JP2019132096A - Ｓｃｐ工法用センサ、ｓｃｐ工法用ケーシングパイプ、砂杭強度評価方法およびｓｃｐ工法の施工管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サンドコンパクションパイル工法（SCP工法）による施工中に砂杭強度をリアルタイムで確認し評価可能なSCP工法用センサ、このセンサを有するSCP工法用ケーシングパイプ、このセンサを用いた砂杭強度評価方法およびSCP工法の施工管理方法を提供する。【解決手段】SCP工法用センサ２０は、SCP工法用ケーシングパイプ１０の下部の径方向に並べられた複数の電極２１〜２４，２５〜２８を備え、複数の電極は、ケーシングパイプにより地盤に造成される砂杭ＳＣの上端面ＳＳに接するように設けられ、砂杭の上端面から所定の深さにおける砂杭内部の比抵抗値を計測し、計測された比抵抗値に基づいて砂杭の強度を評価するためのものである。【選択図】図１

Description

本発明は、SCP工法用センサ、このセンサを有するSCP工法用ケーシングパイプ、このセンサを用いた砂杭強度評価方法およびSCP工法の施工管理方法に関する。

サンドコンパクションパイル工法（以下、「SCP工法」ともいう。）は、振動を用いて砂または類似の材料をケーシングパイプ（鋼製中空管）により軟弱地盤に圧入することにより、締め固められた大径の砂杭（サンドコンパクションパイル）を軟弱地盤内に造成する地盤改良工法である。SCP工法における品質および出来形の管理基準は、たとえば、港湾工事共通仕様書で規定され、以下の通りである。
・品質管理基準：砂（材質：外観、種類、品質及び粒度、シルト以下の細粒分含有率）
・出来形管理基準：サンドコンパクションパイル（位置、天端高・先端深度、砂の投入量、盛上り量）

特開平10-268061号公報

SCP工法による軟弱粘性土における地盤改良の目的として、締め固めた砂杭と軟弱粘性土からなる複合地盤を形成し、上載荷重に対する支持力の増強、ドレーン効果を含めた地盤全体の剛性の増加、すべり抵抗の増加、沈下の低減を図ること等が挙げられる。しかし、砂杭強度については品質および出来形の管理基準がないのが現状であり、次の問題点がある。

(1)従来の管理方法では施工中の管理は砂面計と深度計を用いて投入砂の体積変化率を確認するものとなっており、砂杭強度を直接計測し確認することはできない。
(2)砂杭の強度確認として砂杭造成後に調査ボーリングを行っているが、全数調査ではない。
(3)調査ボーリングは造成した砂杭中にボーリングロッドを貫入するため砂杭密度に影響を及ぼす恐れがある。
(4)事後調査時に設計強度に満たない箇所が確認されても砂杭造成後の手直しをすることが非常に難しい。

特許文献１は、センサ部材に対して多数の電極部材を配置して構成し、電極部材のうちの２つの間で地盤の比抵抗の測定に用いる他に、任意の電気的な測定等に対応させ得るようにした地盤比抵抗測定センサを開示するが、SCP工法による砂杭の強度を測定し評価可能なものではない。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、SCP工法による施工中に砂杭強度をリアルタイムで確認し評価可能なSCP工法用センサ、このセンサを有するSCP工法用ケーシングパイプ、このセンサを用いた砂杭強度評価方法およびSCP工法の施工管理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためのサンドコンパクションパイル工法用センサは、サンドコンパクションパイル工法用ケーシングパイプの下部の径方向に並べられた複数の電極を備え、前記複数の電極は、前記ケーシングパイプにより地盤に造成される砂杭の上端面に接するように設けられ、前記砂杭の上端面から所定の深さにおける砂杭内部の比抵抗値を計測し、前記計測された比抵抗値に基づいて前記砂杭の強度を評価するためのものである。

このSCP工法用センサによれば、SCP工法においてケーシングパイプの下部の径方向に並んだ複数の電極がケーシングパイプにより地盤に造成される砂杭(または造成中の砂杭の一部)の上端面に接することで、砂杭の上端面から所定の深さにおける砂杭内部の比抵抗値を砂杭の造成途中や造成直後に計測することができる。この計測された比抵抗値に基づいて砂杭強度を評価するので、SCP工法による施工中に砂杭強度をリアルタイムにかつ非破壊的に確認し評価することができる。このため、砂杭の全数について砂杭強度を評価でき、また、砂杭強度の評価結果に応じて砂の再投入や締め固めを行うことができる。なお、電極は、ウェンナー配置により配置されることが好ましい。

上記SCP工法用センサにおいて、前記複数の電極の中から電極を組み合わせて前記計測を行うように構成し、前記電極の組み合わせを変更することで前記砂杭の上端面からの測定深さを変えるように構成できる。電極を組み合わせることで電極間隔を変えることができ、様々な深度で砂杭内部の比抵抗値を計測できる。

また、前記複数の電極は、前記ケーシングパイプの下端で第１の径方向に直列して第１の電極配置で配置され、さらに前記第１の径方向と異なる第２の径方向に直列して第２の電極配置で配置されるように構成できる。この場合、前記第１の電極配置における電極間隔と、前記第２の電極配置における電極間隔とを相違させることで、前記砂杭の上端面からの測定深さを変えるように構成できる。

上記目的を達成するためのサンドコンパクションパイル工法用ケーシングパイプは、地盤に砂杭を造成するサンドコンパクションパイル工法に用いられるケーシングパイプであって、上述のサンドコンパクションパイル工法用センサを備える。このケーシングパイプによれば、SCP工法により砂杭を造成し、かつ、この砂杭造成時に砂杭強度を評価することができる。

上記SCP工法用ケーシングパイプにおいてケーシングパイプ下端に径方向に延びる鋼板を有し、前記鋼板に前記複数の電極を設けることが好ましい。なお、計測誤差の低減を図るために前記ケーシングパイプの下端から所定の高さ範囲まで電気絶縁材料で被覆することが好ましい。また、電気絶縁被覆膜に凹部を設け、この凹部内に電極を配置することで、電極保護を図るようにしてもよい。

上記目的を達成するための砂杭強度評価方法は、上述のサンドコンパクションパイル工法用センサを用いて前記ケーシングパイプにより地盤に造成される砂杭の強度を評価する方法であって、前記砂杭の造成に用いる砂からなる供試体を、間隙率を変えて作製し、前記供試体により前記砂の比抵抗値を測定し、前記砂の比抵抗値と前記間隙率との関係式を求め、前記砂杭に要求される強度に基づいて相対密度を決定し、前記相対密度から間隙率を求め、前記求めた間隙率と前記関係式とから比抵抗値を求め、前記センサにより前記砂杭の比抵抗値を計測し、前記求めた比抵抗値と前記計測された比抵抗値とを比較することで、前記砂杭の強度を評価する。

この砂杭強度評価方法によれば、上述のセンサにより計測された砂杭の比抵抗値と、上述のようにして求められた比抵抗値との比較結果により、砂杭強度を評価するので、SCP工法による施工途中に砂杭強度をリアルタイムにかつ非破壊的に評価することができる。

上記目的を達成するためのサンドコンパクションパイル工法の施工管理方法は、上述のセンサ、または、上述の砂杭強度評価方法を用いて、前記ケーシングパイプによる砂杭造成時に砂杭の強度を評価することでサンドコンパクションパイル工法の施工を管理する。

この施工管理方法によれば、SCP工法の施工途中に砂杭強度を評価する工程を組み入れることで、SCP工法において施工途中に砂杭強度をリアルタイムにかつ非破壊的に評価でき、また、砂杭の全数について砂杭強度を評価でき、さらに、砂杭強度の評価結果に応じて砂の再投入や締め固めを行うことができる。このため、地盤に造成される砂杭の強度品質に関する施工管理を確実に行うことができ、高品質な砂杭を造成できる。

本発明によれば、SCP工法による施工中に砂杭強度をリアルタイムで確認し評価可能なSCP工法用センサ、このセンサを有するSCP工法用ケーシングパイプ、このセンサを用いた砂杭強度評価方法およびSCP工法の施工管理方法を提供することができる。

本実施形態による砂杭の比抵抗値を計測するためのセンサを備えるSCP工法用ケーシングパイプの要部縦断面図（ａ）およびB-B線方向から見た底面図（ｂ）である。 本実施形態による別の電極配置としたセンサを備えるSCP工法用ケーシングパイプの要部縦断面図（ａ）および底面図（ｂ）である。 複数の電極を等間隔に配置したウェンナー配置による電極配置例を示す概略図である。 複数の電極を電位電極の間隔が大きくなるように配置した別の電極配置例を示す概略図である。 本実施形態による計測した砂杭内部の比抵抗値に基づいて砂杭の強度を評価するまでの工程（Ｓ０１〜Ｓ１４）を説明するためのフローチャートである。 砂からなる供試体の比抵抗値を測定する実験装置の模式図である。 間隙率ｎ（％）と比抵抗係数Ｆとの関係を示すグラフである。 Ｎ値（強度）と相対密度の関係を示す表である。 本実施形態による比抵抗値の計測システムを概略的に示すブロック図である。 本実施形態による砂杭の造成工程（ａ）〜（ｇ）を示す概略図である。 図１０の砂杭造成工程と砂杭強度の評価工程とを含む施工管理工程Ｓ２１〜Ｓ２８を説明するためのフローチャートである。 本実施形態において電気絶縁材料による被覆膜を有するSCP工法用ケーシングパイプの要部縦断面図（ａ）、底面図（ｂ）および電極近傍の一部縦断面図（ｃ）である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による砂杭の比抵抗値を計測するためのセンサを備えるSCP工法用ケーシングパイプの要部縦断面図（ａ）およびB-B線方向から見た底面図（ｂ）である。

図１（ａ）（ｂ）のように、SCP工法用ケーシングパイプ１０は、鋼製中空管から構成され、SCP工法により地盤に砂杭ＳＣを造成するもので、その下端１１には鋼板１２ａ，１２ｂが互いに直交するように径方向に配置され、鋼板１２ａに複数の電極２１，２２，２３，２４が直列に配置され、鋼板１２ｂに複数の電極２５，２６，２７，２８が直列に配置されている。複数の電極２１〜２４と複数の電極２５〜２８とから、SCP工法により地盤に造成される砂杭ＳＣの比抵抗値を計測するためのSCP工法用センサ２０が構成される。なお、複数の電極２１〜２４のうち電極２１，２４が電流電極で、電極２２，２３が電位電極であり、複数の電極２５〜２８のうち電極２５，２８が電流電極で、電極２６，２７が電位電極である。

図１（ａ）のように、ケーシングパイプ１０の下部には、地盤内に貫入中に原地盤の粘性土等がケーシングパイプ１０内に流入するのを防ぐために閉塞版１３が設置されており，その閉塞版１３の上下には閉塞版１３の脱落防止用の補強部材１４，１２が配置されている。補強部材１２は、十字状に配置された鋼板１２ａ，１２ｂから構成され、補強部材１４も同様に十字状に配置された２枚の鋼板から構成されている。このように、電極２１〜２４，電極２５〜２８は、閉塞版１３の下側の補強部材１２の鋼板１２ａ、１２ｂの下面に配置されているので、ケーシングパイプ１０により下端１１の下部に造成される砂杭ＳＣの上端面ＳＳに接することで、砂杭ＳＣの比抵抗値が計測できる。この比抵抗値の計測により、造成された砂杭ＳＣを乱すことなく非破壊的に強度評価が可能となる。

図１（ａ）（ｂ）のように、電極２１，２２の間隔、電極２２，２３の間隔、電極２３，２４の間隔は、それぞれ一定であり、その間隔ａは、たとえば、300mmである。また、電極２５，２６の間隔、電極２６，２７の間隔、電極２７，２８の間隔は、それぞれ一定であり、その間隔ｂは、間隔ａよりも小さく、たとえば、200mmである。

上述のように各電極を配置することで、複数の電極２１〜２４により砂杭ＳＣの上端面ＳＳから深さａにおける砂杭ＳＣの内部の比抵抗値を計測でき、また、複数の電極２５〜２８により砂杭ＳＣの上端面ＳＳから深さｂにおける砂杭ＳＣの内部の比抵抗値を計測できる。このように、電極の間隔を適宜変更することで、任意の深度における砂杭内部の比抵抗値を計測可能である。なお、砂杭の計測深度が一定でよい場合には、電極２１〜２４および電極２５〜２８のいずれか一方の組を省略してもよい。また、間隔ａ，ｂを等間隔に設定してもよく、これにより、比抵抗値測定の信頼性を向上させることができる。

次に、図２により電極配置の別の例について説明する。図２は、本実施形態による別の電極配置としたセンサを備えるSCP工法用ケーシングパイプの要部縦断面図（ａ）および底面図（ｂ）である。

図２（ａ）（ｂ）の電極配置例は、鋼板１２ａに複数の電極３１〜４０を直列に配置したものである。複数の電極３１〜４０の両端の電極３１，４０を電流電極とし、その間の電極３２〜３９を電位電極として種々組み合わせることで砂杭の計測深度を様々に変えることができる。たとえば、電極３１，３５，３６，４０の組み合わせにより図２（ａ）の深さ位置ａ１での計測、電極３１，３４，３７，４０の組み合わせにより図２（ａ）の深さ位置ａ２での計測、電極３１，３３，３８，４０の組み合わせにより、図２（ａ）の深さ位置ａ３での計測、および、電極３１，３２，３９，４０の組み合わせにより、図２（ａ）の深さ位置ａ４での計測がそれぞれ可能である。ここで、深さ位置ａ１，ａ２，ａ３，ａ４は、この順で深くなる。

図２のように、両端の電極を電流電極３１，４０とし、電位電極３２〜３９の中から２つの電位電極の組み合わせを変更することで、砂杭の様々な深度での比抵抗値が計測可能である。なお、図２では、鋼板１２ａのみに電極を配置したが、鋼板１２ｂにも電極を配置してもよく、たとえば、鋼板１２ａと同様の電極配置とすることで、計測精度を向上でき、また、電極の配置数や配置間隔を変えることで、さらに計測深度を様々に変更できる。

次に、図１，図２のような電極配置による砂杭内部の比抵抗の測定原理について図３，図４を参照して説明する。図３は、複数の電極を等間隔に配置したウェンナー配置による電極配置例を示す概略図である。図４は、複数の電極を電位電極の間隔が大きくなるように配置した別の電極配置例を示す概略図である。

地盤に電極を配置して地盤の比抵抗を測定するための電極配置は、ポール・ポール法（二極法）、ポール・ダイポール法（三極法）、ダイポール・ダイポール法（四極法）、ウェンナー法、シャランベルジャー法などが知られているが、本実施形態では、これらのうち、電極の配置としてウェンナー法を採用した。次の理由からである。
(1)電極配置係数が小さいため、電位差が大きく測定しやすい。
(2)感度分布が大きく、電極系中央部で順感度の大きい領域を示す。
つまり、ウェンナー法によれば、測定が容易で、対象としている測定位置での感度が良好であるためである。

図３の例は、電極Ｃ１，Ｐ１，Ｐ２，Ｃ２を等間隔ａで並べ、両端の電流電極Ｃ１，Ｃ２と内側の電位電極Ｐ１，Ｐ２とによりウェンナー配置としたものである。ウェンナー配置では見かけの探査深さが電位電極の間隔と一致する。すなわち、図３のように、電位電極Ｐ１，Ｐ２の間隔ａと、砂杭ＳＣの表面ＳＳから内部位置Ｄ１までの深さａ（見かけの測定深さａ）が一致し、このような特徴を利用して砂杭内部の所定深度の比抵抗を測定することができる。

図３において、電流電極Ｃ１，Ｃ２に電流Ｉを流し、電位電極Ｐ１，Ｐ２で電位差Ｖを測定した場合、比抵抗値ρ_Rは、次の式(１)から求める。
ρ_R＝Ｇ（Ｖ／Ｉ） （１）
ここで、Ｇは、電極配置係数（ウェンナー配置ではＧ＝２πａ）で、電極配置により変化する。

また、各種条件のため図３のような電極の等間隔配置ができない場合、次の式（２）により電極配置係数Ｇを求めることで比抵抗の測定が可能となる。
Ｇ＝２π｛(1/C₁P₁)−(1/C₁P₂)−(1/C₂P₁)＋(1/C₂P₂)｝^-1 （２）
ここで、C₁P₁：電極Ｃ１と電極Ｐ１との間隔
C₁P₂：電極Ｃ１と電極Ｐ２との間隔
C₂P₁：電極Ｃ２と電極Ｐ１との間隔
C₂P₂：電極Ｃ２と電極Ｐ２との間隔

図４のように、電流電極Ｃ１，Ｃ２と電位電極Ｐ１，Ｐ２とを配置し、電位電極Ｐ１，Ｐ２の間隔３ａ（＝３×ａ）が、見かけの測定深さ（表面ＳＳから内部位置Ｄ２までの深さ）となり、その電極配置係数Ｇは、式（２）から次の式（３）により求めることができ、その比抵抗値ρ_Rは、式（１）から次の式（４）により得ることができる。
Ｇ＝２π｛(1/ａ)−(1/4ａ)−(1/4ａ)＋(1/a)｝^-1＝(４／３)πａ （３）
ρ_R＝Ｇ(Ｖ／Ｉ)＝(４／３)πａ(Ｖ／Ｉ) （４）

なお、図１の電極配置は、図３のような等間隔配置であり、図２の電極配置は、図３，図４からわかるように、電位電極Ｐ１，Ｐ２の間隔を小さくから大きくして、見かけの測定深さを浅くから深くしたものである。

次に、本実施形態による計測した砂杭内部の比抵抗値に基づいて砂杭の強度を評価するまでの工程（Ｓ０１〜Ｓ１４）について図５〜図８を参照して説明する。図５は、本実施形態による計測した砂杭内部の比抵抗値に基づいて砂杭の強度を評価するまでの工程（Ｓ０１〜Ｓ１４）を説明するためのフローチャートである。図６は、砂からなる供試体の比抵抗値を測定する実験装置の模式図である。図７は、間隙率ｎ（％）と比抵抗係数Ｆとの関係を示すグラフである。図８は、Ｎ値と相対密度の関係を示す表である。

図５を参照して説明すると、まず、室内実験により、図６に示す実験装置の容器内に、計測対象の砂杭に使用する砂を飽和状態で投入する（Ｓ０１）。このとき、砂の間隙率を一定に管理する。

次に、図６のように、供試体に両側の電極から一定の電流を流し,その時の電位差を内部の一対の電極で測定する（Ｓ０２）。

次に、次の式（５）により用いた砂の比抵抗値を求める（Ｓ０３）。
ρ_R＝(Ｓ_A／ΔＬ）・（ΔＶ／Ｉ) （５）
ここで、ρ_R：土の比抵抗、Ｓ_A：供試体の断面積、ΔＬ：電位差測定区間長さ、ΔＶ：測定電位差、Ｉ：電流値、である。

次に、供試体の砂の間隙率を変更し、上記工程Ｓ０１〜Ｓ０３を繰り返して行う（Ｓ０４）。

次に、Archieの式（次の式（６））を用いて砂の比抵抗値と間隙率との関係を明らかにする（Ｓ０５）。
ρ_R＝ａｎ^-m・Ｓ^-l・ρ_w （６）
ここで、ρ_w：水の比抵抗（計測値）、ｎ：間隙率（孔隙率），Ｓ：飽和度、ａ,ｍ,ｌ:土の性質に依存する定数で、ａ:迂回係数、ｍ：膠結係数、ｌ：飽和係数、である。

また、飽和度が100％のとき、比抵抗係数Ｆ（フォーメーションファクタ）は、次の式（７）のように定義される。
Ｆ＝ρ_R／ρ_w＝ａｎ^-m （７）
式(７)より、図７のように間隙率ｎ（％）と比抵抗係数Ｆとの関係を示すグラフが作成でき、定数ａ，ｍが明らかになる。

一方、図８に示す表から砂杭に要求される強度（Ｎ値）を設定し（Ｓ０６）、この強度（Ｎ値）に相当する相対密度を決定する（Ｓ０７）。

また、土粒子の密度試験（JIS A 1202）により砂杭に使用する砂試料の土粒子密度を測定する（Ｓ０８）。

次に、砂の最小密度・最大密度試験（JIS A 1224）により砂杭に使用する砂試料の最小密度ρｄｍｉｎおよび最大密度ρｄｍａｘを測定し、次の式（８）から砂の最大間隙比ｅｍａｘおよび最小間隙比ｅｍｉｎを求める（Ｓ０９）。
ｅｍａｘ(ｍｉｎ)＝｛(ρＳ／ρｄｍｉｎ(ｍａｘ))−１｝ （８）

また、工程Ｓ０９で求めた最大間隙比ｅ_max、最小間隙比ｅ_min、および工程Ｓ０７で決定した相対密度Ｄ_rを用いて、次の式（９）から間隙比ｅを求め（Ｓ１０）、次の式（１０）を用いて間隙率ｎに変換する（Ｓ１１）。
Ｄ_r＝（ｅ_max−ｅ）／（ｅ_max−ｅ_min） （９）
ｎ＝100×ｅ／（１＋ｅ） （１０）

次に、工程Ｓ１１で求めた間隙率ｎを工程Ｓ０５で得た式（７）に代入し、造成する砂杭に要求される比抵抗値を決定する（Ｓ１２）。この比抵抗値は、図８の相対密度Ｄｒの範囲に対応して所定範囲に決定される。

一方、図１，図２のようにケーシングパイプ１０に複数の電極を配置したセンサ２０を用いて、ケーシングパイプ１０により実際に地盤に造成している砂杭ＳＣの内部の比抵抗値を測定する（Ｓ１３）。

次に、工程Ｓ１３で計測した砂杭ＳＣの比抵抗値が、工程Ｓ０１〜Ｓ１２のような室内試験結果に基づいて決定された比抵抗値の範囲と比較し、この比抵抗値の範囲を満たすかを確認することで、造成中の砂杭ＳＣの強度（Ｎ値）が設計強度を満足しているか評価する（Ｓ１４）。

なお、既往の研究（国松直、神宮司元治「砂地盤の原位置での相対密度計測方法」土木学会第55回年次学術講演会(平成12年9月)）によると、砂地盤における比抵抗値と相対密度との間には一定の相関関係があることが確認されているが、使用する砂試料により比抵抗値が異なる可能性があるので、図５の本実施形態のように、比抵抗値ρ_Rと間隙率ｎとの関係を事前に求める必要がある。

以上のように、本実施形態による砂杭強度の評価方法によれば、飽和した地盤の場合、比抵抗値と相対密度の相関関係が高いことに着目し、実験結果に基づいてArchieの式等により相対密度を予め算出しておき、砂杭造成時において、ケーシングパイプに設けた複数の電極により砂杭の比抵抗値を計測し、この計測した比抵抗値に基づいて造成中の砂杭強度をリアルタイムに評価することができる。

次に、本実施形態による比抵抗値の計測システムについて図９を参照して説明する。図９は、本実施形態による比抵抗値の計測システムを概略的に示すブロック図である。

図９のように、計測システム５０は、図１のケーシングパイプ１０の下端１１に配置された複数の電極２１〜２４，２５〜２８と配線Ｌを通して電気接続する接続部５１と、接続部５１と有線で電気接続をする計測側接続部５２と、電極２２，２３と電極２６，２７とを切り替える電極切替装置５３と、電位電極２２，２３または２６，２７により測定された電位差に基づいて比抵抗を測定する比抵抗測定装置５４と、電流電極２１，２４または２５，２８に定電流を供給する電源装置５５と、を備える。複数の電極２１〜２４，２５〜２８と接続部５１とがケーシングパイプ１０側に設置され、計測側接続部５２と電極切替装置５３と比抵抗測定装置５４と電源装置５５とが、たとえば、作業船の操作室に設置されることで、計測システム５０により、水底で造成中の砂杭内部の比抵抗値を計測することができる。

なお、複数の電極２１〜２４，２５〜２８と接続部５１とを電気接続する配線Ｌは、たとえば、ケーシングパイプ１０の側面に設けられる空気圧送用配管内を通すようにできる。また、図２のような電極配置とした場合、電極切替装置５３は、電位電極３２〜３９の中から２つの電位電極の組み合わせを変更するように切り替える。また、図９の接続部５１と計測側接続部５２を省略し、配線Ｌを作業船の操作室まで延長し、電極切替装置５３と電源装置５５とに直接接続するようにしてもよい。また、図９の接続部５１と計測側接続部５２とを無線通信で接続するようにしてもよい。

次に、本実施形態による砂杭の造成時における砂杭の強度評価に基づくSCP工法の施工管理方法について図１０，図１１を参照して説明する。図１０は、本実施形態による砂杭の造成工程（ａ）〜（ｇ）を示す概略図である。図１１は、図１０の砂杭造成工程と砂杭強度の評価工程とを含む施工管理工程Ｓ２１〜Ｓ２８を説明するためのフローチャートである。

図１０のように、本実施形態は、表層の軟弱粘性土層Ｇ１とその下層の支持層Ｇ２とを有する水底地盤ＧＧ内にSCP工法によりケーシングパイプ１０を用いて砂杭ＳＣを造成するものである。作業船ＳＰは、砂杭の貫入・造成のためのSCP施工機械１５を搭載し、SCP施工機械１５は、ケーシングパイプ１０やその付属部を駆動し、バイブロハンマ１６でケーシングパイプ１０を振動させながら表層Ｇ１から地中に貫入させ、その砂供給口１０ａから供給される砂を地盤中に圧入し、締め固められた砂杭を地盤内に略鉛直方向に造成する。本実施形態のSCP工法の施工管理方法は、SCP工法の施工途中・直後に砂杭強度を評価する工程を組み入れたものである。

まず、図１０（ａ）のように、作業船ＳＰを用いてSCP施工機械１５によりケーシングパイプ１０を砂杭の造成位置に設定する（Ｓ２１）。

次に、図１０（ｂ）のように、SCP施工機械１５によりケーシングパイプ１０を表層の軟弱粘性土層Ｇ１に打ち込み貫入させる（Ｓ２２）。

次に、図１０（ｃ）のように、ケーシングパイプ１０の先端が支持層Ｇ２に達したら、砂供給口１０ａから砂ＳＤを投入しケーシングパイプ内に供給する（Ｓ２３）。

次に、図１０（ｄ）のように、SCP施工機械１５によりケーシングパイプ１０を引き抜く（Ｓ２４）。

次に、図１０（ｅ）のように、SCP施工機械１５によりケーシングパイプ１０を打ち戻しバイブロハンマ１６で上下に振動を与えながら砂ＳＤを締め固めることで、下側に締め固められた大径の砂杭の一部ＳＣ１をつくる（Ｓ２５）。必要に応じて、砂投入工程Ｓ２３，ケーシングパイプ１０の引き抜き工程Ｓ２４、打ち戻し（締め固め）工程Ｓ２５を繰り返す。

次に、工程Ｓ２５の打ち戻しによる締め固めを中断し、図１の複数の電極２１〜２４，２５〜２８からなるセンサ２０により図９の計測システム５０を用いて砂杭の一部ＳＣ１の内部の比抵抗値を計測し（Ｓ２６）、図５のようにして砂杭強度を評価し、その評価の結果、砂杭強度が目標値を満足していない場合（Ｓ２７）、打ち戻し（締め固め）工程Ｓ２５に戻り、砂杭強度が目標値を満足するまで、工程Ｓ２５〜Ｓ２７を繰り返す。

次に、砂杭造成を次の深度まで行う場合（Ｓ２８）、工程Ｓ２３に戻り、同様の工程を経て、図１０（ｆ）のように大径の砂杭の一部ＳＣ２（図１０（ｅ）の砂杭の一部ＳＣ１よりも高さが高い）をつくり、比抵抗値の計測工程（Ｓ２６）を経て砂杭強度が目標値を満足することを確認する。

以上の工程を経て砂杭ＳＣを、図１０（ｇ）のように、表層の軟弱粘性土層Ｇ１内に造成し、砂杭ＳＣの比抵抗値の計測工程（Ｓ２６）を経て砂杭強度が目標値を満足することを確認する。本実施形態では、図１０（ｅ）〜（ｇ）の砂杭の一部（ＳＣ１，ＳＣ２）を造成した途中の段階および砂杭ＳＣが完成した段階で比抵抗値の計測による砂杭強度の評価を実行し目標値を満足することを確認するので、地盤に造成される砂杭の強度品質に関する施工管理を確実に行うことができ、高品質な砂杭を造成できる。また、砂杭強度の評価結果に基づいて砂杭造成の諸施工条件（たとえば、砂投入量や砂杭造成長）を施工途中で見直して適宜変更できるので、適切な施工管理が可能となる。

以上のように、本実施形態によるSCP工法の施工管理方法によれば、次の効果を奏する。
(1)従来までは砂杭造成時における砂杭強度の評価ができなかったのに対し、砂杭造成時にリアルタイムで砂杭強度（Ｎ値）の評価・確認が可能である。
(2)砂杭造成時に強度評価を行っているので全数調査が可能であり、また、事後調査でボーリングを行う際の抽出方法として、計測した比抵抗値に基づく砂杭強度（Ｎ値）の評価で強度が比較的弱い砂杭を抽出することで事後調査ボーリングの数量を減らすことができ、省力化が可能になる。
(3)造成した砂杭の上端面にパイプケーシングの下端を押し当てるだけで比抵抗値の計測を行うことができるので、砂杭の造成部分を乱すことなく強度評価ができ、砂杭強度の非破壊検査が可能になる。
(4)砂杭をたとえば約１ｍ造成する度に強度評価・確認を行うことができるので、設計値を満たしていない箇所を早期に発見することができ、砂の再投入や締固めを行うことで即座に補修を行うことができ、高品質の砂杭を造成することが可能になる。従来まで困難であった砂杭造成後の手直しは不要となる。

次に、本実施形態によるSCP工法用ケーシングパイプに設けられる電極の電気絶縁を図るための構成について図１２を参照して説明する。図１２は、電気絶縁材料による被覆膜を有するSCP工法用ケーシングパイプの要部縦断面図（ａ）、底面図（ｂ）および電極近傍の一部縦断面図（ｃ）である。

砂杭の比抵抗値計測のための電極は指向性がなく、ケーシングパイプ等の金属部材の影響を受ける懸念がある。そこで、図１２（ａ）（ｂ）のケーシングパイプ１０Ａは、計測誤差の低減を図るために電気絶縁性材料で被覆した被覆膜６０（ハッチングで示す）を有する。被覆膜６０の被覆範囲は計測に影響のある範囲が好ましく、たとえば、電流電極２１，２４の間隔と同程度である。

また、電極２１〜２４，２５〜２８は、ケーシングパイプ貫入時や砂杭締固め時に大きな力を受けると考えられることから、図１２（ｃ）のように被覆膜６０に凹部６１を設け、電極２１の一部が被覆膜６０内に埋め込まれるように電極２１を配置する。他の電極２２〜２４，２５〜２８も同様の構造とする。

被覆膜６０の被覆厚さは、図１２（ｃ）のように電極の埋め込みが可能な範囲でできる限り薄い構造とする。たとえば、ケーシングパイプ１０Ａの下端１１から１ｍ程度の範囲でケーシングパイプ１０Ａの全体を覆うように被覆厚さ10mmの被覆とし、電極２１〜２４，２５〜２８が位置する下側の鋼板１２ａ，１２ｂについては電極の埋め込みの都合上、厚さ25mmの被覆を行う。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、図１０（ｅ）〜（ｇ）、図１１では、砂杭の一部ＳＣ１，ＳＣ２および砂杭ＳＣについて比抵抗値の計測による砂杭強度の評価を実行し目標値を満足することを確認するが、さらに多段階に多くの深度で、所定の高さ（たとえば１ｍ）毎に行ってもよい。また、図１１では、図２の電極配置により比抵抗値の計測を行ってもよいことはもちろんである。

また、図１０は、砂杭を水底に造成する例を示すが、本発明はこれに限定されず、陸上の飽和地盤に砂杭を造成する場合にも適用できることはもちろんである。

また、図１，図２の鋼板１２ａ、１２ｂに設けられた電極からなるセンサは、鋼板とともに取り外されて、他のケーシングパイプに転用し繰り返して使用してもよい。

本発明によれば、SCP工法による地盤での砂杭造成中および直後に砂杭強度を非破壊的にリアルタイムで確認し評価できるので、高品質の砂杭造成が可能となる。

１０，１０Ａ SCP工法用ケーシングパイプ、ケーシングパイプ
１０ａ 砂供給口
１２ 補強部材
１２ａ，１２ｂ 鋼板
２０ SCP工法用センサ、センサ
２１〜２４ 電極
２１，２４ 電流電極
２２，２３ 電位電極
２５〜２８ 電極
２５，２８ 電流電極
２６，２７ 電位電極
３１〜４０ 電極
３１，４０ 電流電極
５０ 計測システム
６０ 被覆膜
６１ 凹部
ａ，ｂ 電極の間隔
Ｃ１，Ｃ２ 電流電極
Ｐ１，Ｐ２ 電位電極
ＧＧ 水底地盤
Ｇ１ 軟弱粘性土層、表層
Ｇ２ 支持層
Ｌ 配線
ＳＣ 砂杭
ＳＣ１，ＳＣ２ 砂杭の一部
ＳＳ 上端面、表面

Claims (8)

1. サンドコンパクションパイル工法用ケーシングパイプの下部の径方向に並べられた複数の電極を備え、
   前記複数の電極は、前記ケーシングパイプにより地盤に造成される砂杭の上端面に接するように設けられ、前記砂杭の上端面から所定の深さにおける砂杭内部の比抵抗値を計測し、
   前記計測された比抵抗値に基づいて前記砂杭の強度を評価するためのサンドコンパクションパイル工法用センサ。
2. 前記複数の電極の中から電極を組み合わせて前記計測を行うように構成し、前記電極の組み合わせを変更することで前記砂杭の上端面からの測定深さを変える請求項１に記載のサンドコンパクションパイル工法用センサ。
3. 前記複数の電極は、前記ケーシングパイプの下端で第１の径方向に直列して第１の電極配置で配置され、さらに前記第１の径方向と異なる第２の径方向に直列して第２の電極配置で配置される請求項１または２に記載のサンドコンパクションパイル工法用センサ。
4. 前記第１の電極配置における電極間隔と、前記第２の電極配置における電極間隔とを相違させることで、前記砂杭の上端面からの測定深さを変える請求項３に記載のサンドコンパクションパイル工法用センサ。
5. 地盤に砂杭を造成するサンドコンパクションパイル工法に用いられるケーシングパイプであって、請求項１乃至４のいずれかに記載のサンドコンパクションパイル工法用センサを備えるサンドコンパクションパイル工法用ケーシングパイプ。
6. ケーシングパイプ下端に径方向に延びる鋼板を有し、
   前記鋼板に前記複数の電極を設けた請求項５に記載のサンドコンパクションパイル工法用ケーシングパイプ。
7. 請求項１乃至４のいずれかに記載のサンドコンパクションパイル工法用センサを用いて前記ケーシングパイプにより地盤に造成される砂杭の強度を評価する方法であって、
   前記砂杭の造成に用いる砂からなる供試体を、間隙率を変えて作製し、
   前記供試体により前記砂の比抵抗値を測定し、前記砂の比抵抗値と前記間隙率との関係式を求め、
   前記砂杭に要求される強度に基づいて相対密度を決定し、
   前記相対密度から間隙率を求め、
   前記求めた間隙率と前記関係式とから比抵抗値を求め、
   前記センサにより前記砂杭の比抵抗値を計測し、
   前記求めた比抵抗値と前記計測された比抵抗値とを比較することで、前記砂杭の強度を評価する砂杭強度評価方法。
8. 請求項１乃至４のいずれかに記載のサンドコンパクションパイル工法用センサ、または、請求項７に記載の砂杭強度評価方法を用いて、前記ケーシングパイプによる砂杭造成時に砂杭の強度を評価することでサンドコンパクションパイル工法の施工を管理する施工管理方法。

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