JP3744887B2 - 地盤を掘削する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、地盤を掘削する方法に関し、とくに、同一の液送ラインで種類の異なる流動物を切り換え供給しながら地盤を掘削する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基礎施工法のうち、例えばプレボーリング根固め工法の築造においては、先端部に液体を吐出する吐出孔を有するビットを装着したアースオーガにより、水を吐出しながら土砂を掘削し、掘削深さが所定位置に到着した後セメントミルクに切り換え、ビットを引き上げながら所定量のセメントミルク又はセメントミルク混合物（ここでは総称してセメントミルク等という）を吐出して、根固め部を築造し、その後杭を掘削孔に挿入するという方法が一般的に採用されている。
この施工方法においてビット引き上げのタイミングは、作業指示者の経験的手法により決定されている。即ち、作業指示者は水からセメントミルク等への切換指示をバルブ切換作業員に伝え、次いでバルブ切換作業員からの切換完了合図と、液送ライン内の残留水量を勘案してビットの先端にセメントミルク等が到達するタイミングを予測し、そのタイミングでアースオーガのオペレーターにビットの引上指示を行うということが行われている。
なお、ここで、セメントミルク混合物の構成材料は、例えばセメント、水、ミクロサンド、ウラゴメール、ベントナイトであって、セメントミルク混合物とは通常のセメントミルク（セメントと水の混合液）に上記の材料を混合したものを指し、（１）ミクロサンドは、シリカ分を主成分としたパウダーに特殊な無機質の成分（アルミナ、酸化第2鉄、酸化カルシウム、酸化マグネシウム）を加え、材料分離をなくし、ポンパァビリティーの改善を図りパイプによる長距離圧送を可能にする。（２）ウラゴメールは、パルプ繊維、植物繊維が主成分で、繊維寸法は繊維径；0.001〜1.0ｍｍ、繊維長さ：0.01〜10.0ｍｍと短繊維から長繊維まで広範囲にわたり分布している。その特徴は、保水性、膨潤性、分散性、浮遊性、つなぎ効果、フィルター効果、チキソトロピーに優れ、地中に掘削した削孔壁の崩壊防止に効果的である。（３）ベントナイトは、堆積した火山灰のケイ酸塩が分解した超微細な粘土鉱物で、水を含むと膨潤する性質利用して、地中に掘削した削孔壁の崩壊防止に効果的である。これらの材料は施工地盤の状況により、セメントミルクに混合して使用する。
【０００３】
しかしながら、上記方法ではセメントミルクプラントと施工現場との距離が長い場合、ビットの先端にセメントミルク等が到達したか否かの判断が難しいため、ビット引き上げのタイミングに誤差が生じることが多く、また、セメントミルクの注入の際にこのタイミングに誤差が生ずると、所定径・所定長でかつ所定強度を備えた根固め部等の地下構造物が築造できなくなるという品質管理上の重大な問題を生じるおそれがある。
また、従来は掘削工事中に液送ライン中を流動する流動体が水からセメントミルク等に切り換えてもそれを直接知ることができなかったため、掘削により例えば根固め部を形成したような場合、後になって施工時の状況を知ろうとしても正確な施工の状況は分からず、とくに掘削のどの時点で水からセメントミルク等が切り換わったのか判然としないため、施工後において地下構造の施工状況、とくに形成された地下構造物が所定径・所定長で所定の強度に築造されているか等について容易に知ることは出来なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような従来の問題を解決すべくなされたものであって、その第１の目的は、同一の液送パイプ内を流動する流動物を切り換えた場合において、流動中の流動物の種類を判別し、例えばプレボーリング根固め工法において、液送パイプ中の流動物が水からセメントミルク等に切り換わったことを判別して、ビットの先端にセメントミルク等が確実に到達するタイミングを知り、そのタイミングに合わせてビットの引上指示を誤差なく行えるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、同一の液送ラインで種類の異なる流動物を切り換え供給しながら地盤を掘削する方法であって、前記ライン中を流れる流動物の比抵抗を測定する工程、アースオーガが所定の深度に達したとき、ライン中を液送する流動物を第１の流動物から第２の流動物に切り換える工程、前記比抵抗の測定値からライン中を流動する流動物の切り換えを判定する工程、切り換え判定から切り替わった流動物がアースオーガ先端に到達するタイミングを取得する工程、前記タイミングに合わせてアースオーガを引き上げる指示を行う工程、を有することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された地盤を掘削する方法において、前記第１の流動物は水であり、第２の流動物はセメントミルク又はセメントミルク混合物であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された地盤を掘削する方法は、プレボーリング根固め公報であることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。
図１は本発明をプレボーリング根固め工法に適用した場合の１実施形態の構成図であり、アースオーガ１の先端ビット２から水、セメントミルク等を吐出させて、地盤の掘削と掘削後の根固め部築造とを行う施工例を示している。
アースオーガ１への流動物（水、セメントミルク又はセメントミルク混合物）の供給は、例えばプラント３から同じ液送ライン４（配管系）を使用して行われ、この液送ライン４中には流量を計測する流量計５と流動物の比抵抗を計測する電気抵抗検出器６がそれぞれ介装されている。
【０００７】
掘削機には、前記流量計５、流動物の比抵抗を計測する電気抵抗検出器６の他に、アースオーガ１を用いて地盤を掘削するときの駆動モータの負荷電流値を計測する電流計７、アースオーガの掘削深さを計測する深度検出器８がそれぞれ設置されている。
液送ライン４中に介装された前記流量計５は、流動物の瞬時流量と積算流量を計測し、電機抵抗検出器６は、流動物の比抵抗を計測する。また、掘削機に設置した電流計７は、アースオーガが地盤を掘削する際のアースオーガ駆動用電動機の負荷電流値を計測し、更に深度検出器８はアースオーガが地盤を掘削するときの移動距離を計測する。計測された流動物の瞬時流量と積載流量、アースオーガ駆動用電動機の電流値および移動距離は夫々自動施工記録装置９へ入力され、比抵抗は自動施工記録装置９中に備えられた自動判別装置９ｂに入力される。
【０００８】
自動施工記録装置９は掘削機に搭載されており、入力された瞬時流量、積算流量、電流値、掘削深度、比抵抗を数値表示すると共にモニター画面９ａにグラフ表示し、また、液送ライン４の流動物の比抵抗を測定することで流動物の種類を自動判別する自動判別装置９ｂを備え、施工状況を掘削機上で常に監視出来るようにしている。
自動施工記録装置９は、更に例えばＡＴＡカード１０に前記各測定手段の測定結果を測定時間と共に書き込み、これを情報処理装置、例えばパソコン１１に読み取らせることで、該パソコン１１は施工状況、現場名、抗番号、その他の施工関係情報と共に施工の履歴情報として表示し、又は必要な処理のためその記憶装置に保存する。
【０００９】
ここで、流動物の自動判別装置９ｂについて説明する。
比抵抗は従来から地盤探査に広く利用されているパラメータであるが、流動物の比抵抗を検出することで、流動物の種類を判別することにも応用できる。例えば、水とセメント分を含んだ水溶液とではそれぞれの比抵抗が大きく相違しているため、それぞれの比抵抗を測定することで液送ライン中を流動する移動体が例えば水であるかセメントミルク等であるかを容易に判別することができる。
【００１０】
ここで、１例として水とセメントの比抵抗を表にして示せば以下のとおりである。
流体 比抵抗（ρ）Ω・ｍ
空気 １６９４０
水 ５８〜５９
セメントミルク Ｗ／Ｃ＝５０％ ０．９５〜１．１２
セメントミルク Ｗ／Ｃ＝１００％ １．００〜１．０３
セメントミルク Ｗ／Ｃ＝２００％ ０．９８〜０．９９
セメントミルク Ｗ／Ｃ＝３００％ １．０３〜１．０７
セメントミルク Ｗ／Ｃ＝４００％ １．１０〜１．１２
【００１１】
この表から明らかなように、水とセメントミルクは比抵抗が約５０倍程度相違しているが、セメントミルクについてみると濃度の差異による比抵抗値の差は認められない。そのため、水とセメントミルクは、比抵抗を基に容易に判別可能である。つまり、液送ライン４を流れる流体の比抵抗を測定してその値が所定値に達しているか否かをみることで、それが水かセメントミルクかを直ちに判別することができる。
即ち、移動体の比抵抗ρ（Ω・ｍ）＝Ｘと所定値（又は基準値）Ａを対比することにより移動体の種類は次のように判定される。
１）Ａ≦Ｘ ： 水
２）Ａ＞Ｘ ： セメントミルク等、ここでＡは例えば４５Ω・ｍとする。
なお、比抵抗値は水とセメントから成るセメントミルクと、セメントミルクと前記した物質との混合物であるセメントミルク混合物とは厳密には相違するが、前記混合物の含有量は微量であり、その比抵抗に及ぼす影響は無視し得る程度である。
【００１２】
この自動判別装置９ｂによれば、セメントミルク等が水と切り換わった時点を正確に把握することができるから、それから所定の時間（この時間は予め測定等によって知られている）経過した後にアースオーガを引き上げることを指示することができ、それによってビット２の先端からまだ水が吐出している間にアースオーガを引き上げることが確実に防止できる。
【００１３】
次に、以上で説明した流動体判別装置の判別情報の応用例について説明する。
自動施工記録装置９は自動判別装置９ｂからの流動物の判別情報を得ることにより、単なる施工状況に止まらず、地下構造物が適正な強度に構築されているかの判断が可能となる施工記録情報を作成して表示することができる。
図２はその１例であって、プレボーリング根固め工法による施工状況を図１に示す自動施工記録装置９による施工記録情報を、縦軸に、比抵抗、先端ビットの到達深度、アースオーガ駆動電動機の電流値、アースオーガの先端ビットに供給される流動物の瞬間流量及び積算流量をとり、横軸にその掘削工事が行われた時間をとって、各測定値の時間変化をグラフ化して示したものである。
図２によれば、掘削工事は１４時２８分５０秒に開始し、太線で示すようにアースオーガは根固め部の最上部となる深度１９ｍ程度までそのまま掘り進んだ後そこで一旦停止し、その後時間Ｔ１（１４時５５分２１秒）で掘削水の供給を開始し（この位置は図中の比抵抗の測定値を表す線（ａ）の始点として記録されており、その値は約５０Ω・ｍである。）、先端ビットから掘削水を吐出しながらさらに掘り進み、約２６ｍ程度の最深部に達したところで一旦１６ｍ程度まで急速に引き上げ、その後先端ビットからの掘削水の吐出を続けながらかつ引き上げ深度を徐々に下げながら急速な引き下げと引き上げを４回繰り返し、土砂を掘削水と共に排出しながら根固め部構築のための空間を掘削形成した。そして、時刻Ｔ２（１５時２１分５２秒）でアースオーガを最深部に戻したところで、掘削水をセメントミルクに切り換える。そのタイミングは、既に述べたように、液送ライン中の流動物の比抵抗値が１Ω・ｍ程度まで急激に低下していることで判別される。液送ライン中での比抵抗の急激な低下を測定した後、前記所定時間経過後にビットを徐々に引き上げる。そして、アースオーガを深度約１９ｍ程度、つまり最初に掘削水の供給を開始した深度まで引き上げたところでセメントミルクの供給を止めて、ロットを洗浄するための水に切り換えた（この切換は流動体の比抵抗値は１Ω・ｍ程度から５０Ω・ｍ程度まで急激に上昇してことで判別される。）。その後ロット洗浄水を吐出させながら再度アースオーガを引き上げ、洗浄が終了したところでロット洗浄水を停止してアースオーガを地上に引き上げ、１５時４８分２４秒に掘削を終了したことが明らかとなる。
【００１４】
以上の表示例は、掘削水からセメントミルク等への切り換えがアースオーガの差異深部においてなされ、セメントミルクへの切り換え後にアースオーガの引き上げがなされ、適正な根固め部が構築されたことを表している。
なお、本発明の流動物の自動判別装置は、水とセメントミルク等を判別するので、同図の線（ａ）に加えて線（ｂ）で表すように直接「水」、「セメントミルク」などの表示を行うこともできる。
【００１５】
本発明に係る自動施工記録装置９及び記録手段であるＡＴＡカード及びパソコン等の情報処理装置１１からなる施工記録処理システムによれば、掘削時に測定した各種のデータに加えて液送ライン中を流動する流動物の比抵抗を表示することで、工事の状況、とくに施工上極めて重要なアースオーガの引き上げタイミングをリアルタイムで把握できる。また、これらのデータを日時、工事現場の位置等の他の施工情報と或いはコスト等と共に記憶手段に記憶して工事履歴情報として保存しておくことにより、必要なとき何時でも工事の状況、とくに地中深く形成された根固め部の大きさだけでなく、その施工状況を正確に記録に残すことができ、根固め部が適正な強度に施工されているか否か等を施工後において把握することができる。更に、記憶されたデータは情報処理装置において適宜処理可能であるから、多くの工事の履歴情報を蓄積することで、以後の改修工事或いはその近隣或いは類似した地盤で同様の工事を行う場合等における設計或いは見積もり作成上の重要な参考情報として活用することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば種類の異なる流動物の判別及び組成変化を知ることができるので、流動物供給源と施工現場との距離が離隔している場合、即ち配管系のライン置換量が大きくとも、ビットの先端にセメントミルク等が達したことを識別することになるから、ビット引き上げのタイミングを的確に把握して行うことができる。また、その結果所定寸法でかつ所定強度を備えた根固め部が得られる。
さらに、例えば、プラントの故障でセメントミルク等を送るべきところを水を送ってしまった場合など、液送中の流動物が変化した場合に、液送中止や修正等の警告や処置をいち早くとることができ、品質劣化を未然に防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をプレボーリング根固め工法に適用した場合の実施形態の構成図である。
【図２】アースオーガによる掘削及び根固め部の形成状態を工事の経過時間と共に示す掘削工事履歴情報の１例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・アースオーガ、２・・・（アースオーガの）先端ビット、３・・・プラント、４・・・液送ライン、５・・・流量計、６・・・電機抵抗検出器、７・・・電流計、８・・・深度検出器、９・・・自動施工記録装置、１０・・・ＡＴＡカード、１１・・・パソコン。

Claims (3)

1. 同一の液送ラインで種類の異なる流動物を切り換え供給しながら地盤を掘削する方法であって、
   前記ライン中を流れる流動物の比抵抗を測定する工程、
   アースオーガが所定の深度に達したとき、ライン中を液送する流動物を第１の流動物から第２の流動物に切り換える工程、
   前記比抵抗の測定値からライン中を流動する流動物の切り換えを判定する工程、
   切り換え判定から切り替わった流動物がアースオーガ先端に到達するタイミングを取得する工程、
   前記タイミングに合わせてアースオーガを引き上げる指示を行う工程、
   を有することを特徴とする地盤を掘削する方法。
2. 請求項１に記載された地盤を掘削する方法において、
   前記第１の流動物は水であり、第２の流動物はセメントミルク又はセメントミルク混合物であることを特徴とする地盤を掘削する方法。
3. 請求項１又は２に記載された地盤を掘削する方法は、プレボーリング根固め工法であることを特徴とする地盤を掘削する方法。

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