JP7470974B2 - 地盤改良装置の駆動制御方法および地盤改良装置 - Google Patents
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Description
本発明は、地盤の掘削あるいは掘削に伴って行う地盤改良するための地盤改良装置の駆動制御方法および地盤改良装置に係るものである。
従来の土壌改良作業は、地盤改良装置の撹拌部およびオーガーヘッドを、予め余裕を持って設定した回転数および回転トルクで駆動回転させ、施工現場の地盤の状態が硬く、回転負荷が大きくなると、回転数を低くし、あるいは、昇降速度を遅くする制御を行う方法は、公知である（特許文献１参照）。
この公知例は、地盤改良装置の駆動トルクと回転速度の関係において、設定した複数の変速段による変速制御において、地盤改良装置の撹拌翼の羽根切回数が、地盤改良装置の駆動トルクの上限値と下限値の間で最適な駆動トルクとなるように安定的かつ円滑に変速制御を行っても、地盤組成の不均一などがある場合に生じる、撹拌部の回転速度の変動により、羽根切回数が目標値に達しないおそれがある課題があり、この課題を公知例は、押しのけ容積を連続的に変更可能な油圧モータにより地盤改良装置を、設定した上限値と下限値の間で最適な駆動トルクとなるように、撹拌部の羽根切回数が目標値を下回ることのないように制御することで解決している。
そして、硬い地盤で回転負荷が大きくなり過ぎると、撹拌部の回転が停止するので、これを回避するため、回転数を低くし、あるいは、昇降速度を遅くしていた。
この公知例は、地盤改良装置の駆動トルクと回転速度の関係において、設定した複数の変速段による変速制御において、地盤改良装置の撹拌翼の羽根切回数が、地盤改良装置の駆動トルクの上限値と下限値の間で最適な駆動トルクとなるように安定的かつ円滑に変速制御を行っても、地盤組成の不均一などがある場合に生じる、撹拌部の回転速度の変動により、羽根切回数が目標値に達しないおそれがある課題があり、この課題を公知例は、押しのけ容積を連続的に変更可能な油圧モータにより地盤改良装置を、設定した上限値と下限値の間で最適な駆動トルクとなるように、撹拌部の羽根切回数が目標値を下回ることのないように制御することで解決している。
そして、硬い地盤で回転負荷が大きくなり過ぎると、撹拌部の回転が停止するので、これを回避するため、回転数を低くし、あるいは、昇降速度を遅くしていた。
前記公知例では、予め余裕を持って設定した上限値と下限値の間で、地盤の性状に応じて、最適な駆動トルクを自動選択する制御とし、地盤組成の不均一などがあった場合の撹拌部の回転速度の変動に応じて段階的設定速度域の選択を変更する制御としているので、例えば、基本作業では、駆動モーターの能力の７割程度となるように、回転数を設定し、硬い地盤で地盤改良装置の回転負荷が掛かると、駆動モーターの能力を９割程度に上昇させ、それでも、回転負荷が大きいときは昇降速度を遅くして、地盤改良装置の負荷を軽減させて作業を行っていた。
なお、公知例では、軟弱地盤における回転負荷の小さい作業の回転制御方法の記載はなく、作業当初の回転数は低く設定する理由の明示もないが、作業状態に応じて回転数を上げる制御をしており、回転数を上げることによって、地盤改良装置の回転負荷が大きくなり過ぎると、回転が停止してしまうので、これを回避するため、回転数を低くし、あるいは、昇降速度を遅くする制御を実行し、この制御を可能にするため、常時、駆動モーターの出力に余裕を持たせ、対応できないときに、駆動モーターの出力（回転数・トルク）を自動的に高くする制御を実行することとしていた。
このことは、通常作業では、駆動モーターを連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内における最大出力に対して７割程度に予め設定した出力と予め設定した昇降速度で常時作業することになり、駆動モーターの出力に余裕を持たせるために控えている３割分以上が常時失われている出力損失分、作業効率が低下することになる。
本発明では、地盤改良装置の駆動モーターの負荷変動が、地盤改良装置の昇降によっても生じることに着目し、地盤改良装置の昇降によって発生する負荷を考慮して地盤改良装置の駆動モーターによる駆動出力変速制御することにより、地盤改良作業の作業効率を向上させ、また、土壌改良作業の容易化を図ったものである。
なお、公知例では、軟弱地盤における回転負荷の小さい作業の回転制御方法の記載はなく、作業当初の回転数は低く設定する理由の明示もないが、作業状態に応じて回転数を上げる制御をしており、回転数を上げることによって、地盤改良装置の回転負荷が大きくなり過ぎると、回転が停止してしまうので、これを回避するため、回転数を低くし、あるいは、昇降速度を遅くする制御を実行し、この制御を可能にするため、常時、駆動モーターの出力に余裕を持たせ、対応できないときに、駆動モーターの出力（回転数・トルク）を自動的に高くする制御を実行することとしていた。
このことは、通常作業では、駆動モーターを連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内における最大出力に対して７割程度に予め設定した出力と予め設定した昇降速度で常時作業することになり、駆動モーターの出力に余裕を持たせるために控えている３割分以上が常時失われている出力損失分、作業効率が低下することになる。
本発明では、地盤改良装置の駆動モーターの負荷変動が、地盤改良装置の昇降によっても生じることに着目し、地盤改良装置の昇降によって発生する負荷を考慮して地盤改良装置の駆動モーターによる駆動出力変速制御することにより、地盤改良作業の作業効率を向上させ、また、土壌改良作業の容易化を図ったものである。
請求項１の発明は、ベースマシン１に設けたリーダー２に昇降自在に回転駆動部３を取付け、回転駆動部３には下部に地盤改良や掘削作業を行う地盤改良装置５を駆動する回転軸体４の上部側を取付け、回転軸体４には地盤改良装置５の撹拌ロッド１０を取付け、回転駆動部３の駆動モーター２０を、常に最大出力を出力するように、昇降モーター１７による地盤改良装置５を昇降させる昇降速度と関連させて自動制御する構成とし、前記回転軸体４および撹拌ロッド１０は、中空部材により形成し、回転軸体４および撹拌ロッド１０内には地盤の土壌改良剤を地盤改良装置５に供給する供給ホースを設け、地盤改良装置５に設けた撹拌部６の撹拌翼１１を回転させながら地盤改良装置５から噴出させた土壌改良剤と地盤構成材とを撹拌し、回転駆動部３の駆動モーター２０は地盤改良装置５の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５の回転速度を無段階に変更可能とし、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御する地盤改良装置の駆動制御方法としたものである。
請求項２の発明は、ベースマシン１に設けたリーダー２に昇降自在に回転駆動部３取付け、回転駆動部３には、下部に地盤改良や掘削作業を行う地盤改良装置５を駆動する回転軸体４の上部側を取付け、回転軸体４には地盤改良装置５の撹拌ロッド１０を取付け、撹拌ロッド１０には撹拌部６の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５を取付け、地盤改良装置５は、地盤改良装置５の所定部分に設けた突出口より、回転軸体４および撹拌ロッド１０内に設けた供給ホースを介して土壌改良剤を噴出する構成とし、回転駆動部３の駆動モーター２０は地盤改良装置５の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５の回転速度を無段階に変更可能とし、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御する構成とした地盤改良装置としたものである。
請求項３の発明は、ベースマシン１の操作部のモニタを設け、モニタには、駆動モーター２０の回転数と、地盤改良装置５の回転数と、地盤改良装置５の回転数に応じた推奨掘削（下降）速度、もしくは、引き抜き（上昇）速度を表示する構成とした地盤改良装置としたものである。
請求項４の発明は、回転駆動部３の駆動モーター２０は、油圧ポンプ３５および油圧モータ３６とによる構成、あるいは、インバーターモーター３７により構成した地盤改良装置としたものである。
請求項５の発明は、地盤改良装置５に供給する土壌改良剤は、水とセメントとを混練して製造するセメントミルクにより構成し、セメントミルクを製造するセメントミルク供給プラント４０と地盤改良装置５とを、地盤改良装置５の昇降速度に応じて供給プラント４０のセメントミルクの吐出量を変更するように自動制御する構成とした地盤改良装置としたものである。
請求項２の発明は、ベースマシン１に設けたリーダー２に昇降自在に回転駆動部３取付け、回転駆動部３には、下部に地盤改良や掘削作業を行う地盤改良装置５を駆動する回転軸体４の上部側を取付け、回転軸体４には地盤改良装置５の撹拌ロッド１０を取付け、撹拌ロッド１０には撹拌部６の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５を取付け、地盤改良装置５は、地盤改良装置５の所定部分に設けた突出口より、回転軸体４および撹拌ロッド１０内に設けた供給ホースを介して土壌改良剤を噴出する構成とし、回転駆動部３の駆動モーター２０は地盤改良装置５の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５の回転速度を無段階に変更可能とし、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御する構成とした地盤改良装置としたものである。
請求項３の発明は、ベースマシン１の操作部のモニタを設け、モニタには、駆動モーター２０の回転数と、地盤改良装置５の回転数と、地盤改良装置５の回転数に応じた推奨掘削（下降）速度、もしくは、引き抜き（上昇）速度を表示する構成とした地盤改良装置としたものである。
請求項４の発明は、回転駆動部３の駆動モーター２０は、油圧ポンプ３５および油圧モータ３６とによる構成、あるいは、インバーターモーター３７により構成した地盤改良装置としたものである。
請求項５の発明は、地盤改良装置５に供給する土壌改良剤は、水とセメントとを混練して製造するセメントミルクにより構成し、セメントミルクを製造するセメントミルク供給プラント４０と地盤改良装置５とを、地盤改良装置５の昇降速度に応じて供給プラント４０のセメントミルクの吐出量を変更するように自動制御する構成とした地盤改良装置としたものである。
請求項１の発明では、昇降モーター１７による地盤改良装置５を昇降させる昇降速度と関連させて地盤改良装置５の出力を制御するので、回転駆動部３の駆動モーター２０を、常に連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内における最大出力を出力させても、作業状態に応じて地盤改良装置５の昇降速度を変更することにより、地盤改良装置５の撹拌による土壌改良の均一化を確保しつつ、従来の余裕を持たせて行う駆動モーター２０の出力制御の、控えた余裕分として常時生じる出力損失分を、常時出力可能となって、作業効率を著しく向上させることができる。
また、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御するので、駆動モーター２０を、常に連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内における最大出力を出力させることができ、これにより、従来の余裕を持たせて行う駆動モーター２０の出力制御の、控えた余裕分として常時生じる出力損失分を、常時出力可能となって、作業効率を著しく向上させることができる。
請求項２の発明では、回転駆動部３の駆動モーター２０は地盤改良装置５の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５の回転速度を無段階に変更可能とし、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御する構成としているので、回転駆動部３の駆動モーター２０を、常に許容範囲内における最大出力を出力させつつ、作業状態に応じて地盤改良装置５の昇降速度を変更することにより、地盤改良装置５の撹拌による土壌改良の均一化を確保しつつ、従来の余裕を持たせて行う駆動モーター２０の出力制御の、控えた余裕分として常時生じる出力損失分を、常時出力可能となって、作業効率を著しく向上させられる地盤改良装置を提供できる。
請求項３の発明では、ベースマシン１の操作部に設けたモニタにより、駆動モーター２０の制御状態および地盤改良装置５の作業状態を視認することができ、従来の余裕を持たせて行う駆動モーター２０の出力制御の、控えた余裕分として常時生じる出力損失分を、常時出力可能となって、作業効率を向上させることができると共に、操作性および作業性を向上させて、一層、作業効率を向上させることができる。
請求項４の発明では、回転駆動部３の駆動モーター２０を、油圧ポンプ３５および油圧モータ３６とによる構成しているので、従来の出力損失する回転制御を、常時出力の自動制御とする本発明の出力制御を容易に実行でき、また、駆動モーター２０をインバーターモーター３７により構成することにより、一層精緻な出力制御とすることができる。
請求項５の発明では、地盤改良装置５に供給する土壌改良剤は、水とセメントとを混練して製造するセメントミルクにより構成し、セメントミルクを製造するセメントミルク供給プラント４０と地盤改良装置５とを、地盤改良装置５の昇降速度に応じて供給プラント４０のセメントミルクの吐出量を変更するように自動制御する構成としているので、地盤改良装置および供給プラント４０とを関連制御することにより、一層、地盤改良作業の操作性および作業性を向上させることができる。
また、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御するので、駆動モーター２０を、常に連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内における最大出力を出力させることができ、これにより、従来の余裕を持たせて行う駆動モーター２０の出力制御の、控えた余裕分として常時生じる出力損失分を、常時出力可能となって、作業効率を著しく向上させることができる。
請求項２の発明では、回転駆動部３の駆動モーター２０は地盤改良装置５の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５の回転速度を無段階に変更可能とし、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御する構成としているので、回転駆動部３の駆動モーター２０を、常に許容範囲内における最大出力を出力させつつ、作業状態に応じて地盤改良装置５の昇降速度を変更することにより、地盤改良装置５の撹拌による土壌改良の均一化を確保しつつ、従来の余裕を持たせて行う駆動モーター２０の出力制御の、控えた余裕分として常時生じる出力損失分を、常時出力可能となって、作業効率を著しく向上させられる地盤改良装置を提供できる。
請求項３の発明では、ベースマシン１の操作部に設けたモニタにより、駆動モーター２０の制御状態および地盤改良装置５の作業状態を視認することができ、従来の余裕を持たせて行う駆動モーター２０の出力制御の、控えた余裕分として常時生じる出力損失分を、常時出力可能となって、作業効率を向上させることができると共に、操作性および作業性を向上させて、一層、作業効率を向上させることができる。
請求項４の発明では、回転駆動部３の駆動モーター２０を、油圧ポンプ３５および油圧モータ３６とによる構成しているので、従来の出力損失する回転制御を、常時出力の自動制御とする本発明の出力制御を容易に実行でき、また、駆動モーター２０をインバーターモーター３７により構成することにより、一層精緻な出力制御とすることができる。
請求項５の発明では、地盤改良装置５に供給する土壌改良剤は、水とセメントとを混練して製造するセメントミルクにより構成し、セメントミルクを製造するセメントミルク供給プラント４０と地盤改良装置５とを、地盤改良装置５の昇降速度に応じて供給プラント４０のセメントミルクの吐出量を変更するように自動制御する構成としているので、地盤改良装置および供給プラント４０とを関連制御することにより、一層、地盤改良作業の操作性および作業性を向上させることができる。
本発明の一実施形態を図により説明する。１はベースマシン、２はベースマシン１に設けたリーダー、３はリーダー２に昇降自在に取付けた回転駆動部（アースオーガー）であり、回転駆動部３には回転軸体４の上部を取付ける（図１）。リーダー２は回転駆動部３を支持するためのものであり、リーダー２は、地盤に対して垂直な状態から水平な状態まで起伏可能に構成する共に、ベースマシン１と共に旋回する構成としている。
回転駆動部３の回転軸体４の下部には地盤改良装置５の撹拌部６の撹拌ロッド１０の上部を着脱自在に取付ける。撹拌ロッド１０には撹拌部６の撹拌翼１１を設ける。撹拌翼１１は撹拌ロッド１０に対して放射方向に設けられていればよく、その構成は任意である。
回転駆動部３の回転軸体４の下部には地盤改良装置５の撹拌部６の撹拌ロッド１０の上部を着脱自在に取付ける。撹拌ロッド１０には撹拌部６の撹拌翼１１を設ける。撹拌翼１１は撹拌ロッド１０に対して放射方向に設けられていればよく、その構成は任意である。
本実施形態では、撹拌翼１１は撹拌ロッド１０の軸心方向（上下方向）と回転方向に複数並設している。
回転軸体４および撹拌ロッド１０は中空の管状部材で形成し、回転軸体４および撹拌ロッド１０の内部には土壌改良剤を供給する供給管１２を設け、供給管１２の下端は地盤改良装置５の所定位置に設けた吐出口１３にて開口させ、供給管１２を介して供給された土壌改良剤は吐出口１３から地盤中に注入され、注入した地盤改良剤と土砂とを撹拌部６により撹拌する（図５）。１４は回転軸体４および撹拌ロッド１０を支持する振れ止め部である（図１）。
回転軸体４および撹拌ロッド１０は中空の管状部材で形成し、回転軸体４および撹拌ロッド１０の内部には土壌改良剤を供給する供給管１２を設け、供給管１２の下端は地盤改良装置５の所定位置に設けた吐出口１３にて開口させ、供給管１２を介して供給された土壌改良剤は吐出口１３から地盤中に注入され、注入した地盤改良剤と土砂とを撹拌部６により撹拌する（図５）。１４は回転軸体４および撹拌ロッド１０を支持する振れ止め部である（図１）。
地盤改良装置５は、撹拌ロッド１０の下部に地盤を掘削するオーガーヘッド１５を設けて構成する。
起立させたリーダー２に対して地盤改良装置５はワイヤー１６を出し入れさせることにより昇降する。１７は地盤改良装置５である撹拌部６およびオーガーヘッド１５を昇降させる昇降モーター（ウインチ）であり、撹拌部６およびオーガーヘッド１５が昇降すると、回転駆動部３と共に撹拌ロッド１０も同じ量だけ昇降し、撹拌ロッド１０を回転駆動させながら下降させて、掘削し、同時に、地盤改良装置５から地盤改良剤を噴出させて地盤構成物に注入し、この地盤構成物を撹拌して地盤改良を行う。地盤改良剤は、セメントミルク等で形成され、回転軸体４および撹拌ロッド１０の中空部を通して地盤改良装置５に供給される。
起立させたリーダー２に対して地盤改良装置５はワイヤー１６を出し入れさせることにより昇降する。１７は地盤改良装置５である撹拌部６およびオーガーヘッド１５を昇降させる昇降モーター（ウインチ）であり、撹拌部６およびオーガーヘッド１５が昇降すると、回転駆動部３と共に撹拌ロッド１０も同じ量だけ昇降し、撹拌ロッド１０を回転駆動させながら下降させて、掘削し、同時に、地盤改良装置５から地盤改良剤を噴出させて地盤構成物に注入し、この地盤構成物を撹拌して地盤改良を行う。地盤改良剤は、セメントミルク等で形成され、回転軸体４および撹拌ロッド１０の中空部を通して地盤改良装置５に供給される。
しかして、地盤改良装置５を駆動させる回転駆動部３の駆動モーター２０が、常に最大出力を出力するように、昇降モーター１７による地盤改良装置５を昇降させる昇降速度と関連させて、自動制御する構成とする。
土壌改良作業において、そもそも軟弱地盤では駆動モーター２０の回転負荷が小さく、回転負荷が小さいのに駆動モーター２０の回転数を高くすると、セメントミルク等の液状の土壌改良剤は遠心力により改良地盤部分のうちの外側部分に偏ることになり、均質な土壌改良を望めないことになって、従来の回転制御は作業当初の駆動モーター２０の回転数を低く設定し、作業状態に応じて回転数を上げる制御としており、回転数を上げることによって、地盤改良装置の回転負荷が大きくなり過ぎると、回転が停止してしまうので、これを回避するため、回転数を低くし、あるいは、昇降速度を遅くする制御を実行していた。
土壌改良作業において、そもそも軟弱地盤では駆動モーター２０の回転負荷が小さく、回転負荷が小さいのに駆動モーター２０の回転数を高くすると、セメントミルク等の液状の土壌改良剤は遠心力により改良地盤部分のうちの外側部分に偏ることになり、均質な土壌改良を望めないことになって、従来の回転制御は作業当初の駆動モーター２０の回転数を低く設定し、作業状態に応じて回転数を上げる制御としており、回転数を上げることによって、地盤改良装置の回転負荷が大きくなり過ぎると、回転が停止してしまうので、これを回避するため、回転数を低くし、あるいは、昇降速度を遅くする制御を実行していた。
換言すると、地盤改良装置５の撹拌部６およびオーガーヘッド１５を、予め余裕を持って設定した回転数および回転トルクで駆動回転させ、施工現場の地盤の状態が硬く、回転負荷が大きくなると、回転数を低くし、あるいは、昇降速度を遅くする制御を行っていたが、このことは、駆動モーター２０の能力を充分に発揮させていなかった。
つまり、常時、駆動モーター２０の出力に余裕を持たせ、対応できないときに、駆動モーター２０の出力（回転数・トルク）を自動的に高くする制御を実行していた。
このことは、通常作業では、駆動モーター２０を連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内における最大出力に対して７割程度に予め設定した出力と予め設定した昇降速度で常時作業することになり、駆動モーター２０の出力に余裕を持たせるために控えている３割分が常時失われている出力損失分、作業効率が低下することになる。
つまり、常時、駆動モーター２０の出力に余裕を持たせ、対応できないときに、駆動モーター２０の出力（回転数・トルク）を自動的に高くする制御を実行していた。
このことは、通常作業では、駆動モーター２０を連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内における最大出力に対して７割程度に予め設定した出力と予め設定した昇降速度で常時作業することになり、駆動モーター２０の出力に余裕を持たせるために控えている３割分が常時失われている出力損失分、作業効率が低下することになる。
一方、駆動モーター２０の負荷変動は、地盤改良装置５の昇降時の掘削抵抗や引き抜き抵抗に起因して変動することが判明し、本発明では、回転駆動部３の駆動モーター２０に対する作業負荷が一定となるように自動制御している際に、地盤改良装置５の昇降時の回転駆動部３の駆動モーター２０に対する負荷変動を利用して、自動回転制御することとし、回転駆動部３の駆動モーター２０は地盤改良装置５の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５の回転速度を無段階に変更可能にし、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク（負荷）以下の場合は、当初より、回転駆動部３の駆動モーター２０を常時の最大出力駆動させつつ、例えば、回転駆動部３の駆動モーター２０と回転駆動部３を昇降させる昇降モーター１７とを、地盤に対する回転駆動部３の駆動モーター２０が常時の最大最適出力を出力するように自動制御する構成とし、駆動モーター２０を常に最大出力を出力させ、地盤に対して過剰回転となるときには、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御して、地盤改良装置５に作業負荷（撹拌抵抗）を付与し、これにより、掘削・回転負荷が小さいときの遠心力による土壌改良剤の偏りを抑制しつつ、地盤の性状にあった地盤改良装置５の駆動力を発揮させるようにしたうえで、駆動モーター２０の能力を常時最大限発揮させ、掘削撹拌作業の作業効率を向上させるのである。
すなわち、従来では、駆動モーター２０の回転出力と、地盤改良装置５の昇降速度とは、掘削負荷が過剰になったときのみ、地盤改良装置５の昇降速度を遅くさせるのみの対応であったが、本発明では、駆動モーター２０を常時最大出力状態とし、掘削負荷が過剰になったときに地盤改良装置５の昇降速度を遅くさせることは当然とし、掘削負荷が小さいときにも、昇降速度を掘削負荷に応じて変速することにより、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を最適状態で維持させ、掘削撹拌作業の作業効率を向上させるのである。
図３（Ａ）はこの駆動モーター２０の回転数とトルクと地盤改良装置５の昇降速度との関係を示した表図であり、トルクが大きいときは回転数は低く、かつ、昇降速度が遅いが、トルクが小さくなると回転数は高くなるので、昇降速度を速くしている。
同様に、 図３（Ｂ）は、この駆動モーター２０が一定出力（許容最大出力）時の回転数とトルクと、地盤改良装置５の昇降速度と地盤改良装置５の昇降速度の関係を示した模式図であり、鎖線の反比例の反比例曲線Ａが駆動モーター２０の許容最大出力時の回転数とトルクの変化を示し、実線の反比例曲線Ｂは地盤改良装置５の昇降させる際の昇降速度の変化を示し、掘削負荷が小さく回転数が上昇するときに、昇降速度を速くして掘削負荷を大きくさせることを示している。
同様に、 図３（Ｂ）は、この駆動モーター２０が一定出力（許容最大出力）時の回転数とトルクと、地盤改良装置５の昇降速度と地盤改良装置５の昇降速度の関係を示した模式図であり、鎖線の反比例の反比例曲線Ａが駆動モーター２０の許容最大出力時の回転数とトルクの変化を示し、実線の反比例曲線Ｂは地盤改良装置５の昇降させる際の昇降速度の変化を示し、掘削負荷が小さく回転数が上昇するときに、昇降速度を速くして掘削負荷を大きくさせることを示している。
具体的には、駆動モーター２０に回転数を検出する回転計２５と、駆動モーター２０の回転トルク検出するトルク計２６と、昇降モーター１７による地盤改良装置５の昇降速度を検出する昇降速度計（深度計）２７とを設け、これらのデータに基づき制御部２８で自動制御する。２９は手動昇降スイッチである。
なお、地盤改良装置５の昇降速度を検出する昇降速度計（深度計）２７の構成は任意であり、一例を示すと、地盤改良装置５に牽引するワイヤー１６とは別個にワイヤー２７Ａを設け、ワイヤー２７Ａの移動速度に時間を乗じて検出する構成としている。
なお、地盤改良装置５の昇降速度を検出する昇降速度計（深度計）２７の構成は任意であり、一例を示すと、地盤改良装置５に牽引するワイヤー１６とは別個にワイヤー２７Ａを設け、ワイヤー２７Ａの移動速度に時間を乗じて検出する構成としている。
しかして、前記したように、軟弱地盤であれば、駆動モーター２０の回転数を低速にし、撹拌翼１１の羽根切り回数を維持して地盤の土砂と土壌改良剤とを撹拌するところ、軟弱地盤であっても、駆動モーター２０の掘削負荷に対する許容出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げたまま、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御して地盤改良装置５の昇降速度を速めることにより、撹拌翼１１の撹拌抵抗を大きくし、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を最適状態で維持させ、駆動モーター２０が常に最大出力を無駄なく発揮させて、掘削撹拌作業の作業効率を向上させる。
この場合、駆動モーター２０の許容出力限界範囲は、原則、連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内（例えば、９割程度）を想定しているが、設定は任意であり、故障あるいは破損しない範囲内の最大値を選択すると、作業効率を向上させられ、好適である。
また、故障あるいは破損しない許容範囲内において、常時駆動モーター２０の出力を最大出力とし、最大出力時の地盤改良装置５の回転に対して、地盤の性状に合わせて、地盤改良装置５の昇降速度を、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を最適状態で維持させるように、昇降速度を自動変速制御する。
また、故障あるいは破損しない許容範囲内において、常時駆動モーター２０の出力を最大出力とし、最大出力時の地盤改良装置５の回転に対して、地盤の性状に合わせて、地盤改良装置５の昇降速度を、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を最適状態で維持させるように、昇降速度を自動変速制御する。
また、ベースマシン１の操作部のモニタ３０には、作業者が、手動で行う掘削撹拌作業する際に、地盤改良装置５（撹拌翼１７）の回転数を表示する撹拌翼回転数表示部３２と、地盤改良装置（撹拌翼５）の回転数に応じた推奨掘削（下降）速度、もしくは、引き抜き（上昇）速度を表示する昇降速度表示部３３と、掘削撹拌状態を表示する掘削撹拌状態表示部３４とを設け、このモニタ３０により作業者の作業を誘導表示する構成とする。
なお、撹拌翼回転数表示部３２の表示回転数は、駆動モーター２０の回転数と連動しているので、撹拌翼回転数表示部３２が表示する回転数により駆動モーター２０の回転数も確認可能である。
なお、撹拌翼回転数表示部３２の表示回転数は、駆動モーター２０の回転数と連動しているので、撹拌翼回転数表示部３２が表示する回転数により駆動モーター２０の回転数も確認可能である。
駆動モーター２０の構成は任意であり、油圧ポンプ３５と油圧モータ３６により構成してもよく、また、インバーターモーター３７により構成してもよく、何れの場合でも、無段階に回転数を変更できると、自動回転制御を容易かつ正確にできる。
また、地盤改良装置５にセメントミルク等の土壌改良剤の供給プラント４０と地盤改良装置５とを、地盤改良装置５の昇降速度に応じて供給プラント４０の土壌改良剤の吐出量を変更するように自動制御する。そのため、土壌改良の品質を向上させられる。
４１は供給プラント４０から地盤改良装置５の回転駆動部３にセメントミルク等の土壌改良剤を送る搬送ホースである。
また、地盤改良装置５にセメントミルク等の土壌改良剤の供給プラント４０と地盤改良装置５とを、地盤改良装置５の昇降速度に応じて供給プラント４０の土壌改良剤の吐出量を変更するように自動制御する。そのため、土壌改良の品質を向上させられる。
４１は供給プラント４０から地盤改良装置５の回転駆動部３にセメントミルク等の土壌改良剤を送る搬送ホースである。
（実施形態の作用）
本発明は上記構成であり、ベースマシン１を施工現場に運搬または走行させ、リーダー２を起立させた状態で、リーダー２に対して回転駆動部３と回転軸体４と地盤改良装置５とを昇降モーター１７によりワイヤー１６を繰り出して、予め掘削されている縦杭穴内に下降させ、あるいは、地盤上面に地盤改良装置５のオーガーヘッド１５を下降させて、地盤改良装置５のオーガーヘッド１５により地盤を掘削して縦杭穴を形成する。
本発明は上記構成であり、ベースマシン１を施工現場に運搬または走行させ、リーダー２を起立させた状態で、リーダー２に対して回転駆動部３と回転軸体４と地盤改良装置５とを昇降モーター１７によりワイヤー１６を繰り出して、予め掘削されている縦杭穴内に下降させ、あるいは、地盤上面に地盤改良装置５のオーガーヘッド１５を下降させて、地盤改良装置５のオーガーヘッド１５により地盤を掘削して縦杭穴を形成する。
縦杭穴の所定深度まで、地盤改良装置５を下降させると、オーガーヘッド１５が掘削した土砂等の地盤構成物に地盤改良装置５から地盤改良剤を噴出させて注入し、この地盤構成物と土壌改良剤とを地盤改良装置５の撹拌部６の撹拌翼１１により撹拌して地盤改良を行う。
掘削作業を行う場合、従来では、単に、地盤改良装置５の駆動トルクおよび回転速度を地盤の状態（軟らかい、硬いなど）に応じて適切な値に設定するようにしており、例えば、固い地盤では撹拌工具１１の駆動トルクを大きく（回転速度を遅く）しなければならず、一方、柔らかい地盤では回転速度を速く（駆動トルクを小さく）して掘削作業を行っていた。
掘削作業を行う場合、従来では、単に、地盤改良装置５の駆動トルクおよび回転速度を地盤の状態（軟らかい、硬いなど）に応じて適切な値に設定するようにしており、例えば、固い地盤では撹拌工具１１の駆動トルクを大きく（回転速度を遅く）しなければならず、一方、柔らかい地盤では回転速度を速く（駆動トルクを小さく）して掘削作業を行っていた。
このことは、例えば、基本作業では、駆動モーター２０の能力の７割程度となるように、回転数を設定し、硬い地盤で地盤改良装置５の回転負荷が掛かると、駆動モーター２０の能力を９割程度に上昇させ、それでも、回転負荷が大きいときは昇降速度を遅くして、地盤改良装置５の負荷を軽減させて作業を行っていた。
つまり、常時、駆動モーター２０の出力に余裕を持たせ、対応できないときに、駆動モーター２０の出力（回転数・トルク）を自動的に高くする制御を実行していたので、駆動モーター２０を連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内における最大出力に対して７割程度に予め設定した出力と予め設定した昇降速度で常時作業することになり、駆動モーター２０の出力に余裕を持たせるために控えている３割分が常時失われている出力損失分、作業効率が低下することになっていた。
つまり、常時、駆動モーター２０の出力に余裕を持たせ、対応できないときに、駆動モーター２０の出力（回転数・トルク）を自動的に高くする制御を実行していたので、駆動モーター２０を連続運転させても故障あるいは破損しない許容範囲内における最大出力に対して７割程度に予め設定した出力と予め設定した昇降速度で常時作業することになり、駆動モーター２０の出力に余裕を持たせるために控えている３割分が常時失われている出力損失分、作業効率が低下することになっていた。
本発明では、回転駆動部３の駆動モーター２０は地盤改良装置５の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５の回転速度を無段階に変更可能とし、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御する構成としているので、当初より、駆動モーター２０を、許容される出力限界範囲にて駆動させ、掘削負荷が小さいときには地盤改良装置５の昇降速度を自動的に速くし、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持させ、昇降速度を速くすることにより、掘削撹拌作業の作業効率を向上させることができる。
すなわち、従来では、駆動モーター２０の回転出力と、地盤改良装置５の昇降速度とは、掘削負荷が過剰になったときのみ、地盤改良装置５の昇降速度を遅くさせるのみの対応であったが、本発明では掘削負荷が過剰になったときに地盤改良装置５の昇降速度を遅くさせることは当然とし、掘削負荷が小さいときにも、昇降速度を掘削負荷に応じて変速（速く）することにより、掘削撹拌抵抗を増加させて、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を最適状態で維持させ、掘削撹拌作業の作業効率を向上させる。
ベースマシン１の操作部のモニタ３０には、作業者が、手動で行う掘削撹拌作業する際に、地盤改良装置５（撹拌翼１７）の回転数を表示する撹拌翼回転数表示部３２と、地盤改良装置（撹拌翼５）の回転数に応じた推奨掘削（下降）速度、もしくは、引き抜き（上昇）速度を表示する昇降速度表示部３３と、掘削撹拌状態を表示する掘削撹拌状態表示部３４とを設けているので、作業者は、モニタ３０により自動制御状態を視認することができ、また、手動操作により地盤改良する際にも、作業操作を誘導表示でき、操作性を向上させることができる。
駆動モーター２０の構成は任意であり、油圧ポンプ３５と油圧モータ３６により構成しているので、無段階に回転数を変速制御可能な地盤改良装置５の駆動源を、簡素かつ安価に構成することができる。
また、駆動モーター２０を、インバーターモーター３７により構成すると、無段階に回転数を変更できると、自動回転制御を容易かつ正確にできる。
また、地盤改良装置５にセメントミルク等の土壌改良剤の供給プラント４０と地盤改良装置５とを、地盤改良装置５の昇降速度に応じて供給プラント４０の土壌改良剤の吐出量を変更するように自動制御する構成としているので、土壌改良の品質を向上させられる。
また、駆動モーター２０を、インバーターモーター３７により構成すると、無段階に回転数を変更できると、自動回転制御を容易かつ正確にできる。
また、地盤改良装置５にセメントミルク等の土壌改良剤の供給プラント４０と地盤改良装置５とを、地盤改良装置５の昇降速度に応じて供給プラント４０の土壌改良剤の吐出量を変更するように自動制御する構成としているので、土壌改良の品質を向上させられる。
１…ベースマシン、２…リーダー、３…回転駆動部、４…回転軸体、５…装置、１０…撹拌ロッド、１１…撹拌翼、１２…供給管、１３…吐出口、１４…振れ止め部、１５…オーガーヘッド、１６…ワイヤー、１７…昇降モーター、２０…駆動モーター 、２５…回転計、２６…トルク計、２７…昇降速度計、２８…制御部、２９…手動昇降スイッチ、３０…モニタ、３２…撹拌翼回転数表示部、３３…昇降速度表示部、３４…掘削撹拌状態表示部、３５…油圧ポンプ、３６…油圧モータ、３７…インバーターモーター、４０…供給プラント。
Claims (5)
- ベースマシン１に設けたリーダー２に昇降自在に回転駆動部３を取付け、回転駆動部３には下部に地盤改良や掘削作業を行う地盤改良装置５を駆動する回転軸体４の上部側を取付け、回転軸体４には地盤改良装置５の撹拌ロッド１０を取付け、回転駆動部３の駆動モーター２０を、常に最大出力を出力するように、昇降モーター１７による地盤改良装置５を昇降させる昇降速度と関連させて自動制御する構成とし、前記回転軸体４および撹拌ロッド１０は、中空部材により形成し、回転軸体４および撹拌ロッド１０内には地盤の土壌改良剤を地盤改良装置５に供給する供給ホースを設け、地盤改良装置５に設けた撹拌部６の撹拌翼１１を回転させながら地盤改良装置５から噴出させた土壌改良剤と地盤構成材とを撹拌し、回転駆動部３の駆動モーター２０は地盤改良装置５の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５の回転速度を無段階に変更可能とし、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御する地盤改良装置の駆動制御方法。
- ベースマシン１に設けたリーダー２に昇降自在に回転駆動部３取付け、回転駆動部３には、下部に地盤改良や掘削作業を行う地盤改良装置５を駆動する回転軸体４の上部側を取付け、回転軸体４には地盤改良装置５の撹拌ロッド１０を取付け、撹拌ロッド１０には撹拌部６の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５を取付け、地盤改良装置５は、地盤改良装置５の所定部分に設けた突出口より、回転軸体４および撹拌ロッド１０内に設けた供給ホースを介して土壌改良剤を噴出する構成とし、回転駆動部３の駆動モーター２０は地盤改良装置５の撹拌翼１１およびオーガーヘッド１５の回転速度を無段階に変更可能とし、駆動モーター２０のトルクもしくは動力を検出し、地盤改良装置５の掘削負荷が駆動モーター２０の許容されるトルク以下の場合は、駆動モーター２０の許容される出力限界範囲まで自動的に駆動モーター２０の回転を上げ、単位深度当たりの撹拌翼１１の羽根切り回数を維持できる範囲で掘削下降速度、もしくは、引き抜き速度を自動的に制御する構成とした地盤改良装置。
- 請求項２において、ベースマシン１の操作部のモニタを設け、モニタには、駆動モーター２０の回転数と、地盤改良装置５の回転数と、地盤改良装置５の回転数に応じた推奨掘削（下降）速度、もしくは、引き抜き（上昇）速度を表示する構成とした地盤改良装置。
- 請求項２または請求項３において、回転駆動部３の駆動モーター２０は、油圧ポンプ３５および油圧モータ３６とによる構成、あるいは、インバーターモーター３７により構成した地盤改良装置。
- 請求項２～請求項４の何れかにおいて、地盤改良装置５に供給する土壌改良剤は、水とセメントとを混練して製造するセメントミルクにより構成し、セメントミルクを製造するセメントミルク供給プラント４０と地盤改良装置５とを、地盤改良装置５の昇降速度に応じて供給プラント４０のセメントミルクの吐出量を変更するように自動制御する構成とした地盤改良装置。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000220134A (ja) | 1999-02-02 | 2000-08-08 | Tenox Corp | 地盤改良工法の管理方法および地盤改良機の管理装置 |
| JP2000282454A (ja) | 1999-03-31 | 2000-10-10 | Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd | 地盤改良機の自動制御装置 |
| JP2008095388A (ja) | 2006-10-12 | 2008-04-24 | Takenaka Doboku Co Ltd | 混合処理工法における施工管理方法及びその装置 |
| JP2016065446A (ja) | 2014-09-18 | 2016-04-28 | 株式会社ワイビーエム | 柱状改良杭造成システム |
-
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