特開 2023-177571 地盤改良方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023177571

(43)【公開日】2023-12-14

(54)【発明の名称】地盤改良方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20231207BHJP

   E02D 1/00 20060101ALI20231207BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

E02D1/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022090309

(22)【出願日】2022-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】593010132

【氏名又は名称】株式会社テノックス九州

(74)【代理人】

【識別番号】100097179

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 一幸

(72)【発明者】

【氏名】碓井 博文

【テーマコード（参考）】

2D040

2D043

【Ｆターム（参考）】

2D040AB03

2D040CA01

2D040CB03

2D040GA01

2D040GA02

2D043AC05

(57)【要約】

【課題】 セメントスラリーが入っている箇所と入っていない箇所を明確に区別できる、地盤改良方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本方法は、所定濃度の水溶性蛍光染料を添加したセメントスラリー２６と土壌Ｓとを混合して地盤改良体３０を構築する地盤改良方法であって、地盤改良体３０に光源６からブラックライトを照射する第１工程と、カメラ７ａを用いて光源６によりブラックライトを照射される地盤改良体３０を計測する第２工程と、カメラ７ａが出力するデータに基づく演算値と所定閾値とを比較し、セメントスラリーの混合状態の可否を判定する第３工程とを含む。
【選択図】 図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定濃度の水溶性蛍光染料を添加したセメントスラリーと土壌とを混合して地盤改良体を構築する地盤改良方法であって、
前記地盤改良体に光源からブラックライトを照射する第１工程と、
計測器を用いて前記光源によりブラックライトを照射される地盤改良体を計測する第２工程と、
前記計測器が出力するデータに基づく演算値と所定閾値とを比較し、前記セメントスラリーの混合状態の可否を判定する第３工程とを含む地盤改良方法。

【請求項2】

前記計測器は、前記地盤改良体からの反射光を捉えるセンサである請求項１記載の地盤改良方法。

【請求項3】

前記計測器は、前記地盤改良体の画像を撮影するカメラである請求項１記載の地盤改良方法。

【請求項4】

前記ブラックライトの波長は、３６５乃至４０５ナノメートルである請求項１に記載の地盤改良方法。

【請求項5】

前記土壌は、工事現場の土壌であり、前記第１工程、前記第２工程及び前記第３工程は、前記地盤改良体が未だ固化していない状態で実施される請求項１に記載の地盤改良方法。

【請求項6】

前記土壌は、実験室内に用意された土壌であり、前記第１工程、前記第２工程及び前記第３工程は、前記実験室内で実施され、且つ、前記第３工程は、適切なセメント添加量を決定することを目的として実施される請求項１に記載の地盤改良方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤中に地盤改良体を造成する際に地盤改良体の撹拌混合状況を確認する地盤改良方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

地盤改良工法として、地盤中にセメントスラリーを吐出して機械撹拌にて撹拌混合し、地盤中に地盤改良体を造成する深層混合処理工法などが知られている。このような工法において、地盤改良体の品質を確保するためには、地盤改良体に万遍なくセメントが行き渡っている必要があるし、また地盤改良体に万遍なくセメントが行き渡っていることを確認することが必要となる。

【0003】

現場施工で使用されるセメントの量は、実験室内で実施される配合試験の結果により決定されるが、この試験においても、セメントが同様に万遍なく行き渡っていることを確認する必要がある。

【0004】

ところが、土壌とセメントスラリーとを混合すると、図７を参照して後述するように、土壌もセメントスラリーもいずれも同系の色（ほぼ灰色）であり、これらは区別できない。

【0005】

したがって、蛍光灯等のような通常の光源であって、可視光線を発するもので混合物を照らし、目視あるいはカメラ等の機器を使用して観察しても、混合ムラがあるかどうか、あるいは、混合状態の良否を判定することは、きわめて難しい。

【0006】

特許文献１（特許第６９４４６０５号公報）は、（１）改良前の地盤に改良前に撮影した映像と改良後に撮影した画像明度を比較する、もしくは、（２）過去に撮影した地盤の様子の既知の画像と比較することで、地盤改良体の状態を確認する方法を提案する。

【0007】

しかしながら、黒い色調の土壌と、灰色のセメントとを混合することになるため、明度の差が小さく互いを識別するのが困難となる。また、地中深くにおいて、照明が必要となり、混合状態を正確に判断するのが困難となる。

【0008】

また、特許文献２（特許第４８８６９２１号公報）は、着色された硬化剤を噴射し、硬化剤の分布により、地盤改良体内の混合度合いを確認する手法を開示する。

【0009】

しかしながら、このように黒い色調の土壌に着色硬化剤を噴射しても、上述と同様に、ほぼ黒のまま変化せず、明度の差が不十分であって、互いを識別するのが困難となる。また、地中深くにおいて、照明が必要となり、混合状態を正確に判断するのが困難となる。

【0010】

更には、非特許文献１（日本建築センター「２０１８年版建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針」）には、撹拌状況検査においてフェノールフタレイン溶液を噴霧することでアルカリ反応（赤紫色）を観察する手法が記載されている。

【0011】

フェノールフタレインの変色は、ｐＨ＞１０．０のアルカリ性の条件からなり、セメントが入っている箇所において、フェノールフタレインが変色する点を原理として、セメントの混合状態を示すものである。

【0012】

ここで、フェノールフタレインによる確認は、アルカリ成分であるセメントが入っている箇所が、赤紫色に変色する現象を利用して行われる。

【0013】

しかしながら実際には、フェノールフタレイン溶液が、周囲に滲み出たり、液だれすることにより、本来変色すべきでない箇所まで変色してしまいやすい。結果として、セメントが入っている箇所とセメントが入っていない箇所との境界が不明瞭となり、混合状態を適切に判定できないという問題がある。

【特許文献1】特許第６９４４６０５号公報

【特許文献2】特許第４８８６９２１号公報

【非特許文献1】日本建築センター「２０１８年版建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針」

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

そこで本発明は、セメントスラリーが入っている箇所と入っていない箇所を明確に区別できる、地盤改良方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

第１の発明に係る地盤改良方法は、所定濃度の水溶性蛍光染料を添加したセメントスラリーと土壌とを混合して地盤改良体を構築する地盤改良方法であって、地盤改良体に光源からブラックライトを照射する第１工程と、計測器を用いて光源によりブラックライトを照射される地盤改良体を計測する第２工程と、計測器が出力するデータに基づく演算値と所定閾値とを比較し、セメントスラリーの混合状態の可否を判定する第３工程とを含む。

【0016】

ここで、可視光線とは異なる、ブラックライトが地盤改良体に照射され、計測器を用いて光源によりブラックライトを照射される地盤改良体を計測することにより、セメントスラリーが入っている箇所と、入っていない箇所を明瞭に区別することが可能となる。さらに、計測器が出力するデータに基づく演算値と所定閾値とを比較するという、明確な基準に基づき、セメントスラリーの混合状態の可否を判定される。ここで、地中であっても、ブラックライトが照射された水溶性蛍光染料は円滑に発光し、状態を正しく認識できる。更には、複雑な処理や、外乱要素により、結果が不安定になることもない。

【0017】

ここで、計測器は、地盤改良体からの反射光を捉えるセンサであっても良いし、地盤改良体の画像を撮影するカメラであっても良い。

【0018】

ブラックライトの波長は、３６５乃至４０５ナノメートルであることが好ましい。こうすれば、光源を容易に確保できる。

【0019】

好ましくは、土壌は、工事現場の土壌であり、第１工程、第２工程及び第３工程は、地盤改良体が未だ固化していない状態で実施される。

【0020】

この構成によれば、現場で地盤改良を実施しつつ、それと平行して、セメントスラリーの混合状態の可否を判定することができる。

【0021】

好ましくは、土壌は、実験室内に用意された土壌であり、第１工程、第２工程及び第３工程は、実験室内で実施され、且つ、第３工程は、適切なセメント添加量を決定することを目的として実施される。

【0022】

この構成によれば、実験室内で、適切なセメント添加量を決定する際にも、セメントスラリーが入っている箇所と、入っていない箇所を明瞭に区別しつつ、セメント添加量を正確に決定することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、セメントスラリーが入っている箇所と、入っていない箇所を明瞭に区別して、計測器が出力するデータに基づく演算値と所定閾値とを比較するという、明確な基準に基づき、セメントスラリーの混合状態の可否を判定できる。したがって、撮影状況の如何や、土の色、照明の度合い等による、悪影響を受けない判定が可能となる。

【発明を実施するための最良の形態】

【0024】

（実施の形態１）
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における地盤改良装置の側面図、図１（ｂ）は、攪拌ヘッドの交換要領を示す部分図、図２（ａ）は、同地盤改良装置が混合状態を調べる状態を示す側面図、図２（ｂ）は、同地盤改良装置の検査ヘッドの一部拡大断面図である。

【0025】

実施の形態１は、図１に示す地盤改良装置（コラム施工機）により、比較的深い箇所に、土壌Ｓによる円柱状の地盤改良体を構築する場合に関する。

【0026】

図１に示すように、この地盤改良装置は、地面Ｇ上を走行するベースマシン１と、ベースマシン１の前方に配置され、作動時には、垂直に起立するリーダ２と、リーダ２に昇降自在に支持される、モータなどのアクチュエータを備える駆動部１０と、駆動部１０により回転力を付与され、地中において鉛直軸を中心に水平回転する回転軸３と、回転軸３の下端部に取り付けられる撹拌ヘッド４とを備える。

【0027】

回転軸３の先端部に取り付けられる撹拌ヘッド４には、次の要素が備えられる。まず、撹拌ヘッド４の下端部には、地中を掘削する爪を有し、土砂を掘削する掘削翼５が設けられ、この掘削翼５は、回転軸３に軸着される。図１（ｂ）に示すように、撹拌ヘッド４には、掘削翼５の上方に、撹拌翼１２や供回り防止翼１１を設けるのが望ましいが、これらは必須ではなく、省略してもよい。

【0028】

セメントの種類は、通常通り選択して差し支えない。次に、セメントスラリーに水溶性蛍光染料を添加する。水溶性蛍光染料としては、ユウロピウムを微量添加したフッ化ホウ素酸ストロンチウム（ＳｒＢ４Ｏ７Ｆ：Ｅｕ２＋、ピーク波長は３６８－３７１ナノメートル）、鉛を微量添加したケイ化バリウム（ＢａＳｉ２Ｏ５：Ｐｂ＋、ピーク波長は３５０－３５３ナノメートル）、フローレッセン、硫酸キニーネ等が、好適に使用できる。

【0029】

より具体的には、蛍光漏洩検査剤として市販されているもの（例えば、マークテック株式会社製、スーパーグロー蛍光漏洩検査剤ＤＦ－３００（商標）等）を使用すれば足り、水に対する蛍光染料の濃度は、０．０５～２０（％）とすればよい。なお、セメントの種類によって、水溶性蛍光染料を変更する必要は、通常ない。

【0030】

次に、図１（ａ）に示すように、掘削撹拌装置の撹拌ヘッド４を地面Ｇに近い、初期位置にセットし、駆動部１０の作動を開始し、回転軸３を回転させる。こうして、初期深さＨ１まで掘削翼５を至らせる。

【0031】

次に、初期深さＨ１から下方において、スラリーを掘削翼５の根元から吐出すると共に、撹拌ヘッド４による、掘削混合を行う。ここで、上述したように、通常と異なり、スラリーには、水溶性蛍光染料が添加されているから、構築される地盤改良体にも、同様に、水溶性蛍光染料が混合することとなる。この状態を、目的深さＨ２（構築すべき地盤改良体の最低部）に至るまで、継続する。

【0032】

その後、攪拌ヘッド４を回転させつつ上昇させ（引き上げ）、地上まで至ることにより、地中に現場の土壌Ｓによる、円柱状の地盤改良体を構築する。

【0033】

地盤改良体を構築したら、これが未固化のうちに、攪拌ヘッド４を検査ヘッド１４と交換して装置に装着する。

【0034】

図２（ｂ）は、検査ヘッド１４の下部の断面図である。検査ヘッド１４の下部且つ側方は、一部凹設され収納室１４ａとなっている。収容室１４ａの内部には、それぞれ横側外向きに、光源６と計測器７とのペアが収納される。なお、収納室１４ａは、下向きに開口するように構成しても良い。光源６は、地中において地盤改良体にブラックライト（波長：３６５乃至４０５ナノメートル）を照射する蛍光灯、白熱電球、水銀灯、ＬＥＤのいずれのタイプでも良いが、ＬＥＤが小型で使用しやすい。計測器７は、光源６によりブラックライトが照射される地盤改良体を計測する、蛍光光度計などのセンサ又は撮像素子を備えるカメラのいずれであっても良いが、実施の形態１ではセンサとする。なお、発光率の詳細については、図６を参照しながら、後述する。

【0035】

更に、収容室１４ａの開口部には、透明又は半透明の保護カバー１４ｂが取り付けられることにより、収納室１４ａは封止され、光源６及び計測器７は、周囲の土砂やスラリーなどが付着しないように保護される。保護カバー８は、アクリル等の樹脂板又は強化ガラスの板により好適に構成できる。したがって、光源６と計測器７とは、回転軸３と一体的に昇降する。検査ヘッド１４は、回転軸３に軸着されるが、検査ヘッド１４を昇降させる際に、回転軸３を回転させてもよいし、させなくてもよい。また、特許第６７４２６３３号の試験用アタッチメントを応用することもできる。

【0036】

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における地盤改良装置の側面図、図４（ａ）は、同地盤改良装置が混合状態を調べる状態を示す側面図、図４（ｂ）は、同地盤改良装置の検査ヘッドの一部拡大断面図である。

【0037】

実施の形態２は、図２に示す地盤改良装置（縦型施工機）により、比較的浅い箇所に平たい地盤改良体であって、現場の土壌Ｓによるものを構築する場合に関する。

【0038】

図３に示すように、この地盤改良装置は、地面Ｇ上を走行する本体２１と、鉛直平面内で縦回転し、セメントスラリーの吐出及び土壌Ｓとの攪拌を行う、作動部２０とを備える。

【0039】

セメントの調整や、それに添加する水溶性蛍光染料については、実施の形態１と同様である。また、地盤改良体を構築したら、図４（ｂ）に示すような実施の形態１における検査ヘッド１４と同様のものを、作動部２０の先端に装着して、セメントの混合状態を検査する。なお、発光率の詳細については、図６を参照しながら、後述する。

【0040】

（実施の形態３）
図５（ａ）～図５（ｄ）は、本発明の実施の形態３における方法の各工程を示す。

【0041】

実施の形態３は、実験室内に用意された土壌Ｓによる、模擬的な地盤改良体を構築し、適切なセメント添加量を決定することを目的として実施される。セメントの調整や、それに添加する水溶性蛍光染料については、実施の形態１と同様である。

【0042】

まず、図５（ａ）に示すように、ビーカー２５内において、セメントスラリーに上記のような水溶性蛍光染料を添加し、さらにこれを、土壌Ｓに加えて混合物を得る。

【0043】

次に、図５（ｂ）に示すように、混合物を容器２７に入れ、ミキサー２８を用いて、混合攪拌する。良く混合攪拌したら、図５（ｃ）に示すように、所定の容積を有するバット２９に、攪拌済み土壌３０を擦り切り一杯に収納する。

【0044】

次に、図５（ｄ）に示すように、以上のように用意したバット２９を、暗室３１内に載置する。暗室３１には、ブラックライトを照射する光源６と、光源６からブラックライトを照射されたバット２９内の、攪拌済み土壌３０を撮影する計測器としての、カメラ７ａが配置されている。

【0045】

次に、図７～図１０を参照しながら、実際に撮影した例を解説する。図７は、図５（ｄ）の状態において、ブラックライトを照射する光源６を用いずに、可視光線（蛍光灯等を使用してもよいし、太陽光そのものを使用してもよい。）を利用して撮影した写真の例である。この写真は、フルカラーであってもよいし、グレースケールであってもよい。特徴的にいえることは、画面全体において、濃淡の差がほとんどなく、明暗の区別がつきにくいという点である。

【0046】

一方、図８は、図７と全く同じ対象について、可視光線ではなく、光源６が照射するブラックライト（波長：３６５乃至４０５ナノメートル）を用いて、同様に撮影した写真である。この写真は、フルカラーであってもよいし、グレースケールであってもよい。特徴的にいえることは、画面全体において、図７よりも、濃淡の差がはっきり現れており、明暗の区別がつきやすくなっているという点である。

【0047】

そして、図７の画像（ここでは、フルカラーとする）をグレースケール化すると、図９に示すようになり、さらに、これを白黒二値化すると、図１０に示すようになる。減色するには、近似色、パターン、誤差拡散法等、周知の手法を用いて差し支えない。

【0048】

カメラ画像を用いる場合には、通常２次元平面のデータが得られるため、発光率（％）は、ピクセル単位で計算するのが望ましい。すなわち、図１０の例では、全体の画素数Ａが２３６６７２ピクセルであり、白い部分の画素数Ｂが１６４１７７８ピクセルであったので、発光率（％）＝（Ａ／Ｂ）＊１００＝（１６４１７７８／２３３６６７２）＊１００＝７０（％）となる。

【0049】

実施の形態３では、発光率（％）の良否を決定する閾値として、ＴＨ＝８０（％）を採用する。言うまでもなく、この数値は、単なる例にすぎず、より高い閾値やより低い閾値を用いる場合であっても、本願発明の保護範囲に属する点が理解されねばならない。したがって、上記数値例では、発光率が不足で混合状態は否定される結果となる。つまり、土壌Ｓに対するビーカー２５内の溶液の量を増やすべきであるということになる。一方、発光率が８０（％）以上であれば、混合状態は肯定される結果となる。

【0050】

以上述べたように、実施の形態１～３について共通するのは、次の点である。

【0051】

実施の形態３に即して言うと、所定濃度の水溶性蛍光染料を添加したセメントスラリー２６と土壌Ｓとを混合して地盤改良体３０を構築するにあたり、地盤改良体３０に光源６からブラックライトを照射する第１工程と、計測器７ａを用いて光源６によりブラックライトを照射される地盤改良体３０を計測する第２工程と、計測器７ａが出力するデータに基づく演算値と所定閾値とを比較し、セメントスラリーの混合状態の可否を判定する第３工程とを含む点。

【0052】

光源６が照射するブラックライトの波長は、３６５乃至４０５ナノメートルである。

【0053】

実施の形態１、２では、土壌Ｓは、工事現場の土壌であり、第１工程、第２工程及び第３工程は、地盤改良体が未だ固化していない状態で実施される。

【0054】

実施の形態３では、土壌Ｓは、実験室内に用意された土壌であり、第１工程、第２工程及び第３工程は、実験室内で実施され、且つ、第３工程は、適切なセメント添加量を決定することを目的として実施される。

【0055】

図６を参照しながら、実施の形態１～３の設備における、情報処理装置の構成を説明する。図６は、本発明の実施の形態１～３における情報処理装置の機能ブロック図である。まず、光源６、計測器７等については、既に述べたとおりである。

【0056】

本装置のうち、記憶部４０は、（画像処理用の周知プロセスを含む）制御プログラムや、一時的に記憶すべき各データを保存するためのメモリやハードディスク等のストレージからなる。

【0057】

制御部４１は、プロセッサ等からなり、記憶部４０に記憶された制御プログラムを実行し、周辺要素を制御する。

【0058】

モニタ４２は、動作状態をユーザに表示するディスプレイである。

【0059】

インターフェイス４３は、制御部本体２１に制御されて、光源６を点灯／消灯させ、計測器７から計測値（計測信号）を入力する。

【0060】

次に、発光率演算部４４が演算する発光率について説明する。

【0061】

実施の形態３については、既に、図１０を参照しながら、説明したように、全体の画素数Ａ、白い部分の画素数Ｂであるとき、
発光率（％）＝（Ａ／Ｂ）＊１００（％） （１）
とすればよい。

【0062】

実施の形態１、２においては、計測器７は、リニアに移動するので、距離を用いるとよい。

【0063】

検査ヘッド１４が移動する距離Ｌに対して、計測器７が反射光を捉えた距離をｌとすると、
発光率＝（ｌ／Ｌ）＊１００（％） （２）
とすればよい。

【0064】

もちろん、以上の式は、単なる例示に過ぎず、本願発明の趣旨を変更しない限りにおいて、種々の異なる式や等価な式を使用できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【0065】

【図1】（ａ）本発明の実施の形態１における地盤改良装置の側面図 （ｂ）本発明の実施の形態１における攪拌ヘッドの交換要領を示す部分図

【図2】（ａ）本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置が混合状態を調べる状態を示す側面図 （ｂ）本発明の実施の形態１における掘削撹拌装置の検査ヘッドの一部拡大断面図

【図3】本発明の実施の形態２における地盤改良装置の側面図

【図4】（ａ）本発明の実施の形態２における掘削撹拌装置が混合状態を調べる状態を示す側面図 （ｂ）本発明の実施の形態２における掘削撹拌装置の検査ヘッドの一部拡大断面図

【図5】（ａ）本発明の実施の形態３における各工程の説明図 （ｂ）本発明の実施の形態３における各工程の説明図 （ｃ）本発明の実施の形態３における各工程の説明図 （ｄ）本発明の実施の形態３における各工程の説明図

【図6】本発明の実施の形態１～３における情報処理装置の機能ブロック図

【図7】本発明の実施の形態３における自然光による土壌表面を撮影した写真

【図8】本発明の実施の形態３におけるブラックライトによる土壌表面を撮影した写真

【図9】図８をグレースケール化した画像を示す図

【図10】図９を白黒二値化した画像を示す図

【符号の説明】

【0066】

１ ベースマシン
２ リーダ
３ 回転軸
４ 撹拌ヘッド
５ 掘削翼
６ 光源
７ 計測器
７ａ カメラ
１０ 駆動部
１１ 供回り防止翼
１２ 撹拌翼
１４ 検査ヘッド
１４ａ 収容室
１４ｂ 保護カバー
２０ 作動部
２１ 本体
２５ ビーカー
２６ 溶液
２７ 容器
２８ ミキサー
２９ バット
３０ 攪拌済み土壌
３１ 暗室
４０ 記憶部
４１ 制御部
４２ モニタ
４３ インターフェイス
４４ 発光率演算部
Ｇ 地面
Ｓ 土壌
Ｈ１ 初期深さ
Ｈ２ 目的深さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】