JP2007231685A - 鉛直な土砂型枠の成形方法及び土砂型枠成形用建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】砂防ダム等の土砂型枠の成形に際し、バックホウ等に設けた面板を用いた土砂型枠の成形方法において、比較的容易に土砂型枠の端面を鉛直に自立でき、築造される砂防ダム等の両側面のノコギリ状の突起を無くすことができる鉛直な土砂型枠の成形方法及び土砂型枠成形用建設機械を提供する。
【解決手段】土砂型枠設置位置に積み上げられる土砂Ａに土砂端面を鉛直に保持できる自立助成材（粘性等を高めるケイ酸ソーダ、シリカゾル、団粒化剤などの薬剤など）を添加し、この積み上げられた土砂Ａの端面にバックホウ１１に設けた土砂型枠法面整形用の面板１９を鉛直状態またはほぼ鉛直状態で押し当て、バケット１６で土砂の天端１ａを成形することにより土砂を面板側へ寄せて土砂型枠の端面１ｂを整形し、鉛直またはほぼ鉛直の端面１ｂを持つ土砂型枠１を成形し、築造されるコンクリート構造物両側面のノコギリ状の突起を無くす。
【選択図】図１

Description

本発明は、砂防堰堤(ダム)等のコンクリート構造物を築造するために使用される土砂型枠の成形方法及び土砂型枠成形用建設機械に関するものである。

砂防ダム等では、超硬練りのコンクリート（ＲＣＣ：Roller Compacted Concrete)の型枠として現地土砂を成形して得られた土砂型枠を用い、コンクリート打設を行っている。ＲＣＣは、ダンプ等で左右一対の土砂型枠間に荷下ろしされ、ブルドーザー等で敷き均された後、振動ローラー等で締め固められる。

図４（ａ）は、このような土砂型枠の１例の概略を示したものであり、積み上げた現地土砂Ａを成形して、構築されるコンクリート構造物Ｂの長手方向に平行な一対の土砂型枠１，１を形成する。土砂型枠１は、その型枠面が所定の勾配で傾斜する法面１ｂとされ、左右一対の土砂型枠１，１で形成される偏平な逆台形の空間にコンクリート２を打設して締め固める。次いで、完成した土砂型枠１及びコンクリート２の平らな上面に、次の土砂型枠１，１を同じ間隔で、あるいは間隔を狭めて成形し、コンクリート２を打設して締め固めし、以上のような土砂型枠１の成形とコンクリート２の打設・締固めを順次繰り返すことにより、砂防ダム等のコンクリート構造物Ｂが構築される。

このような構成の土砂型枠１の成形には、特許文献１に記載されている土砂型枠の成形方法及び土砂型枠成形用建設機械が使用されている。この成形方法は、バックホウ等の走行式建設機械の下部走行体のトラックフレームの側面に土砂型枠法面整形用の面板を取付け、この面板を土砂の端面に押し付け、上部旋回体に装備されているバケットで土砂の天端を成形することにより土砂を面板側へ掻き寄せて締め固め、土砂型枠の法面を整形し、バケットと面板で土砂型枠の天端と法面を同時に成形するものである。

図４（ａ）に示すように、１段の土砂型枠は厚さが例えば50ｃｍであり、端部の法面１ｂは土砂の崩壊がないように１：１の勾配で成形されている。従って、完成後のコンクリート構造物Ｂの両側面はノコギリ状の形態をしている。また、水通し部などにおいては、土砂型枠を除去し、ノコギリ状のコンクリート突起２ａをはつり、単一平面に仕上げることが多い。

特開２００３−２２７１２３号公報

前述のような土砂型枠法面整形用の面板を用いた土砂型枠の成形方法の場合、次のような課題がある。

(1) 水通し部などにおいてノコギリ状のコンクリート突起をはつるためには、専用の機械(ブレーカーや回転掘削機等)を投入しなければならず、工費及び工程が増加する。

(2) 無人化施工の場合、はつり面の視認に相応のカメラ設備が必要であり、作業に時間を要する。さらに、仕上がりの精度を有人施工なみに確保することが難しい。

(3) 土砂型枠の端面を鉛直にすれば、ノコギリ状のコンクリート突起を無くすことができるが、現地土砂は砂質礫であり、自然の状態では鉛直自立は困難である。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであり、その目的は、砂防ダム等のコンクリート構造物の土砂型枠の成形に際し、走行式建設機械に設けた土砂型枠法面整形用の面板を用いた土砂型枠の成形方法において、比較的容易に土砂型枠の端面を鉛直に自立させることができ、築造されるコンクリート構造物の両側面のノコギリ状の突起を無くすことができる鉛直な土砂型枠の成形方法及び土砂型枠成形用建設機械を提供することにある。

本発明の請求項１は、積み上げられた土砂を成形して打設コンクリート（ＲＣＣ等）の型枠とする土砂型枠の成形方法であり、土砂型枠設置位置に積み上げられる土砂に土砂端面を鉛直に保持できる自立助成材（粘性等を高めるケイ酸ソーダ、シリカゾル、団粒化剤などの薬剤、あるいはセメント等の固化材）を添加し、この積み上げられた土砂の端面に走行式建設機械に設けた土砂型枠法面整形用の面板を鉛直状態またはほぼ鉛直状態で押し当て、走行式建設機械のバケットで前記土砂の天端を成形することにより土砂を前記面板側へ寄せて土砂型枠の端面を整形し、鉛直またはほぼ鉛直の端面を持つ土砂型枠を成形することを特徴とする土砂型枠の成形方法である。

本発明において、走行式建設機械は、例えばバックホウであり、例えば図１に示すように、その下部走行体のトラックフレームの側面に土砂型枠法面整形用の面板を取付け、この面板を面板角度90°即ち鉛直状態で土砂の端面に押し付け、バックホウの上部旋回体に備えられているバケットで土砂の天端を成形することにより土砂を面板側へ掻き寄せて締め固め、土砂型枠の端面を鉛直に整形し、バケットと面板で土砂型枠の天端及び端面を同時に成形する。端面が鉛直に直立する土砂型枠が築造されるが、現地土砂は、通常、自然の状態で鉛直自立が困難な砂質礫であり、粘性等を高める薬剤等を添加してバケットで成形する際に土砂と攪拌混合し、現地土砂の粘性等を高めることで自立可能なものに改質する。端面は鉛直に限らず、若干傾斜させてもよい。粘性等を高める薬剤に限らず、セメント等の固化材で固化してもよい。

本発明の請求項２は、請求項１に記載の土砂型枠の成型方法であり、走行式建設機械のバケット内に攪拌翼を設け、土砂と自立助成材を攪拌混合することを特徴とする土砂型枠の成形方法である。

自立助成材は土砂に添加するだけでもよいが、土砂と攪拌混合するのが好ましく、バケット内攪拌装置により土砂と自立助成材を攪拌混合する場合である。バケット内にモータで回転駆動される水平の攪拌軸を設け、バケットで土砂を積み上げて成形する際に攪拌軸を回転させて土砂と自立助成材を攪拌混合する。その他の攪拌装置を用いることもできる。

本発明の請求項３は、土砂型枠を成形するための建設機械であり、バケットを備えた上部旋回体と下部走行体からなる走行式建設機械の下部走行体に土砂型枠法面整形用の面板が傾斜角を調整可能に設けられ、走行式建設機械のバケット内に回転駆動される攪拌翼が設けられていることを特徴とする土砂型枠成形用建設機械である。

即ち、バックホウ等を利用した土砂型枠成形用建設機械であり、図１、図２に示すように、面板はその傾斜角を任意に設定できるようにされており、下部走行体のトラックフレームに取付けられた面板取付部材（取付板）と面板の下部同士をピンヒンジで接続し、上部同士を角度調整部材（ターンバックル等）で連結する。ターンバックル等を長さ調整することで面板を鉛直状態、あるいは若干傾斜させた状態とすることができる。バケット内には、例えば図３に示すように、モータで回転駆動される水平の攪拌翼付きの攪拌軸が設けられており、バケットで土砂を積み上げて成形する際に攪拌翼により土砂と自立助成材が攪拌混合される。

また、走行式建設機械は土砂型枠の延在方向に面板の長さ分だけ移動させて成形作業を順次繰り返すことになるが、走行式建設機械を土砂型枠の延在方向に面板の長さ分だけ移動させる際、面板を土砂型枠から退避させ、移動後は、面板を土砂の端面に押し付けることができるように構成されている。即ち、面板は下部走行体のトラックフレームに昇降機構または進退移動機構を介して取付けられている。昇降機構は、例えば図２に示すように、回転アームと昇降シリンダ等から構成し、面板を上昇回転させて上方に退避させ、下降回転させて基礎面上または打設されたコンクリート面上にセットする。進退移動機構は、シリンダ等から構成し、水平に進退移動させる。走行式建設機械はクローラ式が好ましいが、ホイール式などでもよい。

以上のような構成において、砂防ダム等のコンクリート構造物の土砂型枠の成形に際し、土砂型枠設置位置に積み上げられる土砂に土砂端面を鉛直に保持できる自立助成材を添加し、この積み上げられた土砂の端面に面板を鉛直状態またはほぼ鉛直状態で押し当て、バケットで土砂の天端のみを成形するだけで、鉛直またはほぼ鉛直の端面を持つ土砂型枠を容易に成形することができる。比較的簡単に土砂型枠の端面を鉛直に自立させることができ、築造されるコンクリート構造物の両側面のノコギリ状の突起を無くすことができる。また、バケット内に攪拌翼を設けることにより、土砂と自立助成材を比較的容易に均一に攪拌混合することができる。

本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果を奏することができる。

(1) 砂防ダム等のコンクリート構造物の土砂型枠の成形に際し、鉛直またはほぼ鉛直の端面を持つ土砂型枠を容易に成形することができ、従来のように築造されるコンクリート構造物の両側面がノコギリ状とならないことから、水通し部などにおいて最終的なはつり作業の必要がなく、工程の短縮及び工費の削減が可能となる。

(2) コンクリート構造物が土砂型枠に埋設される場合でも、コンクリート構造物の両側面にノコギリ状の突起がなく、余分なコンクリートを打設する必要がなく、材料費の節減が可能となる。

(3) はつり作業がないことから、専用の機械を投入する必要がなく、また無人化施工の場合、はつり面の視認のためのカメラ設備も不要となる。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の土砂型枠の成形方法に用いる土砂型枠成形用建設機械の一実施形態とその成形状況を示す正面図である。図２は、図１の土砂型枠成形用建設機械の面板部分の一例を示す部分拡大正面図である。図３は、図１の土砂型枠成形用建設機械のバケット部分の一例を示す側面図と正面図である。図４は、土砂型枠により築造される砂防ダム等のコンクリート構造物の一例を従来と本発明で比較した鉛直断面図である。

図１において、本発明の土砂型枠成形用建設機械１０は、バックホウ１１を利用したものである。バックホウ１１は、上部旋回体１２とクローラ式の下部走行体１３からなり、上部旋回体１２は、起伏可能なブーム１４と、このブーム１４の先端に上下方向に回転可能に取付けられたアーム１５と、このアーム１５の先端に上下方向に回転可能に取付けられたバケット１６を備えている。

このようなバックホウ１１において、下部走行体１３の片側のクローラ（履帯）１７のトラックフレーム１８の側面に土砂型枠法面整形用の面板（サイドブレード）１９を取付け、土砂型枠１の設置位置に積み上げられた土砂Ａの内側の端面に面板１９を面板角度90°即ち鉛直状態で押し当て、バケット１６の下面で土砂型枠１の天端１ａを成形することにより土砂Ａを面板１９側へ掻き寄せて締め固め、土砂型枠１の鉛直な端面１ｂを整形する。図４（ｂ）に示すように、90°で直立する鉛直な端面１ｂで従来のノコギリ状のコンクリート突起を無くすことができるが、端面１ｂを若干傾斜させてもよく、小さなノコギリ状のコンクリート突起であれば許容される。なお、バケット１６は、通常使用されるものでもよいし、下面が平な天端整形用の専用バケットでもよい。

ここで、現地土砂Ａは、通常、自然の状態で鉛直自立が困難な砂質礫であり、現地土砂Ａに土砂端面を鉛直に保持できる自立助成材Ｃを添加し、現地土砂Ａの粘性等を高めることで自立可能なものに改質する。当然、添加する自立助成材Ｃは無害であることが条件となる。この自立助成材Ｃには、例えば、土砂の粘性等を高めることができる、ケイ酸ソーダ、シリカゾル、団粒化剤などの薬剤を用いることができる。また、セメント等の固化材を用いることもできる。なお、土砂型枠１の端部の強度が出過ぎると、土砂型枠１に近接するＲＣＣコンクリートの端部を振動ローラで転圧する際、十分に転圧できないので、自立助成材Ｃは土砂型枠１の強度をあまり高めないものが好ましい。

自立助成材Ｃが固体の場合は、現地土砂Ａに自立助成材Ｃを添加し、バケット１６で積み上げて成形する際に現地土砂Ａと攪拌混合する。自立助成材Ｃが液体等の場合には、攪拌しなくてもよい場合もある。また、自立助成材Ｃは端面１ｂの近傍のみに添加すれば、効果が得られる。

面板１９は、図１、図２に示すように、１段の土砂型枠１の高さと同じ高さで適当な長さを有する長方形状の鋼板等であり、その長さにより、土砂型枠１の長手方向における１回の成形長さが決定される。この面板１９は、図２に示すように、取付板２０に取付け、この取付板２０を面板長手方向に一対のアーム２１，２１と一対の昇降シリンダ２２，２２を介してトラックフレーム１８に取付け、上下方向に回転して昇降できるようにされている。なお、これに限らず、例えばシリンダ等により土砂Ａに対して水平に進退移動できるようにしてもよい。

図２に示すように、アーム２１は、その基端部をトラックフレーム１８の長手方向の端部における側面に軸２３を介して取付け、その先端部を取付板２０の下部に固定する。昇降シリンダ２２は、そのシリンダ基部をピンヒンジ２４によりトラックフレーム１８の上面に固定し、そのピストン軸先端をピンヒンジ２５により取付板２０の下部に固定する。なお、トラックフレーム１８には、下部に多数のトラックローラが、上部に複数のキャリアローラが設けられているが、前述のように取付ければ、走行に支障をきたすことはない。

面板１９は、鉛直となるように取付板２０に固定してもよいが、角度調整できるようにするのが好ましい。即ち、図２に示すように、面板１９と取付板２０の下部同士を取付板２０の長手方向の両端部においてピンヒンジ２６で連結し、長手方向に間隔をおいて複数配設した角度調整用のターンバックル２７により面板１９と取付板２０の上部同士を接続する。このターンバックル２７を長さ調整することにより、面板１９を鉛直に保持し、あるいは若干傾斜した状態となるようにする。

図１、図２に示すように、昇降シリンダ２２のピストンロッドを伸縮させることで、面板１９が軸２３を回転中心として昇降し、面板１９を上方に退避させ、かつ、基礎面上あるいは既に打設されたコンクリート面上にセットすることができる。面板１９は、セットした状態で面板角度が90°となるように、ターンバックル２７により調整する。また、ターンバックル２７で若干傾斜させることもできる。面板１９の上端は、天端１ａの成形に際して天端レベルのメジャーとして利用される。なお、ターンバックルに限らず、シリンダ等で角度調整することもできる。

なお、図示しないが、面板１９には、必要に応じて、その両端部にサイドガイドが設けられ、その上端部にクラウンカバーが設けられる。サイドガイドは、面板１９を補剛するため、また、土砂型枠１の成形が終了した後、面板１９を移動させる際、成形した法面１ｂを面板１９の端部で崩すのを防止するために設けられる。クラウンカバーは、面板１９と取付板２０の間に土砂が侵入するのを防止するために設けられる。

図３は、バケット１６を利用して現地土砂Ａと自立助成材Ｃを攪拌混合するバケット内攪拌装置の一例であり、バケット１６の内部に水平の攪拌軸３０を回転自在に取り付け、油圧モータ等のモータ３１で回転駆動する。攪拌軸３０には、攪拌翼３２が軸方向に間隔をおいて、回転方向にずれるように配置されている。現地土砂Ａをバケット１６により土砂型枠１の設置位置に積み上げる際、現地土砂Ａに自立助成材Ｃを添加し、攪拌翼３２を回転させて現地土砂Ａと自立助成材Ｃを攪拌混合する。なお、このようなバケット内攪拌装置に限らず、その他の攪拌装置を用いることもできる。

以上のような構成の土砂型枠成形用建設機械を使用して、以下に示すような手順で土砂型枠の成形を行う。

(1) 基礎面あるいは既に打設されたコンクリート面にバックホウ１１を乗り入れ、土砂型枠１の設置位置に積み上げられる土砂Ａに自立助成材Ｃを添加し、土砂Ａと自立助成材Ｃとを攪拌混合し、この積み上げられた土砂の端面に面板１９を鉛直状態またはほぼ鉛直状態で押し当て、バケット１６の下面で土砂型枠１の天端１ａを成形すると同時に、土砂Ａを面板１９側へ掻き寄せ締め固めることにより土砂Ａを面板１９側へ寄せて土砂型枠１の端面を整形し、鉛直またはほぼ鉛直の端面１ｂを持つ土砂型枠１を成形する。土砂型枠１が所定の単位長さ（面板１９の長さ）にわたって所定の形状に成形される。

(2) 面板１９を上昇退避させ、バックホウ１１を単位長さ分（面板１９の長さ分）だけ土砂型枠１の延在方向（コンクリート構造物の長手方向）に走行させ、次いで、面板１９を下降させてセットし、上記(1) の土砂型枠の単位長さ分の成形を行う。なお、面板１９は、上昇退避させることなく、バックホウ１１の移動によりそのままスライドさせることもできる。

(3) 以上のような土砂型枠の単位長さ分の成形と走行を順次繰り返し、片側の土砂型枠１が完成すると、反対側の土砂型枠１を同様に成形する。

左右一対の土砂型枠１，１が完成すると、図４（ｂ）に示すように、土砂型枠１，１で形成される偏平な長方形の空間にＲＣＣのコンクリート２を打設して締め固め、以上のような土砂型枠１の成形とコンクリート２の打設・締固めを順次繰り返すことにより、砂防ダム等のコンクリート構造物Ｂが構築される。コンクリート構造物Ｂの両側面は鉛直な端面となる。水通し部などにおいては、従来、土砂型枠を除去し、ノコギリ状のコンクリート突起をはつり、単一平面に仕上げることが多いが、本発明ではこれが解消される。

なお、図４（ｂ）において、コンクリート構造物Ｂの両側面は上下方向の全体にわたって鉛直となっているが、上下方向の全体にわたって傾斜させる場合もあり、この場合には各段の鉛直面による階段状、あるいは各段の傾斜面によるスロープ状となる。

なお、無人化施工を行う場合には、ＧＰＳ（全地球測位システム）を利用し、バックホウ１１にＧＰＳのアンテナや受信機、監視カメラ装置、自動制御装置などを搭載し、ＧＰＳのアンテナや受信機、監視カメラのモニタ、コントローラなどを備えた遠隔操作局により、デジタル無線等で遠隔操作する。

なお、以上は、砂防ダム等の土砂型枠の成形に適用した例について説明したが、その他のコンクリート構造物の土砂型枠の成形にも本発明を適用できることはいうまでもない。

本発明の土砂型枠の成形方法に用いる土砂型枠成形用建設機械の一実施形態とその成形状況を示す正面図である。 図１の土砂型枠成形用建設機械の面板部分の一例を示す部分拡大正面図である。 図１の土砂型枠成形用建設機械のバケット部分の一例を示す、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 土砂型枠により築造される砂防ダム等のコンクリート構造物の一例を（ａ）従来と（ｂ）本発明で比較した鉛直断面図である。

符号の説明

Ａ…現地土砂
Ｂ…コンクリート構造物（砂防ダム等）
Ｃ…自立助成材
１…土砂型枠
１ａ…天端
１ｂ…端面
２…コンクリート（ＲＣＣ等）
１０…土砂型枠成形用建設機械
１１…バックホウ
１２…上部旋回体
１３…下部走行体
１４…ブーム
１５…アーム
１６…バケット
１７…クローラ（履帯）
１８…トラックフレーム
１９…面板（サイドブレード）
２０…取付板
２１…アーム
２２…昇降シリンダ
２３…軸
２４…ピンヒンジ
２５…ピンヒンジ
２６…ピンヒンジ
２７…ターンバックル
３０…攪拌軸
３１…モータ
３２…攪拌翼

Claims (3)

1. 積み上げられた土砂を成形して打設コンクリートの型枠とする土砂型枠の成形方法であり、土砂型枠設置位置に積み上げられる土砂に土砂端面を鉛直に保持できる自立助成材を添加し、この積み上げられた土砂の端面に走行式建設機械に設けた土砂型枠法面整形用の面板を鉛直状態またはほぼ鉛直状態で押し当て、走行式建設機械のバケットで前記土砂の天端を成形することにより土砂を前記面板側へ寄せて土砂型枠の端面を整形し、鉛直またはほぼ鉛直の端面を持つ土砂型枠を成形することを特徴とする土砂型枠の成形方法。
2. 請求項１に記載の土砂型枠の成型方法であり、走行式建設機械のバケット内に攪拌翼を設け、土砂と自立助成材を攪拌混合することを特徴とする土砂型枠の成形方法。
3. 土砂型枠を成形するための建設機械であり、バケットを備えた上部旋回体と下部走行体からなる走行式建設機械の下部走行体に土砂型枠法面整形用の面板が傾斜角を調整可能に設けられ、走行式建設機械のバケット内に回転駆動される攪拌翼が設けられていることを特徴とする土砂型枠成形用建設機械。

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