JP2014145192A

JP2014145192A - 改良体造成システム

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Publication number: JP2014145192A
Application number: JP2013014281A
Authority: JP
Inventors: Tadafumi Fujiwara; 斉郁藤原; Hiroyasu Ishii; 裕泰石井; Makiko Kobayashi; 真貴子小林; Tomoyuki Aoki; 智幸青木; Koichi Suga; 浩一菅; Noboru Mikami; 登三上; Kaoru Matsuura; 薫松浦
Original assignee: Taisei Corp; Nittoc Constructions Co Ltd
Current assignee: Taisei Corp; Nittoc Constructions Co Ltd
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-08-14

Abstract

【課題】深層混合処理にて地盤内に改良体を造成する改良体造成システムに関し、地盤性状に応じて品質にばらつきのない改良体を精度よく造成することのできる改良体造成システムを提供すること。
【解決手段】ベースマシン６０とロッド１０から構成される施工機械１００、ロッド１０の軸心方向への進退速度と回転速度を制御する制御装置２００、進退速度を計測する第１の計測機器３００と回転速度を計測する第２の計測機器４００を備えた改良体造成システム１０００であり、進退速度と回転速度が計測され、制御装置２００には改良体の所定長さ当たりのロッドの回転数の閾値ＸＹ_０とこれに応じた改良材の吐出量Ｚ_０が格納され、制御装置２００では計測された計測データＸ，Ｙから閾値ＸＹ_０を満たすように進退速度と回転速度が制御され、改良体の所定長さ当たりの改良材の吐出量が吐出量Ｚ_０を満たすように制御されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤内に改良体を造成する際に使用される改良体造成システムに関するものである。

軟弱な地盤や、所望する強度を具備しない地盤に対しておこなわれる地盤改良工法は多岐に亘る。その一つの方法として、ケーシングと、ケーシング内でスライドするインナーロッドとその先端に装着された攪拌翼（攪拌ビット）からなる装置を使用し、ケーシングを用いた先行削孔によって所定の地盤内に到達させ、攪拌翼を広げてロッドを回転させ、破砕切削された地盤を攪拌翼で攪拌しながら、セメントミルクを主成分とする改良材や改良材の硬化を促進する反応材などを噴射して攪拌し、所望径の改良体（改良杭）を造成する深層混合処理に基づいた地盤改良工法は一般に用いられている。

たとえば、拡径掘削装置を用いて既存建物Ｂの直下に改良体を造成する方法を図９，１０を参照して説明する。

図９で示すように、既存建物Ｂの平面規模が大きな場合はとくに、この既存建物Ｂの直下を精度よく地盤改良するのが容易でない。そこで、図９で示すように、スイベルが装備された施工機械Ｍを使用し、ケーシングやロッドを順次連結しながら既存建物Ｂの直下の被改良地盤層までケーシングＣとロッドＲを前進させる。さらに、図１０で示すように、ロッドＲをケーシングＣの先端から張り出させ（Ｓ１方向）、ロッドＲの先端に回動自在に設けられた攪拌翼Ｗ、Ｗを広げて回転させ（Ｓ２方向）、ロッドＲを介して改良材を前方へ供給し、改良材を噴射して（Ｔ方向）攪拌翼Ｗを回転させながら前後進させて地盤とともに攪拌することにより、既存建物Ｂの直下に水平に延びる改良体Ｐを造成するものである。なお、複数の水平方向の改良体Ｐを接するように造成し、もしくは一定間隔を置いて併設するように造成することにより、既存建物Ｂの平面規模に関わらず、その直下の所望する軟弱地盤等を精度よく地盤改良補強することが可能となる。

図１０で示す改良工法は、ケーシングＣに対して相対的にロッドＲを回転させながら前後進させることで領域Ｐにおいて改良体を造成し、さらにケーシングＣを一定変位量だけ引き上げ（Ｓ１と逆方向）、ケーシングＣ先端付近でロッドＲを前後進させ再び改良体を造成し、この動作を繰り返しおこなうことで徐々に改良体Ｐを造成する方法である。

ところで、上記する深層混合処理による地盤改良工法では、改良材と地盤の攪拌状況やこれに伴う改良材の供給状況が改良体の品質に大きな影響を及ぼすことは理解に易い。

たとえば、地中での攪拌においては改良体を造成する際の該改良体の単位長さ当たりのロッドの回転数（攪拌翼を先端に備えたロッドであり、ロッドの回転数に攪拌翼の羽根数を乗じたものを羽根切り回数という）を一定値、もしくは一定値以上確保する管理が必要である。そして、このロッドの回転数は、ロッドの回転速度とロッドの進退速度と経過時間によって決定される。なお、進退速度とは、ベースマシンにロッドが回転自在であって進退自在に装備された図９で示すような施工機械Ｍを適用する際に、このロッドの軸心方向に前進、もしくは後退しながら改良体を造成する際の前進速度もしくは後退速度のことである。

実際の施工においては、たとえば施工機械に装備された計測機器にてロッドの回転速度や進退速度をモニタリングし、たとえば施工機械（のベースマシン等）に搭乗したオペレータがモニタリング結果に応じてロッドの回転速度や進退速度を適宜調整しながら改良体の造成がおこなわれている。

一方、実際の施工においては一般に、セメントミルク等の改良材の地盤内への供給制御はロッドの回転速度制御や進退速度制御とは独立した態様でおこなわれており、ポンプから常時一定量の改良材がロッドの中空を介してその先端付近から地盤内へ供給されている。

ロッドおよび攪拌翼の回転に伴う地盤のほぐしと改良材の供給、ほぐされた地盤と改良材の攪拌翼による攪拌、ロッドの進退に伴うこれら一連の動作による改良体の造成に当たり、地盤性状や異種地盤の層構成、層変化などは施工地域や施工場所によって多様である。たとえば改良体の造成に当たって所定深度で地盤が硬くなる等して地盤条件が変化した場合、ロッドの回転速度（攪拌翼による攪拌速度）とロッドの進退速度はともに遅くなり、逆に地盤が軟らかい場合ではロッドの回転速度も進退速度もともに速くなる。その一方で、改良材の供給量は一定であることから、単位長さ当たりの改良体の造成において造成地盤が硬い場所では造成地盤が軟らかい場所に比して改良材供給量が多くなり、単位長さ当たりの改良材添加量が場所ごとに変化し、品質にばらつきのある改良体が造成されることになる。そして、このように品質にばらつきのある改良体が造成されることのみならず、硬い地盤では設計値を超える大量の改良材が供給されることとなり、無駄な改良材の供給によって造成コスト増の要因となるし、大量の改良材の供給に起因して排泥量も多くなり、排泥処理コスト増が造成コスト増に拍車をかけることになってしまう。

そこで、実際の深層混合処理では、施工対象地盤の深さ方向の地盤性状の変化（地層変化）を土層モデルから割り出し、各地層の深度範囲を予め設定しておき、改良材の吐出量を地層ごとに変化させるような調整を実行する試みもおこなわれている。しかしながら、この施工方法では、当初設定した地層深度が異なる場合に、臨機に改良材を所望の供給量に変化させることができない。

ここで、従来の公開技術に目を転じるに、特許文献１には、軟弱地盤改良の混合処理工法で実施される安定材の自動注入制御方法が開示されている。より具体的には、処理機の掘削貫入の速度に応じて安定材の注入量を処理機の掘削貫入速度のバラつきに応じたブロック分けをおこない、処理機は施工上有利な一定の掘削貫入速度を目標に制御して、刻々変化する掘削貫入速度と施工深度を常時計測して制御装置へ入力し、制御装置では入力された掘削貫入速度をブロック分けされた速度領域と照合し、さらに深度パターンごとに該当する注入量を求める演算処理をおこない、その演算結果に基づいてスラリーポンプの出力を基準設計注入量の増減として制御して所望量の安定材を注入するものである。

また、特許文献２には、予め、事前調査によって地盤改良対象領域の原地盤データを採取するとともに得られた原地盤データに基づいてその地盤性状ごとに安定材の配合と注入量の少なくとも一方を変化させた場合の改良後地盤強度との強度相関データを得ておき、実施工に当たって、強度相関データに基づいて原地盤の地盤性状に応じて安定材の配合と注入量の少なくとも一方を変化させながら安定材と原位置土との撹拌混合をおこない、造成される改良体の全長に亘って地盤種別ごとに必要強度を確保する、深層混合処理工法施工における安定材注入管理方法が開示されている。

また、特許文献３には、地盤改良工法において、地盤中に投入される単位体積当たりの固化材添加量、攪拌ヘッドによる単位長さ当たりの攪拌混合回数を常時監視し、所定の深度区間ごとに固化材添加量・攪拌混合回数をデータ表示器に表示し、所定の深度区間ごとに固化材添加量・攪拌混合回数と設定値・基準値を比較して判定をおこない、満足しない場合にはその深度区間の再施工を促す警報を出力する、地盤改良工法の管理方法と地盤改良機の管理装置が開示されている。

また、特許文献４には、支持リーダに沿って上下動されると共に油圧式の駆動モータによって回転される回転軸、回転軸と一体に回転される撹拌翼を有し、回転軸を回転しながら地盤中の所定深さまで貫入したり引抜く過程で撹拌翼から地盤中に吐出される改良材と原位置土を混合する地盤改良施工方法に関し、貫入時には回転軸の所定深さごとに撹拌翼の羽根切回数を演算し、演算値と目標羽根切回数の差を所定深さごとに不足羽根切回数として算出し、引抜時には不足羽根切回数を充足するよう所定深さごとに回転軸の引抜速度を制御するようにした地盤改良施工方法と施工管理装置が開示されている。

さらに、特許文献５には、施工管理装置を作業機に備え、予め杭ごとにオーガの掘削深度、昇降速度および深度ごとの地盤改良剤の供給量等の施工目標値を入力しておいてこれに基づく施工をおこなうに当たり、管理事務所で作成した施工目標値と作業機で記憶した施工データを携帯電話でインターネットを介して送受する通信部、施工中におけるオーガの昇降速度と地盤改良剤の流量を検知する検知装置からの情報を施工目標値と比較して修正制御をおこなう操作表示部、施工目標値と施工データを記憶する記憶部を備えた、施工管理装置が開示されている。

このように、深層混合処理において地盤性状に応じた改良材の供給量の制御方法に関する技術は多岐に亘るものの、ロッドの昇降速度（進退速度）と深度ごとの改良材供給量のいずれか一方、もしくは双方を制御するに留まっていたり、あるいは改良材の供給量やロッドの回転数を監視するに留まっており、いずれの技術も、地盤性状に応じて品質にばらつきのない改良体を造成するには改善の余地のあるものと言ってよい。

特開平５−３３３３１号公報特開平１１−２０９９６３号公報特開２０００−２２０１３４号公報特開２００２−１８０４５２号公報特開２００２−２５６５５５号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、深層混合処理にて地盤内に改良体を造成する改良体造成システムに関し、地盤性状に応じて品質にばらつきのない改良体を精度よく造成することのできる改良体造成システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による改良体造成システムは、地盤内に改良体を造成する改良体造成システムであって、前記改良体造成システムは、改良材が流通する中空を備えたロッドが該ロッドの軸心周りに回転自在でかつ軸心方向に進退自在に装備されたベースマシンと、前記ロッドであって、該ロッドの先端付近から改良材が吐出自在でかつ該ロッドの先端に攪拌翼を開閉自在に装備したロッドと、から構成される施工機械、および、前記ロッドの軸心方向への進退速度と該ロッドの回転速度を制御する制御装置、および、前記進退速度を計測する第１の計測機器と前記回転速度を計測する第２の計測機器を備え、前記第１、第２の計測機器にて進退速度と回転速度が計測され、進退速度に関する計測データＸと回転速度に関する計測データＹが制御装置に送信されるようになっており、前記制御装置には、改良体造成の際の該改良体の所定長さ当たりのロッドの回転数（進退速度と回転速度と時間によって決定される）の閾値ＸＹ_０と、進退速度に応じた改良材の吐出量Ｚ_０が格納されており、前記制御装置において、計測された計測データＸ，Ｙから閾値ＸＹ_０を満たすように進退速度と回転速度が制御され、かつ、改良体の前記所定長さ当たりの改良材の吐出量が吐出量Ｚ_０を満たすように制御されているものである。

本発明の改良体造成システムは、制御装置にて攪拌翼を備えたロッドの回転速度と進退速度の双方を制御し、回転速度と進退速度と経過時間によって決定されるロッド（もしくは攪拌翼）の回転数（攪拌翼が２枚の場合に羽根切り回数はロッドの回転数の２倍となる）、より具体的には改良体の所定長さ当たりのロッドの回転数を所定値（閾値ＸＹ_０）に制御し、改良材の吐出量は進退速度に応じた吐出量Ｚ_０に制御しておくことで、地盤性状の変化に応じてロッドの回転速度や進退速度が変化しても、改良体の所定長さ当たりのロッドの回転数が所定値となるように回転速度と進退速度を制御し、改良体の全長に亘って品質にばらつきのない改良体を造成することを可能としたものである。

上記制御を実行するために、本システムでは、ロッドの進退速度を計測する第１の計測機器と回転速度を計測する第２の計測機器にて、進退速度と回転速度が計測され、これらの計測データが制御装置に送信される。制御装置における制御形態は多様であるが、たとえば、改良体の基本長１ｍごとにロッドの回転数の閾値を200回（２枚の攪拌翼を有する場合の羽根切り回数では400回）等に設定した際に、これら２種の計測データが制御装置に時々刻々送信され、制御装置ではこれまでの回転数を勘案しながら進退速度の変化に応じて回転速度を変化させる（たとえば、回転速度が40ｒｐｍで進退速度が0.2ｍ/秒の状態から、ある瞬間に地盤の硬さに変化が生じて進退速度が0.2ｍ/秒から0.25ｍ/秒になった場合には閾値200回が保証されるように回転速度が50ｒｐｍに変化させる）ようなフィードバック制御が実行される。

なお、図１０のように、ロッドを引き戻しながら改良体の造成が実行される施工形態では、「進退速度」とはロッドの後退速度、もしくは引き戻し速度のことを意味する。

フィードバック制御等によって、時々刻々変化するロッドの回転速度と進退速度を改良体の所定長さ当たりのロッドの回転数が所定値（閾値ＸＹ_０）となるように制御することにより、閾値ＸＹ_０を与えるロッドの進退速度に応じて規定されている改良材（モルタルやセメントミルク等）の吐出量、言い換えれば、改良体の所定長さ当たりで規定されている改良材の吐出量を保証することができ、長さの長い改良体であってもその全長に亘る改良材含有量にばらつきがなく（もしくは少なく）、もって品質にばらつきのない（もしくは少ない）改良体を造成することができる。

なお、改良体の所定長さ当たりで規定されている改良材の吐出量が一定の値となっていることに関し、当然に硬い地盤においては進退速度の低下と同期するように、時間当たりの改良材の吐出量を低下させる制御が実行されることになる。

このことより、前記システムの好ましい実施の形態として、改良材の吐出量を計測する第３の計測機器をさらに備え、改良材の吐出量に関する計測データＺが制御装置に送信されるようになっており、前記制御装置において、ロッドの進退速度と回転速度の制御に加えて、改良材の吐出量の制御も実行されるようになっている形態が好ましい。

この制御形態では、第１〜第３の計測機器にてロッドの回転速度、進退速度、および改良材の吐出量が計測され、それらの計測データが制御装置に時々刻々送信される。

吐出量の計測データは、あくまでも確認のためのデータとして使用することもできるし、吐出量の計測データも制御ファクターの要素として使用することもできる。

すなわち、前記制御装置において、ロッドがそれまでの地層に比して相対的に硬い地層に進入してロッドの回転速度と進退速度が低下した際には、改良材の単位時間当たりの吐出量を低下させる制御が実行され、ロッドがそれまでの地層に比して相対的に軟らかい地層に進入してロッドの回転速度と進退速度が上昇した際には、改良材の単位時間当たりの吐出量を増加させる制御が実行されるものである。

たとえば、相対的に軟らかい地層から相対的に硬い地層へロッド（およびその先端の攪拌翼）が進入した際には、それまでのロッドの回転速度や進退速度に比して双方の速度が低下する。回転速度や進退速度が低下した際に、これをそれまでの速度に高めようとするとロッドを回転駆動するモータに過度の負荷をかけ、モータの破損や耐久低下の原因となる。そこで、このような場合には、ロッドを回転等させるモータ等のアクチュエータに過度の負荷をかけない回転速度と進退速度でロッドを駆動させ、この低下した回転速度や進退速度に応じて単位時間当たりの吐出量も低下させる制御を実行することで、改良体の所定長さ当たりの改良材の吐出量を一定値に制御することができる。

上記する本発明の改良体造成システムによれば、改良体の全長に亘る改良材含有量にばらつきがなく、もって品質にばらつきのない改良体を造成することができることに加えて、余分な改良材の使用を抑制することができ、余分な排土の発生も同時に抑制することができ、これらによって施工コストの削減を図ることができる。

さらに、施工時の管理が全て自動化されていることから、施工の省力化とこれに付随した施工安全性の向上を図ることができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の改良体造成システムによれば、制御装置にて攪拌翼を備えたロッドの回転速度と進退速度の双方を制御し、回転速度と進退速度と経過時間によって決定される、改良体の所定長さ当たりのロッドの回転数を所定値（閾値ＸＹ_０）に制御し、改良材の吐出量は進退速度に応じた吐出量Ｚ_０に制御しておくことで、地盤性状の変化に応じてロッドの回転速度や進退速度が変化しても、改良体の所定長さ当たりのロッドの回転数が所定値となるように回転速度と進退速度を制御し、全長に亘って品質にばらつきのない改良体を造成することができる。

本発明の改良体造成システムの概要図である。二重管の一部の縦断面図である。ロッドの一部の縦断面図であって、（ａ）は閉じた姿勢の攪拌翼とロッドがケーシング内に収容されている状態を示した図であり、（ｂ）はケーシングからロッドが張り出し、ロッドからピストンが張り出して開いた姿勢の攪拌翼が形成され、この攪拌翼が回転しながらロッドの外周面から改良材が吐出されている状態を示した図である。制御装置のブロック図を計測機器や施工機械とともに示した図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に、図３で示す装置を適用した改良体造成方法を説明したフロー図である。（ａ）は施工実験の施工記録を示した平面図であり、（ｂ）は吐出量と進退速度の時刻歴波形を示した図であり、（ｃ）は回転速度と進退速度の時刻歴波形を示した図である。羽根切り回数（ロッドの回転数）と一軸圧縮強さの変動係数の関係を説明した図である。（ａ）は施工実験による鉛直方向の改良体を示した写真図であり、（ｂ）は施工実験による水平方向の改良体を示した写真図である。既存建物の直下における地盤改良方法の一実施の形態を説明する模式図である。改良体造成システムを使用して攪拌翼を回転させながら改良材を吐出している状態を示した模式図である。

以下、図面を参照して本発明の改良体造成システムの実施の形態と、このシステムを適用した改良体造成方法を説明する。

（改良体造成システムの実施の形態）
図１は本発明の改良体造成システムの概要図であり、図２は改良体造成システムを構成する二重管の一部の縦断面図である。また、図３はロッドの一部の縦断面図であって、図３ａは閉じた姿勢の攪拌翼とロッドがケーシング内に収容されている状態を示した図であり、図３ｂはケーシングからロッドが張り出し、ロッドからピストンが張り出して開いた姿勢の攪拌翼が形成され、この攪拌翼が回転しながらロッドの外周面から改良材が吐出されている状態を示した図である。さらに、図４は制御装置のブロック図を計測機器や施工機械とともに示した図である。

図示する改良体造成システム１０００は、スイベル等を備えた掘削機であるベースマシン６０と、ベースマシン６０に進退自在（Ｖ１方向）であって回転自在（Ｖ２方向）に装備されて改良材が流通する中空を備えたロッド１０と、から構成される施工機械１００と、ロッド１０の軸心方向への進退速度と軸心回りへの回転速度を少なくとも制御する制御装置２００と、ベースマシン６０に装備されてロッド１０を進退駆動するアクチュエータに取付けられた第１の計測機器３００、ベースマシン６０に装備されてロッド１０を回転駆動するアクチュエータに取付けられた第２の計測機器４００、さらに、ロッド１０に改良材を提供するポンプ７０とこのポンプ７０に装備された第３の計測機器５００から大略構成されている。なお、その他、ロッド１０の周囲に配設されるケーシング、ロッド１０の中空に供給されてロッド１０内に装備されたピストンを押出すための圧力水や高圧の改良材（セメントミルク等）を生成するための圧力エアを供給するコンプレッサ、水を収容して流路やロッド１０の中空に供給するタンク、セメントミルクや硬化促進剤、遅延剤などの改良材を収容してロッド１０に供給するタンクなどが構成要素となる。

ロッド１０は、その先端付近から改良材が吐出自在で（Ｔ方向）、かつロッド１０の先端には２つの攪拌翼１６を開閉自在に装備している。なお、ロッド１０の内部構造や攪拌翼１６の開閉制御態様については以下で詳述する。

第１の計測機器３００は、ロッド１０の軸心方向への進退速度（本実施の形態では、改良体造成の際にロッド１０を引き戻す引き戻し速度）を随時計測し、計測データを制御装置２００に送信する（Ｕ１方向）。

一方、第２の計測機器４００は、ロッド１０の軸心回りの回転速度を随時計測し、計測データを制御装置２００に送信する（Ｕ３方向）。

さらに、第３の計測機器５００は、ポンプ７０による改良材の吐出量を随時計測し、計測データを制御装置２００に送信する（Ｕ５方向）。

制御装置２００による制御態様は、以下、２つの制御態様があり、いずれの制御態様を適用してもよい。

すなわち、一つ目の制御態様は、ロッド１０の進退速度と回転速度のみを制御管理し、これらの速度をたとえば同時に計測して随時制御装置２００に送信し、改良体の単位長さ当たりのロッド１０の回転数（進退速度と回転速度と経過時間で決定される）を閾値ＸＹ_０に予め設定しておき、この閾値ＸＹ_０を与える進退速度に応じた改良材の吐出量をＺ_０に予め設定しておき、地盤性状に応じて随時変化するロッド１０の進退速度と回転速度を閾値ＸＹ_０を満たすようにフィードバック制御する制御態様である。

二つ目の制御態様は、ロッド１０の進退速度と回転速度、および改良材の吐出量を制御管理し、これら３つの計測値をたとえば同時に計測して随時制御装置２００に送信し、改良体の単位長さ当たりのロッド１０の回転数を閾値ＸＹ_０に予め設定しておき、この閾値ＸＹ_０を与える回転数に応じた改良材の吐出量をＺ_０に予め設定しておき、ロッド１０の進退速度と回転速度を閾値ＸＹ_０を満たすようにフィードバック制御するとともに、ロッド１０の進退速度等の増減に応じて単位時間当たりの吐出量もフィードバック制御する制御態様である。

二つ目の制御態様では、ロッド１０の進退速度と回転速度の計測データＸ，Ｙに基づき、ロッド１０の進退速度等の増減に応じて単位時間当たりの吐出量のみをフィードバック制御し、単位長さ当たりの改良体に提供される改良材の吐出量がＺ_０を満たすように制御することもできる。

いずれの制御態様であっても、第１、第２、第３の計測機器３００，４００，５００から制御装置２００に計測データが送信され（それぞれＵ１方向、Ｕ３方向、Ｕ５方向）、制御装置２００にてフィードバック指令信号が作成された後、ベースマシン６０に装備された進退駆動アクチュエータ、回転駆動アクチュエータ、およびポンプ７０にこれらの指令信号が送信されて（それぞれＵ２方向、Ｕ４方向、Ｕ６方向）、各アクチュエータやポンプの駆動制御が実行される。

次に、図２を参照して、ベースマシン６０に取付けられて地盤改良エリアまで延設される二重管を概説する。

同図で示すように、二重管は、ケーシング２０と、その内側に配された中空のロッド１０から構成され、ロッド１０とケーシング２０の間に流体が流通する（Ｘ１方向）第１の流路３０、ロッド１０の内部で流体が流通する（Ｘ２方向）第２の流路４０が形成されるものである。たとえば、第１の流路３０には流体として圧力水が流通し、ケーシング２０の先端から圧力水が吐出されてケーシングによる先行削孔が行われる。また、第２の流路４０には流体として高圧の改良材が流通し、ロッド１０の先端等から改良材が吐出され、ケーシング２０の先端で回転する不図示の攪拌翼等によって地盤と攪拌混合されながら所望径の改良体が造成される。

ロッド１０は、その２つの端部のうちの一方の端部に挿入体１０Ａが形成され、その他方の端部に別途のロッド１０の挿入体１０Ａが挿入される収容溝１０Ｂが形成されており、ロッド１０の収容溝１０Ｂに別途のロッド１０の挿入体１０Ａが挿入されてロッドの接続構造５０が形成される。

次に、図３を参照して、以上で説明したロッドの接続構造５０を順次形成しながら地盤改良エリアまで二重管を延長しながら改良体を造成する方法や、二重管の先端構成の実施の形態を概説する。

図３ａ、ｂで示す改良体造成システムの先端構成は、ケーシング２０と、ケーシング２０内をスライドして該ケーシング２０の先端から出入り自在でかつ回転自在な中空のロッド１０と、ロッド１０の中空内でスライド自在でかつ流路１０”を内部に備えたピストン１０’と、ピストン１０’の先端がロッド１０の先端よりも前方に張り出し自在となっていてこのピストン１０’の先端に回動自在に装着されている少なくとも２つの攪拌翼１６，１６から大略構成されている。

図３ｂで示すように、被改良地盤層にロッド１０を収容するケーシング２０が到達すると、ケーシング２０の先端からロッド１０がスライドして造成されるべき改良体の長さだけ張り出す（Ｚ１方向）。ロッド１０の中空４０と流路１０”の間には隙間があり、この隙間に加圧流体が供給される（Ｘ２’方向）と、加圧流体がピストン１０’の後方端を流体圧Ｑで前方へ押出してロッド１０に対してピストン１０’を前方へスライドさせる（Ｚ２方向）。ピストン１０’が所定長さだけスライドすると、２つの攪拌翼１６，１６がそれぞれの回動軸を中心にロッド１０の軸方向に対して直交する方向へ回動し（図３ｂのＺ３方向）、開いた姿勢の攪拌翼１６，１６が形成される。

ピストン１０’の流路１０”とロッド１０の吐出孔１５が流体連通した状態で高圧の改良材を後方から供給すると（図３ｂのＸ２方向）、ピストン１０’の貫通孔１４を介し、ロッド１０の吐出孔１５を介して吐出口からロッド１０の外側側方へ高圧の改良材が吐出される（図３ｂのＴ方向）。図３ｂからも明らかなように、開いた姿勢の２つの攪拌翼１６，１６に対して地盤内に吐出される高圧の改良材の吐出位置とその吐出方向は、攪拌翼１６よりもケーシング２０側であり、かつ、攪拌翼１６に対して平行もしくは略平行な向きとなる。高圧の改良材の吐出位置が攪拌翼１６よりもケーシング２０側となること、およびその吐出方向が開いた姿勢の攪拌翼１６に対して平行もしくは略平行であることより、ロッド１０と攪拌翼１６がケーシング２０側に引き戻されながら改良体を造成する場合には、ロッド１０と攪拌翼１６の引き戻し側に改良材が供給されることから、回転する攪拌翼１６によって地盤と改良材が十分に攪拌混合されることになる。

次に、図４を参照して、制御装置の内部構造と、制御装置と計測機器や施工機械との間における計測データや指令信号の送受信の態様を説明する。

制御装置２００には、第１の計測機器３００から送信される計測データＸが格納される計測データＸ格納部、第２の計測機器４００から送信される計測データＹが格納される計測データＹ格納部、第３の計測機器５００から送信される計測データＺが格納される計測データＺ格納部と、攪拌翼の現在位置が随時格納される攪拌翼位置格納部、改良体の造成開始からの経過時間（もしくは絶対時刻）を格納する時刻格納部、改良体の単位長さ当たりのロッドの回転数の閾値ＸＹ_０を格納する回転数の閾値ＸＹ_０格納部、閾値ＸＹ_０を与える進退速度に応じた改良材の吐出量をＺ_０を格納する吐出量Ｚ_０格納部、フィードバック制御部、これら各部の制御を司るCPU、これら各部を繋ぐバス、不図示のRAMやROMなどが内蔵されている。

各計測機器から送信された計測データに基づき、既述するいずれかの制御態様に基づいてロッドの進退速度や回転速度、ポンプから圧送される吐出量に関する指令値が割り出され、指令信号として各アクチュエータやポンプに送信されるようになっている。

次に、図５を参照して、図１〜４で説明した改良体造成システムを適用した改良体造成方法を概説する。なお、図５ａ〜図５ｃはその順で、改良体造成方法を説明したフロー図となっている。なお、図５においては、図３で示した機構を簡略化している。

図５ａには、クローラタイプのロータリーパーカッションドリル（ベースマシン６０）を含む改良体造成システムの一部を示している。まず、図５ａで示すように、ベースマシン６０を用いて、ケーシング２０内にロッド１０を配し、双方を被改良地盤層まで前進させ、これらが前進する過程でケーシング２０とロッド１０の間の流路を介して圧力水を利用してケーシング堀りさせながら（Ｘ１方向）、ケーシング２０とロッド１０を被改良地盤層に到達させる。なお、このステップでは、ケーシング２０内においてロッド１０の軸方向に２つの攪拌翼１６，１６が閉じた姿勢となっている。

次に、ケーシング２０の先端からロッド１０を所定長だけスライドさせるためのエキステンションロッドをベースマシン６０に取付け、さらにケーシング２０をベースマシン６０に取り付けて、図５ｂで示すようにケーシング２０の先端からロッド１０を造成される改良体の長さだけ張り出させる。ロッド１０が所定長さだけケーシング２０から張り出したら、図３ｂで示すようにロッド１０内に圧力流体を供給してピストンを前方へ押出し、双方の係合位置でロッド１０とピストンを係合させ、閉じた姿勢の攪拌翼１６，１６を回動させて開いた姿勢を形成する（Ｚ３方向）。さらに、高圧の改良材を後方から供給し、ピストンの流路および貫通孔を介し、ロッド１０の吐出孔を介して吐出口からロッド１０の外側側方へ高圧の改良材を吐出する（Ｔ方向）。

高圧の改良材を地盤内に吐出しながら図５ｃで示すようにロッド１０を回転させ、ロッド１０の回転によって攪拌翼１６，１６を回転させて（Ｚ４方向）地盤と改良材を攪拌混合し、ロッド１０をケーシング２０側に後退させながら（Ｘ３方向）改良体Ｐを造成していく。なお、図５ｃにおいて、改良体Ｐ’は、図示以降のロッド１０の後退によって造成される改良体であり、既に造成されている改良体Ｐに加えてさらにこの改良体Ｐ’が造成されることにより、所定断面積と所定長さを有した改良体の造成が完了する。

図５ａ〜ｃで示す施工フローを繰り返して、あるいは、複数の装置を同時に適用して、ロッドの接続構造５０を順次形成しながら二重管を延長し、複数の水平方向の改良体を接するように造成する、もしくは一定間隔を置いて併設するように造成することにより、既存建物の平面規模に関わらず、その直下の所望する軟弱地盤等を精度よく地盤改良補強することが可能となる。

[施工実験とその結果]
本発明者等は、本発明の改良体造成システムを適用して鉛直方向の改良体、水平方向の改良体を造成し、その造成精度を検証する実験をおこなった。

ここで、図６ａは施工実験の施工記録を示した平面図であり、図６ｂは吐出量と進退速度の時刻歴波形を示した図であり、図６ｃは回転速度と進退速度の時刻歴波形を示した図である。また、図７は羽根切り回数（ロッドの回転数）と一軸圧縮強さの変動係数の関係を説明した図であり、図８ａは施工実験による鉛直方向の改良体を示した写真図であり、図８ｂは施工実験による水平方向の改良体を示した写真図である。

図６ａで示すような平面配置計画で本実験をおこない、図６ｂ、ｃで示すようなフィードバック制御に基づくロッドの進退速度と回転速度、ポンプによる改良材の吐出量の各時刻歴波形に基づく改良体の造成をおこなった。

また、図７で示す羽根切り回数と一軸圧縮強さの変動係数の関係は、「実務者のための戸建住宅の地盤改良・補強工法、オーム社、2010」から抜粋したものである。

図８の各写真図で示すようにして、造成された改良体を実測した。実測結果を以下の表１に示す。

表１より、実績/計画の比率は100%の精度に対して±3%程度の誤差範囲に入っており、いずれの改良体ともに高い精度で造成がおこなわれていることが実証されている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、たとえば深層混合処理工法などでも適用可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１０…ロッド、２０…ケーシング、３０…第１の流路（流路）、４０…第２の流路（中空）、５０…ロッドの接続構造、６０…ベースマシン、１００…施工機械、２００…制御装置、３００…第１の計測機器、４００…第２の計測機器、５００…第３の計測機器、１０００…改良体造成システム

Claims

地盤内に改良体を造成する改良体造成システムであって、
前記改良体造成システムは、
改良材が流通する中空を備えたロッドが該ロッドの軸心周りに回転自在でかつ軸心方向に進退自在に装備されたベースマシンと、
前記ロッドであって、該ロッドの先端付近から改良材が吐出自在でかつ該ロッドの先端に攪拌翼を開閉自在に装備したロッドと、から構成される施工機械、および、
前記ロッドの軸心方向への進退速度と該ロッドの回転速度を制御する制御装置、および、
前記進退速度を計測する第１の計測機器と前記回転速度を計測する第２の計測機器を備え、
前記第１、第２の計測機器にて進退速度と回転速度が計測され、進退速度に関する計測データＸと回転速度に関する計測データＹが制御装置に送信されるようになっており、
前記制御装置には、改良体造成の際の該改良体の所定長さ当たりのロッドの回転数（進退速度と回転速度と時間によって決定される）の閾値ＸＹ_０と、進退速度に応じた改良材の吐出量Ｚ_０が格納されており、
前記制御装置において、計測された計測データＸ，Ｙから、閾値ＸＹ_０を満たすように進退速度と回転速度が制御され、かつ、改良体の前記所定長さ当たりの改良材の吐出量が吐出量Ｚ_０を満たすように制御されている改良体造成システム。
改良材の吐出量を計測する第３の計測機器をさらに備え、
改良材の吐出量に関する計測データＺが制御装置に送信されるようになっており、
前記制御装置において、ロッドの進退速度と回転速度の制御に加えて、改良材の吐出量の制御も実行されるようになっている請求項１に記載の改良体造成システム。
前記制御装置において、
ロッドがそれまでの地層に比して相対的に硬い地層に進入してロッドの回転速度と進退速度が低下した際には、改良材の単位時間当たりの吐出量を低下させる制御が実行され、
ロッドがそれまでの地層に比して相対的に軟らかい地層に進入してロッドの回転速度と進退速度が上昇した際には、改良材の単位時間当たりの吐出量を増加させる制御が実行される請求項２に記載の改良体造成システム。