(57)【要約】      （修正有）【課題】水底地盤に向けて押し込む構成及び水底地盤を撹拌する構成を必要とせずに、水底地盤を改良する地盤改良装置、及び地盤改良方法を提供する。【解決手段】地盤改良装置１は、上面に接続されたワイヤ２２で水中に吊り下げられ、軟弱層５１の表面に着底した後も、自重により軟弱層５１に貫入する。操作者は、地盤改良装置１が軟弱層５１に着底してから決められた距離にわたって下降したことを認識すると、昇降装置に対し、地盤改良装置１を引き上げるよう指示する。昇降装置はワイヤ２２を巻き上げて地盤改良装置１を引き上げる。引き上げられる地盤改良装置１の下方には、その軌跡に沿って空間Ｓが生じる。供給装置は、ホース３２を経由して、地盤改良装置１の引き上げ速度に応じた供給速度で、地盤改良材を地盤改良装置１に供給する。この地盤改良材は、吐出口１１から下向きに吐出され、この地盤改良材によって空間Ｓが充填される。【選択図】図３
2020084485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に吊り下げられ、
ホースにより供給される地盤改良材を吐出する吐出口を備え、
水底地盤に貫入された状態から引き上げられるときに、自装置の軌跡に沿って下方に生じる空間を前記吐出口から吐出する前記地盤改良材により充填する
地盤改良装置。
【請求項２】
自重によって前記水底地盤に貫入される
ことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
【請求項３】
側方に凸部を備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良装置。
【請求項４】
前記吐出口から貫入補助材を吐出しながら前記水底地盤に貫入される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の地盤改良装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の地盤改良装置と、
前記地盤改良装置の位置を特定する測位システムと、
を備える地盤改良システム。
【請求項６】
ホースにより供給される地盤改良材を吐出する吐出口を備える地盤改良装置を水中に吊り下ろし、水底地盤に貫入させる工程と、
前記水底地盤に貫入した前記地盤改良装置を引き上げるとともに、前記地盤改良装置の軌跡に沿って下方に生じる空間を前記吐出口から吐出する前記地盤改良材により充填する工程と、
を備える地盤改良方法。
【請求項７】
前記貫入させる工程において、前記水底地盤の表面から所定の距離だけ高い位置から前記地盤改良装置が落下される
請求項６に記載の地盤改良方法。
【請求項８】
前記貫入させる工程において前記地盤改良装置が前記水底地盤に貫入した深さを計測する工程と、
前記計測する工程において計測した前記深さに基づき、前記水底地盤の強度を特定する工程と、
を備える請求項６又は７に記載の地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良装置、地盤改良システム、及び地盤改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本近海の深海には、メタンハイドレート、レアアース、熱水鉱床等の深海資源が存在している。深海資源の採取方法は様々あり、例えば海底面に設置した掘削機により海底地盤を掘削して地盤中の資源を採取する方法もある。
【０００３】
しかし深海底の地盤には、せん断強度が２乃至１０キロパスカル程度の超軟弱地盤もあり、掘削機等の重機の設置及び走行には適していないことがある。超軟弱地盤において重機を用いる場合、その運搬性や支持力・安定性を確保しなければならず、重機を設置する地盤の改良が必要となる。
【０００４】
水中の軟弱土を改良する技術としては、特許文献１、２に記載の技術が挙げられる。特許文献１に記載の技術は、含水軟弱土に固化材を添加する際に、回転する撹拌翼が含水軟弱土を上下するため、含水軟弱土が舞い上がり水を汚濁する、という問題を解決するためのものである。特許文献１には、船体から下降させる枠体の下端に逆有底筒状シェルを設け、この逆有底筒状シェル内に撹拌翼を配置し、着底の後、撹拌翼を含水軟弱土に貫入させる、という方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、船体上に設けられた櫓からワイヤにより水中に吊り下げられている地盤改良機の傾き角及び位置を一定に保持するために、地盤改良機を伸縮式クランプ装置により拘束し、船体の傾き及び位置の変化に応じて、伸縮式クランプ装置のストロークを制御する、という技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１７１８号公報
【特許文献２】特開昭６０−２３３２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１、２の技術は、いずれも地盤改良装置を水底地盤に向けて押し込む構成、及び、セメントスラリー等を供給して水底地盤とともに撹拌する構成を必要とするので、水深が例えば３００メートル以上の深い水底地盤の改良に適用することが難しい。
【０００８】
本願の発明の目的の一つは、水底地盤に向けて押し込む構成及び水底地盤を撹拌する構成を必要とせずに、水底地盤を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る地盤改良装置は、水中に吊り下げられ、ホースにより供給される地盤改良材を吐出する吐出口を備え、水底地盤に貫入された状態から引き上げられるときに、自装置の軌跡に沿って下方に生じる空間を前記吐出口から吐出する前記地盤改良材により充填する地盤改良装置である。
【００１０】
本発明の請求項２に係る地盤改良装置は、請求項１に記載の態様において、自重によって前記水底地盤に貫入されることを特徴とする地盤改良装置である。
【００１１】
本発明の請求項３に係る地盤改良装置は、請求項１又は２に記載の態様において、側方に凸部を備えることを特徴とする地盤改良装置である。
【００１２】
本発明の請求項４に係る地盤改良装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の態様において、前記吐出口から貫入補助材を吐出しながら前記水底地盤に貫入されることを特徴とする地盤改良装置である。
【００１３】
本発明の請求項５に係る地盤改良システムは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の地盤改良装置と、前記地盤改良装置の位置を特定する測位システムと、を備える地盤改良システムである。
【００１４】
本発明の請求項６に係る地盤改良方法は、ホースにより供給される地盤改良材を吐出する吐出口を備える地盤改良装置を水中に吊り下ろし、水底地盤に貫入させる工程と、前記水底地盤に貫入した前記地盤改良装置を引き上げるとともに、前記地盤改良装置の軌跡に沿って下方に生じる空間を前記吐出口から吐出する前記地盤改良材により充填する工程と、を備える地盤改良方法である。
【００１５】
本発明の請求項７に係る地盤改良方法は、請求項６に記載の態様において、前記貫入させる工程において、前記水底地盤の表面から所定の距離だけ高い位置から前記地盤改良装置が落下される地盤改良方法である。
【００１６】
本発明の請求項８に係る地盤改良方法は、請求項６又は７に記載の態様において、前記貫入させる工程において前記地盤改良装置が前記水底地盤に貫入した深さを計測する工程と、前記計測する工程において計測した前記深さに基づき、前記水底地盤の強度を特定する工程と、を備える地盤改良方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本願に係る発明によれば、水底地盤に向けて押し込む構成及び水底地盤を撹拌する構成を必要とせずに、水底地盤を改良することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】地盤改良システム９の全体構成を示す概略図。
【図２】地盤改良装置１の構成を示す図。
【図３】地盤改良装置１を水底地盤５に貫入させる動作を示した図。
【図４】複数の改良体６が形成された水底地盤５を上方から見た図。
【図５】変形例における重錘１０の形状の例を示す図。
【図６】変形例における地盤改良装置１ｄの構成を示す図。
【図７】変形例において複数の改良体６が形成された水底地盤５を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜実施形態＞
＜地盤改良装置の構成＞
図１は、地盤改良システム９の全体構成を示す概略図である。図１に示す地盤改良システム９は、地盤改良装置１、昇降装置２、供給装置３、音波トランシーバ７、及び船８を有する。船８は、水上又は陸上の施工装置の例であり、例えば起重機船である。図１に示す船８は、河川や海等の水４の水面上に浮かぶ船であり、昇降装置２及び供給装置３を搭載し、これらを制御する情報処理装置８１を備える。
【００２０】
昇降装置２は、ウインチ２１と、このウインチ２１により巻き上げられるワイヤ２２と、ワイヤ２２を吊り下げるクレーン２３とを有する。ワイヤ２２の先端は、地盤改良装置１の上面に接続されている。
【００２１】
供給装置３は、ポンプ３１と、ホース３２と、タンク３３とを有する。タンク３３は、地盤改良材を収容する容器である。地盤改良材は、セメントミルク、モルタル、グラウト等に代表されるポンプ圧送可能な固化材料であって、大水深でポンプ圧送距離が長くなる場合は、遅延剤等の混和剤を添加してもよい。タンク３３は、例えば図示しない地盤改良材製造設備等により製造された地盤改良材を収容する。ポンプ３１は、タンク３３に収容された地盤改良材を吸引して地盤改良装置１へ供給する。
【００２２】
ホース３２は、地盤改良装置１に地盤改良材を供給するための管である。ホース３２は、一端がポンプ３１の吐出側に取り付けられており、他端が地盤改良装置１の上面に接続されている。
【００２３】
地盤改良装置１は、昇降装置２のワイヤ２２により水４の中（以下、「水中」ともいう）に吊り下げられた状態で水底地盤５に向けて下降する。図２は、地盤改良装置１の構成を示す図である。図２（ａ）には地盤改良装置１の斜視図が、図２（ｂ）には、垂直方向に沿った平面における地盤改良装置１の断面図が、それぞれ示されている。
【００２４】
地盤改良装置１は、角柱状の重錘１０を有する。この重錘１０は、上面をワイヤ２２で吊るされ、長辺が重力方向に沿った姿勢で用いられる。重錘１０の内部には、図２（ｂ）に示す通り、流体の流路を形成する筒状のパイプ１１１が垂直方向に設けられている。このパイプ１１１の上端は、ホース３２と接続されている。重錘１０の底面１０１には、パイプ１１１の下端と接続した吐出口１１が設けられている。吐出口１１は、ホース３２により供給され、パイプ１１１を通過した地盤改良材を地盤改良装置１の下方に向けて吐出する。すなわち、吐出口１１は、ホース３２により供給される地盤改良材を吐出する吐出口の一例である。
【００２５】
地盤改良装置１は、音波トランスポンダ１６を備える。音波トランスポンダ１６は、受波した音波に対応する音波を送波する機器である。
【００２６】
水底地盤５は、水４の下方に存在する地盤であり、軟弱層５１及び砂層５２を含む。軟弱層５１は、砂層５２の上に積層されている。軟弱層５１は、非排水せん断強度が２乃至１０キロパスカル程度の超軟弱地盤である。砂層５２は、軟弱層５１よりもせん断強度が大きい層である。
【００２７】
軟弱層５１の表面には、音波トランシーバ７が設置されている。音波トランシーバ７は、音波を送波し、その反射波を受波して、音波を反射させた物体の位置を測定する装置である。
【００２８】
地盤改良システム９において、音波トランシーバ７が設置された位置及び姿勢が、緯度、経度、深度、方位の基準とされる。音波トランシーバ７の緯度、経度及び深度は、例えば設置時のボーリング地点を全地球航法衛星システム（GNSS: Global Navigation Satellite System）等により測定することで特定される。音波トランシーバ７の姿勢は、例えば設置時に調整されることで特定される。
【００２９】
音波トランシーバ７は、超音波等の音波を水中に送波する送波部と、水中に送波された音波を受波する複数の受波部と、を有する。複数の受波部は、いわゆる受波アレイと呼ばれる構成である。
【００３０】
音波トランシーバ７が水中に音波を送波すると、水中に吊り下げられた地盤改良装置１の音波トランスポンダ１６は、この音波を受波して対応する音波を送波する。
【００３１】
音波トランスポンダ１６により送波された音波は、音波トランシーバ７の複数の受波部により受波される。音波トランシーバ７は、有線又は無線により情報処理装置８１に接続されている。音波トランスポンダ１６から送波された音波を受波すると、音波トランシーバ７は、受波した音波に応じた信号を情報処理装置８１に送信する。このやり取りをすることで、音波トランシーバ７による音波トランスポンダ１６の呼出が行われる。
【００３２】
情報処理装置８１は、制御部、記憶部、接続部等を有する。情報処理装置８１が備える制御部は、（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有し、ＣＰＵがＲＯＭ及び記憶部に記憶されているコンピュータプログラム（以下、単にプログラムという）をＲＡＭに読み出して実行することにより、情報処理装置８１、昇降装置２、及び供給装置３を制御する。
【００３３】
情報処理装置８１は、音波トランシーバ７から信号を受信すると、この信号から音波トランシーバ７と音波トランスポンダ１６との間を音波が伝播するのに要した時間、及び受波部の位相差を特定する。そして、情報処理装置８１は、特定したこの時間及び位相差に基づいて、音波トランシーバ７から音波トランスポンダ１６までの距離と受波の角度とを算出する。これにより、情報処理装置８１は、音波トランスポンダ１６の位置、すなわち、地盤改良装置１の位置の情報を特定する。
【００３４】
つまり、地盤改良システム９は、音波トランシーバ７、音波トランスポンダ１６、及び情報処理装置８１等から構成される測位システムと、地盤改良装置１とを備え、測位システムは、地盤改良装置１の位置を特定する。
【００３５】
＜地盤改良装置の動作＞
図３は、地盤改良装置１を水底地盤５に貫入させる動作を示した図である。
【００３６】
図３（ａ）に示す通り、地盤改良装置１は、その上面にワイヤ２２が接続されており、このワイヤ２２で水中に吊り下げられる。地盤改良装置１は、周囲の水４に比べて比重が大きいため、ウインチ２１がワイヤ２２を巻下げることで自重により水中を下降する。
【００３７】
図３（ｂ）に示す通り地盤改良装置１が水底地盤５の軟弱層５１に着底すると、地盤改良装置１の底面１０１が水底地盤５の表面に接触し、この表面から垂直抗力を受けるため、ワイヤ２２にかかる張力が変化する。船８にいる操作者は、例えばこの張力の変化を観察することで地盤改良装置１が着底したことを認識する。
【００３８】
地盤改良装置１は、軟弱層５１に比べて比重が大きいため、軟弱層５１の表面に着底した後も、図３（ｃ）に示す通り自重により軟弱層５１に貫入する。つまり、地盤改良装置１は、自重によって水底地盤５に貫入される。図３（ｃ）に示す排土５１１は、軟弱層５１のうち、貫入された地盤改良装置１により押し退けられた土等である。
【００３９】
地盤改良装置１は、図３（ｄ）に示す通り、さらに軟弱層５１を決められた距離にわたって下降し、自重によって砂層５２の手前まで貫入される。操作者は、地盤改良装置１が軟弱層５１に着底してから決められた距離にわたって下降したことを認識すると、情報処理装置８１を操作して昇降装置２に対し、地盤改良装置１を引き上げるよう指示する。昇降装置２のウインチ２１はワイヤ２２を巻き上げて地盤改良装置１を引き上げる。
【００４０】
また、情報処理装置８１は、供給装置３に対し、地盤改良装置１の引き上げ速度に応じて地盤改良装置１へ地盤改良材を供給するよう指示する。指示を受けた供給装置３は、ポンプ３１を駆動しホース３２を経由して、地盤改良装置１の引き上げ速度に応じた供給速度で、タンク３３に収容された地盤改良材を地盤改良装置１に供給する。地盤改良装置１に供給された地盤改良材は、吐出口１１から下向きに吐出される。
【００４１】
図３（ｅ）に示す通り、引き上げられる地盤改良装置１の下方には、その軌跡に沿って空間Ｓが生じる。この空間Ｓは、地盤改良装置１の引き上げ速度に応じて排土５１１が流れ込んだり、空間Ｓを取り囲む軟弱層５１の孔壁が崩壊したりして容積が減少することがある。情報処理装置８１は、地盤改良装置１の引き上げ速度と地盤改良材の供給速度とを調整して指示を出す。これにより、地盤改良装置１は、空間Ｓの容積が減少しないように、この空間Ｓを地盤改良材によって充填する。なお、この調整は、上述した空間Ｓの容積が全く減少しないように行われることが望ましいが、空間Ｓのうち少なくとも一部を地盤改良材によって充填することができれば、空間Ｓの容積は減少してもよい。
【００４２】
つまり、地盤改良装置１は、水底地盤５に貫入された状態から引き上げられるときに、自装置の軌跡に沿って下方に生じる空間Ｓを吐出口１１から吐出する地盤改良材により充填する。地盤改良装置１は、空間Ｓに元々存在していた軟弱層５１を、供給装置３から供給された地盤改良材で置換するのであり、自装置が押し退けた排土５１１と地盤改良材とを撹拌する必要はない。また、この地盤改良装置１による地盤改良を行う施工者が、例えば、予め地盤改良材の比重を、押し退けられる排土５１１と同等程度に調整している場合、孔壁の崩壊を防ぐ効果も期待できる。
【００４３】
地盤改良装置１が引き上げられ、例えばその底面１０１が軟弱層５１の表面に到達すると、供給装置３は地盤改良材の供給を停止する。これにより、引き上げられる地盤改良装置１の軌跡に沿ってその下方に生じる空間Ｓは、吐出口１１から吐出する地盤改良材により充填される。充填された地盤改良材は、図３（ｆ）に示す通り、固化して改良体６となる。
【００４４】
図４は、複数の改良体６が形成された水底地盤５を上方から見た図である。図４（ａ）に示す通り、複数の改良体６は、略等間隔で水底地盤５に形成される。
【００４５】
改良体６は、水底地盤５の軟弱層５１よりもせん断強度が大きい。そのため、複数の改良体６が形成された水底地盤５は、元の水底地盤５に比べて支持力、曲げ剛性、せん断剛性等が改良される。
【００４６】
地盤改良システム９は、求められる改良率、すなわち、単位面積当たりの改良面積に応じて、改良体６を大きさや、配置間隔等を調整する。また、地盤改良システム９は、求められる改良率に応じて、既に形成した複数の改良体６の間を地盤改良装置１により貫入して、新たな改良体６を形成してもよい。この場合、地盤改良装置１は、軟弱層５１のうち、既に形成した改良体６と重なる位置に貫入されてもよく、図４（ｂ）に示す通り、２以上の改良体６同士が連結してもよい。
【００４７】
上述した地盤改良装置１の動作は、ホース３２により供給される地盤改良材を吐出する吐出口１１を備える地盤改良装置１を水中に吊り下ろし、水底地盤５に貫入させる工程と、水底地盤５に貫入した地盤改良装置１を引き上げるとともに、地盤改良装置１の軌跡に沿って下方に生じる空間Ｓを吐出口１１から吐出する地盤改良材により充填する工程と、を備える地盤改良方法として認識し得る。
【００４８】
上述した通り従来技術では、地盤を改良するための装置を水底地盤に向けて押し込むために、逆有底筒状シェルや伸縮式クランプ装置等の構成（「押し込み機構」という）が必要であった。本発明に係る地盤改良装置１は、説明した通り自重により水底地盤５を貫入していくため、上述した押し込み機構を設ける必要がない。
【００４９】
また、本発明に係る地盤改良装置１は、自装置が押し退けた排土５１１と地盤改良材とを撹拌しないので、水底地盤５を撹拌する構成を設ける必要がない。すなわち、本発明に係る地盤改良装置１には、水底地盤５を撹拌する構成に用いる回転機構等が不要である。
【００５０】
＜変形例＞
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組合せてもよい。
【００５１】
＜変形例１＞
上述した実施形態において、地盤改良装置１は、角柱状の重錘１０を有していたが、地盤改良装置１が有する重錘１０の形状はこれに限られない。地盤改良装置１は、例えば、円筒状、円錐状、球状であってもよい。図５は、変形例における重錘１０の形状の例を示す図である。
【００５２】
図５（ａ）に示す地盤改良装置１ａの重錘１０ａは、円筒状であり、底面１０１ａには吐出口１１ａが設けられている。図５（ｂ）に示す地盤改良装置１ｂの重錘１０ｂは、先端が下向きになっている円錐状である。図５（ｂ）に示す重錘１０ｂの円錐面１０１ｂは、下方に向いており、中央に吐出口１１ｂが設けられている。図５（ｃ）に示す地盤改良装置１ｃの重錘１０ｃは、球状である。重錘１０ｃの表面のうち、下方に向いた領域の一部には、吐出口１１ｃが設けられている。
【００５３】
図５に示したこれらの地盤改良装置１ａ、１ｂ、及び１ｃも、水底地盤５に貫入された状態から引き上げられるときに、自装置の軌跡に沿って下方に空間Ｓが生じる。地盤改良装置１ａ、１ｂ、及び１ｃは、この空間Ｓを、それぞれ吐出口１１ａ、１１ｂ、１１ｃから吐出する地盤改良材により充填すればよい。
【００５４】
＜変形例２＞
上述した実施形態に代えて、例えば、側方に羽根や突起等の凸部が設けられてもよい。
【００５５】
図６は、変形例における地盤改良装置１ｄの構成を示す図である。図６（ａ）には地盤改良装置１ｄの斜視図が、図６（ｂ）には、垂直方向に沿った平面における地盤改良装置１ｄの断面図が、それぞれ示されている。
【００５６】
図６に示す地盤改良装置１ｄは、側方に凸部１２を備える。図６（ａ）に示す通り地盤改良装置１ｄの重錘１０は四角注であり、４つの側面における底面１０１側で、それぞれ凸部１２が伸びている。図６（ｂ）に示す凸部１２は、吐出口１１よりも重力方向における上方に設けられている。
【００５７】
図６に示した地盤改良装置１ｄも、水底地盤５に貫入された状態から引き上げられるときに、自装置の軌跡に沿って下方に空間Ｓが生じる。地盤改良装置１ｄには、側方に凸部１２が備えられているため、空間Ｓは、重錘１０と凸部１２とが一体となった地盤改良装置の軌跡に沿って生じる空間となる。そのため、吐出口１１から地盤改良材を吐出させることにより、重錘１０の軌跡のみならず、凸部１２の軌跡も含んだ空間Ｓが、この地盤改良材により充填される。
【００５８】
図７は、変形例において複数の改良体６ａが形成された水底地盤５を説明するための図である。図７（ａ）には、比較のため、凸部１２が設けられていない地盤改良装置１で複数の改良体６を形成したときの水底地盤５を上方から見た図が示されている。一方、図７（ｂ）には、凸部１２が設けられている地盤改良装置１ｄで複数の改良体６ａを形成したときの水底地盤５を上方から見た図が示されている。
【００５９】
水底地盤５に対して地盤改良装置１を複数回にわたって貫入させると、複数の改良体６は、図７（ａ）に示す範囲及び分布で形成される。
【００６０】
一方、図７（ａ）に示す位置と同じ位置に、水底地盤５に対して地盤改良装置１ｄを複数回にわたって貫入させると、複数の改良体６ａは、図７（ｂ）に示す範囲及び分布で形成される。図７（ｂ）に示す改良体６ａによる水底地盤５の改良率は、図７（ａ）に示す改良体６のそれよりも高い。これは、地盤改良装置１ｄにより形成される改良体６ａが、重錘１０の軌跡に由来する部分６０ａに加えて、凸部１２の軌跡に由来する部分６１ａを有するからである。
【００６１】
例えば、改良した水底地盤５に掘削機等の重機を設置して走行させると、水平方向に力がかかって水底地盤５の内部にすべり面が発生し易くなる。上述した通り、地盤改良装置１ｄには凸部１２が設けられている。このため、形成される改良体６ａによる水底地盤５の改良率は、凸部１２が設けられていない場合に比べて高くなる。その結果、水底地盤５の全体としての曲げ剛性、断面二次モーメントは向上し、すべり面が発生し難くなり、水底地盤５が崩落する可能性が抑制される。
【００６２】
＜変形例３＞
上述した実施形態において、地盤改良装置１は自重のみで水底地盤５に貫入されていたが、吐出口１１から貫入補助材を吐出しながら水底地盤５に貫入されてもよい。この場合、供給装置３は、地盤改良装置１を水底地盤５に貫入させる際に、水や海水等の貫入補助材を供給してもよい。供給された貫入補助材は、吐出口１１から下向きに吐出し、地盤改良装置１の水底地盤５（軟弱層５１）に対する貫入を補助する。この貫入補助材の吐出圧は、水底地盤の固さに応じて調整ができるものとする。
【００６３】
この貫入補助材は、例えば、タンク３３以外の容器に収容されており、吸引側の流路を切り替えることでポンプ３１により吸引されてもよい。また、この貫入補助材は、ポンプ３１以外のポンプで供給されてもよい。また、この貫入補助材は、ホース３２で供給されてもよいし、ホース３２以外のホースで供給されてもよい。
【００６４】
貫入補助材は、ホース内を移動可能で、吐出するとき急速に硬化して吐出口が閉塞することがない材料であれば何でもよいが、ポンプ圧送を効率よく行うためには、流体が好ましい。なお、地盤改良材を供給するホースは、ホース内を洗浄する際に水又は海水を使用する。よって、貫入補助材を水又は海水とすれば、供給するホースを共用することができ、さらに好都合である。
【００６５】
また、この貫入補助材は、地盤改良装置１が水底地盤５へ貫入される速度に応じて地盤改良装置１に供給されてもよい。例えば、情報処理装置８１は、ワイヤ２２の巻下げられた長さや、測位システムにより特定される地盤改良装置１の位置等に基づいて、地盤改良装置１の貫入の速度を監視する。そして、情報処理装置８１は、監視したこの速度が決められた値を下回ったときに、供給装置３に向けてその速度に応じた圧力で貫入補助材を地盤改良装置１へ供給するよう指示をすればよい。
【００６６】
＜変形例４＞
上述した実施形態において、音波トランシーバ７は、自身の緯度、経度及び深度をＧＮＳＳ等により測定していたが、他の構成により、これらのいずれかを測定又は推定してもよい。例えば、音波トランシーバ７は、水圧を測定する水圧計を備えていてもよい。この場合、音波トランシーバ７の位置のうち深度は、この水圧計によって測定された水圧から推定される。
【００６７】
＜変形例５＞
上述した実施形態において、音波トランシーバ７は、軟弱層５１の表面に設置されていたが、船８の船底や船８の下の水中に設置されてもよい。この場合、音波トランシーバ７は、例えば船８から水中に下ろしたワイヤ等で吊り下げたり、船８から水中に伸ばしたロッドの先端等に取り付けられたりして、水中に設置されればよい。
【００６８】
また、音波トランシーバ７は、地盤改良装置１に設置されてもよい。この場合、音波トランスポンダ１６は、船８から水中に下ろしたワイヤ、ロッド、又は水底地盤５の表面等に設置されてもよい。
【００６９】
また、上述した音波トランシーバ７は複数の受波部を有していたが、異なる位置に配置された複数の音波トランシーバ７が、それぞれ一つずつ受波部を有していてもよい。
【００７０】
また、音波トランシーバ７及び音波トランスポンダ１６は、いわゆる音響モデム、音響変換器等を有してもよい。この場合、音波トランシーバ７及び音波トランスポンダ１６は、音響変換器等を用いて互いにやり取りする情報を、音波に変換して水中に送信し、この音波を受信したときにこの音波から上述した情報を抽出すればよい。
【００７１】
また、測位システムは音波を用いた構成に限られない。例えば、ワイヤ２２に沿って１つ以上のセンサを配置し、情報処理装置８１は、このセンサにより検知された位置に関する情報を基に、地盤改良装置１の位置を特定してもよい。このセンサには、例えば、光ファイバ・ジャイロ等の角速度センサや、ひずみゲージ式、圧電素子式、静電容量式等の加速度センサ等が用いられる。
【００７２】
地盤改良システム９は、複数回にわたって地盤改良装置１を水底地盤５の改質対象領域に貫入させ、その度に例えば音波トランシーバ７を基準とした、地盤改良装置１の位置を特定する。これにより、情報処理装置８１には、貫入の位置の分布、すなわち、地盤改良材が固化して形成された改良体６の位置の分布が記憶される。この分布を参照することにより、上述した操作者は、水底地盤５の改質対象領域において、どの部分の改質が進んでいるかを把握する。
【００７３】
＜変形例６＞
上述した実施形態において、重錘１０は、上面をワイヤ２２で吊るされ、長辺が重力方向に沿った姿勢で用いられていたが、重錘１０の姿勢はこれに限られない。重錘１０は、長辺が水平方向に沿った姿勢で用いられてもよい。なお、地盤改良装置１の姿勢は、例えば、水底地盤５の軟弱層５１に着底し、この軟弱層５１の表面から抗力を受けても、傾きの変化が１０度以内に収まる等、略変化せずに安定していることが望ましい。
【００７４】
＜変形例７＞
上述した実施形態において、地盤改良装置１は、軟弱層５１の表面に着底した後も、自重により軟弱層５１に貫入していたが、着底した位置から所定の距離だけ引き上げられてもよい。この場合、例えば上述した操作者は、地盤改良装置１が着底したことを認識したときに、情報処理装置８１を操作して、昇降装置２に地盤改良装置１の引き上げを指示する。昇降装置２は、ワイヤ２２を巻き上げて水底地盤５の表面から所定の距離だけ高い位置に地盤改良装置１を引き上げる。操作者は、さらに情報処理装置８１を操作して、引き上げられた地盤改良装置１を落下させて、水底地盤５に貫入させる指示を昇降装置２に送ってもよい。
【００７５】
地盤改良装置１には、水底地盤５の表面から所定の距離ｈだけ高い位置から落下することで地盤改良装置１が水底地盤５に貫入する際の抵抗値を計測する計測部を設けてもよい。この計測部は、例えばばね式、圧電素子式、磁歪式、静電容量型、ジャイロ式、ひずみゲージ式等のロードセルである。計測部は、例えば地盤改良装置１の底面１０１の内側に取り付けられ、底面１０１が水底地盤５の表面から垂直抗力を受けたときに、その垂直抗力による抵抗値を計測する。
【００７６】
例えば、地盤改良装置１は、図３（ａ）に示す通り、水底地盤５の表面よりも所定の距離ｈだけ高い位置に引き上げられた後、自由落下させられて水底地盤５に貫入する。このとき、上述した計測部は水底地盤５から受ける抵抗値を計測して、この計測結果を情報処理装置８１に送る。情報処理装置８１は、この計測結果に基づいて、水底地盤５の強度を特定してもよい。なお、計測部は、計測された抵抗値を記憶装置に記憶してもよい。この場合、記憶装置に記憶された抵抗値は、地盤改良装置１が水上に回収されたときに情報処理装置８１等によって読み出されてもよい。
【００７７】
この変形例に係る地盤改良装置１によれば、水底地盤５の表面から所定の距離ｈだけ高い位置から落下したときに、地盤改良装置１が水底地盤５に貫入する際の抵抗値が計測されるため、水底地盤５の強度が特定される。地盤改良装置１の利用者は、例えば、特定した強度に基づいて、水底地盤５に供給するべき地盤改良材を選択し、又は、地盤改良装置１の重量を変更してもよい。
【００７８】
なお、この変形例に係る地盤改良装置１の動作は、ホース３２により供給される地盤改良材を吐出する吐出口１１を備える地盤改良装置１を水中に吊り下ろし、水底地盤５に貫入させる工程において、水底地盤５の表面から所定の距離だけ高い位置から地盤改良装置１が落下される地盤改良方法として認識し得る。
【００７９】
＜変形例８＞
上述した実施形態又は変形例１において、操作者は、地盤改良装置１が着底したことを認識したときに、水底地盤５の表面の重力方向の位置を計測しなかったが、これを計測してもよい。この変形例に係る地盤改良装置１によれば、例えば、水面等の基準となる面から水底地盤５までの深さが計測される。
【００８０】
＜変形例９＞
上述した変形例において、地盤改良装置１は、落下して水底地盤５に貫入する際の抵抗値を計測する計測部を備えていたが、水底地盤５に貫入する際の深さを計測する構成を有していてもよい。
【００８１】
例えば、図４（ｄ）に示す通り、操作者は、地盤改良装置１を水底地盤５の表面から所定の距離ｈだけ高い位置から落下させて、水底地盤５に貫入させたときに、ワイヤ２２の巻下げの状態に基づいて、水底地盤５の軟弱層５１の表面から、貫入させた地盤改良装置１の底面１０１までの深さｄを計測してもよい。
【００８２】
この場合、操作者は、距離ｈ、及び、計測した深さｄに基づいて、水底地盤５の強度を特定してもよい。なお、深さｄは、水圧計を用いて計測した水圧から推定されてもよい。
【００８３】
この変形例に係る地盤改良装置１の動作は、ホース３２により供給される地盤改良材を吐出する吐出口１１を備える地盤改良装置１を水中に吊り下ろし、水底地盤５に貫入させる工程において、地盤改良装置１が水底地盤５に貫入した深さを計測する工程と、この深さを計測する工程において計測した深さに基づき、水底地盤５の強度を特定する工程と、を備える地盤改良方法として認識し得る。
【００８４】
この変形例に係る地盤改良装置１によれば、例えば、地盤改良装置１を水底地盤５に貫入させたときの抵抗値を計測しなくても、水底地盤５の強度が特定される。
【符号の説明】
【００８５】
１…地盤改良装置、１ａ…地盤改良装置、１ｂ…地盤改良装置、１ｃ…地盤改良装置、１ｄ…地盤改良装置、１０…重錘、１０ａ…重錘、１０ｂ…重錘、１０ｃ…重錘、１０１…底面、１０１ａ…底面、１０１ｂ…円錐面、１１…吐出口、１１ａ…吐出口、１１ｂ…吐出口、１１ｃ…吐出口、１１１…パイプ、１２…凸部、１６…音波トランスポンダ、２…昇降装置、２１…ウインチ、２２…ワイヤ、２３…クレーン、３…供給装置、３１…ポンプ、３２…ホース、３３…タンク、４…水、５…水底地盤、５１…軟弱層、５１１…排土、５２…砂層、６…改良体、６ａ…改良体、６０ａ…部分、６１ａ…部分、７…音波トランシーバ、８…船、８１…情報処理装置、９…地盤改良システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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