JP7453071B2 - 地盤改良装置及び施工機 - Google Patents

Description

本発明は、施工機と改良作業機械を有し、改良作業機械を地盤中に貫入して地盤の改良を行う地盤改良装置及び施工機に関する。

従来、地盤の強度増進を目的として地盤の改良を行う地盤改良工法としては、深層混合処理工法、高圧噴射撹拌工法などが知られている。

改良作業機械を用いて行う地盤改良工法の一つである深層混合処理工法による地盤の改良について説明する。
図５Ａは、改良作業機械の撹拌軸を地盤中に貫入したときの工程図、図５Ｂは、改良作業機械の撹拌軸を下方に向かって貫入するときの工程図、図５Ｃは、改良作業機械の撹拌軸を所定深度まで貫入したときの工程図、図５Ｄは、改良作業機械の撹拌軸を引き抜くときの工程図、図５Ｅは、改良作業機械の撹拌軸の引き抜きが完了したときの工程図である。図６は、従来のウインチ及びワイヤロープを示す図である。

地盤の改良を行う地盤改良装置は、図５Ａ～Ｅに示すように、施工機５２と改良作業機械５３からなる。施工機５２は、車体５４を備え、車体５４の前部にマスト５５を立設する。改良作業機械５３は、施工機５２のマスト５５に沿うように縦に向かう攪拌軸５６を備える。改良作業機械５３の攪拌軸５６の上部には、攪拌軸５６を回転する回転駆動部５７を備えている。また、撹拌軸５６の下端には、複数段の撹拌翼５８を有し、図示していないが、撹拌翼５８には固化材を吐出する吐出孔を有している。

また、施工機５２には、改良作業機械５３を昇降動するウインチ６１及びワイヤロープ６２を備える。図６に示すように、ウインチ６１は、施工機５２の車体５４に取り付けて、ワイヤロープ６２を送り出す又は巻き取る。ワイヤロープ６２は、ウインチ６１からマスト５５の上端を経由して改良作業機械５３に向かい、改良作業機械５３に巻き掛け、改良作業機械５３からマスト５５の上端に向かい、その上端に固着している。これにより、ウインチ６１でワイヤロープ６２を送り出すと、改良作業機械５３が降下し地盤中に貫入可能になる。また、ウインチ６１でワイヤロープ６２を巻き取ると、改良作業機械５３が上昇し地盤中から引き抜き可能になる。

この地盤改良装置を用いた深層混合処理工法による地盤の改良は、ウインチ６１を動かしてワイヤロープ６２を送り出すことで、改良作業機械５３の撹拌軸５６を回転しながら地盤中に貫入することを行う。このとき、図５Ａのように、撹拌軸５６及び撹拌翼５８を少し地盤中に貫入したところで、撹拌翼５８の吐出孔から固化材を吐出する。次に、固化材を吐出しながら撹拌軸５６及び撹拌翼５８を地盤中に貫入し、撹拌翼５８にて地盤を掘削するとともに、掘削した地盤と固化材を混合撹拌する。図５Ｂのように、地盤の掘削と掘削した地盤と固化材の混合撹拌を下方に向かって行う。これを、図５Ｃのように、着底位置である所定深度まで行う。

次に、ウインチ６１を動かしてワイヤロープ６２を巻き取ることで、図５Ｄのように、所定深度まで貫入した改良作業機械５３の撹拌軸５６及び撹拌翼５８を引き抜き、図５Ｅのように、撹拌軸５６及び撹拌翼５８を地表面まで引き抜く。これらの作業が完了した後、地盤と混合した固化材が固化することで、地盤中に所定の強度及び大きさの固結改良体が造成される。これにより、地盤中に固結改良体を多数造成して、地盤を強固なものへと改良することができる。

地盤改良装置を用いた地盤の改良において、改良作業機械５３を地盤中に貫入するとき、作業者は、改良作業機械５３の攪拌軸５６を回転する回転駆動部５７での電流値を確認しながら作業を行う。この回転駆動部５７での電流値は、地盤中に改良作業機械５３を貫入するときの攪拌軸５６の負荷（電流値）であり、この攪拌軸５６の負荷から地盤の硬軟がわかる。つまり、負荷が大きいと硬い地盤であり、負荷が小さいと柔らかい地盤である。地盤の硬軟は、地盤の深度によって変わる。

したがって、作業者は、改良作業機械５３を地盤中に貫入するとき、回転駆動部５７での電流値を確認して、硬い地盤の場合、ウインチ６１によるワイヤロープ６２の送り出しの速度を速くして、改良作業機械５３の貫入速度を速くすると、所定の深度において固化材を吐出する時間が短くなり、結果的に地盤中に吐出する深度毎の固化材の量が減る。また、柔らかい地盤の場合、ウインチ６１によるワイヤロープ６２の送り出しの速度を遅くして、改良作業機械５３の貫入速度を遅くすると、所定の深度において固化材を吐出する時間が長くなり、結果的に地盤中に吐出する深度毎の固化材の量が増える。即ち、作業者は、地盤の深度によって変わる地盤の硬軟に応じて、ウインチ６１によるワイヤロープ６２の送り出しの速度を調整して、改良作業機械５３の貫入速度を変更し、地盤の深度毎に適切な固化材の量を吐出することで、地盤中に所定の強度及び大きさの固結改良体を造成している。

しかしながら、地盤の硬軟を確認するための回転駆動部５７での電流値は、貫入する改良作業機械５３の大きさや重量、ワイヤロープ６２を送り出すウインチ６１の能力などによって変わるものであり、これにより、それぞれの現場で使用する地盤改良装置毎に異なる。そのため、熟練の作業者であれば、使用する地盤改良装置を考慮しながら、ワイヤロープ６２の送り出しの速度を調整して、改良作業機械５３の貫入速度を変更することができるが、それ以外の作業者では、ワイヤロープ６２の送り出しの速度を調整して、改良作業機械５３の貫入速度を変更することが難しく、その結果、地盤の深度毎に適切な固化材の量を吐出することができず、地盤中に所定の強度及び大きさの固結改良体を造成することができなくなる問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、地盤の改良において、どのような作業者であっても、地盤中に改良作業機械を貫入するとき、地盤の硬軟に応じた適切なワイヤロープの送り出しの速度に調整して、改良作業機械の貫入速度を変更し、地盤の深度毎に適切な固化材の量を吐出して、地盤中に所定の強度及び大きさの固結改良体を造成できる地盤改良装置及び施工機を提供することである。

本発明は、車体を備える施工機と、施工機に取り付けて地盤中に固化材を吐出する改良作業機械と、改良作業機械を昇降動するウインチ及びワイヤロープを有し、ウインチ及びワイヤロープで改良作業機械を降下して地盤中に貫入し、地盤中に貫入する改良作業機械で地盤の改良を行う地盤改良装置であって、地盤中に改良作業機械を貫入するときのワイヤロープの張力を検出する張力検出器と、張力検出器で検出したワイヤロープの張力を表示する表示部を有し、張力検出器で検出するワイヤロープの張力に基づいてワイヤロープの送り出しの速度を手動又は自動で調整するとともに、ワイヤロープは、ウインチから改良作業機械に向かい、改良作業機械に巻き掛けてから施工機の車体に向かい、その先端を施工機の車体に固着し、ワイヤロープが施工機の車体に固着する箇所に張力検出器を取り付ける地盤改良装置である。

本発明によれば、改良作業機械を地盤中に貫入して地盤の改良を行うとき、作業者が表示部に表示されたワイヤロープの張力を確認しながら作業を行うことで、熟練の作業者だけでなく、それ以外の作業者でも、地盤の深度によって変わる地盤の硬軟に応じて、ワイヤロープの送り出しの速度を調整して、改良作業機械の貫入速度を変更し、地盤の深度毎に適切な固化材の量を吐出することができる。これにより、地盤中に所定の強度及び大きさの固結改良体を造成することができる。

本発明の地盤改良装置の全体を示す側面図である。 改良作業機械の撹拌軸の下端を示す正面図である。 ウインチ及びワイヤロープを示す図である。 地盤改良装置の表示部を示す正面図である。 図５Ａは、改良作業機械の撹拌軸を地盤中に貫入したときの工程図、図５Ｂは、改良作業機械の撹拌軸を下方に向かって貫入するときの工程図、図５Ｃは、改良作業機械の撹拌軸を所定深度まで貫入したときの工程図、図５Ｄは、改良作業機械の撹拌軸を引き抜くときの工程図、図５Ｅは、改良作業機械の撹拌軸の引き抜きが完了したときの工程図である。 従来のウインチ及びワイヤロープを示す図である。

本発明の地盤改良装置及び施工機の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の地盤改良装置の全体を示す側面図、図２は、改良作業機械の撹拌軸の下端を示す正面図、図３は、ウインチ及びワイヤロープを示す図である。
本実施形態に関わる地盤改良装置については、地盤改良工法の一つである深層混合処理工法による地盤の改良に用いるものである。ただし、この地盤改良装置を用いるものは、深層混合処理工法に限らず、高圧噴射撹拌工法などの他の工法でもよい。

地盤改良装置は、図１に示すように、施工機２と、施工機２に取り付けて地盤中に貫入して固化材を吐出する改良作業機械３と、施工機２及び改良作業機械３の周辺に設置する周辺設備４から構成している。
なお、改良作業機械３において、地盤中に吐出する固化材は、セメントミルクである。ただし、セメントミルクなどのセメント系の固化材に限らず、その他の固化材でもよい。

施工機２は、車体１１を備え、車体１１の前部にマスト１２を立設する。車体１１は、運転室１３を有するとともに、その下部に走行体１４を備え、エンジン（図示していない）を搭載し、自走可能になる。また、マスト１２は、縦に伸びた柱状でその上端にヘッド部１５を有する。

改良作業機械３としては、施工機２のマスト１２に沿うように縦に向かう撹拌軸２１を２本備える２軸方式であって、２本の撹拌軸２１の上部に回転駆動部２２を備え、２本の撹拌軸２１を回転可能にする。なお、図１にあっては、２本の撹拌軸２１が手前と奥に配置されるため、図中では１本しか見えない。撹拌軸２１は、その内部に固化材などを通すために、中空状の鋼管にしている。

また、２本の撹拌軸２１は、図２に示すように、その下端それぞれには複数段、例えば、３段の撹拌翼２５を備える。３段の撹拌翼２５の最下段の撹拌翼２５には固化材を吐出する吐出孔２６を有している。また、最下段の撹拌翼２５や撹拌軸２１の最下端には地盤を掘削するための掘削ビット２７を複数有している。

この改良作業機械３にあっては、撹拌軸２１を２本備える２軸方式であるが、これに限定されるものではなく、撹拌軸２１を１本備える単軸方式あるいは３本以上の複数本備える複数軸方式でもよい。また、撹拌軸２１の下端の３段の撹拌翼２５についても、これに限定されるものではなく、１段や２段あるいは４段以上の複数段でもよい。

周辺設備４は、図１に示すように、改良作業機械３の２本の撹拌軸２１に固化材や圧縮空気を供給するための設備である。圧縮空気を供給する設備は、コンプレッサー３１を備え、改良作業機械３の２本の撹拌軸２１それぞれに圧縮空気を供給する。固化材を供給する設備は、固化材生成プラント３２を備え、生成した固化材を改良作業機械３の２本の撹拌軸２１それぞれに供給する。なお、周辺設備４の各機器には、図示はしていないが、発電機や流量計などを備えている。

また、施工機２には、改良作業機械３を昇降動するウインチ５及びワイヤロープ６を備える。図３に示すように、ウインチ５は、施工機２の車体１１に取り付けて、ワイヤロープ６を送り出す又は巻き取る。このワイヤロープ６は、車体１１に取り付けたウインチ５から立設するマスト１２上端のヘッド部１５を経由して改良作業機械３に向かい、改良作業機械３の上部に巻き掛ける。改良作業機械３の上部に巻き掛けたワイヤロープ６は、再びマスト１２上端のヘッド部１５に向かい、そのヘッド部１５を経由して施工機２の車体１１に向かい、車体１１に固着する。つまり、ワイヤロープ６の先端が施工機２の車体１１に固着する。なお、ワイヤロープ６は、マスト１２のヘッド部１５や改良作業機械３の上部においてシーブ（滑車）１６を介して取り付けている。

これにより、ウインチ５でワイヤロープ６を送り出すと、改良作業機械３が降下し地盤中に貫入可能になる。また、ウインチ５でワイヤロープ６を巻き取ると、改良作業機械３が上昇し地盤中から引き抜き可能になる。即ち、ウインチ５及びワイヤロープ６によって、改良作業機械３の地盤中への貫入又は地盤中からの引き抜きを行うことができる。

この地盤改良装置には、ワイヤロープ６の張力を検出する張力検出器を有し、張力検出器は、例えばロードセル（荷重計）８である。ロードセル８は、ワイヤロープ６の先端が施工機２の車体１１に固着する箇所に取り付けている。これにより、ロードセル８で地盤中に改良作業機械３を貫入するときのワイヤロープ６の張力を検出する。

また、地盤改良装置には、ロードセル８で検出したワイヤロープ６の張力を表示する表示部９を有する。表示部９は、例えば、施工機２の車体１１に備えた運転室１３内に設置する。ただし、表示部９の設置場所は、ここに限定されるものではない。

図４は、地盤改良装置の表示部９を示す正面図である。
表示部９では、図示のように、画面３６を有し、その画面３６に、ロードセル８で検出した地盤中に改良作業機械を貫入するときのワイヤロープ６の張力を経時的に表示する。即ち、表示部９の画面３６では、縦軸がロードセル８で検出したワイヤロープ６の張力であり、横軸が地盤中に改良作業機械３を貫入するときの経過する時間である。

表示部９の画面３６では、ワイヤロープ６の張力におけるあらかじめ設定する基準値Ａを設け、この基準値Ａからの改良作業機械３を地盤中に貫入するときのワイヤロープ６の張力の変化がわかるように経時的に表示する。このとき、基準値Ａに対する上限値Ｈのラインと下限値Ｌのラインを設定し、これも表示する。上限値Ｈは、地盤の硬軟において柔らかい地盤を示す値であり、下限値Ｌは、地盤の硬軟において硬い地盤を示す値である。なお、このワイヤロープ６の張力と地盤の硬軟とは相関関係にあり、ワイヤロープ６の張力から地盤の硬軟、つまり柔らかい地盤か硬い地盤又どの程度柔らかいのか硬いのかがわかる。また、基準値Ａ、上限値Ｈ、下限値Ｌについては、それぞれの現場において予め設計したデータに基づいて設定している。

このような構成の地盤改良装置において、改良作業機械３を地盤中に貫入して地盤の改良を行うとき、作業者は、表示部９の画面３６に表示されたワイヤロープ６の張力を確認しながら作業を行う。このとき、ワイヤロープ６の張力が上限値Ｈのラインより高くなると（図４中に示すＢ）、作業者は、現在の深度の地盤が柔らかい地盤であることを認識し、ウインチ５によるワイヤロープ６の送り出しの速度を遅くして、改良作業機械３の貫入速度を遅くする。これにより、所定の深度において固化材を吐出する時間が長くなり、結果的に地盤中に吐出する深度毎の固化材の量が増える。また、ワイヤロープ６の張力が下限値Ｌのラインより低くなると（図４中に示すＣ）、作業者は、現在の深度の地盤が硬い地盤であることを認識し、ウインチ５によるワイヤロープ６の送り出しの速度を速くして、改良作業機械３の貫入速度を速くする。これにより、所定の深度において固化材を吐出する時間が短くなり、結果的に地盤中に吐出する深度毎の固化材の量が減る。このように、作業者は、地盤の深度によって変わる地盤の硬軟に応じて、ウインチ５によるワイヤロープ６の送り出しの速度を手動で調整して、改良作業機械３の貫入速度を変更し、地盤の深度毎に適切な固化材の量を吐出するようにしている。

また、作業前の調査、例えばボーリング調査などに基づいて設定した着底位置（地盤中の硬質な支持層の上端の位置で作業を行う最下深度）に到達したときは（図４中に示すＫ）、ワイヤロープ６の張力がほぼ０になる。これにより、作業者は、改良作業機械３が着底位置に到達したことを認識でき、改良作業機械３の貫入を止めて、改良作業機械３を引き抜く作業を行うことができ、着底位置まで確実に固化材の吐出を行うことができる。

以上説明したように、改良作業機械３を地盤中に貫入して地盤の改良を行うとき、ロードセル８で検出したワイヤロープ６の張力が表示部９に表示され、作業者が表示部９に表示されたワイヤロープ６の張力を確認しながら作業を行うことで、熟練の作業者だけでなく、それ以外の作業者でも、地盤の深度によって変わる地盤の硬軟に応じて、ワイヤロープ６の送り出しの速度を調整して、改良作業機械３の貫入速度を変更し、地盤の深度毎に適切な固化材の量を吐出することができる。これにより、地盤中に所定の強度及び大きさの固結改良体を造成することができ、その結果、地盤中に造成する固結改良体の造成ミスをなくすことができる。

また、ロードセル８においては、ワイヤロープ６が施工機２の車体１１に固着する箇所、つまり車体１１に取り付けることで、ロードセル８を点検するとき、あるいは故障したとき、点検や修理の作業を簡単に行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。

また、地盤改良装置は、次のような構成にしてもよい。地盤改良装置において、制御部４０を有するようにする。制御部４０は、施工機２の車体１１に搭載しているコンピューターを利用して機能するものである。ただし、車体１１に搭載したコンピューターに限らず、別のコンピューターを利用して機能するものでもよい。

制御部４０では、ロードセル（張力検出器）８で検出するワイヤロープ６の張力のデータを入力し、この入力したワイヤロープ６の張力のデータに基づいて、適宜の演算プログラムを用いて、ウインチ５によるワイヤロープ６の送り出しの速度を演算する。この演算により求めたワイヤロープ６の送り出しの速度になるようにウインチ５を制御する。これにより、ワイヤロープ６の送り出しの速度を自動で調整して、改良作業機械３の貫入速度を変更し、地盤の深度毎に適切な固化材の量を吐出する。

また、制御部４０では、ワイヤロープ６の送り出しの速度を調整するとともに、ワイヤロープ６の張力のデータに基づいて地盤中に吐出する固化材の量を調整するようにしてもよい。即ち、入力したワイヤロープ６の張力のデータに基づいて、適宜の演算プログラムを用いて、吐出孔から地盤中に吐出する固化材の量を演算し、この演算により求めた固化材の量になるように吐出孔２６から吐出する固化材の量を調整するようにしてもよい。

以上のように、地盤改良装置において制御部４０を有することで、地盤中に改良作業機械３を貫入するとき、ワイヤロープ６の送り出しの速度あるいは吐出孔２６から地盤中に吐出する固化材の量を制御部４０により自動で調整することができる。これにより、作業の自動化を行うことができ、作業ミスをなくすとともに、工期の短縮及び工費の削減を図ることができる。

２…施工機、３…改良作業機械、４…周辺設備、５…ウインチ、６…ワイヤロープ、８…ロードセル、９…表示部、１１…車体、１２…マスト、１３…運転室、１４…走行体、１５…ヘッド部、１６…シーブ、２１…撹拌軸、２２…回転駆動部、２５…撹拌翼、２６…吐出孔、２７…掘削ビット、３１…コンプレッサー、３２…固化材生成プラント、３６…画面、４０…制御部、５２…施工機、５３…改良作業機械、５４…車体、５５…マスト、５６…攪拌軸、５７…回転駆動部、５８…撹拌翼、６１…ウインチ、６２…ワイヤロープ。

Claims (3)

1. 車体を備える施工機と、施工機に取り付けて地盤中に固化材を吐出する改良作業機械と、改良作業機械を昇降動するウインチ及びワイヤロープを有し、ウインチ及びワイヤロープで改良作業機械を降下して地盤中に貫入し、地盤中に貫入する改良作業機械で地盤の改良を行う地盤改良装置であって、
   地盤中に改良作業機械を貫入するときのワイヤロープの張力を検出する張力検出器と、張力検出器で検出したワイヤロープの張力を表示する表示部を有し、張力検出器で検出するワイヤロープの張力に基づいてワイヤロープの送り出しの速度を手動又は自動で調整するとともに、
   ワイヤロープは、ウインチから改良作業機械に向かい、改良作業機械に巻き掛けてから施工機の車体に向かい、その先端を施工機の車体に固着し、ワイヤロープが施工機の車体に固着する箇所に張力検出器を取り付けることを特徴とする地盤改良装置。
2. 請求項１に記載された地盤改良装置において、
   張力検出器で検出するワイヤロープの張力のデータを入力する制御部を有し、
   制御部では、ワイヤロープの張力のデータに基づいてワイヤロープの送り出しの速度を演算し、演算して求めたワイヤロープの送り出しの速度にするようにウインチを制御することを特徴とする地盤改良装置。
3. 請求項１又は２に記載された地盤改良装置に使用する施工機で、前記張力検出器及び前記表示部を備える施工機。
   

Images