JP4076081B2 - 軟弱地盤改良機と軟弱地盤改良方法 - Google Patents

軟弱地盤改良機と軟弱地盤改良方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に撹拌体を押し込みながら改良剤を注入することにより地盤を硬化あるいは無害化する等の改良を行う軟弱地盤改良機と軟弱地盤改良方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
軟弱地盤改良機は、撹拌機により汚泥層等の軟弱地盤を撹拌しながら生コンクリートミルクや粉等の改良剤を注入することにより、掘削排土に耐えうる程度に軟弱地盤を硬化させ、その硬化させた土壌を掘削排土したり、硬化させた地盤上に盛土をして住宅地等の用地としたり、硬化させた地盤上に覆土をして有害物質を含む汚泥を無害化して使用可能な土地に変化させたりする等の用途に使用される。
【0003】
本発明者等は、オペレータの労力を軽減し、かつオペレータへの熟練の要求を不要化する軟弱地盤改良機および軟弱地盤改良方法として、特許文献1において、撹拌機を改良地盤中において押し込みまたは引き上げながら改良剤の注入、攪拌を行い、その後隣接する点について再度撹拌機の押し込み、引き上げながら改良剤の注入、攪拌を行うという動作を自動的に繰り返すものを提案している。
【0004】
【特許文献1】
特許第3215634号公報。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1に記載のものは、撹拌機は多数の改良点において、撹拌機の押し込み、引き抜きをそれぞれ改良点ごとに行う必要があるため、撹拌機の押し込み、引き上げの頻度が多くなり、作業効率の向上の観点から改善の余地があった。
【0006】
本発明は、上記した点に鑑み、地盤改良作業の作業能率をさらに向上させることができる軟弱地盤改良機と軟弱地盤改良方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明の軟弱地盤改良機は、下部走行体上に旋回装置を介して上部旋回体を設置してなる作業機本体と、
前記上部旋回体に取付けられた多関節アームと、
前記多関節アームの先端部に取付けられ、水平旋回可能な旋回モータ付きの撹拌体旋回用旋回装置、該撹拌体旋回用旋回装置の旋回輪の下方に縦長の支持体を介して取付けられる横軸式の撹拌体、および該支持体に取付けられて該撹拌体を駆動するモータを有する撹拌機と
前記多関節アームに取付けられる前記撹拌機を、前記多関節アームの各関節部の角度を参照しながら、各関節部回動用油圧シリンダの動作制御を行うことにより、垂直に上下動させる垂直移動制御装置と、
前記撹拌機を水平に移動させるための速度指令信号、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回角度および前記多関節アームの各関節部の角度を参照しながら、前記上部旋回体旋回用の旋回装置の旋回モータの動作制御と前記各関節部回動用油圧シリンダの動作制御を行い前記撹拌機を水平に移動させる水平移動制御装置と、
前記垂直移動制御装置および前記水平移動制御装置を介して軟弱地盤改良機の自動運転を行わせる自動運転制御装置とを備え、
前記自動運転制御装置は、自動運転を指令する手段と、改良深さ設定手段と、前記自動運転を指令する手段からの自動運転指令により撹拌機に撹拌、注入動作を行わせるための移動経路を設定する工程順序設定手段とを有し、
前記工程順序設定手段は、前記撹拌機を垂直に所定の深さまで押し込み、続いて前記撹拌機を地中に押し込んだ状態で水平移動させながら前記撹拌体の回転と改良剤の地中への注入を平面座標上の作業始点から作業終点まで行い、その後、前記作業始点または作業終点において前記撹拌機を前記所定の深さより深い深さまで押し込み、前記作業始点から作業終点までの範囲について撹拌機を水平に正進または逆進させて前記改良剤の注入動作を行うという動作を1回以上繰り返すものである
ことを特徴とする。
【0008】
このように、地中に押し込まれた撹拌機を水平移動をさせながら撹拌機に撹拌、注入動作を行わせる自動運転制御装置を備えることにより、撹拌機を水平移動させながら広い範囲にわたって連続的に攪拌、注入を行うことができるので、作業能率が向上する。
【0009】
また、自動運転を指令する手段と、改良深さ設定手段とを備えて撹拌機の深さも設定された深さに自動設定することにより、さらに能率向上が達成されると共に、地盤改良がむらなく行える。
【0010】
また、水平移動の1サイクルごとに深さを深くして水平移動を行うという動作を繰り返すことにより、撹拌機が到達できる深さにまで地盤改良を行うことができる。
【0011】
(2)また、本発明の軟弱地盤改良機は、前記自動運転制御装置は、さらに地盤改良の作業始点と作業終点とを設定する改良領域設定手段を有すると共に、前記工程順序設定手段は、前記改良領域設定手段により設定された地盤改良領域について、前記撹拌機に撹拌、注入動作を行わせるものである
ことを特徴とする。
【0012】
このように、改良領域設定手段を備えることにより、予め地盤改良領域を設定しておくことができ、地盤形状に応じた改良作業を行うことができる。
(3)また、本発明の軟弱地盤改良機は、運転室に地盤改良領域を表示する表示装置を有し、
該表示装置の表示面は、下部走行体を止めた状態において改良可能な地盤の領域を表示し、かつ前記表示面は、撹拌機の位置を個々の改良領域に対して表示するマークを表示するものでなることを特徴とする。
【0013】
このように、表示面に対比してマークを付することにより、現在の撹拌機の位置を認識でき、地盤改良領域の全域について、攪拌ずみ領域を確認することができる。
【0014】
(4)また、本発明の軟弱地盤改良機は、前記表示面に表示される地盤改良領域、走行体の向きに平行辺とその辺に直角をなす四辺形からなることを特徴とする。
【0015】
このように、本発明の軟弱地盤改良機は、地盤改良領域が四辺形をなすため、比較的広い現場において、改良漏れなく地盤を改良することができる。
【0016】
(5)また、本発明の軟弱地盤改良機は、前記水平移動制御装置に、多関節アームの先端部に取付けられる前記撹拌機を一定速度で水平移動させる速度制御手段を有することを特徴とする。
【0017】
このように、撹拌機を一定速度で水平移動可能とすることにより、改良剤の注入をむらなく行うことができる。
【0018】
(6)また、本発明の軟弱地盤改良機は、前記撹拌機の攪拌体の出力軸をその水平移動方向に対して直角をなす方向に制御する撹拌機の向き制御手段を有することを特徴とする。
【0019】
このように、撹拌機の軸の向きを移動方向に対して直角をなす方向に制御する手段を有することにより、攪拌体が移動した後の断面形状として矩形形状のものを得ることができ、地盤改良領域の全域について漏れなく改良が行われる。
【0020】
(7)本発明の軟弱地盤改良方法は、横軸式撹拌機を垂直に所定の深さまで押し込み、続いて前記撹拌機を水平移動させながら前記横軸式撹拌機の下端に設けた撹拌体の回転と改良剤の地中への注入を作業始点から作業終点まで行い、
その後、前記作業始点または作業終点において前記撹拌機を前記深さより深い所定の深さまで押し込み、前記作業始点から作業終点までの範囲について撹拌機を水平に正進または逆進させて前記改良剤の注入動作を行うという動作を1回以上繰り返すことを特徴とする。
【0021】
このように、地中に押し込まれた撹拌機を水平移動をさせながら撹拌機に撹拌、注入動作を行わせることにより、広い範囲にわたって連続的に攪拌、注入を行うことができるので、作業能率が向上する。また、水平移動の1サイクルごとに深さを深くして水平移動を行うという動作を繰り返すことにより、撹拌機が到達できる深さにまで地盤改良を行うことができる。
【0022】
(8)また、本発明の軟弱地盤改良方法は、地盤改良領域を、作業機の走行体の向きに直角をなす辺と平行をなす辺とからなる四辺形に設定し、該四辺形は撹拌機の水平移動により改良できる幅の整数倍の幅の行または列を有するサイズに設定し、
前記作業始点と前記作業終点を前記四辺形の対角上に設定して、前記撹拌機の改良剤の注入、攪拌を行う水平移動を前記行または列ごとに行うことを特徴とする。
【0023】
このように、一度に改良できる領域を、複数の行列に相当する広さとすることにより、走行体を一箇所に固定したままで広い領域について能率良く地盤改良を行うことができる。
【0024】
(9)また、本発明の軟弱地盤改良方法は、前記多関節アームに取付けられた撹拌機を、攪拌、注入を行いながら、一定速度で水平移動させることを特徴とする。
【0025】
このように、撹拌機を一定速度で水平移動可能とすることにより、改良剤の注入をむらなく行うことができる。
【0026】
(10)また、本発明の軟弱地盤改良方法は、前記撹拌機の攪拌体の出力軸をその水平移動方向に対して直角をなす方向に維持することを特徴とする。
【0027】
このように、撹拌機の軸の向きを移動方向に対して直角をなす方向に制御する手段を有することにより、攪拌体が移動した後の断面形状として矩形形状のものを得ることができ、地盤改良領域の全域について漏れなく改良が行われる。
【0028】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による軟弱地盤改良機の一実施例を示す側面図であり、1はフロート1aの周囲に履帯2を回したフロート式走行体、3は該走行体1上に旋回装置4を介して設置した上部旋回体、5は該上部旋回体3上に設置した運転室、6は該上部旋回体3に取付けたフロントとしての多関節アーム、7は撹拌機である。
【0029】
多関節アーム6は、互いに回動自在にピン結合される第1アーム6a、第2アーム6b、第3アーム6cからなり、第1アーム6aは上部旋回体3に回動自在にピン結合される。8a、8b、8cはそれぞれ第1、第2、第3アーム6a、6b、6cを回動させる油圧シリンダである。
【0030】
図2、図3はそれぞれ撹拌機7の側面図、正面図である。図1ないし図3に示すように、第3アーム6cの先端には、撹拌機7の取付け用ブラケット9が回動自在にピン付けされ、第3アーム6cとブラケット9との間には撹拌機7を回動させる油圧シリンダ8dが取付けられる。
【0031】
ブラケット9の下面には、油圧モータでなる旋回モータ11により旋回輪12を旋回させる旋回装置13が取付けられる。旋回装置13には、旋回角を検出する例えばポテンショメータやロータリエンコーダ等からなる撹拌機の旋回角度検出器14が取付けられる。
【0032】
旋回輪12には、縦長中空ロッド状の支持体15の上端が結合される。旋回装置13の中央には、支持体15の下端部に取付けられる撹拌機7の撹拌用油圧モータ16に作動油を供給するためのセンタージョイント17が設けられる。油圧モータ16への作動油配管18は支持体15の内部を通す。
【0033】
ブラケット9に沿って取付ける改良剤供給配管20と、支持体15に沿って取付ける改良剤供給配管21とは、ホース22を介して接続される。旋回装置13は、旋回によってホース22に無理な力が加わらないように、全旋回式とするのではなく、ストッパ(図示せず)により旋回角度を270度程度に制限している。
【0034】
支持体15の下端中央部に取付ける油圧モータ16は両端から出力軸24が突出した両軸型の油圧モータであり、各出力軸24に撹拌体25が取付けられる。支持体の下端には改良剤供給配管21を通して供給される改良剤を左右の撹拌体25に向けて流出させる流出口26が設けられる。
【0035】
本実施例のように、支持体15の下端に両軸式油圧モータ16を取付けて撹拌体25を回転させる構成とすれば、支持体15の上端に油圧モータを設けてスプロケットやチェーンによって動力を伝達する構成とした実公平6−1622号公報に記載のものに比較し、動力伝達機構が不要となることにより、大幅な軽量化が達成でき、一般的な規模の作業機本体を用いた場合、該公報に記載の撹拌機が約3m程度の深度の改良しかできないものが、この実施例の構造によれば、5m程度の深度まで改良可能となる。
【0036】
このように、撹拌機7の上部に旋回装置13を設けて撹拌機7を水平旋回可能としたことにより、出力軸24の向きを任意に変更することができる。また、多関節アーム6の油圧シリンダ8a〜8dを手動操作または後述の自動制御により作動させて撹拌機7を垂直姿勢に保持しながら地中に押し込み、次に後述の機構によって攪拌機7を水平移動させ、油圧モータ16を作動させて攪拌体25を回転させ、かつ改良剤を流出口26から流出させながら改良剤を地中に注入することにより、地盤改良を行うことができる。
【0037】
図4はこのような撹拌機7の水平移動による地盤改良を行うための自動運転制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。図4において、8a〜8cは図1に示した多関節アーム6の回動用油圧シリンダ、4aは前記旋回装置4の旋回モータ、11は前記撹拌体旋回用の旋回装置13の旋回モータである。31、32、33はそれぞれ図5(A)に示すように各アーム6a、6b、6cの角度α、β、γを検出する角度検出器である。51は図7(A)に示すように、旋回装置4の旋回角θ1、すなわち多関節アーム6の平面視における向きを検出する角度検出器、14は前記撹拌機7の上部の旋回装置13における旋回角θ2、すなわち平面視における多関節アーム6に対する攪拌体25の向きがなす角度を検出する角度検出器である。
【0038】
また、自動運転指令手段10は運転室5に備えたもので、後述の自動運転時に自動運転側に切換えるスイッチ等で構成される。また、深さ設定手段19は、攪拌体25の一種以上の押し込み深さをオペレータにより、あるいは撹拌機7の機種に対応して自動的に設定するものである。工程順序設定手段27は、図9で詳述するような水平移動経路を設定あるいは選択し、また、垂直移動制御も工程の一部に含めて制御を行うか否かについての選択を行うものである。
【0039】
垂直移動制御装置28は、図5、図6について後述するように、平面上の位置を変えないで撹拌機7を垂直姿勢に保持したままで垂直に上下動させるものである。水平移動制御装置29は、改良領域設定手段52により示される図8に示すような地盤改良領域64を参照して撹拌機7の水平移動による改良作業を進行させるものである。30、38、39、63、61はそれぞれ油圧シリンダ8a、8b、8c、旋回モータ4a、11の制御を行う制御弁であり、これらは垂直移動制御装置28や水平移動制御装置29により制御される。
【0040】
前記垂直移動制御装置28による動作制御を、図5(A)において、例えば第2アーム6b、第3アーム6cの回動によって第3アーム6cの先端すなわち撹拌機7を垂直に上下動させる場合について行うと、各アーム6a、6b、6cの角度α、β、γを、各アーム6a、6b、6cの関節部にそれぞれ取付けた角度検出器31、32、33により検出し、図6のブロック図に示すように、角度検出器31、32、33の出力信号を、運転室5等に搭載した演算装置により実現されるアームの回動速度演算手段35および側面より見た座標Hの演算手段40に入力する。
【0041】
一方、速度指示手段34からの速度指令信号eを前記演算装置により実現される補正演算手段41により補正した速度指令信号fに基づいて、前記角度α、β、γと各アーム長L1、L2、L3とから、撹拌機7を垂直に上下動させるためのそれぞれ第2アーム6b、第3アーム6cの目標回動速度g、hを、前記回動速度演算手段35により演算し、その目標回動速度g、hに対応する弁開度信号i、jを、油圧シリンダ8b、8cの駆動制御部36に設けられた流量演算手段37によって算出し、その開度信号i、jにより各油圧シリンダ8b、8cの制御弁38、39を制御し、これにより目標とする流量Qb、Qcで各油圧シリンダ8b、8cを作動させることにより、オペレータの操作を要せずに垂直に撹拌機7を上下動させることができる。
【0042】
ここで、補正演算手段41は、軟弱地盤改良機のように、低速で撹拌機7を上下動させる場合であっても、多関節アーム6の先端が一定の移動速度で上下動するように、演算により速度指令信号eを補正する速度制御装置を構成するものである。この補正は、角度検出器31〜33の出力信号から座標演算手段40により求められる座標信号Hを参照して行う。
【0043】
図5(B)はこのような上下動の定速制御を行うための補正演算手段41の一例を示すもので、前記速度指定信号eを積分して目標座標変化量を算出する目標座標変化量算出手段42と、制御起動時の座標演算手段40の演算結果を格納する座標記憶手段43と、座標演算手段40の演算結果と座標記憶手段43の記憶値との差を第3アーム6cの先端の座標変化として求める加算手段44aと、目標座標変化量算出手段42で算出された目標座標変化量と加算手段44aで算出された第3アーム6cの先端の座標変化との差を座標偏差として求める加算手段44bと、この加算結果に基づいて速度補正係数K1を演算する速度補正演算手段45と、この速度補正係数を速度指示手段34からの速度指令信号eに乗算して制御速度指令信号fを算出する制御速度演算手段46とからなる。
【0044】
前記速度補正係数K1は、図5(B)の速度補正演算手段45に示すように、座標偏差が0付近で1、座標偏差が正すなわち座標進みになるにつれ1より減少し、座標偏差が負すなわち座標遅れになるにつれて1より増加するように設定されている。
【0045】
図5(B)、図6のような速度制御装置における演算を行いながら速度指令信号eを、座標演算手段40により求められる実際の座標Hで補正した制御速度指令信号fにより回動速度演算手段35に加え、該制御速度指令信号fに基づいて回動速度演算手段35により目標回動速度g、hを算出し、これらの速度g、hに対応する開度信号i、jを各油圧シリンダ8b、8cの制御弁38、39に加え、目標とする流量Qb、Qcで各油圧シリンダ8b、8cを作動させることにより、撹拌機7を垂直に、しかも一定速度で上下動させることができる。
【0046】
なお、撹拌機7の姿勢を垂直に保持するには、図6に示すように、第3アーム6cに対する撹拌機7の角度δ(図5(A)参照)を検出する角度検出器47を設け、一方前記検出角度α、β、γから、角度演算手段48により、撹拌機7を垂直に保持するための角度δoを求め、該角度δoと検出角度δとの偏差Δδを比較手段49により求め、その偏差Δδがゼロとなるように、油圧シリンダ8dの制御弁50を制御して油圧シリンダ8dを伸縮させることにより、撹拌機7の姿勢を常に垂直に保持することができる。
【0047】
図7(A)は前記地盤改良領域64の設定例を示す図であり、運転室5に設けた操作パネルの表示装置の表示面に表示されるものである。ただしS11〜S36は平面視した場合の地盤改良領域64の座標を表示するもので、実際の表示面上では表示されないものである。地盤改良領域64内の1つの枠は、攪拌体25を定位置で回転させたときの広さを意味する。この表示面は、図示例のように、走行体1の走行方向とこれに直角をなす方向にそれぞれ平行をなす4辺形をなすことが好ましく、また、攪拌体25のサイズにより決定される改良幅の複数の行列に相当するサイズとすることが、走行体1をなるべく一定位置に設定して走行体1の移動頻度を少なくする上で好ましい。
【0048】
図7(B)は撹拌機7を図7(A)のX方向(本例における走行体走行方向)、Y方向(走行方向に直角をなす方向)にそれぞれ水平移動する際の多関節アーム6の伸縮を説明する図であり、地盤改良領域64の中心線70にX方向に近づく(遠ざかる)方向に撹拌機7がΔxだけ移動する場合には、多関節アーム6の平面視における長さLaがΔLaだけ短く(長く)なる。このため、X方向に撹拌機7を直線移動するために旋回装置4により上部旋回体3を旋回させる場合は、同時に、多関節アーム6を伸縮させることにより、撹拌機7を、支持体15が垂直姿勢を保ったままで水平に直線移動させることができる。
【0049】
このような動作制御を行うため、水平移動制御装置29においては、図7(C)に示すように、X方向に移動させるための速度信号Vxから、移動距離演算手段65により所定時間当たりの移動距離Δxを求め、この値Δxから、多関節アーム伸縮量演算手段66により、これに相当する多関節アーム6の増減距離ΔLaを、前記多関節アーム6の中心線70に対する角度θ1を参照して算出する。そしてその値ΔLaと前記角度α、β、γから、各油圧シリンダ8a〜8cに対する制御弁への流量演算手段67により流量を求め、各制御弁30、38、39の開度をその流量指令信号により制御して油圧シリンダ8a〜8cを制御する。
【0050】
図7(B)に示すように、撹拌機7をY方向に直線移動する場合にも、速度信号Yxから、移動距離演算手段65により所定時間当たりの移動距離Δyを求め、この値から多関節アーム6の長さLbをΔLbだけ増減させて直線移動を可能にする。
【0051】
図8は前記水平移動制御装置29に含まれる撹拌機7の向きの制御装置を示す。この制御装置は、攪拌体25の通過により矩形断面状に改良領域が形成されるようにするため、攪拌体25の水平移動方向に対して出力軸24が常に直角となるように方向を制御するものである。
【0052】
図8において、旋回角度検出器14は、撹拌機7の旋回装置13の旋回角度θ2を検出し、上部旋回体3の旋回角度θ1を旋回角度検出器51により検出し、加算手段53により角度θ1とθ2を加算し、目標値記憶手段54は、掘削開始位置でのその加算結果θ1+θ2の初期値θ3を記憶する。
【0053】
加算手段55は、この初期加算値θ3と、現在の加算値θ4との偏差Δθを求め、関数発生手段56はその偏差Δθを予め設定した関数f(Δθ)に変換する。この関数f(Δθ)は、撹拌機7の旋回速度指令値である。
【0054】
一方前記上部旋回体3の旋回用操作レバー(図示せず)の操作により、旋回速度信号を発生させる旋回速度設定手段59からの旋回速度指令値SPを反転手段60により反転させて加算手段57において該SPの反転値を前記撹拌機7の旋回速度指令値f(Δθ)に加算し、係数手段58はその加算値に係数k2を乗算して制御弁61を駆動し、旋回モータ11は制御弁61により制御された方向、流量で回転駆動される。
【0055】
一方、上部旋回体3の旋回速度指令値SPに係数手段62により係数K3を乗じて制御弁63を制御し、上部旋回体3の旋回モータ4aを該制御弁63により制御された方向、流量で回転駆動する。これにより、撹拌機7の旋回モータ11は、上部旋回体3の旋回にかかわらず、撹拌機7の向きを一定とすることができる。なお、前記多関節アーム6の旋回角θ1の如何にかかわらず撹拌機7の直線移動速度を一定にするため、旋回モータ4aの制御弁63の流量を設定する係数手段62は、前記旋回角θ1の大きさに応じて係数を変化させる。すなわち、旋回角θ1が大きい時には制御弁63における流量が小さくなるように係数を小さくして流量を絞り、直線移動が一定速度で行われるようにする。
【0056】
図5(B)に示した垂直方向の速度制御装置は、水平移動制御装置29においても同様に構成して、前記X方向またはY方向の速度指令信号eに対してX座標またはY座標の位置情報xまたはyを前記高さHの代わりに入力させることにより、補正信号fとして使用し、制御弁の流量補正信号として利用することができる。
【0057】
図9は前記地盤改良領域64において、地盤改良を行う際にどのように撹拌機7を移動させるかについてのいくつかのパターンを示す。図9(A)の例は、行ごとに移動させて地盤改良を行う例を示す。すなわち、作業始点S31において攪拌体25を前記改良深さ設定手段19において設定された所定の深さ(H1)に攪拌体25を回転させながら押し込み、S31〜S36の1行について撹拌機7を移動させて攪拌、注入を行った後、そのままの深さで攪拌体をS26に水平移動させ、次にS26〜S21について水平移動させて攪拌、注入を行い、そのままの深さで攪拌体をS11に水平移動させ、次にS11〜S16について水平移動させて攪拌、注入を行う。そして必要であれば、次に深さ(H2=H1×2)について、作業始点S31に戻り、改良深さ設定手段19に設定されている次の深さまで攪拌体25を回転させながら押し込み、その深さで前記軌跡と同様の軌跡に沿って攪拌体25を正進させながら攪拌、注入作業を行う。前記深さH2について作業を行う場合、作業終点S16から作業始点S31まで逆進する順序で水平移動させてもよい。
【0058】
71は作業始点、作業終点を設定するために表示画面に表示させるマークであり、現在の撹拌機7の平面位置をマーク71で表示するようにしておき、作業始点を設定する場合には、その多関節アーム6や旋回装置4の作動によりマーク71の位置を作業始点(図9(A)の例ではS31の位置)に行わせて、たとえば操作盤に備えた作業始点設定用スイッチやキーボードよりその座標を記憶させ、また、作業終点S16についても同様の作業によって作業始点を記憶させておいて、前記工程を自動的に実施させる。前記第2の深さH2について攪拌、注入を行った後、さらに第3、第4の深さについても必要があれば同様の作業を行う。
【0059】
前記水平移動は旋回装置4の作動と多関節アーム6の伸縮を同時に行うことにより実施され、前記図5(B)や図8の演算装置を用いて撹拌機7が一定速度で移動する。また、前記攪拌、注入作業の際、攪拌体25の向きは、出力軸24が進行方向に直角をなすように図8の装置により制御する。
【0060】
図7(B)は前記地盤改良領域64において、前記例と異なり、撹拌機7を列ごとに移動させて地盤改良を行う例を示す。また、図9(C)、(D)は、S31〜S36の行について、深さH1で水平移動を行った後、同行においてそれより深い深さH2で水平移動を行い、さらにその後、同行において次の深さH3について水平動作を行うという経路で作業を行った後、次にS21〜S26の行について、前記同様に異なる深さH1、H2、H3でそれぞれ攪拌体25による攪拌、注入を、水平移動を行いながら攪拌、注入を行い、続いてS11〜S16の行について、前記同様に異なる深さH1、H2、H3でそれぞれ攪拌、注入を、水平移動を行いながら行うものである。
【0061】
このようなそれぞれの態様のうち、どの態様を選択するかは、前記工程順序設定手段27でスイッチあるいはキーボードなどにより設定、選択する。
【0062】
このように、地中に押し込まれた撹拌機7を水平移動させながら撹拌機7に撹拌、注入動作を行わせる自動運転制御装置29を備えることにより、撹拌機7を水平移動させながら広い範囲にわたって連続的に攪拌、注入を行うことができるので、撹拌機7の押し込み、引き抜きの頻度が減少し、動きの無駄が少なくなり、作業能率が向上する。
【0063】
また、自動運転を指令する手段10と、改良深さ設定手段19とを備えて、自動運転の際には撹拌機の深さも自動設定することにより、さらに能率向上が達成されると共に、深さ設定も正確に行え、地盤改良がむらなく行える。
【0064】
また、改良領域設定手段52を備えることにより、予め地盤改良領域を設定しておくことができ、地盤形状に応じた改良作業を行うことができる、この場合、表示面に対比してマーク71を付することにより、現在の撹拌機7の位置を認識でき、地盤改良領域64の全域について、攪拌ずみ領域を確認することができる。
【0065】
また、地盤改良領域64が四辺形をなすようにすれば、1つの領域64について攪拌、注入が終了した後、走行させて新たに隣接する領域64を設定するという作業を繰り返すことにより、比較的広い現場において、改良漏れなく地盤を改良することができる。
【0066】
また、多関節アームの先端部に取付けられる前記撹拌機7を一定速度で水平移動させる速度制御手段を有することにより、改良剤の注入をむらなく行うことができる。
【0067】
また、出力軸24が進行方向に対して常に直角方向をなすように撹拌機7の向きを制御することにより、攪拌体25が移動した後の断面形状として矩形形状のものを得ることができ、地盤改良領域の全域について漏れなく改良が行われる。
【0068】
なお、図7(A)の例では、走行体1の側部に地盤改良領域64を設定し、1つの領域64について終了したら、次に作業機を前進または後退させて作業を行う例を示したが、地盤改良領域64を走行体1の前方に設定し、1つの領域64が終了したら作業機を後退させて新たな領域64を設定するようにしてもよい。また、走行体1の向きに対して斜めに撹拌機7を動かして作業を行うようにしてもよい。また、攪拌体25の出力軸24を移動方向に対して直角方向にして攪拌、注入を行った後、さらに同じ経路について、出力軸24の方向を移動方向に対して同方向または斜め方向とすることにより、左右の攪拌体の間における攪拌不足の問題点を解消することができる。
【0069】
【発明の効果】
本発明によれば、撹拌機を水平移動させながら改良剤注入、攪拌を行うので、広い範囲にわたって連続的に攪拌、注入作業を行うことができる。このため、撹拌機の押し込み、引き抜きの頻度が減少し、動きの無駄が少なくなり、作業能率が向上する。また、水平移動の1サイクルごとに深さを深くして水平移動を行うという動作を繰り返すことにより、撹拌機が到達できる深さにまで地盤改良を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による軟弱地盤改良機の一実施の形態を示す側面図である。
【図2】図1の撹拌機の側面図である。
【図3】図2の撹拌機の正面図である。
【図4】本発明による自動運転制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図5】(A)は多関節アームの垂直制御のための説明図、(B)は一定速度で垂直、水平移動するための速度制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図6】本実施例の軟弱地盤改良機の垂直移動制御装置の機能ブロック図である。
【図7】(A)は本発明における地盤改良領域の設定例を示す図、(B)は2方向についての直線移動における本体旋回角と多関節アームの伸縮の説明図、(C)は本体旋回に伴う多関節アームの伸縮により直線移動を行うための機能ブロック図である。
【図8】本発明において、本体旋回に伴って撹拌機の旋回を自動的に行って撹拌機の進行方向に対して攪拌体の向きを一定とするための機能ブロック図である。
【図9】(A)〜(C)は本発明において採用される地盤改良領域の工程順序の例をそれぞれ示す平面図、(D)は(C)の断面図である。
【符号の説明】
1:下部走行体、1a:フロート、2:履帯、3:上部旋回体、4:旋回装置、4a:旋回モータ、5:運転室、6:多関節アーム、7:撹拌機、8a〜8d:油圧シリンダ、9:ブラケット、11:旋回モータ、13:旋回装置、14:旋回角度検出器、15:支持体、16:モータ、17:センタージョイント、18:作動油配管、21:改良剤供給配管、22:ホース、24:出力軸、25:攪拌体、26:改良剤流出口、30、38、39、61、63:制御弁、64:地盤改良領域、65:移動距離演算手段、66:多関節アーム伸縮量演算手段、67:流量演算手段、71:マーク

Claims (10)

  1. 下部走行体上に旋回装置を介して上部旋回体を設置してなる作業機本体と、
    前記上部旋回体に取付けられた多関節アームと、
    前記多関節アームの先端部に取付けられ、水平旋回可能な旋回モータ付きの撹拌体旋回用旋回装置、該撹拌体旋回用旋回装置の旋回輪の下方に縦長の支持体を介して取付けられる横軸式の撹拌体、および該支持体に取付けられて該撹拌体を駆動するモータを有する撹拌機と
    前記多関節アームに取付けられる前記撹拌機を、前記多関節アームの各関節部の角度を参照しながら、各関節部回動用油圧シリンダの動作制御を行うことにより、垂直に上下動させる垂直移動制御装置と、
    前記撹拌機を水平に移動させるための速度指令信号、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回角度および前記多関節アームの各関節部の角度を参照しながら、前記上部旋回体旋回用の旋回装置の旋回モータの動作制御と前記各関節部回動用油圧シリンダの動作制御を行い前記撹拌機を水平に移動させる水平移動制御装置と、
    前記垂直移動制御装置および前記水平移動制御装置を介して軟弱地盤改良機の自動運転を行わせる自動運転制御装置とを備え、
    前記自動運転制御装置は、自動運転を指令する手段と、改良深さ設定手段と、前記自動運転を指令する手段からの自動運転指令により撹拌機に撹拌、注入動作を行わせるための移動経路を設定する工程順序設定手段とを有し、
    前記工程順序設定手段は、前記撹拌機を垂直に所定の深さまで押し込み、続いて前記撹拌機を地中に押し込んだ状態で水平移動させながら前記撹拌体の回転と改良剤の地中への注入を平面座標上の作業始点から作業終点まで行い、その後、前記作業始点または作業終点において前記撹拌機を前記所定の深さより深い深さまで押し込み、前記作業始点から作業終点までの範囲について撹拌機を水平に正進または逆進させて前記改良剤の注入動作を行うという動作を1回以上繰り返すものである
    ことを特徴とする軟弱地盤改良機。
  2. 請求項1に記載の軟弱地盤改良機において、
    前記自動運転制御装置は、さらに地盤改良の作業始点と作業終点とを設定する改良領域設定手段を有すると共に、前記工程順序設定手段は、前記改良領域設定手段により設定された地盤改良領域について、前記撹拌機に撹拌、注入動作を行わせるものである
    ことを特徴とする軟弱地盤改良機。
  3. 請求項1または2に記載の軟弱地盤改良機において、
    運転室に地盤改良領域を表示する表示装置を有し、
    該表示装置の表示面は、下部走行体を止めた状態において改良可能な地盤の領域を表示し、かつ前記表示面は、撹拌機の位置を個々の改良領域に対して表示するマークを表示するものでなる
    ことを特徴とする軟弱地盤改良機。
  4. 請求項3記載の軟弱地盤改良機において、
    前記表示面に表示される地盤改良領域は、前記下部走行体の向きに平行辺とその辺に直角をなす四辺形からなる
    ことを特徴とする軟弱地盤改良機。
  5. 請求項1から4までのいずれか1項に記載の軟弱地盤改良機において、
    前記水平移動制御装置は、前記撹拌機を一定速度で水平移動させる速度制御手段を有する
    ことを特徴とする軟弱地盤改良機。
  6. 請求項1から5までのいずれか1項に記載の軟弱地盤改良機において、
    前記撹拌機の攪拌体の出力軸をその水平移動方向に対して直角をなす方向に制御する撹拌機の向き制御手段を有する
    ことを特徴とする軟弱地盤改良機。
  7. 横軸式撹拌機を垂直に所定の深さまで押し込み、続いて前記撹拌機を水平移動させながら前記横軸式撹拌機の下端に設けた撹拌体の回転と改良剤の地中への注入を作業始点から作業終点まで行い、
    その後、前記作業始点または作業終点において前記撹拌機を前記深さより深い所定の深さまで押し込み、前記作業始点から作業終点までの範囲について撹拌機を水平に正進または逆進させて前記改良剤の注入動作を行うという動作を1回以上繰り返す
    ことを特徴とする軟弱地盤改良方法。
  8. 請求項7に記載の軟弱地盤改良方法において、
    地盤改良領域を、前記撹拌機を多関節アームを介して取付けた作業機の下部走行体の向きに直角をなす辺と平行をなす辺とからなる四辺形に設定し、該四辺形は撹拌機の水平移動により改良できる幅の整数倍の幅の行または列を有するサイズに設定し、
    前記作業始点と前記作業終点を前記四辺形の対角上に設定して、前記撹拌機の改良剤の注入、攪拌を行う水平移動を前記行または列ごとに行う
    ことを特徴とする軟弱地盤改良方法。
  9. 請求項7または8に記載の軟弱地盤改良方法において、
    前記多関節アームに取付けられた撹拌機を、攪拌、注入を行いながら、一定速度で水平移動させる
    ことを特徴とする軟弱地盤改良方法。
  10. 請求項7から9までのいずれか1項に記載の軟弱地盤改良方法において、
    前記撹拌機を水平移動させながら攪拌、注入を行う際に、前記攪拌体の出力軸をその水平移動方向に対して直角をなす方向に維持する
    ことを特徴とする軟弱地盤改良方法。
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