JP3405656B2 - 地盤改良装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟弱地盤等に地盤
改良剤を噴射しながら攪拌して、地盤の改良を行う地盤
改良装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特公平７−３５６５２号公報
にあるように、昇降部材をワイヤにより吊下げて、リー
ダに沿って昇降させると共に、昇降部材には流体圧シリ
ンダにより昇降される駆動機構を設け、駆動機構は、先
端に攪拌ヘッドが設けられたパイプを回転し、攪拌ヘッ
ドの吐出口から地盤改良剤を噴射できるように構成した
ものが知られている。

【０００３】これは、駆動機構によりパイプを回転させ
ながら、流体圧シリンダにより駆動機構を上昇させ、攪
拌ヘッドから地盤改良剤を噴射する。流体圧シリンダの
ストローク分上昇させた後は、ワイヤを巻き上げて昇降
部材を流体圧シリンダのストローク分上昇させる。次
に、再び流体圧シリンダにより駆動機構を上昇させて、
地盤改良剤を噴射しながらロッドを引き上げていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来のものでは、駆動機構を昇降させる流体圧シリン
ダを設けなければならず、構成が複雑になり、大型化す
ると共に、ウインチによる昇降と流体圧シリンダによる
昇降とを切換操作しなければならず、操作も煩雑である
という問題があった。

【０００５】本発明の課題は、構成が簡単で操作も容易
な地盤改良装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を達成すべ
く、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即
ち、立設されたリーダに沿って昇降可能に支持された回
転駆動機構を昇降機構により移動させると共に、前記回
転駆動機構によりロッドの先端に設けられた撹拌ヘッド
を回転し、該撹拌ヘッドから地盤改良剤を噴射する地盤
改良装置において、前記撹拌ヘッドの深度を検出する深
度検出センサと、前記昇降機構を制御して、前記深度検
出センサにより検出される前記深度が、予め１ステップ
長間隔毎に設定された予定深度と補正値とに基づいて算
出した絶対到達予定深度に達したときには前記昇降機構
を一旦停止し、１ステップ時間が経過したときには前記
昇降機構の駆動を再開して、前記撹拌ヘッドを断続的に
移動させる撹拌制御手段と、前記１ステップ時間が経過
したときに前記深度検出センサにより検出される現在深
度に基づいて前記補正値を算出する補正手段とを備えた
ことを特徴とする地盤改良装置がそれである。

【０００７】また、前記昇降機構は、ワイヤの巻き上げ
・繰り出しを行うウインチであってもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１に示すように、１は自走
式建設機械で、リーダ２がステー４及びキャッチングホ
ーク６によって起倒自在に支持されている。リーダ２の
前面にはその長手方向に沿って長尺状の２本のガイドレ
ール８が敷設されており、ガイドレール８には、回転駆
動機構１０が摺動可能に支持されている。

【０００９】回転駆動機構１０には、ロッド１４を回転
駆動するように取り付けられている。ロッド１４の先端
には、攪拌ヘッド１６が取り付けられており、攪拌ヘッ
ド１６にはセメントミルク等の地盤改良剤を噴射する図
示しない吐出口が設けられている。ロッド１４は中空状
に形成されて、回転駆動機構１０を介して地盤改良剤の
供給ホース１８に接続されており、外部から供給される
地盤改良剤を攪拌ヘッド１６から地中に噴射できるよう
に構成されている。

【００１０】また、回転駆動機構１０の図示しない吊り
シーブに巻回されたワイヤ２０の一端は、リーダ２の上
端に止結されると共に、他端はリーダ２の上端に回転可
能に支承された一対のシーブ２２，２４に掛け渡されて
いる。そして、リーダ２の中間に回転可能に支承された
シーブ２６及びリーダ２の下端に設けられたシーブ２８
を介して建設機械１の内部に設けられたウインチ等の昇
降機構３０の回転ドラムに巻回されている。昇降機構３
０はバルブ３４を制御することにより、図示しない油圧
源から供給される高圧作動油により油圧モータ３６の回
転を制御し、回転ドラムを回転させて、回転駆動機構１
０を昇降させることができるように構成されている（図
２参照）。

【００１１】更に、シーブ２８の回転数を検出する深度
検出センサ３２が設けられている。深度検出センサ３２
は、図２に示すように、制御回路５０に接続されてお
り、制御回路５０は周知のＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４、Ｒ
ＡＭ５６等を中心に論理演算回路として構成され、外部
と入出力を行う入出力回路５８がコモンバス６０を介し
て相互に接続されている。

【００１２】ＣＰＵ５２は、深度検出センサ３２からの
入力信号を入出力回路５８を介して入力し、これらの信
号及びＲＯＭ５４、ＲＡＭ５６内のデータや予め記憶さ
れた制御プログラムに基づいてＣＰＵ５２は、入出力回
路５８を介して回転駆動機構１０、昇降機構３０のバル
ブ３４に駆動信号を出力する。

【００１３】次に、前述した制御回路５０において行わ
れる制御処理について、図３のフローチャートと共に説
明する。まず、図１に示すように、回転駆動機構１０に
よりロッド１４を回転させながら、昇降機構３０により
回転駆動機構１０をガイドレール８に沿って下降させ
る。よって、攪拌ヘッド１６が地中に貫入され、図５に
示すように、攪拌ヘッド１６の深度が所定の貫入長とな
るまで貫入されたときには、昇降機構３０による下降を
停止する。

【００１４】貫入される際には、攪拌ヘッド１６はほぼ
一定の速度で貫入され、その後、攪拌ヘッド１６を回転
しながら地盤改良剤を噴射し、改良長に応じた深度にま
で断続的に上昇させる。そして、地上までの空打長の間
は、地盤改良剤を噴射することなく、攪拌ヘッド１６を
回転させながら上昇させる。

【００１５】この改良長の区間で断続的に上昇させる
間、図３に示す攪拌制御処理が実行される。攪拌制御処
理では、まず、深度検出センサ３２により検出されるシ
ーブ２８の回転数からワイヤ２０の移動量を求め、この
移動量から現在深度Ｄn を検出する（ステップ１０
０）。

【００１６】次に、改良長まで攪拌ヘッド１６が上昇し
た改良終了深度か否かを、現在深度Ｄn に基づいて判断
する（ステップ１１０）。開始当初は、改良終了深度に
達していないので、続いて、１ステップ時間ｔが経過し
たか否かを判断する（ステップ１２０）。

【００１７】１ステップ時間ｔは予め設定された時間で
あり、改良長の区間で攪拌ヘッド１６を断続的に上昇さ
せるが、回転駆動機構１０の上昇を開始してから、次に
回転駆動機構１０の上昇を開始するまでの時間である。
また、１ステップ時間ｔと共に、１ステップ長ａも予め
設定されており、１ステップ長ａは１ステップ時間ｔの
間に攪拌ヘッド１６を上昇させる距離である。

【００１８】１ステップ時間ｔが経過していないときに
は、フラグｆｌｇが１か否かを判断する（ステップ１３
０）。上昇開始直後は、フラグｆｌｇが１でないので、
カウンタｎに１を加算する（ステップ１４０）。次に、
１ステップ時間ｔの計測を開始してから（ステップ１５
０）、バルブ３４に「ＯＮ」信号を出力して（ステップ
１６０）、昇降機構３０により回転駆動機構１０を上昇
させる。

【００１９】そして、絶対到達予定深度Ｘn を予定深度
αn と補正量ｂn とに基づいて算出する（ステップ１７
０）。予定深度αn は予め設定される攪拌ヘッド１６を
一時的に停止させる深度であり、１ステップ長ａ間隔毎
の値である。また、補正量ｂn は後述するステップ２３
０の処理の実行により設定される値であり、初期値とし
ては０がセットされている。

【００２０】絶対到達予定深度Ｘn は、予定深度αn と
補正量ｂn とを加算して算出されるが、絶対到達予定深
度Ｘn は地表面からの絶対値として算出される。従っ
て、絶対到達予定深度Ｘn は、深度検出センサ３２から
の現在深度Ｄn から１ステップ長ａを減算して算出され
るのではなく、予め設定された値に応じて算出される。

【００２１】続いて、フラグｆｌｇに１をセットしてか
ら（ステップ１８０）、絶対到達予定深度Ｘn か否かを
判断する（ステップ１９０）。絶対到達予定深度Ｘn に
達していないときには、繰り返し攪拌制御処理を実行し
て、現在の深度を深度検出センサ３２により検出し（ス
テップ１００）、改良終了深度に達していないことから
（ステップ１１０）、１ステップ時間ｔが経過するまで
は（ステップ１２０）、フラグｆｌｇが１にセットされ
ていることから（ステップ）、絶対到達予定深度Ｘn に
達したか否かを判断する（ステップ１９０）。

【００２２】絶対到達予定深度Ｘn に達していないとき
には、ステップ１００〜１３０，１９０の処理を繰り返
し実行し、その間、攪拌ヘッド１６は回転駆動機構１０
により回転されながら、昇降機構３０により上昇され
る。深度検出センサ３２により検出された現在深度Ｄn
が、絶対到達予定深度Ｘn に達しているときには、バル
ブ３４に「ＯＦＦ」信号を出力して、油圧モータ３６の
駆動を停止し、昇降機構３０による回転駆動機構１０の
上昇を停止する。上昇が停止されても、攪拌ヘッド１６
は回転駆動機構１０により回転され続けると共に、地盤
改良剤も噴射される。

【００２３】図４に示すように、１ステップ長ａを攪拌
ヘッド１６が上昇するのに要する時間は１ステップ時間
ｔの１／４程度以下となるように設定される。図４に破
線で示すように、攪拌ヘッド１６が１ステップ長ａ間隔
毎に、断続的に上昇するのが好ましい。

【００２４】しかし、一般的には、ステップ２００の処
理により、絶対到達予定深度Ｘn に達したと判断して、
昇降機構３０の駆動を停止する信号を出力しても、攪拌
ヘッド１６の上昇はすぐには停止しない。例えば、昇降
機構３０の制御遅れやワイヤ２０の弾性等により、攪拌
ヘッド１６が信号出力後更に上昇して停止し、あるい
は、引き上げ時の反力によるリーダ２の倒れや建設機械
１の傾きが復元する際に、攪拌ヘッド１６が信号出力後
更に上昇して停止する。よって、絶対到達予定深度Ｘn
に達した後、昇降機構３０の駆動を停止した後、絶対到
達予定深度Ｘn より上昇した位置で攪拌ヘッド１６が停
止する。また、この停止位置は土質によっても変化す
る。

【００２５】そこで、１ステップ時間ｔが経過したと判
断すると（ステップ１２０）、まず、フラグｆｌｇをリ
セットしてから（ステップ２１０）、オーバーか否かを
判断する（ステップ２２０）。１ステップ時間ｔが経過
するまでの間も、攪拌制御処理を繰り返し実行して、ス
テップ１００の処理により、現在深度Ｄn が深度検出セ
ンサ３２により検出される。

【００２６】ステップ２００の処理の実行により、バル
ブ３４に「ＯＦＦ」信号が出力されて昇降機構３０の駆
動が停止されても、攪拌ヘッド１６が上昇する。１ステ
ップ時間が経過するときの攪拌ヘッド１６の現在深度Ｄ
n を検出して、その現在深度Ｄn により、攪拌ヘッド１
６が絶対到達予定深度Ｘn をオーバーしているか否かを
判断する。

【００２７】オーバーしているときには、補正量ｂn+1
を算出する（ステップ２３０）。補正量ｂn+1 は、オー
バー量ｇn （＝Ｄn −αn ）の５０％程度の値としても
よく、あるいは、これに限らず、土質に応じて割合を変
えてもよく、他の一定値でもよい。補正量ｂn+1 を算出
後、１ステップ時間ｔの計測をリセットして（ステップ
２４０）、攪拌制御処理を繰り返し実行する。

【００２８】一方、オーバーではないと判断されたとき
には、補正量ｂn+1 に前回の補正量ｂn を代入してから
（ステップ２５０）、１ステップ時間ｔの計測をリセッ
トして（ステップ２４０）、攪拌制御処理を繰り返し実
行する。即ち、補正量は、前回の値がそのまま引き継が
れる。

【００２９】ステップ２３０の処理の実行により、補正
量ｂn+1 を算出した後、攪拌制御処理を繰り返し実行し
て、まず、ステップ１２０の処理により、１ステップ時
間ｔが経過していないと判断される。そして、フラグｆ
ｌｇが１でないことから（ステップ１３０）、カウンタ
ｎをインクリメントし（ステップ１４０）、１ステップ
時間の計測を開始する（ステップ１５０）。

【００３０】続いて、バルブ３４に「ＯＮ」信号を出力
し（ステップ１６０）、絶対到達予定深度Ｘn を予定深
度αn にステップ２３０の処理により算出された補正量
ｂnを加算して求める（ステップ１７０）。次に、フラ
グｆｌｇに１をセットして（ステップ１８０）、絶対到
達予定深度Ｘn か否かを判断する（ステップ１９０）。
絶対到達予定深度Ｘn に達していないときには、ステッ
プ１００〜１３０，１９０の処理を繰り返し実行し、絶
対到達予定深度Ｘn に達したときには、バルブ３４に
「ＯＦＦ」信号を出力する（ステップ２００）。

【００３１】従って、補正量ｂn+1 が算出されたときに
は、攪拌ヘッド１６が予定深度αn+1 より補正量ｂn+1
だけ手前の絶対到達予定深度Ｘn+1 に達したときに、昇
降機構３０により回転駆動機構１０の上昇が停止され
る。よって、ワイヤ２０の弾性等により攪拌ヘッド１６
の上昇が続いても、予定深度αn+1 をオーバーするオー
バー量ｇn+1 は小さく押さえられる。

【００３２】そして、攪拌制御処理を繰り返し実行し
て、現在の深度が検出され（ステップ１００）、１ステ
ップ時間が経過したと判断されると（ステップ１２
０）、フラグｆｌｇをリセットし（ステップ２１０）、
オーバーしていないと判断されたときには（ステップ２
２０）、前回の補正量ｂn を新たな補正量ｂn+1 に代入
してから、１ステップ時間ｔの計測をリセットする（ス
テップ２４０）。

【００３３】再び、攪拌制御処理を繰り返し実行して、
図５に示すように、改良長の区間、断続的に攪拌ヘッド
１６を上昇させながら、地盤改良剤を噴射する。ステッ
プ１００により検出された現在深度が、ステップ１１０
の処理により、改良終了深度に達したと判断されたとき
には、フラグｆｌｇをリセットして（ステップ２６
０）、本制御処理を終了する。地盤改良剤の噴射を停止
し、回転駆動機構１０を引続き、昇降機構３０により上
昇させて、攪拌ヘッド１６を引き抜いて、作業を終了す
る。尚、ステップ１００〜１６０，１８０〜２００，２
４０の処理の実行が攪拌制御手段として働く。また、ス
テップ１００，１２０，１７０，２２０，２３０の処理
の実行が補正手段として働く。

【００３４】このように、本実施形態の地盤改良装置
は、深度検出センサ３２による現在深度に基づかずに、
予定深度αn による絶対到達予定深度Ｘn に達したとき
に（ステップ１９０）、昇降機構３０による上昇を停止
する（ステップ２００）。よって、絶対到達予定深度Ｘ
n は深度検出センサ３２による検出誤差を含まず、簡単
な構成で、しかも昇降機構３０のみの簡単な操作で正確
な深度管理ができる。

【００３５】また、オーバーか否かの判断は（ステップ
２１０）、１ステップ時間ｔ経過時の現在深度により判
断する（ステップ１００，１２０）。そして、制御遅れ
やワイヤ２０の弾性等により、昇降機構３０の上昇停止
後に攪拌ヘッド１６が上昇をし続けても、その上昇を検
出して、補正値ｂn+1 を算出するので、正確な補正がで
きる。更に、バルブ３４に「ＯＮ」信号を出力した後
（ステップ１６０）、絶対到達予定深度Ｘn の計算を行
うので、速やかに昇降機構３０の制御を開始できる。

【００３６】尚、本実施形態では、一旦攪拌ヘッド１６
を貫入長の深度まで貫入させた後、昇降機構３０により
攪拌ヘッド１６を断続的に上昇させながら、地盤改良剤
を噴射しているが、これとは逆に、昇降機構３０により
回転駆動機構１０を下降させると共に、攪拌ヘッド１６
が絶対到達予定深度に達する毎に下降を停止させ、断続
的に下降させながら、地盤改良剤を噴射するようにして
も、同様に実施可能である。また、予めボーリング調査
等により深度に応じた地質の変化を調査し、攪拌ヘッド
１６の深度に応じて、噴射する地盤改良剤の量を調整す
るようにしてもよい。

【００３７】以上本発明はこの様な実施態様に何等限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々なる態様で実施し得る。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の地盤改良装
置は、撹拌ヘッドの深度が、予め１ステップ長間隔毎に
設定された予定深度と補正値とに基づいて算出した絶対
到達予定深度に達したときに、昇降機構による移動を停
止するので、昇降機構のみの昇降による簡単な構成で、
しかも簡単な操作で正確な深度管理ができるという効果
を奏する。

【００３９】また、制御遅れやリーダの復元、ワイヤの
弾性等により、昇降機構による移動停止後に撹拌ヘッド
が上昇をし続けても、深度検出センサがその移動を検出
して、１ステップ時間が経過したときに補正値を算出す
るので、正確な補正ができる。

【００４０】昇降機構が、ワイヤの巻き上げ・繰り出し
を行うウインチであっても、正確な補正ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての地盤改良装置の側
面図である。

【図２】本実施形態の電気系統の構成を示すブロック図
である。

【図３】本実施形態の電子制御回路において行われる攪
拌制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図４】本実施形態の攪拌ヘッドの深度と補正との関係
を示す説明図である。

【図５】本実施形態の地盤改良時の攪拌ヘッドの深度と
時間の関係を示す説明図である。

【符号の説明】 １…建設機械 ２…リーダ １０…回転駆動機構 １６…攪拌ヘッド １８…供給ホース ２０…ワイヤ ３０…昇降機構 ３２…深度検出センサ ３４…バルブ ５０制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 経 東京都台東区柳橋２丁目17番４号 小野 田ケミコ株式会社内 (72)発明者 五島 朗 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内 (72)発明者 吉田 一郎 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−264213（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−125786（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−18284（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立設されたリーダに沿って昇降可能に支
   持された回転駆動機構を昇降機構により移動させると共
   に、前記回転駆動機構によりロッドの先端に設けられた
   撹拌ヘッドを回転し、該撹拌ヘッドから地盤改良剤を噴
   射する地盤改良装置において、 前記撹拌ヘッドの深度を検出する深度検出センサと、 前記昇降機構を制御して、前記深度検出センサにより検
   出される前記深度が、予め１ステップ長間隔毎に設定さ
   れた予定深度と補正値とに基づいて算出した絶対到達予
   定深度に達したときには前記昇降機構を一旦停止し、１
   ステップ時間が経過したときには前記昇降機構の駆動を
   再開して、前記撹拌ヘッドを断続的に移動させる撹拌制
   御手段と、 前記１ステップ時間が経過したときに前記深度検出セン
   サにより検出される現在深度に基づいて前記補正値を算
   出する補正手段とを備えたことを特徴とする地盤改良装
   置。
2. 【請求項２】 前記昇降機構は、ワイヤの巻き上げ・繰
   り出しを行うウインチであることを特徴とする請求項１
   記載の地盤改良装置。