JP2808367B2 - 地盤改良の混合処理工法における安定材の自動注入制御方法及び自動注入制御装置 - Google Patents

地盤改良の混合処理工法における安定材の自動注入制御方法及び自動注入制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、海底、湖沼、河川な
どに堆積した軟弱土、又は陸上、干潟等の軟弱地盤を改
良、強化(又は固化、安定化)して各種構造物の基礎を
造成する、地盤改良の混合処工法に実施される安定材の
自動注入制御方法、及び同方法の実施に使用する自動注
入制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】軟弱地盤の改良に適用される混合処理工
法(又は深層混合処理工法とも呼ばれる)は、昭和50
年前後から開発が進められ、昭和51年以来地盤改良の
実績も重ねられ、改良効果の優秀性や工期の短縮などの
効果が広く認められている。図1は混合処理工法の施工
図と制御管理システムの概念図を示したもので、処理機
はベースマシン1によって垂直に立てられたリーダー及
びガイドパイプに沿って電動機ユニット2が昇降するも
のとされ、前記電動機ユニット2で回転駆動される長い
攪拌軸4の先端部に攪拌翼3を取付けた構成である。攪
拌翼3によって地盤を回転掘削しながら、又は掘削土を
攪拌しながら、攪拌翼3の先端部からスラリー状のセメ
ント系硬化材の如き安定材を掘削土中に注入して攪拌混
合処理し、セメントの水和反応、ポゾラン反応によって
原位置で軟弱地盤の改良、強化(又は固化、安定化)を
行なう。攪拌翼3の掘削貫入の速度及び施工深度は、リ
ーダーの下端部に設置した速度計、深度計11で計測
し、その計測値はA/D変換部を経て自動注入制御装置
8の中央制御装置(CPU)10へ入力される。安定材
は安定材供給プラント12で作り、これをスラリーポン
プ5で攪拌翼3へ送り注入する。その輸送管の途中に設
置した流量計6で安定材の注入量を計測し、その計測値
はやはりA/D変換部を経て自動注入制御装置8の中央
制御装置10へ入力される。中央制御装置10は、前記
3種の計測値と、予め設定された設計上決められている
安定材の注入量とに基づいて演算処理を行ない、最適の
注入量を算出してその結果を自動注入制御操作盤9へ送
り、スラリーポンプ5の吐出量が制御される。
【0003】
【本発明が解決しようとする課題】地盤改良の混合処理
工法における安定材の注入量は、土質調査や室内配合試
験及び現地試験等の結果から、改良対象土単位体積当た
りの注入量が設計上決められる。その注入管理のやり方
は、攪拌翼3の施工深度データ及び掘削貫入の速度デー
タに基づき、貫入速度に応じた設計注入量を注入する制
御方法が採用されている。この場合、常に設計注入量以
上の安定材を注入する制御を行なえば管理目標は達成さ
れる訳である。しかし、必要以上に多量の安定材を注入
するとランニングコストが高くなるので、経済性を考慮
すれば、前記設計注入量を目標値として高精度な制御を
行なう必要がある。
【0004】この点の自動制御に関して、従来は図6の
ように閉鎖型のフィードバック制御系が採用されてい
る。即ち、貫入速度データ11aに基づいて制御装置8
は設定値と比較演算を行ない、貫入速度に応じた設計注
入量の目標値を算出してスラリーポンプ5の最適な吐出
量を指示し、その制御結果は流量計6により安定材の注
入量として把握される。そして、流量計6の計測値はフ
ィードバック要素13により自動注入制御装置8へフィ
ードバックさせ、目標値と比較して注入量が目標値に一
致するまで修正動作を行なうのである。ところで、処理
機の掘削貫入の速度は常に一定の目標値(施工上は1m
/min程度が好ましい)に固定するように努めて制御
する。しかし、貫入速度は地盤の抵抗の大小などにより
刻々と大幅、小幅に変化する。このように目標値が刻々
と大幅、小幅に変化する場合には、前述したようなフィ
ードバック制御だと制御量が激しく変化し、制御される
スラリーポンプ5の能力が追従できなくなり、非常に不
安定な注入制御になる。また、スラリーポンプ5の制御
と、該ポンプによって発生する吐出量の変化(注入量)
を計測してフィードバック制御する間に、攪拌翼3の貫
入速度の変化に対して所謂タイムラグを生じ、注入量の
過不足を発生するため制御の精度、信頼性を確保できな
い、という問題があり解決すべき課題になっている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決するための手段として、請求項1記載の発明に係る地
盤改良の混合処工法における安定材の自動注入制御方法
は、処理機によって地盤を回転掘削しながら、又は掘削
土を攪拌しながら安定材を注入し掘削土と攪拌混合し
地盤改良を行なう混合処理工法において、処理機の掘削
貫入の速度に応じて、設計上決められ安定材の注入量
に不足しないことを限度として安定材注入量を前記処理
機の掘削貫入速度のバラつきに応じブロック分けした
速度パターンを設定し、処理機は施工上有利な一定の掘
削貫入速度を目標に制御し、刻々変化する掘削貫入速度
を常時計測して制御装置へ入力し、制御装置においては
入力された前記掘削貫入速度を前記ブロック分けした速
パターンと照合して該当する注入量を割り出す演算処
理を行い、その演算結果に基づいて該当注入量の安定材
を注入することを特徴とする。請求項2記載の発明も、
地盤改良の混合処工法における安定材の自動注入制御方
法に係り、処理機によって地盤を回転掘削しながら、又
は掘削土を攪拌しながら安定材を注入し掘削土と攪拌混
合して地盤改良を行なう混合処理工法において、 処理機
の施工深度対応の安定材注入量を定めた深度パターン、
及び掘削貫入の速度に応じて設計上決められた安定材の
注入量に不足しないことを限度として安定材注入量を前
記処理機の掘削貫入速度のバラつきに応じてブロック分
けした速度パターンをそれぞれ設定し、処理機は施工上
有利な一定の掘削貫入速度を目標に制御し、刻々変化す
る施工深度と掘削貫入速度を常時計測して制御装置へ入
力し、制御装置においては入力された前記施工深度及び
掘削貫入速度を前記深度パターン及び速度パターンとそ
れぞれ照合して該当する注入量を割り出す演算処理を行
い、その演算結果に基づいて該当注入量の安定材を注入
することを特徴とする。 請求項3記載の発明は、上記請
求項1及び2記載の発明の方法の実施に使用する装置に
係り、処理機によって地盤を回転掘削しながら、又は掘
削土を攪拌しながら安定材を注入し掘削土と攪拌混合し
て地盤改良を行なう混合処理工法における安定材の自動
注入制御装置であって、処理機の貫入を施工上有利な一
定の掘削貫入速度を目標に制御する要素と、 刻々変化す
る施工深度、掘削貫入速度を常時計測して制御装置へ入
力する要素と、 入力された前記施工深度及び掘削貫入速
度を、処理機の施工深度、掘削貫入速度に応じて設計上
決められた安定材の注入量に不足しないことを限度とし
て安定材注入量をブロック分けした深度パターン、速度
パターンと照合して該当する注入量を割り出す演算処理
を行う要素と、 前記の演算結果に基づいて該当注入量の
安定材を注入する要素とから成ることを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明の注入制御方法の制御系モデルは、図2
に示したように、貫入速度データ11aに対する設計注
入量を注入制御装置8の演算処理によって割出し、得ら
れた出力でスラリーポンプ5の吐出量を制御し、流量計
6によって制御量(注入量)を確認する、開放型のシー
ケンス制御である。
【0007】
【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。最近の混
合処理工法では、地盤改良部分でも施工深度別に安定材
の最適注入量(設計注入量)を変化させる傾向がある。
施工深度対応の安定材注入量のパターン(以下、深度パ
ターンと言う)の一例を示すと、図3のようである。こ
の例によれば、地下5mまでは空打部で注入量は零であ
り、5〜10mの範囲では毎分当たり100リットルの
注入量とし、10〜20mの範囲では毎分当り156リ
ットルの注入量とする。しかし、20〜30mの範囲は
未改良部として注入量を零とし、30〜35mの範囲で
は毎分当り180リットルの注入量として設計されてい
る。
【0008】次に、上記図3の深度パターンにおいて、
例えば深度5〜10mの範囲では毎分当り100リット
ルが設計注入量であることを前提とし、貫入速度対応の
安定材注入量が、次のような貫入速度のバラつきに応じ
たブロック分け(以下、速度パターンと言う)で設定さ
れる。まず実際の施工性の良さを考慮して、貫入速度
0.5〜1.1m/minの範囲が実用範囲として設定
され、この実用範囲が速度領域を段階的に6ブロックに
分割されている。勿論、ブロックの数及び領域の大小は
地盤改良の設計的思想と手法とに基づいて任意に設定さ
れる。図4の実施例の場合、第1ブロックは貫入速度0
〜0.4m/minの範囲で、注入量が毎分当り40リ
ットルとされている。第2ブロックは貫入速度0.4〜
0.5m/minの範囲で、注入量が50リットル/m
inとされている。第3ブロックは貫入速度0.5〜
0.7m/minの範囲で、注入量は70リットル/m
inとされている。第4ブロックは貫入速度0.7〜
0.9m/minの範囲で、注入量が90リットル/m
inとされている。第5ブロックは貫入速度0.9〜
1.0m/minの範囲で、注入量は100リットル/
minとされている。そして、第6ブロックは貫入速度
1.0m/min以上の範囲で、注入量は110リット
ル/minに設定されている。ちなみに、前記の各貫入
速度ブロックに対応する安定材注入量の設定値は、最大
吐出能力が300リットル/minのスラリーポンプ5
の吐出量と貫入速度とが図5のように比例する関係から
求められている。
【0009】上述のように深度パターン(図3)と速度
パターン(図4)とが設定された上で、図1の混合処理
工法が実施される。その場合、処理機の貫入速度は1.
0m/minを目標とし操作される。そして、深度計が
5〜10mを計測している間は、自動注入制御装置8の
設定値として、図3の深度パターンが採用される。前記
の実施例で貫入速度計が0.9m/minを計測した場
合は、自動注入制御装置8において図4の速度パターン
の中から第5ブロックが選択され、その注入量100リ
ットル/minを指示する演算処理が行なわれ、その指
示量が自動注入制御装置盤9を通じてスラリーポンプ5
に送られ、同ポンプの吐出量制御が実行される。この場
合、貫入速度は刻々と変化するはずであるが、その変化
の幅が0.9〜1.0m/minの領域に納まっている
かぎり、注入量は100リットル/minが維持される
のである。
【0010】以下同様にして、図3のような深度パター
ンと、それに基づく図4のような速度パターンとに基づ
いて、貫入速度の刻々の変化にバタバタと惑わされるこ
とのない、言わば誤操作、見落し、操作遅れのない、落
着いて安定した注入制御が実行され、その故に精度及び
信頼性の高い注入制御が行なわれるのである。
【0011】
【本発明が奏する効果】本発明に係る地盤改良の混合処
理工法における自動注入制御方法及び自動注入制御装置
によれば、掘削貫入速度の多少のブレ及び地盤の硬さに
よる貫入速度の変化に追従することのできる安定した注
入管理が可能で、施工性と品質の向上を期待できる。ま
た、設計注入量に対する注入過多が少なくなり、ランニ
ングコストの低減が図れる。そして、施工深度データと
貫入速度データとに基づくシーケンス的な開放型制御で
あるから、貫入時のみならず、引き抜き時の注入制御に
も全く同様に適用でき便利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】地盤改良の混合処理工法の実施要領図である。
【図2】本発明に係る制御系モデルを表わしたブロック
線図である。
【図3】各施工深度における設計注入量の変化の一例を
表わした深度パターンの図である。
【図4】ある施工深度の設計注入量を貫入速度に基づい
てブロック化した速度パターンの一例を示した図表であ
る。
【図5】貫入速度と注入量の関係を示したグラフであ
る。
【図6】従来の制御系モデルを表わしたブロック線図で
ある。
【符号の説明】
1 ベースマシン 3 攪拌翼 5 スラリーポンプ 6 流量計 8 自動注入制御装置 11 速度、深度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E02D 3/12 102 E02D 3/12 101

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理機によって地盤を回転掘削しなが
    ら、又は掘削土を攪拌しながら安定材を注入し掘削土と
    攪拌混合処理して地盤改良を行なう混合処理工法におい
    て、 処理機の掘削貫入の速度に応じて、設計上決められ
    定材の注入量に不足しないことを限度として安定材注
    量を前記処理機の掘削貫入速度のバラつきに応じブロ
    ック分けした速度パターンを設定し、処理機は施工上有
    利な一定の掘削貫入速度を目標に制御し、刻々変化する
    掘削貫入速度を常時計測して制御装置へ入力し、制御装
    置においては入力された前記掘削貫入速度を前記ブロッ
    ク分けした速度パターンと照合して該当する注入量を割
    り出す演算処理を行い、その演算結果に基づいて該当注
    入量の安定材を注入することを特徴とする、地盤改良の
    混合処工法における安定材の自動注入制御方法。
  2. 【請求項2】 処理機によって地盤を回転掘削しなが
    ら、又は掘削土を攪拌しながら安定材を注入し掘削土と
    攪拌混合処理して地盤改良を行なう混合処理工法におい
    て、 処理機の施工深度対応の安定材注入量を定めた深度パタ
    ーン、及び掘削貫入の速度に応じ設計上決められ
    定材の注入量に不足しないことを限度として安定材注
    量を前記処理機の掘削貫入速度のバラつきに応じブロ
    ック分けした速度パターンをそれぞれ設定し、処理機は
    施工上有利な一定の掘削貫入速度を目標に制御し、刻々
    変化する施工深度と掘削貫入速度を常時計測して制御装
    置へ入力し、制御装置においては入力された前記施工深
    度及び掘削貫入速度を前記深度パターン及び速度パター
    ンとそれぞれ照合して該当する注入量を割り出す演算処
    理を行い、その演算結果に基づいて該当注入量の安定材
    を注入することを特徴とする、地盤改良の混合処工法に
    おける安定材の自動注入制御方法。
  3. 【請求項3】 処理機によって地盤を回転掘削しなが
    ら、又は掘削土を攪拌しながら安定材を注入し掘削土と
    攪拌混合して地盤改良を行なう混合処理工法における安
    定材の自動注入制御装置であって、 処理機の貫入を施工上有利な一定の掘削貫入速度を目標
    に制御する要素と、 刻々変化する施工深度、掘削貫入速度を常時計測して制
    御装置へ入力する要素 と、入力された前記施工深度及び掘削貫入速度を、処理機の
    施工深度、掘削貫入速度に応じて設計上決められた安定
    材の注入量に不足しないことを限度として安定材注入量
    をブロック分けした深度パターン、速度パターンと照合
    して該当する注入量を割り出す演算処理を行う要素と、 前記の演算結果に基づいて該当注入量の安定材を注入す
    る要素とから成ることを特徴とする、地盤改良の混合処
    工法における安定材の自動注入制御装置。
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