(57)【要約】【課題】信頼性の高い推定排土量をスピーディに算出可能な地盤改良工法における施工管理システムを提供する。【解決手段】先端部に攪拌羽根を有するスクリューロッドを地中に貫入せしめ、地中に地盤改良材を注入して、攪拌羽根の回転により地盤改良材と土砂とを攪拌混合しつつスクリューロッドを引き抜くとともに、地盤改良材の注入量相当分の土砂を地中から排土する地盤改良工法に適用され、スクリューロッドの深度、回転数、貫入速度および引抜速度、並びに地盤改良材の注入量を検出して監視する施工管理システムにおいて、改良地盤に対する地盤改良材スラリー注入量の比率を地盤改良材混入率とし、予め求められた地盤改良材混入率と排土係数との関係から、所定の地盤改良材混入率に基づいて排土係数を設定し、設定された排土係数と回転数とに基づいてスクリューロッドによる推定排土量を演算し、その推定排土量を管理項目として監視する構成とした。【選択図】図２
2012246658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に攪拌羽根を有するスクリューロッドを地中に貫入せしめ、該スクリューロッドを介して地中に地盤改良材を注入して、前記攪拌羽根の回転により前記地盤改良材と土砂とを攪拌混合しつつ前記スクリューロッドを引き抜くとともに、前記地盤改良材の注入量相当分の土砂を前記スクリューロッドにより地中から排土する地盤改良工法を実施する際に適用され、前記スクリューロッドの深度、回転数、貫入速度および引抜速度、並びに前記地盤改良材の注入量を検出して監視する施工管理システムにおいて、
改良地盤に対する前記地盤改良材スラリー注入量の比率を地盤改良材混入率とし、
予め求められた地盤改良材混入率と排土係数との関係から、所定の地盤改良材混入率に基づいて排土係数を設定し、
設定された該排土係数と前記回転数とに基づいて前記スクリューロッドによる推定排土量を演算し、その推定排土量を管理項目として監視する構成としたことを特徴とする地盤改良工法における施工管理システム。
【請求項２】
前記推定排土量を前記地盤改良材の注入量と比較して施工の良否を判定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法における施工管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は深層混合処理工法の範疇に属する地盤改良工法に適用する施工管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
深層混合処理工法は、セメントスラリー等の地盤改良材を原地盤に注入して土砂と攪拌混合することにより改良杭を原地盤に多数形成し、以て原地盤の強度を増大せしめることを基本とする地盤改良工法である。
【０００３】
図６はそのような深層混合処理工法に適用される処理機１とそれに適用される施工管理システムの概要図である。処理機１は先端部に攪拌羽根２を備えたスクリューロッド３をベースマシン４により鉛直に支持し、駆動装置５によりスクリューロッド３を回転させて改良対象範囲の最深部まで貫入させた後、スクリューロッド３の先端部に設けてある吐出口から地盤改良材としてのセメントスラリーを地中に注入しつつ、かつ注入したセメントスラリーと土砂とを攪拌羽根２により攪拌混合しながらスクリューロッド３を引き抜くことで改良杭を形成するように構成されている。
【０００４】
また、その処理機１により改良杭を形成する場合における施工管理システムは、スラリー流量計６、スクリューロッド３の軸回転計７、駆動装置５の電流検出計８、スクリューロッド３の深度計９および昇降速度計１０を備え、それら各センサによる検出値を管理装置１１に入力して、セメントスラリーの注入量、スクリューロッド３の回転数、到達深度、貫入速度および引き抜き速度を管理項目として監視するように構成されている。符号１２はベースマシン４に設置されているオペレーションモニタ、１３はデータ保存用のパソコンである。
【０００５】
ここで、上記のような従来一般の深層混合処理工法では、地盤改良材（セメントスラリー）を原地盤に対して多量に注入するため原地盤の体積が増大することが不可避であり、それに起因して原地盤が盛り上がったり、周辺地盤に対して悪影響を及ぼすことが懸念されたりしていた。
【０００６】
そこで、上記のような深層混合処理工法における周辺地盤に対する悪影響を防止するための対策として、地盤改良材（セメントスラリー）の注入量（吐出量）相当分の土砂を原地盤から排土することで原地盤の体積膨張を回避するという排土式の深層混合処理工法やその施工管理システムが本出願人からも提案されている（例えば、特許文献１参照）。この地盤改良工法で重要な点は、地盤改良材の注入量と排土量とのバランスがとれているかという点であり、この双方の量を把握することが施工管理のポイントとなっている。ただし、地盤改良材の注入量については流量計で計測できるが、施工中の実際の排土量についての把握は困難である。そこで、特許文献１では、実測試験において、実測排土量Ｖ１および（スクリュー断面積Ｓ）×（スクリューピッチＰ）×（軸回転数Ｎ）の値を求め、これらの結果からＫ＝Ｖ１／（Ｓ×Ｐ×Ｎ）を基に排土係数Ｋを求めていた。具体的には、（Ｓ×Ｐ×Ｎ）を横軸、Ｖ１を縦軸とする直交座標上に、（Ｓ×Ｐ×Ｎ）の値に対するＶ１の値の点をいくつか落とし込む。これらの点から一次近似式を求める。この一次近似式における傾きがＫとなる。そして、この設定された排土係数Ｋとその後の実施工における実測可能なＳ，Ｐ，Ｎ値とから、Ｖ＝Ｋ×Ｓ×Ｐ×Ｎの算定式によって実施工での推定排土量Ｖを求めていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５８３３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この実測試験は、施工現場ごと、土質ごとに３回以上は行う必要があり手間と時間のかかることであった。また、信頼性の担保のためにはそれなりに相当数のデータ数が必要であるが、実測試験では相当数のデータを得ることが難しい傾向にあった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い推定排土量をスピーディに算出可能な地盤改良工法における施工管理システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、先端部に攪拌羽根を有するスクリューロッドを地中に貫入せしめ、該スクリューロッドを介して地中に地盤改良材を注入して、前記攪拌羽根の回転により前記地盤改良材と土砂とを攪拌混合しつつ前記スクリューロッドを引き抜くとともに、前記地盤改良材の注入量相当分の土砂を前記スクリューロッドにより地中から排土する地盤改良工法を実施する際に適用され、前記スクリューロッドの深度、回転数、貫入速度および引抜速度、並びに前記地盤改良材の注入量を検出して監視する施工管理システムにおいて、改良地盤に対する前記地盤改良材スラリー注入量の比率を地盤改良材混入率とし、予め求められた地盤改良材混入率と排土係数との関係から、所定の地盤改良材混入率に基づいて排土係数を設定し、設定された該排土係数と前記回転数とに基づいて前記スクリューロッドによる推定排土量を演算し、その推定排土量を管理項目として監視する構成としたことを特徴としている。
【００１１】
請求項１に記載した発明によれば、地盤改良材混入率に基づいて排土係数を設定し、その排土係数に基づいて推定排土量を演算することができ、該推定排土量を管理項目とすることで、信頼性の高い推定排土量をスピーディに算出することができる。その結果、原地盤の変位を抑制しつつ工期やコストに貢献できる効果がある。
【００１２】
請求項２に記載した発明は、前記推定排土量を前記地盤改良材の注入量と比較して施工の良否を判定する構成としたことを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載した発明によれば、推定排土量を地盤改良材の注入量と比較して施工良否を判定することにより、施工信頼性を十分に確保することができ、修正施工の必要性が明確になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の地盤改良工法における施工管理システムによれば、地盤改良材混入率に基づいて排土係数を設定し、その排土係数に基づいて推定排土量を演算することができ、該推定排土量を管理項目とすることで、信頼性の高い推定排土量をスピーディに算出することができる。その結果、原地盤の変位を抑制しつつ工期やコストに貢献できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態である施工管理システムの概要を示す図である。
【図２】同システムにおいて用いる排土係数（粘性土の場合）の決定法を示す図である。
【図３】同システムにおける管理データの一例を示す図である。
【図４】同システムにおける管理データの他の例を示す図である。
【図５】同システムにおいて用いる排土係数（砂質土の場合）の決定法を示す図である。
【図６】従来の深層混合処理工法における処理機と施工管理システムの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の施工管理システムの具体的な実施形態について図１を参照して説明する。本実施形態の施工管理システムが適用される地盤改良工法は、図６に示した改良機１による排土式の深層混合処理工法である。つまり、図６の改良機１において、攪拌羽根２を備えたスクリューロッド３を地盤中に回転しながら、かつ水とセメントからなるセメントスラリー（地盤改良材スラリー）を注入しないで所定の改良深度まで貫入到達させ、その後スクリューロッド３を回転させて最深部の着底改良を施し、そしてスクリューロッド３を回転させてスクリューロッド３の先端部のスラリー吐出口（図６においてはスラリー吐出口の図示はないが、スラリー吐出口は、図６のスクリューロッド３の下端位置と複数段の攪拌羽根２のうち最上段の攪拌羽根２の近傍位置に設けられている。着底改良時にはスクリューロッド下端のスラリー吐出口から地盤改良材スラリーを注入するが、スクリューロッド３引抜き時の地盤改良材スラリーの注入は、最上段の攪拌羽根２近傍のスラリー吐出口から行う。）から地盤改良材スラリーを注入しながら攪拌羽根２で地盤を攪拌混合しつつスクリューロッド３を引き抜く地盤改良工法において、地盤改良材スラリー注入量相当分の土砂を排出することで、地盤改良材スラリー注入に伴う地盤変位を低減させる工法である。本実施形態の施工管理システムは、図６に示した従来の施工管理システムを基本としつつ、その管理項目に従来とは算出方法を異ならせた「排土量」を付加して改良機１による排土量を監視し、それを適正に維持することで原地盤の変位（盛り上がりや周辺地盤への悪影響）を防止するように構成されている。さらに、本実施形態の施工管理システムではセメントスラリーと土砂との攪拌混合状態を定量的に把握してそれを適正に管理するべく従来と同様に「羽根切り回数」も管理項目としている。
【００１７】
すなわち、本実施形態の施工管理システムは、図１にその概要を示すように、品質管理上の管理項目として「材料」、「配合」、「混合（羽根切り回数）」を設定し、出来形管理上の管理項目として「打設位置」、「打設深度」、「着底」を設定し、地盤の変位管理上の管理項目として「排土量」を設定している。
【００１８】
従来と共通する管理項目のうち、「材料」は地盤改良材としてのセメントスラリーの状態（セメント量や水量）を管理するもの、「配合」はスラリー流量計６により検出されるスラリー注入量と昇降速度計１０により検出されるスクリューロッド３の昇降速度とにより単位深度当たりの注入量が適正であるか否かを管理するもの、「打設位置」はトランシット等による測量により改良杭の形成位置を管理するもの、「打設深度」は深度計９によりスクリューロッド３の位置を検出してそれを管理するもの、「着底」は電流計８により検出される駆動装置５の作動状態と昇降速度計１０により検出される貫入速度とからスクリューロッド３の先端が改良対象範囲の最深部に達したか否かを管理するものである。
【００１９】
また、本実施形態において付加した管理項目のうち、「排土量」は軸回転計７により検出されるスクリューロッド３の回転数と、スクリュー形状および排土係数とにより推定排土量を演算し、それがスラリー注入量と同等になるように管理するものである。
【００２０】
本実施形態においては推定排土量の演算は次のようにして行う。推定排土量Ｖはスクリュー断面積ＳとスクリューピッチＰと回転数Ｎの関数であり、その比例定数を排土係数Ｋとして、以下のように表される。
Ｖ＝Ｋ・Ｓ・Ｐ・Ｎ      …（１）
Ｖ：推定排土量（ｍ３）
Ｋ：排土係数
Ｓ：スクリュー断面積（ｍ２）
Ｐ：スクリューピッチ（ｍ）
Ｎ：軸回転数（回）
上記（１）式では、スクリュー断面積ＳとスクリューピッチＰは改良機１の固有の定数であるから、排土係数Ｋの値が決まれば、あとは貫入から引き抜きまでの軸回転数Ｎを測定することのみで推定排土量Ｖを演算することができる。
【００２１】
ここで、本願の発明者らは、排土係数Ｋと地盤改良材混入率ｘとの間に相関関係があるのではないかと考え、多数の工事実績に基づいて、排土係数Ｋと地盤改良材混入率ｘとの相関関係を調べた。その結果、図２に示すような地盤改良材混入率ｘと排土係数Ｋとの相関関係が得られた。図２はデータ数ｎ＝９９のものであり、これから下記の式（図２での直線）が得られる。
Ｋ＝０．５１１６ｘ＋０．００６６    …（２）
ｘ：地盤改良材混入率（％）
なお、上記（２）式は、地盤が粘性土の場合の式であり、相関係数ｒ＝０．８１であるから強い相関があるといえる。同様の相関式は地盤の土質条件ごとに予め求めることができる。
【００２２】
また、地盤改良材混入率ｘは、改良地盤に対する地盤改良材スラリーの注入量の容積比率のことであり、改良地盤の強度をどの程度にするかで決定されるものである。単位改良地盤（１ｍ３）に添加される地盤改良材の添加量（ｋｇ）は予め決めるが、例えば大よそ改良地盤１ｍ３当たりの添加量は１００ｋｇ程度である。また、地盤改良材はセメントに水を加えた地盤改良材スラリー（セメントスラリー）として注入するものであり、セメント（Ｃ）に対する水（Ｗ）の添加比率Ｗ／Ｃも施工性を考慮して予め設定しておく。なお、Ｗ／Ｃ＝１００％程度に設定するのが一般的である。この場合、添加量１００ｋｇに相当する改良材スラリーは約１３３リットル（セメントの比重を３とする）である。改良地盤１ｍ３中に１３３リットルの改良材スラリーが注入・混入されている場合、地盤改良材混入率ｘ＝０．１３３（１３．３％）となる。このように、地盤改良材混入率ｘは予め決めておく。そして、このｘ＝０．１３３を上記（２）式に代入して排土係数Ｋ＝０．０７５を算出しておく。
【００２３】
上記のようにして、所定の地盤改良材混入率ｘに基づいて上記（２）式から排土係数Ｋを算出設定する。あるいは、排土係数Ｋと地盤改良材混入率ｘの直交座標による上記（２）式の直線から、図上で地盤改良材混入率ｘに対応する排土係数Ｋを設定する。そして、設定された排土係数Ｋとスクリュー断面積Ｓ、スクリューピッチＰとを管理装置１１に入力しておけば、軸回転計７により検出した回転数Ｎを管理装置１１に入力するだけで、上記（１）式により推定排土量Ｖが演算されて算出される。なお、軸回転計７からの軸回転数Ｎの出力を自動で管理装置１１に入力するようにしておくのがよい。そのようにすれば、予め入力された排土係数Ｋ，スクリュー断面積Ｓ，スクリューピッチＰによりスクリューロッド３を引き抜いた後、すぐに推定排土量Ｖが演算されて算出される。そして、本実施形態の施工管理システムにおいては、１本の改良杭を施工するごとにその推定排土量Ｖを演算し、それをスラリー流量計６により検出されるスラリー注入量と比較して施工良否の判定を行うようにされている。なお、回転数Ｎを調節すれば推定排土量Ｖを増減することができるから、必要であれば推定排土量Ｖが適正になるように刻々と制御することも可能である。
【００２４】
また、本実施形態においての他の管理項目である「羽根切り回数」は、スクリューロッド３が単位長さ引き抜かれる際に各攪拌羽根２による羽根切りがなされた回数を示す値であり、次式で表されるものである。
【００２５】
Ｔ＝Ｍ×ｎ／ｖ    …（３）
Ｔ：羽根切り回数（回／ｍ）
Ｍ：攪拌羽根の総枚数（枚）
ｎ：回転数（回／分）
ｖ：引き抜き速度（ｍ／分）
【００２６】
上記（３）式における攪拌羽根２の総枚数Ｍは改良機固有の定数であるから、軸回転計７により検出される回転数ｎと速度計９により検出される引き抜き速度ｖとにより羽根切り回数Ｔを上式に基づき求めることができ、本管理装置１１では攪拌羽根の総枚数Ｍを入力すれば自動的に羽根切り回数Ｔが演算・算出され、羽根切り回数が所定の管理範囲値内であるかどうか分かるようになっている。
【００２７】
上記の各管理項目は管理装置（コンピューター）１１に入力されて評価すなわち施工の良否の判定がなされ、それに基づき必要に応じて修正施工がなされる。そしてパソコン１３に施工データが保存され、必要に応じて適宜の管理データ、たとえば図３に示すような「施工結果表」や図４に示すような「杭打設日報」がプリントアウトされる。
【００２８】
以上で説明した本実施形態の施工管理システムによれば、排土式の深層混合処理工法による地盤改良に際して従来と同様の品質管理と出来形管理を行い得ることに加え、実際の排土量に近い排土量をスピーディに推定することができ、精度の高い施工管理ができるとともに施工能率の向上に寄与する。
【００２９】
加えて、本実施形態の施工管理システムにおいては、羽根切り回数の管理を行うことでセメントスラリーと土砂との攪拌混合の度合いを定量的に把握できるので、優れた地盤改良効果を得ることができる。
【００３０】
また、排土係数Ｋの演算は、施工管理システム内で土質ごとの複数の相関式がプログラムされていて、施工管理システム内で土質を選択して地盤改良材混入率ｘを入力すれば自動的に演算して算出設定できるようにしてもよいし、別途の計算機を用いての手計算により排土係数Ｋを算出設定し、この排土係数Ｋの算出値を施工管理システムに入力するようにしてもよい。その後の、排土係数Ｋから推定排土量Ｖを演算する方法は既述した通りである。図３の「施工結果表」は、地盤改良材混入率ｘを入力すれば自動的に推定排土量Ｖを演算するシステムの出力例である。
【００３１】
尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００３２】
例えば、本実施形態では、地盤が粘性土の場合の排土係数の算出式を示したが、地盤が砂質土の場合の排土係数の算出式も粘性土の場合と同様に導き出すことができる。図５は、砂質土の場合の地盤改良材混入率ｘと排土係数Ｋとの相関関係を示すグラフである。図５はデータ数ｎ＝１６のものであり、これから下記の式（図５での直線）が得られる。
Ｋ＝０．４９３５ｘ−０．０２５２    …（４）
なお、上記（４）式は相関係数ｒ＝０．８５８であるから強い相関があるといえる。このように、土質条件ごとに予め排土係数の算出式を求めておく、あるいは設定図表を作成しておくことにより、スピーディに推定排土量を算出することができる。ただし、本実施形態で説明した相関式は、実施工でのデータをさらに多く取り入れることにより変更され得るものである。この他、本実施形態の排土係数演算手法は、スクリューロッド貫入時に地盤改良材スラリーを地盤内に注入して攪拌する地盤改良工法にも適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１…改良機  ２…攪拌羽根  ３…スクリューロッド  ６…スラリー流量計  ７…軸回転計  ８…電流検出計  ９…深度計  １０…速度計  １１…管理装置
【図１】
2012246658.tif 000003
【図２】
2012246658.tif 000004
【図３】
2012246658.tif 000005
【図４】
2012246658.tif 000006
【図５】
2012246658.tif 000007
【図６】
2012246658.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月12日(2011.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に攪拌羽根を有するスクリューロッドを地中に貫入せしめ、該スクリューロッドを介して地中に地盤改良材を注入して、前記攪拌羽根の回転により前記地盤改良材と土砂とを攪拌混合しつつ前記スクリューロッドを引き抜くとともに、前記地盤改良材の注入量相当分の土砂を前記スクリューロッドにより地中から排土する地盤改良工法を実施する際に適用され、前記スクリューロッドの深度、回転数、貫入速度および引抜速度、並びに前記地盤改良材の注入量を検出して監視する施工管理システムにおいて、
改良地盤に対する前記地盤改良材スラリー注入量の比率を地盤改良材混入率とし、
予め地盤条件別に求められた地盤改良材混入率と排土係数との関係から、所定の地盤改良材混入率に基づいて排土係数を設定し、
設定された該排土係数と前記回転数とに基づいて前記スクリューロッドによる推定排土量を演算し、その推定排土量を管理項目として監視する構成としたことを特徴とする地盤改良工法における施工管理システム。
【請求項２】
前記推定排土量を前記地盤改良材の注入量と比較して施工の良否を判定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法における施工管理システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、先端部に攪拌羽根を有するスクリューロッドを地中に貫入せしめ、該スクリューロッドを介して地中に地盤改良材を注入して、前記攪拌羽根の回転により前記地盤改良材と土砂とを攪拌混合しつつ前記スクリューロッドを引き抜くとともに、前記地盤改良材の注入量相当分の土砂を前記スクリューロッドにより地中から排土する地盤改良工法を実施する際に適用され、前記スクリューロッドの深度、回転数、貫入速度および引抜速度、並びに前記地盤改良材の注入量を検出して監視する施工管理システムにおいて、改良地盤に対する前記地盤改良材スラリー注入量の比率を地盤改良材混入率とし、予め地盤条件別に求められた地盤改良材混入率と排土係数との関係から、所定の地盤改良材混入率に基づいて排土係数を設定し、設定された該排土係数と前記回転数とに基づいて前記スクリューロッドによる推定排土量を演算し、その推定排土量を管理項目として監視する構成としたことを特徴としている。