(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射管を回転させながら改良材を噴射する高圧噴射攪拌工法において、径が異なる２種類の扇形を組み合わせた形状で改良体の断面形状が構成されるように造成する方法であって、
改良体の前記断面形状は、小径の扇形と大径の扇形の２種の組み合わせで構成され、小径の扇形からなる小径部と大径の扇形からなる大径部を有し、
有効壁厚が改良体の大径の0.7倍以下になるように改良体を造成し、
改良体の小径を大径の0.2〜0.8倍に設定し、
ａ：壁厚係数（有効壁厚／改良体の大径）、ｂ：小径係数（改良体の小径／大径）において、ａ／ｂが0.9以下であることを特徴とする高圧噴射攪拌工法の施工方法。
【請求項２】
有効壁厚に対して小径の扇形から中心角を決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の高圧噴射攪拌工法の施工方法。
【請求項３】
改良体を造成するときに、高圧噴射攪拌工法に用いる噴射管の回転数を断続的に変化させて改良体の径をコントロールする、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧噴射攪拌工法の施工方法。
【請求項４】
高圧噴射攪拌工法に用いる噴射管から高圧噴射される改良材による地盤切削状態をモニタリングする、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高圧噴射攪拌工法の施工方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかの施工方法を利用して、複数本の改良体で構成される造成体を造成することを特徴とする高圧噴射攪拌工法の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧噴射攪拌工法（いわゆるジェットグラウト工法）を利用して地盤改良体を造成する方法と、複数本の地盤改良体の組み合わせからなる造成体を造成する方法と、地盤改良体および造成体の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧噴射撹拌工法は、一般に噴射管の先端に取り付けられた噴射ノズルから改良材（硬化材）とエアを水平方向に噴射することにより地盤を切削して土と改良材を混合撹拌する地盤改良工法である。通常は、地盤に挿入した状態の噴射管を回転させ、一定時間ごとに数cmずつ段階的に引き上げる（すなわちステップアップさせる）ことにより略円柱状の大口径改良体を造成する。高圧噴射撹拌工法の手順の概要を図２０に示す。
【０００３】
＜工程ａ＞
図２０(a)に示すとおり、地盤改良体の造成位置の中心に施工機６を据え付け、該施工機に噴射管７をクレーンにより吊って建て付ける。そして、噴射管７の先端から削孔水を吐出させつつ、施工機６によって噴射管７を回転させながら地盤中の計画深度まで挿入する。
【０００４】
＜工程ｂ＞
噴射管７を計画深度まで挿入したら、噴射管の回転数(rpm)と引き上げ時間(s/m)を設定し、改良材の噴射を開始する。これにより、噴射管先端にある噴射ノズルから改良材が高圧噴射されるので、その改良材噴流の強力なエネルギーによって原地盤が切削される。
【０００５】
＜工程ｃ＞
設定した回転数で噴射管７を回転させることで、高圧噴射された改良材の噴射流によって地盤が切削されるとともに、原土と改良材が強制的に撹拌混合される。そして、最初のステージにおける改良体の部分的造成が完了したら、施工機を作動させて噴射管を第二ステージ、第三ステージ、・・・と段階的にステップアップさせる。例えばステップ長（１ステップ当たりの長さ）は25mmに設定され、1m当たりステップ数は40ステップに設定される。このように、各ステージにおいて噴射管を設定速度で回転させながら、噴射ノズルから改良材を高圧噴射し、設定した引き上げ時間に従って噴射管を段階的にステップアップさせることで、略円柱状の改良体を造成することができる。
【０００６】
＜工程ｄ＞
所定の改良範囲で改良体を造成した後、噴射管７を地上まで引き抜いて、管内を清水により洗浄する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−２７０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高圧噴射攪拌工法（ジェットグラウト工法／ＪＧ工法）は、噴射管を回転させながらスラリー状の改良材を噴射するため、円形形状が基本となる。そして、全面改良のように100%改良する場合には（例えば底盤改良などでは）、円形形状のラップ配置による施工が行われている（図２１(a)）。
【０００９】
しかし、土留め欠損部を防護する場合の壁状配置（図２１(b)）や液状化対策を行う場合の格子状配置（図２１(c)）を行う場合に、円形形状では有効壁厚（設計上必要とされる壁厚）に対して余分な部分が発生する。
特に、埋設管の直径が大きくなるほど、有効壁厚に対して必要な改良体の直径が大きくなり、不要な部分が多くなる。不要な部分が多くなった場合、材料費や排泥費が多くなり、環境負荷も大きくなる。
また、上記の増加に伴い、施工に必要な工期も長くなる。
また、土留め欠損部の防護の場合、壁状の部分を残して掘削を行うことになるが、このとき不要な改良体が多くなると掘削の能率が低下するだけでなく、産業廃棄物処理費も多く必要となり、施工費の増大や環境負荷の増大を招く。
【００１０】
上述した問題を解決するため、図２２に示すように、噴射管を揺動させながらスラリー状の改良材を噴射して、壁状、格子状、扇形状の改良体を構築することが検討された。
しかしながら、図２２に示すような壁状、格子状、扇形状の改良体を構築した場合には、中心部（要の部分）で必要な壁厚を確保することができなくなるといった問題が生じる。
【００１１】
そこで、図２３に示すように楕円形状の改良体を構築することで、中心部（要の部分）で必要な壁厚（有効壁厚）を確保しつつ、不要部分の面積（体積）を少なくすることが検討された。楕円形状の改良体は、図２４に示すように、改良材を噴射する噴射管の回転数を「連続的に変化」させることにより造成することが可能である。
改良体を楕円形状にした場合、最大径は各ジェットグラウト工法の能力により決定される。このとき、必要な壁厚を確保するためにはピッチ（配置間隔）を短くする必要がある（図２５においてＬ２＜Ｌ１）。すなわち図２５に示すように、従来であれば円形状に造成していた改良体を楕円形状に変更した場合、壁厚ｔを確保できるピッチ（配置間隔）が、円形状の改良体の場合Ｌ１であるのに対し、楕円形状の改良体の場合Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ１）となる。
このようにピッチ（配置間隔）が短くなると施工本数が増える。すなわち、改良体の形状を楕円形状にすることで、不要部分の面積（有効壁厚ｔを超える部分の体積）を減らすことは可能であるが、ピッチが短くなって造成する本数が増えるため、全体の施工費が少なくなるとは限らず、場合によっては施工費が増えることもある。
また、楕円形状の扁平率が大きくなった場合は、ラップ幅が大きくなる。この場合、隣接する改良体の中心（噴射位置）まで改良材噴流が到達し、いわゆるコラム・イン・コラムの状態（改良材を噴射しても地盤を切削できない状態）になるリスクが大きくなり、隣接杭が施工できなくなったり、小さな径になるなどの施工不良を招く可能性がある。
また、図２４に示すように、楕円形状の改良体を造成する際に回転数を「連続的に変化」させるためには、施工機械を制御するための装置が必要となる。一般的なボーリングマシンは油圧制御のものが多いため、連続的に回転数を変化させるためには、回転用の油圧制御に使用する油量を連続的に増減させる必要があり、複雑な構成の装置となる（バルブを無段階に開閉させる装置）。油圧制御では、油温により油量が変化するため（粘度が変化するため）、油温や粘度に応じてバルブの開閉量をフィードバックさせる計器や制御装置が必要となる。そのため、施工機械や設備の大型化や重量増加、機械制御の複雑化により、施工能率が大幅に落ちるといった問題が生じる。
【００１２】
上述した従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、造成する改良体のピッチ（配置間隔）を狭めることなく、有効壁厚を超える余分な部分を可能な限り減らすことができ、しかも改良体造成時の機械制御が簡単な施工方法、地盤改良体、造成体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的は、噴射管を回転させながら改良材を噴射する高圧噴射攪拌工法を利用して、径が異なる複数種の扇形を組み合わせた形状で改良体の断面形状が構成されるように造成する施工方法によって達成される。
【００１４】
上記施工方法では、有効壁厚が改良体の大径の0.7倍以下になるように改良体を造成する。
【００１５】
また、上記施工方法では、改良体の小径を大径の0.2〜0.8倍に設定する。
【００１６】
また、上記施工方法では、
ａ：壁厚係数（有効壁厚／改良体の大径）
ｂ：小径係数（改良体の小径／大径）
においてａ／ｂを0.9以下とする。
【００１７】
また、上記施工方法では、有効壁厚に対して小径の扇形から中心角を決定することが好ましい。
「有効壁厚」とは、改良体が包含する最大矩形断面（改良体が包含可能な最大サイズの断面矩形領域）の短辺側の厚みを指す。ここでいう断面は、水平方向の断面である。
【００１８】
また、上記施工方法では、改良体を造成するときに、高圧噴射攪拌工法に用いる噴射管の回転数を断続的に変化させて改良体の径をコントロールすることが好ましい。
【００１９】
また、上記施工方法では、改良体の前記断面形状は、径が異なる２〜５種類の扇形を組み合わせた形状で構成されることが好ましい。
【００２０】
また、上記施工方法では、高圧噴射攪拌工法に用いる噴射管から高圧噴射される改良材による地盤切削状態をモニタリングすることが好ましい。
【００２１】
また、前述した目的は、上記施工方法を利用して、複数本の改良体で構成される造成体を造成することによって達成される。
【００２２】
また、前述した目的は、噴射管を回転させながら改良材を噴射する高圧噴射攪拌工法を利用して造成される地盤改良体であって、径が異なる複数種の扇形を組み合わせた形状で断面形状が構成されている地盤改良体によって達成される。
【００２３】
また、前述した目的は、噴射管を回転させながら改良材を噴射する高圧噴射攪拌工法を利用して造成され、複数本の地盤改良体の組み合わせで構成される造成体であって、径が異なる複数種の扇形を組み合わせた形状で改良体の断面形状が構成され、該改良体を複数本ラップ配置してなる造成体によって達成される。
【００２４】
なお、上記の地盤改良体および造成体において、改良体の前記断面形状は、小径の扇形と大径の扇形の少なくとも２種の組み合わせで構成され、小径の扇形からなる小径部と大径の扇形からなる大径部を有している。
この場合、有効壁厚が改良体の大径の0.7倍以下になるように造成されていることが好ましい。
また、改良体の小径が大径の0.2〜0.8倍に設定されていることが好ましい。
また、ａ：壁厚係数（有効壁厚／改良体の大径）
ｂ：小径係数（改良体の小径／大径）
においてａ／ｂが0.9以下であることが好ましい。
【００２５】
高圧噴射攪拌工法（ジェットグラウト工法）の最大径は、各工法の仕様（噴射圧力、吐出量、引き上げ速度、回転数など）により能力が決定される。そこで、小径の直径、有効壁厚を最大径で無次元化することにより、様々な壁厚、径の組み合わせの評価が可能となる。また、壁厚と最大径からピッチ（配置間隔）が決まるが、ピッチも最大径で無次元化した値（ピッチ比）で表すことにより、コラム・イン・コラムのリスクも評価できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る施工方法では、噴射管を回転させながら改良体を噴射する高圧噴射攪拌工法を利用し、径が異なる複数種の扇形を組み合わせた形状（多扇形）で改良体の断面形状が構成されるように造成する。
このように改良体の断面形状を多扇形で構成することで、余分な部分の面積（有効壁厚ｔを超える部分の体積）を減らすことができる。つまり、余剰率（改良体の有効面積（体積）に対する不要部分の面積（体積））が、円形や楕円形の場合よりも少なくなるため、改良材の使用量や排泥量を大幅に減らすことが可能となる。すなわち、円形改良や楕円改良よりも噴射量が減るので、その結果として、材料費や排泥費（産廃処理費）を大幅に縮減できる。
しかも、有効壁厚を具備する造成体を造成するためのピッチ（配置間隔）は、従来の円形と同じ間隔となるので（図１においてＬ３＝Ｌ１）、施工本数も従来の円形改良体と同じにすることが可能となる。つまり、楕円改良のように、削孔費を増加させることなく噴射量を低減することが可能となる。また、コラム・イン・コラムのリスクを低減することが可能となる。
このように本発明によれば、円形の改良体を造成する場合と同等のピッチ（配置間隔）を保ちつつ、造成する改良体の余分な部分の面積（有効壁厚ｔを超える部分の体積）を減らすことができる。したがって本発明は、円形の改良体を造成する場合のメリット（長いピッチ）と、楕円形の改良体を造成する場合のメリット（余分な部分の面積が減る）の両方を兼ね備えているといえる。
また、改良体の断面形状を多扇形にすることで、改良材の噴射時間が少なくなって従来よりも施工速度が速くなり、改良体１本あたりの造成時間が短くなって、工期短縮が可能となるといった格別の効果が達成される。したがって本発明によれば、必要な壁厚を具備する改良体を効率よく造成することができ、また、「複数本の改良体で構成される造成体」を効率よく構築することができる。
【００２７】
また、例えば、小径の扇形と大径の扇形の少なくとも２種の組み合わせからなる多扇形改良体を造成する場合には、有効壁厚に基づいて小径の扇形から中心角を決定し、残りの部分を大径の扇形にすることが好ましい。これにより、有効壁厚を満たす多扇形改良体を確実に造成することができる。
【００２８】
また本発明では、多扇形改良体の造成時に、噴射管の回転数を「断続的に変化」させて当該改良体の径をコントロールする。このように回転数を断続的に変化させることで、連続的に回転数を変化させる場合（つまり楕円形の改良体を造成する場合）よりも制御が簡単で装置構成が簡単となるため、施工機械や設備の大型化や、重量増加を抑えることができ、施工能率の低下を防ぐことができる。また、制御が簡単で装置構成が簡単なので、既存の施工機械に対して、簡単な改造で対応することができる。
【００２９】
また本発明では、好ましくは、有効壁厚が改良体の大径の0.7倍以下になるように、改良体を造成することが望ましい。
また、好ましくは、改良体の小径を大径の0.2〜0.8倍に設定することが望ましい。
また、好ましくは、ａ／ｂが0.9以下であることが望ましい。この場合、ａ：壁厚係数（有効壁厚／改良体の大径）、ｂ：小径係数（改良体の小径／大径）とする。
さらにａ≒ｂ2となるように設定することが望ましい。
このような条件設定で改良体を造成することで、効率の良い形状（有効壁厚ｔに対して余分な面積（体積）の少ない形状）となる。
【００３０】
また本発明において多扇形改良体は、好ましくは、径が異なる２〜５種類の扇形を組み合わせた形状で構成される。このような形状を採用して改良体を造成することで、噴射管の回転数の制御を複雑にすることなく、余分な部分の面積（有効壁厚ｔを超える部分の体積）を減らすことができる。
なお好ましくは、径が異なる３種類以上の扇形を組み合わせた形状で多扇形を構成することが望ましい。これにより、さらに余分な面積（体積）を減らすことが可能となる。
また、より好ましくは、３〜５種類の扇形を組み合わせた形状で多扇形を構成することが望ましい。３〜５種類の扇形を組み合わせた場合が、実用的で余剰率の低減幅が大きく、最も効率の良い形状（余分な面積（体積）の少ない形状）となる。
【００３１】
また本発明では、高圧噴射される改良材による地盤切削状態をモニタリングするようになっている。このモニタリングは、例えば、土層ごとに又は深度ごとに行う。これにより、改良体の断面形状を構成する各扇形の径や有効壁厚を確認することができ、設計どおりの改良体および造成体を造成することが可能になる。
【００３２】
また、本発明の地盤改良体および造成体によれば、改良材の使用量や排泥量を大幅に減らすことが可能となる。すなわち、円形改良や楕円改良よりも噴射量が減るので、その結果として、材料費や排泥費（産廃処理費）を大幅に縮減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る実施形態で造成する改良体を、従来技術と比較して示す図である。
【図２】本発明に係る実施形態で造成する改良体の断面形状の一例を示す図であって、径が異なる２種の扇形の組み合わせからなる改良体を示している。
【図３】本発明に係る実施形態で造成する改良体の断面形状の一例を示す図であって、径が異なる３種の扇形の組み合わせからなる改良体を示している。
【図４】本発明に係る実施形態で造成する改良体の断面形状の一例を示す図であって、径が異なる４種の扇形の組み合わせからなる改良体を示している。
【図５】本発明に係る実施形態で造成する改良体の断面形状の一例を示す図であって、径が異なる５種の扇形の組み合わせからなる改良体を示している。
【図６】本発明に係る改良体および造成体の他の実施形態を示す図である。
【図７】改良体造成時における噴射管回転数の変化を示すグラフである。
【図８】本発明に係る造成体の一例である壁状造成体を示す平面図であって、図８(a)は大小２種の扇形の組み合わせからなる改良体を複数本ラップ配置してなる壁状造成体を示しており、図８(b)は３種の扇形の組み合わせからなる改良体を複数本ラップ配置してなる壁状造成体を示しており、図８(c)は改良体を円形に沿って複数本ラップ配置してなる平面視円形の壁状造成体を示している。
【図９】本発明に係る造成体の一例である面状造成体を示す平面図であって、大小２種の扇形の組み合わせからなる改良体を複数本ラップ配置してなる面状造成体を示している。
【図１０】本発明を実施する際に用いるモニタリング装置の構成例を示す図である。
【図１１】断面円形の改良体（比較例１）に関するシミュレーションでの条件設定と結果を示す図である。
【図１２】断面楕円形の改良体（比較例２）に関するシミュレーションでの条件設定と結果を示す図である。
【図１３Ａ】断面多扇形の改良体（実施例）に関するシミュレーションでの条件設定と結果を示す図である。
【図１３Ｂ】断面多扇形の改良体（実施例）に関するシミュレーションでの条件設定と結果を示す図である。
【図１４Ａ】図１１〜図１３に記載された余剰率［余剰量（Ａｊｇ−Ａｗ）／壁面積Ａｗ］と、壁厚係数ａ（ａ＝ｔ／Ｄ１）の関係を示すグラフである。
【図１４Ｂ】図１４Ａに図示された結果のなかから、円形改良体（比較例１）と楕円形改良体（比較例２）に関する結果を抜き出したグラフである。
【図１４Ｃ】図１４Ａに図示された結果のなかから、円形改良体（比較例１）と多扇形改良体（実施例）に関する結果を抜き出したグラフである。
【図１５】図１１〜図１３に記載された壁厚係数ａ（ａ＝ｔ／Ｄ１）とピッチ比（Ｌ／Ｄ１）との関係を示すグラフである。
【図１６】図１１〜図１３に記載された壁厚係数ａ（ａ＝ｔ／Ｄ１）と本数比との関係を示すグラフである。
【図１７】図１３Ｂに記載された多扇形改良体（実施例）に関する小径係数ｂ（ｂ＝Ｄ２／Ｄ１）と余剰率比との関係を示すグラフである。
【図１８】図１３Ｂに記載された多扇形改良体（実施例）に関する「壁厚係数ａ／小径係数ｂ」と余剰率比との関係を示すグラフである。
【図１９】図１３Ｂに記載された多扇形改良体（実施例）に関する「小径係数ｂの２乗ｂ２」と余剰率比との関係を示すグラフである。
【図２０】高圧噴射攪拌工法による地盤改良の様子を示す工程図である。
【図２１】高圧噴射攪拌工法で造成する改良体の配置例を示す図である。
【図２２】従来の高圧噴射攪拌工法で造成する改良体の形状を示す図である。
【図２３】従来の高圧噴射攪拌工法で造成する改良体の形状を示す図である。
【図２４】改良体造成時における噴射管回転数の変化を示すグラフである。
【図２５】従来の高圧噴射攪拌工法で造成する改良体の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
この出願では必要に応じて、高圧噴射攪拌工法で造成する１本１本の柱状の地盤改良体を「改良体」と称する。また、ラップ配置で造成された複数本の改良体からなる構造物を「造成体」と称する。
【００３５】
高圧噴射攪拌工法に関する本発明では、噴射管を回転させつつ同時に改良材（硬化材）を高圧噴射して設計形状の改良体（地盤改良体）を造成し、このプロセスを削孔ポイントを変えて複数回繰り返すことで、複数本の改良体で構成される造成体を造成する。造成体の具体例としては、例えば、後述する実施形態で挙げる壁状造成体のほか、面状造成体、格子状造成体などが挙げられる。
【００３６】
また、本発明に係る造成体を構成する改良体の断面形状は、径が異なる複数種の扇形を組み合わせた形状で構成される。このような改良体を複数本ラップ配置させることで造成体が構成される。ラップ配置とは、隣接する改良体を部分的にオーバーラップさせる配置をいう。
【００３７】
造成体を構成する改良体を造成する際には、図２〜図５に例示するように、径が異なる複数種の扇形を、それぞれの扇形の中心角部（要の部分）で組み合わせた形状で改良体の断面形状（断面の輪郭形状）が構成されるように造成する。なお、図２(b)〜図５(b)に例示する実施形態では、改良体の断面形状を構成する扇形の中心角の和は３６０°である。つまり、中心角の和が３６０°になるような扇形の組み合わせによって、改良体断面の輪郭形状が構成される。ただし、中心角の和は３６０°に限らず、図６(a)に例示するように、施工条件に応じて３６０°未満の角度も適宜選択することができる。また、図６(a)(b)(c)に例示するように、扇形の組み合わせは点対称の形状に限らず、必要な壁厚や形状に応じて適宜選択することができる。
【００３８】
なお、本実施形態で造成する改良体の断面形状（径が異なる複数種の扇形を組み合わせた全体の輪郭形状）を、必要に応じて「多扇形」と称する。多扇形（マルチファン形状）とは、複数種の扇形を組み合わせて構成される形状（輪郭形状）を意味する。
【００３９】
以下、高圧噴射攪拌工法を利用して壁状造成体を造成する場合を具体例として挙げ、本発明の具体的実施形態について説明する。
【００４０】
（図面に記載された実施形態の説明）
図１に、本実施形態で造成する改良体を従来技術と比較して示す。
図１(a)(b)は、図１に示す従来技術と同一の断面図であり、図１(c)は、本実施形態で造成する改良体を示す断面図である。
【００４１】
図１に記載した符号はそれぞれ次のサイズを示している。
ｔ：有効壁厚（設計上最低限必要とされる壁厚）
Ｄ１：円形改良体の直径、楕円形改良体の長径、多扇形改良体の大径部分の径
Ｄ２：楕円形改良体の短径、多扇形改良体の小径部分の径
Ｌ１：従来技術（円形）の改良体の造成ピッチ（配置間隔）
Ｌ２：従来技術（楕円形）の改良体の造成ピッチ（配置間隔）
Ｌ３：本実施形態（多扇形）の改良体の造成ピッチ（配置間隔）
なお、図１に示す実施形態および従来技術は、同じ条件の現場で有効壁厚ｔを満たす改良体および壁状造成体を造成することを想定している。したがって、図１(a)(b)(c)において有効壁厚ｔは共通している。
改良体の有効壁厚ｔは、図１に示されるように、改良体が包含する最大矩形断面の短辺側の厚みを指している。有効壁厚ｔは壁状造成体を構築する上で最低限必要とされるサイズであって、壁厚ｔを超えて造成された改良体部分は、仮に無くても機能的に問題がない余分な部分（余剰部分）となる。勿論、この余分な部分があっても、造成する壁状造成体の機能を損ねることはない。
また、図１に示す実施形態および従来技術は、使用する施工機械のスペックが共通しており、その施工機械で造成できる最大改良径はＤ１であると仮定する。したがって、図１(a)の円形改良体の直径、図１(b)の楕円形改良体の長径、図１(c)の多扇形改良体の最大径は、すべてＤ１である。
【００４２】
図１(a)に示す従来技術において、図１(a)左図は、有効壁厚ｔ、所定ピッチＬ１で造成されるラップ配置の円形改良体を示している。
図１(a)中央図は、円形改良体の単体と、その内側で有効壁厚ｔが確保される矩形部分（改良体内側の最大矩形断面）との関係を示している。
図１(a)右図は、円形改良体の内側であって、有効壁厚ｔを超える余分な部分（余剰部分）の断面を示している。
【００４３】
図１(b)に示す従来技術において、図１(b)左図は、有効壁厚ｔ、所定ピッチＬ２で造成されるラップ配置の楕円形改良体を示している。
図１(b)中央図は、楕円形改良体の単体と、その内側で有効壁厚ｔが確保される矩形部分（改良体内側の最大矩形断面）との関係を示している。なお、図１(b)中央図には、同じ施工機械を使って円形改良体を造成した場合の輪郭を破線で示す。同図から明らかなように、同じ現場で同じスペックの施工機械を使用する場合、造成できる改良体の最大径に変わりはない。
図１(b)右図は、楕円形改良体の内側であって、有効壁厚ｔを超える余分な部分（余剰部分）の断面を示している。なお、図１(b)右図において、改良体の断面形状を円形から楕円形に変えることで無くなった余剰部分の断面を右上ハッチングで示す。
【００４４】
図１(c)に示す本発明の実施形態において、図１(c)左図は、有効壁厚ｔ、所定ピッチＬ３で造成されるラップ配置の多扇形改良体を示している。
図１(c)中央図は、多扇形改良体の単体と、その内側で有効壁厚ｔが確保される矩形部分（改良体内側の最大矩形断面）との関係を示している。なお、図１(c)中央図には、同じ施工機械を使って円形改良体を造成した場合の輪郭を破線で示す。同図から明らかなように、同じ現場で同じスペックの施工機械を使用する場合、造成できる改良体の最大径に変わりはない。
図１(c)右図は、多扇形改良体の内側であって、有効壁厚ｔを超える余分な部分（余剰部分）の断面を示している。なお、図１(c)右図において、改良体の断面形状を円形から多扇形に変えることで無くなった余剰部分の断面を右上ハッチングで示す。
【００４５】
また、本実施形態で造成する改良体を図２に示す。同図に示す実施形態は、図１(c)に示す実施形態に対応している。
図２(a)は、多扇形の断面形状を有する改良体の一例を示す断面図である。
図２(b)は、図２(a)の改良体断面形状を構成する複数種の扇形を可視化した図であって、径が異なる２種の扇形（大径の扇形と小径の扇形）の組み合わせによって、改良体の断面形状の輪郭が構成されていることを示す図である。
【００４６】
図２に示すような、大径の扇形と小径の扇形の２種の組み合わせからなる多扇形改良体を造成する場合には、有効壁厚ｔに基づいて小径の扇形から中心角を決定し、残りの部分を大径の扇形にすることが好ましい。これにより、有効壁厚を満たす多扇形改良体を確実に造成することができる。
【００４７】
なお、図２(b)では、改良体の断面形状の構成（扇形の組み合わせパターン）が理解し易いように、便宜上、各扇形の輪郭を個別に明示しているが、実際に造成される改良体の内側には図２(b)に示すような境界線（図２(b)中央の×状の境界線）が形成されることはない。
【００４８】
次に、図１(a)に示す円形改良体と、図１(c)に示す多扇形改良体を比較して分かる本実施形態のメリットについて説明する。
【００４９】
図１(a)に示す円形改良体は径Ｄ１で造成され、その断面の内側には、壁厚ｔ×横幅Ｌ１の矩形領域が確保されている。すなわち、径Ｄ１の円形改良体をピッチＬＩで必要本数造成するとともに、隣接改良体が所定長さ（Ｄ１−Ｌ１）に渡ってオーバーラップするようにラップ配置で造成することで、有効壁厚ｔを満たす壁状造成体を設計長造成することができる。ただし、図１(a)右図に示すように、円形改良体の内側には、有効壁厚ｔを超える余分な部分（余剰部分）が形成される。
【００５０】
一方、図１(c)に示す多扇形改良体は大径Ｄ１，小径Ｄ２で造成され、その断面の内側には、壁厚ｔ×横幅Ｌ３（Ｌ３＝Ｌ１）の矩形領域が確保されている。すなわち、大径Ｄ１，小径Ｄ２の多扇形改良体をピッチＬ３で必要本数造成するとともに、隣接改良体が所定長さ（Ｄ１−Ｌ３）に渡ってオーバーラップするようにラップ配置で造成することで、壁厚ｔ以上の壁状造成体を設計長造成することができる。ただし、この実施形態においても、図１(c)右図に示すように、円形改良体の内側には、少量ではあるが有効壁厚ｔを超える余分な部分（余剰部分）が形成される。
【００５１】
そして、図１(a)に示す円形改良体と、図１(c)に示す多扇形改良体を比較すると、余剰部分が明らかに減っていることが分かる。しかも、造成される改良体の内側に、同じサイズの壁厚ｔ×横幅Ｌ３（Ｌ３＝Ｌ１）の最大断面積が確保されるのがわかる。つまり、必要な壁厚ｔを具備する壁状造成体を造成するための改良体ピッチは、同じ間隔となる（図１においてＬ３＝Ｌ１である）ので、円形改良体を多扇形改良体に変えても施工本数が変わることがない。
【００５２】
次に、図１(b)に示す楕円形改良体と、図１(c)に示す多扇形改良体を比較して分かる本実施形態のメリットについて説明する。
【００５３】
図１(b)に示す楕円形改良体は長径Ｄ１，短径Ｄ２で造成され、その断面の内側には、壁厚ｔ×横幅Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ１）の矩形領域が確保されている。すなわち、長径Ｄ１，短径Ｄ２の楕円形改良体をピッチＬ２で必要本数造成するとともに、隣接改良体が所定長さ（Ｄ１−Ｌ２）に渡ってオーバーラップするようにラップ配置で造成することで、壁厚ｔ以上の壁状造成体を設計長造成することができる。ただし、図１(b)右図に示すように、楕円形改良体の内側には、有効壁厚ｔを超える余分な部分（余剰部分）が形成される。
【００５４】
一方、図１(c)に示す多扇形改良体は大径Ｄ１，小径Ｄ２で造成され、その断面の内側には、壁厚ｔ×横幅Ｌ３（Ｌ３＝Ｌ１）の矩形領域が確保されている。すなわち、大径Ｄ１，小径Ｄ２の多扇形改良体を造成ピッチＬ３で必要本数造成するとともに、隣接改良体が所定長さ（Ｄ１−Ｌ３）に渡ってオーバーラップするようにラップ配置で造成することで、壁厚ｔ以上の壁状造成体を設計長造成することができる。ただし、この実施形態においても、図１(c)右図に示すように、円形改良体の内側には、少量ではあるが有効壁厚ｔを超える余分な部分（余剰部分）が形成される。
【００５５】
そして、図１(b)に示す楕円形改良体と、図１(c)に示す多扇形改良体を比較すると、楕円形改良体の場合では、壁厚ｔを確保できる最大矩形断面の面積が「ｔ×Ｌ２」であるのに対し、多扇形改良体の場合では、壁厚ｔを確保できる最大矩形断面の面積が「ｔ×Ｌ３」である（Ｌ３＞Ｌ２，Ｌ３＝Ｌ１）。つまり、多扇形改良体の内側には、円形改良体の場合と同じサイズの断面矩形領域を確保できるので、楕円形改良体の場合のように造成ピッチが短くなることがなく、施工本数が増えることがない。（円形改良体を楕円形改良体に変えた場合には、造成ピッチが短くなって、施工本数が増える。）
【００５６】
したがって上述した比較結果から、本発明によれば、円形の改良体を造成する場合のメリット（長い造成ピッチ）と、楕円形の改良体を造成する場合のメリット（余分な部分の面積（体積）の減少）の両方を同時に達成できることが分かる。
【００５７】
なお、上述した実施形態では、径が異なる２種の扇形（大径の扇形と小径の扇形）の組み合わせによって改良体の断面形状が構成される場合を例示したが、本発明に係る多扇形改良体の態様はこれに限定されない。多扇形改良体の他の実施形態を図３〜図５に示す。
【００５８】
図３(a)は、多扇形の断面形状を有する改良体の別の例を示す断面図である。
図３(b)は、図３(a)の改良体断面形状を構成する複数種の扇形を可視化した図であって、径が異なる３種の扇形の組み合わせによって、改良体の断面形状の輪郭が構成されていることを示す図である。
【００５９】
図４(a)は、多扇形の断面形状を有する改良体の別の例を示す断面図である。
図４(b)は、図４(a)の改良体断面形状を構成する複数種の扇形を可視化した図であって、径が異なる４種の扇形の組み合わせによって、改良体の断面形状の輪郭が構成されていることを示す図である。
【００６０】
図５(a)は、多扇形の断面形状を有する改良体の別の例を示す断面図である。
図５(b)は、図５(a)の改良体断面形状を構成する複数種の扇形を可視化した図であって、径が異なる５種の扇形の組み合わせによって、改良体の断面形状の輪郭が構成されていることを示す図である。
【００６１】
なお、図２(b)、図３(b)、図４(b)、図５(b)では、改良体の断面形状の構成（扇形の組み合わせパターン）が理解し易いように、便宜上、各扇形の輪郭を個別に明示しているが、実際に造成される改良体の内側には同図に示すような境界線が形成されることはない。
【００６２】
また、本発明に係る多扇形改良体を図２〜図５に例示したが、好ましくは、径が異なる３種類以上の扇形を組み合わせた形状で多扇形を構成することが望ましい。これにより、さらに余分な面積（体積）を減らすことが可能となる。ただし、扇形の種類が多くなるほど余分な面積は少なくなるが、より細かな制御が必要となる。このため、より好ましくは、３〜５種類の扇形を組み合わせた形状で多扇形を構成することが望ましい。３〜５種類の扇形を組み合わせた場合が実用的で最も効率のよい形状（余分な面積（体積）の少ない形状）となる。
【００６３】
（改良体の造成方法）
従来より実施されている高圧噴射攪拌工法の施工手順については、図２０に基づいて前述したとおりである。この高圧噴射攪拌工法を利用して円形の改良体（従来の改良体）を造成する場合、図７に示すとおり、噴射管の回転数は一定である。また、楕円形の改良体（従来の改良体）を造成する場合、噴射管の回転数を連続的に変化させる。具体的には図７に示すとおり、曲線（サインカーブ）を描くように回転数を連続的に変化させる。つまり、噴射管の回転数が無段階で変化する。
【００６４】
一方、本実施形態に係る多扇形改良体を造成する場合、噴射管の回転数（回転速度）を断続的に変化させる。具体的には図７に示すとおり、矩形波を描くように回転数を断続的に変化させて、造成する多扇形改良体の径をコントロールする。ここでいう「断続的」とは、言い換えると、回転数が階段状に変化すること、あるいは、複数の段階で段階的に変化することを意味している。
【００６５】
例えば図２に例示する大小２種の扇形の組み合わせからなる多扇形の改良体を造成する場合には、図７に示すように、噴射管の回転数をmin（低速）とmax（高速）の間で２段階で断続的に変化させる。同様に、図３に例示する３種の扇形の組み合わせからなる多扇形の改良体を造成する場合には、噴射管の回転数を３段階で断続的に変化させる。図４に例示する４種の扇形の組み合わせからなる多扇形の改良体を造成する場合には、噴射管の回転数を４段階で断続的に変化させる。図５に例示する５種の扇形の組み合わせからなる多扇形の改良体を造成する場合には、噴射管の回転数を５段階で断続的に変化させる。
【００６６】
なお、本発明に基づいて多扇形の改良体を造成する場合、改良材は、噴射管を回転させているときに該噴射管の先端に取り付けられた噴射ノズルから高圧噴射する。つまり、噴射管が連続的に回転し続ける（ただし噴射管の回転数は断続的に変化する）状態で、改良材が高圧噴射される。したがって、改良材が高圧噴射されるときには、噴射管は回転し続けている。このように、噴射管を回転させつつ同時に改良材を高圧噴射することで、改良材の到達範囲内で三次元的に撹拌混合を行うことができ、効率的に均質な改良体を構築することができるといった格別の効果が達成される。
【００６７】
上述した方法により、多扇形改良体をラップ配置で且つ平面視で線状に繋がるように複数本造成することで、図８(a)(b)(c)の平面図に例示するような壁状造成体が造成される。なお、本発明の適用範囲は、必ずしも図８に示すような壁状造成体の造成に限定されるものではなく、複数本の改良体の組み合わせで構成されるあらゆる造成体の造成に適用することができる。例えば図９に示すような面状造成体を造成する際にも、本発明を適用することができる。図９に示す面状造成体は、複数本の多扇形改良体をラップ配置で且つ平面視で面状に繋がるように造成することで構築されている。
【００６８】
（地盤切削状態のモニタリング）
本発明に係る高圧噴射攪拌工法において、造成する各改良体の径（改良径）をコントロールするためには、噴射管からの改良材噴流による地盤切削状態（改良材噴流による地盤切削距離）をリアルタイムで把握することが好ましい。そこで、例えば試験施工のプロセスにおいて、図１０に示すモニタリング装置１を用いて試験施工を行う。
【００６９】
この試験施工のプロセスでは、噴射管から高圧噴射される改良材による地盤切削状態をモニタリングし、所望の改良径が確保されるように噴射管の回転数（回転速度）をリアルタイムで調節して最適値に設定する。
【００７０】
かかる地盤切削状態のリアルタイムでのモニタリングを行うために、図１０に示すモニタリング装置１を用いる。図１０は、モニタリング装置１を用いた試験施工全体の様子を示している。
【００７１】
図１０に示すように、モニタリング装置１は、
・計測センサー２１を備えた下限値測定用計測管２４（建込み管）と、
・計測センサー３１を備えた上限値測定用計測管３４（建込み管）と、
・計測センサー２１，３１を前記計測管内に吊り下げる吊りケーブル２２，３２と、
・この吊りケーブルを介して計測センサー２１，３１を上げ下げするための巻上げ装置２５，３５と、
・計測センサー２１，３１によって計測されたデータを記録するとともに当該計測データを利用して情報処理などを行う情報処理装置４を有している。
【００７２】
吊りケーブル２２，３２は、計測管２４，３４内で計測センサー２１，３１を吊設する役割を担っている。この吊りケーブル２２，３２は、地表側に設置された巻上げ装置２５，３５に巻上げ・繰り出し可能に取り付けられている。噴射管７の下降・上昇に伴って巻上げ装置２５，３５を作動させることで、噴射管７の動きに追従するように計測管内の計測センサー２１，３１を上げ下げすることができる。
【００７３】
このモニタリング装置１を用いた試験施工のプロセスでは、はじめに、設計改良径の下限値および上限値の地点（例えば改良体の中心から距離ｒAおよび距離ｒBの地点）に縦孔を削孔し、図１０に示すように各削孔部に下限値測定用計測管２４と上限値測定用計測管３４を建て込む。建て込まれた計測管２４，３４には、改良材噴流による地盤切削距離を把握するための計測センサー２１，３１が内装されている。
【００７４】
続いて試験施工を開始し、その過程で土層又は深度ごとに計測センサー２１，３１を利用して地盤切削状態をモニタリングする。そして、土層又は深度ごとの仕様として、下限値側の計測センサー２１で検知され、上限値側の計測センサー３１で検知されないような回転数（回転速度）に設定する。
【００７５】
なお、上述した実施形態では、１地点（改良体の中心から距離ｒAおよび距離ｒBの地点）について地盤切削状態をモニタリングしているが、モニタリングする地点は必ずしも１地点に限定されず、複数地点についてモニタリングすることも可能である。複数地点についてモニタリングする場合には、計測センサー２１，３１や計測管２４，３４などを複数セット用意し、それぞれをモニタリングが必要な箇所に設置する。
【実施例】
【００７６】
次に本発明の具体的実施例について説明する。
【００７７】
同じ現場で同じ施工機械を使用することを前提として、断面形状の異なる複数タイプの改良体と壁状造成体を造成するシミュレーションを実施した。このシミュレーションでは、表１に示す比較例・実施例について効果を検証した。
【００７８】
【表１】
0005904460.tif 000002
【００７９】
シミュレーションでの条件設定と結果の詳細は、図１１〜図１３に示すとおりである。
【００８０】
図１１は、断面円形の改良体（比較例１）に関するシミュレーションでの条件設定と結果を示している。
断面円形の改良体（比較例１）に係るシミュレーションでは、直径Ｄ１の値を１に固定し、有効壁厚ｔについて複数の条件を設定した。また、シミュレーションにより導き出した余剰率、ピッチ比、本数比を結果とした。
【００８１】
図１２は、断面楕円形の改良体（比較例２）に関するシミュレーションでの条件設定と結果を示している。
断面楕円形の改良体（比較例２）に係るシミュレーションでは、長径Ｄ１の値を１に固定し、短径Ｄ２、有効壁厚ｔについて複数の条件を設定した。また、シミュレーションにより導き出した余剰率、ピッチ比、本数比を結果とした。
【００８２】
図１３は、断面多扇形の改良体（実施例）に関するシミュレーションでの条件設定と結果を示している。
断面多扇形の改良体（実施例）に係るシミュレーションでは、大径Ｄ１の値を１に固定し、短径Ｄ２、有効壁厚ｔについて複数の条件を設定した。また、シミュレーションにより導き出した余剰率、余剰比、ピッチ比、本数比を結果とした。
【００８３】
（シミュレーション結果のポイント）
図１１〜図１３に示すシミュレーション結果のうち、本発明の効果を検証する上でポイントとなるものを、図１４〜図１９においてグラフで示した。
【００８４】
図１４Ａは、図１１〜図１３に記載された余剰率［余剰量（Ａｊｇ−Ａｗ）／壁面積Ａｗ］と、壁厚係数ａ（ａ＝ｔ／Ｄ１）との関係をグラフ化したものである。
図１４Ｂは、図１４Ａに図示された結果のなかから、円形改良体（比較例１）と楕円形改良体（比較例２）に関する結果を抜き出してグラフ化したものである。
図１４Ｃは、図１４Ａに図示された結果のなかから、円形改良体（比較例１）と多扇形改良体（実施例）に関する結果を抜き出してグラフ化したものである。
【００８５】
図１５は、図１１〜図１３に記載された壁厚係数ａ（ａ＝ｔ／Ｄ１）とピッチ比（Ｌ／Ｄ１）との関係をグラフ化したものである。
【００８６】
図１６は、図１１〜図１３に記載された壁厚係数ａ（ａ＝ｔ／Ｄ１）と本数比との関係をグラフ化したものである。本数比とは、円形改良体（比較例１）を基準とした比率であって、一定区間内で造成する改良体本数の増減の比率を示す。
【００８７】
図１７は、図１３に記載された多扇形改良体（実施例）に関する小径係数ｂ（ｂ＝Ｄ２／Ｄ１）と余剰率比との関係をグラフ化したものである。余剰率比とは、円形改良体（比較例１）の余剰率を基準とした比率である。
【００８８】
図１８は、図１３に記載された多扇形改良体（実施例）に関する「壁厚係数ａ／小径係数ｂ」と余剰率比との関係をグラフ化したものである。
【００８９】
図１９は、図１３に記載された多扇形改良体（実施例）に関する「小径係数ｂの２乗ｂ２」と余剰率比との関係をグラフ化したものである。
【００９０】
（図１４〜図１９に基づく考察）
図１４Ａ〜図１４Ｃに示すシミュレーション結果によれば、改良体の断面形状が多扇形になるように造成することで、円形改良体よりも遥かに低い余剰率を達成することができ、且つ、楕円形改良体と比較して遜色ない低い余剰率を達成できることが確認された。
特に、壁状造成体の有効壁厚ｔが、多扇形改良体の大径Ｄ１の0.7倍以下になるように、多扇形改良体を造成することで、より低い余剰率を達成でき、改良体を効率的に造成できることが確認された。
【００９１】
図１５および図１６に示すシミュレーション結果によれば、同一現場・同一区間内において複数本の改良体を造成する場合、円形改良体・多扇形改良体のどちらを選択しても、造成ピッチに変わりはなく、造成する本数は変わらないことが確認された。一方、楕円形改良体を選択する場合には、円形改良体・多扇形改良体と比較して、造成ピッチが小さくなり、造成する本数が増えることが確認された。
したがって、多扇形改良体に係る本発明によれば、円形改良体よりも低い余剰率を達成できると同時に、円形改良体を同じ造成ピッチを保つことができる（造成する本数をたもつことができる）ことが分かった。
【００９２】
図１７に示すシミュレーション結果によれば、多扇形改良体の小径を大径の0.2〜0.8倍に設定することで、造成される改良体の余剰率比を効果的に低減できることが確認され、改良体を効率的に造成できることが確認できた。
【００９３】
図１８に示すシミュレーション結果によれば、
ａ：壁厚係数（有効壁厚／改良体の大径）
ｂ：小径係数（改良体の小径／大径）
においてａ／ｂが0.9以下になるように多扇形改良体を造成することで、余剰率比の低下が認められ、改良体を効率的に造成できることが確認された。
【００９４】
図１９に示すシミュレーション結果によれば、
ｂ：小径係数（改良体の小径／大径）
においてａ≒ｂ2になるように多扇形改良体を造成することで、各壁厚係数ａに対し最も余剰率比が小さくなることが認められ、改良体を効率的に造成できることが確認された。
【符号の説明】
【００９５】
１      モニタリング装置
４      情報処理装置
５      改良材噴流
６      施工機
７      噴射管
２１    計測センサー
２２    吊りケーブル
２４    下限値測定用計測管（建込み管）
２５    巻上げ装置
３１    計測センサー
３２    吊りケーブル
３４    上限値測定用計測管（建込み管）
３５    巻上げ装置
【要約】
【課題】造成する改良体のピッチを狭めることなく、有効壁厚を超える余分な部分を可能な限り減らすことができ、しかも改良体造成時の機械制御が簡単な施工方法を提供する。
【解決手段】高圧噴射攪拌工法を利用して複数本の改良体で構成される造成体を造成する場合において、径が異なる複数種（好ましくは２〜５種類程度）の扇形を組み合わせた形状で改良体の断面形状が構成されるように、各改良体を造成する。改良体の断面形状は、小径の扇形と大径の扇形の少なくとも２種の組み合わせで構成され、小径の扇形からなる小径部と大径の扇形からなる大径部を有し、有効壁厚に対して小径の扇形から中心角を決定する。改良体を造成するときには、噴射管の回転数を断続的に変化させることによって、該改良体の径をコントロールする。その際、高圧噴射される改良材による地盤切削状態をモニタリングし、改良体径や有効壁厚を確認してもよい。
【選択図】図１【図１】
0005904460.tif 000003
【図２】
0005904460.tif 000004
【図３】
0005904460.tif 000005
【図４】
0005904460.tif 000006
【図５】
0005904460.tif 000007
【図６】
0005904460.tif 000008
【図７】
0005904460.tif 000009
【図８】
0005904460.tif 000010
【図９】
0005904460.tif 000011
【図１０】
0005904460.tif 000012
【図１１】
0005904460.tif 000013
【図１２】
0005904460.tif 000014
【図１３Ａ】
0005904460.tif 000015
【図１３Ｂ】
0005904460.tif 000016
【図１４Ａ】
0005904460.tif 000017
【図１４Ｂ】
0005904460.tif 000018
【図１４Ｃ】
0005904460.tif 000019
【図１５】
0005904460.tif 000020
【図１６】
0005904460.tif 000021
【図１７】
0005904460.tif 000022
【図１８】
0005904460.tif 000023
【図１９】
0005904460.tif 000024
【図２０】
0005904460.tif 000025
【図２１】
0005904460.tif 000026
【図２２】
0005904460.tif 000027
【図２３】
0005904460.tif 000028
【図２４】
0005904460.tif 000029
【図２５】
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