地盤改良工法及び地盤改良のための管理システム
【課題】高圧水等による地盤の泥土化と充填材の充填とを別工程で行う際に、地盤中に形成される改良体のサイズを簡単かつ確実に確認可能な地盤改良工法及びそのための管理システムを提供する。
【解決手段】この地盤改良工法は、高圧水および／または圧縮空気により地盤Ｇ内を泥土化する工程と、地盤内に改良体を形成するために泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、充填材の送り込みにより泥土を外部に押し出す工程と、外部に押し出された泥土に続いて充填材が押し出されたことを確認する工程と、地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する工程と、を含み、充填材の確認結果に基づいて地盤内における充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の充填材の充填量の計測結果に基づいて地盤内に形成された改良体のサイズを確認する。
【解決手段】この地盤改良工法は、高圧水および／または圧縮空気により地盤Ｇ内を泥土化する工程と、地盤内に改良体を形成するために泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、充填材の送り込みにより泥土を外部に押し出す工程と、外部に押し出された泥土に続いて充填材が押し出されたことを確認する工程と、地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する工程と、を含み、充填材の確認結果に基づいて地盤内における充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の充填材の充填量の計測結果に基づいて地盤内に形成された改良体のサイズを確認する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧水および／または圧縮空気を用いた地盤改良工法及びそのための管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良工法の深層混合処理工法の１つとして高圧噴射撹拌工法が知られている。高圧噴射撹拌工法は高圧水または高圧空気によって改良対象土を噴射して破壊すると同時に硬化材スラリーを添加して混合を期待する工法である（非特許文献１参照）。
【０００３】
従来の高圧噴射撹拌工法として次のような工法が知られている。ＪＳＧに代表される二重管高圧噴射攪拌工法は硬化材スラリーと圧縮空気を地盤中に回転して噴射しながら切削・攪拌し、スライム（硬化材スラリーが混じった切削泥土）を地表に排出させて円柱状の改良体を造成するものである。ＣＪＧに代表される三重管高圧噴射攪拌工法は上部吐出口から高圧水と圧縮空気を回転して噴射しながら切削し、そのスライムを地表に排出し下部の吐出口から硬化材スラリーを噴射し円柱状の改良体を造成するものである。
【０００４】
特許文献１は、地盤中に挿入した噴射管の先端部に設けた高圧液噴射ノズルから高圧水を噴射して対象地盤を緩めて泥土化し、次いでこの緩んだ地盤中に硬化材スラリーや水ガラスなどが添加された自硬性材料を圧入することにより、前記弛緩泥土を押し上げて排除するとともに前記自硬性材料による置換を行い改良体を造成する地盤改良工法を開示する。
【０００５】
特許文献２は、地盤中に挿入した噴射管に設けた噴射ノズルから高圧水を噴射して対象地盤を緩めて泥土化し、次いでこの弛緩地盤中に高粘性の自硬性改良材を圧入することにより、弛緩泥土を押し上げて地上に排出させるとともに自硬性改良材による置換を行い改良体を造成する一方で、排泥を調泥槽にて沈降分離により上澄液と濃縮泥土とに分離し、上澄液を取り出して貯液槽に供給し、調泥槽中の貯留物が所定の含水比になったら上澄液の取り出しを停止させるとともに、調泥槽貯留物を取り出して硬化材と混練し混練物を自硬性改良材として噴射管へ供給し再利用し、貯液槽の上澄み液はそのまま又は水を添加して地盤弛緩用液として噴射管へ供給し再利用する地盤の改良工法を開示する。
【０００６】
特許文献３は、ジェット噴流を利用した地盤改良工事の工程管理方法を開示し、固化材を含む改良液ジェットを地中に噴射して周囲の土砂を削り取り、混合して地中に固化体を形成する地盤改良工事において、改良液ジェット噴射管周囲の地盤内にペーハーセンサーを取付けたセンサー棒を立込み、改良液ジェット噴流によって変化した地中のペーハーを測定し、ペーハー変化を感知したペーハーセンサーの位置から改良液ジェット到達位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平７−１１１０５２号公報
【特許文献２】特開２００１−１７２９６０号公報
【特許文献３】特開平５−２３９８２６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】地盤工学用語辞典（社団法人地盤工学会）４１３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
JSG工法、CJG工法に代表される高圧噴射撹拌工法においては、改良対象土の種類とＮ値、深度により、引き上げ時間と有効径および硬化材スラリーの単位吐出量の関係が過去の実績に基づき決定されている。しかしながら、実際に地盤中に形成された改良杭径を確認する方法はなく、想定よりＮ値が大きい場合は改良径不足に、想定よりＮ値が小さい場合は改良過多になる恐れがある。
【００１０】
また、従来の高圧噴射撹拌工法によれば、地盤の切削と硬化材スラリーの注入とをほぼ同時に実施するために排出泥土中に硬化材スラリーが混入してしまう。そこで、高圧水による対象地盤の泥土化と自硬性材料を含む充填材の圧入とを別工程で行うことが提案され（特許文献１参照）、また、排出泥土を自硬性改良材として再利用することで排出泥土を減らすことが提案されている（特許文献２参照）。さらに、排出泥土と充填材とが混ざらなくするために自硬性改良材を噴射でなく圧入する。この場合の自硬性改良材は従来のものに比べ流動性が小さいことが特徴である。しかし、このような工法でも、実際に地盤中に形成された改良杭径を確認する方法はない。特許文献３の方法によれば、地盤内にペーハーセンサーを取付けたセンサー棒を３次元的に多数設置する必要があり、工程が煩雑化しコスト高になる。
【００１１】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、高圧水等による地盤の泥土化と充填材の充填とを別工程で行う際に、地盤中に形成される改良体のサイズを簡単かつ確実に確認可能な地盤改良工法及びそのための管理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための地盤改良工法は、高圧水および／または圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、前記地盤内に改良体を形成するために前記泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、前記充填材の送り込みにより前記泥土を外部に押し出す工程と、前記外部に押し出された泥土に続いて前記充填材が押し出されたことを確認する工程と、前記地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する工程と、を含み、前記充填材の確認結果に基づいて前記地盤内における前記充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の前記充填材の充填量の計測結果に基づいて前記地盤内に形成された改良体のサイズを確認することを特徴とする。
【００１３】
この地盤改良工法によれば、地盤内の泥土が充填材の送り込みで外部に押し出されるのに続いて充填材が押し出されることを確認し、この確認結果から地盤内における充填材の充填完了時期を判断でき、その判断時の充填材の充填量の計測結果から地盤内に形成された改良体のサイズを確認することができる。このように、高圧水等による地盤の泥土化と充填材の充填とを別工程で行う際に、地盤中に形成される改良体のサイズを簡単かつ確実に確認することができる。
【００１４】
上記地盤改良工法において前記外部に押し出された充填材の確認は、前記地盤内から外部に押し出された材料のペーハー（ｐＨ）を計測することで行うことができる。一般に地盤のｐＨは中性であるのに対し、充填材はセメント等の自硬性材料を含むためアルカリ性であるから、地盤内から外部に押し出された材料のｐＨを計測することで、外部に押し出された充填材を確認することができる。
【００１５】
また、前記外部に押し出された泥土を処理し、前記充填材として前記地盤内へと送り込むときの流量を測定することで前記充填量を計測することができる。
【００１６】
また、複数の管路を有する多重管を前記地盤内に挿入し、前記多重管の側面に設けた噴射口から高圧水および／または圧縮空気を噴射するとともに、前記多重管を回転させかつ引き上げながら前記多重管の先端側に設けた充填口から前記充填材を送り込むことが好ましい。多重管の側面の噴射口から高圧水、圧縮空気を噴射して地盤内を泥土化し、多重管の先端の充填口から充填材を充填することで泥土を外部に押し出して地盤内を充填材に置換することが容易にできる。
【００１７】
なお、この場合、前記多重管において前記噴射口と前記充填口とを１ｍ以上離すことが好ましい。これにより、排出泥土と充填材とが混合し難くなる。
【００１８】
また、前記多重管を引き上げることなく予め前記充填材を充填し、その後、前記多重管の引き上げ速度と前記充填材の充填速度とを同期させることで前記充填材を前記充填口が常に前記充填材の中にある状態で送り込むことが好ましい。充填材の充填中に充填口が常に充填材の中にある状態として充填材を送り込むことができるので、排出泥土と充填材とが混合し難くなる。
【００１９】
また、前記地盤内で予め貫入切削を行い、その後、前記多重管の引き上げとともに前記充填材を送り込むことで、排出泥土と充填材とが混合し難くなる。
【００２０】
前記確認された改良体サイズの弛緩空間内に、その弛緩空間以上の前記充填材を充填することにより前記地盤を締め固めることができる。
【００２１】
なお、排出泥土に充填材が混入し難くなるためには、排出泥土と充填材の単位体積重量の差が大きいほうが望ましい（排出泥土単位体積重量＜充填材の単位体積重量）。排出泥土に自硬性材料を混合した場合の充填材の単位体積重量は、少なくとも排出泥土よりは大きくなることは明らかであるが、排出泥土の固液分離を実施し、排出泥土中の水分を除去することによりさらに単位体積重量の差が大きくなる。
【００２２】
また、排出泥土に充填材が混入し難くなるためには、排出泥土と充填材の流動性（フロー値）の差が大きいほうが望ましい（排出泥土のフロー値＞充填材のフロー値）。排出泥土に自硬性材料を混合した場合の充填材の流動性は、少なくとも排出泥土よりは小さくなることは明らかであるが、自硬性材料とともに水ガラス（ケイ酸ソーダ）を混合することによりさらにフロー値の差が大きくなる。
【００２３】
上記目的を達成するための地盤改良工法のための管理システムは、高圧水および／または圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、前記地盤内に改良体を形成するために前記泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、前記充填材の送り込みにより前記泥土を外部に押し出す工程と、を含む地盤改良工法における前記改良体のサイズを管理するためのシステムであって、前記地盤内から外部に押し出された材料のｐＨを計測する手段と、前記地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する手段と、を備え、前記ｐＨの計測結果に基づいて前記地盤内における前記充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の前記充填材の充填量の計測結果に基づいて前記地盤内に形成された改良体のサイズを確認することを特徴とする。
【００２４】
この地盤改良工法のための管理システムによれば、地盤内の泥土が充填材の送り込みで外部に押し出されるのに続いて充填材が押し出されることをｐＨ計測により確認し、この確認結果から地盤内における充填材の充填完了時期を判断でき、その判断時の充填材の充填量の計測結果から地盤内に形成された改良体のサイズを確認することができる。このように、高圧水等による地盤の泥土化と充填材の充填とを別工程で行う際に、地盤中に形成される改良体のサイズを簡単かつ確実に確認することができる。
【００２５】
上記地盤改良工法のための管理システムにおいて前記外部に押し出された泥土に自硬性材料を加えて前記泥土を処理して得た充填材を前記地盤内へと送り込む手段と、前記送り込むときの流量を測定することで前記充填量を計測する手段と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の地盤改良工法及びそのための管理システムによれば、高圧水および／または圧縮空気による地盤の泥土化と充填材の充填とを別工程で行う際に、地盤中に形成される改良体のサイズを簡単かつ確実に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態による高圧水・圧縮空気を用いた地盤改良工法の主要工程（ａ）（ｂ）（ｃ）を説明するための概略図である。
【図２】図１の地盤改良工法で用いることのできるツールスの構成を示す図である。
【図３】図１の各工程と対応し、削孔の位置（ａ）、ツールスの位置（ｂ）、及び施工完了時のツールスの位置（ｃ）を示す図である。
【図４】図２のツールスのロッドの端部を示す斜視図である。
【図５】図１（ｂ）の工程をさらに詳しく説明するための図である。
【図６】本実施形態の地盤改良工法の管理システムに用いられる管理装置を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による高圧水・圧縮空気を用いた地盤改良工法の主要工程（ａ）（ｂ）（ｃ）を説明するための概略図である。図２は図１の地盤改良工法で用いるツールスの構成を示す図である。図３は図１の各工程と対応し、削孔の位置（ａ）、ツールスの位置（ｂ）、及び施工完了時のツールスの位置（ｃ）を示す図である。図４は図２のツールスのロッドの端部を示す斜視図である。
【００２９】
本実施形態による地盤改良工法は、高圧水・圧縮空気を用いて改良対象の地盤内に改良体を造成するものである。かかる地盤改良工法に用いられるツールスについて図２，図４を参照して説明する。
【００３０】
図２のように、ツールス１０は、上端から下端に向けて、スイベル１１と、ロッド１２と、モニタ１３と、を有し、全体として長く延びた構成となっている。先端側のモニタ１３は、側面に高圧水、圧縮空気を噴射するために設けられた噴射口１３ａと、充填材を地盤内に送り込んで充填するために先端側に設けられた充填口１３ｂと、を有する。
【００３１】
また、モニタ１３の噴射口１３ａは高圧水用噴射口と圧縮空気用噴射口とに分かれている。また、モニタ１３は取り替え可能となっており、噴射口１３ａと充填口１３ｂとの距離ａを変更可能に構成されているが、距離ａは１ｍ以上が好ましい。これにより、充填材と排出泥土とが混合しないようにできる。
【００３２】
ロッド１２は、図４のように、特殊三重管構造となっており、充填材が通る中央孔１２ａと、圧縮空気が通る圧縮空気孔１２ｂと、高圧水が通る高圧水孔１２ｃと、を有する。
【００３３】
上述のように、ツールス１０は、スイベル１１に供給された充填材、圧縮空気及び高圧水がロッド１２の中央孔１２ａ、圧縮空気孔１２ｂ及び高圧水孔１２ｃを通してモニタ１３の噴射口１３ａ及び充填口１３ｂから送り出されるようになっている。
【００３４】
本実施形態による地盤改良工法について、図１，図３を参照して説明する。すなわち、図３（ａ）のように、ボーリング用ツールスを用いて地表面Ｓから削孔し、地盤Ｇ内に穴Ａを形成する。このとき、造成しようとする改良体Ｂの下端までの深さをＨ１とすると、穴Ａの深さは、上述のモニタ１３の噴射口１３ａと充填口１３ｂとの間の距離ａを加えた（Ｈ１＋ａ）である。
【００３５】
次に、図１（ａ）のようにツールス１０をバックホウＢＨに取り付けた状態で、図３（ｂ）のようにツールス１０を地表面Ｓから穴Ａ内にツールス１０を貫入させる（ａ）。なお、このとき、改良下端で定位置噴射を２分程度行うことが好ましい。すなわち、ツールス１０の引き上げを行わず、ツールス１０のモニタ１３の噴射口１３ａから高圧水と圧縮空気を噴射させながらツールス１０を回転方向ｄに回転させることを２分程度実行する。
【００３６】
次に、図１（ｂ）のようにツールス１０のモニタ１３の噴射口１３ａから高圧水と圧縮空気を噴射させながらツールス１０を回転方向ｄに回転させるとともに、ツールス１０を上方ｃに引き上げながらモニタ１３の先端の充填口１３ｂから充填材を送り出す。このように、ツールス１０を回転させかつ一定速度で引き上げながら噴射口１３ａから高圧水と圧縮空気を噴射することで、地盤Ｇを所定の半径及び引き上げ高さで切削して弛緩空聞とし、その弛緩空間内が泥土化するとともに、充填口１３ｂから充填材を送り出し圧入することで下側から弛緩空間内に充填材を充填する。この充填材の圧入のとき、図１（ｂ）、後述の図５のように、モニタ１３の先端の充填口１３ｂは、充填された充填材の中にあることが好ましい。
【００３７】
上述の切削及び充填工程の途中で、図１（ｂ）のように、地盤Ｇ内の改良対象部分の下側部分Ｂ１から充填材が圧入により充填され、上側部分Ｂ２へと順次充填されていく。このとき、下側部分Ｂ１への充填材の充填にともなって上側部分Ｂ２の泥土は、上方ｂへと押し上げられ、ついには地表面Ｓへと押し出されて排除される。
【００３８】
図３（ｃ）のように、ツールス１０を長さＨだけ引き上げ、弛緩空間内に充填材を充填させると、充填が完了し、図１（ｃ）のようにツールス１０を引き上げる。これにより、図１（ｃ）、図３（ｃ）のように、下端の深さがＨ１で高さＨの改良体Ｂを地盤Ｇ内に造成することができる。このようにして、地盤内に充填材を圧入することで改良地盤を造成できる。
【００３９】
上述のように、本地盤改良工法では、ツールス１０のモニタ１３の中間部分にある噴射口１３ａから高圧水と圧縮空気を噴射させて地盤内を切削し泥土化するとともに、モニタ１３の先端の充填口１３ｂから充填材を送り出して切削泥土の下端から充填材を充填し、充填材の上にある切削泥土を外部に排出するので、切削泥土と充填材とが混合することなく切削泥土を充填材に置換することができる。
【００４０】
次に、上述の地盤改良工法のさらなる詳細例及び改良体Ｂのサイズを確認する管理システム・管理方法について図５，図６を参照して説明する。図５は図１（ｂ）の工程をさらに詳しく説明するための図である。図６は本実施形態の地盤改良工法の管理システムに用いられる管理装置を概略的に示すブロック図である。
【００４１】
本実施形態の地盤改良工法では、上述のように改良対象の地盤Ｇ内に改良体Ｂを造成するとき、地盤Ｇから押し出された泥土を再利用する。すなわち、図５のように、地盤Ｇ内から上方ｂに押し出されて排泥された泥土を、穴Ａの上部の凹部Ｄに配置された送り出しポンプ２１により貯泥槽２２に送り貯蔵する。貯泥槽２２から泥土をポンプ２３で混練プラント２４に送り、混練プラント２４で泥土にセメント等の自硬性材料を混入し、管路ミキサ２５で水ガラス等の添加材を加えて充填材とし、この充填材をコンクリートポンプ２６によりツールス１０のスイベル１１へと圧送する。充填材は、スイベル１１から図４のロッド１２の中央孔１２ａを通ってモニタ先端の充填口１３ｂから地盤Ｇ内へと圧入されるようにして供給される。
【００４２】
図５のように、コンクリートポンプ２６とツールス１０のスイベル１１との間に流量計２７を配置し、充填材の単位時間あたりの流量を連続して計測することで、地盤Ｇ内に供給された充填材量を計測する。流量計２７は、例えば、公知の電磁式流量計であってよく、その計測値が電気信号として出力する。
【００４３】
また、穴Ａの上部の凹部Ｄ内にｐＨセンサ２８を配置し、地盤Ｇ内からツールス１０と穴Ａとの間を通って上方ｂへと押し出された被押出材料のｐＨを計測する。ｐＨセンサ２８は、公知の電極構造のものであってよく、そのｐＨ計測値が電気信号として出力する。
【００４４】
充填材は自硬性材料としてセメントが混入されているため、ｐＨが１１〜１４程度のアルカリ性であり、一般の地盤はｐＨが７〜８程度の中性である場合、ｐＨを測定することで、充填材と地盤の泥土とを区別することができる。
【００４５】
上述のように、本実施形態の地盤改良工法では、地盤内で泥土を充填材で押し上げて排出するため排出された泥土には自硬性材料が混入しない。このため、地盤Ｇ内から上方ｂへと押し出された被押出材料のｐＨをｐＨセンサ２８により計測することで、その被押出材料が地盤を泥土化した中性の泥土であるか、または、地盤内に供給したアルカリ性の充填材であるか、を検知することができる。充填材の検知により地盤内での充填材の充填完了時点を判断できる。
【００４６】
図６に示すように、本実施形態の地盤改良工法用管理システムの管理装置３０は、パーソナルコンピュータ（パソコン／ＰＣ）３１と、パソコン３１から出力するデータを表示する液晶パネル等からなる表示部３２と、を有し、パソコン３１には流量計２７から出力した充填材の流量の電気信号と、ｐＨセンサ２８から出力したｐＨの電気信号とが入力し、パソコン３１は、所定の演算を行い、その演算結果を表示部３２に表示するようになっている。
【００４７】
本実施形態の地盤改良工法における改良体Ｂの径はツールス１０のモニタ１３の引き上げ時間で制御することができ、また、改良体Ｂの高さＨはツールス１０の引き上げ高さで制御することができる。
【００４８】
図６の管理装置３０による、図１（ａ）、図３（ｃ）の地盤Ｇ内に造成された改良体Ｂのサイズ、特に径の確認方法について説明する。
【００４９】
図５のように、地盤Ｇ内で切削予定の半径をｒ、高さをＨとすると、切削予定（設計）の体積Ｖは、次式（１）であらわすことができる。
【００５０】
Ｖ＝πｒ2Ｈ （１）
【００５１】
パソコン３１は、充填材の充填中に図５，図６のｐＨセンサ２８により地盤から押し出された被押出材料のｐＨが中性からアルカリ性に変化したことを検知すると、充填開始から検知時点までの充填材の総充填量Ｖ’を流量計２７による計測結果から演算して求める。
【００５２】
実際の切削半径をＲとすると、次式（２）が成り立つ。
【００５３】
Ｖ’＝πＲ2Ｈ （２）
【００５４】
上記式（２）から次式（３）が得られる。
【００５５】
Ｒ＝［Ｖ’／（πＨ）］0.5 （３）
【００５６】
得られた実際の切削半径Ｒと、切削予定の半径ｒとを比べて、Ｒ＝ｒ、または、Ｒ≒ｒである場合は、改良体Ｂは切削予定の半径を有すると判断できる。これにより、改良体の径を確認することができる。
【００５７】
また、Ｒ＜ｒの場合は、予定の有効径の弛緩空間が形成されていないことになるので、ツールス１０のモニタ１３の引き上げ時間を長くし、有効径が大きくなるように管理する。
【００５８】
また、Ｒ＞ｒの場合は、予定の有効径以上の弛緩空間が形成されていることになるので、ツールス１０のモニタ１３の引き上げ時間を短くし、有効径が小さくなるように管理する。
【００５９】
なお、上記例では、実際の切削半径Ｒと、切削予定の半径ｒとを比べたが、計測によって得られた、充填開始から検知時点までの充填材の総充填量Ｖ’を、上記式（１）から得られる予定（設計）の充填量Ｖと比較してもよい。この場合、Ｖ’＝Ｖ、または、Ｖ’ ≒Ｖであれば、Ｒ＝ｒ、または、Ｒ≒ｒである。また、Ｖ’＜Ｖであれば、Ｒ＜ｒである。また、Ｖ’＞Ｖであれば、Ｒ＞ｒである。
【００６０】
以上のように、本実施形態の地盤改良工法によれば、改良対象の地盤内に高圧水・圧縮空気により形成した切削泥土と地盤内に送り込んだ充填材とが混合せずに切削泥土を充填材に完全に置換することができるとともに、外部に押し出された泥土を処理し、充填材として再利用することができる。また、改良対象の地盤内に充填材により造成された改良体の直径を原位置で確認し管理することができる。
【００６１】
また、多重管のツールス１０のモニタ１３における噴射口１３ａと充填口１３ｂとの距離ａは１ｍ以上が好ましく、これにより、充填材が排出泥土に確実に混入しないようにできる。
【００６２】
従来工法においては、高圧水による対象地盤の泥土化と硬化材スラリーの噴射とがほぼ同位置で行われており、硬化材スラリーがエアリフトされ排出泥土に混入するため改良工程の初期より高ｐＨとなり、上述のような管理手法をとることが不可能であったが、本実施形態の地盤改良工法においては、排出泥土のｐＨと充填材の充填量を経時的に計測することにより、改良杭径（弛緩空間）の原位置確認が可能であり、従来工法よりも安全かつ経済的に所定の直径の改良体を造成することができる。
【００６３】
次に、上述のｐＨセンサによる充填材の充填完了時の判断についての別の手段・方法について説明する。すなわち、混練プラント２４の出口付近にｐＨセンサ２９を別途設け、混練プラント２４から排出された充填材のｐＨを計測する。ｐＨセンサ２９から出力したｐＨの電気信号を図６の破線のようにパソコン３１に入力させる。充填材の充填中において、ｐＨセンサ２８により計測された地盤から押し出された充填材のｐＨと、ｐＨセンサ２９により計測された混練プラント２４でつくられた充填材のｐＨとが等しくなった時点を、地盤Ｇ内での充填材の充填完了時と判断する。かかるｐＨ計測の手段・方法によれば、排出泥土に充填材が混入した場合や地盤がアルカリ性の場合等でも、充填材が泥土と完全に置換した時点を確実に判断することができる。
【００６４】
また、排出泥土に充填材が混入しないことを目的として、ツールス１０のモニタ１３を引き上げることなく、予め例えば厚さ５０ｃｍ程度の充填材を弛緩空間内に充填しておき、その後、図５のようにモニタ１３の充填口１３ｂが常に充填材の中にある状態となるように、モニタ１３の引き上げ速度と充填材の充填速度を同期させて制御し管理することが好ましい。モニタ１３の引き上げ速度は図１のバックホウＢＨの操作パネルから得ることができる。また、充填材の充填速度は図５，図６の流量計２７の測定流量から求めることができる。
【００６５】
同様に排出泥土に充填材が混入しないことを目的として、従来工法が引き上げ施工しかできないのに対して、引き上げ施工のみではなく、例えば貫入切削１０分、引き上げ切削１０分とし、引き上げ時のみ充填材を充填するように制御し管理するようにしてもよい。これにより、貫入切削時に充填材の混入がないため、pHによる管理がより確実に実施できる。
【００６６】
また、地盤の締め固めを目的に、上述の管理システム・方法で管理された有効径の弛緩空間内に、弛緩空間以上の充填材を充填することにより、地盤を締め固めるようにしてもよい。
【実施例】
【００６７】
本地盤改良工法の効果を確認するために図２のツールスを用いて図１，図２のような地盤改良工法を実施した。地盤中に造成する柱状の改良体の目標直径は１．５ｍ、高さは１．５〜２ｍであり、施工管理は上述のように切削泥土が充填材と完全に置換するようにした。
【００６８】
実施例１，２，３として図２のツールスのモニタの噴射口と充填口との距離ａを１００ｃｍとした。比較例１，２，３として距離ａを５０ｃｍとした。各実施例、各比較例の条件を次の表１に示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
地盤内に改良体を造成した後、地盤内を掘削して改良体を目視し、直径、高さを測定した。その結果を表２に示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】
表２のように、実施例１，２，３では、ほぼ目標どおりの改良体が形成された。これに対し、比較例１，２，３では、周囲のスライムを除去している間に改良体が崩壊してしまった。充填材に原地盤の泥土が混入してしまったためと考えられる。
【００７３】
以上のように、ツールスのモニタの噴射口と充填口との距離ａが各比較例のように５０ｃｍと短い場合、充填材に泥土が混入し、充填材が圧縮空気によ排泥とともに排出されてしまったのに対し、各実施例のように１ｍと長い場合は排泥中に充填材が混入せずに置換されたことが確認された。
【００７４】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本実施形態では、充填材が改良対象の地盤内に完全に充填されたことを、ｐＨ計測により確認したが、本発明はこれに限定されず、目視や手で触ることによる確認であってもよい。すなわち、泥土と色が異なる充填材や泥土と固さ、粘性が異なる充填材の場合は、目視や手で触ることにより両者を区別できる。また、泥土と充填材とを色等で区別しにくい場合や省力化を図る場合には、ｐＨ計測の方が好ましい。
【００７５】
また、本実施形態では、地盤の切削に高圧水と圧縮空気とを用いたが、これに限定されず、高圧水と圧縮空気のいずれか一方を用いてもよい。
【００７６】
なお、本明細書では、充填材は自硬性材料を含むが、自硬性材料はセメントに代表される地盤改良材であり、水ガラス等を添加することもできる。また、充填材は、切削泥土に自硬性材料を加えて得ることができるが、これに限定されず、切削泥土以外から得るようにしてもよい。
【００７７】
また、充填材は、地盤内に噴射されるものではなく、モニタ先端の充填口から地盤内に圧入されるものである。したがって、本明細書では、充填口から地盤内に圧入される材料を総称して充填材という。
【符号の説明】
【００７８】
１０ ツールス（多重管）
１１ スイベル
１２ ロッド
１２ａ 中央孔
１２ｂ 圧縮空気孔
１２ｃ 高圧水孔
１３ モニタ
１３ａ 噴射口
１３ｂ 充填口
２７ 流量計
２８ ｐＨセンサ
２９ ｐＨセンサ
３０ 管理装置
Ｂ 改良体
Ｇ 地盤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧水および／または圧縮空気を用いた地盤改良工法及びそのための管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良工法の深層混合処理工法の１つとして高圧噴射撹拌工法が知られている。高圧噴射撹拌工法は高圧水または高圧空気によって改良対象土を噴射して破壊すると同時に硬化材スラリーを添加して混合を期待する工法である（非特許文献１参照）。
【０００３】
従来の高圧噴射撹拌工法として次のような工法が知られている。ＪＳＧに代表される二重管高圧噴射攪拌工法は硬化材スラリーと圧縮空気を地盤中に回転して噴射しながら切削・攪拌し、スライム（硬化材スラリーが混じった切削泥土）を地表に排出させて円柱状の改良体を造成するものである。ＣＪＧに代表される三重管高圧噴射攪拌工法は上部吐出口から高圧水と圧縮空気を回転して噴射しながら切削し、そのスライムを地表に排出し下部の吐出口から硬化材スラリーを噴射し円柱状の改良体を造成するものである。
【０００４】
特許文献１は、地盤中に挿入した噴射管の先端部に設けた高圧液噴射ノズルから高圧水を噴射して対象地盤を緩めて泥土化し、次いでこの緩んだ地盤中に硬化材スラリーや水ガラスなどが添加された自硬性材料を圧入することにより、前記弛緩泥土を押し上げて排除するとともに前記自硬性材料による置換を行い改良体を造成する地盤改良工法を開示する。
【０００５】
特許文献２は、地盤中に挿入した噴射管に設けた噴射ノズルから高圧水を噴射して対象地盤を緩めて泥土化し、次いでこの弛緩地盤中に高粘性の自硬性改良材を圧入することにより、弛緩泥土を押し上げて地上に排出させるとともに自硬性改良材による置換を行い改良体を造成する一方で、排泥を調泥槽にて沈降分離により上澄液と濃縮泥土とに分離し、上澄液を取り出して貯液槽に供給し、調泥槽中の貯留物が所定の含水比になったら上澄液の取り出しを停止させるとともに、調泥槽貯留物を取り出して硬化材と混練し混練物を自硬性改良材として噴射管へ供給し再利用し、貯液槽の上澄み液はそのまま又は水を添加して地盤弛緩用液として噴射管へ供給し再利用する地盤の改良工法を開示する。
【０００６】
特許文献３は、ジェット噴流を利用した地盤改良工事の工程管理方法を開示し、固化材を含む改良液ジェットを地中に噴射して周囲の土砂を削り取り、混合して地中に固化体を形成する地盤改良工事において、改良液ジェット噴射管周囲の地盤内にペーハーセンサーを取付けたセンサー棒を立込み、改良液ジェット噴流によって変化した地中のペーハーを測定し、ペーハー変化を感知したペーハーセンサーの位置から改良液ジェット到達位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平７−１１１０５２号公報
【特許文献２】特開２００１−１７２９６０号公報
【特許文献３】特開平５−２３９８２６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】地盤工学用語辞典（社団法人地盤工学会）４１３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
JSG工法、CJG工法に代表される高圧噴射撹拌工法においては、改良対象土の種類とＮ値、深度により、引き上げ時間と有効径および硬化材スラリーの単位吐出量の関係が過去の実績に基づき決定されている。しかしながら、実際に地盤中に形成された改良杭径を確認する方法はなく、想定よりＮ値が大きい場合は改良径不足に、想定よりＮ値が小さい場合は改良過多になる恐れがある。
【００１０】
また、従来の高圧噴射撹拌工法によれば、地盤の切削と硬化材スラリーの注入とをほぼ同時に実施するために排出泥土中に硬化材スラリーが混入してしまう。そこで、高圧水による対象地盤の泥土化と自硬性材料を含む充填材の圧入とを別工程で行うことが提案され（特許文献１参照）、また、排出泥土を自硬性改良材として再利用することで排出泥土を減らすことが提案されている（特許文献２参照）。さらに、排出泥土と充填材とが混ざらなくするために自硬性改良材を噴射でなく圧入する。この場合の自硬性改良材は従来のものに比べ流動性が小さいことが特徴である。しかし、このような工法でも、実際に地盤中に形成された改良杭径を確認する方法はない。特許文献３の方法によれば、地盤内にペーハーセンサーを取付けたセンサー棒を３次元的に多数設置する必要があり、工程が煩雑化しコスト高になる。
【００１１】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、高圧水等による地盤の泥土化と充填材の充填とを別工程で行う際に、地盤中に形成される改良体のサイズを簡単かつ確実に確認可能な地盤改良工法及びそのための管理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための地盤改良工法は、高圧水および／または圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、前記地盤内に改良体を形成するために前記泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、前記充填材の送り込みにより前記泥土を外部に押し出す工程と、前記外部に押し出された泥土に続いて前記充填材が押し出されたことを確認する工程と、前記地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する工程と、を含み、前記充填材の確認結果に基づいて前記地盤内における前記充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の前記充填材の充填量の計測結果に基づいて前記地盤内に形成された改良体のサイズを確認することを特徴とする。
【００１３】
この地盤改良工法によれば、地盤内の泥土が充填材の送り込みで外部に押し出されるのに続いて充填材が押し出されることを確認し、この確認結果から地盤内における充填材の充填完了時期を判断でき、その判断時の充填材の充填量の計測結果から地盤内に形成された改良体のサイズを確認することができる。このように、高圧水等による地盤の泥土化と充填材の充填とを別工程で行う際に、地盤中に形成される改良体のサイズを簡単かつ確実に確認することができる。
【００１４】
上記地盤改良工法において前記外部に押し出された充填材の確認は、前記地盤内から外部に押し出された材料のペーハー（ｐＨ）を計測することで行うことができる。一般に地盤のｐＨは中性であるのに対し、充填材はセメント等の自硬性材料を含むためアルカリ性であるから、地盤内から外部に押し出された材料のｐＨを計測することで、外部に押し出された充填材を確認することができる。
【００１５】
また、前記外部に押し出された泥土を処理し、前記充填材として前記地盤内へと送り込むときの流量を測定することで前記充填量を計測することができる。
【００１６】
また、複数の管路を有する多重管を前記地盤内に挿入し、前記多重管の側面に設けた噴射口から高圧水および／または圧縮空気を噴射するとともに、前記多重管を回転させかつ引き上げながら前記多重管の先端側に設けた充填口から前記充填材を送り込むことが好ましい。多重管の側面の噴射口から高圧水、圧縮空気を噴射して地盤内を泥土化し、多重管の先端の充填口から充填材を充填することで泥土を外部に押し出して地盤内を充填材に置換することが容易にできる。
【００１７】
なお、この場合、前記多重管において前記噴射口と前記充填口とを１ｍ以上離すことが好ましい。これにより、排出泥土と充填材とが混合し難くなる。
【００１８】
また、前記多重管を引き上げることなく予め前記充填材を充填し、その後、前記多重管の引き上げ速度と前記充填材の充填速度とを同期させることで前記充填材を前記充填口が常に前記充填材の中にある状態で送り込むことが好ましい。充填材の充填中に充填口が常に充填材の中にある状態として充填材を送り込むことができるので、排出泥土と充填材とが混合し難くなる。
【００１９】
また、前記地盤内で予め貫入切削を行い、その後、前記多重管の引き上げとともに前記充填材を送り込むことで、排出泥土と充填材とが混合し難くなる。
【００２０】
前記確認された改良体サイズの弛緩空間内に、その弛緩空間以上の前記充填材を充填することにより前記地盤を締め固めることができる。
【００２１】
なお、排出泥土に充填材が混入し難くなるためには、排出泥土と充填材の単位体積重量の差が大きいほうが望ましい（排出泥土単位体積重量＜充填材の単位体積重量）。排出泥土に自硬性材料を混合した場合の充填材の単位体積重量は、少なくとも排出泥土よりは大きくなることは明らかであるが、排出泥土の固液分離を実施し、排出泥土中の水分を除去することによりさらに単位体積重量の差が大きくなる。
【００２２】
また、排出泥土に充填材が混入し難くなるためには、排出泥土と充填材の流動性（フロー値）の差が大きいほうが望ましい（排出泥土のフロー値＞充填材のフロー値）。排出泥土に自硬性材料を混合した場合の充填材の流動性は、少なくとも排出泥土よりは小さくなることは明らかであるが、自硬性材料とともに水ガラス（ケイ酸ソーダ）を混合することによりさらにフロー値の差が大きくなる。
【００２３】
上記目的を達成するための地盤改良工法のための管理システムは、高圧水および／または圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、前記地盤内に改良体を形成するために前記泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、前記充填材の送り込みにより前記泥土を外部に押し出す工程と、を含む地盤改良工法における前記改良体のサイズを管理するためのシステムであって、前記地盤内から外部に押し出された材料のｐＨを計測する手段と、前記地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する手段と、を備え、前記ｐＨの計測結果に基づいて前記地盤内における前記充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の前記充填材の充填量の計測結果に基づいて前記地盤内に形成された改良体のサイズを確認することを特徴とする。
【００２４】
この地盤改良工法のための管理システムによれば、地盤内の泥土が充填材の送り込みで外部に押し出されるのに続いて充填材が押し出されることをｐＨ計測により確認し、この確認結果から地盤内における充填材の充填完了時期を判断でき、その判断時の充填材の充填量の計測結果から地盤内に形成された改良体のサイズを確認することができる。このように、高圧水等による地盤の泥土化と充填材の充填とを別工程で行う際に、地盤中に形成される改良体のサイズを簡単かつ確実に確認することができる。
【００２５】
上記地盤改良工法のための管理システムにおいて前記外部に押し出された泥土に自硬性材料を加えて前記泥土を処理して得た充填材を前記地盤内へと送り込む手段と、前記送り込むときの流量を測定することで前記充填量を計測する手段と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の地盤改良工法及びそのための管理システムによれば、高圧水および／または圧縮空気による地盤の泥土化と充填材の充填とを別工程で行う際に、地盤中に形成される改良体のサイズを簡単かつ確実に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態による高圧水・圧縮空気を用いた地盤改良工法の主要工程（ａ）（ｂ）（ｃ）を説明するための概略図である。
【図２】図１の地盤改良工法で用いることのできるツールスの構成を示す図である。
【図３】図１の各工程と対応し、削孔の位置（ａ）、ツールスの位置（ｂ）、及び施工完了時のツールスの位置（ｃ）を示す図である。
【図４】図２のツールスのロッドの端部を示す斜視図である。
【図５】図１（ｂ）の工程をさらに詳しく説明するための図である。
【図６】本実施形態の地盤改良工法の管理システムに用いられる管理装置を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による高圧水・圧縮空気を用いた地盤改良工法の主要工程（ａ）（ｂ）（ｃ）を説明するための概略図である。図２は図１の地盤改良工法で用いるツールスの構成を示す図である。図３は図１の各工程と対応し、削孔の位置（ａ）、ツールスの位置（ｂ）、及び施工完了時のツールスの位置（ｃ）を示す図である。図４は図２のツールスのロッドの端部を示す斜視図である。
【００２９】
本実施形態による地盤改良工法は、高圧水・圧縮空気を用いて改良対象の地盤内に改良体を造成するものである。かかる地盤改良工法に用いられるツールスについて図２，図４を参照して説明する。
【００３０】
図２のように、ツールス１０は、上端から下端に向けて、スイベル１１と、ロッド１２と、モニタ１３と、を有し、全体として長く延びた構成となっている。先端側のモニタ１３は、側面に高圧水、圧縮空気を噴射するために設けられた噴射口１３ａと、充填材を地盤内に送り込んで充填するために先端側に設けられた充填口１３ｂと、を有する。
【００３１】
また、モニタ１３の噴射口１３ａは高圧水用噴射口と圧縮空気用噴射口とに分かれている。また、モニタ１３は取り替え可能となっており、噴射口１３ａと充填口１３ｂとの距離ａを変更可能に構成されているが、距離ａは１ｍ以上が好ましい。これにより、充填材と排出泥土とが混合しないようにできる。
【００３２】
ロッド１２は、図４のように、特殊三重管構造となっており、充填材が通る中央孔１２ａと、圧縮空気が通る圧縮空気孔１２ｂと、高圧水が通る高圧水孔１２ｃと、を有する。
【００３３】
上述のように、ツールス１０は、スイベル１１に供給された充填材、圧縮空気及び高圧水がロッド１２の中央孔１２ａ、圧縮空気孔１２ｂ及び高圧水孔１２ｃを通してモニタ１３の噴射口１３ａ及び充填口１３ｂから送り出されるようになっている。
【００３４】
本実施形態による地盤改良工法について、図１，図３を参照して説明する。すなわち、図３（ａ）のように、ボーリング用ツールスを用いて地表面Ｓから削孔し、地盤Ｇ内に穴Ａを形成する。このとき、造成しようとする改良体Ｂの下端までの深さをＨ１とすると、穴Ａの深さは、上述のモニタ１３の噴射口１３ａと充填口１３ｂとの間の距離ａを加えた（Ｈ１＋ａ）である。
【００３５】
次に、図１（ａ）のようにツールス１０をバックホウＢＨに取り付けた状態で、図３（ｂ）のようにツールス１０を地表面Ｓから穴Ａ内にツールス１０を貫入させる（ａ）。なお、このとき、改良下端で定位置噴射を２分程度行うことが好ましい。すなわち、ツールス１０の引き上げを行わず、ツールス１０のモニタ１３の噴射口１３ａから高圧水と圧縮空気を噴射させながらツールス１０を回転方向ｄに回転させることを２分程度実行する。
【００３６】
次に、図１（ｂ）のようにツールス１０のモニタ１３の噴射口１３ａから高圧水と圧縮空気を噴射させながらツールス１０を回転方向ｄに回転させるとともに、ツールス１０を上方ｃに引き上げながらモニタ１３の先端の充填口１３ｂから充填材を送り出す。このように、ツールス１０を回転させかつ一定速度で引き上げながら噴射口１３ａから高圧水と圧縮空気を噴射することで、地盤Ｇを所定の半径及び引き上げ高さで切削して弛緩空聞とし、その弛緩空間内が泥土化するとともに、充填口１３ｂから充填材を送り出し圧入することで下側から弛緩空間内に充填材を充填する。この充填材の圧入のとき、図１（ｂ）、後述の図５のように、モニタ１３の先端の充填口１３ｂは、充填された充填材の中にあることが好ましい。
【００３７】
上述の切削及び充填工程の途中で、図１（ｂ）のように、地盤Ｇ内の改良対象部分の下側部分Ｂ１から充填材が圧入により充填され、上側部分Ｂ２へと順次充填されていく。このとき、下側部分Ｂ１への充填材の充填にともなって上側部分Ｂ２の泥土は、上方ｂへと押し上げられ、ついには地表面Ｓへと押し出されて排除される。
【００３８】
図３（ｃ）のように、ツールス１０を長さＨだけ引き上げ、弛緩空間内に充填材を充填させると、充填が完了し、図１（ｃ）のようにツールス１０を引き上げる。これにより、図１（ｃ）、図３（ｃ）のように、下端の深さがＨ１で高さＨの改良体Ｂを地盤Ｇ内に造成することができる。このようにして、地盤内に充填材を圧入することで改良地盤を造成できる。
【００３９】
上述のように、本地盤改良工法では、ツールス１０のモニタ１３の中間部分にある噴射口１３ａから高圧水と圧縮空気を噴射させて地盤内を切削し泥土化するとともに、モニタ１３の先端の充填口１３ｂから充填材を送り出して切削泥土の下端から充填材を充填し、充填材の上にある切削泥土を外部に排出するので、切削泥土と充填材とが混合することなく切削泥土を充填材に置換することができる。
【００４０】
次に、上述の地盤改良工法のさらなる詳細例及び改良体Ｂのサイズを確認する管理システム・管理方法について図５，図６を参照して説明する。図５は図１（ｂ）の工程をさらに詳しく説明するための図である。図６は本実施形態の地盤改良工法の管理システムに用いられる管理装置を概略的に示すブロック図である。
【００４１】
本実施形態の地盤改良工法では、上述のように改良対象の地盤Ｇ内に改良体Ｂを造成するとき、地盤Ｇから押し出された泥土を再利用する。すなわち、図５のように、地盤Ｇ内から上方ｂに押し出されて排泥された泥土を、穴Ａの上部の凹部Ｄに配置された送り出しポンプ２１により貯泥槽２２に送り貯蔵する。貯泥槽２２から泥土をポンプ２３で混練プラント２４に送り、混練プラント２４で泥土にセメント等の自硬性材料を混入し、管路ミキサ２５で水ガラス等の添加材を加えて充填材とし、この充填材をコンクリートポンプ２６によりツールス１０のスイベル１１へと圧送する。充填材は、スイベル１１から図４のロッド１２の中央孔１２ａを通ってモニタ先端の充填口１３ｂから地盤Ｇ内へと圧入されるようにして供給される。
【００４２】
図５のように、コンクリートポンプ２６とツールス１０のスイベル１１との間に流量計２７を配置し、充填材の単位時間あたりの流量を連続して計測することで、地盤Ｇ内に供給された充填材量を計測する。流量計２７は、例えば、公知の電磁式流量計であってよく、その計測値が電気信号として出力する。
【００４３】
また、穴Ａの上部の凹部Ｄ内にｐＨセンサ２８を配置し、地盤Ｇ内からツールス１０と穴Ａとの間を通って上方ｂへと押し出された被押出材料のｐＨを計測する。ｐＨセンサ２８は、公知の電極構造のものであってよく、そのｐＨ計測値が電気信号として出力する。
【００４４】
充填材は自硬性材料としてセメントが混入されているため、ｐＨが１１〜１４程度のアルカリ性であり、一般の地盤はｐＨが７〜８程度の中性である場合、ｐＨを測定することで、充填材と地盤の泥土とを区別することができる。
【００４５】
上述のように、本実施形態の地盤改良工法では、地盤内で泥土を充填材で押し上げて排出するため排出された泥土には自硬性材料が混入しない。このため、地盤Ｇ内から上方ｂへと押し出された被押出材料のｐＨをｐＨセンサ２８により計測することで、その被押出材料が地盤を泥土化した中性の泥土であるか、または、地盤内に供給したアルカリ性の充填材であるか、を検知することができる。充填材の検知により地盤内での充填材の充填完了時点を判断できる。
【００４６】
図６に示すように、本実施形態の地盤改良工法用管理システムの管理装置３０は、パーソナルコンピュータ（パソコン／ＰＣ）３１と、パソコン３１から出力するデータを表示する液晶パネル等からなる表示部３２と、を有し、パソコン３１には流量計２７から出力した充填材の流量の電気信号と、ｐＨセンサ２８から出力したｐＨの電気信号とが入力し、パソコン３１は、所定の演算を行い、その演算結果を表示部３２に表示するようになっている。
【００４７】
本実施形態の地盤改良工法における改良体Ｂの径はツールス１０のモニタ１３の引き上げ時間で制御することができ、また、改良体Ｂの高さＨはツールス１０の引き上げ高さで制御することができる。
【００４８】
図６の管理装置３０による、図１（ａ）、図３（ｃ）の地盤Ｇ内に造成された改良体Ｂのサイズ、特に径の確認方法について説明する。
【００４９】
図５のように、地盤Ｇ内で切削予定の半径をｒ、高さをＨとすると、切削予定（設計）の体積Ｖは、次式（１）であらわすことができる。
【００５０】
Ｖ＝πｒ2Ｈ （１）
【００５１】
パソコン３１は、充填材の充填中に図５，図６のｐＨセンサ２８により地盤から押し出された被押出材料のｐＨが中性からアルカリ性に変化したことを検知すると、充填開始から検知時点までの充填材の総充填量Ｖ’を流量計２７による計測結果から演算して求める。
【００５２】
実際の切削半径をＲとすると、次式（２）が成り立つ。
【００５３】
Ｖ’＝πＲ2Ｈ （２）
【００５４】
上記式（２）から次式（３）が得られる。
【００５５】
Ｒ＝［Ｖ’／（πＨ）］0.5 （３）
【００５６】
得られた実際の切削半径Ｒと、切削予定の半径ｒとを比べて、Ｒ＝ｒ、または、Ｒ≒ｒである場合は、改良体Ｂは切削予定の半径を有すると判断できる。これにより、改良体の径を確認することができる。
【００５７】
また、Ｒ＜ｒの場合は、予定の有効径の弛緩空間が形成されていないことになるので、ツールス１０のモニタ１３の引き上げ時間を長くし、有効径が大きくなるように管理する。
【００５８】
また、Ｒ＞ｒの場合は、予定の有効径以上の弛緩空間が形成されていることになるので、ツールス１０のモニタ１３の引き上げ時間を短くし、有効径が小さくなるように管理する。
【００５９】
なお、上記例では、実際の切削半径Ｒと、切削予定の半径ｒとを比べたが、計測によって得られた、充填開始から検知時点までの充填材の総充填量Ｖ’を、上記式（１）から得られる予定（設計）の充填量Ｖと比較してもよい。この場合、Ｖ’＝Ｖ、または、Ｖ’ ≒Ｖであれば、Ｒ＝ｒ、または、Ｒ≒ｒである。また、Ｖ’＜Ｖであれば、Ｒ＜ｒである。また、Ｖ’＞Ｖであれば、Ｒ＞ｒである。
【００６０】
以上のように、本実施形態の地盤改良工法によれば、改良対象の地盤内に高圧水・圧縮空気により形成した切削泥土と地盤内に送り込んだ充填材とが混合せずに切削泥土を充填材に完全に置換することができるとともに、外部に押し出された泥土を処理し、充填材として再利用することができる。また、改良対象の地盤内に充填材により造成された改良体の直径を原位置で確認し管理することができる。
【００６１】
また、多重管のツールス１０のモニタ１３における噴射口１３ａと充填口１３ｂとの距離ａは１ｍ以上が好ましく、これにより、充填材が排出泥土に確実に混入しないようにできる。
【００６２】
従来工法においては、高圧水による対象地盤の泥土化と硬化材スラリーの噴射とがほぼ同位置で行われており、硬化材スラリーがエアリフトされ排出泥土に混入するため改良工程の初期より高ｐＨとなり、上述のような管理手法をとることが不可能であったが、本実施形態の地盤改良工法においては、排出泥土のｐＨと充填材の充填量を経時的に計測することにより、改良杭径（弛緩空間）の原位置確認が可能であり、従来工法よりも安全かつ経済的に所定の直径の改良体を造成することができる。
【００６３】
次に、上述のｐＨセンサによる充填材の充填完了時の判断についての別の手段・方法について説明する。すなわち、混練プラント２４の出口付近にｐＨセンサ２９を別途設け、混練プラント２４から排出された充填材のｐＨを計測する。ｐＨセンサ２９から出力したｐＨの電気信号を図６の破線のようにパソコン３１に入力させる。充填材の充填中において、ｐＨセンサ２８により計測された地盤から押し出された充填材のｐＨと、ｐＨセンサ２９により計測された混練プラント２４でつくられた充填材のｐＨとが等しくなった時点を、地盤Ｇ内での充填材の充填完了時と判断する。かかるｐＨ計測の手段・方法によれば、排出泥土に充填材が混入した場合や地盤がアルカリ性の場合等でも、充填材が泥土と完全に置換した時点を確実に判断することができる。
【００６４】
また、排出泥土に充填材が混入しないことを目的として、ツールス１０のモニタ１３を引き上げることなく、予め例えば厚さ５０ｃｍ程度の充填材を弛緩空間内に充填しておき、その後、図５のようにモニタ１３の充填口１３ｂが常に充填材の中にある状態となるように、モニタ１３の引き上げ速度と充填材の充填速度を同期させて制御し管理することが好ましい。モニタ１３の引き上げ速度は図１のバックホウＢＨの操作パネルから得ることができる。また、充填材の充填速度は図５，図６の流量計２７の測定流量から求めることができる。
【００６５】
同様に排出泥土に充填材が混入しないことを目的として、従来工法が引き上げ施工しかできないのに対して、引き上げ施工のみではなく、例えば貫入切削１０分、引き上げ切削１０分とし、引き上げ時のみ充填材を充填するように制御し管理するようにしてもよい。これにより、貫入切削時に充填材の混入がないため、pHによる管理がより確実に実施できる。
【００６６】
また、地盤の締め固めを目的に、上述の管理システム・方法で管理された有効径の弛緩空間内に、弛緩空間以上の充填材を充填することにより、地盤を締め固めるようにしてもよい。
【実施例】
【００６７】
本地盤改良工法の効果を確認するために図２のツールスを用いて図１，図２のような地盤改良工法を実施した。地盤中に造成する柱状の改良体の目標直径は１．５ｍ、高さは１．５〜２ｍであり、施工管理は上述のように切削泥土が充填材と完全に置換するようにした。
【００６８】
実施例１，２，３として図２のツールスのモニタの噴射口と充填口との距離ａを１００ｃｍとした。比較例１，２，３として距離ａを５０ｃｍとした。各実施例、各比較例の条件を次の表１に示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
地盤内に改良体を造成した後、地盤内を掘削して改良体を目視し、直径、高さを測定した。その結果を表２に示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】
表２のように、実施例１，２，３では、ほぼ目標どおりの改良体が形成された。これに対し、比較例１，２，３では、周囲のスライムを除去している間に改良体が崩壊してしまった。充填材に原地盤の泥土が混入してしまったためと考えられる。
【００７３】
以上のように、ツールスのモニタの噴射口と充填口との距離ａが各比較例のように５０ｃｍと短い場合、充填材に泥土が混入し、充填材が圧縮空気によ排泥とともに排出されてしまったのに対し、各実施例のように１ｍと長い場合は排泥中に充填材が混入せずに置換されたことが確認された。
【００７４】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本実施形態では、充填材が改良対象の地盤内に完全に充填されたことを、ｐＨ計測により確認したが、本発明はこれに限定されず、目視や手で触ることによる確認であってもよい。すなわち、泥土と色が異なる充填材や泥土と固さ、粘性が異なる充填材の場合は、目視や手で触ることにより両者を区別できる。また、泥土と充填材とを色等で区別しにくい場合や省力化を図る場合には、ｐＨ計測の方が好ましい。
【００７５】
また、本実施形態では、地盤の切削に高圧水と圧縮空気とを用いたが、これに限定されず、高圧水と圧縮空気のいずれか一方を用いてもよい。
【００７６】
なお、本明細書では、充填材は自硬性材料を含むが、自硬性材料はセメントに代表される地盤改良材であり、水ガラス等を添加することもできる。また、充填材は、切削泥土に自硬性材料を加えて得ることができるが、これに限定されず、切削泥土以外から得るようにしてもよい。
【００７７】
また、充填材は、地盤内に噴射されるものではなく、モニタ先端の充填口から地盤内に圧入されるものである。したがって、本明細書では、充填口から地盤内に圧入される材料を総称して充填材という。
【符号の説明】
【００７８】
１０ ツールス（多重管）
１１ スイベル
１２ ロッド
１２ａ 中央孔
１２ｂ 圧縮空気孔
１２ｃ 高圧水孔
１３ モニタ
１３ａ 噴射口
１３ｂ 充填口
２７ 流量計
２８ ｐＨセンサ
２９ ｐＨセンサ
３０ 管理装置
Ｂ 改良体
Ｇ 地盤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧水および／または圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、
前記地盤内に改良体を形成するために前記泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、
前記充填材の送り込みにより前記泥土を外部に押し出す工程と、
前記外部に押し出された泥土に続いて前記充填材が押し出されたことを確認する工程と、
前記地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する工程と、を含み、
前記充填材の確認結果に基づいて前記地盤内における前記充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の前記充填材の充填量の計測結果に基づいて前記地盤内に形成された改良体のサイズを確認することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記外部に押し出された充填材の確認は、前記地盤内から外部に押し出された材料のｐＨを計測することで行う請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記外部に押し出された泥土を処理し、前記充填材として前記地盤内へと送り込むときの流量を測定することで前記充填量を計測する請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
複数の管路を有する多重管を前記地盤内に挿入し、前記多重管の側面に設けた噴射口から高圧水および／または圧縮空気を噴射するとともに、前記多重管を回転させかつ引き上げながら前記多重管の先端側に設けた充填口から前記充填材を送り込む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の地盤改良工法。
【請求項５】
前記多重管を引き上げることなく予め前記充填材を充填し、その後、前記多重管の引き上げ速度と前記充填材の充填速度とを同期させることで前記充填材を前記充填口が常に前記充填材の中にある状態で送り込む請求項４に記載の地盤改良工法。
【請求項６】
前記地盤内で予め貫入切削を行い、その後、前記多重管の引き上げとともに前記充填材を送り込む請求項４に記載の地盤改良工法。
【請求項７】
前記確認された改良体サイズの弛緩空間内に、その弛緩空間以上の前記充填材を充填することにより前記地盤を締め固める請求項１乃至６のいずれか１項に記載の地盤改良方法。
【請求項８】
高圧水および／または圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、前記地盤内に改良体を形成するために前記泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、前記充填材の送り込みにより前記泥土を外部に押し出す工程と、を含む地盤改良工法における前記改良体のサイズを管理するためのシステムであって、
前記地盤内から外部に押し出された材料のｐＨを計測する手段と、
前記地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する手段と、を備え、
前記ｐＨの計測結果に基づいて前記地盤内における前記充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の前記充填材の充填量の計測結果に基づいて前記地盤内に形成された改良体のサイズを確認することを特徴とする地盤改良工法のための管理システム。
【請求項９】
前記外部に押し出された泥土に自硬性材料を加えて前記泥土を処理して得た充填材を前記地盤内へと送り込む手段と、前記送り込むときの流量を測定することで前記充填量を計測する手段と、を備える請求項８に記載の地盤改良工法のための管理システム。
【請求項１】
高圧水および／または圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、
前記地盤内に改良体を形成するために前記泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、
前記充填材の送り込みにより前記泥土を外部に押し出す工程と、
前記外部に押し出された泥土に続いて前記充填材が押し出されたことを確認する工程と、
前記地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する工程と、を含み、
前記充填材の確認結果に基づいて前記地盤内における前記充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の前記充填材の充填量の計測結果に基づいて前記地盤内に形成された改良体のサイズを確認することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記外部に押し出された充填材の確認は、前記地盤内から外部に押し出された材料のｐＨを計測することで行う請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記外部に押し出された泥土を処理し、前記充填材として前記地盤内へと送り込むときの流量を測定することで前記充填量を計測する請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
複数の管路を有する多重管を前記地盤内に挿入し、前記多重管の側面に設けた噴射口から高圧水および／または圧縮空気を噴射するとともに、前記多重管を回転させかつ引き上げながら前記多重管の先端側に設けた充填口から前記充填材を送り込む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の地盤改良工法。
【請求項５】
前記多重管を引き上げることなく予め前記充填材を充填し、その後、前記多重管の引き上げ速度と前記充填材の充填速度とを同期させることで前記充填材を前記充填口が常に前記充填材の中にある状態で送り込む請求項４に記載の地盤改良工法。
【請求項６】
前記地盤内で予め貫入切削を行い、その後、前記多重管の引き上げとともに前記充填材を送り込む請求項４に記載の地盤改良工法。
【請求項７】
前記確認された改良体サイズの弛緩空間内に、その弛緩空間以上の前記充填材を充填することにより前記地盤を締め固める請求項１乃至６のいずれか１項に記載の地盤改良方法。
【請求項８】
高圧水および／または圧縮空気により地盤内を泥土化する工程と、前記地盤内に改良体を形成するために前記泥土化された地盤内に充填材を送り込む工程と、前記充填材の送り込みにより前記泥土を外部に押し出す工程と、を含む地盤改良工法における前記改良体のサイズを管理するためのシステムであって、
前記地盤内から外部に押し出された材料のｐＨを計測する手段と、
前記地盤内に送り込まれる充填材の充填量を計測する手段と、を備え、
前記ｐＨの計測結果に基づいて前記地盤内における前記充填材の充填完了時期を判断し、その判断時の前記充填材の充填量の計測結果に基づいて前記地盤内に形成された改良体のサイズを確認することを特徴とする地盤改良工法のための管理システム。
【請求項９】
前記外部に押し出された泥土に自硬性材料を加えて前記泥土を処理して得た充填材を前記地盤内へと送り込む手段と、前記送り込むときの流量を測定することで前記充填量を計測する手段と、を備える請求項８に記載の地盤改良工法のための管理システム。
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１８５０１６（Ｐ２０１１−１８５０１６Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４６３０（Ｐ２０１０−５４６３０）
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（０００１６６６２７）五洋建設株式会社 (364)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（０００１６６６２７）五洋建設株式会社 (364)
【Ｆターム（参考）】
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