JP7307630B2 - 粘性土改質処理の品質管理方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、粘性土に改質材を混合する粘性土改質処理の品質管理方法・システムに関する。

従来、粘性土に製鋼スラグ等の改質材を混合した混合材料を、浅場・干潟造成材、潜堤材、地盤材料等として使用することが公知である。この場合、粘性土の解泥、加水・調泥、改質材添加後の混合、打設等の操作が必要となる。バックホウ等を使用して混合を行う場合、一定の品質を確保するためには、均質な状態となるまで混合作業を行う必要がある。

「港湾・空港・海岸等におけるカルシア改質土利用技術マニュアル」（一般財団法人 沿岸技術研究センター（2017））

浚渫土に製鋼スラグを混合し、湿潤密度をもとに混合時間を決定した例では、30分間隔で複数の地点で採取した試料に対して湿潤密度の計測を行い、バラツキが収束するまでの時間から施工時の混合時間を設定している。たとえば、非特許文献１の湿潤密度での混合時間設定例（図-附V.4.2）では10地点程度試料を採取している。

採取した試料について、土の含水比試験（JIS A 1203）を実施する場合、試料の乾燥に18～24時間必要となる。電子レンジや赤外線水分計を使用した場合でも試料の採取から分析結果が出るまでには20～30分必要である。また、湿潤密度を測定する場合、安定的な数値を得るためには１検定あたり数Ｌの試料が必要であり、複数点での試料採取（必要に応じて採取場所や採取深度を変える）、運搬、測定は煩雑な作業となる。

このため、施工の初期段階で改質材の混合試験を行い、含水比や湿潤密度の経時変化を測定し、測定値が一定の範囲に収束するまでの時間を均一化に必要な時間として、以後の施工における混合時間を決定する方法が一般的である。

しかし、浚渫場所や掘削深度が変化した場合等、浚渫土の性状（土質や含水比）が試験時と異なる場合、混合の過不足が生じ品質や施工効率の低下が生じることになる。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、粘性土と改質材との混合処理を行う際に、事前の粘性土と改質材との混合時間を設定するための試験が不要で、混合の終了時期を迅速かつ適切に判断でき、混合処理の品質管理を簡単な構成で適切に行うことができる粘性土改質処理の品質管理方法およびシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための粘性土改質処理の品質管理方法は、粘性土に改質材を混合することによる粘性土改質処理についての品質管理方法であって、
粘性土に改質材を添加し、前記粘性土と前記改質材とを混合し、
前記混合時の前記粘性土と前記改質材とによる改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを、前記混合を行う所定領域の１点で前記混合中にリアルタイムで連続的に測定し、前記測定による測定値のバラツキが収束したか否かを前記混合中にリアルタイムで判定し、前記収束したと判定した時点で前記混合が終了したと判断するものである。

この粘性土改質処理についての品質管理方法によれば、粘性土に改質材を添加して混合する際に水分・濃度・密度の少なくともいずれかを一の地点で連続的に測定し、測定値をリアルタイムで確認でき、測定値の上昇や下降の傾向が収まり、バラツキの収束を確認した段階で混合処理の終了を迅速かつ適切に判断できる。測定値をリアルタイムで確認しながら適切な混合時間で改質土の混合処理を行うことができるため、効率的な混合施工が可能となる。また、対象の粘性土の土質が変化した場合でも、その都度、適切な混合時間で混合処理ができ、品質の一定した均質な材料（改質土）を得ることができる。このため、従来必要であった事前の粘性土と改質材との混合時間を設定するための試験は不要となる。
上記目的を達成するための別の粘性土改質処理の品質管理方法は、粘性土に改質材を混合することによる粘性土改質処理についての品質管理方法であって、粘性土に改質材を添加し、前記粘性土と前記改質材とを混合し、
前記混合時の前記粘性土と前記改質材とによる改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを、前記混合を行う所定領域の複数点で前記混合中にリアルタイムで連続的に測定し、前記測定による前記複数点における前記測定値のバラツキが収束したか否かを前記混合中にリアルタイムでそれぞれ判定し、前記収束の判定までの時間の長い方での収束時点で前記混合が終了したと判断する。これにより、混合処理の終了判断がより正確になる。

上記粘性土改質処理の品質管理方法において、前記測定値として所定の秒単位時間（たとえば、１秒）で１データを取得し、これらのデータから所定時間（たとえば、１分）での移動平均を算出し、直近の所定期間（たとえば、５分間）での前記移動平均値の標準偏差σとＡ√μとを算出し、次式が成立するタイミングを前記収束時点と判定することが好ましい。
σ－Ａ√μ＜0
ただし、μ：同期間の平均値、A：係数

また、前記測定値として所定の秒単位時間（たとえば、１秒）で１データを取得し、これらのデータから所定時間（たとえば、１分）での移動平均を算出し、前記移動平均値の８０～１２０％（好ましくは９０～１１０％）の範囲内への前記測定値の適合状態に基づいて前記収束時点を判定することが好ましい。

上記別の粘性土改質処理の品質管理方法において、前記測定値として所定の秒単位時間（たとえば、１秒）で１データを取得し、これらのデータから所定時間（たとえば、１分）での移動平均を算出し、前記複数点における複数の前記測定値が同等の値となり、所定期間（たとえば、５分間）に連続して前記移動平均値の８０～１２０％（好ましくは９０～１１０％）の範囲内にあった場合に前記測定値のバラツキが収束したと判定することが好ましい。

なお、前記粘性土の量、性状および前記混合に使用する機械の少なくともいずれかに応じて、前記混合を行う所定領域内の１点または複数点において前記測定を行うことが好ましい。

また、前記改質土についてバケットにより混合操作を行う際に前記測定を行う測定器を前記バケットに設置することで前記測定を前記バケットにおいて行うことができる。

上記目的を達成するための粘性土改質処理の品質管理システムは、粘性土に改質材を添加し、前記粘性土と前記改質材とを混合する混合手段による粘性土改質処理についての品質管理システムであって、
前記混合時の粘性土と改質材とによる改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを、前記混合を行う所定領域の１点で前記混合中にリアルタイムで連続的に測定するための測定センサを有する測定手段と、前記測定手段による測定値のバラツキが収束したか否かを前記混合中にリアルタイムで判定し、前記収束したと判定した時点で前記混合が終了したと判断する判断手段と、を備える。

この粘性土改質処理の品質管理システムによれば、粘性土に改質材を添加して混合する際に水分・濃度・密度の少なくともいずれかを一の地点で連続的に測定し、測定値をリアルタイムで確認でき、測定値の上昇や下降の傾向が収まり、バラツキの収束を確認した段階で混合処理の終了を迅速かつ適切に判断できる。測定値をリアルタイムで確認しながら適切な混合時間で改質土の混合処理を行うことができるため、効率的な混合施工が可能となる。また、対象の粘性土の土質が変化した場合でも、その都度、適切な混合時間で混合処理ができ、品質の一定した均質な材料（改質土）を得ることができる。このため、従来必要であった事前の粘性土と改質材との混合時間を設定するための試験は不要となる。
上記目的を達成するための別の粘性土改質処理の品質管理システムは、粘性土に改質材を添加し、前記粘性土と前記改質材とを混合する混合手段による粘性土改質処理についての品質管理システムであって、
前記混合時の粘性土と改質材とによる改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを、前記混合を行う所定領域の複数点で前記混合中にリアルタイムで連続的に測定するための複数の測定センサを有する測定手段と、前記測定手段による前記複数点における前記測定値のバラツキが収束したか否かを前記混合中にリアルタイムでそれぞれ判定し、前記収束の判定までの時間の長い方での収束時点で前記混合が終了したと判断する判断手段と、を備える。これにより、混合処理の終了判断がより正確になる。

上記別の粘性土改質処理の品質管理システムにおいて、前記測定値として所定の秒単位時間で１データを取得し、これらのデータから所定時間での移動平均を算出し、前記複数点における複数の前記測定値が同等の値となり、所定期間内に連続して前記移動平均値の８０～１２０％の範囲内にあった場合に前記測定値のバラツキが収束したと判定することが好ましい。
なお、前記混合の際の粘性土を貯留部に貯留し、前記貯留部において前記混合を行い、前記測定センサを前記貯留部において１点または複数点で測定可能なように配置することが好ましい。

また、前記混合の際の粘性土を貯留部に貯留し、前記貯留部において前記混合を行い、前記混合による改質土が前記貯留部に攪拌可能な程度にほぼ満杯に貯留された場合に、前記複数の前記測定センサを前記改質土の表層・中層・底層の少なくともいずれか２つを測定可能なように配置することが好ましい。

また、外部端末との間で通信を行う通信手段と、前記外部端末を特定する情報を記憶し登録する記憶手段と、をさらに備え、前記混合が終了したと前記判断手段が判断した際に、前記通信手段は前記記憶手段に登録されている外部端末に前記混合が終了した旨を通知することが好ましい。

本発明の粘性土改質処理の品質管理方法・システムによれば、粘性土の改質処理を行う際に、事前の粘性土と改質材との混合時間を設定するための試験が不要で、混合の終了時期を迅速かつ適切に判断でき、混合処理の品質管理を簡単な構成で適切に行うことができる。

本実施形態による粘性土と改質材との混合処理における品質管理方法の基本的なステップＳ０１～Ｓ０６を説明するためのフローチャートである。 図１の粘性土と改質材との混合処理を実行可能な土運船を概略的に示す側断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。 図１のステップＳ０３～Ｓ０６を実行可能な測定システムの構成例を概略的に示すブロック図である。 図１の収束判定ステップＳ０４におけるステップＳ２１～Ｓ２４を説明するためのフローチャートである。 図１の収束判定ステップＳ０４におけるステップＳ３１～Ｓ３４を説明するための別のフローチャートである。 図１の収束判定ステップＳ０４におけるステップＳ４１～Ｓ４４を説明するためのさらに別のフローチャートである。 図２（ｂ）のバケットにＲＩ密度水分計を配置した状態を示す側面図である。 図２（ａ）（ｂ）の土運船の貯留部やバケットにおけるＲＩ密度水分計の配置位置例を示す上面図（ａ）～（ｄ）である。 鋼製コンテナに貯留した粘性土に改質材を混合する場合のＲＩ密度水分計の配置位置例を示す上面図（ａ）～（ｄ）である。 図２（ａ）（ｂ）の土運船等の貯留部におけるＲＩ密度水分計の深さ方向の配置位置例を示す側面図（ａ）～（ｌ）である。 測定例において測定した含水比と時間との関係を示すグラフである。 別の測定例において測定した含水比と時間との関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による粘性土と改質材との混合処理における品質管理方法の基本的なステップＳ０１～Ｓ０６を説明するためのフローチャートである。図２は、図１の粘性土と改質材との混合処理を実行可能な土運船を概略的に示す側断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。図３は、図１のステップＳ０３～Ｓ０６を実行可能な測定システムの構成例を概略的に示すブロック図である。

図１のように、図２（ａ）（ｂ）の貯留部１０において粘性土に改質材を添加し（Ｓ０１）、粘性土と改質材との混合処理を行う（Ｓ０２）。混合処理は、たとえば、図２（ａ）（ｂ）のように、土運船ＳＰの土槽からなる貯留部１０に粘性土を貯留した土運船ＳＰを接岸し、貯留部１０に隣接して複数のバックホウ１１，１４を陸上側に配置して行うことができる。バックホウ１１，１４には、バックホウ１１，１４から延びてバケット１２，１５が連結されている。

貯留部１０内の粘性土に改質材を添加してからバックホウ１１，１４によりバケット１２，１５を図２（ｂ）のように、左右に移動させる、前後に移動させるように操作し、加えてバケット１２，１５の各移動時に上下動も併せて行う（図示省略）ことで、貯留部１０内の粘性土と改質材とを攪拌させ流動させて混合した改質土Ｇとする。たとえば、バケット１２を左方向ｍに破線の位置まで移動させることで改質土Ｇを図の矢印方向ａ，ａ’に流動させ、また、バケット１５を矢印手前方向ｎに破線の位置まで移動させることで改質土Ｇを図の矢印方向ｂ，ｂ’に流動させる。このようなバケット１２，１５の左右移動、前後移動および上下移動を組み合わせて操作することで攪拌・流動による改質土Ｇの混合処理を行う。なお、撹拌に使用するバケットの種類（ミキシングバケット、スケルトンバケット等）によっては、撹拌による図２（ｂ）の様な改質土Ｇの流動が発生せず、混合処理の主体はバケットによる撹拌となる。以降の説明におけるバケットは、通常のバケットを意味する。

この混合処理の間に改質土Ｇの含水比等の連続的測定を行う（Ｓ０３）。かかる測定を図２，図３のＲＩ密度水分計２０，３０により行う。ＲＩ密度水分計２０，３０は、図２（ａ）（ｂ）のように、貯留部１０の壁部外面に配置され、上面から見て横に長い長方形状の貯留部１０の長辺の両角近傍の壁部外面に配置される。

次に、ステップＳ０３で得た含水比等の測定値のバラツキが収束したか否かを判定する（Ｓ０４）。測定値が収束したと判定された場合、混合が終了したと図３のパソコンＰＣが判断し、この混合終了の情報を、図３のように、インターネット等の通信網Ｉを介して携帯端末ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ３に送信する（Ｓ０５）。また、測定値が収束しないと判定された場合は、ステップＳ０２に戻り混合処理を続ける。混合終了の情報送信を受けて、粘性土と改質材との混合操作を終了する（Ｓ０６）。

なお、ＲＩ密度水分計２０，３０は、貯留部１０の壁部外面で内部に貯留された改質土Ｇの含水比等を測定するが、壁部外面への配置が難しいときには保護容器内にＲＩ密度水分計２０，３０を収容して貯留部１０の壁部内面に配置して測定をするようにしてもよい。ＲＩ密度水分計は、ＲＩ（ラジオアイソトープ／放射性同位体）により地盤・土質等の水分・密度を測定するもので、連続的な測定が可能である。なお、保護容器としては防水性が担保できればプラスチック製でも金属製でもよいが、強度の点から金属製がより望ましい。

次に、本実施形態による粘性土と改質材との混合処理についての品質管理システムについて説明すると、この品質管理システムは、図３のように、粘性土と改質材との混合処理について品質管理を行うように、混合時の改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを連続的に測定するためのＲＩ密度水分計２０，３０と、ＲＩ密度水分計２０，３０による測定値のバラツキが収束した時点で混合処理が終了したと判断するパソコンＰＣと、を備えて構成される。

また、パソコンＰＣは、インターネット等の通信網Ｉを介してスマートフォンやタブレット等の携帯端末ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ３と通信可能なように携帯端末ＳＭ１，ＳＭ２、ＳＭ３の各アドレスを予めハードディスク等の記憶装置に記憶し登録しておき、混合処理終了と判断すると、その混合終了情報を外部の携帯端末ＳＭ１，ＳＭ２、ＳＭ３に送信して通知するようになっている。

また、本実施形態の品質管理システムを構成する図３の測定システムのうち、パソコンＰＣと表示部ＤＰは、たとえば、施工現場事務所や管理事務所等に設置し、リアルタイムで混合処理の品質管理の状況を確認できる。また、図２（ｂ）のバックホウ１１，１４の操作部１１ｂ，１４ｂに図３の携帯端末ＳＭ１，ＳＭ２を設置しておくことで、バックホウ１１，１４のオペレータは、混合終了時期を容易に知ることができ、バックホウ１１，１４の混合操作を終了することができる。また、携帯端末ＳＭ３を混合処理の責任者や管理者等が携帯することで、パソコンＰＣ・表示部ＤＰから離れた位置で混合終了を知ることができる。なお、携帯端末については、必要に応じてパソコンＰＣの記憶装置に予めアドレスを登録し、台数を増設することができる。

図４は、図１の収束判定ステップＳ０４におけるさらに詳しいステップＳ２１～Ｓ２４を説明するためのフローチャートである。図５は、図１の収束判定ステップＳ０４におけるさらに詳しいステップＳ３１～Ｓ３４を説明するための別のフローチャートである。図６は、図１の収束判定ステップＳ０４におけるさらに詳しいステップＳ４１～Ｓ４４を説明するためのさらに別のフローチャートである。

図１のステップＳ０４の収束判定例について図１～図４を参照して説明する。図３の測定システムは、図２（ａ）（ｂ）のＲＩ密度水分計２０，３０による測定データがパーソナルコンピュータ（パソコン）ＰＣに送られて取り込まれ、パソコンＰＣは、測定データから測定時間とともに測定値を記録し、所定時間内に測定した測定値から所定の演算を行い、測定値のバラツキが収束したか否かを判定し、それらの結果を液晶等からなる表示部ＤＰに表示する。ＲＩ密度水分計２０，３０とパソコンＰＣとは、適当なインターフェイスを介して有線または無線で接続することができる。

図３の測定システムにより、ＲＩ密度水分計２０，３０により測定値を連続的に測定し、たとえば１秒に１データを取得し（Ｓ０３）、パソコンＰＣが自動的に記録する。

次に、パソコンＰＣは、たとえば、直近の１分間の測定値の移動平均値Ａｖを算出する（Ｓ２１）。その後、たとえば、直近５分間の移動平均値Ａｖの標準偏差σと、Ａ√μとを算出する（Ｓ２２）。なお、μは測定値の同期間の平均値、Ａは係数で、通常1.0～1.2で適正な値が得られる値を設定する。なお、係数Ａは使用する改質材によって変わることがある。

次に、パソコンＰＣは、次の式（１）が成立するか否かの判定を行う（Ｓ２３）。
σ－Ａ√μ＜0 （１）

パソコンＰＣは、上記式（１）が成立した（ＹＥＳ）タイミングで測定値のバラツキが収束したと判定する（Ｓ２４）。式（１）が成立しない（ＮＯ）と判定されると（Ｓ２３）、混合処理（Ｓ０２）を続行し、同様のステップＳ０３，Ｓ２１～Ｓ２３が繰り返される。収束と判定されると（Ｓ２４）、混合処理が終了したと判断し、携帯端末ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ３に混合終了した旨が送信され（Ｓ０５）、混合操作を終了する（Ｓ０６）。

次に、図１のステップＳ０４の別の収束判定例について図５により説明する。ＲＩ密度水分計２０，３０により測定値を連続的に測定し、たとえば１秒に１データを取得し（Ｓ０３）、次に、たとえば、直近の１分間の測定値の移動平均値Ａｖを算出する（Ｓ３１）。

次に、平均値Ａｖの±20％（好ましくは±10％）を算出し（Ｓ３２）、この範囲への適合状態を確認する。たとえば、測定値が３分間連続して平均値Ａｖ±20％（好ましくは±10％）の範囲内にあったか否かを判定する（Ｓ３３）。

測定値が上記ステップＳ３３の条件を満たした場合（ＹＥＳ）、測定値のバラツキが収束したと判定する（Ｓ３４）。また、満たしていない（ＮＯ）と判定されると（Ｓ３３）、混合処理（Ｓ０２）を続行し、同様のステップＳ０３，Ｓ３１～Ｓ３３が繰り返される。収束と判定されると（Ｓ３４）、携帯端末ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ３に混合終了した旨が送信され（Ｓ０５）、混合操作を終了する（Ｓ０６）。

図４，図５は、一の測定箇所での測定値（たとえば、ＲＩ密度水分計２０）に基づいて収束時点を判断するものであるが、同様にして他の測定箇所での測定値（たとえば、ＲＩ密度水分計３０）に基づいて収束時点を判断し、収束判定までの時間の長い方の収束時点で収束と判定するようにしてもよい。これにより、混合処理の終了判断がより正確になる。

次に、図１のステップＳ０４のさらに別の収束判定例について図６により説明する。本例は測定箇所を複数地点とした。すなわち、図２（ａ）（ｂ）のＲＩ密度水分計２０，３０により測定値を複数地点で連続的に測定し、たとえば１秒に１データを取得し（Ｓ０３）、次に、たとえば、直近の１分間の各測定値の移動平均値Ａｖを算出する（Ｓ４１）。

次に、複数地点の各測定値が同等の値になったか否かを判定する（Ｓ４２）。かかる判定は、たとえば、各測定値が時間とともに変化するグラフ（例えば後述の図１１）においてクロスした点を同等の値とする。なお、グラフ上ではクロスしても測定値は必ずしも同じ値とは限らない。ステップＳ４２で同等の値にならない場合（ＮＯ）は、混合処理（Ｓ０２）が続行される。

ステップＳ４２で複数地点の測定値が同等の値になった（ＹＥＳ）と判定されると、次に、測定値が安定した状態となったか否かを判定する。たとえば、各平均値Ａｖの±20％（好ましくは±10％）を算出し、各測定値が３分間連続して平均値Ａｖ±20％（好ましくは±10％）の範囲内にあったか否かを判定する（Ｓ４３）。

測定値が上記ステップＳ４３を満足した場合（ＹＥＳ）、測定値のバラツキが収束し安定したと判定する（Ｓ４４）。また、満足せず安定しない（ＮＯ）と判定されると（Ｓ４３）、混合処理（Ｓ０２）を続行し、同様のステップＳ０３，Ｓ４１～Ｓ４３が繰り返される。収束と判定されると（Ｓ４４）、携帯端末ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ３に混合終了した旨が送信され（Ｓ０５）、混合操作を終了する（Ｓ０６）。

なお、図４，図５，図６の各収束判定例は、図１においてそれぞれ単独で実行されてよいが、これに限定されず、図４～図６の内のいずれか２つを併用して実行し、収束判定までの時間の長い方の収束時点で収束と判定するようにしてもよい。これにより、混合処理の終了判断がより正確になる。

また、図４，図５，図６の収束判定における演算処理および判定処理を図３のパソコンＰＣが行い、その結果を表示部ＤＰに表示する。

以上のように、本実施形態による粘性土改質処理についての品質管理方法・システムでは、粘性土に改質材を混合した改質土に流動性があることを利用し、貯留部内において改質土の一部をバックホウによるバケットの操作により攪拌し、必要に応じて攪拌する場所を変更し、改質土の全体が均一化するまでの状況を確認することで、混合処理の終了を判断できる。

すなわち、本実施形態によれば、混合時の改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを連続的にリアルタイムで測定し、その測定値のバラツキが所定の方法で収束したと判定した時点を、測定値の上昇や下降の傾向が収まり測定値のバラツキの収束を確認できた時点とし、かかる時点は、改質土の水分・濃度・密度がほぼ一定の範囲に収束し、改質土の混合が充分に進み完了した時である。このように、水分・濃度・密度の測定値のバラツキの収束に基づいて混合の完了を迅速かつ適切に判断でき、混合処理の品質管理を簡単な構成で適切に行い、均質な材料（改質土）を得ることができる。また、従来のような事前の混合時間を設定するための試験が不要となる。

また、本実施形態によれば、改質土の混合処理を行う１地点また複数地点の測定データをパソコンで一元管理し、リアルタイムで混合時間の管理を行うことができる。すなわち、改質土の混合時に水分や濃度や密度を連続的に測定し、測定値をリアルタイムに確認し、測定値の上昇や下降の傾向が収まり、測定値のバラツキが一定内に収束した段階でバックホウ・バケットによる混合処理を終了できる。

上述のように、測定データをリアルタイムで確認しながら混合時間を適切に管理できるため、効率的な混合施工が可能である。また、対象の粘性土の土質が変化した場合でも、適切な混合時間で混合を行うことができるので、改質土を均質な材料にできる。

なお、図１の収束判定Ｓ０４に用いる方法としては、事前の試験によって、図４，図５，図６の判定方法のいずれを用いるかを決定するとともに、単位時間、移動平均の時間、移動平均値の範囲を決定するようにしてもよい。

次に、図７～図１０を参照してＲＩ密度水分計の配置例について説明する。図７は、図２（ｂ）のバケットにＲＩ密度水分計を配置した状態を示す側面図である。図８は、図２（ａ）（ｂ）の土運船の貯留部やバケットにおけるＲＩ密度水分計の配置位置例を示す上面図（ａ）～（ｄ）である。図９は、鋼製コンテナに貯留した粘性土に改質材を混合する場合のＲＩ密度水分計の配置位置例を示す上面図（ａ）～（ｄ）である。図１０は、図２（ａ）（ｂ）の土運船等の貯留部におけるＲＩ密度水分計の深さ方向の配置位置例を示す側面図（ａ）～（ｌ）である。

図７のように、バックホウ１１のバケット１２の背面部１２ａに保護容器内に収められたＲＩ密度水分計２０を配置し、ＲＩ密度水分計２０は、バックホウ１１のアーム１１ａやブームに沿って延びたケーブル２０ａを通して、バックホウ１１の操作部１１ｂに設置された送信部２８と接続し、測定データは送信部２８から無線または有線によりパソコンＰＣ（図３）へ送られる。このように、ＲＩ密度水分計２０と送信部２８とを有線で接続し、バケット１２による改質土Ｇ中での混合処理の際にＲＩ密度水分計２０により含水比や密度等の測定値を連続的にリアルタイムに取得できる。かかる測定値を、バックホウ１１による混合の作業範囲の代表値とすることができる。

本実施形態では、対象とする改質土の量、性状や混合に使用する機械に応じて、１点から複数点で測定値を取得することが好ましい。たとえば、数百～２０００ｍ³の土槽を持つ土運船で数m³のバケットを使用して混合処理をバックホウの操作で行う場合は土槽の１～４地点、数百m³のポンドで実施する場合には１～４地点、数～２０ｍ³程度のベッセルや鋼製コンテナや鋼製水槽で混合処理を行う場合には、１～２地点での測定を行うことが好ましい。なお、たとえば、改質土の流動性が大きい状況の場合には、全体が均一化しやすいため測定点は少なくすることができる。また、測定器によっては、四方が照射範囲となるため、隅部に設置したいときには、設置位置は隅部ではなく、隅部から少なくとも５０cm程度離した隅部近傍に設置することが好ましい。

図２（ａ）のような貯留部１０において改質土の流動性が大きい場合には、ＲＩ密度水分計２０、３０を改質土に対応して底層～表層の任意の場所に配置してよい。なお、流動性が大きい状況とは、バックホウで土槽内の改質土を掬ったときに、周囲の改質土が掬った際にできた凹みに流れ込み、凹みを埋める程度をいう。改質材混合後の粘性土の流動性が小さく、バックホウで掬ったものが勾配をもった小山状となるような場合、ＲＩ密度水分計２０，３０が改質土の表層またはその近傍に位置すると、改質土でなく空気を測定する可能性がある。こうした場合は、適正な値が得られないおそれがあるため、ＲＩ密度水分計２０，３０を改質土の表層を避けて中層～底層部分に位置するように貯留部１０の深さ方向長さの半分から下側に配置し、不適切な測定値を除外するようにする。

たとえば、４地点で測定する場合、図８（ａ）のように、土運船ＳＰの上方から見て長方形状の土槽からなる貯留部１０の四隅近傍の壁部外面１０ａ，１０ｂにＲＩ密度水分計２１～２４を配置する。２地点で測定する場合、図８（ｂ）のように貯留部１０の対角線上角近傍の壁部外面１０ａ，１０ｂにＲＩ密度水分計２１，２４を配置し、または、図２（ｂ）のようにバックホウと相対する長辺の両角近傍の壁部外面１０ａ，１０ｂに配置する。また、図８（ｃ）のように、バックホウ１１のバケット１２にＲＩ密度水分計２０を配置し（図７）、貯留部１０のバックホウ１１から離れた側の角近傍の壁部外面１０ｂにＲＩ密度水分計２３を配置し、または、図８（ｄ）のように、バックホウ１１，１４のバケット１２，１５にそれぞれＲＩ密度水分計２０，３０を配置する。なお、図８（ｃ）のもう１つのバックホウ１４のバケット１５にも同様にＲＩ密度水分計３０を配置してもよい。

また、比較的容積の小さい鋼製コンテナを粘性土の貯留部とし、２地点で測定する場合、図９（ａ）のように、上面から見て縦に長い長方形状の鋼製コンテナ４０の長辺の両角近傍の壁部外面４０ａ，４０ｂにＲＩ密度水分計２５，２６を配置し、または、図９（ｂ）のように、鋼製コンテナ４０の対角線上の角近傍の壁部外面４０ａ，４０ｂにＲＩ密度水分計２５，２７を配置する。また、１地点で測定する場合、図７（ｃ）のように、鋼製コンテナ４０の１つの角近傍の壁部外面４０ａにＲＩ密度水分計２５を配置し、また、鋼製コンテナ４０には配置せず、図７，図９（ｄ）のようにＲＩ密度水分計２０をバックホウ１１のバケット１２に配置する。

次に、図１０（ａ）～（ｌ）を参照して貯留部１０における複数のＲＩ密度水分計の深さ方向の配置位置例を説明する。なお、貯留部１０内の改質土は流動性が大きい改質土を想定している。図１０（ａ）～（ｆ）は、ＲＩ密度水分計を貯留部１０の壁部外面１０ａ，１０ｂに配置し、図１０（ｇ）～（ｌ）は、ＲＩ密度水分計を貯留部１０の壁部内面１０ｃ，１０ｄに配置したもので、いずれも貯留部１０内に改質土Ｇが攪拌可能な程度にほぼ満杯に貯留されている場合に改質土Ｇの複数の深さ方向位置で測定できるようにしたものである。なお、図１０の各貯留部１０は、図２（ａ）と比べて説明の便宜上、縦横寸法比が若干異なっている。

図１０（ａ）の例は、貯留部１０の壁部外面１０ａに複数のＲＩ密度水分計４１，４２，４３を貯留部１０内の改質土Ｇの表層・中層・底層を測定可能に配置し、図１０（ｂ）の例は、同じく、複数のＲＩ密度水分計４１，４２を改質土Ｇの表層・中層を測定可能に配置し、図１０（ｃ）の例は、同じく、複数のＲＩ密度水分計４１，４３を改質土Ｇの表層・底層を測定可能に配置し、図１０（ｄ）の例は、同じく、複数のＲＩ密度水分計４２，４３を改質土Ｇの中層・底層を測定可能に配置したものである。また、図１０（ｅ）の例は、貯留部１０の壁部外面１０ａにＲＩ密度水分計４１を改質土Ｇの表層を測定可能に配置しかつ反対側の壁部外面１０ｂにＲＩ密度水分計４４を改質土Ｇの底層を測定可能に配置し、図１０（ｆ）の例は、貯留部１０の壁部外面１０ａにＲＩ密度水分計４２を改質土Ｇの中層を測定可能に配置しかつ反対側の壁部外面１０ｂにＲＩ密度水分計４４を改質土Ｇの底層を測定可能に配置したものである。

なお、図１０（ａ）～（ｆ）のように壁部外面１０ａ，１０ｂにＲＩ密度水分計を配置する場合、壁部外面１０ａ，１０ｂに密着させることが好ましい。図１０（ｆ）にＲＩ密度水分計４２，４４による測定領域Ｒ１，Ｒ２を概略的に示すが、壁部外面１０ａ，１０ｂから１８０°の範囲が測定範囲になる。

図１０（ｇ）の例は、貯留部１０の壁部内面１０ｃの近傍に複数のＲＩ密度水分計５１，５２，５３を貯留部１０内の改質土Ｇの表層・中層・底層を測定可能に配置し、図１０（ｈ）の例は、同じく、複数のＲＩ密度水分計５１，５２を改質土Ｇの表層・中層を測定可能に配置し、図１０（ｉ）の例は、同じく、複数のＲＩ密度水分計５１，５３を改質土Ｇの表層・底層を測定可能に配置し、図１０（ｊ）の例は、同じく、複数のＲＩ密度水分計５２，５３を改質土Ｇの中層・底層を測定可能に配置したものである。また、図１０（ｋ）の例は、貯留部１０の壁部内面１０ｃの近傍にＲＩ密度水分計５１を改質土Ｇの表層を測定可能に配置しかつ反対側の壁部内面１０ｄの近傍にＲＩ密度水分計５４を改質土Ｇの底層を測定可能に配置し、図１０（ｌ）の例は、貯留部１０の壁部内面１０ｃの近傍にＲＩ密度水分計５２を改質土Ｇの中層を測定可能に配置しかつ反対側の壁部内面１０ｄの近傍にＲＩ密度水分計５４を改質土Ｇの底層を測定可能に配置したものである。

なお、図１０（ｇ）～（ｌ）では、ＲＩ密度水分計を貯留部１０の壁部内面１０ｃ，１０ｄの近傍に配置しているが、貯留部１０の隅角部内面に設置すると、９０°の範囲しか測定できず、測定感度が低下するので、20～30cm程度壁部内面１０ｃ，１０ｄから離して配置することが好ましい。また、貯留部１０の隅角部ではなく、長辺や短辺の中央付近では壁部内面に密着させても１８０°の範囲を測定できるので密着させて配置してもよい。また、壁面設置タイプのＲＩ密度水分計を保護容器内に収容して配置する場合、結果的に壁部内面１０ｃ，１０ｄから20～30cm離れることになる。図１０（ｉ）にＲＩ密度水分計５２，５４による測定領域Ｒ３，Ｒ４を概略的に示すが、壁部内面１０ｃ，１０ｄから１８０°の範囲が測定範囲になる。

なお、土運船等での混合処理において複数台のバックホウを使用する場合には、各バケットに図７のようにＲＩ密度水分計を配置するようにしてもよい（図８（ｄ））。また、ＲＩ密度水分計を１地点に配置する場合には、その測定地点が全体を代表できるように配置位置を決め、また、複数地点に配置する場合には、それぞれのＲＩ密度水分計の測定値が混合処理の一定範囲の測定値を代表できるように各配置位置を決め、各測定値のバラツキと収束が確認できるようにする。

また、複数地点で測定した場合、各測定地点での測定値が同等の値となり、その後測定値のバラツキが一定内に収束した状態になった段階でバラツキの収束と判定することができる。

また、本実施形態で測定する水分や密度は、一定の値が得られるまでの時間を確認するための指標であり、必ずしも正確な値である必要はなく、たとえば、測定値を含水比に換算する必要はない。品質管理上必要となる含水比や湿潤密度は、別途所定の試験方法により測定し、たとえば、含水比はＪＩＳ Ａ １２０３に基づいて、湿潤密度はＪＩＳ Ａ １２２５に基づいて測定してもよい。

〈測定例〉
１６ｍ³の鋼製水槽で粘性土に改質材として製鋼スラグを添加し、バックホウとバケットによる混合時にＲＩ密度水分計により含水比を連続的に測定した例を図１１，図１２に示す。なお、ＲＩ密度水分計は、ソイルアンドロックエンジニアリング株式会社が販売するＲＩ密度水分計であるＣＯＮＧ－II（製品名）を使用した。

図１１の測定例は、１地点の測定で、測定値のバラツキの収束判定を図４と同様にして行い、式（１）の係数Ａを１．１に設定した。混合初期の大きな変動が収まり、測定値の上昇や下降が見られなくなり、測定値のバラツキが収束するまでの時間として、混合終了時間は１１分であった。

図１２の測定例は、２地点での測定で、測定値のバラツキの収束判定を図６と同様にして行い、各測定値が混合処理の開始から４分後や７分後に同等の値になったが、その後の変動が大きく、測定値のバラツキの収束と判定できなかった。１３分後に各測定値が同等の値になった時点から３分間安定した１６分の時点を混合終了時間と判定した。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、図３，図４，図５では、１データの取得時間を１秒としたが、これに限定されず、２～３０秒程度であってもよい。また、１分間の移動平均値は、これに限定されず、１分以下、または、１分以上であってもよい。また、３分間連続して測定値が所定範囲内にあることにおける３分間は、これに限定されず、３分以下、または、３分以上であってもよい。

また、本実施形態・測定例ではＲＩ密度水分計は、センサと計測部とが一体になったボックス型を用いたが、本発明はこれに限定されず、計測部から分離したセンサ（プローブ）を用いてもよく、この場合は、改質土内にセンサを配置することができる。このようなＲＩ密度水分計として、たとえば、ソイルアンドロックエンジニアリング株式会社が販売する1孔式RI密度・水分計 SPITER（製品名）がある。

また、ＲＩ密度水分計は、含水比を中性子線水分計により連続的に測定し、密度をγ線密度計により連続的に測定するもので、両者は別々に構成される。粘性土の含水比および密度を測定する場合にはＲＩ密度水分計を用い、含水比または密度を測定する場合には中性子線水分計またはγ線密度計を用いることができる。

また、ＲＩ密度水分計の代わりに、超音波濃度計を用いてもよい。超音波濃度計は、測定対象物中に超音波を発振して濃度や水分を測定するもので、連続的な測定が可能である。この場合は、測定センサを改質土内に位置するように配置する。なお、測定センサの改質土内の配置場所に関しては、改質土の土質（流動性の大小）に応じて中層～底層とするか、表層～底層とする。

また、図２等では、土運船を接岸し、陸上側に配置したバックホウにより混合処理を行ったが、これに限定されず、台船等に予め配置したバックホウにより行うようにしてもよいことはもちろんである。

また、本実施形態では、混合処理をバケットとバックホウとにより行ったが、これに限定されず、バケットと他の建設機械とを用いてもよく、また、他の処理装置を用いてもよく、たとえば、土運船や台船や陸上のヤード等に据え付けられたバケット駆動装置とバケットとを用いてもよい。

なお、本実施形態における改質土は、粘性土に鉄鋼スラグ、セメント、製紙スラッジ焼却灰、高炉スラグ微粉末、石炭灰および各種の添加材の少なくともいずれか、あるいは前記添加材のいずれか２種類以上の改質材を混合したものである。たとえば、浚渫土に鉄鋼スラグを混合したカルシア改質土があるが、これに限定されるものではない。

また、粘性土を解泥してから改質材を添加し混合する方法もあるが、この場合の粘性土解泥処理についての品質管理方法・システムとして本出願人が先に提案した特願2019-032269号「粘性土改質処理の品質管理方法およびシステム」を適用することが好ましい。

また、本発明の粘性土改質処理の品質管理方法・システムによれば、粘性土の改質処理を行う粘性土改質処理方法・システムを構成可能である。たとえば、かかる粘性土改質処理システムは、改質対象の粘性土を貯留する貯留部と、貯留部において改質材との混合を行うバックホウ・バケット等の処理装置と、上述の品質管理システムと、を備えて構成できる。

本発明によれば、粘性土の改質材混合による改質処理を行う際に、事前の混合時間を設定するための試験が不要で、混合の終了時期を迅速かつ適切に判断でき、改質処理の品質管理を簡単な構成で適切に行うことができるので、粘性土と改質材との混合を効率よく行うことができ、かつ、改質土の品質を一定に保つことができる。得られた均質な改質土は、浅場・干潟造成材、潜堤材、地盤材料等として用いられ、目的の施工場所で打設される。

１０ 貯留部
１０ａ，１０ｂ 壁部外面
１０ｃ，１０ｄ 壁部内面
１１，１４ バックホウ
１２，１５ バケット
１２ａ 背面部
２０，３０ ＲＩ密度水分計
２１～２７ ＲＩ密度水分計
４０ 鋼製コンテナ
Ｇ 改質土
ＰＣ パソコン
ＳＰ 土運船
ＳＭ１～ＳＭ３ 携帯端末（外部端末）

Claims (13)

1. 粘性土に改質材を混合することによる粘性土改質処理についての品質管理方法であって、
   粘性土に改質材を添加し、
   前記粘性土と前記改質材とを混合し、
   前記混合時の前記粘性土と前記改質材とによる改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを、前記混合を行う所定領域の１点で前記混合中にリアルタイムで連続的に測定し、
   前記測定による測定値のバラツキが収束したか否かを前記混合中にリアルタイムで判定し、前記収束したと判定した時点で前記混合が終了したと判断する粘性土改質処理の品質管理方法。
2. 粘性土に改質材を混合することによる粘性土改質処理についての品質管理方法であって、
   粘性土に改質材を添加し、
   前記粘性土と前記改質材とを混合し、
   前記混合時の前記粘性土と前記改質材とによる改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを、前記混合を行う所定領域の複数点で前記混合中にリアルタイムで連続的に測定し、
   前記測定による前記複数点における前記測定値のバラツキが収束したか否かを前記混合中にリアルタイムでそれぞれ判定し、前記収束の判定までの時間の長い方での収束時点で前記混合が終了したと判断する粘性土改質処理の品質管理方法。
3. 前記測定値として所定の秒単位時間で１データを取得し、これらのデータから所定時間での移動平均を算出し、直近の所定期間での前記移動平均値の標準偏差σとＡ√μとを算出し、次式が成立するタイミングを前記収束時点と判定する請求項１または２に記載の粘性土改質処理の品質管理方法。
   σ－Ａ√μ＜0
   ただし、μ：前記測定値の同期間の平均値、A：係数
4. 前記測定値として所定の秒単位時間で１データを取得し、これらのデータから所定時間での移動平均を算出し、前記移動平均値の８０～１２０％の範囲内への前記測定値の適合状態に基づいて前記収束時点を判定する請求項１または２に記載の粘性土改質処理の品質管理方法。
5. 前記測定値として所定の秒単位時間で１データを取得し、これらのデータから所定時間での移動平均を算出し、前記複数点における複数の前記測定値が同等の値となり、所定期間に連続して前記移動平均値の８０～１２０％の範囲内にあった場合に前記測定値のバラツキが収束したと判定する請求項２に記載の粘性土改質処理の品質管理方法。
6. 前記改質土についてバケットにより混合操作を行う際に前記測定を行う測定器を前記バケットに設置することで前記測定を前記バケットにおいて行う請求項１乃至５のいずれかに記載の粘性土改質処理の品質管理方法。
7. 粘性土に改質材を添加し、前記粘性土と前記改質材とを混合する混合手段による粘性土改質処理についての品質管理システムであって、
   前記混合時の粘性土と改質材とによる改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを、前記混合を行う所定領域の１点で前記混合中にリアルタイムで連続的に測定するための測定センサを有する測定手段と、
   前記測定手段による測定値のバラツキが収束したか否かを前記混合中にリアルタイムで判定し、前記収束したと判定した時点で前記混合が終了したと判断する判断手段と、を備える粘性土改質処理の品質管理システム。
8. 粘性土に改質材を添加し、前記粘性土と前記改質材とを混合する混合手段による粘性土改質処理についての品質管理システムであって、
   前記混合時の粘性土と改質材とによる改質土の水分・濃度・密度の内の少なくともいずれか１つを、前記混合を行う所定領域の複数点で前記混合中にリアルタイムで連続的に測定するための複数の測定センサを有する測定手段と、
   前記測定手段による前記複数点における前記測定値のバラツキが収束したか否かを前記混合中にリアルタイムでそれぞれ判定し、前記収束の判定までの時間の長い方での収束時点で前記混合が終了したと判断する判断手段と、を備える粘性土改質処理の品質管理システム。
9. 前記混合の際の粘性土を貯留部に貯留し、前記貯留部において前記混合を行い、
   前記混合による改質土が前記貯留部に攪拌可能な程度にほぼ満杯に貯留された場合に、前記複数の前記測定センサを前記改質土の表層・中層・底層の少なくともいずれか２つを測定可能なように配置する請求項８に記載の粘性土改質処理の品質管理システム。
10. 前記測定値として所定の秒単位時間で１データを取得し、これらのデータから所定時間での移動平均を算出し、直近の所定期間での前記移動平均値の標準偏差σとＡ√μとを算出し、次式が成立するタイミングを前記収束時点と判定する請求項７乃至９のいずれかに記載の粘性土改質処理の品質管理システム。
    σ－Ａ√μ＜0
    ただし、μ：前記測定値の同期間の平均値、A：係数
11. 前記測定値として所定の秒単位時間で１データを取得し、これらのデータから所定時間での移動平均を算出し、前記移動平均値の８０～１２０％の範囲内への前記測定値の適合状態に基づいて前記収束時点を判定する請求項７乃至９のいずれかに記載の粘性土改質処理の品質管理システム。
12. 前記測定値として所定の秒単位時間で１データを取得し、これらのデータから所定時間での移動平均を算出し、前記複数点における複数の前記測定値が同等の値となり、所定期間内に連続して前記移動平均値の８０～１２０％の範囲内にあった場合に前記測定値のバラツキが収束したと判定する請求項８または９に記載の粘性土改質処理の品質管理システム。
13. 外部端末との間で通信を行う通信手段と、
    前記外部端末を特定する情報を記憶し登録する記憶手段と、をさらに備え、
    前記混合が終了したと前記判断手段が判断した際に、前記通信手段は前記記憶手段に登録されている外部端末に前記混合が終了した旨を通知する請求項７乃至１２のいずれかに記載の粘性土改質処理の品質管理システム。

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