JP6799253B2

JP6799253B2 - 地盤の掘削方法

Info

Publication number: JP6799253B2
Application number: JP2016216579A
Authority: JP
Inventors: 細田　光美; 光美細田
Original assignee: Japan Pile Corp
Current assignee: Japan Pile Corp
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: JP2018071320A

Description

本開示は地盤の掘削方法に関する。

基礎杭の構築や地盤改良のために地盤を掘削している際、掘削ドリルが支持層に到達したか否かの判断は、掘削ドリルのトルク、換言すれば、掘削ドリルに作用する地盤からの抵抗に対応する掘削機の電動モータの電流値に基づいて行われている（例えば特許文献１参照）。
具体的には、掘削現場では、掘削ドリルが支持層に到達したか否かを確認するために、掘削機の電動モータの電流値等が測定され、施工管理装置（コンピュータ）やペンレコーダを使用して測定結果のチャートが作成される。掘削作業の担当者はチャートを目視することにより、掘削ドリルが支持層に到達したか否かを確認することができる。

ただし、チャートを目視することにより、掘削ドリルが支持層に到達したか否かを判定すること（着底判断）には、作業者の経験や勘に頼るところがあるとして、特許文献２は、土質条件に応じて、処理機の能力、仕様に基づく着底判断が機械的、自動的に可能であり、施工場所に対応した条件（同じ判断基準）の自動判定により、熟練者でなくとも同じ結果が得られる着底判定管理方法を提供している。

特許文献２が開示する着底判定管理方法は、施工場所の土質構成とＮ値データ等が明解になっているボーリングデータに基づき、同ボーリングデータ採取位置の近傍に掘削貫入の試験施工を行い、地盤改良処理機の貫入深度、貫入速度、貫入所要時間、撹拌掘削軸の吊り荷重値、電動機の負荷電流値又は負荷トルク値の各計測値をそれぞれ前記ボーリングデータによって明らかな支持層へ到着するまで貫入深度毎に採取して、着底予想深度、電動機の着底予想電流値又は負荷トルク値、着底予想吊り荷重値、及び着底予想貫入速度をそれぞれ判定基準値に採用する。
そして、続く実施工でも同じく地盤改良処理機の貫入深度、貫入速度、吊り荷重値、電動機の負荷電流値又は負荷トルク値を測定し、貫入深度が着底予想深度へ到達した段階から着底判定の監視体制に入り、（ａ）電動機の負荷電流又は負荷トルクの測定値が着底予想負荷電流値又は負荷トルク値を上回り、その測定値が設定された判定経過時間まで持続すること、（ｂ）地盤改良処理機の吊り荷重の測定値が着底予想吊り荷重値以下となり、その測定値が設定された判定経過時間まで持続すること、（ｃ）地盤改良処理機の貫入速度の測定値が着底予想貫入速度より以下となり、その測定値が設定された判定経過時間まで持続するか又は判定貫入距離まで到達したこと、をそれぞれ監視し、少なくとも上記（ａ）〜（ｃ）のいずれか一の条件が満たされると支持層へ着底したと判定する。
一方、特許文献３は、掘削の際、排泥を促進するために、比較的短い削孔深度で掘削ドリルを上下動させることを開示している。

特許４９５８０２８号公報特許３１５６０５０号公報特開２０１５−１１３５６２号公報

掘削ドリルのトルクは、地盤から掘削ドリルに作用する抵抗によって変化するが、該抵抗には、掘削ドリルの先端に作用する抵抗成分以外に、掘削ドリルの周面に作用する抵抗成分も含まれている。掘削ドリルの周面に作用する抵抗成分は、掘削ドリルの先端が位置する地層のＮ値を反映するものではないため、周面に作用する抵抗成分が含まれていることを考慮せずに、地盤から掘削ドリルに作用する抵抗に基づいて支持層に到達したか否かを判定しても、判定を正確に行うことは困難である。
この点について、特許文献１〜３はいずれも何ら開示していない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、掘削ドリルが目的の地層に到達したか否かを正確に判定可能な地盤の掘削方法を提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る地盤の掘削方法は、
地盤に対し掘削ドリルを回転させながら下方に掘進させる断続掘進工程であって、目的の地層よりも以浅において掘進と掘進停止を一定深さ毎に繰り返す断続掘進工程と、
前記掘進停止中に実行され、前記掘削ドリルを上方に引き上げる引き上げ工程と、
前記引き上げ工程の後に行われ、前記断続掘進工程を再開させるために前記掘削ドリルを前記引き上げ工程前の深度まで下降させる下降工程と、
少なくとも前記断続掘進工程及び前記引き上げ工程の実行中、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗に対応する指標を計測する指標計測工程と、
前記指標計測工程で計測された前記指標の計測値に基づいて、前記掘削ドリルが目的の地層に到達したか否かを判定する到達判定工程と、
を備え、
前記引き上げ工程において、前記指標計測工程で計測された前記指標の計測値に基づいて、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗が最小になるまで前記掘削ドリルを上方に引き上げ、
前記断続掘進工程を実行中、前記掘削ドリルの回転速度、前記掘削ドリルの掘進速度、及び、前記掘削ドリルの先端付近に供給される供給流動体の流量を一定値に保ちながら、前記掘削ドリルを下方に掘進させる。

上記構成（１）によれば、断続掘進工程を中断して引き上げ工程を実行し、引き上げ工程にて指標の計測値が最小になるまで掘削ドリルを引き上げることにより、地盤から掘削ドリルの周面に作用する抵抗成分を最小化することができる。このため、再開された断続掘進工程において、地盤から掘削ドリルに作用する抵抗は、掘削ドリルの先端に作用する抵抗成分が主であり、指標の計測値は、掘削ドリルの先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなる。
また、中断されながら断続的に実行される断続掘進工程において、掘削ドリルの回転速度、掘削ドリルの掘進速度、及び、掘削ドリルの先端付近に供給される供給流動体の流量を一定値に保つことによって、掘削条件を一定に保つことができる。これによっても、指標の計測値は、掘削ドリルの先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなる。
かくして上記構成（１）によれば、指標の計測値が、掘削ドリルの先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなるので、指標の計測値に基づいて、掘削ドリルが目的の地層（支持層）に到達したか否かを正確に判定することができる。

（２）本発明の少なくとも一実施形態に係る地盤の掘削方法は、
目的の地層の深度が既知である第１位置において、地盤に対し掘削ドリルを回転させながら下方に掘進させる断続掘進工程であって、目的の地層よりも以浅において掘進と掘進停止を一定の第１深さ毎に繰り返す第１断続掘進工程と、
前記第１断続掘進工程の前記掘進停止中に実行され、前記掘削ドリルを上方に引き上げる第１引き上げ工程と、
前記第１引き上げ工程の後に行われ、前記第１断続掘進工程を再開させるために前記掘削ドリルを前記第１引き上げ工程前の深度まで下降させる第１下降工程と、
少なくとも前記第１断続掘進工程及び前記第１引き上げ工程の実行中、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗に対応する指標を計測する第１指標計測工程と、
前記第１断続掘進工程の実行中に計測された前記指標の計測値に基づいて、前記掘削ドリルが前記目的の地層に到達したか否かを判定するための到達判定条件を設定する到達判定条件設定工程と、
前記第１位置の周辺に位置する第２位置において、地盤に対し前記掘削ドリルを回転させながら下方に掘進させる第２断続掘進工程であって、前記目的の地層よりも以浅において掘進と掘進停止を前記第１深さと同じ一定の第２深さ毎に繰り返す第２断続掘進工程と、
前記第２断続掘進工程の前記掘進停止中に実行され、前記掘削ドリルを上方に引き上げる第２引き上げ工程と、
前記第２引き上げ工程の後に行われ、前記第２断続掘進工程を再開させるために前記掘削ドリルを前記第２引き上げ工程前の深度まで下降させる第２下降工程と、
少なくとも前記第２断続掘進工程及び前記第２引き上げ工程の実行中、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗に対応する指標を計測する第２指標計測工程と、
前記到達判定条件設定工程で設定された判定条件及び前記第２指標計測工程で計測された前記指標の計測値に基づいて、前記第２位置にて前記掘削ドリルが前記目的の地層に到達したか否かを判定する到達判定工程と、
を備え、
前記第１引き上げ工程及び前記第２引き上げ工程の各々において、前記第１指標計測工程又は前記第２指標計測工程で計測された前記指標の計測値に基づいて、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗が最小になるまで前記掘削ドリルを上方に引き上げ、
前記第１断続掘進工程及び前記第２断続掘進工程を実行中、前記掘削ドリルの回転速度、前記掘削ドリルの掘進速度、及び、前記掘削ドリルの先端付近に供給される供給流動体の流量を共通の一定値に保ちながら、前記掘削ドリルを下方に掘進させる。

上記構成（２）では、第１断続掘進工程及び第２断続掘進工程を中断して第１引き上げ工程及び第２引き上げ工程をそれぞれ実行し、第１引き上げ工程及び第２引き上げ工程にて指標の計測値が最小になるまで掘削ドリルを引き上げることにより、地盤から掘削ドリルの周面に作用する抵抗成分を最小化することができる。このため、再開された第１断続掘進工程及び第２断続掘進工程の各々において、地盤から掘削ドリルに作用する抵抗は、掘削ドリルの先端に作用する抵抗成分が主であり、指標の計測値は、掘削ドリルの先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなる。
また、中断されながら断続的に実行される第１断続掘進工程及び第２断続掘進工程において、掘削ドリルの回転速度、掘削ドリルの掘進速度、及び、掘削ドリルの先端付近に供給される供給流動体の流量を共通の一定値に保つことによって、掘削条件を一定に保つことができる。これによっても、指標の計測値は、掘削ドリルの先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなる。
その上で、到達判定条件設定工程では、掘削ドリルの先端が位置する地層の硬さを正確に反映する指標の測定値に基づいて判定条件が設定されるので、判定条件が的確に設定される。
更に、到達判定工程では、掘削ドリルの先端が位置する地層の硬さを正確に反映する指標の測定値、及び、的確に設定された判定条件に基づいて判定が行われるので、掘削ドリルが目的の地層（支持層）に到達したか否かを正確に判定することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、掘削ドリルが目的の地層に到達したか否かを正確に判定可能な地盤の掘削方法が提供される。

本発明の一実施形態に係る地盤の掘削方法の概略的な手順を示すフローチャートである。図１の地盤の掘削方法に用いられる掘削装置の一例を説明するための図である。図２中の管理装置を概略的に示す図である。図１の地盤の掘削方法を実行した場合における、時間と掘削ドリルの深度との関係の一例を概略的に示すグラフである。本発明の他の一実施形態に係る地盤の掘削方法の概略的な手順を示すフローチャートの一部である。本発明の他の一実施形態に係る地盤の掘削方法の概略的な手順を示すフローチャートの一部である。本発明の他の一実施形態に係る地盤の掘削方法の概略的な手順を示すフローチャートである。図７の地盤の掘削方法により得られる指標の計測値（積分電流値）の時間変化を概略的に示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の一実施形態に係る地盤の掘削方法の概略的な手順を示すフローチャートである。図２は、図１の地盤の掘削方法に用いられる掘削装置の一例を説明するための図である。図３は、図２中の管理装置を概略的に示す図である。図４は、図１の地盤の掘削方法を実行した場合における、時間と掘削ドリルの深度との関係の一例を概略的に示すグラフである。

図２に示した掘削装置１は、地盤２を掘削して杭孔４を形成可能であり、杭孔４には既製杭（不図示）を建て込むことができる。掘削装置１は、杭打機６と、掘削ドリル８と、管理装置１０と、深度計１２と、電流計１４とを備えている。
杭打機６は、支柱１６と、電動モータ１８とを有している。杭孔４の掘削時、支柱１６は鉛直方向に沿って立設され、電動モータ１８を上下動可能に支持する。電動モータ１８には、鉛直方向に沿って延びる掘削ドリル８の上端が連結され、電動モータ１８は、掘削ドリル８を鉛直軸の周りで回転させることができる。掘削ドリル８を回転させながら下降させることにより、地盤２に目的の地層（支持層２０）まで到達する杭孔４を形成することができる。

掘削ドリル８は、筒部２２と、筒部２２の先端に設けられたドリル部２４と、筒部２２の外周に設けられた螺旋部２６とを有している。ドリル部２４は、筒部２２よりも大径であり、杭孔４の底を掘削するのに寄与する。螺旋部２６は、筒部２２よりも大径であって、ドリル部２４よりも小径である。螺旋部２６は、ドリル部２４によって掘削された土砂の排出に寄与する。なお、掘削ドリル８は、筒部２２の内部を通じて掘削液（供給流動体）、例えば水をドリル部２４の先端から下方に向かって吐出可能に構成されている。

電流計１４は、電動モータ１８に供給される電流を計測可能である。電動モータ１８に供給される電流の計測値は、掘削ドリル８に作用する地盤２からの抵抗に対応している。電流計１４によって計測された電流の計測値は、管理装置１０に入力される。
深度計１２は、掘削ドリル８の深度、即ち掘削ドリル８の先端の深度を計測可能である。深度計１２によって計測された掘削ドリル８の深度の計測値は、管理装置１０に入力される。

図３に示したように、管理装置１０は、例えば、コンピュータによって構成され、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、内部メモリ、外部メモリ、入出力部、及び表示部（モニタ）２８を有している。管理装置１０には、深度計１２によって測定された掘削ドリル８の深度の測定値、及び、電流計１４によって測定された電動モータ１８の電流の測定値が入力される。
モニタ２８には、例えば、縦軸を深度、横軸を電流として、入力された深度の測定値及び電流の測定値を対応付けて表すグラフが表示される。
また好ましくは、管理装置１０は、深度の測定値、電流の測定値、電流の測定値の時間積分値、掘削ドリル８の掘進速度、掘削ドリル８の回転速度、及び、掘削液の供給流量がモニタ２８に数値にて表示されるように構成されている。
なお、電流の測定値の時間積分値は、電流の測定値を例えば１分間に渡って積分した値である。掘削ドリル８の掘進速度は、掘削ドリル８が下方に向かって進むときの速度であり、単位時間当たりの深度の測定値の変化量を求めることによって、演算により求めることができる。
また好ましくは、管理装置１０は、予め調査された地盤のＮ値（標準貫入試験の打撃回数）が、モニタ２８中のグラフに、深度に対応して表示されるように構成されている。なお、地盤のＮ値は、杭孔４と同じ位置で調査されたものである必要はなく、杭孔４の周辺の地盤で調査されたものであってもよい。

本発明の一実施形態に係る地盤の掘削方法は、図１に示したように、掘削ドリル８で地盤２を掘削する掘削工程Ｓ１と、掘削ドリル８の深度を計測する深度計測工程Ｓ３と、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗に対応する指標を計測する指標計測工程Ｓ５とを備えている。掘削工程Ｓ１は、少なくとも掘削ドリル８が目的の地層に到達したと判定されるまで行われ、深度計測工程Ｓ３及び指標計測工程Ｓ５は、各深度での地盤２からの抵抗を測定するために、掘削工程Ｓ１と並列的に繰り返し行われる。
なお指標は、例えば電動モータ１８に供給される電流である。

掘削工程Ｓ１は、掘進工程Ｓ７と、引き上げ工程Ｓ９と、下降工程Ｓ１１と、断続掘進工程Ｓ１３と、到達判定工程Ｓ１５とを備えている。
掘進工程Ｓ７は、掘削ドリル８を回転させながら下方に掘進させることにより、地盤２を所定深度まで掘削する工程である。所定深度は、想定される目的の地層の深度よりも例えば５ｍ浅い深度に設定される。具体的には、目的の地層の深度が１６ｍの場合に、所定深度は目的の地層の深度よりも５ｍ浅い１１ｍに設定される。

掘削ドリル８が所定深度に到達すると、断続的に掘進を行う断続掘進の開始深度に到達したと判定される。
この断続掘進を行う断続掘進工程Ｓ１３は、地盤２に対し掘削ドリル８を回転させながら下方に掘進させるという点では、掘進工程Ｓ７と同じである。ただし、断続掘進工程Ｓ１３は、掘削ドリル８が目的の地層に到達する以前に一定深さ毎に断続的に実行される点において掘進工程Ｓ７と異なっている。つまり、断続掘進工程Ｓ１３では、掘進と掘進停止を一定深さ毎に繰り返す。一定深さとは例えば１ｍであり、この場合、１ｍ下方に掘進する度に、掘進が中断される。断続掘進工程Ｓ１３における掘進は、例えば、掘削ドリル８が目的の地層に到達してから２ｍ以上、目的の地層を掘削するように行われる。

図４に示したように、掘削ドリル８が所定深度に到達すると、掘進工程Ｓ７が終了し、引き上げ工程Ｓ９が実施される。引き上げ工程Ｓ９は、断続掘進工程Ｓ１３の掘進停止中に実行される。引き上げ工程Ｓ９では、掘削ドリル８を回転させながら上方に引き上げる。
なお本説明では、掘進工程Ｓ７が終了した時点も、断続掘進工程Ｓ１３が中断している期間であると見なしている。

下降工程Ｓ１１は、引き上げ工程Ｓ９の後に続けて行われる。下降工程Ｓ１１では、断続掘進工程Ｓ１３を再開させるために、掘削ドリル８を回転させながら直前の引き上げ工程Ｓ９前の深度まで下降させる。
なお、前述した指標計測工程Ｓ５では、原則として掘削工程Ｓ１の実行中に地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗に対応する指標を計測するが、少なくとも断続掘進工程Ｓ１３及び引き上げ工程Ｓ９の実行中に計測すればよい。

到達判定工程Ｓ１５では、指標計測工程Ｓ５で計測された指標の計測値に基づいて、掘削ドリル８が目的の地層に到達したか否かを判定する。好ましくは、指標の計測値とＮ値との対応を考慮して、掘削ドリル８が目的の地層に到達したか否かが判定される。
判定方法として、例えば、作業者は、管理装置１０のモニタ２８に表示されているグラフ中のＮ値及び指標の計測値を見ることにより、掘削ドリル８が目的の地層に到達したか否かを判定することができる。
また、他の判定方法として、例えば、ボーリングや試験杭による掘進時に本発明の掘削方法を適用して、所定深度から想定深度までにおける指標の正味の値Ｉｎ´を平均した平均値Ｉｎａｖｅ´に対する想定深度以深における指標の正味の値Ｉｎ´´の割合（Ｉｎ´´／Ｉｎａｖｅ´。以下、単に試験杭比という）を算出し、その後、本杭を施工し、当該本杭施工時に取得する所定深度以深での指標の正味の値の平均値Ｉｎａｖｅに対する指標の正味の値Ｉｎ´´´の割合（Ｉｎ´´´／Ｉｎａｖｅ。以下、単に本杭比という）を算出して、本杭比が試験杭比と同等又は大きくなった場合に掘削ドリル８が目的の地層に到達したと判断してもよい。

ここで、前述した引き上げ工程Ｓ９では、指標計測工程Ｓ５で計測された指標の計測値に基づいて、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗が最小になるまで掘削ドリル８を上方に引き上げる。例えば、指標が電動モータ１８の電流である場合、電流の計測値が最小値（無負荷電流値）になるまで掘削ドリル８を引き上げる。
そして、断続掘進工程Ｓ１３を実行中、掘削ドリル８の回転速度、掘削ドリル８の掘進速度、及び、掘削ドリル８の先端付近に供給される掘削液（供給流動体）の流量を一定値に保ちながら、掘削ドリル８を下方に掘進させる。

上記構成によれば、断続掘進工程Ｓ１３を中断して引き上げ工程Ｓ９を実行し、引き上げ工程Ｓ９にて指標の計測値が最小になるまで掘削ドリル８を引き上げることにより、地盤２から掘削ドリル８の周面に作用する抵抗成分を最小化することができる。地質によっては、掘削ドリル８の螺旋部２６と地盤２の間に掘削された土砂又は粘土の塊が挟まれ、地盤２から作用する抵抗が非常に大きくなるが、掘削ドリル８を回転させながら引き上げることにより、このような状態を解消することができる。このため、再開された断続掘進工程Ｓ１３において、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗は、掘削ドリル８の先端に作用する抵抗成分が主であり、指標の計測値は、掘削ドリル８の先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなる。
また、中断されながら断続的に実行される断続掘進工程Ｓ１３において、掘削ドリル８の回転速度、掘削ドリル８の掘進速度、及び、掘削ドリル８の先端付近に供給される供給流動体の流量を一定値に保つことによって、掘削条件を一定に保つことができる。これによっても、指標の計測値は、掘削ドリル８の先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなる。
かくして上記構成によれば、指標の計測値が、掘削ドリル８の先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなるので、指標の計測値に基づいて、掘削ドリル８が目的の地層（支持層２０）に到達したか否かを正確に判定することができる。

図５及び図６は、本発明の他の一実施形態に係る地盤の掘削方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
図５及び図６に示したように、地盤の掘削方法は、第１位置での地質情報を取得する地質情報取得工程Ｓ２０と、掘削ドリル８で地盤２の第１位置を掘削する第１掘削工程Ｓ２１と、掘削ドリル８の深度を計測する第１深度計測工程Ｓ２３と、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗に対応する指標を計測する第１指標計測工程Ｓ２５と、到達判定条件設定工程Ｓ３５と、第１位置から第２位置へと掘削位置を変更する掘削位置変更工程Ｓ３７と、掘削ドリル８で地盤２の第２位置を掘削する第２掘削工程Ｓ４１と、掘削ドリル８の深度を計測する第２深度計測工程Ｓ４３と、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗に対応する指標を計測する第２指標計測工程Ｓ４５とを備えている。

地質情報取得工程Ｓ２０は、例えば、地盤２の第１位置におけるＮ値の深さ方向での分布情報を地質情報として取得する工程であり、Ｎ値の深さ方向での分布情報は、ボーリング調査の際に標準貫入試験を行うことにより得ることができる。

第１掘削工程Ｓ２１は、少なくとも掘削ドリル８が目的の地層に到達するまで行われ、第１深度計測工程Ｓ２３及び第１指標計測工程Ｓ２５は、各深度での地盤２からの抵抗を測定するために、第１掘削工程Ｓ２１と並列的に繰り返し行われる。
なお、地質情報取得工程Ｓ２０における地盤２の第１位置と、第１掘削工程Ｓ２１における地盤２の第１位置とは厳密に同一である必要はなく、目的の地層が略同一の深度に存在すると見なせるという程度において相互に近接していればよい。
また指標は、例えば電動モータ１８に供給される電流である。

第１掘削工程Ｓ２１は、第１掘進工程Ｓ２７と、第１引き上げ工程Ｓ２９と、第１下降工程Ｓ３１と、第１断続掘進工程Ｓ３３とを備えている。
第１掘進工程Ｓ２７は、掘削ドリル８を回転させながら下方に掘進させることにより、地盤２を所定深度まで掘削する工程である。第１位置における目的の地層の深度は、地質情報取得工程Ｓ２０により取得された地質情報に基づいて既知であり、所定深度は、既知である目的の地層の深度よりも例えば５ｍ浅い深度に設定される。

掘削ドリル８が所定深度に到達すると、第１断続掘進工程Ｓ３３の開始深度に到達したと判定される。第１断続掘進工程Ｓ３３は、地盤２に対し掘削ドリル８を回転させながら下方に掘進させるという点では、第１掘進工程Ｓ２７と同じである。ただし、第１断続掘進工程Ｓ３３は、掘削ドリル８が目的の地層に到達する以前に一定深さ毎に断続的に実行される点において第１掘進工程Ｓ２７と異なっている。つまり、第１断続掘進工程Ｓ３３では、掘進と掘進停止を一定深さ（第１深さ）毎に繰り返す。一定深さ（第１深さ）とは例えば１ｍであり、この場合、１ｍ下方に掘進する度に、第１断続掘進工程Ｓ３３が中断される。第１断続掘進工程Ｓ３３は、例えば、掘削ドリル８が目的の地層に到達してから２ｍ以上、目的の地層を掘削するように行われる。

掘削ドリル８が所定深度に到達すると、第１掘進工程Ｓ２７が終了し、第１引き上げ工程Ｓ２９が実施される。第１引き上げ工程Ｓ２９は、第１断続掘進工程Ｓ３３の掘進停止中に実行される。第１引き上げ工程Ｓ２９では、掘削ドリル８を回転させながら上方に引き上げる。
なお本説明では、第１掘進工程Ｓ２７が終了した時点も、第１断続掘進工程Ｓ３３が中断している期間であると見なしている。

第１下降工程Ｓ３１は、第１引き上げ工程Ｓ２９の後に続けて行われる。第１下降工程Ｓ３１では、第１断続掘進工程Ｓ３３を再開させるために掘削ドリル８を回転させながら直前の第１引き上げ工程Ｓ２９前の深度まで下降させる。
なお、前述した第１指標計測工程Ｓ２５では、少なくとも第１断続掘進工程Ｓ３３及び第１引き上げ工程Ｓ２９の実行中、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗に対応する指標を計測する。

ここで、前述した第１引き上げ工程Ｓ２９では、第１指標計測工程Ｓ２５で計測された指標の計測値に基づいて、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗が最小になるまで掘削ドリル８を上方に引き上げる。例えば、指標が電動モータ１８の電流である場合、電流の計測値が最小値（無負荷電流値）になるまで掘削ドリル８を引き上げる。
そして、第１断続掘進工程Ｓ３３を実行中、掘削ドリル８の回転速度、掘削ドリル８の掘進速度、及び、掘削ドリル８の先端付近に供給される掘削液（供給流動体）の流量を一定値に保ちながら、掘削ドリル８を下方に掘進させる。

第１掘削工程Ｓ２１において、掘削ドリル８が目的の地層に到達したか否かは、第１位置での地質情報が既知であるため、第１深度計測工程Ｓ２３により測定された掘削ドリル８の深度の測定値に基づいて判定することができる。

到達判定条件設定工程Ｓ３５では、第１断続掘進工程Ｓ３３の実行中に計測された指標の計測値に基づいて、掘削ドリル８が目的の地層に到達したか否かを判定するための到達判定条件を設定する。到達判定条件として、例えば、Ｎ値と指標の計測値との相関性、指標の計測値の変化量若しくは指標の計測値の変化率等、又は、これらのうち１つ以上を設定することができる。

掘削位置変更工程Ｓ３７では、地盤２の掘削位置を、第１位置から、第１位置の周辺に位置する第２位置へと変更する。第１位置の周辺とは、例えば、第１位置における目的の地層が広がっていると推定される範囲である。

第２掘削工程Ｓ４１は、少なくとも掘削ドリル８が目的の地層に到達するまで行われ、第２深度計測工程Ｓ４３及び第２指標計測工程Ｓ４５は、各深度での地盤２からの抵抗を測定するために、第２掘削工程Ｓ４１と並列的に繰り返し行われる。
なお第２指標計測工程Ｓ４５で計測される指標は、第１指標計測工程Ｓ２５で計測される指標と同じであり、例えば電動モータ１８に供給される電流である。

第２掘削工程Ｓ４１は、第２掘進工程Ｓ４７と、第２引き上げ工程Ｓ４９と、第２下降工程Ｓ５１と、第２断続掘進工程Ｓ５３とを備えている。
第２掘進工程Ｓ４７は、掘削ドリル８を回転させながら下方に掘進させることにより、地盤２を所定深度まで掘削する工程である。所定深度は、第１位置での地質情報から想定される目的の地層の深度よりも例えば５ｍ浅い深度に設定される。

掘削ドリル８が所定深度に到達すると、第２断続掘進工程Ｓ５３の開始深度に到達したと判定される。第２断続掘進工程Ｓ５３は、地盤２に対し掘削ドリル８を回転させながら下方に掘進させるという点では、第２掘進工程Ｓ４７と同じである。ただし、第２断続掘進工程Ｓ５３は、掘削ドリル８が目的の地層に到達する以前に一定深さ毎に断続的に実行される点において第２掘進工程Ｓ４７と異なっている。つまり、第２断続掘進工程Ｓ５３では、掘進と掘進停止を一定深さ（第２深さ）毎に繰り返す。一定深さ（第２深さ）とは、第１断続掘進工程Ｓ３３での深さと同じ深さであって例えば１ｍであり、この場合、１ｍ下方に掘進する度に、第２断続掘進工程Ｓ５３が中断される。第２断続掘進工程Ｓ５３は、例えば、掘削ドリル８が目的の地層に到達してから２ｍ以上、目的の地層を掘削するように行われる。

掘削ドリル８が所定深度に到達すると、第２掘進工程Ｓ４７が終了し、第２引き上げ工程Ｓ４９が実施される。第２引き上げ工程Ｓ４９は、第２断続掘進工程Ｓ５３の掘進停止中に実行される。第２引き上げ工程Ｓ４９では、掘削ドリル８を回転させながら上方に引き上げる。
なお本説明では、第２掘進工程Ｓ４７が終了した時点も、第２断続掘進工程Ｓ５３が中断している期間であると見なしている。

第２下降工程Ｓ５１は、第２引き上げ工程Ｓ４９の後に続けて行われる。第２下降工程Ｓ５１では、第２断続掘進工程Ｓ５３を再開させるために掘削ドリル８を回転させながら直前の第２引き上げ工程Ｓ４９前の深度まで下降させる。
なお、前述した第２指標計測工程Ｓ４５では、少なくとも第２断続掘進工程Ｓ５３及び第２引き上げ工程Ｓ４９の実行中、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗に対応する指標を計測する。

到達判定工程Ｓ５５では、到達判定条件設定工程Ｓ３５で設定された到達判定条件及び第２指標計測工程Ｓ４５で計測された指標の計測値に基づいて、掘削ドリル８が目的の地層に到達したか否かを判定する。すなわち、第２指標計測工程Ｓ４５で計測された指標の計測値が、到達判定条件設定工程Ｓ３５で設定された到達判定条件を満たしているか否かに基づいて掘削ドリル８が目的の地層に到達したか否かを判定する。

ここで、前述した第２引き上げ工程Ｓ４９では、第２指標計測工程Ｓ４５で計測された指標の計測値に基づいて、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗が最小になるまで掘削ドリル８を上方に引き上げる。例えば、指標が電動モータ１８の電流である場合、電流の計測値が最小値（無負荷電流値）になるまで掘削ドリル８を引き上げる。
そして、第２断続掘進工程Ｓ５３を実行中、掘削ドリル８の回転速度、掘削ドリル８の掘進速度、及び、掘削ドリル８の先端付近に供給される掘削液（供給流動体）の流量を一定値に保ちながら、掘削ドリル８を下方に掘進させる。更に、第１断続掘進工程Ｓ３３と第２断続掘進工程Ｓ５３との間で、掘削ドリル８の回転速度、掘削ドリル８の掘進速度、及び、掘削ドリル８の先端付近に供給される掘削液（供給流動体）の流量が共通の値になるよう、これらの値が一定値に保たれる。

上記構成では、第１断続掘進工程Ｓ３３及び第２断続掘進工程Ｓ５３を中断して第１引き上げ工程Ｓ２９及び第２引き上げ工程Ｓ４９をそれぞれ実行し、第１引き上げ工程Ｓ２９及び第２引き上げ工程Ｓ４９にて指標の計測値が最小になるまで掘削ドリル８を引き上げることにより、地盤２から掘削ドリル８の周面に作用する抵抗成分を最小化することができる。このため、再開された第１断続掘進工程Ｓ３３及び第２断続掘進工程Ｓ５３の各々において、地盤２から掘削ドリル８に作用する抵抗は、掘削ドリル８の先端に作用する抵抗成分が主であり、指標の計測値は、掘削ドリル８の先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなる。

また、中断されながら断続的に実行される第１断続掘進工程Ｓ３３及び第２断続掘進工程Ｓ５３において、掘削ドリル８の回転速度、掘削ドリル８の掘進速度、及び、掘削ドリル８の先端付近に供給される供給流動体の流量を共通の一定値に保つことによって、掘削条件を一定に保つことができる。これによっても、指標の計測値は、掘削ドリル８の先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）を正確に反映するものとなる。
その上で、到達判定条件設定工程Ｓ３５では、掘削ドリル８の先端が位置する地層の硬さを正確に反映する指標の測定値に基づいて判定条件が設定されるので、判定条件が的確に設定される。
更に、到達判定工程Ｓ５５では、掘削ドリル８の先端が位置する地層の硬さを正確に反映する指標の測定値、及び、的確に設定された判定条件に基づいて判定が行われるので、掘削ドリル８が目的の地層（支持層２０）に到達したか否かを正確に判定することができる。

図７は、本発明の他の一実施形態に係る地盤の掘削方法の概略的な手順を示すフローチャートである。図８は、図７の地盤の掘削方法により得られる指標の計測値（積分電流値）の時間変化を概略的に示すグラフである。
図７の地盤の掘削方法は、断続掘進工程Ｓ１３の回数を表す変数ｎの値を初期値である１に設定するステップＳ６３、下降工程Ｓ１１中に計測された指標の計測値をＩｄｎとして記憶するステップＳ６５、断続掘進工程Ｓ１３中に計測された指標の計測値をＩｅｎとして記憶するステップＳ６６、ＩｅｎとＩｄｎとの差であるＩｎを指標の正味の値として演算するステップＳ６８、掘削ドリル８が目的の地層に到達したと判定されるまで繰り返しＩｎの平均値であるＩｎａｖｅを求めるステップＳ７２、同じく変数ｎの値を１つ増やすステップＳ７４を掘進工程Ｓ６１が備えている点において、図１の地盤の掘削方法と異なっている。
そして、図７の地盤の掘削方法は、判定到達工程Ｓ７６として、掘削ドリル８が目的の地層に到達したか否かを、Ｉｎａｖｅに所定の係数ａを乗じた値よりもＩｎが大きくなったか否かで判断する点において、図１の地盤の掘削方法と異なっている。例えば係数ａは１．２以上の値である。
なお、図１の地盤の掘削方法と同様に、ボーリングや試験杭による掘進時に本発明の掘削方法を適用して、所定深度から想定深度までにおける指標の正味の値Ｉｎ´を平均した平均値Ｉｎａｖｅ´に対する想定深度以深における指標の正味の値Ｉｎ´´の割合（Ｉｎ´´／Ｉｎａｖｅ´。以下、単に試験杭比という）を算出し、その後、本杭を施工し、当該本杭施工時に取得する所定深度以深での指標の正味の値の平均値Ｉｎａｖｅに対する指標の正味の値Ｉｎ´´´の割合（Ｉｎ´´´／Ｉｎａｖｅ。以下、単に本杭比という）を算出して、本杭比が試験杭比と同等又は大きくなった場合に掘削ドリル８が目的の地層に到達したと判断してもよい。

図７の地盤の掘削方法では、断続掘進工程Ｓ１３中に計測された指標の計測値Ｉｅｎ（Ｉｅ１，Ｉｅ２，Ｉｅ３，・・・）から下降工程Ｓ１１中に計測された指標の計測値Ｉｄｎ（Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３・・・）を引き算してＩｎ（Ｉｎ１，Ｉｎ２，Ｉｎ３，・・・）を求めており（図８参照）、Ｉｎは、各断続掘進工程Ｓ１３において掘削ドリル８の先端に作用する地盤２からの抵抗をより正確に反映している。このため、Ｉｎは掘削ドリル８の先端が位置する地層の硬さ（Ｎ値）をより正確に反映するものとなるので、ＩｎがＩｎａｖｅに係数ａを乗じた値よりも大きくなったか否かを判定することによって、掘削ドリル８が目的の地層（支持層２０）に到達したか否かを正確に判定することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、掘削ドリル８を駆動するためのアクチュエータが油圧モータである場合、掘削ドリル８に作用する地盤２からの抵抗を表す指標は、油圧モータに供給される油圧であってもよい。また、地盤２からの抵抗を表す指標は、掘削ドリル８に作用するトルクであってもよい。更に、地盤２からの抵抗を表す指標は、電動モータ１８の電流、油圧モータの油圧、又は掘削ドリル８のトルクの計測値を時間積分した積分電流値、積分油圧値、又は積分トルク値であってもよい。

また、上述した実施形態では、地盤の掘削方法として、既製杭のプレボーリング工法の場合について説明したが、本発明は、中堀工法にも適用可能であって、既製杭の埋め込み工法に適用可能である。また、本発明は、地盤改良法にも適用可能であり、この場合、目的の地層は非液状化層であってもよく、供給流動体として、掘削ドリルからセメントミルク等を供給してもよい。

１掘削装置
２地盤
４杭孔
６杭打機
８掘削ドリル
１０管理装置
１２深度計
１４電流計
１６支柱
１８電動モータ
２０支持層
２２筒部
２４ドリル部
２６螺旋部
２８表示部

Claims

地盤に対し掘削ドリルを回転させながら下方に掘進させる断続掘進工程であって、目的の地層よりも以浅において掘進と掘進停止を一定深さ毎に繰り返す断続掘進工程と、
前記掘進停止中に実行され、前記掘削ドリルを上方に引き上げる引き上げ工程と、
前記引き上げ工程の後に行われ、前記断続掘進工程を再開させるために前記掘削ドリルを前記引き上げ工程前の深度まで下降させる下降工程と、
少なくとも前記断続掘進工程及び前記引き上げ工程の実行中、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗に対応する指標を計測する指標計測工程と、
前記指標計測工程で計測された前記指標の計測値に基づいて、前記掘削ドリルが目的の地層に到達したか否かを判定する到達判定工程と、
を備え、
前記引き上げ工程において、前記指標計測工程で計測された前記指標の計測値に基づいて、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗が最小になるまで前記掘削ドリルを上方に引き上げ、
前記断続掘進工程を実行中、前記掘削ドリルの回転速度、前記掘削ドリルの掘進速度、及び、前記掘削ドリルの先端付近に供給される供給流動体の流量を一定値に保ちながら、前記掘削ドリルを下方に掘進させる
ことを特徴とする地盤の掘削方法。
目的の地層の深度が既知である第１位置において、地盤に対し掘削ドリルを回転させながら下方に掘進させる断続掘進工程であって、目的の地層よりも以浅において掘進と掘進停止を一定の第１深さ毎に繰り返す第１断続掘進工程と、
前記第１断続掘進工程の前記掘進停止中に実行され、前記掘削ドリルを上方に引き上げる第１引き上げ工程と、
前記第１引き上げ工程の後に行われ、前記第１断続掘進工程を再開させるために前記掘削ドリルを前記第１引き上げ工程前の深度まで下降させる第１下降工程と、
少なくとも前記第１断続掘進工程及び前記第１引き上げ工程の実行中、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗に対応する指標を計測する第１指標計測工程と、
前記第１断続掘進工程の実行中に計測された前記指標の計測値に基づいて、前記掘削ドリルが前記目的の地層に到達したか否かを判定するための到達判定条件を設定する到達判定条件設定工程と、
前記第１位置の周辺に位置する第２位置において、地盤に対し前記掘削ドリルを回転させながら下方に掘進させる第２断続掘進工程であって、前記目的の地層よりも以浅において掘進と掘進停止を前記第１深さと同じ一定の第２深さ毎に繰り返す第２断続掘進工程と、
前記第２断続掘進工程の掘進停止中に実行され、前記掘削ドリルを上方に引き上げる第２引き上げ工程と、
前記第２引き上げ工程の後に行われ、前記第２断続掘進工程を再開させるために前記掘削ドリルを前記第２引き上げ工程前の深度まで下降させる第２下降工程と、
少なくとも前記第２断続掘進工程及び前記第２引き上げ工程の実行中、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗に対応する指標を計測する第２指標計測工程と、
前記到達判定条件設定工程で設定された判定条件及び前記第２指標計測工程で計測された前記指標の計測値に基づいて、前記第２位置にて前記掘削ドリルが前記目的の地層に到達したか否かを判定する到達判定工程と、
を備え、
前記第１引き上げ工程及び前記第２引き上げ工程の各々において、前記第１指標計測工程又は前記第２指標計測工程で計測された前記指標の計測値に基づいて、前記地盤から前記掘削ドリルに作用する抵抗が最小になるまで前記掘削ドリルを上方に引き上げ、
前記第１断続掘進工程及び前記第２断続掘進工程を実行中、前記掘削ドリルの回転速度、前記掘削ドリルの掘進速度、及び、前記掘削ドリルの先端付近に供給される供給流動体の流量を共通の一定値に保ちながら、前記掘削ドリルを下方に掘進させる
ことを特徴とする地盤の掘削方法。