JP2023075409A

JP2023075409A - 地盤改良工法における改良対象土の流動状態検知装置及び検知方法

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Publication number: JP2023075409A
Application number: JP2021188297A
Authority: JP
Inventors: 敏樹石井; Toshiki Ishii; 俊夫坂牧; Toshio Sakamaki; 行弘山根; Yukihiro Yamane; 公彦市川; Kimihiko Ichikawa
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-05-31
Anticipated expiration: 2041-11-19
Also published as: JP7104228B1

Abstract

【課題】改良対象土の流動状態の検知精度の向上を図りうる装置および方法を提供する。【解決手段】流動状態検知装置は、図１に示されているように、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２により挟まれた領域で、回転軸部材１１０の径方向に張り出している流動検知部材４０を備えている。流動状態検知装置は、回転状態監視システム２をさらに備えている。回転状態監視システム２は、第１状況監視モジュール２１を備え、第１状況監視モジュール２１は、流動検知部材４０の基部に設けられているハウジングに収容されている。第１状況監視モジュール２１は、第１演算処理装置２１０、状況監視センサ２１１、第１記憶装置２１２および第１無線通信機器２１４を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、固化材を用いた地盤改良工法施工における改良対象土の混合撹拌状況を施工中に確認するために、混合撹拌領域における改良対象土の流動状態を検知する装置及び方法に関する。

固化材を用いた地盤改良工法においては、改良対象土が粘性の大きい土である場合に、撹拌翼に改良対象土が付着し、撹拌翼と改良対象土が一体となり、固化材と改良対象土が混合できなくなる混合不良現象が起きる場合がある。

混合不良現象を防止するために、回転ロッドとともに回転して掘削土と固化材を攪拌・混合する攪拌翼と、静止して掘削土の共回りを防止する共回り防止翼とを備えた攪拌・混合装置による深層混合処理工法において、前記のような混合不良現象をリアルタイムで検出する技術的手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００－１４４７０３号公報

しかし、前記手法では、撹拌翼の回転に伴い共回り防止翼が回転しているか否かの状況は検知できるが、共回り防止翼が回転していないことと、改良対象土と固化材（セメント系固化材スラリー）が均一に混合されているかは、必ずしも同値ではない。すなわち共回り防止翼の回転は、混合撹拌領域全体の改良対象土の動きを忠実に反映しない場合がある。例えば、混合撹拌翼に対し共回り防止翼が存在する上下位置とは反対の位置の混合撹拌領域の改良対象土の動きは、共回り防止翼の回転の有無だけでは検知しえない、という問題があった。

また、改良杭同士が接する配置で、施工杭隣接部分が改良等により泥土化し、共回り防止翼先端部に、回転に抵抗する土圧が期待できない場合や、非撹拌領域が軟弱土で共回り防止翼先端部に、回転に抵抗する土圧が期待できない場合等においては、共回り防止翼自体が土中で静止できずに撹拌翼と共に回転する場合があり、混合撹拌領域の改良対象土が撹拌翼と一緒に共回りしているか否かを検知できないという問題があった。

そこで、本発明は、改良対象土の流動状態の検知精度の向上を図りうる装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の改良対象土の流動状態検知装置は、
地盤中で回転軸部材を軸線まわりに回転させることにより、前記回転軸部材に対してその径方向に張り出すように固定された撹拌部材によって改良対象土および固化材を混合かつ撹拌する際に、当該改良対象土の流動状態を検知する装置であって、
前記撹拌部材と比較して小さい張出量で前記回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該回転軸部材に対して前記軸線まわりに回転自在に設けられた流動検知部材と、
前記流動検知部材の回転状態を監視する回転状態監視システムと、を備えている。

当該構成の改良対象土の流動状態検知装置によれば、地盤に挿入される回転軸部材が回転することにより、当該回転軸部材に対して径方向に張り出すように固定して設けられている撹拌部材によって改良対象土および固化材が混合かつ撹拌される。回転軸部材に対して回転自在に設けられた流動検知部材の径方向の張出量は、撹拌部材の径方向への張出量よりも小さい。これは、地盤において撹拌部材によって混合かつ撹拌される混合撹拌領域に流動検知部材が全体的に含まれることを意味する。

このため、混合撹拌領域の外部の土壌から流動検知部材の先端部（または回転軸部材の軸線を基準とした遠位部）の周囲の混合土の影響が解消または軽減される。これにより、混合撹拌領域において撹拌部材により混合・撹拌されている改良対象土および固化材の流動状態を、流動検知部材の軸線まわりの回転状態にそのまままたはほぼそのまま反映させることができる。流動検知部材および撹拌部材は、ともに回転軸部材の軸線まわりに回転した場合、相互に干渉が回避されるように構成されている。よって、回転軸部材に対して回転自在に設けられている流動検知部材の回転状況に応じて、混合撹拌領域における改良対象土の流動状態を精度よく把握することができる。

前記構成の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記流動検知部材が、同軸に配置され、かつ、軸線まわりに異なる態様で回転駆動される一対の回転軸部材のそれぞれに対して固定された一対の撹拌部材の間に介在するように、前記一対の回転軸部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して小さい張出量で前記一対の回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該回転軸部材に対して前記軸線まわりに回転自在に設けられていることが好ましい。

当該構成の改良対象土の流動状態検知装置によれば、地盤に挿入される一対の回転軸部材が異なる態様で回転することにより、当該一対の回転軸部材のそれぞれに対して径方向に張り出すように固定して設けられている一対の撹拌部材によって改良対象土および固化材が混合かつ撹拌される。一対の撹拌部材は、各回転軸部材の軸線まわりに回転した場合、相互に干渉が回避されるように構成されている。一対の回転軸部材のそれぞれに対して回転自在に設けられた流動検知部材の径方向の張出量は、一対の撹拌部材のうち少なくとも一方の撹拌部材の径方向への張出量よりも小さい。これは、地盤において一対の撹拌部材によって混合かつ撹拌されている混合撹拌領域のうち、特に当該一対の撹拌部材により挟まれている領域に流動検知部材が全体的に含まれることを意味する。

このため、混合撹拌領域の外部の土壌から流動検知部材の先端部の周囲の混合土の影響が解消または軽減される。これにより、混合撹拌領域のうち一対の撹拌部材により挟まれている領域において撹拌部材により混合・撹拌されている改良対象土および固化材の流動状態を、流動検知部材の軸線まわりの回転状態にそのまままたはほぼそのまま反映させることができる。よって、回転軸部材に対して回転自在に設けられている流動検知部材の回転状況に応じて、混合撹拌領域における改良対象土の流動状態を精度よく把握することができる。

前記構成の改良対象土の流動状態検知装置において、
補助的な前記流動検知部材が、前記軸線の方向について前記一対の撹拌部材により挟まれている領域の外側の領域において、前記一対の回転軸部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して小さい張出量で前記一対の回転軸部材のそれぞれの径方向に張り出し、かつ、当該一対の回転軸部材のそれぞれに対して前記軸線まわりに回転自在に設けられていることが好ましい。

当該構成の改良対象土の流動状態検知装置によれば、混合撹拌領域の外部の土壌から付加的な流動検知部材の先端部の周囲の混合土の影響が解消または軽減される。これにより、混合撹拌領域のうち一対の撹拌部材により挟まれている領域の軸線を基準とした外側の領域において撹拌部材により混合・撹拌されている改良対象土および固化材の流動状態を、流動検知部材の軸線まわりの回転状態にそのまままたはほぼそのまま反映させることができる。よって、回転軸部材に対して回転自在に設けられている流動検知部材の回転状況に応じて、混合撹拌領域における改良対象土の流動状態を精度よく把握することができる。

前記構成の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記回転状態監視システムが、前記流動検知部材に取り付けられている状況監視モジュールを備え、
前記状況監視モジュールが、ハウジングと、前記ハウジングに収容された、前記流動検知部材の回転状態としての回転数を測定する回転数センサ、および、前記回転数センサにより測定された前記流動検知部材の回転数の時系列を記憶保持する記憶装置と、を備えていることが好ましい。

当該構成の改良対象土の流動状態検知装置によれば、記憶装置に記憶保持された流動検知部材の回転数の時系列が、当該記憶装置から読み出されるまたは受信されることにより、各時点における混合撹拌領域における改良対象土の流動状態を精度よく把握することができる。

前記構成の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記回転状態監視システムが、前記流動検知部材の回転状態としての、前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数の大小に応じて、前記撹拌部材と前記改良対象土とが一体的に回転している共回り現象の発生の有無または可能性の高低を判定するように構成されていることが好ましい。

当該構成の改良対象土の流動状態検知装置によれば、混合撹拌領域における改良対象土の流動状態として共回り現象の発生の有無または可能性の高低が精度よく判定されうる。

地盤改良装置の要部の構成に関する説明図。土質改良状況監視システムの構成説明図。土質改良状況監視システムの機能説明図。改良体の各深度範囲における品質の高低を表わす画像の例示図。

（地盤改良装置の構成）
本発明の一実施形態としての流動状態検知装置が適用される一例としての地盤改良装置は、図１に示されているように、回転軸部材１１０と、相対撹拌機構１２０と、掘削部材１４０と、を備えている。

回転軸部材１１０は、上下方向に延在している略円筒状の内側回転軸部材１１２と、内側回転軸部材１１２を全周にわたり囲繞するように上下方向に延在している略円筒状の外側回転軸部材１１１と、により構成されている二重軸構造を有している。外側回転軸部材１１１および内側回転軸部材１１２のそれぞれは、駆動用モータにより二重反転歯車機構（図示略）を介して同一軸線まわりに相互に反対方向に回転するように構成されている（特許第３７３９６２０号公報参照）。

内側回転軸部材１１２の下端部には掘削部材１４０が固定されている。掘削部材１４０の中心部に第１固化材吐出部が設けられている。第１固化材吐出部は、第１固化材供給路に連通している。第１固化材供給路を通じて供給される固化材が下方に吐出されるように第１固化材吐出部が構成されている。

相対撹拌機構１２０は、相互に反対方向に回転する第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２を備えている。第１撹拌部材１２１は、回転軸部材１１０を構成する外側回転軸部材１１１に対して固定され、第２撹拌部材１２２は、回転軸部材１１０を構成する内側回転軸部材１１２に対して固定されている。第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれは、回転軸部材１１０の軸線方向に離間している箇所のそれぞれから、複数の方位に略水平方向に張り出して延在している。第１撹拌部材１２１および／または第２撹拌部材１２２が、回転軸部材１１０から斜め上方または斜め下方に延在していてもよい。

例えば、Ｎ_i個（ｉ＝１、２（Ｎ_iは２以上の整数（例えばＮ_i＝２）））の第ｉ撹拌部材１２ｉが、回転軸部材１１０の中心軸線を基準としたＮ_i回回転対称性を有するように、当該第ｉ撹拌部材１２ｉの配置態様、形状およびサイズが設計されている。Ｎ_i個未満（例えば単一）の第ｉ撹拌部材１２が、回転軸部材１１０の中心軸線を基準としたＮ_i回回転対称性を有するように、当該第ｉ撹拌部材１２ｉの配置態様、形状およびサイズが設計されていてもよい。Ｎ_i個またはＮ_i個未満の第ｉ撹拌部材１２ｉが、回転対称性を有していないように、当該第ｉ撹拌部材１２ｉの配置態様、形状および／またはサイズが設計されていてもよい。

第１撹拌部材１２１および／または第２撹拌部材１２２には、第２固化材吐出部が設けられている。第２固化材吐出部は、第１撹拌部材１２１および／または第２撹拌部材１２２に形成された固化材導入路を通じて第２固化材供給路に連通している。第１固化材供給路および第２固化材供給路は別個独立の２つの固化材供給経路により構成されていてもよく、一部が共通の固化材供給経路により構成されていてもよい。第２固化材供給路および第２固化材吐出部は省略されていてもよい。

（流動状態検知装置の構成）
本発明の一実施形態としての流動状態検知装置は、地盤中で回転軸部材１１０を軸線まわりに回転させることにより、回転軸部材１１０に対してその径方向に張り出すように固定された第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれによって、改良対象土と第１固化材吐出部および第２固化材吐出部のそれぞれから吐出される固化材とを混合かつ撹拌する際に、当該改良対象土の流動状態を検知する。

流動状態検知装置は、図１に示されているように、第１補助流動検知部材４１と、第２補助流動検知部材４２と、を備えている。流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のうち少なくとも１つの流動検知部材が省略されてもよい。

流動検知部材４０は、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２の中間箇所、すなわち、第１撹拌部材１２１よりも下方かつ第２撹拌部材１２２の上方にある箇所で外側回転軸部材１１１または内側回転軸部材１１２の外周面に回転自在に遊嵌された略円環状の第２環状支持部材から複数の方位に略水平方向に張り出して延在している。第１補助流動検知部材４１は、第１撹拌部材１２１よりも上方にある箇所で外側回転軸部材１１１の外周面に回転自在に遊嵌された略円環状の第１環状支持部材から複数の方位に略水平方向に張り出して延在している。第２補助流動検知部材４２は、第２撹拌部材１２２よりも下方にある箇所で内側回転軸部材１１２の外周面に回転自在に遊嵌された略円環状の第３環状支持部材から複数の方位に略水平方向に張り出して延在している。

例えば、Ｍ_j個（ｊ＝０、１、２（Ｍ_jは２以上の整数（例えばＭ_j＝３）））の流動検知部材４ｊが、回転軸部材１１０の中心軸線を基準としたＭ_j回回転対称性を有するように、当該流動検知部材４ｊの配置態様、形状およびサイズが設計されている。Ｍ_j個未満（例えば単一）の流動検知部材４ｊが、回転軸部材１１０の中心軸線を基準としたＭ_j回回転対称性を有するように、当該流動検知部材４ｊの配置態様、形状およびサイズが設計されていてもよい。Ｍ_j個の流動検知部材４ｊが、回転軸部材１１０の中心軸線を基準とした回転対称性を有しないように、当該流動検知部材４ｊの配置態様、形状およびサイズが設計されていてもよい。

図１に示されているように、第１補助流動検知部材４１の径方向の張出量ｒ１（軸線まわりに回転駆動された際の当該軸線からの最遠位到達距離）は、第１撹拌部材１２１の径方向の張出量Ｒ１よりも小さい。これは、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第１補助流動検知部材４１のそれぞれの遠位部が描く円軌道の径または最大径が、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第１撹拌部材１２１のそれぞれの遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも小さいことを意味する。第１補助流動検知部材４１の径方向の張出量ｒ１は、第２撹拌部材１２２の径方向の張出量Ｒ２よりも小さくてもよく、大きくてもよい。

図１に示されているように、流動検知部材４０の径方向の張出量ｒ０は、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれの径方向の張出量Ｒ１、Ｒ２よりも小さい（図１参照）。これは、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の流動検知部材４０の遠位部が描く円軌道の径または最大径が、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第１撹拌部材１２１のそれぞれの遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも小さく、かつ、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第２撹拌部材１２２の遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも小さいことを意味する。流動検知部材４０の径方向の張出量ｒ０は、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のうち一方の撹拌部材（例えば、より近くに配置されている一方の撹拌部材）の径方向の張出量よりも小さい一方、他方の撹拌部材（例えば、より遠くに配置されている他方の撹拌部材）の径方向の張出量よりも大きくてもよい。

図１に示されているように、第２補助流動検知部材４２の径方向の張出量ｒ２は、第２撹拌部材１２２の径方向の張出量Ｒ２よりも小さい。これは、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第２補助流動検知部材４２の遠位部が描く円軌道の径または最大径が、回転軸部材１１０の中心軸線まわりに回転された際に一または複数の第２撹拌部材１２２の遠位部が描く円軌道の径または最大径よりも小さいことを意味する。第２補助流動検知部材４２の径方向の張出量ｒ２は、第１撹拌部材１２１の径方向の張出量Ｒ１よりも小さくてもよく、大きくてもよい。

回転軸部材１１０の軸線方向について、第１補助流動検知部材４１と第１撹拌部材１２１との間隔、流動検知部材４０と第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれとの間隔、ならびに、第２補助流動検知部材４２と第２撹拌部材１２３との間隔が略等しくなるように流動検知部材４０～４２が配置されていてもよく、当該間隔のうち少なくとも２つの間隔が相違するように流動検知部材４０～４２が配置されていてもよい。例えば、流動検知部材４０と第１撹拌部材１２１との間隔が、流動検知部材４０と第２撹拌部材１２２との間隔より大きくてもよくまたは小さくてもよい。第１補助流動検知部材４１と第１撹拌部材１２１との間隔が、第２補助流動検知部材４２と第２撹拌部材１２３との間隔より大きくてもよくまたは小さくてもよい。第１補助流動検知部材４１と第１撹拌部材１２１との間隔が、流動検知部材４０と第１撹拌部材１２１との間隔より大きくてもよくまたは小さくてもよい。

（回転状態監視システムの構成）
流動状態検知装置は、回転状態監視システム２をさらに備えている。図２に示されているように、本発明の一実施形態としての回転状態監視システム２は、第１状況監視モジュール２１と、第２状況監視モジュール２２と、を備えている。第１状況監視モジュール２１は、流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの基部（または第１環状支持部材、第２環状支持部材および第３環状支持部材のそれぞれ）に設けられているハウジングに収容されている。

ハウジングは、第１状況監視モジュール２１を保護する観点から、ステンレス等の堅牢な材料により構成されている。ハウジングは、容器部から蓋部が取り外されることによってその内部空間にアクセス可能に構成されている。容器部および蓋部の間には、ハウジングの内部空間への水および土の侵入を防止するためにシール部材が設けられている。電磁波透過性がある材料によってシール部材が構成されることにより、容器部および蓋部の間隙で変形している当該シール部材を通じて、ハウジングの内部空間と外部空間との間での無線通信が可能に構成されている。

第１状況監視モジュール２１は、その構成要素の小型化および／または近接配置、配線量の低減等により、ハウジングともども可能な範囲に小型化されたうえで、第１補助流動検知部材４１および流動検知部材４０の基部に形成された凹部に収容された形態で組み込まれてもよい。図１に示されているように、第２状況監視モジュール２２は、地上において地盤改良装置の周囲の適当な箇所に配置されている。

図２に示されているように、第１状況監視モジュール２１は、第１演算処理装置２１０、状況監視センサ２１１、第１記憶装置２１２および第１無線通信機器２１４を備えている。第１演算処理装置２１０は、コンピュータを構成する演算処理装置（ＣＰＵ、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ）により構成されている。第１記憶装置２１２は、状況監視センサ２１１の出力信号または当該出力信号により表わされる流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２の回転数の時系列を記憶保持する。第１記憶装置２１２は、ＨＤＤもしくはＳＳＤまたはメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭなど）により構成されている。第１無線通信機器２１４は、例えば、近距離無線通信方式（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ」は登録商標））または遠距離無線通信方式（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（「Ｗｉ－Ｆｉ」は登録商標））の無線通信機器により構成されている。第１演算処理装置２１０、状況監視センサ２１１、第１記憶装置２１２および第１無線通信機器２１４のそれぞれに共通のまたは別個の電源としてのバッテリが第１状況監視モジュール２１に含まれていてもよい。

状況監視センサ２１１は、第１補助流動検知部材４１および流動検知部材４０の回転数を測定するためのセンサであり、例えば、世界座標系における第１補助流動検知部材４１および流動検知部材４０の回転数を測定するためのジャイロセンサ、磁気センサおよび／または地磁気センサにより構成されている。状況監視センサ２１１は、回転軸部材１１０において軸線方向について流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれに近接し、かつ、軸線から径方向に外れた位置で周方向に配置された一または複数のマグネットに対向して配置される磁気式近接スイッチにより構成されていてもよい。マグネットおよび磁気式近接スイッチが近接することにより、非接触方式で回転軸部材１１０に対する流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの相対的な回転数が測定される。

図２に示されているように、第２状況監視モジュール２２は、第２演算処理装置２２０、第２記憶装置２２２、第２無線通信機器２２４および出力インターフェース２２６を備えている。第２演算処理装置２２０は、コンピュータを構成する演算処理装置（ＣＰＵ、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ）により構成されている。第２記憶装置２２２は、第２無線通信機器２２４を通じて受信されたデータを記憶保持する。第２記憶装置２２２は、ＨＤＤもしくはＳＳＤまたはメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭなど）により構成されている。第２無線通信機器２２４は、第１無線通信機器２１４と共通の無線通信方式の無線通信機器により構成されている。出力インターフェース２２６は、画像表示装置（モニタ）および必要に応じて音響出力機器（スピーカ）により構成されている。第２演算処理装置２２０、第２記憶装置２２２、第２無線通信機器２２４および出力インターフェース２２６のそれぞれの電源としてバッテリのほか商用電源が採用されてもよい。

（土質改良状況監視システムの機能）
掘削部材１４０が内側回転軸部材１１２とともに一体的に回転することにより改良対象土が掘削される。また、第１固化材吐出部および第２固化材吐出部のそれぞれから固化材が改良対象土に対して吐出される。第１攪拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれが外側回転軸部材１１１および内側回転軸部材１１２のそれぞれとともに回転することにより、改良対象土と固化材とが攪拌かつ混合される。さらに、第１攪拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれが回転している間、流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれが周囲の混合土の影響を受けることにより、回転ロッド１に対し相対的に静止していることにより、共回りが抑えられ、改良対象土と固化材との攪拌・混合が促進される。

この際、第１状況監視モジュール２１において、第１演算処理装置２１０により、状況監視センサ２１１を通じて流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの回転数を表わすセンサデータが取得され、かつ、第１記憶装置２１２に時系列的に記憶保持させる（図３／ＳＴＥＰ２１１）。通常は、回転軸部材１１０に対して回動自在に取り付けられている流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの回転数は０またはほぼ０である。その一方、回転軸部材１１０および流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１または第２補助流動検知部材４２に付着した塊状の改良対象土によって、第１補助流動検知部材４１、流動検知部材４０または第２補助流動検知部材４２に回転軸部材１１０の回転力が伝達される場合、その回転数が外側回転軸部材１１１または内側回転軸部材１１２の回転数に近くなる傾向がある。

第１演算処理装置２１０が、流動検知部材４０、４１、４２と外側回転軸部材１１１、内側回転軸部材１１２との相対的な回転数の大小に応じて、撹拌部材１２１、１２２と改良対象土とが一体的に回転している共回り現象の発生の有無または可能性の高低を時系列的に（またはサンプリング周期または演算処理周期ごとに）判定するように構成されていてもよい。そして、当該判定結果の時系列がログデータとして第１記憶装置２１２に記憶保持されてもよい。

第２状況監視モジュール２２において、第２演算処理装置２１０により、第２無線通信機器２２４を通じて状況確認信号が第１状況監視モジュール２１に宛てて送信される（図３／ＳＴＥＰ２２１）。

第１状況監視モジュール２１において、第１演算処理装置２１０により、状況確認信号が、第１無線通信機器２１４を通じて受信されたか否か（第１指定条件が満たされたか否か）が判定される（図３／ＳＴＥＰ２１２）。

当該判定結果が否定的である場合（図３／ＳＴＥＰ２１２‥ＮＯ）、第１演算処理装置２１０により、センサデータの取得および第１記憶装置２１２への記憶保持処理（図３／ＳＴＥＰ２１１）以降の処理が繰り返される。

その一方、当該判定結果が肯定的である（第１指定条件が満たされている）場合（図３／ＳＴＥＰ２１２‥ＹＥＳ）、第１演算処理装置２１０により、センサデータの時系列（センサデータログ）が第１記憶装置２１２から読み取られたうえで、第１無線通信機器２１４を通じて、第２状況監視モジュール２２に宛てて送信される（図３／ＳＴＥＰ２１４）。

第２状況監視モジュール２２において、第２演算処理装置２２０により、状況確認信号が、第２無線通信機器２２４を通じて受信されたか否かが判定される（図３／ＳＴＥＰ２２２）。

当該判定結果が否定的である場合（図３／ＳＴＥＰ２２２‥ＮＯ）、第２演算処理装置２２０により、状況確認信号の送信処理（図３／ＳＴＥＰ２２１）以降の処理が繰り返される。

その一方、当該判定結果が肯定的である場合（図３／ＳＴＥＰ２２２‥ＹＥＳ）、第２演算処理装置２２０により、センサデータの時系列（センサデータログ）が第２記憶装置２２２に記憶保持される（図３／ＳＴＥＰ２２４）。

そして、第２演算処理装置２２０により、センサデータの時系列が第２記憶装置２２２から読み取られ、当該センサデータの時系列に応じた対象土の改良状況を表わす情報または画像が出力インターフェースを通じて出力される（図３／ＳＴＥＰ２２６）。第２演算処理装置２２０が、流動検知部材４０、４１、４２と外側回転軸部材１１１、内側回転軸部材１１２との相対的な回転数の大小に応じて、撹拌部材１２１、１２２と改良対象土とが一体的に回転している共回り現象の発生の有無または可能性の高低を時系列的に（またはサンプリング周期ごとに）判定するように構成されていてもよい。

これにより、例えば、図４に示されているように、１回の地盤改良工程ごとに地中に形成される各改良体Ｑｉ（ｉ＝１、２、‥）が矩形または円柱により表現され、各改良体Ｑｉの深さ方向の各箇所における改良体の品質の高低が明度の高低により表現されているモデル画像が出力インターフェース２２６に出力される。流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの回転数が低いほど改良体の品質が高く評価され、流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの回転数が高いほど改良体の品質が低く評価される。各深度範囲は、施工時間帯または深度センサにより測定される流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの深度により定められてもよい。このモデル画像の生成のため、ＧＰＳ等を用いて得られる、地盤改良装置および／または回転軸部材１１０の測位データが用いられてもよい。

図４に示されている画像から、例えば、第１改良体Ｑ１は、深度範囲Ｑ１１における品質が中程度であり、深度範囲Ｑ１１よりも上方にある深度範囲Ｑ１２における品質が低いことがわかる。また、第２改良体Ｑ２は、深度範囲Ｑ２２における品質が著しく低いことがわかる。さらに、第３改良体Ｑ２は、全体的に品質が高いことがわかる。明度の高低に代えてまたは加えて、矩形または円柱の太さの軸線方向についての変化態様により、各改良体Ｑｉの深さ方向の各箇所における改良体の品質の高低が表現されていてもよい。

図４に示されているような画像に加えてまたは代えて、状況監視センサ２１１により測定された流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの回転数（世界座標系における絶対回転数または回転軸部材１１０に対する相対回転数）の時系列を表わす、ダイアグラム（例えば、横軸が時刻を表わし、縦軸が回転数を表わすダイアグラム）が出力インターフェース２２６に出力されてもよい。

（作用効果）
当該構成の流動状態検知装置によれば、地盤に挿入される回転軸部材１１０が回転することにより、当該回転軸部材１１０に対して径方向に張り出すように固定して設けられている撹拌部材１２１、１２２によって改良対象土および固化材が混合かつ撹拌される。

回転軸部材１１０に対して回転自在に設けられた流動検知部材４０、４１、４２の径方向の張出量は、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれの径方向への張出量よりも小さい（図１参照）。これは、地盤において第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のそれぞれによって混合かつ撹拌される混合撹拌領域に流動検知部材４０、４１、４２が全体的に含まれることを意味する。

このため、混合撹拌領域の外部の土壌から流動検知部材４０、４１、４２の先端部（または回転軸部材１１０の軸線を基準とした遠位部）の周囲の混合土の影響が解消または軽減される。これにより、混合撹拌領域（第１撹拌部材１２１の上方領域、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２の中間領域および第２撹拌部材１２２の下方領域の３つの混合撹拌領域）において撹拌部材１２１、１２２により混合・撹拌されている改良対象土および固化材の流動状態を、流動検知部材４０、４１、４２の軸線まわりの回転状態にそのまままたはほぼそのまま反映させることができる。よって、回転軸部材１１０に対して回転自在に設けられている流動検知部材４０、４１、４２の回転状況に応じて、当該３つの混合撹拌領域のそれぞれにおける改良対象土の流動状態を精度よく把握することができる。

第１指定条件が満たされた場合、流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの回転数の時系列（地盤改良施工中の流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの回転数の時系列データ）が第１状況監視モジュール２１から無線方式で送信される（図３／ＳＴＥＰ２１２‥ＹＥＳ→ＳＴＥＰ２１４参照）。第２状況監視モジュール２２から送信された状況確認信号（図３／ＳＴＥＰ２２１参照）が第１状況監視モジュール２１により受信されることが「第１指定条件」として定義されている。このため、両状況監視モジュール２１、２２の無線通信が確立される確度が高い状況で、剪断補助翼の回転数の時系列が第１状況監視モジュール２１から第２状況監視モジュール２２に対して無線方式で送信される。よって、剪断補助翼の回転数の時系列が第１状況監視モジュール２１から第２状況監視モジュール２２に対して無線方式で送信される確度の向上、ひいては無線通信効率の向上が図られる。

第２状況監視モジュール２２において、第２記憶装置２２４に記憶保持されている剪断補助翼の回転数の時系列に応じた、対象土の改良工程ごとに地中に形成される改良体Ｑｉの各深度範囲Ｑｉｊにおける局所的な品質の高低を表わす画像を出力インターフェース２２６に出力させる（図３／ＳＴＥＰ２２６および図４参照）。当該画像を通じて地盤改良施工の品質をユーザ・施工者に確認させることができる。

（本発明の他の実施形態）
本発明は、非混合撹拌領域の周囲の混合土の影響を必要としないため、固化材を用いる地盤改良工法の水平撹拌翼タイプ、多段水平相対撹拌翼タイプ、籠状相対撹拌翼タイプ等の多種の工法において使用が可能であり、さらに機械撹拌併用高圧噴射撹拌工法の中心部機械撹拌部分の混合状況を確認する場合にも応用できる。

第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２のうち一方が省略され、撹拌機構１２０が単一の撹拌部材によって構成されていてもよい。この場合、当該単一の撹拌部材に近接する１つまたは２つの流動検知部材を除く他の流動検知部材が省略されてもよい。地盤改良装置において、干渉を回避しながら異なる態様で回転駆動される３つ以上の撹拌部材により撹拌機構１２０が構成されていてもよい。

前記実施形態では、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２が同一軸線まわりに相互に反対方向に回転駆動されるが、他の実施形態として、第１撹拌部材１２１および第２撹拌部材１２２が同一軸線まわりに同一方向に異なる回転速度で回転駆動されてもよい。相互に離間した回転軸部材のそれぞれの軸線まわりに回転駆動される２つ以上の撹拌部材により撹拌機構１２０が構成されていてもよい。

前記実施形態では、第１状況監視モジュール２１により状況確認信号が受信されたことが「第１指定条件」として定義されている。他の実施形態として、第１状況監視モジュール２１または流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のうち少なくとも１つの高さが地表高さ以上になったこともしくは地中において地表から所定深さ（例えば、３ｍ、５ｍなど）以下になったこと、および／または、回転軸部材１１０の引き上げが開始されたこともしくは地盤改良の施工中にタイマにより計時される回転軸部材１１０の引き上げ開始からの経過時間が指定時間以上になったことが「第１指定条件」として定義されていてもよい。当該他の実施形態においては、第２状況監視モジュール２２による状況確認信号の送信処理（図３／ＳＴＥＰ２２１参照）が省略されてもよい。あるいは、第１指定条件および第２指定条件が併存する場合、重複を回避する観点から第２指定条件とは相違している条件が第１指定条件として定義されていてもよい。複数の第１指定条件が存在する場合、同一の演算処理周期において当該複数の第１指定条件の充足性が判定されてもよく、あるいは、前回の演算処理周期のそれぞれにおいて一の第１指定条件の充足性が判定された後、今回の演算処理周期のそれぞれにおいて当該一の第１指定条件とは異なる他の第１指定条件の充足性が判定されてもよい（図３／ＳＴＥＰ２１２参照）。

また、第１指定条件が満たされていると判定された後、当該第１指定条件の充足性の判定が省略され、第１状況監視モジュール２１によるセンサデータログ（流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの回転数の時系列データ）の送信処理が、第２状況監視モジュール２２による当該センサデータログの受信が完了するまで周期的または断続的に繰り返されてもよい。深度センサにより測定される第１状況監視モジュール２１または流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの地表からの深さが減少するほど、当該送信周期が断続的または連続的に短くなるように調節されてもよい。

第２状況監視モジュール２２を構成する第２演算処理装置２２０が、第２指定条件が満たされた場合、第２無線通信機器２２２を通じて状況確認信号を無線方式で送信してもよい（図３／ＳＴＥＰ２２１参照）。

当該構成の流動状態検知装置によれば、第２指定条件が満たされた場合、状況確認信号が第２状況監視モジュール２２から第１状況監視モジュール２１に対して無線方式で送信される。この送信処理は、第２指定条件が満たされた後、第２指定条件の充足性とは無関係に、第１状況監視モジュール２１による状況確認信号の受信が完了するまで周期的または断続的に繰り返されてもよい。

流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のうち少なくとも１つまたは第１状況監視モジュール２１の高さが地表高さ以上になったこともしくは地中において地表から所定深さ（例えば、３ｍ、５ｍなど）以下になったこと、および／または第１補助流動検知部材４１および流動検知部材４０または第１状況監視モジュール２１に付着した対象土または混合土が除去されたことが「第２指定条件」として定義されていてもよい。流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれまたは第１状況監視モジュール２１に付着した対象土または混合土が除去されたことは、撮像装置を通じて取得された流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれまたは第１状況監視モジュール２１の撮像画像の画像解析によって第２状況監視モジュール２２により認識されてもよく、そのことを確認した者により操作される指定端末装置（例えば、スマートホン、パーソナルコンピュータなど）から第２状況監視モジュール２２が指定信号を受信したことにより認識されてもよい。複数の第２指定条件が存在する場合、同一の演算処理周期において当該複数の第２指定条件の充足性が判定されてもよく、あるいは、前回の演算処理周期のそれぞれにおいて一の第２指定条件の充足性が判定された後、今回の演算処理周期のそれぞれにおいて当該一の第２指定条件とは異なる他の第２指定条件の充足性が判定されてもよい。

無条件で当該無線送信処理が実行される場合と異なり、状況確認信号が第２状況監視モジュール２２から第１状況監視モジュール２１に対して無線方式で送信される確度の向上が図られる。さらに、前記のように第１指定条件が満たされた場合、剪断補助翼の回転数の時系列（地盤改良施工中の剪断補助翼の回転数の時系列データ）が第１状況監視モジュール２１から第２状況監視モジュール２２に対して無線方式で送信される。このため、剪断補助翼の回転数の時系列が第１状況監視モジュール２１から第２状況監視モジュール２２に対して無線方式で送信される確度の向上が図られる。そして、無線通信効率の向上を図りながらも、流動検知部材４０、第１補助流動検知部材４１および第２補助流動検知部材４２のそれぞれの回転数の時系列に基づいて地盤改良施工の品質を確認させることができる。

地盤改良の施工中に回転軸部材１１０の引き上げが開始されたことまたは地盤改良の施工中にタイマにより計時される回転軸部材１１０の引き上げ開始からの経過時間が指定時間以上になったこと、が「第２指定条件」として定義されていてもよい。

２‥回転状態監視システム、２２‥第２状況監視ユニット、４１‥第１流動検知部材、４２‥第２流動検知部材、４３‥第３流動検知部材、１１０‥回転軸部材、１１１‥外側回転軸部材、１１２‥内側回転軸部材、１２１‥第１撹拌部材、１２２‥第２撹拌部材、１４０‥掘削部材、２１‥第１状況監視モジュール、２１０‥第１演算処理装置、２１１‥状況監視センサ、２１２‥第１記憶装置、２１４‥第１無線通信機器、２２０‥第２演算処理装置、２２２‥第２記憶装置、２２４‥第２無線通信機器、２２６‥出力インターフェース。

本発明の改良対象土の流動状態検知装置は、
地盤中で回転軸部材を軸線まわりに回転させることにより、前記回転軸部材に対してその径方向に張り出すように固定された撹拌部材によって改良対象土および固化材を混合かつ撹拌する際に、当該改良対象土の流動状態を検知する装置であって、
前記撹拌部材と比較して小さい張出量で前記回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該回転軸部材に対して前記軸線まわりに回転自在に設けられた流動検知部材と、
前記流動検知部材に取り付けられている状況監視モジュールを有する回転状態監視システムと、を備え、
前記状況監視モジュールが、ハウジングと、前記ハウジングに収容された、前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数を測定する回転数センサ、および、前記回転数センサにより測定された前記流動検知部材の回転状態としての、前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数の時系列を記憶保持する記憶装置と、を備え、
前記回転状態監視システムが、前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数の大小に応じて、前記撹拌部材と前記改良対象土とが一体的に回転している共回り現象の発生の有無または可能性の高低を判定するように構成されている。

前記構成の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記回転軸部材が、円筒状の内側回転軸部材と、前記内側回転軸部材を部分的に下方に突出させた状態で前記内側回転軸部材を全周にわたり囲繞する円筒状の外側回転軸部材と、により構成され、
前記内側回転軸部材および前記外側回転軸部材が、同一軸線まわりに相互に反対方向に回転駆動される、または、同一軸線まわりに同一方向に異なる回転速度で回転駆動され、
前記流動検知部材が、前記内側回転軸部材のうち前記外側回転軸部材から突出している部分と、前記外側回転軸部材とのそれぞれに対して固定された一対の撹拌部材の間に介在するように、前記一対の撹拌部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して小さい張出量で前記回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該回転軸部材に対して前記軸線まわりに回転自在に設けられていることが好ましい。

前記構成の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記一対の撹拌部材の間に介在する前記流動検知部材とは別個の前記流動検知部材としての補助的な流動検知部材が、前記一対の撹拌部材のうち上側の撹拌部材よりも上方に離間した位置および前記一対の撹拌部材のうち下側の撹拌部材よりも下方に離間した位置の少なくとも一方において、前記一対の撹拌部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して小さい張出量で前記内側回転軸部材および前記外側回転軸部材のそれぞれの径方向に張り出し、かつ、前記内側回転軸部材および前記外側回転軸部材のそれぞれに対して前記軸線まわりに回転自在に設けられていることが好ましい。

前記構成の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記回転状態監視システムを構成する前記状況監視モジュールが、前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数の大小に応じて、前記撹拌部材と前記改良対象土とが一体的に回転している共回り現象の発生の有無または可能性の高低を判定するように構成されていることが好ましい。

前記構成の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記回転状態監視システムが、地上に配置され、前記状況監視モジュールとしての第１状況監視モジュールとの相互通信機能を有する第２状況監視モジュールをさらに備え、
前記第２状況監視モジュールが、前記第１状況監視モジュールから受信した、前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数の時系列に基づき、前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数の大小に応じて、前記撹拌部材と前記改良対象土とが一体的に回転している共回り現象の発生の有無または可能性の高低を判定するように構成されていることが好ましい。

Claims

地盤中で回転軸部材を軸線まわりに回転させることにより、前記回転軸部材に対してその径方向に張り出すように固定された撹拌部材によって改良対象土および固化材を混合かつ撹拌する際に、当該改良対象土の流動状態を検知する装置であって、
前記撹拌部材と比較して小さい張出量で前記回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該回転軸部材に対して前記軸線まわりに回転自在に設けられた流動検知部材と、
前記流動検知部材の回転状態を監視する回転状態監視システムと、を備えている
改良対象土の流動状態検知装置。
請求項１に記載の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記流動検知部材が、同軸に配置され、かつ、軸線まわりに異なる態様で回転駆動される一対の回転軸部材のそれぞれに対して固定された一対の撹拌部材の間に介在するように、前記一対の回転軸部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して小さい張出量で前記一対の回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該回転軸部材に対して前記軸線まわりに回転自在に設けられている
改良対象土の流動状態検知装置。
請求項２に記載の改良対象土の流動状態検知装置において、
補助的な前記流動検知部材が、前記軸線の方向について前記一対の撹拌部材により挟まれている領域の外側の領域において、前記一対の回転軸部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して小さい張出量で前記一対の回転軸部材のそれぞれの径方向に張り出し、かつ、当該一対の回転軸部材のそれぞれに対して前記軸線まわりに回転自在に設けられている
改良対象土の流動状態検知装置。
請求項１～３のうちいずれか１項に記載の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記回転状態監視システムが、前記流動検知部材に取り付けられている状況監視モジュールを備え、
前記状況監視モジュールが、ハウジングと、前記ハウジングに収容された、前記流動検知部材の回転状態としての回転数を測定する回転数センサ、および、前記回転数センサにより測定された前記流動検知部材の回転数の時系列を記憶保持する記憶装置と、を備えている
改良対象土の流動状態検知装置。
請求項１～４のうちいずれか１項に記載の改良対象土の流動状態検知装置において、
前記回転状態監視システムが、前記流動検知部材の回転状態としての、前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数の大小に応じて、前記撹拌部材と前記改良対象土とが一体的に回転している共回り現象の発生の有無または可能性の高低を判定するように構成されている
改良対象土の流動状態検知装置。
地盤中で回転軸部材を軸線まわりに回転させることにより、前記回転軸部材に対してその径方向に張り出すように固定された撹拌部材によって改良対象土および固化材を混合かつ撹拌する際に、当該改良対象土の流動状態を検知する方法であって、
前記撹拌部材と比較して小さい張出量で前記回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該回転軸部材に対して前記軸線まわりに回転自在に設けられた流動検知部材の回転状態を監視する工程を含んでいる
改良対象土の流動状態検知方法。
請求項６に記載の改良対象土の流動状態検知方法において、
前記状況監視工程が、同軸に配置され、かつ、軸線まわりに異なる態様で回転駆動される一対の回転軸部材のそれぞれに対して固定された一対の撹拌部材の間に介在するように、前記一対の回転軸部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して小さい張出量で前記一対の回転軸部材の径方向に張り出し、かつ、当該回転軸部材に対して前記軸線まわりに回転自在に設けられている前記流動検知部材の回転状態を監視する工程を含んでいる
改良対象土の流動状態検知方法。
請求項７に記載の改良対象土の流動状態検知方法において、
前記軸線の方向について前記一対の撹拌部材により挟まれている領域の外側の領域において、前記一対の回転軸部材のうち少なくとも一方の撹拌部材と比較して小さい張出量で前記一対の回転軸部材のそれぞれの径方向に張り出し、かつ、当該一対の回転軸部材のそれぞれに対して前記軸線まわりに回転自在に設けられている補助的な流動検知部材の回転状態を監視する工程を含んでいる
改良対象土の流動状態検知方法。
請求項６～８のうちいずれか１項に記載の改良対象土の流動状態検知方法において、
前記流動検知部材に取り付けられている状況監視モジュールのハウジングに収容された回転数センサにより測定された前記流動検知部材の回転状態としての回転数の時系列を、前記ハウジングに収容された記憶装置に記憶保持させる工程と、
前記監視モジュールが地中から引き上げられた際に、前記記憶装置から前記流動検知部材の回転数の時系列を読み取るまたは受信する工程と、
読み取られたまたは受信された前記流動検知部材の回転数の時系列に基づき、地盤改良の質を評価する工程と、含んでいる
改良対象土の流動状態検知方法。
請求項６～９のうちいずれか１項に記載の改良対象土の流動状態検知方法において、
前記流動検知部材の回転状態としての、前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数を検知する工程と、
前記流動検知部材と前記回転軸部材との相対的な回転数の大小に応じて、前記撹拌部材と前記改良対象土とが一体的に回転している共回り現象の発生の有無または可能性の高低を判定する工程と、を含んでいる
改良対象土の流動状態検知方法。