JPH0742695B2 - 地盤改良方法及び地盤改良機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、軟弱地盤内の支持地盤上に改良柱体を形成す
る際に、その改良主体が確実に一定の支持地盤に着底し
て形成されるように自動制御できる地盤改良方法及び地
盤改良機に関するものである。

（従来技術） 従来の地盤改良機としては、先端に撹拌翼を固定した撹
拌軸をリーダに沿わせて鉛直方向に位置調節し、回転駆
動モータにより撹拌軸を回転駆動させるとともにウイン
チ等の駆動装置によりその撹拌軸を降下させていき、所
定深度まで撹拌貫入した後、撹拌翼による撹拌とともに
撹拌軸先端部よりセメント等の改良材の噴射を行いなが
ら上記駆動装置により撹拌軸を引上げて、改良柱体を形
成するものが知られている。

この地盤改良機による地盤改良においては、改良柱体に
作用する上載荷重を有効に支持地盤に伝達させるため
に、改良材を噴出する撹拌軸の先端部を軟弱層の下にあ
る支持地盤まで確実に貫入させて、その支持地盤に確実
に着底した改良柱体を形成する必要がある。

このため、地盤改良前の先行ボーリングにより支持地盤
までの深度をあらかじめ確認しておき、その深度を撹拌
軸の貫入深度として用い、複数の改良柱体に対して画一
的に適用して支持地盤への着底とみなす方法、または地
盤の強さと撹拌軸の回転駆動モータの電流値とが比例す
るところから、上記深度を参考にしながら、撹拌軸の貫
入作業中に作業者がその電流値の変化を電流計で監視す
ることにより支持地盤に到達したか否かを判断し、現実
の地盤に応じて個別的に支持地盤への着底を判断する方
法が行なわれていた。

ところが、軟弱地盤層の下の支持地盤の深度は同じ施工
現場においても一定とは限らないので、例えば第１図に
一点鎖線で示す前記のボーリング結果から求められる位
置を支持地盤面の深度として画一的に用いてその位置か
ら改良柱体を形成した場合、支持地盤面がさらに深い部
分では軟弱地盤層内に浮いた状態で改良柱体が形成され
る結果となり地盤改良の目的を達することができず、逆
に支持地盤面がさらに浅い部分では撹拌軸の先端部が支
持地盤に貫入するために施工能率が低下したり撹拌翼も
しくは回転駆動モータの寿命を縮めたり損傷したりする
おそれがあった。

また、作業者が電流値を目視で判断する場合は、電流計
が慣性力により振れているため電流値を正確に読取るこ
とが難しく、どの電流値をもって撹拌軸の先端部が支持
地盤に着底したかの判断が作業者によって個人差を生
じ、着底したと判断した支持地盤の地盤強さにバラツキ
が生じて、地盤改良施工後の地盤に要求される支持強度
を期待できないおそれがあった。

さらに、上記の電流計による場合は、その着底の判断の
適否が、地盤改良の品質に直結するとともに機械設備の
損傷を招くおそれがあるため、判断する作業者に過度の
精神的負担を与え施工能率を低下させるおそれがあっ
た。

（発明の目的） 本発明は、上記の状況に鑑み、所定の強度を有する支持
地盤位置が確実に、かつ自動的に検出できることによ
り、良好で一定した品質の地盤改良が行なえるととも
に、その施工能率を向上できる地盤改良方法及び地盤改
良機を提供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本願第１の発明は、回転駆動モータにより回転駆動さ
れ、駆動装置により昇降駆動される撹拌軸を有する地盤
改良機を用いた地盤改良方法において、回転駆動中にお
ける回転駆動モータの電流値を検出し、当該検出値と予
め設定された回転駆動モータの許容電流値とを比較し、
前記検出値が設定値を超過した場合に信号を発信すると
ともにその超過電流値を求め、前記信号発信時間を積算
して得られた超過時間と上記超過電流値とから超過電気
量を求め、その超過電気量を積算した積算超過電気量が
予め設定した設定電気量より大きい時に上記駆動装置を
停止するものである。

また、本願第２の発明は、回転駆動モータにより回転駆
動され、駆動装置により昇降駆動される撹拌軸を有する
地盤改良機において、回転駆動中における回転駆動モー
タの許容電流値を設定するための電流値設定器と、回転
駆動中における回転駆動モータの電流値を検出するため
の電流値検出器と、上記電流値の設定値と検出値とを比
較して検出値が設定値を超過する場合に信号を発する電
流値比較回路と、この比較回路からの信号を受けてその
信号発生時間を計数して超過時間を求める時間計算手段
と、同じく上記比較回路での信号発生時に検出値から設
定値を減じて超過電流値を求める電流値演算器と、この
電流値演算器で求めた超過電流値と上記時間計数手段で
求めた超過時間とから超過電気量を求めるとともにその
超過電気量を積算する電気量演算器と、地盤内の目標地
盤強さに対応する電気量の値を設定するための電気量設
定器と、上記電気量演算器での積算超過電気量と電気量
設定器での設定電気量とを比較して積算超過電気量が設
定電気量より大きいときに上記駆動装置に停止信号を発
する電気量比較回路とをそなえて地盤改良機を構成した
ものである。

上記構成においては、回転駆動モータの機械的な能力か
ら定まる許容電流値と、目標とする支持地盤の有する所
定の強度を規制するための電気量の値とを設定しておけ
ば、撹拌軸の先端部に設けられた撹拌翼が回転しながら
支持地盤と接触することで回転駆動モータに負荷がかか
り、その検出電流値が上記設定電流値を超え、その超過
時間と超過電流値とより超過電気量を求め、その超過電
気量を積算した積算超過電気量と上記の設定電気量との
比較により、一定の強度を有する支持地盤位置が検出で
き、これにより目標とする支持地盤に確実に着底した改
良柱体の形成が容易に行える。

（実施例） 第１図は本発明の実施例である地盤改良機を用いて改良
柱体を形成している状態、第２図は本発明の主要部のブ
ロック図をそれぞれ示すものである。

第１図に示す地盤改良機は、ベースマシン１に対してリ
ーダ２および先端部に撹拌翼３を有する撹拌軸４等を装
着し、この撹拌軸４を回転駆動させる回転駆動モータ5,
同じく昇降駆動させる駆動装置６等を設け、撹拌軸４の
上端に改良材プラント（図示せず）からのホース７をス
イベルジョイント８を介して連結して基本構成としてい
る。

そして、第２図に示すように、上記の回転駆動モータ５
の電流値により支持地盤の位置を検出して駆動装置６の
駆動停止制御を行なう支持地盤位置検出装置Ａを設けて
いる。

この支持地盤位置検出装置Ａは、回転駆動モータ５の許
容電流値を設定するための電流値設定器９と、回転駆動
中における回転駆動モータ５の電流値検出器10と、設定
電流値と検出電流値とを比較して検出電流値の方が大き
い場合に信号を発する第一電流値比較回路11と、この比
較回路11の信号によりその信号発生時間を計数して超過
時間を求める時間計数器12と、電流値の検出値から設定
値を減じて超過電流値を求める電流値演算器13、この電
流値演算器13で求めた超過電流値の正・負を判断する第
二電流値比較回路14と、この第二電流値比較回路14で正
のときに入力された超過電流値と時間計数器12で求めた
超過時間とから超過電気量を求めて積算する電気量演算
器15と、目標とする地盤に対応する電気量の値を設定す
るための電気量設定器16と、上記電気量演算器15での積
算超過電気量と電気量設定器16での設定電気量とを比較
して、積算超過電気量が設定電気量より大きいときに上
記駆動装置６に停止信号を発する電気量比較回路17とを
そなえたものである。

ここで、電流値設定器９に設定する許容電流値は、回転
駆動モータ５の機械的な能力により定まる値で、例えば
回転駆動モータ５の100％トルクに対応する電流値であ
り、また電流値比較回路11で発する信号は、検出電流値
が設定電流値を超えている間のみ発生するものであって
例えば時間の計数を行うことができる周期的パルス等で
ある。

本実施例では、電流値の比較回路を処理内容に応じて二
つに分けて構成を単純化している。すなわち、電流値の
検出値と設定値との大小を比較して時間の計数のための
信号を発生させる第一比較回路11と、電流値の検出値か
ら設定値を減じた値が正か負かで大小比較して、正のと
き、すなわち検出値が設定値を超過しているときその超
過電流値を電気量演算器15に入力する第二電流値比較回
路14とに分けて設けている。

電気量演算器15では、超過電流値を超過時間毎に乗算し
たものを、時間について積分することにより超過電気量
を求めて、それらを積算している。

また、電気量設定器16に設定する電気量は、目標とする
支持地盤の強度により定められる値であり、また電気量
比較回路17で発する駆動装置６への停止信号は、手動に
より駆動装置が制御されているときでも優先的に駆動装
置６に作用してその駆動を停止させるものである。

この地盤改良機を用いて、撹拌翼３を回転させて軟弱地
盤を撹拌しながら撹拌軸４を貫入させていくと、地盤の
強さによってその撹拌翼３に作用する回転抵抗が変化
し、それにより回転駆動モータ５に作用する負荷が変化
する。

この地盤の強さの変化を回転駆動モータ５に流れる電流
値の変化としてとらえ、この電流値を検出することによ
り相対的に地盤の強さの変化を得ることができ、あらか
じめ設定した電流値と比較させることで所定の地盤の強
さを検出できる。

そして、第１図に示すように、軟弱地盤層Ｓの下にある
堅い支持地盤Ｈの上面に存在する凹凸の凸部に、撹拌軸
４の先端部に設けられた棒状の撹拌翼３が接触して検出
電流値が急増して第一電流値比較回路11で信号が発せら
れて超過時間の計数が行われるとともに超過電流値が演
算され、その凸部の一部を撹拌翼３が削り去る時点まで
続き、そののちに隣接する他の撹拌翼３が回転してきて
再びその凸部に接触することにより検出電流値が急増し
て第一電流値比較回路11で信号が発せられる。

この間も撹拌軸４は降下して、上記接触および信号の発
信が繰返され、ついには連続的に検出電流値が設定電流
値を超過することになり、形成される改良柱体Ｐが上載
荷重を有効に支持地盤に伝えることができるような所定
の強さを有する支持地盤の位置に到達する。

したがって、上記信号が発せられた時間の計数値である
超過時間と超過電流値とから求められる超過電気量を検
出することで、撹拌翼３が支持地盤と一時的に接触した
り連続的に接触したりする態様をすべて含めて総合的に
管理でき、改良柱体Ｐを着底させる基礎である支持地盤
の内でも一定の支持強度を有する支持地盤の位置を確実
に得ることができる。

すなわち、設定電流値における回転駆動モータ５の能力
を超過する負荷が作用したときの回転駆動モータ５の消
費電力量と上記超過電気量とが比例することから、撹拌
翼３が支持地盤と様々の態様で接触するのに影響され
ず、所定の支持強度を有する支持地盤の位置を総合的に
判断することができる。

そして、積算超過電気量が設定電気量になれば、撹拌軸
４を降下させていた駆動装置６を自動的に停止させ、改
良材プラントからホース7,スイベルジョイント８および
撹拌軸４の内部を通じて撹拌軸先端部の吐出口まで圧送
された改良材を噴射撹拌しながら、撹拌軸４を引上げて
改良柱体Ｐを形成する作業に移行することになる。

これにより、実際の支持地盤に応じて、確実に一定の強
さを有する支持地盤に着底させた改良柱体Ｐを形成する
ことができる。

また、本実施例の支持地盤位置検出装置Ａでは、検出電
流値が設定電流値を越えたときの超過電気量の積算を、
撹拌翼３の位置、すなわち深度によって制限する手段を
付加している。

これは軟弱地盤Ｓの表面近くの表層部分に堅い地層Ｓ′
が存在する場合等に、この堅い地層Ｓ′により回転駆動
モータ５の電流値が上がり、電気量演算器15で所定の支
持地盤と接触することにより生じた超過電気量として積
算してしまうことを防ぐために設けられたものである。

この超過電気量の積算の制限手段は、撹拌軸４の深度を
検出する深度検出器18と、制限する深度を設定する深度
設定器19と、これら検出深度と設定深度とを比較する深
度比較回路20と、検出深度が設定深度を超えたときに作
動してON状態にする電磁リレー21とより構成され、この
電磁リレーにおける常開接点22を第一電流値比較回路11
と時間計数器12との間に介在させている。

深度検出器18としては、撹拌軸４の上下昇降運動または
駆動装置に関係づけて種々適用でき、第１図に示すよう
に、駆動装置としてウインチを用いワイヤロープを介し
て昇降駆動させる場合は、例えばそのワイヤロープの上
下運動を回転角に変換することにより検出し、パルス信
号もしくはシンクロ信号等を利用してエンコーダで深度
に変換するものが深度検出器として用いられる。

深度設定器19で設定する深度としては、例えば地表面か
ら表層の堅い地層Ｓ′の影響がなくなる深度を設定すれ
ばよい。

このような制限手段を付加することにより、表層の堅い
地層Ｓ′の影響がなくなってから、時間計数器12で時間
の計数を開始して電気量演算器15で超過電気量を積算す
ることになるので、実際の地盤の状態に応じた支持地盤
Ｈの位置が検出できる。

第２図中23で示す表示手段は、撹拌軸４が目標の支持地
盤に到達したことを作業者に知らせる例えば警告ラン
プ，警告ブザー等で、同じく24で示す施工記録出力は、
例えば設定電流値，設定電気量や目標の支持地盤に到達
した深度等を改良柱体毎に記録するものである。

なお本発明では、地盤の強さの変化を回転駆動モータ５
に流れる電流値の変化としてとらえているが、この電流
値の変化の代りに直接的に回転駆動モータ５の消費電力
値の変化を検出することで地盤の強さの変化を検出する
こともできる。

（発明の効果） 本発明の地盤改良方法及び地盤改良機によれば、回転駆
動モータの機械的な能力から定まる許容電流値と、支持
地盤として目標とする所定の強度を規制するための電気
量の値とを設定しておくだけで、一定の強度を有する支
持地盤位置が確実にかつ速やかに、しかも自動的に検出
できる。

これにより、撹拌軸の着底判断における作業者の精神的
負担を解消でき、その着底判断が早くなるとともに不必
要な支持地盤への貫入がなくなるので施工能率の向上お
よび改良材の消費量減少を図れるうえに、実際の支持地
盤に応じて、確実に一定の強さを有する支持地盤に着底
させた改良柱体を形成することができるので、良好で一
定した品質の地盤改良が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による施工状態を示す簡略説明
図、第２図は第１図の実施例における本発明の主要部の
ブロック図である。 Ａ…支持地盤位置検出装置、Ｓ…軟弱地盤、Ｈ…支持地
盤、Ｐ…改良柱体、３…攪拌翼、４…撹拌軸、５…回転
駆動モータ、６…駆動装置、９…電流値設定器、10…電
流値検出器、11,14…電流値比較回路、12…時間計数
器、13…電流値演算器、15…電気量演算器、16…電気量
設定器、17…電気量比較回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転駆動モータにより回転駆動され、駆動
   装置により昇降駆動される撹拌軸を有する地盤改良機を
   用いた地盤改良方法において、回転駆動中における回転
   駆動モータの電流値を検出し、当該検出値と予め設定さ
   れた回転駆動モータの許容電流値とを比較し、前記検出
   値が設定値を超過した場合に信号を発信するとともにそ
   の超過電流値を求め、前記信号発信時間を積算して得ら
   れた超過時間と上記超過電流値とから超過電気量を求
   め、その超過電気量を積算した積算超過電気量が予め設
   定した設定電気量より大きい時に上記駆動装置を停止す
   ることを特徴とする地盤改良方法。
2. 【請求項２】回転駆動モータにより回転駆動され、駆動
   装置により昇降駆動される撹拌軸を有する地盤改良機に
   おいて、回転駆動中における回転駆動モータの許容電流
   値を設定するための電流値設定器と、回転駆動中におけ
   る回転駆動モータの電流値を検出するための電流値検出
   器と、上記電流値の設定値と検出値とを比較して検出値
   が設定値を超過する場合に信号を発する電流値比較回路
   と、この比較回路からの信号を受けてその信号発生時間
   を計数して超過時間を求める時間計数手段と、同じく上
   記比較回路での信号発生時に検出値から設定値を減じて
   超過電流値を求める電流値演算器と、この電流値演算器
   で求めた超過電流値と上記時間計数手段で求めた超過時
   間とから超過電気量を求めるとともにその超過電気量を
   積算する電気量演算器と、地盤内の目標地盤強さに対応
   する電気量の値を設定するための電気量設定器と、上記
   電気量演算器での積算超過電気量と電気量設定器での設
   定電気量とを比較して積算超過電気量が設定電気量より
   大きいときに上記駆動装置に停止信号を発する電気量比
   較回路とをそなえたことを特徴とする地盤改良機。