JP2019019471A - 根固め部の強度推定方法、圧縮強度推定装置、圧縮強度判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料内に含まれる掘削土砂の量に関わらず、より正確に根固め部が圧縮強度を推定可能な、又は、より正確に根固め部が必要圧縮強度を満たすかを判定可能な根固め部の強度推定方法、強度推定装置、強度判定装置を提供する。【解決手段】固化する前の根固め部から採取したソイルセメントの試料から根固め部の固化後の圧縮強度を推定する圧縮強度推定装置４０であって、試料に含有される水の質量を求める水量測定制御部５２及び水量測定機構６０と、試料に含有されるセメントの質量を求めるセメント量測定制御部５３及びセメント量測定機構７０と、予め求められた根固め部が形成される層の構成物を含むソイルセメントのセメントと水との質量比と、圧縮強度と、の相関関係、水の質量、及び、セメントの質量から試料の固化後の圧縮強度を推定する圧縮強度推定部５４と、推定結果を表示する表示部５７と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、試料内に含まれる掘削土砂の量に関わらず、より正確に根固め部が圧縮強度を推定可能な、又は、より正確に根固め部が必要圧縮強度を満たすかを判定可能な根固め部の強度推定方法、圧縮強度推定装置、圧縮強度判定装置に関するものである。

従来、基礎杭を構築する方法としては、支持層まで杭穴を掘削して、杭穴内に既製杭や鉄筋篭を設置するものがある。この方法においては、杭穴内の底部に根固め液を注入し、固化させて根固め部を形成する。根固め部の形成は、地中深くにおいて行うため、強度の測定が難しい。そこで、根固め部の強度を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この強度推定方法では、予め、施工現場のＮ値、地盤性状を計測し、比重−圧縮強度の対応表を作成しておく。そして、固化する前の根固め部から試料を採取して、比重を測定する。この比重と対応表とから根固め部の固化後の圧縮強度を求める。

特開２０１０−２２２７９９号公報

比重から圧縮強度を求める場合には、根固め部において根固め液と掘削土砂が均一に混合されている必要がある。しかしながら、杭穴の底部において掘削土砂が均一に混合されているか否かを確認することは困難である。根固め部において、掘削土砂が均一に混合されていない場合、試料を採取する場所により、試料中に含まれる掘削土砂の量が変わる。試料の比重は、試料中に含まれる掘削土砂の量に応じて変わるため、比重から求められる圧縮強度も試料の採取場所により変わることとなる。そうすると、強度の推定の誤差が大きくなるという問題があった。また、このような方法で推定された強度に基づいて根固め部が必要圧縮強度を満たすかどうか判定する場合も、その正確性に疑問があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、試料内に含まれる掘削土砂の量に関わらず、より正確に根固め部が圧縮強度を推定可能な、又は、より正確に根固め部が必要圧縮強度を満たすかを判定可能な根固め部の強度推定方法、圧縮強度推定装置、圧縮強度判定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る根固め部の強度推定方法は、地盤を掘削した杭穴の底部にセメントミルクを含む液体を注入、固化することによって形成される根固め部の強度を推定する根固め部の強度推定方法であって、前記地盤の前記根固め部が形成される層から前記層の構成物を第一の試料として採取し、前記第一の試料を含むセメントミルクを複数種類生成して固化させ、それら前記セメントミルクのセメントと水との質量比と、固化後の圧縮強度と、の相関関係を求める相関関係導出処理工程と、掘削した杭穴の底部にセメントミルクを注入し、注入後の前記セメントミルクと掘削土砂等の地盤材料との混合物を第二の試料として採取し、前記第二の試料に含まれる水の質量を求める水量測定処理工程と、前記第二の試料中に含まれるセメントの質量を求めるセメント量測定処理工程と、前記水の質量と前記セメントの質量とから前記第二の試料のセメントと水との質量比を求め、前記第二の試料のセメントと水との質量比と前記相関関係とから、前記根固め部の圧縮強度を推定する圧縮強度推定処理工程と、を含み、前記セメント量測定処理工程は、前記第二の試料の質量から前記水の質量を引いた質量のセメントを溶かすのに必要十分な酸性水溶液を前記第二の試料に投入する酸投入処理工程と、酸性水溶液投入後の第二の試料に対してアルカリ性水溶液を用いた中和滴定を行う中和滴定処理と、前記第二の試料に投入した酸性水溶液の量及び前記中和滴定において滴下したアルカリ性水溶液の量から前記第二の試料に含まれているセメントの質量を求めるセメント量算出処理工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る圧縮強度推定装置は、固化する前の根固め部から採取したソイルセメントの試料から根固め部の固化後の圧縮強度を推定する圧縮強度推定装置であって、前記試料に含有される水の質量を求める水量測定手段と、前記試料に含有されるセメントの質量を求めるセメント量測定手段と、予め求められた前記根固め部が形成される層の構成物を含むソイルセメントのセメントと水との質量比と、圧縮強度と、の相関関係、前記水の質量、及び、前記セメントの質量から前記試料の固化後の圧縮強度を推定する圧縮強度推定手段と、推定結果を表示する表示手段と、を備えるとよい。

本発明に係る圧縮強度推定装置においては、前記セメント量測定手段は、前記試料に酸性水溶液及びアルカリ性水溶液を滴下する滴下機構と、前記酸性水溶液及び前記アルカリ性水溶液を滴下された試料のｐＨを測定するｐＨ測定機構と、前記試料の質量から前記水の質量を引いた量のセメントを溶かすのに必要十分な量の酸性水溶液を前記試料に投入し、前記酸性水溶液を投入した試料に前記アルカリ性水溶液を滴下し、ｐＨ測定機構によるｐＨを参照して、前記酸性水溶液及び前記アルカリ性水溶液を滴下した試料が中和した時の前記アルカリ性水溶液の滴下量を求め、前記試料に投入した酸性水溶液の量と、前記アルカリ性水溶液の滴下量と、をもとに前記試料中のセメントの質量を求めるセメント量測定制御部と、を備えるとよい。

本発明に係る圧縮強度推定装置においては、前記水量測定手段は、前記試料中のセメントの平均粒径より所定分大きい粒径以上の大きさの粒子を除去する粗大材料除去機構と、前記試料中の水分を蒸発させる加熱機構と、前記試料の質量を測定する質量測定機構と、前記質量測定機構で測定された前記試料の水分蒸発前の質量と前記試料の水分蒸発後の質量とから前記試料が含有する水の質量を求める水量測定制御部と、を備えるとよい。

本発明に係る圧縮強度判定装置は、固化する前の根固め部から採取したソイルセメントの試料から根固め部の固化後の圧縮強度が必要圧縮強度を満たすかを判定する根固め部の強度判定方法であって、前記試料に含有される水の質量を求める水量測定手段と、前記必要圧縮強度を入力する入力手段と、予め求められた前記根固め部が形成される層の構成物を含むソイルセメントのセメントと水との質量比と、圧縮強度と、の相関関係、前記水の質量、及び、前記必要圧縮強度から、固化後の前記試料が前記必要圧縮強度を満たすとした場合に前記試料中に含まれるべき必要セメント量を求めるセメント量算出手段と、前記試料中に前記必要セメント量のセメントが含有されているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る圧縮強度判定装置においては、前記判定手段は、前記試料に酸性水溶液及び指示薬を投入する滴下機構と、前記酸性水溶液及び前記指示薬が投入された試料を撮像する撮像機構と、前記指示薬と前記必要セメント量のセメントを溶かすのに必要十分な量の酸性水溶液とを前記滴下機構を介して前記試料に投入し、前記撮像機構が撮像した画像の色をもとに、前記試料中に前記必要セメント量のセメントが含有されているか否かを判定するセメント量判定部と、を備えるとよい。

本発明に係る圧縮強度判定装置においては、前記水量測定手段は、前記試料中のセメントの平均粒径より所定分大きい粒径以上の大きさの粒子を除去する粗大材料除去機構と、前記試料中の水分を蒸発させる加熱機構と、前記試料の質量を測定する質量測定機構と、前記質量測定機構で測定された前記試料の水分蒸発前の質量と前記試料の水分蒸発後の質量とから前記試料が含有する水の質量を求める水量測定制御部と、を備えるとよい。

上述の構成によれば、セメント水比と圧縮強度との関係から、根固め部の圧縮強度を推定するので、第二の試料に入っている掘削土砂の量に関わらず、根固め部の圧縮強度を推定することができ、より正確に、根固め部の圧縮強度を推定することができる。

上述の構成によれば、必要圧縮強度をみたす試料中に含まれるべきセメント量をセメント水比と圧縮強度との関係から求め、試料中に含まれるセメント量がその求めたセメント量を満たしているかどうかを判定することで、根固め部の強度を判定している。従って、第二の試料に入っている掘削土砂の量に関わらず、根固め部の強度を判定することができ、より正確に、根固め部の強度を判定することができる。

図１は、本発明の実施形態における施工手順を示した縦断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る各種地盤材料による圧縮強度とセメント水比との関係を示す図である。 図３は、本発明の実施形態に係る圧縮強度推定装置の概要を示す概要図である。 図４は、図３に示した圧縮強度推定装置の制御測定機構が実施する処理の内容を示すフローチャートである。 図５は、図４に示したセメント量測定処理の内容を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施形態の変形例に係る圧縮強度判定装置の概要を示す概要図である。

＜根固め部の強度推定方法の概要＞
以下に添付図面を参照して、本発明に係る根固め部の強度推定方法の好適な実施形態について図１〜図２に基づいて詳細に説明する。この根固め部の強度推定方法は、基礎杭の施工の際に、掘削した杭穴の底部にセメントミルクを含む液体を注入して形成する根固め部の固化後の圧縮強度を推定するものである。

本実施形態においては、図１Ｆに示すように、地盤１１において、地表から支持層１２にかけて掘削した杭穴１の底部に根固め部３２を構築した後、杭穴１に基礎杭３１を配設する場合において、基礎杭３１を配設する以前に根固め部３２の強度を推定する方法について例示する。杭穴１を掘削する際に使用する掘削機は、図１Ａに示すように、掘削ロッド２の先端に掘削ヘッド３を備えたものである。掘削ヘッド３は、順方向に回転させた場合に掘削歯が閉じた状態となる。一方、逆方向に回転させると掘削歯が広がり、拡大掘りができるようになっている。

第一の工程：この根固め部３２の強度推定方法では、まず根固め部３２が形成される支持層１２からその構成物を試料（第一の試料）として採取する。試料を採取する場合には、例えば、ボーリングによって行えば良い。

第二の工程：第一の工程で採取した試料を含むセメントミルクを複数種類生成し、そのセメント水比とそれを固化させたものの圧縮強度とを測定することにより、第一の試料を含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度の相関関係を求める。相関関係は、グラフや関係式で表される。より具体的には、第一の試料を含む試験体としてのセメントミルクを、骨材の量と、セメントの量と、水の量とをそれぞれ変えて、例えば、１２パターン（少なくとも２パターン）生成し、それらのセメント水比を算出するとともに、それらを固化させ、材齢２８日の圧縮強度を測定する。その結果から、図２に示すように、セメント水比と圧縮強度の関係式（回帰式）を算出する。尚、回帰式は直線となる。Ｒの２乗は、決定係数を表す。図２は、第一の試料が、礫質砂だった場合（図２Ａ）、砂混じり粘土だった場合（図２Ｂ）、砂質粘土だった場合（図２Ｃ）、砂混じり礫（図２Ｄ）だった場合の第一の試料を含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度の関係の一例を示している。図２に示すように、第一の試料の材質によって、セメント水比と圧縮強度の関係式は異なる。第一の工程と第二の工程とを合わせて相関関係導出処理工程とする。

第三の工程：図１Ａに示すように、基礎杭３１の施工現場にて、水（掘削液）を注入しながら掘削ロッド２によって杭穴１を掘削する。杭穴１を掘削する際には、図１Ｂで示すように、練付ドラム４で杭穴１の側壁を均しながら掘削することが好ましい。掘削された杭穴１は、注入した水と掘削土砂（地盤材料）とが混合した泥水１３で満たされることになる。支持層１２に到達するまで掘削したら、掘削ロッド２を逆転させ、掘削ロッド２の先端部である掘削ヘッド３を拡開させる。その状態で、図１Ｂに示すように、掘削ロッド２によって、杭穴１の他の部分より大きな径で支持層１２の拡大掘削を行い、拡大部１Ａを形成する。その後、図１Ｃに示すように、拡大部１Ａにセメントミルク（根固め液）を注入し、泥水１３と掘削土砂と撹拌混合する。セメントミルクは、ソイルセメント２１となる。セメントミルクを充填した後、掘削ロッド２を杭穴１から引き上げ、図１Ｄの状態で、ソイルセメント２１が固化する前にソイルセメント２１（掘削土砂を含んだセメントミルク）から試料（第二の試料）を採取する。試料の採取方法としては、例えば、掘削ロッド２の先端に試料採取器を取り付け、これにより、試料を採取する。試料の採取量としては、１００ｇ程度でよい。尚、第二の試料を採取する前に、セメントミルクと泥水１３と掘削土砂とを掘削機の掘削ロッド２によって撹拌混合したが、撹拌しなくてもよい。

第四の工程：第三の工程で採取した第二の試料から試験体を作成し、試験体の含有水分量を求める。試験体の水分量を測定する方法としては、例えば、赤外線水分計や電子レンジを用いて水分を逸散させる方法、フライパンにより熱して水分を逸散させる方法、有機溶媒を使用する方法等の方法が使用できる。また、後述する水量測定機構を使用してもよい。また、水分量の測定は温度が２００℃以下の状態で行うとよい。これは、粘土が熱により変性し、酸に溶解する成分となってしまう可能性があるためである。第三の工程と第四の工程とを合わせて水量測定処理工程とする。

第五の工程：試験体中に含まれるセメントの質量を求める（セメント量測定処理工程）。そのためには、まず、試験体に、試験体の質量から水の質量を引いた質量のセメントを溶かすのに必要十分な酸性水溶液を投入する（酸投入処理工程）。試験体に酸性水溶液を投入した後、アルカリ性水溶液を用いた中和滴定を行う（中和滴定処理）。試験体に投入した酸の量及び中和滴定において滴下したアルカリ水溶液の量から試験体に含まれているセメントの質量を求める（セメント量算出処理工程）。

第六の工程：第四の工程で求めた試験体中に含まれる水の質量と第五の工程で求めた試験体中に含まれるセメントの質量とから試験体のセメント水比を算出する。試験体のセメント水比と前述の相関関係とから、根固め部３２の圧縮強度を推定する（圧縮強度推定処理工程）。

第七の工程：施工目標と比較して圧縮強度が足りないと推定される場合、セメントミルクを更に充填する等の補修を施す。圧縮強度が十分であると推定される場合、図１Ｅに示すように、杭穴１内の拡大部１Ａより上部の部分１Ｂに杭周固定液２２を地表付近にまで注入する。その際に、地上に溢れ出す泥水１３は、例えば、セメント系の固化材を添加して固化し、トラックで搬送可能な程度の粘度として産業廃棄物として処分してもよい。その後に、図１Ｆに示すように、基礎杭３１を拡大部１Ａに達するまで沈設する。

上述のように、予め、基礎杭３１の支持層１２となる個所から試料を採取し、その試料を含むセメントミルクのセメント水比と、それを固化させたものの圧縮強度との関係式を求める。そして、根固め部３２を施工する際に拡大部１Ａに注入した固化する前のセメントミルク（ソイルセメント）から試料を採取し、その試料のセメント水比を求め、前述の関係式から圧縮強度を求めるようにしている。セメント水比は、セメントの量と水の量のみから決まる量である。従って、試料に含まれる掘削土砂の量に関係なく圧縮強度を推定することができる。

＜圧縮強度推定装置＞
続いて、根固め部３２の圧縮強度推定装置４０について、図３に基づき説明する。圧縮強度推定装置４０は、制御測定機構５０と、水量測定機構６０と、セメント量測定機構７０と、タンク部８０と、試料移動機構９０と、を備えている。

制御測定機構５０は、制御部５１と、水量測定制御部５２と、セメント量測定制御部５３と、圧縮強度推定部（圧縮強度推定手段）５４と、記憶部５５と、操作入力部（入力手段）５６と、表示部（表示手段）５７と、を備えている。制御測定機構５０は、例えば、パーソナルコンピュータによって構成されていてもよい。

制御部５１は、装置全体の制御を行う部分である。水量測定制御部５２は、水量測定機構６０を制御し、試料ＳＰ１に含まれる水の質量を算出する部分である。セメント量測定制御部５３は、セメント量測定機構７０を制御し、試料ＳＰ１，ＳＰ２中に含まれるセメント量の算出を行う部分である。圧縮強度推定部５４は、試料ＳＰ１の固化後の圧縮強度、即ち、根固め部３２の固化後の圧縮強度、例えば材齢２８日の圧縮強度を推定する部分である。記憶部５５は、上記第二の工程で求めた第一の試料を含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度の相関関係の情報である相関関係情報Ｄが記憶されている部分である。操作入力部５６は、制御部５１に入力を行う部分である。表示部５７は、根固め部３２の強度推定結果等を表示する部分である。

水量測定機構６０は、試料ＳＰ１中に含まれる水の質量を測定する機構であり、質量測定機構６１と、加熱機構６２と、加熱容器６３と、粗大材料除去機構６４と、を備えている。質量測定機構６１は、加熱容器６３に入れられ載置された試料ＳＰ１の質量を逐次計測するものである。計測結果は、逐一制御部５１を介して水量測定制御部５２に送られる。加熱機構６２は、加熱容器６３を介して試料ＳＰ１を加熱し、試料ＳＰ１中の水分を蒸発させるものである。加熱容器６３は、中に入っている試料ＳＰ１を外側から加熱可能な容器である。水量測定機構６０と水量測定制御部５２とは、水量測定手段を構成する。粗大材料除去機構６４は、粗大な材料、例えば、試料ＳＰ０に含まれる粒径が１ｍｍより大きな掘削土砂を除去するものである。ここで、粗大な材料とは、その粒径が、セメントの粒子の平均粒径より所定径分大きい粒径以上のものである。所定径とは、例えば、セメントの粒度分布の標準偏差の２倍である。粗大材料除去機構６４によって、粗大な材料を除去された試料ＳＰ１は、ほとんどセメントの粒子と同等或いはそれより小さい粒子の集合体となる。粗大材料除去機構６４は、例えば、篩を使用した機構である。

セメント量測定機構７０は、試料ＳＰ１，ＳＰ２に含まれるセメントの質量を測定する機構であり、滴定容器７１と、滴下機構７２と、撹拌機構７３と、撹拌子７４と、ｐＨ測定機構７５と、を備えている。滴定容器７１は、中和滴定を行うための容器である。滴下機構７２は、酸性水溶液を所望の量滴下する機能と、単位時間あたり所望の量のアルカリ性水溶液を滴下する機能とを備えている。滴下機構７２は、滴下する液体の流量を測定する流量測定機能を備えている。撹拌機構７３は、撹拌子７４を回転させ、滴定容器７１内の物質を混合させるものである。撹拌子７４は、滴定容器７１内に入れられている。ｐＨ測定機構７５は、ｐＨを測定するセンサであり、制御部５１に測定したｐＨを送信するようになっている。セメント量測定機構７０とセメント量測定制御部５３とは、セメント量測定手段を構成する。

タンク部８０は、酸液タンク８１と、アルカリ液タンク８２と、を備えている。酸液タンク８１は、酸性水溶液の入った容器であり、滴下機構７２に酸性水溶液を供給するようになっている。アルカリ液タンク８２は、アルカリ性水溶液の入った容器であり、滴下機構７２にアルカリ性水溶液を供給するようになっている。

このように構成されている圧縮強度推定装置４０によって、根固め部３２の圧縮強度の推定を行うには、先ず、水量測定機構６０に第三の工程で採取した試料ＳＰ０を投入する。そうすると、粗大材料除去機構６４によって、試料ＳＰ０に含まれる粗大な材料、例えば、粒径が１ｍｍより大きな掘削土砂が除去される。粗大な材料が除去された試料ＳＰ１は、加熱容器６３に投入される。そうすると、質量測定機構６１によって、試料ＳＰ１の質量が測定される。測定結果は、制御部５１を介して水量測定制御部５２に送られる。水量測定制御部５２は、試料ＳＰ１の質量が送られてきた場合、加熱機構６２に加熱を開始させる。水量測定制御部５２は、試料ＳＰ１が乾燥し、その質量が一定になったら、加熱機構６２による加熱を停止する。水量測定制御部５２は、試料ＳＰ１の水分蒸発前の質量と試料ＳＰ１の水分蒸発後の質量とから試料ＳＰ１が含有する水の質量を求める。水量測定制御部５２は、得られた水の質量を圧縮強度推定部５４に送る。水量測定制御部５２は、乾燥後の試料ＳＰ２の質量をセメント量測定制御部５３に送る。制御部５１は、加熱機構６２による加熱が停止されたら、試料移動機構９０に、乾燥後の試料ＳＰ２の移動を行わせる。試料移動機構９０は、試料ＳＰ２を滴定容器７１内に移動させる。試料移動機構９０は、試料ＳＰ２を移動させたら、その旨を制御部５１を介してセメント量測定制御部５３に通知する。

セメント量測定制御部５３は、乾燥後の試料ＳＰ２の質量分のセメントを溶解させるのに必要十分な量の酸性水溶液（例えば、塩酸）の必要量を算出する。セメント量測定制御部５３は、試料ＳＰ２の移動完了の通知があった場合、滴下機構７２を介して必要量の酸性水溶液を試料ＳＰ２に投入する。セメント量測定制御部５３は、酸性水溶液を試料ＳＰ２に投入した後に、撹拌機構７３を介して、試料ＳＰ２と酸性水溶液を撹拌混合する。ｐＨが７以下の場合、セメント量測定制御部５３は、滴下機構７２を介して、アルカリ液タンク８２からアルカリ性水溶液（例えば、水酸化ナトリウム水溶液）を滴下して、中和滴定を行う。中和滴定は、ｐＨ測定機構７５の測定結果を随時参照しながら行われる。セメント量測定制御部５３は、ｐＨが７になった場合、アルカリ性水溶液の滴下を停止する。セメント量測定制御部５３は、ｐＨが７になるまで滴下したアルカリ性水溶液の量と、試料ＳＰ２に投入した酸性水溶液の量とから、試料ＳＰ２に含まれるセメントの質量を算出する。算出されたセメントの質量は、圧縮強度推定部５４に送られる。

圧縮強度推定部５４は、得られた水の質量とセメントの質量とから、セメント水比を算出する。圧縮強度推定部５４は、算出したセメント水比と、記憶部５５に格納された上記第二の工程で求めた第一の試料を含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度の相関関係の情報である相関関係情報Ｄと、から、根固め部３２の固化後の圧縮強度を推定する。

＜圧縮強度推定装置４０による圧縮強度推定処理＞
次に、圧縮強度推定装置４０による圧縮強度推定処理手順について説明する。図４は、圧縮強度推定装置４０の制御測定機構５０による圧縮強度推定処理手順を示すフローチャートである。図４に示すように、まず、第一の試料を含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度の相関関係の情報である相関関係情報Ｄを記憶部５５に記憶する相関関係の入力処理を行う（ステップＳ１０１）。

その後、水量測定制御部５２は、水量測定機構６０を用いて、試料ＳＰ１中に含まれる水の質量を測定する水量測定処理を行う（ステップＳ１０２）。この水量測定結果は、記憶部５５に記憶される。その後、セメント量測定制御部５３は、セメント量測定機構７０を用いて、試料ＳＰ２に含まれるセメントの質量を測定するセメント量測定処理を行う（ステップＳ１０３）。このセメント量測定結果は、記憶部５５に記憶される。

その後、圧縮強度推定部５４は、記憶部５５に記憶された、水の質量とセメントの質量とからセメント水比を算出し、この算出したセメント水比と、記憶部５５に格納された相関関係情報Ｄと、から、根固め部３２の固化後の圧縮強度を推定する圧縮強度推定処理を行う（ステップＳ１０４）。その後、制御部５１は、推定結果である圧縮強度を表示部５７に表示する推定結果の表示処理を行い（ステップＳ１０５）、本処理を終了する。

図５は、ステップＳ１０３によるセメント量測定処理の詳細処理手順を示すフローチャートである。図５に示すように、セメント量測定制御部５３は、まず、乾燥後の試料ＳＰ２の質量分のセメントを溶解させるのに必要十分な量の酸性水溶液の必要量を算出し、滴下機構７２を介して必要量の酸性水溶液を試料ＳＰ２に投入する酸の投入処理を行う（ステップＳ２０１）。

その後、セメント量測定制御部５３は、撹拌機構７３を介して、試料ＳＰ２と酸性水溶液を撹拌混合し、ｐＨが７以下の場合、滴下機構７２を介して、アルカリ性水溶液を滴下する中和滴定処理を行う（ステップＳ２０２）。

その後、セメント量測定制御部５３は、アルカリ性水溶液の滴下中に、ｐＨが７になった場合、アルカリ性水溶液の滴下を停止し、ｐＨが７になるまで滴下したアルカリ性水溶液の量と、試料ＳＰ２に投入した酸性水溶液の量とから、試料ＳＰ２に含まれるセメントの質量を算出するセメント量算出処理を行い（ステップＳ２０３）、記憶部５５にセメントの質量を記憶した後、ステップＳ１０３にリターンする。

上述のように、圧縮強度推定装置４０は、予め、基礎杭３１の支持層１２となる個所から試料を採取し、その試料を含むセメントミルクのセメント水比と、それを固化させたものの圧縮強度との相関関係情報Ｄを求めておき、その相関関係情報Ｄを記憶部５５に記憶させておく。そして、根固め部３２を施工する際に拡大部１Ａに注入した固化する前のセメントミルク（ソイルセメント）から試料を採取し、圧縮強度推定装置４０に投入することにより、圧縮強度推定装置４０は、その試料のセメント水比を求め、前述の相関関係から圧縮強度を求めるようにしている。セメント水比は、セメントの量と水の量とのみから決まる量である。従って、試料に含まれる掘削土砂の量に関係なく圧縮強度を推定することができる。

＜圧縮強度判定装置＞
次に、圧縮強度推定装置４０の変形例である根固め部３２の圧縮強度判定装置１４０について、図６に基づき説明する。圧縮強度判定装置１４０は、圧縮強度推定装置４０の一部の構成を入れ替えたものである。圧縮強度判定装置１４０は、制御測定機構１５０と、水量測定機構６０と、セメント量判定機構１７０と、タンク部１８０と、試料移動機構９０と、を備えている。制御測定機構１５０は、制御測定機構５０の圧縮強度推定部５４を無くし、セメント量測定制御部５３をセメント量判定部（セメント量算出手段）１５３としたものである。セメント量判定機構１７０は、セメント量測定機構７０のｐＨ測定機構７５に替えて撮像機構１００を備えたものである。タンク部１８０は、タンク部８０のアルカリ液タンク８２に替えて指示薬タンク８３を設けたものである。セメント量判定部１５３とセメント量判定機構１７０とは、判定手段を構成する。

セメント量判定部１５３は、試料ＳＰ１中に必要な量のセメントが入っているか判定する部分である。撮像機構１００は、試料ＳＰ２を撮像するものである。指示薬タンク８３は、指示薬が入った容器であり、滴下機構７２に指示薬を供給するようになっている。

このように構成されている圧縮強度判定装置１４０によって、根固め部３２の圧縮強度の判定を行うには、先ず、操作入力部５６を介して必要圧縮強度を入力する。必要圧縮強度とは、根固め部３２に基礎杭３１を配設し、根固め部３２が固化した際に必要な圧縮強度であり、設計基準強度から安全率を考慮したものであるとよい。

そして、水量測定機構６０に第三の工程で採取した試料ＳＰ０を投入する。水の質量の測定については、圧縮強度推定装置４０と同じなので説明を省略する。水量測定制御部５２は、得られた水の質量をセメント量判定部１５３に送る。制御部５１は、加熱機構６２による加熱が停止されたら、試料移動機構９０に、乾燥後の試料ＳＰ２の移動を行わせる。試料移動機構９０は、試料ＳＰ２を滴定容器７１内に移動させる。試料移動機構９０は、試料ＳＰ２を移動させたら、その旨を制御部５１を介してセメント量判定部１５３に通知する。

セメント量判定部１５３は、測定された水の質量と、入力された必要圧縮強度と、記憶部５５に格納された上記第二の工程で求めた第一の試料を含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度の相関関係の情報である相関関係情報Ｄとから、必要圧縮強度を満たす場合に試料ＳＰ１に含まれるべきセメント量（必要セメント量と記す）を求める。必要セメント量を求める際には、例えば、第二の工程で算出した関係式に必要圧縮強度を代入し、セメント水比を求める。セメント水比＝セメントの質量／水の質量であるので、求めたセメント水比と、第四の工程で求めた水分量とからセメントの質量が求まる。これが、必要セメント量である。セメント量判定部１５３は、必要セメント量のセメントを溶解させるのに必要十分な酸性水溶液（例えば、塩酸）の質量である必要量を算出する。

セメント量判定部１５３は、試料ＳＰ２の移動完了の通知がきた場合、滴下機構７２を介して必要量の酸性水溶液と指示薬とを試料ＳＰ２に投入する。指示薬は、ｐＨが７以上で色のつく指示薬であることが望ましい。セメント量判定部１５３は、酸性水溶液を試料ＳＰ２に投入した後に、撹拌機構７３を介して、指示薬と試料ＳＰ２と酸性水溶液とを撹拌混合する。撹拌を始めてから１０分から１時間以内（好ましくは３０分後）の試料ＳＰ２の状態を撮像機構１００で撮像する。撮像された画像は、セメント量判定部１５３と表示部５７に送られる。撮像された画像は、表示部５７に表示される。表示された画像が判定結果となる。セメント量判定部１５３は、送られてきた画像の色温度を解析し、その結果を記憶部５５に保存するとともに、その結果から試料ＳＰ１に必要セメント量のセメントが入っているか判定してもよい。

上述のように、予め、基礎杭３１の支持層１２となる個所から試料を採取し、その試料を含むセメントミルクのセメント水比と、それを固化させたものの圧縮強度との相関関係を求める。そして、根固め部３２を施工する際に拡大部１Ａに注入した固化する前のセメントミルク（ソイルセメント）から試料を採取し、その試料中に根固め部３２が必要圧縮強度を満たすだけのセメント量である必要セメント量が含まれているかどうかを判定している。必要セメント量は、前述した相関関係から求めている。このようにして、根固め部３２が必要圧縮強度を満たすかを判定している。従って、試料に含まれる掘削土砂の量に関係なく根固め部３２の強度判定を行うことができる。圧縮強度の判定にかかる日数も、拡大部１Ａにセメントミルクを打設してから１日以内で可能なので、早期に根固め部３２の補修が可能となる。上述の圧縮強度推定装置４０及び圧縮強度判定装置１４０によれば、現場で迅速な強度の推定又は強度の判定をすることができる。

尚、上述の実施形態では、杭穴１の底部を拡大掘りして、拡大部１Ａを形成したが、拡大部１Ａを形成せず、他の部分と同じ径とした杭穴１の底部にセメントミルクを注入して根固め部３２を形成してもよい。上述の実施形態ではセメント水比を使用しているが水セメント比を使用しても良い。セメントの量と水の量との質量比であればよい。上述の実施の形態の根固め部３２の圧縮強度推定方法及び圧縮強度推定装置４０では、セメント量を求める際に、酸性水溶液とアルカリ性水溶液とを使用しているが、試料と水を混合したものに酸性水溶液を少量ずつ滴下していって丁度中和する酸性水溶液の量をもとめ、それからセメント量を求めても良い。水量測定機構６０としては、加熱機構６２を有するものを例示したが、これに限られず、例えば、電気伝導度を測定し、電気伝導度から水の量を算出する機構のものであってもよい。水量測定機構６０とセメント量測定機構７０と、あるいは、水量測定機構６０とセメント量判定機構１７０とは、一体であってもよい。その際は、試料移動機構９０は、不要となる。

３２ 根固め部
４０ 圧縮強度推定装置
５２ 水量測定制御部
５３ セメント量測定制御部
５４ 圧縮強度推定部
５７ 表示部
６０ 水量測定機構
７０ セメント量測定機構

Claims (7)

1. 地盤を掘削した杭穴の底部にセメントミルクを含む液体を注入、固化することによって形成される根固め部の強度を推定する根固め部の強度推定方法であって、
   前記地盤の前記根固め部が形成される層から前記層の構成物を第一の試料として採取し、前記第一の試料を含むセメントミルクを複数種類生成して固化させ、それら前記セメントミルクのセメントと水との質量比と、固化後の圧縮強度と、の相関関係を求める相関関係導出処理工程と、
   掘削した杭穴の底部にセメントミルクを注入し、注入後の前記セメントミルクと掘削土砂等の地盤材料との混合物を第二の試料として採取し、前記第二の試料に含まれる水の質量を求める水量測定処理工程と、
   前記第二の試料中に含まれるセメントの質量を求めるセメント量測定処理工程と、
   前記水の質量と前記セメントの質量とから前記第二の試料のセメントと水との質量比を求め、前記第二の試料のセメントと水との質量比と前記相関関係とから、前記根固め部の圧縮強度を推定する圧縮強度推定処理工程と、
   を含み、
   前記セメント量測定処理工程は、
   前記第二の試料の質量から前記水の質量を引いた質量のセメントを溶かすのに必要十分な酸性水溶液を前記第二の試料に投入する酸投入処理工程と、
   酸性水溶液投入後の第二の試料に対してアルカリ性水溶液を用いた中和滴定を行う中和滴定処理と、
   前記第二の試料に投入した酸性水溶液の量及び前記中和滴定において滴下したアルカリ性水溶液の量から前記第二の試料に含まれているセメントの質量を求めるセメント量算出処理工程と、
   を含むことを特徴とする根固め部の強度推定方法。
2. 固化する前の根固め部から採取したソイルセメントの試料から根固め部の固化後の圧縮強度を推定する圧縮強度推定装置であって、
   前記試料に含有される水の質量を求める水量測定手段と、
   前記試料に含有されるセメントの質量を求めるセメント量測定手段と、
   予め求められた前記根固め部が形成される層の構成物を含むソイルセメントのセメントと水との質量比と、圧縮強度と、の相関関係、前記水の質量、及び、前記セメントの質量から前記試料の固化後の圧縮強度を推定する圧縮強度推定手段と、
   推定結果を表示する表示手段と、
   を備えることを特徴とする圧縮強度推定装置。
3. 前記セメント量測定手段は、
   前記試料に酸性水溶液及びアルカリ性水溶液を滴下する滴下機構と、
   前記酸性水溶液及び前記アルカリ性水溶液を滴下された試料のｐＨを測定するｐＨ測定機構と、
   前記試料の質量から前記水の質量を引いた量のセメントを溶かすのに必要十分な量の酸性水溶液を前記試料に投入し、前記酸性水溶液を投入した試料に前記アルカリ性水溶液を滴下し、ｐＨ測定機構によるｐＨを参照して、前記酸性水溶液及び前記アルカリ性水溶液を滴下した試料が中和した時の前記アルカリ性水溶液の滴下量を求め、前記試料に投入した酸性水溶液の量と、前記アルカリ性水溶液の滴下量と、をもとに前記試料中のセメントの質量を求めるセメント量測定制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の圧縮強度推定装置。
4. 前記水量測定手段は、
   前記試料中のセメントの平均粒径より所定分大きい粒径以上の大きさの粒子を除去する粗大材料除去機構と、
   前記試料中の水分を蒸発させる加熱機構と、
   前記試料の質量を測定する質量測定機構と、
   前記質量測定機構で測定された前記試料の水分蒸発前の質量と前記試料の水分蒸発後の質量とから前記試料が含有する水の質量を求める水量測定制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧縮強度推定装置。
5. 固化する前の根固め部から採取したソイルセメントの試料から根固め部の固化後の圧縮強度が必要圧縮強度を満たすかを判定する根固め部の強度判定方法であって、
   前記試料に含有される水の質量を求める水量測定手段と、
   前記必要圧縮強度を入力する入力手段と、
   予め求められた前記根固め部が形成される層の構成物を含むソイルセメントのセメントと水との質量比と、圧縮強度と、の相関関係、前記水の質量、及び、前記必要圧縮強度から、固化後の前記試料が前記必要圧縮強度を満たすとした場合に前記試料中に含まれるべき必要セメント量を求めるセメント量算出手段と、
   前記試料中に前記必要セメント量のセメントが含有されているか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段による判定結果を表示する表示手段と、
   を備えることを特徴とする圧縮強度判定装置。
6. 前記判定手段は、
   前記試料に酸性水溶液及び指示薬を投入する滴下機構と、
   前記酸性水溶液及び前記指示薬が投入された試料を撮像する撮像機構と、
   前記指示薬と前記必要セメント量のセメントを溶かすのに必要十分な量の酸性水溶液とを前記滴下機構を介して前記試料に投入し、前記撮像機構が撮像した画像の色をもとに、前記試料中に前記必要セメント量のセメントが含有されているか否かを判定するセメント量判定部と、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の圧縮強度判定装置。
7. 前記水量測定手段は、
   前記試料中のセメントの平均粒径より所定分大きい粒径以上の大きさの粒子を除去する粗大材料除去機構と、
   前記試料中の水分を蒸発させる加熱機構と、
   前記試料の質量を測定する質量測定機構と、
   前記質量測定機構で測定された前記試料の水分蒸発前の質量と前記試料の水分蒸発後の質量とから前記試料が含有する水の質量を求める水量測定制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の圧縮強度判定装置。

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