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【発明の名称】 地盤改良の施工状態管理方法および施工状態管理システム
【発明者】 【氏名】風張 裕二

【氏名】太田 和善

【氏名】村山 篤史

【氏名】山根 利明

【氏名】日比野 信一

【氏名】堀切 節
【要約】 【課題】深層混合処理による地盤改良工法を実施している施工現場の施工管理・品質管理・労務管理等を施工現場管理者が一括して集中管理でき、これらの管理を正確にかつ迅速に実施できるようにする。

【解決手段】施工現場の管理装置２により少なくとも単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量と単位掘進長毎の攪拌回数と単位掘進長毎の固化材添加量を求めて施工データとして記憶媒体に記録し、施工現場の早期品質確認システム３により未固化のコア試料をデジタル画像データと未固化のコア試料を促進養生して圧縮試験を行って得た圧縮強度データを求め、施工現場管理者１がこれら施工データ・画像データ・圧縮強度データを検討して施工状態をチェックし、施工管理・品質管理・労務管理等を行う。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも掘削翼と攪拌翼を装備した攪拌ヘッドを先端に使用して地盤中を掘進しつつ、固化材等と水を混合したスラリーを吐出し、前記攪拌翼で掘削土とスラリーを攪拌混合することにより地盤改良を行う際の施工状態の管理方法であって、施工現場で少なくとも単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量と単位掘進長毎の攪拌回数と単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量を求める施工データ取得工程と、前記施工データから施工現場管理者が施工状態を把握する工程よりなることを特徴とする地盤改良の施工状態管理方法。
【請求項２】 少なくとも掘削翼と攪拌翼を装備した攪拌ヘッドを先端に使用して地盤中を掘進しつつ、固化材等と水を混合したスラリーを吐出し、前記攪拌翼で掘削土とスラリーを攪拌混合することにより地盤改良を行う際の施工状態の管理方法であって、施工現場で少なくとも単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量と単位掘進長毎の攪拌回数と単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量を求める施工データ取得工程と、施工現場で採取した未固化のコア試料をデジタル画像で記録する工程と、前記施工データと前記コア試料の画像データから施工現場管理者が施工状態を把握する工程よりなることを特徴とする地盤改良の施工状態管理方法。
【請求項３】 少なくとも掘削翼と攪拌翼を装備した攪拌ヘッドを先端に使用して地盤中を掘進しつつ、固化材等と水を混合したスラリーを吐出し、前記攪拌翼で掘削土とスラリーを攪拌混合することにより地盤改良を行う際の施工状態の管理方法であって、施工現場で少なくとも単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量と単位掘進長毎の攪拌回数と単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量を求める施工データ取得工程と、施工現場で採取した未固化のコア試料をデジタル画像で記録する工程と、前記未固化のコア試料を促進養生して圧縮強度の測定を行う工程と、前記施工データと前記コア試料の画像データと前記圧縮強度のデータから施工現場管理者が施工状態を把握する工程よりなることを特徴とする地盤改良の施工状態管理方法。
【請求項４】 少なくとも掘削翼と攪拌翼を装備した攪拌ヘッドを先端に使用して地盤中を掘進しつつ、固化材等と水を混合したスラリーを吐出し、前記攪拌翼で掘削土とスラリーを攪拌混合することにより地盤改良を行う際の施工状態の管理システムであって、施工現場で少なくとも単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量と単位掘進長毎の攪拌回数と単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量からなる施工データを求めて表示手段に表示できる管理装置と、前記施工データから施工現場管理者が施工状態を把握できる手段を備えていることを特徴とする地盤改良の施工状態管理システム。
【請求項５】 少なくとも掘削翼と攪拌翼を装備した攪拌ヘッドを先端に使用して地盤中を掘進しつつ、固化材等と水を混合したスラリーを吐出し、前記攪拌翼で掘削土とスラリーを攪拌混合することにより地盤改良を行う際の施工状態の管理システムであって、施工現場で少なくとも単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量と単位掘進長毎の攪拌回数と単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量からなる施工データを求めて表示手段に表示できる管理装置と、施工現場で採取した未固化のコア試料をデジタル画像で記録できる手段と、前記施工データと前記コア試料の画像データから施工現場管理者が施工状態を把握できる手段を備えていることを特徴とする地盤改良の施工状態管理システム。
【請求項６】 少なくとも掘削翼と攪拌翼を装備した攪拌ヘッドを先端に使用して地盤中を掘進しつつ、固化材等と水を混合したスラリーを吐出し、前記攪拌翼で掘削土とスラリーを攪拌混合することにより地盤改良を行う際の施工状態の管理システムであって、施工現場で少なくとも単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量と単位掘進長毎の攪拌回数と単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量からなる施工データを求めて表示手段に表示し記憶媒体に記録できる管理装置と、施工現場で採取した未固化のコア試料をデジタル画像で記録できる手段と、前記未固化のコア試料を促進養生して圧縮強度の測定を行うための手段と、前記施工データと前記コア試料の画像データと前記圧縮強度のデータから施工現場管理者が施工状態を把握できる手段を備えていることを特徴とする地盤改良の施工状態管理システム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地盤中に地盤改良固化材等と水を混合して製作したセメントミルクを注入し、地盤とセメントミルクを攪拌混合することにより地盤を固結する深層混合処理工法に適用される地盤改良の施工状態管理方法および施工状態管理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】深層混合処理工法には地盤改良機が用いられており、この地盤改良機は、図１６に示すように、地盤改良機１１の前面に略鉛直に設置されたリーダマスト３０のガイドレールに攪拌軸３１の駆動部３２を昇降自在に設けると共に、ワイヤーやチェーン３３等で吊り保持し、攪拌軸３１の先端部に掘削翼や攪拌翼を有する攪拌ヘッド３４を設けて構成されている。施工に際しては、駆動部３２のモータにより攪拌軸３１および攪拌ヘッド３４を回転させて掘進し、攪拌ヘッドにより地盤とセメントミルクを攪拌混合する。プラントで製作されたセメントミルクは、掘進時もしくは引上げ時、あるいは掘進時と引上げ時の両方において攪拌軸の中空部を通して、攪拌ヘッドより地盤に吐出される。
【０００３】このような深層混合処理工法における施工管理は、従来、攪拌軸３１の掘進・引上げ速度Ｖ（深度Ｄ／時間ｔ）と、スラリー（セメントミルク）の吐出量Ｑと、攪拌軸３１の回転数Ｒを個々に測定し、それぞれの検出量が所定の管理値に収まるように行われている。また、必要改良深さは、事前の土質調査により得られた平面方向および鉛直方向に変化する地層構成および地盤の硬さなどの土質調査結果を基に判断して決めていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の攪拌軸の昇降速度Ｖ・スラリー吐出量Ｑ・攪拌軸の回転数Ｒを個々に調整する方法では、■管理項目が多いため管理が難しく、■昇降速度Ｖとスラリー吐出量Ｑの２項目を同時に制御して地盤土への固化材添加量を確保し、昇降速度Ｖと回転数Ｒの２項目を同時に制御して混合度を確保する必要があり、煩雑でオペレーターの労力が大きく、■良好な施工管理が行われているかの判断を即座に行うことができないなどの問題があった。
【０００５】また、設計で決められた深度で必要改良深さを管理すると、当初予想していなかった地層の変化、例えば、支持層が傾斜している場合、改良部底面の一部が支持層に乗り、一部は軟弱地盤中にとどまっている状態も予想される。鉛直支持力を期待する改良の場合は、支持力不足が一部の範囲で生じ、上部構造物の不同沈下につながるという問題があった。
【０００６】このような問題を解決すべく、本出願人は、管理項目を減らすことで管理が容易となり、また良好な施工管理が行われているかの判断を瞬時に正確に行うことができ、さらに、当初予想していなかった地層の変化に対しても対応することができる地盤改良工法の管理方法および地盤改良機の管理装置を既に出願している（特願平１１−２５１４５号）。
【０００７】本発明は、前記管理方法および装置をさらに発展させたものであり、深層混合処理による地盤改良工法を実施している施工現場の施工管理・品質管理・労務管理等を施工現場管理者が一括して集中管理することができ、さらにこれらの管理を正確にかつ迅速に実施することのできる地盤改良の施工状態管理方法および施工状態管理システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、少なくとも掘削翼と攪拌翼を装備した攪拌ヘッドを先端に使用して地盤中を掘進しつつ、固化材等と水を混合したスラリーを吐出し、前記攪拌翼で掘削土とスラリーを攪拌混合することにより地盤改良を行う際の施工状態の管理方法であって、施工現場で少なくとも単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量と単位掘進長毎の攪拌回数と単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量を求める施工データ取得工程と、前記施工データから施工現場管理者が施工状態を把握する工程よりなることを特徴とする地盤改良の施工状態管理方法である。前記施工状態の把握の対象としては、施工データを用いて行う施工時間確認等の労務管理あるいはソイルセメントコラム合否確認や不良コラム原因調査等の施工管理などの例が挙げられる。
【０００９】本発明の請求項２は、請求項１の施工状態管理方法において、施工現場で採取した未固化のコア試料をデジタル画像で記録する工程（デジタルカメラ等を使用する）を追加し、このコア試料の画像データと施工データから施工現場管理者が施工状態を把握することを特徴とする。前記施工状態の把握の対象としては、画像データを用いて行う土と固化材の混合状態や固化材の盛り上がり程度を確認する品質管理と、施工データを用いて行う施工時間確認等の労務管理あるいはソイルセメントコラム合否確認や不良コラム原因調査等の施工管理などの例が挙げられる。施工データは、施工と同時に施工現場管理者へ送り（持ち込み、あるいはデータ送信）、施工完了後に採取した画像データを後から施工現場管理者へ送る。また、施工データと画像データを一緒にして施工現場管理者へ送ってもよい。
【００１０】本発明の請求項３は、請求項２の施工状態管理方法において、未固化のコア試料を促進養生して圧縮強度の測定を行う工程を追加し、この圧縮強度のデータと施工データとコア試料の画像データから施工現場管理者が施工状態を把握することを特徴とする。前記施工状態の把握の対象としては、圧縮強度のデータを用いて行う圧縮強度を確認する品質管理と、画像データを用いて行う土と固化材の混合状態や固化材の盛り上がり程度を確認する品質管理と、施工データを用いて行う施工時間確認等の労務管理あるいはソイルセメントコラム合否確認や不良コラム原因調査等の施工管理などの例が挙げられる。圧縮強度データは、施工後、少なくとも１日後に得られるので、施工データや画像データの後に施工現場管理者に送る。また、施工データや画像データと一緒にして施工現場管理者に送ってもよい。
【００１１】本発明の請求項４は、少なくとも掘削翼と攪拌翼を装備した攪拌ヘッドを先端に使用して地盤中を掘進しつつ、固化材等と水を混合したスラリーを吐出し、前記攪拌翼で掘削土とスラリーを攪拌混合することにより地盤改良を行う際の施工状態の管理システムであって、施工現場で少なくとも単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量と単位掘進長毎の攪拌回数と単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量からなる施工データを求めて表示手段に表示できる管理装置と、前記施工データから施工現場管理者が施工状態を把握できる手段を備えていることを特徴とする地盤改良の施工状態管理システムである。前記施工状態の把握は、請求項１の発明と同じである。
【００１２】本発明の請求項５は、請求項４の施工状態管理システムにおいて、施工現場で採取した未固化のコア試料をデジタル画像で記録できる手段（デジタルカメラ等）を追加し、このコア試料の画像データと施工データから施工現場管理者が施工状態を把握することを特徴とする。前記施工状態の把握は、請求項２の発明と同じである。
【００１３】本発明の請求項６は、請求項４の施工状態管理システムにおいて、前記未固化のコア試料を促進養生して圧縮強度の測定を行うための手段（例えば55°C 温水養生装置と一軸圧縮試験器など）を追加し、この圧縮強度のデータを施工データとコア試料の画像データから施工現場管理者が施工状態を把握することを特徴とする。前記施工状態の把握は、請求項３の発明と同じである。
【００１４】請求項１〜請求項６において、施工データは、記憶媒体（ＩＣカード，フロッピー（登録商標）ディスク，ＣＤ，ＣＶＤ等）に記録して、その施工現場の施工現場管理者に持ち込んでもよいし、有線や無線等による通信システムにより施工現場管理者に直接送信するようにしてもよい。
【００１５】施工現場の施工管理システムは、管理装置と、掘削翼・攪拌翼・共回り防止翼を装備した地盤改良機と、セメントミルクの製造プラントなどから構成され、管理装置は、地盤改良機などに設置され、施工データ演算手段・記憶手段・施工データ表示手段・警報出力手段などを備え、地盤改良機やスラリーのプラントに設けた検出器などからの測定データ（施工時間・掘削深度・攪拌軸回転数・スラリー吐出量など）が入力され、さらにソイルセメントコラムの番号や改良径等が別途入力され、これらの入力データに基づいて施工データ演算手段により施工データ（単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量・単位掘進長毎の攪拌回数・単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量など）が算出され、施工データ表示手段により施工データおよび入力データがグラフ等で表示される。また、施工データ表示手段では、施工データおよび入力データが時間を遡って再現表示可能とされている。なお、施工データの固化材添加量はスラリー吐出量でもよい。
【００１６】各施工現場の早期品質確認システムは、施工直後の未だ固まっていないコア試料を地盤改良機を利用して全長にわたり採取する未固化採取治具と、この採取された全長のコア試料をデジタル画像で記録するデジタルカメラ等から構成され、更には、このコア試料から作成された供試体を促進養生する促進養生装置（例えば55°C の温水により約24時間で促進養生する温水促進養生装置）と、この促進養生後の供試体強度を測定する簡易一軸圧縮試験器などを含んで構成してもよい。
【００１７】以上のような構成において、施工管理システムにより、施工現場で得られたソイルセメントコラムの施工データが施工現場管理者に送られ、施工現場の施工管理・品質管理・労務管理等を施工現場管理者が一括して集中管理することができ、管理にかかるコストおよび労力を低減することができ、また施工現場に必要な指示を行うことで良好な地盤改良工を実施することができる。さらに、施工管理システム・早期品質管理システムによる施工データ・コア試料の画像データ・場合によってはコア試料の圧縮強度データを用いて管理を行うことにより、施工現場の施工管理・品質管理・労務管理等をより正確にかつ迅速に実施することができる。
【００１８】本発明で用いる管理装置においては、良好な地盤改良を実現するための次の３つを主要な管理項目としている。
【００１９】(1) 先ず、第１点として、地盤と固化材を結合させることにより強度増加を図る改良原理から、改良地盤の強度は地盤中に注入した固化材添加量に比例することが、図１３に示すように、実験的に確かめられている。従って、単位掘進長毎の固化材添加量またはスラリー吐出量を管理する。例えば、単位掘進長毎の固化材の添加量としては、逐次、地盤中に投入される固化材添加量ＷC ［ｋｇ／ｍ3 ］（地盤土１ｍ3 に投入される固化材の重量）を管理する。この固化材添加量ＷCは、セメントミルクプラントから地盤中へ吐出されるセメントミルクの吐出量Ｑと、攪拌ヘッドの深度Ｄ・速度Ｖと、別途測定した水・固化材比Ｗ／Ｃおよび固化材比重等を用いて求める。即ち、吐出量Ｑと水・固化材比Ｗ／Ｃおよび固化材比重等を用いて固化材投入量ＷC ’を算出し、この固化材投入量ＷC ’を固化材が投入された単位掘進長区間の体積で除して、地盤の単位体積当たりの固化材添加量ＷC を得る（後述の式（１）参照）。例えば所定の単位掘進長区間毎に前記固化材添加量ＷC と固化材添加量設定値とを比較して判定を行い、満足しない場合にはその単位掘進長区間の再施工を促す警報を出力する。前述のように不良区間は、再施工が原則である。再施工は、攪拌ヘッドを回転させながら上方へ引き上げ、再度セメントミルクを追加吐出させながら掘進することにより行われる。
【００２０】なお、得られた固化材添加量ＷC 、あるいは攪拌ヘッドの昇降速度Ｖに基づいて、セメントミルク吐出ポンプを自動制御し、固化材添加量ＷC を固化材添加量設定値に一致させることもできる。即ち、ある区間で固化材添加量ＷC が少ないことが判明した場合には、続く区間でセメントミルクの吐出量Ｑを増やし、所定の単位掘進長区間の固化材添加量ＷC が設定値を満足するようにする。昇降速度Ｖが低下した場合には、吐出量Ｑを低下させ、所定の単位掘進長区間の固化材添加量ＷC が設定値を満足するようにする。このように攪拌ヘッドの昇降速度Ｖに基づいて、セメントミルク吐出ポンプを調整し、固化材添加量ＷC を固化材添加量設定値に一致させる。調整は、オペレータ室の遠隔操作盤などで行うことができる。以上のように、瞬間的には吐出量が少しバラツキがあっても単位掘進長区間毎に所定量が満足されると、この区間では充分に攪拌混合されるため所定の強度が得られる。
【００２１】(2) 第２点として、改良土の品質が均一になるためには固化材と地盤を十分に混合することが重要である。その混合度として、地盤中を回転している攪拌ヘッドの攪拌回数と、強度ばらつきの指標となる強度の変動係数（＝標準偏差／平均値）との相関を調べた結果を図１４に示す。従って、所定の単位掘進長区間毎の攪拌回数を管理する。例えば、この攪拌回数Ｎ［回／ｍ］は、速度Ｖと、攪拌軸の回転数Ｒと、攪拌ヘッドの羽根枚数ｎを用いて求める。即ち、掘進時および引上時に、ある単位掘進長区間における羽根の合計通過回転数により、単位長さ当たりの攪拌回数Ｎを得る（後述の式（３）参照）。例えば所定の単位掘進長区間毎に前記攪拌回数Ｎと攪拌回数基準値とを比較して判定を行い、満足しない場合にはその単位掘進長区間の再施工を促す警報を出力する。
【００２２】(3) 第３点として、構造物を支持する地盤の補強として地盤改良を用いる場合、所定の支持力を発揮できる深度まで確実に改良する必要がある。そこで、支持層を判断するために、単位掘進長毎の攪拌ヘッドの仕事量を求める。例えば、攪拌ヘッド先端の地盤の硬さを計測判断するため、攪拌ヘッドによる単位長さ当たりの掘進攪拌抵抗値（仕事量）Ｗ［ｋＪ／ｍ］を常時監視する。この掘進攪拌抵抗値をデータ表示器に表示し、この掘進攪拌抵抗値が設定値に達したとき攪拌ヘッドが所定の支持層に到達したと判定する。この掘進攪拌抵抗値は、駆動部のモータの電流値Ａ（電動モータ）またはトルク（油圧モータ）と、攪拌ヘッドの掘進速度Ｖを用いて求める。即ち、１ｍ掘進するのに要した時間に攪拌ヘッドのした仕事量を掘進攪拌抵抗値Ｗとする（後述の式（２）参照）。
【００２３】さらに、管理装置においては、攪拌ヘッドに設けられた共回り防止翼の攪拌軸に対する相対回転を常時監視し、例えば共回り防止翼が静止した状態から共回りによる回転を始めると警報を出力する。即ち、共回り防止翼と攪拌軸が一緒に回ると、土が攪拌軸に付着し土の共回り現象が生じていると判定し、修正施工を促す。
【００２４】以上に示したように、本発明の管理装置では、ＶとＱから地盤中に投入される固化材添加量ＷC ［ｋｇ／ｍ3 ］を算出して、これを１元管理することにより、管理が容易となり、また省力化・迅速化が図られる。これに対して、従来のように、攪拌軸の昇降速度Ｖ・スラリー吐出量Ｑ・攪拌軸の回転数Ｒを個々に測定した場合、攪拌軸の昇降速度Ｖとスラリー吐出量Ｑの２項目を同時に制御することで、地盤中に投入される所定の固化材添加量を確保しなければならず、煩雑でオペレーターの労力が大きかった。
【００２５】さらに、本発明の管理装置では、前述の場合と同様に、深度方向の所定区間内における攪拌回数Ｎ［回／ｍ］を算出して、これを１元管理することにより、管理が容易となり、また省力化・迅速化が図られる。これに対して、従来においては、攪拌軸の昇降速度Ｖと攪拌軸の回転数Ｒの２項目を同時に制御することで、所定の攪拌回数としての混合度を確保しなければならず、煩雑でオペレーターの労力が大きかった。
【００２６】また、必要改良深さに関しては、攪拌ヘッドの掘進攪拌抵抗値（仕事量）Ｗ［ｋＪ／ｍ］を検出して支持層への到達を判定するため、当初予想していなかった地層の変化にも対応することができる。
【００２７】さらに、良好な地盤改良に必要な単位掘進長毎の固化材添加量・攪拌回数・掘進攪拌抵抗値である攪拌ヘッドの仕事量がディスプレイに各単位掘進長区間毎に逐次表示され、オペレーターに瞬時に伝達されるため、正確な施工が可能となり、また設定値や基準値を満足しない場合には警報も発せられるので安心して施工を行うことができると共に、警報箇所を再施工することで良好な地盤改良を行うことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。図１は本発明の地盤改良の施工状態管理方法を実施するための施工現場における施工管理の１例を示したものである。図１では、現場Ａと現場Ｂとが示され、現場Ｂ内に示された現場管理者ｂ2 ，ｂ3 ，…は、現場Ｂと異なる現場であっても、現場Ｂが広い現場で多数箇所で施工して多数の現場管理者の元でそれぞれ施工を行っていてもよい。図２は本発明の施工状態管理システムの１例を示したものである。図３は本発明の早期品質確認システムの１例を示したものである。
【００２９】図１に示すように、各施工現場には、施工管理を行う施工現場管理者１がおり、施工管理システムの管理装置２を少なくとも設置し、好ましくは更に早期品質確認システム３を設置する。後に詳述するように、施工中の地盤改良機やプラントから得られた測定データから管理装置２により施工データを求める。また地盤改良体（ソイルセメントコラム）から採取した試料から早期品質確認システム３により画像データを少なくとも得、好ましくは更に圧縮強度データを得る。これら施工データを（場合によっては画像データ・圧縮強度データなども）施工現場管理者１に送り、施工現場管理者１が一括して集中管理する。
【００３０】管理装置２は、例えば図２に示すように、地盤改良機１１に搭載されており、管理装置２で得られた施工データＤ1 をＩＣカード６等の記録媒体に記録する。このＩＣカード６等は、必要により、デジタルカメラ７のデジタル画像データＤ2 やコア試料の圧縮強度データＤ3 も一緒に記録してもよい。また、施工データＤ1 ，デジタル画像データＤ2 ，コア試料の圧縮強度データＤ3 を別個のＩＣカード６等に記録する場合は、施工ロッド番号を付すことが好ましい。これらデータを現場事務所等へ持ち込み、現場事務所等のコンピュータ８に入力する。管理装置２の施工データＤ1 は、有線あるいは無線等による通信システム（インターネット等）によりコンピュータ８へ直接送信することもできる。また、管理装置２のディスプレイで表示されたデータをコンピュータ８にリアルタイムで表示させることも可能である。施工現場管理者１はコンピュータ８の施工データＤ1 ・画像データＤ2 ・圧縮強度データＤ3 から施工状態をチェックし、必要に応じて施工指示を地盤改良機１１のオペレータに伝え、あるいは施工指示データＤ4 をオペレータへ送信する。なお、各データをＤ1 〜Ｄ3 を遠隔地である本社における施工チェック部署・工事部・施工監理者・管理者・施主等へも送信することができる。
【００３１】なお、デジタル画像や圧縮強度データを得るための試料の採取はその現場で施工する初期のソイルセメントコラムにて実施し、そこで良好な結果が得られたら、その施工現場では同一条件で施工を続ける。この試料採取は所定のロット毎に行うこともある。
【００３２】早期品質確認システム３は、例えば図３に示すように、未固化採取治具１２と、デジタルカメラ７から構成され、温水促進養生装置１４と、簡易一軸圧縮試験器１５などを含んで構成してもよい。地盤改良機１１を利用して施工直後の未だ固まっていないソイルセメントコラム１６内に未固化採取治具１２を挿入し、未固化のコア試料１７を全長にわたり採取する。この全長のコア試料１７を水平に置き、デジタルカメラ７で撮影し、画像データＤ2 を得る。次いで、このコア試料１７から未固化のソイルセメントを採取し、モールド１３に充填することにより強度確認のための供試体１８を作製する。この供試体１８を温水促進養生装置１４により１日で促進養生した後、簡易一軸圧縮試験器１５で強度試験を行い、圧縮強度データＤ3 を得る。
【００３３】上記の未固化採取治具１２は、例えば、本出願人の出願に係る試料土採取方法および装置（特願平１１−１２３５５６号）を用いることができる。この試料土採取方法は、Ｈ形鋼等の開放された側面を有する開放断面の長尺採取部材１２ａを地盤改良機１１からワイヤロープ１２ｂ等で吊り下げ、施工終了直後のソイルセメントコラム１６内に採取部材の自重，地盤改良機あるいはバイブロハンマー等で挿入し、所定の深度に達すると、この長尺採取部材１２ａの底面を底蓋により閉塞すると共に開放側面を側面板により周囲の改良土から縁切りし、試料土が充填された長尺採取部材１２ａを地上に引き上げるものであり、連続した試料土を確実に迅速に採取することができる。
【００３４】圧縮強度の測定には、例えば、本出願人の出願に係る地盤改良工法の品質管理方法および温水養生装置（特願平１１−１５６３５９号）を用いることができる。これは、クーラーボックス等の温水養生槽１４ａに自動温度調節装置付きのヒーターと循環ポンプ等を設け、この温水養生槽１４ａ内に円柱供試体１８をモールドごと格納し、55°C の温水により約24時間で促進養生し、この温水養生後に簡易一軸圧縮試験器１５で供試体強度を測定し、この55°C 温水養生１日強度から関係式を用いて通常期間養生後の供試体強度すなわち20°C 養生材令28日強度を推定するものであり、改良土の設計強度評価を約１日で行うことができる。なお、供試体強度の測定は、施工現場で行っているが、温水促進養生装置１４は持ち運びできるため、他の場所で供試体強度の測定を行うことも可能である。
【００３５】以上のようにして得られたデータが図２に例示するように施工現場管理者１のコンピュータ８に入力され、このデータに基づいて、次に示すような管理などが行われる。なお、施工データＤ1 は、例えば図５に示すようにコンピュータ８の画面に表示される。
【００３６】(1) 進捗率管理施工データＤ1 を用い、施工されたソイルセメントコラムの施工数等の予定と実績を図４(a) に示すようなグラフで表し、工事の進捗率を確認する。
(2) 労務管理施工データＤ1 を用い、図４(b) に示すように、各施工日における施工時間を確認する。
(3) 品質管理■画像データＤ2 を用い、土と固化材の混合状態（土の塊が混在していないかどうか）およびソイルセメントコラム上方の盛り上がり量（固化材を吐出していない上部区間に固化材が盛り上がっている状態）をチェックする。
■圧縮強度データＤ3 を用い、55°C 温水養生１日強度から材令28日強度を推定することにより、固化材添加量等の可否を判定する。
■上記の画像データＤ2 と、もしくは画像データＤ2 の他に圧縮強度データＤ3 と、施工データＤ1 を比較検討し、品質不良の対策案を策定する。
(4) 施工管理■施工データＤ1 を用いてグラフ表示された図５の一覧表（後に詳述する）により、築造されたソイルセメントコラムの合否を判定する。この図５において、攪拌回数や固化材添加量は一定深度毎に表示しているが、これに限らず、仕事量のように深度毎のグラフとしてもよい。また、固化材添加量はスラリー吐出量でもよい。
■施工データＤ1 を用いて不良コラムの原因調査を行う。
(5) 報告書作成以上の管理項目に必要事項を盛り込んで報告書を作成する。施工データＤ1 および画像データＤ2 は即日提出が可能であり、圧縮強度データＤ3 も翌日に提出が可能である。
(6) 施工指示以上の結果から施工指示を地盤改良機のオペレータに与える。
【００３７】次に、管理装置２による施工データの検出方法の１例について詳述する。図５は施工データのディスプレイ表示例を示したものである。図６は地盤改良機・プラント・管理装置の全体構成を模式的に示したものである。図７は地盤改良機の攪拌軸先端の攪拌ヘッドを示したものである。図８〜図１０はデータの施工記録例を示したものである。図１１は本発明の管理方法のフローチャート、図１２は地盤改良施工例を深度−時間図で示したものである。
【００３８】図６において、地盤改良機１１の前面に設けられたリーダーマスト３０には攪拌軸３１の駆動部３２がガイドレールにより昇降自在に取付けられ、ワイヤー３３により吊り保持され、攪拌軸３１の先端部には攪拌ヘッド３４が設けられている。攪拌ヘッド３４は、図７に示すように、先端側から順に、掘削翼３５と、共回り防止翼３６と、上下に間隔をおいて複数の攪拌翼３７が設けられている。共回り防止翼３６は、攪拌ヘッド部分に粘着性のある土が団子状に付着して攪拌ヘッド３４と共に同期回転する、いわゆる土の共回り現象を防止するためのものであり、掘削径より外に出ている先端が掘削孔壁に貫入されて土中に静止するように攪拌軸３１に回転自在に取付けられている。
【００３９】一方、図６に示すように、プラント４０では水Ｗと固化材Ｃ（セメント）等を混練してセメントミルク４１を作製する。作製されたセメントミルク４１は吐出量の制御が可能なスラリーポンプ４２を介して地盤改良機１１に送られ、攪拌軸３１の内部を通り、攪拌ヘッド３４の先端部の吐出口４３から吐出される（図７参照）。吐出されたセメントミルク４１は、掘削翼３５・共回り防止翼３６・攪拌翼３７により、掘削土砂と効率良く攪拌混合され、ソイルセメントコラムが築造される。なお、スラリーポンプ４２と地盤改良機との間のセメントミルク４１の通路に吐出量検出機４７が設置されている。
【００４０】以上のような地盤改良機において、この実施例では、図６に示すように、駆動部３２の移動距離から攪拌ヘッド３４の深度を検出する深度（速度）検出器（例えば、ワイヤーのシーブに取付けたエンコーダ）４４を地盤改良機１１に設け、攪拌軸３１の回転数を検出する回転数検出器４５を駆動部３２に設け、駆動部３２の電動モータ（または油圧モータ）の電流値（または油圧力）を検出する電流検出器（または油圧力検出器）４６を地盤改良機１１に設ける。一方、プラント側には、セメントミルク４１の吐出量を検出する吐出量検出器（流量検出器）４７を設ける。施工条件によっては、図７(b) に示すように、攪拌ヘッド３４には、攪拌軸３１と共回り防止翼３６の相対回転を検出する検出用マグネット４８ａと磁気式近接スイッチ４８ｂなどからなる相対回転検出器４８を設ける。
【００４１】施工機側には、図６に示すように、重機計測盤４９が設置されており、この重機計測盤４９に深度検出器４４・回転数検出器４５・電流検出器（または油圧力検出器）４６・相対回転検出器４８からの検出値が入力される。この重機計測盤４９では、入力された検出値により、次のような演算処理を行う（詳細は後述する）。
【００４２】■ 深度検出器４４からの深度Ｄと、施工時間を計測するタイマーからの施工時間ｔを用いて、攪拌ヘッド３４の昇降速度Ｖ［ｍ／分］を算出する。
■ 単位掘進長区間（例えば０．５ｍ）毎に、昇降速度Ｖと、回転数検出器４５からの攪拌軸回転数Ｒと、攪拌ヘッド３４の羽根枚数ｎを用いて、地盤土の単位長さ当たりの攪拌回数Ｎ［回／ｍ］を算出する。
■ 単位掘進長区間（本実施例では０．５ｍ）毎に攪拌回数Ｎが基準値Ｎthを満足するか否かの判定を行い、満足しない場合には、その単位掘進長区間の再施工を促す判定結果を出力する。
■ 攪拌ヘッド３４の掘進速度Ｖと、電流検出器４６からの電流値Ａ（またはトルク）を用いて、地盤土の単位長さ当たりの掘進攪拌抵抗値Ｗ［ｋＪ／ｍ］を算出する。
■ 単位掘進長区間（この場合は０．１ｍ）毎に掘進攪拌抵抗値（仕事量）Ｗが支持層管理設定値Ｗthを上回るかどうかの判定を行い、攪拌ヘッドが支持層へ到達したか否かの判断を行う。
■ 攪拌ヘッド３４に設けた相対回転検出器４８の検出値を用いて、土の共回りが発生したかどうかを検出する。相対回転数が攪拌ヘッド３４の回転数に一致すると、共回り防止翼３６は静止し、土の共回りは全く発生していないことを示す。
【００４３】一方、プラント側には、図６に示すように、プラント計測盤５０が設置されており、このプラント計測盤５０に吐出量検出器４７からの検出値が入力され、また重機計測盤４９から深度Ｄ・昇降速度Ｖが入力される。このプラント計測盤５０では、入力された検出値により、次のような演算処理を行う（詳細は後述する）。
【００４４】■ 深度Ｄまたは昇降速度Ｖと、吐出量検出器４７からのセメントミルク吐出量Ｑと、固化材の比重ＧC 等を用いて、地盤土の単位体積当たりの固化材添加量ＷC ［ｋｇ／ｍ3 ］を算出する。
■ 単位掘進長区間（本実施例では０．５ｍ）毎に固化材添加量ＷC が設定値ＷCth を満足するか否かの判定を行い、満足しない場合には、必要なセメントミルク吐出量Ｑを算出し、固化材添加量が設定値を満足するようにスラリーポンプ４２を自動制御あるいは調整してセメントミルク吐出量をコントロールする。また、昇降速度Ｖが変化した場合にも、固化材添加量が設定値を満足するようにスラリーポンプ４２を自動制御あるいは調整してセメントミルク吐出量をコントロールする。
■ さらに、何らかの原因により、固化材添加量ＷC が設定値ＷCth を満足しない場合に、その単位掘進長区間の再施工を促す判定結果を出力する。
【００４５】地盤改良機１１のオペレータ室１１ａには、図６に例示するように、データ表示器５１、遠隔操作盤５２、警報報知器５３、通話器５４が設置されており、重機計測盤４９・プラント計測盤５０における入力データおよび処理データがデータ表示器５１に表示される。
【００４６】図５は、データ表示器５１の施工中の画面イメージの１例であり、下記の■〜■などが数値やグラフなどで表示され、誤視認のない分かりやすい画面表示となっている。
【００４７】■ 施工日付・時分秒（施工時間）・コラムNo. と径・深度・速度・電流値（油圧力）・軸回転数・吐出量■ 固化材添加量・攪拌回数・仕事量の設定値・基準値（下側に表示されている。）
■ 所定の単位掘進長区間毎の固化材添加量・攪拌回数・仕事量の検出値■ 固化材添加量が設定値を満足するために現在必要となる必要吐出量■ 固化材添加量・攪拌回数が設定値・基準値を満足しない場合の警報■ 掘進攪拌抵抗値が管理設定値に達した場合の着底表示■ 共回り防止翼と攪拌軸の相対回転数と、共回り現象が確認された場合の警報表示【００４８】また、上記■〜■などの警報が発せられる場合は、警報報知器５３で音声による警報を発する。さらに、データ表示器５１は施工データおよび入力データが時間を遡って再現表示可能とされている。また、上記■〜■などの警報が発せられる場合、音声による警報とともに、データ表示器５１に赤色の反転文字で点滅表示することもできる。
【００４９】オペレータ室１１ａの遠隔操作盤５２では、コラムNo. の選択、施工設定値・基準値の入力・変更、施工開始、施工終了等の操作が行われる。また、遠隔操作盤５２により重機計測盤４９、プラント操作盤５０を介してスラリーポンプ４２へ信号を送り、スラリーポンプ４２を遠隔操作し、セメントミルク吐出量を調整することができる。
【００５０】施工中に検出された施工データは、図６に例示するように、全てが遠隔操作盤５２の内部にある記憶装置に保存され、このデータはＩＣカード６やフロッピーディスク等の記憶媒体を介して現場事務所等における日報作成システム５５に移動・複写することができる。この日報作成システム５５は、コンピュータ８とプリンター５６からなり、施工記録・日報・施工集計表・固化材管理表の作成・印刷を行う。図８は、印刷された帳票例である。コラムNo. ，所要時間，施工機No. ，改良径，掘削長，固化材使用量，単位掘進長毎の固化材添加量・攪拌回数・仕事量などが記されている。図９に示すような時間軸に対する深度，速度，電流値，ロッド軸回転数，吐出量などのチャート式の施工記録の印刷も可能である。また、必要に応じて、図１０に示すような改良部（ソイルセメントコラム）における各深度毎の固化材添加量や攪拌回数をプロットして解析することも可能である。
【００５１】図１１は、掘進時にセメントミルクを吐出する場合の施工管理フローの例を示したものである。掘進工程において、固化材添加量・支持層の確認等を行い、引上工程において攪拌回数の確認等を行っている。
【００５２】以下に各処理について詳述する。
(i) 固化材添加量掘進工程において、攪拌ヘッド３４の深度Ｄ・掘進速度Ｖと、セメントミルク４１の地盤への注入量（吐出量）Ｑと、固化材Ｃの比重ＧC から、地盤の単位体積当たりの固化材添加量ＷC ［ｋｇ／ｍ3 ］を算出する。また、各単位掘進長区間（本実施例では０．５ｍ）毎に固化材添加量ＷC が設定値ＷCth を満足するか否かの判定を行い、固化材添加量ＷC が設定値ＷCth を常に満足するように、必要吐出量Ｑを算出してスラリーポンプ４２へ必要吐出量を指示し、スラリーポンプ４２を自動制御あるいは調整する。また、昇降速度Ｖに応じてスラリーポンプ４２を自動制御あるいは調整し、固化材添加量ＷC が設定値ＷCth を満足するようにする。さらに、このような制御等を行っても、何らかの原因により、固化材添加量ＷC が設定値ＷCth より低い場合には、警報が発せられ当該単位掘進長区間の修正施工を行う。
【００５３】固化材添加量ＷC ［ｋｇ／ｍ3 ］の算出方法は以下による。即ち、次に示す（１）式を用いて、セメントミルク吐出量（注入量）Ｑ［Ｌ／分］と水・固化材比Ｗ／Ｃ等を用いて固化材投入量ＷC ’［ｋｇ／分］を求める。ここで、添加材等を使用しない場合には、Ｂ＝０となり、（１）式を用いて固化材投入量ＷC ’を算出することができる。
【００５４】
【数１】

【００５５】以上により求まる固化材投入量ＷC ’を、投入された区間の体積で除したものが固化材添加量ＷC ［ｋｇ／ｍ3 ］となる。即ち、区間の長さをΔＤ［ｍ］、この区間の通過時間をΔｔ［分］、コラムの横断面積をａ［ｍ2 ］とすれば、ＷCは、次式で求めることができる。
ＷC ＝（ＷC ’×Δｔ）／（ΔＤ×ａ）
＝ ＷC ’／（Ｖ・ａ）
【００５６】固化材添加量の管理は例えば次のように行うこともできる。所要固化材添加量（設定値）が３００ｋｇ／ｍ3 の場合、例えば改良径１ｍで単位掘進長１ｍ当りに必要となる固化材投入量は２３６ｋｇとなる。単位区間１ｍのうち０．５ｍまで改良が進んでいる時、地盤中に投入された固化材量が１００ｋｇだとすると、設定値より１８ｋｇ不足していることになる。この場合は、不足分の１８ｋｇ分を加算した固化材量１３６ｋｇを残りの０．５ｍで投入すればよい。この場合、残りの０．５ｍの区間の必要吐出量Ｑを算出し、この必要吐出量でスラリーポンプ４２を自動制御あるいは調整し、１ｍ当りにおける固化材添加量が設定値を満足するようにする。上記のような自動制御・調整を管理区間長内（本実施例では０．５ｍ）で行う。なお、このような不良区間における単位区間１ｍのうち上部が固化材量不足、下部が固化材量過大となるが、この程度の区間距離では上下方向に十分に攪拌混合されるため強度不足となることはない。なお、単位区間距離が２単位を越える領域で固化材量の過不足を生じる場合、このような不良区間は再施工されるのが原則である。
【００５７】また、掘進速度Ｖが０．５ｍ／分のときの必要吐出量Ｑが１００Ｌ／分の場合、単位単位掘進長区間１ｍに１００／０．５＝２００Ｌ吐出することになるが、掘進速度が０．４ｍ／分に低下し同一吐出量のまま施工すると、１００／０．４＝２５０Ｌと過大に吐出することになる。このような場合には、掘進速度Ｖの低下に応じ、吐出量も８０Ｌ／分に低下させればよい。逆に、掘進速度Ｖが速くなれば、それに応じて吐出量Ｑを増やせばよい。この場合、掘進速度Ｖに応じてスラリーポンプ４２を自動制御あるいは調整し、固化材添加量が設定値を満足するようにする。
【００５８】以上の機能により、固化材添加量は常に設定値を満足し、かつ過不足のない値となる。何らかのトラブルにより、単位区間で設定値を満足することができなかった場合には、データ表示器５１に警報が表示される。また、警報報知器５３より警報が発せられ、修正施工が促される。その場合には、いったん攪拌ヘッド３４を引上げ、再度注入攪拌を行うことにより（図１２参照）、確実な固化材添加量管理を行うことができる。
【００５９】(ii)掘進攪拌抵抗値掘進工程において、攪拌ヘッド３４の掘進速度Ｖ（１ｍ掘進に要した時間ｔ［秒／ｍ］）と、駆動部３２のモータ電流値Ａなどから、オーガモータのした仕事量に相当する掘進攪拌抵抗値Ｗを算出し、予め土質柱状図の近傍にて試験施工をすることにより得られた掘進攪拌抵抗値（設定値）との比較を行い、攪拌ヘッド３４が支持層に到達したかどうかの判定を行う。支持層に到達したと判断された場合には、データ表示器５１、警報報知器５３によりオペレータに通知される。掘進攪拌抵抗値Ｗの算出は次の（２）式による。図１５は掘進攪拌抵抗（仕事量）の実測例を示す。
【００６０】
【数２】

【００６１】(iii) 攪拌回数引上工程において、攪拌ヘッド３４の深度Ｄ・速度Ｖと、攪拌軸３１の回転数Ｒと、攪拌ヘッド３４の羽根枚数ｎから、各単位掘進長区間（本実施例では０．５ｍ）毎の攪拌回数Ｎを算出する。また、この算出された攪拌回数Ｎが、ばらつきの小さい高品質な地盤改良柱体を築造するために必要となる攪拌回数の基準値Ｎthを満足しているかの判定を行う。ある単位区間で基準値を満足することができなかった場合には、データ表示器５１に警報が表示され、警報報知器５３より警報が発せられ、修正施工が促される。その場合には、いったん攪拌ヘッド３４を引下げ、再度攪拌混合を行うことにより（図１２参照）、攪拌回数の確保を確実に行うことができる。攪拌回数Ｎは、掘進時および引上時のある区間における羽根の合計通過回転数より求まり、次の（３）式による。なお、攪拌回数Ｎの基準値は、図１４(b) に示すように、改良対象土質毎に試験施工を行い、攪拌回数と一軸圧縮強さのばらつきの関係を調査した結果より決定している。
【００６２】
【数３】

【００６３】(iv) 共回り防止翼の相対回転掘進工程・先端部練り返し工程・引上工程において、図７(b) に例示するように、攪拌ヘッド３４に設けられた相対回転検出器４８（検出用マグネット４８ａと磁気式近接スイッチ４８ｂ）からのＯＮ信号をカウントすることで、共回り防止翼３６と攪拌軸３１の相対回転数を常時計測する。共回り防止翼３６が静止状態の場合には、攪拌軸３１の回転数と同じ相対回転数が得られるが、相対回転数が０に近い場合（攪拌軸３１と共回り防止翼３６の回転数が同程度の場合）には、共回り防止翼３６が攪拌軸３１と共に回転し、土と攪拌ヘッドが同期回転する土の共回り現象が発生していると判断される。この場合、データ表示器５１・警報報知器５３により警報が発せられ、修正施工が促される。この修正施工は攪拌ヘッド３４を引上げ、再掘進等を行えばよく、迅速な処理が可能である。
【００６４】
【発明の効果】本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果を奏することができる。
【００６５】(1) 少なくとも施工現場で得られたソイルセメントコラムの施工データが施工現場管理者に送られ、必要に応じて更にコア試料の画像データやコア試料の圧縮強度データが施工現場管理者に送られ、施工現場の施工管理・品質管理・労務管理等を施工現場管理者が一括して集中管理することができ、管理にかかるコストおよび労力を低減することができ、また施工現場に必要な指示を行うことで良好な地盤改良工を実施することができる。
【００６６】(2) 施工データを用いて管理を行うことにより、各施工現場の施工管理・品質管理・労務管理等をより正確にかつ迅速に実施することができる。なお、施工管理や品質管理には、必要に応じて画像データ, 圧縮強度データを用いて管理することにより、管理がより確実なものとなる。
【００６７】(3) 従来の管理項目が、深度・速度・回転数・吐出量・電流値と多数にわたっていたのに対し、本発明の管理方法やシステムでは、単位掘進長毎の固化材添加量・攪拌回数・攪拌ヘッドの仕事量に集約して管理項目を減らすことができ、そのため管理が容易となる。
【００６８】(4) 本発明の管理方法やシステムでは、良好な地盤改良に必要な固化材添加量・攪拌回数・攪拌ヘッドの仕事量がディスプレイに各単位掘進長区間毎に逐次表示することも可能になり、オペレーターに瞬時に伝達されるため、正確な施工が可能となり、また不満足の場合には警報も発せられるので安心して施工を行うことができると共に、警報箇所を再施工することで良好な地盤改良を行うことができる。
【００６９】(5) 本発明の管理方法やシステムでは、攪拌ヘッドの掘進攪拌抵抗値（仕事量）を検出して支持層への到達を判定するため、当初予想していなかった地層の変化にも対応することができ、構造物の支持力不足を解消することができる。
【出願人】 【識別番号】０００１３３８８１
【氏名又は名称】株式会社テノックス
【出願日】 平成１２年５月２６日（２０００．５．２６）
【代理人】 【識別番号】１０００７００９１
【弁理士】
【氏名又は名称】久門 知 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−３３６１４２（Ｐ２００１−３３６１４２Ａ）
【公開日】 平成１３年１２月７日（２００１．１２．７）
【出願番号】 特願２０００−１５６１０６（Ｐ２０００−１５６１０６）