JP2005256384A - 連続繊維による補強土工法における連続繊維の混入量管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 糸の繰出し長さを把握するので、糸の正確な計量ができ、その結果を砂の重量に対する一定の重量比で糸を供給するのを確実に管理して、施工精度をより向上させることができる。
【解決手段】 連続繊維の糸を糸の供給装置１に格納された糸巻から繰り出し、この繰り出された糸２を高圧水または圧縮空気を利用してエジェクター７の噴射ノズル６から噴射し、一方、土砂を前記繊維の噴射先まで供給管内を空気圧搬送し、前記糸と直接噴射・混合させる連続繊維による補強土工法において、糸の供給装置１に糸の移動で回転するメジャリングホィールに取付けたエンコダーによる糸の計測手段を設け、このエンコダーの回転で糸の繰り出し量を検知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、法面保護、擁壁築造、及び緑化工法に適用可能なものとして、連続した複数本の繊維と砂とを補強するべき施工個所に吹付ける連続繊維補強土工法における連続繊維の混入量管理方法に関するものである。

連続繊維による補強土工法は、法面保護、擁壁築造、及び緑化工法に適用可能なものとして、従来の法面保護工での切土工と、吹付け法枠工と、枠内緑化工と、間知ブロック工とを組み合わせた工法に代わるジオファイバー（登録商標名）と呼ばれる工法である。

連続繊維による補強土工法を図１３について説明する。砂を供給する手段として砂の供給装置８と、連続繊維を供給する手段として糸の供給装置１によって構成されている。

糸の供給装置１は、この供給装置１から繰り出される糸２を水タンク３から高圧ポンプ４を介して供給管５で送られる高圧水を利用して噴射ノズル６から噴射するエジェクター７とからなり、これに、砂の供給装置８を組み合わせる。

一方、砂の供給装置８は、ベルトコンベア９ａでホッパー１０に連結した計量器１１と、該計量器１１にベルトコンベア９ｂを介して連結する吹付機１２とで構成される。図中１３は砂山１４から砂を搬送するトラクターショベル、１５は吹付機１２に圧縮空気を供給するコンプレッサーを示す。また、１６は計量器１１などの電源となる発電機、１７は分電盤を示す。

糸の供給装置１は、複数（図示の例では４個）の糸巻１９からの糸２を絡ませて送り出す１本のガイドステー２０を有する可搬式のボビンケース２１を１台単位とし、これを複数台（図示の例では４台）単独で配設した。

エジェクター７では噴射ノズル６に糸４が挿通され、この噴射ノズル６から圧水が吐出されるとそれにつられて糸２も噴射ノズル６から噴射される。一方、砂はベルトコンベア９ａ，９ｂと供給管５により前記糸２の噴出先まで搬送し、糸２と直接噴射・混合させる。

このように使用する砂の0.15〜0.3％(乾燥重量比)程度のまたは砂１m³当たりに2.75〜4.5kg／m³の連続繊維（マルチフィラメント無撚糸）をジェット水と一緒に噴射、砂と三次元的に混合することで、せん断強さを増加させ、より安定した強固な土構造物を構築することができる。

道路の擁壁や盛土のほか、法面の保護、軟弱地盤上の盛土基礎、さらに耐震および防震基礎、衝撃に対する構造物の保護、ダムのフィルター層などに幅広く適用可能である。

この連続繊維補強土工は、砂の供給に関しては、砂搬送装置のタンク内の砂の減少をオペレータが監視してバッチ計測した砂を補給するので、作業が複雑でかつ連続供給が容易でない、という問題が存在する。そして、砂の圧送は供給管を介して行われるが、この供給管は可撓性のあるチューブ体であり、必要以上の量の砂の圧送は、砂の摩耗によるチューブ内面の損傷で寿命を短縮するおそれもある。

また、連続繊維である糸の供給に関しては、砂の重量に対する一定の重量比で供給されるものであるが、ジェット水の噴射に任せているだけで、十分な管理を行うものでなかった。その結果、噴射された砂に対して適量の糸が供給できない場合も生じ、砂と糸とが十分に絡み合わずに、施工個所の強度が不十分な場合が存在する。

そこで出願人は先に下記特許文献での連続繊維による補強土工法における連続繊維の混入量管理方法を提案した。

特開２００２−３１７４４４号公報

これは、前記図１３に示すように、糸の供給装置１から繰り出される糸の量を計測する計量装置である繊維管理装置１８を設けたものである。

前記ボビンケース２１は、ベースに支持枠を組み合わせるもので、支持枠は、上部を円弧状に湾曲させた４本の枠体の下部を前記ベースの４隅から立ち上げケース全体を鳥籠状に形成し、カバーで覆う。

かかるケース内の底部にロードセル３４を下部ピン固定し、上部ピンを介して上部にクロス状のバーで構成する計量架台を取り付け、この計量架台のバーの上に下部ボビン受け台と上部ボビン受け台とを合計４個方形に配置させて設ける。

図１４に示すように前記ロードセル３４を計量装置である繊維管理装置１８に接続する。繊維管理装置１８は各糸の供給装置１毎の繊維重量表示器３６と繊維重量累計表示器３７と砂質土バッチカウンター３８を設けている。

このようにして糸２の供給量はロードセル３４で検出され、繊維管理装置１８で計量される。各糸の供給装置１からの糸の供給量は繊維重量表示器３６に表示され、また、合計数値は繊維重量累計表示器３７に表示される。また、砂の吐出量はバッチ数として砂質土バッチカウンター３８に表示される。

前記糸の供給装置（キャリブレーション）１は鳥籠状のハンディタイプのものであるが、これでは複数台を設置しなくてはならず、もっと大型にして大量の糸をセットできるものにすることが検討される。その１例として繊維管理室として糸を２８巻セットし、管理室の横にて繊維を巻き取るようにする。

一方、連続繊維補強土工法での築造は、砂と連続繊維の混合管理をバッチ毎（砂を１バッチ２００ｋｇに計測する）行うことになる。このようなバッチ毎の処理では比較的少量の糸を計測しなければならず、前記特許文献１による連続繊維の混入量管理方法はかかる糸の供給量をロードセルによる重量で検出するので精度的に追従できないおそれが生じる。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、糸の繰り出し長さを把握するので、糸の正確な計量ができ、その結果を砂の重量に対する一定の重量比で糸を供給するのを確実に管理して、施工精度をより向上させることができる連続繊維による補強土工法における連続繊維の混入量管理方法を提供することにある。

請求項１記載の本発明は前記目的を達成するため、連続繊維の糸を糸の供給装置に格納された糸巻から繰り出し、この繰り出された糸を高圧水または圧縮空気を利用してエジェクターの噴射ノズルから噴射し、一方、土砂を前記繊維の噴射先まで供給管内を空気圧搬送し、前記糸と直接噴射・混合させる連続繊維による補強土工法において、糸の供給装置に糸の移動で回転するメジャリングホィールに取り付けたエンコダーによる糸の計測手段を設け、このエンコダーの回転で糸の繰り出し量を検知することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、エジェクターでは水タンクから高圧ポンプを介して供給管で送られる高圧水が噴射ノズルから噴射されると糸もこれにつられて吐出され、吹付機から噴出する砂と直接噴射・混合されるが、糸の供給量は糸の移動で回転するメジャリングホィールに取り付けるエンコダーで長さ量として計測され、繊維管理装置で計量され、その数値が表示され、また、砂の吐出量もバッチ数として表示されるので、これらを対比すればよい。

対比の結果、砂の吐出量に糸の供給量が見合わない場合は、水量（水圧）で糸の吐出量を調節する。

請求項２記載の本発明は、糸の供給装置と噴射ノズルとの間に糸を挟みまたは巻回して強制的に送り出すフィードローラを設け、エンコダーの回転で検知した糸の繰り出し量で、このフィードローラの回転制御を行うことを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、糸の供給装置から繰り出される糸はフィードローラで引き出され、かつ送られるので、砂の吐出量に糸の供給量が見合わない場合の調整として、エジェクターでの水量（水圧）で糸の吐出量を調節することに頼らずとも、フィードローラの送り出し量で適切な調整が可能である。

このようにして使用する砂の0.15〜0.3％(乾燥重量比)程度のまたは砂１m³当たりに2.75〜4.5kg／m³の連続繊維（マルチフィラメント無撚糸）をジェット水と一緒に噴射、砂と三次元的に混合するには連続繊維の設計混入量3.3kg/m^３を確保する。糸の供給装置（スレッドフィーダー）からの吐出量はロス率（補強土表面を覆う繊維量）0.5％を見込んで、3.3kg/m^３×1.05＝3.465kg/m^３を管理目標値とし、連続繊維噴射量は砂１バッチ吐出される毎に、本発明のエンコダーによる糸の計測手段により計測できる。

以上述べたように本発明の連続繊維による補強土工法における連続繊維の混入量管理方法は、糸の繰り出し長さを把握するので、糸の正確な計量ができ、その結果を砂の重量に対する一定の重量比で糸を供給するのを確実に管理して、施工精度をより向上させることができるものである。

以下、図面について本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の連続繊維による補強土工法における連続繊維の混入量管理方法の第１実施形態を示す説明図で、連続繊維による補強土工法用の装置としては、前記図１０に示した従来例のごとく、砂を供給する手段として砂の供給装置８と、連続繊維を供給する手段として糸の供給装置１等によって構成されている。

連続繊維を供給する手段は、糸の供給装置１と、この糸の供給装置１から繰り出される糸２を水タンク３から高圧ポンプ４を介して供給管５で送られる高圧水を利用して噴射ノズル６から噴射するエジェクター７とからなり、これに、砂の供給装置８を組み合わせる。

一方、砂の供給装置８は、ベルトコンベア９ａでホッパー１０に連結した計量器１１と、該計量器１１にベルトコンベア９ｂを介して連結する吹付機１２とで構成される。図中１３は砂山１４から砂を搬送するトラクターショベル、１５は吹付機１２に圧縮空気を供給するコンプレッサーを示す。また、１６は計量器１１などの電源となる発電機、１７は分電盤、１８は糸の供給装置１から繰り出される糸の量を計測する計量装置である繊維管理装置を示す。

前記糸の供給装置１は、図２〜図４に示すように、繊維管理室として糸２を２８巻セットし、管理室の横にて繊維を巻き取るようにしたものであり、糸巻１９を横４列、縦７列に並べ、この横４列の糸巻１９からの糸２をそれぞれメジャリングホィール４０に巻回してからドックテールガイド４１により方向転換してスパイラルチューブ４２で外に導く。５４はノントルクローラ、５５はバルーンガイド、５６はテンサーである。

前記糸巻１９からメジャリングホィール４０までの間に、リミットスイッチによる安全スイッチ４３を糸２に付設して糸切れ等を検知できるようにした。

前記メジャリングホィール４０にはロータリーエンコダー４４を連結し、図６に示すようにロータリーエンコダー４４の出力は制御装置（ＰＣＬ）４５に導入し、この制御装置（ＰＣＬ）４５には表示器４６を接続した。また、砂の計量器１１からの計量出力、および前記安全スイッチ４３からの出力も制御装置（ＰＣＬ）４５に導入する。

制御装置（ＰＣＬ）４５の出力は後述のフィードローラ（キャプスタン）４７の駆動モータ（ＡＣサーボモータ）４８に導入する。

制御装置（ＰＣＬ）４５は、コンピュータとして、下記のものがロジックプログラムされている。
（１）砂の計量
砂供給量＝パルス×ｍ３／ＢＨ
（２）糸の計量
糸供給量＝パルス×ｍ／パルス×糸巻数×重量／ｍ（ｄｅｎ）
（３）糸の混入量
糸供給量（２）÷砂供給量（１）＝糸混入量
（４）フィードローラのコントロール
混入量（３）（→速く）＜混入量設定値＜混入量（３）（→遅く）

図１に示すように、前記連続繊維の糸２の糸巻１９を格納する糸の供給装置１と糸２を高圧水を利用して噴射ノズル６から噴射するエジェクター７との間に、糸２を巻回することで強制的に送り出すフィードローラ（キャプスタン）４７を設けた。

なお、このようなフィードローラ（キャプスタン）４７を用いる他に、糸の供給装置３と前記エジェクター７との間に、糸２が挿通するガイドリングを複数並列させて設けた支柱５８を配設してもよい。

図８、図９にこのフィードローラ４７の一例を示すが、駆動モータ（ＡＣサーボモータ）４８を内蔵したボックス４９の外側にフィードローラ（キャプスタン）４７を設け、その周囲にノントルクローラ５０を適宜数配置して、糸２をフィードローラ（キャプスタン）４７に巻回すようにした。図中５１は、リミットスイッチによるストッパー用検知板であり、フィードローラ（キャプスタン）４７に糸がらみしたらすぐ検知できるようにした。

前記フィードローラ４７を設けたボックス４９にはタイマー５９、漏電ブレーカー６０、可変抵抗器６１、トグルスイッチ６２が設けられている。可変抵抗器６１は後述のように、砂の吐出量に糸の供給量が見合わない場合に、糸の吐出量を変えることができる調整スイッチである。

また、５２はボックス４９の上面に取り付けた提手、５３は下面に設けたエンプラレベリングパッドによる脚体である。

図１０に示すようにエジェクター７はヘッダー２２と搖動手段２３との組み合わせで構成し、ヘッダー２２は糸の供給装置１からの糸２を引き入れる４本の糸ガイド２４と、高圧水または圧縮空気とともにこの糸２を噴射する４本の噴射ノズル６とを有する。

搖動手段２３は、基台３０に一端を取り付けたアーム２９の他端にシリンダー２７を斜め上方に向けて枢着し、シリンダー２７のピストン２８の先端に搖動アーム２６の上端を回動自在に軸着し、該搖動アーム２６の下端を回動管２５に固定し、該回動管２５をヘッダー２２に同軸上で接続した。そして、この回動管２５を回動継手を介して高圧水などの供給管５に接続する。図中３２は操作部である。

次に動作について説明する。法面などの施工現場の近くに糸の供給装置１を設置し、糸の供給装置１では糸巻き１９から繰り出された連続繊維としての糸２は、スパイラルチューブ４２で外に導かれ、エジェクター７の糸ガイド２４を介して噴射ノズル６に挿通される。

そして、エジェクター７では水タンク３から高圧ポンプ４を介して供給管５で送られる高圧水が噴射ノズル６から噴射されると前記糸２もこれにつられて吐出され、吹付機１２のマテリアルホース３３から法面の地盤上に噴出する砂と地盤上で直接噴射・混合される。

このとき、エジェクター７の操作部３２を操作することで、シリンダー２７のピストン２８が往復運動し、これにともないピストン２８の先端に取り付けた搖動アーム２６の上端が円弧状の軌跡をえがいて移動し、下端が回動管２５との固定部で回動する。その結果、回動管２５が搖動アーム２６の下端と一体となって回動し、この回動運動が同軸上のヘッダー２２に伝わり、ヘッダー２２も回動する。これにより、ヘッダー２２に設けた噴射ノズル６が円弧状の軌跡をえがいて移動する。

よって、作業者はエジェクター７を手で持っていれば、手を動かさずに噴射ノズル６が自動的に搖動し、糸２とジェット水の噴射先が自動的に往復移動し、各部均一に砂と混合する。なお、エジェクター７は高圧水ではなく、圧縮空気を利用して噴射ノズルから噴射するものでもよい。

前記糸の供給装置１からの糸２の供給量はロータリーエンコダー４４で検出され、その出力は制御装置（ＰＣＬ）４２に導入され、ここで計測されて、表示器４６にはその量が表示される。この表示は各糸毎および合計数値として表示され、また、砂の吐出量はバッチ数として砂質土バッチカウンターに表示される。

また、砂と連続繊維の安定供給のために、図１１に示すようなタイミング表示盤６３を用いる。これは前記砂の供給装置８のホッパー１０に連結した計量器１１からの信号を得て、１バッチごとにブザー６４および表示灯６５によって計量するタイミングをオペレータに知らせるもので、計量する間隔を人間の感覚ではサイクルタイムにバラツキが生じるためタイマー６６によりサイクルタイムを決め、１バッチごとに知らせるようにした。

トグルスイッチ６７によりスタート(上方向)ストップ・リセット（下方向）の操作をし、計量開始と同時にタイマー６６により１サイクルごとにブザー６４、表示灯６５が繰り返し１秒間表示する。表示と同時に安定供給を行うことができる。図中６８は電源表示灯、６９は押しボタンスイッチである。

このようにして連続繊維の設計混入量3.3kg/m^３を確保するため、糸の供給装置１（スレッドフィーダー）からの噴射量は、ロス率（補強土表面を覆う繊維量）5.0％を見込んで、3.3kg/m^３×1.05＝3.465kg/m^３を管理目標値とし、連続繊維噴射量は砂１バッチ吐出される毎に、糸の供給装置１の測定装置により計量した。また、繊維の分散性は、コアーにより抜き取り採取して調査する。

なお、図７に示すように、糸の管理は上限値、管理目標値、下限値を定めて、グラフ画面を表示器４６に表示させることもできる。

砂の吐出量に糸の供給量が見合わない場合は、制御装置（ＰＣＬ）４５の出力指令で、駆動モータ（ＡＣサーボモータ）４８を制御することで、フィードローラ（キャプスタン）４７の回転速度を変更し、これで調整する。なお、これに加えてまたはこれに代えて、高圧ポンプ4を介しての水量（水圧）でエジェクター７の部分での糸の吐出量を調節することもできる。

その際、ロータリーエンコダー４４での計測を繊維速度として表示器４６に表示させ、この値をもとにフィードローラ（キャプスタン）４７の回転速度を制御できる。

本発明の連続繊維による補強土工法における連続繊維の混入量管理方法の１実施形態を示す説明図である。 糸の供給装置（スレッドフィーダー）の正面図である。 糸の供給装置（スレッドフィーダー）の側面図である。 糸の供給装置（スレッドフィーダー）の平面図である。 ロータリーエンコダー部分の正面図である。 本発明の連続繊維による補強土工法における連続繊維の混入量管理方法の１実施形態を示す制御ブロック図である。 表示器での１画面を示す正面図である。 フィードローラ（キャプスタン）の正面図である。 フィードローラ（キャプスタン）の背面図である。 エジェクターの平面図である。 タイミング表示盤の正面図である。 タイミング表示盤の側面図である。 連続繊維補強土工法の概要を示す説明図である。 従来を示す説明図である。

符号の説明

１…糸の供給装置 ２…糸
３…水タンク ４…高圧ポンプ
５…供給管 ６…噴射ノズル
７…エジェクター ８…砂の供給装置
９ａ，９ｂ…ベルトコンベア １０…ホッパー
１１…計量器 １２…吹付機
１３…トラクターショベル １４…砂山
１５…コンプレッサー １６…発電機
１７…分電盤 １８…繊維管理装置
１９…糸巻 ２０…ガイドステー
２１…ボビンケース ２２…ヘッダー
２３…搖動手段
２４…糸ガイド ２５…回動管
２６…搖動アーム ２７…シリンダー
２８…ピストン ２９…アーム
３０…基台 ３１…法面
３２…操作部 ３３…マテリアルホース
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ…ロードセル ３５…繰り出し口
３６…繊維重量表示器 ３７…繊維重量累計表示器
３８…砂質土バッチカウンター
４０…メジャリングホィール ４１…ドックテールガイド
４２…スパイラルチューブ ４３…安全スイッチ
４４…ロータリーエンコダー ４５…制御装置（ＰＣＬ）
４６…表示器
４７…フィードローラ（キャプスタン）
４８…駆動モータ（ＡＣサーボモータ）
４９…ボックス ５０…ノントルクローラ
５１…ストッパー用検知板 ５２…提手
５３…脚体 ５４…ノントルクローラ
５５…バルーンガイド ５６…テンサー
５８…支柱 ５９…タイマー
６０…漏電ブレーカー ６１…可変抵抗器
６２…可変抵抗器 ６３…タイミング表示盤
６４…ブザー ６５…表示灯
６６…タイマー ６７…トグルスイッチ
６８…電源表示灯 ６９…押しボタンスイッチ

Claims (2)

1. 連続繊維の糸を糸の供給装置に格納された糸巻から繰り出し、この繰り出された糸を高圧水または圧縮空気を利用してエジェクターの噴射ノズルから噴射し、一方、土砂を前記繊維の噴射先まで供給管内を空気圧搬送し、前記糸と直接噴射・混合させる連続繊維による補強土工法において、糸の供給装置に糸の移動で回転するメジャリングホィールに取付けたエンコダーによる糸の計測手段を設け、このエンコダーの回転で糸の繰り出し量を検知することを特徴とした連続繊維による補強土工法における連続繊維の混入量管理方法。
2. 糸の供給装置と噴射ノズルとの間に糸を挟みまたは巻回して強制的に送り出すフィードローラを設け、エンコダーの回転で検知した糸の繰り出し量で、このフィードローラの回転制御を行うことを特徴とする連続繊維による補強土工法における連続繊維の混入量管理方法。

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