JP2015151687A

JP2015151687A - 高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法、高圧噴射攪拌工法の改良体強度の設定方法

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Publication number: JP2015151687A
Application number: JP2014023883A
Authority: JP
Inventors: 孝志新坂; Takashi Niizaka; 敏之木村; Toshiyuki Kimura; 嵐島野; Arashi Shimano
Original assignee: Sanshin Corp
Current assignee: Sanshin Corp
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: JP6162053B2

Abstract

【課題】高圧噴射攪拌工法における改良径と改良体強度をそれぞれコントロール可能であって、高品質の改良体を低コストで造成可能な施工仕様を設定できる方法を提供する。
【解決手段】「事前確認」のプロセスでは、配合試験を行って、目標強度を達成するための「改良体体積当たりの固化材量Cclm」を求め、その結果に基づいてステップ当たり時間の最小値Tst(min)を求める。「試験施工」のプロセスでは、噴射管から高圧噴射される硬化材による地盤切削状態をモニタリングして、所望の改良径が確保されるような噴射管の回転速度Trを決定する。「仕様決定」のプロセスでは、噴射管の回転速度Trとステップ当たり切削回数Ncに基づいて、ステップ当たり時間Tstを確認し、このステップ当たり時間Tst（又は前記最小値Tst(min)）とステップ長Lstに基づいて、噴射管の引き上げ時間vを決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧噴射攪拌工法（いわゆるジェットグラウト工法）の施工仕様の設定方法と、高圧噴射攪拌工法の改良体強度の設定方法に関する発明である。

高圧噴射撹拌工法は、一般に噴射管の先端に取り付けられた噴射ノズルから硬化材とエアを水平方向に噴射することにより地盤を切削して土と硬化材を混合撹拌する地盤改良工法である。通常は、地盤に挿入した状態の噴射管を回転させ、一定時間ごとに数cmずつ段階的に引き上げる（すなわちステップアップさせる）ことにより略円柱状の大口径改良体を造成する。高圧噴射撹拌工法の手順の概要は、以下のとおりである。

＜工程ａ＞
図９(a)に示すとおり、地盤改良体の造成位置の中心に施工機６を据え付け、該施工機に噴射管７をクレーンにより吊って建て付ける。そして、噴射管７の先端から削孔水を吐出させつつ、施工機６によって噴射管７を回転させながら地盤中の計画深度まで挿入する。

＜工程ｂ＞
噴射管７を計画深度まで挿入したら、噴射管の回転速度(s/回転)と引き上げ時間(s/m)を設定し、硬化材の噴射を開始する。これにより、噴射管先端にある噴射ノズルから硬化材が高圧噴射されるので、その硬化材噴流の強力なエネルギーによって原地盤が切削される。

＜工程ｃ＞
設定した回転速度で噴射管７を回転させることで、高圧噴射された硬化材の噴射流によって地盤が切削されるとともに、原土と硬化材が強制的に撹拌混合される。そして、最初のステージにおける改良体の部分的造成が完了したら、施工機を作動させて噴射管を第二ステージ、第三ステージ、…へと段階的にステップアップさせる。例えばステップ長（１ステップ当たりの長さ）は25mmに設定され、1m当たりステップ数は40ステップに設定される。このように、各ステージにおいて噴射管を設定速度で回転させながら、噴射ノズルから硬化材を高圧噴射し、設定した引き上げ時間に従って噴射管を段階的にステップアップさせることで、略円柱状の改良体を造成することができる。

＜工程ｄ＞
所定の改良範囲で改良体を造成した後、噴射管７を地上まで引き抜いて、管内を清水により洗浄する。

上述した高圧噴射攪拌工法の分野では、地盤条件（土質やＮ値）に応じて標準施工仕様が設定されている。この標準施工仕様は、その地盤条件に応じて噴射管の引き上げ時間(分/m)や硬化材単位吐出量(m³/分)を設定することで、最低保証値である標準有効径と改良体強度が確保できるような仕様となっている。

なお、従来では、高圧噴射攪拌工法の実施にあたって、配合試験は通常実施されていない。その理由は次のとおりである。
（１）ジェットグラウト工法の設計基準値（改良径，設計基準度）は、各工法で予め決められた施工仕様（噴射圧力、吐出量、引き上げ時間など）に基づいて造成された改良体から得られたほぼ最低保証値を示したものである（個々の工事において対象土質、硬化材吐出量の違いによる設計基準値の見直しは行われない）。
（２）改良対象土に対する水および改良材の配合量を明確に定義できない（排泥量およびその濃度、改良径の違い等により、必ずしも吐出量＝混合量とならない）。

高圧噴射攪拌工法を利用した底盤改良等では、完全ラップをするために、改良径が標準有効径よりも大きくなるように施工仕様を設定している。このような標準有効径以外の改良径の造成にあたっては、噴射管の引き上げ速度を変えて対応する場合がある。しかしながら、改良径が大きくなりすぎた場合、単位硬化材量（造成した改良体の体積当たりの硬化材量）が少なくなり設計強度が確保できないといった問題があった。また、完全ラップの配置で改良体を造成する場合において、改良径が大きくなり過ぎて、図１０に示すように隣接杭造成予定位置の中心まで及ぶと、いわゆる「コラム・イン・コラム」の施工不良（硬化材を噴射しても地盤を切削できない状態）が生じて隣接杭が施工できなくなったり、小さな径になるといった問題が生じていた。

また、一般的に高圧噴射攪拌工法では、大きめの改良径となった場合でも設計強度を確保できるように、改良体積に対する硬化材吐出量が多くなる施工仕様に設定されている。しかしながら、このように吐出量を多くする結果、必要以上の硬化材を使用することになるため、材料費が嵩むことになる。また、1本当たりの施工時間も長くなり、工事全体の工期が長くなるといった問題もある。さらに、硬化材吐出量が多くなれば、それに伴って排泥量も増加するため、環境への負荷が大きなものとなるほか、排泥処理費の負担が過大となる。したがって、改良径を大きくし且つ必要な設計強度を確保する結果、環境への負荷が増大するほか、材料費と排泥処理費が嵩むことになり、施工費が高価になるといった種々の問題が生じていた。

また、高圧噴射攪拌工法の対象地盤が互層地盤である場合、最も固い層に合せて有効径を設計していたため、造成される改良体の径が不均等になり、土層によっては改良径が無駄に大きくなっていた。このように、改良径が無駄に大きく造成される部位が生じていたため、前述と同様に材料費と排泥処理費が嵩むことになり、施工費が高価になるといった問題が生じていた。

また高圧噴射攪拌工法において、硬化材吐出量(m³/s)と噴射圧力(MPa)は正の相関関係にあることから、一方を変化させるとそれに伴って他方も変化する。例えば、改良体強度を高めに設定するために硬化材吐出量(m³/s)を多くすると、噴射圧力(MPa)が大きくなって改良径を大きくする方向に影響する。このとき、改良体積が大きくなることから、条件によっては単位硬化材量が少なくなり、改良体の強度が低下する場合もある。また、吐出量と圧力のいずれか一方を固定した状態で他方を変化させるためにはノズル径の変更が必要となる。しかし、高圧噴射攪拌工法の特性上、施工途中でノズルの付け替えはできない。このように、実質的には、硬化材吐出量(m³/s)と噴射圧力(MPa)の一方だけを深度毎に変化させるといった仕様変更ができないという問題があった。

さらに近年では、液状化対策や耐震補強工事等にも高圧噴射攪拌工法が多く採用され、改良径や必要改良強度等の要求精度が従来以上に上がっており、地中の地盤切削状態をリアルタイムで把握して改良径や必要改良強度を自在にコントロールできるような手段が強く望まれている。特に建築分野の地盤改良では、改良径と改良体強度を把握することが必須とされている。また、強度や改良径が担保できないことから、基礎杭としての利用ができない状況にあった。

さらに、前述した標準施工仕様では対応できない地盤条件の現場であっても、所望の改良径・改良強度を具備する改良体を造成できるような手段が強く望まれている。例えば、高強度の改良体が必要とされる場合や、標準の径以外の径の改良体を造成する場合などである。この場合、試験施工を行った上で仕様を設定することも行われているが、施工後に１〜4週間程度の養生期間を設けた後にチェックボーリングや試験を実施するため、仕様決定までに非常に多くの時間と手間を要することになる。

そこで上述した従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、高圧噴射攪拌工法における改良径と改良体強度をそれぞれコントロール可能であって、高品質の改良体を低コストで造成可能な、最適な施工仕様を設定できる方法を提供することにある。

このような目的は、噴射管から高圧噴射される硬化材による地盤切削状態をモニタリングして、所望の改良径及び／又は改良体強度が確保されるように、前記噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上を決定する、高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法によって達成される。

この設定方法において、前記所望の改良径は、例えば、予め設定した下限値と上限値の範囲内の径とする。

また上記設定方法では、土層又は深度ごとに前記モニタリングを行って、土層又は深度ごとに前記噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上を決定する、ことが好ましい。

また上記設定方法では、決定された前記噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上と、ステップ当たり切削回数に基づいて、ステップ当たり時間を決定する、ことが好ましい。

また上記設定方法では、決定された前記噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上に基づいて施工した場合に、造成する改良体の体積当たりの固化材量が所望量に至るように、ステップ当たり時間を決定する、ことが好ましい。

また上記設定方法では、前記ステップ当たり時間とステップ長に基づいて、噴射管の引き上げ時間を決定する、ことが好ましい。

また前述した目的は、造成する改良体の体積当たりの固化材量が所望量に至るように、前記噴射管によるステップ当たり時間を決定する、高圧噴射攪拌工法の改良体強度の設定方法によって達成される。

本発明では、噴射管から高圧噴射される硬化材による地盤切削状態（例えば硬化材噴流による地盤切削距離）をモニタリングし、その状況に応じて、噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上を調節して最適な値に決定する。可変要素である「回転速度」「噴射圧力」「硬化材吐出量」は、造成される改良体の改良径や改良体強度に影響するので、本発明によれば、改良径および改良体強度の一方または双方をコントロールすることができる。また、このように改良径をコントロールできる結果、底盤改良等でラップ配置を採用する場合でも、前述したコラム・イン・コラムの施工不良を招くことなく、完全ラップの改良体を造成することができる。

また本発明では、設計改良径は、予め設定した下限値と上限値の間に設定される。このように設計改良径の許容値に幅を持たせることで、噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の最適化が容易になる。

また本発明では、土層又は深度ごとに前述したモニタリングを行うようになっている。これにより、土層又は深度ごとに最適な施工仕様を設定できるため、施工速度が速くなり、施工費が安価となる。また、土層又は深度ごとに最適な施工仕様に設定することで、施工全体を通しての排泥量が大幅に減るので、環境負荷の軽減を図ることができ、加えて、排泥処理費の負担が軽減するので、工期短縮と施工費の低減を図ることができる。さらに、互層地盤でも均等な径で均質な改良体を造成できるので、従来に比べて硬化材量の節約が可能になり、施工費が安価となる。

また本発明では、造成する改良体の体積当たりの固化材量が所望量に至るように、噴射管によるステップ当たり時間を決定する。これにより、必要な強度を備えた改良体を造成することができる。

高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法の流れを示すフローチャートである。高圧噴射攪拌工法における通常の配合比率の考え方を示す図である。高圧噴射攪拌工法における単位固化材量の考え方を示す図である。高圧噴射攪拌工法で複数回噴射を行う場合における配合比率の考え方を示す図である。回転速度が地盤切削距離（噴射管からの硬化材噴流によって切削される距離）に及ぼす影響を示す図である。モニタリング装置を用いた計測時の様子を示す模式図である。モニタリング装置を用いた試験施工の様子を示す図である。モニタリング装置を用いた計測における、音量レベルの理想的な計測例を示すグラフである。高圧噴射攪拌工法による地盤改良の様子を示す工程図である。コラム・イン・コラムの施工不良が生じて隣接杭が施工できなくなった様子を示す平面図である。

はじめに、高圧噴射攪拌工法において「改良径」と「改良強度」に影響を及ぼす施工仕様について説明する。

（改良径に影響を及ぼす施工仕様）

一般的な高圧噴射攪拌工法では、例えば、噴射圧力P、硬化材吐出量Qを一定にし、引き上げ時間vを変化させる。なお、高圧噴射攪拌工法の特性上、施工途中で噴射ノズルを付け替えたり、ノズルの径を変更したりすることができないので、施工途中で噴射圧力Pおよび硬化材吐出量Qの一方を維持しつつ、他方だけを変化させることはできない。

通常、高圧噴射攪拌工法では、土質や地盤強度（Ｎ値）および改良径に応じた引き上げ時間vが設定されている。このため、次に示すとおり、引き上げ時間vから他の仕様（回転数Nr）を決定する。
(1) 引き上げ時間vおよびステップ長Lst（1m当たりステップ数Nst）から
ステップ当たり時間Tstが決まる。（Tst＝v／Nst＝v×Lst）
(2) ステップ当たり時間Tst、切削回数Ncおよびノズル数Nnから
回転速度Tr（または回転数Nr）を求める。（Tr＝Tst×Nn／Nc）
つまり、引き上げ時間、ステップ長、ノズル数はあらかじめ設定された値であり、回転数（または回転速度）はこれらの設定値から算定された計算値となる。

上記の手順にて施工仕様を設定した例を下表に示す。

（施工仕様の設定例）

（改良強度に影響を及ぼす施工仕様）

硬化材には水と固化材が含まれている。
固化材は、例えばセメントや混和剤などで構成されている。

一般的な高圧噴射攪拌工法では、現場毎に改良強度を設定することはなく、地盤条件や施工目的に応じた改良強度が設定されている。つまり、機械式深層混合処理工法（ＤＪＭ工法やＣＤＭ工法等）のように室内配合試験を行い、改良強度に応じた固化材量を設定することは行われない。このため、任意の強度に設定するために硬化材中の固化材量（配合）を変化させることはない。特殊地盤への対応や低強度の改良強度が必要な場合は、専用の硬化材が使用されており、これらの材料は、一般的な材料よりも高価なものとなっている。

（本実施形態における高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法）
次に、本実施形態における高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法について説明する。
本実施形態における施工仕様の設定方法は、図１に示すとおり、主なプロセスとして、「事前確認」、「試験施工」、「仕様決定」の３つのプロセスを含んでいる。

「事前確認」のプロセスでは、配合試験を行って、目標強度を達成するための「改良体体積当たりの固化材量Cclm」を求め、その結果に基づいてステップ当たり時間の最小値Tst(min)を求める。
「試験施工」のプロセスでは、噴射管から高圧噴射される硬化材による地盤切削状態をモニタリングして、所望の改良径が確保されるような噴射管の回転速度Tr等を決定する。
「仕様決定」のプロセスでは、噴射管の回転速度Trとステップ当たり切削回数Ncに基づいて、ステップ当たり時間Tstを確認し、このステップ当たり時間Tst（又は前記最小値Tst(min)）とステップ長Lstに基づいて、噴射管の引き上げ時間vを決定する。

以下、各プロセスについて説明する。

（事前確認のプロセス）
はじめに、配合試験を実施して＜図１の手順S11＞、目標強度を達成するための「改良体体積当たりの固化材量Cclm」を求める＜S13＞。

続いて、改良体体積当たりの固化材量Cclm、硬化材中の固化材量C、1m当たりの改良体体積Vclmから、1m当たりの噴射量Vjgを求める＜S15＞。1m当たりの噴射量Vjgの算出は次式による。
Vjg＝Cclm×Vclm／(C−Cclm)
※ Cclm＝C×Vjg／(Vclm＋Vjg)

次に、1m当たりの噴射量Vjg、1m当たりステップ数Nst（ステップ長Lst）および硬化材吐出量Qから、ステップ当たり時間の最小値Tst(min)を求める＜S17＞。ステップ当たり時間の最小値Tst(min)の算出は次式による。
Tst(min)＝Vjg×Lst／Q＝Vjg／(Q×Nst)

なお、高圧噴射攪拌工法における通常の配合比率の考え方は、図２に示すように、排泥量を考慮しつつ、改良体体積に占める硬化材量が所定の割合になるように、配合比率を決定する。
一方、本実施形態の場合では、図３に示すように、排泥量を考慮しつつ、改良体体積に占める固化材の量が所定の割合（設計強度を満たす割合）になるように、配合比率を決定する。

（試験施工のプロセス）
本願出願人の実験によれば、噴射管の回転速度Tr（回転数Nr）が、その噴射ノズルからの硬化材噴流による地盤切削距離（切削径）に影響を及ぼすことが確認されている。
すなわち、図５(a)に示すように噴射管７が無回転の状態において、硬化材を噴射させた場合には、噴射管７から遠ざかるにつれて切削エネルギー（放射方向のベクトル）は小さくなるが、一定の地盤切削距離は確保される。図５(b)に示すように噴射管７を回転させながら噴射させると、回転の影響で回転方向の力（同心円方向のベクトル）が作用して、その合力である見かけ上の硬化材噴流は次第に横向きになってゆき、噴射管７から遠ざかるにつれて切削エネルギーが減衰する。そのため、図５(a)の無回転状態と比べて、図５(b)の回転状態の地盤切削距離は短くなる。
さらに、図５(c)に示すように噴射管７を更に高速で回転させると、図５(b)の低速回転状態と比べて地盤切削距離がより一層短くなる。
したがって、噴射圧力P (MPa)と硬化材吐出量Q (m³/s)が一定に保持された状況下で、噴射管７の回転速度Tr (s/回転)を変えると、その変化量に応じて硬化材噴流による地盤切削距離が変わるので、回転速度を調節することで地盤切削距離（すなわち改良径）をコントロールできることが分かる。

また、本願出願人の実験によれば、噴射圧力P (MPa)と硬化材吐出量Q (m³/s)を変化させた場合には、硬化材噴流による地盤切削距離や改良体強度に影響が及ぶことが確認されている。なお、高圧噴射攪拌工法の特性上、施工途中で噴射ノズルを付け替えたり、ノズル径を変化させることはできないので、噴射圧力P (MPa)を変化させれば、それに伴って硬化材吐出量Q (m³/s)も変化することになる。

そうすると、可変要素である噴射管の回転速度Tr (s/回転)、噴射圧力P (MPa)、硬化材吐出量Q (m³/s)のいずれか１又は２以上を変数とし、これを調節することで、高圧噴射攪拌工法の改良径及び改良体強度の双方又は一方を施工中にコントロールできることが分かる。例えば、回転速度Tr (s/回転)、噴射圧力P (MPa)、硬化材吐出量Q (m³/s)のすべてを最適化することで、深度方向に同じ径でかつ同じ強度の改良体を造成することができる。また、上記仕様設定を応用することにより、深度方向に同じ改良径でかつ深度方向に強度の異なる改良体や、深度方向に同じ強度でかつ深度方向に径の異なる改良体を造成することもできる。

ただし、施工中において上述したように改良径や改良体強度をコントロールするためには、噴射管からの硬化材噴流による地盤切削状態（硬化材噴流による地盤切削距離）をリアルタイムで把握する手段が必要となる。そこで試験施工のプロセスでは、図６及び図７に示すモニタリング装置を用いて試験施工を行う。

この試験施工のプロセスでは、はじめに、設計改良径の下限値および上限値の地点（改良体の中心から距離ｒ_Aおよび距離ｒ_Bの地点）に縦孔を削孔し、図６及び図７に示すように各削孔部に下限値測定用計測管２４と上限値測定用計測管３４を建て込む＜図１のS21＞。建て込まれた計測管２４，３４には、硬化材噴流による地盤切削距離を把握するための計測センサー２１，３１が内装されている。

続いて試験施工を開始し＜図１のS23＞、その過程で土層又は深度ごとに計測センサー２１，３１を利用して地盤切削状態をモニタリングする＜S25＞。そして、土層又は深度ごとの仕様として、下限値側の計測センサー２１で検知され、上限値側の計測センサー３１で検知されないような回転速度Tr（回転数Nr）、噴射圧力Pおよび硬化材吐出量Qに設定する＜S27＞。

以下、モニタリング装置の具体的構成及びこれを用いたモニタリング方法の詳細について説明する。

（モニタリング装置）
本発明では、噴射管から高圧噴射される硬化材による地盤切削状態をモニタリングし、所望の改良径が確保されるように噴射管の回転速度をリアルタイムで調節して最適値に設定する。或いは、所望の改良径及び改良体強度が確保されるように、噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量をリアルタイムで調節してそれぞれを最適値に設定する。
かかる地盤切削状態のリアルタイムでのモニタリングを行うために、図６及び図７に示すモニタリング装置１を用いる。
図６は、モニタリング装置１を用いた計測時の様子を示している。
図７は、モニタリング装置１を用いた試験施工全体の様子を示している。

図６及び図７に示すように、モニタリング装置１は、
・計測センサー２１を備えた下限値測定用計測管２４（建込み管）と、
・計測センサー３１を備えた上限値測定用計測管３４（建込み管）と、
・計測センサー２１，３１を前記計測管内に吊り下げる吊りケーブル２２，３２と、
・この吊りケーブルを介して計測センサー２１，３１を上げ下げするための巻上げ装置２５，３５と、
・計測センサー２１，３１によって計測されたデータを記録するとともに当該計測データを利用して情報処理などを行う情報処理装置４を有している。

吊りケーブル２２，３２は、計測管２４，３４内で計測センサー２１，３１を吊設する役割を担っている。この吊りケーブル２２，３２は、地表側に設置された巻上げ装置２５，３５に巻上げ・繰り出し可能に取り付けられている。噴射管７の下降・上昇に伴って巻上げ装置２５，３５を作動させることで、噴射管７の動きに追従するように計測管内の計測センサー２１，３１を上げ下げすることができる。

下限値測定用計測管２４は、設計改良径の下限値を2ｒ_Aに設定した場合に、造成予定の改良体中心から距離ｒ_Aを隔てた位置に挿入される。ここでいう下限値とは、施工において許容される設計改良径の下限値である。
上限値測定用計測管３４は、設計改良径の上限値を2ｒ_Bに設定した場合に、造成予定の改良体中心から距離ｒ_Bを隔てた位置に挿入される。ここでいう上限値とは、施工において許容される設計改良径の上限値である。

そして、試験施工では、下限値2ｒ_A〜上限値2ｒ_Bの範囲内にある設計改良径ｒ_Dが確保されるように、噴射管７の回転速度、噴射圧力P、硬化材吐出量Qを決定する。或いは、設計改良径ｒ_Dが確保され、且つ、必要な改良強度が確保されるように、噴射管７の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量を決定する。噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量を調節することで、改良径や改良体強度をコントロールできることは、図５との関係で前述したとおりである。通常、設計改良径ｒ_Dは、下限値であるｒ_Aで設定される。
なお、設計改良径の下限値2ｒ_Aと上限値2ｒ_Bは特に限定されるものではなく、地盤条件等に応じて任意の値に設定することができる。

計測センサー２１，３１は、例えば、ゴムパッカーとゴムパッカー内に収納された集音マイクとで構成することができる。この場合、ゴムパッカーはエアホースを介して地上から封入されるエアによって計測管内で膨張および収縮し、ゴムパッカーが膨張して計測管の内壁に密着することにより、計測センサーは計測管内の任意の位置に固定することができる。

計測センサー２１，３１の要部を集音マイクで構成した場合、噴射ノズルからの硬化材噴流５が計測管２４，３４に当たる切削音を採取するとともにモニタリングすることで、噴射管７による地盤切削状態をリアルタイムで把握できる。

本実施形態において、噴射管７の回転速度、噴射圧力または硬化材吐出量のいずれか１又は２以上を変化させると、それに伴って、その噴射ノズルからの硬化材噴流５による地盤切削距離が変化するので、計測センサー２１，３１で計測される音量レベルが回転速度（地盤切削距離）に応じて変化することになる。したがって、下限値測定用計測管２４の計測センサー２１で採取される切削音の音量レベルをモニタリングすることで、下限値又はそれを上回る改良径が確保されているか否かをリアルタイムで判断でき、また、上限値測定用計測管３４の計測センサー３１で採取される切削音の音量レベルをモニタリングすることで、上限値又はそれを下回る改良径が確保されているか否かをリアルタイムで判断できる。

よって、計測センサー２１，３１のそれぞれで計測される音量レベルをモニタリングしつつ、噴射管７の回転速度、噴射圧力および硬化材吐出量のいずれか１又は２以上を調節することで、地盤条件（土質やＮ値）に関わらず、施工中において改良径を予め定めた上限値と下限値の間に収めることができる。

なお、本実施形態では、計測センサーの構成要素として集音マイクを例示したが、他の検出手段を用いて計測センサーを構成してもよい。例えば、上述した集音マイク以外の音センサーのほか、振動レベルを検出する振動センサーや、硬化材の反応熱を検出する温度センサーなど、硬化材噴流の到達を把握可能な種々の検出手段を用いて計測センサーを構成すること可能である。

（モニタリング装置を用いた試験施工）
次に、図１及び図７に基づいて、上記構成のモニタリング装置１を用いた試験施工の具体的手順について説明する。

はじめに、設計改良径の下限値および上限値の地点（改良体の中心から距離ｒ_Aおよび距離ｒ_Bの地点）に縦孔を削孔する。縦孔の削孔にはボーリングを利用することができる。そして、縦孔内に前述した下限値測定用計測管２４と上限値測定用計測管３４を建て込み、各計測管と縦孔との間にシール材を充填する＜図１のS21＞。各縦孔内に建て込まれた計測管２４，３４は、シール材が固化することで固定することができる。

次に、図７に示すように、地盤改良体の造成位置の中心に施工機６を据え付け、該施工機に噴射管７をクレーンにより吊って建て込む。そして、噴射管７の先端から削孔水を放水し、施工機６によって噴射管７を回転させながら地盤中の計画深度まで挿入する。

次に、下限値測定用計測管２４と上限値測定用計測管３４の建込み地点に巻き上げ装置２５，３５を据え付け、各巻き上げ装置から吊りケーブル２２，３２を繰り出して、計測管２４，３４内に計測センサー２１，３１を吊設する。

吊りケーブル２２，３２に連結された計測センサー２１，３１は、噴射管７の先端にある噴射ノズルと同じ深さ（ステージ）まで吊り降ろして位置決めする。なお、計測センサー２１，３１を例えばゴムパッカーとゴムパッカー内に収納された集音マイクとで構成する場合、集音器のパッカー内に地上からエアホースを介してエアを封入することによりパッカーを膨張させて固定する。

以上の手順を経て試験施工の準備が整ったので、続いて、以下の手順で試験施工を開始する＜図１のS23＞。

噴射管７を介し、その噴射ノズルから硬化材を高圧噴射し、その強力なエネルギーによって原地盤を切削崩壊しながら、施工機６によって噴射管７を一定速度で回転させることにより原土と硬化材とを強制的に撹拌混合して地盤改良体を造成する。

このとき、噴射管先端の噴射ノズルからの硬化材噴流５が下限値測定用計測管２４の計測センサー２１の地点に到達していれば、その地点の地盤は切削崩壊しており、また下限値測定用計測管２４に硬化材噴流５が当たり、その計測センサー２１で計測される音量レベルが高くなる。したがって、このときの音量レベルから、硬化材噴流５による地盤切削距離が下限値ｒ_Aを上回っていることを判断できる。なお、このとき計測センサー２１で計測される音量レベルの理想的な計測例を図８に示す。同図に例示する下限値のラインによれば、下限値測定用の計測センサー２１で計測される値が一定周期でピーク値を示しているので、硬化材噴流５による地盤切削距離が下限値ｒ_Aを上回っていることが分かる。
逆に、噴射管先端の噴射ノズルからの硬化材噴流５が下限値測定用計測管２４の計測センサー２１の地点に到達していなければ、その地点の地盤は切削崩壊しておらず、また下限値測定用計測管２４に硬化材噴流５が当たらないので、その計測センサー２１で計測される音量レベルは低いままとなる。したがって、このときの音量レベルから、硬化材噴流５による地盤切削距離が下限値ｒ_Aを下回っていることを判断できる。
そして、地盤切削距離が下限値ｒ_Aを下回っているときには、たとえば噴射管７の回転数を下げることで、地盤切削距離を延ばすことができる（図５(c)→(b)の関係を参照）。あるいは、回転数を維持したままで、噴射圧力と硬化材吐出量を上げることによっても、地盤切削距離を延ばすことができる。したがって、噴射管７の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上を調節することで、地盤切削距離を延ばすことができるとともに、改良径及び/又は改良強度を最適化できる。

同様に、噴射管先端の噴射ノズルからの硬化材噴流５が上限値測定用計測管３４の計測センサー３１の地点に到達していなければ、その地点の地盤は切削崩壊しておらず、また上限値測定用計測管３４に硬化材噴流５が当たらないので、その計測センサー３１で計測される音量レベルは低いままとなる。したがって、このときの音量レベルから、改良径が上限値ｒ_Bを下回っていることを判断できる。なお、このとき計測センサー３１で計測される音量レベルの理想的な計測例を図８に示す。同図に例示する上限値のラインによれば、前述した下限値のラインと異なり、上限値測定用の計測センサー３１で計測される値に大きな変動はみられないので、硬化材噴流５による地盤切削距離が上限値ｒ_Bを下回っていることが分かる。
逆に、噴射管先端の噴射ノズルからの硬化材噴流５が上限値測定用計測管３４の計測センサー３１の地点に到達していれば、その地点の地盤は切削崩壊しており、また上限値測定用計測管３４に硬化材噴流５が当たり、その計測センサー３１で計測される音量レベルが高くなる。したがって、このときの音量レベルから、改良径が上限値ｒ_Bを上回っていることを判断できる。
そして、地盤切削距離が上限値ｒ_Bを上回っているときには、たとえば噴射管７の回転数を上げることで、地盤切削距離を抑えることができる（図５(c)→(b)の関係を参照）。あるいは、回転数を維持したままで、噴射圧力と硬化材吐出量を下げることによっても、地盤切削距離を抑えることができる。したがって、噴射管７の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上を調節することで、地盤切削距離を抑えることができるとともに、改良径及び/又は改良強度を最適化できる。

このように、計測センサー２１，３１を通じて得られる音データをリアルタイムでモニタリングすることで、予め設定した下限値と上限値の範囲内に収まる改良径で造成されるように、噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上を最適化することができる。なお、モニタリングを通じて得られた音データは、数値化して情報処理装置に記録することができる。

そして、上記手順を経て最初のステージにおける地盤改良体の造成が完了したら、施工機６を作動させて噴射管５を第二、第三ステージ、・・・へと段階的にステップアップさせる。ステップ長（１ステップ当たりの長さ）は、予め定めた長さ設定される。そして、各ステージにおいて上記と同様の工程を行うことにより、略円柱状の地盤改良体を造成することができる。

また、その間、土層又は深度ごとに（すなわち各ステージにおいて）、硬化材噴流５が計測管２４，３４に当たる音を計測センサー２１，３１の集音マイクによってモニタリングする＜図１のS25＞。そして、その音量などに基づいて噴射管７の回転速度等を調節することで、土層又は深度ごとに所望の改良径及び改良強度が得られるように回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量が最適化される＜図１のS27＞。

（仕様決定のプロセス）
次に、図１に基づいて、上述した試験施工のプロセスに続く仕様決定のプロセスについて説明する。

このプロセスでは、はじめに、図６に示すｒ_Aまたはｒ_Bから1m当たりの改良体体積Vclmを求める。改良体体積Vclmの算出は次式(1)による。
Vclm＝ｒ_B ²（またはｒ_A ²）×π×1 ・・・ (1)

続いて、試験施工の手順S27で求めた回転速度Trを用い、ノズル数Nnおよび切削回数Ncからステップ当たり時間Tstを求める＜図１のS31＞。ステップ当たり時間Tstの算出は次式(2)による。
Tst＝Tr×Nc／Nn ・・・ (2)

続いて、上記手順S31で求めたステップ当たり時間Tstと、手順S17で求めたステップ当たり時間の最小値Tst(min)とを比較する。
手順S31で求めたステップ当たり時間Tstが、手順S17で求めたステップ当たり時間の最小値Tst(min)よりも大きい場合は＜S33のYes＞、ステップ当たり時間としてTstの方を採用する＜S37＞。
一方、手順S31で求めたステップ当たり時間Tstが、手順S17で求めたステップ当たり時間の最小値Tst(min)よりも小さい場合は＜S33のNo＞、ステップ当たり時間としてTst(min)を採用する。このとき、回転速度Trは、前記試験施工の手順S27で求めた値とし、Tst(min)＝Tr×Nc／Nn が満たされるように切削回数Ncを増やす＜S35＞。

次に、前記手順で求めた「ステップ当たり時間Tst」と「ステップ長Lst（1m当たりステップ数Nst）」から、引き上げ時間vを求める＜S39＞。引き上げ時間vの算出は次式(3)による。
v＝Tst／Lst＝Tst×Nst ・・・ (3)

最後に、引き上げ時間vから、1m当たりの噴射量Vjgを求める。
1m当たりの噴射量Vjgの算出は次式(4)による。
Vjg＝Q×v ・・・ (4)

以上で、仕様決定のプロセスが終了する。

（応用例）
上述した実施形態は一例であって、特許請求の範囲に記載の本発明には、様々な応用例が含まれる。例えば、改良体強度を更に高めるために、硬化材中の固化材量Cを増やして、改良体体積当たりの固化材量の増やすことも可能である（図３参照）。また、ステップアップによる硬化材の噴射を複数回繰り返して、改良体体積当たりの固化材量の増やしてもよい。なお、複数回噴射時の配合比率の考え方は図４に示すとおりである。

１モニタリング装置
４情報処理装置
５硬化材噴流
６施工機
７噴射管
２１計測センサー
２２吊りケーブル
２４下限値測定用計測管（建込み管）
２５巻上げ装置
３１計測センサー
３２吊りケーブル
３４上限値測定用計測管（建込み管）
３５巻上げ装置

Claims

噴射管から高圧噴射される硬化材による地盤切削状態をモニタリングして、所望の改良径及び／又は改良体強度が確保されるように、前記噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上を決定する、ことを特徴とする高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。
前記所望の改良径は、予め設定した下限値と上限値の範囲内の径である、ことを特徴とする請求項１に記載の高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。
土層又は深度ごとに前記モニタリングを行って、土層又は深度ごとに前記噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上を決定する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。
噴射管を段階的にステップアップさせる高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法において、決定された前記噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上と、ステップ当たり切削回数に基づいて、ステップ当たり時間を決定する、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。
噴射管を段階的にステップアップさせる高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法において、決定された前記噴射管の回転速度、噴射圧力、硬化材吐出量の一又は二以上に基づいて施工した場合に、造成する改良体の体積当たりの固化材量が所望量に至るように、ステップ当たり時間を決定する、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。
前記ステップ当たり時間とステップ長に基づいて、噴射管の引き上げ時間を決定する、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の高圧噴射攪拌工法の施工仕様の設定方法。
噴射管を段階的にステップアップさせる高圧噴射攪拌工法の改良体強度の設定において、造成する改良体の体積当たりの固化材量が所望量に至るように、前記噴射管によるステップ当たり時間を決定する、ことを特徴とする高圧噴射攪拌工法の改良体強度の設定方法。