JP2000282454A - 地盤改良機の自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オーガロッドの回転速度が変動しても、品質の
良い杭が造成できる地盤改良機の自動制御装置を提供す
る。 【解決手段】地盤改良機において、オーガロッド３の移
動量を検出する移動量検出器と、オーガロッドの回転数
を検出する回転数検出器６とを備え、該検出したオーガ
ロッド３の移動量と回転数からオーガロッド３の昇降速
度を算出するとともに羽根切り回数を算出し、予め設定
した基準羽根切り回数になるようにオーガロッド３の昇
降速度を変える指令を出す制御手段を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤改良機の自動
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤改良機は、本発明の実施形態例とし
て示す図２のごとく、作業機１０とバッチャープラント
２０とから構成され、作業機１０のベースマシン１の前
部に立設したリーダ２に、オーガ回転駆動機構４を昇降
可能に設けるとともにリーダ２下部に該回転駆動機構４
を昇降させる昇降機構５を設けて、オーガロッド３を回
転させて地盤を掘削しながら下降させ、オーガ上端から
ロッド内を通じてスラリー（液体状のセメント系固化
材）等の地盤改良剤を注入しつつ攪拌羽根８により土砂
と攪拌し、化学反応させてコラム状の杭を造成するもの
である。

【０００３】この場合、土砂と地盤改良剤の混合と攪拌
が不十分であると造成された杭の品質が悪い。従来の地
盤改良機では、オーガロッド３の回転数を一定に保持す
るとともに、地盤改良剤の供給量を一定とし、要求され
る羽根切り回数が得られるように昇降速度を設定して作
業が行われている。そして、掘削途中において土質の変
化などで掘削抵抗が変わりオーガロッド３の昇降速度が
変化した場合は、これを一定値にするように制御してい
る。

【０００４】なお、羽根切り回数（Ｎ）は、攪拌の度合
いを示すもので、Ｍ×ｎ／ｖで表される。ここで、Ｍは
攪拌羽根の総枚数、ｎはオーガロッド３の回転数（／
分）、ｖはオーガロッドの昇降速度（ｍ／分）である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】地盤改良機には、オー
ガ回転駆動機構４に電動機を搭載した大型のものと、油
圧モータを用いた小型のものがある。電動機を搭載した
ものは、これを駆動するための発電機をベースマシンに
搭載しており作業機自体も大型になっている。

【０００６】一方、油圧モータを搭載したものは、ベー
スマシンの油圧源を利用し、装置をコンパクトにし、機
動性を良くしている。ところで、地盤改良作業において
は、土質の変化による抵抗や地中の障害物によってオー
ガロッドにかかる回転抵抗が変化する。オーガロッドの
回転を電動機で駆動している場合は、その回転抵抗の変
化にかかわらず、一定の回転を保持することができる
が、油圧モータによる場合は、ベースマシンに搭載して
いるエンジンの能力を最大に使用しており、馬力制御を
行っている。即ち、図４に示すように、トルクの小さい
ところでは所定の回転数が得られるが、負荷が一定以上
になると回転数が低減するようにしている。

【０００７】特に戸建て住宅等で使用される小型地盤改
良機では、作業機をできるだけ小さくする必要があり、
大型のエンジンが搭載できないため、油圧ポンプの設定
馬力も小さく、回転抵抗の変化に対してオーガロッドの
回転速度が変化しやすい。実作業では、オーガロッドの
回転速度が低下した場合には、昇降速度を落とし回転抵
抗を減らしているが、昇降速度をどの程度減少させるか
は、作業者の勘と経験によって行われている。したがっ
て、品質の良い杭が造成しがたいという問題があった。
また、昇降速度を減少させた場合は、地盤改良剤の配合
割合が多くなって、不経済であるという問題もある。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑み開発されたもの
で、オーガロッドの回転速度が変動しても、品質の良い
杭が造成できる地盤改良機の自動制御装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次の手段を採った。即ち、ベースマシンに
立設されたリーダに、これに沿って昇降可能に可変油圧
ポンプを駆動源とするオーガ回転駆動機構を設けるとと
もに該回転駆動機構を昇降させる昇降機構を設け、該回
転駆動機構により攪拌羽根を備えたオーガロッドを回転
させつつ、該オーガロッドの先端から地盤改良剤を吐出
して土砂との攪拌を行うことにより、地盤を改良する地
盤改良機において、前記オーガロッドの移動量を検出す
る移動量検出器と、オーガロッドの回転数を検出する回
転数検出器とを備え、該検出したオーガロッドの移動量
と回転数からオーガロッドの昇降速度を算出するととも
に羽根切り回数を算出し、予め設定した基準羽根切り回
数になるようにオーガロッドの昇降速度を変える指令を
出す制御手段を備えたことを特徴とする。

【００１０】本発明は、オーガロッドの回転駆動を油圧
モータで行うものに適用され、電動機で行うものは対象
としていない。羽根切り回数を一定にすることによっ
て、攪拌が均一化され杭の品質が向上する。さらには、
請求項２に記載したように、地盤改良剤の供給量を検出
する吐出量検出器を設け、検出した地盤改良剤の吐出量
とオーガロッドの昇降速度とから単位長さ当たりの供給
量を算出し、予め設定した基準供給量になるように地盤
改良剤の吐出量を変えるようにすれば、地盤改良剤と土
砂との混合比が杭全長において一定となり、均質な杭が
得られる。

【００１１】オーガロッドの移動量を検出する移動量検
出器は、オーガロッドの昇降手段によって異なり、特に
限定するものではない。例えば、スプロケットを回転駆
動してオーガ回転駆動機構に連結したチェーンを移動さ
せるようにしたものでは、スプロケットまたは油圧モー
タ等これの回転駆動手段の回転数をエンコーダで検出
し、ワイヤロープを用いている場合は、ワイヤロープの
移動にともなって摺動回転するプーリの回転をエンコー
ダで検出すればよい。また、オーガロッドの回転数を検
出する回転数検出器も同様に油圧モータの回転をエンコ
ーダで検出するか、油圧モータに減速機が付設されてい
る場合には、減速機の歯車の歯の数をパルス信号として
検出してもよい。

【００１２】また、請求項２の地盤改良剤の供給量を検
出する吐出量検出器は、流量計が一般的である。基準羽
根切り回数と基準供給量は、施工する地盤の状態によっ
てその都度設定される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示す実施形態
例に基づいて説明する。図２に示すように、地盤改良機
は、作業機１０とバッチャープラント２０とから構成さ
れ、作業機１０のベースマシン１の前部に立設したリー
ダ２のガイドレールに、定吐出型の油圧モータを備えた
オーガ回転駆動機構４が昇降可能に設けられ、リーダ２
下部に該オーガ回転駆動機構４を昇降させる昇降機構５
が設けられている。

【００１４】オーガ回転駆動機構４の油圧モータは、ベ
ースマシンに搭載した可変容量型の油圧ポンプによって
駆動する。昇降機構５は、出力軸にスプロケットを取り
付けた昇降モータ５ａ（油圧モータ）と、オーガ駆動機
構４に連結されたチェーンとからなり、該スプロケット
を回転させることにより、オーガ回転駆動機構４が昇降
するように構成されている。

【００１５】なお、昇降モータ５ａは、ベースマシンに
搭載した可変容量型の油圧ポンプか、または、流量制御
回路を備えて固定容量型の油圧ポンプで駆動する。オー
ガ回転駆動機構４には掘削具（図示してない）と攪拌羽
根８を備えたオーガロッド３が取り付けられている。

【００１６】また、地盤改良剤はミキシングプラント２
１で造られ、グラウトポンプ２２によって前記オーガロ
ッド３の上端に圧送するように構成されている。オーガ
回転駆動機構４にはオーガロッド４の回転数を検出する
オーガ回転数検出器６が設けられ、昇降機構５にはオー
ガロッド３の移動量を検出する移動量検出器が設けられ
ている。この移動量検出器は、前記昇降モータ５ａの回
転数を検出することによっており、以下、移動量検出器
を昇降モータ回転数検出器７と称して説明する。また、
グラウトポンプ２２には吐出量検出器である流量計２３
が設けられている。そして、作業機１内にはこれら検出
器からの情報を取り入れ、羽根切り回数と地盤改良剤の
供給量が適正であるかを判断して昇降モータ５ａとグラ
ウトポンプ２２に吐出量の増減を指令する制御手段３０
が設けられている。

【００１７】即ち、オーガ回転数検出器６からの信号を
演算部３１でオーガ回転数に換算し、コンピュータで処
理するに適した信号に変換して演算部３２に送出する。
また、演算部３４では昇降モータ回転数検出器７の信号
を得て掘削深度を算出し、演算部３３でオーガロッド３
の昇降速度を算出する。

【００１８】次に、演算部３２で、演算部３１で算出さ
れたオーガ回転数ｎと演算部３３で算出された昇降速度
ｖから羽根切り回数Ｎｓ（＝Ｍ×ｎ／ｖ）を算出し、比
較部３６へ送出する。なお、Ｍは、オーガロッド３に備
えている攪拌羽根の総枚数で、予め設定されている。

【００１９】比較部３６では、演算部３２で算出された
Ｎｓを予め設定されている基準羽根切り回数Ｎと比較す
る。そして、ＮｓがＮと等しくない場合は、制御指令部
３９から昇降モータ５ａへの流量を増加または減少させ
るように制御信号が出される。

【００２０】一方、流量計２３で検出した信号は、演算
部３５で、演算部３３で算出された昇降速度ｖを得て、
単位長さ当たりの供給量ｑｓ（＝Ｑ／ｖ）を算出し、比
較部３７へ送出される。比較部３７では、演算部３５で
算出されたｑｓを予め設定されている単位長さ当たりの
供給量ｑと比較する。

【００２１】そして、ｑｓがｑと等しくない場合は、制
御指令部３９からグラウトポンプ２２の吐出量を増加ま
たは減少させるように信号が出される。これにより回転
抵抗の変動等によりオーガロッド３の回転速度が変化し
ても、設定された羽根切り回数と単位長さ当たりの地盤
改良剤の供給量が一定になるように昇降速度が修正され
るとともに、地盤改良剤の供給が行われる。

【００２２】次に、上記の制御を図３に示すフローチャ
ートで説明する。まず、ステップ１００で、攪拌羽根８
の総枚数Ｍ、羽根切り回数Ｎ、単位長さ当たり地盤改良
剤の供給量ｑを設定する。なお、自動制御に必要なオー
ガ回転数および昇降モータの回転数の上限と下限、およ
びグラウトポンプ吐出量の上限と下限などは、機械の構
成によって定まり予め入力されている。また、これらの
設定は制御手段３０の記憶部３８内の設定部（図示して
ない）で行われ、記憶部３８に記憶される。

【００２３】次に、ステップ１１０で、攪拌羽根８の総
枚数Ｍ、羽根切り回数Ｎ、単位長さ当たり地盤改良剤の
供給量ｑの設定が自動制御できる範囲にあるかどうかを
判断し、制御範囲にない場合はスタートに戻される。ス
テップ１１０で自動制御できる範囲にあると判断された
場合は、作業機１を稼働し、作業が開始される。

【００２４】ステップ１２０で、昇降モータ５ａの回転
数を検出し、掘削深さを算出し、オーガロッド３の単位
時間当たりの移動量、即ちオーガロッド３の昇降速度ｖ
を算出する（ステップ１２５）。次いで、ステップ１３
０でオーガ回転数を検出し、羽根切り回数Ｎｓ（＝Ｍ×
ｎ／ｖ）を算出する（ステップ１４０）。

【００２５】次いで、ステップ１５０で、羽根切り回数
Ｎｓと基準羽根切り回数Ｎを比較し、Ｎ＝Ｎｓである時
はステップ１６０へ進む。そして、Ｎ＞Ｎｓであるとき
は、昇降モータ５ａの回転数を減少させるように昇降モ
ータ５ａの油圧回路へ制御信号が送られ（ステップ１５
６）、Ｎ＜Ｎｓであるときは、逆に昇降モータ５ａの回
転数を増加させるように制御信号が送られる（ステップ
１５８）。この制御信号は、例えば、可変モータまたは
可変ポンプを使用している場合はその吐出量の制御装置
と連携させればよいし、定吐出型のポンプと油圧モータ
の場合には、電磁流量制御弁を油圧回路に設けてこれと
連携すればよい。

【００２６】ステップ１５６またはステップ１５８から
制御信号を出力した後は、ステップ１６０へ進む。次
に、ステップ１６０で、グラウトポンプ２２から供給さ
れる地盤改良剤の流量Ｑを流量計２３で検出し、ステッ
プ１７０で、単位長さ当たりの供給量ｑｓ（＝Ｑ／ｖ）
を算出し、ステップ１８０に送る。

【００２７】ステップ１８０では、単位長さ当たりの供
給量ｑｓと基準単位長さ当たりの供給量ｑを比較し、ｑ
＝ｑｓである時はステップ１２０へ戻る。そして、ｑ＞
ｑｓであるときは、グラウトポンプ２２の吐出量を増加
させるように制御信号が送られ（ステップ１８６）、
ｑ＜ｑｓであるときは、逆にグラウトポンプ２２の吐出
量を減少させるように制御信号が送られる（ステップ１
８８）。

【００２８】ステップ１８６またはステップ１８８で制
御信号が出された後、ステップ１２０へ戻る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、現
時点の回転速度に対して羽根切り回数を基準値に維持す
るためのオーガロッドの昇降速度を常時算出し、この昇
降速度になるように自動的に制御するので、地盤の掘削
抵抗等によってオーガの回転速度が変動してもその回転
速度に見合う昇降速度に制御され、これにより効率よく
良好な地盤改良を実現することができる。さらに、地盤
改良剤の供給量をオーガロッドの昇降速度に対応して制
御することにより、地盤改良剤と土砂の配合比が一定と
なり均質な杭が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地盤改良機の自動制御装置の一実施形
態を示す制御ブロック図。

【図２】同構成図。

【図３】同制御内容を示すフローチャート。

【図４】オーガ回転用油圧ポンプの回転数とトルクの状
態を示す特性図。

【符号の説明】

１…ベースマシン ２…リーダ ３…オーガロッド ４…オーガ回転駆動機構 ５…昇降機構 ５ａ…昇降モータ ６…オーガ回転数検出器 ７…昇降モータ回転数検出器 ８…攪拌羽根 １０…作業機 ２０…バッチャープラント ２１…ミキシング ２２…グラウトポンプ ２３…流量計 ３０…制御手段 ３１〜３５…演算部 ３６〜３７…比較部 ３８…記憶部 ３９…制御指令部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースマシンに立設されたリーダに、これ
   に沿って昇降可能に可変油圧ポンプを駆動源とするオー
   ガ回転駆動機構を設けるとともに該回転駆動機構を昇降
   させる昇降機構を設け、該回転駆動機構により攪拌羽根
   を備えたオーガロッドを回転させつつ、該オーガロッド
   の先端から地盤改良剤を吐出して土砂との攪拌を行うこ
   とにより、地盤を改良する地盤改良機において、前記オ
   ーガロッドの移動量を検出する移動量検出器と、オーガ
   ロッドの回転数を検出する回転数検出器とを備え、該検
   出したオーガロッドの移動量と回転数からオーガロッド
   の昇降速度を算出するとともに羽根切り回数を算出し、
   予め設定した基準羽根切り回数になるようにオーガロッ
   ドの昇降速度を変える指令を出す制御手段を備えたこと
   を特徴とする地盤改良機の自動制御装置。
2. 【請求項２】地盤改良剤の供給量を検出する吐出量検出
   器を設け、検出した地盤改良剤の吐出量とオーガロッド
   の昇降速度とから単位長さ当たりの供給量を算出し、予
   め設定した基準供給量になるように地盤改良剤の吐出量
   を変える指令を出す制御手段を備えたことを特徴とする
   請求項１記載の地盤改良機の自動制御装置。