JP2014162563A - 定量供給機及び定量供給機を用いた締固め土の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】礫によるブレードの破損を避けることができる定量供給機及び定量供給機を用いた締固め土の施工方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る定量供給機１は、湿潤状態の土質材料Ｄが供給されるホッパー２と、ホッパー２内に設けられ、互いに平行に配置された一組の心棒５１，６１と、心棒５１，６１が挿通される貫通孔５２ａ，６２ａを有し、一組の心棒５１，６１のそれぞれに配置されて当該心棒５１，６１と一体的に回転する複数のブレード部材５２，６２と、心棒５１，６１に沿って複数のブレード部材５２，６２の間に配置され、弾性を有するスペーサ５３，６３と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、湿潤状態の土質材料を定量的に供給可能な定量供給機及び定量供給機を用いた締固め土の施工方法に関する。

例えば、ダムの一種であるフィルダムの施工においてコア部と基盤とが接する部位に、ダムの水密性を確保するためのコンタクトクレイと称される締固め土を施工することが知られている。このような締固め土の施工に関し、人力による撒出し転圧では手間が掛かかり、品質確保も難しいため、吹付け工法による施工が実用化されている（特許文献１を参照）。

吹付け工法において、重要となるのが吹付け材料の定量供給機に関する技術である。このような定量供給機に関して、特許文献１には、ホッパー内に複数のブレードが装着された平行な軸を設け、各軸を回転させることにより材料を下方へ供給する装置が記載されている。

特開２０１１-１７１４１号公報

しかしながら、吹付け材料となる土質材料は、通常、現場で発生又は採取したものが使用され、その中には硬度の高い礫が含まれる場合がある。このような礫が定量供給機内に投入されるとブレードに破損が生じてしまう。このため、礫を除去するために土質材料を乾燥させて分級を行い、その後に、加水混合して湿潤状態に戻してから使用するなどの対応が行われていた。

そこで、本発明は、礫によるブレードの破損を避けることができる定量供給機及び定量供給機を用いた締固め土の施工方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、礫による定量供給機のブレードの破損の発生メカニズムを見出した。すなわち、定量供給機に供給される土質材料の中に礫が含まれていると、軸（心棒）に沿って複数配置されたブレードの間に礫が噛み込まれ、礫がブレードの間隔を押し広げて折ってしまう。この折れたブレードが更に他のブレードを折るという連鎖反応が起きて、施工不能となっていた。

そこで、上記問題を解決するため、本発明は、湿潤状態の土質材料が供給されるホッパーと、ホッパー内に設けられ、平行に配置された一組の心棒と、心棒が挿通される貫通孔を有し、一組の心棒のそれぞれに配置されて当該心棒と一体的に回転する複数のブレード部材と、複数のブレード部材の間に心棒に沿って配置され、弾性を有するスペーサと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る定量供給機によれば、複数のブレード部材の間に弾性を有するスペーサを備えているので、ブレード間に入り込んだ礫によってブレードの間隔が押し広げられたとしても、スペーサの弾性変形によりブレードの間隔が調整されるので、ブレードの破損を避けることができる。従って、この定量供給機によれば、多少大きな礫が土質材料に含まれていても継続して使用することができるので、現地で発生又は採取した土質材料をそのまま定量供給機に供給することも可能になる。このことは、現地発生土の再利用を促進させ、施工期間の短縮にも寄与する。また、作業工程が減ることによるコスト削減も見込まれる。

本発明に係る定量供給機において、スペーサはゴム部材であってもよい。
この場合、スペーサの製造加工が容易となるので、定量供給機の製造コスト低減に有利である。また、スペーサ交換時のメンテナンスコストの低減も図られる。

本発明に係る定量供給機において、スペーサはバネ部材であってもよい。
この場合、ゴム部材と異なり摩耗が生じないので、スペーサを長期間使用することができる。

本発明に係る定量供給機において、ブレード部材は、先端側が薄く、根本側が厚く形成された複数のブレードを有していてもよい。
この場合、ブレード間に礫が入り込んでも、ブレードの間隔を押し広げようとする力を根本側に逃がして、スペーサの弾性変形により吸収させることができるので、より確実にブレードの破損を避けることができる。

本発明は、現場で発生又は採取した湿潤状態の土質材料が供給されるホッパーと、ホッパー内に設けられ、平行に配置された一組の心棒と、心棒が挿通される貫通孔を有し、一組の心棒のそれぞれに配置されて当該心棒と一体的に回転する複数のブレード部材と、複数のブレード部材の間に心棒に沿って設けられ、弾性を有するスペーサと、を備えた定量供給機を用いて締固め土を施工する方法であって、土質材料を定量供給機のホッパーに供給する供給工程と、定量供給機から供給される土質材料を吹付け材料として気体とともにノズルから施工面に向けて噴射し、締固め土を形成する吹付工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る締固め土の施工方法によれば、定量供給機に礫を含む土質材料が供給され、ブレード間に礫が入り込みブレードの間隔が押し広げられたとしても、スペーサが弾性変形することによりブレードの間隔が調整されるので、ブレードの破損を避けることができる。従って、この施工方法によれば、多少大きな礫が含まれていても定量供給機から適切に土質材料が供給されるので、施工不能となることなく、締固め土を形成することができる。これにより、現地で発生又は採取した土質材料をそのまま定量供給機に供給することが可能となるので、現地発生土の再利用が促進され、施工期間の短縮も図られる。また、工程が減ることによるコスト削減も見込まれる。

本発明に係る定量供給機及び定量供給機を用いた締固め土の施工方法によれば、礫によるブレードの破損を避けることができる。

本実施形態に係る定量供給機を示す縦断面図である。 定量供給部を示す平面図である。 心棒に対するブレード部材及びスペーサの取り付けを説明するための図である。 （ａ）定量供給部における定量供給性を説明するための図である。（ｂ）他の例に係るブレード部のブレード形状を説明するための図である。 （ａ）礫がブレード間に挟まっていない状態を示す平面図である（ｂ）礫がブレード間に挟まった状態を示す平面図である。 フィルダムの構造を示す断面図である。 本実施形態に係る締固め土の施工方法に用いる施工システムを示す図である。 他の例に係るスペーサを説明するための平面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［定量供給機］
図１に示す定量供給機１は、吹付け工法による締固め土の形成などに用いられ、湿潤状態の土質材料Ｄを定量的に供給するものである。湿潤状態の土質材料Ｄについて詳しくは後述する。定量供給機１は、上下に開口を有する漏斗状のホッパー２を備えており、このホッパー２の上方の開口から土質材料Ｄが供給（投入）される。

ホッパー２内には、土質材料Ｄが形成するブリッジを除去するためのブリッジ除去部３，４が設けられている。ブリッジ除去部３，４は、棒状の突起が側方に複数設けられた二本の回転軸体から構成されている。ホッパー２内では、ブリッジ除去部３，４の回転によってブリッジが除去されることで、下方の定量供給部５，６へと土質材料Ｄが安定して供給される。

図１及び図２に示す定量供給部５，６は、ホッパー２の下方の開口に対して設けられ、土質材料Ｄを定量的に下方へ供給する機構である。定量供給部５，６は、左右対称な構成を有している。

以下、定量供給部５について説明する。具体的には、定量供給部５は、平行に配置された一組の心棒５１，６１と、それぞれの心棒５１，６１に設けられた複数のブレード部材５２，６２と、複数のブレード部材５２，６２の間に設けられたスペーサ５３，６３を有している。

心棒５１，６１は、回転中心となる六角形状の棒材である。心棒５１，６１は、ホッパー２に対して回転自在に取り付けられている。心棒５１，６１の一方の端部は、ホッパー２外に突出しており、図示しない駆動源に接続されている。

ブレード部材５２，６２は、心棒５１又は心棒６１が挿通される貫通孔５２ａ，６２ａを中央に有し、外周に沿って等間隔で三本のブレード５２ｂ，６２ｂが形成された環状の部材である。ブレード部材５２，６２は、例えば鋳鉄から作られている。また、ブレード部材５２，６２は、同じ心棒５１又は心棒６１上で隣り合うブレード部材５２，６２のブレード５２ｂ，６２ｂの向きが互い違いになるように配置されている。なお、ブレード５２ｂ，６２ｂの本数は特に限定されず、使用環境に応じて適切な本数や歯たけのものが用いられる。

この定量供給部５，６では、心棒５１，６１と一体的にブレード部材５２，６２が回転することで、ブレード５２ｂ，６２ｂによりブリッジを崩しながら土質材料Ｄを掻き落として下方へ定量的に供給される。定量供給部５，６による供給量は、心棒５１，６１の回転数により制御される。

スペーサ５３，６３は、心棒５１又は心棒６１が挿通される貫通孔５２ａ，６２ａを中央に有する環状の部材である。スペーサ５３，６３は、複数のブレード部材５２，６２の間に設けられ、その間隔を調整する。スペーサ５３，６３は、心棒５１又は心棒６１に沿って配置されている。

本実施形態におけるスペーサ５３，６３は弾性を有しており、具体的にはゴム部材である。ゴムの弾性係数は、０．０１ＧＰａ以上であることが好ましく、０．１ＧＰａ以上であることがより好ましい。また、ゴムの弾性係数は、１００ＧＰａ以下であることが好ましく、１０ＧＰａ以下であることがより好ましい。

スペーサ５３，６３は、後述する土質材料Ｄの定量供給性や造粒の観点から、適切な厚さのものが選択される。また、土質材料Ｄとの接触によるゴムの摩耗を避けるため、スペーサ５３，６３の外周にカバーや保護層を設けてもよい。

図３に、心棒５１におけるブレード部材５２及びスペーサ５３の取り付け状態を示す。図３に示されるように、ブレード部材５２及びスペーサ５３は、心棒５１に対して交互に嵌め込まれ、着脱自在に取り付けられている。スペーサ５３は、心棒５１の延在方向でブレード部材５２の間に位置する。このように、定量供給部５が着脱自在に構成されることで、厚さの異なるスペーサ５３の交換によるブレード間隔の変更が容易となる。また、ブレード本数の異なるブレード部への交換やメンテナンスも容易である。なお、定量供給部６のブレード部材６２及びスペーサ６３も同様に着脱自在である。

図４（ａ）は、定量供給部５，６における定量供給性を説明するための図である。図４（ａ）では、定量供給部５，６においてブレード５２ｂ，６２ｂを交互に水平に倒した状態を示している。図４（ａ）に示す状態において、ブレード５２ｂ，６２ｂ間の面積を一定とすることで定量供給性を得ることができる。ブレード５２ｂ，６２ｂ間の面積は、図４（ａ）に示す定量供給部５，６の間隔Ａ、ブレード５２ｂ，６２ｂの間隔Ｂ、ブレード５２ｂ，６２ｂと他方の定量供給部５，６との間隔Ｃを変更することで調整できる。

なお、図４（ｂ）は、他の例に係るブレード部のブレード形状を説明するための図である。定量供給機１は、図４（ｂ）に示すブレード１５２ｂ，１６２ｂを採用してもよい。図４（ｂ）に示すブレード１５２ｂ，１６２ｂは、上方から見て先端側が薄く、根本側が厚い形状を有している。

また、ブレード５２ｂ，６２ｂの間隔Ｂ、ブレード５２ｂ，６２ｂと他方の定量供給部５，６との間隔Ｃを適切に設定することで、所定範囲の粒径の団粒物を得ることができる。このような団粒物の形成は、吹付け時における材料の飛散を減らし、付着性を高めることができる点で好ましい。例えば、団粒物を内径２インチのホースによる吹付けを行う場合には、ブレード５２ｂ，６２ｂの間隔Ｂを７ｍｍ程度とし、ブレード５２ｂ，６２ｂと他方の定量供給部５，６との間隔Ｃも７ｍｍ程度とすればよい。なお、必ずしも団粒物の形成（造粒）を行う必要はない。

以上説明した本実施形態に係る定量供給機１では、複数のブレード部材５２，６２の間に弾性を有するスペーサ５３，６３を備えているので、スペーサ５３，６３の弾性変形によりブレード５２ｂ，６２ｂの間隔を変化させることができる。

ここで、図５（ａ）は、礫がブレード間に挟まっていない状態を示す平面図であり、図５（ｂ）は、礫がブレード間に挟まった状態を示す平面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、本実施形態に係る定量供給機１では、ブレード５２ｂ，６２ｂの間に礫が入り込み、ブレード５２ｂ，６２ｂの間隔を押し広げる力（図５（ｂ）の矢印）が生じたとしても、スペーサ５３、６３が弾性を有するゴム部材であるので、ゴムの伸縮によりブレード５２ｂ，６２ｂの間隔を変化させることで、ブレード５２ｂ，６２ｂの破損を避けることができる。しかも、この定量供給機１では、複数のスペーサ５３、６３において変形を分散しているので、一つのスペーサ５３、６３に変形負荷が集中することなく、スペーサ５３、６３の部材寿命を長くすることができる。

なお、図５（ｂ）では、ブレード５２ｂとブレード６２ｂとの間に礫が挟まった場合を表わしているが、ブレード５２ｂ同士又はブレード６２ｂ同士の間に礫が挟まった場合であっても同様の効果が得られる。

従って、この定量供給機１によれば、多少大きな礫が土質材料に含まれていても使用することができるので、現地で発生又は採取した土質材料をそのまま定量供給機に供給することも可能になる。このことは、礫を除去するために土質材料を乾燥させ、分級を行った後に加水混合して湿潤状態に戻していた従来の場合と比べて、現地発生土の再利用を促進させ、施工期間の短縮にも寄与する。また、作業工程が減ることによるコスト削減も見込まれる。

また、スペーサ５３、６３をゴム部材とすることで、製造加工が容易となり、定量供給機の製造コスト低減を図ることができる。また、スペーサ交換時のメンテナンスコストの低減も図られる。

更に、この定量供給機１において、図４（ｂ）に示すようなブレード形状（先端側が薄く、根本側が厚いブレード形状）を採用した場合には、ブレード１５２ｂ，１６２ｂの間に礫が入り込んでも、ブレード１５２ｂ，１６２ｂの間隔を押し広げようとする力を根本側に適切に逃がして、スペーサ１５３，１６３の弾性変形により吸収させることができるので、より確実にブレード１５２ｂ，１６２ｂの破損を避けることができる。

［締固め土の施工方法］
次に、上述した定量供給機１を用いた締固め土の施工方法について図面を参照して説明する。図６は、フィルダムの構造を示す断面図である。

図６に示すフィルダム１０は、基盤１１上に構築されており、河川１２を堰き止めている。遮水性を有するコア部１５と基盤１１とが接する部位に、コンタクトクレイ（締固め土）１３が形成され、下流側に水が漏れないようになっている。コア部１５の両側にはフィルタ部１６がそれぞれ形成され、更にその外側には岩塊が積まれてなるロック部１７がそれぞれ形成されている。

以下、コンタクトクレイ１３の施工に使用する吹付け施工システム１００について説明する。図７は、本実施形態に係る締固め土の施工方法に用いる施工システム１００を示す図である。図７に示す施工システム１００は、吹付け材料を噴射するための圧縮空気を製造するコンプレッサ２０と、吹付け材料の調製を行うとともに当該材料から団粒物を造粒する造粒装置３０と、コンプレッサ２０からの圧縮空気及び造粒装置３０からの団粒物がそれぞれ供給され、団粒物を圧縮空気で噴射する噴射装置４０とを備える。

コンプレッサ２０は、噴射装置４０に供給する圧縮空気を製造するためのものである。コンプレッサ２０としては空気を十分な圧力に昇圧でき、団粒物を噴射可能なものであればレシプロ式やロータリー式などの従来公知の装置を使用することができる。

造粒装置３０は、上述した定量供給機１を備えている。定量供給機１は、現場で発生又は採取した土質材料Ｄを定量的に供給するために用いられる。定量供給機１のホッパー２内では、土質材料Ｄと水とを混和して湿潤状態の土質材料Ｄ、すなわち吹付け材料を調製してもよい。

ここで、湿潤状態の土質材料Ｄとは、含水比が１０％以上、５０％以下である土質材料を意味する。含水比は、１５％以上であることがより好ましい。

定量供給機１のホッパー２には、クレーン３１によって土質材料Ｄが供給され、所定の含水比となるように水を添加することによって吹付け材料が調製される。なお、降雨や地質によって土質材料Ｄの含水比が十分に高い場合などは、水を添加しなくてもよい。定量供給機１のホッパー２に対して土質材料Ｄを供給する工程は特許請求の範囲に記載の供給工程に相当する。

定量供給機１では、吹付け材料の造粒が行われ、所定範囲の粒径の団粒物が得られる。なお、吹付け材料の含水比が高く、団粒物の表面がベトベトした状態である場合、得られた団粒物の表面に乾いた土をまぶしてもよい。これにより、団粒物同士が付着したり、吹付け材料がホース４１の内壁等に付着したりすることを抑制できる。

噴射装置４０は、ホース４１内に団粒物を導入するとともに導入された団粒物を噴射するための装置である。噴射装置４０には、従来公知の各種の噴射装置を採用することができる。噴射装置４０には、コンプレッサ２０からの圧縮空気が供給されており、定量供給機１から供給された吹付け材料の団粒物を圧縮空気の力でホース４１に連続的に導入する。

ホース４１内に導入された団粒物は、圧縮空気の圧力でホース４１の先端のノズル４２に向かって移送され、ノズル４２から圧縮空気とともに団粒物が連続的に出射される。ノズル４２から施工面（フィルダム１０の基盤１１の表面Ｆ）に向けて団粒物を吹付け、締固め土を形成する。この工程は特許請求の範囲に記載の吹付工程に相当する。

なお、ノズル４２としては、従来公知の各種のノズルを使用することができる。ただし、ノズル４２内部での止水材料の付着を抑制し、閉塞を回避する観点から、団粒物の粒径よりも内径が大きいノズルを使用することが好ましい。ノズル４２としては、ゴム製のテーパノズルもしくはストレートノズルを使用できる。

以上説明した締固め土の施工方法によれば、上述した定量供給機１を用いるので、供給工程において礫を含む土質材料Ｄがホッパー２に供給され、ブレード５２ｂ，６２ｂ間に礫が入り込んだとしても、スペーサ５３，６３が弾性変形することによりブレード５２ｂ，６２ｂの間隔が変化するので、ブレード５２ｂ，６２ｂの破損を避けることができる。従って、この施工方法によれば、多少大きな礫が含まれていても定量供給機１から適切に土質材料Ｄが供給されるので、施工不能となることなく締固め土を形成することができる。これにより、現地で発生又は採取した土質材料Ｄをそのまま定量供給機１に供給することが可能となるので、現地発生土の再利用が促進され、施工期間の短縮も図られる。また、工程が減ることによるコスト削減も見込まれる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

ここで、図８は、他の例に係るスペーサを説明するための平面図である。図８に示されるように、スペーサ５４としてバネ部材を採用してもよい。バネ部材としては、例えばコイルバネを用いることができる。この場合、コイルバネの空芯部に、心棒５１を挿通させることで、複数のブレード部材５２の間にコイルバネを適切に設けることができる。バネの隙間に土質材料Ｄが入り込むことを防止するためのカバーを設けることが好ましい。

なお、必ずしもコイルバネを用いる必要はなく、その他のバネをスペーサとして用いてもよい。バネの弾性係数は、０．０１ＧＰａ以上であることが好ましく、０．１ＧＰａ以上であることがより好ましい。また、バネの弾性係数は、１００ＧＰａ以下であることが好ましく、１０ＧＰａ以下であることがより好ましい。また、スペーサは、ゴムやバネに限られず、ブレード部材５２よりも弾性係数の小さな弾性体であれば使用可能である。

また、上述した施工方法の対象はコンタクトクレイに限定されるものではない。本発明の施工方法を地下構造物の周囲に構築する遮水層や一般廃棄物処分場の遮水ライナーの法面吹付けなどに適用してもよい。

１…定量供給機 ２…ホッパー ３，４…ブリッジ除去部 ５，６…定量供給部 １０…フィルダム １１…基盤 １２…河川 １３…コンタクトクレイ １５…コア部 １６…フィルタ部 １７…ロック部 ２０…コンプレッサ ３０…造粒装置 ３１…クレーン ４０…噴射装置 ４１…ホース ４２…ノズル ５１，６１…心棒 ５２，６２，１５２，１６２…ブレード部材 ５２ａ，６２ａ…貫通孔 ５２ｂ，６２ｂ，１５２ｂ，１６２ｂ…ブレード ５３，６３，５４，１５３，１６３…スペーサ １００…施工システム Ｄ…土質材料 Ｆ…表面

Claims (5)

1. 湿潤状態の土質材料が供給されるホッパーと、
   前記ホッパー内に設けられ、平行に配置された一組の心棒と、
   前記心棒が挿通される貫通孔を有し、前記一組の心棒のそれぞれに配置されて当該心棒と一体的に回転する複数のブレード部材と、
   前記複数のブレード部材の間に前記心棒に沿って設けられ、弾性を有するスペーサと、
   を備えることを特徴とする定量供給機。
2. 前記スペーサはゴム部材である請求項１に記載の定量供給機。
3. 前記スペーサはバネ部材である請求項１に記載の定量供給機。
4. 前記ブレード部材は、先端側が薄く、根本側が厚く形成された複数のブレードを有している請求項１〜３のうち何れか一項に記載の定量供給機。
5. 現場で発生又は採取した湿潤状態の土質材料が供給されるホッパーと、前記ホッパー内に設けられ、平行に配置された一組の心棒と、前記心棒が挿通される貫通孔を有し、前記一組の心棒のそれぞれに配置されて当該心棒と一体的に回転する複数のブレード部材と、前記複数のブレード部材の間に前記心棒に沿って設けられ、弾性を有するスペーサと、を備えた定量供給機を用いて締固め土を施工する方法であって、
   前記土質材料を前記定量供給機の前記ホッパーに供給する供給工程と、
   前記定量供給機から供給される前記土質材料を吹付け材料として気体とともにノズルから施工面に向けて噴射し、締固め土を形成する吹付工程と、
   を備えることを特徴とする定量供給機を用いた締固め土の施工方法。
   
   

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