JP2018123603A - 地盤改良体の外縁確認装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】地盤の土質の影響を受けずに地盤改良体の外縁が噴射管の貫入位置から所望の距離離れた位置に到達しているかどうかを判断する。【解決手段】噴射管12を引き上げつつ噴射管12から硬化材液17を噴射管12の周囲に高圧噴射させて造成された地盤改良体Kの外縁を確認するための外縁確認装置20であって、地盤Gに対して噴射管12の貫入位置P1から所定距離L1離れた位置に貫入されるロッド21と、ロッド21に配置され前記高圧噴射に伴う地盤Gの振動を検知する振動検知センサ22と、振動検知センサ22に接続される判断装置23とを備え、判断装置23は、所定のしきい値を記憶する記憶部25と、振動検知センサ22による検出値を前記記憶部25に記憶されたしきい値と比較して地盤改良体Kの外縁が前記ロッド21の貫入位置の近傍に達しているかどうかを判断する演算部26とを有する。【選択図】図1

Description

本発明は地盤改良体の外縁確認装置に関し、詳しくは、地盤に貫入した噴射管を引き上げつつ噴射管から硬化材液を噴射管の周辺に高圧噴射させて造成された地盤改良体の外縁を確認するための装置に関するものである。
従来より、地盤に貫入した噴射管を引き上げつつ、噴射管から硬化材液を高圧噴射させて地盤を切削し、土と硬化材を攪拌混合して、地盤改良体(以下、単に「改良体」とも言う)を造成して、これにより地盤改良を行う高圧噴射攪拌工法が知られている。
高圧噴射攪拌工法の手順の概要は以下の通りである。まず、図12(a)に示すように、施工機101を地上の地盤改良の施行位置に据え付け、噴射管102を地盤103中の計画深度まで貫入する。次に、図12(b)に示すように、施工機101により噴射管102を予め設定した回転速度で回転させ、噴射管102の先端に設けられたノズルから硬化材液104を周辺に超高圧で噴射する。この硬化材液104により地盤103が切削され、土と硬化材液104とが攪拌混合される。図12(c)に示すように、噴射管102の最初に位置決めした深さ位置で改良体105の造成が完了すると、施工機101により噴射管102を所定の距離だけ引き上げ、次に位置決めされた深さ位置で噴射管102から硬化材液104の噴射を行う。各深さの決められた位置での改良体105の造成に必要な硬化材液104の噴射時間や、噴射管102の引き上げ距離は、地盤103の質や所望の改良体105の径、硬化材液104の特性に応じて設定される。このように、噴射管102による硬化材液104の噴射を継続しつつ噴射管102を段階的に引き上げることで、図12(d)に示す略円柱状の改良体105が造成される。所望の深さにわたって改良体105を造成した後、噴射管102は地上へ引き抜かれる。
このような高圧噴射攪拌工法において、造成される円柱状の改良体105の径(有効径)が計画された所望の径(計画径)を造成しているかを確認することは重要である。特に、高圧噴射攪拌工法においては、改良体105を隣接して複数造成し、広い範囲を地盤改良することが多く行われており、この場合、隣接する改良体105が重なり合う部分が必要となる。しかし、実際に造成された改良体105の有効径が計画径より小さいと、隣接する改良体105の間に地盤改良がされていない領域が生じてしまう。また、改良体105の有効径が計画径より大きいと、重なり部分が広くなりすぎ、コストが増加する。
造成された円柱状の改良体の有効径を確認する装置として、例えば特許文献1、2に提案されたものがある。特許文献1に記載の装置は、地盤改良体が造成される予定の地盤に、予め温度センサ(光ファイバー測定器)を設置し、改良体の造成中に硬化材液によって地盤が切削される際に発生する熱を測定することで、改良体が適切な径で造成されているかをリアルタイムで確認している。
また、特許文献2に記載の装置は、地盤に縦孔を削孔して計測管を挿入し、この計測管内に集音マイクを吊り下げているもので、噴射管の動きに追従させて集音マイクを上げ下げすることにより、噴射管からの硬化材液が測定管に当たる切削音を採取している。この切削音の音量レベルを測定して改良体の径を確認している。
特開2011−226250号公報 特開2015−151687号公報
上記のように特許文献1、2に記載の装置においては、温度センサや集音マイクを用いて硬化材液が測定位置まで到達しているか否かを判断しているが、地盤の温度や切削音の伝わり方は地盤の土質によって大きく異なる。このため、硬化材液が測定位置まで到達しているかを判断するためには、改良体の造成前に予め地盤の土質を確認したうえで、土質に応じた計測を実施する必要があり、手間がかかる。特に、温度センサに関しては、地盤に地下水が流れている箇所があると、地盤が切削される際に発生する熱が冷却され、同じ改良体であっても測定箇所によって地盤の温度が大きく異なる場合があり、正確な判断が難しい。
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、地盤の土質の影響を受けずに地盤改良体の外縁が噴射管の貫入位置から所望の距離離れた位置に到達しているかどうかを容易かつ正確に判断することが可能な地盤改良体の外縁確認装置を提供することを課題としている。
本発明による地盤改良体の外縁確認装置は、地盤に貫入した噴射管を引き上げつつ前記噴射管から硬化材液を前記噴射管の周囲に高圧噴射させて造成する地盤改良体の外縁を確認するための装置であって、地盤に対して前記噴射管の貫入位置から所定距離離れた位置に貫入されるロッドと、前記ロッドに配置され前記高圧噴射に伴う地盤の振動を検知する振動検知センサと、前記振動検知センサに接続される判断装置とを備え、前記判断装置は、所定のしきい値を記憶する記憶部と、前記振動検知センサによる検出値を前記記憶部に記憶されたしきい値と比較して前記地盤改良体の外縁が前記ロッドの貫入位置の近傍に達しているかどうかを判断する演算部と、を有することを特徴としており、上記の目的はこの地盤改良体の外縁確認装置により達成される。
上記の構成によれば、高圧噴射された硬化材液は地盤を切削するため、硬化材液が到達すると、地盤の掘削で生じた土粒間の衝突等により振動が生じる。この振動がロッドに伝わり、ロッドに配置された振動検知センサがロッドの振動を検知したときに、硬化材液がロッド近傍まで達していること、及びロッド近傍において地盤改良体が形成されていることが分かる。従って、目標とする地盤改良体の計画径を考慮してロッドを噴射管の貫入位置から所望の距離離れた位置に貫入することで、振動検知センサによる検出値がしきい値を超えたとき、判断装置の演算部は地盤改良体の外縁が噴射管の貫入位置から所望の距離離れた位置に到達していると判断する。
この発明の一実施形態においては、前記ロッドは中空であり、内壁の長さ方向に沿って複数の前記振動検知センサが所定間隔毎に設けられている。
噴射管の引き上げに伴い硬化材液が噴射される深さ位置が変化するが、上記の構成によれば、ロッドの長さ方向、すなわちロッドが貫入される深さ方向に沿って複数の振動検知センサが取り付けられているため、硬化材液がいずれの深さ位置で噴射されても硬化材液の高圧噴射に伴う地盤の振動を検知することができる。
この発明の一実施形態においては、前記ロッドは、長さ方向に沿って複数のセンサユニットが所定間隔毎に設けられており、前記センサユニットは、一端側に開口、他端側に底部を有し、前記開口を前記ロッドの外壁面に臨ませた状態で設けられるケースと、前記ケース内に移動可能に収容されるとともに底部がバネにより支持されるセンサボックスとを備え、前記センサボックスの内部に前記振動検知センサが設けられている。
硬化材液の高圧噴射に伴う土粒間の衝突等がセンサボックスに伝わって、センサボックスが振動し、さらに、センサボックス自体がバネ力を受けて往復動するので、振動が大きくなる。このセンサボックスの振動を振動検知センサが検知することで、硬化材液がロッド近傍まで達していると判断される。
なお、開口をロッドの外壁面に臨ませた状態とは、開口がロッドの外壁面よりも外側に突出している状態や開口がロッドの外壁面と揃った状態を含む。
上記の実施形態においては、前記ロッドは、前記センサユニットが設けられるセンサ付柱体と、前記センサ付柱体の間に接続される長さ調整用柱体とからなることが好ましい。
長さ調節用柱体の長さを調節することで、所望の間隔で複数のセンサユニットをロッドに配置することができる。
この発明の一実施形態においては、前記ロッドは中空であり、内部に前記振動検知センサを収容したセンサボックスが上下方向に移動可能に収容されたものであり、前記センサボックスに取り付けられるワイヤーと、前記ワイヤーを巻き上げて前記センサボックスを前記噴射管の引き上げに追従させる巻上装置と、を更に備える。
上記の構成によれば、センサボックスは噴射管の引き上げに追従させるので、硬化材液がいずれの深さ位置で噴射されても硬化材液によるセンサボックスに伝わった地盤の振動を検知することができる。
前記振動検知センサは、加速度センサ、速度センサ、変位センサのいずれかであることが好ましい。
本発明によれば、地盤の土質の影響を受けずに地盤改良体の外縁が噴射管の貫入位置から所望の距離離れた位置に到達しているかどうかを容易かつ正確に判断することができる。
本発明の一実施形態に係る地盤改良体の外縁確認装置と施工装置との全体構成を示す概略図である。 ロッドの断面図である。 情報処理装置の構成図である。 地盤改良体の外縁確認装置の原理の説明図である。 本発明の他の実施形態に係るロッドの断面図である。 本発明の他の実施形態に係るロッドの断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る地盤改良体の外縁確認装置と施工装置との全体構成を示す概略図である。 ロッドの断面図である。 ロッドの変形例を示す断面図である。 図9のロッドのA−A断面図である。 模擬実験による振動検知センサの検出値の波形を示す図である。 高圧噴射攪拌工法の手順の説明図である。
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、地盤改良体Kの施工装置10及び地盤改良体Kの外縁確認装置20の全体構造を示す説明図である。
地盤改良体Kの施工装置10は、図12に示す従来技術と同様の高圧噴射攪拌工法を行うための装置であり、地上に設置される施工機11と、施工機11に支持され下端に設けられたノズル(図示せず)から硬化材液17を超高圧で噴射する噴射管12とを備えている。噴射管12は、鉛直方向に地盤Gに貫入され、鉛直方向に移動可能であって、軸回転可能に施工機11に支持されている。また、クレーン13が地上に配置されており、クレーン13の吊具13aが噴射管12の上端部に接続されて噴射管12を所定の距離ずつ間欠的に引き上げている。地盤改良体Kの施行位置の地面の直下には、噴射管12が挿入された貫入孔14から湧き出る余分な硬化材液17や土などを貯留するスライムピッド15が設けられている。スライムピッド15内にはポンプ16が設置されており、余分な硬化材液17等を排泥タンク(図示せず)に排出している。
本実施形態においては、硬化材液17として、セメントミルクなどの液状の硬化材が用いられるが、水が用いられてもよい。
また、本実施形態では、硬化材液17が噴射管12から噴射される圧力は20〜40MPaに設定されている。噴射管12からは硬化材液17とともに圧縮空気が噴射されており、圧縮空気の圧力は0.6〜1.0MPaに設定されている。噴射管12の毎回の引き上げ距離は2.5cmであり、噴射管12は各深さ位置において30秒間で2回転するように設定されている。上記の設定値は例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
地盤改良体Kの外縁確認装置20は、円柱状をなす地盤改良体Kの外縁を確認するための装置であって、地盤Gに対して噴射管12の貫入位置P1から所定距離L1離れた位置に貫入されるロッド21と、ロッド21に配置され高圧噴射に伴う地盤Gの振動を検知する振動検知センサ22と、振動検知センサ22に接続される情報処理装置(判断装置)23とを備えている。
図2に示すように、ロッド21は円筒状の中空の棒体であり、本実施形態では、ロッド21の内径L2が89.1mm、厚みL3が4.5mmである。ロッド21は本実施形態では鋼管を用いているが、塩化ビニル樹脂やナイロンなどの合成樹脂製のパイプであってもよい。なお、ロッド21は円筒状に限定されず、角筒状であってもよい。
ロッド21の中空部21aの内壁21bには、長さ方向に沿って複数の振動検知センサ22が所定間隔毎に設けられている。本実施形態では、振動検知センサ22を2.5cm毎の間隔で設けているが、これに限定されず、硬化材液17の高圧噴射に伴う地盤Gの振動を検知することが可能であれば、任意の間隔で振動検知センサ22を設けてもよい。
振動検知センサ22は、本実施形態では加速度センサを用いているが、これに代えて、速度センサや変位センサを用いてもよい。
各振動検知センサ22は、検出出力を送信するための信号線24を介して情報処理装置23に接続されている。
図3に示すように、情報処理装置23は、記憶部25と、演算部26と、表示部27と、インターフェース部28を備えている。
記憶部25は、例えばフラッシュメモリや不揮発性メモリなどの記憶装置から構成され、所定のしきい値を記憶するとともに、受信した振動検知センサ22の検出値を記憶している。
演算部26は、例えばCPUやワークエリアとなるメモリなどから構成されている。演算部26はメモリに記憶されているプログラムを実行することにより、振動検知センサ22による検出値を記憶部25に記憶されたしきい値と比較して地盤改良体Kの外縁がロッド21の貫入位置の近傍に達しているかどうかを判断する手段として機能し、また、判断結果や検出値を表示部27に表示させる手段として機能する。
表示部27は、例えばLCD(液晶表示ディスプレイ)であり、振動検知センサ22による検出値や判断結果を表示する。
インターフェース部28は、各振動検知センサ22の信号線24と接続され、各振動検知センサ22の検出値を受信してデジタル信号に変換するためのA/D変換装置等から構成されている。
図4は、地盤改良体Kの外縁確認装置20の原理の説明図である。地盤改良体Kの造成時には、噴射管12は回転しながら硬化材液17を高圧噴射しており、噴射方向がロッド21の方向を向くとき、振動検知センサ22の検出値は図4に示すような山型を描く。情報処理装置23の演算部26は振動検知センサ22からの検出値が入力されると、記憶部25に記憶されたしきい値と比較する。検出値がしきい値よりも高い場合は、硬化材液17がロッド21の近傍まで到達しており、地盤改良体Kの外縁がロッド21の貫入位置の近傍に達していると判断する。
地盤改良体Kの施工装置10により高圧噴射攪拌工法を施工する際に、本発明の地盤改良体Kの外縁確認装置20を用いて径確認を行うには、まず、施工機11を地上の地盤改良の施行位置に据え付け、噴射管12を地盤G中の計画深度まで貫入する。次に、噴射管12の貫入位置P1から所定距離L1離れた位置、すなわち、地盤改良体Kの計画径の外縁付近に、ロッド21を計画された施工深さ位置まで貫入する。そして、施工機11により噴射管12を予め設定した回転速度で回転させ、噴射管12から硬化材液17を超高圧で噴射する。施工機11により制御されるクレーン13は噴射管12を順次所定の距離だけ引き上げ、各深さ位置でノズルより硬化材液17が噴射される。なお、計画径とは、計画された目標とする地盤改良体Kの直径、すなわち約L1×2の長さであり、土質によって異なるが、一般的に1.0m〜2.0m程度である。
ロッド21に配置された振動検知センサ22より検出値が情報処理装置23に送られると、情報処理装置23の演算部26は検出値としきい値とを比較する。検出値がしきい値を超えたときは、硬化材液17がロッド21の近傍まで到達しており、地盤改良体Kの外縁がロッド21の貫入位置の近傍に達していると判断される。
所望の改良深さの範囲で地盤改良体Kが造成されると、噴射管12とロッド21は地上に引き抜かれる。
本発明によれば、地盤Gの土質を確認することなく地盤改良体Kの外縁が噴射管12の貫入位置P1から所望の距離L1離れた位置に到達しているかどうかを容易かつ正確に迅速に判断することができる。
なお、ロッド21を地盤改良体Kの計画径の外縁よりも外側の位置に貫入してもよい。この場合は、地盤改良体Kがロッド21の挿入位置に造成されていないことを確認することができる。
図5、図6は本発明の他の実施形態の地盤改良体Kの外縁確認装置20を示す。図5に示すロッド21は、構成が図1の実施形態とは異なっており、センサユニット32が設けられるセンサ付円筒体30と、センサ付円筒体30、30の間に接続される長さ調整用円筒体31とからなる。センサ付円筒体30の両端部には嵌合凸部30aが形成され、長さ調整用円筒体31の両端部には嵌合凹部31aが形成されており、嵌合凸部30aと嵌合凹部31aとを嵌め合わせることで、センサ付円筒体30と長さ調整用円筒体31とが長さ方向につなぎ合わされる。長さ調整用円筒体31の長さを調整することで、ロッド21に配置する振動検知センサ22の間隔を調整することが可能である。
センサユニット32は、一端側に開口33a、他端側に底部33bを有し、開口33aをロッド21の外壁面30bに臨ませた状態で設けられる直方体のケース33と、ケース33内に往復移動可能に収容されるとともに底部34cがバネ35により支持される直方体のセンサボックス34とを備えている。
ケース33は、開口33aがセンサ付円筒体30の外壁面30bよりも外側に突出した位置にあり、突出長さは約2cmである。なお、開口33aはセンサ付円筒体30の外壁面30bと揃っていてもよい。センサボックス34の内壁34aには振動検知センサ22が接着等により取り付けられている。
ケース33及びセンサボックス34のそれぞれの上面には、振動検知センサ22に接続された信号線24をロッド21の中空部21aに通すための貫通孔33c、34bが設けられている。
ロッド21は、ケース33の開口33aが噴射管12の方向を向くように地盤Gに貫入される。
その他の構成については、図1の実施形態と同様であるため、対応する部分に同一の符号を付すことで説明を省略する。
硬化材液17の高圧噴射に伴う土粒間の衝突等がセンサボックス34に伝わってセンサボックス34が振動し、さらにセンサボックス34自体がバネ力を受けてケース33内で往復動するので、振動が大きくなる。このセンサボックス34の振動を振動検知センサ22が検知することで、硬化材液17がロッド21近傍まで達していると判断される。
図7、図8は本発明のさらに他の実施形態の地盤改良体Kの外縁確認装置20を示す。
図8に示すように、ロッド21は円筒状の中空の棒体であり、中空部21aに円筒状のセンサボックス40が上下方向に移動可能に収容されている。センサボックス40の内部には平板41が設けられ、平板41の上に振動検知センサ22が固定されている。センサボックス40の上面40aにはワイヤー42が取り付けられるとともに、振動検知センサ22に接続される信号線24を通すための貫通孔40bが設けられている。
ワイヤー42は信号線24とともに噴射管12の引き上げに追従させて巻上装置43より巻き上げられる。巻上装置43は施工機11により動作が制御されており、施工機11は噴射管12のノズルの深さ位置とセンサボックス40の深さ位置とが揃うように噴射管12の引き上げ及び巻上装置43の巻き上げを行う。
その他の構成については、図1の実施形態と同様であるため、対応する部分に同一の符号を付すことで説明を省略する。
上記の構成によれば、噴射管12の引き上げに追従させてセンサボックス40が引き上げられるので、硬化材液17がいずれの深さ位置で噴射されても硬化材液17の高圧噴射に伴う地盤Gの振動を検知することができる。
図9、図10は図8の実施形態の変形例を示すもので、円筒状のセンサボックス40の外周壁40cにベアリング44が設けられている。ベアリング44はセンサボックス40の上端側及び下端側に、周方向の等角度位置に4個、合計8個設けられている。各ベアリング44はロッド21の内壁21bと当接しており、これにより、センサボックス40が引き上げられる際に、センサボックス40とロッド21との間に生じる摩擦が小さくなるため、巻上装置43にかかる負荷を小さくすることができる。
その他の構成については、図8の実施形態と同様であるため、対応する部分に同一の符号を付すことで説明を省略する。
(実施例)
地盤改良体Kの外縁確認装置20において、振動検知センサ22の検出値の波形を模擬実験により測定した。実験は地中ではなく地上で行い、図9の実施形態のロッド21を用い、ロッド21から1.0m離れた位置にノズルを1つ備えた噴射管12を配置した。噴射管12のノズルの高さ位置は、ロッド21のセンサボックス40の振動検知センサ22の高さ位置と揃えた。噴射管12を回転させつつ、噴射管12から1MPaの圧力で水を噴射させた。
測定結果を図11に示す。図11は噴射管12を4秒間で2回転させた場合における振動検知センサ22の検出値の波形を示している。この期間に水はロッド21に2度衝突しており、この衝突時のロッド21の振動が振動検知センサ22により検知されることによって、振動検知センサ22の検出出力として2つの山型の波形が測定された。情報処理装置23に所定のしきい値を設定し、この波形をしきい値と比較することで、水がロッド21に当たっていると判断することができる。
なお、上記の模擬実験では水を1MPaの圧力で噴射させているが、実際の地盤改良体Kの造成時には噴射管12は30秒間に2回転し、硬化材液17を20〜40MPaの圧力で噴射しており、模擬実験と同様にロッド21に生じる振動が検知され、振動検知センサ22の検出出力として波形が得られると思われる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
10 地盤改良体の施工装置
12 噴射管
17 硬化材液
20 外縁確認装置
21ロッド
21a ロッドの中空部
21b 内壁
22 振動検知センサ
23 情報処理装置(判断装置)
25 記憶部
26 演算部
30 センサ付円筒体
31 長さ調整用円筒体
32 センサユニット
33 ケース
33a 開口
33b 底部
34 センサボックス
35 バネ
40 センサボックス
42 ワイヤー
43 巻上装置
44 ベアリング
P1 噴射管の貫入位置
L1 噴射管の貫入位置から所定距離
L2 ロッドの内径
L3 厚み
G 地盤
K 地盤改良体

Claims (6)

  1. 地盤に貫入した噴射管を引き上げつつ前記噴射管から硬化材液を前記噴射管の周囲に高圧噴射させて造成する地盤改良体の外縁を確認するための外縁確認装置であって、
    地盤に対して前記噴射管の貫入位置から所定距離離れた位置に貫入されるロッドと、
    前記ロッドに配置され前記高圧噴射に伴う地盤の振動を検知する振動検知センサと、
    前記振動検知センサに接続される判断装置とを備え、
    前記判断装置は、所定のしきい値を記憶する記憶部と、前記振動検知センサによる検出値を前記記憶部に記憶されたしきい値と比較して前記地盤改良体の外縁が前記ロッドの貫入位置の近傍に達しているかどうかを判断する演算部と、を有することを特徴とする地盤改良体の外縁確認装置。
  2. 前記ロッドは中空であり、内壁の長さ方向に沿って複数の前記振動検知センサが所定間隔毎に設けられている請求項1に記載の地盤改良体の外縁確認装置。
  3. 前記ロッドは、長さ方向に沿って複数のセンサユニットが所定間隔毎に設けられており、
    前記センサユニットは、
    一端側に開口、他端側に底部を有し、前記開口を前記ロッドの外壁面に臨ませた状態で設けられるケースと、
    前記ケース内に移動可能に収容されるとともに底部がバネにより支持されるセンサボックスとを備え、
    前記センサボックスの内部に前記振動検知センサが設けられている請求項1に記載の地盤改良体の外縁確認装置。
  4. 前記ロッドは、前記センサユニットが設けられるセンサ付柱体と、前記センサ付柱体の間に接続される長さ調整用柱体とからなる請求項3に記載の地盤改良体の外縁確認装置。
  5. 前記ロッドは中空であり、内部に前記振動検知センサを収容したセンサボックスが上下方向に移動可能に収容されたものであり、
    前記センサボックスに取り付けられるワイヤーと、前記ワイヤーを巻き上げて前記センサボックスを前記噴射管の引き上げに追従させる巻上装置と、を更に備える請求項1に記載の地盤改良体の外縁確認装置。
  6. 前記振動検知センサは、加速度センサ、速度センサ、変位センサのいずれかである請求項1、2、3、5のいずれかに記載の地盤改良体の外縁確認装置。
JP2017017497A 2017-02-02 2017-02-02 地盤改良体の外縁確認装置 Active JP6873462B2 (ja)

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