地盤改良工法
【課題】必要な作業者の数を低減することによりコストの低減を図る地盤改良工法を提供することを目的とする。
【解決手段】地盤改良工法では、混合攪拌機４とケーシング部３とベースマシン２とを備え、傾斜計７がケーシング部３に設けられ、距離測定器１１がベースマシン２に設けられた地盤改良施工機１を使用する。地盤改良工法では、混合攪拌機４を施工区分Ｃ１に配置して、傾斜計７の測定した傾斜に基づきケーシング部３を鉛直にした後、距離測定器１１がケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を測定して、測定した距離を初期値Ｌとする。さらに、ケーシング部３及び混合攪拌機４の地盤への貫入又は地盤からの引き抜きの際、ケーシング部３が傾斜した場合、ケーシング部３を鉛直にすると共に、ケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を初期値Ｌに合わせることによって、ケーシング部３の位置を調整する。
【解決手段】地盤改良工法では、混合攪拌機４とケーシング部３とベースマシン２とを備え、傾斜計７がケーシング部３に設けられ、距離測定器１１がベースマシン２に設けられた地盤改良施工機１を使用する。地盤改良工法では、混合攪拌機４を施工区分Ｃ１に配置して、傾斜計７の測定した傾斜に基づきケーシング部３を鉛直にした後、距離測定器１１がケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を測定して、測定した距離を初期値Ｌとする。さらに、ケーシング部３及び混合攪拌機４の地盤への貫入又は地盤からの引き抜きの際、ケーシング部３が傾斜した場合、ケーシング部３を鉛直にすると共に、ケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を初期値Ｌに合わせることによって、ケーシング部３の位置を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地盤改良工法に係り、特にショベル系の掘削機をベースマシンとして、このベースマシンのアーム先端に混合攪拌機を取り付けた地盤改良装置を使用する地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
改良対象地盤を固化処理する地盤改良工法において、改良対象地盤を掘削しながら地盤改良材である固化材スラリーを吐出し、改良対象地盤の土壌と固化材スラリーとを混合攪拌することによって固化処理を行なうものがある。上述の地盤改良を実施する地盤改良装置の中で、地表から深度１０ｍ程度までを対象として、バックホウ等のショベル系の掘削機をベースマシンとし、このベースマシンのアーム先端に混合攪拌機を取り付けた地盤改良装置がある。そして、この地盤改良装置では、混合攪拌機は改良対象地盤に対して略垂直に貫入された後、引き抜かれ、貫入又は引き抜きの際に改良対象地盤が改良される。さらに、この貫入及び引き抜きを繰り返して、改良対象地盤内に連続した改良体が造成される。
【０００３】
特許文献１には、ショベル系の掘削機であるベースマシンのアーム先端に、上下方向に周回移動するチェーン式の混合攪拌翼を備えた混合攪拌ヘッドを装着した地盤改良機械が記載されている。さらに、特許文献１には、この地盤改良機械を使用して、複数の連続した改良体を施工することにより改良壁体を構築する地盤改良方法が記載されている。
【０００４】
上述の地盤改良方法では、改良壁体を構築する方向とベースマシンの走行方向とがほぼ平行になるようにベースマシンがセットされる。ベースマシンは、非走行状態で、混合攪拌ヘッドを作動させて、アームの操作により混合攪拌ヘッドを地中に貫入する。所定の深度まで混合攪拌ヘッドを貫入後、ベースマシンは、混合攪拌ヘッドを停止して、アームを旋回させながら改良壁体の長手方向と平行に所定量だけ走行する。そして、ベースマシンは、混合攪拌ヘッドを再び作動させ、アームを改良壁体の構築方向に所定量だけ旋回させることにより、混合攪拌ヘッドが改良壁体の構築方向に向かって掘進しつつ改良対象地盤を改良する。さらに、アームの旋回完了後、ベースマシンは、上述と同様にして、改良壁体の長手方向と平行に所定量だけ走行する。このように、アームの旋回による混合攪拌ヘッドの掘進工程（非走行掘進工程）及びベースマシンの走行工程（非掘進走行工程）を交互かつ連続的に繰り返すことによって、改良壁体が構築される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０７６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の地盤改良機械のように、混合攪拌ヘッドを地盤に貫入した状態でアームを旋回させて混合攪拌ヘッドで掘進しつつ地盤改良するのではなく、地盤改良箇所毎に混合攪拌ヘッドの貫入・引き抜きを行なって地盤改良する場合、地盤改良箇所毎で混合攪拌ヘッドの地盤改良箇所への位置合わせが必要になる。そして、ベースマシンのアームを動作させることによって混合攪拌ヘッドの位置が変化し、さらに、地盤改良箇所が変わるとベースマシンの移動が必要になることから、ベースマシンのオペレータの視線方向の混合攪拌ヘッドの位置が明確に把握できず、混合攪拌ヘッドの地盤改良箇所への位置合わせは、オペレータのみでは行なうことができない。このため、混合攪拌ヘッドの位置を観測しオペレータに通知して混合攪拌ヘッドを誘導する観測者が必要となる。
よって、地盤改良箇所が変わる毎に観測者による混合攪拌ヘッドの位置の誘導が必要になるため、地盤改良の施工中のほとんどの時間においてこの観測が必要となり、観測者は専属となる。従って、１つのベースマシンに対して、少なくとも１人の専属の観測者を必要とするため、コストが上昇するという問題がある。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、必要な作業者の数を低減することによりコストの低減を図る地盤改良工法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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明に係る地盤改良工法は、土及び固化材を混合攪拌すると共に掘削可能な混合攪拌機と、混合攪拌機が取り付けられた細長のケーシング部と、ケーシング部が可動なアームに取り付けられたベースマシンとを備える地盤改良装置による地盤改良工法において、ケーシング部には、ケーシング部の傾斜を測定する傾斜計が設けられ、ベースマシンには、ケーシング部との間の距離を測定する距離測定器が設けられており、ａ）混合攪拌機を第一の地盤改良箇所に配置し、傾斜計の測定した傾斜に基づきケーシング部を鉛直にするステップと、ｂ）距離測定器がケーシング部及び距離測定器の間の距離を測定し、測定した距離を初期値とするステップと、ｃ）ケーシング部及び混合攪拌機を所定の深度まで地盤に貫入させるステップと、ｄ）ケーシング部及び混合攪拌機を所定の深度まで貫入後、地盤より引き抜くステップと、ｅ）ステップｃ）またはｄ）において、ケーシング部が鉛直な状態から傾斜した際、傾斜計の測定した傾斜に基づきケーシング部を鉛直にすると共に、距離測定器の測定した距離に基づきケーシング部及び距離測定器の間の距離を初期値に合わせることによって、ケーシング部の位置を調整するステップと、ｆ）ステップｃ）またはｄ）において、ケーシング部及び混合攪拌機の地盤への貫入から引き抜きまでの間に、混合攪拌機に固化材を供給し、混合攪拌機により固化材及び土を混合攪拌するステップとを含む。
【０００９】
これにより、ケーシング部及び距離測定器の間を測定した距離の値をその初期値に設定した後、ベースマシンのオペレータは、ケーシング部の鉛直な状態からの傾斜、並びにケーシング部及び距離測定器の間の距離を確認しながら、ケーシング部の位置を所定の位置に調整しつつ、地盤改良を行なうことができる。よって、地盤改良の施工中は、地盤改良箇所にケーシング部の位置調整のための誘導者が不要になるため、必要な作業者の数を低減してコストの低減を図ることが可能である。
【００１０】
地盤改良工法において、第一の地盤改良箇所から第二の地盤改良箇所に移動する際、ベースマシンが、第一の地盤改良箇所から第二の地盤改良箇所へ向かう方向と平行に移動し、混合攪拌機を第二の地盤改良箇所に配置するために、傾斜計の測定した傾斜に基づきケーシング部を鉛直にすると共に、距離測定器の測定した距離に基づきケーシング部及び距離測定器の間の距離を初期値に合わせてもよい。これにより、混合攪拌機の第一の地盤改良箇所から第二の地盤改良箇所への配置は、ベースマシンのオペレータのみで可能であるため、必要な作業者の数を低減してコストの低減を図ることが可能である。
【００１１】
ケーシング部が鉛直な状態から傾斜した際、混合攪拌機の攪拌動作を緩やかにして、ケーシング部の位置を調整してもよい。ケーシング部の傾斜は、混合攪拌機が障害物に接触することや、混合攪拌機の貫入時に地盤の土質が変化すること等によって生じる。混合攪拌機の攪拌動作を緩やかにすることによって、障害物や周囲の土から混合攪拌機が受ける力が低減されるため、ケーシング部の位置の調整が容易になる。
距離測定器は超音波式であってもよい。超音波式の距離測定器は、安価でありコストを低減できる。さらに、超音波式の距離測定器は、対象物の材質に関係なく安定した測定が可能であり、また、明暗の影響を受けにくい。
距離測定器はレーザー式であってもよい。レーザー光線は、その広がりが小さい。このため、レーザー光線による距離測定は、その測定点は小さくなるので、正確な距離測定を行なうことができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る地盤改良工法によると、必要な作業者の数を低減することによりコストを低減させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態に係る地盤改良施工機の構成を示すものであって、地盤改良施工機を動作させる前の状態を示す模式側面図である。
【図２】図１の地盤改良施工機が動作している状態を示す模式側面図である。
【図３】図１及び２の地盤改良施工機の状態を示す模式平面図である。
【図４】図１の攪拌機を後方側から前方側に向かって見た拡大模式側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態
図１及び４を用いて、この発明の実施の形態に係る地盤改良施工機１の構成を説明する。なお、以下の実施形態において、ベースマシンとしてショベル系の掘削機であるバックホウを使用した場合の例について説明する。
【００１５】
図１を参照すると、地盤改良装置である地盤改良施工機１は、重量が４５ｔ級のベースマシン２を備えている。ベースマシン２はアーム２ａを有しており、アーム２ａの先端部には、矩形断面を有し且つ細長の筒状部材からなるケーシング部３の一端が取り付けられている。ケーシング部３の他端には、混合攪拌機４（以下、攪拌機４と略称する）が取り付けられており、攪拌機４が、ケーシング部３を介してベースマシン２のアーム２ａに垂下された状態となっている。
【００１６】
図１及び図４を合わせて参照すると、攪拌機４は、ケーシング部３を両側から挟むようにして２つの略十字形状をした攪拌翼４ａを回転可能に有し、ケーシング部３の内部に攪拌翼４ａを駆動するためのモータ４ｃを有している。攪拌機４すなわちモータ４ｃは、ベースマシン２の操縦室２ｂでの操作によって動作させることができ、モータ４ｃが駆動することによって攪拌翼４ａはその回転軸４ｂを中心に回転する。さらに、攪拌翼４ａには、攪拌爪４ａ１が複数設けられており、攪拌翼４ａは、回転することによって地盤を掘削・攪拌することができる。さらに、攪拌機４には、攪拌翼４ａの近傍における回転軸４ｂを挟んだ上下に地盤の固化材である固化材スラリーを吐出するための吐出口として、上部吐出口４ｄ及び下部吐出口４ｅが設けられている。上部吐出口４ｄ及び下部吐出口４ｅには、ベースマシン２とは別に設けられた固化材スラリーの製造プラントで製造された固化材スラリーが供給されるようになっている。よって、攪拌機４は、攪拌翼４ａを回転させつつ固化材スラリーを吐出することによって、攪拌翼４ａにより掘削されてほぐされた地盤の土と固化材スラリーとを混合攪拌し、改良対象とする地盤の土質を改良して向上させる。そして、上述に示す攪拌機４は、回転する攪拌翼４ａによって地盤改良を行なうため、ロータリー式混合攪拌機と称される。
【００１７】
また、図１を参照すると、ケーシング部３におけるアーム２ａとの接続部側となる端部には、支持部材５が設けられており、支持部材５には、ヘッドタンク６及び傾斜計７が設けられている。さらに、ベースマシン２の安定した車体には、圧力センサ８が設けられている。圧力センサ８は、アーム２ａに沿って設けられた図示しない導圧管を介してヘッドタンク６に連結されており、ヘッドタンク６との水頭差を測定することができる。また、傾斜計７は、例えば、市販のサーボ方式重力加速度検出タイプが使用される。
【００１８】
圧力センサ８及び傾斜計７は、ケーブルを介して、操縦室２ｂに設けられた表示モニタ２ｃに接続されている。表示モニタ２ｃには、圧力センサ８からヘッドタンク６及び圧力センサ８の水頭差を示す信号が送られ、傾斜計７から傾斜計７の傾斜角度を示す信号が送られる。表示モニタ２ｃは、圧力センサ８から送られる信号から、ベースマシン２に対する支持部材５の相対位置を算出し、この算出結果から、攪拌機４の位置を算出することによって掘削深度を算出して表示する。また、表示モニタ２ｃは、傾斜計７から送られる信号から、ケーシング部３の軸方向である長手方向の、鉛直方向Ｖに対する前後方向への傾斜角度θを計算して表示する。なお、表示モニタ２ｃには、測定・算出された掘削深度及びケーシング部３の傾斜角度θが、刻々とリアルタイムで表示され続ける
【００１９】
また、ベースマシン２の操縦室２ｂには、超音波を使用して対象物までの距離を測定する超音波式の距離測定器１１が設けられている。距離測定器１１は、ベースマシン２が水平な地盤に設けられている場合に、超音波を水平な前方方向、すなわちケーシング部３に向けて水平な方向に発信し、ケーシング部３におけるベースマシン２側の面と距離測定器１１との距離、すなわち、ケーシング部３と距離測定器１１との距離を測定するように配置されている。よって、距離測定器１１は、ケーシング部３と距離測定器１１との水平距離を測定する。
【００２０】
距離測定器１１は、操縦室２ｂのオペレータが、距離測定器１１に設けられた測距開始ボタンを押すことによって、超音波を発信して対象物までの距離を測定し、測定距離を表示する。距離測定器１１は、測定開始ボタンを押すとそれ以降継続的に測距し続け、測定された対象物までの距離は、刻々とリアルタイムで表示され続ける。また、上述に示すように、ケーシング部３の傾斜角度θも、傾斜計７の検出により表示モニタ２ｃにリアルタイムで表示され続けている。
このように、ケーシング部３の傾斜角度θと、ケーシング部３と距離測定器１１との距離すなわちケーシング部３の水平方向の位置とを操縦室２ｂのオペレータが常時リアルタイムで把握できることによって、ケーシング部３の定位置での鉛直な貫入が可能になる。また、場合によっては、距離測定器１１の測距開始ボタンをＯＮ（測距開始）及びＯＦＦ（測距停止）することによって、ケーシング部３と距離測定器１１との距離を一時的に計測し、この一時的な計測を必要に応じて行なうようにしてもよい。
【００２１】
超音波式の距離測定器１１は、例えば、バイモルフ振動子を使用したものが利用できる。バイモルフ振動子は、２つの圧電セラミックが分極方向を互いに逆にした状態で張り合わされたものであり、電圧が印加されることによって、一方の圧電セラミックが伸び、他方の圧電セラミックが縮むようにして動作する。
そして、距離測定器１１は、送信部と受信部とを有しており、送信部及び受信部のそれぞれにバイモルフ振動子が設けられている。
【００２２】
送信部では、バイモルフ振動子は、高周波の電圧が印加されると、電圧の極性に応じて２つの圧電セラミックが伸張動作と収縮動作とを繰り返すことによって、振動し超音波を発生する。なお、バイモルフ振動子に印加される電圧の周波数であるパルスは、例えば４０ｋＨｚ（キロヘルツ）のパルスにタイミングパルスを加えたものとなっている。
また、受信部では、バイモルフ振動子は、送信部が発信した超音波が対象物に反射して戻ってきたものを受信し、さらに、受信した超音波のパルスに応じて振動し、交番電流を発生する。
そして、距離測定器１１は、送信部から発信されるタイミングパルスを含む超音波のパルスと、受信部で発生した交番電流のパルスとから、距離測定器１１と対象物との距離を算出する。
【００２３】
なお、距離測定器１１は、最大測定距離が１２〜１８ｍ（メートル）、発信する超音波の周波数が４０ｋＨｚ（キロヘルツ）、測定精度が測定距離の±（プラスマイナス）１％の誤差以内、最小測定単位１ｃｍ（センチメートル）、１回の測定動作での測定に要する時間が２秒以内であるものが好ましい。なお、超音波の伝播速度は、超音波が伝播する空間の空気の温度によって変化するため、距離測定器１１で受信する超音波のパルスは、超音波が伝播する空間の空気の温度によって変化する。よって、距離測定器１１は、温度に応じた超音波の伝播速度の補正を自動的に行なう機能を有するものが好ましい。
【００２４】
次に、この発明の実施の形態に係る地盤改良施工機１による地盤改良の方法を説明する。
図３を参照すると、地盤改良を行なうエリアは、矩形状をした施工箇所１０で示される。施工箇所１０は、攪拌機４の形状に合わせて格子状に区分されており、列部分をＡ〜Ｃの３つの列に区分され、さらに、各列を行部分１、２、３、４、５・・・・・・に区分されている。よって、各施工区分は矩形状になっており、各施工区分の境界は、ベースマシン２のオペレータ及び施工場所の作業者から目視できるように、消石灰等による白いラインで明示されている。
【００２５】
そして、詳細は後述するが、各施工区分においてケーシング部３と共に攪拌機４を鉛直下方向に地盤に貫入させて地盤改良が行なわれる。
また、各施工区分に対する施工の順序について、列部分の施工は、列Ａ、Ｂ、Ｃの順で行なわれ、各列部分、例えば、列部分Ａでは、施工区分Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・・・・の順で方向Ｗ１に向かって行なわれる。さらに、列部分Ａの施工完了後、列部分Ｂの施工が行なわれる。このとき、列部分Ｂでの施工は、方向Ｗ１と反対の方向Ｗ２に向かって進められる。そして、列部分Ｂの施工完了後、列部分Ｃの施工が、施工区分Ｃ１から方向Ｗ１に向かって進められる。また、図１に示すように、各施工区分における地盤改良は、地盤表面から深度Ｄまで行なわれる。なお、４５ｔ級のベースマシン２を使用した場合、深度Ｄは１１ｍ（メートル）程度以下である。
よって、すべての施工区分の地盤改良を行なうことによって、施工箇所１０では、施工箇所１０の全体にわたる連続した改良体が形成される。
【００２６】
ここで、第一の地盤改良箇所である施工区分Ｃ１における地盤改良施工機１による地盤改良の方法を説明する。
図１を参照すると、施工箇所１０における施工区分Ｃ１の近傍に地盤改良施工機１のベースマシン２がセットされる。この際、操縦室２ｂのオペレータは、施工場所に配置された合図者の誘導により、ケーシング部３を介してアーム２ａに垂下させた状態の攪拌機４が施工区分Ｃ１の上方に位置するようにベースマシン２の位置決めを行なう。このとき、図３を参照すると、ベースマシン２は、クローラ２ｄの長手方向である走行方向が、施工箇所１０の列Ｃの長手方向、すなわち、施工区分Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・・・・の中心である杭芯を結ぶ線ＣＬと平行になるように配置されている。
【００２７】
さらに、図１を参照すると、操縦室２ｂのオペレータは、施工場所に配置された合図者の誘導により、アーム２ａを操作して、攪拌機４の中心の位置と施工区分Ｃ１の杭芯ＣＡの位置とを合わせるようにして攪拌機４を施工区分Ｃ１内に配置し、さらに、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の長手方向の傾斜角度θを確認しながら、傾斜角度θが０度となるように、すなわちケーシング部３の長手方向が鉛直方向Ｖになるようにケーシング部３の位置決めを行なう。
ベースマシン２及びケーシング部３の位置決めが完了すると、クローラ２ｄにおける施工箇所１０側の側部に沿って、列Ｃの長手方向すなわち線ＣＬと平行に、消石灰等による白いライン２０が引かれる。（図３参照）
【００２８】
さらに、操縦室２ｂのオペレータにより、距離測定器１１が作動される。距離測定器１１は、鉛直方向Ｖに直立したケーシング部３と距離測定器１１との距離を測定し、測定した距離の値を初期値Ｌとして記憶する。
そして、上述に示す一連の動作を完了することによって、施工区分Ｃ１への地盤改良施工機１のセットが完了する。
【００２９】
地盤改良施工機１のセット完了後、操縦室２ｂのオペレータは、攪拌機４を動作させ、さらに、アーム２ａを操作することによって、攪拌翼４ａを回転させている攪拌機４を地盤に貫入する。
攪拌機４は、アーム２ａによって下方に押しつけられることにより、回転する攪拌翼４ａが地盤をほぐしつつ、下方に掘進する。このとき、操縦室２ｂのオペレータは、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の傾斜角度θを確認しながら、アーム２ａを操作する。
【００３０】
図２を参照すると、攪拌機４が地中に貫入されると、オペレータは、攪拌翼４ａを回転させたまま攪拌機４の下部吐出口４ｅ（図４参照）から固化材スラリーを吐出させる。これにより、吐出された固化材スラリーが、攪拌機４の周辺の土と混合・攪拌される。
ここで、固化材スラリーと改良対象地盤の土との混合攪拌状況について説明する。固化材スラリーと改良対象地盤の土との混合攪拌は、事前に行なった固化材スラリーと改良対象土との配合試験等で予め決定された固化材添加量となるように、所定深度Ｄまでの間において攪拌機４を所定の一定の速度で貫入させながら、固化材スラリーを所定の流量で連続して吐出して、行なわれる。それによって、攪拌機４は、単位時間当たりの攪拌機４の貫入距離に攪拌機４の平面積すなわち攪拌機４の水平方向の攪拌領域の面積を掛けて算出される土量の土と、所定の流量で単位時間当たりに地盤中に供給された量の固化材スラリーとを、単位時間当たりに混合・攪拌する。
【００３１】
また、攪拌翼４ａを回転させつつ攪拌機４を地盤に貫入させていく過程で、地盤の土質の変化や地盤に存在する障害物との接触等の影響により攪拌翼４ａに加わる力が変化すると、攪拌機４が水平方向に移動することがある。このとき、ケーシング部３の傾斜角度θが変化するが、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の傾斜角度θが所定の範囲を超えた場合、操縦室２ｂのオペレータは、攪拌機４の攪拌翼４ａの回転数を下げ、そして、アーム２ａによるケーシング部３の貫入を停止するか又はケーシング部３の貫入速度を低下させ、距離測定器１１を作動させてケーシング部３と距離測定器１１との距離を測定する。ここで、攪拌機４の攪拌翼４ａの回転数を下げること、ケーシング部３の貫入を停止すること、又は、ケーシング部３の貫入速度を低下させることは、攪拌機４の攪拌動作を緩めることである。
【００３２】
オペレータは、ケーシング部３の傾斜角度θと、距離測定器１１により測定された距離及び距離の初期値Ｌの差とからケーシング部３の状態を把握する。そして、オペレータは、アーム２ａを操作して、ケーシング部３の長手方向が傾斜角度θを０度すなわち鉛直となり、ケーシング部３と距離測定器１１との距離の測定値が初期値Ｌと同一になるように、ケーシング部３の位置修正を行なう。なお、攪拌機４の攪拌翼４ａの回転数を下げることによって、攪拌翼４ａが地盤や地盤に存在する障害物等から受ける力を低減することができ、また、攪拌翼４ａを回転させておくことによって、周囲の土を緩め、ケーシング部３の位置修正を容易にすることが可能である。
【００３３】
オペレータは、ケーシング部３の位置を修正し、ケーシング部３の傾斜角度θが０度であり、且つケーシング部３と距離測定器１１との距離が初期値Ｌと同一であることを確認後、攪拌機４の攪拌翼４ａの回転数を再び上昇させ、アーム２ａを操作してケーシング部３及び攪拌機４の地盤への貫入速度をケーシング部３の位置修正前の速度である当初の設定速度に戻して、貫入を続ける。そして、オペレータは、表示モニタ２ｃに表示される掘削深度が所定深度Ｄになると、アーム２ａの貫入を停止させ、固化材スラリーの吐出を停止し、そのままの位置（最下端位置）で先端処理として攪拌翼４ａの回転を続ける。この先端処理が終了すると、オペレータは、アーム２ａを操作して、攪拌翼４ａを回転させたままケーシング部３及び攪拌機４を上方に引き上げる。
【００３４】
ケーシング部３及び攪拌機４を引き上げる際、オペレータは、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の傾斜角度θを確認しながら、ケーシング部３の長手方向が鉛直方向Ｖを維持するようにして引き上げを行なう。そして、攪拌機４が地表に引き上げられると、施工区分Ｃ１の地盤改良が完了する。
上述に示すように、固化材スラリーと土とを混合攪拌しつつ攪拌機４を所定深度Ｄまで貫入することによって、施工区分Ｃ１は、深度Ｄ全体にわたって地盤改良が行なわれる。
【００３５】
図３を参照すると、施工区分Ｃ１の地盤改良の完了後、オペレータは、第二の地盤改良箇所である施工区分Ｃ２の地盤改良を行なうために、ベースマシン２をライン２０に沿って方向Ｗ１に移動させる。ベースマシン２の移動は、ベースマシン２のアーム２ａを旋回させずに行なわれ、そして、施工区分Ｃ１からＣ２への方向と平行、すなわち、施工区分Ｃ１及びＣ２の杭芯同士を結ぶ線ＣＬと平行に行なわれる。このため、オペレータは、施工箇所１０に引かれた施工区分Ｃ２を明示するライン２０を確認しながら、攪拌機４の前後方向の位置をアーム２ａにより調整し、且つ攪拌機４の前進後退方向の位置をクローラ２ｄの移動により調整することによって、攪拌機４を施工区分Ｃ２の上方に位置するように移動させる。さらに、オペレータは、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の傾斜角度θ（図１参照）が０度となるように、そして、距離測定器１１によりケーシング部３と距離測定器１１との距離を測定して、その測定値が初期値Ｌと同一になるように、アーム２ａを操作して、ケーシング部３及び攪拌機４の位置を微調整する。
【００３６】
オペレータは、ケーシング部３及び攪拌機４が所定の位置となったことを確認後、攪拌機４を作動させて、施工区分Ｃ２の地盤改良の施工を開始する。その後の動作は、施工区分Ｃ１と同様にして行なわれる。
上述のように各施工区分において同様の動作を繰り返すことによって、施工区分Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５・・・・・・の地盤改良が、地盤改良施工機１によって、順次行なわれていく。
【００３７】
このように、この発明に係る地盤改良施工機１であって、土及び固化材スラリーを混合攪拌すると共に掘削可能な混合攪拌機４と、混合攪拌機４が取り付けられた細長のケーシング部３と、ケーシング部３が可動なアーム２ａに取り付けられたベースマシン２とを備える地盤改良施工機１によれば、ケーシング部３には、ケーシング部３の傾斜を測定する傾斜計７が設けられ、ベースマシン２には、ケーシング部３との間の距離を測定する距離測定器１１が設けられており、
ａ）混合攪拌機４を第一の地盤改良箇所である施工区分Ｃ１に配置し、傾斜計７の測定した傾斜に基づきケーシング部３を鉛直にするステップと、
ｂ）距離測定器１１がケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を測定し、測定した距離を初期値Ｌとするステップと、
ｃ）ケーシング部３及び混合攪拌機４を所定の深度Ｄまで地盤に貫入させるステップと、
ｄ）ケーシング部３及び混合攪拌機４を所定の深度Ｄまで貫入後、地盤より引き抜くステップと、
ｅ）ステップｃ）またはｄ）において、ケーシング部３が鉛直な状態から傾斜した際、傾斜計７の測定した傾斜に基づきケーシング部３を鉛直にすると共に、距離測定器１１の測定した距離に基づきケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を初期値Ｌに合わせることによって、ケーシング部３の位置を調整するステップと、
ｆ）ステップｃ）またはｄ）において、ケーシング部３及び混合攪拌機４の地盤への貫入から引き抜きまでの間に、混合攪拌機４に固化材スラリーを供給し、混合攪拌機４により固化材スラリー及び土を混合攪拌するステップとを行なうことにより地盤改良工法を行なうことができる。
【００３８】
これによって、ケーシング部３及び距離測定器１１の間を測定した距離を距離の初期値Ｌに設定した後、ベースマシン２のオペレータは、ケーシング部３の鉛直な状態からの傾斜、並びにケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を確認しながら、ケーシング部３の位置を所定の位置に調整しつつ、地盤改良を行なうことができる。よって、地盤改良の施工中は、地盤改良箇所にケーシング部３の位置調整のための誘導者が不要になるため、必要な作業者の数を低減してコストの低減を図ることが可能である。
【００３９】
また、第一の地盤改良箇所である施工区分Ｃ１から第二の地盤改良箇所である施工区分Ｃ２に移動する際、ベースマシン２が、施工区分Ｃ１から施工区分Ｃ２へ向かう方向と平行に移動し、混合攪拌機４を施工区分Ｃ２に配置するために、傾斜計７の測定した傾斜に基づきケーシング部３を鉛直にすると共に、距離測定器１１の測定した距離に基づきケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を初期値Ｌに合わせている。これによって、混合攪拌機４の施工区分Ｃ１から施工区分Ｃ２への配置は、ベースマシン２のオペレータのみで可能であるため、必要な作業者の数を低減してコストの低減を図ることが可能である。
【００４０】
また、ケーシング部３が鉛直な状態から傾斜した際、混合攪拌機４の攪拌動作を緩やかにして、ケーシング部３の位置を調整する。ケーシング部３の傾斜は、混合攪拌機４が障害物に接触することや、混合攪拌機４の貫入時に地盤の土質が変化すること等によって生じる。混合攪拌機４の攪拌動作を緩やかにすることによって、障害物や周囲の土から混合攪拌機４が受ける力が低減されるため、ケーシング部３の位置の調整が容易になる。
また、距離測定器１１は超音波式であるが、超音波式の距離測定器は、安価でありコストを低減できる。さらに、超音波式の距離測定器は、対象物の材質に関係なく安定した測定が可能であり、また、明暗の影響を受けにくい。
【００４１】
また、実施の形態では、距離測定器１１として、超音波式の距離測定器を使用していたが、レーザー光線を使用して対象物までの距離を測定するレーザー式の距離測定器を使用することもできる。レーザー式の距離測定器としては、例えば、最大測定距離５０ｍ程度、測定精度±１．５ｍｍ程度、最小表示単位０．１ｍｍ程度、応答時間０．２秒程度で、光源として６２０〜６９０ｎｍ（ナノメートル）程度の波長の光を放出するレーザーダイオードを持ち、１０ｍ先のレーザースポット径が８ｍｍ程度のレーザー距離センサが挙げられる。このようなレーザー距離センサは、例えば、ＲＳ−２３２Ｃのコネクタ等の出力機構を備え、表示モニタ２ｃのような周辺機器に接続することによって常時リアルタイムに距離表示できることが好ましい。なお、レーザー光線は、レーザー距離センサの１０ｍ先のレーザースポット径が８ｍｍ程度であるように、その広がりが小さい。このため、レーザー光線による距離測定は、その測定点が小さいので、正確な距離測定を行なうことができる。さらに、レーザー光線を使用した距離測定器は、レーザー光線を全て吸収する又は全反射するような対象物以外に使用することができるため、ケーシング部３に対して直接距離を測定することができる。
【００４２】
また、実施の形態では、ケーシング部３及び攪拌機４を地盤に貫入する時にのみ、固化材スラリーを地中に吐出していたが、これに限定されるものでない。ケーシング部３及び攪拌機４を地盤から引き上げる際にも、固化材スラリーを地中に吐出してもよい。この場合、固化材スラリーの吐出口を下部吐出口４ｅから上部吐出口４ｄに切り替える必要がある。固化材スラリーの吐出時期及び吐出量は、改良対象となる地盤の土質や改良目標強度等によって決定される。
また、ベースマシン２の安定した箇所にさらに傾斜計を設けることによって、ベースマシン２の傾斜角度を検出するようにしてもよい。ベースマシン２が傾斜している場合、ケーシング部３と距離測定器１１との間の距離が距離測定器１１により水平距離ではなく斜距離として測定されるが、この測定された斜距離を、ベースマシン２の傾斜角度に応じて、水平距離に補正するようにしてもよい。これにより、より精度の高いケーシング部３の位置管理が可能になる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 地盤改良施工機（地盤改良装置）、２ ベースマシン、２ａ アーム（ベースマシンのアーム）、３ ケーシング部、４ 混合攪拌機、７ 傾斜計、１１ 距離測定器、Ｃ１ 施工区分（第一の地盤改良箇所）、Ｃ２ 施工区分（第二の地盤改良箇所）、Ｄ 深度（所定の深度）、Ｌ 初期値（測定した距離の初期値）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地盤改良工法に係り、特にショベル系の掘削機をベースマシンとして、このベースマシンのアーム先端に混合攪拌機を取り付けた地盤改良装置を使用する地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
改良対象地盤を固化処理する地盤改良工法において、改良対象地盤を掘削しながら地盤改良材である固化材スラリーを吐出し、改良対象地盤の土壌と固化材スラリーとを混合攪拌することによって固化処理を行なうものがある。上述の地盤改良を実施する地盤改良装置の中で、地表から深度１０ｍ程度までを対象として、バックホウ等のショベル系の掘削機をベースマシンとし、このベースマシンのアーム先端に混合攪拌機を取り付けた地盤改良装置がある。そして、この地盤改良装置では、混合攪拌機は改良対象地盤に対して略垂直に貫入された後、引き抜かれ、貫入又は引き抜きの際に改良対象地盤が改良される。さらに、この貫入及び引き抜きを繰り返して、改良対象地盤内に連続した改良体が造成される。
【０００３】
特許文献１には、ショベル系の掘削機であるベースマシンのアーム先端に、上下方向に周回移動するチェーン式の混合攪拌翼を備えた混合攪拌ヘッドを装着した地盤改良機械が記載されている。さらに、特許文献１には、この地盤改良機械を使用して、複数の連続した改良体を施工することにより改良壁体を構築する地盤改良方法が記載されている。
【０００４】
上述の地盤改良方法では、改良壁体を構築する方向とベースマシンの走行方向とがほぼ平行になるようにベースマシンがセットされる。ベースマシンは、非走行状態で、混合攪拌ヘッドを作動させて、アームの操作により混合攪拌ヘッドを地中に貫入する。所定の深度まで混合攪拌ヘッドを貫入後、ベースマシンは、混合攪拌ヘッドを停止して、アームを旋回させながら改良壁体の長手方向と平行に所定量だけ走行する。そして、ベースマシンは、混合攪拌ヘッドを再び作動させ、アームを改良壁体の構築方向に所定量だけ旋回させることにより、混合攪拌ヘッドが改良壁体の構築方向に向かって掘進しつつ改良対象地盤を改良する。さらに、アームの旋回完了後、ベースマシンは、上述と同様にして、改良壁体の長手方向と平行に所定量だけ走行する。このように、アームの旋回による混合攪拌ヘッドの掘進工程（非走行掘進工程）及びベースマシンの走行工程（非掘進走行工程）を交互かつ連続的に繰り返すことによって、改良壁体が構築される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０７６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の地盤改良機械のように、混合攪拌ヘッドを地盤に貫入した状態でアームを旋回させて混合攪拌ヘッドで掘進しつつ地盤改良するのではなく、地盤改良箇所毎に混合攪拌ヘッドの貫入・引き抜きを行なって地盤改良する場合、地盤改良箇所毎で混合攪拌ヘッドの地盤改良箇所への位置合わせが必要になる。そして、ベースマシンのアームを動作させることによって混合攪拌ヘッドの位置が変化し、さらに、地盤改良箇所が変わるとベースマシンの移動が必要になることから、ベースマシンのオペレータの視線方向の混合攪拌ヘッドの位置が明確に把握できず、混合攪拌ヘッドの地盤改良箇所への位置合わせは、オペレータのみでは行なうことができない。このため、混合攪拌ヘッドの位置を観測しオペレータに通知して混合攪拌ヘッドを誘導する観測者が必要となる。
よって、地盤改良箇所が変わる毎に観測者による混合攪拌ヘッドの位置の誘導が必要になるため、地盤改良の施工中のほとんどの時間においてこの観測が必要となり、観測者は専属となる。従って、１つのベースマシンに対して、少なくとも１人の専属の観測者を必要とするため、コストが上昇するという問題がある。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、必要な作業者の数を低減することによりコストの低減を図る地盤改良工法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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明に係る地盤改良工法は、土及び固化材を混合攪拌すると共に掘削可能な混合攪拌機と、混合攪拌機が取り付けられた細長のケーシング部と、ケーシング部が可動なアームに取り付けられたベースマシンとを備える地盤改良装置による地盤改良工法において、ケーシング部には、ケーシング部の傾斜を測定する傾斜計が設けられ、ベースマシンには、ケーシング部との間の距離を測定する距離測定器が設けられており、ａ）混合攪拌機を第一の地盤改良箇所に配置し、傾斜計の測定した傾斜に基づきケーシング部を鉛直にするステップと、ｂ）距離測定器がケーシング部及び距離測定器の間の距離を測定し、測定した距離を初期値とするステップと、ｃ）ケーシング部及び混合攪拌機を所定の深度まで地盤に貫入させるステップと、ｄ）ケーシング部及び混合攪拌機を所定の深度まで貫入後、地盤より引き抜くステップと、ｅ）ステップｃ）またはｄ）において、ケーシング部が鉛直な状態から傾斜した際、傾斜計の測定した傾斜に基づきケーシング部を鉛直にすると共に、距離測定器の測定した距離に基づきケーシング部及び距離測定器の間の距離を初期値に合わせることによって、ケーシング部の位置を調整するステップと、ｆ）ステップｃ）またはｄ）において、ケーシング部及び混合攪拌機の地盤への貫入から引き抜きまでの間に、混合攪拌機に固化材を供給し、混合攪拌機により固化材及び土を混合攪拌するステップとを含む。
【０００９】
これにより、ケーシング部及び距離測定器の間を測定した距離の値をその初期値に設定した後、ベースマシンのオペレータは、ケーシング部の鉛直な状態からの傾斜、並びにケーシング部及び距離測定器の間の距離を確認しながら、ケーシング部の位置を所定の位置に調整しつつ、地盤改良を行なうことができる。よって、地盤改良の施工中は、地盤改良箇所にケーシング部の位置調整のための誘導者が不要になるため、必要な作業者の数を低減してコストの低減を図ることが可能である。
【００１０】
地盤改良工法において、第一の地盤改良箇所から第二の地盤改良箇所に移動する際、ベースマシンが、第一の地盤改良箇所から第二の地盤改良箇所へ向かう方向と平行に移動し、混合攪拌機を第二の地盤改良箇所に配置するために、傾斜計の測定した傾斜に基づきケーシング部を鉛直にすると共に、距離測定器の測定した距離に基づきケーシング部及び距離測定器の間の距離を初期値に合わせてもよい。これにより、混合攪拌機の第一の地盤改良箇所から第二の地盤改良箇所への配置は、ベースマシンのオペレータのみで可能であるため、必要な作業者の数を低減してコストの低減を図ることが可能である。
【００１１】
ケーシング部が鉛直な状態から傾斜した際、混合攪拌機の攪拌動作を緩やかにして、ケーシング部の位置を調整してもよい。ケーシング部の傾斜は、混合攪拌機が障害物に接触することや、混合攪拌機の貫入時に地盤の土質が変化すること等によって生じる。混合攪拌機の攪拌動作を緩やかにすることによって、障害物や周囲の土から混合攪拌機が受ける力が低減されるため、ケーシング部の位置の調整が容易になる。
距離測定器は超音波式であってもよい。超音波式の距離測定器は、安価でありコストを低減できる。さらに、超音波式の距離測定器は、対象物の材質に関係なく安定した測定が可能であり、また、明暗の影響を受けにくい。
距離測定器はレーザー式であってもよい。レーザー光線は、その広がりが小さい。このため、レーザー光線による距離測定は、その測定点は小さくなるので、正確な距離測定を行なうことができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る地盤改良工法によると、必要な作業者の数を低減することによりコストを低減させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態に係る地盤改良施工機の構成を示すものであって、地盤改良施工機を動作させる前の状態を示す模式側面図である。
【図２】図１の地盤改良施工機が動作している状態を示す模式側面図である。
【図３】図１及び２の地盤改良施工機の状態を示す模式平面図である。
【図４】図１の攪拌機を後方側から前方側に向かって見た拡大模式側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態
図１及び４を用いて、この発明の実施の形態に係る地盤改良施工機１の構成を説明する。なお、以下の実施形態において、ベースマシンとしてショベル系の掘削機であるバックホウを使用した場合の例について説明する。
【００１５】
図１を参照すると、地盤改良装置である地盤改良施工機１は、重量が４５ｔ級のベースマシン２を備えている。ベースマシン２はアーム２ａを有しており、アーム２ａの先端部には、矩形断面を有し且つ細長の筒状部材からなるケーシング部３の一端が取り付けられている。ケーシング部３の他端には、混合攪拌機４（以下、攪拌機４と略称する）が取り付けられており、攪拌機４が、ケーシング部３を介してベースマシン２のアーム２ａに垂下された状態となっている。
【００１６】
図１及び図４を合わせて参照すると、攪拌機４は、ケーシング部３を両側から挟むようにして２つの略十字形状をした攪拌翼４ａを回転可能に有し、ケーシング部３の内部に攪拌翼４ａを駆動するためのモータ４ｃを有している。攪拌機４すなわちモータ４ｃは、ベースマシン２の操縦室２ｂでの操作によって動作させることができ、モータ４ｃが駆動することによって攪拌翼４ａはその回転軸４ｂを中心に回転する。さらに、攪拌翼４ａには、攪拌爪４ａ１が複数設けられており、攪拌翼４ａは、回転することによって地盤を掘削・攪拌することができる。さらに、攪拌機４には、攪拌翼４ａの近傍における回転軸４ｂを挟んだ上下に地盤の固化材である固化材スラリーを吐出するための吐出口として、上部吐出口４ｄ及び下部吐出口４ｅが設けられている。上部吐出口４ｄ及び下部吐出口４ｅには、ベースマシン２とは別に設けられた固化材スラリーの製造プラントで製造された固化材スラリーが供給されるようになっている。よって、攪拌機４は、攪拌翼４ａを回転させつつ固化材スラリーを吐出することによって、攪拌翼４ａにより掘削されてほぐされた地盤の土と固化材スラリーとを混合攪拌し、改良対象とする地盤の土質を改良して向上させる。そして、上述に示す攪拌機４は、回転する攪拌翼４ａによって地盤改良を行なうため、ロータリー式混合攪拌機と称される。
【００１７】
また、図１を参照すると、ケーシング部３におけるアーム２ａとの接続部側となる端部には、支持部材５が設けられており、支持部材５には、ヘッドタンク６及び傾斜計７が設けられている。さらに、ベースマシン２の安定した車体には、圧力センサ８が設けられている。圧力センサ８は、アーム２ａに沿って設けられた図示しない導圧管を介してヘッドタンク６に連結されており、ヘッドタンク６との水頭差を測定することができる。また、傾斜計７は、例えば、市販のサーボ方式重力加速度検出タイプが使用される。
【００１８】
圧力センサ８及び傾斜計７は、ケーブルを介して、操縦室２ｂに設けられた表示モニタ２ｃに接続されている。表示モニタ２ｃには、圧力センサ８からヘッドタンク６及び圧力センサ８の水頭差を示す信号が送られ、傾斜計７から傾斜計７の傾斜角度を示す信号が送られる。表示モニタ２ｃは、圧力センサ８から送られる信号から、ベースマシン２に対する支持部材５の相対位置を算出し、この算出結果から、攪拌機４の位置を算出することによって掘削深度を算出して表示する。また、表示モニタ２ｃは、傾斜計７から送られる信号から、ケーシング部３の軸方向である長手方向の、鉛直方向Ｖに対する前後方向への傾斜角度θを計算して表示する。なお、表示モニタ２ｃには、測定・算出された掘削深度及びケーシング部３の傾斜角度θが、刻々とリアルタイムで表示され続ける
【００１９】
また、ベースマシン２の操縦室２ｂには、超音波を使用して対象物までの距離を測定する超音波式の距離測定器１１が設けられている。距離測定器１１は、ベースマシン２が水平な地盤に設けられている場合に、超音波を水平な前方方向、すなわちケーシング部３に向けて水平な方向に発信し、ケーシング部３におけるベースマシン２側の面と距離測定器１１との距離、すなわち、ケーシング部３と距離測定器１１との距離を測定するように配置されている。よって、距離測定器１１は、ケーシング部３と距離測定器１１との水平距離を測定する。
【００２０】
距離測定器１１は、操縦室２ｂのオペレータが、距離測定器１１に設けられた測距開始ボタンを押すことによって、超音波を発信して対象物までの距離を測定し、測定距離を表示する。距離測定器１１は、測定開始ボタンを押すとそれ以降継続的に測距し続け、測定された対象物までの距離は、刻々とリアルタイムで表示され続ける。また、上述に示すように、ケーシング部３の傾斜角度θも、傾斜計７の検出により表示モニタ２ｃにリアルタイムで表示され続けている。
このように、ケーシング部３の傾斜角度θと、ケーシング部３と距離測定器１１との距離すなわちケーシング部３の水平方向の位置とを操縦室２ｂのオペレータが常時リアルタイムで把握できることによって、ケーシング部３の定位置での鉛直な貫入が可能になる。また、場合によっては、距離測定器１１の測距開始ボタンをＯＮ（測距開始）及びＯＦＦ（測距停止）することによって、ケーシング部３と距離測定器１１との距離を一時的に計測し、この一時的な計測を必要に応じて行なうようにしてもよい。
【００２１】
超音波式の距離測定器１１は、例えば、バイモルフ振動子を使用したものが利用できる。バイモルフ振動子は、２つの圧電セラミックが分極方向を互いに逆にした状態で張り合わされたものであり、電圧が印加されることによって、一方の圧電セラミックが伸び、他方の圧電セラミックが縮むようにして動作する。
そして、距離測定器１１は、送信部と受信部とを有しており、送信部及び受信部のそれぞれにバイモルフ振動子が設けられている。
【００２２】
送信部では、バイモルフ振動子は、高周波の電圧が印加されると、電圧の極性に応じて２つの圧電セラミックが伸張動作と収縮動作とを繰り返すことによって、振動し超音波を発生する。なお、バイモルフ振動子に印加される電圧の周波数であるパルスは、例えば４０ｋＨｚ（キロヘルツ）のパルスにタイミングパルスを加えたものとなっている。
また、受信部では、バイモルフ振動子は、送信部が発信した超音波が対象物に反射して戻ってきたものを受信し、さらに、受信した超音波のパルスに応じて振動し、交番電流を発生する。
そして、距離測定器１１は、送信部から発信されるタイミングパルスを含む超音波のパルスと、受信部で発生した交番電流のパルスとから、距離測定器１１と対象物との距離を算出する。
【００２３】
なお、距離測定器１１は、最大測定距離が１２〜１８ｍ（メートル）、発信する超音波の周波数が４０ｋＨｚ（キロヘルツ）、測定精度が測定距離の±（プラスマイナス）１％の誤差以内、最小測定単位１ｃｍ（センチメートル）、１回の測定動作での測定に要する時間が２秒以内であるものが好ましい。なお、超音波の伝播速度は、超音波が伝播する空間の空気の温度によって変化するため、距離測定器１１で受信する超音波のパルスは、超音波が伝播する空間の空気の温度によって変化する。よって、距離測定器１１は、温度に応じた超音波の伝播速度の補正を自動的に行なう機能を有するものが好ましい。
【００２４】
次に、この発明の実施の形態に係る地盤改良施工機１による地盤改良の方法を説明する。
図３を参照すると、地盤改良を行なうエリアは、矩形状をした施工箇所１０で示される。施工箇所１０は、攪拌機４の形状に合わせて格子状に区分されており、列部分をＡ〜Ｃの３つの列に区分され、さらに、各列を行部分１、２、３、４、５・・・・・・に区分されている。よって、各施工区分は矩形状になっており、各施工区分の境界は、ベースマシン２のオペレータ及び施工場所の作業者から目視できるように、消石灰等による白いラインで明示されている。
【００２５】
そして、詳細は後述するが、各施工区分においてケーシング部３と共に攪拌機４を鉛直下方向に地盤に貫入させて地盤改良が行なわれる。
また、各施工区分に対する施工の順序について、列部分の施工は、列Ａ、Ｂ、Ｃの順で行なわれ、各列部分、例えば、列部分Ａでは、施工区分Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・・・・の順で方向Ｗ１に向かって行なわれる。さらに、列部分Ａの施工完了後、列部分Ｂの施工が行なわれる。このとき、列部分Ｂでの施工は、方向Ｗ１と反対の方向Ｗ２に向かって進められる。そして、列部分Ｂの施工完了後、列部分Ｃの施工が、施工区分Ｃ１から方向Ｗ１に向かって進められる。また、図１に示すように、各施工区分における地盤改良は、地盤表面から深度Ｄまで行なわれる。なお、４５ｔ級のベースマシン２を使用した場合、深度Ｄは１１ｍ（メートル）程度以下である。
よって、すべての施工区分の地盤改良を行なうことによって、施工箇所１０では、施工箇所１０の全体にわたる連続した改良体が形成される。
【００２６】
ここで、第一の地盤改良箇所である施工区分Ｃ１における地盤改良施工機１による地盤改良の方法を説明する。
図１を参照すると、施工箇所１０における施工区分Ｃ１の近傍に地盤改良施工機１のベースマシン２がセットされる。この際、操縦室２ｂのオペレータは、施工場所に配置された合図者の誘導により、ケーシング部３を介してアーム２ａに垂下させた状態の攪拌機４が施工区分Ｃ１の上方に位置するようにベースマシン２の位置決めを行なう。このとき、図３を参照すると、ベースマシン２は、クローラ２ｄの長手方向である走行方向が、施工箇所１０の列Ｃの長手方向、すなわち、施工区分Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・・・・の中心である杭芯を結ぶ線ＣＬと平行になるように配置されている。
【００２７】
さらに、図１を参照すると、操縦室２ｂのオペレータは、施工場所に配置された合図者の誘導により、アーム２ａを操作して、攪拌機４の中心の位置と施工区分Ｃ１の杭芯ＣＡの位置とを合わせるようにして攪拌機４を施工区分Ｃ１内に配置し、さらに、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の長手方向の傾斜角度θを確認しながら、傾斜角度θが０度となるように、すなわちケーシング部３の長手方向が鉛直方向Ｖになるようにケーシング部３の位置決めを行なう。
ベースマシン２及びケーシング部３の位置決めが完了すると、クローラ２ｄにおける施工箇所１０側の側部に沿って、列Ｃの長手方向すなわち線ＣＬと平行に、消石灰等による白いライン２０が引かれる。（図３参照）
【００２８】
さらに、操縦室２ｂのオペレータにより、距離測定器１１が作動される。距離測定器１１は、鉛直方向Ｖに直立したケーシング部３と距離測定器１１との距離を測定し、測定した距離の値を初期値Ｌとして記憶する。
そして、上述に示す一連の動作を完了することによって、施工区分Ｃ１への地盤改良施工機１のセットが完了する。
【００２９】
地盤改良施工機１のセット完了後、操縦室２ｂのオペレータは、攪拌機４を動作させ、さらに、アーム２ａを操作することによって、攪拌翼４ａを回転させている攪拌機４を地盤に貫入する。
攪拌機４は、アーム２ａによって下方に押しつけられることにより、回転する攪拌翼４ａが地盤をほぐしつつ、下方に掘進する。このとき、操縦室２ｂのオペレータは、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の傾斜角度θを確認しながら、アーム２ａを操作する。
【００３０】
図２を参照すると、攪拌機４が地中に貫入されると、オペレータは、攪拌翼４ａを回転させたまま攪拌機４の下部吐出口４ｅ（図４参照）から固化材スラリーを吐出させる。これにより、吐出された固化材スラリーが、攪拌機４の周辺の土と混合・攪拌される。
ここで、固化材スラリーと改良対象地盤の土との混合攪拌状況について説明する。固化材スラリーと改良対象地盤の土との混合攪拌は、事前に行なった固化材スラリーと改良対象土との配合試験等で予め決定された固化材添加量となるように、所定深度Ｄまでの間において攪拌機４を所定の一定の速度で貫入させながら、固化材スラリーを所定の流量で連続して吐出して、行なわれる。それによって、攪拌機４は、単位時間当たりの攪拌機４の貫入距離に攪拌機４の平面積すなわち攪拌機４の水平方向の攪拌領域の面積を掛けて算出される土量の土と、所定の流量で単位時間当たりに地盤中に供給された量の固化材スラリーとを、単位時間当たりに混合・攪拌する。
【００３１】
また、攪拌翼４ａを回転させつつ攪拌機４を地盤に貫入させていく過程で、地盤の土質の変化や地盤に存在する障害物との接触等の影響により攪拌翼４ａに加わる力が変化すると、攪拌機４が水平方向に移動することがある。このとき、ケーシング部３の傾斜角度θが変化するが、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の傾斜角度θが所定の範囲を超えた場合、操縦室２ｂのオペレータは、攪拌機４の攪拌翼４ａの回転数を下げ、そして、アーム２ａによるケーシング部３の貫入を停止するか又はケーシング部３の貫入速度を低下させ、距離測定器１１を作動させてケーシング部３と距離測定器１１との距離を測定する。ここで、攪拌機４の攪拌翼４ａの回転数を下げること、ケーシング部３の貫入を停止すること、又は、ケーシング部３の貫入速度を低下させることは、攪拌機４の攪拌動作を緩めることである。
【００３２】
オペレータは、ケーシング部３の傾斜角度θと、距離測定器１１により測定された距離及び距離の初期値Ｌの差とからケーシング部３の状態を把握する。そして、オペレータは、アーム２ａを操作して、ケーシング部３の長手方向が傾斜角度θを０度すなわち鉛直となり、ケーシング部３と距離測定器１１との距離の測定値が初期値Ｌと同一になるように、ケーシング部３の位置修正を行なう。なお、攪拌機４の攪拌翼４ａの回転数を下げることによって、攪拌翼４ａが地盤や地盤に存在する障害物等から受ける力を低減することができ、また、攪拌翼４ａを回転させておくことによって、周囲の土を緩め、ケーシング部３の位置修正を容易にすることが可能である。
【００３３】
オペレータは、ケーシング部３の位置を修正し、ケーシング部３の傾斜角度θが０度であり、且つケーシング部３と距離測定器１１との距離が初期値Ｌと同一であることを確認後、攪拌機４の攪拌翼４ａの回転数を再び上昇させ、アーム２ａを操作してケーシング部３及び攪拌機４の地盤への貫入速度をケーシング部３の位置修正前の速度である当初の設定速度に戻して、貫入を続ける。そして、オペレータは、表示モニタ２ｃに表示される掘削深度が所定深度Ｄになると、アーム２ａの貫入を停止させ、固化材スラリーの吐出を停止し、そのままの位置（最下端位置）で先端処理として攪拌翼４ａの回転を続ける。この先端処理が終了すると、オペレータは、アーム２ａを操作して、攪拌翼４ａを回転させたままケーシング部３及び攪拌機４を上方に引き上げる。
【００３４】
ケーシング部３及び攪拌機４を引き上げる際、オペレータは、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の傾斜角度θを確認しながら、ケーシング部３の長手方向が鉛直方向Ｖを維持するようにして引き上げを行なう。そして、攪拌機４が地表に引き上げられると、施工区分Ｃ１の地盤改良が完了する。
上述に示すように、固化材スラリーと土とを混合攪拌しつつ攪拌機４を所定深度Ｄまで貫入することによって、施工区分Ｃ１は、深度Ｄ全体にわたって地盤改良が行なわれる。
【００３５】
図３を参照すると、施工区分Ｃ１の地盤改良の完了後、オペレータは、第二の地盤改良箇所である施工区分Ｃ２の地盤改良を行なうために、ベースマシン２をライン２０に沿って方向Ｗ１に移動させる。ベースマシン２の移動は、ベースマシン２のアーム２ａを旋回させずに行なわれ、そして、施工区分Ｃ１からＣ２への方向と平行、すなわち、施工区分Ｃ１及びＣ２の杭芯同士を結ぶ線ＣＬと平行に行なわれる。このため、オペレータは、施工箇所１０に引かれた施工区分Ｃ２を明示するライン２０を確認しながら、攪拌機４の前後方向の位置をアーム２ａにより調整し、且つ攪拌機４の前進後退方向の位置をクローラ２ｄの移動により調整することによって、攪拌機４を施工区分Ｃ２の上方に位置するように移動させる。さらに、オペレータは、表示モニタ２ｃに表示されるケーシング部３の傾斜角度θ（図１参照）が０度となるように、そして、距離測定器１１によりケーシング部３と距離測定器１１との距離を測定して、その測定値が初期値Ｌと同一になるように、アーム２ａを操作して、ケーシング部３及び攪拌機４の位置を微調整する。
【００３６】
オペレータは、ケーシング部３及び攪拌機４が所定の位置となったことを確認後、攪拌機４を作動させて、施工区分Ｃ２の地盤改良の施工を開始する。その後の動作は、施工区分Ｃ１と同様にして行なわれる。
上述のように各施工区分において同様の動作を繰り返すことによって、施工区分Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５・・・・・・の地盤改良が、地盤改良施工機１によって、順次行なわれていく。
【００３７】
このように、この発明に係る地盤改良施工機１であって、土及び固化材スラリーを混合攪拌すると共に掘削可能な混合攪拌機４と、混合攪拌機４が取り付けられた細長のケーシング部３と、ケーシング部３が可動なアーム２ａに取り付けられたベースマシン２とを備える地盤改良施工機１によれば、ケーシング部３には、ケーシング部３の傾斜を測定する傾斜計７が設けられ、ベースマシン２には、ケーシング部３との間の距離を測定する距離測定器１１が設けられており、
ａ）混合攪拌機４を第一の地盤改良箇所である施工区分Ｃ１に配置し、傾斜計７の測定した傾斜に基づきケーシング部３を鉛直にするステップと、
ｂ）距離測定器１１がケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を測定し、測定した距離を初期値Ｌとするステップと、
ｃ）ケーシング部３及び混合攪拌機４を所定の深度Ｄまで地盤に貫入させるステップと、
ｄ）ケーシング部３及び混合攪拌機４を所定の深度Ｄまで貫入後、地盤より引き抜くステップと、
ｅ）ステップｃ）またはｄ）において、ケーシング部３が鉛直な状態から傾斜した際、傾斜計７の測定した傾斜に基づきケーシング部３を鉛直にすると共に、距離測定器１１の測定した距離に基づきケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を初期値Ｌに合わせることによって、ケーシング部３の位置を調整するステップと、
ｆ）ステップｃ）またはｄ）において、ケーシング部３及び混合攪拌機４の地盤への貫入から引き抜きまでの間に、混合攪拌機４に固化材スラリーを供給し、混合攪拌機４により固化材スラリー及び土を混合攪拌するステップとを行なうことにより地盤改良工法を行なうことができる。
【００３８】
これによって、ケーシング部３及び距離測定器１１の間を測定した距離を距離の初期値Ｌに設定した後、ベースマシン２のオペレータは、ケーシング部３の鉛直な状態からの傾斜、並びにケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を確認しながら、ケーシング部３の位置を所定の位置に調整しつつ、地盤改良を行なうことができる。よって、地盤改良の施工中は、地盤改良箇所にケーシング部３の位置調整のための誘導者が不要になるため、必要な作業者の数を低減してコストの低減を図ることが可能である。
【００３９】
また、第一の地盤改良箇所である施工区分Ｃ１から第二の地盤改良箇所である施工区分Ｃ２に移動する際、ベースマシン２が、施工区分Ｃ１から施工区分Ｃ２へ向かう方向と平行に移動し、混合攪拌機４を施工区分Ｃ２に配置するために、傾斜計７の測定した傾斜に基づきケーシング部３を鉛直にすると共に、距離測定器１１の測定した距離に基づきケーシング部３及び距離測定器１１の間の距離を初期値Ｌに合わせている。これによって、混合攪拌機４の施工区分Ｃ１から施工区分Ｃ２への配置は、ベースマシン２のオペレータのみで可能であるため、必要な作業者の数を低減してコストの低減を図ることが可能である。
【００４０】
また、ケーシング部３が鉛直な状態から傾斜した際、混合攪拌機４の攪拌動作を緩やかにして、ケーシング部３の位置を調整する。ケーシング部３の傾斜は、混合攪拌機４が障害物に接触することや、混合攪拌機４の貫入時に地盤の土質が変化すること等によって生じる。混合攪拌機４の攪拌動作を緩やかにすることによって、障害物や周囲の土から混合攪拌機４が受ける力が低減されるため、ケーシング部３の位置の調整が容易になる。
また、距離測定器１１は超音波式であるが、超音波式の距離測定器は、安価でありコストを低減できる。さらに、超音波式の距離測定器は、対象物の材質に関係なく安定した測定が可能であり、また、明暗の影響を受けにくい。
【００４１】
また、実施の形態では、距離測定器１１として、超音波式の距離測定器を使用していたが、レーザー光線を使用して対象物までの距離を測定するレーザー式の距離測定器を使用することもできる。レーザー式の距離測定器としては、例えば、最大測定距離５０ｍ程度、測定精度±１．５ｍｍ程度、最小表示単位０．１ｍｍ程度、応答時間０．２秒程度で、光源として６２０〜６９０ｎｍ（ナノメートル）程度の波長の光を放出するレーザーダイオードを持ち、１０ｍ先のレーザースポット径が８ｍｍ程度のレーザー距離センサが挙げられる。このようなレーザー距離センサは、例えば、ＲＳ−２３２Ｃのコネクタ等の出力機構を備え、表示モニタ２ｃのような周辺機器に接続することによって常時リアルタイムに距離表示できることが好ましい。なお、レーザー光線は、レーザー距離センサの１０ｍ先のレーザースポット径が８ｍｍ程度であるように、その広がりが小さい。このため、レーザー光線による距離測定は、その測定点が小さいので、正確な距離測定を行なうことができる。さらに、レーザー光線を使用した距離測定器は、レーザー光線を全て吸収する又は全反射するような対象物以外に使用することができるため、ケーシング部３に対して直接距離を測定することができる。
【００４２】
また、実施の形態では、ケーシング部３及び攪拌機４を地盤に貫入する時にのみ、固化材スラリーを地中に吐出していたが、これに限定されるものでない。ケーシング部３及び攪拌機４を地盤から引き上げる際にも、固化材スラリーを地中に吐出してもよい。この場合、固化材スラリーの吐出口を下部吐出口４ｅから上部吐出口４ｄに切り替える必要がある。固化材スラリーの吐出時期及び吐出量は、改良対象となる地盤の土質や改良目標強度等によって決定される。
また、ベースマシン２の安定した箇所にさらに傾斜計を設けることによって、ベースマシン２の傾斜角度を検出するようにしてもよい。ベースマシン２が傾斜している場合、ケーシング部３と距離測定器１１との間の距離が距離測定器１１により水平距離ではなく斜距離として測定されるが、この測定された斜距離を、ベースマシン２の傾斜角度に応じて、水平距離に補正するようにしてもよい。これにより、より精度の高いケーシング部３の位置管理が可能になる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 地盤改良施工機（地盤改良装置）、２ ベースマシン、２ａ アーム（ベースマシンのアーム）、３ ケーシング部、４ 混合攪拌機、７ 傾斜計、１１ 距離測定器、Ｃ１ 施工区分（第一の地盤改良箇所）、Ｃ２ 施工区分（第二の地盤改良箇所）、Ｄ 深度（所定の深度）、Ｌ 初期値（測定した距離の初期値）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土及び固化材を混合攪拌すると共に掘削可能な混合攪拌機と、前記混合攪拌機が取り付けられた細長のケーシング部と、前記ケーシング部が可動なアームに取り付けられたベースマシンとを備える地盤改良装置による地盤改良工法において、
前記ケーシング部には、前記ケーシング部の傾斜を測定する傾斜計が設けられ、
前記ベースマシンには、前記ケーシング部との間の距離を測定する距離測定器が設けられており、
ａ）前記混合攪拌機を第一の地盤改良箇所に配置し、前記傾斜計の測定した傾斜に基づき前記ケーシング部を鉛直にするステップと、
ｂ）前記距離測定器が前記ケーシング部及び前記距離測定器の間の距離を測定し、測定した距離を初期値とするステップと、
ｃ）前記ケーシング部及び前記混合攪拌機を所定の深度まで地盤に貫入させるステップと、
ｄ）前記ケーシング部及び前記混合攪拌機を所定の深度まで貫入後、地盤より引き抜くステップと、
ｅ）ステップｃ）またはｄ）において、前記ケーシング部が鉛直な状態から傾斜した際、前記傾斜計の測定した傾斜に基づき前記ケーシング部を鉛直にすると共に、前記距離測定器の測定した距離に基づき前記ケーシング部及び前記距離測定器の間の距離を前記初期値に合わせることによって、前記ケーシング部の位置を調整するステップと、
ｆ）ステップｃ）またはｄ）において、前記ケーシング部及び前記混合攪拌機の地盤への貫入から引き抜きまでの間に、前記混合攪拌機に固化材を供給し、前記混合攪拌機により前記固化材及び土を混合攪拌するステップと
を含む地盤改良工法。
【請求項２】
前記第一の地盤改良箇所から第二の地盤改良箇所に移動する際、
前記ベースマシンが、前記第一の地盤改良箇所から前記第二の地盤改良箇所へ向かう方向と平行に移動し、
前記混合攪拌機を前記第二の地盤改良箇所に配置するために、前記傾斜計の測定した傾斜に基づき前記ケーシング部を鉛直にすると共に、前記距離測定器の測定した距離に基づき前記ケーシング部及び前記距離測定器の間の距離を前記初期値に合わせる、請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記ケーシング部が鉛直な状態から傾斜した際、前記混合攪拌機の攪拌動作を緩やかにして、前記ケーシング部の位置を調整する、請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
前記距離測定器は超音波式である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改良工法。
【請求項５】
前記距離測定器はレーザー式である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改良工法。
【請求項１】
土及び固化材を混合攪拌すると共に掘削可能な混合攪拌機と、前記混合攪拌機が取り付けられた細長のケーシング部と、前記ケーシング部が可動なアームに取り付けられたベースマシンとを備える地盤改良装置による地盤改良工法において、
前記ケーシング部には、前記ケーシング部の傾斜を測定する傾斜計が設けられ、
前記ベースマシンには、前記ケーシング部との間の距離を測定する距離測定器が設けられており、
ａ）前記混合攪拌機を第一の地盤改良箇所に配置し、前記傾斜計の測定した傾斜に基づき前記ケーシング部を鉛直にするステップと、
ｂ）前記距離測定器が前記ケーシング部及び前記距離測定器の間の距離を測定し、測定した距離を初期値とするステップと、
ｃ）前記ケーシング部及び前記混合攪拌機を所定の深度まで地盤に貫入させるステップと、
ｄ）前記ケーシング部及び前記混合攪拌機を所定の深度まで貫入後、地盤より引き抜くステップと、
ｅ）ステップｃ）またはｄ）において、前記ケーシング部が鉛直な状態から傾斜した際、前記傾斜計の測定した傾斜に基づき前記ケーシング部を鉛直にすると共に、前記距離測定器の測定した距離に基づき前記ケーシング部及び前記距離測定器の間の距離を前記初期値に合わせることによって、前記ケーシング部の位置を調整するステップと、
ｆ）ステップｃ）またはｄ）において、前記ケーシング部及び前記混合攪拌機の地盤への貫入から引き抜きまでの間に、前記混合攪拌機に固化材を供給し、前記混合攪拌機により前記固化材及び土を混合攪拌するステップと
を含む地盤改良工法。
【請求項２】
前記第一の地盤改良箇所から第二の地盤改良箇所に移動する際、
前記ベースマシンが、前記第一の地盤改良箇所から前記第二の地盤改良箇所へ向かう方向と平行に移動し、
前記混合攪拌機を前記第二の地盤改良箇所に配置するために、前記傾斜計の測定した傾斜に基づき前記ケーシング部を鉛直にすると共に、前記距離測定器の測定した距離に基づき前記ケーシング部及び前記距離測定器の間の距離を前記初期値に合わせる、請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記ケーシング部が鉛直な状態から傾斜した際、前記混合攪拌機の攪拌動作を緩やかにして、前記ケーシング部の位置を調整する、請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
前記距離測定器は超音波式である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改良工法。
【請求項５】
前記距離測定器はレーザー式である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改良工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１３２７２９（Ｐ２０１１−１３２７２９Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９２５４１（Ｐ２００９−２９２５４１）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１８５９７２）小野田ケミコ株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１８５９７２）小野田ケミコ株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
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