地盤改良用ヘッド
【課題】地盤改良に用いる攪拌混合ヘッドの所定深度における掘進径を左右均等に拡大することにより、形成されるコラムの径を通常よりも大きくして、所定の地盤支持力や地耐力をより少ない安定材で確保する地盤改良用ヘッドを提供する。
【解決手段】中空軸先端の両側に配設され、複数の掘削刃を有する掘削翼と、掘削翼と所定の間隔を隔て中空軸の両側に配設された攪拌翼と、掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する混合攪拌ヘッド、並びに安定材の吐出口を具備し、掘削ロッドに結合される駆動軸と、駆動軸上部の両側に配設され、混合攪拌ヘッドに係合する係合翼と、を有し、駆動軸下部を中空軸に挿通し、混合攪拌ヘッドを駆動軸に軸着する係合ヘッドを備え、係合翼は、攪拌翼に係合して混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与える一方、一対の拡大刃それぞれに係合して開閉させることを特徴とする。
【解決手段】中空軸先端の両側に配設され、複数の掘削刃を有する掘削翼と、掘削翼と所定の間隔を隔て中空軸の両側に配設された攪拌翼と、掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する混合攪拌ヘッド、並びに安定材の吐出口を具備し、掘削ロッドに結合される駆動軸と、駆動軸上部の両側に配設され、混合攪拌ヘッドに係合する係合翼と、を有し、駆動軸下部を中空軸に挿通し、混合攪拌ヘッドを駆動軸に軸着する係合ヘッドを備え、係合翼は、攪拌翼に係合して混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与える一方、一対の拡大刃それぞれに係合して開閉させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削ロッドに結合して地中を縦に掘進し、掘進先の土壌に安定材などを混合し、攪拌する地盤改良用ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に杭を造成する場合に、地中に穴を開け、その穴に杭を築造する方法やその穴に既製の杭を建込む方法を用いると、多量に発生する土の廃棄場所を確保する必要がある。そこで、排土を極力少なくするため、羽根の付いた鋼管等を回転させ、地盤支持力のある深さまで埋設する方法（特許文献１、特許文献２参照）が開発されている。しかし、その鋼管等を礫地盤や粘着力の大きい地盤に直接埋設するのは困難である。一方、地中を掘進して土を緩め、注入するセメントなどの安定材を掘進先の土壌と攪拌混合する地盤改良用ヘッドを用いてソイルセメントコラムを形成し、そのコラムに補強材として芯材を挿入する方法が開発されている（特許文献３、特許文献４参照）。そして、その地盤改良用ヘッドに関し、ソイルセメントコラムを粘着力が大きい地盤に築造する際の共回りを防止する方法（特許文献５参照）や、粘着力が大きい地盤を三次元的に混合攪拌する方法（特許文献６参照）が提案されている。
しかしながら、軟弱地盤などにおいて、支持力の高い層まで掘進するのが困難な場合や、深さに応じて土質が変化する場合があり、コラムの下部径を大きくするなどにより支持力を向上させることや、土質の変化に応じてコラム径を変化させ、安定材の使用量を節約する必要もある。そこで、地盤改良用ヘッドの攪拌ビットを偏心させ、回転半径を変えて異径のコラムを形成する方法が提案されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９２３７０号公報
【特許文献２】特開２００３−１４７７６６号公報
【特許文献３】特許第２８５９４２６号公報
【特許文献４】特開２００１−１８２０５５号公報
【特許文献５】特許第２７８８１７１号公報
【特許文献６】特許第２９０５３７８号公報
【特許文献７】特開２００１−２２６９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献7記載の方法は、攪拌ビットを偏心させるので、掘削ロッドに加わる負荷が左右不均一になるため、掘進方向が曲がる恐れがある。
本発明は、上記事情に鑑み、地盤改良に用いる攪拌混合ヘッドの所定深度における掘進径を左右均等に拡大することにより、形成されるコラムの径を通常よりも大きくして、所定の地盤支持力や地耐力をより少ない安定材で確保することが可能な地盤改良用ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の地盤改良用ヘッドは、掘削ロッドに結合されて回転し、地中を縦に掘進する一方、掘進先の土壌に安定材を混合して攪拌する地盤改良用ヘッドであって、中空軸先端の両側に配設され、複数の掘削刃を有する掘削翼と、該掘削翼と所定の間隔を隔て該中空軸の両側に配設された攪拌翼と、該掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する混合攪拌ヘッド、並びに安定材の吐出口を具備し、上記掘削ロッドに結合される駆動軸と、該駆動軸上部の両側に配設され、上記混合攪拌ヘッドに係合する係合翼と、を有し、該駆動軸下部を上記中空軸に挿通し、上記混合攪拌ヘッドを該駆動軸に軸着する係合ヘッドを備え、上記係合翼は、上記攪拌翼に係合して上記混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与える一方、上記一対の拡大刃それぞれに係合して該拡大刃を開閉させることを特徴とする。
このように、混合攪拌ヘッドが軸着される係合ヘッドを介して掘削ロッドに結合すれば、掘削ロッドの回転方向を変えることにより混合攪拌ヘッドに設けた拡大刃を開閉することができる。
【０００６】
ここで、上記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、上記一対の拡大刃それぞれは、上記掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互に軸着され、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上記側端部が当接することにより開閉することにしてもよく、また上記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、上記一対の拡大刃それぞれは、上記攪拌翼上面の両端に軸着され、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上記側端部が当接することにより開閉すること開閉することにしてもよく、さらに上記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、上記一対の拡大刃それぞれは、上記攪拌翼上面の両端、並びに上記掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互に軸着され、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上記側端部が当接することにより開閉することにしてもよい。
このように、係合翼が、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであれば、拡大刃の開閉が容易であり、その拡大刃を、掘削翼及び攪拌翼双方の両端相互に軸着すれば、攪拌翼上面の両端に軸着する場合に比べて、一回転により拡大刃で拡径する範囲を広げることが可能になり、さらに攪拌翼上面の両端、並びに掘削翼及び攪拌翼双方の両端相互に軸着すれば、一回転により拡大刃で拡径する範囲をより広げることができる。また、拡大刃を掘削翼及び攪拌翼双方の両端相互に軸着することにより、掘進する際の芯ずれを防ぐことが可能になる。
【０００７】
また、上記攪拌翼は、上記係合翼を係止する一対の係止部を備え、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、該係合翼が該係止部それぞれに係合して、上記混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与えることも好ましい。
このように、一対の係止部を設ければ、左右均等に回転力が得られる。
また、上記攪拌翼は、上記拡大刃と同軸に軸着されたノブと、該ノブの回動を規制する回動規制部とを備えたことも好ましい。
このように、拡大刃を、掘削翼及び攪拌翼双方の両端相互に軸着しても、それと同軸のノブとそのノブの回動を規制する回動規制部を備えれば、拡大刃の開閉を所定範囲に抑制することができる。
さらに、上記掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互を連結する連結部材を備えたことも好ましい。
このように、拡大刃が攪拌翼上面の両端に軸着されたものだけの場合でも、掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互を連結する連結部材を備えれば、掘進する際の芯ずれを防ぐことが可能になる。
【０００８】
さらに、上記係合翼は、上記側端部が所定の距離隔てて上下二段に連なったものであって、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上下二段に連なった上記側端部のそれぞれが、上記攪拌翼上面の両端に軸着された上記拡大刃、並びに上記掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互に軸着された上記拡大刃それぞれに当接することが好ましい。
このように、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部が所定の距離隔てて上下二段に連なっていれば、掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互に軸着された拡大刃を開閉するのが容易になる。
また、上記係合ヘッドは、軸受を介して上記駆動軸の下端で螺合することにより上記混合攪拌ヘッドを回動自在に軸着すれば、混合攪拌ヘッドは、係合ヘッドとは独立に回転し、拡大刃を開閉することができる。
また、上記係合ヘッドは、逆流弁を介し、開口を有する袋ナットで螺合されたものであって、上記掘削ロッドから流入された安定材を該袋ナットから吐出することが好ましい。
逆流弁を安定材を吐出することにすれば、安定材などが逆流することがない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の地盤改良用ヘッドによれば、地中を掘進しながら安定材と土とを混合攪拌する一方、回転方向を変えることにより所定深度における掘進径を左右均等に拡大して、形成されるコラムの径を通常よりも大きくすることができるので、より少ない安定材で必要な地盤支持力や地耐力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第1の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図である。
【図２】図２は、第1の実施形態の地盤改良用ヘッドの上部を構成する係合ヘッドの正面図である。
【図３】図３は、混合攪拌ヘッドを係合ヘッドの駆動軸に軸着する袋ナットの断面図である。
【図４】図４は、第1の実施形態の混合攪拌ヘッドの平面を示す図である。
【図５】図５は、第1の実施形態の係合ヘッドの平面を示す図である。
【図６】図６は、係合翼と係止部との係合関係及び係合翼による拡大刃の開閉状況を模式的に説明する図である。
【図７】図７は、第1の実施形態の地盤改良用ヘッドを用いて地盤改良を行い、羽根つき鋼管を埋設してより大きい地盤支持力を得る場合の一例を示す図である。
【図８】図８は、第２の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図である。
【図９】図９は、第２の実施形態の混合攪拌ヘッドの平面を示す図である。
【図１０】図１０は、ノブと拡大刃との位置関係を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態の係合ヘッドの平面を示す図である。
【図１２】図１２は、第３の実施形態の係合ヘッドの係合翼の端部を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、第３の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本実施形態の地盤改良用ヘッドについて説明する。
［第１の実施形態］
図１から図５は、第1の実施形態の地盤改良用ヘッドの一例を示す図であり、図１は、地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図、図２は、地盤改良用ヘッドの上部を構成する係合ヘッドの正面図、図３は、混合攪拌ヘッドを係合ヘッドの駆動軸に軸着する袋ナットの断面図である。
第１の実施形態の地盤改良用ヘッド１は、下部を構成する混合攪拌ヘッド１０と、上部を構成する係合ヘッド２０と、袋ナット３０とにより構成され、混合攪拌ヘッド１０は係合ヘッド２０と独立に半回転できるよう、袋ナット３０を用いて係合ヘッド２０に軸着される。
図１に示すように、混合攪拌ヘッド１０は、中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、その掘削翼４と所定の間隔を隔てて、中空軸３の両側に配設された攪拌翼５と、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互を所定の間隔を隔てて連結する連結部材６と、を備えている。そして、掘削翼４の下部には地中を掘進する複数の掘削刃４ａが配設され、攪拌翼５の上部には、中空軸３の両側、対称な位置に、掘削刃４ａによる掘削径を拡径する一対の拡大刃７が軸７ａに軸着され、中空軸３の両側、対称な位置に、混合攪拌ヘッド１０の回転力が伝達される係止部８が設けられている。
本実施形態の混合攪拌ヘッド１０は、掘削翼４及び攪拌翼５双方が連結部材６により両端で連結され、掘削刃４ａにより掘進する掘削径と攪拌翼５により攪拌される攪拌径とが同径に保持されるので、掘進する際の芯ずれが防止できる。
【００１２】
図２に示すように、係合ヘッド２０は、駆動源に接続された掘削ロッドに嵌合することにより結合され、所定の回転力が伝達される駆動軸１２と、その駆動軸１２上部の両側に配設され、混合攪拌ヘッド１０の攪拌翼５の上部に設けられた係止部８に係合して混合攪拌ヘッド１０に回転力を伝達する係合翼１３と、を有する。
駆動軸上部１２ａは、断面が六角形をなし、掘削ロッド内面（図示していない）に形成された六角穴に内嵌めされて掘削ロッドの回転力が伝達される。駆動軸下部１２ｂは、混合攪拌ヘッド１０を軸着するねじ山が設けてある。掘削ロッドに嵌合される駆動軸上部１２ａの側面には、掘削ロッドと共通の貫通孔１２ｃがあり、掘削ロッドに嵌合された後、その貫通孔１２ｃにピンを挿入することにより、駆動軸１２は掘削ロッドに固定される。また、駆動軸下部１２ｂの外径は、混合攪拌ヘッド１０の中空軸３の内径よりも小さいので、駆動軸下部１２ｂを中空軸３に挿通することができる。ここで、駆動軸上部１２ａの断面形状は、必ずしも六角形である必要はなく、嵌合可能であれば、多角形であってもよい。
【００１３】
図３に示すように、駆動軸下部１２ｂの端縁は、内周面及び外周面に、それぞれねじ山が切ってあり、内周面には逆流防止弁１４が螺着される。そして、外周面には、袋ナット３０が螺合される。また、中空軸３の端面と袋ナット３０との間には、内径が駆動軸１２の外径より大きく、外径が中空軸３の外径と同サイズの軸受１５が挟みこまれる。これにより、混合攪拌ヘッド１０は、係合ヘッド２０とは独立に回動することができる。そして、袋ナット３０には開口３０ａが設けてあるので、掘削ロッドの注入口（図示していない）から流入されたセメントなどの安定材は駆動軸１２の内部を通り、その開口３０ａから吐出される。一方、駆動軸１２の内周面には逆流防止弁１４が螺着されており、外部に吐出された安定材などは、駆動軸１２の内部に流入できないようになっている。
ここで、本実施形態の地盤改良用ヘッド１は、軸受１５を用いているが、軸受１５は必ずしも必要はなく、ワッシャなどであってもよい。また、使用する安定材や地中の環境によっては、逆流防止弁１４は必ずしも必要としない。
【００１４】
図４は、混合攪拌ヘッドの平面を示す図であり、図５は、係合ヘッドの平面を示す図である。
図４に示すように、混合攪拌ヘッド１０の中央に中空軸３があり、中空軸３上部の両側に攪拌翼５が設けてある。そして、攪拌翼５の上面には、中空軸３を挟んで中央寄りの対称な位置に一対の係止部８が、中空軸３を挟んで端寄りの対称な位置に一対の拡大刃７が、それぞれ配設されている。
係止部８は、後述する係合ヘッド２０の係合翼１３と係合することにより掘削ロッドの回転力が伝達され、混合攪拌ヘッド１０を回転させる力が付与される。
また、拡大刃７は、水平に旋回できるように上面に軸７ａで支持され、後述する係合ヘッド２０の係合翼１３が矢印方向と逆向きに半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａが拡大刃７の矢印方向前方の端部（刃先と反対側の端部）７ｂに当接し、拡大刃７の刃先７ｃを攪拌翼５より外側に旋回させて、拡大刃７を開いた状態にする。
【００１５】
図５に示すように、係合ヘッド２０の中央に駆動軸１２があり、駆動軸上部の両側に、攪拌翼５と係合する係合翼１３が設けてある。そして、係合翼１３には、駆動軸１２を挟んで対称な位置に、正逆それぞれの回転方向に突出した突出部を有する側端部１３ａが設けられている。係合翼１３は、矢印方向前方の直線部分１３ｂが図４に示した混合攪拌ヘッド１０の係止部８と係合し、掘削ロッドの回転力を係止部８に伝達するので、混合攪拌ヘッド１０は回転力が付与される。そして、この係合翼１３が矢印方向と逆向きに半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａが、図４に示した拡大刃７の矢印方向前方の端部７ｂに当接し、拡大刃７の刃先７ｃを攪拌翼５より外側に旋回させて、拡大刃７を開いた状態にする。また、この係合翼１３が矢印方向に回転し、係止部８に対して相対的に半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａが、図４に示した拡大刃の側部７ｄに当接し、拡大刃の刃先７ｃを攪拌翼５側に旋回させて、拡大刃７を閉じた状態にする。
【００１６】
図６は、係合翼と係止部との係合関係及び係合翼による拡大刃の開閉状況を模式的に説明する図である。
図６に示すように、混合攪拌ヘッド１０の上面には中空軸３を挟んで中央寄りに係止部８が、中空軸３を挟んで端寄りに拡大刃７が、それぞれ設置されている。また、混合攪拌ヘッド１０に対向する係合ヘッド２０には駆動軸１２を挟んで係合翼１３が設置されている。
係合ヘッド２０が矢印方向に回転するときは、係合翼１３が実線で示す位置にあり、係合翼１３の矢印方向前方の直線部分１３ｂが係止部８に当接することにより、掘削ロッドの回転力を係止部８に伝達する。そのとき、拡大刃７は、実線で示す位置にあり、拡大刃の矢印方向後方の端部７ｅが係合翼１３の側端部１３ａに係合するため、拡大刃７が開かない状態になっている。すなわち、拡大刃７はロックされた状態になる。
【００１７】
次に、係合ヘッド２０を矢印方向とは逆向きに回転させる一方、混合攪拌ヘッド１０の回転を停止させる。これは、混合攪拌ヘッド１０の掘削刃４ａが土中に突き刺さっている状態、あるいは駆動軸１２によって混合攪拌ヘッド１０が地盤に押されている状態、すなわち混合攪拌ヘッド１０が係合ヘッド２０とともに逆方向に回転するのを妨げる力が作用する状態において可能となる。そして、係合ヘッド２０が混合攪拌ヘッド１０に対して相対的に半回転すると攪拌翼１３は破線で示す位置にあり、攪拌翼１３の矢印方向後方の直線部分１３ｃが係止部８に接し、混合攪拌ヘッド１０の逆向きの回転力が係止部８に伝達される。そのとき、拡大刃７は、ロックされた状態から解徐された状態となり、破線で示す位置で、拡大刃７の矢印方向前方の端部７ｂが係合翼１３の側端部１３ａに押され、刃先７ｃは攪拌翼５より外側に旋回して、拡大刃７を開く。そして、係合翼１３の側端部１３ａと拡大刃７の矢印方向前方の端部７ｂが係合し、拡大刃７は開いた状態でロックされる。
この場合、係合ヘッド２０が混合攪拌ヘッド１０に対して相対的に半回転するまでの間は、係合ヘッド２０は、混合攪拌ヘッド１０とは係合しないので混合攪拌ヘッド１０による負荷を受けることなく独立に回転する。従って、相対的に半回転させる際の掘削ロッドの駆動源にかかる負荷（例えば電流値）の状態をモニターすれば、拡大刃７が開いたか否か検知することができる。
【００１８】
次に、係合ヘッド２０を矢印方向に回転させる一方、混合攪拌ヘッド１０の回転を停止させる。これも、駆動軸１２によって混合攪拌ヘッド１０が地盤に押圧された状態など、混合攪拌ヘッド１０が矢印方向に回転するのを妨げる力が作用する状態において可能となる。そして、係合ヘッド２０が混合攪拌ヘッド１０に対して相対的に半回転すると、係合翼１３は実線で示す位置にあり、係合翼１３の矢印方向前方における直線部分１３ｂが係止部８に係合し、混合攪拌ヘッド１０の矢印方向の回転力が係止部８に伝達される。この間、拡大刃７は、ロックされた状態から解徐された状態となり、破線で示す位置で、拡大刃７の矢印方向後方の端部７ｅが係合翼１３の側端部１３ａに押され、刃先７ｃを攪拌翼１３側に旋回し、拡大刃７を閉じる。そして、係合翼１３の側端部１３ａと拡大刃７の矢印方向前方の端部７ｅとが係合し、拡大刃６は閉じた状態でロックされる。
この場合、係合ヘッド２０が混合攪拌ヘッド１０に対して相対的に半回転する間は、係合ヘッド２０は、混合攪拌ヘッド１０とは係合することがないので混合攪拌ヘッド１０の負荷とは無関係に回転する。従って、相対的に半回転させる際の掘削ロッドの駆動源にかかる負荷（ほとんどゼロ）の状態と、その後にかかる負荷の状態とをモニターすれば、地中の拡大刃７が閉じたか否かを検知することができる。
【００１９】
図７は、本実施形態の地盤改良用ヘッドを用いて地盤改良を行い、羽根つき鋼管を埋設して高い地盤支持力を得る場合の一例を示す図である。
図７に示すように、掘削ロッドの下端に本実施形態の地盤改良用ヘッド１を結合し、掘削ロッドを正回転させて掘進し所定深度の土を緩める。このとき、掘削ロッドの注入口から安定材を注入し、袋ナット３０の開口３０ａから安定材を吐出し、その安定材を掘進先の土と混ぜ、攪拌する（ア）。次に、掘削ロッドを逆回転させ、拡大刃９を開き、掘削ロッドを引き上げながら逆回転させて、掘進した孔径を拡径し、安定材を掘進先の土と混ぜ、攪拌する。所定長拡径したら、掘削ロッドを引き下げ、掘削翼４を地盤に押し付けながら正回転して、拡大刃９を閉じ、地盤改良用ヘッド１を地上に回収する（イ）。羽根つき鋼管Ｋを回転させながら所定深度まで埋設する（ウ）。
【００２０】
本実施形態の地盤改良用ヘッド１は、混合攪拌ヘッド１０の攪拌翼５の上面と係合ヘッド２０の係合翼１３が重なり合う位置で係合翼１３と、係止８及び拡大刃７それぞれが係合するように構成されているが、必ずしも双方が重なり合う位置で係合するように構成する必要はない。また、係合翼１３、係止８及び拡大刃７の形状は、図４から図６で示した形状に限定されない。
【００２１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の地盤改良用ヘッドは、第１の実施形態の地盤改良用ヘッドと較べると、混合攪拌ヘッドが相違するが、それ以外の点は共通する。したがって、相違する混合攪拌ヘッド１０について説明する。
図８は、第２の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図であり、図９は、混合攪拌ヘッドの平面を示す図である。
図８に示すように、混合攪拌ヘッド１０は、中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、その掘削翼４と所定の間隔を隔てて、中空軸３の両側に配設された攪拌翼５と、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に所定の間隔を隔てて軸着された拡大刃９と、を備えている。そして、掘削翼４の下部には地中を掘進する複数の掘削刃４ａが配設され、攪拌翼５の上部には、中空軸の両側、対称な位置に、拡大刃９を開閉するノブ２が軸着され、中空軸３の両側、対称な位置に、混合攪拌ヘッド１０の回転力が伝達される係止部８が設けられている。
【００２２】
図９に示すように、混合攪拌ヘッド１０の中央に中空軸３があり、中空軸３上部の両側に攪拌翼５が設けてある。そして、攪拌翼５の上面には、中空軸３を挟んで中央寄りの対称な位置には一対の係止部８が配設され、中空軸３を挟んで端寄りの対称な位置には一対のノブ２及びノブの回動を規制する一対の規制部材１１が配設されている。
係止部８は、後述する係合ヘッド２０の係合翼１３と係合することにより掘削ロッドの回転力が伝達され、混合攪拌ヘッド１０を回転させる力が付与される。
【００２３】
図１０は、ノブと拡大刃との位置関係を示す図である。
図１０に示すように、ノブ２及び拡大刃９（破線で示す）は、水平に旋回できるように攪拌翼に軸２ａで支持され、後述する係合ヘッド２０の係合翼１３が矢印方向と逆向きに半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａがノブ２の矢印方向前方の端部２ｂに当接し、拡大刃９の刃先９ｃを攪拌翼５より外側に旋回させて、拡大刃９を開いた状態にする。
【００２４】
図１１は、係合ヘッドの平面を示す図であり、図１２は、係合翼の端部を示す斜視図である。
図１１に示すように、係合ヘッド２０の中央に駆動軸１２があり、駆動軸上部の両側に、攪拌翼５と係合する係合翼１３が設けてある。そして、係合翼１３には、駆動軸１２を挟んで対称な位置に、正逆それぞれの回転方向に突出した突出部を有する側端部１３ａが設けられている。係合翼１３は、矢印方向前方の直線部分１３ｂが図９に示す混合攪拌ヘッド１０の係止部８と係合し、掘削ロッドの回転力を係止部８に伝達するので、混合攪拌ヘッド１０には回転力が付与される。そして、この係合翼１３が矢印方向と逆向きに半回転したとき、係合翼１３の側端部分１３ａが、図１０に示すノブ２の矢印方向前方の端部２ｂに当接し、拡大刃９の刃先９ｃを攪拌翼５より外側に旋回させて、拡大刃９を開いた状態にする。また、この係合翼１３が矢印方向に回転し、係止部８に対して相対的に半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａが、ノブ２に当接し、拡大刃の刃先９ｃを攪拌翼５側に旋回させて、拡大刃９を閉じた状態にする。
【００２５】
図１２に示すように、係合翼１３は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部１３ａそれぞれが所定の距離隔てて上下二段に連なっている。そして、係合翼１３が攪拌翼５に対して相対的に半回転したとき、上下二段に連なった側端部１３ａのそれぞれが、攪拌翼５の上面の両端に軸着されたノブ２と掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に軸着された拡大刃９それぞれに当接し、係合して、拡大刃９を開閉する。
したがって、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に軸着された拡大刃９は、係合翼１３の双子の側端部分１３ａによって開閉されるので、開閉動作が円滑になる。
本実施形態の混合攪拌ヘッド１０は、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端に拡大刃９が軸着されており、その拡大刃９は、掘削ロッドが正回転することにより地中を掘進するときは、閉じているので、掘削径と攪拌翼５により攪拌される攪拌径とが同径に保持され、第１の実施形態における連結部材６と同様の効果を有し、掘進する際の芯ずれを防止することができる。
【００２６】
［第３の実施形態］
第３の実施形態の地盤改良用ヘッドは、第２の実施形態の地盤改良用ヘッドと較べると混合攪拌ヘッドは相違するが、それ以外は共通する。したがって、相違する混合攪拌ヘッドについて説明する。
図１３は、第３の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図である。
図１に示すように、混合攪拌ヘッド１０は、中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、その掘削翼４と所定の間隔を隔てて、中空軸３の両側に配設された攪拌翼５と、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に所定の間隔を隔てて軸着された拡大刃９と、を備えている。そして、掘削翼４の下部には地中を掘進する複数の掘削刃４ａが配設され、攪拌翼５の上部には、中空軸の両側、対称な位置に、掘削刃４ａによる掘削径を拡径する一対の拡大刃７が拡大刃９と同軸に軸着され、中空軸３の両側、対称な位置に、混合攪拌ヘッド１０の回転力が伝達される係止部８が設けられている。
本実施形態の混合攪拌ヘッド１０は、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端に拡大刃９が軸着されており、その拡大刃９は、掘削ロッドが正回転することにより地中を掘進するときは、閉じているので、第２の実施形態と同様に、掘進する際の芯ずれを防止することができる。また、係合ヘッド２０の係合翼１３は、第２の実施形態と同様に、一対の側端部１３ａそれぞれが所定の距離隔てて上下二段に連なっており、係合翼１３が攪拌翼５に対して相対的に半回転したとき、上下二段に連なった側端部１３ａのそれぞれが、攪拌翼５の上面の両端に軸着された拡大刃７と掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に軸着された拡大刃９それぞれに当接し、係合して、拡大刃７、９を開閉する。
したがって、第２の実施形態の地盤改良用ヘッドに比べて、一回転で拡径できる範囲を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００２７】
２ ノブ
２ａ 軸
２ｂ 端部
３ 中空軸
４ 掘削翼
４ａ 掘削刃
５ 攪拌翼
６ 連結部材
７、９ 拡大刃
７ａ 軸
７ｂ、７ｅ 端部
７ｃ、９ｃ 刃先
７ｄ 側部
８ 係止部
１０ 混合攪拌ヘッド
１１ 規制部材
１２ 駆動軸
１２ａ 駆動軸上部
１２ｂ 駆動軸下部
１２ｃ 貫通孔
１３ 係合翼
１３ａ 側端部
１３ｂ、１３ｃ 直線部分
１４ 逆流防止弁
１５ 軸受
２０ 係合ヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削ロッドに結合して地中を縦に掘進し、掘進先の土壌に安定材などを混合し、攪拌する地盤改良用ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に杭を造成する場合に、地中に穴を開け、その穴に杭を築造する方法やその穴に既製の杭を建込む方法を用いると、多量に発生する土の廃棄場所を確保する必要がある。そこで、排土を極力少なくするため、羽根の付いた鋼管等を回転させ、地盤支持力のある深さまで埋設する方法（特許文献１、特許文献２参照）が開発されている。しかし、その鋼管等を礫地盤や粘着力の大きい地盤に直接埋設するのは困難である。一方、地中を掘進して土を緩め、注入するセメントなどの安定材を掘進先の土壌と攪拌混合する地盤改良用ヘッドを用いてソイルセメントコラムを形成し、そのコラムに補強材として芯材を挿入する方法が開発されている（特許文献３、特許文献４参照）。そして、その地盤改良用ヘッドに関し、ソイルセメントコラムを粘着力が大きい地盤に築造する際の共回りを防止する方法（特許文献５参照）や、粘着力が大きい地盤を三次元的に混合攪拌する方法（特許文献６参照）が提案されている。
しかしながら、軟弱地盤などにおいて、支持力の高い層まで掘進するのが困難な場合や、深さに応じて土質が変化する場合があり、コラムの下部径を大きくするなどにより支持力を向上させることや、土質の変化に応じてコラム径を変化させ、安定材の使用量を節約する必要もある。そこで、地盤改良用ヘッドの攪拌ビットを偏心させ、回転半径を変えて異径のコラムを形成する方法が提案されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９２３７０号公報
【特許文献２】特開２００３−１４７７６６号公報
【特許文献３】特許第２８５９４２６号公報
【特許文献４】特開２００１−１８２０５５号公報
【特許文献５】特許第２７８８１７１号公報
【特許文献６】特許第２９０５３７８号公報
【特許文献７】特開２００１−２２６９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献7記載の方法は、攪拌ビットを偏心させるので、掘削ロッドに加わる負荷が左右不均一になるため、掘進方向が曲がる恐れがある。
本発明は、上記事情に鑑み、地盤改良に用いる攪拌混合ヘッドの所定深度における掘進径を左右均等に拡大することにより、形成されるコラムの径を通常よりも大きくして、所定の地盤支持力や地耐力をより少ない安定材で確保することが可能な地盤改良用ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の地盤改良用ヘッドは、掘削ロッドに結合されて回転し、地中を縦に掘進する一方、掘進先の土壌に安定材を混合して攪拌する地盤改良用ヘッドであって、中空軸先端の両側に配設され、複数の掘削刃を有する掘削翼と、該掘削翼と所定の間隔を隔て該中空軸の両側に配設された攪拌翼と、該掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する混合攪拌ヘッド、並びに安定材の吐出口を具備し、上記掘削ロッドに結合される駆動軸と、該駆動軸上部の両側に配設され、上記混合攪拌ヘッドに係合する係合翼と、を有し、該駆動軸下部を上記中空軸に挿通し、上記混合攪拌ヘッドを該駆動軸に軸着する係合ヘッドを備え、上記係合翼は、上記攪拌翼に係合して上記混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与える一方、上記一対の拡大刃それぞれに係合して該拡大刃を開閉させることを特徴とする。
このように、混合攪拌ヘッドが軸着される係合ヘッドを介して掘削ロッドに結合すれば、掘削ロッドの回転方向を変えることにより混合攪拌ヘッドに設けた拡大刃を開閉することができる。
【０００６】
ここで、上記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、上記一対の拡大刃それぞれは、上記掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互に軸着され、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上記側端部が当接することにより開閉することにしてもよく、また上記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、上記一対の拡大刃それぞれは、上記攪拌翼上面の両端に軸着され、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上記側端部が当接することにより開閉すること開閉することにしてもよく、さらに上記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、上記一対の拡大刃それぞれは、上記攪拌翼上面の両端、並びに上記掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互に軸着され、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上記側端部が当接することにより開閉することにしてもよい。
このように、係合翼が、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであれば、拡大刃の開閉が容易であり、その拡大刃を、掘削翼及び攪拌翼双方の両端相互に軸着すれば、攪拌翼上面の両端に軸着する場合に比べて、一回転により拡大刃で拡径する範囲を広げることが可能になり、さらに攪拌翼上面の両端、並びに掘削翼及び攪拌翼双方の両端相互に軸着すれば、一回転により拡大刃で拡径する範囲をより広げることができる。また、拡大刃を掘削翼及び攪拌翼双方の両端相互に軸着することにより、掘進する際の芯ずれを防ぐことが可能になる。
【０００７】
また、上記攪拌翼は、上記係合翼を係止する一対の係止部を備え、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、該係合翼が該係止部それぞれに係合して、上記混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与えることも好ましい。
このように、一対の係止部を設ければ、左右均等に回転力が得られる。
また、上記攪拌翼は、上記拡大刃と同軸に軸着されたノブと、該ノブの回動を規制する回動規制部とを備えたことも好ましい。
このように、拡大刃を、掘削翼及び攪拌翼双方の両端相互に軸着しても、それと同軸のノブとそのノブの回動を規制する回動規制部を備えれば、拡大刃の開閉を所定範囲に抑制することができる。
さらに、上記掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互を連結する連結部材を備えたことも好ましい。
このように、拡大刃が攪拌翼上面の両端に軸着されたものだけの場合でも、掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互を連結する連結部材を備えれば、掘進する際の芯ずれを防ぐことが可能になる。
【０００８】
さらに、上記係合翼は、上記側端部が所定の距離隔てて上下二段に連なったものであって、上記係合翼が上記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上下二段に連なった上記側端部のそれぞれが、上記攪拌翼上面の両端に軸着された上記拡大刃、並びに上記掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互に軸着された上記拡大刃それぞれに当接することが好ましい。
このように、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部が所定の距離隔てて上下二段に連なっていれば、掘削翼及び上記攪拌翼双方の両端相互に軸着された拡大刃を開閉するのが容易になる。
また、上記係合ヘッドは、軸受を介して上記駆動軸の下端で螺合することにより上記混合攪拌ヘッドを回動自在に軸着すれば、混合攪拌ヘッドは、係合ヘッドとは独立に回転し、拡大刃を開閉することができる。
また、上記係合ヘッドは、逆流弁を介し、開口を有する袋ナットで螺合されたものであって、上記掘削ロッドから流入された安定材を該袋ナットから吐出することが好ましい。
逆流弁を安定材を吐出することにすれば、安定材などが逆流することがない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の地盤改良用ヘッドによれば、地中を掘進しながら安定材と土とを混合攪拌する一方、回転方向を変えることにより所定深度における掘進径を左右均等に拡大して、形成されるコラムの径を通常よりも大きくすることができるので、より少ない安定材で必要な地盤支持力や地耐力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第1の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図である。
【図２】図２は、第1の実施形態の地盤改良用ヘッドの上部を構成する係合ヘッドの正面図である。
【図３】図３は、混合攪拌ヘッドを係合ヘッドの駆動軸に軸着する袋ナットの断面図である。
【図４】図４は、第1の実施形態の混合攪拌ヘッドの平面を示す図である。
【図５】図５は、第1の実施形態の係合ヘッドの平面を示す図である。
【図６】図６は、係合翼と係止部との係合関係及び係合翼による拡大刃の開閉状況を模式的に説明する図である。
【図７】図７は、第1の実施形態の地盤改良用ヘッドを用いて地盤改良を行い、羽根つき鋼管を埋設してより大きい地盤支持力を得る場合の一例を示す図である。
【図８】図８は、第２の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図である。
【図９】図９は、第２の実施形態の混合攪拌ヘッドの平面を示す図である。
【図１０】図１０は、ノブと拡大刃との位置関係を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態の係合ヘッドの平面を示す図である。
【図１２】図１２は、第３の実施形態の係合ヘッドの係合翼の端部を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、第３の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本実施形態の地盤改良用ヘッドについて説明する。
［第１の実施形態］
図１から図５は、第1の実施形態の地盤改良用ヘッドの一例を示す図であり、図１は、地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図、図２は、地盤改良用ヘッドの上部を構成する係合ヘッドの正面図、図３は、混合攪拌ヘッドを係合ヘッドの駆動軸に軸着する袋ナットの断面図である。
第１の実施形態の地盤改良用ヘッド１は、下部を構成する混合攪拌ヘッド１０と、上部を構成する係合ヘッド２０と、袋ナット３０とにより構成され、混合攪拌ヘッド１０は係合ヘッド２０と独立に半回転できるよう、袋ナット３０を用いて係合ヘッド２０に軸着される。
図１に示すように、混合攪拌ヘッド１０は、中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、その掘削翼４と所定の間隔を隔てて、中空軸３の両側に配設された攪拌翼５と、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互を所定の間隔を隔てて連結する連結部材６と、を備えている。そして、掘削翼４の下部には地中を掘進する複数の掘削刃４ａが配設され、攪拌翼５の上部には、中空軸３の両側、対称な位置に、掘削刃４ａによる掘削径を拡径する一対の拡大刃７が軸７ａに軸着され、中空軸３の両側、対称な位置に、混合攪拌ヘッド１０の回転力が伝達される係止部８が設けられている。
本実施形態の混合攪拌ヘッド１０は、掘削翼４及び攪拌翼５双方が連結部材６により両端で連結され、掘削刃４ａにより掘進する掘削径と攪拌翼５により攪拌される攪拌径とが同径に保持されるので、掘進する際の芯ずれが防止できる。
【００１２】
図２に示すように、係合ヘッド２０は、駆動源に接続された掘削ロッドに嵌合することにより結合され、所定の回転力が伝達される駆動軸１２と、その駆動軸１２上部の両側に配設され、混合攪拌ヘッド１０の攪拌翼５の上部に設けられた係止部８に係合して混合攪拌ヘッド１０に回転力を伝達する係合翼１３と、を有する。
駆動軸上部１２ａは、断面が六角形をなし、掘削ロッド内面（図示していない）に形成された六角穴に内嵌めされて掘削ロッドの回転力が伝達される。駆動軸下部１２ｂは、混合攪拌ヘッド１０を軸着するねじ山が設けてある。掘削ロッドに嵌合される駆動軸上部１２ａの側面には、掘削ロッドと共通の貫通孔１２ｃがあり、掘削ロッドに嵌合された後、その貫通孔１２ｃにピンを挿入することにより、駆動軸１２は掘削ロッドに固定される。また、駆動軸下部１２ｂの外径は、混合攪拌ヘッド１０の中空軸３の内径よりも小さいので、駆動軸下部１２ｂを中空軸３に挿通することができる。ここで、駆動軸上部１２ａの断面形状は、必ずしも六角形である必要はなく、嵌合可能であれば、多角形であってもよい。
【００１３】
図３に示すように、駆動軸下部１２ｂの端縁は、内周面及び外周面に、それぞれねじ山が切ってあり、内周面には逆流防止弁１４が螺着される。そして、外周面には、袋ナット３０が螺合される。また、中空軸３の端面と袋ナット３０との間には、内径が駆動軸１２の外径より大きく、外径が中空軸３の外径と同サイズの軸受１５が挟みこまれる。これにより、混合攪拌ヘッド１０は、係合ヘッド２０とは独立に回動することができる。そして、袋ナット３０には開口３０ａが設けてあるので、掘削ロッドの注入口（図示していない）から流入されたセメントなどの安定材は駆動軸１２の内部を通り、その開口３０ａから吐出される。一方、駆動軸１２の内周面には逆流防止弁１４が螺着されており、外部に吐出された安定材などは、駆動軸１２の内部に流入できないようになっている。
ここで、本実施形態の地盤改良用ヘッド１は、軸受１５を用いているが、軸受１５は必ずしも必要はなく、ワッシャなどであってもよい。また、使用する安定材や地中の環境によっては、逆流防止弁１４は必ずしも必要としない。
【００１４】
図４は、混合攪拌ヘッドの平面を示す図であり、図５は、係合ヘッドの平面を示す図である。
図４に示すように、混合攪拌ヘッド１０の中央に中空軸３があり、中空軸３上部の両側に攪拌翼５が設けてある。そして、攪拌翼５の上面には、中空軸３を挟んで中央寄りの対称な位置に一対の係止部８が、中空軸３を挟んで端寄りの対称な位置に一対の拡大刃７が、それぞれ配設されている。
係止部８は、後述する係合ヘッド２０の係合翼１３と係合することにより掘削ロッドの回転力が伝達され、混合攪拌ヘッド１０を回転させる力が付与される。
また、拡大刃７は、水平に旋回できるように上面に軸７ａで支持され、後述する係合ヘッド２０の係合翼１３が矢印方向と逆向きに半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａが拡大刃７の矢印方向前方の端部（刃先と反対側の端部）７ｂに当接し、拡大刃７の刃先７ｃを攪拌翼５より外側に旋回させて、拡大刃７を開いた状態にする。
【００１５】
図５に示すように、係合ヘッド２０の中央に駆動軸１２があり、駆動軸上部の両側に、攪拌翼５と係合する係合翼１３が設けてある。そして、係合翼１３には、駆動軸１２を挟んで対称な位置に、正逆それぞれの回転方向に突出した突出部を有する側端部１３ａが設けられている。係合翼１３は、矢印方向前方の直線部分１３ｂが図４に示した混合攪拌ヘッド１０の係止部８と係合し、掘削ロッドの回転力を係止部８に伝達するので、混合攪拌ヘッド１０は回転力が付与される。そして、この係合翼１３が矢印方向と逆向きに半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａが、図４に示した拡大刃７の矢印方向前方の端部７ｂに当接し、拡大刃７の刃先７ｃを攪拌翼５より外側に旋回させて、拡大刃７を開いた状態にする。また、この係合翼１３が矢印方向に回転し、係止部８に対して相対的に半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａが、図４に示した拡大刃の側部７ｄに当接し、拡大刃の刃先７ｃを攪拌翼５側に旋回させて、拡大刃７を閉じた状態にする。
【００１６】
図６は、係合翼と係止部との係合関係及び係合翼による拡大刃の開閉状況を模式的に説明する図である。
図６に示すように、混合攪拌ヘッド１０の上面には中空軸３を挟んで中央寄りに係止部８が、中空軸３を挟んで端寄りに拡大刃７が、それぞれ設置されている。また、混合攪拌ヘッド１０に対向する係合ヘッド２０には駆動軸１２を挟んで係合翼１３が設置されている。
係合ヘッド２０が矢印方向に回転するときは、係合翼１３が実線で示す位置にあり、係合翼１３の矢印方向前方の直線部分１３ｂが係止部８に当接することにより、掘削ロッドの回転力を係止部８に伝達する。そのとき、拡大刃７は、実線で示す位置にあり、拡大刃の矢印方向後方の端部７ｅが係合翼１３の側端部１３ａに係合するため、拡大刃７が開かない状態になっている。すなわち、拡大刃７はロックされた状態になる。
【００１７】
次に、係合ヘッド２０を矢印方向とは逆向きに回転させる一方、混合攪拌ヘッド１０の回転を停止させる。これは、混合攪拌ヘッド１０の掘削刃４ａが土中に突き刺さっている状態、あるいは駆動軸１２によって混合攪拌ヘッド１０が地盤に押されている状態、すなわち混合攪拌ヘッド１０が係合ヘッド２０とともに逆方向に回転するのを妨げる力が作用する状態において可能となる。そして、係合ヘッド２０が混合攪拌ヘッド１０に対して相対的に半回転すると攪拌翼１３は破線で示す位置にあり、攪拌翼１３の矢印方向後方の直線部分１３ｃが係止部８に接し、混合攪拌ヘッド１０の逆向きの回転力が係止部８に伝達される。そのとき、拡大刃７は、ロックされた状態から解徐された状態となり、破線で示す位置で、拡大刃７の矢印方向前方の端部７ｂが係合翼１３の側端部１３ａに押され、刃先７ｃは攪拌翼５より外側に旋回して、拡大刃７を開く。そして、係合翼１３の側端部１３ａと拡大刃７の矢印方向前方の端部７ｂが係合し、拡大刃７は開いた状態でロックされる。
この場合、係合ヘッド２０が混合攪拌ヘッド１０に対して相対的に半回転するまでの間は、係合ヘッド２０は、混合攪拌ヘッド１０とは係合しないので混合攪拌ヘッド１０による負荷を受けることなく独立に回転する。従って、相対的に半回転させる際の掘削ロッドの駆動源にかかる負荷（例えば電流値）の状態をモニターすれば、拡大刃７が開いたか否か検知することができる。
【００１８】
次に、係合ヘッド２０を矢印方向に回転させる一方、混合攪拌ヘッド１０の回転を停止させる。これも、駆動軸１２によって混合攪拌ヘッド１０が地盤に押圧された状態など、混合攪拌ヘッド１０が矢印方向に回転するのを妨げる力が作用する状態において可能となる。そして、係合ヘッド２０が混合攪拌ヘッド１０に対して相対的に半回転すると、係合翼１３は実線で示す位置にあり、係合翼１３の矢印方向前方における直線部分１３ｂが係止部８に係合し、混合攪拌ヘッド１０の矢印方向の回転力が係止部８に伝達される。この間、拡大刃７は、ロックされた状態から解徐された状態となり、破線で示す位置で、拡大刃７の矢印方向後方の端部７ｅが係合翼１３の側端部１３ａに押され、刃先７ｃを攪拌翼１３側に旋回し、拡大刃７を閉じる。そして、係合翼１３の側端部１３ａと拡大刃７の矢印方向前方の端部７ｅとが係合し、拡大刃６は閉じた状態でロックされる。
この場合、係合ヘッド２０が混合攪拌ヘッド１０に対して相対的に半回転する間は、係合ヘッド２０は、混合攪拌ヘッド１０とは係合することがないので混合攪拌ヘッド１０の負荷とは無関係に回転する。従って、相対的に半回転させる際の掘削ロッドの駆動源にかかる負荷（ほとんどゼロ）の状態と、その後にかかる負荷の状態とをモニターすれば、地中の拡大刃７が閉じたか否かを検知することができる。
【００１９】
図７は、本実施形態の地盤改良用ヘッドを用いて地盤改良を行い、羽根つき鋼管を埋設して高い地盤支持力を得る場合の一例を示す図である。
図７に示すように、掘削ロッドの下端に本実施形態の地盤改良用ヘッド１を結合し、掘削ロッドを正回転させて掘進し所定深度の土を緩める。このとき、掘削ロッドの注入口から安定材を注入し、袋ナット３０の開口３０ａから安定材を吐出し、その安定材を掘進先の土と混ぜ、攪拌する（ア）。次に、掘削ロッドを逆回転させ、拡大刃９を開き、掘削ロッドを引き上げながら逆回転させて、掘進した孔径を拡径し、安定材を掘進先の土と混ぜ、攪拌する。所定長拡径したら、掘削ロッドを引き下げ、掘削翼４を地盤に押し付けながら正回転して、拡大刃９を閉じ、地盤改良用ヘッド１を地上に回収する（イ）。羽根つき鋼管Ｋを回転させながら所定深度まで埋設する（ウ）。
【００２０】
本実施形態の地盤改良用ヘッド１は、混合攪拌ヘッド１０の攪拌翼５の上面と係合ヘッド２０の係合翼１３が重なり合う位置で係合翼１３と、係止８及び拡大刃７それぞれが係合するように構成されているが、必ずしも双方が重なり合う位置で係合するように構成する必要はない。また、係合翼１３、係止８及び拡大刃７の形状は、図４から図６で示した形状に限定されない。
【００２１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の地盤改良用ヘッドは、第１の実施形態の地盤改良用ヘッドと較べると、混合攪拌ヘッドが相違するが、それ以外の点は共通する。したがって、相違する混合攪拌ヘッド１０について説明する。
図８は、第２の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図であり、図９は、混合攪拌ヘッドの平面を示す図である。
図８に示すように、混合攪拌ヘッド１０は、中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、その掘削翼４と所定の間隔を隔てて、中空軸３の両側に配設された攪拌翼５と、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に所定の間隔を隔てて軸着された拡大刃９と、を備えている。そして、掘削翼４の下部には地中を掘進する複数の掘削刃４ａが配設され、攪拌翼５の上部には、中空軸の両側、対称な位置に、拡大刃９を開閉するノブ２が軸着され、中空軸３の両側、対称な位置に、混合攪拌ヘッド１０の回転力が伝達される係止部８が設けられている。
【００２２】
図９に示すように、混合攪拌ヘッド１０の中央に中空軸３があり、中空軸３上部の両側に攪拌翼５が設けてある。そして、攪拌翼５の上面には、中空軸３を挟んで中央寄りの対称な位置には一対の係止部８が配設され、中空軸３を挟んで端寄りの対称な位置には一対のノブ２及びノブの回動を規制する一対の規制部材１１が配設されている。
係止部８は、後述する係合ヘッド２０の係合翼１３と係合することにより掘削ロッドの回転力が伝達され、混合攪拌ヘッド１０を回転させる力が付与される。
【００２３】
図１０は、ノブと拡大刃との位置関係を示す図である。
図１０に示すように、ノブ２及び拡大刃９（破線で示す）は、水平に旋回できるように攪拌翼に軸２ａで支持され、後述する係合ヘッド２０の係合翼１３が矢印方向と逆向きに半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａがノブ２の矢印方向前方の端部２ｂに当接し、拡大刃９の刃先９ｃを攪拌翼５より外側に旋回させて、拡大刃９を開いた状態にする。
【００２４】
図１１は、係合ヘッドの平面を示す図であり、図１２は、係合翼の端部を示す斜視図である。
図１１に示すように、係合ヘッド２０の中央に駆動軸１２があり、駆動軸上部の両側に、攪拌翼５と係合する係合翼１３が設けてある。そして、係合翼１３には、駆動軸１２を挟んで対称な位置に、正逆それぞれの回転方向に突出した突出部を有する側端部１３ａが設けられている。係合翼１３は、矢印方向前方の直線部分１３ｂが図９に示す混合攪拌ヘッド１０の係止部８と係合し、掘削ロッドの回転力を係止部８に伝達するので、混合攪拌ヘッド１０には回転力が付与される。そして、この係合翼１３が矢印方向と逆向きに半回転したとき、係合翼１３の側端部分１３ａが、図１０に示すノブ２の矢印方向前方の端部２ｂに当接し、拡大刃９の刃先９ｃを攪拌翼５より外側に旋回させて、拡大刃９を開いた状態にする。また、この係合翼１３が矢印方向に回転し、係止部８に対して相対的に半回転したとき、係合翼１３の側端部１３ａが、ノブ２に当接し、拡大刃の刃先９ｃを攪拌翼５側に旋回させて、拡大刃９を閉じた状態にする。
【００２５】
図１２に示すように、係合翼１３は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部１３ａそれぞれが所定の距離隔てて上下二段に連なっている。そして、係合翼１３が攪拌翼５に対して相対的に半回転したとき、上下二段に連なった側端部１３ａのそれぞれが、攪拌翼５の上面の両端に軸着されたノブ２と掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に軸着された拡大刃９それぞれに当接し、係合して、拡大刃９を開閉する。
したがって、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に軸着された拡大刃９は、係合翼１３の双子の側端部分１３ａによって開閉されるので、開閉動作が円滑になる。
本実施形態の混合攪拌ヘッド１０は、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端に拡大刃９が軸着されており、その拡大刃９は、掘削ロッドが正回転することにより地中を掘進するときは、閉じているので、掘削径と攪拌翼５により攪拌される攪拌径とが同径に保持され、第１の実施形態における連結部材６と同様の効果を有し、掘進する際の芯ずれを防止することができる。
【００２６】
［第３の実施形態］
第３の実施形態の地盤改良用ヘッドは、第２の実施形態の地盤改良用ヘッドと較べると混合攪拌ヘッドは相違するが、それ以外は共通する。したがって、相違する混合攪拌ヘッドについて説明する。
図１３は、第３の実施形態の地盤改良用ヘッドの下部を構成する混合攪拌ヘッドの正面図である。
図１に示すように、混合攪拌ヘッド１０は、中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、その掘削翼４と所定の間隔を隔てて、中空軸３の両側に配設された攪拌翼５と、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に所定の間隔を隔てて軸着された拡大刃９と、を備えている。そして、掘削翼４の下部には地中を掘進する複数の掘削刃４ａが配設され、攪拌翼５の上部には、中空軸の両側、対称な位置に、掘削刃４ａによる掘削径を拡径する一対の拡大刃７が拡大刃９と同軸に軸着され、中空軸３の両側、対称な位置に、混合攪拌ヘッド１０の回転力が伝達される係止部８が設けられている。
本実施形態の混合攪拌ヘッド１０は、掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端に拡大刃９が軸着されており、その拡大刃９は、掘削ロッドが正回転することにより地中を掘進するときは、閉じているので、第２の実施形態と同様に、掘進する際の芯ずれを防止することができる。また、係合ヘッド２０の係合翼１３は、第２の実施形態と同様に、一対の側端部１３ａそれぞれが所定の距離隔てて上下二段に連なっており、係合翼１３が攪拌翼５に対して相対的に半回転したとき、上下二段に連なった側端部１３ａのそれぞれが、攪拌翼５の上面の両端に軸着された拡大刃７と掘削翼４及び攪拌翼５双方の両端相互に軸着された拡大刃９それぞれに当接し、係合して、拡大刃７、９を開閉する。
したがって、第２の実施形態の地盤改良用ヘッドに比べて、一回転で拡径できる範囲を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００２７】
２ ノブ
２ａ 軸
２ｂ 端部
３ 中空軸
４ 掘削翼
４ａ 掘削刃
５ 攪拌翼
６ 連結部材
７、９ 拡大刃
７ａ 軸
７ｂ、７ｅ 端部
７ｃ、９ｃ 刃先
７ｄ 側部
８ 係止部
１０ 混合攪拌ヘッド
１１ 規制部材
１２ 駆動軸
１２ａ 駆動軸上部
１２ｂ 駆動軸下部
１２ｃ 貫通孔
１３ 係合翼
１３ａ 側端部
１３ｂ、１３ｃ 直線部分
１４ 逆流防止弁
１５ 軸受
２０ 係合ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削ロッドに結合されて回転し、地中を縦に掘進する一方、掘進先の土壌に安定材を混合して攪拌する地盤改良用ヘッドであって、
中空軸先端の両側に配設され、複数の掘削刃を有する掘削翼と、該掘削翼と所定の間隔を隔て該中空軸の両側に配設された攪拌翼と、該掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する混合攪拌ヘッド、並びに
安定材の吐出口を具備し、前記掘削ロッドに結合される駆動軸と、該駆動軸上部の両側に配設され、前記混合攪拌ヘッドに係合する係合翼と、を有し、該駆動軸下部を前記中空軸に挿通し、前記混合攪拌ヘッドを該駆動軸に軸着する係合ヘッドを備え、
前記係合翼は、前記攪拌翼に係合して前記混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与える一方、前記一対の拡大刃それぞれに係合して該拡大刃を開閉させることを特徴とする地盤改良用ヘッド。
【請求項２】
前記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、
前記一対の拡大刃それぞれは、前記掘削翼及び前記攪拌翼双方の両端相互に軸着され、前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、前記側端部が当接することにより開閉することを特徴とする請求項１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項３】
前記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、
前記一対の拡大刃それぞれは、前記攪拌翼上面の両端に軸着され、前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、前記側端部が当接することにより開閉すること開閉することを特徴とする請求項１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項４】
前記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、
前記一対の拡大刃それぞれは、前記攪拌翼上面の両端、並びに前記掘削翼及び前記攪拌翼双方の両端相互に軸着され、前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、前記側端部が当接することにより開閉することを特徴とする請求項１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項５】
前記攪拌翼は、前記係合翼を係止する一対の係止部を備え、前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、該係合翼が該係止部それぞれに係合して、前記混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与えることを特徴とする請求項２から４のうちの何れか１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項６】
前記攪拌翼は、前記拡大刃と同軸に軸着されたノブと、該ノブの回動を規制する回動規制部とを備えたことを特徴とする請求項２記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項７】
前記掘削翼及び前記攪拌翼双方の両端相互を連結する連結部材を備えたことを特徴とする請求項３記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項８】
前記係合翼は、前記側端部が所定の距離隔てて上下二段に連なったものであって、
前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上下二段に連なった前記側端部のそれぞれが、前記攪拌翼上面の両端に軸着された前記拡大刃、並びに前記掘削翼及び前記攪拌翼双方の両端相互に軸着された前記拡大刃それぞれに当接することを特徴とする請求項４記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項９】
前記係合ヘッドは、軸受を介して前記駆動軸の下端で螺合することにより前記混合攪拌ヘッドを回動自在に軸着したことを特徴とする請求項１から８のうちの何れか１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項１０】
前記係合ヘッドは、逆流弁を介し、開口を有する袋ナットで螺合されたものであって、前記掘削ロッドから流入された安定材を該袋ナットから吐出することを特徴とする請求項１から９のうちの何れか１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項１】
掘削ロッドに結合されて回転し、地中を縦に掘進する一方、掘進先の土壌に安定材を混合して攪拌する地盤改良用ヘッドであって、
中空軸先端の両側に配設され、複数の掘削刃を有する掘削翼と、該掘削翼と所定の間隔を隔て該中空軸の両側に配設された攪拌翼と、該掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する混合攪拌ヘッド、並びに
安定材の吐出口を具備し、前記掘削ロッドに結合される駆動軸と、該駆動軸上部の両側に配設され、前記混合攪拌ヘッドに係合する係合翼と、を有し、該駆動軸下部を前記中空軸に挿通し、前記混合攪拌ヘッドを該駆動軸に軸着する係合ヘッドを備え、
前記係合翼は、前記攪拌翼に係合して前記混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与える一方、前記一対の拡大刃それぞれに係合して該拡大刃を開閉させることを特徴とする地盤改良用ヘッド。
【請求項２】
前記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、
前記一対の拡大刃それぞれは、前記掘削翼及び前記攪拌翼双方の両端相互に軸着され、前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、前記側端部が当接することにより開閉することを特徴とする請求項１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項３】
前記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、
前記一対の拡大刃それぞれは、前記攪拌翼上面の両端に軸着され、前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、前記側端部が当接することにより開閉すること開閉することを特徴とする請求項１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項４】
前記係合翼は、正逆それぞれの回転方向に突出した一対の側端部を有するものであって、
前記一対の拡大刃それぞれは、前記攪拌翼上面の両端、並びに前記掘削翼及び前記攪拌翼双方の両端相互に軸着され、前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、前記側端部が当接することにより開閉することを特徴とする請求項１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項５】
前記攪拌翼は、前記係合翼を係止する一対の係止部を備え、前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、該係合翼が該係止部それぞれに係合して、前記混合攪拌ヘッドに所定の回転力を与えることを特徴とする請求項２から４のうちの何れか１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項６】
前記攪拌翼は、前記拡大刃と同軸に軸着されたノブと、該ノブの回動を規制する回動規制部とを備えたことを特徴とする請求項２記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項７】
前記掘削翼及び前記攪拌翼双方の両端相互を連結する連結部材を備えたことを特徴とする請求項３記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項８】
前記係合翼は、前記側端部が所定の距離隔てて上下二段に連なったものであって、
前記係合翼が前記攪拌翼に対して相対的に半回転したとき、上下二段に連なった前記側端部のそれぞれが、前記攪拌翼上面の両端に軸着された前記拡大刃、並びに前記掘削翼及び前記攪拌翼双方の両端相互に軸着された前記拡大刃それぞれに当接することを特徴とする請求項４記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項９】
前記係合ヘッドは、軸受を介して前記駆動軸の下端で螺合することにより前記混合攪拌ヘッドを回動自在に軸着したことを特徴とする請求項１から８のうちの何れか１記載の地盤改良用ヘッド。
【請求項１０】
前記係合ヘッドは、逆流弁を介し、開口を有する袋ナットで螺合されたものであって、前記掘削ロッドから流入された安定材を該袋ナットから吐出することを特徴とする請求項１から９のうちの何れか１記載の地盤改良用ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２６７８３（Ｐ２０１１−２６７８３Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７０８５１（Ｐ２００９−１７０８５１）
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（３０９０２１２９４）有限会社 植杉工業 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（３０９０２１２９４）有限会社 植杉工業 (6)
【Ｆターム（参考）】
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