JP2014518343A - 圧縮空気と結合材との混合物から移送空気を排気する方法 - Google Patents

Abstract

結合材を添加することによって土塊を安定処理するときに圧縮空気と結合材との混合物から結合材に含まれた移送空気を排気する方法。この方法では、圧縮空気を生成する手段（２２）、結合材容器（２１）、圧縮空気と結合材との混合物のための供給パイプ（２６、３０）、および結合材を土塊内に混合するための装置を備える装置が使用される。結合材を移送するために使用される圧縮空気が、土塊内に搬送される前に独立した排出パイプ（３１）を通して排気される。それは以下の手法、すなわち、１）前記結合材が、貯蔵空間（３６）内に移送され、そこに設けられた結合材排出開口（３７）から地盤内に搬送されること、および２）前記装置における圧力レベルが、前記貯蔵空間（３６）における圧力が前記排出開口（３７）において前記地盤によって生じる反対圧力を超えるように調整され、そのとき前記結合材が前記貯蔵空間（３６）から前記排出開口（３７）を介して前記地盤内に排出され、前記空気の少なくとも一部が前記貯蔵空間（３０）の上部から排出パイプ（３１）に制御可能に排出されるようにすること、によって行われる。

Description

本発明は、結合材を添加することによって土塊を安定処理するときに、圧縮空気と結合材との混合物から結合材に含まれた移送空気を排気する方法に関する。この方法は、圧縮空気を生成する手段と、結合材容器と、圧縮空気と結合材との混合物のための供給パイプと、および結合材を土塊内に混合するための手段と、を備える装置において使用される。また、この方法においては、結合材を移送するために使用される圧縮空気が土塊内に搬送される前に、以下の手法によって、独立した排出パイプを通して排気される。すなわち、１）前記結合材が、貯蔵空間内に移送され、そこに設けられた結合材排出開口から地盤内に搬送されること、および２）前記装置における圧力レベルが、前記貯蔵空間における圧力が前記排出開口において前記地盤によって生じる反対圧力を超えるように調整され、そのとき前記結合材が前記貯蔵空間から前記排出開口を介して前記地盤内に排出され、前記空気の少なくとも一部が前記貯蔵空間の上部から排出パイプに制御可能に排出されるようにすることである。

通常使用される安定処理方法は、２つの基本的な方法に分けることができる。日本では、水に混合された、主としてセメントである結合材を地盤内に供給する方法が広く使用されている。結合材は、混合されて大きいユニットに入れられ、地盤に供給されやすい形態で現場に提供される。このシステムでは、空気供給のような遅延なしに液体の供給を停止および開始できるので、結合材の計量供給が高精度となる。この供給ユニットは、ポンプユニットを備えるいわゆる非圧縮型容器であり、したがって技術も単純である。この湿式工法の問題は、外部の不具合の影響を受けやすいことである。すなわち硬化する結合材が混合および供給デバイスの内部を詰まらせることのないように、結合材の供給はタイミングを正確にとらなければならず、混合および供給デバイス自体に非常に重大な不具合が生じないようにしなければならない。

他方の基本的な方法は、北欧諸国で開発された方法であって、結合材を粉末形態で現場に供給し、圧縮された形態で貯蔵容器に移送し、そこからさらに圧縮された形態で供給容器に移送する方法である。貯蔵および移送容器内の圧力は、通常１〜２バール（１００〜２００キロパスカル）であり、供給容器内の圧力は、６〜８バール（６００〜８００キロパスカル）である。この方法では、結合材は、乾燥した形態で圧縮空気内に供給され添加される。そしてその利点は、現場に貯蔵容器に入った結合材が常備してある限り、結合材供給の物流管理がそれほど厳格にならないことである。また、結合材は粉末形態で長期間にわたって使用可能に維持され、したがって突然作業が停止しても、供給装置に不具合を起こさずに済む。

両方法において、結合材は、回転するパイプの端部に固定された混合ヘッドによって地盤内に供給され混合される。このような回転するパイプのいくつかを一群にまとめ、それによって１つの作業段階でいくつかの杭を作ることもできる。回転するパイプは丸い形状か、通常は正方形である多角形の形状とされ、その中を通して結合材が地盤内に搬送される。

下端に混合ヘッドを備えたパイプの全体が回転するので、深くなると、回転トルクの大部分は、実際に混合ヘッドを回転させるため以外の、土壌を混合するために必要となるものである。この回転トルクは、通常は、伝動用チェーンまたはその上端に固定されたギヤ伝動装置によってパイプに伝えられる。

どの方法においても、実際の杭安定処理ユニットは大型で重いデバイスであり、ある現場から他の現場へのその移動は時間がかかり、高額となる。その規模の大きさのために、デバイス自体が投資コストの点からは高額となる。

［既知の方法の利点と不都合］
湿式工法の利点は、結合材が高精度で供給されること、そして周囲の土壌への干渉が少ないことである。不都合は、その方法が、処理される土壌において自然含水比が高い場所（例えば、スカンジナビアの大半の粘土）には適用できないことである。これらの現場では、予備混合された結合材と水との混合物が地盤とはよく混合せずに表面に浸透しがちであるために、杭の品質のばらつきを生じ、杭の品質が損なわれる。また不都合としては、結合材の製造場所と現場との距離や、これによって生ずる物流管理の問題、そして結合材の製造からその地盤への供給までの時間が限られており、そのプロセスの中断や停止が許容されないことも挙げられる。

乾式工法の利点には、結合材の供給者の独立性がより高いこと、現場で結合材が貯蔵可能であることがあり、それによって作業の柔軟性を高めることができる。不都合としては、圧縮空気の地盤内への搬送が周囲の土壌に干渉して杭の品質が損なわれること、土層の相違のために結合材の一部が圧力排出経路を通して杭から排出されることが挙げられる。粉塵の散粉も問題になることがあるが、適切な作業方法を用いることで、ほぼ完全に取り除くことができる。周囲の土壌への干渉は杭の支持力に影響し、杭における結合材の量は、土壌の孔隙率に応じて短い距離においては大きなばらつきを生じることがある。

本発明の目的は、上述の既知の方法の不都合を回避できるか、少なくとも実質的に低減することができる方法を提供することにある。

上述の目的は、添付の特許請求の範囲の請求項１に記載された特徴を有する、本発明による方法によって達成することができる。その従属請求項は、本発明の好ましい実施形態を開示している。

以下、本発明による方法を実現することができる一実施形態によるデバイスを記載した添付の図面を参照して、本発明を説明する。

図２に示す外部デバイスに結合することができる、本発明による方法を実施するためのデバイスの斜視図である。 本発明による方法を実施するためのデバイスと、その装置を使用する際に利用される外部デバイスとを含む装置全体を示す図である。 本発明による方法を実施するためのデバイスの上部を部分的に断面で示す図である。 図３とは異なる方向からの断面をもってデバイスの上部を示す図である。 混合ブレードを取り除いて示した、デバイスの下部を部分的に断面で示す図である。 デバイスの垂直ブーム１の断面図である。 混合ブレード３が内向きに回動された、本発明によるデバイスの下端を示す図である。 混合ブレード３が外向きに放射線状に回動された、デバイスの下端を示す図である。

本発明による方法を実施するデバイスの全体構造は図１から見られる。そのデバイスは、本体部１０と、４つの回転するフランジ付きロール１１によってガイドされて動く垂直ブーム１とを備える。ロール１１は本体部１０上のベアリングに取着され、少なくとも１つのロールは、本体部ハウジング内にある回転モータを備えている。ロール１１は、エラストマー、ゴム、またはシリコーン等の柔軟なコーティングを備えており、そのコーティングは同時に摩擦表面を形成し、ロール１１は対になって垂直ブーム１に対して押しつけられ、それによって垂直ブーム１は、本体部１０に対してある方向にまたは別の方向に動かすことが可能となる。

垂直ブーム１は、その動く距離に対応する部分における４本のパイプからなり、その１本が結合材供給パイプ３０を形成し、２本が供給空気排出パイプ３１を形成する。４本目のパイプは、液圧パイプ５のための経路を形成し、垂直ブーム１の上端においてマニホルド７に結合され、下端において混合ヘッド２の回転モータ４に結合される。したがって、垂直ブーム１は使用時に回転せず、混合ヘッド２のみが回転される。

混合ヘッド２は、一方向に回転するとき土の抵抗の影響により内向きに回動する、回動可能な混合ブレード３を備える。

反転リンク３ａは図７および図８に示されている。反転リンク３ａの軸の方向は、混合ヘッド２の回転軸に対して傾斜している。混合ブレード３は、内向きに回動した位置において、垂直ブームの周囲に下向きの引きねじのねじ山を形成するように設計することができる。そして、垂直ブームは、表層を不必要に破壊することなく小径の孔のみが穿孔されるように、表層を通して地盤に容易に押し込めるようになる。一旦、混合ブレード３が所望の深さにまたは固体土壌内に打ち込まれると、混合ヘッド２の回転の方向が、例えば反時計方向から時計方向に反転され、そのとき土壌圧力により混合ブレード３が開き、結合材の供給と混合および垂直ブーム１の持ち上げ運動を開始することができる。

その混合断面を調整するために、混合ブレード３の回動角は、例えば回動を規制する調整部品によって調整可能に構成することも可能であり、あるいは混合ブレード３を、異なる長さの混合ブレードからなるものに交換することもできる。調整可能な混合ブレード３によって、迅速に所望の直径を有する杭を打設するためのデバイスとすることができる。例えば、現在の最も一般的な６００、７００、または８００ｍｍ径の杭は、同じ一つの迅速調整できる混合ブレードで作ることができる。９００、１０００、または１２００ｍｍ径の杭は、混合ブレードを交換することによって得ることができる。本発明による方法を用いた場合、杭の直径の上限は土壌の質と実際の現場の要素によって決定され、したがって２０００ｍｍ径の杭を容易に打設することができる。回動する混合ブレードでは、表層を貫通する大型ブレード径によって生ずる問題が取り除かれる。

本体部１０は、バケットローダ１７をブーム１８に固定する固定手段１２を備える。ロール１１を備える本体部１０およびロール１１の回転モータは、符号１０ａが付された、垂直ブーム１の移送デバイスと称することができる。固定デバイス１２は、それによってバケットローダ１７のバケットの代わりに移送デバイス１０ａを結合することができる標準的なアダプタであってもよい。垂直ブーム１の移送デバイス１０ａと混合ヘッド２を回転させる液圧モータ４は、バケットローダ１７の液圧によって駆動される。

本体部１０にはコイルホルダ１９が固定されるが、コイルホルダは、結合材供給ホース２６のためのコイル２５と、液圧ホースおよび水ホース６のためのコイル１３とを備える。水ホース６には、ポンプ１５およびホース１６を介してタンク１４から水が供給される。

結合材は、コンプレッサ２２によって生成された圧縮空気によって結合材容器２１から供給される。計量供給フィーダ２３は、結合材を供給ホース２４内に計量供給し、供給ホース２４は、コイル２５の中心軸における導入部を介して、コイル２５に巻回されたホース２６に結合される。ホース２６の上端はフローエルボ２７を介してラバルノズル２９に結合され、ラバルノズル２９はさらに実際の結合材供給パイプ３０に結合される。結合材供給パイプ３０の下端は垂直ブーム１の下端の貯蔵空間３６内に開口しており、貯蔵空間３６には地盤に開口した排出開口３７が設けられている。結合材に含まれた移送空気は、貯蔵空間３６の上部から排出パイプ３１を通して外部に排気される。図示された場合においては、排気される空気は、排出パイプ３１の上端が開口３２を介して結合されたサイクロン洗浄機３３でさらに清浄化される。開口３２には、流れに回転流動を起こさせる流れ配向器（図示せず）が結合される。空気は、サイクロン洗浄機３３の上部フランジの中央の開口３４から制御可能に排出される。サイクロン洗浄機３３の回転運動において、細かい結合材が分離され、サイクロン洗浄機３３の下端に結合されたパイプ３５によって排出パイプ３１に戻される。排出パイプ３１では、排出流れが水ジェット（図示せず）で洗浄される。洗浄スラッジは貯蔵空間３６に流れて戻る。

水供給パイプ６はマニホルド７に結合されるが、マニホルド７からは、水が、パイプ８によってノズル９を介して、ベンチュリ型のノズルである、いわゆるラバルノズル２９に供給される。空気、結合材、および水の混合物の流量がノズル２９によって一瞬に加速されて、それにより水を霧状に分散させ、その霧に粉末状の結合材が付着してスラッジ様の塊を形成し、それが貯蔵空間３６に導かれる。

装置の圧力レベルは、貯蔵空間３６内の圧力が排出開口３７において土壌によって生じる反対圧力を超えるように調整され、それによって結合材が貯蔵空間３６から排出開口３７を介して地盤内に排出され、空気の可能な限りの大部分が貯蔵空間３６の上部から排出パイプ３１に制御可能に排気される。したがって、供給空気の流れの方向は、貯蔵空間３６の上部において、下向きの供給流れから急にカーブして上向きの排出流れに反転されており、上向きに向けられた流れの流量は、排出パイプ３１の断面積を用いて、下向きに向けられた流れの流量の２分の１未満に下げられるが、排出パイプ３１の断面積は供給パイプ３０の断面積の少なくとも２倍である。

供給空気の流れの方向が、流れが上向きに反転する前に貯蔵空間の垂直軸に対して回転流動するように構成して、空気からの結合材および水の分離を遠心力によって増大させることができる。

パイプ３１から排出される、排気される空気の量は、例えばスロットル制御によって調整することができる。排気される空気の量を調整することによって、装置の圧力レベルは、結合材が貯蔵空間３６から地盤内に圧力によって押し出されるように調整される。すなわち、調整される圧力が、結合材排出点３７における土壌の抵抗によって生成される圧力より大きくなるように調整される。

本発明による方法は、優れた品質の杭を提供する。圧縮空気が地盤内に移送されて不必要に周囲の土壌に干渉することが起こらず、結合材を杭の断面に一様に分散させることができ、それによって良好な支持能力を有する一様な品質の杭が得られるからである。

上記において、本発明の適用を杭打設ドリルに関連して説明したが、本発明は、結合材を搬送して地盤に混合する地盤安定処理デバイスであれば、異なる種類のデバイスにも適用できることは明らかである。

Claims (6)

1. 結合材を添加することによって土塊を安定処理するときに、圧縮空気を生成する手段（２２）と、結合材容器（２１）と、圧縮空気と結合材との混合物のための供給パイプ（２６、３０）と、および結合材を土塊内に混合するための手段と、を備える装置を使用し、圧縮空気と結合材との混合物から結合材に含まれた移送空気を排気する方法であって、以下の、
   １）前記結合材が、貯蔵空間（３６）内に移送され、そこに設けられた結合材排出開口（３７）から地盤内に搬送されること、および
   ２）前記装置における圧力レベルが、前記貯蔵空間（３６）における圧力が前記排出開口（３７）において前記地盤によって生じる反対圧力を超えるように調整され、そのとき前記結合材が前記貯蔵空間（３６）から前記排出開口（３７）を介して前記地盤内に排出され、前記空気の少なくとも一部が前記貯蔵空間（３０）の上部から排出パイプ（３１）に制御可能に排出されるようにすること、の手法によって、
   結合材を移送するために使用される圧縮空気が、土塊内に搬送される前に独立した排出パイプ（３１）を通して排気される方法において、
   水が前記供給パイプ（３０）内にスプレーされ、空気、結合材、および水の混合物の流量がベンチュリ型ノズルである、いわゆるラバルノズル（２９）によって一瞬に加速されて霧状に分散され、その霧に粉末状の結合材が付着してスラッジ様の塊を形成し、それが前記貯蔵空間（３６）に導かれることを特徴とする、方法。
2. 供給空気の流れの方向が、前記貯蔵空間（３６）の上部において、下向きに向けられた供給流れから急なカーブで上向きに向けられた排出流れに反転され、前記上向きに向けられた流れの流量は、前記供給パイプ（３０）の断面積の少なくとも２倍の前記排出パイプ（３１）の断面積を用いて、下向きに向けられた流れの流量の２分の１未満に下げられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記排出流れは、前記排出パイプ（３１）において水ジェットで洗浄されることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
4. 排気される空気は、前記排出パイプ（３１）の上端に位置するサイクロン洗浄機（３３）で洗浄され、そこでは、細かい結合材が、排気される空気から、および空気が制御可能に排気されて前記装置の前記圧力レベルを調整している上部フランジの中央から分離されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記方法が、深層安定処理によって前記地盤中に杭を打設するために使用されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 供給空気の流れの方向が、流れが上向きに反転する前に前記貯蔵空間の垂直軸に対して回転流動するように構成して、空気からの前記結合材および水の分離を遠心力によって増大させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
   

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