(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を掘削して掘削穴を掘削し、この掘削された掘削土と地盤改良材を混合して、前記掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良装置であって、
回転駆動装置により回転駆動され、前記地盤改良材を吐出させるための吐出孔を有する単体軸と、
前記単体軸に固定され、前記掘削穴内の前記掘削土と前記地盤改良材を攪拌する翼体と、
前記単体軸の地盤底側の端部に設けられ、複数の掘削刃を有して前記掘削穴を掘削する削穴ビットと、
前記単体軸に回転自在に設けられ、外周端部が前記掘削穴の周壁に係合して回転が止められ、前記翼体及び前記削穴ビットの回転と相対回転して掘削された前記掘削土を前記地盤改良材とともに混合攪拌させる供回り防止翼と
からなる地盤改良装置において、
前記地盤又は前記掘削土と前記地盤改良材を混合した改良土の物性を測定するために、前記供回り防止翼に設置された電極及び前記電極と接続された測定手段であって、前記地盤の比抵抗である第１比抵抗、及び／又は、前記改良土の比抵抗である第２比抵抗を測定して測定信号を出力するための比抵抗測定手段と、
前記比抵抗測定手段に接続され、前記測定信号を地上又は前記単体軸の上部に伝達するための通信手段とからなり、
前記電極は、前記掘削穴の外周の前記地盤の前記比抵抗を計測するために、前記掘削穴の外周に位置する前記供回り防止翼の部分に設置されている
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記比抵抗検知装置は、
前記通信手段から前記測定信号を受信し、前記第１比抵抗及び／若しくは前記第２比抵抗、並びに／又は、前記第１比抵抗及び／若しくは前記第２比抵抗の変化率から、前記地盤又は前記改良土の前記物性を判定して判定結果信号を出力するための判定手段と、
前記判定結果信号を表示器に表示する表示手段と
からなることを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項３】
請求項２に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記判定手段は、前記第１比抵抗及び／若しくは前記第２比抵抗の絶対値、又は、前記第１比抵抗及び／若しくは前記第２比抵抗の変化率で判定する
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記比抵抗測定手段は、前記電極で検知した前記測定信号のアナログデータをディジタルデータに変換して前記通信手段へ送信するデータ処理手段を有する
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項５】
請求項１ないし３の中から選択される１項に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記電極は、前記改良土の前記比抵抗を計測するために、前記掘削穴内に位置する前記供回り防止翼の部分に設置されている
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項６】
請求項４に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記比抵抗検知装置は、
前記単体軸の上部に配置され、前記測定信号を前記通信手段から受信して、前記測定信号を無線信号に変換し、前記判定手段へ送信するための無線通信手段を備える
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項７】
請求項６に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記通信手段は、（ａ）前記単体軸の下端の中に設置され、前記比抵抗測定手段からの前記測定信号を受信する受信手段と、（ｂ）前記単体軸の中のパイプ間の中空部を通って前記受信手段と前記無線通信手段を接続させ、前記測定信号を前記受信手段から前記無線通信手段に伝達するための電線と
からなることを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項８】
請求項６に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記通信手段は、前記単体軸の下端の中に設置され、前記比抵抗測定手段に接続されて、前記測定信号を前記比抵抗測定手段から受信し、前記無線通信手段に無線通信で伝達するため無線中継手段である
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項９】
請求項８に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記通信手段は、近距離無線通信規格のZigBee（登録商標）規格に準拠したZigBee Coordinator及びZigBee End Device、又はZigBee Coordinator、ZigBee Router及びZigBee End Deviceである
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記通信手段は、近距離無線通信規格のBluetooth（登録商標）規格に準拠した
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項１１】
請求項６に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記無線通信手段は、回転している前記単体軸内へ連続的に地盤改良材を送るために前記単体軸の上端に固定されたウォータースイベルに配置されている
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記電線は、前記単体軸の接続部分で、電磁式の接続端子で接続されている
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項１３】
請求項６に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記通信手段は、前記無線通信手段と磁界共振結合で通信するためのもので、第２コイルからなり、
前記無線通信手段は、前記通信手段と磁界共振結合で通信するためのもので、第１コイルからなる無線信号受信手段を備えている
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記第１コイルは、前記単体軸内へ連続的に前記地盤改良材を送るために前記単体軸の上端に固定されたウォータースイベル、又は前記地盤改良材を供給するホース係止部材に巻かれて設置されており、
前記第２コイルは、前記供回り防止翼で前記単体軸の外周に位置するように巻かれて配置されている
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４の中から選択される１項に記載の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、
前記供回り防止翼が十字型である
ことを特徴とする地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置に関する。詳しくは、本発明は、供回り防止翼と攪拌翼を有する地盤改良装置において、地盤の変化を監視するための地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置に関する。更に詳しくは、地盤改良掘削土の比抵抗を検知して監視することで、地盤の変化を監視するための地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良を行うための工法として種々の方式が提案されているが、地盤に掘削穴を形成し、その掘削穴の掘削土にセメント等の凝固材を注入し、攪拌翼で混合攪拌し固化させて杭等の地盤改良柱を形成する工法が知られている。その施工時に、特に攪拌翼と改良土が一体となって塊状になり供回りすることがある。この供回りを防止するために、回転ロッド上の軸受で自由回転できる構造にした供回り防止翼を設け、施工時にこの供回り防止翼を掘削穴の壁面に固定する工法も知られている。【０００３】
このような状況の中で、攪拌翼で凝固剤と掘削土を混合攪拌するとき、地盤の性質がどのように変化しているか、掘削土と地盤改良材が適切に撹拌されているかを把握したいという要望がある。掘削翼と下部攪拌翼との間における中空ロッドの周面に、比抵抗測定センサーを設置して、この近傍の比抵抗を測定することで、リアルタイムで掘削土と固化材との混合状態が把握することが提案されている（特許文献１）。【０００４】
地盤をその比抵抗（電気抵抗）を用いて地盤の物性を測定する技術は、石油、温泉の掘削、地下水の調査等に一般的に利用されている公知技術である。比抵抗を用いて地盤の物性を比抵抗で測定するとき、基本的に２本の電極を測定対象箇所に設置して電流を流し、その周囲に設置した別の２本の電極で電位を計測する。測定した電流と電圧から、オームの法則等を用いて抵抗値を求める。抵抗値は、その電極間の物性等によって変わるため、地盤の物性の測定に比抵抗値が用いられている。電極間の距離と地盤の種類が同じ場合、水分等の他の条件が同じ場合は、比抵抗が同じになる。この比抵抗の変化から地盤の種類等を特定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のものは、中空ロッドの周面に、比抵抗測定センサーを設置されており、これはロッドが常に回転しながら地盤改良材と接触しているので、比抵抗測定センサーが摩耗、又は剥がれる問題がある。また、比抵抗測定センサーと電極が中空ロッドの周面に隣接して設置されているため、地盤の比抵抗測定センサーが互いに距離的に近く、周囲の地盤改良材の変化を正確に検知することができない。【０００７】
本発明は上述のような背景技術のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、供回り防止翼と攪拌翼を有する地盤改良装置において、改良土、地盤等の変化を監視する、地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置を提供することにある。【０００８】
本発明の他の目的は、供回り防止翼と攪拌翼を有する地盤改良装置において、供回り防止翼に設置した比抵抗検知用電極を用いて、改良土、地盤等の比抵抗値を測定し、地上の計算機に検知信号を送信する、地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置を提供することにある。【０００９】
本発明の他の目的は、供回り防止翼と攪拌翼を有する地盤改良装置において、供回り防止翼に設置した比抵抗検知用電極で測定した検知信号を計算機で信号処理し、比抵抗値、又はその変化率から改良土、地盤等を観測する、地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置を提供することにある。【００１０】
本発明の他の目的は、供回り防止翼と攪拌翼を有する地盤改良装置において、供回り防止翼に設置した比抵抗検知用電極で、掘削穴の中の改良土の比抵抗及び掘削穴の外側の地盤の比抵抗を検知し、地盤改良工をオンラインで観測できる、地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記目的を達成するために、次の手段を採る。
本発明の発明１の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、
地盤を掘削して掘削穴を掘削し、この掘削された掘削土と地盤改良材を混合して、前記掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良装置であって、
回転駆動装置により回転駆動され、前記地盤改良材を吐出させるための吐出孔を有する単体軸と、
前記単体軸に固定され、前記掘削穴内の前記掘削土と前記地盤改良材を攪拌する翼体と、
前記単体軸の地盤底側の端部に設けられ、複数の掘削刃を有して前記掘削穴を掘削する削穴ビットと、
前記単体軸に回転自在に設けられ、外周端部が前記掘削穴の周壁に係合して回転が止められ、前記翼体及び前記削穴ビットの回転と相対回転して掘削された前記掘削土を前記地盤改良材とともに混合攪拌させる供回り防止翼と
からなる地盤改良装置において、
前記地盤又は前記掘削土と前記地盤改良材を混合した改良土の物性を測定するために、前記供回り防止翼に設置された電極及び前記電極と接続された測定手段であって、前記地盤の比抵抗である第１比抵抗、及び／又は、前記改良土の比抵抗である第２比抵抗を測定して測定信号を出力するための比抵抗測定手段と、
前記比抵抗測定手段に接続され、前記測定信号を地上又は前記単体軸の上部に伝達するための通信手段とからなり、
前記電極は、前記掘削穴の外周の前記地盤の前記比抵抗を計測するために、前記掘削穴の外周に位置する前記供回り防止翼の部分に設置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の発明２の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明１において、前記比抵抗検知装置は、
前記通信手段から前記測定信号を受信し、前記第１比抵抗及び／若しくは前記第２比抵抗、並びに／又は、前記第１比抵抗及び／若しくは前記第２比抵抗の変化率から、前記地盤又は前記改良土の前記物性を判定して判定結果信号を出力するための判定手段と、前記判定結果信号を表示器に表示する表示手段とからなることを特徴とする。【００１３】
本発明の発明３の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明２において、
前記判定手段は、前記第１比抵抗及び／若しくは前記第２比抵抗の絶対値、又は、前記第１比抵抗及び／若しくは前記第２比抵抗の変化率で判定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の発明４の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明２又は３において、前記比抵抗測定手段は、前記電極で検知した前記測定信号のアナログデータをディジタルデータに変換して前記通信手段へ送信するデータ処理手段を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の発明５の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明１ないし３において、前記電極は、前記改良土の前記比抵抗を計測するために、前記掘削穴内に位置する前記供回り防止翼の部分に設置されていることを特徴とする。【００１７】
本発明６の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、発明４において、  前記比抵抗検知装置は、前記単体軸の上部に配置され、前記測定信号を前記通信手段から受信して、前記測定信号を無線信号に変換し、前記判定手段へ送信するための無線通信手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明７の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、発明６において、
前記通信手段は、（ａ）前記単体軸の下端の中に設置され、前記比抵抗測定手段からの前記測定信号を受信する受信手段と、（ｂ）前記単体軸の中のパイプ間の中空部を通って前記受信手段と前記無線通信手段を接続させ、前記測定信号を前記受信手段から前記無線通信手段に伝達するための電線とからなることを特徴とする。
【００１９】
本発明８の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置において、発明６において、
前記通信手段は、前記単体軸の下端の中に設置され、前記比抵抗測定手段に接続されて、前記測定信号を前記比抵抗測定手段から受信し、前記無線通信手段に無線通信で伝達するため無線中継手段であることを特徴とする。
【００２０】
本発明９の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明８において、前記通信手段は、近距離無線通信規格のZigBee（登録商標）に準拠したZigBee Coordinator及びZigBee End Device、又はZigBee Coordinator、ZigBee Router及びZigBee End Deviceであることを特徴とする。
【００２１】
本発明１０の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明８において、前記通信手段は、近距離無線通信規格のBluetooth（登録商標）規格に準拠したことを特徴とする。
【００２２】
本発明１１の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明６において、前記無線通信手段は、回転している前記単体軸内へ連続的に地盤改良材を送るために前記単体軸の上端に固定されたウォータースイベルに配置されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明１２の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明７において、前記電線は、前記単体軸の接続部分で、電磁式の接続端子で接続されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明１３の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明６において、前記通信手段は、前記無線通信手段と磁界共振結合で通信するためのもので、第２コイルからなり、前記無線通信手段は、前記通信手段と磁界共振結合で通信するためのもので、第１コイルからなる無線信号受信手段を備えていることを特徴とする。
【００２５】
本発明１４の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明１３において、前記第１コイルは、前記単体軸内へ連続的に前記地盤改良材を送るために前記単体軸の上端に固定されたウォータースイベル、又は前記地盤改良材を供給するホース係止部材に巻かれて設置されており、前記第２コイルは、前記供回り防止翼で前記単体軸の外周に位置するように巻かれて配置されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明１５の地盤改良翼を用いた比抵抗検知装置は、発明１ないし１４において、前記供回り防止翼が十字型であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、供回り防止翼に地盤の変化を監視するために設置した比抵抗検知用電極を用いて、地盤の比抵抗を検知し、地上の計算機に検知信号を送信し、地盤改良材と掘削土が最適に混合されているか、支持層に着底したか否か等の地盤改良工をリアルタイムで測定、監視できるようになった。また、供回り防止翼に設置した比抵抗検知用電極で検知した検知信号を計算機で信号処理し、比抵抗の変化から掘削地盤の地盤の変化も観測できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の攪拌ヘッドＡを示す外観図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態において、攪拌ヘッドＡを駆動する回転ロッドの上部を示す外観図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態において、攪拌ヘッドＡの回転ロッドの下部を切断した縦断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態において、供回り防止翼４に電極９を設置した様子を示す図であり、図４（ａ）は供回り防止翼４の平面図、図４（ｂ）は供回り防止翼４の正面である。
【図５】図５は、本発明を構成する地盤変化監視装置２０の概要を図示したブロック図である。
【図６】図６は、本発明を構成する地盤変化監視装置２０において、受信器２５の概要を図示したブロック図である。
【図７】図７は、本発明を構成する地盤変化監視装置２０で比抵抗の測定を行う例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態において、電極９の電気接続を図示した図である。
【図９】図９は、地中に埋設された点電極を概念的に図示している図である。
【図１０】図１０は、２本の電流電極と２本の電位電極がスクウェア状に配置される例を図示している図で、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施の形態において、供回り防止翼４の羽根体４ａの中央部に電極９が設置されている例を図示した図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置の概要を図示している図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置の比抵抗計測ユニット５０の設置位置の例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置の通信部５１の設置位置の例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置の電極９の配置例を図示している図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置で比抵抗を計測したデータ例を示すグラフである
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置の磁界共振回路の例を示す回路図である。
【図１８】図１８は、本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置の磁界共振結合通信の回路例の概要を図示したブロック図であり、図１８（ａ）は送信回路７３の構成例を図示しているブロック図で、図１８（ｂ）は受信回路７５の構成例を図示しているブロック図である。
【図１９】図１９は本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置の比抵抗信号処理部５２の概要を図示しているブロック図である。
【図２０】図２０は、本発明の第４の実施の形態の地盤変化監視装置の磁界共振結合通信の回路例の概要を図示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態を図に基づき説明する。本発明を構成する地盤変化監視装置２０は、図示していないが、地上を移動可能な地盤改良装置の改良機本体に組み込まれて動作する。即ち、改良機本体に設けられている駆動モータの出力軸に回転ロッドが連結されており、地盤改良装置の攪拌ヘッドＡは、駆動モータで回転駆動される回転ロッドにより回転駆動される。図１は、攪拌ヘッドＡの外観を示す外観図であり、図２は、攪拌ヘッドＡを駆動する回転ロッドの上部を示す外観図である。攪拌ヘッドＡの先端の削穴ビット２で、地盤改良したい地盤を回転駆動により掘削し、かつ掘削土を上方へ移送する。
【００３０】
そして、攪拌ヘッドＡの単体軸１に固定された攪拌翼３ａ，３ｂと、単体軸１に回転自在に設けられた供回り防止翼４により、この掘削土を攪拌しながら地盤改良材と混合し混合土にする。ここで、攪拌翼３ａ，３ｂと供回り防止翼４は、地盤改良翼として機能する。図３は、攪拌ヘッドＡの回転ロッドの下部を切断したときの縦断面図である。この縦断面図から理解されるように、本実施の形態の回転軸は、管状の単体軸１であって、所謂、二重管ではない。単体軸１の地盤底側に削穴ビット２が配置され、この削穴ビット２は単体軸１を駆動する駆動モータ（図示せず）の駆動により、単体軸１と共に一体的に回転駆動される。削穴ビット２は、その回転外径が地中に形成される地盤改良柱の外径（掘削穴５の内径）に一致する。
【００３１】
削穴ビット２は、複数の刃部２ａが削穴ビット２の半径方向に直線上に配置されており、これは地盤改良柱の地盤底の低面を削りながら下方の地中に前進し掘削を行う。又、この削穴ビット２の近傍の単体軸１の先端部には、地盤改良材を掘削穴内に注入するための吐出孔８が配置されている。地盤改良材は地上部の供給装置から、この単体軸１の中心に配置されたパイプの中空部１ａを介して供給され、掘削された地盤底側の掘削穴５に吐出される。この削穴ビット２の上部には、一端が単体軸１に溶接により一体に固定されて半径方向に設けられた翼である攪拌翼３ｂが設けられている。
【００３２】
即ち、この攪拌翼３ｂは、それぞれねじれ板形状の２つの羽根からなり、２つの羽根は半径方向に単体軸１を挟んで対向して配置されている。攪拌翼３ｂの上部の単体軸１には、９０度角度位相が異なる同様な構造である攪拌翼３ａが配置されている（図１参照）。単体軸１の下部に配置された削穴ビット２と攪拌翼３ｂとの間には、軸受７が単体軸１に固定されている。供回り防止翼４は軸受７に回転自在に設けられている。図４は、供回り防止翼４に電極９を設置した状態を示す図であり、図４（ａ）は供回り防止翼４の平面図、図４（ｂ）は供回り防止翼４の正面図である。
【００３３】
この供回り防止翼４は、本例では単体軸１を挟んで４つの板状の羽根体４ａがボルト６による締結により、互いに９０度の半径方向に延在し、かつ供回り防止翼４の羽根面が、掘削穴５の中心線方向と平行に配置された構成となっている。これにより、羽根体４ａの中心部４ｂは、その内周面４ｃで示すように、円筒の１／４を構成する（図４参照）。４つの羽根体４ａの中心部４ｂは、１本の円筒を構成する。この供回り防止翼４の外周の外周端部４ｄは、掘削穴５に縦方向に食い込み接触するようになっている（図１参照）。
【００３４】
即ち、この供回り防止翼４の外周端部４ｄの先端の外径は、削穴ビット２の外周の回転円軌跡より、大きくなるように設定されている。この供回り防止翼４の中心部４ｂ側の端部４ｅは、隣接する供回り防止翼４の中心部４ｂと並行な面であり、端部４ｅは中心部４ｂにボルト６で締結される。各羽根体４ａの外周端部４ｄには、本発明を構成する地盤変化監視装置２０の電極９が設置されている。合計４つの電極９で、地盤の比抵抗を測定する（詳しくは後述する。）。
【００３５】
［ウォータースイベル１０］
単体軸１の上部には、ウォータースイベル１０が搭載されている。ウォータースイベル１０は、回転している単体軸１に地盤改良材を連続的に供給するための継手である。従って、ウォータースイベル１０は、単体軸１と一体に回転する部分と、回転しない軸、軸受、シール部等からなる。この構造、機能は、公知であり、その説明は省略する。ウォータースイベル１０の回転部は、単体軸１と一体であり、共に回転する。後述する地中の受信器２５からの測定信号を受け、この測定信号を外部に発信する無線発信器２２がウォータースイベル１０の回転部に搭載されている。ウォータースイベル１０の固定部には、ホース係止部材１１が一体に設けられている。ホース係止部材１１は地盤改良材を供給するホースを固定するものである。
【００３６】
［地盤改良方法の施工例］
次に、地盤改良装置により地盤改良を行う方法について説明する。地盤に貫入する際は、地盤改良機の駆動装置により単体軸１が回転駆動される。この回転は、削穴ビット２と翼体２ａの複数の刃部が地盤に食い込み、掘削した掘削土を上方へ移送させる。この地盤貫入の進行に伴って、供回り防止翼４の中心部は、軸受７で回転自在な状態に支持されている。
【００３７】
供回り防止翼４の外周端円軌跡は、掘削穴５より大きく設定されているので、掘削時に供回り防止翼４の外周端部４ｄ（図４）が掘削穴５の内周の壁面に食い込み、供回り防止翼４は回転停止状態になる。供回り防止翼４は回転停止状態であり、掘削ヘッドＡが掘削穴５への進行時も後退時も、本発明を構成する地盤変化監視装置２０の電極９で地盤の比抵抗を測定する。これにより、地盤の状態を把握する。削穴ビット２と攪拌翼３ａ，３ｂは、回転を継続して掘削するので、供回り防止翼４は相対回転の状態、即ち供回り防止翼４のみ回転停止状態で、掘削穴５の面に回転軸線方向に食い込みながら掘削方向に進行する。
【００３８】
このとき同時に地盤改良材が注入され、吐出孔８から吐出される。この注入により掘削された掘削土は、掘削と同時に攪拌翼３ａ，３ｂと供回り防止翼４により攪拌され、地盤改良材との混合土となり、その攪拌に伴い相対的に徐々に上方へもたらされる。この攪拌において掘削土は、回転する攪拌翼３ａ，３ｂと回転停止している供回り防止翼４の間で、剪断力で裁断され回転方向と上下方向に対流しながら攪拌される。なお、以上説明した攪拌ヘッドＡの構造、機能は公知の技術である。
【００３９】
［地盤変化監視装置２０］
以上説明した攪拌ヘッドＡにおいて、本発明を構成する地盤変化監視装置２０について説明する。地盤変化監視装置２０の概要を、図５にブロック図で図示している。地盤変化監視装置２０は、供回り防止翼４の外周端部４ｄに設置された電極９、受信部２１、無線発信器２２、計算機２４等からなる。受信部２１は、電極９と電線で接続された受信器２５と、中継器２６からなり、電極９で検知したアナログ信号を受信器２５でディジタルデータに変換し、これを測定信号として、無線通信で中継器２６へ送信する。
【００４０】
中継器２６は、測定信号を無線発信器２２へ送信する。無線発信器２２は、受信部２１から受信した測定信号を計算機２４へ送信する。計算機２４は、この測定信号を受信して、分析し、地盤改良の状況をその表示器に出力して表示する。無線発信器２２と中継器２６は、有線、無線等の任意の通信手段で接続される。図５の例では、電線２３で接続されている。図３は、供回り防止翼４に受信部２１を設置した様子を示す図である。中継器２６は、単体軸１の下端部内に設置される。
【００４１】
単体軸１の下端部は、通常の掘削作業のとき、地下に位置するので、中継器２６は地下に位置し、受信器２５から発信された信号を中継する。中継器２６は、電線２３に接続されており、この電線２３を介して測定信号を無線発信器２２へ送信する。電線２３は、管状の単体軸１の中のパイプ間の中空部であるパイプ間中空部１ｂに設置されている。受信器２５が供回り防止翼４に、中継器２６が単体軸１に固定されている。供回り防止翼４の羽根体４ａ又は軸受７に受信器２５、軸受７に中継器２６がそれぞれ設置されている。
【００４２】
電線２３は、管状の単体軸１の中のパイプ間の中空部であるパイプ間中空部１ｂに配線されている。電線２３を単体軸１と軸受７間に配線するために、図３に示すように、貫通孔１ｃと貫通孔７ａが設けられている。貫通孔１ｃは、単体軸１の下端部のパイプ壁を貫通した孔であり、パイプ間中空部１ｂと連結しており、更に軸受７の貫通孔７ａまで貫通している。この貫通孔１ｃの中を電線２３が通っている。貫通孔７ａは、軸受７に設けた貫通孔又は貫通穴であり、電線２３とその先端に接続された中継器２６は、貫通孔７ａの中に設置される。
【００４３】
図１に図示したように、供回り防止翼４の羽根体４ａには、電線（図示せず）を配置するために半径方向に溝が配置されている。この供回り防止翼４の羽根体４ａと羽根面は、掘削土と地盤改良材に常に接触するので、電線、受信器２５は、できるかぎり羽根面から突出しないように設置されることが好ましく、又掘削土が侵入しないように充填材等でシールすることが好ましい。電極９は、図４に図示したように、供回り防止翼４の羽根体４ａの外周端部４ｄの正面に設置されている。電極９は、電線（図示せず）で受信部２１と接続される。
【００４４】
供回り防止翼４の羽根体４ａと羽根面は、掘削土と地盤改良材に常に接触するので、電極９は、羽根面又は羽根内に埋め込むように配置し、ビス等の機械的な固着手段で固定される（図示せず）。また、電極９とその電線は、羽根面に接着材で固定しても良く、この場合、追加部品が必要なくなり、そのため安価となる。また、電極９とその電線は、羽根面又は羽根内に設けた溝等の中に埋め込み、その上からシールで固定されても良い。電極９は、供回り防止翼４の羽根面に固定されているので、供回り防止翼４が回転すると、電極９は防止翼４と一緒に回転する。
【００４５】
図６は、受信器２５の概要を図示したブロック図である。受信器２５は、測定信号を無線通信で送信する機能を有するものであれば、アナログ通信手段、ディジタル通信手段等が使用可能である。受信器２５の構造及び機能について、これに限定されないが、図６に示した受信器２５を例に説明する。受信器２５は、筐体（図示せず）に格納された無線発信器本体４０、アンテナ４７、受信器４８、電源部４６等からなる。無線発信器本体４０は、受信器４８で検知した測定信号を信号処理し、アンテナ４７を介して無線通信で送信するためのものである。
【００４６】
無線発信器本体４０は、所定の命令を実行し装置全体を制御するための中央処理装置（ＣＰＵ）４１、命令を含む制御プログラムやデータを格納するメモリ４２、通信を制御するための通信部４３、電極９で検知した信号を受信し、ディジタル信号に変換するための受信部４４、これらの構成部をデータ交換できるように互いに接続されたバス４５等からなる。電源部４６は、無線発信器本体３０に電源供給をするための２次蓄電器であり、この２次蓄電器としてはアルカリバッテリ、リチウムイオンバッテリ等が利用できる。電源部４６は、ボタン電池等の小型で容量の大きいものが好ましい。
【００４７】
受信器４８で検知した検知信号は、受信部４４で信号処理され、ディジタル化されてディジタルの測定信号に変換されて、通信部４３に送られる。通信部４３は、この測定信号を通信用信号に変換して、アンテナ４７から無線信号として送信する。アンテナ４７から送信された無線信号は、中継器２６で受信される。受信器２５は、アンテナを有し、中継器２６との間で無線通信する。このために、受信器２５の筐体は無線通信の電波に支障がない材料からできているものが好ましい。筐体は、電波を遮断する性質を持つ金属材料である場合、筐体の部分でアンテナが設置された位置に該当する部分は非金属材料でできているものが好ましい。
【００４８】
［中継器２６］
中継器２６（図３、図５参照）は、受信器２５から送信された測定信号を受信して、無線発信器２２へ転送する機能を有するものであれば、アナログ通信手段、ディジタル通信手段等が使用可能である。例えば、中継器２６は、筐体（図示せず）に格納された本体とアンテナからなる。本体は、図示しないが、所定の命令を実行し装置全体を制御するための中央処理装置（ＣＰＵ）、命令を含む制御プログラムやデータを格納するメモリ、通信を制御するための通信部、測定信号を受信する受信部等からなる。中継器２６の接続端子（図示せず）は、電線２３を介して無線発信器２２に接続されており、これにより、測定信号を送信する。なお、本発明は、中継器２６を要旨とする発明ではないので、この詳細な説明は省略する。
【００４９】
［無線発信器２２］
無線発信器２２は、ウォータースイベル１０の中、特にその回転部に搭載される。無線発信器２２は、受信部２１から送信された測定信号を受信して無線通信で送信する機能を有するものであれば、アナログ通信手段でも、ディジタル通信手段でも、利用することができる。例えば、Wi-Fi、Buletooth（登録商標）等の任意の無線通信規格に準拠した通信方式を採用して、無線発信器２２と計算機２４が通信する。無線発信器２２は、例えば、筐体（図示せず）に格納された無線発信器本体とアンテナからなる。無線発信器本体は、測定信号を信号処理し、無線通信で送信するための機器である。
【００５０】
無線発信器本体は、所定の命令を実行し装置全体を制御するための中央処理装置（ＣＰＵ）、命令を含む制御プログラムやデータを格納するメモリ、通信を制御するための通信部、測定信号を受信しディジタル信号に変換するための受信部等からなる。無線発信器２２の接続端子は、電線２３を介して中継器２６に接続されており、これにより受信器２５の測定信号を受信する。なお、本発明は無線発信器２２の発明ではないので詳細な説明は省略する。
【００５１】
［計算機２４］
計算機２４は、所定の命令を実行し装置全体を制御するための中央処理装置（ＣＰＵ）、命令を含む制御プログラムやデータを格納するメモリ、無線発信器２２と通信する通信手段、入出力手段を備えた汎用の電子計算機である。計算機２４としては、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等の汎用の電子計算機を利用する。計算機２４は、例えば、Wi-Fi、Buletooth等の任意の無線通信規格に準拠した通信方式を採用して、無線発信器２２と通信する。これらの無線通信規格は公知の記述であるので詳細な説明は省略する。
【００５２】
攪拌ヘッドＡが下降しているとき、供回り防止翼４の外周端部４ｄに設置された電極９を用いて、地盤の比抵抗を測定する（ステップ３）。測定された測定信号は、図５に図示したように、受信器２５、中継器２６、無線発信器２２を介して計算機２４へ送信される（ステップ４）。計算機２４では、受信した測定信号を蓄積し、攪拌ヘッドＡの作業深度、経過時間等と関連づけて、補助記憶装置に格納する（ステップ５）。このように、攪拌ヘッドＡの削穴ビット２で地盤を掘削し改良材料と混合撹拌しながら所定の深度に達したとき、下降を停止する（ステップ６）。そして、攪拌ヘッドＡの削穴ビット２は、回転し地盤改良を行いながら上昇し始める（ステップ６）。攪拌ヘッドＡが上昇しているとき、供回り防止翼４の外周端部４ｄに設置された電極９を用いて、地盤の比抵抗を測定する（ステップ７）。
【００５３】
測定された測定信号は、図５に図示したように、受信器２５、中継器２６、無線発信器２２を介して計算機２４へ送信される（ステップ８）。計算機２４では、受信した測定信号を蓄積し、攪拌ヘッドＡの作業深度、経過時間等と関連づけて、補助記憶装置に格納する（ステップ９）。このように、計算機２４において、攪拌ヘッドＡが下降及び上昇するときの測定信号を取得することになる。下降するときの測定信号と上昇するときの測定信号を比較して、地盤の状態、地盤改良の状態を把握する（ステップ１０）。
【００５４】
［測定について］
図８は、電極９の配置を図示している。本発明の本実施の形態において、電極９は４本利用し、図８にはそれぞれに電極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄと参照番号を付与している。単体軸１の周囲に配置された２本の電極９には電流を流し、残りの２本の電極９によって電圧を測定する。図８の例では、電極９ａ、９ｂに電流を流し、電極９ｃ、９ｄによって電圧を測定する。電極９ｃ、９ｄに電流を流し、電極９ａ、９ｂによって電圧を測定することもできる。一般的に言うと、隣接配置されている２本の電極９に電流を流し、残りの２本の電極によって電圧を測定する。図８に概念的に図示しているように、電圧は電圧計で測定し、電流は電流計で測定する。一例では、電極９ａ、９ｂに一定の電流を流し、電極９ｃ、９ｄによって電圧を測定することができる。このようにすれば、電圧のみを測定するだけでよく、測定信号が少なく済む。
【００５５】
また、一例では、電極９ａ、９ｂの電流を変化させる場合は、電流計で電流を測定し、電圧計で電圧を測定する。測定された測定信号は、受信器２５から最終的に計算機２４に送信される。計算機２４は、受信した測定信号を信号処理して、電流と電圧から比抵抗の変化を求める。地盤の抵抗は、地盤に設置した電極間の距離である電極間隔に反比例する。地盤の場合、比抵抗（抵抗率）ρの求め方、詳しくは埋設電極による理論式と地中のスクウェア配置による見掛け抵抗の求め方について図９を参照しながら説明する。
【００５６】
図９は、埋設された点電極を概念的に図示している。ここで、ｚは、点電極の埋設深度を示す。地中の点Ｃに＋Ｉ電流が流れている点電流電極がある場合、点Ｐでの理論電位ＶＰは、空中にある仮想の電極（鏡像）Ｃ＊を考えることで、次式のように求められる。
【数１】
0006626972.tif 000002
ここで、ＶＰは点Ｐでの理論電位、ρは比抵抗、Ｉは点Ｃでの電流、ｒ1は点Ｃと点Ｐ間の距離、ｒ2は仮想電極Ｃ＊と点Ｐ間の距離である。
【００５７】
図１０は、２本の電流電極、２本の電位電極がスクウェア状に配置される例を図示している図で、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は断面図である。図１０（ｂ）には、点Ｃは手前側で図示されており、点Ａは紙面の奥側で位置し点Ｃに重なるため図中には見えない。図１０において、点Ａと点Ｂは電流電極の配置位置で、点Ｃと点Ｄは電位電極の配置位置である。
【００５８】
図１０に図示した点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄは、図４に図示したように、供回り防止翼４の羽根体４ａの外周端部４ｄに設置されている電極９を、概念的に図示したものである。点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄの埋設深度をｚとする。図１０に図示したように地中において、電位電極で検知する理論電位は次式になる。
【数２】
0006626972.tif 000003
ここで、Ｖは点Ｄと点Ｃ間の理論電位、ρは比抵抗、Ｉは点Ａと点Ｂを流れる電流、ａは供回り防止翼４の中心点Ｏから点Ａ，点Ｂ，点Ｃ及び点Ｄまでの距離、ｚは電極の埋設深度である。
【００５９】
式２から求めた見掛け比抵抗ρaは次式となる。
【数３】
0006626972.tif 000004
【００６０】
計算は、式１〜３を利用して、見掛け比抵抗ρａの変化を求める。特に、地盤各箇所において、攪拌ヘッドＡが下降するときの比抵抗と、攪拌ヘッドＡが上昇するときの見掛け比抵抗を比較して、地盤がどの程度変化したかを計算する。これにより、地盤が正しく改良されたか否かを把握することができる。
【００６１】
［その他］
単体軸１は、長い場合は、上端単体軸と下端単体軸からなり、上端単体軸と下端単体軸は雄雌の形で接続されることがある。この接続部分では、貫通孔を設け、電線２３を通すことができる。また、上端単体軸の下端部と下端単体軸の上端部には、それぞれ凹部等を設け、電線２３を非接触端子で接続をすることもできる。この非接触端子は公知技術であるため詳細な説明は省略する。
【００６２】
中継器２６、無線発信器２２には、近距離無線通信規格のZigBeeに準拠した通信デバイスであるZigBee Coordinator(以下、ＺＣという。)とZigBee End Device(以下、ＺＥＤという。)を利用することができる。中継器２６としてのＺＣは電線２３で無線発信器２２に接続される。受信器２５にはＺＥＤが接続される。ＺＥＤは、受信器２５で検知した測定信号を受信し、ＺＣへ無線通信で送信する。ＺＣはＺＥＤから受信した測定信号を、無線発信器２２に送信する。
【００６３】
ＺＣとＺＥＤの間の無線通信は、それぞれに接続されたアンテナによって行われる。ZigBeeは、国際標準化機構(ISO)によって策定されたＯＳＩ参照モデル（ＯＳＩ reference model）による通信プロトコルの７階層の内、最下位の物理層とデータリンク層の仕様でIEEE 802.15.4として規格化されている。ZigBeeは、通信データの転送距離が短く、転送速度が低速で、消費電力が少ないという特徴を持つ。ZigBeeに準拠したデバイスは、安価でかつ消費電力が少ないため、長期間にわたって利用できる利点があり、センサネットワークを主目的に利用されている。
【００６４】
ZigBeeに準拠したデバイスは、動作する周波数帯は、2.4GHz、902-928MHz、868-870MHzで動作する。ＺＣとＺＥＤは、無線通信を制御するための無線回路、デバイス全体の制御を行うためのマイコン、データを格納するためのメモリ、デバイスに接続された外部デバイスとの通信を制御するための周辺回路、外部のデバイスと無線通信するための内蔵アンテナ、外部のデバイスと無線通信するためのアンテナを接続するための外部アンテナ用コネクタ等をそれぞれ備える。
【００６５】
マイコンは、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭ，フラッシュメモリ等から構成される。上述の通り、ZigBee規格に準拠した、ＺＣとＺＥＤの組によるデータ通信を説明したが、ＺＣとＺＥＤの間のデータを中継するためのデバイスであるZigBee Router（ＺＲ）を利用することができる。ＺＲは、ＺＣと基本的に同じ構造ものが利用でき、ルータとしての設定をする。ＺＣ、ＺＥＤ、ＺＲ、それらの間の通信は公知技術であるため詳細な説明は省略する。
【００６６】
中継器２６と無線発信器２２には、近距離無線通信規格のBluetooth規格に準拠した通信をすることができる。Bluetooth規格は、数十m程度の距離で通信できる規格で、IEEE802.15.1として知られている。Bluetooth規格は、２．４ＧＨＺ帯を使用して情報機器間に比較的低速度で無線通信を行う規格である。中継器２６と無線発信器２２はそれぞれBluetooth規格準拠の通信モジュールを内蔵し、互いに通信する。中継器２６と無線発信器２２の通信に採用するBluetooth規格は、バージョン１〜５の任意のバージョンを採用することができるが、特に、通信機器が省電力で稼働するバージョン３又は４が好ましい。Bluetooth規格は世界的に広く普及し利用されているので、詳細な説明は省略する。
【００６７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を図に基づき説明する。第２の実施の形態においての本発明を構成する地盤変化監視装置は、第１の実施の形態においての地盤変化監視装置と基本的に同じであり、ここでは異なる部分のみを説明する。図１１は、第２の実施の形態においての地盤変化監視装置において、供回り防止翼４の内側に電極９を設置した様子を示す図である。
【００６８】
この供回り防止翼４は、図４と同じ構造であり、構造の詳細な説明は省略する。供回り防止翼４の各羽根体４ａの中央部に電極９が設置されている。合計４つの電極９で、地盤の比抵抗を測定する。このように電極９を設置すると、地盤改良が行われている地盤改良杭内部の比抵抗を計測する。この場合、比抵抗の計測は次のように行われる。攪拌ヘッドＡが下降しているとき、供回り防止翼４の羽根体４ａの中央部に設置された電極９を用いて、地盤の比抵抗を測定する。
【００６９】
測定された測定信号は、受信器２５、中継器２６、無線発信器２２を介して計算機２４へ送信される。攪拌ヘッドＡの削穴ビット２で地盤を掘削しながら所定の深度に達したとき、下降を停止する。そして、回転し地盤改良を行いながら上昇し始める。攪拌ヘッドＡが上昇しているとき、電極９を用いて、地盤の比抵抗を測定する。測定された測定信号は、前述した第１の実施の形態と同様に、受信器２５、中継器２６、無線発信器２２を介して計算機２４へ送信される。計算機２４では、攪拌ヘッドＡが下降及び上昇するときの測定信号を蓄積し、攪拌ヘッドＡの作業深度、経過時間等と関連づけて、補助記憶装置に格納される。これらの測定信号を分析することで、地盤改良の状態を把握する。
【００７０】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を図に基づき説明する。第３の実施の形態においての本発明を構成する地盤変化監視装置は、通信手段以外は、第１又は第２の実施の形態においての地盤変化監視装置と基本的に同一であり、ここでは異なる部分のみを説明する。
【００７１】
図１２は、本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置の概要を図示している。本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置は、供回り防止翼４近傍に設置された比抵抗計測ユニット５０と、単体軸１の上部に設置された通信部５１からなる。比抵抗計測ユニット５０は、図１３に図示したように掘削穴５の中で単体軸の先端部に設置されるもので、地盤の比抵抗を検知する電極９、電極９で検知した信号を信号処理する比抵抗信号処理部５２、通信部５１へ信号を磁界共振結合で送受信するための第２コイル５３からなる。電極９は、上述の本発明の実施の形態１に示したように、供回り防止翼４に設置されている。電極９は、地盤改良中の地盤の比抵抗を検知するためのセンサーであり、詳しくは前述したので、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
比抵抗信号処理部５２は、電極９で検知した信号を信号処理し送信する送信信号を生成し、第２コイル５３を介して通信部５１へ送信信号を送信する。また、比抵抗信号処理部５２は、第２コイル５３で受信した信号を解析し、比抵抗計測ユニット５０の制御も行う。通信部５１は、比抵抗計測ユニット５０からの信号を受信する第１コイル５４、この受信した信号を信号処理する送受信機５５、送受信機５５から信号を外部へ無線通信で送信する無線送受信機５６からなる。通信部５１は、図１４に送受信機５５と第１コイル５４を図示したように、単体軸１の上部のウォータースイベル１０等に設置される。
【００７３】
〔磁界共振結合〕
磁界共振結合は、離れて設置された２つの共振回路が同じ周波数で動作すると磁界共鳴の現象が起こり、一方の共振回路から他方の共振回路へ電力が伝送することができるものである。詳しくは、この２つの共振回路は一次側共振回路と二次側共振回路であり、両方の共振周波数を同じ周波数にすることで、磁界共鳴が起こり、高効率の電力を伝送できる。本発明は、このような磁界共振結合の原理を利用し、第１コイル５４を有する一次側共振回路と、第２コイル５３側を二次側共振回路としているが、共振周波数が同じであるため、逆に、第１コイル５４を有する二次側共振回路と、第２コイル５３側を一次側共振回路とすることができる。
【００７４】
この例では、第１コイル５４側を一次側共振回路と、第２コイル５３を有する二次側共振回路を利用して、通信を行っている。図１３に図示した例では、第２コイル５３は、供回り防止翼４中心部に、単体軸１を巻くように配置される。電極９からの検知信号は、比抵抗信号処理部５２で処理される。比抵抗信号処理部５２から出力される信号は、第２コイル５３から通信部５１の第１コイル５４に送信される。
【００７５】
そのため、これに限らないが、比抵抗信号処理部５２と近い場所で第２コイル５３が設置されることが好ましい。第１コイル５４を含む通信部５１は、ウォータースイベル１０、クランプ、単体軸１の上部に配置されている。第１コイル５４は単体軸１を外側から巻くように設置されている。設置場所は、機械の動作機能に支障を及ぼさないのであれば、任意の場所に設置しても良い。図１４に図示したように、第１コイル５４は、ウォータースイベル１０の下部に設置され、送受信機５５がウォータースイベル１０に設置されている。第１コイル５４と第２コイル５３は、絶縁被覆を有する電気導線からなる。第１コイル５４と第２コイル５３は、単体軸１を同心として外周から巻くような位置に配置されている。但し、感度を犠牲にすれば、第１コイル５４と第２コイル５３は必ずしも同心に配置する必要はない。
【００７６】
図１５には、電極９の配置を図示している。本発明の本実施の形態において、電極９は、８本使用したものであり、それぞれを図１５に示すように、電極９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊ、９ｋ及び９ｌと参照番号を付与している。電極９ｅ、９ｆ、９ｉ及び９ｊは、供回り防止翼４の羽根体４ａの外周端部４ｄの正面に設置されている。電極９ｇ、９ｈ、９ｋ及び９ｌは、供回り防止翼４の中心部４ｂ側の端部４ｅの正面に設置されている。電極９ｅと電極９ｆは、互いに対向するように設置されている。
【００７７】
同様に、電極９ｉと電極９ｊ、電極９ｇと電極９ｈ、電極９ｋと電極９ｌが配置されている。供回り防止翼４の中心部４ｂに近い位置に設置された電極９ｇ、９ｈ、９ｋ及び９ｌは、掘削穴５の中で、かつ、単体軸１の周りの比抵抗を計測する。言い換えると、電極９ｇ、９ｈ、９ｋ及び９ｌは、掘削穴５の中で、地盤改良材と掘削土の混合状態を計測する。本例では、２本の電極９ｋ、９ｌで電圧を測定し、２本の電極９ｇ、９ｈに電流を流して電流を測定する。
【００７８】
供回り防止翼４の羽根体４ａの外周端部４ｄに設置された電極９ｅ、９ｆ、９ｉ及び９ｊは、掘削穴５の外側に位置するので、掘削穴５の外側の地盤の比抵抗を計測する。本例では、２本の電極９ｉ、９ｊで電圧を測定し、２本の電極９ｅ、９ｆに電流を流して電流を測定する。このように、掘削穴５の中の比抵抗は、電圧と電流の両方で測定する。同じく、掘削穴５の外側の比抵抗は、電圧と電流の両方で測定する。各電極９は、供回り防止翼４の羽根体４ａに設置されるとき、羽根体４ａから絶縁材で隔離され、計測面が地盤、掘削土、地盤改良材等に直接接触する。
【００７９】
図１６は、地盤の比抵抗を地盤変化監視装置で測定するときのデータ例を示すグラフである。図１６に図示したグラフの横軸は比抵抗の値［Ω・ｍ］を示し、縦軸は掘削の深度を示す。地盤の比抵抗は、その地盤を構成する粘土、砂、石等の割合、種類によって変化する。これは、予め掘削しながらデータを取り、地盤改良時に同じくデータをとって比較する。この例を図１６に図示している。地盤改良していない場合の掘削時は、掘削の深度は深くなるにつれて抵抗が大きくなっている。
【００８０】
地盤改良するときの掘削時の１回目の例では、掘削の深度は深くなるにつれて抵抗が一定である。これは、地盤改良中、掘削杭の中で地盤改良材、例えばセメントと掘削土が均一に混合されていることを示している。地盤改良するときの掘削時の２回目の例では、掘削の深度は深くなるにつれて最初は急に小さくなり、そしてほぼ一定であるが、最後は、大きくなっている。これは、比抵抗が周りから大きくずれているので、撹拌されていない可能性を示す。
【００８１】
言い換えると、地盤改良中、掘削土の中で地盤改良材が注入されるときに、供回り防止翼が一緒に回っている可能性を示している。このように本発明の監視システムを利用して、地盤改良中の比抵抗を測定することで、地盤改良材と掘削土が正しく混合されているかの確認ができる。また、地盤を構成する地層が異なる場合、支持層に着底しているかの確認ができる。支持層に着底すると、比抵抗が変化するためである。以上の説明で理解されるように、測定された比抵抗の値の絶対値、又は変化率等と、予め既知の比抵抗の値を比較することにより、改良土の適性、地盤の地質が判断できる。
【００８２】
［磁界共振結合通信の回路例］
図１７は、本発明の第３の実施の形態である地盤変化監視装置の磁界共振結合通信の回路例の概要を図示した図である。この磁界共振結合通信は、送信回路部７０と受信回路部７１からなる。この図１７には、単体軸１を破線で示しており、第２コイル５３と第１コイル５４が単体軸１を巻いて距離Ｌ離れて設置される。送信回路部７０は、第２コイル５３、コンデンサ７２、送信回路７２からなる。第２コイル５３は、図１２に図示している。第２コイル５３とコンデンサ７２は所定の周波数で共振するように調整され、共振回路を構成する。
【００８３】
第２コイル５３とコンデンサ７２は並列に接続され、その出力端子に送信回路７２が接続される。送信回路７２は、共振回路の負荷であり、図１２に図示した比抵抗信号処理部５２に含まれ、通信手段である。比抵抗信号処理部５２から出力された送信信号は、第２コイル５３とコンデンサ７２からなる共振回路を介して送信される。受信回路部７１は、送信回路部７０から出力された送信信号を受信するためのもので、第１コイル５４、コンデンサ７４、受信回路７５からなる。第１コイル５４は、図１２に図示している。
【００８４】
第１コイル５４とコンデンサ７４は所定の周波数で共振するように調整され、共振回路を構成する。第１コイル５４とコンデンサ７４は並列に接続され、その出力端子に受信回路７５が接続される。受信回路７５は、共振回路の負荷であり、図１２に図示した送受信機５５に含まれ、磁界共振結合通信の受信手段である。受信回路７５は、第２コイル５３とコンデンサ７２からなる共振回路を介して上述の送信信号を受信し、この受信した受信信号を信号処理して、無線送受信器５６へ送信する。
【００８５】
第２コイル５３とコンデンサ７２からなる共振回路と、第１コイル５４とコンデンサ７４からなる共振回路は、同一周波数動作し、磁界共振結合して通信する。言い換えると、この磁界共振結合は、２つの共振回路が、コイルとコンデンサの共振状態において磁界によって結合して電力伝送を行なうものである。このように、無線電力伝送であり、非放射型でありながら結合型の電力伝送である。本発明に使用する磁界共振結合は、１０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数で動作する。
【００８６】
図１８は、本発明の第３の実施の形態の地盤変化監視装置の磁界共振結合通信の回路例の概要を図示したブロック図であり、図１８（ａ）は送信回路７３の構成例を図示しているブロック図で、図１８（ｂ）は受信回路７５の構成例を図示しているブロック図である。送信回路７３は、ディジタル信号を通信できるように変調するための変調部８０、ディジタル信号を増幅するための増幅部８１等からなり、第２コイル５３を含む共振回路に接続されている。
【００８７】
図１８（ａ）に図示したように、電極９で検知した信号であるディジタル信号を変調部８０で変調し、その変調された信号を、増幅部８１で所定の強度になるまでに増幅し、共振回路の第２コイル５３を介して磁界共振結合通信で送信する。受信回路７５は、第１コイル５４と同調して信号を受信する同調部８２、信号を増幅するための増幅部８３、受信され増幅された信号からディジタル信号を復調して出力する復調部８４等からなる。変調部８０は、ディジタル信号を強度変調、負荷変調等の変調方式を採用することができる。
【００８８】
図１８（ｂ）に図示したように、第１コイル５４は第２コイル５３と磁界共振結合する。そして、同調部８２は第１コイル５４と同調して信号を受信する。この信号は、上述の変調部８０で変調された信号である。増幅部８３は同調部８２から出力された信号を所定の強度になるまでに増幅する。復調部８４はこの増幅された信号を復調してディジタル信号を出力する。このディジタル信号は、上述した変調部８０で変調する前のディジタル信号と同じ信号である。復調部８４から出力されたディジタル信号は無線送受信器５６（図１２を参照。）へ送信される。
【００８９】
〔比抵抗信号処理部５２〕
図１９には比抵抗信号処理部５２の具体的な構成例の概要をブロック図で図示している。比抵抗信号処理部５２は、電位測定増幅回路部６０、制御演算回路部６１、電流発生回路部６２、電流検出回路部６３、電池６４、ドライブ回路部６５、検波回路部６６、増幅回路部６７等からなる。電位測定増幅回路部６０は、電極９の電位を測定して、測定した電気信号を増幅するための回路である。
【００９０】
制御演算回路部６１は、電位測定増幅回路部６０と制御演算回路部６１の出力信号を受信して制御し演算するための回路である。電流発生回路部６２は、電極９へ流す電流を発生させるための回路である。電流検出回路部６３は、電極９の電流を検出ための回路である。電池６４は、比抵抗信号処理部５２に必要な電源を供給するための電池で、一次電池、二次電池のように任意の蓄電手段からなる。ドライブ回路部６５は、第２コイル５３、制御演算回路部６１等を制御するもので、特に第２コイル５３を制御し、共振周波数を調節する回路である。
【００９１】
検波回路部６６は、制御演算回路部６１から出力された演算信号から比抵抗に関する信号を検知する回路である。制御演算回路部６１からは高周波信号等の信号から比抵抗信号を直流信号に変換して出力する。この比抵抗信号は、増幅回路部６７で増幅されて、第２コイル５３へ送信される。第１コイル５４と第２コイル５３の間の通信は、単体軸１を介して磁界共振結合で通信するものである。第１コイル５４は、図１９に図示していないがコンデンサと接続されて共振回路を構成する（図１７を参照。）。
【００９２】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態を図に基づき説明する。第４の実施の形態において、本発明を構成する地盤変化監視装置は、第３の実施の形態においての地盤変化監視装置と基本的に同じであり、ここでは異なる部分のみを説明する。図２０は、本発明の第４の実施の形態の地盤変化監視装置の磁界共振結合通信の回路の他の例の概要を図示したブロック図である。
【００９３】
図２０に図示した回路９０は、磁界共振結合通信の送信回路と受信回路を一つの回路で実現したものである。この回路９０は、コイル９１、スイッチ９２、増幅部９３、変調部９４、同調部９５、増幅部９６、復調部９７からなる。コイル９１は磁界共振結合通信の送信コイルと受信コイルの両方の機能を有する。スイッチ９２を切り替えることで、回路９０は、送信機能を持つ送信回路と、受信機能を持つ受信回路に切り替えることができる。図２０の例では、回路９０は、実線で示したように、スイッチ９２が第１節点側に接続されているとき、送信回路になる。破線で示したように、スイッチ９２が第２節点側に接続されているとき、回路９０は受信回路になる。ここで、回路９０が送信回路の場合を説明する。まず、スイッチ９２が第１節点側に接続され、回路９０が送信回路として動作する。ディジタル信号は、変調部９４で変調され、増幅部９３で増幅されてコイル９１を含む共振回路を介して磁界共振結合通信で送信される。
【００９４】
次に、回路９０が受信回路の場合を説明する。スイッチ９２が第２節点側に接続され、回路９０が受信回路として動作する。コイル９１は通信相手のコイルと磁界共振結合し、同調部９５はコイル９１と同調して信号を受信する。同調部９５から出力された信号は増幅部９６で増幅され、を所定の強度になるまでに増幅する。復調部９７はこの増幅された信号を復調してディジタル信号を出力する。このように、回路９０のスイッチ９２を切り替えるだけで、送信回路としても、受信回路としても利用できる。スイッチ９２は、ＯＮ−ＯＮ操作できる２接点（双方向接点スイッチ、双投式スイッチ）の押しボタン式スイッチ、トグルスイッチ等の任意の種類のスイッチが利用できる。
【００９５】
［その他の実施の形態］
前述した実施の形態では、比抵抗値は、地盤、改良土の物性を測定するものであったが、必要があれば掘削土の比抵抗値を測定するものであっても良い。この物性の測定は、掘削土と地盤改良材を混合しながら上昇するときに測定するものであったが、地盤の物性は、最初の地盤掘削時に測定しても良い。また、改良土の物性は、攪拌を複数回行う場合、その攪拌毎に物性を測定して攪拌効果を検証するものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、土木、建設の分野に利用されると良い。特に、軟弱地盤等において、安定性を保つために地盤改良が必要な橋梁等の構造物の基礎、建築物の基礎の地盤改良を行う分野に利用できる。
【符号の説明】
【００９７】
Ａ…攪拌ヘッド
１…単体軸
２…削穴ビット
３ａ，３ｂ…攪拌翼
４…供回り防止翼
４ａ…羽根体
４ｄ…（供回り防止翼４の外周の）外周端部
５…掘削穴
７…軸受
８…吐出孔
９…電極
１０…ウォータースイベル
１１…ホース係止部材
２０…地盤変化監視装置
２１…受信部
２２…無線発信器
２３…電線
２４…計算機
２５…受信器
２６…中継器
５０…比抵抗計測ユニット
５１…通信部
５２…比抵抗信号処理部
５３…第２コイル
５４…第１コイル
５５…送受信機
５６…無線送受信機
６０…電位測定増幅部
６１…制御演算回路部
６２…電流発生回路部
６３…電流検出回路部
６４…電池
６５…ドライブ回路部
６６…検波回路部
６７…増幅回路部
７０…送信回路部
７１…受信回路部
７２…コンデンサ
７３…送信回路
７５…受信回路
８０…変調部
８１…増幅部
８２…同調部
８３…増幅部
８４…復調部
９０…回路
９１…コイル
９２…スイッチ
９３…増幅部
９４…変調部
９５…同調部
９６…増幅部
９７…復調部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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