JP5360908B2 - 地盤改良工法 - Google Patents

Description

本発明は、台船上から地盤改良機としてボーリングマシンを用いて海底地盤を改良する地盤改良工法に関し、特に海底地盤下に対する改良材の打設深度を簡易かつ精度よく管理できるようにした工法に関する。

港湾などの沿岸や河口付近の水域における海底地盤の改良を行うには、仮設足場を海上に構築して潮位の変化を受けない状態にしてから地盤改良を行うのが一般的である。ところが、施工範囲が広く、水深が深い場所の地盤改良を行う場合には、仮設工事が大がかりとなるため、移動可能な台船上から施工する方が有利である。台船上から施工する場合は、潮位の変動により地盤改良機と海底までの距離が変化するため、潮位の変動分を加味してロッドを引抜いたり引抜補正しなければならない。なお、潮位の変動は、地域、季節によってまちまちであり、例えば太平洋沿岸地域では地域によっても異なるが、大まかには平均２ｍ程度で、春秋の大潮時期における潮位差は最大となる。

潮位の変動を加味した従来施工管理としては特許文献１や２が挙げられる。このうち、特許文献１の施工管理では、台船を水面に浮かせたまま、水位の変化を入力して施工機の先端深度の値を逐次演算補正する。具体的には、地盤改良機として混合処理用撹拌軸の先端深度、昇降速度、羽根切り回数、セメントスラリーの吐出量を検出する地盤改良計測ステップと、この計測値に、潮位などに起因する水位の変化を手動又は自動的に入力することにより撹拌軸の先端深度の値を補正演算するステップと、演算ステップで設定された単位深さ当りの昇降速度、セメントスラリーの吐出量などの基準値となる仕事量と単位深さ当りの目標仕事量との偏差が可及的に小さくなるように制御するステップとからなる。

特許文献２では、撹拌装置の上昇時の移動距離を、任意に定めた間隔の時間における水位の変化速度を一定とみなして、該任意に定めた間隔の時間毎に水位の変化に合わせて調整することにより、鉛直方向の単位長さ当りの固化材スラリの噴射量を一定にする制御を行う地盤改良工法を開示している。

特開２００８−９５３８８号公報 特開２０１０−３７８１５号公報

上記特許文献１や２の施工管理では、海底地盤の表層に支持基盤を造成するような場合にも、潮位の変化による各種の計測値を補正して設計通りの品質を満たすよう支持基盤を構築することができる。しかしながら、地盤改良用ロッドを継ぎ足して施工する場合にはロッドの長さが変化する関係で、各施工管理では管理が複雑かつ高度であり、地盤改良機として陸上使用のものをそのまま用いることができず簡単には採用できない。

本発明は、以上のような課題を解決するため開発されたものである。その目的は、地盤改良機として陸上機をできるだけそのまま台船上にて使用にしても、潮位の変動を吸収して海底の地盤に対するボーリング用ロッドの貫入深度を一定に管理したり、改良材の打設深度を精度よく管理できるようにした地盤改良工法を提供するものである。

上記目的を達成するため本発明は、水位が変化する海面に浮かべられた台船に搭載されて、ロッドを継ぎ足しながら海底地盤に貫入したり引抜くとともに、改良材を地盤内に注入可能なボーリングマシンを用いて海底下の地盤を改良する地盤改良工法において、前記台船に設けられて昇降機構を介して高さ調整可能な作業ステージと、施工付近の海域における潮位を時系列的に検出する潮位検出手段、及び前記潮位検出手段により検出された潮位の変動に応じて前記昇降機構を駆動制御する制御部とを備え、前記制御部で制御される前記昇降機構により前記作業ステージを潮位の変動に応じて高さ調整し、海底地盤に対する前記作業ステージの相対的高さないしは距離をほぼ一定に保つことを特徴としている。ここで、本発明のボーリングマシンとしては、地盤改良機として一般的に用いられるもであればよく、例えばスピンドルタイプ、ローヘッドタイプ、トップドライブタイプの何れでもよい。また、本発明のロッドは、地盤に貫入されたり引抜かれる中空管、パイプ、ケーシングなども含む意味で使用している。

以上の本発明は、請求項２〜３のごとく具体化されることがより好ましい。すなわち、
（１）前記制御部は、前記潮位検出手段により検出された潮位のデータを無線などで受信する受信手段を有している構成である（請求項２）。ここで、「無線など」とは、無線受信機を使用する形態だけではなくインターネットなどで受信する場合も含む意味である。
（２）前記昇降機構は、前記作業ステージを水平状態を保って昇降可能であり、昇降ストロークが施工付近の海域における通常時の潮位差よりも長く設定されている構成である（請求項３）。ここで、通常時の潮位差は、新月や満月の前後数日間のごとく干満の差が大きくなる大潮以外の要因で潮位差が異常に大きくなる場合を除く意味である。
（３）前記制御部は、前記受信手段で受信した前回のデータと今回のデータとの差分を演算するとともに、その値が（＋）か（−）かを判定し、その差分に基づき前記作業ステージを下又は上側へ移動すべく前記昇降機構を制御する構成である（請求項４）。ここで、（＋）は潮が満ちているときのデータ、（−）は潮が引いているときのデータである。

請求項１の発明では、施工付近における海域の潮位の変化に伴う水深変動に応じ、作業ステージを昇降機構により干潮時に高位置に移動するとともに、満潮に至る間に順次低位置に移動して海底下の地盤の表面との間の距離を一定に保つ。これにより、本発明の地盤改良工法では、特許文献１や２に比べると、地盤改良機として陸上機をそのまま台船の作業ステージ上で使用可能となり、施工管理としては陸上と同等な管理を行うことができ、ボーリング用ロッドの継ぎ足し長さにより地盤に対する貫入深度を分かるようにして施工精度と品質を向上できる。

請求項２の発明では、制御部が潮位又は潮位変動のデータを受信手段により受信して利用できるため、例えば気象庁や海上保安庁などの関係機関で提供発信している潮位又は潮位変動のデータを活用して的確な制御を行うことも可能となる。

請求項３の発明では、昇降機構が作業ステージを精度よく上下動するとともに、通常時の潮位差以上の昇降ストロークを有するため汎用性の点からも優れている。

請求項４の発明では、制御部が受信手段で受信した前回のデータ（潮位データ）と今回のデータ（潮位データ）との差分を演算し、その差分に基づき作業ステージを下又は上側へ移動すべく昇降機構を制御するため簡易で合理的な制御を実現できる。

本発明に係る地盤改良工法を模式的に示す概略説明図である。 図１のＡ−Ａ線における断面説明図である 潮位変化追従装置としての制御手順を施工機側の操作と共に模式的に示すフローチャートである。 （ａ）は潮位変化追従装置の管理計器を示す模式説明図、（ｂ）はその装置で打設される地盤改良用ロッドの先端軌跡模式図である。

以下、本発明を適用した形態例を図１〜図４を参照して説明する。この説明では、台船及び昇降機構、潮位検出手段及び制御部、制御例の順に詳述する。なお、図面では、作図上の制約から構成部材の一部を省略したり模式化している。

（台船及び昇降機構等）図１及び図２において、港湾などの水域における陸上部Ｇの近傍には、作業用台船１が船上から打込まれたアンカー２を介して浮揚状態に係留されている。台船１の一側部中央には、昇降機構３により昇降される作業ステージ４が設けられている。作業ステージ４は、地盤改良機であるボーリングマシン５を余裕を持って設置可能な大きさからなるとともに、周囲に張り巡らされた養生ないしは防護柵４ａを有している。

ここで、昇降機構３は、左右に対向配置されて互いに上下動可能なＸ字形のリンク板１４と、各リンク板１４の連結角度を可変する油圧シリング２２とを有している。すなわち、一対のリンク板１４は、互いの中心を連結軸１５を介してＸ字形に連結したものであって、各リンク板４の舷側側端部は、台船１の甲板上及び作業ステージ４の下面に固定されたブラケット１６にピン１７を介して回動可能に連結している。

これに対し、各リンク板４の他端側（図２において舷側から離れる側に配置された）端部は、甲板上及び作業ステージ４の下面に固定されたガイドレール１９に沿って移動可能な台車２０に対し連結軸２１を介して連結されている。また、下側の連結軸２１は、左右のリンク板４同士を結合したものであって、その中央には甲板上に保持された油圧シリンダ２２のプランジャ２２ａの先端が連結されている。このため、この構造では、Ｘ字形の各リンク板４がプランジャ２２ａの突出により図２（ａ）のごとくガイドレール１９の前部側（油圧シリンダ２２から離れる側）に移動し、図２（ｂ）のごとくプランジャ２２ａの後退によりガイドレール１９の後部側（油圧シリンダ２２に近づく側）に移動し、その移動方向に応じて作業ステージ４を平行度を保って昇降動作させる。

各ガイドレール１９は、縦断面が略コ形状をなし、甲板上又は作業ステージ４と平行に配置されている。各台車２０は、複数のローラ２０ａを有し、各ガイドレール１９のフランジ部を挟むように上下に対をなして配置され、これによって風等よる吹上げや、荷重偏在による作業ステージ４の跳ね上がりを防止するようになっている。

作業ステージ４上には、ボーリングマシン５が拘束保持された状態に配設されている。ボーリングマシン５は、作業ステージ４の一側部中央に立設されたガイドポスト７と、ガイドポスト７に沿って上下動されると共に不図示の回転機構により回転される駆動ヘッド８と、スイベル９などを備えている。駆動ヘッド８は、貫入用ロッド６を吊り下げ保持した状態で、ガイドポスト７に沿って上下動したりロッド９を正逆回転される。スイベル９は、台船１の甲板上に設置された改良材製造プラント１１側から延びるホース１０と接続され、製造プラント１１で製造された改良材を不図示のポンプによりホース１０から駆動ヘッド８を介してロッド６に供給可能にする。符号１２は甲板上に設けられたホースリール１２であり、ホース１０を駆動ヘッド８の高さ変動などに応じた余長部分を巻取ったり繰出し可能としている。

ロッド６は、最下端のロッドだけがオーガ又は／及び改良材吐出口を備えたもので、他のロッドは実寸で３〜５ｍ程度の中空管となっている。そして、この構造では、例えば、駆動ヘッド８がガイドポスト７に沿って下降されて、駆動ヘッド８に保持されているロッド６がガイドポスト７の下端ないしは作業ステージ４の近くに至ると、駆動ヘッド８から切離すとともに、駆動ヘッド８に次のロッド６を保持してガイドポスト７の最上部に移動させ、そのロッド６を先行するロッド６の上部に継ぎ足し、再度同じ動作を繰返すものであり、その合計長さを海底地盤ＳＧに対する改良深度として管理している。なお、実施工では、例えば、最下端のロッド６が海底地盤ＳＧ内に回転しつつ貫入し、引抜き時において、先端側の吐出口より改良材を吐出しつつ先端に設けたオーガ６ａ等により地盤内に攪拌混合することによって地盤改良を行う。

また、作業ステージ４の一側部には、ロータリエンコーダ２３が配置されている。このロータリエンコーダ２３は、後述する昇降機構３の制御における検出に用いられるもので、先端に設けたピニオン２３ａを甲板上に立設された検出用ポスト２４のラック部２４ａに噛合させている。

ところで、上記した昇降機構３は、作業ステージ４の昇降ストロークとして施工海域における通常時（大潮時）の潮位差に応じて設定される。因みに、日本各地の大潮期の平均潮位差（メートル：ｍ）は、海上保安庁海洋情報部のデータによると、小樽が０．２、紋別が１．０、釧路が１．３、塩釜が１．４、横浜が１．８、東京が１．９、名古屋が２．４、父島が１．１、高知が１．８、神戸が１．４、広島が３．４、門司が２．３、舞鶴が０．３、新潟が０．２、厳原が１．７、佐世保が２．９、鹿児島が２．７、油津が１．９、那覇が２．０、石垣が１．７であり、北海道北西岸・本州北西岸で潮位差が小さく、太平洋沿岸地域では２ｍ前後、瀬戸内沿岸では３ｍ前後と潮位差が大きいものとなっている。作業ステージ４の昇降ストロークは、以上の点を考慮して対象施工海域の通常時の潮位差以上の長さに設定されることになる。

（潮位検出手段及び制御部）以上の作業ステージ４は、干満の差に応じて台船１の近傍における陸上部Ｇに設けた潮位計３０に連動して、昇降機構３が台船１上に設けた制御装置３１によって自動制御されて昇降される。ここで、潮位計３０は、例えば、岸壁などから垂下されて海中に浸漬された潮位センサ３２と、潮位センサ３２で検出された潮位データを所定時間毎に送信する無線送信機３３などを備えている。

制御装置３１は、送信機３３からの送信データを受信する無線受信機３４、現在の受信データ、前回受信した受信データから作業ステージ４の上昇・下降を判定するとともに、その差分に応じて上昇／下降距離を演算する演算制御部３５、演算結果に応じて駆動される油圧制御ユニット３６と、油圧制御ユニット３６によって駆動される前述の油圧シリンダ２２及びロータリエンコーダ２３などを備えている。

なお、台船１は、通常、３００〜１０００トン規模の浮体であり、昇降機構３及び作業ステージ４、作業ステージ４上に搭載されたボーリングマシン５の合計載荷荷重による浮力低下や重心偏在に対しほとんど影響を与えるものではないが、必要に応じて例えば、改良材製造プラント１１及び制御装置３１の配置関係により甲板面の水平が保たれるようにしておけばよい。また、改良材の増減による喫水の変化や傾斜を防ぐ上では、土運船などを接舷して材料供給を受けるようにするほか、土運船の移動や台船１の盛替え用のタグボートなどの支援設備なども常駐させておくこともある。

（制御例）次に、制御装置３１による作業ステージ４の昇降制御手順（と施工機側の操作）について、図３及び図４と図２を参照して説明する。まず、ステップＳＴ１の作業開始時間になると、制御装置３１の無線受信部３４では受信データ（潮位データ）を取得し、演算処理部３５ではその受信データを演算し（ステップＳＴ２，３）、この値から満ち潮又は引き潮の判定を行う。その後、作業ステージ４をセットし、作業ステージ４の現高さのデータを取得する。このデータを取得後、ボーリングマシン５によるロッド貫入深度を決定する。同時に作業ステージ４の制御を開始する（ステップＳＴ４）。その後、施工を開始する。施工中、例えば潮位上昇（＋）の場合は、潮位の変化による差分を油圧制御ユニット３６を通じて油圧シリンダ２２を制御してプランジャ２２ａを後退させ、作業ステージ４を下降させ、ロータリーエンコーダ２３の検出値が計算値（前記差分に応じた下降距離）に一致したならば、その下降位置に停止させる（ステップＳＴ５,６，７）。逆に、潮位下降（−）の場合は、潮位の変化による差分を油圧制御ユニット３６を通じて油圧シリンダ２２を制御してプランジャ２２ａを前進突出させ、作業ステージ４を上昇させ、ロータリーエンコーダ２３の検出値が計算値（前記差分に応じた下降距離）に一致したならば、その上昇位置に停止させる（ステップＳＴ８,９，７）。

以上のように、この構造では、図２（ａ），（ｂ）に示されるごとく作業ステージ４と海底面との距離は干満に関わらず作業中は一定の高さＨに保たれることになり、地盤ＳＧに対する貫入深さは、ロッド６の合計継ぎ足し長さにこの高さＨ分を減じた値となる。以上の制御動作は、作業終了時間まで繰返される。

図４（ａ）は以上の潮位変化追従装置を用いたときの管理計器の表示例を示している。施工開始後は、ボーリングマシン５の施工中において作業ステージ４を潮位（潮位データ又は潮位変動データ）に連動して制御し、ボーリングマシン５ないしは駆動ヘッド８の作業高さを一定に保つ。勿論、作業記録としては、潮位／昇降高さ／作業ステージの高さなどが時間軸との関係で記録される。また、図４（ｂ）は目的の改良杭が地盤改良用ロッドにより造成させるときのロッド先端の軌跡を示している。この軌跡は陸上で行われるパターンと同じくなっている。

なお、作業員の作業ステージ４に対する乗降時や、ロッド６の継ぎ足し時には、作業ステージ４を静止させておくことが必要であるが、当然のことながらこれらの作業状況を考慮した制御形態に設定されることは勿論である。また、潮位データのサンプリング周期は、施工地域に干満時の潮位差に応じて適宜設定できるが、作業の邪魔にならない周期であって、その周期がロッドの貫入深さの誤差範囲内に入るように設定されることも勿論である。

また、以上の形態では、台船１の近傍における陸上部に設けた潮位計３０からの潮位データに基づき作業ステージ４の昇降制御を行ったが、例えば台船１に超音波水深計を設けておき、この水深計の検出データに基づき昇降制御を行ってもよいし、前掲の全国各地の主要港近傍で工事を行う場合には、例えば気象庁、海上保安庁などの関係機関から無線やインターネットを通じて潮位ないしは験潮データを入手し、このデータを元に制御を行うことも可能である。

なお、本発明は、以上の形態に制約されるものではなく、請求項で特定される構成を実質的に備えておればよく種々変更可能なものである。その一例として、昇降機構３としては上記形態に代えて、甲板上又はそこに設置される支持台に作業ステージ周囲に対応して複数の支柱を立設し、作業ステージ４を各支柱に対して各種駆動機構を介して昇降したり、各支柱自身を上下動機構として構成するようにしてもよい。

１…台船（２はアンカー）
３…昇降機構（１４はリンク板、１５は連結軸、１９はガイドレール、２０は台車）
４…作業ステージ（４ａは防護柵）
５…ボーリングマシン（７はガイドポスト、８は駆動ヘッド、９はスイベル）
６…ロッド（６ａは攪拌混合用のオーガ）
１１…改良材製造プラント（１０はホース、１２はホースリール）
２２…油圧シリンダ（２２ａはプランジャ）
２３…ロータリエンコーダ（２３ａはピニオン）
２４…検出用ポスト（２４ａはラック）
３０…潮位計（３２は潮位センサ、３３は送信手段である送信機）
３１…制御装置（制御部に相当し、３４は受信手段である受信機、３５は演算制御部）
３６…油圧制御ユニット

Claims (4)

1. 水位が変化する海面に浮かべられた台船に搭載されて、ロッドを継ぎ足しながら海底地盤に貫入したり引抜くとともに、改良材を地盤内に注入可能なボーリングマシンを用いて海底下の地盤を改良する地盤改良工法において、
   前記台船に設けられて昇降機構を介して高さ調整可能な作業ステージと、
   施工付近の海域における潮位を時系列的に検出する潮位検出手段、及び前記潮位検出手段により検出された潮位の変動に応じて前記昇降機構を駆動制御する制御部とを備え、
   前記制御部で制御される前記昇降機構により前記作業ステージを潮位の変動に応じて高さ調整し、海底地盤に対する前記作業ステージの相対的高さないしは距離をほぼ一定に保つことを特徴とする地盤改良工法。
2. 前記制御部は、前記潮位検出手段により検出された潮位のデータを無線などで受信する受信手段を有し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。
3. 前記昇降機構は、前記作業ステージを水平状態を保って昇降可能であり、昇降ストロークが施工付近の海域における通常時の潮位差よりも長く設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良工法。
4. 前記制御部は、前記受信手段で受信した前回のデータと今回のデータとの差分を演算するとともに、その値が（＋）か（−）かを判定し、その差分に基づき前記作業ステージを下又は上側へ移動すべく前記昇降機構を制御することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の地盤改良工法。

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