JP7616639B2 - 土壌改質状態測定方法、土壌改質状態測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、土壌に改質材を導入して地盤改質する際に、その改質状況を測定するための方法等に関する。

従来、耐震性の向上や、重金属の溶出抑制等を目的として地盤を改良する為に、地盤中に改質材を導入する手法が採用されている。この改質材には、セメントミルク（セメント系固化剤）、石灰系固化材、セメントと石灰を混合した複合系固化材、高分子系固化材、無機・有機の硬化剤と水ガラス等を用いるグラウト材等が存在する。

地盤改良工法には様々存在し、例えば、地表面から深さ２ｍ程度までの地盤改良を行う際は、バックホーやスタビライザーを用いて、粉黛状のセメント系あるいは石灰系の固化材（改質材）を散布して、軟弱土と撹拌して混合する。

また、地表面から深さ１ｍ～１５ｍ程度の中層の地盤改良を行う際は、例えば、トレンチャー式工法が採用される。トレンチャー式工法では、バケット状の撹拌体をチェーン等で繋いで鉛直方向に循環回転させる掘削機や、撹拌翼の回転させる掘削機等を利用して、地中の土と改質材と撹拌混合する。

更に、地表面から深さ１０ｍ以上の深層の地盤改良を行う際は、例えば、撹拌翼の回転させる掘削機等を利用して地中の土と改質材と撹拌混合する手法の他に、高圧噴射撹拌工法が採用される場合が多い。高圧噴射撹拌工法にも様々あり、改質材と同時又は別々に、エアや水を高圧ジェット噴射して、改質材と土を撹拌混合したり、地中に対して高圧ジェットによって改質材を直接噴射して、土壌と改質材を撹拌混合したりする。いずれにしろ、この高圧噴射撹拌工法では、気体や液体のジェット噴射の勢いによって混合する構造であることから、改質材によって地盤が改良された範囲を早期に測定することが不可欠となる。

例えば、特許文献１では、高圧ジェットを噴射する掘削孔から、土中の水平方向（径方向）に棒状部材を貫入して、ｐＨ又は温度を測定することで、地盤の改良範囲を測定する技術が提案されている。

また例えば、特許文献２では、高圧ジェットを噴射する掘削孔から離れた地点において、カメラ付きロッドを地盤中に貫入し、カメラによって撮像された画像をモニターに表示して、改質材液の存在を確認することで、地盤の改良範囲を測定する技術が提案されている。

特許第４７２１２６８号 特許第４８８６９２１号

しかしながら、特許文献１では、土中において水平方向に棒状部材を貫入すると、その貫入孔を利用して改質材が拡散する可能性があり、地盤の改良範囲を正しく測定することが難しい。これを解消するためには、改質材が硬化するまで待機してから貫入孔を形成する必要があり、測定効率が低下すると共に、硬化後では、改質不要を発見した後の補修が難しいという問題がある。

また、特許文献２では、貫入孔の内周壁の画像によって、改質材液の存在を判別することが難しいという問題がある。それ故に、特許文献２では、改質材を着色する着色剤を散布してから、カメラで内壁を測定する必要があるが、土中で着色剤と改質剤を反応させることが難しいため、改質材が適切に着色されない場合もあり、測定精度が悪いという問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、確実且つ高精度に地盤の改質状態を測定する技術を提供しようとするものである。

上記目的を達成する本発明は、地盤中に導入される土壌の改質材の拡散状態を測定する土壌改質状態測定方法であって、前記改質材が土壌と混在していると推測される場所に形成される縦穴の内部に溜まる改質剤の物性値、又は前記縦穴の内部に溜まる溶媒に前記改質材が溶けることで生成される改質材溶液の物性値を測定する溶液測定工程を備えることを特徴とする、土壌改質状態測定方法である。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記溶媒が地下水であることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記縦穴に前記溶媒を供給する溶媒供給工程を備えることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記物性値として、前記改質剤又は前記改質材溶液の電気的特性を測定することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記物性値として、前記改質剤又は前記改質材溶液の温度を測定することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記物性値として、前記改質剤又は前記改質材溶液のｐＨ値、導電率、酸化還元電位、イオン濃度の少なくともいずれかを測定することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記改質剤又は前記改質材溶液を移動させる溶液移動工程を備え、前記溶液測定工程は、前記溶液移動工程によって移動される前記改質剤又は前記改質材溶液の前記物性値を測定することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記物性値を測定するセンサと前記改質剤又は前記改質材溶液の接触部分において、前記改質剤又は前記改質材溶液と前記センサを相対移動させることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、共通深度において、前記改質剤又は前記改質材溶液と前記センサとの相対移動を介在させて前記物性値を複数回測定することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記溶液移動工程では、移動される前記改質剤又は前記改質材溶液をフィルタに通過させるようにし、前記溶液測定工程では、前記フィルタを通過した前記改質剤又は前記改質材溶液の前記物性値を測定することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記溶液移動工程では、前記改質剤又は前記改質材溶液を地上まで移動させることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記溶液測定工程では、地上に移動された前記改質剤又は前記改質材溶液の前記物性値を測定することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記縦穴の内壁を撮像する内壁撮像工程を備えることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定方法に関連して、前記改質材に、予め、検知用の電解質を含有させるようにし、前記溶液測定工程では、前記電解質のイオン濃度を測定することを特徴としても良い。

上記目的を達成する本発明は、地盤中に含侵される土壌の改質材の拡散状態を測定する土壌改質状態測定装置であって、前記改質材が土壌と混在していると推測される場所に形成される縦穴に挿入される挿入部材と、前記挿入部材に配置され、前記縦穴の内部に溜まる前記改質剤の物性値又は前記縦穴の内部に溜まる溶媒に前記改質材が溶けることで生成される改質材溶液の物性値を検出するセンサと、を備えることを特徴とする、土壌改質状態測定装置である。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記縦穴に前記溶媒を供給する溶媒供給手段を備えることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記センサは、前記改質剤又は前記改質材溶液の電気的特性を検知することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記挿入部材に配置され、前記改質剤又は前記改質材溶液の温度を検出する温度検知部を備えることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記センサは、前記改質剤又は前記改質材溶液のｐＨ値、導電率、酸化還元電位、イオン濃度の少なくともいずれかを検知することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記挿入部材に設けられて前記改質剤又は前記改質材溶液を案内する溶液移動路を備え、前記センサは、前記溶液移動路に取り込まれる前記改質剤又は前記改質材溶液の物性値を検出することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記溶液移動路の前記改質剤又は前記改質材溶液を移動させる溶液移動手段を備えることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記改質剤又は前記改質材溶液を濾過するフィルタを備え、前記センサは、前記フィルタを通過した前記改質材溶液の前記物性値を検出することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記溶液移動路は、前記改質剤又は前記改質材溶液を地上まで案内することを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記挿入部材に配置され、前記縦穴の内壁を撮像する撮像装置を備えることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記挿入部材は、前記センサが配置されるセンサ収容部、及び、前記撮像装置が配置される撮像装置収容部を有しており、前記センサ収容部及び撮像装置収容部が、分離自在となっていることを特徴としても良い。

上記土壌改質状態測定装置に関連して、前記撮像装置収容部に対して、前記センサ収容部が上方に配置されることを特徴としても良い。

上記目的を達成する本発明は、地盤中に含侵される土壌の改質材の混在状態を測定する土壌改質状態測定装置であって、前記改質材が混在していると推測される場所に形成される縦穴に挿入され、前記縦穴の内部に溜まる前記改質剤又は前記縦穴の内部に溜まる溶媒に前記改質材が溶けることで生成される改質材溶液を地上に汲み上げる汲み上げ手段と、前記地上に配置され、前記汲み上げ手段によって地上に汲み上げられる前記改質剤又は前記改質材溶液の物性値を検出するセンサと、を備えることを特徴とする、土壌改質状態測定装置である。

本発明によれば、確実且つ高精度に地盤の改質状態を測定できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施形態に係る土壌改質状態測定装置の全体構成を示す正面図である。 同土壌改質状態測定装置の挿入部材を拡大して示す（Ａ）正面図、（Ｂ）正面断面図である。 （Ａ）～（Ｄ）は本発明の実施形態に係る土壌改質状態測定方法を示す工程図である。 同土壌改質状態測定装置の制御装置の機能構成を示すブロック図である。 同土壌改質状態測定方法のフローチャートである。 （Ａ）は測定中の同挿入部材の動作を示す正面断面図であり、（Ｂ）は測定されたデータのサンプルを示すグラフである。 同土壌改質状態測定方法によって測定されたデータのサンプルを示すグラフである。 同土壌改質状態測定装置の挿入部材の変形例を拡大して示す正面断面図である。 同土壌改質状態測定装置の挿入部材の変形例を拡大して示す（Ａ）正面図、（Ｂ）正面断面図である。 （Ａ）は測定中の変形例に係る同挿入部材の動作を示す正面断面図であり、（Ｂ）は測定されたデータのサンプルを示すグラフである。 変形例に係る土壌改質状態測定装置の全体構成を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

＜土壌改質状態測定装置の全体構造＞

図１に、本発明の実施形態に係る土壌改質状態測定装置１の全体構造を示す。この土壌改質状態測定装置１は、地盤に縦穴５を掘削する掘削装置（挿入装置）１０と、縦穴５内に挿入される挿入部材２０と、挿入部材２０に設けられるセンサ５０と、挿入部材２０に設けられる温度検知部５８と、挿入部材２０に設けられる撮像装置６５を備える。なお、挿入部材２０は、互いに連結される複数の挿入ロッド１２の下端に固定される。掘削装置１０によって挿入ロッド１２を上下動させることで、挿入部材２０が縦穴５内の上下方向に沿って進退する。つまり、掘削装置１０は、挿入部材２０を上下動させる移動機構を兼ねる。

土壌改質状態測定装置１は、更に、挿入部材２０の吐出口３０Ａを経由させて縦穴５に溶媒となる水を供給する溶媒供給路３０を有する。地上には、溶媒タンク３２が設けられており、溶媒供給路３０は、吐出口３０Ａと溶媒タンク３２を繋ぐ。なお、溶媒供給路３０の途中には、溶媒移送手段となる送液ポンプ３３が配置されており、溶媒タンク３２内の溶媒（水）を吸引して、吐出口３０Ａから吐出するようになっている。なお、溶媒移送手段は、送液ポンプ３３に限定されず、溶媒タンク３２の内部空間の圧力を制御する圧力制御装置（コンプレッサ）を設けるようにし、その内圧制御によって、溶媒を溶媒供給路３０側に送液することもできる。溶媒供給路３０の途中に制御弁を設けることで、溶媒の送液状態を制御しても良い。

縦穴５内には、土壌の改質材が溶媒となる水に溶けることで生成される改質材溶液Ｙが貯留される。溶媒となる水は、地上から供給される場合の他、地中に予め存在する地下水であっても良い。

挿入部材２０には、溶液移動路４０が設けられる（図２参照）。溶液移動路４０の一端（下端）は、挿入部材２０の吸入口４０Ａに繋がる。結果、この溶液移動路４０の内部には、縦穴５内に存在する改質材溶液Ｙが流れ込む。地上には、溶液タンク４２が設けられる。溶液移動路４０は、挿入部材２０から地上に向かって延長されて、その他端が溶液タンク４２に繋がる。溶液タンク４２には、溶液移動手段となる圧力制御装置４３が接続され、溶液タンク４２内の内圧を制御する。本実施形態では、圧力制御装置４３は例えば真空ポンプであり、溶液タンク４２内の気体を排気して内圧を下げると、縦穴５内の改質材溶液Ｙが溶液移動路４０に吸引されて地上まで吸い上げられて溶液タンク４２に流れ込む。一方、圧力制御装置４３が、溶液タンク４２内の排気を停止して内圧を高めると、縦穴５内の改質材溶液Ｙの吸い上げが停止される。圧力制御装置４３は、溶液タンク４２内を加圧して、吸引した改質材溶液Ｙを地下に向かって逆流させることもできる。なお、ここでは溶液移動手段が圧力制御装置４３の場合を例示したが、送液ポンプであっても良い。溶液移動路４０の途中に制御弁を設けることで、改質材溶液Ｙの送液状態（移動状態）を制御しても良い。

更に土壌改質状態測定装置１は、地上に配置される制御装置７０を有する。この制御装置７０は、コントローラ７１及びパーソナルコンピュータ８０を有する。コントローラ７１には、検知配線７２を経由して、センサ５０及び温度検知部５８の検知信号（検知電流）が入力される。コントローラ７１には、映像配線７４を経由して撮像装置６５からの映像信号が入力される。また、コントローラ７１は、位置情報配線７６を介して、掘削装置１０による挿入部材２０の地上からの挿入距離（挿入深度）に関する情報を受信する。コントローラ７１は、圧力制御装置４３や送液ポンプ３３の他、特に図示しない各種制御弁を制御することができる。コントローラ７１には、ディスプレイを有するパーソナルコンピュータ８０が接続される。なお、ここではコントローラ７１とパーソナルコンピュータ８０を備える構成を例示しているが、単一の計算機が、コントローラ７１とパーソナルコンピュータ８０を兼ねることもできる。もちろん、複数の計算機に分散させることもできる。

制御装置７０の一部であるコントローラ７１は、特に図示しないいわゆる計算機を内蔵しており、詳細にはＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース、バス等を備える。ＣＰＵは、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて制御装置７０の各種機能を実現する。ＲＡＭは、ランダム・アクセス・メモリであり、ＣＰＵの作業領域として使用される。ＲＯＭはリード・オンリー・メモリであり、ＣＰＵで実行される基本ＯＳや各種プログラム（例えば、土壌改質状態測定プログラム）を記憶する。入出力インターフェースには、入力キーや、パーソナルコンピュータ８０のキーボードやマウスの操作情報が入力される。入出力インターフェースには、記憶装置を動作させる電源や、検知配線７２、映像配線７４、圧力制御装置４３、送液ポンプ３３、パーソナルコンピュータ８０との間で制御信号が入出力される。バスは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力装置、入出力インターフェースなどを一体的に接続して通信を行う配線となる。ＲＯＭに記憶された基本ＯＳや土壌改質状態測定プログラムが、ＣＰＵによって実行されると、土壌改質状態測定装置１による土壌改質状態測定が実施される。

＜挿入部材の詳細構造＞

図２に、挿入部材２０の詳細構造を示す。挿入部材２０は、センサ５０が収容されるセンサ収容部２２、及び、撮像装置６５が収容される撮像装置収容部６０を有する。センサ収容部２２と撮像装置収容部６０は、ねじによる締結構造によって、着脱自在に連結されている。

センサ収容部２２は、円筒状のセンサ側筐体２４を有する。センサ側筐体２４の上端外周には雄ねじ部２４Ａが形成され、挿入ロッド１２（図１参照）の下端に形成される雌ねじ部と螺合する。センサ側筐体２４の下端内周には雌ねじ部２４Ｂが形成され、撮像装置収容部６０と螺合する。センサ側筐体２４の周面には吐出口３０Ａが開口する。センサ側筐体２４の内部には、溶媒供給路３０が収容されており、その一端が吐出口３０Ａに連通する。溶媒供給路３０の他端は、センサ側筐体２４の上端側に延びてロッド１２内まで延長される。なお、この溶媒供給路３０の他端は、地上の溶媒タンク３２内の溶媒（水）に達する。結果、溶媒タンク３２内の溶媒（水）が、溶媒供給路３０を経由して吐出口３０Ａから縦穴５内に吐出される。なお、ここではセンサ収容部２２に、溶媒供給路３０及び吐出口３０Ａを設ける場合を例示したが、センサ収容部２２から分離した別部材（専用の溶媒供給路収容部）の筐体（専用の溶媒供給側筐体）に設けるようにしても良い。

センサ側筐体２４の周面には吸入口４０Ａが開口する。センサ側筐体２４の内部には、溶液移動路４０が収容されており、その一端が吸入口４０Ａに連通する。溶液移動路４０の他端は、センサ側筐体２４の上端側に延びて挿入ロッド１２内まで延長される。なお、溶液移動路４０の他端は、地上の溶液タンク４２に到達する。結果、縦穴５内に溜まる改質材溶液Ｙは、吸入口４０Ａから吸引され、溶液移動路４０を経由して溶液タンク４２に排出される。

溶液移動路４０の途中（ここでは吸入口４０Ａ）には、フィルタ４４が配置される。このフィルタ４４は、改質材溶液Ｙに含まれる砂利や土等をろ過する。更に溶液移動路４０の途中において、フィルタ４４よりも下流側（ここでは吸入口４０Ａを上流側と定義する）には、他の流路よりも拡張されるバッファ空間４０Ｂが形成される。このバッファ空間４０Ｂを画定する周壁には、センサ５０及び温度検知部５８が配置され、バッファ空間４０Ｂ内を通過する改質材溶液Ｙと接触して、その物性値及び温度を測定する。

本実施形態のセンサ５０はｐＨ計となっており、感応電極５１及び比較電極５２を有する。感応電極５１は、ここではガラス電極となっており、ガラス応答膜によって改質材溶液Ｙの水素イオンに選択的に応答して、改質材溶液ＹのｐＨ値に相当する起電力（電位）を出力する。比較電極５２は、改質材溶液ＹのｐＨ値に依存しない安定的な電位を出力する。結果、センサ５０は、感応電極５１と比較電極５２の電位差によってｐＨ値を測定可能となる。なお、温度検知部５８は、改質材溶液の温度を測定する。感応電極５１に発生する起電力（電位）は、改質材溶液Ｙの温度によって変化することから、測定される温度を利用して起電力（電位）を補正（補償）する。センサ５０及び温度検知部５８の検知信号（検知電流・検知電位）は、検知配線７２を経由して制御装置７０に伝達される。

なお、本実施形態ではセンサ５０がｐＨ計となる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。センサ５０は、改質材溶液Ｙの電気的特性を検知できるものであれば良い。また、センサ５０は、改質材溶液の物性値を検知できれば良い。例えばセンサ５０は、導電率計、酸化還元電位計、イオン濃度計などが好ましい。

撮像装置収容部６０は、円筒状の撮像装置側筐体６４を有する。撮像装置側筐体６４の上端外周には雄ねじ部６４Ａが形成され、センサ側筐体２４の下端に形成される雌ねじ部２４Ｂと螺合する。撮像装置側筐体６４の下端内周には雌ねじ部６４Ｂが形成され、円錐形の先端コーン６９と螺合する。撮像装置側筐体６４の周面には撮像口６５Ａが開口する。撮像装置側筐体６４の内部には、撮像装置６５が固定されており、その撮像レンズが撮像口６５Ａに臨む。結果、撮像装置６５が、縦穴５の内壁を撮像できる。撮像装置６５の映像信号は、映像配線７４を経由して制御装置７０に伝達される。

この挿入部材２０では、センサ収容部２２が上方、撮像装置収容部６０が下方に配置される。即ち、センサ５０の縦穴５内の移動範囲よりも、撮像装置６５の移動範囲の方が広い。例えば、センサ５０で測定される改質材溶液の物性値に誤差が大きい場合や、物性値に異常値が含まれる場合は、それよりも広範囲の撮像装置６５の内壁映像によって、その誤差等の要因を目視によって分析できる。

また、先端コーン６９を備えているので、掘削装置１０によって挿入部材２０を土壌に貫入することで、縦穴５自体を同時に掘削することができる。つまり、この挿入部材２０は、縦穴５を掘削する掘削工程も同時に実施できる。

なお、撮像装置収容部６０を省略する場合は、先端コーン６９を、センサ側筐体２４の雌ねじ部２４Ｂに螺合させることもできる。

＜土壌改質状態測定方法＞

次に、図３の外観模式図、図４の制御装置７０における測定プログラムの機能構成ブロック、図５の測定フロー、図６及び図７の測定データ値等を参照して、土壌改質状態の測定手順を説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、土壌改質を行う前の状態において、将来、土壌改質が行われる予定範囲Ｐの内側、かつ、その改質有効範囲の確認が必要となる位置に、掘削装置１０および挿入ロッド１２等を利用して挿入部材２０を挿入することで縦穴５を掘削する（測定用縦穴掘削工程Ｓ１１２）。この縦穴５は、地盤に改質材を導入する改質中心軸Ｃから離れた場所となる。なお、ここでは挿入部材２０の挿入と同時に縦穴５を掘削する場合を例示するが、縦穴５の掘削方法は特に限定されず、他の掘削装置で別途掘削してもよい。

次に、図３（Ｂ）に示すように、掘削装置１０および挿入ロッド１２等を利用して、挿入部材２０を縦穴５内に挿入する（挿入部材挿入工程Ｓ１１４）。なお、既に述べたように、本実施形態では、測定用縦穴掘削工程Ｓ１１２と同時に、挿入部材挿入工程Ｓ１１４が完了している。なお、測定用縦穴掘削工程Ｓ１１２又は挿入部材挿入工程Ｓ１１４の事前準備として、図１に示すように、挿入部材２０の最大深度に対応可能な複数の挿入ロッド１２の内部に、予め、検知配線７２、映像配線７４、溶媒供給路３０、溶液移動路４０を挿入しておき、この挿入ロッド１２を継ぎ足しながら、挿入部材２０を地中に貫入させていく。

その後、土壌改質状態測定装置１は、溶媒となる水を、挿入部材２０の吐出口３０Ａから吐出して、縦穴５内を溶媒で満たす（溶媒注入工程Ｓ１１６）。制御装置７０における溶液注入処理部７１０は、送液ポンプ３３を制御して、溶媒タンク３２内の溶媒（水）を吸引して、吐出口３０Ａから吐出させる。なお、地下水が豊富な地盤であって、掘削後の縦穴５内に地下水が自ずと満たされる場合は、この溶媒注入工程を省略しても良い。

必要に応じて、この状態でしばらく待機し、土壌の成分が縦穴５内の溶媒（水）に十分に溶け出させることで、改質前溶液Ｚの物性値が安定した状態となるようにする。

次に、最深位置に配置される挿入部材２０を連続的又は段階的に上昇させながら、複数個所の測定深度において、センサ５０及び温度検知部５８を利用して、土壌の成分が溶け出した改質前溶液Ｚの物性値（ここではｐＨ値）を測定する（溶液移動工程及び事前測定工程Ｓ１１８）。なお、この際に撮像装置６５によって縦穴５の内壁の撮像も実行する。

より詳細に、図６（Ａ）に示すように、特定の深度（例えば深度－１６．０ｍ）においてｐＨ値を測定する場合、制御装置７０の深度情報保存部７３０は、掘削装置１０からの信号に基づいて、挿入部材２０が正しい深度（－１６．０ｍ）に位置するか否かを判定する。なお、必要に応じて、掘削装置１０を制御して挿入部材２０を正しい深度に再度位置決めしても良い。その後、制御装置７０における溶液移動処理部７２０は、溶液移動手段となる圧力制御装置４３を制御して、溶液タンク４２内の気体を排気する。これにより、深度－１６．０ｍｍに相応する水圧を有する改質前溶液Ｚが、吸入口４０Ａを介してバッファ空間４０Ｂに流れ込み、溶液移動路４０に沿って上昇する（点線矢印参照／溶液移動工程）。結果、センサ５０と改質前溶液Ｚの接触部分で、溶液とセンサ５０が相対移動する。

制御装置７０の測定処理部７４０は、バッファ空間４０Ｂ内で改質前溶液Ｚの移動を伴いつつ、複数回に亘って溶液のｐＨを測定することで、図６（Ｂ）のように、特定深度（－１６．０ｍ）における複数のｐＨ値が検知される。測定処理部７４０は、この複数ｐＨ値に基づいて、その特定深度の最終的なｐＨ値を決定する。なお、最終的なｐＨ値の決定方法は、これらの複数の全てのｐＨ値の平均値を採用しても良いが、他にも、複数のｐＨ値からノイズ成分（例えば最大値側及び最小値側のデータ又はデータ群）を除去した残データを利用して、平均値等を算出しても良く、その他の手法を採用してもよい。いずれにしろ、深度－１６．０ｍの改質前溶液Ｚを吸引して、センサ５０と相対移動させながら、その改質前溶液ＺのｐＨ値を複数回測定することで、測定誤差を低減させることが好ましい。

以上結果、例えば、図７の白丸に示されるように、複数の深度（ここでは２．０ｍ毎の深度）において、改質前溶液Ｚの土壌のｐＨ値が測定される。

その後、図３（Ｃ）に示すように、改質中心軸Ｃを掘削して改質用縦穴２００を掘削し、改質材を噴射するジェットノズルを挿入して、改質中心軸Ｃを起点として放射状に改質材を高圧噴射する（地盤改質工程Ｓ１２０）。結果、ジェット噴射の勢いによって改質材と土壌が撹拌混合されて、改質材によって地盤が改良された範囲Ｑが形成される。なお、本実施形態では、地盤の改良範囲Ｑが円柱状となる場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、扇状や放射状等、様々な形状にできる。

次いで、図３（Ｄ）に示すように、土壌改質状態測定装置１は、掘削装置１０や挿入ロッド１２等を利用して、再度、挿入部材２０を縦穴５内に挿入する（挿入部材挿入工程Ｓ１２２）。なお、地盤改質工程Ｓ１２０によって、縦穴５が消失している場合であっても、挿入部材２０の先端コーン６９によって、その挿入と同時に縦穴５を新たに掘削できる。なお、本発明はこれに限定されず、挿入部材挿入工程Ｓ１２２の前に、再度、別の装置によって測定用の縦穴５を掘削しても良い。

その後、土壌改質状態測定装置１は、再度、溶媒となる水を、挿入部材２０の吐出口３０Ａを吐出して、縦穴５内を溶媒で満たす（溶媒注入工程Ｓ１２４）。なお、この溶媒注入工程Ｓ１２４は、以下（１）又は（２）の場合に省略できる。
（１）液体状の改質剤自体が縦穴５内に十分に満たされている場合。
（２）溶媒となりうる地下水が豊富な地盤であって、掘削後の縦穴５内に地下水が自ずと満たされることで、ジェット噴射された改質材の少なくとも一部の成分がこの地下水（溶媒）に溶け出して改質材溶液が生成される場合。

一方で、例えば改質剤の粘性が高い場合や、地下水に溶け出しにくい改質剤の場合は、改質剤が溶けやすい専用溶媒を挿入部材２０の吐出口３０Ａを吐出して、改質材溶液で満たすことの好ましい。

次に、最深位置に配置される挿入部材２０を連続的又は段階的に上昇させながら、複数個所の測定深度において、センサ５０及び温度検知部５８を利用して、改質剤そのもの又は改質材が水に溶け出した改質材溶液（以下、これらを総称して改質材溶液等Ｙと称する）の物性値（ここではｐＨ値）を測定する（溶液移動及び事後測定工程Ｓ１２６）。なお、この際に、撮像装置６５によって、縦穴５の内壁の撮像も実行する。

事後測定工程Ｓ１２６において、図６（Ａ）に示すように、特定の深度（例えば深度－１６．０ｍ）においてｐＨ値を測定する場合、制御装置７０の深度情報保存部７３０は、掘削装置１０からの信号に基づいて挿入部材２０が正しい深度（－１６．０ｍ）に位置するか否かを判定する。なお、必要に応じて、掘削装置１０を制御して挿入部材２０を正しい深度に位置決めしても良い。その後、制御装置７０における溶液移動処理部７２０は、溶液移動手段となる圧力制御装置４３を制御して、溶液タンク４２内の気体を排気する。これにより、深度－１６．０ｍｍに相応する水圧を有する改質材溶液等Ｙが、吸入口４０Ａを介してバッファ空間４０Ｂに流れ込み、溶液移動路４０に沿って上昇する（点線矢印参照／溶液移動工程）。結果、センサ５０と改質材溶液等Ｙの接触部分で、改質材溶液等Ｙとセンサ５０が相対移動する。制御装置７０の測定処理部７４０が、バッファ空間４０Ｂ内で改質材溶液等Ｙの移動を伴いつつ、複数回に亘って改質材溶液等ＹのｐＨを測定することで、図６（Ｂ）のように、特定深度（－１６．０ｍ）における複数のｐＨ値が検知される。測定処理部７４０は、この複数ｐＨ値に基づいて、その特定深度の最終的なｐＨ値を決定する。なお、最終的なｐＨ値の決定方法は、これらの複数の全てのｐＨ値の平均値を採用しても良いが、他にも、複数のｐＨ値からノイズ成分（例えば最大値側及び最小値側のデータ又はデータ群）を除去した残データを利用して、平均値等を算出しても良く、その他の手法も採用できる。いずれにしろ、深度－１６．０ｍの改質材溶液等Ｙを吸引して移動させながら、その改質材溶液等ＹのｐＨ値を複数回測定することで、測定誤差を低減させる。

以上の工程を経て、例えば、図７の黒丸に示されるように、複数の深度（ここでは２．０ｍ毎の深度）において、改質材溶液等ＹのｐＨ値が測定される。改質材がセメントミルクの場合、改質材溶液等Ｙはアルカリ傾向となり、改質前溶液Ｚと比較してｐＨ値が上昇する。

最後に、制御装置７０における比較処理部７５０が、図７における改質前溶液ＺのｐＨ値（白丸）と、改質材溶液等ＹのｐＨ値（黒丸）を比較して、その差分値が、所望の閾値を超えていれば、適切に改質されたと判定する（比較工程Ｓ１２８）。一方で、その差分値が、所望の閾値を下回れば、改質が不十分であると判定する。

以上の通り、本実施形態の土壌改質状態測定装置１及び上記土壌改質状態測定方法によれば、測定専用に掘削される縦穴５を利用し、その縦穴５内に、改質剤そのもの、又は、改質材の少なくとも一部が溶けて生成される改質材溶液等Ｙを貯留し、その物性値を測定するので、土壌の改質状態を高い精度で測定することが可能となる。また、縦穴５内の改質剤そのもの、又は、改質剤が溶け出すための溶媒が不足する場合は、溶媒供給工程によって、地上から溶媒を供給するので、確実に、改質材溶液を生成することが可能となる。

また、本実施形態では、改質材溶液等Ｙを測定する際に、改質材溶液等Ｙを溶液移動路４０に沿って移動させる。このように、センサ５０表面において移動を伴う改質材溶液等ＹのｐＨ値を複数回に亘って測定することで、限定範囲の改質材溶液等Ｙではなく、広範囲の改質材溶液等Ｙを測定できるので、測定誤差を抑制できる。なお、本実施形態では、改質材溶液等Ｙを移動中にｐＨ値を測定する場合を例示したが、測定タイミングでは改質材溶液等Ｙの移動（流れ）を停止し、その後、改質材溶液等Ｙの移動を再開し、次の測定タイミングで改質材溶液等Ｙの移動（流れ）を再停止させる手順を繰り返すようにしても良い。なお、この吸引した改質材溶液等Ｙは、地上に排出されるので、深度方向にセンサ５０を移動させながら複数個所で測定する際に、深度方向における改質材溶液等Ｙの混合も抑制できるので、測定精度を高めることが出来る。

更に本実施形態では、フィルタ４４に改質材溶液等Ｙを通過させてから、センサ５０で測定しているので、土粒がセンサ５０の測定面（測定膜）に衝突して破損することを抑止できる。また、土粒によるｐＨ値の測定誤差も抑制できる。また、溶液移動路４０に進入する土粒量も抑制できるので、溶液移動路４０の詰まりも抑制できる。

また、本実施形態では、挿入部材２０において、センサ収容部２２と撮像装置収容部６０が分離自在（着脱自在）となっているので、撮像装置６５側を省略することもできる。一方で、両者を同時に使用する際は、撮像装置収容部６０が下方側に配置されるので、センサ５０による測定範囲よりも広い範囲に亘って、縦穴５の内壁を撮像できる。結果、センサ５０の測定値の異常の原因を、映像の目視によって確実に分析できる。

なお、上記実施形態では、溶液移動路４０によって、改質材溶液等Ｙを地上に排出する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図８に示す変形例となる挿入部材２０のように、筐体に溶液放出孔４０Ｅを形成しておき、溶液移動路４０の他端を溶液放出孔４０Ｅに連通させることができる。なお、溶液移動路４０の途中には、溶液移動手段となる軸流ポンプやダイヤフラムポンプ、ブラダーポンプ等の送液手段３００を配置する。このようにすると、吸入口４０Ａを介してバッファ空間４０Ｂに流れ込んだ改質材溶液等Ｙを、溶液放出孔４０Ｅから縦穴５内に再放出できる。このような循環経路で改質材溶液等Ｙを移動させながら、センサ５０によるｐＨ値を複数回測定してもよい。

更に本実施形態では、挿入部材２０の内部に設けられる溶液移動路４０にセンサ５０及び温度検知部５８を配置する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図９に示す変形例となる挿入部材２０のように、筐体の外周面に検知面が露出される状態で、センサ５０及び温度検知部５８を配置しても良い。このようにすると、縦穴５内の改質材溶液等Ｙを直接測定できる。

この際、図１０（Ａ）に示すように、測定ポイントとなる特定の深度において、掘削装置（挿入装置）１０を利用して、挿入部材２０を上下に往復移動させながら、複数回に亘って、改質材溶液等Ｙの物性値を測定することが好ましい。このようにすると、センサ５０と改質材溶液等Ｙの接触部分で、改質材溶液等Ｙとセンサ５０を相対移動させることができるので、測定誤差を低減できる。つまり、この手法の場合、掘削装置（挿入装置）１０が、改質材溶液等Ｙとセンサ５０を相対移動させる溶液移動手段を兼ねることになる。なお、挿入部材２０の上下移動距離や移動速度は特に限定されない。

また更に、本実施形態では、挿入部材２０側にセンサ５０及び温度検知部５８を配置する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１１に示す変形例となる土壌改質状態測定装置１のように、溶液移動路４０における地上側の途中にバッファタンク（測定タンク）４０Ｔを設けるようにし、このバッファタンク４０Ｔに一時的に貯留される改質材溶液等Ｙの物性値を、センサ５０及び温度検知部５８で測定しても良い。この際、測定ポイントとなる特定深度において、改質材溶液等Ｙを吸い上げてバッファタンク４０Ｔに十分に満たしてから、物性値を測定することが好ましい。なバッファタンク４０Ｔの貯留量は小さい方が好ましく、必要な改質材溶液等Ｙの吸い上げ量を抑制できる。なお、バッファタンク４０Ｔからオーバーフローした改質材溶液等Ｙは、溶液タンク４２に回収される。

なお、本実施形態では、センサ５０がｐＨ値を測定する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、元来、高アルカリ性の土壌の場合、改質材が混ぜ合わされる前後でのｐＨ値の差が小さく、測定精度が悪化しやすい。その場合は、元来の土壌に含まれていない（又は含まれている量が少ない）検知用電解質を改質材に含有させておき、センサ５０は、この検知用電解質のみを検知できるイオン濃度計とすることが好ましい。このようにすると、土壌改質の前後において、測定されるイオン濃度の差異が大きくなるので、測定精度が向上する。

また、本実施形態では、溶媒として水（地下水）を用いる場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、検出対象となる電解質が溶けやすい水以外の溶媒を用いることもできる。改質剤が高粘度流体の場合は、その粘性を低下させる溶媒を選定してもよい。

さらに、本実施形態では、深度を減少させながら（挿入部材を上昇させながら）、複数の深度で改質材溶液等Ｙの物性値を測定する場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、深度を増大させながら（挿入部材を下降させながら）測定してもよい。この際は、挿入部材で縦穴の掘削を進めつつ、各々の測定深度に達した段階で、測定を進めていくことが可能となるので、改質材又は改質剤溶液の深度方向のコンタミネーションを抑制できるという利点がある。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 土壌改質状態測定装置
５ 縦穴
１０ 掘削装置
１２ 挿入ロッド
２０ 挿入部材
２２ センサ収容部
２４ センサ側筐体
３０ 溶媒供給路
３０Ａ 吐出口
３２ 溶媒タンク
３３ 送液ポンプ
４０ 溶液移動路
４０Ａ 吸入口
４０Ｂ バッファ空間
４０Ｅ 溶液放出孔
４０Ｔ バッファタンク
４２ 溶液タンク
４３ 圧力制御装置
４４ フィルタ
５０ センサ
５１ 感応電極
５２ 比較電極
５８ 温度検知部
６０ 撮像装置収容部
６４ 撮像装置側筐体
６５ 撮像装置
６５Ａ 撮像口
６９ 先端コーン
７０ 制御装置
７１ コントローラ
７２ 検知配線
７４ 映像配線
７６ 位置情報配線
８０ パーソナルコンピュータ
Ｙ 改質材溶液等
Ｚ 改質前溶液

Claims (10)

1. 地盤中に導入される土壌の改質材の拡散状態を測定する土壌改質状態測定方法であって、
   前記改質材が土壌と混在していると推測される場所に形成される縦穴の内部に溜まる改質材、又は前記縦穴の内部に溜まる溶媒に前記改質材が溶けることで生成される改質材溶液を移動させる溶液移動工程と、
   前記溶液移動工程によって移動される前記改質材又は前記改質材溶液の物性値を測定する溶液測定工程を備えることを特徴とする、
   土壌改質状態測定方法。
2. 前記溶液移動工程では、移動される前記改質材又は前記改質材溶液をフィルタに通過させるようにし、
   前記溶液測定工程では、前記フィルタを通過した前記改質材又は前記改質材溶液の前記物性値を測定することを特徴とする、
   請求項１に記載の土壌改質状態測定方法。
3. 前記溶液移動工程では、前記改質材又は前記改質材溶液を地上まで移動させることを特徴とする、
   請求項１または２のいずれか一項に記載の土壌改質状態測定方法。
4. 前記溶液測定工程では、地上に移動された前記改質材又は前記改質材溶液の前記物性値を測定することを特徴とする、
   請求項３に記載の土壌改質状態測定方法。
5. 地盤中に導入される土壌の改質材の拡散状態を測定する土壌改質状態測定方法であって、
   前記改質材が土壌と混在していると推測される場所に形成される縦穴の内部に溜まる改質材の物性値、又は前記縦穴の内部に溜まる溶媒に前記改質材が溶けることで生成される改質材溶液の物性値を測定する溶液測定工程を備え、
   前記物性値を測定するセンサと前記改質材又は前記改質材溶液の接触部分において、前記改質材又は前記改質材溶液と前記センサを相対移動させることを特徴とする、
   土壌改質状態測定方法。
6. 共通深度において、前記改質材又は前記改質材溶液と前記センサとの相対移動を介在させて前記物性値を複数回測定することを特徴とする、
   請求項５に記載の土壌改質状態測定方法。
7. 地盤中に導入される土壌の改質材の拡散状態を測定する土壌改質状態測定方法であって、
   前記改質材が土壌と混在していると推測される場所に形成される縦穴に対して、前記改質材が溶け得る溶媒を供給する溶媒供給工程と、
   前記縦穴の内部に溜まる前記溶媒に前記改質材が溶けることで生成される改質材溶液の物性値を測定する溶液測定工程と、を備えることを特徴とする、
   土壌改質状態測定方法。
8. 地盤中に含侵される土壌の改質材の拡散状態を測定する土壌改質状態測定装置であって、
   改質材が土壌と混在していると推測される場所に形成される縦穴に挿入される挿入部材と、
   前記挿入部材に配置され、前記縦穴の内部に溜まる前記改質材の物性値又は前記縦穴の内部に溜まる溶媒に前記改質材が溶けることで生成される改質材溶液の物性値を検出するセンサと、
   前記挿入部材に設けられて前記改質材又は前記改質材溶液を案内する溶液移動路と、を備え、
   前記センサは、前記溶液移動路に取り込まれる前記改質材又は前記改質材溶液の物性値を検出することを特徴とする、
   土壌改質状態測定装置。
9. 前記溶液移動路の前記改質材又は前記改質材溶液を移動させる溶液移動手段を備えることを特徴とする、
   請求項８に記載の土壌改質状態測定装置。
10. 前記溶液移動路は、前記改質材又は前記改質材溶液を地上まで案内することを特徴とする、
    請求項８及び９のいずれか一項に記載の土壌改質状態測定装置。

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