JP3788728B2

JP3788728B2 - 地盤改良工法の施工状態を表示する装置

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Publication number: JP3788728B2
Application number: JP2000228791A
Authority: JP
Inventors: 信一日比野; 節堀切; 篤史村山
Original assignee: Tenox Corp
Current assignee: Tenox Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: JP2002038463A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤中に地盤改良固化材等と水を混練したミルクを注入し、地盤と前記ミルクを攪拌混合することにより地盤を固結する深層混合処理工法等の地盤改良工法の施工状態を表示する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、深層混合処理工法には地盤改良機が用いられており、この地盤改良機は、図１１に示すように、施工機本体１の前面に鉛直に設置されたリーダマスト２のガイドレールに攪拌軸３の駆動部４を昇降自在に設けると共に、ワイヤー５で吊り保持し、攪拌軸３の先端部に掘削翼や攪拌翼を有する攪拌ヘッド６を設けて構成されている。施工に際しては、駆動部４のモータにより攪拌軸３および攪拌軸３と一体に連結された攪拌ヘッド６を回転させて掘進し、攪拌ヘッドにより地盤とセメントミルクなとの固化材のミルクを攪拌混合する。プラントで製作されたセメントミルクなどの固化材のミルク１１は、主に掘進時に攪拌軸３の中空部を通して攪拌ヘッド６の先端より地盤に吐出される。
【０００３】
このような従来の深層混合処理工法における施工管理法として、攪拌軸３の掘進・引上げ速度Ｖ（深度Ｄ／時間ｔ）と、スラリー（セメントミルクなどの固化材のミルク）の吐出量Ｑと、攪拌軸３の回転数Ｒを個々に測定し、それぞれの検出量が所定の管理値に収まるように行われていた。そして、これらの値は、デジタル量で表示されると共に、図１２に示すように、線グラフで施工状態がモニターに表示されるに過ぎなかった。
【０００４】
なお、従来の必要改良深さの管理は、必要深さが事前の土質調査により得られた地盤構造や地盤の硬さなどの土質調査結果を基に判断され、予め必要深さは決定されていた。そのため、施工に当たっては、その最深深度に到達したか否かを判断する情報をモニターに表示する必要はなく、単に深度のみをデジタル表示するのみで充分であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の攪拌軸の昇降速度Ｖ・スラリー吐出量Ｑ・攪拌軸の回転数Ｒを個々に測定する方法では、攪拌翼の攪拌軸の昇降速度Ｖにより掘進速度や引き上げ速度が判明するが、これらの速度とスラリー吐出量や回転数を表示装置に表示できるに過ぎず、これだけの情報で地盤改良の施工時の施工状態を管理するのは熟練を必要とし、一目で施工状態を把握することは困難であった。
【０００６】
また、設計で決められた深度で必要改良深さを管理すると、当初予想していなかった地層の変化、例えば支持層が傾斜している場合、地盤改良部の底面の一部が支持層に乗り、一部は軟弱地盤層にとどまっている状態も予想される。このような場合、地盤を改良することにより鉛直支持力を期待する設計においては、支持力不足が一部の範囲で生じ、上部構造物の不同沈下につながることになるが、上記の攪拌翼の攪拌軸の昇降速度Ｖ・スラリー吐出量Ｑ・攪拌軸の回転数Ｒを個々に測定する方法では、攪拌翼の攪拌軸の昇降速度Ｖにより掘進速度や引き上げ速度が判明するだけで、地盤改良部の底面の一部が支持層に達しているか否かの情報を表示することは不可能であった。
【０００７】
本発明の目的は、上述の従来の施工状態を表示する装置では一目で施工状態を把握することは困難であった点を解消し、管理項目を管理し易い項目に変換すると共に、表示形態も変えて瞬時に正確に施工状態を管理することができる施工状態を表示する装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、地盤改良工法による施工状態を表示する装置において、少なくとも、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の固化材添加量を他方の軸として表示された棒グラフと、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の攪拌翼による攪拌混合回数を他方の軸として表示された棒グラフと、深度を一方の軸とし、掘進攪拌抵抗値を他方の軸として表示されたグラフ（例えば、深度を一方の軸とし、掘進攪拌抵抗値（仕事量）を他方の軸として表示された折れ線グラフ、あるいは所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の掘進攪拌抵抗値（仕事量）を他方の軸として表示された棒グラフ）とが同時に同一画面上に表示されると共に、少なくとも、表示された固化材添加量と攪拌混合回数の各グラフにはそのグラフの数値を示す欄が設けられており、該欄には所定の単位に区分して表示された深度毎の各数値が表示されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１の装置において、固化材添加量の棒グラフと、攪拌混合回数の棒グラフと、掘進攪拌抵抗値（仕事量）のグラフには、管理基準値を示すラインが表示され、そのラインの一端には管理基準値の数値を表示する欄が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２の装置において、所定の単位に区分して表示された深度における固化材添加量または攪拌混合回数が管理基準値に達せずに深度が増した場合に警報を発する信号が画面の所定の箇所に表示されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１，２または３の装置において、掘進されている深度が棒状グラフ形式で画面に表示されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１，２，３または４の装置において、少なくとも、施工中の時点の共回り防止翼の回転数・施工中の時点の掘削攪拌ロッド回転数・施工中の時点の深度を示す各数値が画面の所定の箇所に表示されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項５の装置において、少なくとも、施工中の時点の固化材液の必要吐出量・施工中の時点の積算吐出量を示す各数値が画面の所定の箇所に表示されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の地盤改良工法の施工状態を表示する装置は上述のものであるが、施工時に施工状態を目に見える形で一元的に管理するために、具体的には次の３項目を主要な管理項目にしている。
▲１▼ 逐次、地盤中に投入される固化材添加量［ｋｇ／ｍ³］（地盤土１ｍ³に投入される固化材の重量）を所定の単位深度毎に表示させ、適量の固化材が投入されて施工していることを監視する。
▲２▼ 所定の深度区間毎の攪拌混合回数［回／ｍ］を表示させ、投入した固化材が良好に地盤土と混合されていることを監視する。
▲３▼ 攪拌ヘッド先端の地盤の硬さを測定し、その攪拌ヘッドの仕事量を算出し、この仕事量［ｋＪ／ｍ］を表示させ、地盤改良部の底面が支持層に達して施工されていることを監視する。
【００１５】
これらの諸項目を表示するための好適な地盤改良の管理装置は、施工機本体のリーダーマストに昇降自在に装着された駆動部に攪拌翼を有する攪拌軸を装着し、この攪拌翼をモータにより回転駆動して地盤を掘削すると共に、地盤改良用固化材等（固化材であるセメントと添加材など）と水を混合して製作した固化材液（セメントミルク）を注入し土砂と攪拌混合して地盤を改良する地盤改良工法において、前記駆動部の移動距離から深度Ｄ［ｍ］を検出する深度検出器と、前記攪拌翼の回転数Ｒ［回／分］を検出する回転数検出器と、セメントミルクプラントから地盤中へ排出されるセメントミルクの吐出量Ｑ［Ｌ／分］を検出する吐出量検出器と、施工の経過時間ｔ［分］を計測する時間計測器と、前記各検出器で検出された深度Ｄ・回転数Ｒ・吐出量Ｑ・時間ｔを用いて演算する演算処理装置とを備え、演算装置で得られた結果を表示する表示部を備えている。
【００１６】
演算部では、前記深度検出器から得られた深度から所定深度区分毎に地盤中に投入される固化材添加量Ｗ_C［ｋｇ／ｍ³］、攪拌混合回数Ｎ［回／ｍ］、仕事量［ｋＪ／ｍ］を演算することもでき、これらの結果からその数値をデジタル表示させたり、グラフ化する機能も有する。また、必要に応じ警報ランプを点滅させることなど他の機能も有する。
【００１７】
この演算における固化材添加量Ｗ_C［ｋｇ／ｍ³］は、例えば、セメントミルクの吐出量Ｑ［Ｌ／分］・改良径に基づく改良円の面積Ｓ［ｍ²］・セメントミルクに含まれる固化材量Ｃ［ｋｇ／Ｌ］・時間当りの掘進速度Ｍ［Ｄ／分＝ｍ／分］から演算される。即ち、（Ｑ×Ｋ）／（Ｓ×Ｍ）で算出される。
【００１８】
所定の単位深度毎の攪拌混合回数Ｎ［回／ｍ］は、攪拌ヘッドの深度Ｄ・掘進速度（もしくは引上速度）Ｖ（これはＤから算出される）・攪拌翼の回転数Ｒ［回／分］・攪拌ヘッドの羽根枚数ｎを用いて演算できる。即ち、掘進時（及び／又は引上時）に、ある深度区間を通過した羽根の合計枚数により、単位長さ当たりの攪拌混合回数Ｎ［回／ｍ］が得られる。即ち、掘進時の所定の単位深度毎の攪拌混合回数Ｎ₁は（ｎ×掘進時の軸回転数Ｒ₁÷掘進速度Ｖ₁）で算出される。引上時の攪拌混合回数を加算する場合は、所定の単位深度毎の攪拌混合回数Ｎとして掘進時の数値と引上時の数値を加算するようにすればよい。
【００１９】
仕事量Ｗ［ｋＪ／ｍ］は、例えば、測定された電流値Ａから空転時の電流値Ａ₀引き算した数値に実効電圧値Ｖと１ｍ掘進に要した時間［秒／ｍ］とを乗じた値に更に力率その他の補正係数を乗じることにより算出できる。
【００２０】
以上に示したように、施工機械に装備された検出器で検出された深度Ｄ［ｍ］・回転数Ｒ［回／分］・吐出量Ｑ［Ｌ／分］・時間ｔ及び攪拌ヘッドの駆動モータの電流値等が直接入力され、地盤中に投入される固化材添加量を所定の深度区間毎に表示可能となると共に、所定の深度区間毎の攪拌混合回数も表示でき、さらに前記の電流値等から攪拌ヘッドの仕事量Ｗ［ｋＪ／ｍ］も出力可能な演算処理装置を使用することにより、請求項１記載の施工状態を表示する装置が所要の表示を行うことが可能となっている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の地盤改良工法の施工状態を表示する装置の表示例を図示して説明するが、その前に地盤改良工法の一例である深層混合処理工法における施工管理装置の全体構成を図１に示す。図２はその攪拌軸先端の掘削攪拌装置（攪拌ヘッド）を示したものである。
【００２２】
図１において、施工機本体１の前面に設けられたリーダーマスト２には攪拌軸３の駆動部４がガイドレールにより昇降自在に取付けられ、ワイヤー５により吊り保持され、攪拌軸３の先端部には攪拌ヘッド６が設けられている。攪拌ヘッド６は、図２に示すように、先端側から順に、掘削翼７と、共回り防止翼８と、上下に間隔をおいて複数の攪拌翼９が設けられている。共回り防止翼８は、攪拌ヘッド部分に土が団子状に付着して攪拌ヘッド６と共に同期回転する現象、いわゆる土の共回り現象を防止するためのものであり、共回り防止翼の先端が掘削孔壁の外側に挿入されることにより土中内において回転しないように攪拌軸３に回転自在に取付けられている。
【００２３】
一方、図１に示すように、プラント１０では水Ｗと固化材Ｃ（セメント）等を混練してセメントミルク１１を作製する。作製されたセメントミルク１１はスラリーポンプ１２を介して施工機本体１に送られ、攪拌軸３の内部を通り、攪拌ヘッド６の先端部の吐出口１３から吐出される（図２参照）。吐出されたセメントミルク１１は、掘削翼７・共回り防止翼８・攪拌翼９により、掘削土砂と効率良く攪拌混合され、地盤改良柱体が築造される。
【００２４】
以上のような地盤改良機において、この実施例では、図１に示すように、駆動部４の移動距離から攪拌ヘッド６の深度を検出する深度（速度）検出器（例えば、ワイヤーのシーブに取付けたエンコーダ）１４を施工機本体１に設け、攪拌軸３の回転数を検出する回転数検出器１５を駆動部４に設け、駆動部４の電動モータ（または油圧モータ）の電流値（または油圧力）を検出する電流検出器（または油圧力検出器）１６を施工機本体１に設ける。一方、プラント側には、セメントミルク１１の吐出量を検出する吐出量検出器（流量検出器）１７を設ける。施工条件によっては、図２(b) に示すように、攪拌ヘッド６には、攪拌軸３と共回り防止翼８の相対回転を検出する検出用マグネット１８ａと磁気式近接スイッチ１８ｂなどからなる相対回転検出器１８を設ける。
【００２５】
施工機側には重機計測盤１９が設置されており、この重機計測盤１９に深度検出器１４・回転数検出器１５・電流検出器（または油圧力検出器）１６・相対回転検出器１８からの検出値が入力される。この重機計測盤１９では、入力された検出値により、次のような演算処理を行う。
▲１▼ 深度検出器１４からの深度Ｄと、施工時間を計測するタイマーからの施工時間ｔを用いて、攪拌ヘッド６の昇降速度Ｖ［ｍ／分］を算出する。
▲２▼ 深度Ｄおよび昇降速度Ｖと、回転数検出器１５からの攪拌軸回転数Ｒと、攪拌ヘッド６の羽根枚数ｎを用いて、地盤土の単位長さ当たりの攪拌混合回数Ｎ［回／ｍ］を算出する。
▲３▼ 深度区間（本実施例では０．５ｍ）毎に攪拌混合回数Ｎが基準値Ｎ_thを満足するか否かの判定を行い、満足しない場合には、その深度区間の再施工を促す判定結果を出力する。
▲４▼ 攪拌ヘッド６の掘進速度Ｖと、電流検出器１６からの電流値Ａ（またはトルク）を用いて、掘進攪拌抵抗値Ｗ［ｋＪ／ｍ］を算出する。
▲５▼ 掘進攪拌抵抗値（仕事量）Ｗが支持層管理設定値Ｗ_thを上回るかどうかの判定を行い、攪拌ヘッドが支持層へ到達したか否かの判断を行う。
▲６▼ 攪拌ヘッド６に設けた相対回転検出器１８の検出値を用いて、土の共回りが発生したかどうかを検出する。
【００２６】
一方、プラント側には、プラント計測盤２０が設置されており、このプラント計測盤２０に吐出量検出器１７からの検出値が入力され、また重機計測盤１９から深度Ｄ・昇降速度Ｖが入力される。このプラント計測盤２０では、入力された検出値により、次のような演算処理を行う。
▲１▼ 深度Ｄまたは昇降速度Ｖと、吐出量検出器１７からのセメントミルク吐出量Ｑと、固化材の比重Ｇ_C等を用いて、地盤土の単位体積当たりの固化材添加量Ｗ_C［ｋｇ／ｍ³］を算出する。
▲２▼ 深度区間（本実施例では０．５ｍ）毎に固化材添加量Ｗ_Cが設定値Ｗ_Cthを満足するか否かの判定を行い、満足しない場合には、必要なセメントミルク吐出量Ｑを算出し、固化材添加量が設定値を満足するようにスラリーポンプ１２を自動制御あるいは手動調整してセメントミルク吐出量をコントロールする。また、昇降速度Ｖが変化した場合にも、固化材添加量が設定値を満足するようにスラリーポンプ１２を自動制御あるいは手動調整してセメントミルク吐出量をコントロールする。
▲３▼ さらに、何らかの原因により、固化材添加量Ｗ_Cが設定値Ｗ_Cthを満足しない場合に、その深度区間の再施工を促す判定結果を出力する。
【００２７】
施工機本体１のオペレータ室１ａには、データ表示器２１、遠隔操作盤２２、警報装置２３、通話器２４が設置されており、重機計測盤１９・プラント計測盤２０における入力データおよび処理データがデータ表示器２１に表示される。データ表示器２１の施工中の表示図面の説明については後述するが、図３，図４，図５に示した図面が表示装置の例である。
【００２８】
オペレータ室１ａの遠隔操作盤２２では、コラムNo. の選択、施工設定値・基準値の入力・変更、施工開始、施工終了等の操作が行われる。また、遠隔操作盤２２により重機計測盤１９、プラント操作盤２０を介してスラリーポンプ１２へ信号を送り、スラリーポンプ１２を遠隔操作し、セメントミルク吐出量を手動調整することができる。
【００２９】
なお、施工中に検出された施工データは、全てが遠隔操作盤２２の内部にある記憶装置に保存され、このデータはフロッピーディスク等の記憶媒体２５を介して日報作成システム２６に移動・複写することも可能である。この場合、日報作成システム２６は、パーソナルコンピュータ２７とプリンター２８からなり、施工記録・日報・施工集計表・固化材管理表の作成・印刷を行うことも可能である。
【００３０】
本発明の施工状態を表示する装置である前述のデータ表示器２１に表示される画面について以下に詳述する。
【００３１】
表示画面には、図３や図４のいずれの図にも示されているように、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の固化材添加量を他方の軸として表示された棒グラフと、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の攪拌翼による攪拌混合回数を他方の軸として表示された棒グラフと、深度を一方の軸とし、掘進攪拌抵抗値を他方の軸として表示された折れ線グラフとが同時に同一画面上に表示されると共に、表示された固化材添加量と攪拌混合回数あるいは掘進攪拌抵抗値の各グラフにはそのグラフの数値を示す欄が設けられており、該欄には所定の単位に区分して表示された深度毎の各数値が表示されている。図５では、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の掘進攪拌抵抗値を他方の軸として表示された棒グラフである点が図３や図４と異なるが、上記した固化材添加量および攪拌混合回数は図３や図４と同じである。
【００３２】
図３や図４では、上段に深度と記された欄の下方に０〜１０ｍまでの深度軸が設けられ、更に仕事量と攪拌混合回数の間に深度を示す欄がある。その深度毎に固化材添加量が棒グラフとして示され、その右側欄にその棒グラフに示された数値が示されている。また、攪拌翼による攪拌混合回数は攪拌混合回数として表示されているが、その深度毎の攪拌翼による攪拌混合回数が棒グラフとして示され、その右側欄にその棒グラフに示された数値が示されている。更に、その深度毎の掘進攪拌抵抗値（仕事量）は折れ線グラフとして示されている。
【００３３】
図５においては、図３や図４と画面構成が異なるが、上段に深度と記された欄の下方に０〜約１３ｍまでの深度軸が設けられ、その深度毎に固化材添加量が棒グラフとして示され、その右側欄にその棒グラフに示された数値が示されている。攪拌翼による攪拌混合回数は攪拌混合回数として表示されているが、その深度毎の攪拌翼による攪拌混合回数が棒グラフとして示され、その右側欄にその棒グラフに示された数値が示されている。仕事量の表示方法は図３や図４と異なり、棒グラフで示され、現在掘削中の深度における仕事量が黒く示されている。また、図５ではその右側欄にその棒グラフに示された数値が示されている。
【００３４】
このように、少なくとも、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の固化材添加量を他方の軸として表示された棒グラフと、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の攪拌翼による攪拌混合回数を他方の軸として表示された棒グラフと、深度を一方の軸とし、掘進攪拌抵抗値を他方の軸として表示されたグラフ（例えば、深度を一方の軸とし、掘進攪拌抵抗値を他方の軸として表示された折れ線グラフ、あるいは所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の掘進攪拌抵抗値を他方の軸として表示された棒グラフ）とが同時に同一画面上に表示されると共に、少なくとも、表示された固化材添加量と攪拌混合回数の各グラフにはそのグラフの数値を示す欄が設けられており、該欄には所定の単位に区分して表示された深度毎の各数値が表示されていることが本発明の表示装置では必須である。
【００３５】
このように表示されると、管理の必須の項目である所定深度毎の固化材添加量、混合状態（即ち、攪拌混合状態）がグラフにより一目瞭然となるばかりか、その数値も知ることができ、同一の画面の仕事量の変化により、即ち仕事量の値により所定指示地盤まで掘進したことを同時に知ることができ、地盤改良部の底部が所定の深さまで造成されていることが極めて明瞭に管理することができる。
【００３６】
また、図３〜図５のいずれの図面にも示されているように、表示された各グラフに管理基準を示すラインを付しておくと、施工が目標値以上を達成しているか否かを極めて簡単に一瞥して判明する。また、その下方にはその管理目標値が数値で表示され、管理値自体も同時に確認することができる。
【００３７】
図３において、仕事量の管理目標値は１２００［ｋＪ／ｍ］であり、その上部の黒塗り三角印の上部に仕事量の管理目標を示す破線が付されている。図３における攪拌混合回数の管理目標値は、図２に示した攪拌ヘッドの形状から判明するように浅い深度では多段の攪拌翼が通過可能であり、そのために管理目標値は４５０［回／分］であるが、掘削が完了する最深部ではこの攪拌ヘッドの形状では多数の翼による攪拌混合は不可能であり、そのときの管理目標値は３００［回／分］としてきる。図３における固化材添加量の管理目標値は２５０［ｋｇ／ｍ³］である。
【００３８】
図３〜図５においては明確に読み取れないが、所定の管理目標値に達していない項目が深度区分のある領域で発生した場合、即ち、所定の単位に区分して表示された深度における固化材添加量や攪拌混合回数が管理基準値に達せずに深度が増した場合に警報を発する信号が所定の箇所に表示されるようにすると施工ミスを確実に予防することができる。
【００３９】
この警報信号は、例えば、混合回転数が不足する場合には、回転回数［回／ｍ］と記されたセルが赤く表示されることによって警告を発信する。例えば、固化材添加量が不足する場合も固化材添加量［ｋｇ／ｍ³］と記されたセルが赤く表でされることによって警告を発信する。また、画面の警報信号と共に音声による警報を発することもある。
【００４０】
更に、図３と図４では仕事量の左側に示され、図５では固化材添加量の棒グラフの左側に示されているように、掘進されているところまでの深度を棒状形式で示すと、現在掘削中の深度を視覚的に認識することができる。なお、この深度の棒状形式において地表部近くが白く示されているのは、固化材液を注入しない空掘りの範囲を示している。なお、図５において、棒状形式で示された深度において８．４ｍの位置に太線が示されているのは、設計で決められた深度であり、現在施工中の地盤では当初予想していなかった地層の変化、即ち、支持層が傾斜しており、７．４２ｍの所に支持層が存在しており、このことは仕事量の変化により確認できる。
【００４１】
また、図３〜図５に見られるように、少なくとも施工中の時点の共回り防止翼の回転数・施工中の時点の掘削攪拌ロッド回転数・施工中の時点の深度を示す各数値が表示されている。なお、図４の例では、右上欄に共回り軸回転数と共回り防止翼の回転数が示され、その時点の回転数は２２回と表示され、共回り防止翼が軸と共に回転していることを示している。この回転数は、共回り防止翼の回転数が零近辺であり異常値であり、当然に警告ランプが共回り軸回転数［ｒｐｍ］と記されているセルが明るくなって異常自体であることを知らせている。しかし、これは深度が−０．０６ｍの時、即ち施工が終了し、掘削ヘッドを地上に引き上げた状態であり、施工中の状態ではない。施工中の状態を示す図３や図５においては、そのような共回り防止翼が回転軸とともに回転する現象は認められない。
【００４２】
図３や図５においても、掘削攪拌ロッド回転数が軸回転数と表示され、前記の共回り回転数の左側に数値が表示されている。更に、その左側の欄、即ち攪拌混合回数の現在値、電流値、速度（掘進引上速度）の数値を表示する欄がある左側の欄に、掘削ヘッドの現在の深度を示す欄が設けられている。
【００４３】
更に、図５における左側に縦に並んで、少なくとも施工中の時点の固化材液の必要吐出量・施工中の時点の積算吐出量をしめす各数値が表示されている。即ち、図５においては、固化材液（セメントミルク）の必要吐出量は必要吐出量として示され、１１３［Ｌ／分］と表示されている。積算吐出量は、積算流量と表示され、１３００［Ｌ／分］と表示されている。このように表示すると、セメントミルクプラント（図１ではプラント１１として表示している。）の使用量が把握できる。
【００４４】
以上で、本発明の施工状態を表示する装置についての説明を終了し、実際の施工手順などについて簡単に説明する。
【００４５】
図６は、掘進時にセメントミルクを吐出する場合の施工管理フローの例を示したものである。掘進工程において、固化材添加量・支持層の確認等を行い、引上工程において攪拌回数の確認等を行っている。
【００４６】
以下に各処理について詳述する。
(i) 固化材添加量
掘進工程において、攪拌ヘッド６の深度Ｄ・掘進速度Ｖと、セメントミルク１１の地盤への注入量（吐出量）Ｑと、固化材Ｃの比重Ｇ_Cから、地盤の単位体積当たりの固化材添加量Ｗ_C［ｋｇ／ｍ³］を算出することも可能である。また、各単位掘進長区間（本実施例では０．５ｍ）毎に固化材添加量Ｗ_Cが設定値Ｗ_Cthを満足するか否かの判定を行い、固化材添加量Ｗ_Cが設定値Ｗ_Cthを常に満足するように、必要吐出量Ｑを算出してスラリーポンプ１２へ必要吐出量を指示し、スラリーポンプ１２を自動制御あるいは調整する。また、昇降速度Ｖに応じてスラリーポンプ１２を自動制御あるいは調整し、固化材添加量Ｗ_Cが設定値Ｗ_Cthを満足するようにする。さらに、このような制御等を行っても、何らかの原因により、固化材添加量Ｗ_Cが設定値Ｗ_Cthより低い場合には、警報が発せられ当該単位掘進長区間の修正施工を行う。固化材添加量の設定値は、図８に示した各種地盤に対する固化材添加量と、そのときの平均強度に基づいてその施工現場で必要とされる設計値が設定される。
【００４７】
固化材添加量Ｗ_C［ｋｇ／ｍ³］の算出方法は以下によってもよい。即ち、次に示す（１）式を用いて、セメントミルク吐出量（注入量）Ｑ［Ｌ／分］と水・固化材比Ｗ／Ｃ等を用いて固化材投入量Ｗ_C’［ｋｇ／分］を求める。ここで、添加材等を使用しない場合には、Ｂ＝０となり、（１）式を用いて固化材投入量Ｗ_C’を算出することができる。
【００４８】
【数１】

以上により求まる固化材投入量Ｗ_C’を、投入された区間の体積で除したものが固化材添加量Ｗ_C［ｋｇ／ｍ³］となる。即ち、区間の長さをΔＤ［ｍ］、この区間の通過時間をΔｔ［分］、コラムの横断面積をａ［ｍ²］とすれば、Ｗ_Cは、次式で求めることができる。
【００４９】

固化材添加量の管理は例えば次のように行うこともできる。所要固化材添加量（設定値）が３００ｋｇ／ｍ³の場合、例えば改良径１ｍで単位掘進長１ｍ当りに必要となる固化材投入量は２３６ｋｇとなる。単位区間１ｍのうち０．５ｍまで改良が進んでいる時、地盤中に投入された固化材量が１００ｋｇだとすると、設定値より１８ｋｇ不足していることになる。この場合は、不足分の１８ｋｇ分を加算した固化材量１３６ｋｇを残りの０．５ｍで投入すればよい。この場合、残りの０．５ｍの区間の必要吐出量Ｑを算出し、この必要吐出量でスラリーポンプ４２を自動制御あるいは調整し、１ｍ当りにおける固化材添加量が設定値を満足するようにする。上記のような自動制御・調整を管理区間長内（この例では０．５ｍ）で行う。なお、このような不良区間における単位区間１ｍのうち上部が固化材量不足、下部が固化材量過大となるが、この程度の区間距離では上下方向に十分に攪拌混合されるため強度不足となることはない。なお、単位区間距離が２単位を越える領域で固化材量の過不足を生じる場合、このような不良区間は再施工されるのが原則である。
【００５０】
また、掘進速度Ｖが０．５ｍ／分のときの必要吐出量Ｑが１００Ｌ／分の場合、単位単位掘進長区間１ｍに１００／０．５＝２００Ｌ吐出することになるが、掘進速度が０．４ｍ／分に低下し同一吐出量のまま施工すると、１００／０．４＝２５０Ｌと過大に吐出することになる。このような場合には、掘進速度Ｖの低下に応じ、吐出量も８０Ｌ／分に低下させればよい。逆に、掘進速度Ｖが速くなれば、それに応じて吐出量Ｑを増やせばよい。この場合、掘進速度Ｖに応じてスラリーポンプ１２を自動制御あるいは調整し、固化材添加量が設定値を満足するようにする。
【００５１】
以上の機能により、固化材添加量は常に設定値を満足し、かつ過不足のない値となる。何らかのトラブルにより、単位区間で設定値を満足することができなかった場合には、データ表示器２１に警報が表示される。また、警報装置２３より警報音が発せられてもよく、修正施工が促される。その場合には、いったん攪拌ヘッド６を引上げ、再度注入攪拌を行うことにより（図７参照）、確実な固化材添加量管理を行うことができる。
(ii)掘進攪拌抵抗値
掘進工程において、攪拌ヘッド６の掘進速度Ｖ（１ｍ掘進に要した時間ｔ［秒／ｍ］）と、駆動部４のモータ電流値Ａなどから、オーガモータのした仕事量に相当する掘進攪拌抵抗値Ｗを算出し、予め土質柱状図の近傍にて試験施工をすることにより得られた掘進攪拌抵抗値（設定値）との比較を行い、攪拌ヘッド６が支持層に到達したかどうかの判定を行う。支持層に到達したと判断された場合には、データ表示器２１、および必要により警報装置２３によりオペレータに通知される。掘進攪拌抵抗値Ｗの算出は次の（２）式による。図１０に示すように、掘進攪拌抵抗（仕事量）の実測値は地盤のＮ値の測定結果と挙動が似ていることが確認されている。
【００５２】
【数２】

【００５３】
(iii) 攪拌回数
引上工程において、攪拌ヘッド６の深度Ｄ・速度Ｖと、攪拌軸３の回転数Ｒと、攪拌ヘッド６の羽根枚数ｎから、各単位掘進長区間（本実施例では０．５ｍ）毎の攪拌回数Ｎを算出する。また、この算出された攪拌回数Ｎが、ばらつきの小さい高品質な地盤改良柱体を築造するために必要となる攪拌回数の基準値Ｎ_thを満足しているかの判定を行う。ある単位区間で基準値を満足することができなかった場合には、データ表示器２１に警報が表示され、必要ならば警報装置２３より警報音が発せられ、修正施工が促される。その場合には、いったん攪拌ヘッド３４を引下げ、再度攪拌混合を行うことにより（図７参照）、攪拌回数の確保を確実に行うことができる。攪拌回数Ｎは、掘進時および引上時のある区間における羽根の合計通過回転数より求まり、次の（３）式による。なお、攪拌回数Ｎの基準値は、図９に示すように、改良対象土質毎に試験施工を行い、攪拌回数と一軸圧縮強さのばらつきの関係を調査した結果より図９(b) に示すように決定している。
【００５４】
【数３】

【００５５】
(iv) 共回り防止翼の相対回転
掘進工程・先端部練り返し工程・引上工程において、図２(b) に例示するように、攪拌ヘッド６に設けられた相対回転検出器１８（検出用マグネット１８ａと磁気式近接スイッチ１８ｂ）からのＯＮ信号をカウントすることで、共回り防止翼８と攪拌軸３の相対回転数を常時計測する。共回り防止翼８が静止状態の場合には、攪拌軸３の回転数と同じ相対回転数が得られるが、相対回転数が０に近い場合（攪拌軸３と共回り防止翼８の回転数が同程度の場合）には、共回り防止翼８が攪拌軸３と共に回転し、土と攪拌ヘッドが同期回転する土の共回り現象が発生していると判断される。この場合、データ表示器２１・警報装置２３により警報が発せられ、修正施工が促される。この修正施工は攪拌ヘッド６を引上げ、再掘進等を行えばよく、迅速な処理が可能である。
【００５６】
【発明の効果】
(1) 請求項１に係る発明では、地盤改良工法による施工状態を表示する装置において、少なくとも、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の固化材添加量を他方の軸として表示された棒グラフと、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の攪拌翼による攪拌混合回数を他方の軸として表示された棒グラフと、深度を一方の軸とし、掘進攪拌抵抗値（仕事量）を他方の軸として表示されたグラフとが同時に同一画面上に表示されると共に、少なくとも、表示された固化材添加量と攪拌混合回数の各グラフにはそのグラフの数値を示す欄が設けられており、該欄には所定の単位に区分して表示された深度毎の各数値が表示されていることにより、一目で施工状態を把握することが可能であり、瞬時に正確に施工状態を管理することができる。即ち、グラフにより施工管理の必要事項が視覚的に状況把握できると共に、数値の確認も同時にできる。それと同時に地盤改良部の底部が指定の深さまで造成されていることが極めて容易に確認できる。言葉を変えて表現すると、上記のように表示されると管理の必須の項目である所定深度毎の固化材添加量、混合状態（即ち、攪拌混合回数）がグラフにより一目瞭然となるばかりかその数値も知ることができ、同一の画面の仕事量の変化により、即ち仕事量の値により所定支持地盤まで掘進したことを同時に知ることができ、地盤改良部の底部が所定の深さまで造成されていることが極めて明瞭に管理することができる。
【００５７】
(2) 請求項２に係る発明では、請求項１の装置において、固化材添加量の棒グラフと、攪拌混合回数の棒グラフと、掘進攪拌抵抗値（仕事量）のグラフには、管理基準値を示すラインが表示され、そのラインの一端には管理基準値の数値を表示する欄が設けられていることにより、施工が目標値以上を達成しているか否かを極めて簡単に一瞥して判明する。また、その下方にはその管理目標値が数値で表示され、管理値自体も同時に確認することができる。
【００５８】
(3) 請求項３に係る発明では、請求項２の装置において、所定の単位に区分して表示された深度における固化材添加量または攪拌混合回数が管理基準値に達せずに深度が増した場合に警報を発する信号が画面の所定の箇所に表示されることにより、所定の管理目標値に達していない項目が深度区分のある領域で発生した場合、即ち、所定の単位に区分して表示された深度における固化材添加量や攪拌混合回数が管理基準値に達せずに深度が増した場合に警報を発する信号が所定の箇所に表示されるので施工ミスを確実に予防することができる。
【００５９】
(4) 請求項４に係る発明では、請求項１，２または３の装置において、掘進されている深度が棒状グラフ形式で画面に表示されることにより、現在掘進しつつある深度を視覚的に把握することができると共に、同一画面で同時に前記の管理の必須の項目である所定深度毎の固化材添加量、混合状態（即ち、攪拌混合回数）がグラフにより一目瞭然となるばかりかその数値も知ることができ、同一の画面の仕事量の変化により、即ち仕事量の値により所定支持地盤のまで掘進したことを同時に知ることができ、地盤改良部の底部が所定の深さまで造成されていることが極めて明瞭に管理することができる。
【００６０】
(5) 請求項５に係る発明では、請求項１，２，３または４の装置において、少なくとも、施工中の時点の共回り防止翼の回転数・施工中の時点の掘削攪拌ロッド回転数・施工中の時点の深度を示す各数値が画面の所定の箇所に表示されていることにより、共回り防止翼の回転状況や掘削攪拌ロッド回転状況や深度の値を同一の画面で簡単に得ることができる。
【００６１】
(6) 請求項６に係る発明では、請求項５の装置において、少なくとも、施工中の時点の固化材液の必要吐出量・施工中の時点の積算吐出量を示す各数値が画面の所定の箇所に表示されていることにより、同一画面から、セメントミルクのプラントの使用量等が同時に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地盤掘削工法の施工状態を表示する装置が適用できる地盤改良機をその管理装置を付して示した構成例の一例を示す図である。
【図２】図１に示した地盤改良機の攪拌ヘッドを示す図であり、(a) は側面図、(b) は共回り防止翼の相対回転を検出するセンサーを示す部分断面図である。
【図３】本発明の地盤掘削工法の施工状態を表示する装置における画面の一例を示す図である。
【図４】本発明の地盤掘削工法の施工状態を表示する装置における画面の他の一例を示す図である。
【図５】本発明の地盤掘削工法の施工状態を表示する装置における画面の更なる一例を示す図である。
【図６】地盤掘削工法における管理方法の例を示すフローチャートである。
【図７】地盤改良の施工例を深度−時間図で示したグラフである。
【図８】固化材添加量と現場平均強度との関係を示すグラフである。
【図９】 (a) は攪拌混合回数と改良地盤の一軸圧縮強度の変動係数の関係を示すグラフ、(b) は各種土質に対する攪拌混合回数の基準値を示す図である。
【図１０】地盤のＮ値と仕事量の測定値を比較した図である。
【図１１】従来の施工管理状況を示す図である。
【図１２】従来の施工管理状況におけるモニターの表示例を示す図である。
【符号の説明】
１……施工機本体
２……リーダマスト
３……攪拌軸
４……駆動部
５……ワイヤー
６……攪拌ヘッド
７……掘削翼
８……共回り防止翼
９……攪拌翼
１０……プラント
１１……セメントミルク
１２……スラリーポンプ
１３……吐出口
１４……深度（速度）検出器
１５……回転数検出器
１６……電流検出器（または油圧力検出器）
１７……吐出量（流量）検出器
１８……相対回転検出器
１８ａ…検出用マグネット
１８ｂ…磁気式近接スイッチ
１９……重機計測盤
２０……プラント計測盤
２１……データ表示器
２２……遠隔操作盤
２３……警報装置
２４……通話器
２５……フロッピーディスク等の記憶媒体
２６……日報作成システム
２７……パーソナルコンピュータ
２８……プリンター

Claims

地盤改良工法による施工状態を表示する装置において、
少なくとも、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の固化材添加量を他方の軸として表示された棒グラフと、所定の単位に区分して表示された深度を一方の軸とし、その深度毎の攪拌翼による攪拌混合回数を他方の軸として表示された棒グラフと、深度を一方の軸とし、掘進攪拌抵抗値を他方の軸として表示されたグラフとが同時に同一画面上に表示されると共に、少なくとも、表示された固化材添加量と攪拌混合回数の各グラフにはそのグラフの数値を示す欄が設けられており、該欄には所定の単位に区分して表示された深度毎の各数値が表示されていることを特徴とする地盤改良工法の施工状態を表示する装置。
固化材添加量の棒グラフと、攪拌混合回数の棒グラフと、掘進攪拌抵抗値のグラフには、管理基準値を示すラインが表示され、そのラインの一端には管理基準値の数値を表示する欄が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法の施工状態を表示する装置。
所定の単位に区分して表示された深度における固化材添加量または攪拌混合回数が管理基準値に達せずに深度が増した場合に警報を発する信号が画面の所定の箇所に表示されることを特徴とする請求項２に記載の地盤改良工法の施工状態を表示する装置。
掘進されている深度が棒状グラフ形式で画面に表示されることを特徴とする請求項１，２または３に記載の地盤改良工法の施工状態を表示する装置。
少なくとも、施工中の時点の共回り防止翼の回転数・施工中の時点の掘削攪拌ロッド回転数・施工中の時点の深度を示す各数値が画面の所定の箇所に表示されていることを特徴とする請求項１，２，３または４に記載の地盤改良工法の施工状態を表示する装置。
少なくとも、施工中の時点の固化材液の必要吐出量・施工中の時点の積算吐出量を示す各数値が画面の所定の箇所に表示されていることを特徴とする請求項５に記載の地盤改良工法の施工状態を表示する装置。