JP2006255557A - 攪拌装置および土砂処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 含水比が高い土砂であっても良質な改良土を得ることができる攪拌装置および土砂処理方法を提供する。
【解決手段】 パドル式連続混合機に、底面１１１およびトラフ底面１１１ａから略垂直にケーシング１１０の内部に突出して土砂の下流への移動を防止する突出位置と、ケーシング１１０の内部から退避して土砂の下流への移動を許可する退避位置との間で移動可能な堰板１５２を設けた。これにより、土砂と土質改良材とが十分に混合されずに排出口１１７から排出されてしまうことを防止できるので、処理すべき土砂の含水比が高くても、土砂と土質改良材とを十分に混合して良質な改良土を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、攪拌羽根の回転によって攪拌を行う攪拌装置、および、土質改良材と混合して土砂を改質する土砂処理方法に関する。

水分を含んだ土砂と土質改良材とを混合して改良土を得ることができる土質改良装置が知られている。この土質改良装置では、供給される土砂と土質改良材とを攪拌、混合して、連続的に改良土を生成している（特許文献１参照）。

特開２０００−３５５９３０号公報

しかし、従来の土質改良装置では、処理すべき土砂の含水比が高いと、土砂と土質改良材とが十分に混合されずに排出口から排出されてしまうため、良質な改良土を得ることができなかった。

（１） 請求項１の発明による攪拌装置は、ケーシング内で前記ケーシングに沿って配設される回転軸と、回転軸の外周面に配設されて、ケーシング内に投入された被攪拌物を攪拌しながら回転軸の延在方向の一方から他方に向かって搬送する撹拌羽根と、ケーシング内に突出して被攪拌物の下流への移動を防止する突出位置と、ケーシング内から退避して被攪拌物の下流への移動を許可する退避位置との間で移動可能な堰とを備えることを特徴とする。
（２） 請求項２の発明は、請求項１に記載の攪拌装置において、ケーシングおよび回転軸は、略水平方向に延在することを特徴とする。
（３） 請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の攪拌装置において、攪拌羽根は、攪拌パドルであることを特徴とする。
（４） 請求項４の発明による土砂処理方法は、水分を含んだ所定量の土砂と土質改良材とが流れ出さないように堰き止めながら攪拌、混合して改良土を生成し、改良土が生成された後は、土砂と土質改良材との連続供給を開始して、生成された改良土によって土砂と土質改良材とが流れ出さないように堰き止めながら攪拌、混合することで改良土を連続的に生成することを特徴とする。
（５） 請求項５の発明は、請求項４に記載の土砂処理方法において、請求項１〜３のいずれか一項に記載の攪拌装置を用いて改良土を生成することを特徴とする。

本発明によれば、ケーシング内に投入された被攪拌物を攪拌しながら回転軸の延在方向の一方から他方に向かって搬送する撹拌羽根と、ケーシング内に突出して被攪拌物の下流への移動を防止する突出位置と、ケーシング内から退避して被攪拌物の下流への移動を許可する退避位置との間で移動可能な堰を攪拌装置に設けるように構成した。これにより、土砂と土質改良材とが十分に混合されずに排出口から排出されてしまうことを防止できるので、処理すべき土砂の含水比が高くても、土砂と土質改良材とを十分に混合して良質な改良土を得ることができる

図１，２を参照して本発明による撹拌装置の一実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態の撹拌装置が用いられる土砂処理装置の全体構成を示す図であり、図２（ａ），（ｂ）は、攪拌装置についての図１のＩＩ−ＩＩ断面矢視図である。この土砂処理装置１は、建設現場などで発生した土砂を土質改良材と混合して改良土に改質する装置であり、撹拌装置（混合機）１００と、ベルトコンベア２００とを備えている。土砂処理装置１で生成された改良土３０１は、ベルトコンベア２００で搬送されて排出ヤード４００に一時的にストックされる。

混合機１００は、容器固定型の混合機であって、略水平方向に延在する２本の回転軸を有し、各回転軸に取り付けられたパドルによって土砂と土質改良材との撹拌、混合および移送を行う水平回転軸型の２軸パドル式連続混合機である。混合機１００は、ケーシング１１０と、パドル１０２が取り付けられた回転軸１２０，１３０と、減速機付き油圧モータ１４０と、可動堰機構１５０とを有する。混合機１００は、ケーシング１１０がフレーム１０１によって支持されて、建設現場などの土砂発生場所の近傍で所定の高さ位置に配設されている。

ケーシング１１０は、底面１１１と、底面１１１から垂直に立ち上がって回転軸１２０，１３０の軸方向に対して平行な側面１１２と、底面１１１から垂直に立ち上がって回転軸１２０，１３０の軸方向に対して垂直な上流側側面１１３および下流側側面１１４と、上板１１５とを有する。底面１１１の内側には、回転軸１２０，１３０の軸心を中心とする円弧状のトラフ底面１１１ａが設けられている。上板１１５の上流側には、土砂および土質改良材を投入するための投入口１１６が設けられている。底面１１１の下流側には、混合された土砂を排出する排出口１１７が設けられている。上流側側面１１３および下流側側面１１４には、それぞれ不図示の軸受けが設けられている。回転軸１２０，１３０は、それぞれその両端が軸受けによって軸支され、ケーシング１１０の内部にケーシング１１０に沿って並列して配設されている。

上述のように、回転軸１２０，１３０にはパドル１０２が設けられている。パドル１０２は、各回転軸１２０，１３０を中心として半径方向に１対ずつ所定の間隔で位相を９０度ずらしながら複数段設けられている。各回転軸１２０，１３０が回転した際に土砂が攪拌、混合されながら下流の排出口１１７に向かって移送されるように、パドル１０２の表面（掻き上げ面）は、回転軸１２０，１３０の回転方向に対して斜めに傾斜している。

減速機付き油圧モータ１４０は、ケーシング１１０の下流側に取り付けられており、出力軸（不図示）が一方の回転軸１２０の下流側端部に接続されている。減速機付き油圧モータ１４０が正回転方向に駆動されると、混合機１００を下流側から見たときに回転軸１２０が反時計方向に駆動される（図２）。回転軸１２０が反時計方向に駆動されると、他方の回転軸１３０は、不図示のタイミングギヤによって回転軸１２０と同期して回転軸１２０とは反対の方向（時計方向）に回動される。なお、減速機付き油圧モータ１４０は、上述した正回転方向とは逆の方向（逆回転方向）にも駆動可能である。

投入口１１６には、土砂投入ホッパ１６０と土質改良材定量供給装置１８０とが取り付けられている。土質改良材定量供給装置１８０には土質改良材ホッパ１７０が取り付けられており、土質改良材ホッパ１７０に貯留された土質改良材は、土質改良材定量供給装置１８０によって定量的に切り出されて、投入口１１６から混合機１００の内部に投入される。排出口１１７の下方には後述するベルトコンベア２００が配設されている。

可動堰機構１５０は、回転軸１２０，１３０の軸方向に対して略垂直に、すなわち、底面１１１およびトラフ底面１１１ａから略垂直にケーシング１１０の内部に突出する突出位置と、トラフ底面１１１ａの内部から退避する退避位置との間で移動可能な堰であり、アクチュエータ１５１と、堰板１５２とを有する。可動堰機構１５０は、投入口１１６近傍の下流側に設けられている。アクチュエータ１５１は、外部から供給される圧油によってロッド１５１ａが伸張および縮小する油圧シリンダであり、ケーシング１１０を挟むように側面１１２の外側に２基設けられている。

堰板１５２は、２本のアクチュエータ１５１によって上下に昇降される略横長矩形形状を呈する板状部材であり、短辺側の周縁部下方でアクチュエータ１５１のロッド１５１ａに取り付けられている。なお、ケーシング１１０の底面１１１およびトラフ底面１１１ａの図２（ａ），（ｂ）の紙面前後方向（図１の紙面左右方向）には、堰板１５２が出入り可能なスリット１１１ｂ，１１１ｃが設けられている。スリット１１１ｂ，１１１ｃの周囲には、ケーシング１１０の中の土砂などがスリット１１１ｂ，１１１ｃから外部に漏れることを防止しつつ、堰板１５２の昇降を許容するシール１９０が設けられている。

図２（ａ）に示すように、アクチュエータ１５１のロッド１５１ａが最も縮小された状態では、堰板１５２は、その上端部分が回転軸１２０，１３０の下部近傍まで引き上げられる。図２（ｂ）に示すように、アクチュエータ１５１のロッド１５１ａが最も伸張された状態では、堰板１５２は、その上端部分がトラフ底面１１１ａよりも内側には突出しないように引き下げられる。

ベルトコンベア２００は、混合機１００で生成された改良土３０１を排出ヤード４００まで搬送するための搬送装置であり、上流側の一端に投入シュート２０１が設けられている（図１）。上述のように、ベルトコンベア２００の上流側の一端が混合機１００の下方に配設されて、投入シュート２０１が混合機１００の排出口１１７と対向する。

−−−含水比の低い土砂の改質−−−
低含水比の土砂に土質改良材を混合して改質する場合、従来の混合機と同様に土砂と土質改良材とを混合することで改良土を得る。すなわち、堰板１５２を引き下げてケーシング１１０の内部に突出しないようにした状態（図２（ｂ））で、土砂と土質改良材とを混合する。具体的には、次のようにして低含水比の土砂を改質する。

建設現場などで発生した含水比の低い土砂は、たとえばスクリューフィーダや搬入用コンベアなどの不図示の定量供給装置によって土砂投入ホッパ１６０を介して、投入口１１６から混合機１００の内部に定量的に投入される。土質改良材は、あらかじめ土質改良材ホッパ１７０に貯留されており、土質改良材定量供給装置１８０によって定量的に切り出されて、投入口１１６から混合機１００の内部に投入される。なお、土砂と土質改良材との混合比率は、含水比など処理すべき土砂の性状にあわせて適宜決定され、定量供給装置の供給量および土質改良材定量供給装置１８０の切り出し量を適宜調節することで両者の混合比を略一定に保つ。

投入口１１６から投入された土砂と土質改良材とは、回転軸１２０，１３０とともに回転するパドル１０２によって掻き上げられて攪拌、混合されるとともに、下流の排出口１１７に向かって移送される。土砂と土質改良材とが混合されると、土砂の含有水分が土質改良材に吸収されるとともに、土質改良材と水分との反応熱で含有水分の一部が蒸発するので、含水率が低下する。さらに、土砂には、ポラゾン反応や炭酸化反応が生ずるとともに、土質改良材中のカルシウムイオンによる凝集効果なども作用する。土砂は、このように混合機１００によって固化処理されて、改良土３０１とされて排出口１１７から排出される。排出口１１７から排出された改良土３０１は、投入シュート２０１に投入されて、ベルトコンベア２００によって搬送されて、排出ヤード４００にストックされる。排出ヤード４００にストックされた改良土３０１は、重機などによって適宜運び出される。

−−−含水比の高い土砂の改質−−−
高含水比の土砂は流動性に富んでいるため、従来のパドル式連続混合機では、土質改良材と十分に混合される前に排出口１１７から流れ出してしまい、良質な改良土を得ることができなかった。仮に、従来のパドル式連続混合機で高含水比の土砂を処理するとすれば、土砂の投入開始前に混合機内に土質改良材を多量に投入して、土質改良材を堰代わりにすることで土砂の流出を防止しなければならなかった。しかし、土質改良材は高価であるため、従来のパドル式連続混合機による処理では処理コストが増加してしまう。そのため、一般的には、高含水比の土砂の処理にはバッチ式の混合機が用いられるが、バッチ式の混合機では、混合機の容積を大きくしないと、土砂の処理量を増やすことができない。

そこで、本実施の形態の土砂処理装置では、ケーシング１１０の内部に堰板１５２を突出させて（図２（ａ））、混合開始後の初期段階における土砂の流出を防止することで、連続混合機による高含水比の土砂処理を可能としている。具体的には、次のようにして高含水比の土砂を改質する。なお、以下の説明では、上述した含水比の低い土砂の改質の場合との相違点を主に説明する。

建設現場などで発生した含水比の高い土砂は、上述したように流動性が高いため、たとえば定量供給ポンプなどによって土砂投入ホッパ１６０を介して、投入口１１６から混合機１００の内部に投入される。土質改良材は、上述の説明と同様に、土質改良材定量供給装置１８０によって投入口１１６から混合機１００の内部に投入される。

混合開始に先立って、図２（ａ）に示すように、アクチュエータ１５１のロッド１５１ａを縮小させて、堰板１５２を回転軸１２０，１３０の下部近傍まで引き上げる。その後、土砂と土質改良材とがケーシング１１０の内部に所定量だけ投入される。すなわち、混合開始の初期段階では、土砂および土質改良材をケーシング１１０の内部に所定量だけ投入した後は、土砂および土質改良材の投入を中断する。投入口１１６から投入された土砂は、堰板１５２によって堰き止められるので、回転軸１２０，１３０とともに回転するパドル１０２によって土質改良材とともに掻き上げられて十分に攪拌、混合される。この混合開始の初期段階における攪拌速度や攪拌時間、回転軸１２０，１３０の回転方向は、土砂の改質状況に応じて適宜変更できる。

堰板１５２によって堰き止められた状態で土砂と土質改良材との混合が行われると、土砂が改質されて、流動性に乏しくなるので、堰板１５２によって堰き止めなくても改質された土砂が堰板１５２と同様の役割を果たす。そこで、堰板１５２によって堰き止められていた土砂が改質されて、流動性に乏しくなった段階で、堰板１５２を図２（ｂ）に示すようにケーシング１１０の内部に突出しないように引き下げて、改質された土砂の下流への移動を許可するとともに、中断していた土砂および土質改良材の投入を再開する。以後の改質処理では、ケーシング１１０の内部で改質された土砂が堰板１５２と同様の役割を果たすので、従来の混合機と同様に、定量供給された土砂と土質改良材とを連続的に混合して改良土を得ることができる。

なお、堰板１５２を引き下げずに混合処理を継続すると、流動性に乏しくなった土砂が堰板１５２で堰き止められて、ケーシング１１０の内部で詰まりを生じさせる恐れがある。したがって、上述のように、土砂が改質されて、流動性に乏しくなった段階で、堰板１５２を引き下げることが望ましい。

上述した撹拌装置を用いる土砂処理装置では、次の作用効果を奏する。
（１） パドル式連続混合機に、底面１１１およびトラフ底面１１１ａから略垂直にケーシング１１０の内部に突出して土砂の下流への移動を防止する突出位置と、ケーシング１１０の内部から退避して土砂の下流への移動を許可する退避位置との間で移動可能な堰板１５２を設けた。これにより、土砂と土質改良材とが十分に混合されずに排出口１１７から排出されてしまうことを防止できるので、処理すべき土砂の含水比が高くても、土砂と土質改良材とを十分に混合して良質な改良土を得ることができる。高含水比の土砂を連続的に改質できるので、土砂の処理能力が高い。また、従来のパドル式連続混合機で高含水比の土砂を処理する場合のように、土砂の投入開始前に混合機内に土質改良材を多量に投入する必要がないので、土砂処理コストを低減できる。

（２） 底面１１１およびトラフ底面１１１ａから略垂直にケーシング１１０の内部に突出する突出位置と、ケーシング１１０の内部から退避する退避位置との間で堰板１５２が移動できるように構成した。これにより、堰板１５２を利用して高含水比の土砂の改質処理ができるとともに、堰板１５２を退避位置に引き下げることで、低含水比の土砂についても従来の混合機と同様に連続的に改質処理できるので、改質処理が可能な土砂の含水比の範囲が広く、利便性が高い。

（３） 混合機１００は、容器固定型の混合機であって、回転軸１２０，１３０が略水平方向に延在する略水平方向に延在する水平回転軸型のパドル式連続混合機であるので、流動性の高い土砂であっても堰板１５２によって下流への流出を防止できる。これにより、従来からある混合機に、堰板１５２を昇降させる可動堰機構１５０のような簡単な機構を付加するだけで、幅広い含水比の土砂を改質できるので、製造コスト増を抑制して、安価に混合機１００を製造できる。また、混合機１００の操作も容易であるので、土砂処理操作に不慣れなオペレータであっても高含水比の土砂を容易に処理できる。

（４） 回転軸１２０，１３０に対して略垂直となる方向に堰板１５２を移動するように構成したので、回転軸１２０，１３０の延在方向と略平行に移動しようとする土砂の流れを効果的に堰き止めることができる。
（５） 高含水率の土砂を堰き止めながら土質改良材と混合することで、改良土を生成させ、この改良土を堰の代わりとして、土砂と土質改良材とが流れ出さないように堰き止めながら攪拌、混合することで改良土を連続的に生成するように構成した。これにより、流動性に富んだ土砂を容易にかつ連続的に処理できるので、土砂の処理コストを低減できる。

（６） ケーシング１１０の内部に投入された土砂と土質改良材とを攪拌して混合する混合機１００を用いて、土砂を改質するように構成したので、土砂処理のためのイニシャルコストおよびランニングコストの両面でコストメリットが大きい。
（７） 土砂と土質改良材との混合にパドル式の混合機１００を用いているので、土砂と土質改良材とを効率よく混合できるとともに、混合機１００の内部での移送も同時に行うことができるで、多量の土砂を連続的に処理できる。

−−−変形例−−−
（１） 上述の説明では、堰板１５２は、土砂を堰き止める際に、ケーシング１１０の下方からケーシング１１０の内部に挿入されるように構成されているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、堰板１５２がケーシング１１０の側方からケーシング１１０の内部に挿入されるように構成してもよい。
（２） 上述の説明では、可動堰機構１５０は、投入口１１６の下流側近傍に設けられているが、本発明はこれに限定されない。可動堰機構１５０は、投入口１１６の下流側近傍から排出口１１７の上流側近傍の間の任意に位置に設けることができる。

（３） 上述の説明では、パドル１０２は、各回転軸１２０，１３０を中心として半径方向に１対ずつ所定の間隔で位相を９０度ずらしながら複数段設けられているが、本発明はこれに限定されない。パドル１０２は、各回転軸１２０，１３０を中心として半径方向に１枚ずつ所定の間隔で位相を所定の角度（たとえば９０度、１２０度、１８０度など）だけずらしながら複数段設けてもよい。また、放射状に配設されたパドルを複数枚ずつ所定の間隔で位相を変えずに複数段設けるなど、パドル１０２の配設位置、枚数は、適宜変更してもよい。

（４） 上述の説明では、全てのパドル１０２の表面（掻き上げ面）は、回転軸１２０，１３０の回転方向に対して斜めに傾斜しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、土砂などを下流へ搬送する効果を持たない、掻き上げ面が回転軸１２０，１３０の回転方向に向いたパドル１０２を一部に採用してもよく、解砕効果を高めて土砂と土質改良材との混合促進のために、掻き上げ面が回転軸１２０，１３０の回転方向と平行となったパドル１０２を一部に採用してもよい。

（５） 上述の説明では、混合機１００はパドル式の混合機であるが、本発明はこれに限定されない。たとえば、回転軸１２０，１３０に螺旋状の板が設けられたスクリュー状の攪拌羽根を有する混合機であってもよい。この場合、攪拌羽根の一部を切り欠くことで、堰板１５２がケーシング１１０の内部に突出した際の攪拌羽根と堰板１５２との干渉を防止できる。

（６） 上述の説明では、土砂処理装置１は、建設現場などの土砂発生場所の近傍に固定的に配設されているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、土砂処理装置１を一体的に搬送できるような可搬型の土砂処理装置として構成してもよく、ホイール式やクローラ式の走行装置に搭載した車載型の土砂処理装置として構成してもよい。

（７） 上述の説明では、混合機１００は２軸であったが、１軸の混合機であってもよく３軸以上の混合機であってもよい。
（８） 上述の説明では、土砂処理装置１の処理対象物は土砂であったが、本発明はこれに限定されない。たとえば、流動性の高いスラリーと他の物質とを混合することによって流動性を低下させた混合物を得るような用途にも本発明を適用できる。

（９） 上述の説明では、減速機付き油圧モータ１４０やアクチュエータ１５１は、圧油で駆動される油圧式の機器であるが、減速機付き電動モータや、電動機を用いる直動シリンダなど、他の動力源を用いる機器を用いてもよい。また、アクチュエータ１５１は、直動式の油圧シリンダに限らず、モータやロータリアクチュエータなど、出力軸が回転するものであってもよい。この場合、リンク機構などによって、出力軸の回転運動を堰板１５２の直線運動に変換すればよい。

（１０） 上述の説明では、混合機１００は、ケーシング１１０が略水平となるように配設されているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、下流側が上流側より低くなるようにケーシング１１０を傾斜させてもよい。この場合、土砂の搬送能力が高まる効果がある。またこれとは逆に、下流側が上流側より高くなるようにケーシング１１０を傾斜させてもよい。この場合、土砂の流出防止効果が高まる。

（１１） 上述の説明では、スリット１１１ｂ，１１１ｃの周囲にシール１９０が設けられているが、本発明はこれに限定されない。シール１９０は、スリット１１１ｂ，１１１ｃのいずれか一方にだけ設けることとしてもよい。また、処理すべき土砂の性状や、スリット１１１ｂ，１１１ｃおよび堰板１５２の寸法精度などの点を考慮して、シール１９０を省略することもできる。また、混合機１００は、底面１１１と円弧状のトラフ底面１１１ａとを有するが、底面１１１がない構造であってもよい。

（１２） 上述の説明では、土砂の改質に土質改良材を用いているが、高含水比の土砂を改質する際に、繊維質の吸水材を土質改良材とともに用いてもよい。
（１３） 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

以上の実施の形態およびその変形例において、たとえば、撹拌羽根および攪拌パドルはパドル１０２に、堰は堰板１５２にそれぞれ対応する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。

本実施の形態の撹拌装置が用いられる土砂処理装置の全体構成を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面矢視図であり、（ａ）は、堰板１５２を引き上げた状態を示し、（ｂ）は、堰板１５２を引き下げた状態を示す。

符号の説明

１ 土砂処理装置 １００ 攪拌装置（混合機）
１０２ パドル １１０ ケーシング
１２０，１３０ 回転軸 １５０ 可動堰機構
１５２ 堰板 ２００ ベルトコンベア
３０１ 改良土 ４００ 排出ヤード

Claims (5)

1. ケーシング内で前記ケーシングに沿って配設される回転軸と、
   前記回転軸の外周面に配設されて、前記ケーシング内に投入された被攪拌物を攪拌しながら前記回転軸の延在方向の一方から他方に向かって搬送する撹拌羽根と、
   前記ケーシング内に突出して前記被攪拌物の下流への移動を防止する突出位置と、前記ケーシング内から退避して前記被攪拌物の下流への移動を許可する退避位置との間で移動可能な堰とを備えることを特徴とする攪拌装置。
2. 請求項１に記載の攪拌装置において、
   前記ケーシングおよび前記回転軸は、略水平方向に延在することを特徴とする攪拌装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の攪拌装置において、
   前記攪拌羽根は、攪拌パドルであることを特徴とする攪拌装置。
4. 水分を含んだ所定量の土砂と土質改良材とが流れ出さないように堰き止めながら攪拌、混合して改良土を生成し、
   前記改良土が生成された後は、前記土砂と前記土質改良材との連続供給を開始して、前記生成された改良土によって前記土砂と前記土質改良材とが流れ出さないように堰き止めながら攪拌、混合することで改良土を連続的に生成することを特徴とする土砂処理方法。
5. 請求項４に記載の土砂処理方法において、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の攪拌装置を用いて改良土を生成することを特徴とする土砂処理方法。

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