| 【発明の名称】 |
地盤改良工法およびその装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】太 田 惠 智
【氏名】中 柴 弘
【氏名】奥 村 良 介
【氏名】大 西 常 康
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| 【要約】 |
【課題】アースオーガによる掘削方向に変位が生じたとき、速やかに正規の方向に修正して掘削撹拌を続行することを可能とする。
【解決手段】回転駆動自在とされ並列配置される複数本のロッド９，９の下端の連結軸受１２と掘削撹拌ヘッド１０の上端の連結軸受１３とをトルク伝達可能な自在継手１４により連結し、前記連結軸受間を等角配置の少なくとも３本のシリンダ１５により連結してなり、前記シリンダ１５を地上で遠隔操作することにより掘削方向を修正するようにしたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】アースオーガにより地盤を掘削し、掘削された土砂と固化材とを撹拌混練して地盤を改良する地盤改良工法において、アースオーガの掘削方向変位を検出するセンサを掘削撹拌ヘッドの近傍に設け、前記センサにより検出された掘削方向変位を地上で観測しながら掘削方向変位が生じたとき掘削方向を修正しつつ施工することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】前記センサに、傾斜計とジャイロセンサとの組み合わせからなる３次元ジャイロセンサを用いる請求項１記載の地盤改良工法。
【請求項３】回転駆動自在とされ並列配置される複数本のロッドの下端の連結軸受と掘削撹拌ヘッドの上端の連結軸受とをトルク伝達可能な自在継手により連結するとともに前記連結軸受間を等角配置の少なくとも３本のシリンダにより連結し、前記掘削撹拌ヘッドの近傍に掘削方向変位を検出するセンサを設けてなり、このセンサにより検出された掘削方向変位を観測しながら前記シリンダを地上で遠隔操作することにより掘削方向を修正するようにしたことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項４】掘削方向変位を検出するセンサからの検出信号をＣＰＵに入力し、このＣＰＵからの指令に基づいて前記シリンダを作動させることにより掘削方向の修正を行なうようにされている請求項２記載の地盤改良装置。
【請求項５】前記センサは、傾斜計とジャイロセンサとの組み合わせからなる３次元ジャイロセンサとされ、このセンサは前記連結軸受に固定された防水ケース内に収納されている請求項３または４記載の地盤改良工法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アースオーガにより地盤を掘削し、掘削された土砂と固化材とを撹拌混練して地盤を改良する地盤改良工法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、軟弱な地盤を硬化させる地盤の改良には、図１（Ａ）、（Ｂ）に本発明の一実施形態として示す正面図および側面図にみられるようなアースオーガが用いられている。このアースオーガは、自走可能なクローラ型のベースマシン１にその前部の支持部２とステー３とにより直立状態に立設されるリーダマスト４の前面側のガイドレール５に駆動部６が昇降自在に支持されてリーダマスト４の上端のトップシーブ７を経由するワイヤロープ８により吊持され、ベースマシン１に搭載のウインチ（図示省略）による巻上げ巻下げにより昇降されるようになっており、この駆動部６の出力軸に複数本（図では２本）のロッド９，９が連結され、その下端の掘削撹拌ヘッド１０，１０により地盤を掘削しつつ固化材を供給して掘削撹拌ヘッド１０，１０により掘削土砂と固化材とを撹拌混合しつつロッド９，９を引抜くことにより掘削地盤を固化材により硬化させて地盤の改良を行なうようになされている。なお符号１１，１１はロッド９，９を拘束する振止めである。
【０００３】ところで上記のようにロッド９，９を回転駆動してその下端の掘削撹拌ヘッド１０，１０により地盤を掘削するとき、地盤の性状等により掘削方向が予定の方向に対し曲がってしまうことがあり、予定の箇所の地盤が適確に改良されないという問題が生じることがある。
【０００４】このようなことから、従来掘削方向が正しい方向にあるか否かを検出する検出装置を用い、掘削方向の変位をいち早く知るようになされたものが種々開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかるに上記従来の検出手段を用いたものでは、アースオーガの掘削方向の変位の発生は知り得ても、掘削途中で掘削方向を修正することができないため、掘削方向に曲がりが生じた場合には一旦掘削を止め、曲がりが生じた位置までロッド９，９を引抜き、改めて正しい方向に掘削を再開するという方策を採るほかはなく、それにはベースマシン１に対しリーダマスト４を傾動操作してロッド９，９に傾斜を与え、そのうえ新たに掘削を開始するなどの操作が必要となる。そのため掘削方向の修正には確実性に欠ける方策に頼らざるを得ず、正確な方向修正を行なうことがきわめて困難であると同時に方向修正のための作業能率が著しく低いという問題点があった。
【０００６】本発明は上記従来の技術の問題点を解決することを課題としてなされたもので、アースオーガによる掘削方向に変位が生じた場合、速やかに正規の方向に修正して掘削撹拌を続行することを可能とする地盤改良工法およびその装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段として本発明は、アースオーガにより地盤を掘削し、掘削された土砂と固化材とを撹拌混練して地盤を改良する地盤改良工法において、アースオーガの掘削方向変位を検出するセンサを掘削撹拌ヘッドの近傍に設け、前記センサにより検出された掘削方向変位を地上で観測しながら掘削方向変位が生じたとき掘削方向を修正しつつ施工することを特徴とする地盤改良工法と、地盤を改良する装置として、回転駆動自在とされ並列配置される複数本のロッドの下端の連結軸受と掘削撹拌ヘッドの上端の連結軸受とをトルク伝達可能な自在継手により連結するとともに前記連結軸受間を等角配置の少なくとも３本のシリンダにより連結し、前記掘削撹拌ヘッドの近傍に掘削方向変位を検出するセンサを設けてなり、このセンサにより検出された掘削方向変位を観測しながら前記シリンダを地上で遠隔操作することにより掘削方向を修正するようにしたことにある。
【０００８】掘削方向変位を検出するセンサからの検出信号をＣＰＵに入力し、このＣＰＵからの指令に基づいて前記シリンダを作動させることにより掘削方向の修正を行なうようにすれば自動的に方向修正を行なうことができる。
【０００９】また前記センサとしては、傾斜計とジャイロセンサとの組み合わせからなる３次元ジャイロセンサを用い、このセンサを防水ケース内に納めて前記連結軸受に固定するようにすることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。
【００１１】図２は図１に示した本発明による地盤改良装置の要部を拡大して示す正面図で、アースオーガの駆動部６の出力軸に連結される２本のロッド９，９が並設される構成とした場合を示している。
【００１２】上記ロッド９，９の下端および掘削撹拌ヘッド１０，１０の上端に連結軸受１２，１３が設けられ、これら連結軸受１２，１３間はトルクの伝達が可能な自在継手１４，１４により連結されているとともに、連結軸受１２，１３の周面間は等角配置の複数本（図では４本）の油圧シリンダ１５，１５…により連結されている。
【００１３】図示の実施形態では、図３にみられるように前記連結軸受１２，１３はロッド９の下端および掘削撹拌ヘッド１０の上端にそれぞれ連結されるようになっており、上部の連結軸受１２の上面にはロッド９の下端の雌継手部１６に嵌合して接続される雄継手部１７が、下部の連結軸受１３の下面には掘削撹拌ヘッド１０の上端の雄継手部１８に嵌合して接続される雌継手部１９が設けられ、いずれもピン２０，２０を雌雄継手部に跨がって挿入することにより抜止めされるようになっている。
【００１４】前記連結軸受１２，１３は、図３に左側を断面図として示すように、前記雄継手部１７および雌継手部１９とそれぞれ一体な軸部２１，２２の外周に軸受筒２３，２４が外嵌され、前記軸部２１，２２と軸受筒２３，２４との間にローラベアリング２５，２６が介在されてなる。
【００１５】そして左右のロッド９，９側の連結軸受１２，１２の軸受筒２３，２３間は連結部材２７により結合されて両ロッド９，９間の間隔を保持するとともにこの連結部材２７の中央位置に掘削方向を検出するためのセンサＳを取付けるセンサ保持部２８が設けられている。
【００１６】前記軸受筒２３，２４の外周面には周方向に等間隔をおいて軸受２９，３０…が突設され、これら軸受２９，３０間に前記油圧シリンダ１５のシリンダ部１５ａとピストンロッド１５ｂがそれぞれ連結されている。
【００１７】地上には前記センサＳからの掘削方向変位の検出信号が送られ、この信号をモニタに受信して曲進状況を観測し得るようになっている。
【００１８】また前記各油圧シリンダ１５，１５…への圧油の給排も地上において切換バルブスタンドのバルブ操作により所望の油圧シリンダ１５を伸縮させることができるように配管されている。
【００１９】前記自在継手１４は、上部の連結軸受１２の軸部２１の下端に設けられた外環部材３１と、下部の連結軸受１３の軸部２２の上端に突設された内環部材３２との嵌合により構成されており、前記外環部材３１の内周面には前記連結軸受１２，１３の軸心を中心とする縦方向の断面円弧状をなす凹曲面３１ａとされ、前記内環部材３２の外周面には前記凹曲面３１ａに密接して摺動し得る断面円弧状の凸曲面３２ａとされていて、これらの摺接によりロッド９と掘削撹拌ヘッド１０とが所要の角度にわたり屈曲自在となるように構成されている。
【００２０】なお図３において符号３３は、前記外環部材３１および内環部材３２の嵌合部に土砂が侵入しないよう上下の軸受筒２３，２４間に接続されたゴム等の可撓性材料からなる筒状のカバーである。上記自在継手１４に関しては図示の構成に限定されるものではなく、他の構成によるものであってもよい。
【００２１】前記掘削撹拌ヘッド１０は、図２に示すように前記連結軸受１３が上端に接続される所要長さのロッド部３４と、多数のビットを有するヘッド部３５と、前記ロッド部３４の外周に直径方向にかつ上下のものが９０°方向を異にして突設された撹拌羽根３６，３６…とで構成され、最下位の撹拌羽根３６の先端にはカッタ３６ａが設けられている。なお前記ヘッド部３５は隣位のものと９０°位相を異にしている。
【００２２】前記ロッド部３４内には前記ロッド９内から前記連結軸受１２，１３、自在継手１４内を通りセメントミルク等の固化材を供給する供給通路３７に連通する供給通路が設けられており、前記ヘッド部３５の吐出口３８から掘削地盤中に固化材を吐出するようになっている。
【００２３】前記ロッド部３４，３４の下端でヘッド部３５，３５の直上位置は、掘削撹拌ヘッド１０，１０が相互に振れないように拘束するよう自在軸受３９，３９を内蔵した連結部材４０により結合されている。
【００２４】前記センサＳとしては、その一例を図６に示すように、前記連結軸受１２，１２間に前記連結部材２７，２７を介して固定される防水ケース４１内に収納されたＸ−Ｙの２次元方向の傾斜計４２とジャイロセンサ４３との組み合わせからなる３次元ジャイロセンサが用いられており、このセンサＳはロッド９の方位角をリアルタイムで検出する。
【００２５】すなわち前記ロッド９、延いてはこれにより改良処理されたソイル柱４４列が図７（Ａ）から図７（Ｂ）のように回転（捩れ）した場合の回転中心線はＰ点を通る鉛直線であり、また図７（Ｃ）の状態に回転した場合の回転中心線はＱ点を通る鉛直線へと変化する。
【００２６】上記のように回転中心位置がＰ，Ｑのように常に変化する運動系に対しての角度の検出には前記ジャイロセンサ４４を用いて計測するのが最適である。これは地盤改良装置のロッド９のように鉛直軸が傾斜する場合においてはＸ−Ｙの２方向の傾斜の検出のみでは高精度の測定には無理があるが、ジャイロセンサ４４と組み合わせることにより座標軸変換の式で補正することによって測定精度の向上を図ることができる。
【００２７】次に上記実施形態の作用を説明する。
【００２８】改良すべき地盤の近傍にベースマシン１を移動させ、駆動部６を駆動してロッド９，９を回転させ、これに連結されている掘削撹拌ヘッド１０，１０を回動してそのヘッド部３５，３５により地盤を掘削しつつワイヤロープ８を緩めてロッド９，９および掘削撹拌ヘッド１０，１０を自重下降させ、掘削を進める。このとき供給通路３７を通じてセメントミルク等の固化材を供給し、ヘッド部３５の吐出口３８から掘削地盤中に吐出させながら掘削を行ない、吐出された固化材と掘削土砂とは撹拌羽根３６，３６…により撹拌されて混練される。
【００２９】上記の掘進時には、ロッド９，９の重量を掘削撹拌ヘッド１０，１０に掛けながら降下するので、その途中で地盤の状態や障害物の存在等により長尺であるロッド９，９は常に曲がり勝手になる。
【００３０】掘削方向に曲がりが生じ、その変位をセンサＳが検出すると、地上の観測者がその変位量および変位方向をモニタ等を通じて把握し、その変位を修正する位置にある油圧シリンダ１５を作動して掘削撹拌ヘッド１０，１０の向きを修正する。
【００３１】図４（Ａ），（Ｂ）に方向修正状況を示しており、（Ａ）はロッド９，９が左方に曲った場合であり、（Ｂ）は右方に曲った場合を示している。
【００３２】上記図４（Ａ）の場合は、図において左側に位置する油圧シリンダ１５を伸長作動させる。これによりロッド９，９の下端の連結軸受１２に対し掘削撹拌ヘッド１０，１０の連結軸受１３が右方へ傾くよう自在継手１４により追動し、曲がりが修正される。また図４（Ｂ）の場合は図において右側に位置する油圧シリンダ１５を伸長作動させて修正を行う。紙面に対し前後方向に曲がった場合には前記と同様に曲った側の油圧シリンダ１５を伸長作動させればよい。
【００３３】ロッド９，９に対し所定角度変位を与えられた掘削撹拌ヘッド１０，１０により修正させたい方向に余掘りａが行なわれ、希望する掘削方向に掘進することができる。
【００３４】方向修正が完了したことを観測した時点で前記の油圧シリンダ１５を短縮させることにより修正工程を終える。
【００３５】このようにして常時掘削方向を観察することにより曲進の発生を直ちに知り、直ちに方向修正ができるので、所定の深度まで曲がることなく掘削することができる。
【００３６】予定の深度まで掘削したらロッド９，９の引抜き工程に入り、引抜き完了により作業を終了する。
【００３７】図８はＣＰＵを用いて自動的に掘削方向を修正する場合の一例を示す制御ブロック図で、センサＳからの検出信号がＣＰＵ４５に入力され、このＣＰＵ４５からモニタ信号がモニタ４６に出力されてこのモニタ４６を通じ掘削方向の変位状況を観察する一方、切換バルブスタンド４７へ動作指令信号が出力されて油圧ユニット４８からの圧油を方向修正すべき油圧シリンダ１５に給排し、ロッド９，９に対する掘削撹拌ヘッド１０，１０の掘進方向を修正するようになされる。
【００３８】このようにすれば自動的に方向修正をなさしめることができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、掘削方向に変位が生じた場合に掘削方向を修正しながら施工するので、掘削方向の検出データを有効に利用して計画通りの施工を可能とすることかできる。
【００４０】また本発明の装置（請求項２）によれば、ロッドに対し掘削撹拌ヘッドを連結軸受およびトルク伝達可能な自在継手を介して連結し、シリンダの伸縮動作により掘削撹拌ヘッドを方向変更操作するようにしたので、掘削方向変位時にロッドを引抜くなどの作業が不要であり、施工を中断することなく連続的に作業を進めることができる。
【００４１】さらに請求項３によれば、ＣＰＵからの指令により方向修正を行なえるので、人的なタイミングのずれ等の不安定要素がなく、更なる施工精度の向上を図ることができるとともに観測者を常時配置する必要もないのでコストダウンにも寄与することができる。
【００４２】そしてロッドの先端部の掘削撹拌ヘッドの近傍にセンサ保持部、方向修正用シリンダ等、主要部材を集約して配置するので、アースオーガの本体やロッド類は従来のものをそのまま使用することができ、経済的にきわめて有利である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５０１１０
【氏名又は名称】株式会社竹中土木
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１４日（２０００．３．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４２８５
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 一雄 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２５４３８８（Ｐ２００１−２５４３８８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２１日（２００１．９．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７０１４６（Ｐ２０００−７０１４６） |
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