JP2002256544A

JP2002256544A - 地盤改良装置

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Publication number: JP2002256544A
Application number: JP2001052782A
Authority: JP
Inventors: Miyoshi Tadahira; 美好忠平
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Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-09-11
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Also published as: JP3719388B2

Abstract

(57)【要約】【課題】二重管を効率よく押込むことができ、中詰め
材を効率良く締め固めることができる地盤改良装置を提
供する。【解決手段】二重管51の下端に圧縮水Ｗを噴射する圧
縮水用ノズル56と圧縮空気Ｗを噴射する圧縮空気用ノズ
ル57とを設ける。自走式車両１に、リーダ５と、このリ
ーダ５に沿って昇降可能に設けられた杭挟持体22と、中
詰め材たる砕石153を収納する収納部31と、この収納部3
1の砕石153を掘削孔151に投入する投入装置35とを設け
る。自走式車両１により施工位置まで移動し、二重管51
を杭挟持体22により挟持し、該杭挟持体22をリーダ５に
沿って下降して二重管51を地中に圧入する。その二重管
51を引き抜く際、自走式車両１の収納部31に収納した砕
石153を、ベルトコンベア32より掘削孔151内に投入す
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、地盤改良工法に用
いる地盤改良装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来、この種の地盤改
良工法において充填材を使用するものとして、特開昭５
６−５２２１９号公報には、全周水平噴射ヘッドを有す
る注入管を砂質地盤中の所定深さに挿入し、前記全周水
平噴射ヘッドを通じて水又は空気を砂質地盤中に水平方
向に噴射して土粒子を移動収縮させ、その移動収縮によ
って生じた空隙中に充填材を注入し固化させる砂質地盤
の改良工法（公報特許請求の範囲）が提案され、圧力水
又は圧力空気を水平に噴射し、圧力水又は圧縮空気によ
る衝撃で土粒子の移動収縮（公報第８欄第１〜２行）す
るものであるが、充填材として、セメント系，水ガラス
系等の如く収縮せずあまり膨脹しない硬化材（公報第８
欄第７〜９行）を用いており、このように硬化材を用い
るものであるから、材料費がかかるという問題がある。
また、特開平７−２５２８２３号公報には、高圧ジェッ
ト噴流と機械攪拌との併用により地中に固結杭を造成す
るに際し、地中に挿入する管の長手方向に間隔を設けて
取付けた攪拌翼に設けて固化材又は水の高圧噴流及び該
高圧噴流の周りを覆う空気噴流を噴出する少なくとも２
個のノズルを用い仕上がり杭径の制御方法（公報特許請
求の範囲）が提案されているが、この方法も硬化材とし
てはセメントミルク，モルタル，薬剤など（工法第４欄
第１〜２行）を用いるものであるから、材料費がかかる
という問題がある。

【０００３】そこで、上記のように硬化材を用いること
なく地盤改良を行う工法として、特開平３−２８１８１
５号公報には、振動部の振動と先端部からのジェット水
の噴射によりバイブロフロットを地盤中に貫入し、さら
に砕石や砂利等の中詰め材を投入しながら引き抜いて、
周囲の地盤を締固めると共に地盤中に中詰め材の柱を形
成する（公報第１頁右欄第17行〜第２頁右上欄第１行）
工法が記載され、また、バイブロフローテーション工法
における振動部の振動と振動部先端からの第１の圧縮空
気の噴射とにより前記振動締固め装置を地中に貫入して
穿孔を形成すると同時に、前記振動締固め装置の外周か
らの第２の圧縮空気の噴射と前記ロッド部の軸方向に設
けた偏平板の作用により前記外周の空隙を拡幅保持する
工程と、前記穿孔を形成した後、振動締固め装置を引き
抜きながら前記空隙に中詰め材を投入する工程とからな
る振動締固め工法（公報特許請求の範囲）が提案されて
いる。

【０００４】上記特開平３−２８１８１５号公報のジェ
ット水を噴射する工法では、ジェット水により地表に泥
水が吐き出され、この泥水と共に地中の水溶性微細土粒
子等が排出され、この水溶性微細土粒子は、腐食土等の
含まれる成分で、加重支持土質としては不適当であっ
て、締め固めを行っても強度が得られないものである。
しかし、単にジェット水を噴射するだけでは、上記の水
溶性微細土粒子等の締め固めに不向きな成分を効率良く
排出することができない。また、上記振動締固め工法の
ように圧縮空気の噴射と振動により締め固める工法で
は、締め固めに限界があると共に、その中詰め材周囲の
地盤を効率良く締め固めることができない。

【０００５】そこで、同一出願人は、特開２０００−１
７９３６９号公報において、杭の下端に圧縮水を噴射す
る圧縮水用ノズルと圧縮空気を噴射する圧縮空気用ノズ
ルとを設け、それらノズルから圧縮水と圧縮空気とを噴
射して地中に所定深さまで打ち込んで掘削孔を形成し、
前記圧縮水と圧縮空気との噴射により地中の微細粒子を
前記杭に沿って上昇させると共に、地表に排出し、この
微細粒子を排出した後、前記圧縮空気の噴射を停止又は
噴射圧を下げ、前記杭を引き抜くと共に、この引き抜き
時に掘削孔内に中詰め材を投入する地盤改良工法を提案
しており、この地盤改良によれば、下方に向かって噴射
した圧縮空気と圧縮水とにより、鋼矢板の下方の掘削孔
において、土粒子（土塊）の攪拌が行われ、圧縮空気が
泡となって上昇する際に土粒子を揺動して分解が行わ
れ、これにより分解した微細粒子たる水溶性微細粒子が
上昇水流と泡の上昇に伴うリフトアップ効果によりに地
表に効率よく排土される。そして、掘削孔内に投入した
中詰め材を圧縮水により圧密して圧密柱を形成すること
ができる。

【０００６】ところで、上記特開２０００−１７９３６
９号公報の地盤改良工法では、杭を引き抜く時に掘削孔
内に中詰め材を投入し、地表面から掘削孔の開口に、中
詰め材たる砕石を該砕石の沈下速度に合せて供給（公報
第００２７段）するが、これを手作業で行なう場合、作
業効率に劣る問題がある。また、同公報では、装置とし
て、杭圧入引抜機や振動式杭打込引抜機が例示され、従
来から用いられている杭打機、あるいはバックホータイ
プの掘削機でも施工が可能であるが、より効率よく作業
を行うために、同地盤改良工法に適した装置の開発が望
まれている。

【０００７】上述した中詰め材の投入に関して、例え
ば、特開平７−１５８０４４号公報には、ホッパーにト
ラックショベルからの砕石を受ける（公報第００１２
段）ようにしているが、この場合、別個にトラックショ
ベルが必要となる。

【０００８】また、上記特開２０００−１７９３６９号
公報の地盤改良工法では、下方に向って噴射された圧縮
空気が泡となって上昇する際に土粒子を揺動して分解が
行われ、圧縮空気と圧縮水の噴射を併用することによ
り、微細粒子を分離することができる。そして、前記地
盤改良工法において、杭の押込みを一層効率よくできる
装置も望まれている。

【０００９】そこで、本発明は、硬化材が不要で、加重
支持土質に不向きな水溶性微細土粒子等を良好に排出す
ることができ、中詰め材を効率良く締め固めることがで
きる地盤改良装置を提供することを目的とし、加えて、
杭を効率よく押込むことができる地盤改良装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の地盤改良装置
は、杭の下端に圧縮水を噴射する圧縮水用ノズルと圧縮
空気を噴射する圧縮空気用ノズルとを設け、それらノズ
ルから圧縮水と圧縮空気とを噴射して地中に所定深さま
で打ち込んで掘削孔を形成し、前記圧縮水と圧縮空気と
の噴射により地中の微細粒子を前記杭に沿って上昇させ
ると共に、地表に排出し、この微細粒子を排出した後、
前記圧縮空気の噴射を停止又は噴射圧を下げ、前記杭を
引き抜くと共に、この引き抜き時に掘削孔内に中詰め材
を投入する地盤改良装置において、自走式車両に、リー
ダと、このリーダに沿って昇降可能に設けられた杭挟持
体と、前記中詰め材を収納する収納部と、この収納部の
中詰め材を前記掘削孔に投入する投入装置とを設けたも
のである。

【００１１】この請求項１の構成によれば、自走式車両
により施工位置まで移動し、杭を杭挟持体により挟持
し、該杭挟持体をリーダに沿って下降して杭を圧入し、
杭圧入時に、下方に向かって噴射した圧縮空気と圧縮水
とにより、鋼矢板の下方の掘削孔において、土粒子（土
塊）の攪拌が行われ、圧縮空気が泡となって上昇する際
に土粒子を揺動して分解が行われ、これにより分解した
微細粒子たる水溶性微細粒子が上昇水流と泡の上昇に伴
うリフトアップ効果によりに地表に効率よく排土され
る。そして、杭挟持体をリーダに沿って上昇することに
より、杭を引き抜き、この引き抜き時に、自走式車両の
収納部に収納した中詰め材を、投入装置により掘削孔内
に投入し、この中詰め材を圧縮水により圧密して圧密柱
を形成することができる。

【００１２】また、請求項２の地盤改良装置は、前記投
入装置は、投入口側を低くして傾斜した投入路と、この
投入路に前記中詰め材を送る送り装置とを備えるもので
ある。

【００１３】この請求項２の構成によれば、投入路に中
詰め材を送ってやれば、傾斜した投入路により、中詰め
材が投入口から掘削孔内に投入される。

【００１４】また、請求項３の地盤改良装置は、前記杭
の先端側に、該杭を中心として前記掘削孔に対応すると
共に先端と基端とが開口した筒体を設けたものである。

【００１５】この請求項３の構成によれば、筒体が掘削
孔の内面に当り、掘削孔を筒体の外形形状に合わせて仕
上げることができる。尚、中詰め材を打撃する場合、該
筒体によりその打撃効率をも向上することができる。

【００１６】さらに、請求項４の地盤改良装置は、前記
筒体内に空気を噴射する空気噴射口を、前記杭に設けた
ものである。

【００１７】この請求項４の構成によれば、筒体内に空
気を噴射することにより、筒体内に位置する複数の空気
噴射口から圧縮空気が噴射され、筒体内においても、圧
縮空気による攪拌作用が発生する。

【００１８】さらに、請求項５の地盤改良装置は、前記
杭がロッドであり、先端側で前記筒体と前記ロッドとを
連結する連結部に掘削用のビット体を設け、前記ロッド
を回転する回転駆動手段を備えるものである。

【００１９】この請求項５の構成によれば、ロッドを回
転して先端側のビット体により掘削を行うことにより、
掘削効率を向上することができる。

【００２０】請求項６の地盤改良装置は、前記リーダが
前記起伏可能で且つ長さ方向に移動可能に前記自走式車
両に設けられているものである。

【００２１】この請求項６の構成によれば、リーダを使
用時には立て、収納時には倒すことにより、自走式車両
の移動が容易となる。また、リーダ自体を長さ方向に移
動することにより、杭を圧入・引き抜きできるから、そ
の移動分だけリーダの長さを短くできる。

【００２２】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施例を添付図面を
参照して説明する。図１〜図１５は本発明の第１実施例
を示し、この地盤改良工法に用いる地盤改良装置は、図
１〜図６に示すように、自走式車両１は、車体２の下部
に走行手段たる無限軌道３を有し、この無限軌道３は車
体２に搭載した原動機（図示せず）により駆動する。前
記車体２の後部には、ショベルたるブレード４が設けら
れ、このブレード４は昇降駆動可能に設けられている。

【００２３】また、車体２の前部にはリーダ５が起伏可
能に設けられ、このリーダ５は前後方向の起伏装置６に
より、図１の鎖線に示す収納位置と地表に対してほぼ垂
直な使用位置とに起伏可能になっている。尚、実際に
は、約５度程度だけリーダ５の上部が前側に倒れること
が可能である。前記起伏装置６は、前記車体２に起伏ベ
ース７の下部を枢着部８により前後方向起伏可能に設
け、その枢着部８より後方で前記車体２に枢着部９によ
り起伏シリンダ10の下部を枢着し、この起伏シリンダ10
の伸縮杆10Ａを枢着部11により前記起伏ベース７の上部
に枢着してなる。そして、前記起伏シリンダ10がリーダ
５の前後方向角度調整手段である。前記起伏ベース７の
前側には揺動ベース12が左右方向揺動可能に設けられ、
前記起伏ベース７と揺動ベース12の上部を枢着部13によ
り回動可能に設けると共に、前記起伏ベース７と揺動ベ
ース12の下部を左右スライド駆動機構14により左右移動
可能に設けている。そして、左右スライド駆動機構14が
リーダ５の左右方向角度調整手段である。また、前記揺
動ベース12の前部に前記リーダ５を上下方向移動可能に
設け、リーダ昇降手段たるスライドシリンダ15により、
前記揺動ベース12に対して、リーダ５を昇降可能に設け
ている。したがって、図１の鎖線に示す収納位置にリー
ダ５を収納した状態で作業場所まで移動し、起伏シリン
ダ10を延ばしてリーダ５を地面に対し前後方向ほぼ垂直
に合わせ、さらに、左右スライド駆動機構14により、枢
着部13を中心としてリーダ５の下部を左右に回転して左
右方向ほぼ垂直に合わせ、この後、スライドシリンダ15
によりリーダ５の高さ位置を調節できる。尚、前記シリ
ンダ10，15及び左右スライド駆動機構14は油圧などによ
り駆動する。

【００２４】前記リーダ５の前部には案内レール21が設
けられ、この案内レール21に沿って杭挟持体22が昇降可
能に設けられ、この杭挟持体22はチェーンを備えた昇降
手段23によりリーダ５に沿って昇降する。前記杭挟持体
22は内部に挿通した杭を挟持及び挟持解除可能なもので
あって、挟持した杭を回転する回転駆動手段24を内蔵す
る。また、前記リーダ５の下部には杭固定手段25が固定
して設けられ、該杭固定手段25は、これに挿通した杭を
挟持及び挟持解除可能なものである。

【００２５】前記車体２上にはホッパ状の収納部31が設
けられ、この収納部31に中詰め材が収納され、前記収納
部31の底部には送り装置たるベルトコンベア32が設けら
れ、このベルトコンベア32は中詰め材を後から前に送る
ものである。このベルトコンベア32の終端側で前記収納
部31には投入路33が設けられ、この投入路33は先端側の
投入口34が低くなる傾斜をなし、その投入口34は、起立
位置のリーダ５の下部まで延設されている。また、前記
投入路33の両側には壁部33Ａが設けられている。そし
て、前記ベルトコンベア32と投入路33により、中詰め材
を投入すると投入装置35を構成している。

【００２６】41は、掘削孔の上部に設けるホッパであ
り、筒部42の上部に拡大筒部43を設けてなる。

【００２７】この例では、図３及び図４などに示すよう
に、前記杭はパイプから構成された二重管51であって、
この二重管51は外管52と内管53とからなり、この内管53
内により圧縮水路54を形成し、前記外管52内面と内管53
外面との間により圧縮空気路55を形成し、前記圧縮水路
54の下端に圧縮水用ノズル56を設け、前記圧縮空気路55
の下端に圧縮空気用ノズル57を設けている。さらに、前
記二重管51の上端には、前記圧縮水路54に連通する水ホ
ースアダプタ58と、前記圧縮空気路55に連通する空気ホ
ースアダプター59とが設けられている。そして、前記水
ホースアダプター58に高圧ホース60を介して圧縮水供給
装置たる高圧ポンプ61を接続し、この高圧ポンプ61が水
槽62に接続され、この水槽62は複数の家庭用水道を接続
して水を溜めておく。また、前記空気ホースアダプター
59にホース63を介して圧縮空気供給装置たるエアーコン
プレッサ64を接続している。尚、二重管51は、長さ方向
中央部分を交換することにより長さ調節可能である。そ
して、二重管51はロッドである。

【００２８】図３及ぶ図４に示すように、前記二重管51
の下端には、該二重管51を中心とする筒体71が設けら
れ、この筒体71は、長さ方向両端が開口し、先端側を二
重管51の周囲放射方向で一直線に設けた先端側連結部7
2，72Ａにより二重管51に固定されると共に、基端側を
二重管51の周囲放射方向で一直線に設けた基端側連結部
73，73Ａにより二重管51に固定され、先端側連結部72，
72Ａと基端側連結部73，73Ａとは交差方向をなし、この
例では図４に示すように、ほぼ９０度の角度をなしてい
る。尚、連結部72，72Ａ，73，73Ａは、二重管51より細
い棒状の部材である。また、筒体71は掘削孔151の設計
寸法より若干大径に形成され、また、その直径より長さ
は短く形成されている。一方の前記先端側連結部72にビ
ット体74，74Ａが間隔をおいて設けられ、他方の前記先
端側連結72Ａにビット体74Ｂ，74Ｃが間隔をおいて設け
られ、それぞれ外側のビット体74，74Ｃは二重管51から
等しい位置にあり、内側のビット体74Ａは内側のビット
体74Ｂより二重管51に近い位置にある。したがって、ボ
ーリングロッドである二重管51の回転すると、ビット体
74Ａとビット体74Ｂとは同心円上で、異なる直径で掘削
を行い、さらに、それらの外側をビット体74，74Ｃが掘
削するから、効率よい掘削が行われる。また、図５など
に示すように、各ビット体74，74Ａ，74Ｂ，74Ｃは、そ
の先端がそれぞれ二重管51の回転方向に対して同一方向
に向くよう斜めに取付けられている。そして、前記先端
側連結部72，72Ａ及びビット体74，74Ａ，74Ｂ，74Ｃに
よりビット装置75を構成している。また、前記二重管の
外管51には、前記筒体71内に位置して複数の空気噴射口
76を設け、これら空気噴射口76は、外管51にほぼ直交方
向で穿設されており、前記圧縮空気路55に連通する。

【００２９】図７及び図８に示すように、前記圧縮水用
ノズル56は、前記内管53に螺合されており、下端（先
端）には噴射口81が形成されている。また、前記圧縮水
用ノズル56には下方に向って縮小するテーパ状外周面82
が形成され、さらに、圧縮水用ノズル56の下端には平面
十字型をなすスリット83が形成されている。また、前記
外管52の下端内面に雌螺子部52Ａを形成し、この雌螺子
部52Ａに螺合する雄螺子部57Ａが、前記圧縮水用ノズル
57の上端外面に形成されている。さらに、前記圧縮空気
用ノズル57の上端（基端）には、テーパ状内周面84が形
成され、前記外管52に圧縮空気用ノズル57を螺合した状
態で、前記テーパ状外周面82とテーパ状内周面84との間
に、前記圧縮空気路55と連通するテーパ状の案内空気路
85が形成され、この案内空気路85により圧縮空気が圧縮
空気用ノズル57の中央側に案内される。さらに、前記案
内空気路85から前記圧縮空気用ノズル57の下端の噴射口
86に至る通路87が、該圧縮空気用ノズル57の内部に形成
されている。そして、前記案内空気路85と前記圧縮空気
用ノズル57の噴射口86との間の長さは、前記噴射口46の
直径Ｄより長く形成されている。また、前記圧縮空気用
ノズル27の下端には平面一側方向のスリット88が形成さ
れている。また、前記圧縮水用ノズル26の噴射口41の直
径ｄは、前記圧縮空気用ノズル27の噴射口46の直径Ｄよ
り小さく形成されている。また、前記案内空気路85の断
面積を、前記圧縮空気路55の断面積以上としている。

【００３０】実験例１この実験例１は、複数土質互層に本発明を適用した場合
を検討する例であり、透明水槽91内に下層から粘土92、
細砂93、中砂94、粗砂95、小砂利96を順に敷き詰めて層
97を形成する。

【００３１】図９及び図１０に示すように、内管101と
外管102とからなる二重管103を形成し、内管101の先端
から圧縮水、内管101と外管102の間から圧縮空気を噴射
可能とする。圧縮空気と圧縮水とを噴射しながら、前記
二重管103の先端を前記層97内にほぼ垂直に挿入する
と、二重管103の下方にフラスコ状の掘削孔が形成さ
れ、二重管103の挿入を停止し、圧縮空気と圧縮水とを
噴射を継続すると、フラスコ状掘削孔98内において、土
粒子の攪拌が行われ、この攪拌により土粒子成分が分解
する。すなわち砂の層であれば、砂本体とそれに含まれ
ていた水溶性微細土粒子に分解する。比重の軽い水溶性
微細土粒子は、二重管103の外周に沿う上昇水流と、圧
縮空気の上昇に伴うリフトアップ効果により水と共に地
上に排土される。この排土状況を地上で確認し、実際に
は地上に排出される水の濁り具合により確認し、水溶性
微細土粒子の排土がほぼ終了したら、圧縮空気の噴射を
停止し、圧縮水のみ噴射を継続する。このように圧縮空
気の供給を停止すると、フラスコ状掘削孔内での攪拌力
が低下し、土粒子は圧縮空気により攪拌されない比重の
大きな土粒子から順次掘削孔の底部に体積し、かつ体積
した土粒子は、下方に向かって噴射される圧縮水により
水締めされ、隙間なく堆積し、圧縮水の噴射を続けなが
ら徐々に二重管103を上方に引き抜くと、順次圧密され
た土粒子柱が形成された。

【００３２】そして、二重管103を引く抜くと、排土さ
れた水溶性微細粒子と、土粒子が圧密された分の体積だ
け、掘削孔98の上部が空洞となり、この部分に充填する
中詰め材が必要となる。

【００３３】この実験により、複数土質体積地層に高圧
噴射水を噴射し、土粒子を分解でき、さらに、分解した
土粒子に圧縮水と圧縮空気を供給することにより、攪拌
できることが分かった。また、比重の軽い水溶性微細粒
子は、空気を含む圧縮水の上昇力により良好に地表に排
出される。さらに、圧縮空気の噴射を停止して圧縮水の
みの噴射とすると、攪拌力が低下し、圧縮水のみの力で
は攪拌力の影響を受けない重たい土粒子から順次堆積し
ていく。そして、出来上がった土粒子柱は、下から、小
砂利96、粗砂95、中砂94、細砂93、粘土92となった。

【００３４】実験例２透明水槽91内に、粘土92、細砂93、中砂94、粗砂95、小
砂利96を混合して敷き詰め、実験例１と同様に、二重管
103を用いて実験を行ったところ、実験例１と同様に、
出来上がった土粒子柱は、下から、小砂利96、粗砂95、
中砂94、細砂93、粘土92となった。

【００３５】このように土質、土層堆積条件を変えて
も、出来上がる土粒子柱は、比重の重たいものから圧密
堆積することが分かった。

【００３６】さらに、上記実験例１，２に対して圧縮水
と圧縮空気の噴射圧を変えた他の実験から、以下のこと
が分かった。

【００３７】まず、土質条件の異なる実験においても、
掘削孔98には下から比重の重たいものが堆積する。ま
た、圧縮水の噴射圧を上げるように調整すれば砂類も排
土できる。特に、加重支持土質として不適当な水溶性微
細土粒子のみを圧縮水と圧縮空気の噴射圧の調整により
任意に排土することができ、現状地盤に含まれる加重支
持土質として有効な土粒子を利用し、土粒子を圧密する
ことにより、強固な土粒子柱を作ることができる。

【００３８】実験例３透明水槽91内に、下層から粘土92、細砂93、中砂94、粗
砂95、小砂利96を順に敷き詰める。実験例１と同様にし
て、所定深さまで二重管103を挿入し、水溶性微細土粒
子の排土を確認した後、すなわち水と共に水溶性微細土
粒子が排土されなくなったら、圧縮空気の噴射を停止
し、圧縮水の噴射のみを継続する。この状態では、比重
の重たい土粒子から堆積し、かつ圧縮水の噴射圧により
水締めされる。この後、地表の掘削孔98から、小砂利を
投入して供給し、この小砂利は二重管103の外周に沿っ
て沈下し、掘削孔98の底部に堆積し、さらに、圧縮水の
噴射圧により締め固められ、また、小砂利の供給を続け
ると共に、二重管103を上下運動させながら序々に引き
抜いていく。この場合、二重管103の下端により、堆積
した小砂利を叩くようにして点圧締め固めを行い、ま
た、供給する小砂利の堆積分だけ地中の土粒子が上昇水
流によって地表に排土され、二重管103の上下運動を繰
り返して該二重管103を引き抜き、地表側に形成された
前記排土分の体積だけ掘削孔98に小砂利を充填し、加圧
支持砂利杭を形成することができた。また、この実験例
３と同様にして行った他の実験例で、圧縮空気の噴射を
停止した後、あるいは圧縮空気の噴射停止と同時に圧縮
水の噴射のみ下げて行った実験では、地中に含まれる水
溶性微細土粒子以外に排土される土粒子の量を削減で
き、地中に含まれる加重支持土質を加圧支持砂利杭の形
成に利用できることが分かった。

【００３９】実験例４この実験例４は、上述した自走式車両１を用いた現場で
の実験例である。土質は、ＧＬ（地表面）から１ｍ（メ
ートル）までがシルト質粘土でＮ値が０、その下はＧＬ
から３ｍまでが腐植土でＮ値が０、その下はＧＬから６
ｍまでが細砂でＮ値が１５、その下はＧＬから１２ｍま
でが細砂でＮ値が２０である。

【００４０】図６，図１１〜図１４を参照して説明す
る。自走式車両１により施工位置まで移動し、起伏シリ
ンダ10を延ばしてリーダ５を前後方向ほぼ垂直に合わ
せ、さらに、左右スライド駆動機構14により、枢着部13
を中心としてリーダ５の下部を左右に回転して左右方向
ほぼ垂直に合わせ、この後、スライドシリンダ15により
リーダ５の高さ位置を調節できる。したがって、自走式
車両１位置が傾斜となっていても、リーダ５を所定の向
きに調整して掘削孔151を掘削できる。また、掘削位置
にはホッパ41をセットしておく。そして、まず、ホッパ
41を通して、ビット装置75を地表152に接地し、杭固定
手段25は固定解除状態で、昇降駆動手段23により杭挟持
体22を降下させて二重管51を圧入すると共に、回転駆動
手段22により二重管51を回転する。このようにして、ビ
ット装置75による掘削により二重管51を効率よく押し込
むことができる。このようにしてビット装置75の回転に
よる掘削で二重管51を所定深さまで地中に圧入したら、
今度は、ノズル56，57から圧縮水Ｗと圧縮空気Ａを噴射
し、図１１に示すように、これら圧縮水Ｗと圧縮空気Ａ
を主体とした掘削を行う。尚、掘削開始から圧縮水Ｗと
圧縮空気Ａを噴射しておいてもよい。図１１に示すよう
に、前記圧縮水Ｗと圧縮空気Ａの噴射により、二重管51
の下方には底部が広いフラスコ状の掘削孔151が形成さ
れ（上記水槽91を用いた実験例により確認）、下端を深
さ略７ｍまで挿入した。この位置で、二重管51のフラス
コ状の掘削孔151内においては、圧縮水Ｗと圧縮空気Ａ
とにより土粒子攪拌作用が発生し、その攪拌作用により
既設土粒子構成（土の塊）を分解し、分解された比重の
軽い水溶性微細土粒子が、二重管51の外面に沿って、上
昇水流と空気のリフトアップ作用により、水と共に地表
面152に排土される。また、下端から圧縮空気Ａを噴射
すると、同時に筒体71内に位置する複数の空気噴射口76
からも圧縮空気Ａが噴射され、筒体71内においても、圧
縮空気Ａによる攪拌作用が発生し、筒体71内においても
土の分解作用が発生する。また、掘削において、二重管
51の下端には、上下に開口した筒体71を設けたから、そ
の筒体71が掘削孔151の内面に当り、該掘削孔151を筒体
の外形形状に合わせて形成することができ、さらに、空
気噴射孔76からは周囲に向って圧縮空気Ａを噴射する
が、この横方向の圧縮空気Ａが筒体71の内面に当るた
め、掘削孔151に当ることがなく、横方向の圧縮空気Ａ
の力を土の分解に有効に作用させることができる。この
ような掘削により、この例では、軽い方から、腐植土、
シルト、高濃度茶褐色水、細砂の順に排土された。細砂
の排土を目視により確認した後、図１２に示すように、
圧縮空気Ａの供給を停止し、圧縮水Ｗのみの噴射を継続
した。尚、二重管51の押込み作業において、杭挟持体22
を最下部まで降下したら、杭挟持体22による挟持を解除
し、杭固定手段25により二重管51を挟持固定し、杭挟持
体22をリーダ５の最上部まで昇降した後、杭挟持体22に
より二重管51を挟持し、杭固定手段25による二重管51の
挟持を解除して、再び杭挟持手段22を降下することによ
り二重管51を押込むことができる。さらに、リーダ昇降
手段たるスライドシリンダ15により、リーダ15を昇降し
て二重管51を圧入・引き抜きすることができる。また、
ノズル56，57から圧縮水Ｗと圧縮空気Ａを噴射をすれ
ば、これらの噴射により二重管51の下方が掘削されるた
め、二重管51を回転せずに圧入することができるが、回
転駆動手段24により二重管51の回転を掘削孔151の設計
深さまで継続するようにしてもよく、ビット装置75の回
転駆動により補助的に掘削効率を高めることができ、ま
た、ビット装置75が回転すると、連結部72，72Ａ，73，
73Ａとビット体74，74Ａ，74Ｂ，74Ｃにより掘削孔151
内の水と泡等を攪拌して土の分解作用が得られる。

【００４１】次に、二重管51の引き上げ時における中詰
め材の投入作業について説明すると、設計深さ（最深
部）まで二重管51を押込んだら、二重管51の回転駆動を
停止する。そして、図６に示すように、車体２の収納部
31に、中詰め材たる砕石153を収納しておき、投入時に
は、ベルトコンベア32を駆動により投入口34から掘削孔
151の開口部151Ａに、砕石153を該砕石153の沈下速度に
合わせて供給する。この場合、ベルトコンベア32の駆動
速度を調整することにより砕石153の供給量を調整でき
る。そして、図１２及び図１３に示すように、掘削孔15
1内に供給された砕石153は、上昇水流に係わらず、二重
管151の外周に沿って沈下し、掘削孔151の底部に堆積
し、圧縮水Ｗにより水締めされる。尚、この場合、高圧
水Ｗの影響を受けない比重の重たい既設地中の土粒子も
掘削孔151の底部に堆積する。さらに、砕石153の投入に
合わせて、すなわち掘削孔151内の砕石153の上面153Ａ
の高さに合わせるようにして二重管51を上下運動しなが
ら引上げる。この場合、二重管51の上下運動により砕石
上面53Ａの高さを確認し、昇降手段23を駆動して二重管
51及びビット装置75により、砕石上面153Ａに、１０ト
ン程度の加圧を掛けて点圧締め固めを行うことが好まし
い。点圧締め固めを行う際には、二重管51の下端が砕石
上面153Ａに当たれば、杭挟持体22の下方への加圧力が
変わるから、当たった位置を自走式車両１の装置により
確認できる。例えば、杭挟持体22を昇降する昇降手段23
に二重管51から加わる反力を測定する手段を設けること
ができる。そして、一例として、砕石153を投入しつ
つ、二重管51を所定の長さだけ、例えば６０ｃｍ程度引
き上げたら、この位置で下方に向かって、所定のストロ
ークＳ、例えば１ｍのストロークＳで複数回上下動さ
せ、砕石上面153Ａを叩く、あるいは砕石上面153Ａから
その下方に二重管51とビット装置75の下端を圧入するよ
うにして締め固めを行う。この場合、砕石153中に、二
重管51とビット装置75を圧入することにより、この圧入
力が周囲の土質の締め固め力（図１３に矢印Ｙ´で示
す。）として働く。尚、後述する第２実施例により、地
下水位の高い箇所における二重管51の圧入においては、
圧縮水Ｗと圧縮空気Ａの噴射により、ノズル26，27の下
端部周囲に圧縮水Ｗの噴射により負圧が発生し、この負
圧により掘削孔151の内壁部から土粒子の間隙水が吸引
され、同時に吸引された土粒子に対して上方から土圧荷
重が加わり、掘削孔151の周囲が圧密される。

【００４２】そして、上述した工程を繰り返し、二重管
51を序々に引上げ、掘削孔151の開口部151Ａから、固結
可能な土粒子（この実験の場合は砂である）が排出され
始めたら、圧縮水Ｗの噴射圧又は噴射量を弱め、さら
に、二重管51の引上げと上下運度を繰り返して投入した
砕石153を叩きながら二重管51を引く抜き、二重管51を
所定位置まで引き抜いたら、砕石153の供給を停止し、
地中の固結可能な土粒子を締め固める。これにより、掘
削孔151の上部を除いて、下部には圧密石柱154、上部に
は圧密砂柱155が形成される。すなわち、引き抜きの途
中で、圧縮水Ｗの噴射圧または噴射量を弱めることによ
り、地中の固結可能な土粒子を地表面152に排土するこ
となく利用でき、その固結可能な土粒子である砂は前記
供給した砕石153より比重が軽いから、掘削孔151中にお
いて砕石上面153Ａより上方にあり、その固結可能な土
粒子により圧密砂柱155を形成できる。

【００４３】一方、掘削孔151全体を圧密石柱155にする
には、圧縮水Ｗの噴射を弱めることなく、ベルトコンベ
ア32により砕石153を供給し続け、地中に含まれる固結
可能な土粒子（この例では砂）を上昇水流と共に地表面
152に排土することにより、図１５に示すように、掘削
孔151のほぼ全てが供給した砕石153からなる圧密石柱15
4とすることができる。

【００４４】上記の実験例３，４の結果から以下のこと
が分かった。この工法はほぼ全ての土質、土層の軟弱地
盤に施工可能である。また、点圧加重の調整により、必
要加重支持力柱の支持力を調整することができる。さら
に、支持杭の深さを任意に設定でき、すなわち、支持杭
の深さが支持層まで達しない深さである場合は、砕石を
供給して支持杭を形成できる。また、現状地層の加重支
持土質として不適当な土粒子のみを排土でき、現状地層
に含まれる締め固め土質として適当な土粒子を圧密し再
利用が可能であるから、供給する砕石を節約できる。さ
らに、中詰め材は、砕石、砂利、砂の他、コンクリート
を粉砕したコンクリート砕等の固結可能な土粒子を用い
ることができるから、コンクリート砕等を用いれば建設
廃材の再利用が可能となる。このように使用する材料が
安価であり、特別な装置を用いる必要もないから、施工
コストも安価となる。しかも、水と空気を用いるから薬
剤等が不要である。さらに、小規模器材での施工も可能
であり、特殊機械が不要で、従来から用いられている杭
打機、あるいはバックホータイプの掘削機でも施工が可
能である。

【００４５】また、二重管51を引き抜く際に該二重管51
を上下動し、二重管51により掘削孔151内の砕石153を叩
く工法であるから、砕石153を叩くことにより、より一
層砕石153が圧密されると共に、砕石153の周囲の土質を
締め固めることができる。さらに、微細粒子を排出した
後、圧縮水Ｗの噴射圧を下げる工法であるから、圧縮水
Ｗの噴射圧を下げることにより、地中の固結可能な土粒
子を地表面152に排土することがなく、その土粒子を締
め固めて掘削孔151中に圧密柱を形成することができ、
投入する砕石153などの材料費を削減することができ
る。また、このように圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとを同時に
噴射する方法において、圧縮水用ノズル56を圧縮空気用
ノズル57の上方に設けているから、圧縮水Ｗより低圧な
圧縮空気Ａを良好に噴射することができる。そして、圧
縮水用ノズル56から噴射された圧縮水Ｗは、その噴射口
81が圧縮空気用ノズル57より細いため、圧縮空気用ノズ
ル57内の通路87の中央側を通って外部に噴射され、同時
に圧縮空気路55から案内空気路45を通って通路87内に圧
縮空気Ａが流れ込み、この圧縮空気Ａはテーパ状の圧縮
空気路85により通路87の中央側に案内され、この中央側
を流れる圧縮水Ａと一部が効率良く混合すると共に、前
記圧縮水Ｗの流れにより周囲の圧縮空気Ａが引っ張られ
るようにして圧縮空気用ノズル57の噴射口86から噴射さ
れ、掘削孔151の底部まで効率良く供給される。

【００４６】このように本実施例では、請求項１に対応
して、二重管51の下端に圧縮水Ｗを噴射する圧縮水用ノ
ズル56と圧縮空気Ｗを噴射する圧縮空気用ノズル57とを
設け、それらノズル56，57から圧縮水Ｗと圧縮空気Ａと
を噴射して地中に所定深さまで打ち込んで、掘削孔151
を形成し、圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとの噴射により地中の
微細粒子を二重管51に沿って上昇させると共に、地表面
152に排出し、この微細粒子を排出した後、圧縮空気Ｗ
の噴射を停止又は噴射圧を下げ、二重管51を引き抜くと
共に、この引き抜き時に掘削孔51内に中詰め材たる砕石
153を投入する地盤改良装置において、自走式車両１
に、リーダ５と、このリーダ５に沿って昇降可能に設け
られた杭挟持体22と、中詰め材たる砕石153を収納する
収納部31と、この収納部31の砕石153を掘削孔151に投入
する投入装置35とを設けたから、自走式車両１により施
工位置まで移動し、二重管51を杭挟持体22により挟持
し、該杭挟持体22をリーダ５に沿って下降して二重管51
を圧入し、この圧入時に、下方に向かって噴射した圧縮
空気Ａと圧縮水Ｗとにより、下方の掘削孔151におい
て、土粒子（土塊）の攪拌が行われ、圧縮空気Ｗが泡ａ
となって上昇する際に土粒子を揺動して分解が行われ、
これにより分解した微細粒子たる水溶性微細粒子が上昇
水流と泡の上昇に伴うリフトアップ効果によりに地表面
52に効率よく排土される。そして、杭挟持体22をリーダ
５に沿って上昇することにより、二重管51を引き抜き、
この引き抜き時に、自走式車両１の収納部31に収納した
砕石153を、ベルトコンベア32より掘削孔151内に投入
し、この掘削孔151内に投入した砕石153を圧縮水Ｗによ
り水締めして圧密柱を形成することができる。そして、
砕石153を投入後は、砕石153が攪拌されない程度なら圧
縮空気Ａの噴射を継続できるから、圧縮空気Ａの噴射圧
を下げるようにしても同様に圧密柱を形成することがで
き、特に、掘削孔151の全てを砕石153による圧密石柱15
4にする場合に有効である。

【００４７】また、このように本実施例では、請求項２
に対応して、投入装置35は、投入口34側を低くして傾斜
した投入路33と、この投入路33に中詰め材たる砕石153
を送る送り装置たるベルトコンベア32とを備えるから、
投入路33に砕石153を送ってやれば、傾斜した投入路33
により、砕石153が投入口34から掘削孔151内に投入さ
れ、リーダ５が邪魔にならず直接掘削孔151に、車体２
から砕石153を投入できる。

【００４８】また、このように本実施例では、請求項３
に対応して、杭たる二重管51の先端側に、該二重管51を
中心として掘削孔151に対応すると共に先端と基端とが
開口した筒体71を設けたから、筒体71が掘削孔151の内
面に当り、掘削孔151を筒体71の外形形状に合わせて仕
上げることができる。尚、掘削孔151内の中詰め材を打
撃する場合、該筒体71によりその打撃効率をも向上する
ことができる。

【００４９】さらに、このように本実施例では、請求項
４に対応して、筒体71内に空気を噴射する空気噴射口76
を、二重管51に設けたから、筒体71内に空気を噴射する
ことにより、筒体71内に位置する複数の空気噴射口76か
ら圧縮空気Ａが噴射され、筒体71内においても、圧縮空
気Ａによる攪拌作用が発生する。

【００５０】さらに、このように本実施例では、請求項
５に対応して、前記杭がロッドたる二重管51であり、先
端側で筒体71と杭たる二重管51とを連結する先端側連結
部72，72Ａに掘削用のビット体74，74Ａ，74Ｂ，74Ｃを
設け、杭挟持体22に二重管51を回転する回転駆動手段24
を備えるものであるから、ロッドたる二重管51を回転し
て先端側のビット体74，74Ａ，74Ｂ，74Ｃにより掘削を
行うことにより、掘削効率を向上することができる。

【００５１】また、このように本実施例では、請求項６
に対応して、リーダ５が起伏可能で且つ長さ方向に移動
可能に自走式車両１に設けられているから、リーダ５を
使用時には立て、収納時には倒すことにより、自走式車
両１の移動が容易となる。また、リーダ５自体を長さ方
向に移動することにより、二重管51を圧入・引き抜きで
きるから、その移動分だけリーダ５の長さを短くでき
る。

【００５２】そして、自動式車両１は無限軌道３を備え
るから、従来の固定式の装置に比べて、現場内を機械移
動で自走でき、起動力を大幅にアップできる。また、自
走式車両１は中詰め材を収納部31に搭載可能であるか
ら、施工時にバックホーなどの投入装置を必要とせず、
狭い場所でも効率よく、中詰め材を投入でき、且つ、リ
ーダ５の下部まで伸びる投入路33により掘削孔151に確
実に供給でき、中詰め材における材料の無駄もない。ま
た、リーダ昇降手段たるスライドシリンダ15を備えるか
ら、該スライドシリンダ15によりリーダ５を昇降するこ
とによっても杭を圧入・引き抜きできるから、その昇降
分だけリーダ５の長さを短くでき、また、リーダ５の収
納、すなわち図１の鎖線に示す位置では、スライドシリ
ンダ15によりリーダ５を前後させることにより、収納状
態のリーダ５を含めた車体２の長さを押えることがで
き、自走式車両１の移動が容易になる。さらに、ビット
装置75には外周同一位置にビット体74，74Ｃを設け、こ
れらと異なる位置にビット装置74Ａ，74Ｂを設けたか
ら、均一な掘削を行うことができる。

【００５３】他の実験例また、他の現地実験を行い、水位の低い砂質層への打ち
込みを行ったが、この場合は、圧縮水Ｗの噴射圧は、比
較的低圧な７０kg／cm² 前後で、大水量がよく、施工の
際には、掘削孔151の開口部151Ａからでる水及び空気の
状態を確認しながら、自走式車両１による二重管51の地
中への圧入を行う。この場合、所定深さまで二重管51を
回転して圧入し、この後、二重管51を回転せずに、圧縮
水Ｗと圧縮空気Ａの噴射だけで圧入を試みたが、圧縮水
の噴射圧を上記より高圧にすると、二重管51の圧入が不
可能となり、これは、圧縮水の噴射が高いため、二重管
51の下方の掘削孔151の深さが極端に深くなり圧縮水が
砂層に吸収されるためであると思われる。さらに、他の
実験で、水位の高い砂質層への打ち込みを行ったが、こ
の場合は、圧縮水Ｗの噴射圧は、１１０kg／cm²前後
で、大水量がよいことが分かった。いずれも、二重管51
の回転によりビット装置75により掘削を行うことによ
り、圧縮水Ｗと圧縮空気Ａの噴射だけで行う場合より、
圧入作業を短時間で行うことができた。

【００５４】図１６〜図２２は本発明の第２実施例を示
し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳
細な説明を省略して詳述すると、この実施例は、本願の
請求項４を詳細に説明する例であり、まず、上記第１実
施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省
略して詳述する。

【００５５】図１６に示すように、前記水槽91における
前記二重管103の実験において、あらかじめ水槽91に水
を供給しておき、水位Ｈとする。前記図１０と同様に圧
縮空気と圧縮水とを噴射しながら、実験を行った。この
場合、圧縮空気の噴射量を圧縮水の噴射量より多く設定
すると共に、圧縮水の噴射速度を大きく設定した。そし
て、前記二重管103の先端を前記層97内にほぼ垂直に挿
入し、二重管103を除々に押し込んでいくと、それぞれ
の位置において二重管103の下方に形成されたフラスコ
状掘削孔98には、噴射した圧縮空気が溜り、この空気が
溜まったフラスコ状掘削孔98に圧縮水を下方に向って比
較的高速で噴射することにより、二重杆103の下端部周
囲に負圧が発生し、この負圧により掘削孔98内壁面の土
粒子成分の間隙水が掘削孔98の内部に吸引され、同時に
上方からの土圧荷重により間隙水のなくなった上方の土
粒子が下方の土粒子に結合し、図１６に示すように、粘
土92、細砂93、中砂94、粗砂95、小砂利96の上部にすり
鉢状の窪み93Ａ，94Ａ，95Ａ，96Ａが形成された。

【００５６】このようにフラスコ状の掘削孔98に、圧縮
水Ｗと圧縮空気Ａとを連続噴射すると、フラスコ状掘削
孔98内の土粒子を攪拌した空気が、上方に浮上すること
により泡が溜まった空気溜まりが発生し、ここに圧縮空
気が高速で噴射されることにより二重管103の下端部周
辺に201に負圧域が発生し、この負圧により一点鎖線の
矢印Ｙに示すように、掘削孔98内壁部の土粒子の間隙水
が吸引される。

【００５７】上記の水槽実験を現場で確認するため、現
場での実験を行った。実験を行った現場は、腐植土を含
む軟弱地盤であり、地下水位がＧＬ（地表面）から１．
２ｍ、ＧＬから２ｍまでが埋め立て表土、２〜４ｍまで
がＮ値5以下の腐植土、４〜７ｍまでがＮ値２０以下の
シルト混じり細砂、７〜１３ｍまでがＮ値２０の細砂、
１３〜１４ｍがＮ値３５の中砂、１４ｍ以下がＮ値５０
の中砂であった。

【００５８】まず、上記図１〜図６に示した装置を用い
て二重管51を地中に圧入し、この実験では、所定深さま
で二重管51を回転し、ビット装置75により掘削を行った
後、ビット装置75を回転させながら、圧縮空気を噴射す
ることなく、圧縮水Ｗのみを噴射しながら掘削を行い、
深さ１４ｍまで二重管51を打ち込んだ。二重管51が１４
ｍまで達したら、二重管51の回転と圧縮水Ｗの噴射を中
止し、二重管51の地表面152周囲を観察したところ、掘
削孔151から水と共に排出された腐食土、シルト、細砂
などが掘削孔151の地表面152の周囲に堆積していた。こ
の実験では二重管51の地表面152周囲の陥没は僅かであ
った。

【００５９】実験例５図１７ないし図２２を参照して説明する。自走式車両１
により、二重管51を地中に圧入し、同時にノズル56，57
から圧縮水Ｗと圧縮空気Ａを噴射し、図１７に示すよう
に、掘削を行う。この実験例では、圧縮水Ｗを１００〜
１５０ｋｇｆ/ｍ²の圧力で、３５０ｌ/分（毎分３５０
リッター）で噴射し、圧縮空気Ａを７〜８ｋｇｆ/ｍ²の
圧力で、圧縮空気用ノズル56から１５００〜２０００ｌ
/分で噴射した。この圧縮水Ｗと圧縮空気Ａの噴射によ
り、二重管51の下方には底部が広いフラスコ状の掘削孔
151が形成され（上記水槽91を用いた実験例により確
認）、二重管51下方のフラスコ状の掘削孔151内におい
ては、圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとにより土粒子攪拌作用が
発生し、その攪拌作用により既設土粒子構成（土の塊）
を分解し、分解された比重の軽い水溶性微細土粒子が、
二重管51の外面に沿って、上昇水流と空気のリフトアッ
プ作用により、水と共に地表面152に排土される。同時
に、図１７に示すように、空気噴射口76から筒体71内に
噴射した圧縮空気Ａにより、前記分解作用とリフトアッ
プ作用が得られる。また、掘削孔51下方のフラスコ状の
掘削孔151に圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとを同時に連続噴射
するため、フラスコ状の掘削孔151において、掘削孔151
の底部まで達した空気は上述したように土粒子を攪拌
し、上方に浮上してノズル56，57の下端部周囲に負圧域
161が発生し、この負圧により負圧域161に近接する掘削
孔151の内壁部151Ｎの土粒子から、矢印Ｙに示すように
間隙水が吸引され、同時に上方からの土圧荷重により該
内壁部151Ｎが圧密され、二重管51が打ち込まれるに連
れてノズル56，57の下端部周囲に対応した内壁部151Ｎ
が圧密される。そして、二重管51を打ち込むに連れて掘
削孔151の内壁部151Ｎが圧密され、図１７で、仮想圧密
境界線Ｋの上方では、細かいハッチングに示すように、
内壁面151Ｎの土粒子の圧密がなされ、仮想圧密境界線
Ｋの下方の粗いハッチングは圧密前の状態を示す。ま
た、矢印Ｙに示すようにフラスコ状の掘削孔151の上部
で間隙水の吸引が行われても、仮想圧密境界線Ｋの上部
の掘削孔151に内面には筒部71があるため、この部分か
ら掘削孔151の内壁部151Ｎが崩れることを防止できる。
そして、内壁部151Ｎから掘削孔151の内部に吸引された
間隙水は、噴射推力の減衰した圧縮水Ｗと共に、二重管
51の周囲を伝わって地表面152に排出され、この排出さ
れた水には、腐植土、シルト、高濃度茶褐色水、細砂等
が含まれる。そして、二重管51を所定深さである１４ｍ
まで打ち込んだら、圧縮空気Ａの供給を停止し、圧縮水
Ｗのみの噴射を継続するが、この圧縮水Ｗの圧力を掘削
孔151が崩壊しない程度に下げる。このようにして二重
管51の圧入が完了すると、図１８に示すように、地表面
152には二重管51の周囲直径略２ｍに渡りすり鉢状に陥
没部162が形成され、その周囲略直径４ｍに渡り腐食
土、シルト等の排出堆積物163が堆積されたのが確認さ
れた。

【００６０】二重管51を最深部まで圧入した後、上述し
たように圧縮空気Ａの噴射を停止すると共に、圧縮水Ｗ
の圧力を下げることにより、二重管51の下方におけるフ
ラスコ状の掘削孔151内における土粒子攪拌作用が低下
し、圧縮水Ｗの影響を受けない比重の重たい既設地中の
固結可能な土粒子が掘削孔151の底部に堆積する。そし
て、第１実施例と同様に、この堆積した既設地中の堆積
土粒子163を二重管51とビット装置75により叩き、ある
いは堆積土粒子163内に二重管51とビット装置75を圧入
して締め固めを行い、固結可能な堆積土粒子163により
下部圧密柱164を形成する。このようにして締め固める
ことにより、下部圧密柱164の周囲の内壁部151Ｎが、一
層圧密される。尚、実験で、前記下部圧密柱164に他の
杭（図示せず）を打ち込んで、締め固め有効土質の圧密
を確認した。そして、前記排出堆積物163の分と堆積土
粒子163を締め固めた分だけ、掘削孔151の上部は空洞と
なる。そこで、地表面152から掘削孔151の開口部151Ａ
に、投入装置35により、砕石153を該砕石153の沈下速度
に合わせて供給し、供給された砕石53は、上昇水流に係
わらず、二重管51の外周に沿って沈下し、前記下部圧密
柱164の上に堆積し、圧縮水Ｗにより水締めされる。さ
らに、砕石153の投入に合わせて、すなわち掘削孔151内
の砕石153の上面153Ａの高さに合わせるようにして二重
管51を上下運動しながら引上げる。この場合、二重管51
の上下運動により砕石上面153Ａの高さを確認し、砕石
上面153Ａに二重管51により自走式車両１により１０ト
ン程度の加圧を掛けて点圧締め固めを行うことが好まし
い。点圧締め固めを行う際には、二重筒51の下端が砕石
上面153Ａに当たれば、自走式車両１の下方への加圧力
が変わるから、当たった位置を装置により確認できる。
一例として、砕石53を投入しつつ、鋼矢板11を所定の長
さだけ、例えば６０ｃｍ程度引き上げたら、この位置で
下方に向かって、所定のストロークＳ、例えば１ｍのス
トロークＳで複数回上下動させ、砕石上面153Ａを叩
く、あるいは砕石上面153Ａからその下方に二重管51と
ビット装置75の下端を圧入するようにして締め固めを行
う。この場合、掘削孔151の内壁部151Ｎは上述したよう
に圧密されており、さらに、砕石153中に二重管51とビ
ット装置75を圧入することにより、この圧入力が周囲の
土質の締め固め力（図１３に矢印Ｙ´で示す。）として
働く。

【００６１】このようにして、二重管51の引上げと上下
運度を繰り返して投入した砕石153を叩きながら二重管5
1を引き抜き、図２１に示すように、地表面152まで投入
した砕石153による上部圧密柱165を形成する。

【００６２】一方、第１実施例と同様に圧縮水Ｗの圧力
を下げることなく、上述した工程を行えば、図２２に示
すように、下部に砕石153による圧密柱165、この上部に
固結可能な土粒子成分による圧密柱164を形成すること
ができる。尚、上下の圧密柱は堆積土粒子163と砕石153
とが完全に分離するわけではなく、一部が混合状態とな
る。

【００６３】さらに、掘削孔151全体を砕石153による圧
密柱165にするには、圧縮水Ｗの噴射を弱めることなく
噴射を続けながら、開口部151Ａから砕石153を供給し続
け、供給した砕石153の堆積分の土粒子を上昇水流によ
り排土しながら、上述した二重管51の下端による点圧締
め固めを繰り返し、除々に二重管51を引抜き、最終的に
地表面152まで砕石153を点圧充填することにより、全砕
石柱による圧密柱164を得ることができる。

【００６４】上記のことから以下のことが分かった。こ
の工法では、薬品、固結材を使用せず、水と空気を利用
するため、施工後、汚染やそれらの消費をすることな
く、地盤改良を行うことができる。また、圧縮水供給装
置たる高圧ポンプ61や圧縮空気供給装置たるエアーコン
プレッサ64の能力や、これらによる圧力及び流量を調節
することにより、掘削孔直径の選定と深さとを任意に設
定し、地盤改良を行うことができ、一般に、圧縮空気Ａ
を圧力と流量を大きくすれば、掘削孔の直径を大きくす
ることができる。また、施工工程が単純であるから、施
工スピードが速い。さらに、現状地層の締め固め土質と
して有効な土粒子を圧密して再利用するため、搬入土な
どの充填材料を節約できる。さらに、排土が少なく済
む。また、施工も全ての土質、土層の軟弱地盤に施工で
きる。さらに、充填材料は、砕石、砂利、砂のほかに
も、コンクリートを砕いたコンクリート砕も使用でき、
建築廃材の廃材利用が可能となり、材料費の安価とな
る。

【００６５】そして、この例では、杭たる二重管51の打
ち込み中に、圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとの噴射により二重
管51の回りの掘削孔151の内壁部151Ｎから間隙水を負圧
吸引する工法であるから、圧縮空気Ａの噴射により二重
管51の下方には空気が溜まっており、ここに向って圧縮
水Ａを噴射すると、圧縮水Ｗの噴射位置下方に負圧が発
生し、この負圧により掘削孔151の内壁面151Ｎを構成す
る土粒子の間隙水が吸引され、同時に上方からの土圧荷
重により掘削孔151の内壁部151Ｎを圧密化することがで
き、この内壁部151Ｎを圧密した内部に圧密柱を形成す
ることにより、効率よく地盤改良を行うことができる。
また、圧縮水Ｗを１００〜１５０ｋｇｆ/ｍ²の比較的高
圧で噴射し、かつ圧縮空気Ａを圧縮水Ｗの略４〜６倍の
噴射量で噴射することにより、圧縮水用ノズル56の下方
に空気溜まり雰囲気を形成し、この空気溜まり雰囲気に
高圧な圧縮水Ｗを噴射することにより、内壁部から間隙
水を吸引する負圧が効果的に得られる。

【００６６】図２３ないし図２７は、本発明の第３実施
例を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、
その詳細な説明を省略して詳述する。

【００６７】この例では、含水量の多い砂質軟弱地盤に
本発明を適用した例であり、前記砂質軟弱地盤は、砂を
主とした地盤である。リーダ５を備えた自走式車両１に
より、二重筒51を回転しながら所定深さまで地中に圧入
し、所定深さに達した後、ノズル56，57から圧縮水Ｗと
圧縮空気Ａを噴射し、図２３に示すように、掘削を行
う。この実験例では、圧縮水Ｗを１００〜１５０ｋｇｆ
/ｍ²の圧力で、３５０ｌ/分（毎分３５０リッター）で
噴射し、圧縮空気Ａを７〜８ｋｇｆ/ｍ2の圧力で、１５
００〜２０００ｌ/分で噴射した。この圧縮水Ｗと圧縮
空気Ａの噴射により、二重管51の下方には底部が広いフ
ラスコ状の掘削孔151が形成され（上記水槽91を用いた
実験例により確認）、二重管51の下方のフラスコ状の掘
削孔151内においては、圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとにより
土粒子攪拌作用が発生し、その攪拌作用により砂を主と
した既設土粒子構成（土の塊）を分解し、分解された比
重の軽い水溶性微細土粒子が、二重管51の外面に沿っ
て、上昇水流と空気のリフトアップ作用により、水と共
に地表面152に排土される。尚、先端から圧縮空気Ａを
噴射すると同時に、図２３に示すように、空気噴射口76
から筒体71内に圧縮空気が噴射される。尚、この例の砂
質軟弱地盤では、水溶性微細土粒子は少なく、排土され
る量は僅かである。また、二重管51の下方のフラスコ状
の掘削孔151に圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとを同時に連続噴
射するため、フラスコ状の掘削孔151において、掘削孔1
51の底部まで達した空気は上述したように土粒子を攪拌
し、上方に浮上してノズル56，57の下端部周囲に負圧域
161が発生し、この負圧により負圧域161に近接する掘削
孔151の内壁部51Ｎの土粒子から、矢印Ｙに示すように
間隙水が吸引され、同時に上方からの土圧荷重により該
内壁部151Ｎが圧密され、二重管51が打ち込まれるに連
れてノズル56，57の下端部周囲に対応した内壁部151Ｎ
が圧密される。そして、二重管51を打ち込むに連れて掘
削孔151の内壁部151Ｎが圧密され、含水率の多い砂質軟
弱地盤を締め固めることができる。また、内壁部151Ｎ
から掘削孔151の内部に吸引された間隙水は、噴射推力
の減衰した圧縮水Ｗと共に、二重管51の周囲を伝わって
地表面52に排出される。そして、二重管51を所定深さま
で打ち込んだら、圧縮空気Ａの供給を停止し、圧縮水Ｗ
のみの噴射を継続するが、この圧縮水Ｗの圧力を掘削孔
151が崩壊しない程度に下げる。この場合、二重管51
は、砂質層の設計支持力が満たされる程度の深さまで打
ち込む。このようにして二重管51の圧入が完了すると、
図２３に示すように、地表面152には二重管51の周囲に
渡りすり鉢状に陥没部162が形成される。

【００６８】二重管51を最深部まで圧入した後、上述し
たように圧縮空気Ａの噴射を停止すると共に、圧縮水Ｗ
の圧力を下げることにより、二重管51の下方におけるフ
ラスコ状の掘削孔151内における土粒子攪拌作用が低下
し、圧縮水Ｗの影響を受けない比重の重たい既設地中の
固結可能な土粒子が掘削孔151の底部に堆積する。そし
て、第１実施例と同様に、この堆積した既設地中の堆積
土粒子163を二重管51とビット装置75により叩き、ある
いは堆積土粒子163内に二重管51とビット装置75を圧入
して締め固めを行い、固結可能な堆積土粒子163により
下部圧密柱164を形成する。そして、この例では堆積土
粒子163は砂が主となる。このようにして締め固めるこ
とにより、下部圧密柱164の周囲の内壁部151Ｎが、一層
圧密される。そして、この例では、固結できない水溶性
微細粒子は少ないから、図２５に示すように、吸引され
た間隙水と圧密された分だけ掘削孔151の上部が空洞と
なる。また、図２５に示すように、砂質軟弱地盤の地表
面152に複数の掘削孔151を形成し、例えば図２７の平面
図に示すように前後左右等間隔に掘削孔151を形成し、
図２６に示すように、前記掘削孔１51の上部に中詰め材
として砂や土などの表土材166を充填すると共に、地表
面152を砂や土などの表土材166により覆う。

【００６９】このように本実施例では、前後左右等間隔
に掘削孔151を形成して地盤改良を行っており、その掘
削孔151を自走式車両１に搭載した装置により行い、自
走式車両１は走行手段を有するから、固定式の杭圧入装
置などに比べて機動力に優れ、複数の掘削孔151を効率
よく施工することができる。

【００７０】そして、このように二重管51の打ち込み中
に、圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとの噴射により二重管51の回
りの掘削孔151の内壁部151Ｎから間隙水を負圧吸引する
工法であるから、圧縮空気Ａの噴射により二重管51の下
方には空気が溜まっており、ここに向って圧縮水Ａを噴
射すると、圧縮水Ｗの噴射位置下方に負圧が発生し、こ
の負圧により掘削孔151の内壁面151Ｎを構成する土粒子
の間隙水が吸引され、同時に上方からの土圧荷重により
掘削孔51の内壁部51Ｎを圧密化することができ、この内
壁部51Ｎを圧密した内部に圧密柱を形成することによ
り、効率よく地盤改良を行うことができる。また、特に
この例では、含水量の多い砂質軟弱路盤で、間隙水を吸
引することにより、砂質層の土粒子含水率を低下させ、
地震などの液状化防止に有効となる。また、砂質層を主
とした砂質軟弱地盤の施工を行うことにより、中詰め材
である表土材166の使用量が少なく済む。また、掘削孔1
51を多数形成することにより、一層安定した地盤改良が
可能となる。

【００７１】図２８は本発明の第４実施例を示し、上記
各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明
を省略して詳述すると、この例では、二重管51には空気
噴射口76を設けずに、該二重管51の外面に空気噴出管17
1を一体に設け、この空気噴出管171は先端が閉塞し、こ
の杭の一部を構成する空気噴出管171に、筒体71内に空
気を噴射する空気噴射口76Ａを設けている。そして、前
記エアーコンプレッサ64と別個の圧縮空気供給手段によ
って地上より圧縮空気が送り込まれ、前記空気噴射口76
Ａから圧縮空気が噴射され、このように圧縮空気用ノズ
ル57から噴射する圧縮空気Ａと、空気噴射口76Ａから噴
射する圧縮空気Ａとを別々に制御することができる。

【００７２】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施
が可能である。例えば、走行手段は無限軌道に限らず車
輪などでもよい。また、昇降手段も杭挟持体をリーダに
沿って移動するものであれば各種のものを用いることが
できる。さらに、送り手段は、ベルトコンベアに限ら
ず、スクリューコンベヤやプッシャなどもよい。また、
中詰め材は砕石に限らず、砂利や砂でも良く、要は加重
支持材料であれば良い。また、実施例では、二重管を用
いたが、圧縮水と圧縮空気とをそれぞれ別の管により供
給するようにしてもよい。さらに、各実施例において、
図２７に示したように、掘削孔を複数形成すれば、一層
安定した地盤改良が可能となる。

【００７３】

【発明の効果】請求項１の地盤改良装置は、杭の下端に
圧縮水を噴射する圧縮水用ノズルと圧縮空気を噴射する
圧縮空気用ノズルとを設け、それらノズルから圧縮水と
圧縮空気とを噴射して地中に所定深さまで打ち込んで掘
削孔を形成し、前記圧縮水と圧縮空気との噴射により地
中の微細粒子を前記杭に沿って上昇させると共に、地表
に排出し、この微細粒子を排出した後、前記圧縮空気の
噴射を停止又は噴射圧を下げ、前記杭を引き抜くと共
に、この引き抜き時に掘削孔内に中詰め材を投入する地
盤改良装置において、自走式車両に、リーダと、このリ
ーダに沿って昇降可能に設けられた杭挟持体と、前記中
詰め材を収納する収納部と、この収納部の中詰め材を前
記掘削孔に投入する投入装置とを設けたものであり、硬
化材が不要で、加重支持土質に不向きな水溶性微細土粒
子等を良好に排出することができ、中詰め材を効率良く
締め固めることができる地盤改良装置を提供することが
できる。

【００７４】また、請求項２の地盤改良装置は、前記投
入装置は、投入口側を低くして傾斜した投入路と、この
投入路に前記中詰め材を送る送り装置とを備えるもので
あり、硬化材が不要で、加重支持土質に不向きな水溶性
微細土粒子等を良好に排出することができ、中詰め材を
効率良く締め固めることができる地盤改良装置を提供す
ることができる。

【００７５】また、請求項３の地盤改良装置は、前記杭
の先端側に、該杭を中心として前記掘削孔に対応すると
共に先端と基端とが開口した筒体を設けたものであり、
硬化材が不要で、加重支持土質に不向きな水溶性微細土
粒子等を良好に排出することができ、中詰め材を効率良
く締め固めることができる地盤改良装置を提供すること
ができる。

【００７６】さらに、請求項４の地盤改良装置は、前記
筒体内に空気を噴射する空気噴射口を、前記杭に設けた
ものであり、硬化材が不要で、加重支持土質に不向きな
水溶性微細土粒子等を良好に排出することができ、中詰
め材を効率良く締め固めることができる地盤改良装置を
提供することができる。

【００７７】さらに、請求項５の地盤改良装置は、前記
杭がロッドであり、先端側で前記筒体と前記ロッドとを
連結する連結部に掘削用のビット体を設け、前記ロッド
を回転する回転駆動手段を備えるものであり、硬化材が
不要で、加重支持土質に不向きな水溶性微細土粒子等を
良好に排出することができ、中詰め材を効率良く締め固
めることができ、加えて、杭を効率よく押込むことがで
きる地盤改良装置を提供することができる。

【００７８】請求項６の地盤改良装置は、前記リーダが
前記起伏可能で且つ長さ方向に移動可能に前記自走式車
両に設けられているものであり、硬化材が不要で、加重
支持土質に不向きな水溶性微細土粒子等を良好に排出す
ることができ、中詰め材を効率良く締め固めることがで
きる地盤改良装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す一部を切り欠いた装
置の側面図である。

【図２】本発明の第１実施例を示す装置の正面図であ
る。

【図３】本発明の第１実施例を示すビット装置を設けた
杭の先端の断面図である。

【図４】本発明の第１実施例を示す図３のＡ−Ａ線断面
図である。

【図５】本発明の第１実施例を示す図３のＢ−Ｂ線断面
図である。

【図６】本発明の第１実施例を示す装置の使用状態の断
面図である。

【図７】本発明の第１実施例を示す両ノズルの断面図で
ある。

【図８】本発明の第１実施例を示す両ノズルの分解斜視
図である。

【図９】本発明の第１実施例を説明する水槽における実
験例の断面図であり、二重管の挿入前の状態を示す。

【図１０】本発明の第１実施例を説明する水槽における
実験例の断面図であり、二重管の挿入後の状態を示す。

【図１１】本発明の第１実施例を示す杭を圧入中の断面
図である。

【図１２】本発明の第１実施例を示し、圧縮空気の噴射
を停止し、中詰め材を叩く工程を説明する断面図であ
る。

【図１３】本発明の第１実施例を示し、杭の引き抜き工
程を説明する断面図である。

【図１４】本発明の第１実施例を示す圧密石柱と圧密砂
柱の断面図である。

【図１５】本発明の第１実施例を示す圧密石柱の断面図
である。

【図１６】本発明の第２実施例を示す水槽における実験
例の断面図であり、二重管の挿入後の状態を示す。

【図１７】本発明の第２実施例を示す杭を圧入中の断面
図である。

【図１８】本発明の第２実施例を示す最深部まで杭を圧
入し、圧縮空気の噴射を停止すると共に、圧縮水の噴射
圧を下げた状態の断面図である。

【図１９】本発明の第２実施例を示す杭を引き上げなが
ら固結可能な堆積土粒子を叩く工程を説明する断面図で
ある。

【図２０】本発明の第２実施例を示す杭を引き上げなが
ら投入した中詰め材を叩く工程を説明する断面図であ
る。

【図２１】本発明の第２実施例を示す施工後の圧密柱の
断面図であり、下部が堆積土粒子の圧密柱、上部が中詰
め材の圧密柱である。

【図２２】本発明の第２実施例を示す他の施工後の圧密
柱の断面図であり、下部が中詰め材の圧密柱、上部が堆
積土粒子の圧密柱である。

【図２３】本発明の第３実施例を示す最深部まで杭を圧
入し、圧縮空気の噴射を停止すると共に、圧縮水の噴射
圧を下げた状態の断面図である。

【図２４】本発明の第３実施例を示す杭を引き上げなが
ら固結可能な堆積土粒子を叩く工程を説明する断面図で
ある。

【図２５】本発明の第３実施例を示す施工後の圧密柱の
断面図である。

【図２６】本発明の第３実施例を示す表土材により元の
地表面を覆った状態の断面図である。

【図２７】本発明の第３実施例を示す地表面の平面図で
ある。

【図２８】本発明の第４実施例を示す杭の断面図であ
る。

【符号の説明】

１自走式車両３無限軌道（走行手段） 24 回転駆動手段 31 収納部 33 投入路 34 投入口 35 投入装置 51 二重管（杭・ロッド） 56 圧縮水用ノズル 57 圧縮空気用ノズル 71 筒体 76 空気噴射口 72，72Ａ先端側連結部 74，74Ａ，74Ｂ，74Ｃビット体 151 掘削孔 151Ｎ内壁部 152 地表面 153 砕石（中詰め材） 166 表土材（中詰め材）Ｗ圧縮水Ａ圧縮空気

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】杭の下端に圧縮水を噴射する圧縮水用ノ
ズルと圧縮空気を噴射する圧縮空気用ノズルとを設け、
それらノズルから圧縮水と圧縮空気とを噴射して地中に
所定深さまで打ち込んで掘削孔を形成し、前記圧縮水と
圧縮空気との噴射により地中の微細粒子を前記杭に沿っ
て上昇させると共に、地表に排出し、この微細粒子を排
出した後、前記圧縮空気の噴射を停止又は噴射圧を下
げ、前記杭を引き抜くと共に、この引き抜き時に掘削孔
内に中詰め材を投入する地盤改良装置において、自走式
車両に、リーダと、このリーダに沿って昇降可能に設け
られた杭挟持体と、前記中詰め材を収納する収納部と、
この収納部の中詰め材を前記掘削孔に投入する投入装置
とを設けたことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】前記投入装置は、投入口側を低くして傾
斜した投入路と、この投入路に前記中詰め材を送る送り
装置とを備えることを特徴とする請求項１記載の地盤改
良装置。
【請求項３】前記杭の先端側に、該杭を中心として前
記掘削孔に対応すると共に先端と基端とが開口した筒体
を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の地盤改
良装置。
【請求項４】前記筒体内に空気を噴射する空気噴射口
を、前記杭に設けたことを特徴とする請求項３記載の地
盤改良装置。
【請求項５】前記杭がロッドであり、先端側で前記筒
体と前記ロッドとを連結する連結部に掘削用のビット体
を設け、前記ロッドを回転する回転駆動手段を備えるこ
とを特徴とする請求項３又は４記載の地盤改良装置。
【請求項６】前記リーダが前記起伏可能で且つ長さ方
向に移動可能に前記自走式車両に設けられていることを
特徴とする請求項１記載の地盤地盤改良装置。