JP4993719B2 - 地盤の柱状改良工事装置とその制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、地盤を柱状に掘削して補強する、地盤の柱状改良工事装置と柱状改良工事装置制御プログラムに関する。

建物の耐震性を確保するために、建物を建設する前に地盤調査が行なわれる。そして、軟弱な地盤であると判定されると、セメント系固化剤をスラリー状にし、対象となる地盤に注入して地盤を強化する工事が行なわれる。このとき、地盤を柱状に掘削するとともに、地盤の土砂と上記スラリーとを攪拌して柱状の補強部分を形成する。以下、これを地盤の柱状改良工事と呼ぶ（特許文献１参照）。
特開２００２−１２５４９号公報

地盤の柱状改良工事では、柱状補強部分の体積を求め、この体積に対して、一定の割合でスラリーを注入する。地盤の掘削には、下端近傍にバイトと攪拌羽根とを取り付けた掘削ドリルが使用される。掘削ドリルを回転させながら、バイトにより地盤を垂直下方に削り掘り進む。このとき、土砂を細かく破砕すると同時に、スラリーを地盤に注入して、攪拌羽根で攪拌し混練する。地盤の土砂とスラリーとがよく混ざり合った後にスラリーが固化すると、柱状に地盤が強化される。柱状改良工事は、例えば、直径数十センチで地表から５〜１０ｍ程の深度まで、数ｍ間隔で複数本分施工される。これで、コンクリート杭を打ち込んだ杭基礎に類する地盤補強ができる。

しかしながら、こうした地盤の柱状改良工事では次のような解決すべき課題があった。即ち、地盤の構造はその組成により千差万別で、場所によっても深度によってもその固さはまちまちである。ほぼ一定のトルクで地盤を掘削しても、地盤の掘削速度や攪拌羽根の回転数にばらつきが生じる。従って、スラリーの注入量を均一に保持することが難しく、攪拌の程度にも変動が生じて、柱状補強部分の強度に影響が生じるという問題があった。
上記の課題を解決するために、本発明は均一にスラリーを注入し適切に攪拌される、地盤の柱状改良工事装置と柱状改良工事装置制御プログラムと記録媒体を提供することを目的とする。

本発明は、以下のとおりの柱状改良工事装置と柱状改良工事装置制御プログラムとその記録媒体である。
［請求項１］
下端近傍にバイトと攪拌羽根とを取り付けた掘削ドリルを回転させながら、前記バイトにより地盤を垂直下方に掘削し、土砂を細かく破砕すると同時に、セメント系固化剤からなるスラリーを前記掘削ドリルの下端から地盤に注入して、前記土砂と前記スラリーとを前記攪拌羽根で攪拌し混練する装置において、掘削中に前記スラリーの合計注入量を表示するスラリー注入量表示装置と、掘削深度を表示する掘削深度表示装置と、自動運転制御部を備え、この自動運転制御部は、前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が前記範囲の適正値と比較して不足しているときは、前記範囲で掘削ドリルを昇降させて、不足分のスラリーを追加注入しながら、前記範囲を再攪拌し、前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が前記範囲の適正値と比較して過剰になったときは、スラリーの合計注入量と掘削深度との関係が適正値になる深度まで、スラリーを注入せずに掘削をしてから、スラリーの注入量が過剰になった前記範囲の始めからスラリーを注入せずに掘削をした前記深度まで掘削ドリルを昇降させて再攪拌し、前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が適正値であって、攪拌羽根の回転数が適正値以下のときには、前記範囲で掘削ドリルを昇降させて少なくとも該当回転数まで攪拌羽根を回転させるように再攪拌をする制御を実行することを特徴とする地盤の柱状改良工事装置。

掘削深度に対してスラリーの合計注入量が不足したことを検出し、掘削を一時停止してその部分でスラリーを補充し再攪拌をするので、全体として均一にスラリーが注入された柱状地盤ができる。スラリーは、掘削ドリルを通じて供給され、掘削ドリルの下端あるいはその近傍から地盤に注入されるとよい。

スラリーの供給量が過剰なことを検出したときは、スラリーの合計注入量と掘削深度との関係が適正値になる深度まで掘削してから攪拌をするので、全体として均一にスラリーが注入された柱状地盤ができる。

地盤が硬い部分では、スラリーが適量注入されたとしても、攪拌速度が上がらず、攪拌が不十分なことがある。この場合に再攪拌をして攪拌回数を補充するので、攪拌が不十分で強度が不足するような柱状地盤の形成を防止できる。

［請求項２］
請求項１に記載の地盤の柱状改良工事装置において、前記自動運転制御部は、最深部まで掘削をした後、前記バイトを回転させて、前記スラリーを前記掘削ドリルの下端であって、掘削ドリルの回転軸部分から地盤に注入しながら前記掘削ドリルを上昇させて、掘削ドリルを引き抜いて、掘削ドリルにより掘削された地盤にセメント系固化剤からなるスラリーが注入され攪拌されて固化した柱状部であって、その軸部のスラリー濃度が周辺部よりも高くなるようにして固化された柱状地盤を形成するように制御を実行することを特徴とする地盤の柱状改良工事装置。

掘削ドリルの下端であって、その回転軸部分からスラリーを地盤に注入しながら掘削ドリルを引き上げていくと、柱状地盤の周囲部よりも軸部のほうがスラリーの注入量が多くなる。これにより、軸部が十分に硬い柱状地盤が得られる。

［請求項３］
下端近傍にバイトと攪拌羽根とを取り付けた掘削ドリルを回転させながら、前記バイトにより地盤を垂直下方に掘削し、土砂を細かく破砕すると同時に、セメント系固化剤からなるスラリーを前記掘削ドリルの下端から地盤に注入して、前記土砂と前記スラリーとを前記攪拌羽根で攪拌し混練する装置の自動運転制御用コンピュータを、掘削中に前記スラリーの合計注入量を表示するスラリー注入量表示手段と、掘削深度を表示する掘削深度表示手段と、前記スラリーの合計注入量と掘削深度との関係を適正値と比較する手段と、自動運転制御部のコンピュータを、前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が前記範囲の適正値と比較して不足しているときは、前記範囲で掘削ドリルを昇降させて、不足分のスラリーを追加注入しながら、前記範囲を再攪拌し、前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が前記範囲の適正値と比較して過剰になったときは、スラリーの合計注入量と掘削深度との関係が適正値になる深度まで、スラリーを注入せずに掘削をしてから、スラリーの注入量が過剰になった前記範囲の始めからスラリーを注入せずに掘削をした前記深度まで掘削ドリルを昇降させて再攪拌し、前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が適正値であって、攪拌羽根の回転数が適正値以下のときには、前記範囲で掘削ドリルを昇降させて少なくとも該当回転数まで攪拌羽根を回転させるように再攪拌をする制御を実行する手段として機能させる地盤の柱状改良工事装置制御プログラム。

［請求項４］
請求項３に記載の地盤の柱状改良工事装置制御プログラムにおいて、前記自動運転制御部のコンピュータを、さらに、最深部まで掘削をした後、前記バイトを回転させて、前記スラリーを前記掘削ドリルの下端であって、掘削ドリルの回転軸部分から地盤に注入しながら前記掘削ドリルを上昇させて、掘削ドリルを引き抜いて、掘削ドリルにより掘削された地盤にセメント系固化剤からなるスラリーが注入され攪拌されて固化した柱状部であって、その軸部のスラリー濃度が周辺部よりも高くなるようにして固化された柱状地盤を形成する制御を実行する制御手段として機能させることを特徴とする地盤の柱状改良工事装置制御プログラム。

［請求項５］
請求項３または４に記載の地盤の柱状改良工事装置制御プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

スラリーと土砂とが十分に攪拌されて固化すると、設計通りの強度の柱状地盤が形成できる。スラリーの量が不足すると強度が不足する。スラリーの量が多過ぎると強度が高くなるが不経済である。また、１本の柱状地盤全体に注入するスラリーの量を決めて工事をするので、ある部分に過剰にスラリーを供給すると他の部分の供給量が不足する。これでは、柱状地盤全体の強度にばらつきが生じる。以下の実施例ではこうした問題を解決する。以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は実施例１の装置の機能ブロック図である。
この地盤の柱状改良工事装置には、動作制御のためのコンピュータが搭載されている。このコンピュータには演算処理装置１０と記憶装置１１と表示装置６０とが設けられている。演算処理装置１０には入出力インタフェース３８を介して、各種の機構や検出器接続されている。ドリル回転駆動装置１４は、掘削ドリル１８を回転駆動するモータや伝達機構である。ドリル昇降装置１６は、掘削ドリル１８を垂直方向に上昇させたり下降させたりする機械装置である。スラリー注入装置１７は、掘削ドリル１８の上端からスラリーを注入する機械装置である。

ドリル回転検出器４０は、ドリル回転駆動装置１４によるドリルの回転数を、例えば毎分何回転か検出する装置である。掘削深度検出器４２は、掘削ドリル１８の垂直方向の移動量を取得して掘削深度を検出する装置である。スラリー注入量検出器４４は、スラリー注入装置１７が地盤にどれだけスラリーを注入したかを測定する装置である。

演算処理装置１０は、これらの装置を制御するための自動運転制御部３０を備えている。この自動運転制御部３０は、ドリル昇降制御手段３２、スラリー注入量制御手段３４、再攪拌パタン選択手段３６、といったコンピュータプログラムを実行する。ドリル昇降制御手段３２は、ドリル昇降装置１６とドリル回転駆動装置１４とを制御して、掘削ドリル１８を一定の速度で回転させながら昇降させる制御を行う。スラリー注入量制御手段３４は、予め定められた量のスラリーを、掘削ドリル１８を通じて地盤に注入する制御を行う。再攪拌パタン選択手段３６は、後で説明するように地盤を再攪拌する数種類のパタンからいずれかを選択する機能を持つ。

記憶装置１１には、自動運転制御部３０が動作するために必要な各種のデータが記憶される。基準値テーブルデータ４６は、スラリーの適正な合計注入量と掘削深度との関係を示すデータである。簡単な関係式でもよいしテーブルデータでもよい。スラリー注入量表示データ４８は、スラリー注入量検出器４４の測定値である。掘削深度表示データ５０は掘削深度検出器４２の測定値である。ドリル回転数表示データ５２は、ドリル回転検出器４０の測定値である。これらのデータにより、どの掘削深度までどれだけの量のスラリーが注入されたか、それまで掘削ドリル１８が何回転したかといったデータが、例えば、一定の深度ごとに蓄積される。なお、この他にも様々な演算処理用のパラメータが記憶される。

表示装置６０は、記憶装置１１に記憶されたデータを、柱状改良工事装置のオペレータに示すためのディスプレイである。液晶ディスプレイ等でよい。柱状改良工事装置の操作パネルの一部か、あるいは操作パネルに併設されるとよい。表示装置６０には、掘削深度、回転速度、スラリー注入全量などが表示される。さらに、この掘削工事では、掘削深度１３メートルでスラリーを２１リッター注入するといった目標値も表示されている。以下に説明する柱状改良工事装置は、スラリーの濃度を均一化するために自動的に適宜再攪拌処理を実行する。オペレータは、その動作を監視するために、表示装置６０を利用するとよい。

図２は実施例１の柱状改良工事装置の外観側面図である。
図の運転装置１２の内部には、図１に示したコンピュータを搭載する。掘削ドリル１８は、ドリル昇降装置１６により昇降制御される。ドリル回転駆動装置１４は、掘削ドリル１８を回転駆動する。バイト２０は回転しながら地盤２４を垂直下方に掘削する。掘削が進むにつれて、ドリル昇降装置１６は掘削ドリル１８を垂直下方に押し下げる。バイト２０により細かく粉砕された土砂に、スラリー注入装置１７から掘削ドリル１８を通じてスラリーが注入される。

スラリーは掘削ドリル１８の下端のノズル２９から、土砂の内部に注入される。スラリーはよく知られたセメント系の固化剤である。掘削ドリル１８の回転によりバイト２０と共に攪拌羽根２２も回転する。これによって土砂２６とスラリー２８とが攪拌されて図の円Ａの中に示したように混ざり合う。この処理を所定の深さまで続ける。これによって、柱状の地盤改良部分が形成される。なお、土砂とスラリーを混ぜ合わせると比較的柔らかく攪拌しやすい状態になる。この状態で掘削ドリル１８を目的とする深さまで掘り進め、その後掘削ドリル１８を逆回転させながら引き抜く。引き抜く際にも土砂２６とスラリー２８を再攪拌する。そして、そのまま放置すると土砂２６とスラリー２８とが固化する。

図３は掘削ドリル下端のバイトと攪拌羽根の一例を示す斜視図である。
この図に示すように、掘削ドリル１８の下端には掘削ドリル１８と一体に回転するようにバイト２０と攪拌羽根２２とが固定されている。攪拌羽根２２はプロペラ状に傾斜を付けて形成されている。土砂とスラリーを混ぜ合わせた部分で上昇し下降する際に、攪拌羽根２２が推力を与える。バイト２０と攪拌羽根２２とは一体になって回転する。一方、攪拌羽根２２とバイト２０の中間には、ストッパアーム２３が配置されている。

図４はストッパアームの機能説明図である。
スラリー２８は、掘削ドリル１８の下端のノズル２９から地盤２４に供給される。バイト２０は地盤２４を掘削しながらさらに下方に進む。攪拌羽根２２は、土砂２６とスラリー２８とを攪拌する。ここで、土砂２６とスラリー２８の固まりが攪拌羽根２２と共に穴の中で回転してしまうおそれがある。これでは攪拌はできない。ストッパアーム２３は、その両腕の先が地盤２４の硬い部分をとらえるので、土砂２６とスラリー２８の回転を抑える。これで、土砂２６とスラリー２８が十分に攪拌できる。

図５は掘削深度と適正なスラリー注入量との関係を示すグラフである。
この図に示すように、例えば１２ｍの深さまで掘削し全注入量を２４リッターとしたら、１ｍ掘削する毎に約０．５リッターのスラリーを注入することが適性であることが分かる。この関係を、例えばテーブルデータ化したものが基準値テーブルデータ４６であって、記憶装置１１に記憶されている。

図６は無制御時の掘削深度と実際のスラリー注入量との関係を示すグラフである。
従来のように、スラリーが一定時間に一定量ずつ供給されるように制御しながら掘削をしていくと、掘削深度とスラリー注入量との関係が図のようになる。地盤が柔らかい場合には比較的速く掘削が進む。地盤が固いと掘削速度が遅くなる。従って、図のＰの区間でスラリー濃度が低くなり、図のＱの区間でスラリー濃度が高くなるというように、スラリー濃度に変動が生じる。掘削してみないと地盤の固さなどが予測できないから、掘削速度に追従してスラリー供給量を制御するといったフィードバック制御は不向きである。

図７は地盤の柱状改良工事方法の各種パタンを示す説明図である。
図２を用いて説明したように、柱状改良工事装置は、下端近傍にバイト２０と攪拌羽根２２とを取り付けた掘削ドリル１８を回転させながら、バイト２０により地盤２４を垂直下方に掘削する。土砂２６を細かく破砕すると同時に、セメント系固化剤からなるスラリー２８を掘削ドリル１８の下端から地盤２４に注入して、土砂２６とスラリー２８とを攪拌羽根２２で攪拌し混練する。この掘削中に、スラリー２８の合計注入量と、掘削深度との関係を、適正値と比較する。

図のＸは掘削深度を棒グラフで示したものである。図のＹはスラリー注入量を棒グラフで示したものである。図のＺは掘削ドリル１８の昇降運動の軌跡を示したものである。掘削深度とスラリー注入量の棒グラフが等長のときは、適正値である。図のＲは攪拌羽根の回転数である。掘削深度と回転数の棒グラフが等長のときは、適正値である。この図では、３種類の再攪拌パタンを例示した。図の（ａ）の第１パタンでは、例えば、１ｍの深さだけ掘削をしたところ、スラリー注入量が１ｍ分の適正値と比較して不足していることが分かった。そこで、図の深度１ｍまで掘削をした後掘削ドリル１８を昇降させて、ハッチングに相当する不足分のスラリーを追加注入しながら、この範囲を再攪拌している。

図の（ｂ）の第２パタンでは、例えば、１ｍの深さだけ掘削をしたところ、スラリーの供給量が過剰になった。この供給量は、１ｍ２０ｃｍまで掘削をした分に相当する。そこで、１ｍ２０ｃｍまで掘削をし、その後掘削ドリル１８を昇降させて攪拌をしている。即ち、スラリー２８の合計注入量と掘削深度との関係が適正値になる深度まで掘削してから再攪拌をする。上記いずれの場合にも、全体として均一にスラリー２８が注入された柱状地盤２４ができる。

図７（ｃ）のパタンは、攪拌羽根２２の回転数が閾値以下、即ち、適正値以下のときの再攪拌動作を示す。例えば、１ｍの深さだけ掘削をして、スラリーの供給量も適切であったとする。しかし、攪拌羽根２２の回転数が閾値以下を示したときは、この１ｍの範囲で、掘削ドリル１８を昇降させて少なくとも該当回転数まで攪拌羽根２２を回転させるように再攪拌をする。地盤２４が硬い部分で攪拌速度が上がらず攪拌が不十分なとぎ再攪拌をして攪拌回数を補充する。

図の（ｄ）には、上記のパタンを組み合わせて１２ｍほど掘削をした例を示す。最初と３番目は（ａ）に示した第１パタン、２番目は第２パタン、４番目は第４パタンである。再攪拌をしていない部分は、スラリーの供給量も攪拌羽根２２の回転数も適切であったところである。このように、掘削中に掘削深度とスラリーの供給量と攪拌羽根の回転数を監視して、適正値でなければ、短い範囲で再攪拌をすることで、十分な強度の柱状地盤を形成できる。

図８は柱状地盤の径方向のスラリー濃度分布説明図である。
図３や図４で例示したような構造の掘削ドリル１８を使用すると、掘削ドリル１８の下端の回転軸部分にあるノズル２９からスラリーが供給されるので、柱状地盤を径方向に見たとき、スラリー濃度が中心ほど高くなる。図の（ａ）に示したのは柱状地盤の断面図で、その上にスラリー濃度と径方向の位置との関係を示した。柱状地盤の径方向の強度も同様の分布になる。もっと十分に攪拌をすると、スラリー濃度は径方向にほぼ均一になる。

このように、柱状地盤の径方向の強度分布を、スラリーの濃度分布を制御することにより、任意に設定できる。例えば、最深部まで掘削をした後、バイト２０を逆回転させて、掘削ドリル１８を上昇させる。そのとき、スラリー２８を掘削ドリル１８の下端から地盤２４に注入しながら掘削ドリル１８を上昇させる。こうすると、柱状地盤２４の軸部に集中的にスラリー２８の注入量が多くなる。これにより、図８の（ｂ）に示すように、軸部が他の部分に比べて十分に硬い柱状地盤２４が得られる。

図９は実施例３の掘削ドリルの下端近傍斜視図である。
図の（ａ）の例では、攪拌羽根２２の下側に、中心部から放射方向に延びる溝６２が設けられている。スラリーは、掘削ドリル１８の軸孔７０を伝わって、掘削ドリル１８の図示しない横孔から攪拌羽根２２の溝６２に流れ込む。これにより、スラリーは溝６２の各部から溢れるように地盤に向かって注入される。図４では、掘削ドリル１８の下端のノズル２９からスラリーが吐出する例を説明した。これに比べると、溝６２を利用してスラリーを柱状地盤の径方向に広く注入できるから、スラリーの偏りを防止できるという効果がある。なお、溝６２は全ての攪拌羽根２２に設けてもよいし、一部の攪拌羽根２２に設けても構わない。また、バイト２０の下側に設けても構わない。要求される柱状地盤２４の特性に応じて選定するとよい。

図１０の（ａ）は実施例４の掘削ドリルの下端近傍斜視図で、（ｂ）はその一部を矢印Ａ方向から見た斜視図、（ｃ）は下端部縦断面図である。
図のように、この掘削ドリル１８の下端には、側面に刃部６５を有するバイト６４が固定されている。バイト６４は、刃部６５を利用して回転しながら地盤を切削する機能を持つ。このバイト６４の下側に、図の（ｂ）に示すように縦溝６７を設ける。縦溝６７には、複数の横溝６８が設けられている。また、図の（ｃ）に示すように、掘削ドリル１８の軸孔７０は、掘削ドリル１８の側壁の窓を通じて縦溝６７と連通している。即ち、スラリーは軸孔７０を通じて供給されて、縦溝６７に向けて吐出される。スラリーは縦溝６７に沿って放射方向に送られるが、横溝６８により径方向の各所に分散されるように地盤に注入される。スラリーは閉所で固化すると掃除し難く、詰まりの原因にもなる。実施例３や４のように、下側に向いた溝に沿って送り出せば、溝で固化したスラリーは除去し易く、振動等により自動的に掃除されるという効果がある。なお、掘削ドリル１８の側壁の窓から異物が入り込むとここでスラリーが固化する恐れもある。その場合には、掘削ドリル１８の側壁の窓の部分に逆止弁を設けてスラリーの吐出のみを許容する構造にしてもよい。

図１１は本発明の装置の主要動作フローチャートである。
以下、本発明の柱状改良工事装置に搭載された、コンピュータプログラムの実施例を説明する。図１１はそのメインルーチンである。まず、ステップＳ１１で自動運転制御部３０が掘削開始処理をし、ドリル昇降制御手段３２がドリル回転駆動装置１４やドリル昇降装置１６を起動する。ステップＳ１２でスラリー注入量制御手段３４がスラリー注入装置１７を起動して、スラリーの注入を開始する。

次に、ステップＳ１３で、スラリー注入量検出器４４を動作させてスラリー合計注入量Ｖの測定をする。ステップＳ１４では、スラリー注入量表示データ４８を記憶装置１１に記憶させて、表示装置６０にスラリー合計注入量Ｖの表示をする。ステップＳ１５では、掘削深度検出器４２を動作させて掘削深さＤの測定をする。ステップＳ１６では、掘削深度表示データ５０を記憶装置１１に記憶させて、表示装置６０に掘削深さＤの表示をする。ここで、ステップＳ１７で、再攪拌パタン選択手段３６が記憶装置１１に記憶された基準値テーブルデータ４６を参照する。そして、ステップＳ１８で、スラリー合計注入量Ｖが不足しているかどうかという判断をする。

この判断の結果がイエスのときはステップＳ１９の処理に移行し、ノーのときはステップＳ２０の処理に移行する。ステップＳ１９では第１パタンが選択され、図１２で説明する処理を実行する。ステップＳ２０では、スラリー合計注入量Ｖが過剰かどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときはステップＳ２１の処理に移行し、ノーのときはステップＳ２２の処理に移行する。ステップＳ２１では第２パタンが選択され、図１３で説明するで処理を実行する。ステップＳ２２で現在の掘削深度を読み取り、ステップＳ２３で目標深さまで掘削をしたかどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときはステップＳ１２の処理に戻る。ノーのときは掘削を終了する。

図１２は、第１パタンの処理動作フローチャートである。
ステップＳ３１で第１パタンの処理を開始する。ステップＳ３２では、掘削の一時停止をする。ステップＳ３３で、再攪拌パタン選択手段３６は、再攪拌範囲を決定し、図７（ａ）で説明した再攪拌パタンをドリル昇降制御手段３２に通知する。ステップＳ３４で、再攪拌パタン選択手段３６は、不足分のスラリー量を計算して、スラリー注入量制御手段３４に通知する。ステップＳ３５で、ドリル昇降制御手段３２の制御によりドリル回転駆動装置１４とドリル昇降装置１６が動作し、再攪拌範囲を昇降攪拌する。スラリー注入量制御手段３４の制御によりスラリー注入装置１７が動作して不足分のスラリーを注入する。これで、該当範囲のスラリーの供給量が適正化される。ステップＳ３６では、掘削を再開してメインルーチンに戻る。

図１３は、第２パタンの処理動作フローチャートである。
ステップＳ４１で第２パタンの処理を開始する。ステップＳ４２では、再攪拌パタン選択手段３６が記憶装置１１の基準値テーブルデータ４６を参照して、既に供給されたスラリーの量に見合った適正掘削深さを算出する。ステップＳ４３では、再攪拌パタン選択手段３６がドリル昇降制御手段３２に通知してドリル回転駆動装置１４とドリル昇降装置１６を駆動し、適正掘削深さまで掘削をする。ステップＳ４４では、掘削の一時停止をする。ステップＳ４５で、再攪拌パタン選択手段３６は、再攪拌範囲を決定し、図７（ｂ）で説明した再攪拌パタンをドリル昇降制御手段３２に通知する。ドリル昇降制御手段３２の制御によりドリル回転駆動装置１４とドリル昇降装置１６が動作し、再攪拌範囲を昇降攪拌する。これで、該当範囲のスラリーの供給量が適正化される。ステップＳ４６では、掘削を再開してメインルーチンに戻る。

図１４は、第３パタンの処理動作フローチャートである。
第３パタンでは、第１パタンと第２パタンとは異なるパラメータを使用するので、図１０で説明したメインルーチンとは別に独立して動作するプログラムを使用する。まず、ステップＳ５１では、第３パタンの処理を開始する。これにより再攪拌パタン選択手段３６の監視動作が開始される。ステップＳ５２では、適切なタイミングで周期的にスラリー注入量検出器４４の検出するスラリーの供給量を取得する。同様にして、ステップＳ５３では、掘削深度検出器４２の検出する掘削深度を取得する。ステップＳ５４で、再攪拌パタン選択手段３６は、両者を比較して基準値テーブルデータ４６を参照し、スラリーは適量かどうかという判断をする。

この判断の結果がノーのときはそのまま待機し、イエスのときはステップＳ５５の処理に移行する。ノーのときは、図１１のルーチンで、図１２または図１３の処理がなされる。ステップＳ５５では、ドリル回転検出器４０の検出する攪拌回数を取得する。ステップＳ５６で、再攪拌パタン選択手段３６は、攪拌回数が閾値以上かどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときはステップＳ５９の処理に移行し、ノーのときはステップＳ５７の処理に移行する。ステップＳ５７では、再攪拌パタン選択手段３６が図７の（ｃ）で説明した再攪拌範囲をドリル昇降制御手段３２に通知する。ステップＳ５８で、ドリル昇降制御手段３２の制御によりドリル回転駆動装置１４とドリル昇降装置１６が動作し、再攪拌範囲を昇降攪拌する。なお、地盤が以上に硬い等のトラブルがなければ、再攪拌で確実に攪拌回数が適正値以上にされるものとして制御をした。これで、該当範囲の地盤の強度が確保される。ステップＳ５９では、掘削を再開してメインルーチンに戻る。

図１５は掘削処理の結果を表示装置に表示した例を示す。
上記の処理は全て自動制御される。即ち、自動制御でスラリー濃度や攪拌回数が平準化される。その結果がこの図のように表示される。掘削深度ごとに攪拌回数とスラリー濃度とを表示して、適正値と比較をしている。攪拌回数やスラリー濃度がやや不足した場合、適量な場合、やや過剰な場合、過剰な場合というように色分けをして、見やすくしている。色分け方法は任意である。ここでは、無着色の場合に適切であるとしている。図１５の例は、上記の自動制御をしなかった場合の表示である。この例では、深さ０．５ｍまでの範囲で回転数がやや不足し、深さ０．５ｍから１．０ｍの範囲でスラリー濃度がやや不足している。上記の実施例のような自動制御に成功すると、着色された部分は全く無くなる。その結果を印刷して、適正に工事が行われたという報告書を作成するとよい。

なお、上記の演算処理装置で実行されるコンピュータプログラムは、機能ブロックで図示した単位でモジュール化されてもよいし、複数の機能ブロックを組み合わせて一体化されてもよい。また、上記のコンピュータプログラムは、既存のアプリケーションプログラムに組み込んで使用してもよい。本発明を実現するためのコンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して、任意の情報処理装置にインストールして利用することができる。

実施例１の装置の機能ブロック図である。 実施例１の柱状改良工事装置の外観側面図である。 掘削ドリル下端のバイトと攪拌羽根の一例を示す斜視図である。 ストッパアームの機能説明図である。 掘削深度と適正なスラリー注入量との関係を示すグラフである。 無制御時の掘削深度と実際のスラリー注入量との関係を示すグラフである。 地盤の柱状改良工事方法の各種パタンを示す説明図である。 柱状地盤の径方向のスラリー濃度分布説明図である。 実施例３の掘削ドリルの下端近傍斜視図である。 実施例４の掘削ドリルの下端近傍斜視図である。 本発明の装置の主要動作フローチャートである。 第１パタンの処理動作フローチャートである。 第２パタンの処理動作フローチャートである。 第３パタンの処理動作フローチャートである。 掘削処理の結果を表示装置に表示した例を示す。

符号の説明

１０ 演算処理装置
１１ 記憶装置
１２ 運転装置
１４ ドリル回転駆動装置
１６ ドリル昇降装置
１７ スラリー注入装置
１８ 掘削ドリル
２０ バイト
２２ 攪拌羽根
２４ 地盤
２６ 土砂
２８ スラリー
２９ ノズル
３０ 自動運転制御部
３２ ドリル昇降制御手段
３４ スラリー注入量制御手段
３６ 再攪拌パタン選択手段
３８ 入出力インタフェース
４０ ドリル回転検出器
４２ 掘削深度検出器
４４ スラリー注入量検出器
４６ 基準値テーブルデータ
４８ スラリー注入量表示データ
５０ 掘削深度表示データ
５２ バイト回転数表示データ
６０ 表示装置

Claims (5)

1. 下端近傍にバイトと攪拌羽根とを取り付けた掘削ドリルを回転させながら、前記バイトにより地盤を垂直下方に掘削し、土砂を細かく破砕すると同時に、セメント系固化剤からなるスラリーを前記掘削ドリルの下端から地盤に注入して、前記土砂と前記スラリーとを前記攪拌羽根で攪拌し混練する装置において、
   掘削中に前記スラリーの合計注入量を表示するスラリー注入量表示装置と、
   掘削深度を表示する掘削深度表示装置と、
   自動運転制御部を備え
   この自動運転制御部は、
   前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が前記範囲の適正値と比較して不足しているときは、前記範囲で掘削ドリルを昇降させて、不足分のスラリーを追加注入しながら、前記範囲を再攪拌し、
   前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が前記範囲の適正値と比較して過剰になったときは、スラリーの合計注入量と掘削深度との関係が適正値になる深度まで、スラリーを注入せずに掘削をしてから、スラリーの注入量が過剰になった前記範囲の始めからスラリーを注入せずに掘削をした前記深度まで掘削ドリルを昇降させて再攪拌し、
   前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が適正値であって、攪拌羽根の回転数が適正値以下のときには、前記範囲で掘削ドリルを昇降させて少なくとも該当回転数まで攪拌羽根を回転させるように再攪拌をする制御を実行することを特徴とする地盤の柱状改良工事装置。
2. 請求項１に記載の地盤の柱状改良工事装置において、
   前記自動運転制御部は、
   最深部まで掘削をした後、前記バイトを回転させて、前記スラリーを前記掘削ドリルの下端であって、掘削ドリルの回転軸部分から地盤に注入しながら前記掘削ドリルを上昇させて、掘削ドリルを引き抜いて、
   掘削ドリルにより掘削された地盤にセメント系固化剤からなるスラリーが注入され攪拌されて固化した柱状部であって、その軸部のスラリー濃度が周辺部よりも高くなるようにして固化された柱状地盤を形成するように制御を実行することを特徴とする地盤の柱状改良工事装置。
3. 下端近傍にバイトと攪拌羽根とを取り付けた掘削ドリルを回転させながら、前記バイトにより地盤を垂直下方に掘削し、土砂を細かく破砕すると同時に、セメント系固化剤からなるスラリーを前記掘削ドリルの下端から地盤に注入して、前記土砂と前記スラリーとを前記攪拌羽根で攪拌し混練する装置の自動運転制御用コンピュータを、
   掘削中に前記スラリーの合計注入量を表示するスラリー注入量表示手段と、
   掘削深度を表示する掘削深度表示手段と、
   前記スラリーの合計注入量と掘削深度との関係を適正値と比較する手段と、
   自動運転制御部のコンピュータを、
   前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が前記範囲の適正値と比較して不足しているときは、前記範囲で掘削ドリルを昇降させて、不足分のスラリーを追加注入しながら、前記範囲を再攪拌し、
   前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が前記範囲の適正値と比較して過剰になったときは、スラリーの合計注入量と掘削深度との関係が適正値になる深度まで、スラリーを注入せずに掘削をしてから、スラリーの注入量が過剰になった前記範囲の始めからスラリーを注入せずに掘削をした前記深度まで掘削ドリルを昇降させて再攪拌し、
   前記掘削ドリルがある範囲だけ掘削をして、スラリーの注入量が適正値であって、攪拌羽根の回転数が適正値以下のときには、前記範囲で掘削ドリルを昇降させて少なくとも該当回転数まで攪拌羽根を回転させるように再攪拌をする制御を実行する手段として機能させる地盤の柱状改良工事装置制御プログラム。
4. 請求項３に記載の地盤の柱状改良工事装置制御プログラムにおいて、
   前記自動運転制御部のコンピュータを、さらに、
   最深部まで掘削をした後、前記バイトを回転させて、前記スラリーを前記掘削ドリルの下端であって、掘削ドリルの回転軸部分から地盤に注入しながら前記掘削ドリルを上昇させて、掘削ドリルを引き抜いて、
   掘削ドリルにより掘削された地盤にセメント系固化剤からなるスラリーが注入され攪拌されて固化した柱状部であって、その軸部のスラリー濃度が周辺部よりも高くなるようにして固化された柱状地盤を形成する制御を実行する制御手段として機能させることを特徴とする地盤の柱状改良工事装置制御プログラム。
5. 請求項３または４に記載の地盤の柱状改良工事装置制御プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

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