JP6960371B2

JP6960371B2 - 地盤改良方法

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Publication number: JP6960371B2
Application number: JP2018089504A
Authority: JP
Inventors: 文彦木村
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2038-05-07
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Description

本発明は、固化材スラリーの噴射によって地盤を改良する地盤改良方法に関する。

軟弱地盤等を高強度に改良するための地盤改良工法として、高圧噴射攪拌工法が知られている。高圧噴射攪拌工法は、地盤に挿入したロッドのノズルから固化材スラリーを高圧で噴射することにより、地盤中に改良体を造成する工法である。

高圧噴射攪拌工法においては、地盤改良の対象となる土層のせん断強さやＮ値等のいわゆる硬さによってその改良径が左右される。このため、地盤改良工事を行う場合は、地盤改良の対象となる土壌の土質などを考慮して固化材スラリーの噴射圧力、噴射流量等の噴射仕様を設定することにより、地盤改良に必要とされる改良径を確保している。しかし、高圧噴射攪拌工法によって造成される改良体の改良径は種々の要因、たとえば対象土のせん断強さや対象土層の不均一性等によってばらつく。このため、改良径を客観的に保証するには、実際に造成される改良径を把握する必要がある。しかし、改良体は地中に造成されるため、掘削によって改良体を露出させない限り、地上において改良体を目視で確認したり、改良径を直接測定することはできない。

そこで、改良体の造成中に、改良体の径を把握する技術が幾つか提案されている。たとえば、特許文献１には、地盤と改良体との境界面における音波の反射を利用して改良体の形状を測定する技術が記載されている。また、特許文献２には、注入管の周囲の地盤に建込み管を挿入し、注入管のノズルから高圧噴射される固化材が建込み管に当たる音または振動を検知することで、改良体の径を把握する技術が記載されている。また、特許文献３には、注入管の挿入位置から設計改良半径だけ離れた位置に到達管を挿入し、地盤に挿入した注入管を引き上げる際に、固化材スラリーの噴射によって到達管に生じる加速度を検知することで、改良体の径を把握する技術が記載されている。

特開２０１２−１７２３２９号公報特開２０１２−６２６２６号公報特開２０１７−２４６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、地盤と改良体との境界面で音波が十分に反射せず、改良体の径を正確に把握できないおそれがあった。また、特許文献２に記載の技術では、改良体の径を把握するために、建込み管の挿入とその後の引き抜きが必要となり、特許文献３に記載の技術でも、到達管の挿入とその後の引き抜きが必要になる。このため、特許文献２，３に記載の技術では、施工効率の低下が避けられないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、建込み管や到達管を挿入しなくても、造成中の改良体の径をより正確に把握することができる地盤改良方法を提供することにある。

本発明は、地盤に挿入したロッドを回転させながら引き上げるとともに、前記ロッドに設けられたノズルから固化材スラリーを噴射させることにより、前記地盤の原土と前記固化材スラリーとを混合して改良体を造成する地盤改良方法であって、距離測長波を発信する発信器および該距離測長波を受信する受信器を有する計測センサを前記ロッドに設け、前記固化材スラリーを噴射する前の地盤を計測対象として、前記距離測長波の発信および受信により前記計測センサから出力される第１のセンサ信号を取得するステップと、前記固化材スラリーを噴射した後の地盤を計測対象として、前記距離測長波の発信および受信により前記計測センサから出力される第２のセンサ信号を取得するステップと、前記第１のセンサ信号の波形と前記第２のセンサ信号の波形とを比較することにより、前記固化材スラリーの噴射によって改良される改良領域と該改良領域よりも外側の非改良領域との境界位置を判断するステップと、を備える。

本発明の地盤改良方法において、前記境界位置を判断するステップでは、前記第１のセンサ信号の波形と前記第２のセンサ信号の波形とが、非類似となる波形領域と類似となる波形領域との境界に対応する波形位置に基づいて、前記境界位置を判断してもよい。

本発明の地盤改良方法において、前記境界位置の判断結果に基づいて前記改良体の径を求めるステップをさらに備えてもよい。

本発明の地盤改良方法において、前記改良体の造成中に、前記改良体の径と前記ロッドの回転角度とを対応付けたデータを用いて前記改良体の断面形状を求め、該断面形状を表示装置に表示してもよい。

本発明によれば、建込み管や到達管を挿入しなくても、造成中の改良体の径をより正確に把握することができる。

本発明の実施形態に係る地盤改良方法に用いられる高圧噴射攪拌装置の構成例を示す側面概略図である。（Ａ），（Ｂ）は、それぞれロッドを９０°異なる方向から見た概略側面図である。本発明の実施形態に係る地盤改良方法に用いられる高圧噴射攪拌装置の制御系の構成例を示すブロック図である。第１のセンサ信号の波形と第２のセンサ信号の波形を説明する図である。改良体の断面形状の表示例を示す図である。ロッドに２つの計測センサを設けた例を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る地盤改良方法に用いられる高圧噴射攪拌装置の構成例を示す側面概略図である。
高圧噴射攪拌装置１は、地盤２上に設置される施工機３と、施工機３によって地盤２に挿入されるロッド４と、備えている。ロッド４は、施工機３によって垂直に支持されている。ロッド４は、単管構造、二重管構造、三重管等の多重管構造のうちのいずれであってもよい。ロッド４の内部には、図示しないスラリー流路が形成されている。また、ロッド４の下端部近傍には、スラリー流路に連通するようにノズル５が形成されている。

一方、ロッド４の上端部には、スイベル６を介してホース７が接続されている。ホース７は図示しないプラントへと接続されている。プラントは、地盤改良に用いる固化材スラリーを生成するとともに、生成した固化材スラリーを所定の圧力で送り出すものである。プラントから送り出された固化材スラリーは、ホース７とスイベル６を通してロッド４に供給され、ロッド４内のスラリー流路を流れた後、ノズル５から噴射される。

上記構成からなる高圧噴射攪拌装置１を用いて地盤改良を行う場合は、地盤２上に設定された位置Ｐから施工機３によってロッド４を所定の深さまで挿入する。このとき、施工機３は、ロッド４を回転させながら下降させる。所定の深さは、地盤２の原土の性状等に応じてあらかじめ設定される。

次に、ロッド４のノズル５から固化材スラリーＳを高圧で噴射させる。このとき、施工機３は、ロッド４を回転させながら引き上げる。これにより、地中に略円柱状の改良体８が造成される。改良体８は、ロッド４のノズル５から噴射した固化材スラリーＳが、地盤の原土と攪拌混合して形成されるものである。

その際、改良体８の径（以下、「改良径」ともいう。）ｒは、ロッド４のノズル５から噴射された固化材スラリーＳがロッド４の中心軸Ｊから径方向外側にどれだけ離れた位置まで到達するかを示す距離、すなわち固化材スラリーの到達距離によって決まる。具体的には、固化材スラリーＳの到達距離が長ければ、その分だけ改良体８の径ｒが大きくなり、固化材スラリーＳの到達距離が短ければ、その分だけ改良体８の径ｒが小さくなる。なお、改良体８の径ｒは、ロッド４の中心軸Ｊの位置を基点とした改良体８の半径で表される。

ここで、固化材スラリーＳの到達距離は、固化材スラリーＳの噴射圧力だけでなく、たとえば、地盤改良対象領域の原土の性状、粒度構成、含水比など種々の要因によって変わる。また、同じ地盤でも原土の性状等は場所によって変わる。このため、固化材スラリーＳの噴射によって造成される改良体８の径ｒは、改良体８の高さ方向Ｈや円周方向Ｃでバラツキをもつ可能性がある。したがって、改良体８の造成中に、改良体８の径ｒを正確に把握することは、改良後の地盤強度を客観的に保証するうえできわめて重要になる。

本発明の実施形態においては、改良体８の造成中に改良径ｒを把握するための計測センサをロッド４に設けてある。図２（Ａ），（Ｂ）は、それぞれロッドを９０°異なる方向から見た概略側面図である。図２（Ａ），（Ｂ）において、計測センサ１０は、距離測長波を用いて改良体８の径ｒを計測するセンサである。距離測長波は、距離の測定に適用可能な一定周波数の振動波である。本実施形態では、距離測長波の好ましい例として超音波を適用する。

計測センサ１０は、ノズル５の近傍に位置してロッド４の外周面に取り付けられている。計測センサ１０は、ロッド４の回転方向に対して、ノズル５が先行し、計測センサ１０が後続するように、ノズル５とは９０°異なる向きに配置されている。また、計測センサ１０は、超音波を発信する発信器１１および該超音波を受信する受信器１２を有する。発信器１１は、ロッド４の径方向外側に向かって超音波を発信する。受信器１２は、発信器１１から発信された超音波のうち、反射によって戻ってくる超音波を受信する。

図３は、本発明の実施形態に係る地盤改良方法に用いられる高圧噴射攪拌装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
管理端末２１は、高圧噴射攪拌装置１を用いた地盤改良工法の施工管理用の端末である。管理端末２１は、たとえば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read-Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)のハードウェア資源を備えるコンピュータ装置によって構成される。管理端末２１には、前述した計測センサ１０のほか、回転角度検出器２２と挿入量検出器２３と表示装置２４が、それぞれ電気的に接続されている。

回転角度検出器２２は、ロッド４の回転角度θ（図１参照）を検出するものである。ロッド４の回転角度θは、ロッド４が所定の方向を向いている状態を０°として、ロッド４が１回転する間に０°〜３６０°の値をとる。挿入量検出器２３は、ロッド４の挿入量Ｄ（図１参照）を検出するものである。ロッド４の挿入量Ｄは、地表からロッド４の下端部までの距離で表され、あらかじめ設定された所定の深さまでロッド４を挿入したときに最大値をとる。

表示装置２４は、管理端末２１から出力される画像データを可視情報として表示するものである。表示装置２４は、たとえば、液晶ディスプレイによって構成される。

次に、計測センサ１０を用いた改良径の測定方法の一例について説明する。
まず、ロッド４の引き上げが開始され、かつ、固化材スラリーＳの噴射が開始されると、管理端末２１は、計測センサ１０を起動する。これにより、計測センサ１０の発信器１１は、連続的に、または、一定の時間刻みで、超音波を発信する。本実施形態においては、一例として、発信器１１が一定の時間刻みで超音波の発信を繰り返すものとする。

発信器１１が発信した超音波は、まず、図１に示す改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２との境界位置９に向かって進む。改良領域Ｅ１は、固化材スラリーＳの噴射によって改良される土壌領域であり、非改良領域Ｅ２は、改良領域Ｅ１よりも外側の領域、すなわち固化材スラリーＳが到達しない土壌領域である。その後、超音波は、改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２との境界位置９で一部が反射し、これが反射波となって戻ってくる。受信器１２は、境界位置９からの反射波を受信する。このとき、受信器１２は、受信した反射波の強度に応じた電圧レベルまたは電流レベルの電気信号を発生する。受信器１２が発生する電気信号は、計測センサ１０が出力するセンサ信号となる。このセンサ信号は管理端末２１に取り込まれる。

管理端末２１は、発信器１１が超音波を１回発信するたびに、発信器１１が超音波を発信してから受信器１２が境界位置９からの反射波を受信するまでの時間（以下、「往復時間」ともいう。）を計測する。さらに管理端末２１は、往復時間の計測結果を基に、改良体８の径ｒを演算によって求める。ここで、往復時間は、計測センサ１０の位置から境界位置９までの距離に応じて変わる。このため、往復時間は、計測センサ１０の位置から境界位置９までの距離に換算することができる。また、ロッド４の径方向において、ロッド４の中心軸Ｊの位置から計測センサ１０の位置までの距離は、既知の距離情報として管理端末２１の記憶装置（ＲＯＭ、ＨＤＤ等）に記憶することができる。これにより、管理端末２１は、往復時間からの換算によって求めた、計測センサ１０の位置から境界位置９までの距離に、記憶装置から読み出した既知の距離情報を加算することにより、改良体８の径ｒを求めることができる。つまり、管理端末２１において、往復時間を計測することができれば、改良体８の径ｒを演算によって求めることができる。

ただし、計測センサ１０のセンサ信号には、境界位置９からの反射波を受信したときの信号成分だけでなく、境界位置９以外からの反射波を受信したときの信号成分がノイズとして含まれる。このため、管理端末２１で改良体８の径ｒを求めるには、たとえば、あらかじめ管理端末２１の記憶装置に所定の閾値を記憶しておき、計測センサ１０のセンサ信号のレベルが閾値を超えたときに、受信器１２が境界位置９からの反射波を受信したと判断する必要がある。その際、改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２との境界位置９における超音波の反射率が低いと、境界位置９からの反射波を受信器１２が受信したときの信号レベルが閾値を超えず、改良径を測定できないおそれがある。また、それを避けるために閾値を低く設定すると、本来はノイズとして除去されるべき信号成分が閾値を超えてしまい、改良径を正しく測定できないおそれがある。

そこで、本発明者は、ロッド４のノズル５から固化材スラリーＳを噴射する前と噴射した後で地中の状態が部分的に大きく変化することに着目し、本発明を想到した。具体的には、ノズル５から固化材スラリーＳを噴射する前は、地盤改良が予定されている改良領域Ｅ１とそれよりも外側の非改良領域Ｅ２の両方とも、地盤２の原土がそのまま存在する。これに対し、ノズル５から固化材スラリーＳを噴射した後は、改良領域Ｅ１で原土と固化材スラリーＳが攪拌混合されるため、改良領域Ｅ１の状態は大きく変化する。ただし、非改良領域Ｅ２には固化材スラリーＳが到達しないため、非改良領域Ｅ２の状態は変わらない。

こうした点に着目して、本発明の実施形態では、固化材スラリーＳを噴射する前の地盤を計測対象としたときに得られる計測センサ１０のセンサ信号と、固化材スラリーＳを噴射した後の地盤を計測対象としたときに得られる計測センサ１０のセンサ信号の波形同士を比較し、この比較結果に基づいて改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２との境界位置９を判断することとした。以下、詳しく説明する。

まず、管理端末２１は、施工機３によってロッド４の挿入を開始するときに計測センサ１０を起動することにより、ロッド４の挿入中に第１のセンサ信号を取得する。ロッド４の挿入中はノズル５から固化材スラリーＳを噴射しない。このため、計測センサ１０は、固化材スラリーＳを噴射する前の地盤を計測対象として、発信器１１から超音波を発信し、地中での反射によって戻ってくる超音波を受信器１２で受信することになる。

その際、発信器１１から発信された超音波は、地中に存在する種々の物質、たとえば石などに当たって反射する。超音波を反射する物質（以下、「反射物質」ともいう。）は地中に分散して存在する。また、反射物質の大きさや形状、あるいは反射物質における超音波の反射率は、物質ごとに異なる。このため、計測センサ１０が出力するセンサ信号は、計測センサ１０から各々の反射物質までの距離、および、受信する超音波の強さによって、信号の立ち上がりタイミングおよび立ち上がり量が異なる信号となり、この信号が管理端末２１に取り込まれる。

また、管理端末２１には、回転角度検出器２２によるロッド４の回転角度θの検出結果と、挿入量検出器２３によるロッド４の挿入量Ｄの検出結果が、それぞれ取り込まれる。このとき、管理端末２１は、発信器１１が超音波を１回発信するたびに、計測センサ１０が出力するセンサ信号と、ロッド４の回転角度θおよびロッド４の挿入量Ｄとを対応付けたデータを、記憶装置に記憶する。これにより、施工機３がロッド４を回転させながら挿入するときに、発信器１１が超音波を発信する周期に同期して、計測センサ１０のセンサ信号とロッド４の回転角度θおよび挿入量Ｄとを対応付けたデータが連続的に得られ、それらのデータが記憶装置に蓄積される。このとき、記憶装置に記憶されるデータに含まれる計測センサ１０のセンサ信号は、固化材スラリーＳを噴射する前の地盤を計測対象として、計測センサ１０から出力されるセンサ信号、すなわち第１のセンサ信号となる。

次に、管理端末２１は、施工機３によってロッド４の引き上げを開始するときに計測センサ１０を起動することにより、ロッド４の引き上げ中に第２のセンサ信号を取得する。ロッド４の引き上げ中はノズル５から固化体スラリーＳを噴射する。このため、計測センサ１０は、固化材スラリーＳを噴射した後の地盤を計測対象として、発信器１１から超音波を発信し、地中での反射によって戻ってくる超音波を受信器１２で受信することになる。ロッド４の引き上げ中において、計測センサ１０が出力するセンサ信号は、回転角度検出器２２によるロッド４の回転角度θの検出結果、および、挿入量検出器２３によるロッド４の挿入量Ｄの検出結果と共に、管理端末２１に取り込まれる。そこで、管理端末２１は、発信器１１が超音波を１回発信するたびに、計測センサ１０が出力するセンサ信号と、ロッド４の回転角度θおよびロッド４の挿入量Ｄとを対応付けたデータを、記憶装置に記憶する。これにより、施工機３がロッド４を回転させながら引き上げるときに、発信器１１が超音波を発信する周期に同期して、計測センサ１０のセンサ信号とロッド４の回転角度θおよび挿入量Ｄとを対応付けたデータが連続的に得られ、それらのデータが記憶装置に蓄積される。このとき、記憶装置に記憶されるデータに含まれる計測センサ１０のセンサ信号は、固化材スラリーＳを噴射した後の地盤を計測対象として、計測センサ１０から出力されるセンサ信号、すなわち第２のセンサ信号となる。

ここで、ロッド４の挿入中に管理端末２１が取得する第１のセンサ信号と、ロッド４の引き上げ中に管理端末２１が取得する第２のセンサ信号は、ロッド４の回転角度θおよびロッド４の挿入量Ｄの情報に関して、互いに共通の情報に対応付けられる。そこで、ロッド４の引き上げ中において、管理端末２１は、第２のセンサ信号とロッド４の回転角度θおよびロッド４の挿入量Ｄとを対応付けたデータが記憶装置に記憶されるたびに、ロッド４の回転角度θおよびロッド４の挿入量Ｄの情報が共通する第１のセンサ信号の波形と第２のセンサ信号の波形とを比較する。

図４は、第１のセンサ信号の波形と第２のセンサ信号の波形を説明する図である。
図４においては、計測センサ１０の位置を基準に改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２を示し、各々の領域Ｅ１，Ｅ２の位置に対応させてセンサ信号の波形を示している。また、センサ信号の波形は、縦軸にセンサ信号の信号レベル、横軸に時間をとって表している。このうち、横軸は、計測センサ１０の発信器１１から超音波を発信したタイミングをゼロとしたときの経過時間を表している。したがって、横軸で示す時間軸のゼロのタイミングは、計測センサ１０の位置に対応している。

また、図４においては、第１のセンサ信号３１を上側に、第２のセンサ信号３２を下側に示している。第１のセンサ信号３１と第２のセンサ信号３２は、それぞれ、発信器１１から超音波を１回発信したときに得られるセンサ信号である。また、第１のセンサ信号３１と第２のセンサ信号３２は、ロッド４の回転角度θおよびロッド４の挿入量Ｄの情報に関して、互いに共通の情報に対応付けられた信号である。

第１のセンサ信号３１は、複数のピークｐ１１〜ｐ２６を有する波形になっている。これらのピークｐ１１〜ｐ２６は、互いに異なるタイミングで立ち上がっており、その立ち上がり量にも違いが生じている。ピークｐ１１〜ｐ２６は、地中に分散して存在する各々の反射物質に対応する。また、ピークｐ１１〜ｐ２６の立ち上がりタイミングは、計測センサ１０から各々の反射物質までの距離に対応し、ピークｐ１１〜ｐ２６の立ち上がり量は、各々の反射物質で反射した超音波を受信器１２が受信したときの信号レベルに対応する。

第２のセンサ信号３２は、複数のピークｐ３１〜ｐ４５を有する波形になっている。これらのピークｐ２１，ｐ２２，ｐ２３，…ｐｎの立ち上がりタイミングおよび立ち上がり量については、前述した第１のセンサ信号３１の場合と同様であるため説明を省略する。

図４において、改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２の境界位置９が、計測センサ１０の位置から距離Ｌだけ離間している場合、第２のセンサ信号３２には、この距離Ｌに対応するタイミングｔで立ち上がるピークｐ４０が含まれる。したがって、このピークｐ４０だけを閾値の設定によって抽出できれば、その立ち上がりタイミングｔに基づいて改良体８の径ｒを把握することができる。ただし、境界位置９での反射率が低いと、ピークｐ４０の立ち上がり量が必ずしも他のピーク（たとえば、ピークｐ３４）の立ち上がり量よりも大きくならない。このため、閾値の設定によってピークｐ４０だけを抽出できない可能性がある。

ここで、先にも述べたとおり、地中における改良領域Ｅ１の状態は固化材スラリーＳの噴射前後で大きく変化するのに対し、非改良領域Ｅ２の状態は固化材スラリーＳの噴射前後で変わらない。このため、計測センサ１０の位置から距離Ｌに対応する期間では、第１のセンサ信号３１と第２のセンサ信号３２の波形が大きく異なって互いに非類似となり、それ以降の期間では両センサ信号３１，３２の波形が類似となる。なお、類似には同一が含まれる。

そこで、管理端末２１においては、第１のセンサ信号３１の波形と第２のセンサ信号３２の波形を比較することにより、改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２の境界位置９を判断する。具体的には、両センサ信号３１，３２の波形が非類似となる波形領域Ｅ３と、両センサ信号３１，３２の波形が類似となる波形領域Ｅ４との境界に対応する波形位置Ｋに基づいて、改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２の境界位置９を判断する。

両センサ信号３１，３２の信号波形の類似性の判断は、管理端末２１において、たとえば、次のように行えばよい。まず、先に取得される第１のセンサ信号３１の波形を基準波形とする。次に、その後で取得される第２のセンサ信号３２の波形の中に、基準波形と同等の立ち上がりタイミングおよび立ち上がり量を有するピークが時間軸上に連続して存在するどうかを確認する。そして、第２のセンサ信号３２の波形の中に、そのようなピークが連続して存在すれば、その波形領域は類似と判断し、存在しなければ、その波形領域は非類似と判断する。

図４に示す例では、第１のセンサ信号３１に含まれるピークｐ２２に対し、第２のセンサ信号３２に含まれるピーク４１が同等の立ち上がりタイミングおよび立ち上がり量を有している。この点は、第１のセンサ信号３１に含まれるピークｐ２３，ｐ２４，ｐ２５，ｐ２６と、第２のセンサ信号３２に含まれるピークｐ４２，ｐ４３，ｐ４４，ｐ４５の、相対応するピーク同士の関係を見ても同様である。そうした場合、管理端末２１は、ピークｐ２２，ｐ４１よりも早いタイミングで立ち上がるピークｐ１１〜ｐ２１およびピークｐ３１〜ｐ４０を含む波形領域Ｅ３を非類似と判断し、ピークｐ２２〜２６およびピークｐ４１〜ｐ４５を含む波形領域Ｅ４を類似と判断する。

次に、管理端末２１は、波形領域Ｅ３と波形領域Ｅ４の境界に対応する波形位置Ｋに基づいて、その波形位置Ｋに最も近いタイミングで立ち上がる波形領域Ｅ３内のピークｐ４０を特定する。そして、管理端末２１は、このピークｐ４０の立ち上がりタイミングｔに対応する位置を、改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２の境界位置９と判断し、この判断結果に基づいて改良体８の径ｒを求める。改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２の境界位置９は、計測センサ１０から距離Ｌだけ離間した位置、すなわち改良体８の外縁を示す位置となる。このため、時間軸上において、改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２の境界位置９に対応するタイミングｔまでの経過時間は、前述した往復時間に相当する。よって、管理端末２１は、タイミングｔまでの経過時間を計測し、この計測結果を距離に換算することにより、改良体８の径ｒを求める。

このように、管理端末２１においては、第１のセンサ信号３１の波形と第２のセンサ信号３２の波形とを比較することにより、改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２との境界位置９を判断し、この判断結果に基づいて改良体８の径ｒを求める。これにより、建込み管や到達管を挿入しなくても、造成中の改良体８の径ｒをより正確に把握することができる。

また、管理端末２１は、施工機３がロッド４を回転しながら引き上げている間、発信器１１が超音波を１回発信するたびに、上述のように求めた改良体８の径ｒと、ロッド４の回転角度θおよびロッド４の挿入量Ｄとを対応付けたデータを、記憶装置に記憶する。これにより、施工機３がロッド４を回転させながら引き上げるときに、発信器１１が超音波を発信する周期に同期して、改良体８の径とロッド４の回転角度θおよび挿入量Ｄとを対応付けたデータが連続的に得られる。そして、固化材スラリーＳの噴射開始から噴射終了までの間、そのように対応付けたデータが記憶装置に蓄積される。

そこで、管理端末２１は、改良体８の造成中に、上述のように連続的に得られるデータのうち、改良体８の径ｒとロッド４の回転角度θとを対応付けたデータを用いて、改良体８の断面形状を求める。改良体８の断面形状は、改良体８の径ｒとロッド４の回転角度θの各値を用いて、図５に示すように、ロッド４の中心軸の位置を原点Ａとした極座標（ｒ，θ）で表すことができる。また、管理端末２１は、改良体８の造成中に、先に求めた改良体８の断面形状（ｒ，θ）を可視情報として表示装置２４に表示する。これにより、施工管理者は、表示装置２４に表示される改良体８の断面形状（ｒ，θ）をリアルタイムに確認しながら施工管理を行うことができる。

また、管理端末２１は、表示装置２４に表示する改良体８の断面形状をロッド４の回転周期に応じて更新する。具体的には、今回の一つ前の回転周期においてロッド４の回転角度θがたとえば３０°のときに測定した改良体８の径ｒを、今回の回転周期においてロッド４の回転角度θが３０°のときに測定した改良体８の径ｒに置き換えて、改良体８の断面形状を表示する。これにより、表示装置２４には、ロッド４の回転周期に応じて最新の改良体８の断面形状を表示することができる。

また、管理端末２１は、地盤改良で必要とされる改良体８の基準径をｒａとすると、図５に示すように、改良体８の基準径ｒａで描かれる円形状（ｒａ，θ）を改良体８の断面形状（ｒ，θ）と共に表示装置２４に表示する。これにより、管理施工者は、表示装置２４に表示される改良体８の断面形状（ｒ，θ）と円形状（ｒａ，θ）を比較することにより、改良体８の径ｒが基準径ｒａ以上に確保されているかどうかを容易に判断することができる。

また、管理端末２１は、改良体８の断面形状（ｒ，θ）を表示装置２４に表示する場合に、基準径ｒａに比べて改良体８の径ｒが小さい径不足部の断面形状を表す線とそれ以外の部分の断面形状を表す線を、それぞれ異なる色（たとえば、赤と緑）、線種または太さで表示する。これにより、施工管理者は、表示装置２４に表示される改良体８の断面形状（ｒ，θ）を表す線の違いによって、改良体８の径ｒが不足する部分を即座に見つけ出すことができる。

また、管理端末２１は、改良体８の造成中に、基準径ｒａに比べて改良体８の径ｒが小さい径不足部が発生した場合に、それまでに記憶装置に記憶されるデータ、すなわち改良体８の径ｒとロッド４の回転角度θおよびロッド４の挿入量Ｄとを対応付けたデータを用いて径不足部の位置を特定する。これにより、改良体８の造成中に、基準径ｒａに比べて改良体８の径ｒが小さい径不足部が発生した場合、管理端末２１が特定した径不足部の位置に応じてロッド４を所定量だけ下降させてノズル５から固化材スラリーＳを噴射させることにより、改良体８の径ｒの不足を解消することができる。

なお、センサ信号３１，３２の波形の比較は、図４の時間軸上に現れるすべての波形領域について実施してもかまわないが、管理端末２１の処理効率を考慮すると、処理すべきデータ量が少なくなるよう、特定の範囲の波形領域についてのみ実施するのがよい。その理由は次のとおりである。固化材スラリーＳの噴射によって造成される改良体８の径ｒは、地盤改良の対象となる土壌の土質などの影響で多少のバラツキをもつ。ただし、狙いとする改良径に比べて、ロッド４に十分に近い部分には固化材スラリーＳが常に到達し、ロッド４から相当程度離れた部分には固化材スラリーＳが到達することはない。したがって、改良体８の径ｒのバラツキは特定の範囲に収まり、この範囲内に改良領域Ｅ１と非改良領域Ｅ２の境界位置９が必ず含まれる。よって、センサ信号３１，３２の波形の比較は特定の範囲に対応する波形領域についてのみ実施すればよい。

また、上記実施形態においては、ロッド４に計測センサ１０を１つ設けるようにしたが、本発明はこれに限らず、ロッド４に複数の計測センサ１０を設けてもよい。たとえば、図６に示すように、ロッド４に２つの計測センサ１０を設け、第１のセンサ信号３１を一方の計測センサ１０を用いて取得し、第２のセンサ信号３２を他方の計測センサ１０を用いて取得してもよい。その場合、２つの計測センサ１０は、ロッド４の中心軸方向に位置をずらして配置してもよいし、ロッド４の円周方向に位置をずらして配置してもよい。このようにロッド４に２つの計測センサ１０を設けた場合は、ロッド４を引き上げるときに、２つの計測センサ１０を用いて第１のセンサ信号３１と第２のセンサ信号３２の両方を取得することができる。

２地盤、４ロッド、５ノズル、８改良体、９境界位置、１０計測センサ、１１発信器、１２受信器、２４表示装置、３１第１のセンサ信号、３２第２のセンサ信号、Ｅ１改良領域、Ｅ２非改良領域、Ｋ波形位置、Ｓ固化材スラリー、ｒ改良体の径、θ ロッドの回転角度。

Claims

地盤に挿入したロッドを回転させながら引き上げるとともに、前記ロッドに設けられたノズルから固化材スラリーを噴射させることにより、前記地盤の原土と前記固化材スラリーとを混合して改良体を造成する地盤改良方法であって、
距離測長波を発信する発信器および該距離測長波を受信する受信器を有する計測センサを前記ロッドに設け、
前記固化材スラリーを噴射する前の地盤を計測対象として、前記距離測長波の発信および受信により前記計測センサから出力される第１のセンサ信号を取得するステップと、
前記固化材スラリーを噴射した後の地盤を計測対象として、前記距離測長波の発信および受信により前記計測センサから出力される第２のセンサ信号を取得するステップと、
前記第１のセンサ信号の波形と前記第２のセンサ信号の波形とを比較することにより、前記固化材スラリーの噴射によって改良される改良領域と該改良領域よりも外側の非改良領域との境界位置を判断するステップと、
を備える地盤改良方法。
前記境界位置を判断するステップでは、前記第１のセンサ信号の波形と前記第２のセンサ信号の波形とが、非類似となる波形領域と類似となる波形領域との境界に対応する波形位置に基づいて、前記境界位置を判断する
請求項１に記載の地盤改良方法。
前記境界位置の判断結果に基づいて前記改良体の径を求めるステップをさらに備える
請求項１または２に記載の地盤改良方法。
前記改良体の造成中に、前記改良体の径と前記ロッドの回転角度とを対応付けたデータを用いて前記改良体の断面形状を求め、該断面形状を表示装置に表示する
請求項３に記載の地盤改良方法。