(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に掘削羽根と攪拌翼を備えた掘削攪拌軸を地中の所定深度まで貫入するとともに掘削した原位置土と安定剤とを攪拌混合して改良柱を造成する深層混合処理工法において、
最初の改良柱施工における掘削攪拌軸の貫入速度と貫入所要時間及び貫入先端深度の各測定値を、掘削攪拌軸の最下段攪拌翼が支持地盤に到達した状態まで単位時間毎に採取してグラフ化した着底判定基準図を作成し、以後の改良柱の施工は前記の着底判定基準図を参考にした上で、施工中の各測定値をリアルタイムに採取して自らの着底判定基準図を作成し、同図に基いて着底を判定しつつ施工することを特徴とする、着底判定方法を伴った深層混合処理工法。
【請求項２】
先端に掘削羽根と攪拌翼を備えた掘削攪拌軸を地中の所定深度まで貫入するとともに掘削した原位置土と安定剤とを攪拌混合して改良柱を造成する深層混合処理工法において、
事前に行った調査ボーリング等の施工基準点における地下の支持地盤の深さを予め土層断面図に基づき確認しておき、前記確認の結果を予備知識として基準点近傍の最初の改良柱施工における掘削攪拌軸の貫入速度と貫入所要時間及び貫入先端深度の各測定値を、掘削攪拌軸の最下段攪拌翼が支持地盤に到達した着底状態まで単位時間毎に計測採取してグラフ化した着底判定基準図を作成し、以後の改良柱の施工は前記の着底判定基準図を参考にした上で、施工中の各測定値をリアルタイムに採取して自らの着底基準図を作成し、同図に基いて着底を判定しつつ施工することを特徴とする、着底判定方法を伴った深層混合処理工法。
【請求項３】
地下の支持地盤の深さの確認は、施工前に実施した地質調査の土層断面図に基いて改良柱を着底させる支持地盤の深さを予め決めることにより行うことを特徴とする、請求項２に記載した着底判定方法を伴った深層混合処理工法。
【請求項４】
着底基準の設定は、改良柱施工によって作成された自らの着底判定基準図における掘削攪拌軸の貫入速度とその継続時間とで設定することを特徴とする、請求項１又は２に記載した着底判定方法を伴った深層混合処理工法。
【請求項５】
着底基準の設定は、改良柱施工によって作成された自らの着底判定基準図における掘削攪拌軸の貫入速度の変化点からの貫入深さで設定することを特徴とする、請求項１又は２に記載した着底判定方法を伴った深層混合処理工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、陸上又は海上で施工される深層混合処理工法であって、施工管理項目に着底項目を加えて実施される着底判定方法を伴った深層混合処理工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、深層混合処理工法は、陸上又は海上で施工され実績を上げている。これまでの深層混合処理工法は主に盛土のすべり止めなどの仮設物の構築に実施されてきたので、支持地盤への着底の当否はさして問題視されなかった。しかし、近年は例えば図４に示したように、改良柱を平面的に連続させた改良地盤１０を構造物１２の本設基礎として使用することが現実的な検討課題となり、個々の改良柱が地下の支持地盤１１へ確かに到達していることを確認する着底項目が施工管理上重要になった。
【０００３】
しかし、従来は、着底項目の管理は行われていないに等しい。せいぜい処理機の回転モータ（油圧モータ又は電気モータ）の油圧計又は電流計の読みと、処理機の昇降速度計の読みとに基いて簡便に着底を管理しているにすぎない。即ち、地質調査（ボーリング調査）によって支持地盤の深さが判明している場所で試験的に１本の改良柱施工を行い、改良深さ毎の各施工データ（貫入速度、処理機回転モータの油圧計又は電流計の測定値）を読み取る。特に、着底するときの貫入速度、及び処理機回転モータの油圧計又は電流計の測定値を読み取り、着底状態と想定されるまでの各測定値を求め、着底するまでに前記の測定値が示している所要時間を求める。そして、実際の施工では、前記の貫入速度及び処理機回転モータの油圧計、電流計の「特定の測定値」が「ある時間（秒）」継続した時に着底と定義している。前記の「特定の測定値」及び「ある時間」は、先に１本試験的に施工した改良柱の施工結果を参考に、例えばＮ値３０での貫入速度は０．１ｍ／ｍｉｎ以下であると特定し、その特定貫入速度が９０秒あるいは４００秒継続した場合を着底と一義的に決めている。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
一般論として、着底とは、改良柱の所定大きさの横断面積（例えば一軸当たりの攪拌翼の直径が１ｍで、ラップ長さが２０ｃｍの２軸方式の場合で、面積１．５ｍ2が支持地盤に接した状態を言い、これを着底判定基準に基づいて判定することになる。
【０００５】
深層混合処理機には様々な機械があるが、図１には深層混合処理機の２軸方式の掘削攪拌軸先端の掘削羽根及び攪拌翼の先端形状の一例を示し、図２に前記の掘削攪拌軸を使用した場合の改良柱の着底の概念図を示している。
一般に、２軸方式の攪拌掘削軸１、１で造成される２本の改良柱ａ，ａの一部がラップして横断面が瓢箪判定方法を伴った形状となる場合の２軸の先端部形状は、攪拌翼相互の干渉を防ぐために次のような構造とされる。例えば軸間距離を８００ｍｍとして平行に並べられた２軸のうち、図１中左側の掘削攪拌軸先端の掘削羽根２は最大外径が１０００ｍｍの掘削羽根と攪拌翼の機能を兼ねた羽根とし、他方、右側の掘削羽根３は最大外径を５８０ｍｍと小さい形状とされている。ところが同右側の掘削攪拌軸の最下段攪拌翼４は最大外径を１０００ｍｍの大きさで、前記掘削羽根３の先端から上方への高低差ｈが５５０ｍｍの高さに位置し、左側の掘削兼攪拌翼２の上端からも約２００mm程度上方の位置に段違い状に設けられている。また、下段の連結板５より上方の攪拌翼６も、隣接する攪拌翼同士の位置を上下にずらして段違い状に設置されている。
【０００６】
このため２軸の掘削攪拌軸１、１で形成される２本の改良柱の先端部形状は、掘削羽根形状の上述した相違に起因して、図１、図２中に点線ａ，ａ´で例示したように垂直な断面形状に段差を生ずる。
そこで本発明は、前記垂直な断面形状の段差が正に解消する位置、即ち図１中右側の最下段攪拌翼４が図２中の支持地盤１１へ到達した状態（図２中の楕円ハッチングの位置）を着底と定義する。
【０００７】
ところが、従来の上述した着底管理方法では、最下段攪拌翼４が支持地盤１１へ到達したか否かの確認は全くできず、推測に頼るのみである。のみならず、支持地盤へ到達し着底したか否かの確認は「特定の測定値」が「ある時間」継続した現象を測定することによって一義的に判断するため、現実性に乏しく、安全率として「ある時間」の継続を必要以上に長く設定するので、結局は１本の改良柱を施工する時間（ロスタイム）が長くなり、合理的ではない。
【０００８】
従って、本発明の目的は、改良柱の施工中に、その場所における支持地盤の深さをより正確に予知確認し、改良柱施工の段階で作成される自らの着底判定基準図に基いて着底をリアルタイムに正確に判定することを可能ならしめ、もって深層混合処理工法の施工を迅速、且つ高精度に合理的に行えるようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る着底判定方法を伴った深層混合処理工法は、先端に掘削羽根と攪拌翼を備えた掘削攪拌軸を地中の所定深度まで貫入するとともに掘削した原位置土と安定剤とを攪拌混合して改良柱を造成する深層混合処理工法において、
最初の改良柱施工（又は試験掘り）における掘削攪拌軸の貫入速度と貫入所要時間及び貫入先端深度の各測定値を、掘削攪拌軸の最下段攪拌翼が支持地盤に到達した状態まで単位時間毎に採取してグラフ化した着底判定基準図を作成し、以後の改良柱の施工は前記の着底判定基準図を参考にした上で、施工中の各測定値をリアルタイムに採取して自らの着底基準図を作成し、同図に基いて着底を判定しつつ施工することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の発明に係る着底判定方法を伴った深層混合処理工法は、先端に掘削羽根と攪拌翼を備えた掘削攪拌軸を地中の所定深度まで貫入するとともに掘削した原位置土と安定剤とを攪拌混合して改良柱を造成する深層混合処理工法において、
事前に行った調査ボーリング等の施工基準点（以下、基準点という。）における地下の支持地盤の深さを予め土層断面図に基づき確認しておき、前記確認の結果を予備知識として基準点近傍の最初の改良柱施工における掘削攪拌軸の貫入速度と貫入所要時間及び貫入先端深度の各測定値を、掘削攪拌軸の最下段攪拌翼が支持地盤に到達した着底状態まで単位時間毎に計測採取してグラフ化した着底判定基準図を作成し、以後の改良柱の施工は前記の着底判定基準図を参考にした上で、施工中の各測定値をリアルタイムに採取して自らの着底判定基準図を作成し、同図に基いて着底を判定しつつ施工することを特徴とする。
【００１１】
前記請求項２記載の発明における地下の支持地盤の深さの確認は、施工前に基準点に実施した地質調査（ボーリング調査）の土層断面図に基いて改良柱を着底させる支持地盤の深さを予め決める（予備知識とする）ことを特徴とする。
請求項１又は２記載の発明における着底基準の設定は、改良柱施工によって作成された自らの着底判定基準図における掘削攪拌軸の貫入速度とその継続時間とで設定することを特徴とする。
【００１２】
請求項１又は２記載の発明における着底基準の設定は、改良柱施工によって作成された自らの着底判定基準図における掘削攪拌軸の貫入速度の変化点からの貫入深さで設定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態及び実施例】
請求項１及び２記載の発明に係る着底判定方法を伴った深層混合処理工法は、図１に示したように先端に掘削羽根２、３と攪拌翼４、６を備えた掘削攪拌軸１を地中の所定深度まで貫入するとともに、掘削した原位置土と安定剤とを攪拌混合して改良柱を造成する深層混合処理工法として実施される。
【００１４】
その際の着底の定義としては、上述したように、改良柱の垂直な断面形状の段差が解消する、図２中右側の最下段攪拌翼４が支持地盤１１へ到達した状態とする。
本発明の着底の管理方式を大別すると、請求項１記載の発明のように試験掘り施工（これも最初の改良柱施工である。）を行い、この試験掘り施工によって得られた掘削攪拌軸の貫入速度Ｖ，貫入所要時間ｎ，貫入先端深度ｄの各測定値を、掘削攪拌軸の最下段攪拌翼４が支持地盤に到達した着底条件まで、例えば１秒毎に採取してグラフ化した（プロットした）着底判定基準図を作成する方法と、請求項２記載の発明のように、通例設計者から提供される地質調査（ボーリング調査）の基準点に判明している地盤の縦断面図に基いて地下の支持地盤の深さを予め確認しておき、前記の確認結果を予備知識として、基準点近傍の位置に施工される最初の改良柱施工における掘削攪拌軸の貫入速度Ｖ，貫入所要時間ｎ，貫入先端深度ｄの各測定値を、掘削攪拌軸の最下段攪拌翼４が支持地盤に到達した着底条件まで、例えば１秒毎に採取してグラフ化した（プロットした）着底判定基準図を作成する方法とがある。後者の方法によれば、予め着底管理深度を予定して（予見して）改良柱の施工を進められる手順の確実さと信頼性がある。前記二つの方法は、共に以後の改良柱の施工の基礎データとなる着底判定基準図を提供することでは共通する。従って、着底判定のデータとしては極めて実際的で正しいものが得られる。
【００１５】
次に、上述のようにして作成された着底判定基準図を参考にして施工を進め着底を判定する方法には、▲１▼掘削攪拌軸の貫入速度とその継続時間とで着底を設定する方法、▲２▼掘削攪拌軸の貫入速度の変化点からの貫入深さで着底を設定する方法、の２種類の方法があり、いずれかの方法が地盤性状に応じて選択的に実施される。前記▲１▼の方法は、支持地盤（層）が明瞭に存在する地盤構成のみならず、Ｎ値が徐々に変化する地盤にも広く適用可能であり、適用可能な地盤が多い。一方、前記▲２▼の方法は、前記▲１▼の方法を簡略化した方法であり、支持地盤が明瞭に存在しＮ値が急激に増加する地盤構成に適用可能である。通例、地盤の構成としては支持地盤が明瞭に存在し、掘削攪拌軸の貫入速度の変化点が明瞭に現れる地盤が大半を占めるから、後者の方法で殆どの地盤改良の着底管理を行うことが可能である。
【００１６】
そこで、着底判定基準の方法としては、▲１▼の方法を標準とし、地盤の構成状態によっては▲２▼の方法の実施を検討するのが良い。
次に、上記２種類の着底判定基準の方法▲１▼、▲２▼について以下に説明する。
▲１▼  処理機の（掘削攪拌軸）の貫入速度とその継続時間で判定する方法
図３に示したような着底判定基準図を用いて着底したことを判定する。図３に示す着底判定基準図の作図方法は、まず支持地盤の表面を着底判定開始深度を０にとり、縦軸に貫入速度Ｖ及び先端深度ｄ（支持地盤以下の深度）をとる。また、横軸に着底判定開始深度からの時間及び累積度数（時間）ｎをとる。図中のＡエリア及びＤエリアには、改良柱施工時に１秒毎に測定した実測値をプロットする。Ｂエリアには、Ａエリアの累積時間を、そして、ＣエリアにはＤエリアの累積時間をそれぞれプロットしている。
【００１７】
図３の着底判定基準図に基いて着底を判定する手順は、次の通りである。
Ｉ）  図３中のＣエリアの曲線から得られる支持地盤の深度に対応する累積時間を求める。ここで云う「深度に対応する累積時間」は、測定結果のばらつきを平準化するため、１深度毎に測定回数を数え、これを着底判定開始深度（図３の例では地下１０ｍ）から加算する。測定間隔は１秒毎であるので、これを加算した結果が累積時間となる。測定結果と累積時間の関係の一例を表−１に示した。しかし、測定結果のばらつきを平準化する方法には、数個の測定値の平均値をプロットする方法や中央値をプロットする方法もある。Ａエリアに示す貫入速度についても、深度と同様に累積時間を算出する。因みに、図３の例では、着底管理対象の深度（地下１０ｍ）から開始して、貫入速度が急変するＰ２点までの累積時間が２００秒余、Ｐ１点までの累積時間は３４０秒、着底と定義される深度ｄ０に該当するＰ０点までの累積時間は４６０秒と認められ、前記Ｐ１点からＰ０までの継続時間は１２０秒と認められる。
II）  Ｂエリアにおいて、貫入速度が大きく変わる点Ｐ２の時の累積時間ｎ２を求める。
III）  Ｃエリアのグラフを用いて、前記Ｐ２点の累積時間ｎ２の時の深度ｄ２を求める。この深度ｄ２は、図３に付記した状況説明図ａに示したように、処理機の掘削攪拌軸先端の掘削羽根２，３が支持地盤１１に到達したときの深度である。図３の例では、前記深度ｄ２（支持地盤の深さ）は１１．４５ｍである。
IV）  Ｂエリアにおいて、貫入速度が再度大きく変化する点Ｐ１の時の累積時間ｎ１及び貫入速度Ｖ１を求める。前記Ｐ１点における掘削攪拌軸先端の状況は、図３中に付記した状況説明図ｂに示したように、左右の掘削羽根２、３が完全に支持地盤１１の中へ進入した深度である。
Ｖ）  Ｃエリアにおいて、貫入速度が３度目に大きく変化する点Ｐ０の時の累積時間ｎ０及び貫入速度Ｖ１を求める。前記Ｐ０点における掘削攪拌軸先端の状況は、図３中に付記した状況説明図ｃに示したように、右側の最下段攪拌翼４が支持地盤１１へ到達した（接した）、着底と定義された深度ｄ０である。換言すると、図３の状況説明図ａ，ｂ，ｃの対比から明らかな通り、左右の掘削羽根２、３が支持地盤１１に到達した説明図ａの深度ｄ２から、着底の定義に合致する説明図ｃの深度ｄ０までの間が、最下段攪拌翼４との高低差ｈ＝５５０mmだけ貫入されている。また、左右の掘削羽根２、３が支持地盤１１へ貫入した説明図ｂの深度ｄ１から前記着底の深度ｄ０までは貫入速度がｖ１＝０．１３ｍ／ｍｉｎ〜０．１ｍ／ｍｉｎで１２０秒間継続して貫入が行われている。
VI）  以上の結果を総合すると、▲１▼の方法による着底判定は次のようになる。
【００１８】
着底判定開始貫入速度はＶ１（０．１３ｍ／ｍｉｎ）以下。
貫入速度の継続時間ｔ＝（ｎ０−ｎ１）×β（秒）。
但し、βは割増係数であり、１．０を標準とする。
着底判定開始貫入速度Ｖ１がｔ秒間継続したときが着底である。
VII）  検討例
実際の施工結果のうち、ある改良柱の地表面から着底するまでの測定結果を示した図３の着底判定基準図において、着底判定開始深度（ＧＬ−１０ｍ）から着底するまでの測定結果は、次のとおりである。
【００１９】
１  着底深度はＧＬ−１２．０ｍであり、地質は均一な砂層で、着底部のＮ値は３０、改良対象部（地表面から着底部まで）のＮ値は１０〜２０である。  ２着底判定開始深度はＧＬ−１０．０ｍである。
３  測定間隔は、１秒間である。
４  処理機の掘削攪拌軸先端の形状は、図１に示すものを使用した。その掘削羽根先端と最下段攪拌翼との高低差（クリアランス）は５５０mmである。
▲２▼  処理機の掘削攪拌軸の貫入速度の変化点からの貫入深さで設定する方法
この方法は、既に述べた上記▲１▼の方法を簡略化した方法である。この方法▲２▼は、図３の着底判定基準図におけるＢエリアのＰ１，Ｐ２点と、各々について付記した状況説明図ａ，ｂから明らかなように、掘削羽根２、３の先端がＮ値の大きい支持層１１に接すると貫入速度が急激に低下する現象（事実）を利用して支持地盤の地中深さｄ２を推定するものである。即ち、一般に支持地盤のＮ値は、改良対象地盤のＮ値に比べて大きいので、貫入速度が極端に変化した時の掘削羽根の深度ｄ２を把握し、この深度を支持地盤の深さと推定する。したがって、この方法は、改良対象地盤のＮ値と支持地盤１１のＮ値の差が大きい場合に有効な方法である。
【００２０】
この方法▲２▼による着底判定の基準は、処理機の掘削攪拌軸の最下段攪拌翼４が図３の着底判定基準図から得られるｄ２の深度よりも既述の高低差ｈの深さだけ貫入した時を着底と判定するのである。即ち、貫入速度の変化点Ｐ２における深度ｄ２からｈ＝５５０mm以上貫入した場合を着底とする。
【００２１】
【本発明が奏する効果】
本発明の着底判定方法を伴った深層混合工法によれば、各改良柱施工の段階でリアルタイムに支持地盤へ着底したことを正確に判定することができるので、施工を迅速、且つ高精度に行うことができると共に、支持力の大きい改良柱又は改良地盤を造成出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  掘削攪拌軸の下部の立面図である。
【図２】着底を定義する概念図である。
【図３】着底判定基準図の作成、判定の例である。
【図４】改良地盤を本設基礎に利用する例の断面図である。
【符号の説明】
１  掘削攪拌軸
２  掘削羽根
３  掘削羽根
４  最下段攪拌翼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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