JP7031846B2 - 土壌混合方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌混合方法に関するものである。

土壌混合方法とは、物性（粒度や含水比等）の異なる複数の土壌を混合する方法である。

河川堤防工事、ダム建設、その他種々の土木工事において土壌は多量に必要である。これをすべて、必要な粒度や含水比を持った新規な土壌を使用することは無駄であるばかりか、そのような土壌も少なくなっている。よって、その現場や他の場所での掘削土壌を再利用することが行われている。

掘削土を再利用する場合、どうしてもその物性が必要なものに適合しないことが多い。よって、複数の土壌を種々の比率で混合することによって、適切な粒度分布や含水比にすることが多い。

混合土壌に求められる粒度分布等の物性の要件が厳しい場合には、特別な土壌混合機を利用して適切に混合することが行われている。
しかし、厳密な物性が問われない場合には、複数の土壌をバックホー等で簡単に混合して用いていた。
しかし、これでは混合比がまちまちになるため、特許文献１のようなストックパイル方式の混合が行われている。

ストックパイル方式とは、多量に土壌が必要な現場において、採掘場や一般掘削現場からの土壌を一定厚みで仮置きし、他の土壌をその上にさらに一定厚みで仮置きする。これを適当な回数繰り返し、異なる土壌が層（ストックパイル）になったものができる。そして、この層になった仮置土を端部から、ブルドーザ等で傾斜して押圧して削ると、複数の土壌が削り取られ、混合したものになる。勿論、混合機で混合したものと比較すると、混合は完全ではないが、この程度の混合で十分な用途も多い。例えば、アースダムや、堤防の下部等である。

このストックパイル方式は、簡単で特別な装置も不要であるが、非常に広い敷地が必要である。そして、一定の量と種類が蓄積された後でなければ混合や、その土壌を使用することができない。さらに、それぞれの物性の土壌を、層状に一定厚みで積層した後は、その混合比を変えることは難しい。

このストックパイル方式を図で説明する。図１は、ストックパイル方式の作業を示す側面図である。物性の異なる土壌を層状に貯蔵したパイル１０１の端部から傾斜状にブルドーザ１０２で削り、下方に混合土壌を山１０３のように貯める。この山からバックホー１０４で、混合しつつトラック１０５に積載する。このようにすれば、トラックに積載された土壌は、パイル１０１の各層の土壌が混合されたものになっている。

この図からもわかるように、面積の小さい場所や、すぐに混合して使用するような現場では現実的には所定の混合はできなかった。さらに、積層する場合に上部に重機が走るため、また降雨等もあるため、下方の土壌は転圧され締め固められ、当所の物性と異なる場合もある。
このような場合でもすでに積層したものの厚みは替えられないため、混合比率を変えるのが難しい。よって、所定の物性を得るのが難しくなる。

特開平１０－１６８８６０

そこで、複数の土壌が搬入されるとすぐに混合でき、且つ、混合比率を自由に調整できるもので、特別な混合装置も不要な混合方法を提供する。

以上のような現状に鑑み、本発明者等は鋭意研究の結果本発明土壌混合方法を完成したものであり、その特徴とするところは、定量搬出できるホッパーからメインコンベアの一端に土壌を供給し、該メインコンベアの他端から混合部に土壌を落下させる方法であって、このホッパーと該メインコンベアの組み合わせ（供給ライン）を複数用い、同じ混合部に異なった物性の土壌を供給することによって、複数の物性の土壌を混合する点にある。

ここで土壌は、バージン土壌でも、舗装路等を掘削したものでも、さらには土壌と混合して物性を調整する固化材やセメント等も含む意味で使用する。

ここで、ホッパーとは、導入した土壌を一旦貯留（瞬時の場合もある）し、徐々に排出する貯蔵排出具である。形状的には、上方に導入開口があり、下方又は側方に排出開口がある。単なる、ロートのような上部に大きな開口があり、下部に小さな開口があるものでもよい。
使用法としては、上部からバックホー等で土壌を導入すれば、下方の開口から土壌が排出させるというものである。

本発明では、このホッパーに定量排出機能を持たせている。即ち、土壌をランダムに導入した場合であっても、一定量を連続的に排出できるものである。ホッパーに搬送部があり一定量のみ搬送排出するものである。構造的には、ホッパーの底部がコンベアになり、一定の面積の開口から排出するものでも、ホッパーの底部は固定であるが、その表面を搬送板が移動するものでもよい。搬送板は、両端のチェーンに固定されて底部の上面を移動してそこにある土壌を送るもので、先端の開口から土壌を落下させる。搬送板は回転して再度同じ所に戻ってくることは、ベルトコンベアと同じである。この搬送板は周回するチェーンに固定され、幅はホッパーの底部とほぼ同じであり、高さは１～５ｃｍ程度である。

また、コンベア、搬送板の移動速度が調整可能なものが好ましい。コンベアや搬送板の速度を調整することによって、混合土壌の絶対量や、混合比率を調整することができる。また、後述するメインコンベアによって搬送量を計測し、その値によって速度を制御してもよい。
さらに、前記先端の開口の開口面積が調整できるものも好適である。これも自動調整可能にし、前記メインコンベアからの測定データによって制御することもできる。このホッパーの排出開口の面積の調整は、上下動可能なゲート構造が簡単である。即ち、ゲートを上方に上げれば開口が大きくなり排出量が増加するという構造である。

メインコンベアは、上記ホッパーからの土壌を後述する混合部に移送するためのものである。このメインコンベアもホッパーの底部のコンベアと同様でよい。即ち、単なるベルトコンベアでも、それに搬送板を設けたものでもよい。
また、このメインコンベアは、計量コンベアであることが望ましい。計量コンベアとは、搬送量が連続的に測定できるものである。速度と重量が測れれば計算で求められる。市販しているものでよい。

混合部とは、複数の土壌を導入して混合する場所である。単なる平地でもよいが、容器、窪地等一定容量のエリアで、撹拌が容易なエリアがよい。

そして、本発明の特徴は、上記したホッパーからメインコンベアまでのライン（供給ライン）を複数用いる点である。即ち、供給ラインを複数準備し、そこに異なる土壌を供給して、混合部で混合するのである。混合部には、同時に、又は交互に、またランダムその他の順に異なる土壌が導入されそのままでもある程度混合されている。勿論、バックホーやその他の機械で混合してもよい。

供給ラインは最低２系列であるが、３系列でも、４系列、またそれ以上でもよい。これらの設置位置は、同じ混合部に土壌を導入できる位置であればどこでもよいが、混合部を中心にして放射状（対向でも、その他の角度を持っても）に設置する方式、平行に並べる方式、それらを併用する方式などが考えられる。

本発明では、混合量や混合比率が自動的に適正値になるように制御することも可能である。このため、制御盤を設けても良い。これは、簡単なコンピューターが含まれており、数値の入力、比率の計算、命令信号の出力ができるものである。さらに、記憶装置や、入力用のキーボードや、確認用のモニター（ディスプレー）、プリンター等が付属しているものがよい。
所定の物性の土壌を、所定の量製造（混合）するために入力したデータ、測定装置からのデータ等から、計算して所定の信号（速度や開度のための）を装置に送るものである。

制御盤は、上記したホッパー等の機器の近傍に設置しても、移動可能なワゴン式等でもよい。通常は、簡単な柱を設けて、それに固定するもので、雨等を避けるため蓋付きの縦型パネル形式のものが好適である。

制御運転の例として、２系列の供給ラインの場合、２種の土壌の物性から、１つの土壌（Ａ土壌）を３０％、他の土壌（Ｂ土壌）を７０％の割合で混合する場合を例にとって説明する。まず、制御盤によって、トータル混合土壌量を設定する（入力する）。例えば、２００トン／ｈ等である。次に、Ａ土壌とＢ土壌の比率を入力する。この比率は、Ａ土壌、Ｂ土壌の物性をチェックし、混合土壌の必要な物性から予め計算した数値である。ここでは、３対７であり、その数値を入力する。

上記の例のように混合量と比率をインプットすると、制御盤からホッパーの搬送板（コンベアでも同様）の速度を調整する。予め、この速度なら、１時間あたり何トンというデータを実験して記憶させておけばよい。上記の例では、Ａ土壌を６０トン／ｈ、Ｂ土壌を１４０トン／ｈでホッパーから排出するようにモーター速度などが設定される。
そして、土壌がホッパーからメインコンベアに送られ、そのメインコンベア（計量コンベア）で搬送量を測定し、それが設定値と差があれば、フィードバックしてホッパーの搬送速度を調整するのである。搬送量が制御盤に入力され、そこで計算されてホッパーに信号（速度の増減等の信号）が送られる。

２系列あれば、同じように制御してそれぞれの搬送量を制御すれば、混合比率と混合量が自動的に制御できる。勿論、ホッパーには、それに見合うだけの土壌を導入しなければならないことは言うまでもない。ホッパーに導入するバックホー等の運転は非常に容易である。ただ、ホッパーに土壌を入れるだけでよく、入れる量や時間を考える必要はない。

更に、混合をよりよくするため、混合部の上方に上下が開口した撹拌装置を設けても良い。この撹拌装置は、枠体の中に回転する撹拌部材が設けられ、その回転によって土壌をより撹拌混合するものである。枠体は円筒状でも、角筒でもよく、上方が広がっていてもよい。撹拌部材は回転軸と回転する回転部材からなる。撹拌軸は、駆動源によって駆動される。回転部材は、棒材（板材、角材等も）、羽根、チェーン等である。

この回転部材は回転軸の周りに回転する。回転軸は、垂直方向でも、水平方向でもよい。回転軸が垂直方向であれば、回転部材は水平に回転する。この回転部材が水平方向に複数段設けられているものが好適である。

回転軸が水平又は水平に近い（水平の前後１５度程度まで）場合には、回転部材はほぼ垂直に回転する。この場合、その垂直に回転する回転部材が下から上方に来る側に土壌を落下させ、土壌と回転部材を対向させるのがよい。
また、回転軸を上下に２本以上設けてより効率をよくしてもよい。回転軸を複数本設ける場合には、回転部材が接触しないようにし、かつ回転方向は異なっていても同じでもよい。同じ回転方向にして徐々に速くするのが良かった。

更に、複数の回転軸を垂直方向に並べずに、ずらしても良い（上から見て）。３本以上の場合は軸方向から見て千鳥状が好ましい（撹拌効率から）が、ランダム状でもよい。この回転軸をずらすタイプでは、回転方向は逆にしても同じでもよい。回転軸をずらすと、石等のかみこみが少なくなり、処理量が増加する。
更に、回転部材が下に向かう部分に土壌を落下させると、処理能力が大きく向上する。混合が容易な土壌では有利である。

また、この撹拌装置を設けるために、混合部を深くしたり、混合部の横を広くしてバックホー等が作業しやすくしても良い。また、高さがとりにくい場合には、メインコンベアの出側を高くしてもよい。

本発明では、土壌（狭い意味での）同士のみを混合するのではなく、固化材やセメントとも混合してもよい。この場合、ホッパーに固化材等を供給するだけでよい。混合や比率設定、入力等は物性の異なる土壌として実施すればよい。

本発明には、次のような効果がある。
（１） 本発明では、複数の土壌を簡単に、いつでも混合できる。
（２） ストックパイル方式に比べて必要敷地面積が少ない。
（３） 本発明方法では混合する土壌が締め固められていないため、バックホー等で簡単に混合できる。
（４） ストックパイル方式では、最初に載置するときに丁張が必要であり、かつ厚みの管理も難しい。本発明の自動制御方式によると、バックホー等による導入量を厳密に考慮しなくても、自動的に混合比率や混合量を制御できる。

従来の例を示す側面図である。 本発明混合方法を実施する装置の１例を示す側面図である。 ホッパーの１例を示す一部断面した斜視図である。 図３の例の断面図である。 図４の例のゲートの１例を示す側面図である。 図４の例のゲートの他の例を示す断面図である。 本発明の他の方法を示す装置の平面図である。 混合コンベアを示す側面図である。 本発明の他の例を示す混合部上部の断面図である。 本発明の撹拌装置の１例を示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の撹拌装置の他の例を示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の撹拌装置の他の例を示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は平面図である。

以下図面に示す実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
図２は、本発明混合方法の１例を示す側面図である。第１ホッパー１、第１メインコンベア２、その前に混合部３が位置している。同様に反対側に、第２ホッパー４、第２メインコンベア５が設けられている。この例の２つのホッパーは、下方の底板の上を搬送板が移動する構造のものである。メインコンベアは、計量できるタイプであり、混合部３の方に向かって高くしている。これは、落下した土壌６が山のようになったときに邪魔にならないためである。

実施の方法について説明する。第１バックホー７によって、付近に載置された土壌を第１ホッパー１に導入する。その第１ホッパー１から、土壌は自動的にかつ定量的に第１メインコンベア２に排出される。第１メインコンベア２は、移送土壌を計量しながら、土壌を混合部３に落下させる。第２バックホー８からの土壌も第２メインコンベア５を通して同様に落下する。これで両方から土壌が導入され混合されることになる。

この混合部３では、このままにしてこの土壌をトラック等に積むときにバックホー等で少し混合してもよい。
また、専用の混合機（バックホーの先端を撹拌具に交換したものでもよい）で混合してもよい。

図３は、図２で使用したホッパー１の一部断面した斜視図である。ホッパー１の壁面９は周囲を囲うものである。ホッパー１の底面１０は、金属板であり、先端部１１は下方に湾曲している。この底面１０の両側をチェーン１２が矢印の方向に回転する。このチェーンを繋ぐように搬送板１３が多数固定されている。搬送板はチェーンとともに移動し、そこに存在する土壌を前方に送る。最先端に土壌が送られると、落下することになる。チェーン１２は、駆動軸１４によって駆動されている。

図４は、図３の例で、落下する手前で排出口を設けているものである。排出口の出口の高さを調整できるように、上下動するゲート１５を設けている。土壌１６が左側に送られ落下しているのがわかる。

図５は、図４のゲート１５を上下させる方法の１例を示す側面図である。壁面９にナット１７が固着され、そのナット１７に係合するネジ１８がはめ込まれている。このネジ１８の下方に回転自在にゲート１５が固着されている。上部のハンドル１９を回転させると、ネジ１８が、回転と上下動が規制されたナット１７内で回転しながら上下する。ネジ１８が上下するとフリー回転に固定されたゲート１５が回転せずに上下する。
このハンドル１９に替えてモーター（図示せず）を使用すれば、自動制御運転が可能となる。即ち、メインコンベアからの信号によって、モーターを回転させて開口の面積を増減すればよい。

図６は、ホッパーの壁面９に貫通孔を多数設け、ゲート１５にも同様の孔を複数設けて、適切な位置で、ボルト２０を貫通させて位置を固定する方法である。構造が簡単で既存の装置にも簡単に応用ができる。ただし、位置を変えるのは手間がかかる。

図７は、本発明方法の他の例を示す平面図である。図２の例のように供給ラインが向かい合って設けられているのではなく、平面視平行に設けられている。この例では、１つのバックホーで届く範囲に、各供給ラインのホッパーが並んでいる。そして、混合用の土壌も近接して貯蔵（山積み）されている（混合用土壌Ａ、Ｂ）。このような配置にすれば、１台のバックホー７で２種の土壌の混合が可能である。この例は、ストックヤードの狭いところには最適である。

図７の例では、混合部にコンベアが２本並んで設置されるため、土壌が混合部の同じ場所に落下せず、個別に山積みされることになる。勿論、それを混合機で混合してもよいが、その手間を省くため、ここでは混合コンベア２１を設置している。これは、複数の土壌を、このコンベアに受け、それを混合部に落下させるのである。このようにすれば、土壌はすべて同じ位置に落下して１つの山になる。

図８は、混合コンベア２１を横から見た図である。即ち、図７の右側面図である。並列した２本のメインコンベア２、５からの土壌がこの混合コンベア２１に落下し、それが混合部３に移送されるのが分かる。このようにすれば、同一地点に２種の土壌が落下することになる。自動的にある程度混合される。

図９は、複数のメインコンベア２、５からの落下位置に、上下が開放された撹拌装置２２を設けた例である。如雨露のような形状（筒状の枠体等）で、中に撹拌部材２３が設けられている。撹拌部材２３は、モーター（図示せず）によって駆動回転するもので形状や、回転方向は自由である。

図１０（ａ）は、撹拌部材２３の１例を示す横断面図である。この撹拌部材２３は、水平に設けられた回転軸２４に多数の回転部材２５が設けられたものである。この例では角材である。図１０（ａ）に示すように、回転する回転部材２５が、下から上に向かう部分（この図では右半分）に、矢印Ｃのように土壌を落下させる。勿論、右側だけでなく、全体に落下させてもよいが、右半分に落下させた方が、より混合がよいことが実験で分かった。
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の平面図である。回転軸２４に多数の回転部材２５が取り付けられているのがわかる。

図１１は、図１０と同様の図であり、（ａ）は横断面図で（ｂ）はその平面図である。この例では、回転軸２４が２本上限に並べて設けられている。回転方向は同じである。このようにすると、土壌の混合がよりよかった。

図１２は、図１１と同様の図であり、（ａ）は横断面図で（ｂ）はその平面図である。この例では、回転軸２４が側面視千鳥状に設けられている。回転方向は、交互に逆回転している。土壌Ｃは、この例では中心部分に供給している。土壌の落下している部分では、回転部材２５は下方向に回転している。これは、混合量が増加できる。勿論、逆回転してもよい。（ｂ）から分かる通り、枠体は、平面視四角状である。

このように回転軸をずらすと、垂直に同一線上に設けたものと比べて、石などのかみこみが減少し、かみこみによる装置の停止等が減少する。これによって処理能力が向上する。

１ 第１ホッパー
２ 第１メインコンベア
３ 混合部
４ 第２ホッパー
５ 第２メインコンベア
６ 土壌
７ 第１バックホー
８ 第２バックホー
９ 壁面
１０ 底面
１１ 先端部
１２ チェーン
１３ 搬送板
１４ 駆動軸
１５ ゲート
１６ 土壌
１７ ナット
１８ ネジ
１９ ハンドル
２０ ボルト
２１ 混合コンベア
２２ 撹拌装置
２３ 撹拌部材
２４ 回転軸
２５ 回転部材
１０１ パイル
１０２ ブルドーザ
１０３ 山
１０４ バックホー
１０５ トラック

Claims (7)

1. ホッパーからメインコンベアの一端に土壌を供給し、該メインコンベアの他端から混合部に土壌を落下させる方法であって、このホッパーと該メインコンベアの組み合わせ（供給ライン）を複数用い、同じ混合部に異なった物性の土壌を供給することによって、複数の物性の土壌を混合する方法において、該ホッパーは定量搬出できるものであり、
   該混合部と該メインコンベアとの間に、撹拌装置を設けたものであって、該撹拌装置は、枠体とその中で回転する撹拌部材からなるものであり、
   該撹拌部材は、水平に設けられた回転軸と該回転軸の外周部分に設けられた複数の回転部材を有しており、
   該回転軸を回転させることで該回転部材と該枠体の中に投入された土壌とを接触させて土壌を混合する場合において、該撹拌部材内において該回転部材が下から上に移動する側に土壌を落下させることを特徴とする土壌混合方法。
2. ホッパーからメインコンベアの一端に土壌を供給し、該メインコンベアの他端から混合部に土壌を落下させる方法であって、このホッパーと該メインコンベアの組み合わせ（供給ライン）を複数用い、同じ混合部に異なった物性の土壌を供給することによって、複数の物性の土壌を混合する方法において、該ホッパーは定量搬出できるものであり、
   該混合部と該メインコンベアとの間に、撹拌装置を設けたものであって、該撹拌装置は、枠体とその中で回転する撹拌部材からなるものであり、
   該撹拌部材は、水平に設けられた回転軸と該回転軸の外周部分に設けられた複数の回転部材を有しており、
   該撹拌部材は、異なる水平面上に３つ設けられており、該３つの撹拌部材は一直線に並ばずに千鳥状に設けられていることを特徴とする土壌混合方法。
3. 異なる水平面上に設けられた該３つの撹拌部材の内、真中に設けられた撹拌部材の回転軸は上下に設けられた他２つの撹拌部材の回転軸が回転する方向とは逆方向に回転することを特徴とする請求項２に記載の土壌混合方法。
4. 該メインコンベアは、搬送時に搬送量の測定ができるものである請求項１乃至３のいずれか１項記載の土壌混合方法。
5. 該メインコンベアで搬送量を測定し、その測定データによって該ホッパーからの排出量を制御するものである請求項４に記載の土壌混合方法。
6. 該ホッパーからの排出量の制御は、該ホッパーに設けられた、土壌を押して搬送するための搬送板の移動速度で行うものである請求項５記載の土壌混合方法。
7. 前記ホッパーと該メインコンベアの組み合わせを２系列用いるもので、その２系列は、平行に並べられ、且つ１つのバックホーが移動せずに、その２系列のホッパーに土壌を導入できる程度の位置に置かれたものを使用するものである請求項１乃至６のいずれか１項記載の土壌混合方法。

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