振動締固め機｜振動でアスファルトを均一高密度に

振動締固め機

振動締固め機は、偏心回転体の遠心力でドラムやプレートを周期加振し、土粒子や舗装材料の空隙を減少させて密度を高める機械である。静荷重だけでは困難な粒子の再配列を、動的せん断と衝撃により促進する点が特徴で、路床・路盤・アスファルト層の転圧、埋戻し、造成地の地耐力向上などに用いる。加振周波数と振幅、機体質量、前進速度、通過回数の組合せで締固めエネルギーが決まり、材料特性（粒度分布、含水比、骨材形状）に適合させることで、目標相対密度や設計密度を安定して満足させる。近年は振動制御や計測機能の高度化により、出来形の均一化と施工の再現性が向上している。振動締固め機の適切な選定とパラメータ設定は、疲労ひび割れやわだちの抑制、沈下リスク低減に直結する。

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振動締固め機

構造と主要部品

駆動源（ディーゼルエンジンや電動モータ）に接続されたエキサイタ（偏心軸・偏心マス）が主振動源である。ドラム式では円筒ドラム内部にエキサイタを納め、プレート式では下部プレートを直接加振する。防振マウントで上部架台と隔離し、操縦者への全身振動を低減する。駆動系はベルトや油圧でエキサイタを回転させ、周波数調整機構により材料に適した加振条件を与える。温度・回転・加速度のセンサを備え、振幅推定や異常検知を行う機種も多い。ガードや遮蔽は飛石・粉じんから保護し、フレームにはハンドレールや整備用アクセスを設ける。固定や仮設時にはアンカーボルトなどにより安全を確保する。

作用原理と土質力学

加振により骨材間の静摩擦が一時的に低下し、粒子がより緻密な配列へ移動する。粗粒材では振動エネルギーが骨材骨格へ効率的に伝達され、相対密度が上がる。一方、細粒土では過大振幅により過剰間隙水圧が生じ密度発現が阻害されるため、含水比管理が重要である。周波数は一般に数十Hz、振幅は数mm以下で設定し、機械—地盤系の見かけ剛性・減衰を考慮して共振過多を避ける。走行速度が過大だと加振エネルギーの滞留時間が不足し、過小だと局所沈下や表層過締めを招く。振動締固め機は静線圧と動的成分の合成で有効応力を増し、空隙比を低下させる。

種類と用途

ドラム式（単胴・タンデム）：路盤からアスファルト基本層まで広域を均一に転圧する。
プレート式：狭隘部・縁石際・管周りの埋戻しなどで機動性が高い。
ランマ（打撃振動）：高含水の粘性土や狭所での局所的締固めに適する。

アスファルトは温度窓に合わせ低振幅・高周波で表層の分離を避け、路床・路盤では材料に応じて振幅を上げる。大型から可搬型までのラインアップを用意し、施工条件（面積、層厚、周辺制約）に応じて振動締固め機を使い分ける。

施工計画と品質管理

事前に室内試験（標準/修正プロクター）で最大乾燥密度と最適含水比を把握し、工程では散水・乾燥で含水比を調整する。層厚は機械能力に適合させ、オーバーラップ率（例：10–20%）を設定し蛇行を抑える。品質は現場密度試験（砂置換法、核子密度計）や平坦性・たわみ計測で確認する。ICT転圧では加速度・位置を用いたカバレッジマップやEVIB（見かけ弾性値）指標で締固めのばらつきを可視化し、パス数や周波数の適正化に反映する。これらのフィードバックにより振動締固め機の運用効率を高め、合否判定の再現性を確保する。

運用パラメータの最適化

周波数を上げると表層の均しに有利だが深達性は低下し、振幅を上げると深層効果は増すが表面損傷のリスクが高まる。静線圧（機体質量/ドラム幅）と加振力の釣り合いで層厚に見合うエネルギー密度を確保する。走行速度は材料の緩和時間と整合させ、パス間の冷却（アスファルト）や水分拡散（土質）も考慮する。構造物近接部では振動OFFや小型機への切替で共振・沈下リスクを回避する。現場の試験転圧で得た曲線（パス数—密度）から限界パスを推定し、過締めによる粒度破砕を避けつつ振動締固め機の時間当たり生産性を最大化する。

安全・環境配慮

周辺への振動・騒音影響を評価し、地中埋設物や老朽構造物の共振を避ける。オペレータの全身振動・騒音曝露はシートサス、防振マウント、適切な保守で低減する。可搬機では手腕振動障害の対策としてグリップ防振と作業時間管理が重要である。粉じん対策として散水・集じんを併用し、施工時間帯や搬送経路を計画する。整備時は支持点を確実に取り、回転体・高温部への接触を防止する。輸送・吊り上げでは重心と吊具強度を確認し、締結部（例：ボルト）の管理を徹底する。

故障診断と保守ポイント

振動低下は偏心マスの摩耗・緩み、ベルトの伸び、油圧系の圧力低下が原因となる。異音・発熱は軸受の潤滑不足や芯ずれの兆候であり、温度と振動スペクトルの傾向監視が有効である。ドラム外周の偏摩耗やアスファルト付着は仕上がり悪化に直結するため、清掃と表面温度管理を行う。電装・センサ系はコネクタ防水と配線保護が重要で、キャリブレーションの周期管理によりデータ品質を保つ。予防保全として消耗品の使用時間管理とグリースアップ、締結再トルク、遊び・ガタの点検を定例化し、振動締固め機の稼働率を維持する。