本発明は、混合処理施工機を搭載した台船を海上などの水面に浮かべてセメント系改良材を軟弱な水底地盤に注入固化して、強固な地盤を確保するための混合処理工法において、潮位の変化による各種の計測値を補正して設計通りの構築物を構築可能にした混合処理工法における施工管理方法及びその装置に関するものである。

軟弱なシルト質粘土地盤や砂質地盤を、強固な地盤に改良するための混合処理工法は、陸上のみならず、海底その他の水底地盤にも採用されている。 この水底地盤では、運河・河川の護岸基礎、堤防基礎、岸壁基礎などの地盤改良を構築するに際して、安定性の確保、沈下防止、側方移動防止などを目的として、地盤の表層、中層、深層などをセメント系改良材で固化して、強固な地盤を確保する。

撹拌翼で地盤を撹拌して改良体を構築する混合処理工法は、改良杭の出来型が地中に埋設したものであり、目で確認できないため施工時の管理が重要な要素となる。 従来より、施工中の処理機の先端深度、昇降速度、攪拌翼の羽根切り回数、セメントスラリーの吐出量、撹拌軸昇降用モータの電流値又はトルク値を検出する装置を取り付け、それぞれの値を検出して管理をするか、施工管理システムに記録を取って、改良杭の出来型を記録紙で確認するかしていた。

水位がない陸上工事においては、ベースマシンが原地盤に接地しており、原地盤の高さを０点にして、この０点を基準として深さ方向の深度管理ができ、なんら問題なく十分な施工管理ができる。
しかしながら、河川・湖沼・海上等水位のある場所での施工においては、台船上から混合処理機を昇降させて施工しており、台船上からの施工の場合においては、水面を０点にセットする方法しかないため、潮位値の変動により施工した深度が常に変化し０点に変化が生じる。 潮位値の変動分を常に加味して毎回杭１本毎のパターン変更が生じ、それを補正しなければならない。

干満差のある場所での施工中は、常時潮位値が変動する。 例えば、図９は、気象庁が発表した２００６年７月１２日の東京（東京都中央区晴海５丁目）の潮位である。 潮位は、大きいときで１時間に４０〜５０ｃｍの変化があり、しかも、その変化が一定していないので、処理機貫入開始時（改良杭打設開始時）と処理機引抜完了時（改良杭打設完了時）の潮位が異なる。 これにより、施工記録紙又はオシログラフでは、処理機先端位置がずれてしまい貫入時及び引抜時におけるその時々の処理機先端位置と完了時処理機先端位置に矛盾が生じる。
然るに、施工完了後杭の先端深度を記録紙から測り、杭一本毎に測定し深度の補正を行い、場合によっては、潮位の変動による施工不良杭（セメントスラリーの吐出量不足、羽根切り回数不足など）が生じているのが現状である。

この潮位や波の変化の影響を受けないように台船などの作業施設を支持する方法として、海底地盤の表層に平板状の支持基盤を造成し、この支持基盤に作業施設のレグを支持するようにした工法が提案されている（特許文献１）。

特開２００４−４４１４７号公報

前述した海底地盤の表層に造成した平板状の支持基盤に、台船などの作業施設のレグを支持するようにした工法は、潮位や波の変化の影響を受けないことと、海底の強固な岩盤まで長いレグを延ばす必要がないなどの利点を有するが、次のような問題点がある。
１． 海底地盤の表層に支持基盤を造成するための大掛かりな作業を必要とし、場合によっては、工事終了後に支持基盤を撤去しなければならない。
２． 造成した支持基盤が撹拌軸先端の掘削部による掘削の邪魔になる恐れがある。
３． 支持基盤を造成する場所は、もともと改良体を構築するための軟弱地盤であるから、しっかりした支持基盤の造成が面倒である。
４． 台船を移動する度に支持基盤を造成する必要がある。

本発明は、台船は、水面に浮かせたままとし、水位の変化を入力して処理機の先端深度の値を逐次演算補正し、基準となる仕事量の補正を演算指示し、目的の構築物を得るように制御するための混合処理工法における施工管理方法及びその装置を提供することを目的とするものである。

本発明による混合処理工法における施工管理方法は、先端部に攪拌翼を有する混合処理用撹拌軸を水底軟弱地盤に貫入し、セメント系改良材を注入しながら混合・攪拌する混合処理工法において、少なくとも前記撹拌軸の先端深度、昇降速度、羽根切り回数、セメントスラリーの吐出量を検出する地盤改良計測ステップと、この地盤改良計測ステップによる計測値に、水位の変化を入力することにより前記撹拌軸の先端深度の値を補正演算する演算ステップと、この演算ステップで設定された単位深さ当りの基準値となる仕事量と単位深さ当りの目標仕事量との偏差が可及的に小さくなるように制御する制御ステップとを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、海底地盤の表層に支持基盤を造成するための大掛かりな作業を必要とせず、しかも、潮位の変化による各種の計測値を補正して設計通りの構築物を構築することができる。

請求項１記載の発明は、先端部に攪拌翼を有する混合処理用撹拌軸を水底軟弱地盤に貫入し、セメント系改良材を注入しながら混合・攪拌する混合処理工法において、少なくとも前記撹拌軸の先端深度、昇降速度、羽根切り回数、セメントスラリーの吐出量を検出する地盤改良計測ステップと、この地盤改良計測ステップによる計測値に、水位の変化を入力することにより前記撹拌軸の先端深度の値を補正演算する演算ステップと、この演算ステップで設定された単位深さ当りの基準値となる仕事量と単位深さ当りの目標仕事量との偏差が可及的に小さくなるように制御する制御ステップとを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、先端部に攪拌翼を有する混合処理用撹拌軸を水底軟弱地盤に貫入し、セメント系改良材を注入しながら混合・攪拌する混合処理工法において、少なくとも前記撹拌軸の先端深度、昇降速度、羽根切り回数、セメントスラリーの吐出量を検出する地盤改良計測ステップと、この地盤改良計測ステップによる計測値に、自動潮位計から得られた水位の変化を入力することにより前記撹拌軸の先端深度の値を補正演算する演算ステップと、この演算ステップで設定された単位深さ当りの基準値となる仕事量と単位深さ当りの目標仕事量との偏差が可及的に小さくなるように制御する制御ステップとを具備したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、先端部に攪拌翼を有する混合処理用撹拌軸を水底軟弱地盤に貫入し、セメント系改良材を注入しながら混合・攪拌する混合処理工法において、少なくとも前記撹拌軸の先端深度、昇降速度、羽根切り回数、セメントスラリーの吐出量を検出する地盤改良計測手段と、この地盤改良計測手段に、水位の変化を入力することにより前記撹拌軸の先端深度の値を補正演算する演算手段と、その演算手段から設定された単位深さ当りの基準値となる仕事量と単位深さ当りの目標仕事量との偏差が可及的に小さくなるように制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、先端部に攪拌翼を有する混合処理用撹拌軸を水底軟弱地盤に貫入し、セメント系改良材を注入しながら混合・攪拌する混合処理工法において、少なくとも前記撹拌軸の先端深度、昇降速度、羽根切り回数、セメントスラリーの吐出量を検出する地盤改良計測手段と、この地盤改良計測手段に、自動潮位計から得られた水位の変化を自動入力することにより前記撹拌軸の先端深度の値を補正演算する手段と、この演算手段から設定された単位深さ当りの昇降速度、羽根切り回数、セメントスラリーの吐出量などの基準値となる仕事量と単位深さ当りの目標仕事量との偏差が可及的に小さくなるように制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。

請求項５又は６記載の発明は、潮位に起因する水位データを公的機関の所定時間ごとのデータを用い、現在時刻の施工場所における潮位として演算して用いるようにしたことを特徴とする。

請求項７又は８記載の発明は、潮位に起因する水位データを公的機関の所定時間ごとのデータを用い、このデータを、施工機を搭載した台船に水深深度計のデータと対比して補正し、現在時刻の施工場所における潮位として演算して用いるようにしたことを特徴とする。

図１において、１２は、海底の軟弱地盤などの改良地盤で、この改良地盤１２の海水面１０には、施工機１３を搭載した台船１１が浮かべられ、この台船１１は、必要に応じてアンカー４０を下ろしたり、陸上からのロープにて係留したりして流れに対して固定される。
前記台船１１には、施工機１３の他に、スラリープラント１９，グラウトポンプ２０及び地盤改良計測装置３６が搭載されている。

前記施工機１３では、図１に示すような１軸又は図２に示すような複数軸の撹拌軸１４が支柱３７にて垂直に支持されている。 この撹拌軸１４は、モータ１８にて改良地盤１２への貫入と引抜が行われる。 この撹拌軸１４の下端部には、複数枚の撹拌翼１５が取り付けられ、先端部には、掘削部１６が取り付けられるとともに、セメントスラリーの吐出口１７が形成されている。
また、前記グラウトポンプ２０には、吐出量計２１が設けられ、前記支柱３７の上端には、深度速度計２２が設けられている。 前記モータ１８には、回転計２３と電流計２４がそれぞれ接続され、施工機用計測装置２６へデータが送られる。
本発明では、海面１０の潮位の変化は、施工場所近くに設置した潮位計（量水標）から読み取るか、又は後述するように、気象庁発表の潮位データに基づき演算するが、必要に応じて、前記台船１１から圧力検出器などの水深深度計２５が海底まで沈められ、海面１０の潮位の変化が施工機用計測装置２６へ送られる。
前記施工機用計測装置２６には、表示器２７が接続され、施工機１３の運転席に設置され、図５に示すような表示器３５の内容が表示される。

前記台船１１の上又は陸上などに設置された管理室側には、前記地盤改良計測装置３６に、施工管理用計測装置２８，施工管理装置３０が順次接続されている。 前記施工管理用計測装置２８には、表示器２９が接続され、この表示器２９には、図３に示す表示器３３、図４に示す潮位設定表３４などが表示される。
前記施工管理装置３０には、日報作成用コンピュータ３１とプリンタ３２が接続され、このうち日報作成用コンピュータ３１には、図６に示すような施工管理内容が表示される。

次に、図８に示したフローチャートに基づきセメント系改良材の注入動作を説明する。
（１）第１ステップ：装置をスタートし、施工管理装置３０にて図６（ａ）に示すような杭No.と各種の設定値を確定する。 詳しくは、
・管理基準（撹拌軸１４の昇降速度、羽根切り回数）
・材料配合（改良材の配合比、杭の断面面積）
・層基準（図２又は図７に示すような層数、境界深度、改良区分、設計セメント量、基準スラリー量）
・杭No.
を確定する。

（２）第２ステップ：施工機１３を用いて図２又は図７に示すような従来公知の方法で改良地盤１２にセメント系改良材を注入し、地盤改良計測装置３６から毎秒計測データを取り込む。 計測データとして、深度速度計２２から撹拌軸１４の先端深度と昇降速度、回転計２３から軸回転数、吐出量計２１からスラリー吐出量、電流計２４から電流値が取り込まれる。

（３）第３ステップ：「潮位は時間算出か？」が判断される。

（４）第４ステップ：第３ステップがＹＥＳの場合、地盤改良計測装置３６から潮位算出値を取り込む。 詳しくは、図３に示す表示器３３の潮位設定釦３８を押すと、図４に示す潮位設定表３４が表示される。 この潮位設定表３４に、気象庁発表の潮位を入力し、この設定潮位から瞬時潮位を算定する。
例えば、現在時刻が１０時１２分００秒とすると、１０時の潮位が１．０１ｍ、１１時の潮位が０．７３ｍであるから、
瞬時潮位は、１．０１＋（０．７３−１．０１）×１２×６０÷３６００＝０．９６
となる。 この瞬時潮位から 先端深度＝潮位−計測深度＝０．９６−深度速度計２２による計測深度 の演算による求められる。
ここでの算出項目は、潮位、先端深度、先端速度である。

（５）第５ステップ：第３ステップがＮＯの場合、潮位標（量水標）、水深深度計２５等で計測した潮位を算出し、施工機用計測装置２６へ送る。 ここでの算出項目は、潮位である。

（６）第６ステップ：第４ステップ又は第５ステップで求めた潮位から先端深度を算出し、さらにこの先端深度から杭の区間長を算出する。 ここでの算出項目は、先端深度、区間長である。

（７）第７ステップ：１ｍ行データを算出し、表示し、判定し、制御信号を出力し、警報を出力する。 詳しくは、１ｍ行データを区間長から算出し、表示器２７，表示器２９，日報作成用コンピュータ３１に表示する。
算出項目は、１ｍ行区間（吐出量、軸回転数、昇降速度）である。
判定は、算出区間の基準値と比較し、潮位などが基準値と異なっているときには、制御部３９から制御信号を出力し、昇降速度、羽根切り回数、吐出量を制御するとともに、警報を出力する。
計測値が潮位などで基準値と異なっているときの制御について図６（ａ）（ｂ）に基づきさらに詳しく説明する。
図６（ｂ）は、潮位の変化にも拘らず吐出量、軸回転数、昇降速度を制御しない場合である。
潮位が１．０ｍで変化しない場合において、先端深度が−３．０ｍから−３．８ｍまでは、吐出量、軸回転数、昇降速度は、正常な値を示している。 ところが、潮位が０．９ｍに変化したとき、昇降速度は、潮位の低下と相俟って２．０ｍ／ｍｉｎに増加し、このことは、軸回転数は、１０回／ｍ（区間長）に低下し、吐出量は、８０リットル／０．８ｍとなるべきところ５０リットル／ｍ（区間長）に低下する。 さらに潮位が０．８ｍに変化したとき、昇降速度は、潮位の低下と相俟って１．１ｍ／ｍｉｎに増加し、このことは、軸回転数は、１８回／ｍ（区間長）に低下し、吐出量は、８０リットル／ｍ（区間長）になる。
図６（ａ）は、潮位の変化に応じて制御部３９で吐出量、軸回転数、昇降速度を制御した場合である。 潮位が０．９ｍに変化したとき、潮位の低下によって昇降速度を調整する命令を制御部３９で演算して指示し、それに伴って、軸回転数、吐出量を単位深さ当りの目標仕事量に可及的に近づける。 その表示は、図６（ａ）に示すように制御して１．０ｍ／ｍｉｎに保持する。 そのため軸回転数は、２０回／ｍ（区間長）を保持し、吐出量は、８０リットル／０．８ｍとなる。 潮位が０．８ｍに変化したときも同様に制御する。
このようにして、潮位が変化するとそれに応じて制御部３９で吐出量、軸回転数、昇降速度を制御して設計通りの杭が構築される。

（８）第８ステップ：「計測終了か？」を判断する。

（９）第９ステップ：「区間長＝１．０ｍか？」が判断される。 ＮＯであれば、第２ステップに戻る。

（１０）第１０ステップ：第９ステップがＹＥＳであれば、次の１ｍ区間へ移行し、第２ステップに戻る。

（１１）第１１ステップ：第８ステップで「計測終了か？」がＹＥＳであれば、処理終了し、エンドとなる。

前記実施例１では、潮位の変化を施工場所近くに設置した潮位計（量水標）から読み取るか、気象庁発表のデータを演算し、入力して制御するようにした。 しかし、潮位は、施工地域によって変動量、変動時間が異なるものである。
実施例２では、工事現場にその場の潮位を計測する自動潮位計を設置し、この自動潮位計のデータを逐次入力して吐出量、軸回転数、昇降速度を制御することができる。

前記実施例１及び２では、海水面１０が潮位の変化のみで起こるものとして制御するようにした。 しかし、海面１０は、図９の点線で示すように、潮位の他に、風や近くを航行する船舶の波などによっても変化する。
実施例３では、潮位に加え、他の原因によっても変化する現象のデータをも逐次入力して吐出量、軸回転数、昇降速度を制御することができる。

本発明による混合処理工法における施工管理方法及びその装置の一実施例を示すブロック図である。

２連の撹拌軸で地盤改良している状態の動作説明図である。

図１における表示器の一例を示す説明図である。

図１における表示器の潮位設定表の一例を示す説明図である。

図１における表示器の一例を示す説明図である。

（ａ）は、潮位を考慮して制御した施工管理モニターの一例を示す説明図、（ｂ）は、潮位を考慮しないで制御した施工管理モニターの一例を示す説明図である。

一般的な地盤改良の動作説明図である。

本発明による混合処理工法における施工管理方法及びその装置のフローチャートである。

気象庁発表の潮位データに基づく一日の波形図である。

符号の説明

１０…海水面、１１…台船、１２…改良地盤、１３…施工機、１４…撹拌軸、１５…撹拌翼、１６…掘削部、１７…吐出口、１８…モータ、１９…スラリープラント、２０…グラウトポンプ、２１…吐出量計、２２…深度速度計、２３…回転計、２４…電流計、２５…水深深度計、２６…施工機用計測装置、２７…表示器、２８…施工管理用計測装置、２９…表示器、３０…施工管理装置、３１…日報作成用コンピュータ、３２…プリンタ、３３…表示器、３４…潮位設定表、３５…表示器、３６…地盤改良計測装置、３７…支柱、３８…潮位設定釦、３９…制御部、４０…アンカー。