ソイル柱施工装置

【課題】複数個の大径部を有し、この大径部のそれぞれが互いに異なる寸法を有するソイル柱を施工するための技術を提供することを課題とする。
【解決手段】上記の課題は、大径部を複数個有するソイル柱を地中に施工するためのソイル柱施工装置であって、シャフト４と、シャフト４の下端部に設けられた掘削刃２５を有し、シャフトの正回転によって掘削孔を形成する掘削ヘッド２６と、セメントミルクを掘削孔に供給するためにシャフトの下端部に設けられた第一の放出口１３とから成り、シャフト４には、シャフト４の逆回転時にシャフトの軸に垂直な面内において開くアーム１９がシャフトの長さ方向に所定間隔を開けた複数箇所に取り付けられており、アーム１９の先端にはシャンク２０が取り付けられていてシャフトの逆回転時に掘削孔の周壁を拡開するようになっており、しかもシャフト４の複数箇所に取り付けられたアーム１９のうちの少なくとも一部は、互いに異なる長さを有していることを特徴とするソイル柱施工装置とすることによって解決される。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、砂地や粘土層や埋立地等の軟弱地盤を強化するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】小径の柱状体の複数箇所に鍔状の大径部を複数個有するソイル柱は軟弱地盤の強化に有効である。既に本願発明者は、特願平１１−４５０４３号において、複数個の大径部を有するソイル柱を効率的に施工するための技術を開示している。さらに本願発明者は、複数個のアームやシャンクを有するソイル柱施工装置ではシャフトの逆回転時にシャンクが同時に開かないという不都合を回避するために、シャフトに沿って設けられた保持軸上に複数個のシャンクを配置して、全てのアームが同時に開くようにする改良された技術を特願２０００−３４９９３号において開示している。
【０００３】しかしながら、このような従来のソイル柱は、小径の柱状体から成り、この柱状体の複数箇所に大径部が形成されているものであり、大径部は互いに略同じ直径を有している。このようなソイル柱は、地盤の強化に極めて有効であるが、施工コストを抑えるとともに基礎を支える面積を増加させて、地盤を更に強化することが求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のソイル柱と異なる形状を有するソイル柱を地中に形成することによって、更なる地盤の強化を図ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明者は上記の課題を解決すべく種々検討を重ねた結果、大径部を複数個有するソイル柱を地中に施工するためのソイル柱施工装置であって、前記ソイル柱施工装置は、シャフトと、前記シャフトの下端部に設けられた掘削刃を有し、前記シャフトの正回転によって掘削孔を形成する掘削ヘッドと、セメントミルクを前記掘削孔に供給するために前記シャフトの前記下端部に設けられた第一の放出口とから成り、前記シャフトには、前記シャフトの逆回転時に前記シャフトの軸に垂直な面内において開くアームが前記シャフトの長さ方向に所定間隔を開けた複数箇所に取り付けられており、前記アームの先端にはシャンクが取り付けられていて前記シャフトの前記逆回転時に前記掘削孔の周壁を拡開するようになっており、しかも前記シャフトの前記複数箇所に取り付けられた前記アームのうちの少なくとも一部は、互いに異なる長さを有していることを特徴とするソイル柱施工装置とすることよって解決されることを見いだした。以下に本発明を詳細に説明する。
【０００６】
【発明の実施の形態】〔第一実施例〕図１は、本発明の一実施例によるソイル柱施工装置を概念的に示す図である。この装置は公知の杭打ち機（図示せず）によって支持されている。
【０００７】このソイル柱施工装置は、図１に示されるように、地盤掘削用のシャフト４から構成されている。なお、図１は、後述するようにしてシャフトを地中において逆回転させてアーム１９を開いた状態を示している。このアームはシャフト４を正回転した時には全て閉じるようになっている。
【０００８】また、本発明のソイル柱施工装置は、シャフト４の下端部に掘削ヘッド２６を有しており、この掘削ヘッド２６には掘削刃２５が取り付けられている。そして、公知の杭打ち機（図示せず）に支持されたシャフト４の下端部をソイル柱を施工すべき地面に垂直に当てて、シャフト４を正方向に回転すると、シャフトは地面の下方に向かって穿孔して小径の掘削孔を形成する。
【０００９】シャフト４内にはチャネル１２が形成されており、シャフトの上端部にはセメントミルクを注入するための注入口１１が設けられ、シャフトの下端部には第一の放出口１３が設けられている。そして、モルタルプラント (図示せず）から延びるグランドホース（図示せず）が注入口１１に接続され、セメントミルクがチャネル１２内に供給され、そしてセメントミルクは、シャフトの下端部に設けられた第一の放出口１３から放出されるようになっている。
【００１０】また、シャフト４の上端部付近と下端部付近には、軸受け孔１５、１６が形成されており、シャフトに沿って延びる保持軸５が軸受け孔１５，１６によって軸回転可能に保持されている。保持軸５には、下方および上方の軸受け孔１５、１６と内接する上鍔部１７および下鍔部１８が形成されている。なお、上方の軸受け孔１６は半截して開環するようになっており、保持軸５は、必要に応じて交換できるようになっている。
【００１１】また、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’線における断面図を示しており、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線における断面図を示している。図２（ａ）に詳細に示されるように、シャフト４に軸回転可能に取り付けられた保持軸５には、アーム１９が取り付けられている。本発明によると、アーム１９は、シャフト４を正回転させた際にはシャフトに垂直な平面において閉じる。一方、シャフト４を逆回転させた際にはシャンク２０と掘削孔の周壁との間に大きな摩擦力が発生して、アーム１９は、シャフトに垂直な平面内においてアーム１９の背部がストッパー２５に当たるまで放射状に開いて、小径の掘削孔の周壁を部分的に拡大する。
【００１２】アーム１９の先端にはシャンク２０が取り付けられている。このシャンク２０はアームが開いたときに、小径の掘削孔の周壁を拡開するようになっている。小径の掘削孔の周壁を拡開するためのシャンク２０の長さは特に限定されないが、好ましくは、シャンク２０は、施工すべきソイル柱の大径部の厚さよりも短くなっている。通常、大径部は比較的大きな厚さを有していることが求められるが、シャンクがこの厚さに相当する長さを有しているとすると、シャフトの逆回転時における掘削孔の周壁とシャンクとの間に生じる負荷が大きすぎるために、シャフトの逆回転を効率的に行うことができなくなる。そこで、本発明では、シャンクは、施工すべきソイル柱の大径部の厚みよりも短くなっており、シャフトの逆回転時に、所定幅だけシャフトを上下に振幅させて掘削孔の周壁を拡大して、所定の厚さを有する大径部が施工されるようになっている。
【００１３】特に本発明によると、シャンク２０は、施工すべきソイル柱の大径部の厚さの少なくとも２分の１以下の長さを有していることが好ましい。これによって、シャフトの逆回転を効率的に行うことができる。
【００１４】本発明によると、アーム１９は、軸回転可能に取り付けられた保持軸５上に固定されているので、全てのアーム１９は同時に開閉する。従って、仮に、複数個のアームのうちの一部のアームと掘削孔の周壁との間の摩擦力が小さい場合であっても、その他のアームと掘削孔の周壁との間に、アームが開くのに十分な摩擦力が発生している場合には、全てのアームが開くようになっている。これによって所定個数の大径部を有するソイル柱を確実に施工することができる。特に、本発明のソイル柱施工装置では、アーム１９の長さが互いに異なるのでアーム１９に加わる負荷や摩擦が必ずしも同じではない。従って、一部のアームが開かずに所定の大径部が形成されないことも予想されるが、本発明の如く各アームが保持軸５に取り付けられていることによって、全てのアームが同時に開くことが確保される。
【００１５】また、本発明によると、保持軸５の上端部には、アーム１９と略平行に取り付けられたレバー２１が取り付けられている。そして、このレバー２１の位置を確認することによって、地中にあるアーム１９の開閉を、地上から確認できるようになっている。また、このレバー２１は、必要に応じて、アームの開閉を、地上から手動または機械的に援助することができる。
【００１６】また、本発明のソイル柱施工装置は、シャフト４の下端部に設けられた上記の第一の放出口１３に加えて、アーム１９のそれぞれの取付け位置の近傍には、セメントミルクを放出するための第二の放出口２２が設けられている。この第２の放出口２２を設けることによって、そこから放出されたセメントミルクは大径孔部内に発生した掘削土砂と効率的に混練されて均一なセメント混練物が調製されるようになっている。特に、本発明による第２の放出口２２は、図２（ａ）に示すように、アームが閉じている時にはアームの腹部に取り付けられた栓２３によって封止され、アームが開いている時にはこの栓は開放されるようになっている。これによって、シャフトを逆回転させた際に、第二の放出口２２からセメントミルクを放出することができる。また、本発明の第二の放出口２２は、より下方に設けられた放出口ほど、放出口の口径が大きくなっている。これは、より上方の放出口ほどセメントミルクの液圧が大きいので、同じ口径の放出口を設けたのでは、上方の放出口から大量のセメントミルクが放出されてしまうからである。
【００１７】また、本発明によると、上下に隣接するアーム１９の略真中部分であってシャフトの側面部分には、回転可能に支持されたローラー８が設けられている。このローラー８は、逆回転するシャフトを上下に振幅させたときに、掘削孔の周壁を押し固める。このローラー８は、シャフト４の回転に伴って、掘削孔の周壁に沿って転がりながら、掘削孔の周壁を押し固めるようになっている。このローラー８は、掘削孔の周壁を固く押し固めるため、施工途中において周壁が崩壊するのを防止でき、所定形状のソイル柱を確実に施工することができる。なお、ローラー８は、保持軸５に取り付けられていてもよい。
【００１８】また、本発明によると、シャフト４の複数箇所に取り付けられたアーム１９のうちの少なくとも一部は、互いに異なる長さを有しており、これによって得られるソイル柱に形成される大径部の直径は種々の寸法を持つ。このような複数個の大径部が互いに異なる寸法を有するソイル柱は、地盤を極めて安定的に強化することができる。
【００１９】特に、図１に示すソイル柱施工装置では、シャフトの下部からシャフトの上部にかけて取り付けられる複数個のアームは、長いものから順番に配列されている。このようなソイル柱施工装置を使用してソイル柱を施工すると、得られるソイル柱は、図３および図４に示すような円錐型になる。このような円錐型のソイル柱は地中において極めて安定的に地盤を強化する。
【００２０】本発明において「円錐型」とは、必ずしも数学的に円錐であることを意味するのではなく、得られるソイル柱の複数個の大径部の直径が、下部から上部にかけて連続的に小さくなっていることを意味する。図３に示すソイル柱は、逆回転するシャフトを、上下に隣接するアーム間の幅Ｌよりも短い振幅幅ｌで、振幅して施工されたものであり、図４に示すソイル柱は、逆回転するシャフトを、上下に隣接するアーム間の幅Ｌよりも長い振幅幅ｌで、振幅して施工されたものである。本発明においては、上記の図３および図４に示すいずれの形状も「円錐型」と称することとする。
【００２１】なお、本発明は、上記のような円錐型のソイル柱を施工する場合に限定されるわけではない。本発明は、各アームの長さを種々変更することによって様様な形状のソイル柱を施工することができる。以下に、本発明の他の実施例の一例を挙げる。
【００２２】〔実施例２〕図５に示すソイル柱施工装置では、シャフト４の下部からシャフト４の上部にかけて取り付けられる複数個のアーム１９は、短いものから順番に配列されている。このようなソイル柱施工装置を使用してソイル柱を施工すると、得られるソイル柱は、図６R>６および図７に示すような逆円錐型になる。このような円錐型のソイル柱は地中において極めて安定的に地盤を強化する。
【００２３】本発明において「逆円錐型」とは、必ずしも数学的に逆円錐であることを意味するのではなく、得られるソイル柱の複数個の大径部の直径が、下部から上部にかけて連続的に大きくなっている形状を意味する。図６に示すソイル柱は、シャフトを、上下に隣接するアーム間の幅Ｌよりも短い振幅幅ｌで、振幅して施工されたものであり、図７に示すソイル柱は、シャフト４を、上下に隣接するアーム間の幅Ｌよりも長い振幅幅ｌで、振幅して施工されたものである。本発明においては、上記の図６および図７に示すいずれの形状も「逆円錐型」と称することとする。
【００２４】〔実施例３〕図８に示すソイル柱施工装置では、シャフトの下部からシャフトの中部にかけて取り付けられる複数個のアームが、長いものから順番に配列されており、シャフトの中部からシャフトの上部にかけて取り付けられた複数個のアームは、短いものから順番に配列されている。このようなソイル柱施工装置を使用してソイル柱を施工すると、得られるソイル柱は、図９および図１０に示すような鼓型になる。このような鼓型のソイル柱は、地中において極めて安定的に地盤を強化する。このような鼓型のソイル柱を形成するための装置は、少なくとも３個以上のアームが取り付けられている。
【００２５】本発明において「鼓型」とは、得られるソイル柱の複数個の大径部の直径が、下部から上部にかけて連続的に大きくなり、しかも中部から上部にかけて連続的に小さくなっている形状を意味する。図９に示すソイル柱は、シャフト４を、上下に隣接するアーム間の幅Ｌよりも短い振幅幅ｌで、振幅させて施工されたものであり、図１０に示すソイル柱は、シャフト４を、上下に隣接するアーム間の幅Ｌよりも長い振幅幅ｌで、振幅して施工されたものである。本発明においては、上記の図９R>９および図１０に示すいずれの形状も「鼓型」と称することとする。
【００２６】〔実施例４〕図１１に示すソイル柱施工装置では、シャフト４の下部からシャフトの中部にかけて取り付けられる複数個のアーム１９が、短いものから順番に配列されており、シャフトの中部からシャフトの上部にかけて取り付けられた複数個のアームは、長いものから順番に配列されている。このようなソイル柱施工装置を使用してソイル柱を施工すると、得られるソイル柱は、図１２および図１３に示すような樽型になる。このような樽型のソイル柱は地中において極めて安定的に地盤を強化する。このような樽型のソイル柱を形成するための装置は、少なくとも３個以上のアームが取り付けられている。
【００２７】本発明において「樽型」とは、得られるソイル柱の複数個の大径部の直径が、下部から上部にかけて連続的に大きくなり、しかも中部から上部にかけて連続的に小さくなっていることを意味する。図１２に示すソイル柱は、シャフトを、上下に隣接するアーム間の幅Ｌよりも短い振幅幅ｌで、振幅して施工されたものであり、図１３に示すソイル柱は、シャフト４を、上下に隣接するアーム間の幅Ｌよりも長い振幅幅ｌで、振幅して施工されたものである。本発明においては、上記の図１２R>２および図１３に示すいずれの形状も「鼓型」と称することとする。
【００２８】〔実施例５〕図１４は、本発明の更なる実施例によるソイル柱施工装置のシャフトの断面図を示している。このソイル柱施工装置のシャフトは、シャフトの中心部に形成された第一のシャネル３１と、第一のチャネル３１を包囲するように形成された第二のチャネル３２とを備えている。第一のチャネル３１は、シャフトの下端部に設けられた第一の放出口１３に通じている。また第二のチャネルは、アームのそれぞれの近傍に設けられた第二の放出口２２に通じている。
【００２９】本発明によると、この第一のチャネル３１および第二のチャネル３２にはセメントミルクが供給されるようになっているのであるが、第一のチャネル３１に供給されるセメントミルクは、シャフト４の下端部の第一の放出口１３から放出されるセメントミルクによって掘削孔の周壁を拡開するのに十分な圧力で供給される。
【００３０】このように、シャフトの下端部に設けられた第一の放出口１３から放出されるセメントミルクによって掘削孔の周壁を拡開する実施例５に示すソイル柱施工装置によると、図３や図４に示すソイル柱の最下部の大径部の下部に、掘削へッドによる小径部（ヘソ部）３３が形成されなくなる。これによって、ソイル柱の最下部の大径部が安定的に地盤を強化して基礎を支えることができる。特に図１５や図１６のように、円錐型のソイル柱を形成する場合、掘削ヘッドによる小径部（へそ部）３３の形成を阻止することによって、特に安定的に地盤を強化するソイル柱を施工できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のソイル柱施工装置の正面図である。
【図２】本発明のソイル柱施工装置の断面図である。
【図３】図１に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【図４】図１に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【図５】本発明のソイル柱施工装置の正面図である。
【図６】図５に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【図７】図５に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【図８】本発明のソイル柱施工装置の正面図である。
【図９】図８に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【図１０】図８に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【図１１】本発明のソイル柱施工装置の正面図である。
【図１２】図１１に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【図１３】図１１に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【図１４】本発明のソイル柱施工装置のシャフトの断面図である。
【図１５】図１４に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【図１６】図１４に示すソイル柱施工装置によって施工されるソイル柱の一例を示す図である。
【符号の説明】
４シャフト
５保持軸
８ローラー
１３第一の放出口
１９アーム
２０シャンク
２２第二の放出口
２５掘削刃
２６掘削ヘッド

【特許請求の範囲】
【請求項１】大径部を複数個有するソイル柱を地中に施工するためのソイル柱施工装置であって、前記ソイル柱施工装置は、シャフトと、前記シャフトの下端部に設けられた掘削刃を有し前記シャフトの正回転によって掘削孔を形成する掘削ヘッドと、セメントミルクを前記掘削孔に供給するために前記シャフトの前記下端部に設けられた第一の放出口とから成り、前記シャフトには、前記シャフトの逆回転時に前記シャフトの軸に垂直な面内において開くアームが前記シャフトの長さ方向に所定間隔を開けた複数箇所に取り付けられており、前記アームの先端にはシャンクが取り付けられていて前記シャフトの前記逆回転時に前記掘削孔の周壁を拡開するようになっており、しかも前記シャフトの前記複数箇所に取り付けられた前記アームのうちの少なくとも一部は、互いに異なる長さを有していることを特徴とするソイル柱施工装置。
【請求項２】前記シャンクの長さは、施工すべき前記大径部の厚さよりも短くなっており、前記シャフトは、前記逆回転時に上下に振幅されて前記掘削孔の前記周壁を拡開して、前記厚さを有する前記大径部が施工されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のソイル柱施工装置。
【請求項３】前記シャンクの前記長さは、施工すべき前記ソイル柱の前記大径部の前記厚さの少なくとも２分の１以下であることを特徴とする請求項２に記載のソイル柱施工装置。
【請求項４】前記シャフトの下部から前記シャフトの上部にかけて取り付けられる前記複数個のアームは、長いものから順番に配列されており、得られる前記ソイル柱は円錐型になっていることを特徴とする請求項１に記載のソイル柱施工装置。
【請求項５】前記シャフトの下部から前記シャフトの上部にかけて取り付けられる前記複数個のアームは、短いものから順番に配列されており、得られる前記ソイル柱は逆円錐型になっていることを特徴とする請求項１に記載のソイル柱施工装置。
【請求項６】前記アームは前記シャフトの少なくとも３箇所以上に取り付けられており、前記シャフトの下部から前記シャフトの中部にかけて取り付けられる前記アームは、長いものから順番に配列されており、しかも前記シャフトの前記中部から前記シャフトの上部にかけて取り付けられる前記アームは、短いものから順番に配列されており、得られる前記ソイル柱は鼓型になっていることを特徴とする請求項１に記載のソイル柱施工装置。
【請求項７】前記アームは前記シャフトの少なくとも３箇所以上に取り付けられており、前記シャフトの下部から前記シャフトの中部にかけて取り付けられる前記アームは、短いものから順番に配列されており、しかも前記シャフトの前記中部から前記シャフトの上部にかけて取り付けられる前記アームは、長いものから順番に配列されており、得られる前記ソイル柱は樽型になっていることを特徴とする請求項１に記載のソイル柱施工装置。
【請求項８】上下に隣接する前記アームの略真中部分であって前記シャフトの側面部分に回転可能に支持されたローラーが設けられており、逆回転する前記シャフトを上下に振幅させると前記ローラーは前記掘削孔の周壁を押し固めるようになっていることを特徴とする請求項２に記載のソイル柱施工装置。
【請求項９】前記シャフトは、前記シャフトに沿って延び、軸回転可能に取り付けられた保持軸を有しており、前記アームは前記保持軸に固定されており、前記アームの全ては同時に開閉することを特徴とする請求項１に記載のソイル柱施工装置。
【請求項１０】前記保持軸の上端部には、前記アームの開閉を確認するためのレバーが前記アームと平行に取り付けられていることを特徴とする請求項９に記載のソイル柱施工装置。
【請求項１１】前記アームのそれぞれの近傍には前記セメントミルクを放出するための第二の放出口が設けられており、前記第二の放出口は前記アームが閉じている時には閉じられていて前記セメントミルクが放出されないようになっていることを特徴とする請求項１に記載のソイル柱施工装置。
【請求項１２】前記シャフトは、前記シャフトの中心部に形成され前記第一の放出口を有する第一のシャネルと、前記第一のチャネルを包囲するように形成され前記第二の放出口を有する第二のチャネルとを備えており、前記第一のチャネルに供給された前記セメントミルクは、前記第一の放出口から勢い良く放出されて前記掘削孔の周壁を拡開するようになっていることを特徴とする請求項１１に記載のソイル柱施工装置。

【図１】