JP2012172329A - 未固結深層混合処理地盤改良体の形状測定方法、セメント系深層混合処理工法用の噴射ロッド、及び攪拌ロッド - Google Patents

Abstract

【課題】セメント系深層混合処理工法で造成する地盤改良体の造成形状を造成中に正確に測定する。
【解決手段】地盤に挿入した噴射ロッド２から硬化材液等を高圧噴射して造成する地盤改良体の造成形状の測定方法であって、地盤改良体を造成する地盤に音波発振機（４）及び受振機（５）を挿入し、地盤への硬化材液を噴射して地盤改良体を造成中に、音波発振機（４）から発振されて、地盤と地盤改良体との境界面で反射する音波を受振機（５）が連続的に受振することによって、地盤改良体の造成形状を測定する。具体的には、地盤改良体の径を測定する。地盤に噴射ロッド２とともに音波発振機（４）及び受振機（５）を挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧噴射工法や機械式攪拌工法により地中に造成されるセメント系地盤改良体（両工法とも広義の深層混合処理工法に分類され、ここでは両工法をセメント系深層混合処理工法と呼ぶ）の造成形状の測定方法と、その測定方法に用いる深層混合処理工法用の噴射ロッド、及び攪拌ロッドに関する。

従来、セメント系深層混合処理工法で造成した地盤改良体の径は、改良体固化後に地表面の地盤を掘削してスケール等で直接測定する方法や、同様に固化後地上よりチェックボーリングを行う方法によって確認していた。
しかし、スケールを用いる方法では掘削する必要があり、地中深く造成された場合は測定が不可能であり、実際の工事で適用するのは難しく、試験施工などを行う場合などに限られている。
また、チェックボーリングを用いる方法では、改良ロッドの鉛直精度、チェックボーリングの鉛直精度が各々異なるために、それぞれ傾斜計を用いてその鉛直精度を調査しなければならない問題があるほか、改良体と地盤の強度差の関係で、改良径境界部にボーリング孔を設けた場合、ボーリングが強度の弱い地盤側に逃げるために孔曲がりを引き起こして改良径の測定を適切に行えない、改良体が固化し、品質が確認されるまで待機するための時間的なロスが生じる、一つの改良体の限られた箇所しか確認することができない、などの問題がある。

このような問題に対し、例えば特許文献１において、地中に造成した円柱状の地盤改良体の直径を測定する方法であって、地盤改良体の中心点から所定距離離れた地表面から、地盤改良体の中心点を貫通する向きに傾斜して穿孔し、その際の掘削抵抗の変化により地盤改良体の直径を精度良く確認する方法が提案されている。

また、例えば特許文献２において、地盤を掘削して設けられた掘削孔の水又は泥水中へプローブを挿入して弾性波を発振させ、弾性波が前記水又は泥水中を伝播し、掘削孔の壁面からの反射波を検出することにより掘削孔の壁面までの距離を測定し、掘削孔の形状を測定する測定方法が提案される。
具体的には、プローブは超磁歪素子とコンデンサ型マイクロホンとを組み合わせた構成とし、前記超磁歪素子により弾性波を発振し、コンデンサ型マイクロホンにより反射波を受振し、同反射波のピークを検出することにより掘削孔の断面形状等を測定する。

特開２００３−２１３６６３号公報 特開２０１０−１１７１４３号公報

しかしながら、特許文献１の測定方法は、地盤改良体造成後に事後的に行うものであるため、固化後の改良体の強度や地盤の土質によっては、改良体を貫通する掘削孔を改良体の中心点を通過するように正確に穿孔するのは困難な場合がある。

また、特許文献２の測定方法は、コンクリートを打設する前の地盤を掘削して設けた掘削孔の形状を、その掘削孔の水又は泥水中へプローブを挿入して、発振する弾性波が水又は泥水中を伝播し、掘削孔の壁面からの反射波を受振して、孔径の計測に基づいて測定する技術に過ぎず、セメント系深層混合処理工法において、地盤改良体を造成中に測定することを目的としたものではない。

本発明の課題は、セメント系深層混合処理工法で造成する地盤改良体の造成形状を造成中に正確に測定することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、高圧噴射工法の場合は地盤に挿入した噴射ロッドから硬化材、もしくはそれにエアを組み合わせる、または水ジェットやエアなどを組み合わせるなどの方法により地盤を切削し、噴射された硬化材液と攪拌して造成する地盤改良体、機械式攪拌工法の場合は攪拌ロッドにより硬化材液を噴出するとともに攪拌混合して造成する地盤改良体の造成形状の測定方法であって、前記地盤改良体を造成する地盤に音波発振機及び受振機を挿入し、前記地盤への前記硬化材液を噴射して地盤改良体を造成中に、前記音波発振機から発振されて、前記地盤と前記地盤改良体との境界面で反射する音波を前記受振機が連続的に受振することによって、前記地盤改良体の造成形状を測定することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の未固結深層混合処理地盤改良体の形状測定方法であって、前記地盤改良体の径を測定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の未固結深層混合処理地盤改良体の形状測定方法であって、前記地盤に高圧噴射工法の場合は噴射ロッド、機械式攪拌工法の場合は攪拌ロッドとともに前記音波発振機及び受振機を挿入することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、地盤に挿入されて硬化材液を噴射するセメント系深層混合処理工法用の、高圧噴射工法の場合では噴射ロッドであって、周囲に向けて音波を発振する音波発振機と、前記硬化材液の高圧噴射により前記地盤に形成される壁で反射する音波を受振する受振機と、を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、地盤に挿入されて硬化材液を噴射するセメント系深層混合処理工法用の、機械式攪拌工法の場合は攪拌ロッドであって、周囲に向けて音波を発振する音波発振機と、前記硬化材液の噴射により前記地盤に形成される壁で反射する音波を受振する受振機と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、セメント系深層混合処理工法で造成する地盤改良体の造成形状を造成中に音波の発振・受振で正確に測定することができる。

本発明を適用した実施形態１として高圧噴射工法により地盤改良体の造成中を示す図である。 図１により得られる地盤改良体の立体形状例を示した図である。 図１の噴射ロッドの拡大図である。 図３の噴射ロッドの断面図で、単管（ａ）、二重管（ｂ）、三重管（ｃ）、多孔管（ｄ）を示したものである。 本発明を適用した実施形態２として機械式攪拌工法により地盤改良体の造成中を示す図である。 図５の攪拌ロッドの拡大図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
（概要）
まだ固化する前の改良体の改良径を、音波を用いて測定する。
すなわち、音波発振機、受振機を装着したロッドを、地盤に挿入し、改良方向に向けて音波を発振する。発振された音波は改良体と地盤との境界面で反射し、受振機にて反射波を捉える。
以上、発振から受振までの時間差を計測することで、ロッドから境界面までの距離を測定することによって、改良径を測定する。

これにより、以下の利点が得られる
１）掘削する必要がなく、造成深度に影響されず、品質を確認できる。
２）造成後に改めて品質確認をする必要がなく、即座に品質を確認できる。
３）品質の確認を点ではなく、連続的に、かつ立体的に行うことができる。

（実施形態１）
図１は本発明を適用した実施形態として高圧噴射工法による地盤改良体の造成状況を示すもので、１は高圧噴射工法造成装置、２は噴射ロッド、３は噴射孔である。

図示のように、地上に設置された高圧噴射工法造成装置１には、地盤に挿入されて硬化材液を噴射する噴射ロッド２が上下動可能かつ回転可能（矢印参照）に支持されている。
この噴射ロッド２には、高圧噴射工法造成装置１から内部に圧送された硬化材液を周囲に向けて噴射する噴射孔３が形成されている。
高圧噴射工法では、高圧噴射によって切削された地盤と、噴射孔３から噴射された硬化材液とが攪拌混合されることで、円柱形状の地盤改良体が造成される。

ここで、高圧噴射工法及び機械式攪拌工法を含むセメント系深層混合処理工法では硬化材液としてセメントスラリーが用いられる。
セメントスラリーは、土木、建築工事における地盤改良工法において、セメントなどを主原料とする硬化材と水を混合したものである。セメントスラリーを吐出または噴射し、原地盤の土と混合し、機械的或いはセメントスラリーの噴射エネルギーを利用して攪拌してソイルセメントが地盤中に形成される。ソイルセメントの比重は、攪拌後の真の比重は工法によってさまざまであるが、セメントスラリーの段階では、最終的に造成される改良体の強度設定に応じて、おおむねρ=１．３０〜１．７０の範囲内で管理される。

これに対し、前記特許文献２において、地盤を掘削して設けられた掘削孔の水又は泥水中に、音波を発振させるプローブが挿入される。
泥水は、土木、建築工事において使用される、水にベントナイトなどの粘土鉱物を混入したものの一般的な総称であり、ソイルセメントと違い硬化しない。例えば場所打ち造成杭などを主とした基礎工事における、掘削箇所の孔壁の崩壊を防止するために用いられることが一般的で、孔壁安定液とも呼ばれる。その比重は粘性土、砂質土、レキなどの土質に応じて適正な値が設定されるが、おおむねρ=１．００〜１．２０の範囲内で管理される。

図２は、図１に示す高圧噴射工法造成装置１による地盤への噴射ロッド２の上下動と回転動作を伴った噴射孔３からの硬化材液（セメントスラリー）の噴射攪拌によって得られる地盤改良体の立体形状の一例を示したものである。

図３は噴射ロッド２を拡大したもので、４は音波発振機、５は音波受振機である。

図示のように、噴射ロッド２には、噴射孔３の他に、周囲に向けて音波を発振する音波発振機４と、その発振された音波の反射波を受振する音波受振機５が組み込まれている。

ここで、音波発振機４及び音波受振機５の配線は、噴射ロッド２の内部を通して、地上の図示しない管理装置に接続される。
管理装置において、音波の発振から受振までの時間差を計測することで、噴射ロッド２から境界面までの距離を測定することによって、図２に示す改良径が測定される。
なお、音波発振機４及び音波受振機５は、無線通信方式のものでもよい。

図４は噴射ロッド２の断面を示したものである。
すなわち、噴射ロッド２としては、図４（ａ）に示すように、単管による噴射ロッド２、図４（ｂ）に示すように、同心円の二重管による噴射ロッド２、図４（ｃ）に示すように、同心円の三重管による噴射ロッド２、図４（ｄ）に示すように、多孔管による噴射ロッド２がある。

このように、噴射ロッド２に音波発振機４及び音波受振機５を備えることで、地盤へのセメントスラリーの高圧噴射による地盤改良体の造成中に、図１に示すように、音波発振機４から発振されて、地盤と地盤改良体との境界面で反射する音波を音波受振機５が連続的に受振することにより、改良径を連続的に計測して、地盤改良体の造成形状を測定することができる。

以上、実施形態によれば、セメント系深層混合処理工法で造成する地盤改良体の造成形状を、造成中において、噴射ロッド２に備える音波発振機４及び音波受振機５による音波の発振・受振の計測を基にして正確に測定することができる。

（実施形態２）
図５は本発明を適用した実施形態として機械式攪拌工法による地盤改良体の造成状況を示すもので、１１は機械式攪拌工法造成装置、１２は攪拌ロッド、１３は攪拌翼、１４は噴射孔である。

図示のように、地上に設置された機械式攪拌工法造成装置１１には、地盤に挿入されて硬化材液を噴射して攪拌する攪拌ロッド１２が上下動可能かつ回転可能（矢印参照）に支持されている。
この攪拌ロッド１２には、複数（図示では４本）の攪拌翼１３が備えられるとともに、機械式攪拌工法造成装置１１から内部に圧送された硬化材液を周囲に向けて噴射する複数（図示では２個）の噴射孔１４が形成されている。
機械式攪拌工法では、地盤に回転しつつ挿入された攪拌ロッド１２の噴射孔１４から噴出された硬化材液が地盤と攪拌翼１４で攪拌混合されることで円柱形状の地盤改良体が造成される。

なお、機械式攪拌工法造成装置１１による地盤への攪拌ロッド１２の上下動と回転動作を伴った噴射孔１４からの硬化材液（セメントスラリー）の噴射攪拌によって得られる地盤改良体の立体形状は、前述した実施形態１の図２に示したものと同様である。

図６は攪拌ロッド１２を拡大したもので、１５は音波発振機、１６は音波受振機である。

図示のように、攪拌ロッド１２には、攪拌翼１３及び噴射孔１４の他に、周囲に向けて音波を発振する音波発振機１５と、その発振された音波の反射波を受振する音波受振機１６が組み込まれている。

ここで、音波発振機１５及び音波受振機１５の配線は、実施形態１と同様、攪拌ロッド１２の内部を通して、地上の図示しない管理装置に接続される。
管理装置において、音波の発振から受振までの時間差を計測することで、攪拌ロッド１２から境界面までの距離を測定することによって、改良径（図２参照）が測定される。
なお、音波発振機１５及び音波受振機１６は、無線通信方式のものでもよい。

なお、攪拌ロッド１２の断面は、実施形態１の図４に示したものと同様、単管、同心円の二重管、同心円の三重管、多孔管がある。

このように、攪拌ロッド１２に音波発振機１５及び音波受振機１６を備えることで、地盤へのセメントスラリーの噴射による地盤改良体の造成中に、図５に示すように、音波発振機１５から発振されて、地盤と地盤改良体との境界面で反射する音波を音波受振機１６が連続的に受振することにより、改良径を連続的に計測して、地盤改良体の造成形状を測定することができる。

以上、実施形態によれば、セメント系深層混合処理工法で造成する地盤改良体の造成形状を、造成中において、攪拌ロッド１２に備える音波発振機１５及び音波受振機１６による音波の発振・受振の計測を基にして正確に測定することができる。

（変形例）
以上の実施形態においては、一対の音波発振機及び受振機を備える噴射ロッドまたは攪拌ロッドとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、噴射ロッドまたは攪拌ロッドの長さ方向に沿わせて複数対の音波発振機及び受振機を備えてもよい。
また、噴射孔と音波発振機及び受振機の位置関係は任意であり、さらに、噴射ロッドや攪拌ロッドは複数本でもよく、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ 高圧噴射工法造成装置
２ 噴射ロッド
３ 噴射孔
４ 音波発振機
５ 音波受振機
１１ 機械式攪拌工法造成装置
１２ 攪拌ロッド
１３ 攪拌翼
１４ 噴射孔
１５ 音波発振機
１６ 音波受振機

Claims (5)

1. 地盤に挿入した噴射ロッドから硬化材等を高圧噴射して造成する地盤改良体、または地盤に挿入した攪拌ロッドにより硬化材液を噴射するとともに攪拌混合して造成する地盤改良体の造成形状の測定方法であって、
   前記地盤改良体を造成する地盤に音波発振機及び受振機を挿入し、
   前記地盤への前記硬化材液を噴射して地盤改良体を造成中に、前記音波発振機から発振されて、前記地盤と前記地盤改良体との境界面で反射する音波を前記受振機が連続的に受振することによって、前記地盤改良体の造成形状を測定することを特徴とする未固結深層混合処理地盤改良体の形状測定方法。
2. 前記地盤改良体の径を測定することを特徴とする請求項１に記載の未固結深層混合処理地盤改良体の形状測定方法。
3. 前記地盤に前記噴射ロッドまたは前記攪拌ロッドとともに前記音波発振機及び受振機を挿入することを特徴とする請求項１または２に記載の未固結深層混合処理地盤改良体の形状測定方法。
4. 地盤に挿入されて硬化材液を高圧噴射するセメント系深層混合処理工法用の噴射ロッドであって、
   周囲に向けて音波を発振する音波発振機と、
   前記硬化材液の高圧噴射により前記地盤に形成される壁で反射する音波を受振する受振機と、を備えることを特徴とするセメント系深層混合処理工法用の噴射ロッド。
5. 地盤に挿入されて硬化材液を噴射して攪拌するセメント系深層混合処理工法用の攪拌ロッドであって、
   周囲に向けて音波を発振する音波発振機と、
   前記硬化材液の噴射により前記地盤に形成される壁で反射する音波を受振する受振機と、を備えることを特徴とするセメント系深層混合処理工法用の攪拌ロッド。

Images