(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機を搭載し自走可能な車体の一部に、撒き敷かれた土質材料を撹拌混合する回転撹拌翼と、該回転撹拌翼を覆い、開放した下面が前記撒き敷かれた土質材料に接地可能なフードとを備えた土質改良機であって、
前記原動機の排熱部と前記フードとの間に、中間に送風手段を有する送風供給経路を設け、前記原動機の運転時の排熱空気を前記フード内に送風し、前記回転撹拌翼による前記土質材料の撹拌混合時に前記土質材料の水分調整を行うことを特徴とする土質改良機。
【請求項２】
前記原動機はエンジンであり、該エンジンを覆うカバーの一部に前記送風供給経路の吸込口を設け、前記フードの一部に送風口を設けた請求項１に記載の土質改良機。
【請求項３】
前記送風手段は前記送風供給経路内に設けられた縦流式ブロアである請求項１に記載の土質改良機。
【請求項４】
前記フードの前記送風口近傍に送風方向を制御する偏向板が設けられた請求項２に記載の土質改良機。
【請求項５】
前記フードの前記送風口に、複数のノズル孔が前記回転撹拌翼に向くように形成された送風ノズルが設けられた請求項２に記載の土質改良機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土質改良機に係り、フィルダムの施工においてコアゾーンで土質材料を盛り立てる際、湿潤側の土質材料を効率よく乾燥させることができる自走式の土質改良機に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルダムのコアゾーンの盛立てにおいては、コア材として適正な粒度の土質材料を高密度に締め固めて遮水性を確保することが求められている。このためコア材は最適含水比よりもわずかに湿潤側の含水状態で盛り立てられる。その際、コア材の含水比を適正に調整する必要がある。乾燥側の材料に対しては水を補うことで調整は容易である。一方、湿潤側での含水比が大きい場合の改善策としては、従来天日乾燥が一般的であったが、天候や気温に左右されるため、安定した施工性が得られなかった。
【０００３】
また、改良を要する土質材料を熱乾燥させて含水比を低下させる定置式の土質材料乾燥機も使用されているが、フィルダム等の広い施工面積への対応に問題があった。
【０００４】
これらの点を改善するため、土質改良機を自走式として、土質改良機に備えられた土質材料を撹拌させる領域（撹拌室等）に、外部に設置されたコンプレッサーから圧縮空気を供給して土質材料の含水比を低減させる工法が提案されている（非特許文献）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
岩田地崎建設株式会社、“土の乾燥工法”、［online］、平成１２年５月３０日、国土交通省  ＮＥＴＩＳ（新技術情報提供システム）、平成２７年４月３日、インターネット＜http://www.netis.mlit.go.jp/NetisRev/Search/NtDetail1.asp?REG_NO=HK-120012&TabType=2&nt=nt＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の土質改良機はクローラ走行装置で改良ないし転圧作業が行われる現場まで移動することはできるが、土質材料の乾燥作業は移動させた場所で定置して行われる。このため、乾燥するための土質材料をバックホウや搬送機械で装置位置まで搬送しなければならない。
【０００７】
また、その他のタイプの土質改良機としては、回転撹拌翼を備え、撹拌翼の回転によって土質材料を混合して含水比等の材料特性を向上させる土工機械としてスタビライザーが各種実用化されている。スタビライザーは一般に自走式で、撹拌翼で所定厚さに撒き出された土質材料を所定深さまで混合しながら走行することができる。しかし、水分を多く含む粘性土等の土質材料を撹拌翼で混合撹拌すると、撹拌翼に粘性土が付着してしまい、混合効率が著しく低下するとともに、撹拌翼の駆動系への負荷も増加する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、自走する土質改良機の原動機の排熱を利用した高温空気を、回転撹拌翼部分に供給して水分調整を行って土質材料の材料特性を改良するようにした土質改良機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の土質改良機は原動機を搭載し自走可能な車体の一部に、撒き敷かれた土質材料を撹拌混合する回転撹拌翼と、該回転撹拌翼を覆い、開放した下面が前記撒き敷かれた土質材料に接地可能なフードとを備えた土質改良機であって、前記原動機の排熱部と前記フードとの間に、中間に送風手段を有する送風供給経路を設け、前記原動機の運転時の排熱空気を前記フード内に送風し、前記回転撹拌翼による前記土質材料の撹拌混合時に前記土質材料の水分調整を行うことを特徴とする。
【００１０】
前記原動機はエンジンであり、該エンジンを覆うカバーの一部に前記送風供給経路の吸込口を設け、前記フードの一部に送風口を設けることが好ましい。
【００１１】
前記送風手段として前記送風供給経路内に縦流式ブロアを設けることが好ましい。
【００１２】
前記フードの前記送風口近傍に送風方向を制御する偏向板を設けることが好ましい。
【００１３】
前記フードの前記送風口に、複数のノズル孔が前記回転撹拌翼に向くように形成された送風ノズルが設けることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による土質改良機を示した側面図。
【図２】本発明の一実施形態による土質改良機を示した平面図。
【図３】図１に示した回転撹拌翼部と、フード内への送風状態を示した部分断面図。
【図４】回転撹拌翼の回転軸方向の配列と、隣り合う回転撹拌翼間への送風状態を示した部分断面図。
【図５】本発明による土質改良機と既存スタビライザーとによる現地試験の実施状況を示した模式説明図。
【図６】現地試験における走行回数と含水比低下の関係を示した含水比試験結果グラフ。
【図７】フード内での送風偏向板の設置状態を示した部分断面図。
【図８】フード内での送風偏向手段の実施形態を示した部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の土質改良機の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の土質改良機１０を側面から見た全体構成を示している。この土質改良機１０は、既存のスタビライザーをベースマシンとして使用している。この種のスタビライザーは、たとえばフィルダムの施工においては、コアゾーンの盛り立て位置に撒き敷かれた粘性土等の土質材料上を走行し、車台１１の後部にある土質改良部２０に備えられた回転撹拌翼２２（以下、撹拌翼２２と記す。）で土質材料１を所定の深さまで混合撹拌して土質改良を行うために使用されている。本明細書では、土質改良機１０の技術的特徴を、このスタビライザーに適用した実施形態について説明するが、対象となるベースマシンは既存のスタビライザーに限定されず、地盤面に所定層厚で撒き敷かれた土質材料を撹拌、混合等して水分調整を行う機能を有する各種の土工機械に適用することができる。
【００１６】
［土質改良機の構成］
本実施形態の土質改良機１０の構成について説明する。図１に示した土質改良機１０は、軟弱地盤を走行可能なクローラ走行部１２の車台１１上に原動機１３、操縦室１４を、車台１１後方に土質改良部２０を備えた自走式の土工機械である。本実施形態の原動機１３としては公知のエンジン１３が車台１１前部に搭載され、エンジン１３全体はフロントカバー１５で覆われている。フロントカバー１５のエンジン１３の上面には排熱グリル１６（図２）が形成され、エンジン排気口に接続された排気筒１８が立設されている。車台１１の中央位置には操縦室１４が設けられている。さらに操縦室１４の車台１１後方には土質改良部２０が配置されている。この土質改良部２０は車台１１側の固定部に対して平行リンク１７を介して連結された撹拌翼駆動機構２３と、撹拌翼駆動機構２３からの駆動力により回転軸２４回りに回転する撹拌翼２２と、撹拌翼２２と回転軸２４とを覆うフード２１とからなる。撹拌翼駆動機構２３はフード２１の側面に位置し、フード２１内の撹拌翼２２を支持する回転軸２４に原動機１３からの回転駆動力を伝達する。平行リンク１７の変形動作に伴い、撹拌翼駆動機構２３はフード２１の外側で昇降し、撹拌翼２２、回転軸２４はフード２１の内部で所定範囲を昇降することができる。図１では、撹拌翼２２の構成を示すためにフード２１の側面の一部が切欠いて描かれているが、フード２１の下面は開放され、その周縁を地盤面に押圧させることにより、後述するようにフード２１内に供給された風を確実に撹拌翼２２表面に沿ってフード２１内を地盤面に向けて行き渡らせることができる。なお、ディーゼルエンジンの排気ガスはある程度の高温で排気されるが、その排気ガス内には炭素の他、有害な硫化物等の固体粒子が含まれるため、今回の送風には利用することを意図していない。
【００１７】
［送風供給経路の構成］
ここで、本発明の土質改良機１０の送風供給経路３０の構成について説明する。本実施形態の送風供給経路３０の主構成部材として図２に示したように並列配置された２本の送風管３１が使用されている。送風管３１として直径φ３００mmの風管が利用されている。風管は軽量で、形状を自在に変化でき好適であるが、耐久性の面から変形可能な軟質塩化ビニル管や可撓ジョイント部を有する硬質塩化ビニル管を使用することもできる。
【００１８】
送風管３１は一方の端部である吸込口３２がフロントカバー１５の排熱グリル１６に形成された開口部に接続され、土質改良部２０の平行リンク１７の動作に干渉することないように操縦室１４の屋根を越えて架空され、送風管３１の他端側の送風口３３はフード２１の上面に形成された開口部に接続されている。また、送風管３１が操縦室１４の屋根上を通過する位置の送風管３１の中間位置には縦流ファン（図示せず）を備えたブロア３５が介装されている。本実施形態では、ブロア３５は土質改良機１０の車台１１上に搭載された外付け発電機３６によって運転されるが、車両に内蔵された発電機で運転できるようにしてもよい。
【００１９】
土質改良機１０の送風供給経路３０の運転とその効果について図１、図３、図４各図を参照して説明する。土質改良機１０のエンジン１３の運転時にはエンジン本体の温度が上昇するので、フロントカバー１５内部の温度を下げるために、カバー上面に複数本の平行なスリットからなる排熱グリル１６が設けられている。この位置に送風管３１の吸込口３２が設けられ、送風管３１の経路の中間位置に装備されたブロア３５を運転することにより、高温空気が送風管３１に吸い込まれる（図１）。高温空気は送風管３１を伝わって、若干温度低下した状態で、フード２１上面に接続された送風口３３からフード２１内に放出される。そのときフード２１の開放した下面は図３（ａ）、図４（ａ）に示したように、土質材料１が撒き敷かれた地盤面に接しているため、放出された高温空気はフード２１内で対流し、内部温度を上昇させることができる。それによってフード２１で覆われた範囲の撒き敷かれた土質材料１の土粒子の水分が蒸発し、地盤面の土粒子の含水比を低下させることができる。また、フード２１内部にある鋼製の撹拌翼２２、回転軸２４も周囲温度の上昇に伴って部材温度が高められる。このため、翼の表面に付着した粘性土が容易に剥離する状態となる。なお、各図において、説明のために送風の流れを矢印線で模式的に示しているが、この図示には限定されない。また図示された撹拌翼２２の形状、数、配置間隔も例示であり、これらに限定されない。
【００２０】
［土質材料に対する土質改良の効果］
送風供給経路３０による送風の土質材料に対する土質改良の効果について、図３（ｂ）、図４（ｂ）を参照して説明する。撹拌翼２２は、撹拌翼駆動機構２３の昇降装置（図示せず）により回転軸２４ごとフード２１内の所定スパンを上下方向（たとえば図３、４（ａ）、（ｂ）間）に昇降させることができる。上述した撹拌翼２２は、図３（ｂ）の位置で回転駆動することで、土質材料１を所定の深さまで掘り込み掻き上げる動作を行う。この間、送風管３１の送風口３３からは高温空気が供給されるので、各撹拌翼２２が土質材料１を溝状に掘り込み掻き上げる際に水分を多く含む土質材料１が高温空気に曝される。これにより湿潤側の土質材料１の含水比を効率的に低減しながら撹拌することができ、均質化した良好な土質材料１を得ることができる。また、各撹拌翼２２が土質材料１を平行な複数本の溝状に掘り込むことにより、土質材料１は土粒子間の空隙が増大するようにほぐされる。この空隙を高温空気が通過することにより、土質材料１の乾燥が促進される。また、土質材料１の表面に複数本の畝状の不陸が形成されるので、土質材料１の表面積が増大する。この表面を高温空気が通過することによっても、土質材料１の乾燥が促進される。このように高温空気はフード２１内で土質材料１を乾燥させて撹拌翼２２で形成された溝状部分からフード２１外に排気される。
【００２１】
［効果確認試験］
以下に示したように、実機を用いた現地試験を各種行い、上述した土質材料に対する土質改良の効果を確認した。
１．試験概要
現地試験は実機を用いてフィルダム工事現場内の土質材料の仮置場を走行・撹拌させ、土質材料の改良状況の効果確認を行った。仮置場は細粒材と粗粒材が水平に積み重なった状態で両材料を混合するブレンド材の仮置場である。図５に土質改良機と既存スタビライザーとによる現地試験の実施状況を示した。
（１）使用機材：  本発明の土質改良機、既存のスタビライザーの２機種
（２）試験方法：  走行レーン（全長１５ｍ）において複数回（走行回数Ｎ＝０，５，１０，２０回）の走行・撹拌を行い、以下の項目についての測定を実施した。なお、０回は既存スタビライザーによる細粒材と粗粒材の混合時点とし、比較基準値とした。
（ａ）撹拌土の含水比測定
簡易型ＲＩ水分計による各走行回数後の撹拌土の含水比測定を行う。
（ｂ）表面温度測定
赤外線カメラで土質改良機の撹拌部、撹拌土の温度分布状況の熱画像と、測定対象の可視画像とを同時に撮影し、各部位での温度分布を確認する。
２．試験結果
（ａ）含水比測定結果
簡易型ＲＩ水分計による含水比の測定結果は表−１、及び図６に示したとおりである。含水比の測定は走行回数毎に３箇所で計測し、その平均を含水比とした。また低下含水比は走行回数Ｎ回の含水比から走行回数０回の含水比を引いたものである。走行回数１０回では、既存スタビライザーでは低下含水比が−７．８％であるのに対して、本発明の土質改良機では−１１．７％であることが認められた。走行回数２０回の低下含水比は既存スタビライザーでは−１２．５％に対して、本発明の土質改良機では−１５．４％の含水比低下が確認された。このように撹拌が十分に行われた状態では、土質改良機の排気熱の高温空気が撹拌された土の空隙に供給され、低下含水比が３〜４％大きくなることが確認された。
0006640653.tif 000002
（ｂ）表面温度測定結果
赤外線カメラによる撮影結果により、土質改良機の撹拌部、撹拌土の熱画像および可視画像を得た。表−２は熱画像から得た特定点での表面温度である。同表から分かるように、装置側面全体の表面温度はエンジン部９７．３℃で、排気熱は送風管の吸引口部から吐出部に至る間に、４７．０℃から４１．７℃までに徐々に温度低下があることが確認された。撹拌部に供給された排気熱によりスカート部は２０〜２３℃程度の熱供給を受け、撹拌土の表面では１９℃程度の熱供給を受けていることが確認された。仮置き場の試験時の気温が１５〜１８℃に対して撹拌土の表面温度は１９℃程度であった。１〜４℃程度の熱供給があったことが確認された。
0006640653.tif 000003
【００２２】
［他の実施形態］
以下、土質材料１の改良の効率化、装置の簡易化を目的とした他の実施形態について図７、図８を参照して説明する。
図７は送風口３３からの送風が撹拌翼２２の隣接する翼間を効率よく通過するように送風口３３の周縁に沿って偏向板２７を設けた例を示している。この実施形態では送風口３３の周縁に枠状フレーム２６を介して送風を仕切る中央偏向板２７Ａと送気の側方への拡散を規制する側方偏向板２７Ｂが取り付けられている。これらの偏向板の向きは送風口からの送風が各撹拌翼２２の間に効率良く流れ、撹拌翼２２で撹拌混合される土質材料をるように合わせることが好ましい。図には平板状の偏向板２７が描かれているが、その形状寸法は送風効率を考慮して適宜選択することができる。
【００２３】
図８は、送風管３１の送風口３３にノズル３８を設けて送風効率を高めることで送風量を大幅に低減し、送風供給経路（送風管）３１を１系統（本）とした実施形態を示している。ノズル３８は図示したように、撹拌翼２２の回転軸２４の軸方向に沿って延在する幅を有し、撹拌翼２２に面する側には各撹拌翼２２の間の位置に合わせて複数個のノズル孔３９が形成されている。これらのノズル孔３９により、送風は各撹拌翼２２間に正確に送風される。このため、送風供給経路３０として土質改良に必要な送風量を大幅に減少させることができるので、たとえば送風管３１の設置を１本とすることができる。
【００２４】
また、図８に示した送風管３１の管内にはヒーター４０が組み込まれている。このヒーター４０は、図１に示した土質改良機１０等にも備えることができるが、たとえば土質改良機１０の撹拌翼２２のメンテナンス作業では土質改良機１０のエンジン１３は運転していない状態であるが、送風管３１のブロア３５を運転させた状態でこのヒーター４０を加熱することで送風口３３からフード２１内に高温送風を供給することができる。なお、土質改良機１０を稼動しているときはエンジンを熱源とする高温空気を供給できるので、このヒーター４０を使用することはないが、冬期の低温下での作業において、送風管３１を通過する際の送風の温度低下によって送風口３３から供給される送風の温度を十分に確保できない場合にはヒーター４０を補助加熱手段として用いることもできる。
【００２５】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２６】
１  土質材料（地盤面）
１０  土質改良機
１３  原動機（エンジン）
１５  フロントカバー
１６  排熱グリル
２０  土質改良部
２１  フード
２２  回転撹拌翼
２３  撹拌翼駆動機構
２４  回転軸
３０  送風供給経路
３１  送風管
３２  吸込口
３３  送気口
３５  ブロア
【図１】
0006640653.tif 000004
【図２】
0006640653.tif 000005
【図３】
0006640653.tif 000006
【図４】
0006640653.tif 000007
【図５】
0006640653.tif 000008
【図６】
0006640653.tif 000009
【図７】
0006640653.tif 000010
【図８】
0006640653.tif 000011