所の切断線１３ａ、１３ｂと水平部材２が傾斜して交わるものは、撹拌翼１０が均一な翼厚を有する板状体のような場合、翼面１２、１３が、撹拌軸１が鉛直方向に延びる姿勢において、鉛直方向、左右水平方向及び前後水平方向の３次元の傾斜をしていることになる。また、撹拌軸が鉛直方向に延びる姿勢における正面視、側面視及び平面視において、撹拌翼１０の翼面（裏面）１２又は翼面（外面）１３が表われることになる。なお、例えば図６（Ａ）のような正面視で傾斜姿勢を採り、側面視で傾斜姿勢を採らない撹拌翼Ａの場合、水平方向に切断した際の切断線と水平部材２がなす角度は直角であり、傾斜状には交わらない。

撹拌翼１０は、図１及び図２に示すように、外側の翼面１３が、傾斜状で正回転方向を向いている。これにより、撹拌翼１０の外側の翼面１３が外側で且つ斜め下方を向くため、先端の掘削翼１１の掘削により上がってくる排土を削孔壁面５１に向けることができ、地上への排土の発生を抑制できる。なお、正回転方向とは、撹拌軸１の回転により、先端の掘削翼１１が地盤に食い込む方向を言い、通常、上から見て、時計の針の回転方向（図１の符号Ｒ）である。

撹拌翼１０の傾斜角度を別の観点から説明する。すなわち、撹拌翼１０の傾斜姿勢は、図６（Ａ）及び（Ｂ）の姿勢から、仮に水平部材ｓが撹拌軸１に対して回動自在として、図６（Ｂ）の符号Ｚ_１方向（右回転）へ角度（９０度−β_２）で回転した後のものである。なお、図６（Ａ）及び（Ｂ）は、撹拌翼１０の傾斜を説明するものであり、本発明の撹拌翼１０を示すものではない。すなわち、図６（Ａ）の撹拌翼Ａは、水平部材ｓに対して直角に取り付けた後、（α_２）度（撹拌翼Ａの水平部材ｓに対する撹拌軸側の角度）の傾斜角度で両翼がＶ字翼形状となるように取り付けたものである。

（α_２−９０度）としては、２２度±１１度が好ましく、特に好ましくは２２度±６度である。また、β_２としては、２２度±１１度が好ましく、特に好ましくは２２度±６度である。傾斜角α_２及びβ_２は、大き過ぎても、小さ過ぎても、回転トルク負荷が大きくなる。図６（Ｃ）の撹拌翼１０は、図２の撹拌翼１０と同じである。このような撹拌翼１０は、３次元の傾斜を有するため、平面視で見ると、貫入時、図３の外側の二点鎖線と内側の二点鎖線で囲まれる符号Ｍで示す部分を撹拌することになる。例えば、図６（Ａ）や図１５（Ａ）に示すような正面視で傾斜角を有する撹拌翼Ａ、Ｂの場合、符号ｍで示す狭い範囲の撹拌となり、実質的に撹拌は行われないものとなり、且つ排土を削孔壁面５１に向けることはできないものである。

撹拌翼１０の翼形状は、特に制限されず、本例のような略長方形又は長方形の板状体の他、菱形の板状体、楕円形の板状体、円形の板状体が挙げられる。また、翼厚みは均一の板状体が好ましいが、これに限定されず、例えば翼の表面１２又は翼の裏面１３に補強リブとなる突起が形成されていても、また翼の表面１２又は翼の裏面１３は、僅かな凹状面や凸状面を呈していてもよい。なお、補強リブを有する翼形状の場合、傾斜の基準となるものは、補強リブを無視した板状体の面であり、翼面が起伏を持つものは、均一厚みに均した際の翼面とすればよい。

次に、第１の実施の形態における地中撹拌装置２０を使用した地中撹拌方法について、図７を参照して説明する。地中撹拌装置２０は、撹拌翼１０及び先端に掘削翼１１を備える。また、地中撹拌装置２０には、従来の地中撹拌装置と同様に、掘削翼１１の付け根から軸中心で９０度離れた撹拌軸１の側面に、不図示の地上の固化材スラリー供給手段に連通する固化材スラリー吐出口を、あるいは水平部材の上方又は下方に共回り防止板をそれぞれ設置してもよい。

地中撹拌装置２０を用いて、貫入工程と引き抜き工程を行う。貫入工程においては、撹拌軸１の軸芯を削孔予定中心に位置させ、正回転方向に回転しつつ、撹拌軸１を地中に貫入させる。これにより、撹拌軸１の掘削翼１１が地盤に食い込み、原地盤土を掘削する。この際、掘削された土壌は、上方に排出される（符号ｐ方向）。

次いで、撹拌翼１０により、地盤は撹拌される。撹拌領域は、平面視は、図３の符号Ｍで示すような、円形の真ん中をくり抜いた輪形状であり、深さ方向は、撹拌翼高さの螺旋形状である。すなわち、撹拌翼１０は回転しつつ、緩やかな斜め下方に進む（図７中の符号ｗ）。撹拌翼１０は、３次元の傾斜で、外側の翼面１３が斜め下方を向いている。このため、撹拌軸１の回転により翼面１３で受ける回転圧を斜め下方（図３及び図７の符号ｐ_１）、すなわち、削孔壁面５１に向けることができ（図７中、符号ｐ_１）、大部分の排土を削孔壁面５１に押しやることができる。このため、地上へ排土を排出することがない。また、削孔壁面の圧密度を高めることができる。また、撹拌翼１０は、図３に示すように、平面視での翼面の投影面積が小であるため、回転トルクの負荷を低減することができる。

他方、本発明の撹拌翼に相当しない、例えば、図６（Ａ）に示すような正面視で傾斜角を有し、側面視で傾斜角を有さない撹拌翼Ａの場合、撹拌領域は顕著に狭くなると共に、実質的に排土を削孔壁面５１に押しやることができない。また、例えば、図６（Ａ）に示すような撹拌翼Ａを、水平部材２はそのままで水平方向に９０度回転させた撹拌翼では、翼面の幅全体が回転方向に向くため、撹拌が大となるものの、撹拌抵抗が大となり、且つ排土を削孔壁面５１に押しやることができない。このように、貫入工程においては、先端の掘削翼１１により、掘りあげられた土壌は、全部ではないものの殆どの土壌が削孔壁面５１に押しやられることになる。

引き抜き工程においては、撹拌された土壌中を、撹拌軸１を逆方向に回転させながら引き抜くことになる。この際、撹拌翼１０の裏面１２が、土壌を内側斜め上方に押しやることになる。これは排土を促進する作用となるものの、貫入工程において、ほとんどの土壌が削孔壁面５１に押しやられており、更に引き抜き工程における地盤は既に撹拌された土壌となっているため、地上への排出はそれほど多くはない。また、撹拌翼１０は、図６（Ａ）の撹拌翼Ａと比べると、平面視での翼面の投影面積が小であるため、回転トルクの負荷を低減できる。

次に、本発明の第２の実施の形態における撹拌翼を、図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９において、図１〜図７と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図８及び図９の撹拌翼１０ａにおいて、図１〜図７の撹拌翼１０と異なる点は、翼の一部を削除し、受圧面を小さくした点にある。図８は図２と同様で、両翼の撹拌翼を左側面から見た手前の撹拌翼１０ａを示したものである。

図８に示すように、撹拌翼１０ａは、翼高さＨが撹拌高さとなって、緩やかな螺旋軌道を撹拌する。このため、図９の斜線部分を削除しても翼高さＨは同じであるため、撹拌効率は二点鎖線で示す撹拌翼１０と同様である。また、撹拌翼１０ａは、撹拌翼１０に比べて平面視での翼面の投影面積が小となるため、貫入抵抗及び引き抜き抵抗を低減できる。また、撹拌翼１０ａは、撹拌翼１０に比べて材料費を低減できる。第２の実施の形態における撹拌翼１０ａ及びこれを有する地中撹拌装置２０ａは、第１の実施の形態における撹拌翼１０及びこれを有する地中撹拌装置２０と同様の効果を奏する。

次に、本発明の第３の実施の形態における撹拌翼及びこれを用いた地中撹拌装置を、図１０〜図１６を参照して説明する。図１３及び図１４において、水平部材２は直線で描き簡略記載とした。図１０〜図１６において、図１〜図７と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図１０〜図１６の撹拌翼１０ｂにおいて、図１〜図７の撹拌翼１０と異なる点は、撹拌翼の設置傾斜を変更した点である。

すなわち、撹拌翼１０ｂの水平部材２に対する設置位置は、図２の撹拌翼１０を水平部材と共に、９０度、右回転した位置である。本例の撹拌翼１０ｂは、図１０に示すように、左右対称の逆Ｖ字形状であり、鉛直方向（図１３のＸ_２方向）に切断した際の切断線１３ｃと水平部材２が傾斜角α_３の傾斜で交わり、水平方向（図１４のＹ_２方向）に切断した際の切断線１３ｂと水平部材２が傾斜角β_３の傾で交わったものである。本例の場合、傾斜角α_３は鋭角であり、傾斜角β_３は鈍角である。

撹拌翼１０ｂは、図１０に示すように、外側の翼面１３が、傾斜して正回転方向を向いている。これにより、撹拌翼１０ｂの外側の翼面１３が外側で且つやや上方を向くため、先端の掘削翼１１により上がってくる排土を削孔壁面５１に向けることができ、排土抑制を高めることができる（図１６参照）。

撹拌翼１０ｂの傾斜角度を別の観点から説明する。すなわち、撹拌翼１０ｂは、図１５（Ａ）及び（Ｂ）の姿勢から、仮に水平部材ｓが撹拌軸１に対して回動自在として、図１５（Ｂ）の符号Ｚ_２方向（左回転）へ角度β_４で回転した後のものである。図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、撹拌翼１０ｂの傾斜を説明するものであり、本発明の撹拌翼１０ｂを示すものではない。すなわち、図１５（Ａ）の撹拌翼Ｂは、水平部材ｓに対して直角に取り付けた後、（α_４）の角度で両翼が逆Ｖ字翼形状となるように取り付けたものである。

（α_４）としては、６８度±１１度が好ましく、特に好ましくは６８度±６度である。また、β_４としては、２２度±１１度が好ましく、特に好ましくは２２度±６度である。傾斜角α_４及びβ_４は、大き過ぎても、小さ過ぎても、回転トルク負荷が大きくなる。図１５（Ｃ）の撹拌翼１０ｂは、図１１の撹拌翼１０ｂと同じである。このような撹拌翼１０ｂは、３次元の傾斜を有するため、平面視で見ると、貫入時、図１２の外側の二点鎖線と内側の二点鎖線で囲まれる符号Ｍで示す部分を撹拌することになる。

次に、第３の実施の形態における撹拌翼１０ｂを備えた地中撹拌装置２０ｂを使用した地中撹拌方法について、図１６を参照して説明する。地中撹拌装置２０ｂを用いて、貫入工程と引き抜き工程を行う。貫入工程においては、撹拌軸１の軸芯を削孔予定中心に位置させ、正回転方向（図１６中の符号ｗ）に回転しつつ、撹拌軸１を地中に貫入させる。先ず、撹拌軸１の掘削翼１１が地盤に食い込み、原地盤土を掘削する。この際、掘削された土壌は、上方に排出される（符号ｐ方向）。

次いで、撹拌翼１０ｂにより、掘削された地盤は撹拌される。撹拌領域は、平面視は、図１２の符号Ｍで示すような、円形の真ん中をくり抜いた輪形状であり、深さ方向は、撹拌翼高さの螺旋形状である。すなわち、撹拌翼１０ｂは回転しつつ、緩やかな斜め下方に進む。撹拌翼１０ｂは、３次元の傾斜で、外側の翼面１３が斜め上方を向いている。このため、撹拌軸１の回転により翼面１３で受ける回転圧を斜め上方（図１２及び図１６の符号ｐ_２）、すなわち、削孔壁面５１に向けることができ、大部分の排土を削孔壁面５１に押しやることができる。このため、地上へ排土を排出することがない。また、削孔壁面の圧密度を高めることができる。また、撹拌翼１０ｂは、平面視での翼面の投影面積が小であるため、回転トルクの負荷を低減できる。

引き抜き工程においては、撹拌された土壌中を、撹拌軸１ｂを逆方向に回転させながら引き抜くことになる。この際、撹拌翼１０ｂの裏面１２が、土壌を内側に押しやることになる。また、撹拌翼１０ｂは、図１５（Ａ）の撹拌翼Ｂと比べると、平面視での投影面積が小であるため、引き抜き抵抗も低減でき、更に撹拌土壌中を引き抜かれるため、更に引き抜き抵抗が小となる。第３の実施の形態における撹拌翼１０ｂ及びこれを有する地中撹拌装置２０ｂは、第１の実施の形態における撹拌翼１０及びこれを有する地中撹拌装置２０と同様の効果を奏する。

次に、本発明の第４の実施の形態における撹拌翼及びこれを用いた地中撹拌装置について図１７及び図１８を参照して説明する。図１７及び図１８において、図１〜図７と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図１７及び図１８の撹拌翼１０ｃにおいて、図１〜図７の撹拌翼１０と異なる点は、撹拌翼を、２段翼とし、且つ特定の撹拌翼を下段に設けた点にある。

撹拌翼１０ｃは、上下２段の翼である。上段の撹拌翼１０は、第１の実施の形態例と同様の撹拌翼１０であり、その説明を省略する。撹拌翼１０ｃは、上段の水平部材２の下方に、更に、撹拌軸１の軸方向に対して直交方向に延びる第２の水平部材２ｂと第２の水平部材２ｂに付設される第２の撹拌翼Ｂを設け、第２の水平部材２ｂにおける撹拌軸１から第２の撹拌翼Ｂまでの長さを、上段の水平部材２における撹拌軸１から撹拌翼１０までの長さより小とし、第２の撹拌翼Ｂは、第２の撹拌翼Ｂを鉛直方向に切断した際の切断線と第２の水平部材２ｂとが傾斜して交わっており、両翼が正面視で逆Ｖ字に配置されたものである。すなわち、撹拌翼１０ｃにおいて、下段の撹拌翼Ｂは、図１５における撹拌翼Ｂと同様のものである。すなわち、撹拌翼Ｂは撹拌翼Ｂを鉛直方向に切断して際の切断線と水平部材２ｂとが傾斜して交わっているものの、撹拌翼Ｂを水平方向に切断して際の切断線と水平部材２ｂとは直交している。また、上段の水平部材２と下段の水平部材２ｂは、平面視においてクロス（十字）状に配置されている。

次に、第４の実施の形態における地中撹拌装置２０ｃを使用した地中撹拌方法について、第１の実施の形態における地中撹拌装置２０を使用した地中撹拌方法と異なる点について主に説明する。貫入工程において、先ず、撹拌軸１の掘削翼１１が地盤に食い込み、原地盤土を掘削する。この際、掘削された土壌は、上方に排出される（符号ｐ方向）。この際、下段の撹拌翼Ｂの外側の翼面が外側斜め上方に向いているため、内側斜め下方（図１８中、符号ｐ_４）へ撹拌土を押しやる。これにより、削孔５０中、部分的ではあるものの、排土の上昇を抑制する。なお、撹拌翼Ｂは正面視で傾斜を有するのみであり、回転トルクの負担は軽減できる。

次いで、下段の撹拌翼Ｂより上方に上がってきた撹拌土壌は、撹拌翼１０により、撹拌される。撹拌翼１０の撹拌領域及び撹拌作用は、第１の実施の形態例の撹拌翼１０と同様である。すなわち、撹拌領域は、平面視は、図３の符号Ｍで示すような、円形の真ん中をくり抜いた輪形状であり、深さ方向は、撹拌翼高さの螺旋形状である。すなわち、撹拌翼１０は回転しつつ、緩やかな斜め下方に進む。撹拌翼１０は、３次元の傾斜で、外側の翼面１３が斜め下方を向いている。このため、撹拌軸１の回転により翼面１３で受ける回転圧を斜め下方（図１７の符号ｐ_３）、すなわち、削孔壁面５１に向けることができ、排土を削孔壁面５１に押しやることができる。すなわち、上下２段の撹拌翼１０と撹拌翼Ｂの協働作用により、地上への排土を抑制する。また、削孔壁面５１の圧密度を高めることができる。また、撹拌翼１０は、平面視での翼面の投影面積が小であるため、回転トルクの負荷を低減できる。

引き抜き工程においては、撹拌された土壌中を、撹拌軸１を逆方向に回転させながら引き抜くことになる。この際、撹拌翼１０の裏面１２が、土壌を内側斜め上方に押しやることになる。これは排土を促進する作用となるものの、貫入工程において、ほとんどの土壌が削孔壁面５１に押しやられており、更に引き抜き工程における地盤は既に撹拌された後であり、地上への排出はそれほど多くはない。また、撹拌翼１０は、図６（Ａ）の撹拌翼Ａと比べると、平面視での翼面の投影面積が小であるため、引き抜き抵抗も低減できる。一方、下段の撹拌翼Ｂは、回転方向に対する抵抗が殆どなく、貫入時と同様、回転トルクの負担は軽減できる。

次に、本発明の第５の実施の形態における撹拌翼及びこれを用いた地中撹拌装置について図１９及び図２０を参照して説明する。図１９及び図２０において、図１〜図７と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図１９及び図２０の撹拌翼１０ｄにおいて、図１〜図７の撹拌翼１０と異なる点は、撹拌翼を２段翼とし、且つ特定の撹拌翼を下段に設けた点にある。

撹拌翼１０ｄは、上下２段の翼である。上段の撹拌翼１０は、第１の実施の形態例と同様の撹拌翼１０であり、その説明を省略する。撹拌翼１０ｄは、上段の水平部材２の下方に、更に、撹拌軸１の軸方向に対して直交方向に延びる第２の水平部材２ｂと第２の水平部材２ｂに付設される第２の撹拌翼Ａを設け、第２の水平部材２ｂにおける撹拌軸１から第２の撹拌翼Ａまでの長さを、上段の水平部材２における撹拌軸１から撹拌翼１０までの長さより小とし、第２の撹拌翼Ａは、第２の撹拌翼Ａを鉛直方向に切断した際の切断線と第２の水平部材２とが傾斜して交わっており、正面視でＶ字に配置されているものである。すなわち、撹拌翼１０ｄにおいて、下段の撹拌翼Ａは、図６における撹拌翼Ａと同様のものである。すなわち、撹拌翼Ａは撹拌翼Ａを鉛直方向に切断して際の切断線と水平部材２ｂとが傾斜して交わっているものの、撹拌翼Ａを水平方向に切断して際の切断線と水平部材２ｂとは直交している。また、上段の水平部材２と下段の水平部材２ｂは、平面視においてクロス（十字）状に配置されている。

次に、第５の実施の形態における地中撹拌装置２０ｄを使用した地中撹拌方法について、第１の実施の形態における地中撹拌装置２０を使用した地中撹拌方法と異なる点について主に説明する。貫入工程において、先ず、撹拌軸１の掘削翼１１が地盤に食い込み、原地盤土を掘削する。この際、掘削された土壌は、上方に排出される（符号ｐ方向）。この際、下段の撹拌翼Ａの外側の翼面が外側斜め下方に向いているため、外側斜め下方（図２０中、符号ｐ_６）、すなわち、削孔壁面５１へ撹拌土を押しやる。これにより、削孔５０中、部分的ではあるものの、排土の上昇を抑制する。

次いで、下段の撹拌翼Ａより上方に上がってきた撹拌土壌は、撹拌翼１０により、撹拌される。撹拌翼１０の撹拌領域及び撹拌作用は、第１の実施の形態例の撹拌翼１０と同様である。すなわち、撹拌領域は、平面視は、図３の符号Ｍで示すような、円形の真ん中をくり抜いた輪形状であり、深さ方向は、撹拌翼高さの螺旋形状である。すなわち、撹拌翼１０は回転しつつ、緩やかな斜め下方に進む。撹拌翼１０は、３次元の傾斜で、外側の翼面１３が斜め下方を向いている。このため、撹拌軸１の回転により翼面１３で受ける回転圧を斜め下方（図１９の符号ｐ_５）、すなわち、削孔壁面５１に向けることができ、排土を削孔壁面５１に押しやることができる。すなわち、上下２段の撹拌翼１０と撹拌翼Ａの協働作用により、地上への排土を抑制する。また、削孔壁面の圧密度を高めることができる。また、撹拌翼１０は、３次元の傾斜を有するため、なお、撹拌翼Ａは正面視で傾斜を有するのみであり、回転トルクの負担は軽減できる。撹拌抵抗を抑制することができる。

引き抜き工程においては、撹拌された土壌中、撹拌軸１を逆方向に回転させながら引き抜くことになる。この際、撹拌翼１０の裏面１２が、土壌を内側斜め上方に押しやることになる。これは排土を促進する作用となるものの、貫入工程において、ほとんどの土壌が削孔壁面５１に押しやられており、更に引き抜き工程における地盤は既に撹拌されており、地上への排出はそれほど多くはない。また、撹拌翼１０は、図６（Ａ）の撹拌翼Ａと比べると、平面視での翼面の投影面積が小であるため、引き抜き抵抗も低減できる。一方、下段の撹拌翼Ａは、回転方向に対する抵抗が殆どなく、貫入時と同様、回転トルクの負担を軽減できる。

本発明の地中撹拌装置は、柱状杭造成装置として使用する場合、引き抜き時に固化材吐出口から固化材を吐出すればよい。また、本発明の地中撹拌装置は、貫入工程において、削孔壁面を圧密できるため、削孔を目的とした装置としても使用できる。すなわち、固化材投入を行わない工法としては、例えば電柱等の地中埋め込み体用の削孔目的として使用できる。

本発明の撹拌翼及びこれを用いた地中撹拌装置は、前記実施の形態例に限定されず、種々の変形例を採ることができる。すなわち、水平部材は、１段又は上下２段に限定されず、上下３段であってもよい。上下複数段において、隣接する上下の水平部材は、平面視で、クロス（十字）に配置すればよく、２段目以降の水平部材に設置される撹拌翼は、上記撹拌翼１０、１０ａ、１０ｂのいずれであってもよい。また、上下複数段の水平部材のそれぞれの長さは適宜決定すればよい。また、水平部材に付設される撹拌翼は、一方の側でひとつである上記第１〜第５の実施の形態例に限定されず、例えば一方の側に２つ又は３つであってもよい。本発明の地中撹拌装置は、従来例である図２１に示すような撹拌翼１０４を有していてもよい。すなわち、従来例である図２１の上方の撹拌翼１０４を水平部材として利用し、これに本発明の傾斜状撹拌翼を付設したものも本発明の範囲内である。

１ 撹拌軸
２ 水平部材
１０、１０ａ〜１０ｄ 傾斜状撹拌翼
１１ 掘削翼
１２ 撹拌翼の内面
１３ 撹拌翼の外面
１３ａ〜１３ｄ 撹拌翼の切断線
２０、２０ａ〜２０ｄ 地中撹拌装置

Claims (7)

1. 撹拌軸の軸方向に対して直交方向に延びる水平部材に付設される、撹拌翼を鉛直方向に切断した際の切断線と該水平部材とが傾斜して交差し、撹拌翼を水平方向に切断した際の切断線と該水平部材とが傾斜して交差している攪拌翼と、
   該水平部材の下方に、更に、撹拌軸の軸方向に対して直交方向に延びる第２の水平部材と該第２の水平部材に付設される第２の撹拌翼とを設け、
   第２の水平部材における該撹拌軸から該第２の撹拌翼までの長さは、該水平部材における該撹拌軸から該撹拌翼までの長さより小であり、該第２の撹拌翼は、該第２の撹拌翼を鉛直方向に切断した際の切断線と該第２の水平部材とが傾斜して交わっており、該第２の撹拌翼を水平方向に切断した際の切断線と該第２の水平部材とは直交しており、両翼が正面視で逆Ｖ字又はＶ字に配置されることを特徴とする傾斜状撹拌翼。
2. 該撹拌翼の翼面が、鉛直方向、左右水平方向及び前後水平方向の３次元の傾斜をしていることを特徴とする請求項１記載の傾斜状撹拌翼。
3. 正面視、側面視及び平面視において、撹拌翼の翼面が表われることを特徴とする請求項１又は２記載の傾斜状撹拌翼。
4. 該撹拌翼の外側の翼面が、傾斜状で正回転方向を向いていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の傾斜状撹拌翼。
5. 該水平部材が該撹拌軸を中心に両方向に延びており、該撹拌翼は両翼であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の傾斜状撹拌翼。
6. 該攪拌軸の先端に、掘削翼が付設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の傾斜状撹拌翼。
7. 請求項１〜６記載の傾斜状撹拌翼を備えることを特徴とする地中撹拌装置。

Images