JP5181258B2 - 地盤改良施工機 - Google Patents

Description

本発明は、高圧噴射撹拌工法を用いた地盤改良施工機に係り、より詳細には、掘削孔に噴射する硬化材に消費ロスがなく施工時間も短い地盤改良施工機に関する。

特許文献１には、回転駆動部と、ロータリテーブルと、ロータリテーブル内の伝動系に連結されて回転するチャック駆動用ロッド（ケリーロッド）と、チャック駆動用ロッドに上下方向に摺動自在な第１チャックと、ロータリテーブルに固定された第２チャックと、が備えられ、第１チャックと第２チャックに薬液注入兼掘削ロッドに挟み込んで、薬液注入兼掘削ロッドを回転させながら、ステップバイステップで薬液注入兼掘削ロッドを１ストロークずつ上昇させ、地盤を改良するための薬液を注入する薬液注入兼掘削機が示されている。

特許文献１に開示されている薬液注入工法では、薬液注入兼掘削ロッドを段階的に引き上げつつ、薬液注入兼掘削ロッドの先端のノズルから掘削孔に注入する。薬液注入兼掘削ロッドの引き上げは第１チャックと第２チャックで行なう。まず、第１チャックが薬液注入兼掘削ロッドをつかんで１ストローク上昇する。次に、第１チャックはつかみ換えのため薬液注入兼掘削ロッドをつかまずに１ストローク下降する。この間は、第２チャックが薬液注入兼掘削ロッドを落下しないようにつかんでいる。再び、第１チャックが薬液注入兼掘削ロッドをつかんで１ストローク上昇する。これを繰り返し、薬液注入兼掘削ロッドが引き上げられる。

薬液注入工法では、薬液注入兼掘削ロッドが１ストローク上昇する時間と第１チャックがつかみ換えのための時間を１ステップの時間とすると、この１ステップの時間内に必要な薬液が注入される。そのため、つかみ換え時に薬液注入兼掘削ロッドが停止していても薬液の注入にロスは発生しない。このような薬液注入工法では、例えば、ノズル先端での薬液の圧力が０．２〜０．５ＭＰａ、１ストロークが２５〜５０ｃｍ、注入速度が１６リットル／分、１ステップ当たりの時間が数分〜数十分とされる。

高圧噴射攪拌工法は、スラリー状の硬化材を高圧で噴射し、掘削孔の周囲を噴流で撹拌し、短時間で固結させる工法である。特許文献１に示すような薬液注入兼掘削機で薬液の代わりに硬化材を使用し、これを高圧噴射攪拌工法に適用すると次のような問題がある。すなわち、高圧噴射攪拌工法は、１ステップを２．５ｃｍ〜２０ｃｍで各ステップ数秒〜数十秒の短時間に上昇させる方法であり、１ストロークが５０ｃｍと短い小型の施工機では５０ｃｍ毎につかみ換えを行なうため、数十秒の停止時間が生じ消費ロスが生じることになる。これを避けるため、１ストローク長を３ｍ〜５ｍにする方法があるが施工機械が大型化され、狭隘な場所では使用できない。

特開平７−３２４３２６号公報

本発明の目的は、掘削孔に噴射する工程における硬化材の消費ロスがなく高圧噴射撹拌工法に適した地盤改良施工機を提供することにある。

本発明による請求項１に記載の地盤改良施工機は、地盤に形成された掘削孔からロッドを回転しながら引き上げるとともに、前記ロッドの先端のノズルから硬化材を高圧で噴射して地盤の改良を行なう地盤改良施工機において、モーターで回転されるチャック駆動用ロッドに上下動可能に取り付けられ、前記ロッドを把持して回転させる第１チャックと、前記チャック駆動用ロッドに上下動可能に取り付けられ、前記ロッドを前記第１チャックと交互に把持して回転させる第２チャックと、前記第１チャックをピストンによって上下動させる第１油圧シリンダーと、前記第２チャックをピストンによって前記第１油圧シリンダーのピストンとは互いに逆方向に上下動させる第２油圧シリンダーと、が備えられることを特徴とする。
さらに、本発明による請求項２に記載の地盤改良施工機は、前記第１チャック、前記第２チャック、前記第１油圧シリンダー、及び前記第２油圧シリンダーを備え、前記ロッドの引上げ時に、前記ロッドを前記第１チャックと前記第２チャックで交互に把持し開放することを繰り返し、１ストローク毎にチャックで把持する時間が発生することなく、連続的に前記ロッドの引上げを行う働きをすることを特徴とする。

前記第１チャックおよび前記第２チャックは、前記ロッドを把持していない時の上下動の速度が、前記ロッドを把持している時の速度より速くなるように制御されることを特徴とする。

前記第１チャックおよび前記第２チャックは、前記ロッドを把持している一方の前記第１チャックまたは前記第２チャックが上下動を終了する位置に接近すると、前記ロッドを把持していない他方の前記第１チャックまたは前記第２チャックが前記ロッドを把持して上下動を開始することを特徴とする。

本発明による請求項１、２に記載の地盤改良施工機によれば、第１、第２油圧シリンダーでそれぞれ上下動する第１、第２チャックを設けて、第１油圧シリンダーと第２油圧シリンダーの各ピストンを互いに逆方向に上下動させ、ロッドの上下動を第１チャックと第２チャックで交互に行なうので、つかみ換えのたびにシリンダーが下降することによって生じるロッドの上下動の停止がない。ロッドの回転が継続し、かつ引き上げ動作も継続されて、硬化材が一カ所に無駄に噴射されることがなく、硬化材の消費ロスを防止できる。合わせて、つかみ換えのたびにロッドの引き上げを停止させないから施工時間も短くできる。

第１チャックおよび第２チャックは、ロッドを把持していない時の速度が、ロッドを把持している時の速度より速くなるように制御したので、ロッドを把持している第１チャックまたは第２チャックが１ストロークの上下動を終了した時には、ロッドを把持してない第１チャックまたは第２チャックを確実に上下動の開始位置に戻しておくことができる。すなわち次のロッドの上下動を停止することなく連続させることができる。

第１チャックおよび第２チャックは、ロッドを把持している一方の第１チャックまたは第２チャックが上下動を終了する位置に接近すると、ロッドを把持していない他方の第１チャックまたは第２チャックがロッドを把持して上下動を開始するようにしたので、第１チャックと第２チャックによるロッドの同時駆動となって、つかみ換え時の瞬間的な停止が発生しないようにできる。ロッドの引き上げ動作または押し下げ動作をさらに連続したものとできる。

本発明による地盤改良施工機の要部構成図である。 図１の平面図である。 第１油圧シリンダーと第１チャックの動作説明図である。 第２油圧シリンダーと第２チャックの動作説明図である。 硬化材噴射時の第１チャックと第２チャックの動作説明図である。 削孔時の第１チャックと第２チャックの動作説明図である。 図１の地盤改良施工機を使った高圧噴射撹拌工法の説明図である。

以下、図面を参照して、本発明による地盤改良施工機を詳しく説明する。

図１は、本発明による地盤改良施工機１００の要部構成図である。地盤改良施工機１００は、モーター７で駆動されるチャック駆動用ロッド４と、チャック駆動用ロッド４に上下動可能に取り付けられ、ロッド３を把持して回転させる第１チャック１と、チャック駆動用ロッド４に上下動可能に取り付けられ、ロッド３を把持して回転させるとともに、第１チャック１と交互に上下動を行なう第２チャック２と、第１チャック１をピストン５ａで上下動させる第１油圧シンリンダー５と、第２チャック２をピストン６ａによって第１油圧シリンダー５のピストン５ａとは互いに逆方向に上下動させる第２油圧シリンダー６と、から構成される。硬化材１０は、高圧でロッド３に供給されノズル８から噴射される。噴射された硬化材は、周囲の土粒子と攪拌される。ロッド３は、第１チャック１または第２チャック２で把持されると回転する。

図２は、図１の平面図である。チャック駆動用ロッド４の回転方向と第１チャック１および第２チャック２の回転方向は同じである。第１チャック１または第２チャック２がロッド３を把持すると、ロッド３も第１チャック１または第２チャック２と同じ方向に回転する。

図３は第１油圧シリンダー５と第１チャック１の動作説明図である。（Ａ）は第１油圧シリンダー５のピストン５ａが突出した状態にあって、第１チャック１が上方に引き上げられている。（Ｂ）は第１油圧シリンダー５のピストン５ａが縮退した状態にあって、第１チャック１が下方に押し下げられている。このように、第１チャック１の上下動は、第１油圧シリンダー５のピストン５ａによって行なわれる。上下動はピストン５ａの１ストロークの長さの上下動とする。これが繰り返され、ロッド３の引き上げ動作もしくは押し下げ動作が可能になる。本実施例では、第１油圧シリンダー５のピストン５ａは上方を向くように取り付けられている。

図４は第２油圧シリンダー６と第２チャック２の動作説明図である。（Ａ）は第２油圧シリンダー６のピストン６ａが突出した状態にあって、第２チャック２が下方に押し下げられている。（Ｂ）は第２油圧シリンダー６のピストン６ａが縮退した状態にあって、第２チャック２が上方に引き上げられている。第２チャック２の上下動は、第２油圧シリンダー６のピストン６ａによって行われる。本実施例では、第１油圧シリンダー５のピストン５ａは上方を向くので、第２油圧シリンダー６のピストン６ａは下方を向くように取り付けられる。このような取り付けによらず、例えば第１油圧シリンダー５のピストン５ａと第２油圧シリンダー６のピストン６ａを共に上方を向くように取り付けてもよい。

第１油圧シリンダー５と第２油圧シリンダー６は、２系統の油圧制御を行なって、ピストン５ａ、６ａを突出させる速度と、縮退させる速度を異なるように構成している。また、第１油圧シリンダー５と第２油圧シリンダー６には、内部に磁気センサ（図示せず）が設けられ、ピストン５ａ、６ａの位置が検出できる。具体例として、ピストン５ａ、６ａが縮退した位置をＰ１、突出した位置をＰ７、途中の位置をＰ２〜Ｐ６とし、Ｐ１〜Ｐ７を検出するなら第１チャック１または第２チャック２の上下動の現在位置を知ることができる。第１油圧シリンダー５と第２油圧シリンダー６の内部に設けた磁気センサによらず、直接第１チャック１と第２チャック２の位置を位置センサで検出するようにしてもよい。

図３、図４に示すように、第１油圧シリンダー５のピストン５ａと第２油圧シリンダー６のピストン６ａは、互いに逆方向に上下動させている。図３（Ａ）に示すようにピストン５ａを上方向に突出させる時、図４（Ａ）に示すように、ピストン６ａを下方向に突出させている。この間、図３（Ａ）の第１チャック１がロッド３を引き上げるため把持しており、図４（Ａ）の第２チャック２は次の引き上げの準備のためロッド３は把持していない。逆に図３（Ｂ）に示すようにピストン５ａを下方向に縮退させる時には、図４（Ｂ）に示すように、ピストン６ａを上方向に縮退させている。この間、図３（Ｂ）の第１チャック１は次の引き上げの準備のためロッド３を把持せず、図４（Ｂ）の第２チャック２がロッド３を把持している。

図５は、掘削孔に硬化材を噴射する時の第１チャックと第２チャックの動作説明図である。掘削孔は、事前に削孔されているものとする。また、硬化材１０は回転するロッド３の先端のノズル８から高圧で噴射される。図５の（ａ）〜（ｊ）は、第１チャック１と第２チャック２の位置を示す。矢印Ｙａの下側の内容を動作させると、矢印Ｙａの左側の状態から矢印Ｙａの右側の状態に遷移することを示している。Ｙａは、第１チャック１または第２チャック２の開閉を（開）と（閉）で示す。（開）はチャックが開かれてロッド３を把持してないことを示す。（閉）はチャックが閉じられてロッド３を把持していることを示す。チャックが閉じられていれば、チャックはチャック駆動用ロッド４で回転されるので、ロッド３も回転される。矢印Ｙｂは第１チャック１または第２チャック２の進行方向を示す。これは第１油圧シリンダー５または第２油圧シリンダー６のピストン５ａ、６ａを突出させるのか縮退させるのかに対応している。

図５に示すように、第１チャック１と第２チャック２は、互いに接近しまた互いに離れるように動く。第２チャック２は、例えば（ｂ）〜（ｇ）の間では閉じられており、ロッド３を把持して１ストローク分だけ引き上げる。第１チャック１は、例えば（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ａ）（ｂ）の間で閉じられており、ロッド３を把持して回転させながら１ストローク分だけ引き上げる。このようにロッド３の引き上げは第１チャック１と第２チャック２で交互に行なう。

図５に示すように、第１チャック１は、（ｂ）〜（ｇ）の間で第２チャック２がロッド３を引き上げている間、早戻りさせている。これは第１油圧シンリンダー５のピストン５ａの縮退を速くすることで実現できる。第２チャック２は、（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ａ）（ｂ）の間で第１チャック１がロッド３を引き上げている間、早戻りさせている。これは第２油圧シンリンダー６のピストン６ａの突出の速度を速くすることで実現できる。これにより一方のチャックにより１ストロークの引き上げ動作が完了するまでに、次の引き上げを行なう他方のチャックを確実に開始位置に戻しておくことができる。

図５に示すように、第１チャック１と第２チャック２によるロッド３の‘同時引き上げ’を行なっている。（ｂ）では、第１チャック１がロッド３を引き上げており、同時に早戻りさせた第２チャック２でロッド３を把持して引き上げを開始させている。これは第１油圧シリンダー５のピストン５ａが突出して位置Ｐ６（１ストロークの引き上げ動作の終了が近い位置）の来たことをセンサで検出し、第２チャック２の引き上げを開始するものである。（ｇ）では、第２チャック２がロッド３を引き上げており、同時に早戻りさせた第１チャック１でロッド３を把持して引き上げを開始させている。これは第２油圧シリンダー６のピストン６ａが縮退して位置Ｐ２（１ストロークの引き上げ動作の終了が近い位置）の来たことをセンサで検出し、第１チャック１の引き上げを開始するものである。同時引き上げは、ロッド３を第１チャック１と第２チャック２の両方で引き上げる。これによれば、第１チャック１または第２チャック２が上死点で停止する前に、第２チャック２または第１チャック１による引き上げを開始することができる。

本実施例では、ロッド３を１５〜４０ｒｐｍの回転速度で可変速回転させている。硬化材１０の噴射時は、第１油圧シリンダー５と第２油圧シリンダー６を作動させ、ロッド３を３〜２０秒程度毎に２〜２０ｃｍ程度引き上げている。例えば、ロッド３は、１ストローク５ｃｍの引き上げで約３回転させている。硬化材１０の圧力は２０〜６０ＭＰａの高圧を使用している。

図６は、地盤改良における削孔時の第１チャックと第２チャックの動作説明図である。第１チャック１と第２チャック２を図６のように動作させることにより、削孔の効率を高めることができる。図６の（ａ）〜（ｊ）は、第１チャック１と第２チャック２の位置を示す。（開）はチャックが開かれてロッド３を把持してないことを示す。（閉）はチャックが閉じられてロッド３を把持していることを示す。チャックが閉じられていれば、チャックはチャック駆動用ロッド４で回転されているので、ロッド３も回転する。矢印Ｙａの下側に示す内容を動作させると、矢印Ｙａの左側の状態から右側の状態に遷移する。矢印Ｙｂは第１チャック１または第２チャック２の進行方向を示す。

図６に示すように、第１チャック１と第２チャック２は、互いに接近しまた互いに離れるように動く。第２チャック２は、例えば（ｂ）〜（ｇ）の間では閉じられており、ロッド３を把持して１ストローク分だけ押し下げる。第１チャック１は、例えば（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ａ）（ｂ）の間で閉じられており、ロッド３を把持して１ストローク分だけ押し下げる。このように、ロッド３の押し下げは、第１チャック１と第２チャック２が交互に行っている。ロッド３は、第１チャック１または第２チャック２で把持されれば同時に回転される。

図６に示すように、第１チャック１は、例えば（ｂ）〜（ｇ）の間で早戻りさせている。これは、引き上げ時とは逆に、第１油圧シンリンダー５のピストン５ａの突出を速くすることで実現できる。第２チャック２は、例えば（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ａ）（ｂ）の間で早戻りさせている。これは、第２油圧シンリンダー６のピストン６ａの縮退を速くすることで実現できる。

図６に示すように、第１チャック１と第２チャック２によるロッド３の同時押し下げにより、第１チャック１と第２チャック２の両方による同時削孔を行なっている。（ｂ）では、第１チャック１がロッド３を押し下げており、同時に早戻りさせた第２チャック２でロッド３を把持して押し下げを開始させている。これは、第１油圧シリンダー５のピストン５ａが縮退して位置Ｐ２（１ストロークの押し下げ動作の終了が近い位置）の来たことをセンサで検出し、第２チャック２の押し下げを開始するものである。（ｇ）では、第２チャック２がロッド３を押し下げており、同時に早戻りさせた第１チャック１でロッド３を把持して押し下げを開始させている。これは、第２油圧シリンダー６のピストン６ａが縮退して位置Ｐ６（１ストロークの押し下げ動作の終了が近い位置）の来たことをセンサで検出し、第１チャック１の押し下げを開始するものである。同時押し下げは、ロッド３を第１チャック１と第２チャック２の両方で押し下げる。これによれば、第１チャック１または第２チャック２が下死点で停止する前に、第２チャック２または第１チャック１による押し下げを開始することができる。

図７は、地盤改良施工機１００を使用した高圧噴射攪拌工法の説明図である。図７に示すように、高圧噴射攪拌工法の施工手順は、（１）まず、地盤改良施工機１００を移動して地盤２０に芯出しを行なう。（２）次に、ロッド３の先端のドリルビット９で地盤に掘削孔１１を削孔する。（３）掘削孔１１を形成した後、ロッド３の先端のノズル８から、高圧で硬化材１０を噴射攪拌する。硬化材１０は、硬化材圧送ホース１２とロッド３を経由して送り込む。図７の例では、ノズル８は２方向噴射ノズルである。（４）ロッド３を回転・引き上げながら硬化材１０の噴射を継続し、（５）最後に、ノズル８の位置が設計改良長上端に位置するまで引き上げられ、噴射を止めて空打ち部を引き抜き造成が完了する。このように、地盤改良時は、ロッド３を常に回転して引き上げを行なっているため、チャックのつかみ換え時間のロスと硬化材の消費ロスがない。また、削孔時は、ロッド３を常に回転して削孔できるため、つかみ換えの時間ロスがないようにできる。

硬化材１０は、セメント系固化材を含むスラリー状のもので、ノズル８から掘削孔１１の周囲に噴射する。ノズル８がロッド３の回転により回転するので、噴流が掘削孔１１の周囲の土粒子を巻き込んで、硬化材１０との混合と攪拌が行なわれる。このため形成された円柱状の改良体を堅固なものとできる。

本発明によれば、硬化材の無駄な消費ロスがない地盤改良施工機として好適である。

１ 第１チャック
２ 第２チャック
３ ロッド
４ チャック駆動用ロッド
５ 第１油圧シリンダー
５ａ 第１ピストン
６ 第２油圧シリンダー
６ａ 第２ピストン
７ モーター
８ ノズル
９ ドリルビット
１０ 硬化材
１１ 掘削孔
１２ 硬化材圧送ホース
２０ 地盤
１００ 地盤改良施工機

Claims (4)

1. 地盤に形成された掘削孔からロッドを回転しながら引き上げるとともに、前記ロッドの先端のノズルから硬化材を高圧で噴射して地盤の改良を行なう地盤改良施工機において、
   モーターで回転されるチャック駆動用ロッドに上下動可能に取り付けられ、前記ロッドを把持して回転させる第１チャックと、
   前記チャック駆動用ロッドに上下動可能に取り付けられ、前記ロッドを前記第１チャックと交互に把持して回転させる第２チャックと、
   前記第１チャックをピストンによって上下動させる第１油圧シリンダーと、
   前記第２チャックをピストンによって前記第１油圧シリンダーのピストンとは互いに逆方向に上下動させる第２油圧シリンダーと、が備えられることを特徴とする地盤改良施工機。
   
2. 地盤に形成された掘削孔からロッドを回転しながら引き上げるとともに、前記ロッドの先端のノズルから硬化材を高圧で噴射して地盤の改良を行なう地盤改良施工機において、
   モーターで回転されるチャック駆動用ロッドに上下動可能に取り付けられ、前記ロッドを把持して回転させる第１チャックと、
   前記チャック駆動用ロッドに上下動可能に取り付けられ、前記ロッドを前記第１チャックと交互に把持して回転させる第２チャックと、
   前記第１チャックをピストンによって上下動させる第１油圧シリンダーと、
   前記第２チャックをピストンによって前記第１油圧シリンダーのピストンとは互いに逆方向に上下動させる第２油圧シリンダーとが備えられ、
   前記ロッドの引上げ時に、前記ロッドを前記第１チャックと前記第２チャックで交互に把持し開放することを繰り返し、１ストローク毎にチャックで把持する時間が発生することなく、連続的に前記ロッドの引上げを行うことを特徴とする地盤改良施工機。
   
3. 前記第１チャックおよび前記第２チャックは、前記ロッドを把持していない時の上下動の速度が、前記ロッドを把持している時の速度より速くなるように制御されることを特徴とする請求項１または２に記載の地盤改良施工機。
   
4. 前記第１チャックおよび前記第２チャックは、前記ロッドを把持している一方の前記第１チャックまたは前記第２チャックが上下動を終了する位置に接近すると、前記ロッドを把持していない他方の前記第１チャックまたは前記第２チャックが前記ロッドを把持して上下動を開始することを特徴とする請求項３に記載の地盤改良施工機。

Images