特許 7389440 水底地盤改良装置、水底地盤改良方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-21

(45)【発行日】2023-11-30

(54)【発明の名称】水底地盤改良装置、水底地盤改良方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20231122BHJP

   E02D 1/00 20060101ALI20231122BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

E02D1/00

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023095133

(22)【出願日】2023-06-08

【審査請求日】2023-06-30

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000166627

【氏名又は名称】五洋建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000219406

【氏名又は名称】東亜建設工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000230700

【氏名又は名称】日本海工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100166039

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 款

(72)【発明者】

【氏名】粟津 進吾

(72)【発明者】

【氏名】本田 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】野中 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】赤司 有三

(72)【発明者】

【氏名】浅田 英幸

(72)【発明者】

【氏名】三枝 弘幸

(72)【発明者】

【氏名】山本 佳知

(72)【発明者】

【氏名】近本 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】北門 亨允

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－０１３４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１６９７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９０６６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ３／１２

Ｅ０２Ｄ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水底の在来地盤を内側に取り込むことが可能なケーシングと、
前記ケーシングの内側に向けて改質材を供給するための材料供給路と、
前記ケーシングの内側に取り込んだ前記在来地盤と前記改質材を攪拌混合して、前記ケーシング内で改質土を製造する攪拌翼と、
前記ケーシング内に取り込んだ前記在来地盤または前記ケーシング内で製造した前記改質土の天端位置を計測可能な天端位置計測手段と、
を有することを特徴とする水底地盤改良装置。

【請求項2】

前記天端位置計測手段は、コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置および／または電磁波を利用する非接触測距装置で構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の水底地盤改良装置。

【請求項3】

前記天端位置計測手段が、コーン貫入抵抗値を測定する前記貫入抵抗測定装置を含んで構成される場合において、
前記貫入抵抗測定装置は、
前記ケーシング内の前記在来地盤または前記改質土に対して貫入させるコーンと、
前記コーンに設けられ、前記コーンの貫入抵抗値を測定するためのセンサーと、
前記コーンを下端に備え、昇降可能に設けられたコーンロッドと、
を有することを特徴とする請求項２に記載の水底地盤改良装置。

【請求項4】

コーン貫入抵抗値を測定する前記貫入抵抗測定装置は、
前記コーンの貫入深度ごとのコーン貫入抵抗の値を記録するための記録手段を、
更に有することを特徴とする請求項３に記載の水底地盤改良装置。

【請求項5】

請求項１に記載の水底地盤改良装置を用いた水底地盤改良方法であって、
ケーシングを水底地盤に圧入して、水底の在来地盤を前記ケーシング内に取り込む工程と、
前記ケーシング内に取り込んだ前記在来地盤の天端位置を天端位置計測手段により計測する在来地盤計測工程と、
前記ケーシングに取り込まれた前記在来地盤を解きほぐす解泥工程と、
前記在来地盤計測工程の計測値に基づく取り込み量に応じて改質材を投入する工程と、
材料供給路を介して前記ケーシング内に前記改質材を供給する工程と、
前記ケーシング内に取り込んだ前記在来地盤と前記改質材を攪拌混合して、前記ケーシング内で改質土を製造する工程と、
前記ケーシング内で製造した前記改質土の天端位置を前記天端位置計測手段により計測する改質土計測工程と、
を含むことを特徴とする水底地盤改良方法。

【請求項6】

請求項２に記載の水底地盤改良装置を用いた水底地盤改良方法であって、
ケーシングを水底地盤に圧入して、前記水底の在来地盤を前記ケーシング内へ取り込む工程および／または前記ケーシングに取り込まれた前記在来地盤を解きほぐす解泥工程のあとに、
コーン貫入抵抗を測定する貫入抵抗測定装置または電磁波を利用する非接触測距装置によって、前記在来地盤の天端位置を計測する工程と、
前記貫入抵抗測定装置のコーンを前記在来地盤に貫入させてコーン貫入抵抗値の上がり始める位置を測定する工程と、
貫入抵抗測定装置のコーンの貫入深さごとにコーン貫入抵抗値を測定する工程と、
を含むことを特徴とする水底地盤改良方法。

【請求項7】

請求項２に記載の水底地盤改良装置を用いた水底地盤改良方法であって、
ケーシングを水底地盤に圧入して、前記水底の在来地盤を前記ケーシング内に取り込む工程と、
材料供給路を介して前記ケーシング内に改質材を供給する工程と、
前記ケーシング内に取り込んだ前記在来地盤と前記改質材を攪拌混合して、前記ケーシング内で改質土を製造する工程と、
コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置または電磁波を利用する非接触測距装置によって、前記改質土の天端位置を計測する工程と、
前記貫入抵抗測定装置のコーンを前記改質土に貫入させてコーンの貫入抵抗値の上がり始める位置を測定する工程と、
前記貫入抵抗測定装置のコーンの貫入深さごとにコーン貫入抵抗値を測定する工程と、
を含むことを特徴とする水底地盤改良方法。

【請求項8】

前記ケーシング内で製造した前記改質土のコーン貫入抵抗値を測定する場合において、
測定した前記コーン貫入抵抗の値と所定の基準値を比較し、
測定した前記コーン貫入抵抗の値が前記基準値を満たさない場合には、前記ケーシング内の前記改質土を更に攪拌混合する、
ことを特徴とする請求項７に記載の水底地盤改良方法。

【請求項9】

前記ケーシング内で製造した前記改質土のコーン貫入抵抗値を測定する場合において、
測定した前記コーン貫入抵抗の値と所定の基準値を比較し、
測定した前記コーン貫入抵抗の値が前記基準値を満たさない場合には、前記ケーシング内に前記改質材を更に供給するとともに、前記ケーシング内の前記改質土を更に攪拌混合する、
ことを特徴とする請求項７に記載の水底地盤改良方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粘性土からなる海底の在来地盤等の水底地盤の改良に用いる水底地盤改良装置と、これを用いた水底地盤改良方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の図７には、海底地盤をはじめとする水底地盤の改良に利用可能な水底地盤改良装置が開示されている。

【0003】

特許文献１の図７に開示された水底地盤改良装置は、海底の在来地盤を内側に取り込むことが可能なケーシングと、ケーシング内に製鋼スラグなどからなる改質材を投入するための材料供給管と、ケーシング内に取り込んだ在来地盤と改質材を攪拌混合する攪拌翼を有している。

【0004】

特許文献１の水底地盤改良装置を用いた海底地盤改良では、当該水底地盤改良装置を海底地盤に圧入してケーシング内に海底の在来地盤（粘性土）を取り込み、材料供給路を介して所定量の改質材をケーシング内に投入し、ケーシング内の在来地盤と改質材を攪拌翼により攪拌混合して改質土を製造する。

【0005】

このようにして海中のケーシング内で製造した改質土を、例えば在来地盤が在った元の場所に埋め戻して、当該在来地盤を改質土に置き換える。このような改質材の製造と埋め戻しを、海底で位置をずらしながら繰り返すことで対象地盤を改良する。

【0006】

また、特許文献２には、ケーシング内に海底の在来地盤を取り込んだ後、攪拌翼により取り込んだ地盤を解きほぐす解泥工程を実施する方法が記載されている。さらに、地盤の含水比が低い場合の対策として、地盤を解きほぐすと同時に地盤に加水する方法も記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１７－１９０６６７号公報（図７）

【文献】特開２０２２－１３４４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述した水底地盤改良装置を用いて海中で改質土を製造する場合において、ケーシング内への海底の在来地盤の取り込み量は、ケーシング内への改質材の投入量を決定する上で重要な情報である。また、水底地盤改良装置による改質土の製造量は、出来高量を確認する上で重要な情報である。

【0009】

そこで、従来では、海底地盤に対するケーシングの圧入量などから在来地盤の取り込み量を予め予測し、そのように予測した取り込み量に応じて改質材の投入量を予め決定していた。また、このように予測した在来地盤の取り込み量と、それに基づいて決めた改質材の投入量から、改質土の製造量を予測していた。

【0010】

しかしながら、ケーシング内に取り込まれる在来地盤の実際の取り込み量は、たとえケーシングを同深度で繰り返し圧入しても常に均一にはならず、場所によって在来地盤の取り込み量に違いが出るのが通常である。そのため従来では、ケーシング内に取り込んだ在来地盤に対する改質材の混合比が場所によって大きく異なる場合があり、そのために、場所によって改質土の品質にバラつきが生じるおそれがあった。また、在来地盤の取り込み量が予測と異なると、水底地盤改良装置による改質土製造の予測量も、実際の製造量と異なるため、出来高量を正確に把握することができなかった。

【0011】

また、前述した水底地盤改良装置を用いた海底地盤改良では、海中のケーシング内に取り込んだ在来地盤を攪拌翼により解きほぐす解泥工程を実施するが、解泥と同時に地盤に加水を行う場合、解泥が不十分だと、水と地盤が十分に混ざっていない状態となるおそれがある。さらに、海中のケーシング内で在来地盤と改質材を攪拌翼により攪拌混合して改質土を製造する際には、攪拌混合が不十分だと、改質材が十分に分散せず混ざり具合に偏りが生じるおそれがある。このような加水後の解泥不足や改質材の偏りは、製造する改質土の品質低下を招くおそれがある。

【0012】

そこで、上述した問題に鑑み、本発明の目的は、ケーシング内に取り込んだ在来地盤の量、製造した改質土の量、製造した改質土の品質を、改質土製造時の現場においてその場で把握することにより、安定した品質で施工可能な水底地盤改良装置と水底地盤改良方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的は、水底の在来地盤を内側に取り込むことが可能なケーシングと、前記ケーシングの内側に向けて改質材を供給するための材料供給路と、前記ケーシングの内側に取り込んだ前記在来地盤と前記改質材を攪拌混合して、前記ケーシング内で改質土を製造する攪拌翼と、前記ケーシング内に取り込んだ前記在来地盤または前記ケーシング内で製造した前記改質土の天端位置を計測可能な天端位置計測手段と、を有する水底地盤改良装置によって達成される。

【0014】

上記水底地盤改良装置において、前記天端位置計測手段は、コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置および／または電磁波を利用する非接触測距装置で構成される。

【0015】

また、上記天端位置計測手段が、コーン貫入抵抗値を測定する前記貫入抵抗測定装置を含んで構成される場合において、前記貫入抵抗測定装置は、前記ケーシング内の前記在来地盤または前記改質土に対して貫入させるコーンと、前記コーンに設けられ、前記コーンの貫入抵抗値を測定するためのセンサーと、前記コーンを下端に備え、昇降可能に設けられたコーンロッドと、を有している。

【0016】

また、上記水底地盤改良装置において、コーン貫入抵抗値を測定する前記貫入抵抗測定装置は、前記コーンの貫入深度ごとのコーン貫入抵抗の値を記録するための記録手段を更に有している。

【0017】

また、上記目的は、ケーシングを水底地盤に圧入して、水底の在来地盤を前記ケーシング内に取り込む工程と、前記ケーシング内に取り込んだ前記在来地盤の天端位置を天端位置計測手段により計測する在来地盤計測工程と、前記ケーシングに取り込まれた前記在来地盤を解きほぐす解泥工程と、前記在来地盤計測工程の計測値に基づく取り込み量に応じて改質材を投入する工程と、材料供給路を介して前記ケーシング内に前記改質材を供給する工程と、前記ケーシング内に取り込んだ前記在来地盤と前記改質材を攪拌混合して、前記ケーシング内で改質土を製造する工程と、前記ケーシング内で製造した前記改質土の天端位置を前記天端位置計測手段により計測する改良土計測工程と、を含む水底地盤改良方法によって達成される。

【0018】

また、上記目的は、ケーシングを水底地盤に圧入して、前記水底地盤の在来地盤を前記ケーシング内へ取り込む工程および／または前記ケーシングに取り込まれた前記在来地盤を解きほぐす解泥工程のあとに、コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置または電磁波を利用する非接触測距装置によって、前記在来地盤の天端位置を計測する工程と、貫入抵抗測定装置のコーンを前記在来地盤に貫入させてコーン貫入抵抗値の上がり始める位置を測定する工程と、貫入抵抗測定装置のコーンの貫入深さごとにコーン貫入抵抗値を測定する工程と、を含む水底地盤改良方法によって達成される。

【0019】

また、上記目的は、ケーシングを好いて地盤に圧入して、前記水底の在来地盤を前記ケーシング内に取り込む工程と、材料供給路を介して前記ケーシング内に改質剤を供給する工程と、前記ケーシング内に取り込んだ前記在来地盤と前記改質剤を攪拌混合して、前記ケーシング内で改質土を製造する工程と、コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置または電磁波を利用する非接触測距装置によって、前記改質土の天端位置を計測する工程と、前記貫入抵抗測定装置のコーンを前記改質土に貫入させてコーン貫入抵抗値の上がり始める位置を測定する工程と、前記貫入抵抗測定装置のコーンの貫入深さごとにコーン貫入抵抗値を測定する工程と、を含む水底地盤改良方法によって達成される。

【0020】

また、上記水底地盤改良方法において、前記ケーシング内で製造した前記改質土のコーン貫入抵抗値を測定する場合には、測定した前記コーン貫入抵抗の値と所定の基準値を比較し、測定した前記コーン貫入抵抗の値が前記基準値を満たさない場合には、前記ケーシング内の前記改質土を更に攪拌混合する。

【0021】

また、上記水底地盤改良方法において、前記ケーシング内で製造した前記改質土のコーン貫入抵抗値を測定する場合には、測定した前記コーン貫入抵抗の値と所定の基準値を比較し、測定した前記コーン貫入抵抗の値が前記基準値を満たさない場合には、前記ケーシング内に前記改質材を更に供給するとともに、前記ケーシング内の前記改質土を更に攪拌混合する。

【発明の効果】

【0022】

ケーシング内に取り込んだ在来地盤の天端位置（高さ）を計測することで、ケーシング内に取り込んだ在来地盤の体積が分かるので、それに基づいて在来地盤の取り込み量を毎回ほぼ正確に把握することができる。その結果、在来地盤の実際の取り込み量に応じた量で改質材を投入することが可能になり、品質にバラつきの無い改質土を製造することができる。
また、ケーシング内で製造した改質土の天端位置（高さ）を計測することで、製造した改質土の体積が分かるので、改質土の製造量を毎回ほぼ正確に把握することができる。その結果、出来高量を正確に把握することが可能になる。

【0023】

また、本発明において、天端位置計測手段は、例えば、コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置や、電磁波を利用する非接触測距装置などで構成することができる。
マイクロ波やレーザーなどの電磁波を利用する非接触測距装置は、測定時間が短く、ほぼリアルタイムでの天端位置把握が可能なので、作業効率が良くなる。
コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置は、電気式コーンの貫入抵抗が水には反応しないので、コーンを貫入して抵抗の上がり始める位置を調べることで、地盤の天端高さを正しく把握することができる。なお、ケーシング内に取り込んだ在来地盤の天端の多少の凹凸は、全体から見れば在来地盤の取り込み量の大きな誤差にはならない。
また、改質土の製造時については、改質土の製造後に天端の不陸（凹凸）が激しい場合に、電磁波を利用する非接触測距装置では天端位置を正しく測定できないおそれがあるが、コーン貫入抵抗値の上がり始める位置を調べることで、不陸部を除いた改質土の天端位置を把握することが可能となる。すなわち、ケーシング内の改質土の天端の不陸部（凹凸した表層部分）では、コーン貫入抵抗値は比較的低い値を示し、不陸部を超えるとコーン貫入抵抗値が上昇するので、コーン貫入抵抗値の上がり始める位置を調べることで、不陸部を除いた改質土の天端位置を把握することが可能となる。
したがって、コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置と電磁波を利用する非接触測距装置の少なくとも一方を備え、好ましくは両方とも備え、状況に応じて、コーン貫入抵抗値による測定と電磁波による測定を使い分けることで、速やかな天端位置計測が可能になり作業効率が良くなる。

【0024】

また、ケーシング内に在来地盤を取り込んだ後あるいはケーシング内の在来地盤を解泥した後に、貫入抵抗測定装置のコーンを在来地盤に貫入させてコーン貫入抵抗値の上がり始める位置を測定することで、ケーシング内の在来地盤の天端位置（高さ）を計測することができる。

【0025】

また、コーンの貫入深度ごとのコーン貫入抵抗の値を記録することで、解泥と同時に地盤に加水を行う場合において、コーン貫入抵抗値の深度ごとのばらつきを調べて、加水後の解泥が十分かどうかを確認できる。十分に水と地盤が混ざっていれば、コーン貫入抵抗値は泥水圧に近い一様な深度分布を示すが、解泥が不足していると水と地盤の一部が分離しているため、コーン貫入抵抗値の深度分布の乱れが大きくなる。解泥が不十分であることが分かれば、速やかに解泥を再開することができる。

【0026】

また、ケーシング内で改質土を製造した後に、貫入抵抗測定装置のコーンを改質土に貫入させてコーンの貫入抵抗値の上がり始める位置を測定することで、ケーシング内の改質土の天端位置（高さ）を計測することができる。また、貫入深さごとにコーン貫入抵抗値を測定して、特異的にコーン貫入抵抗値の高くなる深度を調べることで、当該改質土において、攪拌が不十分な深度（再攪拌が必要なターゲット深度）を見つけ出すことができる。これにより、そのターゲット深度に限定して再攪拌を実施すれば（全深度について再攪拌する必要が無いので）攪拌不足で偏りがあった改質材を在来地盤の全体に効率的に混ぜ込むことが可能になり、製造する改質土の品質向上を図ることができる。
さらに、製造した改質土をケーシングから排出する前に、当該改質土に問題（攪拌不足の部分）があることが分かるため、速やかに攪拌を再開してターゲット深度に対し再攪拌を実施することで、スピーディーにリカバリーすることができ、安定した品質での施工が可能となる。

【0027】

また、必要なときだけ再攪拌を実施することで、改質土製造時の作業効率が良くなる。

【0028】

また、必要なときだけ改質材を追加投入するとともに更なる攪拌を実施することで、改質土製造時の作業効率が良くなり、製造する改質土の品質向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明に係る水底地盤改良装置を装備した作業船（地盤改良船）を示す側面図（ａ）と、水底地盤改良装置を用いた海底地盤改良の様子を示す側面拡大図（ｂ）である。

【図2】本発明に係る水底地盤改良装置を示す透視図（側面拡大図）である。

【図3】天端位置計測手段を構成する貫入抵抗測定装置の概略構成を示す模式図である。

【図4】天端位置計測手段を構成する非接触測距装置による天端位置計測の様子を示す模式図である。

【図5】天端位置計測手段を構成する貫入抵抗測定装置によるコーン貫入抵抗測定の様子を示す模式図である。

【図6】貫入抵抗測定装置で測定したコーン貫入抵抗値分布の具体例を示すグラフである。

【図7】貫入抵抗測定装置で測定したコーン貫入抵抗値分布の具体例を示すグラフである。

【図8】水底地盤改良装置を用いた海底地盤改良の一例を示す工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明に係る水底地盤改良装置は、図１（ａ）に示すような作業船１（地盤改良船）に搭載して用いるものである。作業船１は、船首側に立設されたリーダ３と、このリーダ３に沿って昇降自在に設けられた水底地盤改良装置５を有している。

【0031】

水底地盤改良装置５は、図１（ｂ）に示すように、例えば海底の在来地盤（粘性土）と改質材を原位置で攪拌混合して改質土を製造し、海底の在来地盤を改質土に置き換える地盤改良工事などで利用することができる。

【0032】

以下、図１、図２に基づいて水底地盤改良装置５の構成について説明する。
なお、この出願における「水底」の具体例としては、例えば、海底、川底、湖底が挙げられる。以下、本発明の説明に於いて水底の一例として海底を挙げる。

【0033】

（水底地盤改良装置）
水底地盤改良装置５は、図１に示すとおり、リーダ３に沿って昇降自在に設けられており、また、図１、図２に示すとおり、
・海底の在来地盤（粘性土）を内側に取り込むことが可能なケーシング２１と、
・ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤と改質材を攪拌混合する攪拌翼２３と、
・ロッドを介して攪拌翼２３を回転駆動するオーガーモーター７と、
・多重管３０の外管であって、ケーシング２１を支持する支持管３１と、
・多重管３０の内管であって、ケーシング２１内に改質材を供給する材料供給路３３と、
・電磁波を利用する非接触測距装置４１やコーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置４２で構成される天端位置計測手段４０を有している。

【0034】

ケーシング２１は、平面視略矩形の箱型容器状の構成部材（矩形ケーシング）であり、底部の開口部を開閉可能に構成されている。ケーシング２１の天端の中央には、多重管３０の外管である支持管３１が連結されている。この支持管３１を上げ下げすることでケーシング２１を昇降させることができる。

【0035】

ケーシング２１の先端（下端）には、開閉式のグラブ２７が設けられている。ケーシング２１とグラブ２７の組合せは、全体としてひとつのケーシングを構成しているともいえる。グラブ２７が開くことでケーシング２１底部が開口し、また、該グラブ２７が閉じることでケーシング２１の底部が閉じて密閉される。グラブ２７は、海底の在来地盤をケーシング２１内に取り込む手段としての役割のほか、ケーシング２１の底部を開閉する蓋（ケーシング２１の底部を密閉する蓋）としての役割を担っている。

【0036】

グラブ２７は、開閉動作の手段として例えば油圧シリンダを有している。
グラブ２７が開いた状態では、ケーシング２１の底部は開口している。そして、グラブ２７が開いた状態から閉じるときの一連の動作を通じて、グラブ２７の内側およびケーシング２１内に海底の在来地盤を取り込むことができる。
グラブ２７が閉じた状態では、ケーシング２１の底部は閉じており、該ケーシング２１は密閉される。ケーシング２１内に在来地盤を取り込んでからグラブ２７を閉じた場合には、該ケーシング２１は密閉されて、該在来地盤はケーシング２１内に閉じ込められることになる。

【0037】

多重管３０の内管である材料供給路３３は、攪拌翼２３の上方（真上）に改質材の排出口３４を有しており、ケーシング２１内の攪拌翼２３に向けて改質材を送り込むための流路として機能する。材料供給路３３の下端の排出口３４は、攪拌翼２３と所定間隔を隔てて向かい合うように設けられている。また、材料供給路３３の排出口３４は、ケーシング２１内の中央に位置している。材料供給路３３の上には、当該材料供給路に改質材を投入するための材料投入口３５が設けられている。

【0038】

材料投入口３５から投入された改質材は、材料供給路３３を通ってケーシング２１内に突き出した排出口３４から排出されて、ケーシング２１内に送り込まれる。ケーシング２１内に送り込まれた改質材は、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤の全体に均等に行き渡るように、攪拌翼２３によって振り分けられる。

【0039】

オーガーモーター７は、図１（ａ）に示すとおりリーダ３に昇降自在に連結されており、また、その上端はワイヤーロープ４に連結されている。当該ワイヤーロープ４を上下方向で操作することでオーガーモーター７を含む水底地盤改良装置５の全体がリーダ３に沿って昇降する。オーガーモーター７から出力された回転動力は、多重管３０と並設された図示しないロッドに伝達され、さらにギアボックス等を介して、攪拌翼２３に伝達される。

【0040】

攪拌翼２３は、ケーシング２１内で回転可能かつ昇降可能に設けられている。この攪拌翼２３は、主として、グラブ２７によってケーシング２１内に取り込んだ海底の在来地盤と、ケーシング２１内に投入された改質材を攪拌混合する役割を担っている。また、攪拌翼２３は、上述した攪拌混合を行う前に、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤を解泥する役割（解きほぐす役割）も担っている。

【0041】

天端位置計測手段４０は、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤またはケーシング内で製造した改質土の天端位置を計測する役割を担うほか、在来地盤または改質土のコーン貫入抵抗値を測定する役割を担っている。

【0042】

また、ケーシング２１内には、ケーシング２１内への在来地盤の取り込み状況や、ケーシング２１内の改質土の製造状況や排出状況などを監視するためのカメラ６が設けられている。このカメラ６からの映像を確認することで、例えば、ケーシング２１内に在来地盤を取り込んだ際に、ケーシング２１内部の水の有無（取り込んだ在来地盤の天端を超える量の水の有無）などについて把握することができる。

【0043】

以下、水底地盤改良装置５が具備する天端位置計測手段４０の構成について、図２～図５に基づいて具体的に説明する。

【0044】

（天端位置計測手段）
本実施形態において、水底地盤改良装置５が具備する天端位置計測手段４０は、電磁波を利用する非接触測距装置４１と、コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置４２で構成されている。

【0045】

なお、本実施形態において、水底地盤改良装置５は、天端位置計測手段４０として電磁波を利用する非接触測距装置４１とコーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置４２の両方を具備しているが、天端位置計測手段４０としていずれか一方だけを具備する形態を採用することも可能である。

【0046】

電磁波を利用する非接触測距装置４１は、例えば、公知のマイクロ波レベル計や、レーザー測距装置などの公知の非接触測距装置で構成されている。マイクロ波レベル計は、レベル計本体から発信されたマイクロ波（電磁波）が被測定物で反射し、レベル計まで返ってくる往復時間を測定して被測定物までの距離を導き出す。レーザー測距装置は、測距装置本体から投光されたレーザー（電磁波）が被測定物で反射し、測距装置まで返ってくる往復時間を測定して被測定物までの距離を導き出す。

【0047】

貫入抵抗測定装置４２は、図３に示すように、
・ケーシング２１内の在来地盤または改質土に対して貫入させる電気式コーン５１と、
・電気式コーン５１を先端に備え、昇降可能に設けられたコーンロッド５２と、
・コーンロッド５２を昇降させるための正転・逆転可能な水中モーター５３と、
・水中モーター５３を電子制御するためのコンピュータなどの制御装置と、
・電気式コーン５１の貫入深度ごとのコーン貫入抵抗の値を記録する手段であるメモリやデータストレージなどを有している。

【0048】

コーンロッド５２は、その先端の電気式コーン５１がケーシング内の下端またはその近傍まで到達できるように昇降可能に設けられている。コーンロッド５２の基端には、コーンロッド５２とチェーン５５を連結する連結部５４が設けられている。コーンロッド５２先端の電気式コーン５１には、当該コーンの貫入抵抗値を測定するためのセンサーが設けられている。

【0049】

水中モーター５３が正転・逆転すると、その回転動力がチェーン５５やプーリー５６を介して連結部５４に伝達されて、コーンロッド５２が昇降する。水中モーター５３の回転速度は、コンピュータなどの制御装置によって制御される。

【0050】

図４に示すように、電磁波を利用する非接触測距装置４１は、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤の天端位置を計測するために利用することができる。また、電磁波を利用する非接触測距装置４１は、ケーシング２１内で製造した改質土の天端位置を計測するために利用することができる。

【0051】

図５に示すように、貫入抵抗測定装置４２は、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤またはケーシング２１内で製造した改質土に電気式コーン５１を貫入させて、電気式コーン５１の貫入抵抗値の上がり始める位置を測定するために利用することができる。また、図６や図７に例示するように、貫入抵抗測定装置４２は、在来地盤または改質土のコーン貫入抵抗値を測定する際に、電気式コーン５１の貫入深さごとにコーン貫入抵抗値を測定するために利用することができる。

【0052】

また、貫入抵抗測定装置４２は、主としてコーン貫入抵抗値を測定するものであるが、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤またはケーシング２１内で製造した改質土の天端位置（高さ）を計測するために利用することができる。

【0053】

なお、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤またはケーシング２１内で製造した改質土の天端位置を計測するにあたっては、電磁波を利用する非接触測距装置４１、コーン貫入抵抗を測定する貫入抵抗測定装置４２のうち、どちらを利用してもよい。
マイクロ波やレーザーなどの電磁波を利用する非接触測距装置４１は、測定時間が短く、ほぼリアルタイムでの天端位置把握が可能なので、作業効率が良くなる。
コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置４２は、電気式コーン５１の貫入抵抗が海水（淡水含む）には反応しないので、電気式コーン５１を貫入して抵抗の上がり始める位置を調べることで、在来地盤の天端高さを正しく把握することができる。なお、ケーシング内に取り込んだ在来地盤の天端の多少の凹凸は、全体から見れば在来地盤の取り込み量の大きな誤差にはならない。
また、改質土の製造時において、改質土の製造後に天端の不陸（凹凸）が激しい場合でも、貫入抵抗測定装置４２を使ってコーン貫入抵抗値の上がり始める位置を調べることで、不陸部を除いた改質土の天端位置を把握することが可能となる。すなわち、ケーシング内の改質土の天端の不陸部（凸凹した表層部分）では、コーン貫入抵抗は比較的低い値を示し、不陸部を超えるとコーン貫入抵抗が上昇するので、コーン貫入抵抗値の上がり始める位置を調べることで、不陸部を除いた改質土の天端位置を把握することが可能となる。
したがって、状況に応じて、コーン貫入抵抗による測定と電磁波による測定を使い分けることで、速やかな天端位置計測が可能になり作業効率が良くなる。

【0054】

（水底地盤改良装置を用いた海底地盤改良の具体例）
次に、上述した水底地盤改良装置５を用いた海底地盤改良工事の具体例について、主として図８に基づいて説明する。なお、次に述べる工程ａ～ｈは、図８（ａ）～（ｈ）に対応している。

【0055】

工程ａ
水底地盤改良装置の先端、すなわちケーシング２１先端のグラブ２７を開いた状態で改良対象の海底地盤（在来地盤）の天端に押し付ける。

【0056】

工程ｂ
続いて、ケーシング２１を海底地盤の目標深度まで圧入して、粘性土からなる在来地盤をケーシング２１内に取り込む。ケーシング２１内に在来地盤を取り込んだら、該ケーシング先端のグラブ２７を閉じる。これによりケーシング２１が密閉され、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤がケーシング周囲の海水や在来地盤から隔離される。

【0057】

工程ｃ
次に、ケーシング２１内の攪拌翼２３を下降させ、ケーシング２１内に取り込まれた在来地盤を、攪拌翼２３の回転と昇降によって解泥する。これにより、ケーシング２１内の硬い在来地盤が解きほぐされて、後の工程（工程ｆ）で在来地盤と改質材を均一に攪拌混合することが可能になる。
なお、ケーシング２１内に取り込む在来地盤の水分が低く、解きほぐすだけでは改質材を十分均一に混ぜ込むことができないおそれがある場合には、解きほぐす解泥工程と同時に在来地盤に対し加水を行うようにしてもよい。これにより、改質材の混合均一性を向上させることができる。
加水する方法としては、ケーシング２１の海底地盤への圧入と同時に海水をケーシング２１内に取り込んで解泥する方法でもよいし、改質材の供給路３３に配水管を付帯させて、解泥工程中に攪拌翼２３に向けて水をポンプ等で圧送させる方法でもよい。

【0058】

工程ｄ
続いて、コーン貫入抵抗を測定する貫入抵抗測定装置４２によって、ケーシング２１内の在来地盤の天端位置を計測する。具体的には、電気式コーン５１を先端に備えたコーンロッド５２を降下させて、ケーシング２１内の在来地盤に対して電気式コーン５１を貫入させ、当該コーンに設けられたセンサーでコーン貫入抵抗値を測定することによって、在来地盤の天端位置（高さ）を計測する。在来地盤の天端位置は、図６に例示するように、コーン貫入抵抗の上がり始める位置を測定することで、見つけ出すことができる。そして、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤の天端位置が分かれば、当該在来地盤の体積が導き出せるので、それに基づいて在来地盤の取り込み量を毎回ほぼ正確に把握することができる。なお、この在来地盤の天端位置の計測は、工程ｃの混合攪拌前に実施してもよい。

【0059】

貫入抵抗測定装置４２を利用してコーン貫入抵抗値を測定するときには、図６に例示するように、所定のコーンの貫入深さごと（例えば０．５m毎）にコーン貫入抵抗値を測定してもよい。これにより、工程ｃで実施した解泥が十分かどうかを確認することができる。

【0060】

なお、図８に示す具体例では、在来地盤の天端位置を計測するにあたって、コーン貫入抵抗値を測定する貫入抵抗測定装置４２を用いているが、これに替えてまたはこれとともに、マイクロ波レベル計やレーザー測距装置などの非接触測距装置４１を利用することも可能である。

【0061】

工程ｅ
次に、ケーシング２１の底部（グラブ２７）を閉じたままの状態で、ケーシング内への在来地盤の取り込み量に応じた量の改質材（例えば、取り込んだ在来地盤の体積割合で３０％の改質材）を、材料供給路３３を介してケーシング２１内に投入する。

【0062】

工程ｆ
ケーシング２１内への改質材の投入後、ケーシング２１内の攪拌翼２３を回転させつつ、ケーシング２１内で上下動させて、「ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤」と「ケーシング２１内に投入した改質材」とを攪拌混合する。これらをケーシング２１内で攪拌混合することで「改質土」が製造される。

【0063】

工程ｇ
次に、貫入抵抗測定装置４２の電気式コーン５１を改質土に貫入させてコーンの貫入抵抗値の上がり始める位置を測定する。具体的には、コーンを先端に備えたコーンロッドを降下させて、ケーシング内の改質土に対してコーンを貫入させ、当該コーンに設けられたセンサーでコーン貫入抵抗値を測定することによって、コーン貫入抵抗値の上がり始める位置を調べて、改質土の天端位置（高さ）を確認することができる。ケーシング２１内で製造した改質土の天端位置が分かれば、ケーシング２１内での改質土の製造量（すなわち工程ｈで置き換える改質土の量）を毎回把握することができる。

【0064】

貫入抵抗測定装置を利用してコーン貫入抵抗を測定するときには、図６に例示するように、コーンの貫入深さごとにコーン貫入抵抗値を測定してもよい。これにより、工程ｆで実施した攪拌が不十分な深度（再攪拌が必要なターゲット深度）を見つけ出すことが可能になる。そして、図７に例示するように、仮にそのようなターゲット深度が見つかった場合には、そのターゲット深度に限定して再攪拌を実施すれば（全深度について再攪拌する必要が無いので）攪拌不足で偏りがあった改質材を在来地盤の全体に効率的に混ぜ込むことが可能になり、製造する改質土の品質向上を図ることができる。なお、再攪拌後に再度コーン貫入抵抗値を測定することが望ましい。
また、製造した改質土をケーシング２１から排出する前に、当該改質土に問題（攪拌不足の部位）があることが分かるため、当該部位に対し速やかに攪拌を再開して、ターゲット深度に対し再攪拌を実施することで、スピーディーにリカバリーすることができる。

【0065】

なお、本工程でコーン貫入抵抗値を測定するにあたっては、測定したコーン貫入抵抗の値と所定の基準値を比較し、測定した抵抗値が基準値を満たさない場合に、ケーシング２１内に改質材を更に供給するとともに、ケーシング２１内の改質土を更に攪拌混合してもよい。

【0066】

工程ｈ
続いて、ケーシング２１の底部（グラブ２７）を開き、ケーシング２１を海底地盤から引き抜き、充分に攪拌混合された改質土をケーシング２１から落下させることによって排出して、当該改質土を元の場所（在来地盤を取り込んだ場所）に埋め戻す。以上の手順を経て、粘性土からなる在来地盤が改質土に置き換わる。なお、ケーシング２１からの改質土の排出において、グラブ２７を開いた後の改質土の落ちが悪い場合や、改質土を強制的に排出したい場合などには、補助的にケーシング２１内に圧縮空気を送ってもよい。また、攪拌翼２３を回転せずに降下させて改質土をケーシング２１から押し出してもよい。

【0067】

最後に、上述した実施形態は、特許請求の範囲に記載した本発明の例示であって、本発明の形態は必ずしもこれに限定されるものではない。また、本発明の用途は、海底地盤の改良に限定されるものではなく、川底の地盤改良や、湖底の地盤改良にも利用可能である。

【符号の説明】

【0068】

１ 作業船（地盤改良船）
３ リーダ
４ ワイヤーロープ
５ 水底地盤改良装置
６ カメラ
７ オーガーモーター
２１ ケーシング
２３ 攪拌翼
２７ グラブ
３０ 多重管
３１ 支持管（外管）
３３ 材料供給路（内管）
３４ 排出口
３５ 材料投入口
４０ 天端位置計測手段
４１ 非接触測距装置（天端位置計測手段）
４２ 貫入抵抗測定装置（天端位置計測手段）
５１ 電気式コーン
５２ コーンロッド
５３ 水中モーター
５４ 連結部
５５ チェーン
５６ プーリー

【要約】

【課題】ケーシング内に取り込んだ在来地盤の量、製造した改質土の量、製造した改質土の品質を、改質土製造時の現場においてその場で把握することにより、安定した品質で施工可能な水底地盤改良装置を提供する。
【解決手段】水底地盤改良装置５は、海底の在来地盤を内側に取り込むことが可能なケーシング２１と、ケーシング２１内に改質材を供給するための材料供給路３３と、ケーシング２１内に取り込んだ在来地盤と改質材を攪拌混合してケーシング内で改質土を製造する攪拌翼２３と、ケーシング２１内の在来地盤または改質土の天端位置を計測可能な天端位置計測手段４０を有する。天端位置計測手段４０は、マイクロ波やレーザーなどの電磁波を利用する非接触測距装置４１、コーン貫入抵抗を測定する貫入抵抗測定装置４２の両方またはいずれか一方で構成される。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】