JP2001182047A - 軟質地盤の静的改良工法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軟質地盤の改質工法において、静的にケーシン
グパイプを回転して地盤に圧入貫入させて、拡径削孔を
形成し、騒音や振動をなくして、砂杭を造成する。 【解決手段】先端にジェットノズル（６３）を具備した
ケーシングパイプ（１１）を回転させながら軟質地盤
（００）に静的に貫入させて、先端からジェット噴流
（６４）を放射させて、ケーシングパイプ（１１）より
拡径された削孔（０２）を形成し、その中に砂等の中詰
材（２６）を圧入して砂杭等の中詰材杭（０３）を造成
して、軟質地盤（００）を締固めることによって、軟質
地盤を改良するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、軟質地盤の改良工
法に関し、低騒音・低振動で、軟質地盤を改良する工法
およびその工法に関連する装置に関する技術分野に属す
る。

【０００２】

【従来の技術】軟質地盤、例えば細粒分の少ない緩い飽
和砂地盤は、地震時に液状化し建物に多大な被害を与え
ることが知られている。また粘土質地盤では、支持力が
小さく、沈下量が多い等の問題点があった。これを防止
するために、従来よく用いられる工法は、地盤の密度を
増大させる方法で、その中でも主流を占めるのはいわゆ
るサンドコンパクションパイル工法である。

【０００３】このサンドコンパクションパイル工法は、
ケーシングパイプを振動杭打機により地盤に貫入し、ケ
ーシングパイプ内の砂または砂利等の中詰材を先端から
押し出しながら引抜く。このとき押し出された砂または
砂利等は、振動や突固めにより、締固められ、地盤内に
砂杭または砂利杭等の中詰材杭として造成される。造成
された杭の直径は、この振動や、突固めのエネルギーに
より、ケーシングパイプの直径より大きなものとする。
杭周辺の地盤は、このような造成され、拡径された中詰
材の杭により、押されて締固められる。ここで中詰材
は、一般的には砂であるが、砂の入手が困難な場合や、
透水性を向上したり、あるいはパイル強度を大きくする
場合等には、砂利や砕石、スラグや貝殻、石炭灰等から
適宜選択され使用される。

【０００４】しかしながら振動杭打機によるケーシング
パイプの打込みや、振動、突固め等は、大きな振動や騒
音をもたらすという問題点があり、例えば住宅地域にお
ける工事には、全くそぐわないものであった。このよう
な問題点を解決するために、静的に締固める工法が開発
され、現在実用に供されているものもある。その工法
は、例えばケーシングパイプ外周にスパイラルオーガを
設け、回転させながら、ラック・ピニオン、チェーン・
スプロケット、ワイヤーロープ等の昇降機を用いて、振
動や騒音の発生を防止しながら、ケーシングパイプを地
盤に貫入し、あるいは引抜きを行うものである。

【０００５】このとき、造成される杭の締固めや、拡径
は、ケーシングパイプの貫入や引抜きを細かく繰り返え
して、突固めることにより行われる。またケーシングパ
イプの先端に装備したバイブロフロットによる振動によ
り、締固めることもできる。また一方軟質地盤に対し
て、例えば石灰、セメント系等の地盤固化剤を注入し
て、地盤と地盤固化剤とを混合し、化学的に固結させる
工法も開発されている。この化学的に固結させる工法の
代表例は、ボーリングロッドの先端に装着された例えば
ジェットノズルを地盤に貫入し、地盤中に放射される水
または水空気混合体に地盤固化剤を添加して、地盤を攪
拌混合して行う、いわゆるジェットグラウト工法が知ら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら例えば砂
地盤におけるこのような静的締固め工法は、ケーシング
パイプの貫入力及び地盤締固めエネルギーがサンドコン
パクションパイル工法に比して小さいため、杭の造成速
度が遅く、また工事費も増大するという問題点があっ
た。

【０００７】またジェットグラウト工法は、砂地盤だけ
でなく粘土性地盤においても、地盤の混合攪拌による排
泥量が多く、その処分に多大の費用を必要とし、また必
要以上に強固な固結体を地盤中に造成してしまうという
問題点があった。本件発明は、低騒音・低振動でかつ低
コストで施工できる、軟質地盤の改良工法及びその工法
に使用するケーシングパイプ装置を提供するものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、ジェット
ノズル（６３）を先端に具備したケーシングパイプ部
（１０）を回転させながら軟質地盤（００）に貫入させ
て、ジェット噴流（６４）の放射を併用または併用せず
して、円柱状に削孔（０１）する行程と、ケーシングパ
イプ部（１０）を逆回転させて引抜きながら、ジェット
噴流（６４）を放射して、円柱状に削孔し攪拌して拡径
削孔（０２）形成し、この拡径削孔（０２）内に、ケー
シングパイプ部（１０）内から中詰材（２６）を圧入充
填して、中詰材杭（０３）を形成する行程とを備えた軟
質地盤の静的改良工法であり、また両工程中において、
削孔（０２）中の余剰水の一部を地表に吸水排出する行
程を付加した軟質地盤の静的改良工法である。その工法
に関連するケーシングパイプ装置（１００）は、ケーシ
ングパイプ（１１）の上部には、ケーシングパイプ（１
１）と同軸回転する中詰材料供給部（３０）が具備さ
れ、その供給管（３１）内周には、上部投入口（３３）
から下方にかけて、螺旋状のスパイラル誘導板（３２）
が形成されている。上部投入口（３３）に投入された中
詰材（２６）は、ケーシングパイプ（１１）の中央にあ
る下部投入口（３４）に集中誘導される。またケーシン
グパイプ（１１）に沿って吸水パイプ（７２）を設け、
真空ポンプを有する吸水装置（７１）により余剰水の一
部を吸水して、地表に排出する吸水部（７０）を具備し
ている。

【０００９】

【実施の形態】先ず本件発明工法に関連する装置を説明
する。図１は、本件発明の工法に関連するケーシングパ
イプ装置（１００）の全体を示す。ケーシングパイプ装
置（１００）は、重機作業車（０４）により、所定の位
置にセットされ、例えば油圧ジャッキ（２００）等に押
圧され、回転されながら軟質地盤中に貫入、また引抜き
されるものである。水、空気送給するジェット管（６
１）、ケーブル等は、スイベル（３００）で結合され
る。なお昇降装置は、油圧ジャッキ（２００）に限定さ
れることなく、周知のものから選択使用できる。

【００１０】以下において、ケーシングパイプ装置（１
００）の構造を説明する。なおケーシングパイプ装置
（１００）は、ケーシングパイプ部（１０）、中詰材投
入部（２０）、中詰材供給部（３０）、中詰材充填部
（４０）、検出部（５０）、ジェット噴流部（６０）、
吸水部（７０）から構成される。図２は（ａ）（ｂ）
（ｃ）は、ケーシングパイプ部（１０）を示す。ここで
ケーシングパイプ部（１０）は、ケーシングパイプ（１
１）と、先端部外管（１４）と、先端シュウ（１４）か
らなる。

【００１１】ケーシングパイプ（１１）は、内管であ
り、造成される砂杭等の径に合わせて例えば４００ｍｍ
の内径を有し、外周にスパイラルオーガ（１２）が形成
されている。その先端には、先端シュウ（１４）（図４
参照）が設けられ、例えばほぼ円錐形であり、一端でス
トッパー（図示せず）により固定され、自然開放か、エ
アーシリンダによる強制開放かいずれかの方法で開放さ
れる。ケーシングパイプ（１１）の引抜き持は、中詰材
の重量で自然開放とすることができる。またケーシング
パイプ（１１）の内周には長さ方向に中詰材落とし用筋
材（１６）が固着され、中詰材の下方への滑落・誘導を
便ならしめている。材質は例えば鉄筋、合成樹脂棒であ
り、断面形状も円形に限らず３角形等任意である。

【００１２】スパイラルオーガ（１２）は、ケーシング
パイプ（１１）より１００ｍｍ程度大きく張り出させ
て、削孔の拡径あるいは余剰水の排水を容易にしてい
る。先端部外管（１３）は、例えば１．０〜１．５ｍの
長さを有し、内管よりほぼ１５０ｍｍ太い内径を有し、
内管であるケーシングパイプ（１１）の下端外周に取り
付けられる。そしてその外周には外管スパイラルオーガ
（１４）が形成され、管外面より例えば５０ｍｍ張り出
させている。ケーシングパイプ（１１）とは、２重構造
にされ、例えば４カ所以上の固定用ベーン等で一体化さ
れ、同軸回転される。この２重構造は、取付けられるジ
ェットノズル（６３）の保護や、拡径された中詰材杭
（０３）の造成を容易にするものである。

【００１３】図３は、ケーシングパイプ部（１０）上部
の、中詰材投入部（２０）、中詰材供給部（３０）、中
詰材充填部（４０）、検出部（５０）、吸水部（７０）
を示す。中詰材投入部（２０）は、材料投入バケット
（２１）、バケットシュート（２２）、注水管（２
３）、エアシリンダ（２４）、開閉蓋（２５）からな
る。中詰用の材料は、上方の開口から材料投入バケット
（２１）に投入され、バケットシュート（２２）を介し
て、中詰材供給部（３０）の供給管（３１）に供給され
る。

【００１４】この中詰材は、砂が一般的であるが、砂の
入手が困難な場合等には、砂利、礫や砕石、スラグや貝
殻、石炭灰等周知の材料の中から選択され、使用され
る。材料投入時には、注水管（２３）から注水を行うこ
とができる。注水は材料投入や、送り込みの容易さや、
水締め効果を期待することができる。砂の場合は、経験
からみて、最適の含水比率は２５〜３０％程度である。
開閉蓋（２５）は、エアシリンダ（２４）により開閉制
御される。中詰材供給部（３０）は、供給管（３１）、
スパイラル誘導板（３２）、上部投入口（３３）、下部
投入口（３４）からなる。供給管（３１）は、ケーシン
グパイプ（１１）の上部に連接一体化された大径の管体
からなり、一体的に同軸回転される。中詰材は、上部の
バケットシュート（２２）から、上方の上部投入口（３
３）に対し、回転に伴い３６０度のどの位置にあっても
投入できる。供給管（３１）の内周には、上部投入口
（３３）から下方にかけて、螺旋状に斜面を形成したス
パイラル誘導板（３２）が突設されれ、中詰材が上部投
入口（３３）のどの位置からが投入されても、その上面
を滑落して、下部投入口（３４）にスムーズに誘導集中
され、そこからケーシングパイプ（１１）内に落とし込
まれるようになっている。そのため中詰材の供給が滞っ
たり、偏ったりすることがない。スパイラル誘導板（３
２）は、潤滑性の材料から構成されると都合がよく、あ
るいは潤滑性の皮膜や板材で被覆されてもよい。

【００１５】中詰材充填部（４０）は、エアー弁（４
１）、加圧エアー管（４２）、急速排気弁（４３）から
構成される。ケーシングパイプ（１１）の引抜き時に、
その内部に所定量の中詰材が供給されてる時には、加圧
エアー管（４２）から圧搾空気が送り込まれてパイプ
（１１）内は加圧され、エアー弁（４１）が閉鎖されれ
ることにより上方の中詰材供給部（３０）からの材料の
供給が停止される。そして先端シュウ（１５）が開放さ
れると、中詰材はそのの開放口から排出され、自重とパ
イプ（１１）内の空気圧力によって、拡径された削孔内
に中詰材杭（０３）が造成されることになる。この中詰
材杭（０３）の締固めは、ケーシングパイプ（１１）の
重量や、水締め効果により行うことができる。次いで加
圧エアー管（４２）からの圧搾空気の送給が停止され、
急速排気弁（４３）から排気されると、エアー弁（４
１）が開放され、中詰材のケーシングパイプ（１１）へ
の供給が再会されるものである。

【００１６】検出部（５０）は、自動巻取り装置（５
１）、貫通金物（５２）、感知器（５３）から構成され
る。この検出部（５０）は、ケーシングパイプ（１１）
内に供給される中詰材の量を制御するためのものであっ
て、中詰材天端の上下動するその位置を常に感知し、信
号を無線等で自動記録計（図示せず）へ送信することが
できる。即ち自動巻取り装置（５１）は、エアー弁（４
１）側面より貫通金物（５２）を介して、ケーブルによ
り感知器（５３）をパイプ（１１）内にに垂らし、トル
クモータを使用して、常にケーブルの弛みが無いよう
に、感知器（５３）を縣吊して、中詰材天端の位置を検
知している。

【００１７】吸水部（７０）は、真空ポンプを有する吸
水装置（７１）、吸水パイプ（７２）から構成される。
吸水パイプ（７２）は、スパイラルオーガ（１２）を貫
通するようにして、ケーシングパイプ（１１）の外周に
例えば４本取付けられ、その先端は、ほぼケーシングパ
イプ（１１）の先端付近に位置される。そして、真空ポ
ンプを有する吸水装置（７１）によって、削孔中の余剰
水の一部を吸水して、ノッチタンク等に貯留され、地表
に排水される。

【００１８】図４（ａ）、（ｂ）は、ジェット放射部
（６０）の要部を示す。ジェット放射部（６０）は、ジ
ェット管（６１）、保護材（６２）、ジェットノズル
（６３）から構成され、ジェットノズル（６３）からジ
ェット噴流（６４）が放射される。ジェット管（６１）
は、スパイラルオーガ（１２）を貫通するようにして、
ケーシングパイプ（１１）の外周に例えば４本取付けら
れ、保護材（６２）（図２（ｂ）、（ｃ）参照）で抱被
される。その先端には、ケーシングパイプ（１１）の先
端に相当する位置において、ジェットノズル（６３）が
取付けられている。ジェットノズル（６３）は、取付角
度が、例えば２本は、外下向き４５度であり、他の２本
は外下向き１５度である。この取付角度を変えることに
より、拡径の大きさを変えることができる。このジェッ
トノズル（６３）からジェット噴流（６４）を放射して
軟質地盤を攪拌し、削孔を拡径する。なおジェット噴流
は水、または水空気混合体である。

【００１９】図５（ａ）乃至（ｇ）は、本件発明の工法
の全行程を示すものである。先ず（ａ）において、ケー
シングパイプ部（１０）を軟質地盤（００）上の所定位
置にセットし、所定量の中詰材を投入する。次いで、
（ｂ）（ｃ）において、ケーシングパイプ部（１０）を
回転させながら、地盤中（００）に貫入させ、所定の深
さまで削孔する。このとき必要があれば、先端からジェ
ット噴流（６４）を放射することができる。また余剰水
の一部は、吸水部（７０）で吸水して、地表に排水する
ことができる。次いで、（ｄ）所定の深さまで削孔され
たら、先端でジェット噴流（６４）を放射して、地山を
攪拌切削し、下方に円錐台形の拡径削孔を形成する。

【００２０】次いで、（ｅ）において、ケーシングパイ
プ（１１）の先端シュウ（１５）を開いて、この人工的
に作られた拡径削孔（０２）された空間内に中詰材（０
３）を圧送して、中詰材杭（０３）の下部を造成する。
締固めは、ケーシングパイプ装置部（１００）油圧ジャ
ッキ（２００）及び中詰材杭（０３）自体の自重、油圧
ジャッキ（２００）による押圧あるいは水締め等により
行う。次いで、（ｆ）、（ｇ）において、ケーシングパ
イプ部（１０）を逆回転させながら引抜き、更に中詰材
の送給をを行い、中詰材杭（０３）を成長造成させる。
以後、地表まで、ケーシングパイプ部（１０）を小刻み
に回転、逆回転させて、再貫入、再引抜きを繰り返し、
拡径された中詰材杭（０３）を順次造成させてゆく。再
貫入時には、ジェット噴流（６４）の放射は停止させ
る。余剰水は、吸水部（７０）と、ケーシングパイプ部
（１０）外周のスパイラルオーガ（１２）の余堀り部と
の２ルートで地表に排水される。次いで、（ｇ）におい
て、拡径された砂杭等の中詰材杭（０３）の造成が完了
する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の工法は、ケ
ーシングパイプ部（１０）を回転、逆回転させて、軟質
地盤中に貫入、あるいは引抜き、さらに先端からジェッ
ト噴流（６４）を放射して、貫入された管体より径の大
きな拡径削孔を形成することができるので、その中に中
詰された拡径の砂杭等の中詰材杭を静的にしかも短時間
で造成可能である。また吸水部（７０）を有しており、
余剰水の一部を強制的に地表に排水する行程を併用でき
るので、同時に水締効果を適度にコントロールすること
ができる。従って、住宅地域においても軟質地盤の改良
工事が可能である。

【００２２】また供給管（３１）の内周に設けたスパイ
ラル誘導板（３２）は、回転される供給管（３１）の上
方にある上部投入口（３１）の３６０度のどの位置から
中詰材が投入されても、その上面を滑らかに滑落して、
下部投入口（３４）にスムーズに誘導集中され、そこか
らケーシングパイプ（１１）内に落とし込まれるように
なっている。そのため中詰材の供給が滞ったり、偏った
りすることがないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工法に使用するケーシングパイプ装置
（１００）の全体図である。重機作業車（０４）により
任意の位置にセットされる。

【図２】ケーシングパイプ部（１０）の要部を示し、そ
こに併設されるジェット放射部（６０）及び吸水部（７
０）の要部を示す。

【図３】ケーシングパイプ部（１０）の上部の要部で、
中詰材料投入部（２０）、中詰材料供給部（３０）、中
詰材料充填部（４０）、検出部（５０）、吸水部（７
０）の要部を示す。

【図４】ケーシングパイプ部（１０）の下部要部で、ジ
ェット放射部（６０）及び吸水部（７０）の要部を示
す。なおこの図では、内部構造の説明のため、先端部外
管（１３）は取外してある。

【図５】本件発明の工法の全行程を示す。

【符号の説明】

００ 軟質地盤 ０１ 削孔 ０２ 拡径削孔 ０３ 中詰材杭 ０４ 重機作業車 １００ ケーシングパイプ装置 １０ ケーシングパイプ部 １１ ケーシングパイプ １２ スパイラルオーガ １３ 先端部外管 １４ 外管スパイラルオーガ １５ 先端シュウ １６ 中詰材落とし用筋材 ２０ 中詰材投入部 ２１ 材料投入バケット ２２ バケットシュート ２３ 注水管 ２４ エアーシリンダ ２５ 開閉蓋 ２６ 中詰材 ３０ 中詰材供給部 ３１ 供給管 ３２ スパイラル誘導板 ３３ 上部投入口 ３４ 下部投入口 ４０ 中詰材充填部 ４１ エアー弁 ４２ 加圧エアー管 ４３ 急速排気弁 ５０ 検出部 ５１ 自動巻取り装置 ５２ 貫通金物 ５３ 感知器 ６０ ジェット放射部 ６１ ジェット管 ６２ 保護材 ６３ ジェットノズル ６４ ジェット噴流 ７０ 吸水部 ７１ 真空ポンプを有する吸水装置 ７２ 吸水パイプ ２００ 油圧ジャッキ ３００ スイベル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジェットノズル（６３）を先端に具備し
   たケーシングパイプ部（１０）を回転させながら軟質地
   盤（００）に貫入させて、ジェット噴流（６４）の放射
   を併用または併用せずして、円柱状に削孔（０１）する
   行程と、 ケーシングパイプ部（１０）を逆回転させて引抜きなが
   ら、ジェット噴流（６４）を放射して、円柱状の削孔を
   攪拌して拡径削孔（０２）形成し、この拡径削孔（０
   ２）内に、ケーシングパイプ部（１０）内から中詰材
   （２６）を圧入充填して中詰材杭（０３）を形成する行
   程とを備えた軟質地盤の静的改良工法。
2. 【請求項２】 削孔（０１）中の余剰水の一部を地表に
   強制的に吸水排出する行程を付加した請求項１の軟質地
   盤の静的改良工法。
3. 【請求項３】 ケーシングパイプ（１１）上部には、ケ
   ーシングパイプ（１１）と同軸回転する中詰材料供給部
   （３０）が具備され、 その供給管（３１）内周には、上部投入口（３３）から
   下方にかけて、螺旋状のスパイラル誘導板（３２）が形
   成され、上部投入口（３３）に投入された中詰材（２
   ６）を、ケーシングパイプ（１１）の中央にある下部投
   入口（３４）に集中誘導するケーシングパイプ装置。
4. 【請求項４】 ケーシングパイプ（１１）に沿って吸水
   パイプ（７２）を設け、真空ポンプを有する吸水装置
   （７１）により余剰水の一部を吸水して、強制的に地表
   に排出するケーシングパイプ装置。