JP3698704B2

JP3698704B2 - 地盤改良機械

Info

Publication number: JP3698704B2
Application number: JP2003052297A
Authority: JP
Inventors: 昌己牧野; 文雄安藤; 仁渡辺; 浩邦伊藤
Original assignee: Kato Construction Co Ltd
Current assignee: Kato Construction Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004257206A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良機械に関し、特にバックホウ等の建設機械をベースマシンとしてそのアーム先端に混合撹拌ヘッドを装着した地盤改良機械において、施工に際しレーザービームを基準に混合撹拌ヘッドの位置をリアルタイムで可視表示する機能を有した地盤改良機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１，２等に記載の地盤改良機械を用いて地盤改良のための施工を行うにあたっては、例えば図１４に示すように、ベースマシンであるバックホウ１００等の建設機械のアーム１０１の先端に装着した混合撹拌ヘッド１０２の地中への貫入と引き抜きとを繰り返しながら施工を行うのが一般的である。そして、実際の施工に先立って、処理対象領域Ｅを予め複数の領域に分けておくいわゆる区割りを行うために、従来では例えばポール１０３を立てたり、あるいは石灰等にてライン１０４を引くことが行われている。そして、一回の処理幅をＷとしてＷ／２だけオーバーラップさせながら順次施工を行うことになる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２９５２６２号公報（図１）
特開２００１−２９５２６５号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように予備作業としてのポール立設作業やライン引き等の作業が必要とされる従来の工法では、その分だけ工数や作業時間が増加してコストアップが余儀なくされるほか、地盤改良の対象となる地盤が例えば軟弱地盤等である場合には必ずしもライン引き等を行うことができず、なおも改善の余地を残している。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけライン引き等による区割りを行わずとも混合撹拌ヘッドの位置をリアルタイムで確認できるようにして、もって効率良く地盤改良のための施工を行えるようにした地盤改良機械を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、建設機械をベーマシンとしてそのアーム先端に混合撹拌ヘッドを装着し、その混合撹拌ヘッドを地中に貫入して混合撹拌処理を行う地盤改良機械であって、レーザー光源から出力されたレーザービームを鉛直平面内で回転させながら混合攪拌機側に向けて照射するレーザー発光器と、アームの先端もしくは混合撹拌ヘッドに装着されて、レーザー発光器から照射されたレーザービームを受光するレーザー受光器とを備えている。そして、上記レーザー受光器は、鉛直平面内にあるレーザービームを基準としたときにアームもしくは撹拌混合ヘッドがそのレーザービーム回転平面と直交する方向でどのような位置関係にあるのかを可視表示する機能を有していることを特徴とする。
【０００７】
より具体的には、請求項２に記載のように、レーザー受光器は、その受光部の中央位置にレーザービーム回転平面が一致しているか否かをそのずれ方向とともに可視表示する機能を有しているものとする。
【０００８】
レーザービームは、その回転平面が地盤改良のための施工に際して実際に混合撹拌ヘッドを動かす方向を含む平面と平行となるように予め設定するものとする。また、レーザー発光器としては、それ自体が置かれた位置の水平度の度合いに応じてレーザービーム回転平面が鉛直となるように調整可能ないわゆる整準機能を有するものを使用するものとする。
【０００９】
したがって、レーザー受光器の表示を目視確認しながら実質的にレーザービームに倣うように混合撹拌ヘッドを動かして施工を行うことにより、区割りのためのライン引き等を行わずとも従来と同等の地盤改良のための施工を行うことができるようになる。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１，２に記載の発明によれば、従来のように区割りのためのライン引き等を行う必要がないので、予備的な作業工数と時間を削減して作業効率の改善とコストダウンを図ることができるほか、軟弱地盤等においても予め区割りした場合と同等の高精度な地盤改良のための施工を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜６は本発明の好ましい第１の実施の形態を示す図であり、図１に示すように領域Ｅを地盤改良のための処理対象領域として施工を行う場合の例を示している。
【００１２】
図１〜４に示すように、実際の施工を司る地盤改良機械は掘削系建設機械である履帯式のバックホウ１をベースマシン（母機）として構成されているとともに、バックホウ１は所定の起伏自由度を有するブーム２とそのブーム２の先端に連結されて同等の起伏自由度を有するアーム３とを備えていて、アーム３の先端にはトレンチャーと称される混合撹拌ヘッド４を装着してある。
【００１３】
この混合撹拌ヘッド４は、フレーム５の上部に駆動輪としてのチェーンスプロケット６を、同じくフレーム５の下端に従動輪としてのチェーンホイール７をそれぞれ装着して、それら両者の間にエンドレスなドライブチェーン８を巻き掛けるとともに、ドライブチェーン８の外周には図示しない複数の撹拌翼を装着したものであり、それらの撹拌翼がドライブチェーン８とともに上下方向に周回駆動されるようになっている。
【００１４】
そして、図３に示すように、ドライブチェーン８を周回駆動しながら混合撹拌ヘッド４をバックホウ１の推力をもって地中に所定深度Ｈまで貫入し、所定ストロークＳのもとで上下動させながら混合撹拌ヘッド４をバックホウ１側に引き寄せるようにして矢印Ｐ１方向に移動させることで、その混合撹拌ヘッド４の有効幅寸法を一回の処理幅Ｗとして施工が行われることになる。なお、周知のように、混合撹拌ヘッド４の一部には図示しない固化材吐出口が設けられていて、この固化材吐出口から例えばセメント系等の固化材が吐出されて、掘削された土砂と混合撹拌されるものであることはもちろんである。
【００１５】
ここで、図１に示すように処理対象領域Ｅについて施工を行うにあたり、上記のように混合撹拌ヘッド４の有効幅寸法を一回の処理幅Ｗとして合計ｎ回の施工を繰り返し行うことになるものの、その際に有効幅寸法Ｗの二分の一（Ｗ／２）だけその都度オーバーラップさせて施工を行うものとする。
【００１６】
この場合に、バックホウ１と施工対象領域Ｅとの間に定規として機能する架台９を配置するとともに、この架台９上に移動可能なレーザー発光器１０を載置する一方、ブーム３の先端もしくは混合撹拌ヘッド４の上端にブラケット１１を介してレーザー受光器１２を取り付けてある。なお、架台９には上記の処理幅Ｗに相当する目盛り（指標）を長手方向に沿って等ピッチで形成してある。
【００１７】
レーザー発光器１０は、図５に示すようにそのヘッド部１３内にレーザー光源１４とその光学系とを含んでいて、レーザー照射口１５からレーザービームＬを直線状に照射するようになっている。また、ヘッド部１３はレーザービーム照射方向と直交する軸心を回転中心としてモーター１６にて回転駆動されるようになっていて、その回転に伴いレーザービームＬが描く円形の軌跡すなわちレーザービーム回転平面Ｆが鉛直となるように設定されている。そして、モーター１６は調整台１７に搭載されているとともに、その調整台１７には整準器１９を中心とする整準機構１８が搭載されていて、調整台１７ひいてはレーザービームＬの回転中心であるモーター１６の回転軸２０が水平となるように自動整準されるようになっている。
【００１８】
すなわち、調整台１７はベース２１上の前後２台のパルスモーター２２，２３にて支えられているとともに、整準器１９にはその液面を検知するレベルセンサー２４が付設されていて、レベルセンサー２４の出力をもとに演算装置２５にて所定の演算を行った上で補正指令を各パルスモーター２２，２３に付与し、各パルスモーター２２，２３を正逆転駆動させることで調整台１７が水平となるように調整される。なお、これらの調整作業はレーザー発光器１０を架台９の上に置いた後に行われる。
【００１９】
一方、レーザー受光器１２は、上記レーザー発光器１０から照射されたレーザービームＬを受光部であるセンサー部２６，２７で受光したときにそのセンサー部２６，２７の中央位置ＣがレーザービームＬと一致しているか否かを、一致していない場合のずれ方向とともに可視表示する機能を有している。なお、先に述べたようにレーザー発光器１０から照射されるレーザービームＬは常に回転していることから、レーザー受光器１２は一定の周期で断続的にレーザービームＬを受光することになる。
【００２０】
より具体的には、レーザー受光器１２は、センサー部２６，２７および演算部２８のほかバックホウ１のキャビンからオペレータが視認可能な大きさの表示窓２９を有していて、さらにその表示窓２９には基準位置表示部３０と左右一対のずれ方向表示部３１，３２がそれぞれ設けられている。そして、同図に示すようにセンサー部２６，２７におけるレーザービームＬの受光位置がその中央位置Ｃよりも例えば左方向にずれている場合には一方のずれ方向表示部３１が、センサー部２６，２７におけるレーザービームＬの受光位置がその中央位置Ｃよりも右方向にずれている場合には他方のずれ方向表示部３２がそれぞれ所定の発光色をもって点灯もしくは点滅してその旨を可視表示するようになっている。また、レーザー受光器１２におけるセンサー部２６，２７の中央位置ＣにレーザービームＬが一致している場合には、図６に示すように基準位置表示部３０が所定の発光色をもって点灯もしくは点滅してその旨を可視表示するようになっている。
【００２１】
なお、レーザー受光器１２は、オペレータがキャビンから見た場合にその表示窓２９が図６の向きとなるようにブーム３あるいは混合撹拌ヘッド４に装着される。また、上記ずれ方向表示部３１，３２の表示を例えば点灯と点滅との組み合わせとするか、点灯もしくは点滅する面積あるいは点滅状態の速さを数段階の段階表示とすることにより、レーザービームＬに対するセンサー部２６，２７側のずれ量をも段階的に可視表示することが可能である。
【００２２】
このように構成された地盤改良機械によれば、実際の施工にあたっては基本的には図１４に例示した従来の手順と同じ手順で施工を行うことになるものの、図１，２に示すように施工対象領域Ｅの近傍に架台９を設置するとともに、その架台９上の目盛りに合わせるように予めレーザー発光器１０を配置し、そのレーザー発光器１０から照射されるレーザービームＬが描く軌跡すなわちレーザービーム回転平面がＦ混合撹拌ヘッド４の移動方向（矢印Ｐ１方向）である掘進方向と平行となり、且つそのレーザービーム回転平面Ｆがレーザー受光器１２におけるセンサー部２６，２７を横切るように調整しておく。すなわち、オペレータはレーザー受光器１２の表示窓２９を目視確認しながら基準位置表示部３０が点滅もしくは点灯するように混合撹拌ヘッド４の位置を微調整する。なお、貫入開始位置の確認は、ブーム２およびアーム３の最大伸長状態（最大リーチ）をもって混合撹拌ヘッド４が貫入開始位置に位置するように予めバックホウ１の停止位置を調整しておくことで対処する。
【００２３】
なお、架台９上にレーザー発光器１０を静置すれば先に述べた自動整準機能によりレーザービーム回転平面Ｆが鉛直となるように自動調整される。
【００２４】
上記のようにオペレータがレーザー受光器１２の表示窓２９における基準位置表示部３０の点滅もしくは点灯を確認したならば、図３に示すように混合撹拌ヘッド４を所定量Ｈだけ地中に貫入した上で、ストロークＳのもとで上下動させながら矢印Ｐ１方向に移動させて一列分の施工を行う。その際に、混合撹拌ヘッド４を上下動させるのに伴って一時的にずれ方向表示部３１，３２が全く点滅も点灯もしなかったり、あるいはいずれか一方が点滅もしくは点灯することがあったとしても、最終的には基準位置表示部３０が点滅もしくは点灯するのを条件として少しづつ混合撹拌ヘッド４を矢印Ｐ１方向に移動させ、このような操作を何回か繰り返す。
【００２５】
処理幅Ｗについて一列分の施工が完了したならば、一旦混合撹拌ヘッド４を引き抜いて施工開始側に戻した上、従来と同様にしてオフセット量Ｗ／２のもとで次の列の施工を行う。その際には、架台９上のレーザー発光器１０を同架台９上の目盛りに沿って処理幅Ｗ分だけシフトさせるものとする。
【００２６】
こうすることにより、最終的には混合撹拌ヘッド４は鉛直なレーザービーム回転平面Ｆに沿って移動させたことになり、従来のようなライン引きによる区割りを行わずともスムーズにその施工を行うことができる。
【００２７】
図７は本発明の第２の実施の形態を示し、第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２８】
この第２の実施の形態では、平面視にて多角形たる正六角形の処理対象領域Ｅ１を単位要素としてその一辺を共有するように多数の処理対象領域Ｅ１，Ｅ１…を相互に接続して、全体としていわゆる平面ハニカム状の構造体Ｍ１を地中に構築するにあたり、各処理対象領域Ｅ１の一辺の施工に際して、架台９上に置いたレーザー発光器１０から照射されるレーザービームＬすなわちレーザービーム回転平面Ｆを基準に行うようにしたものである。
【００２９】
また、図８は本発明の第３の実施の形態を示し、この第３の実施の形態では、平面視にて正方形の処理対象領域Ｅ２を単位要素としてその一辺を共有するように多数の処理対象領域Ｅ２，Ｅ２…を相互に接続して、全体としていわゆる格子状の構造体Ｍ２を地中に構築するにあたり、各処理対象領域Ｅ２，Ｅ２…の一辺の連続同時施工に際して、架台９上に置いたレーザー発光器１０から照射されるレーザービームＬすなわちレーザービーム回転平面Ｆを基準に行うようにしたものである。
【００３０】
なお、図示の状態と直交する方向の施工を行う際には、レーザー発光器１０を架台９とともに９０度異なる方向に移動させるものとする。
【００３１】
これら第２，３の実施の形態においても先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。
【００３２】
図９は本発明の第４の実施の形態を示し、図１〜４に示した第１の実施の形態と比べ地盤改良のための処理深度Ｈがより大きな場合の例を示している。
【００３３】
この第４の実施の形態では、ベースマシンであるバックホウ１のアーム３の先端に鉛直姿勢のケーシング３４を支持させるとともに、そのケーシング３４に自己昇降式の混合撹拌ヘッド３５を挿入支持させたものである。混合撹拌ヘッド３５は、外周に撹拌翼を備えたドライブチェーン３６を周回駆動するための駆動機構とは別に、それ自身でケーシング３４に沿って昇降するための昇降駆動機構３７を内蔵している。例えば、ケーシング３４の内部に配置された図示外のラックと噛み合うピニオンを回転駆動させるためのブレーキ付きの油圧モータ等を内蔵している。
【００３４】
そして、混合撹拌ヘッド３５はその施工開始前状態として下端が地面に接しつつケーシング３４に案内支持されていて、施工開始の初期段階ではケーシング３４と混合撹拌ヘッド３５の相対移動を伴うことなくバックホウ１の推力によって混合撹拌ヘッド３５が一次貫入として所定の深さまで貫入される。そして、ケーシング１３４が図９のように地面の近くに位置するようになったならばケーシング３４がその位置に保持され、代わって混合撹拌ヘッド３５の昇降駆動機構３７を駆動させることによりその混合撹拌ヘッド３５が自律的に二次貫入を開始する。
【００３５】
すなわち、上記一次貫入と二次貫入とをもって混合撹拌ヘッド３５が所定深度Ｈに保たれたならば、以降は微小ストロークＳ１のもとで混合撹拌ヘッド３５を単独で昇降動作させながら矢印Ｐ２方向に連続的に移動させて施工を行う。言い換えるならば、一旦地中に貫入した混合撹拌ヘッド３５を原則として引き抜くことなく鉛直姿勢のまま移動させることで、あたかも遮水壁のごとき壁状構造体を地中に構築することができる。
【００３６】
その際に、架台９上に置いたレーザー発光器１０から照射され且つレーザービーム回転平面Ｆ内で回転するレーザービームＬをケーシング３４の下端に設けたレーザー受光器１２で捉えて、先の実施の形態と同様にそのレーザービーム回転平面Ｆに沿って混合撹拌ヘッド３５を水平移動させるものとする。こうすることにより、混合撹拌ヘッド３５を動かすべき軌跡を石灰等で予め地面に表示するライン引き等の予備作業は一切不要となり、混合撹拌ヘッド３５の移動軌跡の直線性を維持することができる。
【００３７】
図１０〜１２は本発明の第５の実施の形態を示し、この第５の実施の形態では、ベースマシンであるバックホウ１のアーム３の先端に旋回機構３８を有する混合撹拌ヘッド３９を装着して施工を行う場合の例を示している。
【００３８】
この実施の形態の混合撹拌ヘッド３９は、外周に撹拌翼を有するエンドレスなドライブチェーンを上端のチェーンスプロケットの下端のチェーンホイールとの間に巻き掛けた上で、油圧モータにてそのドライブチェーンを周回駆動させるようになっている点で図１〜４に示したものと基本的に同様であるものの、油圧シリンダや油圧モータ駆動の旋回機構３８を有しているために、必要に応じてその混合撹拌ヘッド３９を鉛直軸線周りに旋回させて姿勢変更することが可能となっている点で図１〜４に示したものと異なっている。
【００３９】
そして、施工方向（矢印Ｐ３方向）とほぼ直交するように地面上に設置した架台９上には先の実施の形態と同様のレーザー発光器１０が載置してあるとともに、混合撹拌ヘッド３９の上端にはブラケットを介して同じく先の実施の形態と同様の図５と同様のレーザー受光器１２を配置してある。
【００４０】
したがって、この実施の形態によれば、所定深度まで地中に貫入した混合撹拌ヘッド３９を連続的にＰ３方向に移動させて遮水壁のごとき壁状構造体Ｍ３を構築するにあたり、レーザー発光器１０から照射されてレーザービーム回転平面Ｆ内で回転するレーザービームＬをレーザー受光器１２で捉えながら表示窓２９のうち基準位置標示部３０が点滅もしくは点灯するようにして混合撹拌ヘッド３９を移動させることにより、予め地面にライン引き等を行わずに混合撹拌ヘッド３９の移動方向すなわち壁状構造体Ｍ３の直線性を確保することができる。
【００４１】
図１３には本発明の第６の実施の形態として、レーザー発光器の別の例すなわちその整準作業を手動式としたレーザー発光器５０を示す。
【００４２】
レーザー発光器５０は、図１３に示すようにそのヘッド部１３内にレーザー光源１４とその光学系とを含んでいて、レーザー照射口１５からレーザービームＬを直線状に照射するようになっている。また、ヘッド部１３はレーザービーム照射方向と直交する軸心を回転中心としてモーター１６にて回転駆動されるようになっていて、その回転に伴いレーザービームＬが描く円形の軌跡すなわちレーザービーム回転平面Ｆが鉛直となるように設定されている。そして、モーター１６は調整台５１に搭載されているとともに、そのモーター１６には水準器５２が付設されていて、水準器５２を見ながら例えばアジャストナット５３を回転操作することでレーザービームＬの回転中心であるモーター１６の回転軸２０が水平となるように手動操作にて調整できるようにしてある。
【００４３】
このレーザー発光器５０を使用しても基本的には先の各実施の形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい第１の実施の形態を示す平面説明図。
【図２】図１の側面説明図。
【図３】図１の状態から混合撹拌ヘッドを地中の貫入した状態を示す側面説明図。
【図４】図１の正面説明図。
【図５】図１，２におけるレーザー発光器およびレーザー受光器の詳細を示す機能説明図。
【図６】図５の作動説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す平面説明図。
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す平面説明図。
【図９】本発明の第４の実施の形態を示す側面説明図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態を示す平面説明図。
【図１１】図９の側面説明図。
【図１２】図９の正面説明図。
【図１３】本発明の第６の実施の形態としてレーザー発光器の別の例を示す説明図。
【図１４】従来の技術の一例を示す平面説明図。
【符号の説明】
１…バックホウ（ベースマシン）
２…アーム
３…ブーム
４…混合撹拌ヘッド
１０…レーザー発光器
１２…レーザー受光器
１４…レーザー光源
１６…モーター
２６，２７…センサー部（受光部）
２９…表示部
３５…混合撹拌ヘッド
３９…混合撹拌ヘッド
５０…レーザー発光器
Ｃ…中央位置
Ｆ…レーザービーム回転平面
Ｌ…レーザービーム

Claims

建設機械をベーマシンとしてそのアーム先端に混合撹拌ヘッドを装着し、その混合撹拌ヘッドを地中に貫入して混合撹拌処理を行う地盤改良機械であって、
レーザー光源から出力されたレーザービームを鉛直平面内で回転させながら混合攪拌機側に向けて照射するレーザー発光器と、
アームの先端もしくは混合撹拌ヘッドに装着されて、レーザー発光器から照射されたレーザービームを受光するレーザー受光器と、
を備えていて、
上記レーザー受光器は、鉛直平面内にあるレーザービームを基準としたときにアームもしくは撹拌混合ヘッドがそのレーザービーム回転平面と直交する方向でどのような位置関係にあるのかを可視表示する機能を有していることを特徴とする地盤改良機械。
上記レーザー受光器は、その受光部の中央位置にレーザービーム回転平面が一致しているか否かをそのずれ方向とともに可視表示する機能を有していることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良機械。