JP6499932B2 - 水中コンクリートのグリーンカット装置及びグリーンカット方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中コンクリート打設において水平打継ぎ目となるコンクリート面のレイタンス処理を人力で効率よく行えるようにした水中コンクリートのグリーンカット装置及びグリーンカット方法に関する。

コンクリートダムの堤体コンクリートのように大量のコンクリートを打設する場合、すでに打設され硬化が進行しているコンクリート面のレイタンス処理を行い、水平打ち継ぎ目でのコンクリート品質低下を防止することとしている。通常、レイタンス処理は、まだ十分固まっていないコンクリートの表面にウォータージェットを噴射したりブラシがけすることによってコンクリート表面を薄く削り取り、発生したずりを除去、回収する作業（以下、この作業をグリーンカットと呼ぶ。）となる。

通常の気中コンクリートのグリーンカットで発生したずりは水中ポンプによる吸い上げ、圧力水による押し流し等によって除去、回収を図っていた。作業の合理化のため、コンクリート面を自走しながら、これらの一連の作業を行うグリーンカット装置も提案されている（非特許文献１）。

また、水中コンクリートの打設作業においても同様に、グリーンカットを行う必要がある。この場合、すべての作業を水中で行う必要があるため、陸上からの操作でグリーンカットを行える処理装置も提案されている（特許文献１）。この処理装置は、陸上からの遠隔操作によって運転制御できる走行車両と、アームを介して走行車両に支持されたフード内に装備されたノズルと、ずりを陸上まで搬送して回収する排泥ホースとを有する。ノズルには、陸上に設置されたウォータージェット（高圧水）供給装置から高圧水が供給され、この高圧水が旋回するノズルからコンクリート面に噴射されることで未固化のコンクリート表面が削られる。発生ずりは排泥ホースを通じて陸上の貯水槽まで回収される。

上述の処理装置では水中カメラの映像を確認しながら走車両行やグリーンカットを遠隔操作するため、広いコンクリート面のグリーンカットは効率的に行えるが、形状が変化する場所や大きな段差や凹凸があるコンクリート面に適用することができない。そのような場所では、潜水士が水中で取り扱いできるグリーンカット装置が必要となる。

そこで、出願人はサンドポンプのインペラと連動し回転可能なブラシをポンプ下端に取り付けたグリーンカット装置を提案している。このグリーンカット装置によれば、ポンプ下端に設けられたブラシで未固化のコンクリート面を削り取り、ポンプに取り付けられたサクションホース等を介して発生ずりを陸上の貯槽に回収させることができる。

特開平４−９７０１８号公報

矢野口自工株式会社著作、製品紹介ホームページ、［online］、［平成２７年６月１日検索］、インターネット

ところが、サンドポンプを用いたグリーンカット装置では、本来ポンプのインペラを駆動させるモータにコンクリート面を削る機能を付加させるため、モータの過負荷による不具合の発生が予想される。そのため、ポンプ容量以上のモータを搭載することで大がかりな装置になるおそれがある。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、ブラシ等を駆動する装置に圧縮エアーを利用し、その排気エアーを利用して発生ずりを除去回収するようにしたコンパクトな水中コンクリートのグリーンカット装置及びグリーンカット方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の水中コンクリートのグリーンカット装置は、圧源から給気経路を介して供給された圧縮エアにより回転力を発生させる空圧駆動部と、該空圧駆動部の回転軸に回転可能に接続され、前記空圧駆動部を駆動して排気された排気エアを送気し、先端ノズルから噴射可能なロッドと、該ロッドの先端に支持された円板状プレートの板面に、グリーンカット対象の水中コンクリート面に先端が接触するブラシが取り付けられ、前記ロッドの回転に伴って前記円板状プレートが前記ロッド回りに回転するブラシユニットと、前記ロッドに保持され、前記ブラシユニット全体を覆うとともに、前記ブラシ側が開放され、前記水中コンクリート面に周縁が密接可能なフードと、該フードに排気開口を形成するように接続され、前記先端ノズルから噴射された前記排気エアを前記フード内から外部に排気する排気経路部とを備えたことを特徴とする。

前記グリーンカット装置を用いた水中コンクリートのグリーンカット方法は、前記ブラシ側が前記水中コンクリートの水平打ち継ぎ目に位置するように設置し、前記空圧駆動部から前記ロッドを介して付与された回転力により前記ブラシユニットの円板状プレートを回転させるとともに、前記先端ノズルから前記排気エアを噴射して前記水中コンクリートの水平打ち継ぎ目を前記フードで区画された空間内でグリーンカットし、前記空間内で発生したずり、濁水を、前記排気エアの気泡の対流に連行させて前記排気経路を介してエアリフトで水面上まで搬送させることを特徴とする。

前記空圧駆動部にエアツールを用いることが好ましい。これにより、圧縮エアのみを駆動源とした簡便で堅牢な装置を提供することができる。

前記ロッドは、前記空圧駆動部で発生した前記排気エアを前記先端ノズルまで送気可能な中空ロッドであることが好ましい。

水中で潜水士が前記グリーンカット装置を操作し、前記水中コンクリートの水平打ち継ぎ目をグリーンカットする方法が有効である。

本発明のグリーンカット装置の一実施形態による水中でのグリーンカット作業状態を示した説明図。 図１に示したグリーンカット装置の装置本体を示した正面図。 本発明のグリーンカット装置のブラシ及びフード部の構成例を示した部分拡大図。 本発明のグリーンカット装置のブラシの動作状態を示した部分斜視図。

以下、本発明の水中コンクリートのグリーンカット装置及びグリーンカット方法の実施するための形態として、以下の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明のグリーンカット装置の一実施形態を実施するための設備の構成及び潜水士による水中でのグリーンカットの作業状態を示した説明図である。同図に示したように、本発明のグリーンカット装置１０は、未固化状態の水中コンクリートの水平打ち継ぎ目１のレイタンス処理（グリーンカット）に使用される。装置本体の空圧駆動部１１には給気経路としての給気ホース３０を通じて陸上のコンプレッサ３１から高圧エアが供給されている。また、グリーンカット装置１０の装置本体のフード１５からは排気ホース３２が陸上まで延在し、排気ホース３２上端の開口端３２ａは貯槽３３に向けて支持固定されている。給気ホース３０にはグリーンカット装置１０の空圧駆動部１１の仕様にあった耐圧ホース（例えば径φ２５ｍｍ）が使用され、排気ホース３２には、φ５０ｍｍのサクションホースが使用されている。排気ホース３２はグリーンカット装置１０の先端ノズル２４（図２（ｂ））から噴出したエアに連行された濁水とずりとを上方に押し上げるエアリフト効果による排気経路として機能する（構成、作用は後述する）。なお、エアリフトによる濁水とずりの排出において、給気が不足するような場合には、潜水士３（図１）が作業時に装着している予備のエア供給装置の供給ホースをグリーンカット装置１０の予備系統（図示せず）に接続し、エアの補填を行うことが好ましい。

貯槽３３には、水中コンクリート面のグリーンカットによって発生したずり（固化セメントモルタル、細骨材、破砕された粗骨材）と濁水とが一時的に貯留される。その後、図示しない固液分離装置および水質浄化装置を用いて濁水中の細粒分の分離、濁水の浄化が行われる。

以上に述べたグリーンカット装置１０を用いた潜水士３によるグリーンカットは、エア供給用のコンプレッサ３１の能力にも拠るが、水深２０ｍまでの作業あるいはそれ以深での作業も想定している。その作業水深において未固化のコンクリートの水平打ち継ぎ目１を所定の範囲にわたりグリーンカットできるように、給気ホース３０、排気ホース３２の長さは図示しないホースドラム等で調整される（図１）。

図２（ａ）は、グリーンカット装置１０の装置本体および装置本体に接続された給気ホース３０、排気ホース３２の一部を示している。装置本体は、空圧駆動部１１と、空圧駆動部１１のチャック１２に固定されたロッド１３と、ロッド１３の先端に装着され、ロッド１３の回転力付与によって回転するブラシユニット２０と、ブラシユニット２０全体を覆うフード１５とを備えている。

本発明では、空圧駆動部１１の構成として、公知のエアツールが使用されている。エアツールは一般に、ロータを収容したシリンダ内に圧縮エアを供給してロータを所定回転数で回転軸を所定で回転させ、チャックに装着されたロッドに回転力、打撃力を付与し、対象物を削孔するドリル等として使用されるが、本発明ではこのエアツールのロッド回転機能を専ら利用している。本実施形態の空圧駆動部１１に使用したエアツールのロッド回転数は２００〜４００ｒｐｍ程度である。グリーンカット装置１０では、回転するブラシをコンクリート面に当接させてコンクリートを削る作業を行うため、そのときの回転負荷を考慮し、十分なトルクが得られる程度の回転数を設定することが好ましい。

空圧駆動部１１のチャック１２に装着するロッド１３は、先端のブラシユニット２０が偏心回転しない程度の剛性を有するような直径と材質であれば、削孔用の公知の中空ロッド１３を適宜転用加工して使用することができる。中空ロッド１３を用いることにより、空圧駆動部１１のモータ駆動に利用されたエアはロッド１３の先端から高圧を維持した状態で排気される。

本実施形態のブラシユニット２０とフード１５の構成について、図２（ｂ）、図４（ａ）を参照して説明する。ブラシユニット２０は図２（ｂ）に示したように、ロッド１３の軸心線と中心とが一致するように取り付けられた円形のベースプレート２１と、その下面に等角度間隔をあけて固着された４個のカップ状のブラシ２２からなる。ブラシ２２としては拠り鋼線をホルダ２３で束ねたブラシ部を有するカップブラシと呼ばれる既製品が利用されており、ホルダ２３の中心に設けられた取付孔（図示せず）を利用してベースプレート２１に交換可能にボルト固定されている。さらにブラシユニット２０全体がフード１５で覆われている。本実施形態では、フード１５は全体形状が円錐台形状をなす鋼板加工品からなり、上面板１５ａの中心位置をロッド１３が貫通している。ロッド１３貫通部には軸受リング１６が取り付けられ、ロッド１３と絶縁されている。このためロッド１３の回転の影響を受けないでブラシユニット２０を覆うことができる。上面板１５ａの一部には排気ホース３２の下端が接続されている。側面板１５ｂの下端全周にわたり止水板２６が取り付けられている。本実施形態では止水板２６は軟質合成ゴム製の帯状プレートが用いられている。

以上の構成からなるグリーンカット装置１０によるコンクリートの水平打ち継ぎ目のグリーンカットおよび発生ずりの回収作業について図１、図２各図を参照して説明する。

図１に示したように、潜水士３は打設されたコンクリート表面近くまで潜った状態でグリーンカット装置１０のブラシ２２がコンクリート表面に当接するようにグリーンカット装置１０を設置する。この状態では、すでにグリーンカット装置１０の空圧駆動部１１の開閉弁（図示せず）まで圧縮エアが供給されているが、回路は閉じている。そこで、装置の手許スイッチ１７をＯＮにすると、空圧駆動部１１のシリンダ内に圧縮エアが供給され、空圧モータ（図示せず）が回転し、空圧駆動部１１に装着されたロッド１３が回転し、ロッド先端のブラシユニット２０が、コンクリート表面にブラシ２２を当接した状態で回転する。潜水士３が十分な押圧力でブラシユニット２０をコンクリート表面に当接させているため、ブラシ２２はまだ十分硬化していないコンクリートを薄く削り取り、セメントモルタル、砂、細粒化した骨材が除去される。このとき空圧モータを回転させた排気エアは中空ロッド１３内を通り、ベースプレート２１の下面に形成された先端ノズル２４からコンクリート面に向かって十分な高圧で噴射され、多数の気泡となってフード１５内を対流するように充満する。この気泡の対流に連行されるように、コンクリート表面から削り取られたセメントモルタル、砂、破砕された骨材とそれらが混ざった濁水とがフード１５内を対流する。その状態で、排気されたエア（気泡）は排気ホース３２内を通じて水面まで上昇しようとする。このエアの上昇力が排気ホース３２内でエアリフトとして機能し、セメントモルタル、砂、破砕された骨材とそれらが混ざった濁水とが排気ホース３２を気泡とともに水面に向けて上昇する。そして図１に示したように、陸上の排気ホース３２の開口端３２ａからエアが放出されるとともに、エアリフトで水面上に運ばれてきたセメントモルタル、砂、破砕された骨材とそれらが混ざった濁水も開口端３２ａから貯槽３３内に排出される。このように本発明によれば、地上から供給された高圧エアによって水中の未固化コンクリートの水平打ち継ぎ目のグリーンカットを行えるとともに、グリーンカットで発生したずりや濁水を効率よく地上まで搬送して回収することができる。

ここで、フード１５とブラシユニット２０の変形例について、図３各図、図４各図を参照して説明する。図３（ａ）は排気ホース３２接続位置がもっとも高くなるようなフード１５形状とした変形例を示している。この形状のフード１５を用いることにより、ブラシユニット２０の先端ノズル２４から噴射されたエアの気泡が効率よくセメントモルタル、砂、破砕された骨材とそれらが混ざった濁水とを排気ホース３２に導くことができる。図３（ｂ）は、図４（ｃ）に示したように、ロッド１３の回転によりブラシユニット２０のベースプレート２１がロッド１３軸回りに回転（公転）するとともに、取り付けられた個々のブラシ２２も取付軸回りに回転（自転）するようになっている。このために、図３（ｂ）に示したように、ベースプレート２１の上面に伝達ボックス４０が配置され、内部に遊星ギア機構が収容されている。ロッド１３下端には太陽ギア４１が取り付けられ、各ブラシ２２の取付軸４２には太陽ギア４１と噛合する遊星ギア４３が取り付けられ、各取付軸４２間はキャリアプレート４５（図４ｃ）で位置保持されている。これによりロッド１３の回転により各ブラシ２２は自転するとともに、ロッド１３の軸周りを公転する。これによりコンクリート表面の削り取りを細かい状況まで設定して行うことができる。

一方、広いコンクリート面積に対応可能なグリーンカット装置１０では、図４（ｂ）に示したように、大きな直径のブラシ２２をベースプレート２１に１個だけ取り付けることもできる。このようにブラシ２２はサイズを適宜交換して使用することもできるし、ブラシが摩耗した場合にはブラシ２２ごと容易に交換することができる。

以上の説明では、空圧駆動部１１に既製品のエアツールを使用したが、空圧モータを搭載した専用の空圧駆動部を製作し、長めに設計したモータ回転軸にブラシユニット２０を直接取り付けることも可能である。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ グリーンカット装置
１１ 空圧駆動部
１３ ロッド
１５ フード
２０ ブラシユニット
２１ ベースプレート
２２ ブラシ
２４ 先端ノズル
３０ 給気ホース
３２ 排気ホース

Claims (5)

1. 圧源から給気経路を介して供給された圧縮エアにより回転力を発生させる空圧駆動部と、
   該空圧駆動部の回転軸に回転可能に接続され、前記空圧駆動部を駆動して排気された排気エアを送気し、先端ノズルから噴射可能なロッドと、
   該ロッドの先端に支持された円板状プレートの板面に、グリーンカット対象の水中コンクリート面に先端が接触するブラシが取り付けられ、前記ロッドの回転に伴って前記円板状プレートが前記ロッド回りに回転するブラシユニットと、
   前記ロッドに保持され、前記ブラシユニット全体を覆うとともに、前記ブラシ側が開放され、前記水中コンクリート面に周縁が密接可能なフードと、
   該フードに排気開口を形成するように接続され、前記先端ノズルから噴射された前記排気エアを前記フード内から外部に排気する排気経路部とを備えたことを特徴とする水中コンクリートのグリーンカット装置。
2. 請求項１に記載のグリーンカット装置を、前記ブラシ側が前記水中コンクリートの水平打ち継ぎ目に位置するように設置し、
   前記空圧駆動部から前記ロッドを介して付与された回転力により前記ブラシユニットの円板状プレートを回転させるとともに、前記先端ノズルから前記排気エアを噴射して前記水中コンクリートの水平打ち継ぎ目を前記フードで区画された空間内でグリーンカットし、
   前記空間内で発生したずり、濁水を、前記排気エアの気泡の対流に連行させて前記排気経路を介してエアリフトで水面上まで搬送させることを特徴とする水中コンクリートのグリーンカット方法。
3. 前記ロッドは、前記空圧駆動部で発生した前記排気エアを前記先端ノズルまで送気可能な中空ロッドである請求項１に記載の水中コンクリートのグリーンカット装置。
4. 前記空圧駆動部にエアツールを用いた請求項１に記載の水中コンクリートのグリーンカット装置。
5. 水中で潜水士が前記グリーンカット装置を操作し、前記水中コンクリートの水平打ち継ぎ目をグリーンカットする請求項２に記載の水中コンクリートのグリーンカット方法。

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