浅層地盤改良方法及びその装置
【課題】簡便なバックホウを用いて掘削速度と固化材の注入量とを連動させて制御することにより品質の高い地盤改良処理を可能とした地盤改良方法とその装置を提供すること。
【解決手段】複数本のアームを順次回動自在に連結し、連結部分の角度を可変するシリンダを設けたバックホウが用いられ、先端のアームに、オーガーと地盤固化材吐出管を垂下連結し、各アームの連結部の角度及び／又はシリンダの長の検出器と固化材注入検出器を設け、これらの検出器を、制御演算部に接続し、この制御演算部に、シリンダを制御する電磁弁制御部を接続し、前記制御演算部は、初期設定時と、オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを記憶するメモリを具備する。
【解決手段】複数本のアームを順次回動自在に連結し、連結部分の角度を可変するシリンダを設けたバックホウが用いられ、先端のアームに、オーガーと地盤固化材吐出管を垂下連結し、各アームの連結部の角度及び／又はシリンダの長の検出器と固化材注入検出器を設け、これらの検出器を、制御演算部に接続し、この制御演算部に、シリンダを制御する電磁弁制御部を接続し、前記制御演算部は、初期設定時と、オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを記憶するメモリを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックホウなどのように地上を走行し、伸縮可能な複数本のアームを有する簡便な土木用アーム作業機に、掘削機を装着して１０ｍ程度までの浅層軟弱地盤を改良するための浅層地盤改良方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の軟弱地盤の表層処理には、その地盤上に紛体の固化材を散布し、バックホウやクラムシェルで撹拌混合する方法がある。この方法では、出来形や品質は、経験に基づき施工しているので、改良地盤の強度のばらつきが大きくなっていた。また、改良層厚は、３〜４ｍと浅いのが主流である。
機械撹拌式のグラウトやスラリーなどの液状の固化材を用いた表層・中層改良のトレンチャー方式は、撹拌チェーンの外周に取り付けた撹拌翼により、地盤を垂直方向に撹拌して表層から改良底面まで改良材と軟弱土を混合して固化する方法である。この方法では、表層から中層の１０ｍ程度まで施工できる。
【０００３】
このトレンチャー方式では、ベースマシンに垂直に建てたガイドマストに、昇降体を上下昇降自在に取り付け、この昇降体に回転装置と多軸装置が設けてあり、この多軸装置には、１ないし複数本の回転軸が垂直に取り付けてある。この回転軸の下端部には、撹拌翼と掘削機が取り付けられる。そして、前記回転軸の中空部分又は、別に取り付けた固化材注入管の下端から液状の固化材を地盤に注入しつつ、掘削機で地盤を掘削し、かつ、撹拌機で撹拌して所定の深さまで固化処理を行う（特許文献１）。
【０００４】
このトレンチャー方式では、クローラクレーンのような大型のベースマシンとこのベースマシンに取り付けられるガイドマストを必要とし、現場までの重機の搬送、現場での設置、１回処理する毎のベースマシン等の移動・設置・固化材供給装置との連結など作業能率が悪いという問題があった。
大型のベースマシンに代えてバックホウなどの機動性に優れた土木用アーム作業機を使用することが考えられる。このようなバックホウを使用して地盤に垂直な穴を掘削するだけのアーム式作業機が提案されている（特許文献２）。
このアーム式作業機は、図８に示すように、土木用アーム作業機１１の上の旋回体１２に、順次第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５を回動自在に連結し、また、旋回体１２と第１アーム１３の間、第１アーム１３と第２アーム１４の間、第２アーム１４と第３アーム１５の間にそれぞれ第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８を取り付け、第３アーム１５の先端にアタッチメント１９を介してドリル２０を垂直に取り付けたものである。そして、アタッチメント１９部分に設置したモータでドリル２０を回転して地表１０に垂直な穴を掘削するだけであって、軟弱地盤の改良に利用されている例はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平８−１９６７８号公報
【特許文献２】特開２００３−１４７７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に示すアーム式作業機を用いれば、ガイドマストなどの付属機械を必要とせず、比較的簡単に現場に移動して地盤の掘削作業ができる。しかし、地盤改良は、単に地盤を掘削するだけではなく、固化材の注入と掘削を連動させなければならない。掘削速度が固化材の注入に比較して遅すぎるときは、必要以上の固化材が注入されて地中のコンクリート柱が太くなりすぎたり、固化材が他へ流れ出たりして地盤に悪影響を与え、また、逆に掘削速度が固化材の注入に比較して早すぎるときは、必要な固化材が注入されず地中のコンクリート柱が細くなり、所期の地盤改良目的を達成できない品質の悪い地盤改良処理となる。
本発明は、土木用アーム式作業機を用いて掘削速度と固化材の注入量とを連動させて簡便な装置で品質の高い地盤改良処理を可能とした地盤改良方法とその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による浅層地盤改良方法は、アーム作業機に順次連結した複数本のアームのうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結して改良しようとする位置に初期設定する工程と、
初期設定された位置におけるオーガーの原点位置の各アーム間の連結部の角度とオーガーの貫入角度を算出する工程と、
初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを作成する工程と、
貫入施工中のアームの連結部の角度及び／又はシリンダの長さを検出して出力する工程と、
貫入施工中の地盤固化材の吐出量を検出して出力する工程と、
前記原点から最終貫入までを前記タイムテーブルに基づいて貫入と吐出を制御する工程と
からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、
アーム作業機に順次連結した複数本のアームのうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結して改良しようとする位置に初期設定する工程と、
初期設定された位置におけるオーガーの原点位置の各アーム間の連結部の角度とオーガーの貫入角度を算出する工程と、
初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを作成する工程と、
貫入施工中のアームの連結部の角度及び／又はシリンダの長さを検出して出力する工程と、
貫入施工中の地盤固化材の吐出量を検出して出力する工程と、
前記原点から最終貫入までを前記タイムテーブルに基づいて貫入と吐出を制御する工程とからなるので、バックホウなどの簡便な土木用アーム式作業機を用いて掘削速度と固化材の注入量とを連動させて品質の高い地盤改良処理をすることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、タイムテーブルに基づいて、原点から最終貫入までを複数の設定区間長に区切り、設定区間毎のデータに基づいて原点から最終貫入までの掘削翼の貫入と固化材の吐出を正確に制御することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、タイムテーブルの複数の設定区間長は、一定距離に設定し、この一定距離毎の貫入時間と地盤固化材の吐出量は、地盤の状態に拘らず一定となるように設定したので、地盤改良作業の制御をより単純化することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、貫入施工中の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さがタイムテーブルで設定された設定値の許容範囲を超えているときは、補正値を算出してフィードバックする工程を付加したので、地層に突発的な変化が生じても掘削翼の貫入速度を補正して対応することができる。
【００１２】
請求項５記載の発明によれば、貫入施工中の地盤固化材の吐出量が設定値の許容範囲を超えているときは、補正値を算出してフィードバックする工程を付加したので、地盤固化材の吐出量を常に適正値にすることができる。
【００１３】
請求項６記載の発明によれば、複数本のアームを順次回動自在に連結し、隣り合うアーム間に連結部分の角度を可変するシリンダを設けた土木用アーム作業機が用いられ、前記複数本のうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記複数本のアームに、各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さを検出する検出器と前記地盤固化材の吐出量を検出する固化材注入検出器を設け、これらの検出器を、これらの検出器の信号を取り込み演算する制御演算部に接続し、この制御演算部に、前記複数のシリンダの伸縮を制御する電磁弁制御部を接続し、前記制御演算部は、初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを記憶するメモリを具備したので、専用の装置を使用することなく、簡便な土木作業機で軟弱地盤の改良ができる。
【００１４】
請求項７記載の発明によれば、先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結するためのアタッチメントを有し、このアタッチメントに前記オーガーと吐出管の貫入方向を検出する傾斜検出器を設け、この傾斜検出器を制御演算部に接続したので、オーガーと吐出管の貫入方向をつねに設定した方向に制御することができる。
【００１５】
請求項８記載の発明によれば、土木用アーム作業機は、走行体と旋回体と３本のアームからなるバックホウを用い、前記旋回体に回動自在に第１アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第１角度検出器を設け、この第１アームの他端部に回動自在に第２アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第２角度検出器を設け、この第２アームの他端部に回動自在に第３アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第３角度検出器を設け、この第３アームの他端部に、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記旋回体と第１アームとの間に第１シリンダを連結し、前記第１アームと第２アームの間に第２シリンダを連結し、前記第２アームと第３アームとの間に第３シリンダを連結したので、バックホウを用いて、バケットに代えて第３アームを連結するだけで地盤改良装置として機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の制御回路のブロック図である。
【図３】本発明の浅層地盤改良方法及びその装置に使用される掘削、撹拌、固化材注入のための装置を示すもので、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、平面図である。
【図４】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の制御のためのタイムテーブルの設定値の例を示す図である。
【図５】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の動作のフローチャートである。
【図６】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の動作の軌跡を表した説明図である。
【図７】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置におけるタイムテーブルの作成のための説明図で、（ａ）は、全体の説明図、（ｂ）は、一部の拡大説明図ある。
【図８】従来のアーム作業機の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明による浅層地盤改良装置は、複数本のアームを順次回動自在に連結し、隣り合うアーム間に連結部分の角度を可変するシリンダを設けた土木用アーム作業機が用いられ、前記複数本のうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記複数本のアームに、各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さを検出する検出器と前記地盤固化材の吐出量を検出する固化材注入検出器を設け、これらの検出器を、これらの検出器の信号を取り込み演算する制御演算部に接続し、この制御演算部に、前記複数のシリンダの伸縮を制御する電磁弁制御部を接続し、前記制御演算部は、初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを記憶するメモリを具備して構成する。
【００１８】
土木用アーム作業機は、具体的には、走行体と旋回体と３本のアームからなるバックホウを用い、前記旋回体に回動自在に第１アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第１角度検出器を設け、この第１アームの他端部に回動自在に第２アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第２角度検出器を設け、この第２アームの他端部に回動自在に第３アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第３角度検出器を設け、この第３アームの他端部に、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記旋回体と第１アームとの間に第１シリンダを連結し、前記第１アームと第２アームの間に第２シリンダを連結し、前記第２アームと第３アームとの間に第３シリンダを連結して構成する。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例１を図面に基づき説明する。
図１において、１１は、バックホウ、泥上車等のような運搬や操作が簡便な土木用アーム作業機で、この土木用アーム作業機１１は、地表１０を走行する走行体１０ａと、この走行体１０ａの上で旋回する旋回体１２と、この旋回体１２に設けた複数本の順次連結された第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５を主体として構成されている。この第３アーム１５は、バックホウのバケットに代えて連結した延長アームである。バックホウは、バケットの容量が０．７立米タイプでは、垂直のストロークで５〜６ｍ程度、１．２立米タイプでは、垂直のストロークで８ｍ程度の掘削が可能である。
【００２０】
前記第１アーム１３は、前記旋回体１２の略重心位置に回動自在に取り付けられ、この第１アーム１３の先端部に第２アーム１４が回動自在に取り付けられ、さらに、第２アーム１４の先端部に第３アーム１５が回動自在に取り付けられている。また、第３アーム１５の先端部には、アタッチメント１９が下向きに取り付けられ、このアタッチメント１９に４軸のオーガー２９が垂直に取り付けられている。
前記第１アーム１３の旋回体１２への軸架位置には、図中の角度Ｄ（旋回体１２の予め決められた基準線と第２アーム１４との連結点を結ぶ角度）を検出する第１角度検出器２１が設けられ、同様に第１アーム１３と第２アーム１４の軸架位置には、角度Ｅを検出する第２角度検出器２２が設けられ、第２アーム１４と第３アーム１５の軸架位置には、角度Ｆを検出する第３角度検出器２３が設けられ、第３アーム１５とアタッチメント１９の軸架位置には、角度Ｇを検出する第４角度検出器２４が設けられている。
【００２１】
前記旋回体１２と第１アーム１３の略中間位置、第１アーム１３の略中間位置と第２アーム１４の基端部、第２アーム１４の略中間位置と第３アーム１５の基端部には、それぞれ第１シリンダ１６、第２シリンダ１７，第３シリンダ１８が設けられている。また、これらの第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８には、それぞれ第１シリンダ長検出器２６，第２シリンダ長検出器２７，第３シリンダ長検出器２８が設けられている。
【００２２】
前記アタッチメント１９には、４軸型のオーガー２９が垂直に取り付けられるとともに、アタッチメント１９の傾斜角度を検出する傾斜検出器２５が取り付けられている。前記オーガー２９からは、４本のロッド３０が正４角形の角に位置するように垂下し、また、４本のロッド３０の中央に位置して固化材吐出管３１が設けられている。前記４本のロッド３０の下端部には、カップリング３４を介して撹拌翼３３と掘削翼３２が取り付けられている。これら４個の掘削翼３２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、９０度ずつ順次角度を変えて取り付けることにより、掘削翼３２の掘削と撹拌翼３３の撹拌が図３（ｂ）に示すように一部が重複して回転して、中心部分の掘削と撹拌の行われない部分をできるだけ少なくしている。また、中心部の固化材吐出管３１の下端部から掘削された地盤の中にグラウト、スラリーなどの液状の固化材が吐出される。固化材の吐出は、ロッド３０が中空である場合は、その中を通して下端部から行ってもよい。
【００２３】
前記土木用アーム作業機１１の運転席には、操作パネルや表示パネルを具備した入力部３５が設置されるとともに、手動時に操作する手動操作部４５と操作レバー４６が設けられている。
前記旋回体１２の後部には、油圧ユニット３６，電磁弁制御部３７，制御演算部３８が重量用バランサーを兼ねて取り付けられている。この電磁弁制御部３７から前記第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８への油圧ホースが連結されている。
また、図示しないグラウトの貯留タンクから前記第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５に沿わせたグラウト用ホースを経て前記固化材吐出管３１の上端部に連結されている。このアタッチメント１９の上端部には、グラウトの流量とトルク圧、オーガー２９の回転数を計測する固化材注入検出器３９が前記傾斜検出器２５とともに設けられている。
【００２４】
前記各種検出器等の信号を入力し、制御演算部３８，電磁弁制御部３７等を制御する制御回路は、図２に示される。
この図２において、前記第１角度検出器２１，第１シリンダ長検出器２６，第２角度検出器２２，第２シリンダ長検出器２７，第３角度検出器２３，第３シリンダ長検出器２８，第４角度検出器２４，傾斜検出器２５，固化材注入検出器３９は、制御演算部３８の信号入力部４１に接続され、前記入力部３５は、制御演算部３８のＣＰＵ４２に接続される。前記制御演算部３８内には、さらにメモリ４３と信号出力部４４を有し、この信号出力部４４は、記録部４０と電磁弁制御部３７に接続される。この電磁弁制御部３７は、油圧ユニット３６が第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５へのオイルの流通を制御する。
本発明は、全て自動制御されるものであるが、必要に応じて手動で操作するための操作レバー４６と制御弁４７からなる手動操作部４５が旋回体１２に設けられている。
【００２５】
以上のような構成による浅層軟弱地盤の改良作業を図５に基づき各工程順に説明する。
工程ａ１：土木用アーム作業機１１を現場まで搬送し、第３アーム１５の先端にアタッチメント１９を介して４軸のオーガー２９と固化材吐出管３１を取り付ける。また、走行体１１ａで土木用アーム作業機１１の重心位置から掘削位置までの距離ｘが設定値（例えば５５００ｍｍ）となる位置まで走行して土木用アーム作業機１１を固定する。さらに、第４角度検出器２４の角度δは１８０度、すなわち第３角度検出器２３と第４角度検出器２４とオーガー２９の中心を結ぶ線が垂直となるよう調整して初期設定する。
【００２６】
工程ａ２：土木用アーム作業機１１が初期設定された状態で第１角度検出器２１の角度α、第２角度検出器２２の角度β、第３角度検出器２３の角度γ、第４角度検出器２４の角度δが検出されると、角度検出か？がＹＥＳとなってそのデータが送られる。
【００２７】
工程ｂ１：工程ａ２で角度検出か？がＮＯであれば、第１シリンダ長検出器２６で第１シリンダ１６の長さｃ，第２シリンダ長検出器２７で第２シリンダ１７の長さｇ，第３シリンダ長検出器２８で第３シリンダ１８の長さｉが検出されてそのデータが送られる。
前記角度検出信号とシリンダ長検出信号の両方を送るようにしてもよい。
【００２８】
工程ａ３：制御演算部３８の信号入力部４１に前記角度及び／又は前記シリンダ長の各信号が取り込まれる。
【００２９】
工程ａ４：信号入力部４１に取り込まれた各信号に基づきＣＰＵ４２にて第４角度検出器２４における原点位置Ｐ１が算出される。このときのデータは、図４のタイムテーブルにおけるＰ１の行の数値、即ち、ｃ＝３２５１．４ｍｍ，ｇ＝２３６４．６ｍｍ，ｉ＝２６７０．７ｍｍ，α＝１５５．９度、β＝第１角度検出器２１．８度、γ＝８２．３度、δ＝１８０．０度であるとする。
【００３０】
工程ａ５：この原点Ｐ１のデータに基づき、ＣＰＵ４２にて図４に示すタイムテーブルが作成され、メモリ４３に記憶される。このタイムテーブルの算出の詳細は後述する。
ここで、本発明による作業は、図６に示すように、設定距離（例えば１ｍ）を設定時間（例えば６０秒）かけて第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８の角度又はシリンダ長を制御して、掘削翼３２が垂直に自動的に貫入しながら設定時間当たり一定量の固化材を注入して地盤を改良しようとするものとする。
以上のような原点のデータと作業のプログラムから設定距離毎のタイムテーブルが作成されるが、具体的には、このタイムテーブルは、例えば、図６に示すように、原点Ｐ１から最下点のＰ６点までを１ｍ毎に６０秒ずつかけて５ｍ貫入するものとしたときのデータを予め算出してメモリ４３に記憶される。タイムテーブルには、固化材の吐出量と撹拌翼の回転数も予め加えられる。
【００３１】
工程ａ６：オーガー２９のモータを回転しつつ、固化材ポンプ（図示せず）から固化材を送って施工を開始する。
ここで、メモリ４３に記憶されているタイムテーブルからは、図４の原点Ｐ１からＰ２点までの１ｍを６０秒かけて貫入するようなデータが送られる。具体的には、第１シリンダ１６は、Ｑ３のように、長さｃが３２５１．４〜３２４９．２ｍｍの移動を、Ｑ４のように−２．２ｍｍ／ｍｉｎの変化速度で制御され、第２シリンダ１７は、Ｑ５のように、長さｇが２３６４．６〜２５７４．３ｍｍの移動を、Ｑ６のように２０９．７ｍｍ／ｍｉｎの変化速度で制御され、第３シリンダ１８は、Ｑ７のように、長さｉが２６７０．７〜２５６４．１ｍｍの移動を、Ｑ８のように−１０６．６ｍｍ／ｍｉｎの変化速度で制御されるように、メモリ４３からＣＰＵ４２、信号出力部４４を経て電磁弁制御部３７に信号を送る。すると、電磁弁制御部３７によって第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８は、連動して駆動して原点Ｐ１からＰ２点までの１ｍを６０秒かけて貫入するような施工が開始される。
なお、前記それぞれのシリンダ長ｃ，ｇ，ｉが変化することで、前記角度α、β、γも変化する。
ここで、シリンダの変化速度は、シリンダ長の伸び方向を＋で表し、縮む方向を−で表し、また、角度の変化量は、大きくなる方向を＋で表し、小さくなる方向を−で表すものとする。
【００３２】
工程ａ７：制御演算部３８の信号出力部４４から電磁弁制御部３７へ各指示値を出力する。すると、電磁弁制御部３７で第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８毎のバルブの開閉を制御して油圧ユニット３６からの圧油が送られ、第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５が駆動される。
【００３３】
工程ａ８：第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５の駆動に伴い、第１シリンダ長検出器２６，第２シリンダ長検出器２７，第３シリンダ長検出器２８，第１角度検出器２１，第２角度検出器２２，第３角度検出器２３，第４角度検出器２４の各信号が制御演算部３８の信号入力部４１に取り込まれる。
【００３４】
工程ａ９：この工程ａ９では、単位深度（例えば、１００ｍｍ）当りの角度及び／又はシリンダ長が満足しているか？が判断される。
オーガー２９は、撹拌翼３２に所定の角度を有するので、回転を与えると自然に地中に貫入する。しかし、設定速度以上で貫入するおそれがあるので、オーガー１９をアームで上方へ引きあげる力を与えながら設定速度で貫入するように制御することが必要である。
【００３５】
工程ｃ１：工程ａ９がＮＯであれば、音と光（赤色）で警報を出力する。
工程ｃ２：警報の出力後、角度とシリンダ長の補正値を算出し、そのデータでタイムテーブルを補正して工程ａ７に戻る。
【００３６】
工程ａ１０：工程ａ９がＹＥＳであれば、傾斜検出器２５でアタッチメント１９の角度を検出し、固化材注入検出器３９でオーガー２９のモータの回転数、固化材の流量・トルク圧を検出して制御演算部３８の信号入力部４１へ送る。
【００３７】
工程ａ１１：この工程ａ１１では、単位時間（例えば、６秒）当りのモータの回転数、固化材の流量・トルク圧が満足しているか？が判断される。
【００３８】
工程ｄ１：工程ａ１１がＮＯであれば、音と光（赤色）で警報を出力する。
工程ｄ２：警報の出力後、モータの回転数、固化材の流量・トルク圧の補正値を算出し、そのデータでタイムテーブルを補正して工程ａ１０に戻る。
【００３９】
工程ａ１２：工程ａ１１がＹＥＳであれば、光（緑色）で作業が順調であることを表示する。
【００４０】
工程ａ１３：施工終了か？が判断される。
【００４１】
工程ａ１４：工程ａ１３がＮＯであれば、設定区間長（例えば１ｍ）が満足か？が判断され、ＮＯであれば、即ち１ｍに達していなければ、工程ａ７に戻り、工程ａ１４までを繰り返す。
【００４２】
工程ａ１５：工程ａ１４がＹＥＳであれば、設定区間長（例えば１ｍ）に達しているので、次の区間Ｐ１点からＰ２点へ貫入し、工程ａ７に戻り、工程ａ１５までを繰り返し、設定区間Ｐ２〜Ｐ３，Ｐ３〜Ｐ４，…Ｐ５〜Ｐ６へ貫入する。５ｍ下の最下点Ｐ６まで貫入すると、工程ａ１３で施工終了か？がＹＥＳとなる。
【００４３】
工程ｅ１：工程ａ１３で施工終了か？がＹＥＳとなると、終了処理をしてエンドとなる。
【００４４】
最下点Ｐ６まで貫入が達成したら、固化材吐出を停止し、オーガー２９のモータを逆回転して、図４に示す引き抜き工程のタイムテーブルに基づき、貫入時と逆の工程でオーガー２９を引き抜く。
貫入と引き抜きの工程を終了すると、土木用アーム作業機１１を次の場所へ移行して前記同様にして同一の工程を繰り返す。
以上の工程で得られた施工深度、撹拌回数、貫入速度、固化材吐出量などの必要な施工情報は、制御演算部３８から入力部３５の表示パネルで表示される。また、施工データは、現場事務所などに有線又は無線で記録部４０に送られて杭毎の情報や日報として印字され、自動編集される。また、ＵＳＢメモリなどに記録して持ち出すこともできる。
【００４５】
次に前記タイムテーブルの具体的算出方法を図４及び図７に基づき説明する。
１．Ｐ１行（原点）の算出
角度∠ＡＣＧ＝α（Ｐ１，Ｑ９）、∠ＣＧＩ＝β（Ｐ１，Ｑ１１）、∠ＧＫＭ＝γ（Ｐ１，Ｑ７）は、第１角度検出器２１，第２角度検出器２２，第３角度検出器２３により検出する。角度δは、１８０度（垂直貫入）で固定とした例として説明する。
前記検出された角度α、β、γから第１シリンダ１６、第２シリンダ１７、第３シリンダ１８のそれぞれの長さｃ，ｇ，ｉを算出する。
【００４６】
（１）第１シリンダ１６の長さｃ（Ｐ１，Ｑ３）の算出
∠ＡＣＧ＝α、∠ＢＣＤ＝Ｃ、∠ＡＣＢ＝Ｃ１、∠ＤＣＧ＝Ｃ２、ＣＢ＝ａ、ＣＤ＝ｂ、ＢＤ＝ｃとすると、
角度Ｃ＝α＋Ｃ１＋Ｃ２
長さｃ＝√（ａ２＋ｂ２−２ａｂｃｏｓＣ）で求められる。
これらの式に、α＝１５５．９°、Ｃ１＝３９．４６°、Ｃ２＝２２．４４°、ａ＝８２８．４３、ｂ＝２５８１．４９（Ｃ１、Ｃ２、ａ、ｂは、固定値）を代入すると、
角度Ｃ＝１３８．８８
長さｃ＝３２５１．５が得られる。
【００４７】
（２）第２シリンダ１７の長さｇ（Ｐ１，Ｑ５）の算出
∠ＣＧＩ＝β、∠ＥＧＦ＝Ｇ、∠ＥＧＤ＝Ｇ１、∠ＣＧＤ＝Ｇ２、∠ＨＧＩ＝Ｇ３、∠ＦＧＨ＝Ｇ４、ＥＦ＝ｇ、ＥＦ＝ｆ、ＦＧ＝ｅとすると、
角度Ｇ＝３６０−β−Ｇ１−Ｇ２−Ｇ３−Ｇ４
長さｇ＝√（ｅ２＋ｆ２−２ｅｆｃｏｓＧ）で求められる。
これらの式に、α＝１２８．８°、Ｇ１＝９．７°、Ｇ２＝１６．３１°、Ｇ３＝５０．１°、Ｇ４＝第１シリンダ１６．４４°、ｆ＝２８１１．０５、ｅ＝７２０．５１（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、ｆ、ｅは、固定値）を代入すると、
角度Ｇ＝４５．６５
長さｇ＝２３６４．２が得られる。
【００４８】
（３）第３シリンダ１８の長さｉ（Ｐ１，Ｑ７）の算出
∠ＨＩＪ＝Ｉ、∠ＦＩＨ＝Ｉ１、∠ＫＩＬ＝Ｉ２、∠ＪＩＬ＝Ｉ３、ＨＩ＝ｊ、ＩＪ＝ｋ１とすると、
角度Ｉ＝１８０−Ｉ１−Ｉ２−Ｉ３
長さｉ＝√（ｊ２＋ｋ１２−２ｊｋ１ｃｏｓＩ）で求められる。
最初にＩを求めるにあたり、Ｉ２とＩ３算出する。
∠ＧＫＭ＝γ、∠ＩＫＬ＝Ｋ、∠ＦＫＧ＝Ｋ１、∠ＬＫＭ＝Ｋ２、ＪＫ＝ｋ２、ＩＬ＝ｋ３とすると、
角度Ｋ＝３６０−γ−Ｋ１−Ｋ２
長さｋ３＝√（ｊ１２＋ｊ２２−２ｊ１ｊ２ｃｏｓＫ）
角度Ｉ２＝ｃｏｓ−１｛（ｊ１２＋ｋ３２−ｊ２２）／２ｊ１ｋ３｝で求められる。
これらの式に、γ＝８２．３５°、Ｋ１＝２．５２°、Ｋ２＝１１２．３５°、ｊ１＝４１０．０７、ｊ２＝４５８．１３（Ｋ１、Ｋ２、ｊ１、ｊ２は、固定値）を代入すると、
角度Ｋ＝１６２．７８
長さｋ３＝８５８．４５
角度Ｉ２＝９．０９
また、角度Ｉ３＝ｃｏｓ−１｛（ｋ１２＋ｋ３２−ｋ２２）／２ｋ１ｋ３｝で求められる。
これらの式に、ｋ１＝６３９．８７、ｋ２＝５９９．９１（ｋ１、ｋ２は、固定値）を代入すると、
角度Ｉ３＝４４．２８が得られる。
よって、Ｉ１＝９．９２°（Ｉ１は、固定値）を代入すると、
Ｉ＝１１６．７１
ｉ＝２６６６．６が得られる。
【００４９】
２．地表から原点Ｐ１までの距離とオーガー１９までの距離の算出
（１）地表から原点Ｐ１までの距離は、６０４０＋１００＝６１４０で固定とする。
（２）オーガー１９までの距離ｘは、次式で求められる。
長さｘ＝√｛（ｙ１２＋ｙ２２−２ｙ１ｙ２ｃｏｓβ）−ｚ２｝
これらの式に、β＝１５５．９°、ｙ１＝５７５３、ｙ２＝３１０６．９２、ｚ＝５６６４．２４（ｙ１、ｙ２、ｚは、固定値）を代入すると、
長さｘ＝５４３２．２５が得られる。
【００５０】
３．Ｐ２行の算出
図６において、ｚが原点Ｐ１からＰ２まで移動したときの各値を算出する。
（１）α（Ｐ２，Ｑ９）の算出
長さｙ＝√（ｚ２＋ｘ２）
角度Ｓ＝ｔａｎ−１ｚ／ｘ
角度Ｔ＝ｃｏｓ−１｛（ｙ２＋ｙ１２−ｙ２２）／２ｙｙ１｝
α＝９０＋Ｔ＋Ｓで求められる。
これらの式に、ｚ＝４６６４．２４、ｘ＝５４３２．２５、ｙ１＝５７５３、ｙ２＝３１０６．９２（ｘ、ｙ１、ｙ２は、固定値）（ｚは、原点Ｐ１からＰ２分差し引いた値）を代入すると、
長さｙ＝７１５９．９２
角度Ｓ＝４０．６５
角度Ｔ＝２４．９３
角度α＝１５５．５８となり、
また、αの変化量α１（Ｐ２，Ｑ１０）は、（Ｐ２，Ｑ９）から（Ｐ１，Ｑ９）を差し引いた値となるので、
α１＝−０．３が得られる。
【００５１】
（２）β（Ｐ２，Ｑ１１）の算出
角度β＝ｃｏｓ−１｛（ｙ１２＋ｙ２２−ｙ２）／２ｙ１ｙ２｝
＝１０３．７で求められる。
また、βの変化量β１（Ｐ２，Ｑ１２）は、（Ｐ２，Ｑ１１）から（Ｐ１，Ｑ１１）を差し引いた値となるので、
β１＝−１８．１が得られる。
【００５２】
（３）γ（Ｐ２，Ｑ１３）の算出
角度Ｕ＝ｔａｎ−１ｘ／ｚ
角度Ｖ＝ｃｏｓ−１｛（ｙ２＋ｙ２２−ｙ１２）／２ｙｙ２｝
角度γ＝Ｕ＋Ｖ＝１００．７で求められる。
また、γの変化量γ１（Ｐ２，Ｑ１４）は、（Ｐ２，Ｑ１３）から（Ｐ１，Ｑ１３）を差し引いた値となるので、
γ１＝−１８．４が得られる。
【００５３】
（４）第１シリンダ１６の長さｃ（Ｐ２，Ｑ３）の算出
原点Ｐ１の位置算出に倣い、角度αを（Ｐ２，Ｑ９）に置き換えて算出
よって、α＝１５５．６から
角度Ｃ＝１３８．５８
長さｃ＝３２４９．３
また、ｃの変化量ｃ１（Ｐ２，Ｑ４）は、（Ｐ２，Ｑ３）から（Ｐ１，Ｑ３）を差し引いた値となるので、
ｃ１＝−２．２が得られる。
【００５４】
（５）第２シリンダ１７の長さｇ（Ｐ２，Ｑ５）の算出
原点Ｐ１の位置算出に倣い、角度βを（Ｐ２，Ｑ１１）に置き換えて算出
よって、β＝１０３．７から
角度Ｇ＝６３．７５
長さｇ＝２５７４．８
また、ｇの変化量ｇ１（Ｐ２，Ｑ６）は、（Ｐ２，Ｑ５）から（Ｐ１，Ｑ５）を差し引いた値となるので、
ｇ１＝２０９．６が得られる。
（６）第３シリンダ１８の長さｉ（Ｐ２，Ｑ７）の算出
原点Ｐ１の位置算出に倣い、角度γを（Ｐ２，Ｑ１３）に置き換えて算出
よって、γ＝１４４．４３から
長さｋ３＝８２６．８４
長さＩ２＝１８．８０
長さＩ３＝４６．１４
長さＩ＝１０５．４
ｉ＝２５５９．８
また、ｉの変化量ｉ１（Ｐ２，Ｑ８）は、（Ｐ２，Ｑ７）から（Ｐ１，Ｑ７）を差し引いた値となるので、
ｉ１＝−１０６．８が得られる。
【００５５】
液化固化材（Ｑ１６列）及び撹拌回転数は、設定入力する値である。
３．Ｐ３行以下の算出も同様である。
【００５６】
前記実施例では、掘削の最下点を７ｍ、設定区間を１ｍ、設定区間の移動時間を６０秒としたが、これに限られるものではなく、土木用作業機の能力に応じて７ｍ以上でも以下でもよい。また、設定区間、設定区間の移動時間、補正値を算出する単位深度、単位時間も実施例に限定されるものではなく、細かに設定すればそれだけ品質の良い地盤改良ができる。
【００５７】
前記実施例では、アームの本数が３本の土木用作業機を用いたが、改良すべき地盤への貫入深さ、その他の目的に応じて、２本であっても、４本以上であってもよい。
また、オーガー２９を垂直に貫入する例を示したが、垂直方向以外の角度で貫入する場合であっても本発明は実施可能である。
【００５８】
前記実施例では、オーガー２９の貫入速度を一定とし、固化材の吐出量も一定としたが、これに限られるものではなく、オーガー２９の貫入速度が地盤によって変化するときには、この貫入速度に応じて固化材の吐出量も変化させるようにしてもよい。
前記実施例では、オーガー２９の貫入時に固化材を吐出させたが、これに限られるものではなく、オーガー２９の引き抜き時に固化材を吐出してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０…地表、１１…土木用アーム作業機、１１ａ…走行体、１２…旋回体、１３…第１アーム、１４…第２アーム、１５…第３アーム、１６…第１シリンダ、１７…第２シリンダ、１８…第３シリンダ、１９…アタッチメント、２０…ドリル、２１…第１角度検出器、２２…第２角度検出器、２３…第３角度検出器、２４…第４角度検出器、２５…傾斜検出器、２６…第１シリンダ長検出器、２７…第２シリンダ長検出器、２８…第３シリンダ長検出器、２９…オーガー、３０…ロッド、３１…固化材吐出管、３２…掘削翼、３３…撹拌翼、３４…カップリング、３５…入力部、３６…油圧ユニット、３７…電磁弁制御部、３８…制御演算部、３９…固化材注入検出器、４０…記録部、４１…信号入力部、４２…ＣＰＵ、４３…メモリ、４４…信号出力部、４５…手動操作部、４６…操作レバー、４７…制御弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックホウなどのように地上を走行し、伸縮可能な複数本のアームを有する簡便な土木用アーム作業機に、掘削機を装着して１０ｍ程度までの浅層軟弱地盤を改良するための浅層地盤改良方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の軟弱地盤の表層処理には、その地盤上に紛体の固化材を散布し、バックホウやクラムシェルで撹拌混合する方法がある。この方法では、出来形や品質は、経験に基づき施工しているので、改良地盤の強度のばらつきが大きくなっていた。また、改良層厚は、３〜４ｍと浅いのが主流である。
機械撹拌式のグラウトやスラリーなどの液状の固化材を用いた表層・中層改良のトレンチャー方式は、撹拌チェーンの外周に取り付けた撹拌翼により、地盤を垂直方向に撹拌して表層から改良底面まで改良材と軟弱土を混合して固化する方法である。この方法では、表層から中層の１０ｍ程度まで施工できる。
【０００３】
このトレンチャー方式では、ベースマシンに垂直に建てたガイドマストに、昇降体を上下昇降自在に取り付け、この昇降体に回転装置と多軸装置が設けてあり、この多軸装置には、１ないし複数本の回転軸が垂直に取り付けてある。この回転軸の下端部には、撹拌翼と掘削機が取り付けられる。そして、前記回転軸の中空部分又は、別に取り付けた固化材注入管の下端から液状の固化材を地盤に注入しつつ、掘削機で地盤を掘削し、かつ、撹拌機で撹拌して所定の深さまで固化処理を行う（特許文献１）。
【０００４】
このトレンチャー方式では、クローラクレーンのような大型のベースマシンとこのベースマシンに取り付けられるガイドマストを必要とし、現場までの重機の搬送、現場での設置、１回処理する毎のベースマシン等の移動・設置・固化材供給装置との連結など作業能率が悪いという問題があった。
大型のベースマシンに代えてバックホウなどの機動性に優れた土木用アーム作業機を使用することが考えられる。このようなバックホウを使用して地盤に垂直な穴を掘削するだけのアーム式作業機が提案されている（特許文献２）。
このアーム式作業機は、図８に示すように、土木用アーム作業機１１の上の旋回体１２に、順次第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５を回動自在に連結し、また、旋回体１２と第１アーム１３の間、第１アーム１３と第２アーム１４の間、第２アーム１４と第３アーム１５の間にそれぞれ第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８を取り付け、第３アーム１５の先端にアタッチメント１９を介してドリル２０を垂直に取り付けたものである。そして、アタッチメント１９部分に設置したモータでドリル２０を回転して地表１０に垂直な穴を掘削するだけであって、軟弱地盤の改良に利用されている例はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平８−１９６７８号公報
【特許文献２】特開２００３−１４７７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に示すアーム式作業機を用いれば、ガイドマストなどの付属機械を必要とせず、比較的簡単に現場に移動して地盤の掘削作業ができる。しかし、地盤改良は、単に地盤を掘削するだけではなく、固化材の注入と掘削を連動させなければならない。掘削速度が固化材の注入に比較して遅すぎるときは、必要以上の固化材が注入されて地中のコンクリート柱が太くなりすぎたり、固化材が他へ流れ出たりして地盤に悪影響を与え、また、逆に掘削速度が固化材の注入に比較して早すぎるときは、必要な固化材が注入されず地中のコンクリート柱が細くなり、所期の地盤改良目的を達成できない品質の悪い地盤改良処理となる。
本発明は、土木用アーム式作業機を用いて掘削速度と固化材の注入量とを連動させて簡便な装置で品質の高い地盤改良処理を可能とした地盤改良方法とその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による浅層地盤改良方法は、アーム作業機に順次連結した複数本のアームのうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結して改良しようとする位置に初期設定する工程と、
初期設定された位置におけるオーガーの原点位置の各アーム間の連結部の角度とオーガーの貫入角度を算出する工程と、
初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを作成する工程と、
貫入施工中のアームの連結部の角度及び／又はシリンダの長さを検出して出力する工程と、
貫入施工中の地盤固化材の吐出量を検出して出力する工程と、
前記原点から最終貫入までを前記タイムテーブルに基づいて貫入と吐出を制御する工程と
からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、
アーム作業機に順次連結した複数本のアームのうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結して改良しようとする位置に初期設定する工程と、
初期設定された位置におけるオーガーの原点位置の各アーム間の連結部の角度とオーガーの貫入角度を算出する工程と、
初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを作成する工程と、
貫入施工中のアームの連結部の角度及び／又はシリンダの長さを検出して出力する工程と、
貫入施工中の地盤固化材の吐出量を検出して出力する工程と、
前記原点から最終貫入までを前記タイムテーブルに基づいて貫入と吐出を制御する工程とからなるので、バックホウなどの簡便な土木用アーム式作業機を用いて掘削速度と固化材の注入量とを連動させて品質の高い地盤改良処理をすることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、タイムテーブルに基づいて、原点から最終貫入までを複数の設定区間長に区切り、設定区間毎のデータに基づいて原点から最終貫入までの掘削翼の貫入と固化材の吐出を正確に制御することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、タイムテーブルの複数の設定区間長は、一定距離に設定し、この一定距離毎の貫入時間と地盤固化材の吐出量は、地盤の状態に拘らず一定となるように設定したので、地盤改良作業の制御をより単純化することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、貫入施工中の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さがタイムテーブルで設定された設定値の許容範囲を超えているときは、補正値を算出してフィードバックする工程を付加したので、地層に突発的な変化が生じても掘削翼の貫入速度を補正して対応することができる。
【００１２】
請求項５記載の発明によれば、貫入施工中の地盤固化材の吐出量が設定値の許容範囲を超えているときは、補正値を算出してフィードバックする工程を付加したので、地盤固化材の吐出量を常に適正値にすることができる。
【００１３】
請求項６記載の発明によれば、複数本のアームを順次回動自在に連結し、隣り合うアーム間に連結部分の角度を可変するシリンダを設けた土木用アーム作業機が用いられ、前記複数本のうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記複数本のアームに、各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さを検出する検出器と前記地盤固化材の吐出量を検出する固化材注入検出器を設け、これらの検出器を、これらの検出器の信号を取り込み演算する制御演算部に接続し、この制御演算部に、前記複数のシリンダの伸縮を制御する電磁弁制御部を接続し、前記制御演算部は、初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを記憶するメモリを具備したので、専用の装置を使用することなく、簡便な土木作業機で軟弱地盤の改良ができる。
【００１４】
請求項７記載の発明によれば、先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結するためのアタッチメントを有し、このアタッチメントに前記オーガーと吐出管の貫入方向を検出する傾斜検出器を設け、この傾斜検出器を制御演算部に接続したので、オーガーと吐出管の貫入方向をつねに設定した方向に制御することができる。
【００１５】
請求項８記載の発明によれば、土木用アーム作業機は、走行体と旋回体と３本のアームからなるバックホウを用い、前記旋回体に回動自在に第１アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第１角度検出器を設け、この第１アームの他端部に回動自在に第２アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第２角度検出器を設け、この第２アームの他端部に回動自在に第３アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第３角度検出器を設け、この第３アームの他端部に、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記旋回体と第１アームとの間に第１シリンダを連結し、前記第１アームと第２アームの間に第２シリンダを連結し、前記第２アームと第３アームとの間に第３シリンダを連結したので、バックホウを用いて、バケットに代えて第３アームを連結するだけで地盤改良装置として機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の制御回路のブロック図である。
【図３】本発明の浅層地盤改良方法及びその装置に使用される掘削、撹拌、固化材注入のための装置を示すもので、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、平面図である。
【図４】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の制御のためのタイムテーブルの設定値の例を示す図である。
【図５】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の動作のフローチャートである。
【図６】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置の動作の軌跡を表した説明図である。
【図７】本発明による浅層地盤改良方法及びその装置におけるタイムテーブルの作成のための説明図で、（ａ）は、全体の説明図、（ｂ）は、一部の拡大説明図ある。
【図８】従来のアーム作業機の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明による浅層地盤改良装置は、複数本のアームを順次回動自在に連結し、隣り合うアーム間に連結部分の角度を可変するシリンダを設けた土木用アーム作業機が用いられ、前記複数本のうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記複数本のアームに、各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さを検出する検出器と前記地盤固化材の吐出量を検出する固化材注入検出器を設け、これらの検出器を、これらの検出器の信号を取り込み演算する制御演算部に接続し、この制御演算部に、前記複数のシリンダの伸縮を制御する電磁弁制御部を接続し、前記制御演算部は、初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを記憶するメモリを具備して構成する。
【００１８】
土木用アーム作業機は、具体的には、走行体と旋回体と３本のアームからなるバックホウを用い、前記旋回体に回動自在に第１アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第１角度検出器を設け、この第１アームの他端部に回動自在に第２アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第２角度検出器を設け、この第２アームの他端部に回動自在に第３アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第３角度検出器を設け、この第３アームの他端部に、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記旋回体と第１アームとの間に第１シリンダを連結し、前記第１アームと第２アームの間に第２シリンダを連結し、前記第２アームと第３アームとの間に第３シリンダを連結して構成する。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例１を図面に基づき説明する。
図１において、１１は、バックホウ、泥上車等のような運搬や操作が簡便な土木用アーム作業機で、この土木用アーム作業機１１は、地表１０を走行する走行体１０ａと、この走行体１０ａの上で旋回する旋回体１２と、この旋回体１２に設けた複数本の順次連結された第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５を主体として構成されている。この第３アーム１５は、バックホウのバケットに代えて連結した延長アームである。バックホウは、バケットの容量が０．７立米タイプでは、垂直のストロークで５〜６ｍ程度、１．２立米タイプでは、垂直のストロークで８ｍ程度の掘削が可能である。
【００２０】
前記第１アーム１３は、前記旋回体１２の略重心位置に回動自在に取り付けられ、この第１アーム１３の先端部に第２アーム１４が回動自在に取り付けられ、さらに、第２アーム１４の先端部に第３アーム１５が回動自在に取り付けられている。また、第３アーム１５の先端部には、アタッチメント１９が下向きに取り付けられ、このアタッチメント１９に４軸のオーガー２９が垂直に取り付けられている。
前記第１アーム１３の旋回体１２への軸架位置には、図中の角度Ｄ（旋回体１２の予め決められた基準線と第２アーム１４との連結点を結ぶ角度）を検出する第１角度検出器２１が設けられ、同様に第１アーム１３と第２アーム１４の軸架位置には、角度Ｅを検出する第２角度検出器２２が設けられ、第２アーム１４と第３アーム１５の軸架位置には、角度Ｆを検出する第３角度検出器２３が設けられ、第３アーム１５とアタッチメント１９の軸架位置には、角度Ｇを検出する第４角度検出器２４が設けられている。
【００２１】
前記旋回体１２と第１アーム１３の略中間位置、第１アーム１３の略中間位置と第２アーム１４の基端部、第２アーム１４の略中間位置と第３アーム１５の基端部には、それぞれ第１シリンダ１６、第２シリンダ１７，第３シリンダ１８が設けられている。また、これらの第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８には、それぞれ第１シリンダ長検出器２６，第２シリンダ長検出器２７，第３シリンダ長検出器２８が設けられている。
【００２２】
前記アタッチメント１９には、４軸型のオーガー２９が垂直に取り付けられるとともに、アタッチメント１９の傾斜角度を検出する傾斜検出器２５が取り付けられている。前記オーガー２９からは、４本のロッド３０が正４角形の角に位置するように垂下し、また、４本のロッド３０の中央に位置して固化材吐出管３１が設けられている。前記４本のロッド３０の下端部には、カップリング３４を介して撹拌翼３３と掘削翼３２が取り付けられている。これら４個の掘削翼３２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、９０度ずつ順次角度を変えて取り付けることにより、掘削翼３２の掘削と撹拌翼３３の撹拌が図３（ｂ）に示すように一部が重複して回転して、中心部分の掘削と撹拌の行われない部分をできるだけ少なくしている。また、中心部の固化材吐出管３１の下端部から掘削された地盤の中にグラウト、スラリーなどの液状の固化材が吐出される。固化材の吐出は、ロッド３０が中空である場合は、その中を通して下端部から行ってもよい。
【００２３】
前記土木用アーム作業機１１の運転席には、操作パネルや表示パネルを具備した入力部３５が設置されるとともに、手動時に操作する手動操作部４５と操作レバー４６が設けられている。
前記旋回体１２の後部には、油圧ユニット３６，電磁弁制御部３７，制御演算部３８が重量用バランサーを兼ねて取り付けられている。この電磁弁制御部３７から前記第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８への油圧ホースが連結されている。
また、図示しないグラウトの貯留タンクから前記第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５に沿わせたグラウト用ホースを経て前記固化材吐出管３１の上端部に連結されている。このアタッチメント１９の上端部には、グラウトの流量とトルク圧、オーガー２９の回転数を計測する固化材注入検出器３９が前記傾斜検出器２５とともに設けられている。
【００２４】
前記各種検出器等の信号を入力し、制御演算部３８，電磁弁制御部３７等を制御する制御回路は、図２に示される。
この図２において、前記第１角度検出器２１，第１シリンダ長検出器２６，第２角度検出器２２，第２シリンダ長検出器２７，第３角度検出器２３，第３シリンダ長検出器２８，第４角度検出器２４，傾斜検出器２５，固化材注入検出器３９は、制御演算部３８の信号入力部４１に接続され、前記入力部３５は、制御演算部３８のＣＰＵ４２に接続される。前記制御演算部３８内には、さらにメモリ４３と信号出力部４４を有し、この信号出力部４４は、記録部４０と電磁弁制御部３７に接続される。この電磁弁制御部３７は、油圧ユニット３６が第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５へのオイルの流通を制御する。
本発明は、全て自動制御されるものであるが、必要に応じて手動で操作するための操作レバー４６と制御弁４７からなる手動操作部４５が旋回体１２に設けられている。
【００２５】
以上のような構成による浅層軟弱地盤の改良作業を図５に基づき各工程順に説明する。
工程ａ１：土木用アーム作業機１１を現場まで搬送し、第３アーム１５の先端にアタッチメント１９を介して４軸のオーガー２９と固化材吐出管３１を取り付ける。また、走行体１１ａで土木用アーム作業機１１の重心位置から掘削位置までの距離ｘが設定値（例えば５５００ｍｍ）となる位置まで走行して土木用アーム作業機１１を固定する。さらに、第４角度検出器２４の角度δは１８０度、すなわち第３角度検出器２３と第４角度検出器２４とオーガー２９の中心を結ぶ線が垂直となるよう調整して初期設定する。
【００２６】
工程ａ２：土木用アーム作業機１１が初期設定された状態で第１角度検出器２１の角度α、第２角度検出器２２の角度β、第３角度検出器２３の角度γ、第４角度検出器２４の角度δが検出されると、角度検出か？がＹＥＳとなってそのデータが送られる。
【００２７】
工程ｂ１：工程ａ２で角度検出か？がＮＯであれば、第１シリンダ長検出器２６で第１シリンダ１６の長さｃ，第２シリンダ長検出器２７で第２シリンダ１７の長さｇ，第３シリンダ長検出器２８で第３シリンダ１８の長さｉが検出されてそのデータが送られる。
前記角度検出信号とシリンダ長検出信号の両方を送るようにしてもよい。
【００２８】
工程ａ３：制御演算部３８の信号入力部４１に前記角度及び／又は前記シリンダ長の各信号が取り込まれる。
【００２９】
工程ａ４：信号入力部４１に取り込まれた各信号に基づきＣＰＵ４２にて第４角度検出器２４における原点位置Ｐ１が算出される。このときのデータは、図４のタイムテーブルにおけるＰ１の行の数値、即ち、ｃ＝３２５１．４ｍｍ，ｇ＝２３６４．６ｍｍ，ｉ＝２６７０．７ｍｍ，α＝１５５．９度、β＝第１角度検出器２１．８度、γ＝８２．３度、δ＝１８０．０度であるとする。
【００３０】
工程ａ５：この原点Ｐ１のデータに基づき、ＣＰＵ４２にて図４に示すタイムテーブルが作成され、メモリ４３に記憶される。このタイムテーブルの算出の詳細は後述する。
ここで、本発明による作業は、図６に示すように、設定距離（例えば１ｍ）を設定時間（例えば６０秒）かけて第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８の角度又はシリンダ長を制御して、掘削翼３２が垂直に自動的に貫入しながら設定時間当たり一定量の固化材を注入して地盤を改良しようとするものとする。
以上のような原点のデータと作業のプログラムから設定距離毎のタイムテーブルが作成されるが、具体的には、このタイムテーブルは、例えば、図６に示すように、原点Ｐ１から最下点のＰ６点までを１ｍ毎に６０秒ずつかけて５ｍ貫入するものとしたときのデータを予め算出してメモリ４３に記憶される。タイムテーブルには、固化材の吐出量と撹拌翼の回転数も予め加えられる。
【００３１】
工程ａ６：オーガー２９のモータを回転しつつ、固化材ポンプ（図示せず）から固化材を送って施工を開始する。
ここで、メモリ４３に記憶されているタイムテーブルからは、図４の原点Ｐ１からＰ２点までの１ｍを６０秒かけて貫入するようなデータが送られる。具体的には、第１シリンダ１６は、Ｑ３のように、長さｃが３２５１．４〜３２４９．２ｍｍの移動を、Ｑ４のように−２．２ｍｍ／ｍｉｎの変化速度で制御され、第２シリンダ１７は、Ｑ５のように、長さｇが２３６４．６〜２５７４．３ｍｍの移動を、Ｑ６のように２０９．７ｍｍ／ｍｉｎの変化速度で制御され、第３シリンダ１８は、Ｑ７のように、長さｉが２６７０．７〜２５６４．１ｍｍの移動を、Ｑ８のように−１０６．６ｍｍ／ｍｉｎの変化速度で制御されるように、メモリ４３からＣＰＵ４２、信号出力部４４を経て電磁弁制御部３７に信号を送る。すると、電磁弁制御部３７によって第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８は、連動して駆動して原点Ｐ１からＰ２点までの１ｍを６０秒かけて貫入するような施工が開始される。
なお、前記それぞれのシリンダ長ｃ，ｇ，ｉが変化することで、前記角度α、β、γも変化する。
ここで、シリンダの変化速度は、シリンダ長の伸び方向を＋で表し、縮む方向を−で表し、また、角度の変化量は、大きくなる方向を＋で表し、小さくなる方向を−で表すものとする。
【００３２】
工程ａ７：制御演算部３８の信号出力部４４から電磁弁制御部３７へ各指示値を出力する。すると、電磁弁制御部３７で第１シリンダ１６，第２シリンダ１７，第３シリンダ１８毎のバルブの開閉を制御して油圧ユニット３６からの圧油が送られ、第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５が駆動される。
【００３３】
工程ａ８：第１アーム１３，第２アーム１４，第３アーム１５の駆動に伴い、第１シリンダ長検出器２６，第２シリンダ長検出器２７，第３シリンダ長検出器２８，第１角度検出器２１，第２角度検出器２２，第３角度検出器２３，第４角度検出器２４の各信号が制御演算部３８の信号入力部４１に取り込まれる。
【００３４】
工程ａ９：この工程ａ９では、単位深度（例えば、１００ｍｍ）当りの角度及び／又はシリンダ長が満足しているか？が判断される。
オーガー２９は、撹拌翼３２に所定の角度を有するので、回転を与えると自然に地中に貫入する。しかし、設定速度以上で貫入するおそれがあるので、オーガー１９をアームで上方へ引きあげる力を与えながら設定速度で貫入するように制御することが必要である。
【００３５】
工程ｃ１：工程ａ９がＮＯであれば、音と光（赤色）で警報を出力する。
工程ｃ２：警報の出力後、角度とシリンダ長の補正値を算出し、そのデータでタイムテーブルを補正して工程ａ７に戻る。
【００３６】
工程ａ１０：工程ａ９がＹＥＳであれば、傾斜検出器２５でアタッチメント１９の角度を検出し、固化材注入検出器３９でオーガー２９のモータの回転数、固化材の流量・トルク圧を検出して制御演算部３８の信号入力部４１へ送る。
【００３７】
工程ａ１１：この工程ａ１１では、単位時間（例えば、６秒）当りのモータの回転数、固化材の流量・トルク圧が満足しているか？が判断される。
【００３８】
工程ｄ１：工程ａ１１がＮＯであれば、音と光（赤色）で警報を出力する。
工程ｄ２：警報の出力後、モータの回転数、固化材の流量・トルク圧の補正値を算出し、そのデータでタイムテーブルを補正して工程ａ１０に戻る。
【００３９】
工程ａ１２：工程ａ１１がＹＥＳであれば、光（緑色）で作業が順調であることを表示する。
【００４０】
工程ａ１３：施工終了か？が判断される。
【００４１】
工程ａ１４：工程ａ１３がＮＯであれば、設定区間長（例えば１ｍ）が満足か？が判断され、ＮＯであれば、即ち１ｍに達していなければ、工程ａ７に戻り、工程ａ１４までを繰り返す。
【００４２】
工程ａ１５：工程ａ１４がＹＥＳであれば、設定区間長（例えば１ｍ）に達しているので、次の区間Ｐ１点からＰ２点へ貫入し、工程ａ７に戻り、工程ａ１５までを繰り返し、設定区間Ｐ２〜Ｐ３，Ｐ３〜Ｐ４，…Ｐ５〜Ｐ６へ貫入する。５ｍ下の最下点Ｐ６まで貫入すると、工程ａ１３で施工終了か？がＹＥＳとなる。
【００４３】
工程ｅ１：工程ａ１３で施工終了か？がＹＥＳとなると、終了処理をしてエンドとなる。
【００４４】
最下点Ｐ６まで貫入が達成したら、固化材吐出を停止し、オーガー２９のモータを逆回転して、図４に示す引き抜き工程のタイムテーブルに基づき、貫入時と逆の工程でオーガー２９を引き抜く。
貫入と引き抜きの工程を終了すると、土木用アーム作業機１１を次の場所へ移行して前記同様にして同一の工程を繰り返す。
以上の工程で得られた施工深度、撹拌回数、貫入速度、固化材吐出量などの必要な施工情報は、制御演算部３８から入力部３５の表示パネルで表示される。また、施工データは、現場事務所などに有線又は無線で記録部４０に送られて杭毎の情報や日報として印字され、自動編集される。また、ＵＳＢメモリなどに記録して持ち出すこともできる。
【００４５】
次に前記タイムテーブルの具体的算出方法を図４及び図７に基づき説明する。
１．Ｐ１行（原点）の算出
角度∠ＡＣＧ＝α（Ｐ１，Ｑ９）、∠ＣＧＩ＝β（Ｐ１，Ｑ１１）、∠ＧＫＭ＝γ（Ｐ１，Ｑ７）は、第１角度検出器２１，第２角度検出器２２，第３角度検出器２３により検出する。角度δは、１８０度（垂直貫入）で固定とした例として説明する。
前記検出された角度α、β、γから第１シリンダ１６、第２シリンダ１７、第３シリンダ１８のそれぞれの長さｃ，ｇ，ｉを算出する。
【００４６】
（１）第１シリンダ１６の長さｃ（Ｐ１，Ｑ３）の算出
∠ＡＣＧ＝α、∠ＢＣＤ＝Ｃ、∠ＡＣＢ＝Ｃ１、∠ＤＣＧ＝Ｃ２、ＣＢ＝ａ、ＣＤ＝ｂ、ＢＤ＝ｃとすると、
角度Ｃ＝α＋Ｃ１＋Ｃ２
長さｃ＝√（ａ２＋ｂ２−２ａｂｃｏｓＣ）で求められる。
これらの式に、α＝１５５．９°、Ｃ１＝３９．４６°、Ｃ２＝２２．４４°、ａ＝８２８．４３、ｂ＝２５８１．４９（Ｃ１、Ｃ２、ａ、ｂは、固定値）を代入すると、
角度Ｃ＝１３８．８８
長さｃ＝３２５１．５が得られる。
【００４７】
（２）第２シリンダ１７の長さｇ（Ｐ１，Ｑ５）の算出
∠ＣＧＩ＝β、∠ＥＧＦ＝Ｇ、∠ＥＧＤ＝Ｇ１、∠ＣＧＤ＝Ｇ２、∠ＨＧＩ＝Ｇ３、∠ＦＧＨ＝Ｇ４、ＥＦ＝ｇ、ＥＦ＝ｆ、ＦＧ＝ｅとすると、
角度Ｇ＝３６０−β−Ｇ１−Ｇ２−Ｇ３−Ｇ４
長さｇ＝√（ｅ２＋ｆ２−２ｅｆｃｏｓＧ）で求められる。
これらの式に、α＝１２８．８°、Ｇ１＝９．７°、Ｇ２＝１６．３１°、Ｇ３＝５０．１°、Ｇ４＝第１シリンダ１６．４４°、ｆ＝２８１１．０５、ｅ＝７２０．５１（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、ｆ、ｅは、固定値）を代入すると、
角度Ｇ＝４５．６５
長さｇ＝２３６４．２が得られる。
【００４８】
（３）第３シリンダ１８の長さｉ（Ｐ１，Ｑ７）の算出
∠ＨＩＪ＝Ｉ、∠ＦＩＨ＝Ｉ１、∠ＫＩＬ＝Ｉ２、∠ＪＩＬ＝Ｉ３、ＨＩ＝ｊ、ＩＪ＝ｋ１とすると、
角度Ｉ＝１８０−Ｉ１−Ｉ２−Ｉ３
長さｉ＝√（ｊ２＋ｋ１２−２ｊｋ１ｃｏｓＩ）で求められる。
最初にＩを求めるにあたり、Ｉ２とＩ３算出する。
∠ＧＫＭ＝γ、∠ＩＫＬ＝Ｋ、∠ＦＫＧ＝Ｋ１、∠ＬＫＭ＝Ｋ２、ＪＫ＝ｋ２、ＩＬ＝ｋ３とすると、
角度Ｋ＝３６０−γ−Ｋ１−Ｋ２
長さｋ３＝√（ｊ１２＋ｊ２２−２ｊ１ｊ２ｃｏｓＫ）
角度Ｉ２＝ｃｏｓ−１｛（ｊ１２＋ｋ３２−ｊ２２）／２ｊ１ｋ３｝で求められる。
これらの式に、γ＝８２．３５°、Ｋ１＝２．５２°、Ｋ２＝１１２．３５°、ｊ１＝４１０．０７、ｊ２＝４５８．１３（Ｋ１、Ｋ２、ｊ１、ｊ２は、固定値）を代入すると、
角度Ｋ＝１６２．７８
長さｋ３＝８５８．４５
角度Ｉ２＝９．０９
また、角度Ｉ３＝ｃｏｓ−１｛（ｋ１２＋ｋ３２−ｋ２２）／２ｋ１ｋ３｝で求められる。
これらの式に、ｋ１＝６３９．８７、ｋ２＝５９９．９１（ｋ１、ｋ２は、固定値）を代入すると、
角度Ｉ３＝４４．２８が得られる。
よって、Ｉ１＝９．９２°（Ｉ１は、固定値）を代入すると、
Ｉ＝１１６．７１
ｉ＝２６６６．６が得られる。
【００４９】
２．地表から原点Ｐ１までの距離とオーガー１９までの距離の算出
（１）地表から原点Ｐ１までの距離は、６０４０＋１００＝６１４０で固定とする。
（２）オーガー１９までの距離ｘは、次式で求められる。
長さｘ＝√｛（ｙ１２＋ｙ２２−２ｙ１ｙ２ｃｏｓβ）−ｚ２｝
これらの式に、β＝１５５．９°、ｙ１＝５７５３、ｙ２＝３１０６．９２、ｚ＝５６６４．２４（ｙ１、ｙ２、ｚは、固定値）を代入すると、
長さｘ＝５４３２．２５が得られる。
【００５０】
３．Ｐ２行の算出
図６において、ｚが原点Ｐ１からＰ２まで移動したときの各値を算出する。
（１）α（Ｐ２，Ｑ９）の算出
長さｙ＝√（ｚ２＋ｘ２）
角度Ｓ＝ｔａｎ−１ｚ／ｘ
角度Ｔ＝ｃｏｓ−１｛（ｙ２＋ｙ１２−ｙ２２）／２ｙｙ１｝
α＝９０＋Ｔ＋Ｓで求められる。
これらの式に、ｚ＝４６６４．２４、ｘ＝５４３２．２５、ｙ１＝５７５３、ｙ２＝３１０６．９２（ｘ、ｙ１、ｙ２は、固定値）（ｚは、原点Ｐ１からＰ２分差し引いた値）を代入すると、
長さｙ＝７１５９．９２
角度Ｓ＝４０．６５
角度Ｔ＝２４．９３
角度α＝１５５．５８となり、
また、αの変化量α１（Ｐ２，Ｑ１０）は、（Ｐ２，Ｑ９）から（Ｐ１，Ｑ９）を差し引いた値となるので、
α１＝−０．３が得られる。
【００５１】
（２）β（Ｐ２，Ｑ１１）の算出
角度β＝ｃｏｓ−１｛（ｙ１２＋ｙ２２−ｙ２）／２ｙ１ｙ２｝
＝１０３．７で求められる。
また、βの変化量β１（Ｐ２，Ｑ１２）は、（Ｐ２，Ｑ１１）から（Ｐ１，Ｑ１１）を差し引いた値となるので、
β１＝−１８．１が得られる。
【００５２】
（３）γ（Ｐ２，Ｑ１３）の算出
角度Ｕ＝ｔａｎ−１ｘ／ｚ
角度Ｖ＝ｃｏｓ−１｛（ｙ２＋ｙ２２−ｙ１２）／２ｙｙ２｝
角度γ＝Ｕ＋Ｖ＝１００．７で求められる。
また、γの変化量γ１（Ｐ２，Ｑ１４）は、（Ｐ２，Ｑ１３）から（Ｐ１，Ｑ１３）を差し引いた値となるので、
γ１＝−１８．４が得られる。
【００５３】
（４）第１シリンダ１６の長さｃ（Ｐ２，Ｑ３）の算出
原点Ｐ１の位置算出に倣い、角度αを（Ｐ２，Ｑ９）に置き換えて算出
よって、α＝１５５．６から
角度Ｃ＝１３８．５８
長さｃ＝３２４９．３
また、ｃの変化量ｃ１（Ｐ２，Ｑ４）は、（Ｐ２，Ｑ３）から（Ｐ１，Ｑ３）を差し引いた値となるので、
ｃ１＝−２．２が得られる。
【００５４】
（５）第２シリンダ１７の長さｇ（Ｐ２，Ｑ５）の算出
原点Ｐ１の位置算出に倣い、角度βを（Ｐ２，Ｑ１１）に置き換えて算出
よって、β＝１０３．７から
角度Ｇ＝６３．７５
長さｇ＝２５７４．８
また、ｇの変化量ｇ１（Ｐ２，Ｑ６）は、（Ｐ２，Ｑ５）から（Ｐ１，Ｑ５）を差し引いた値となるので、
ｇ１＝２０９．６が得られる。
（６）第３シリンダ１８の長さｉ（Ｐ２，Ｑ７）の算出
原点Ｐ１の位置算出に倣い、角度γを（Ｐ２，Ｑ１３）に置き換えて算出
よって、γ＝１４４．４３から
長さｋ３＝８２６．８４
長さＩ２＝１８．８０
長さＩ３＝４６．１４
長さＩ＝１０５．４
ｉ＝２５５９．８
また、ｉの変化量ｉ１（Ｐ２，Ｑ８）は、（Ｐ２，Ｑ７）から（Ｐ１，Ｑ７）を差し引いた値となるので、
ｉ１＝−１０６．８が得られる。
【００５５】
液化固化材（Ｑ１６列）及び撹拌回転数は、設定入力する値である。
３．Ｐ３行以下の算出も同様である。
【００５６】
前記実施例では、掘削の最下点を７ｍ、設定区間を１ｍ、設定区間の移動時間を６０秒としたが、これに限られるものではなく、土木用作業機の能力に応じて７ｍ以上でも以下でもよい。また、設定区間、設定区間の移動時間、補正値を算出する単位深度、単位時間も実施例に限定されるものではなく、細かに設定すればそれだけ品質の良い地盤改良ができる。
【００５７】
前記実施例では、アームの本数が３本の土木用作業機を用いたが、改良すべき地盤への貫入深さ、その他の目的に応じて、２本であっても、４本以上であってもよい。
また、オーガー２９を垂直に貫入する例を示したが、垂直方向以外の角度で貫入する場合であっても本発明は実施可能である。
【００５８】
前記実施例では、オーガー２９の貫入速度を一定とし、固化材の吐出量も一定としたが、これに限られるものではなく、オーガー２９の貫入速度が地盤によって変化するときには、この貫入速度に応じて固化材の吐出量も変化させるようにしてもよい。
前記実施例では、オーガー２９の貫入時に固化材を吐出させたが、これに限られるものではなく、オーガー２９の引き抜き時に固化材を吐出してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０…地表、１１…土木用アーム作業機、１１ａ…走行体、１２…旋回体、１３…第１アーム、１４…第２アーム、１５…第３アーム、１６…第１シリンダ、１７…第２シリンダ、１８…第３シリンダ、１９…アタッチメント、２０…ドリル、２１…第１角度検出器、２２…第２角度検出器、２３…第３角度検出器、２４…第４角度検出器、２５…傾斜検出器、２６…第１シリンダ長検出器、２７…第２シリンダ長検出器、２８…第３シリンダ長検出器、２９…オーガー、３０…ロッド、３１…固化材吐出管、３２…掘削翼、３３…撹拌翼、３４…カップリング、３５…入力部、３６…油圧ユニット、３７…電磁弁制御部、３８…制御演算部、３９…固化材注入検出器、４０…記録部、４１…信号入力部、４２…ＣＰＵ、４３…メモリ、４４…信号出力部、４５…手動操作部、４６…操作レバー、４７…制御弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーム作業機に順次連結した複数本のアームのうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結して改良しようとする位置に初期設定する工程と、
初期設定された位置におけるオーガーの原点位置の各アーム間の連結部の角度とオーガーの貫入角度を算出する工程と、
初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを作成する工程と、
貫入施工中のアームの連結部の角度及び／又はシリンダの長さを検出して出力する工程と、
貫入施工中の地盤固化材の吐出量を検出して出力する工程と、
前記原点から最終貫入までを前記タイムテーブルに基づいて貫入と吐出を制御する工程と
とからなることを特徴とする浅層地盤改良方法。
【請求項２】
タイムテーブルは、原点から最終貫入までを複数の設定区間長に区切って作成し、設定区間毎のデータに基づいて原点から最終貫入までの掘削翼の貫入と固化材の吐出を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の浅層地盤改良方法。
【請求項３】
タイムテーブルの複数の設定区間長は、一定距離に設定し、この一定距離毎の貫入時間と地盤固化材の吐出量は、地盤の状態に拘らず一定となるように設定したことを特徴とする請求項２記載の浅層地盤改良方法。
【請求項４】
貫入施工中の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さがタイムテーブルで設定された設定値の許容範囲を超えているときは、補正値を算出してフィードバックする工程を付加したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の浅層地盤改良方法。
【請求項５】
貫入施工中の地盤固化材の吐出量が設定値の許容範囲を超えているときは、補正値を算出してフィードバックする工程を付加したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の浅層地盤改良方法。
【請求項６】
複数本のアームを順次回動自在に連結し、隣り合うアーム間に連結部分の角度を可変するシリンダを設けた土木用アーム作業機が用いられ、前記複数本のうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記複数本のアームに、各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さを検出する検出器と前記地盤固化材の吐出量を検出する固化材注入検出器を設け、これらの検出器を、これらの検出器の信号を取り込み演算する制御演算部に接続し、この制御演算部に、前記複数のシリンダの伸縮を制御する電磁弁制御部を接続し、前記制御演算部は、初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを記憶するメモリを具備したことを特徴とする浅層地盤改良装置。
【請求項７】
先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結するためのアタッチメントを有し、このアタッチメントに前記オーガーと吐出管の貫入方向を検出する傾斜検出器を設け、この傾斜検出器を制御演算部に接続してなることを特徴とする請求項６記載の浅層地盤改良装置。
【請求項８】
土木用アーム作業機は、走行体と旋回体と３本のアームからなるバックホウを用い、前記旋回体に回動自在に第１アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第１角度検出器を設け、この第１アームの他端部に回動自在に第２アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第２角度検出器を設け、この第２アームの他端部に回動自在に第３アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第３角度検出器を設け、この第３アームの他端部に、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記旋回体と第１アームとの間に第１シリンダを連結し、前記第１アームと第２アームの間に第２シリンダを連結し、前記第２アームと第３アームとの間に第３シリンダを連結したことを特徴とする請求項６又は７記載の浅層地盤改良装置。
【請求項１】
アーム作業機に順次連結した複数本のアームのうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結して改良しようとする位置に初期設定する工程と、
初期設定された位置におけるオーガーの原点位置の各アーム間の連結部の角度とオーガーの貫入角度を算出する工程と、
初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを作成する工程と、
貫入施工中のアームの連結部の角度及び／又はシリンダの長さを検出して出力する工程と、
貫入施工中の地盤固化材の吐出量を検出して出力する工程と、
前記原点から最終貫入までを前記タイムテーブルに基づいて貫入と吐出を制御する工程と
とからなることを特徴とする浅層地盤改良方法。
【請求項２】
タイムテーブルは、原点から最終貫入までを複数の設定区間長に区切って作成し、設定区間毎のデータに基づいて原点から最終貫入までの掘削翼の貫入と固化材の吐出を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の浅層地盤改良方法。
【請求項３】
タイムテーブルの複数の設定区間長は、一定距離に設定し、この一定距離毎の貫入時間と地盤固化材の吐出量は、地盤の状態に拘らず一定となるように設定したことを特徴とする請求項２記載の浅層地盤改良方法。
【請求項４】
貫入施工中の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さがタイムテーブルで設定された設定値の許容範囲を超えているときは、補正値を算出してフィードバックする工程を付加したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の浅層地盤改良方法。
【請求項５】
貫入施工中の地盤固化材の吐出量が設定値の許容範囲を超えているときは、補正値を算出してフィードバックする工程を付加したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の浅層地盤改良方法。
【請求項６】
複数本のアームを順次回動自在に連結し、隣り合うアーム間に連結部分の角度を可変するシリンダを設けた土木用アーム作業機が用いられ、前記複数本のうちの先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記複数本のアームに、各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さを検出する検出器と前記地盤固化材の吐出量を検出する固化材注入検出器を設け、これらの検出器を、これらの検出器の信号を取り込み演算する制御演算部に接続し、この制御演算部に、前記複数のシリンダの伸縮を制御する電磁弁制御部を接続し、前記制御演算部は、初期設定時の各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータと、前記オーガーの貫入距離に対応した各アームの連結部の角度及び／又はこの角度を可変するシリンダの長さのデータとに基づいて最終貫入までのタイムテーブルを記憶するメモリを具備したことを特徴とする浅層地盤改良装置。
【請求項７】
先端のアームに、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結するためのアタッチメントを有し、このアタッチメントに前記オーガーと吐出管の貫入方向を検出する傾斜検出器を設け、この傾斜検出器を制御演算部に接続してなることを特徴とする請求項６記載の浅層地盤改良装置。
【請求項８】
土木用アーム作業機は、走行体と旋回体と３本のアームからなるバックホウを用い、前記旋回体に回動自在に第１アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第１角度検出器を設け、この第１アームの他端部に回動自在に第２アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第２角度検出器を設け、この第２アームの他端部に回動自在に第３アームの一端部を連結するとともに、この連結位置に第３角度検出器を設け、この第３アームの他端部に、掘削翼を有するオーガーと地盤固化材を吐出する吐出管を垂下連結し、前記旋回体と第１アームとの間に第１シリンダを連結し、前記第１アームと第２アームの間に第２シリンダを連結し、前記第２アームと第３アームとの間に第３シリンダを連結したことを特徴とする請求項６又は７記載の浅層地盤改良装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２５００１（Ｐ２０１２−２２５００１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１４９９（Ｐ２０１１−９１４９９）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【特許番号】特許第４９２０１１６号（Ｐ４９２０１１６）
【特許公報発行日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【出願人】（３９００２０４８８）太洋基礎工業株式会社 (15)
【出願人】（３９１００６０３８）東都電機工業株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【特許番号】特許第４９２０１１６号（Ｐ４９２０１１６）
【特許公報発行日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【出願人】（３９００２０４８８）太洋基礎工業株式会社 (15)
【出願人】（３９１００６０３８）東都電機工業株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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