JP2002180452A - 地盤改良施工方法及びその施工管理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 目標羽根切回数を深さ方向の各部で充足させ
ることにより、経費削減、施工効率、施工評価などによ
り優れたものを実現する。 【解決手段】支持リーダ２に沿って上下動されると共に
油圧式の駆動モータ４により回転される回転軸５と、回
転軸５と一体に回転される撹拌翼８とを有し、回転軸５
を回転しながら地盤中の所定深さまで貫入したり引抜く
過程で、撹拌翼８により、地盤中に吐出される改良材と
原位置土とを混合する地盤改良施工方法を対象とし、前
記貫入時には、回転軸５の所定深さ毎に撹拌翼８の羽根
切回数を演算すると共に、該演算値と目標羽根切回数と
の差を前記所定深さ毎に不足羽根切回数として算出し、
前記引抜時には、前記不足羽根切回数を充足するよう前
記所定深さ毎に応じ回転軸５の引抜速度を制御するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に軟弱地盤中に
モルタル，セメントミルクなどの改良材と原位置土とを
混合して柱状パイルを造成したり、地盤強度を向上する
地盤改良施工方法及びその施工管理装置に関する

【０００２】

【従来の技術】地盤改良施工としては、セメントミルク
等の改良材を地盤中に吐出して原位置土と撹拌混合する
ことにより、改良材との化学的な結合作用を利用して、
強固な柱状パイルを造成したり、土質性状を安定化する
と共に地盤強度を向上する方法がある。使用施工装置
は、駆動モータで回転されると共に支持リーダに沿って
上下動される回転軸と、該回転軸と一体に回転される撹
拌翼とを有し、回転軸を回転しながら地盤中の所定深さ
まで貫入したり引抜く過程で、撹拌翼により、地盤中に
吐出される改良材と原位置土とを混合する。前記改良材
は、回転軸に沿って配置される供給管を介して供給さ
れ、撹拌翼の付け根部等に設けられる吐出口から撹拌翼
の回転によって形成される空隙部に吐出され、撹拌翼の
回転に伴う回転軌跡に散布され、原位置土と強制的に混
合される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記施工方法では、原
位置土と改良材との混合度合が改良品質を大きく左右す
る。このため、施工設計では、対象地盤強度や性状等が
予備試験により把握されて、改良材の吐出量と共に貫入
や引抜速度、撹拌翼の枚数、撹拌翼の深さ方向１ｍ当た
りの回転数つまり羽根切回数等の設定が重要となる。即
ち、貫入や引抜速度等は目標羽根切回数を充足できるよ
う決められるが、その場合に安全率を高くすると施工効
率が悪くなる。また、実際の施工では、施工箇所が予備
試験の地盤強度より部分的に硬かったり柔らかいことも
多く、回転軸の回転速度、貫入や引抜速度等が設計値か
らずれることも起きる。従って、施工評価上からは、羽
根切回数が深さ方向の各部において目標羽根切回数を常
に満たしていることまでは期待できず、品質的に更に細
かに管理して確実性と信頼性をより向上したい。

【０００４】また、上記施工装置の駆動モータは、電動
式か油圧式の何れかであり、支持リーダの上部に設置さ
れて、歯車等の連結機構を介し回転軸を回転し、又、該
回転が地上のベースマシン側から制御される。油圧モー
タは、電動モータに比べて一般に小型・軽量であり、ベ
ースマシン側で使用される油圧設備つまりモータ駆動用
の油圧ないしは作動油を利用できる利点がある。ところ
が、油圧モータでは、その回転数は油流量を変えれば容
易に変化させられるが、地盤の硬さによって回転数が変
動し易いという機構上の問題がある。このため、従来
は、対象地盤が比較的硬い場合、電動モータが用いられ
ており、発電機設備に要する費用、付帯設備経費もかさ
むのみならず、施工の迅速化及び効率化に欠けていた。

【０００５】本発明は以上のような課題を解消すること
を目的としている。具体的には、目標羽根切回数を深さ
方向の各部で充足できるようにすることにより、経費削
減と施工効率を向上し、同時に施工評価をより高めるこ
とにある。他の目的は以下の内容説明の中で明らかにす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の地盤改良施工方法は、支持リーダに沿って
上下動されると共に油圧式の駆動モータにより回転され
る回転軸と、該回転軸と一体に回転される撹拌翼とを有
し、前記回転軸を回転しながら地盤中の所定深さまで貫
入したり引抜く過程で、前記撹拌翼により、地盤中に吐
出される改良材と原位置土とを混合する地盤改良施工方
法において、前記貫入時には、前記回転軸の所定深さ毎
に前記撹拌翼の羽根切回数を演算すると共に、該演算値
と目標羽根切回数との差を前記所定深さ毎に不足羽根切
回数として算出し、前記引抜時には、前記目標羽根切回
数に達するよう前記不足羽根切回数に基づいて前記所定
深さ毎に応じ前記回転軸の引抜速度を制御することを特
徴としている。また、本発明は、施工管理装置から特定
すると、上記地盤改良施工方法に用いられて、前記回転
軸の回転数及び昇降速度から、前記回転軸の所定深さ毎
に前記撹拌翼の羽根切回数を演算し、該演算値と目標羽
根切回数との差を不足羽根切回数として所定深さ毎に算
出すると共に、前記回転軸の引抜速度について前記不足
羽根切回数を補うよう所定深さに応じ算出する演算手段
と、前記演算手段で得られた前記回転軸の引抜速度を所
定深さに対応させて表示する表示手段とを有しているも
のである。

【０００７】以上の発明特徴は、貫入時において、所定
深さ毎に羽根切回数を演算し、それを不足羽根切回数
（＝目標羽根切回数−演算羽根切回数）として算出す
る。引抜時において、該不足羽根切回数を基にして目標
羽根切回数に達するよう所定深さ毎に回転軸の引抜速度
（所定深さ毎の引抜速度）にて調整制御する。これによ
って、実施工での羽根切回数は、貫入と引抜時の合計と
して、所定深さ毎にそれぞれ目標羽根切回数を確実に満
たしている。このため、この構成では、目標羽根切回数
が所定深さ毎、つまり各部分も常に充足されることか
ら、施工品質及び評価の信ぴょう性を向上できる。同時
に、羽根切回数が部分的に不足したり過剰となることを
防いで迅速・効率施工を可能にする。同時に、上記課題
で述べた油圧モータの適用を拡大可能にして工期を短縮
したり、施工経費の低減を実現できる。

【０００８】以上の本発明において、所定深さ毎とは、
回転軸（撹拌軸も同じ）の貫入や引抜時において、例え
ば、１ｍ毎又は５０ｃｍ毎という様に単位深さづつとい
う意味である。この単位深さは、通常、５０ｃｍ〜１．
５ｍの範囲内で定めることが精度的及び引抜時の速度制
御的に好ましい。目標羽根切回数とは、施工設計時に最
適なものとして設定される施工域毎の羽根切回数であ
る。

【０００９】貫入時の羽根切回数は例えば次の式（１）
から算出される。

【式１】

【００１０】本発明方法では、羽根切回数Ｔは貫入過程
において、所定深さ毎に演算され、深さに対応した羽根
切回数（Ｔ1、Ｔ2・・・Ｔｘ）として求められる。また、
各羽根切回数（Ｔ1、Ｔ2・・・Ｔｘ）と目標羽根切回数
（Ｔ0）との差が不足羽根切回数（Ｔｎ1、Ｔｎ2・・・Ｔｎ
ｘ）として所定深さ毎に算出される。そして、回転軸の
引抜速度は、所定深さ毎に不足羽根切回数（Ｔｎ1、Ｔ
ｎ2・・・Ｔｎｘ）を基にし算出される。この各引抜速度も
上記式（１）をベースにして導出されることになる。

【００１１】以上の本発明は、請求項２と３の如く構成
することがより好ましい。即ち、第１に、前記回転軸が
支持リーダに沿って付設されたラック・ピニオン機構等
を介し強制的に上下動される構成である。この構成は、
回転軸がラック・ピニオン機構等を介して強制的に上下
動されると、例えば、上記した貫入速度ｖが機構的に一
定となるため、本発明の施工管理装置の演算が簡単かつ
確実となる。また、引抜速度で制御するときにもより正
確に行える利点がある。ここで、「回転軸が強制的に上
下動される」とは、例えば、回転軸が地盤側の硬さ等に
影響されず常に設計速度で昇降されることを指し、公知
のラック・ピニオン機構やチェーン機構等の機械的な動
きに連動して上下移動される意味である。第２に、前記
改良材が少なくとも前記回転軸の貫入過程で吐出される
構成である。これは、改良材の吐出時期として、貫入過
程だけ吐出する形態と、貫入及び引抜過程共に吐出する
形態とがあるが、本発明の如く貫入と引抜時の合計とし
て、目標羽根切回数を所定深さ毎に満たす構成の場合に
貫入過程で専ら吐出する方が全体の混合品質をより均一
化できるからである。但し、吐出時期は、貫入過程にお
いて必要深さ範囲だけ吐出したり、引抜過程でも必要部
に吐出しても何ら差し支えない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例につい
て図面を参照しながら説明する。この説明では、まず、
本発明を実施するときに用いられる施工装置及び施工管
理装置例について述べた後、施工方法に言及する。な
お、図１は施工装置及び管理装置全体の模式構成を示
し、図２は本発明方法の制御例を模式的に示し、図３は
オペレータ用指示部の表示例を模式的に示している。

【００１３】（施工装置例）図１において、地盤改良用
の施工装置は、走行式ベースマシン１と、ベースマシン
１に油圧式バックステー３等を介し起立された支持リー
ダ２と、支持リーダ２の一側上下方向に移動される駆動
装置４と、駆動装置４を介し回転される回転軸５などを
備えている。ここで、駆動装置４は、支持リーダ２の上
下に配設されたラック部材６に対し可動体７が機械的な
噛み合いによって強制的に昇降されると共に、該可動体
７に対し油圧モータ及びギヤ等の連結機構を設置しそれ
らにより回転軸５を回転するものである。駆動装置４の
昇降つまり上下動は後述する操作部２３で可変制御され
る。前記油圧モータは、ベースマシン１側に設置された
油圧制御装置１０の油圧源が兼用され、不図示の油圧ポ
ンプ及び管路を介し給排される作動油により駆動され
る。回転軸５は、不図示の供給管が内部に配置され、撹
拌翼８が下部側に１段−合計３枚の翼構成（この翼構成
は段数及び枚数共に適宜に設定される）で設けられてい
る。そして、改良材は、製造プラント９から前記供給管
を通じ移送されて、撹拌翼８の付け根部等に設けられる
吐出口から撹拌翼８の回転によって形成される空隙部に
吐出される。これらの構造は従来と同じ。

【００１４】（管理装置例）以上の施工装置は、駆動装
置４側に付設された回転計（回転センサー）１１と、支
持リーダ６の下部側に設置された回転軸ガイド兼用の機
構部１２と、該機構部１２に付設された深度計（深度セ
ンサー）１３及びタイマー１４並びに速度計１５と、演
算手段としての演算処理部１６と、表示手段としての表
示部１７と、オペレータ用指示部１８とを有している。

【００１５】このうち、回転計１１は回転軸５の回転数
を検出して、該検出データを演算処理部１６に送信す
る。深度計１３は回転軸５の先端部の現在深さを検出
し、速度計１５は深度計１３の検出データ及びタイマー
１４から回転軸５の貫入や引抜速度を検出し、それらの
検出データを演算処理部１６に送信する。タイマー１４
及び速度計１５は、演算処理部１６に内蔵するようにし
てもよい。演算処理部１６、表示部１７、指示部１８等
は模式化されているが、実際にはベースマシン１のオペ
ーレータ室に設置されている。

【００１６】この演算処理部１６は、演算部（ＣＰＵ）
に対し入力部１９から予め決められた設計上の目標羽根
切回数が入力されると共に、回転計１１及び速度計１５
から送信される検出データを基にして次のような演算処
理を行う。即ち、回転軸５の貫入過程においては、全撹
拌翼８の羽根切回数が上記式（１）に準拠し単位深さ毎
に演算されて図２の如く、単位深さ毎（０−１ｍ、１−
２ｍ、・・・４−５ｍ）に行われた羽根切回数（回／ｍ）
を得る。同時に、その単位深さ毎の羽根切回数から不足
羽根切回数が算出される。この不足羽根切回数は、目標
羽根切回数と演算された当該単位深さの羽根切回数との
差で、図２の下側に例示したＴｎ1に相当している。同
時に、引抜過程で使用される回転軸５の引抜速度が上記
式（１）を利用して単位深さ毎に算出される。その単位
深さ毎の引抜速度は指示部１８へ送られて回転軸５の引
抜過程で使用される。

【００１７】この指示部１８は、図３の例の如く前記し
た単位深さ毎の引抜速度が送信され、オペレータがそれ
に基づいて駆動装置４を制御する操作部２３の操作を容
易に行えるよう、回転軸５の現在の深さを表示する画像
部２０と、引抜速度を切り換える深さと指定速度をデジ
タル表示する画像部２１と、引抜速度をメーターで表示
する画像部２２等とから構成されている。そして、オペ
レータは、画像部２１にの指定速度に応じて操作部２３
を操作して、回転軸５の引抜速度を指定通りに変更する
と、画像部２２でその変更後の速度を確認できるように
なっている。なお、このような指示部１８は、音声によ
りオペレータに指示したり、他の画像表示であってもよ
い。更に、技術的には、例えば、演算処理部１６から操
作部２３へ直に必要データを入力し自動化することで指
示部１８を省略することも可能である。

【００１８】（施工例）次に、上記管理装置を用いたと
きの施工例を概説しながら、本発明の利点をより明らか
にする。実施工に際しては、上述した如く対象となる地
盤強度や性状等が予備試験により把握され、改良材の吐
出量と共に貫入や引抜速度、撹拌翼の枚数、撹拌翼の深
さ方向１ｍ当たりの回転数つまり目標羽根切回数等が設
計される。目標羽根切回数は、入力部１９から演算処理
部１６の演算プログラムへ入力される。そして、回転軸
５は、従来と同じく駆動装置４の油圧モータにより回転
されつつ同図の如く地盤へ貫入されたり、引抜かれる。
これら貫入や引抜過程では、回転軸５下端の現位置が深
度計１３等により検出され、回転軸５の回転数が回転計
１１で検出されている。

【００１９】貫入過程では、上述した如く改良材が撹拌
翼８により形成される原位置土の隙間中に吐出され、撹
拌翼８の回転に伴って回転軌跡に散布されて、原位置土
と強制的に混合される。また、図２の如く回転軸５の単
位深さ毎に全撹拌翼８の羽根切回数が単位深さ毎、つま
り０−１ｍ、１−２ｍ、２−３ｍ、３−４ｍ、４−５ｍ
に演算され、かつ当該単位深さ毎に不足羽根切回数が求
められる。引抜過程では、オペレータが上記した画像部
２１の指定速度に応じて操作部２３を操作して、回転軸
５の引抜速度を単位深さ毎に調整変更しながら進められ
る。従って、このうな施工管理では、例えば、貫入過程
において地盤が部分的に硬く（図２の下側で、貫入時の
深度３−４ｍの範囲）、該深さ部分の羽根切回数が他の
部分よりも小さくなるような場合、その不足分が引抜過
程において当該深さ部分の羽根切回数（図２の下側で、
引抜時の深度３−４ｍの範囲）を他の部分よりも多くな
るよう調整、つまり目標羽根切回数が常に充足されるよ
うに引抜速度にて調整される。このため、本発明方法
は、課題で述べた如く駆動装置４が油圧モータにより回
転軸５を回転する場合に生じ易い回転数の変動の問題に
対し充分対応できること、羽根切回数が部分的に不足し
たり過剰となることを確実になくして迅速で効率的な施
工を実現できること、目標羽根切回数が充足されている
ことを深さ毎に評価できること、等を実現できる。

【００２０】なお、本発明は、請求項１から４で特定さ
れた技術要素を備えておればよく、これをベースにして
色々に変形可能である。例えば、回転軸５は多軸構成、
土の共回り防止構成等の機能が必要に応じて追加され
る。撹拌翼８は多段構成にしたり、翼形状を変形する等
である。又、上記した油圧モータは、連結機構を介して
回転軸５を回転するものであればよく、形態例の如く回
転軸５の上部に設けられる態様に限らず、例えば、図１
の機構部１２のように回転軸５の途中の箇所に設けられ
ることもある。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
実施工での羽根切回数は貫入及び引抜時の合計で、目標
羽根切回数を所定深さ毎に確実に充足することから、ま
た、駆動モータとして油圧モータを問題なく採用可能に
することから、施工効率、経費削減及び施工の信頼性を
より向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法及び管理装置の全体構成を示す模式
図である。

【図２】本発明の管理装置で得られる演算結果例を示す
グラフである。

【図３】図２の指示部の画像例を示す模式図である。

【符号の説明】

２は支持リーダ ４は駆動装置（油圧モータ、連結機構） ５は回転軸 ８は撹拌翼 ６はラック部材 １６は演算処理部（演算手段） １７は表示部（表示手段） １８は指示部（指示手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持リーダに沿って上下動されると共に
   油圧式の駆動モータにより回転される回転軸と、該回転
   軸と一体に回転される撹拌翼とを有し、前記回転軸を回
   転しながら地盤中の所定深さまで貫入したり引抜く過程
   で、前記撹拌翼により、地盤中に吐出される改良材と原
   位置土とを混合する地盤改良施工方法において、 前記貫入時には、前記回転軸の所定深さ毎に前記撹拌翼
   の羽根切回数を演算すると共に、該演算値と目標羽根切
   回数との差を前記所定深さ毎に不足羽根切回数として算
   出し、 前記引抜時には、前記目標羽根切回数に達するよう前記
   不足羽根切回数に基づいて前記所定深さ毎に応じ前記回
   転軸の引抜速度を制御する、ことを特徴とする地盤改良
   施工方法。
2. 【請求項２】 前記回転軸が、支持リーダに沿って付設
   されたラック・ピニオン機構等を介し強制的に上下動さ
   れる請求項１に記載の地盤改良施工方法。
3. 【請求項３】 前記改良材が少なくとも前記回転軸の貫
   入過程で吐出される請求項１又は２に記載の地盤改良施
   工方法。
4. 【請求項４】 請求項１から３の何れかの地盤改良施工
   方法に用いられて、 前記回転軸の回転数等から、前記回転軸の所定深さ毎に
   前記撹拌翼の羽根切回数を演算し、該演算値と目標羽根
   切回数との差を不足羽根切回数として所定深さ毎に算出
   すると共に、前記回転軸の引抜速度について前記不足羽
   根切回数を補うよう所定深さに応じ算出する演算手段
   と、 前記演算手段で得られた前記回転軸の引抜速度を所定深
   さに対応させて表示する表示手段と、を少なくとも有し
   ている施工管理装置。