JP2554331B2 - 地盤改良機の制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は軟弱地盤に地盤改良材を添加し攪拌混合して
固化させることにより地盤の強度を高める地盤改良機の
制御方法及び装置に関するものである。

（従来技術） 従来、粉体噴射攪拌工法（DJM）を採用した地盤改良
機において、たとえば特開昭61−57716号公報に示され
ているように軟弱地盤に対する改良材の添加量を制御す
る装置が知られている。

この装置は、軟弱地盤に対してどの程度の改良材が添
加されたかを検出するとともに、攪拌軸の軸方向の送り
速度がどの程度かを検出し、この添加量及び送り速度の
検出値に基づいて、単位時間当りの改良容積を演算し、
次いでこの改良容積に添加された改良材の添加量を演算
し、その演算された添加量と、予め設定された添加量設
定値とに基づいて改良材搬送機を制御するものである。

しかし、この装置は、攪拌軸の送り速度の検出値と、
改良材の添加量の検出値を元にして制御するものであ
り、とくに添加量の検出値は非常に不安定であるため、
制御制度が悪く、均一な強度の改良柱体を造成すること
は困難であった。

（発明の目的） そこで本発明は、常に安定した制御を行うことがで
き、制御性を向上させて均一な強度の改良柱体を造成す
ることができる地盤改良機の制御方法及び装置を提供す
るものである。

（発明の構成） 第１の発明（地盤改良機の制御方法）は、下端に攪拌
翼を有する攪拌軸を回転駆動する攪拌軸回転駆動手段
と、攪拌軸を地盤中に貫入させ地盤中から引抜く貫入引
抜手段と、攪拌軸の先端から改良材を吐出する改良材吐
出手段とを備えた地盤改良機の制御方法において、上記
攪拌軸の貫入引抜速度を検出し、この検出値と貫入引抜
速度の設定値とに基づいて両者の偏差が小さくなるよう
に貫入引抜手段による貫入引抜速度を制御すると同時
に、単位容積当りの改良材吐出量の設定値と上記貫入引
抜速度の設定値とに基づいて単位時間当りの改良材吐出
量の目標値を演算・設定し、この単位時間当りの改良材
吐出量の目標値に基づいて上記改良材吐出手段による改
良材の吐出量を調節するものである。

第２の発明（地盤改良機の制御装置）は、下端に攪拌
翼を有する攪拌軸を回転駆動する攪拌軸回転駆動手段
と、攪拌軸を地盤中に貫入させ地盤中から引抜く貫入引
抜手段と、攪拌軸の先端から改良材を吐出する改良材吐
出手段とを備えた地盤改良機の制御方法において、攪拌
軸の貫入引抜速度を設定する貫入引抜速度設定手段と、
上記貫入引抜手段による攪拌軸の貫入引抜速度を検出す
る貫入引抜速度検出手段と、上記貫入引抜速度について
の設定値と検出値とに基づいて両者の偏差が小さくなる
ように貫入引抜手段による貫入引抜速度を制御する貫入
引抜速度調節手段と、単位容積当りの改良材吐出量を設
定する改良材吐出量設定手段と、上記貫入引抜速度及び
単位容積当りの改良材吐出量についての設定値に基づい
て単位時間当りの改良材吐出量の目標値を演算・設定す
る改良材吐出量演算設定手段と、上記改良材吐出手段か
らの改良材吐出量を検出する改良材吐出量検出手段と、
この改良材吐出量検出手段による改良材吐出量の検出値
と上記単位時間当りの改良材吐出量の目標値とに基づい
て両者の偏差が小さくなるように上記改良材吐出手段に
よる改良材吐出量を調節する吐出量調節手段とを具備す
るものである。

この構成により、攪拌軸の貫入引抜速度の設定値に基
づいて攪拌軸の貫入引抜速度が制御されるとともに、対
象地盤のボーリング調査や改良材の配合、反応試験等に
よって求められる単位容積当りの改良材吐出量の設定値
および攪拌軸の貫入引抜速度の設定値に基づいて単位時
間当りの改良材吐出量の目標値が演算・設定される。

そして、この目標値に基づいて単位時間当りの改良材
吐出量が制御される。

このように、上記各設定値を元にして貫入引抜速度お
よび単位時間当りの改良材吐出量の制御が行われること
により制御性が向上し、均一な強度の改良柱体が得られ
る。

（実施例） 地盤改良機の概略構成を第２図によって説明する。

ベースマシン１に立設されたリーダ２に、攪拌軸３が
回転自在にかつ昇降自在に支持されている。

攪拌軸３は、内部に改良材供給通路を有する中空状
で、たとえば外形が断面角形に形成され、その下端に放
射状の攪拌翼４と改良材吐出口（図示省略）が設けられ
ている。

攪拌軸回転駆動手段５は、電動モータ5aと減速機5bと
を有し、この減速機5bに攪拌軸３が軸方向にのみ摺動自
在に挿通され、攪拌軸３に対して軸方向の摺動、すなわ
ち昇降を許容しながら回転トルクを伝達する。

攪拌軸３の貫入引抜手段６には、貫入用ウィンチと引
抜用ウィンチの２個のウィンチを用いてもよいが、この
実施例ではエンドレスウィンチとし、１個のウィンチド
ラム6aに対し、貫入引抜用ロープ6bの中間部がドラム軸
方向一側部から他側部に一層巻きで巻き付けられ、ドラ
ム一側部から繰り出されたロープ6bの先端が攪拌軸３の
上端に連結されたスラスト軸受3aの下部に連結され、ド
ラム他端部から繰り出されたロープ6bの先端が上記スラ
スト軸受3aの上部に連結され、上記ウィンチドラム6aが
油圧モータや可変容量形油圧ポンプ等を備えた油圧ユニ
ット6cによって正逆転駆動され、この正逆転駆動により
ロープ6bを介して攪拌軸３が昇降され、軟弱地盤Ａに対
する貫入、引抜きが行われる。

改良材吐出手段７は、タンク7aの下部に可変速電動モ
ータ7bによって駆動されるフィードホイール7cを装備し
てなるもので、配管7dから導入した圧縮空気と、フィー
ドホイール7cの回転とによってタンク7a内に貯蔵された
改良材Ｂが改良材送給ホース7eに空気圧送される。

ホース7eの先端は、図示しないスイベルジョイントを
介して攪拌軸３の上端に接続され、上記ホース7eに空気
圧送された改良材が攪拌軸３内に送給され、攪拌軸３の
先端に設けられた吐出口から吐出される。

この地盤改良機においては、攪拌軸回転駆動手段５に
より攪拌軸３を回転させながら、貫入引抜手段６のウィ
ンチドラム6aを正転させることにより、ロープ6bを介し
て攪拌軸３を下降させて軟弱地盤Ａ中に貫入させ、この
貫入時に、攪拌軸先端の攪拌翼４によって地盤土壌を攪
拌する。

そして、攪拌軸３を所定の深度まで貫入させた後、攪
拌軸３を回転させながらウィンチドラム6bを逆転させる
ことにより、ロープ6bを介して攪拌軸３を上昇させて軟
弱地盤Ａ中から引抜き、この引抜時に、攪拌軸先端の吐
出口から改良材を吐出し、攪拌翼４により改良材と地盤
土壌とを攪拌混合することにより地盤改良が行われる。

なお、攪拌軸３の貫入時に改良材を吐出してもよい。

第１図にこの地盤改良機の制御装置のブロック構成を
示している。

同図において、貫入引抜速度設定手段８には、予め対
象地盤のボーリング調査や改良材の配合、反応試験等に
よって求められた攪拌軸３の目標貫入引抜速度Vs（m/mi
n）が設定される。

また、貫入引抜速度検出手段11は、攪拌軸３の昇降速
度を検出するもので、たとえば貫入引抜手段６の貫入引
抜用ロープ6bの貫入側および引抜側の各ガイドシーブの
回転数を検出し、この回転数から攪拌軸３の貫入引抜速
度Ｖ（m/min）が算出される。

そして、貫入引抜速度についての設定値Vsと検出値Ｖ
とが比較判別手段12に入力されて比較、判別され、この
判別結果に基づいた調節信号が貫入引抜速度調節手段13
に入力される。

この貫入引抜速度調節手段13は、たとえば第２図に示
した貫入引抜手段６の油圧ユニット6cにおける油圧ポン
プの吐出油量の制御によりウィンチドラム6aの回転数が
制御されて攪拌軸３の貫入引抜速度Ｖが制御される。

一方、改良材吐出量設定手段９には、単位容積当りの
目標改良材吐出量Ｆ（kg/m³）が貫入引抜速度の設定値V
sに対応して設定される。

また、翼回転径設定手段10には、攪拌翼４の回転半径
または回転直径Ｄ（ｍ）が設定される。

次いで、上記各設定手段8,9,10によって設定された攪
拌軸３の目標貫入引抜速度Vs、単位容積当りの目標改良
材吐出量Ｆ、攪拌翼４の回転径Ｄがカスケード信号とし
て改良材吐出量演算手段14に入力され、この演算手段14
において次式による単位時間当りの改良材吐出量の目標
値Cs（kg/min）が演算される。

Cs＝（π・D²/4）Vs・Ｆ この単位時間当りの改良材吐出量の目標値Csがカスケ
ード信号として改良材吐出量設定手段15に入力され設定
される。

改良材吐出量検出手段16は、たとえば第２図に示した
改良材吐出手段７のタンク7aに付設された複数個のロー
ドセル等によって構成され、この検出手段16によりタン
ク7aの全体重量が検出され、この検出値に基づいて重量
の変化が算出され、単位時間当りの改良材吐出量Ｃが検
出される。

そして、単位時間当りの改良材吐出量についての検出
値Ｃと目標値Csとが比較判別手段17に入力されて比較、
判別され、この判別結果に基づいた調節信号が改良材吐
出量調節手段18に入力される。

この改良材吐出量調節手段18は、たとえば第２図に示
す改良材吐出手段７のモータ7bの回転数を制御するもの
であり、モータ7bの電流値を制御して回転数を制御す
る。

こうして、貫入引抜速度設定手段８によって設定され
た目標貫入引抜速度Vsに基づいて攪拌軸３の貫入引抜速
度Ｖが自動制御されながら、この貫入引抜速度Vsと、単
位容積当りの改良材吐出量Ｆと、攪拌翼４の回転径Ｄの
各設定値に基づいて単位時間当りの改良材吐出量の目標
値Csが演算、設定されるとともに、この目標値Csに基づ
いて単位時間当りの改良材吐出量Ｃが制御される。

この制御時において、実際の攪拌軸３の貫入引抜速度
Ｖは目標値に対して数％の精度でふらついているが、目
標貫入引抜速度Vsの設定値は一定であるので、この設定
値信号をカスケード信号として演算手段14に入力し、上
記の演算および制御を行うことにより改良材吐出量Ｃの
制御が安定し、対象地盤の地質に応じた地盤改良が行わ
れて均一な強度の改良柱体が得られる。

ところで、攪拌軸３の貫入引抜手段６としては、第２
図に示すウィンチ式に限らず、チャック機構と貫入引抜
用油圧シリンダを用いて攪拌軸を一定ピッチずつ貫入し
引抜くものでもよい。

この場合は、油圧シリンダに対する供給流量を制御し
て同シリンダの伸縮速度を制御し、攪拌軸の貫入引抜速
度を制御すればよい。

また、本発明の制御方法及び装置は、陸上用の地盤改
良機に限らず、海底用の地盤改良機にも適用することが
できる。

（発明の効果） 以上のように本発明によるときは、地盤改良作業時
に、攪拌軸の貫入引抜速度の設定値と、単位容積当りの
改良材吐出量の設定値とに基づいて攪拌軸の貫入引抜速
度および単位時間当りの改良材吐出量の双方を同時に制
御できるので、非常に安定した制御を行うことができ
る。

これにより、制御性を大幅に向上させ、異なった地層
が重なっていて地質が均一でない場合でも地質に応じた
地盤改良が行われ、均一な強度の改良柱体を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる制御装置のブロック構
成図、第２図は同制御装置を装備した地盤改良機の一例
を示す概略側面図である。 ３……攪拌軸、４……攪拌翼、５……攪拌軸回転駆動手
段、６……攪拌軸貫入引抜手段、７……改良材吐出手
段、８……貫入引抜速度設定手段、９……単位容積当り
の改良材吐出量設定手段、11……貫入引抜速度検出手
段、12……比較判別手段、13……貫入引抜速度調節手
段、14……単位時間当りの改良材吐出量演算手段、15…
…単位時間当りの改良材吐出量設定手段、16……改良材
吐出量検出手段、17……比較判別手段、18……改良材吐
出量調節手段。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下端に攪拌翼を有する攪拌軸を回転駆動す
   る攪拌軸回転駆動手段と、攪拌軸を地盤中に貫入させ地
   盤中から引抜く貫入引抜手段と、攪拌軸の先端から改良
   材を吐出する改良材吐出手段とを備えた地盤改良機の制
   御方法において、上記攪拌軸の貫入引抜速度を検出し、
   この検出値と貫入引抜速度の設定値とに基づいて両者の
   偏差が小さくなるように貫入引抜手段による貫入引抜速
   度を制御すると同時に、単位容積当りの改良材吐出量の
   設定値と上記貫入引抜速度の設定値とに基づいて単位時
   間当りの改良材吐出量の目標値を演算・設定し、この単
   位時間当りの改良材吐出量の目標値に基づいて上記改良
   材吐出手段による改良材の吐出量を調節することを特徴
   とする地盤改良機の制御方法。
2. 【請求項２】下端に攪拌翼を有する攪拌軸を回転駆動す
   る攪拌軸回転駆動手段と、攪拌軸を地盤中に貫入させ地
   盤中から引抜く貫入引抜手段と、攪拌軸の先端から改良
   材を吐出する改良材吐出手段とを備えた地盤改良機の制
   御方法において、攪拌軸の貫入引抜速度を設定する貫入
   引抜速度設定手段と、上記貫入引抜手段による攪拌軸の
   貫入引抜速度を検出する貫入引抜速度検出手段と、上記
   貫入引抜速度についての設定値と検出値とに基づいて両
   者の偏差が小さくなるように貫入引抜手段による貫入引
   抜速度を制御する貫入引抜速度調節手段と、単位容積当
   りの改良材吐出量を設定する改良材吐出量設定手段と、
   上記貫入引抜速度及び単位容積当りの改良材吐出量につ
   いての設定値に基づいて単位時間当りの改良材吐出量の
   目標値を演算・設定する改良材吐出量演算設定手段と、
   上記改良材吐出手段による改良材吐出量を検出する改良
   材吐出量検出手段と、この改良材吐出量検出手段による
   改良材吐出量の検出値と上記単位時間当りの改良材吐出
   量の目標値とに基づいて両者の偏差が小さくなるように
   上記改良材吐出手段による改良材吐出量を調節する吐出
   量調節手段とを具備することを特徴とする地盤改良機の
   制御装置。