JPS6347413A - 地盤改良機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、地盤改良機のｖ制御装置に関するものである
。

（従来技術） 従来から粉体噴ＤＡｌｆｔ拌工法（ＤＪＭ）を採用した
地盤改良機が知られているが、その施工時には、攪拌軸
のｄ人引抜速度（昇降速瓜）および改良材の吐出量（土
中に噴射するｆｆ１）を一定に保持しているのが通例で
ある。このような施工法では、改良の対象となる軟弱地
盤が深度方向に均一な土質である場合は、改良材と地盤
土壌とがほぼ均一に攪拌混合されて均一な強度の改良柱
体を造成できるが、深さ方向に異なった地層が手なって
いて地質が均一でない場合は、上記改良材の吐出量をお
よび口入引抜速麿を一定にして、改良材と地盤土壌とを
均一に攪拌混合しても、均一な強度の改良柱体を造成す
ることはできないという問題があった。

（発明の目的） 本発明は、このような問題を解消するためになされたも
のであり、異なった地層が＠なった軟弱地盤であっても
、常に均一な強度の改良柱体を造成できる地盤改良機の
制御装冒を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、下端に攪拌翼を有する攪拌軸の回転駆動手段
と、上記攪拌軸の１人引抜手段と、攪拌軸の先端から改
良材を吐出させる改良材吐出手段とを備えた地盤改良機
において、攪拌軸の攪拌トルク検出手段と、攪拌軸の貫
入引抜速度検出手段と、攪拌軸の貫入引抜速度検出手段
と、攪拌軸の回転数検出手段と、攪拌翼の回転半径記憶
手段と、上記各検出手段および記憶手段から入力された
攪拌軸の攪拌トルク、員大引後抵抗、ｎ入引汰速度、回
転数、攪拌翼の回転半径の各信号に基づいて単位体積当
りの仕事のを演算する演詩手段と、単イ◇体積当りの目
標仕事運の設定手段と、上記演算手段および設定手段か
ら入力された単位体積当りの仕事量と単位体積当りの目
標仕事量とを比較判別する手段と、上記比較判別手段か
らの信号に基づいて上記単位体積当りの仕事量と単位体
積当りの目標仕事量との偏差が小さくなるように員入引
抜速磨制御信号を上記貫入引抜手段に送る制御手段とを
具備していることを特徴とするものである。

上記の構成により、攪拌軸の攪拌トルク、貞入明後抵抗
、貫入引抜速度、回転数、攪拌翼の回転半径に基づいて
演Ｏされた単位体積当りの仕事量を判断基準とし、その
現実の仕事運と、予め地質のポーリング調査や室内での
改良材の配合、反応試験等によって求められた目標什ｌ
５ｆｆｌとの偏差に応じて、攪拌軸の貫入引抜速度が制
御され、地質に応じた仕事量で最遺な地盤改良が行われ
、均一な強度の改良柱体が得られる。

（実施例） 地盤改良機の概略構成を第２図によって説明する。ベー
スマシン１に立設されたリーダ２に、攪拌軸３が回転自
在にかつ昇降自在に支持されている。攪拌軸３は内部に
改良材送給通路を有する中空状で外形が断面角形に形成
され、その下端に放射状の攪拌翼４と、図示しない改良
材吐出口が設けられている。

攪拌軸３の回転駆動手段５は、軸回転駆動用電動モータ
５ａと減速機５ｂとを有し、その減速機５ｂに上配攪拌
軸３が軸方向にのみ摺動自在に挿通され、攪拌軸３に対
して軸方向の摺動すなわち昇降を許容しながら回転トル
クを伝達する。

攪拌軸３の貫入明後手段６は、貫入用ウィンチ６ａと、
明後用ウィンチ６ｂとを有し、貫入用ウィンチ６ａに巻
取られた貫入用ローブ６Ｃの先端が攪拌軸３の上端に連
結されたスラスト軸受３ａの下部に連結され、引抜用ウ
ィンチ６ｂに巻取られた明後用ローブ６ｄが上記スラス
ト軸受３ａの上部に連結されている。上記両ウィンチ６
ａ、６ｂはそれぞれ油圧モータや可変容量形油圧ポンプ
等を備えた油圧ユニット６ｅによって駆動され、その駆
動により、攪拌軸が昇降され、軟弱地盤Δに対してｒ１
人、引扱きが行われる。

改良材吐出手段７は、タンク７ａの下部に可変速電動モ
ータ７ｂによって駆動されるフィードホイール７Ｃを装
廂してなるもので、配管７ｄから尋人した圧縮空気と、
フィードホイール７Ｃの回転とによってタンク７ａ内に
貯蔵された改良材Ｂが改良材送給ホース７ｅに空気圧送
される。ホース７ｅの先端は図示しないスイベルジヨイ
ントを介して攪拌軸３の上端に接続され、上記ボース７
ｅに空気圧送された改良材が攪拌軸３内に送給され、攪
拌＠３の先端に設けられた吐出口から吐出される。

次に、上記地盤改良機により地盤改良を行う方法を説明
する。攪拌軸回転駆動手段５により攪拌軸３を回転さぜ
４【がら、貫入引抜手段６の引抜用ウィンチ６ｂにより
引抜用ローブ６ｄを繰出すとともに、貫入用ウィンチ６
ａにより貫入用ロー７６Ｃをさ取ることにより、攪拌軸
３を下降させて軟弱地盤Ａ中に貫入させ、このｑ人時に
、攪拌軸先端の攪拌翼４によって地盤土壌を攪拌する。

そして、攪拌軸３を所定の深度まで貫入させた後、上記
攪拌軸３を回転させながら、貫入用ウィンチ６ａにより
貫入用ローブ６Ｃを繰出すとともに、用法用ウィンチ６
ｂにより明後用ロープ６ｄを巻取ることによって、攪拌
軸３を上昇させて軟弱地盤Ａ中から引抜き、この引抜き
時に、攪拌軸先端の吐出口から改良材を吐出し、攪拌翼
４により改良材と地盤土壌とを攪拌混合することによっ
て地盤改良が行われる。なお、攪拌軸３の貫入時に改良
材を吐出してもよい。

次に、上記地盤改良機の訓ｙＡ装置を第１図によって説
明する。回転数検出手段１０は攪拌軸回転駆動手段５の
減速機５ｂ等に付設され、攪拌軸３の回転数ｎ　（ｒ、
ｐ、ａ＋、）を検出する。攪拌トルク検出手段１１は、
回転数検出手段１０と、上記回転駆動手段５の電動モー
タ５ａの電ｆＪＥ（ｋｗ）を検出する電力検出手段１１
ａと、雨検出手段１０゜１１ａによって検出された回転
数ｎと電力［に基づいて攪拌トルクＴａｒを演算する攪
拌トルク演算手段１１ｂとからなる。攪拌トルクＴｏｒ
は、Ｔｏｒ＝９７４ｘＥ／ｎ　（に９ＴＴｒＬ’）で求
められる。

攪拌＠３の貫入明後抵抗検出手段１２は、貫入引抜手段
６の油圧ユニット６ｅに設けられた圧力検出器によって
ポンプ吐出圧力Ｐ（ｋｇｆ／ｉｎ）を検出する油圧検出
手段１２ａと、その圧力Ｐに基づいて貴人明後抵抗Ｒｅ
ｓ（Ｋｇｆ’）を演算するＱ人引仮抵抗演算手段１２ｂ
とからなる。貴人明後抵抗Ｒｅｓは、Ｒｅ５＝に１Ｐ＋
に２で求められる。ただし、Ｋ１．に２は油圧ポンプの
言争や機械損失によって決まる定数である。

貞入引汰速度検出手段１３は、攪拌軸３の昇降速度を検
出するもので、たとえば貫入引抜手段６の貫入用ロープ
６Ｃおよび明後用ローブ６ｄの各ガイドシーブの回転数
を検出し、その回転数から攪拌軸３の員入引汰速度υ（
ＴｒＬ／Ｓｉｎ　）を９出する。買回転半径記憶手段１
４には攪拌翼４の回転半径ｒ　（ｍ）が記憶されている
。

上記各検出手段１０，１１．１２．１３によって検出さ
れた攪拌軸３の回転数ｎ、攪拌１−ルクＴｏｒ、貴入引
抜抵抗Ｒｅｓ、貫入引火速度υと、記憶手段１４に記憶
された攪拌ｍ４の回転半径ｒは、演算手段１５に入力さ
れ、この演算手段１５により単位体積当りの仕事ｆｆ１
Ｗ／Ｖが演算される。

今、第３図に示すように攪拌翼４が１回転し、軸方向に
長さＱだけ貫入（引抜きも同じ）して地盤改良を行った
時の改良柱体Ｃについて考察する。

攪拌ｙＲ４の回転の反力をＦ、１１１人抵抗をＲｅｓと
すると、回転による仕事１ｊｔＷ１と、貫入による仕事
量Ｗ２は、次の通りである。

Ｗ１＝Ｆ　・２７ｒｒ　　、　　Ｗ２　＝Ｒｅｓ−Ω一
方、上記改良柱体の体積Ｖは、πｒ’　Ｑであるので、
単位体積当りの仕事量Ｗ／Ｖ（ｔｆ−ｍ／ｉ＞は次式で
表わされる。

Ｗ／Ｖ＝　（Ｆ−２πｒ＋Ｒｅ５−Ｑ）／πｒ２Ｑ・・
・・・・・・・■ ここで、攪拌トルクＴｏｒは、ＴＯｒ＝Ｆ−ｒで表わさ
れる。また、攪拌翼４が長さΩだけ軸方向に移動する時
間をｔ（ｓｅｃ）とすると、長ざρは、ａ−υ・ｔ／６
０、時間ｔは、ｔ＝６０／几（ただし、υ：貞入引明後
度、ｎ：回転数）で表わされる。

従って、上記０式の単位体積当りの仕事ｍＷ／■は、次
のように置換えることができる。

Ｗ／Ｖ＝　（Ｔｏｒ−２π＋Ｒｅ５（υ／ｎ））／πｒ
２　　（υ／ｎ＞ ＝２ｎ−Ｔｏｒ／ｒ’　υ＋Ｒｅｓ／πｒ２・・・・・
・・・・■ こうして演尊手段１５により演算された単位体積当りの
仕事ｆｆ１Ｗ／Ｖは、次の比較判別手段１６に入力され
る。一方、予め地質のポーリング調査や室内での改良材
の配合、反応試験等によって単位体積当りの目標仕事ｆ
ｆ１ｓ（ただし、Ｓ二単位体積当りの仕事量Ｗ　／　Ｖ
の理想値）が針筒され、その目標仕−５ｍ５が目標仕事
量設定手段１７に設定されており、この設定手段１７か
ら目標仕事ｍｓが−Ｆ記比較判別手段１６に入力される
。

次いで、比較判別手段１６により、上記演ｎ手段１５に
より演算された現在の単位体積当りの仕事ｆＤＷ／Ｖと
、上記目標仕事Ｉｓとが比較判別され、その判別結束に
基づいて次のような制御が行ねれる。

すなわち、貫入引抜速Ｉｆｆ　Ｉ＋　１２０手段１８に
おいて、Ｑ入引決速度設定手段１８ａに予め上記目標仕
事量Ｓを達成するための日入引抜速度υ０が設定されて
おり、その設定値υ０と、上記比較判別手段１６による
比較判別結果に基づいて、真人引抜速度演算手段１８ｂ
により必要とする日入引抜速度υｉが演算される。次い
で、ｎ人引抜速度υｉに基づいて、油量演算手段１８Ｇ
により上記ｎ人引抜手段６の必要部ωｑ＝に３υが演算
される。ただし、Ｋ３は機械によって決まる定数である
。その後上記油Ｍｑに応じた信号が信号発生手段１８Ｃ
から貫入引抜手段６の流潰制御器に送られ、これによっ
て油圧ポンプの吐出量がυ制御され、ｎ入用ウィンチ６
ａおよび引抜用ウィンチ６ｂの回転速度がｖ制御され、
攪拌軸３の貴人速度または明後速度が制御される。

一方、改良材吐出ｆｆｉ　ｉｌｌ　１１１手段１９にお
いて、改良材吐出量設定手段１９ａに予め上記目標仕事
量Ｓを達成するための改良材吐出量Ｑｏが設定されてお
り、その設定値Ｑｏと、上記比較判別手段１６による比
較判別結果に基づいて、改良材吐出間演ｎ手段１９ｃに
より必要とする改良材吐出間Ｑｉが演１される。次いで
、その吐出ｆｆ１Ｑｉに基づいて、上記改良材吐出手段
７のフィードホイール７Ｃの回転数ｎｉが演算され、こ
の回転数ｎ１に応じた信号が信号発生手段１９ｄから改
良材吐出手段７の電動モータ７ｂに送られ、同モータ７
ｂの回転数すなわちフィードホィール７ｃ回転数が制御
され、これによって改良材吐出手段７から攪拌軸３に対
する改良材の送給量が制御され、攪拌軸３の先端から軟
弱地盤中に対する改良材の吐出量が制御される。

上２の制御Ｉをさらに具体的に説明すると次の通りであ
る。

比較判別手段１６による仕事ｆｆ１Ｗ／Ｖと、目標仕事
ｆｆ１ｓとの判別結果に基づいて、たとえば仕事１ｆｉ
Ｗ／Ｖの変化量が±２０％をυ１ｔ［ｌ基準とし、貝入
引汰速度演ｎ手段１８ｂおよび改良材吐出間演わ手段１
９ｂにより、ｖ１人引明後度υｉおよび改良材吐出ｆｉ
Ｑｉを次のように演算する。

Ｗ／Ｖ＞ｓの時、 Ｗ／　Ｖ　＞　　１．２ｓか否かを判別し、Ｗ／　Ｖ　
＞　　１．２ｓの詩は、 υｉ＝１．２１＞（１、 Ｑ　ｉ　−（２，２−（Ｗ／Ｖ）　／ｓ　）　Ｑ。

とする。

Ｗ／Ｖ≦　１．２６の時は、 υｉ　＝　（（Ｗ／Ｖ）　／Ｓ　）υｏ１Ｑ　ｉ　＝Ｑ
ａ とする。

Ｗ／Ｖ≦Ｓの時、 Ｗ／Ｖ＜　０．８ｓか否かを判別し、 Ｗ／Ｖ＜　０．８ｓの時は、 υｉ＝ｏ、８υｏ１ Ｑ　ｉ　＝　（１，８−（Ｗ／Ｖ）　／ｓ　’ｔ　Ｑ。

とする。

Ｗ／Ｖ≧０．８６の時は、 υｉ＝　（（Ｗ／Ｖ）／Ｓ）υ０、 Ｑｉ＝Ｑ。

とする。

以下、上記の演算によって得られた日入引抜速度υｉに
基づいて必要補間ｑを求め、貫入引抜手段６による攪拌
軸６のｎ人引抜速度υを−り御するとともに、改良材吐
出ｆｆ１Ｑｉに基づいて改良材吐出手段５のフィードホ
イール７ｄの回転数ｎｉを求め、その電動モータ７ｂの
回転数を制御して改良材吐出間を一１１ｔｌｌする。

上記の制御により、均一強度の改良柱体が得られる。す
なわち異なった地層が重なっていて地質が均一でない場
合、攪拌軸３の貫入引抜手段等が変化し、単位体積当り
の仕事（ＭＷ／Ｖが変化するので、この仕事ωＷ／Ｖが
一定となるように制御することによって、地質に応じた
仕事つまり地盤改良が行われ、その結果、均一な強度の
改良柱体が得られるのである。

ところで、上記実施例ではＱ入明後速度と改良材吐出間
とを制ｔｌｌｌするようにしたが、貫入引抜手段６によ
る攪拌軸４の回転速度を上記と同様の制御により制御す
ることも＋１意に可能である。また、・本発明において
は、必ずしも改良材の吐出量を制御する必要はなく、日
入引抜速成を制御するだけでも従来に比べて十分にすぐ
れた改良柱体を得ることができる。

上記地盤改良機において、攪拌軸３の真人明後手段６に
は第２図に示したウィンチ式に限らず、チャック機構と
貝入引汰用油圧シリンダを用いて攪拌軸を一定のピッチ
ずつ貫入または引抜きするものでもよい。この場合は、
油圧シリンダに対する供給流量を制御して同シリンダの
伸縮速度を制御し、ａ拌軸の門人引抜速度を制御すれば
よい。

本発明の制御装置は、陸上用の地盤改良機に限らず、ｔ
Ｆｉ底用の地盤改良機にも適用できるものである。

（発明の効果） 以上のように本発明は、地盤改良作ｇ、時に、攪拌に髪
した単位体積当りの仕事量に応じて、その仕事量が一定
となるように攪拌軸の口入引失速度を制御するようにし
たものであり、この制錘により、異なった地層が重なっ
ていて地質が均一でない場合でも地質に応じた地盤改良
が行われ、均一な強度の改良柱体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は本
発明のｔ１１１ｔ２１Ｉ装置を装備した地盤改良機の一
例を示すａｔ略開側面図第３図は単位体積当りの仕事ｍ
を針筒するための説明図である。 ３・・・攪拌軸、４・・・攪拌翼、５・・・攪拌軸回転
駆動手段、６・・・攪拌軸貴入引汝手段、７・・・改良
材吐出手段、１０・・・）Ｉ拌軸回転数検出手段、１１
・・・ｍ拌トルク検出手段、１２・・・真人明後抵抗検
出手段、１３・・・貫入用法速度検出手段、１４・・・
攪拌内回転半径記憶手段、１５・・・単位体積当りの仕
事缶演口手段、１６・・・比較判別手段、１７・・・目
標仕事量設定手段、１８・・・貴人引抜速Ｉ！１ｔＩＩ
Ｉ御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、下端に攪拌翼を有する攪拌軸の回転駆動手段と、攪
   拌軸の貫入引抜手段と、攪拌軸の先端から改良材を吐出
   させる改良材吐出手段とを備えた地盤改良機において、
   攪拌軸の攪拌トルク検出手段と、撹拌軸の貫入引抜抵抗
   検出手段と、攪拌軸の貫入引抜速度検出手段と、攪拌軸
   の回転数検出手段と、攪拌翼の回転半径記憶手段と、上
   記各検出手段および記憶手段から入力された攪拌軸の攪
   拌トルク、貫入引抜抵抗、貫入引抜速度、回転数、攪拌
   翼の回転半径の各信号に基づいて単位体積当りの仕事量
   を演算する演算手段と、単位体積当りの目標仕事量の設
   定手段と、上記演算手段および設定手段から入力された
   単位体積当りの仕事量と単位体積当りの目標仕事量とを
   比較判別する手段と、上記比較判別手段からの信号に基
   づいて上記単位体積当りの仕事量と単位体積当りの目標
   仕事量との偏差が小さくなるように貫入引抜速度制御信
   号を上記貫入引抜手段に送る制御手段とを具備している
   ことを特徴とする地盤改良機の制御装置。