JP7145670B2

JP7145670B2 - 改良体測定装置

Info

Publication number: JP7145670B2
Application number: JP2018134958A
Authority: JP
Inventors: 謙二吉武; 雅也河田; 智明大木; 健吾近江; 正人川口; 美治浅香; 巧大山
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2022-10-03
Anticipated expiration: 2038-07-18
Also published as: JP2020012295A

Description

本発明は、改良体測定装置に関する。

下記特許文献１には、軟弱地盤に対しスラリー状のセメント系固化材を吐出するとともに機械攪拌により杭状に造成された地盤改良体内部から弾性波を発信して、地盤改良体と現地盤との境界面で反射する反射波を受信することで、地盤改良体の鉛直精度等の造成状態を計測する方法が開示されている。

特開２０１７－８２４９８号公報

しかしながら、上記地盤改良体には泥土が含まれており、この泥土と現地盤との特性が類似している。したがって、上記境界面で弾性波が反射されず、地盤改良体の造形状態の計測精度が低下する場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、地盤改良体の造形状態の計測精度を向上させることである。

本発明の一態様は、地盤中に造成される複数の地盤改良体の造成状態を測定する改良体測定装置であって、前記各地盤改良体において形成された鉛直方向に延在する孔のうち、第１の孔と前記第１の孔とは異なる第２の孔との間を物理探査することにより前記地盤改良体の造成状態を測定する測定装置を備え、前記各地盤改良体の中に鉛直に配置される中空管を備え、前記孔は、前記中空管の内部に形成された中空空間であることを特徴とする改良体測定装置である。

本発明の一態様は、上述の改良体測定装置であって、前記測定装置は、前記第１の孔の内部に設けられ、弾性波を発信する発信器と、前記第２の孔の内部に設けられ、前記発信器で発信された前記弾性波を受信する受信器と、前記受信器で受信された弾性波の振幅及び伝搬時間の少なくともいずれかに基づいて、前記地盤改良体の造成状態を測定する状態測定装置と、を備える。

以上説明したように、本発明によれば、地盤改良体の造形状態の計測精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る改良体測定装置１の概略構成を示す側面図である。本発明の一実施形態に係る改良体測定方法のフロー図である。本発明の一実施形態に係る複数の地盤改良体Ｋの平面図であって、改良体測定方法を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態に係る改良体測定装置を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る改良体測定装置１の概略構成を示す側面図である。図１に示すように、改良体測定装置１は、地盤Ｇ中に造成される複数の地盤改良体Ｋの造成状態を測定する装置である。

この地盤改良体Ｋは、軟弱地盤の地盤改良を目的として当該軟弱基盤中に複数造成される。例えば、複数の地盤改良体Ｋは、高圧噴射攪拌工法により地盤Ｇに造成される。なお、図１では、地盤Ｇに造成される地盤改良体Ｋの数は、３つである場合を示しているが、これに限定されず、複数であればよい。

上記高圧噴射攪拌工法とは、改良掘削機によって地盤Ｇ中に硬化材を噴射させて混合攪拌することによって改良体を造成するものである。具体的には、高圧噴射攪拌工法では、改良掘削機は、注入管（例えば、単管、二重管、や三重管）を地中に挿入し、超高圧硬化材と圧縮空気を注入管の先端に設けられた噴射孔から地盤Ｇに向けて噴射することによって、噴射孔の周囲の地盤を切削する。そして、改良掘削機は、噴射した硬化材と切削土砂とを混合することで地盤Ｇ中に円柱状又は非円柱状の地盤改良体Ｋを造成する。

改良体測定装置１は、中空管２、発信装置３、受信装置４、及び状態測定装置５を備える。なお、発信装置３、受信装置４、及び状態測定装置５は、本発明の「測定装置」を構成する。

中空管２は、内部に中空空間を有し、各地盤改良体Ｋの中に鉛直方向に配置される。すなわち、中空管２は、複数の地盤改良体Ｋの中のそれぞれに対して鉛直方向に配置される。これにより、各地盤改良体Ｋに鉛直方向に延在する孔２０が形成される。この鉛直方向に延在する孔２０とは、中空管２の中空空間である。例えば、この中空管２は、清水で満たした塩ビ管である。

発信装置３は、発信器用固定部材３ａ及び発信器３ｂを備える。
発信器用固定部材３ａは、先端に発信器３ｂに取り付けられた棒状部材や線状部材（例えば、計装線）である。ただし、発信器用固定部材３ａは、発信器３ｂが取り付け可能であれば、棒状部材や線状部材でなくてもよい。

発信器３ｂは、状態測定装置５と有線又は無線で電気的に接続されており、状態測定装置５の制御により弾性波を発信する。この発信器３ｂは、地盤改良体Ｋに形成された複数の孔２０のうち、少なくとも一以上の孔の内部に配置される。以下の説明において、発信器３ｂが配置される孔を「第１の孔２０ａ」と称する。
なお、発信器３ｂは、一度に複数設置されてもよい。すなわち、発信器３ｂは、複数の第１の孔２０ａのそれぞれに対して一度に設置されてもよい。さらに、一つの第１の孔２０ａに発信器３ｂが複数設置されてもよいし、一つの発信器３ｂのみが設置されてもよい。

受信装置４は、受信器用固定部材４ａ及び受信器４ｂを備える。
受信器用固定部材４ａは、先端に受信器４ｂに取り付けられた棒状部材や線状部材（例えば、計装線）である。ただし、受信器用固定部材４ａは、受信器４ｂが取り付け可能であれば、棒状部材や線状部材でなくてもよい。

受信器４ｂは、状態測定装置５と有線又は無線で電気的に接続されており、発信器３ｂから発信された弾性波を受信する。受信器４ｂは、その弾性波を受信した結果を状態測定装置５に送信する。この受信器４ｂは、地盤改良体Ｋに形成された複数の孔２０のうち、第１の孔２０ａとは異なる孔であって、少なくとも一以上の孔２０の内部に配置される。以下の説明において、受信器４ｂが配置される孔を「第２の孔２０ｂ」と称する。
なお、受信器４ｂは、一度に複数設置されてもよい。すなわち、受信器４ｂは、複数の第２の孔２０ｂのそれぞれに対して一度に設置されてもよい。さらに、一つの第２の孔２０ｂに受信器４ｂが複数設置されてもよいし、一つの受信器４ｂのみが設置されてもよい。

状態測定装置５は、受信器４ｂで受信された弾性波の振幅及び伝搬時間の少なくともいずれかに基づいて、地盤改良体Ｋの造成状態を測定する。この造成状態とは、撹拌状況や固化状況である。

以下に、本発明の一実施形態に係る改良体測定装置を用いて地盤Ｇ中に造成される複数の地盤改良体Ｋの造成状態を測定する方法（改良体測定方法）を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る改良体測定方法のフロー図である。

高圧噴射攪拌工法によって地盤Ｇ中に複数の地盤改良体Ｋが構築されると、複数の地盤改良体Ｋが未固結状態のうちに、当該複数の地盤改良体Ｋのそれぞれに対して中空管２を鉛直方向に建て込むことで配置する。これにより、各地盤改良体Ｋにおいて、鉛直方向に延在する孔が形成される（ステップＳ１０１）。

次に、建設機械を使用するなどして、先端に発信器３ｂに取り付けられた発信器用固定部材３ａを、複数の孔のうち、予め設定された第１の孔２０ａに挿入する。そして、発信器３ｂが所定の位置に到達したところで発信器用固定部材３ａを固定する。これにより、第１の孔２０ａの内部に発信器３ｂを配置する。さらに、先端に受信器４ｂに取り付けられた受信器用固定部材４ａを、複数の孔のうち、第１の孔２０ａ以外の一以上の孔である第２の孔２０ｂに挿入する。そして、受信器４ｂが所定の位置に到達したところで受信器用固定部材４ａを固定する。これにより、第２の孔２０ｂの内部に受信器４ｂを配置する（ステップＳ１０２）。なお、発信器３ｂが配置される鉛直方向の位置と、受信器４ｂが配置される鉛直方向の位置と、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

状態測定装置５は、発信器３ｂ及び受信器４ｂに電力を供給し、発信器３ｂに制御信号を送信することで発信器３ｂから弾性波を発信させる（ステップＳ１０３）。そして、受信器４ｂは、発信器３ｂが発信した弾性波を受信すると、その受信結果を状態測定装置５に送信する（ステップＳ１０４）。そして、状態測定装置５は、その受信結果に基づいて、発信器３ｂから発信された弾性波が受信器４ｂで受信されるまでの時間、すなわち伝搬時間や当該弾性波の振幅減衰を求めることで、地盤改良体Ｋにおいて、第１の孔２０ａと第２の孔２０ｂとの間の造成状態を測定することができる（ステップＳ１０５）。

例えば、実施例として、図３に示すように、地盤Ｇ中に９つの地盤改良体Ｋ_１～Ｋ_９が改良掘削機によって構築され、それぞれに中空管２が挿入されているとする。この場合において、発信器３ｂは、地盤改良体Ｋ_４の中に配置された中空管２の中空空間である第１の孔２０ａの内部に配置されている。また、受信器４ｂは、地盤改良体Ｋ_１、地盤改良体Ｋ_２、及び地盤改良体Ｋ_３の中に配置された各中空管２の中空空間である第２の孔２０ｂに配置されている。

この図３の状態において、発信器３ｂから発信された弾性波は、各受信器４ｂで受信されることになる。したがって、状態測定装置５は、各受信器４ｂの受信結果により、地盤改良体Ｋ_４の孔２０と地盤改良体Ｋ_１の孔２０との間、地盤改良体Ｋ_４の孔２０と地盤改良体Ｋ_２の孔２０との間、地盤改良体Ｋ_４の孔２０と地盤改良体Ｋ_３の孔２０との間、のそれぞれの造成状態を測定することができる。

このように、状態測定装置５は、第１の孔２０ａと第２の孔２０ｂとの間を物理探査することにより、地盤改良体Ｋ_４の孔２０と地盤改良体Ｋ_１の孔２０との間の断面Ｗ_１、地盤改良体Ｋ_４の孔２０と地盤改良体Ｋ_２の孔２０との間の断面Ｗ_２、及び地盤改良体Ｋ_４の孔２０と地盤改良体Ｋ_３の孔２０との間の断面Ｗ_３での鉛直方向の攪拌状況や固化状況等の造成状態を測定することができる。すなわち、状態測定装置５は、複数の地盤改良体Ｋの構成状態を三次元的に測定することができる。例えば、一つの孔２０又は複数の孔２０のそれぞれに発信器３ｂや受信器４ｂを複数設置して弾性波の測定を行ってもよいし、発信器３ｂ及び受信器４ｂの少なくともいずれかを鉛直方向に移動させながら弾性波の測定を行ってもよい。

（変形例１）
上記実施形態では、状態測定装置５は、第１の孔２０ａと第２の孔２０ｂの間の構成状態を、弾性波を用いて測定したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、状態測定装置５は、各地盤改良体Ｋにおいて形成された鉛直方向に延在する孔２０のうち、第１の孔２０ａと第２の孔２０ｂとの間を物理探査することにより地盤改良体Ｋの造成状態を測定すればよく、その物理探査の具体的な手法には特に限定されない。

例えば、上記物理探査とは、上記実施形態で説明した弾性波探査の他に、電気探査（例えば、比抵抗法）、電磁探査、磁気探査、超音波探査等がある。ここで、地盤改良体Ｋの築造直後で未固結状態である場合には、第１の孔２０ａと第２の孔２０ｂとの間を電気探査し、固結後であれば速度検層や超音波探査が望ましい。また、より検知しやすくするために、鉄粉を混入することも考えられる。

（変形例２）
上記実施形態において、改良掘削機における注入管を複数用意し、その複数の注入管に物理探査するための各種センサ（例えば、発信器３ｂや受信器４ｂ）を取り付けることで、施工中にリアルタイムにトモグラフィーを実施してもよい。これにより、リアルタイムで撹拌状況や固化状況等の構成状態を測定することができる。
例えば、発信器３ｂを改良掘削機の注入管に取り付けることで、第１の孔２０ａの内部に発信器３ｂを設置してもよい。また、受信器４ｂを改良掘削機の注入管に取り付けることで、第２の孔２０ｂの内部に受信器４ｂを設置してもよい。これにより、地盤改良体Ｋを造成中に当該地盤改良体Ｋの造成状態を測定することが可能となり、出来形不足がある場合は、注入管の先端に設けられた噴射孔から地盤Ｇに向けて再噴射することが可能となる。
この変形例２における改良体測定方法としては、まず、発信器３ｂを改良掘削機の注入管に取り付け、受信器４ｂを第２の孔２０ｂの内部に設置する。その後、高圧噴射攪拌工法による地盤改良体Ｋの造成のために、注入管が地中Ｇに挿入されると、注入管に取り付けられている発信器３ｂも同時に地中Ｇに挿入されることになる。その結果、発信器３ｂは、第１の孔２０ａの内部に設置されることになる。そして、注入管が地中Ｇに挿入されると、注入管の噴射孔から地盤Ｇに向けて超高圧硬化材と圧縮空気が噴射されて地盤改良体Ｋの造成が開始される。そして、改良体測定装置１は、改良掘削機により地盤改良体Ｋが造成されている場合において、地盤改良体Ｋの造成状態を測定する。例えば、改良体測定装置１は、地盤改良体Ｋの造成中に、発信器３ｂ及び受信器４ｂに電力を供給し、発信器３ｂに制御信号を送信することで発信器３ｂから弾性波を発信させ、受信器４ｂにて発信器３ｂが発信した弾性波を受信する。そして、受信器４ｂは、その受信結果を状態測定装置５に送信する。これにより、地盤改良体Ｋの造成中において、リアルタイムで撹拌状況や固化状況等の構成状態を測定することができる。
なお、上述したように、発信器３ｂではなく受信器４ｂを注入管に取り付けてもよいし、複数の注入管のうち、第１の注入管に受信器４ｂを取り付け、第１の注入管ではない第２の注入管に発信器３ｂを取り付けてもよい。
さらに、一つの注入管に、複数の発信器３ｂを設置してもよいし、複数の受信器４ｂを設置してもよい。また、一つの注入管に一つ以上の発信器３ｂ及び一つ以上の受信器４ｂを設置してもよい。

（変形例３）
上記実施形態では、複数の地盤改良体Ｋの中のそれぞれに対して中空管２を鉛直方向に配置することで各地盤改良体Ｋに孔２０を形成したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、各地盤改良体Ｋに孔２０を形成する方法には、特に限定されない。例えば、地盤改良体Ｋが固着した後に、コアボーリング工法等により各地盤改良体の中に鉛直方向に延在する孔２０を形成してもよい。

（変形例４）
上記実施形態では、複数の地盤改良体Ｋの中のすべてに孔２０を形成したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、複数の地盤改良体Ｋに孔２０を形成すればよく、すべての地盤改良体Ｋに孔２０を形成しなくてもよい。

（変形例５）
上記実施形態において、発信器用固定部材３ａや受信器用固定部材４ａを伸縮させることにより、第１の孔２０ａにおける発信器３ｂの位置や第２の孔２０ｂにおける受信器４ｂの位置が上下動する構成としてもよい。

（変形例６）
上記実施形態において、発信器３ｂや受信器４ｂは、発信器用固定部材３ａや受信器用固定部材４ａに取り付けられて設置される場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、発信器３ｂが第１の孔２０ａに設置され、受信器４ｂが第２の孔２０ｂに設置されればよく、その設置方法には特に限定されない。

（変形例７）
上記実施形態において、発信器３ｂを第２の孔２０ｂの内部に設置し、受信器４ｂを第１の孔２０ａの内部に設置してもよい。例えば、第１の孔２０ａの内部に一つ以上の発信器３ｂ及び一つ以上の受信器４ｂを設置してもよい。また、第２の孔２０ｂの内部に一つ以上の受信器４ｂ及び一つ以上の発信器３ｂを設置してもよい。

（変形例８）
上記実施形態において、発信器用固定部材３ａに発信器３ｂが一つ設置されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、発信器用固定部材３ａに複数の発信器３ｂが設置されてもよい。また、上記実施形態において、受信器用固定部材４ａに受信器４ｂが一つ設置されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、受信器用固定部材４ａに複数の受信器４ｂが設置されてもよい。

以上、説明したように、本発明の一実施形態に係る改良体測定装置１は、各地盤改良体Ｋにおいて形成された鉛直方向に延在する孔２０のうち、第１の孔２０ａと第１の孔２０ａとは異なる第２の孔２０ｂとの間を物理探査することにより地盤改良体Ｋの造成状態を測定する状態測定装置５を備える。

このような構成によれば、地盤改良体と現地盤との境界面で反射する反射波を用いずに地盤改良体Ｋの造成状態を測定することができる。したがって、地盤改良体Ｋに泥土が含まれ、当該泥土と現地盤との特性が類似している場合であっても、その影響を受けずに地盤改良体Ｋの造形状態を計測することが可能となる。そのため、従来と比較して、地盤改良体Ｋの造形状態の計測精度を向上させることができる。

ところで、地盤改良体Ｋの造成状態（例えば、改良体の出来形）を確認する方法として、フィラー方式や検知管方式がある。フィラー方式とは、高圧噴射攪拌工法により施工完了後、削孔内にコンベックス素材を強化したフィラーを内蔵した特殊管を挿入し、特殊管の先端から水平方向にフィラーを押し出し、改良範囲と現地盤の抵抗値の違いを確認することで、地盤改良体Ｋの造成状態を測定する方法である。一方、検知管方式とは、高圧噴射攪拌工法の施工中の地盤改良体Ｋの外部に検知管を設置し、この検知管内に設けられた計測孔にボアホールカメラや各種センサを挿入する。そして、高圧噴射攪拌工法による噴射が検知管（計測孔）に当たる様子を、ボアホールカメラを介して目視確認すると同時に、波形等のデータを記録することで、地盤改良体Ｋの造成状態を確認する方法である。

ただし、フィラー方式は、高水圧下では使用できず、さらに一方向の造成状態しか確認することができない。また、検知管方式は、別途計測孔を設置するために手間がかかるとともに、フィラー方式と同様に一方向の造成状態しか確認できない。

一方、本実施形態の改良体測定装置１では、複数の第２の孔２０ｂの内部に受信器４ｂを設けることで、地盤改良体Ｋにおいて、二方向以上の造形状態を検出することができる。さらに、改良体測定装置１では、高水圧下でも使用でき、且つ、上記計測孔を設置する必要がない。

このように、本実施形態の改良体測定装置１は、従来では困難であった土中の不可視部分において、地盤改良体Ｋの造成できている範囲がリアルタイムで把握可能となる。

１改良体測定装置
２中空管
３発信装置
３ｂ発信器
４受信装置
４ｂ受信器
５状態測定装置
２０ａ第１の孔
２０ｂ第２の孔

Claims

地盤中に造成される複数の地盤改良体の造成状態を測定する改良体測定装置であって、
前記各地盤改良体において形成された鉛直方向に延在する孔のうち、第１の孔と前記第１の孔とは異なる第２の孔との間を物理探査することにより前記地盤改良体の造成状態を測定する測定装置を備え、
前記各地盤改良体の中に鉛直に配置される中空管を備え、
前記孔は、前記中空管の内部に形成された中空空間であることを特徴とする改良体測定装置。
前記測定装置は、
前記第１の孔の内部に設けられ、弾性波を発信する発信器と、
前記第２の孔の内部に設けられ、前記発信器で発信された前記弾性波を受信する受信器と、
前記受信器で受信された弾性波の振幅及び伝搬時間の少なくともいずれかに基づいて、前記地盤改良体の造成状態を測定する状態測定装置と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の改良体測定装置。