JP5495660B2 - 締め固め機 - Google Patents

Description

本発明は、締め固め機に係り、例えば、地中に埋設される管路の埋め戻し材の締め固めに用いる締め固め機に関する。

例えば、地中に埋設される管路は、掘削した地中溝内に１本又は複数本の管を配設し、土や砂等の埋め戻し材を充填することが行われている。この作業において、埋め戻し材の締め固めが不十分だと、特に道路舗装面では不等沈下が発生する場合があるため、スコップや突き棒、又は水締めによる締め固め、あるいは、転圧板等を用いた締め固め機による締め固め作業が行われる。締め固め作業は、水締めによる方法が最も効果的であると考えられているが、地山の条件によっては不適当な場合もあり、多様な条件下での埋め戻し材の締め固め方法としては有効ではない。

一方、締め固め機としては、特許文献１に記載の転圧板の振動を埋め戻し層表面に与えて締め固めを行うタンピングランマー、また、掘削した地中溝内に配設された複数本の管と管の間の埋め戻し層表面に振動を与えて締め固めを行うバイブロタンパー等がある。

特開２００１−３３１０号公報

しかし、特許文献１のタンピングランマーは、管上側の埋め戻し層のような広い領域の締め固めには適するが、複数本の管を並べて、多段にして埋設する場合において、左右の管と管の間の埋め戻し層のような狭い領域の締め固めには適さない。すなわち、振動を与えて締め固める原理は、埋め戻し材の粒子相互の接触部分に振動を与えて粒子を流動させ、粒子間の空隙に細かな粒子を充填して空隙率を小さくすることにある。また、埋め戻し層内に空気溜まりが形成されている場合は、その空気溜まりの周囲の埋め戻し材に振動を与え、流動性を高めて空気溜まり部に埋め戻し材を流し込むとともに、空気溜まりの空気を埋め戻し層を介して表面に導いて抜き出すことにある。

一方、バイブロタンパーは、振動板の幅が左右の管と管の間よりも狭く形成されているから埋め戻し層の表面のみから振動を与えても、左右の管と管の間の埋め戻し層に対して締め固め効果がある。しかし、管の下側の埋め戻し層には締め固め効果が及びにくい。

つまり、管の下側には埋め戻し材が入り込みにくいため、空気溜まりが形成され、空気溜まりの周囲の埋め戻し材に効果的に振動を与えなければ、空気溜まりに埋め戻し材を充填して十分に締め固めることができない。上述したように、タンピングランマー及びバイブロタンパー等従来の締め固め機は、管の下側の埋め戻し材に効果的に振動を与えることができず、十分な締め固め効果を得るために、作業時間がかかるという問題があった。

このような問題は、埋め戻し層に限らず、一定の深さを有する充填層内の空気溜まりを除去する場合にも問題となる。

本発明が解決しようとする課題は、一定の深さを有する充填層に流動性を与えて空気溜まりを除去し、かつ、空気を抜けやすくすることにより締め固めを短時間で行うことができる締め固め機を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、回転軸に振り子が連結されてなる振動モータと、該振動モータに着脱可能に固定された振動板と、振動モータを保持する操作用のハンドルとを備えてなる締め固め機において、振動板は中空、かつ、矩形状に形成され、該矩形状の一辺部に前記振動モータが着脱可能に固定されてなることを特徴とする。

本発明の締め固め機を埋め戻し層の締め固めに使用した場合、振動板の振動によって、埋め戻し層の流動性が高くなるので、埋め戻し層の深さ方向に振動板を挿し込むことができる。差し込まれた振動板は、振動板下方向（縦方向）と振動板の板面に直交する方向（横方向）の埋め戻し材に振動を与える。このように、振動板周囲の埋め戻し材に振動を与えることができるので、例えば管のような埋設物の下側の埋め戻し層にも効果的に振動を与えることができる。これにより、埋め戻し材の流動性を高めて効率よく締め固めを行うことができ、短時間で締め固めを行うことが可能となる。また、振動によって埋め戻し層中に挿し込むことができるので、締め固め機の自重を重くする必要がない。

本発明は、特に、複数本の管を並列かつ多段に配設する多条管の管と管の間の埋め戻し層の締め固めに適する。また、振動板を管と管の間に挿し込んで使用すれば、左右の管と管の間の埋め戻し層及び管の下側の埋め戻し層の締め固めができる。

この場合において、振動板を、板面が振動モータの回転軸と直交するように設けることもできる。これにより、振動モータの振動を、埋め戻し層中で締め固め機を前進後退（振動モータの回転方向を切り替える）させることに利用できるので、作業効率がよくなる。また、ハンドルと振動モータとの間に免振機構を設けることもでき、これにより、ハンドルの振動を抑制することができるので、作業がしやすくなる。また、振動音も抑制できる。

また、振動板の矩形状の、振動モータが固定された一辺部に対向する一辺部に、板面が振動板の板面と直交する着脱可能な転圧板を設けることもできる。これにより、振動板によって狭い領域及び埋設物下側の締め固めを、転圧板によって広い領域の締め固めを切り換えて行うことができる。

また、振動板は、その板厚を２０ミリメートルから１００ミリメートルまでの中から選択して構成することもできる。中空とすることで重量を軽くでき、作業効率がよくなる。また、一般に、多条管の左右の管と管の間隔は８０ミリメートルなので、板厚は４０ミリメートル程度を選択することが好ましい。なお、振動板は、金属製、あるいは樹脂製とすることができる。

本発明によれば、空気溜まりに埋め戻し材を充填させ、かつ、空気を抜けやすくすることにより締め固めを短時間で行うことができる締め固め機を提供することができる。

（ａ）は、振動板の板面の正面図であり、（ｂ）は、側面図である。 （ａ）は、地面の掘削後に管を配管し、埋め戻し材で埋め戻しを行った後の埋め戻し部分の平面図であり、（ｂ）は、締め固め機２の使用箇所における断面図である。 （ａ）は、検証試験において、地面の掘削後に管を配管し、埋め戻し材で埋め戻しを行った後の埋め戻し部分の平面図であり、（ｂ）は、締め固め機２の使用箇所における断面図である。 （ａ）は、転圧板を備えた締め固め機の振動板の板面の正面図であり、（ｂ）は、側面図である。

以下、本発明を適用してなる締め固め機の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図１に示すように、締め固め機２は、振動モータ４と、振動モータ４に固定された振動板６と、振動モータ４を保持する操作用のハンドル８と、ハンドル８と振動モータ４との間の免振機構１０とを備えて構成されている。

振動モータ４は、円筒状のケーシング４ａに収納され、回転軸に振り子が固定され、モータの回転により振り子が軸周りに回転可能にされている。また、ケーシング４ａの筒表面には、固定座４ｂ及び振動板固定座４ｃが互いに反対側に固定されている。

ハンドル８は、支持パイプ８ａの一端に中空の取っ手８ｂを直交させて固定されてなり、支持パイプ８ａの他端には、免振機構１０が連結されている。免振機構１０は、支持パイプ８ａの他端に固定された板材を折り曲げてコの字型に形成された固定部１０ａと、振動モータ４の固定座４ｂの板面に起立させて対向して設けられた２枚の防振ゴム固定板１０ｂとで２つの防振ゴム１０ｃを挟持して構成されている。防振ゴム１０ｃは、固定部１０ａと防振ゴム固定板１０ｂに対応させて形成されたボルト穴に固定ボルトを挿通してナットにより固定されている。各板は、鋼板である。

コード１２は、支持パイプ８ａ及び取っ手８ｂ中に収納されており、取っ手８ｂに設けられた振動モータ４をオンオフするスイッチ１６を通るようになっている。また、コード１２の取っ手８ａから出た一端にはプラグ１４が接続され、支持パイプ８ａ下部から出た他端には、振動モータ４が接続されるようになっている。なお、プラグ１４はインバータを介して電源から電力供給を受けるようになっている。

本実施形態の特徴部である振動板６は金属製で中空、かつ、矩形状に形成されている。矩形状の一辺部にはモータ固定座６ａが固定されている。モータ固定座６ａと振動板固定座４ｃには、対応する位置に複数のボルト穴が形成され、ナット２０及びボルト２２で着脱可能に固定されている。また、振動板６の板面は、図１（ｂ）では紙面に垂直な振動モータ４の回転軸と直交するように設けられている。

ここで、本実施形態の締め固め機２の使用方法及び作用について図２を用いて説明する。なお、図２は説明のための一例であり、締め固め機２は簡略化して図示している。作業者は、締め固め機２の振動板６の下端を管２４間の埋め戻し層の表面に当接させる。次に、スイッチ１６をオンして、振動モータ４を駆動させることにより、振動板６が振動して、埋め戻し材２６に振動が付与されてその流動性が高くなり、振動板６は自重等により埋め戻し層の深さ方向に挿し込まれる。作業者は、挿し込まれた振動板６を、管２４に平行に前進後退させることにより締め固めを行う。

このとき、振動板６は、矢印Ａ、Ｂ方向の埋め戻し層の埋め戻し材２６に対し振動を与える。この振動により、埋め戻し材２６の粒子相互の接触部分に振動を与えて粒子を流動させ、粒子間の空隙に細かな粒子を充填して空隙率を小さくする。また、埋め戻し層内の空気溜まりの周囲の埋め戻し材２６が振動することで流動性が高まり、空気溜まり部に埋め戻し材２６を流し込むとともに、空気溜まりの空気を埋め戻し層を介して表面に導いて抜き出すことができる。これにより、埋め戻し層を締め固めることができる。主として矢印Ａ方向の振動により、締め固め機２下側の埋め戻し層が締め固められ、矢印Ｂ方向の振動により、管２４下側の埋め戻し層が締め固められる。

ここで、締め固め機による実証試験と試験結果について説明する。実証試験で使用した締め固め機は、締め固め機２の振動モータ４の振動板固定座４ｃに万力チャックを取り付け、振動板６として角鋼板を挟み込んで固定したものであり、免振機構１０は備えていない。以下、この締め固め機を締め固め機３とする。

角鋼板は、中空であり、地面の深さ方向を縦、地面に平行で、振動モータ４の回転軸と直交する方向を横とすると、縦３５０ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ４０ｍｍで、重さは、約４ｋｇである。締め固め機３の総重量は約２０ｋｇである。振動モータ４は、出力３００ｗ、電圧４８Ｖ、電流８Ａ、周波数２００Ｈｚ、極数４、振動数６０００Ｈｚのものを用いた。なお、ＡＣ１００Ｖ電源を使用しているので、電源とプラグ１４との間に図示しないインバーター１００Ｖ／４８Ｖを設けている。

締め固め機３との比較対照として、従来の締め固め方法であるバイブロタンパー、突き棒、水締めによる締め固め検証を同時に行った。検証内容は、管周り埋め戻し材２６の充填、締め固め度の確認、締め固め時間（転圧時間）の検証、確認である。試験では、図３に示すような多条管路工事を想定し、９本の電力管（図３では管２４）ＨＩＰφ１２５を３条３段に配管する。

検証準備として、幅１．２ｍ、延長６ｍ、深０．９２ｍの掘削を行い、掘削完了後、底面の不陸整正、公知のプレートによる転圧を行った。次に、検証作業として、まず、多条管の２段目まで配管を行い、３段目の管台２８を設置し、埋め戻しを行う（作業１）。管台２８は、３本の管２４を平行に載置するための窪みを等間隔に有する台であり、配管方向に一定の間隔で設置される。本実施形態では、管２４の間隔３０は、８ｃｍとなっている。実際の作業では、１段ずつ配管、埋め戻し、締め固めを行う。

次に、それぞれ検証工具を用いて、管２４両脇及び管２４の間の締め固めを行う（作業２）。締め固めは、管２４に沿って１往復行う。さらに、３段目の配管を行い、３段目の管２４上まで埋め戻しを行う（作業３）。

検証工具を用いて、再度、管２４両脇及び管２４間の埋め戻し層の締め固めを行う（作業４）。締め固め後、管２４上３００ｍｍまで埋め戻しを行い、路床の不陸整正を行い、公知のプレートにて転圧を行う（作業５）。

転圧終了後、土研式貫入試験機を設置して測定を行う（作業６）。測定は左右の管２４の中間で両端の中心の計測点Ｃ及び計測点Ｃから両端に１．５ｍ離れた計測点Ｄ、Ｅにおいて行う。なお、水締めによる実証試験については、管２４上３００ｍｍまで埋め戻しを行い、突き棒にて管２４両脇及び管２４間の締め固めを行って作業５を行った。

ここで、土研式貫入試験とは、旧建設省土木研究所において考案されたもので、重錘の打撃回数と貫入量との関係から、路床、路盤の相対的支持力強度を測定できるもので、締め固め試験に用いられる一般的な試験である。表１に、それぞれの締め固め所要時間と土研式貫入試験器による貫入打撃数平均を示す。貫入打撃数平均とは、重錘が一定の深さまで貫入するまでに要した打撃回数であり、打撃回数が多いほどよく締め固められていることを示す。表１は１０ｃｍ貫入するまでの打撃回数を示す。

ここで、埋め戻し材の路床としての施工管理基準は、現場ＣＢＲ値６％（ＴＡ＝１２）以上と規定されている（舗装構成としてはＡｓ＝５ｃｍ、鉱さい＝１５ｃｍである）。現場ＣＢＲ値とは、路床、路盤の支持力を表す指標である。現場ＣＢＲ値と土研式貫入試験の貫入打撃数平均との関係は相関しており、貫入打撃数平均より現場ＣＢＲが推定される。表２にその相関関係を示す。

表１によると、締め固め機３での締め固めでの貫入打撃数平均が１４．１であるので、表２から、現場ＣＢＲ値６％以上と判定できる。表１から分かるように、締め固め機３での締め固めが現場ＣＢＲ値６％以上となる唯一の方法であり、他の従来の方法では、現場ＣＢＲ値６％以上に達しなかった。また、締め固め所要時間も、最も締め固め効果が期待できる水締めの半分以下という結果であった。この検証結果から、締め固め機３での埋め戻し材２６の締め固めが特に有効であるということができる。また、実証試験において、管２４下側の埋め戻し層の固さを確認したが、締め固め機３によれば、管２４下側の埋め戻し層の締め固めにも効果があることが分かった。

以上説明したように、本実施形態によれば、振動板６の振動によって、埋め戻し層の流動性が高くなるので、埋め戻し層の深さ方向に振動板６を挿し込むことができる。差し込まれた振動板６は、図２の矢印Ａ方向と矢印Ｂ方向の埋め戻し材２６に振動を与える。このように、振動板６周囲の埋め戻し材２６に振動を与えることができるので、管２４のような埋設物の下側の埋め戻し層にも効果的に振動を与えることができる。これにより、埋め戻し材２６の流動性を高めて効率よく締め固めを行うことができ、短時間で締め固めを行うことが可能となる。また、振動によって埋め戻し層中に挿し込むことができるので、締め固め機２の自重を重くする必要がない。

また、従来のタンピングランマーのような工具の振動板は、縦方向の長さが短く、振動板板面を埋め戻し層表面に当接させて使用するので、埋め戻し層の縦方向の締め固めには有効であっても、横方向の締め固め効果は小さかった。さらに、埋め戻し層表面が締め固められ、締め固められた表面で振動が減衰されるので、埋め戻し層中にまで振動を効果的に与えることが難しかった。しかし、本実施形態の振動板６は、縦が３５０ｍｍあり、これを埋め戻し層中に挿し込んで使用するので、埋め戻し層中で縦及び横方向の振動を効果的に与えることができ、縦及び横方向の締め固め効果を上げることができる。

また、振動板６を、板面が振動モータ４の回転軸と直交するように設けたので、振動モータ４の振動を、埋め戻し層中で締め固め機２を前進後退（振動モータの回転方向を切り替える）させることに利用できるので、作業効率がよくなる。また、免振機構１０を設けたので、ハンドル８の振動を抑制することができ、作業がしやすくなる。また、振動音も抑制できる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は、これに限らず適宜構成を変更して適用することができる。例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、締め固め機２の振動板６の底部に転圧板３０をナット３２とボルト３４で着脱可能に固定することもできる。これによって、振動板６によって狭い領域及び管下側の締め固めを、転圧板３０によって広い領域の締め固めを切り換えて行うことができる。

また、本実施形態では、締め固め機２を多条管の埋め戻しで使用する場合について説明したが、１本の管の埋め戻しでも使用することができる。また、管のみならず、埋設物（地中占用物）の周囲の締め固めもすることができる。

また、本実施形態では、多条管の締め固めを１段ずつ行ったが、まとめて２段の締め固めを行うこともできる。例えば、表層から２段まとめて締め固めを行うとすると、振動板６の縦方向の長さを表層から２段目の管下側の埋め戻し層に届くくらいの長さにするのが好ましい。振動板６は着脱可能なので、数種類の長さの振動板６を用意し、適宜付け替えて使用することができる。

また、実証試験においては、振動板６として中空で厚さ４０ｍｍの角鋼板を用いたが、中実で厚さ２０ｍｍから１００ｍｍまでの角鋼板を用いることもできる。厚さは２０ｍｍより薄くてもよいが、振動を十分に与えられる程度の厚さであることが望ましい。

また、振動が十分に与えられるなら樹脂製で、中実又は中空であってもよい。特に、樹脂製で中空とすれば軽量になり、作業者が容易に取り扱えるので作業しやすくなる。また、振動板６の形状は、円形状でもよく、矩形状に限られない。また、振動モータ４の振動数は埋め戻し材の種類に応じて適宜変更してもよい。

また、本実施形態の締め固め機２は、防振ゴム１０ｃを固定する固定ボルトを回転軸として支持パイプ８ａが回転する可能性がある。これを防止するために、免振機構１０を、支持パイプ８ａの下端の固定部１０ａと、振動板固定座４ｃの両端近傍に起立させて対向した２枚のモータ側防振ゴム固定板とを形成し、固定部１０ａの対向する板の一方の板と１枚のモータ側防振ゴム固定板で２つの防振ゴムを狭持する構成とすることもできる。すなわち、固定部１０ａの対向する板の両外側に合計４つの防振ゴムが狭持される構成となる。なお、各板は鋼板であり、モータ側防振ゴム固定板には中央部にケーシング４ａを通すための穴があり、防振ゴムは、固定部１０ａとモータ側防振ゴム固定板に対応させて形成されたボルト穴に固定ボルトを挿通しナットにより固定する。免振機構１０をこのように構成することにより、モータ側防振ゴム固定板の板面方向から見た固定ボルトは２つとなるので、固定ボルトを回転軸として支持パイプ８ａが回転することがなくなり、安全に作業ができる。防振ゴムは４つ以上設けてもよく、固定部１０ａをロの字型に構成して強度を上げることもできる。

また、締め固め機２は、コンクリート打設時の空気抜きにも利用することができる。生コンクリート（生コン）に挿し込まれた振動板６の振動によって、生コン内に形成された空気溜まりの周囲の生コンに振動を与え、流動性を高めて空気溜まり部に生コンを流し込むとともに、空気溜まりの空気を生コン層を介して表面に導いて抜き出すことができる。

２ 締め固め機
４ 振動モータ
６ 振動板
８ ハンドル
１０ 免振機構
２４ 管
２６ 埋め戻し材

Claims (5)

1. 回転軸に振り子が連結されてなる振動モータと、該振動モータに着脱可能に固定された振動板と、前記振動モータを保持する操作用のハンドルとを備えてなる締め固め機において、
   前記振動板は中空、かつ、矩形状に形成され、該矩形状の一辺部に前記振動モータが着脱可能に固定されてなることを特徴とする締め固め機。
2. 前記ハンドルと前記振動モータとの間に免振機構が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の締め固め機。
3. 前記振動板は、その板厚が２０ミリメートルから１００ミリメートルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の締め固め機。
4. 回転軸に振り子が連結されてなる振動モータと、該振動モータに着脱可能に固定された振動板と、前記振動モータを保持する操作用のハンドルとを備えてなる締め固め機において、
   前記振動板は矩形状に形成され、該矩形状の一辺部に前記振動モータが着脱可能に固定され、板面が前記振動モータの回転軸と直交するように設けられたことを特徴とする締め固め機。
5. 前記振動板の矩形状の、前記振動モータが固定された一辺部に対向する一辺部に、板面が前記振動板の板面と直交する着脱可能な転圧板が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の締め固め機。

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