JP2009287338A - 地盤改良工法、およびそれに用いるキャップ部材 - Google Patents

Abstract

【課題】埋設された鋼管の上に構造物の基礎が設置されても、鋼管が柱状改良体の内部から下側に抜けてしまう事態が生じない実用的な地盤改良工法を提供する。
【解決手段】地盤改良工事に用いるキャップ部材１は、鋳鉄によって一体的に形成されており、有底円筒状の嵌合部の下端にドーナッツ板状の鍔部が設けられている。そして、嵌合部の上面の中央には、挿通穴４が穿設されている。当該キャップ部材１を用いて地盤改良工事を行う際には、地盤を掘削して縦穴を形成し、その縦穴内で、掘削した現状土中にセメントスラリーを加えて柱状改良体２４を造成し、その柱状改良体２４が固化する前に、柱状改良体２４中に鋼管１１を押し込むとともに、その鋼管１１の先端に、キャップ部材１を取り付ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、軟弱地盤を強い地盤に改良するための地盤改良工法、およびそれに用いるキャップ部材に関するものである。

軟弱な地盤を改良するための地盤改良工法として、特許文献１の如く、地盤をオーガーで掘削して縦穴を形成し、掘削した現状土にセメント系固化材を混合して改良土を生成し、改良土とセメントスラリーとを縦穴内でスクリューオーガーにより混練してスラリー状の湿式改良土を生成し、その湿式改良土中に鋼管を埋め込んだ後に湿式改良土を固化させることによって、地中に柱状改良体を造成する工法が知られている。また、改良された地盤において構造物（ビル、家屋、擁壁等）を建設する場合には、柱状改良体中に埋め込まれた鋼管の上に構造物の基礎が設置される。

特開２００３−３４６２号公報

しかしながら、上記した地盤改良工法においては、改良する地盤によっては、鋼管と柱状改良体との付着強度が必ずしも十分とは言えない場合があり、埋設された鋼管の上に構造物の基礎が設置されて、鋼管に構造物の荷重が集中すると、当該鋼管が柱状改良体の内部から下側に抜けてしまい、柱状改良体の上部の構造物が傾く、という事態が起こり得る。

本発明の目的は、上記従来の地盤改良工法の問題点を解消し、埋設された鋼管の上に構造物の基礎が設置されても、鋼管が柱状改良体の内部から下側に抜けてしまう事態が生じない実用的な地盤改良工法を提供することにある。

かかる本発明の内、請求項１に記載された発明は、回転体を地盤中に押し込むことにより地盤を円柱状に掘削、攪拌しながら、その掘削、攪拌中の現状土にセメントスラリーを加え、現状土とセメントスラリーとが混合されてなる円柱状の混合体を形成するとともに、その混合体の中央部に鋼管（鋼管杭を含む）を埋設し、混合体を鋼管とともに固化させることによって地盤中に柱状改良体を造成する地盤改良工法であって、前記鋼管の基端に、鋼管の直径よりも大きな直径を有するキャップ部材を載置することを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記キャップ部材が、逆向きの有底円筒状の嵌合部の下端にドーナッツ板状の鍔部を一体的に設けて、前記嵌合部の中央に挿通穴を穿設したものであり、前記嵌合部に、立設された鋼管の先端を挿通させた状態で、鋼管の上に載置されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、鋼管が先端に羽根を設けたものであることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１に記載された地盤改良工法に用いるキャップ部材であって、逆向きの有底円筒状の嵌合部の下端にドーナッツ板状の鍔部が設けられていることを特徴とするものである。

請求項１の地盤改良工法は、改良された地盤において鋼管の上に構造物の基礎が設置された際に、構造物の荷重をキャップ部材が広い面積で支えて柱状改良体の鋼管以外の部分にも伝播させるので、構造物の建設後に、鋼管のみに荷重が集中することによって鋼管が柱状改良体から抜けてしまう、という事態が生じない。

請求項２の地盤改良工法によれば、キャップ部材が逆向きの有底円筒状の嵌合部の内部に鋼管の先端を嵌め込んだ状態で鋼管の先端からずれないので、柱状改良体から鋼管が抜けてしまう事態を非常に高い精度で防止することができる。

請求項３の地盤改良工法によれば、柱状改良体の内部において、鋼管の先端の羽根が広い面積で改良体と接触し合った状態で固化するため、柱状改良体から鋼管が抜けてしまう事態を非常に高い精度で防止することができる。

請求項４のキャップ部材によれば、柱状改良体とキャップ部材とが一体となって上部の構造物の荷重が鋼管に集中する事態を防ぐため、強度が改良された地盤において鋼管が柱状改良体から抜けてしまうという事態を効果的に防止することが可能となる。

以下、本発明のキャップ部材、およびそのキャップ部材を利用した地盤改良工法について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係るキャップ部材を示したものである。キャップ部材１は、金属（鋳鉄）によって一体的に形成されており、直径約１３４ｍｍで高さ約１５０ｍｍの有底円筒状（上下逆向きの有底円筒状）の嵌合部２の基端に、外径約３００ｍｍで内径約１２５ｍｍのドーナッツ板状の鍔部３が設けられている。なお、嵌合部２、鍔部３とも、約４．５ｍｍの厚さを有している。そして、嵌合部２の上面の中央には、改良工事後の地盤上に構造物を建てる際に利用する直径約１０５．３ｍｍ（＝後述する鋼管１１の内径と同じ）の円形の挿通穴４が穿設されている。また、嵌合部２の下端際（下端から約５０ｍｍ上方の部分）には、嵌合部２の直径方向を貫くように、一対のネジ孔５，５が穿設されている。

また、図２は、地盤改良工法に利用する鋼管を示したものであり、鋼管１１は、管本体１２、バイト１３、螺旋翼１４によって構成されている。管本体１２は、鉄によって、外径約１１４．３ｍｍ、厚さ４．５ｍｍ、長さ６ｍの筒状に形成されている。そして、管本体１２の先端には、先端を尖らせた四角柱状の２つのバイト１３，１３が溶接されており、管本体１２の先端から突出した状態になっている。また、管本体１２の先端際の部分には、外径約２６５ｍｍの円形フランジ状の螺旋翼１４（羽根）が、溶接によって一体的に取り付けられており、管本体１２の外周を、約１周捲回した状態になっている。当該螺旋翼１４は、略中央の半周分が、管本体１２の長手方向に対して垂直な平坦部になっている。また、その平坦部と隣接した片側の部分が、所定の角度だけ上向きに傾斜するように折り曲げられおり、当該上向きの傾斜部分と反対側の部分が、所定の角度だけ下向きに傾斜するように折り曲げられている。また、管本体１２の上端際（上端から約８０ｍｍ下方の部分）には、管本体１２の直径方向を貫くように、一対のネジ孔１５，１５が穿設されている。

上記の如く構成された鋼管１１およびキャップ部材１を用いた軟弱地盤の改良工事の一例について、図３に基づいて説明する。軟弱地盤の改良工事を行う場合には、掘削機械２１およびプラント車（図示せず）を施工現場に搬入し、回転体として機能するオーガー２２を掘削機械２１に取り付けて、施工位置にセットする。そして、プラント車によって供給されるセメントスラリー（セメントと水との混合物）を、回転中のオーガー２２の刃先から噴出させながらオーガー２２を回転させることによって地盤を掘削し、所定の大きさ（たとえば、直径約６００ｍｍφ、深さ約３，５００ｍｍ）の縦穴２３を形成する（図３（ａ）参照）。そのように縦穴１２を掘削することによって、縦穴２３の内部で、セメントスラリーと土壌とが均一に混合された柱状改良体（固化前）２４が形成される。

しかる後、まだ硬化していない柱状改良体１６の内部に、鋼管１１を回転させながら、管本体１２の上端際（上端から約１３０〜１４０ｍｍの部分）以外の部分が柱状改良体２４の内部に入り込むまで押し込む（図３（ｂ）参照）。そして、十分な深さまで鋼管１１を押し込んだ後には、図４の如く、当該鋼管１１の上端にキャップ部材１の嵌合部２を嵌め込み、管本体１２のネジ孔１５，１５と嵌合部２のネジ孔５，５とを重ねて、それらのネジ孔１５，１５およびネジ孔５，５に、棒状のボルト部材（両端にネジ溝が設けられているもの）７を挿通させ、当該ボルト部材７の両端にナット８，８を螺合させることによって、鋼管１１の上端にキャップ部材１を螺着する。そのようにキャップ部材１が鋼管１１の上端に固着されると、キャップ部材１の鍔部３の下面が、柱状改良体２４の上面と接合した状態となる（図３（ｃ）参照）。

上述の如く、柱状改良体２４に鋼管１１を埋設した後には、図３（ｄ）の如く、キャップ部材１の挿通穴４を利用して、上部に建てる構造物と係合させるための複数の鉄筋２５，２５・・を、鋼管１１の管本体１２の内部に埋設する。すなわち、柱状改良体２４に埋設された鋼管１１の内部は、多くの土壌が入り込んでおらず、空洞状態になっているため、キャップ部材１の挿通穴４を利用して、当該空洞部分へ、モルタル材料（セメント、砂、水等を混合してなるもの）を流し込み、その未固化のモルタル材料内へ鉄筋を埋設する。

しかる後、十分な時間をかけて改良土を養生して柱状改良体２４を固化させる。かかる一連の作業によって、地盤中に、支持力を増強するための所定の深さを有する柱状改良体（ソイルコラム）２４が造成される。

強化された地盤に、構造物（ビル、家屋、擁壁等）を建設する際には、構造物の基礎を、キャップ部材１の上に位置させる。そして、柱状改良体２４から上方に突出した鉄筋２５，２５・・を、構造物の基礎の部分に係合させる（すなわち、柱状改良体２４から突出した鉄筋２５，２５・・を構造物の下端際の鉄筋と絡ませたり、鉄筋２５，２５・・を利用した鉄筋コンクリートを構造物の基礎として形成したりする）。そのように建物の基礎をキャップ部材１上に位置させると、建物の荷重をキャップ部材１が広い面積で支えて柱状改良体２４の鋼管１１以外の部分にも伝播させることができるため、建物の荷重が鋼管１１に集中することがない。

上記した実施形態における地盤改良工法によれば、改良された地盤において鋼管１１の上に建物の基礎が設置された際に、建物の荷重をキャップ部材１が広い面積で支えて柱状改良体２４の鋼管１１以外の部分にも伝播させて、鋼管１１のみへの荷重の集中が回避されるので、建物の建設後に鋼管１１が柱状改良体２４から抜けてしまうという事態が生じない。

また、上記実施形態における地盤改良工法によれば、キャップ部材１が逆向きの有底円筒状の嵌合部２の内部に鋼管１１の先端を嵌め込んだ状態で鋼管１１の先端からずれないので、柱状改良体２４から鋼管１１が抜けてしまう事態を非常に高い精度で防止することができる。

さらに、上記実施形態における地盤改良工法によれば、柱状改良体２４の内部において、鋼管１１の先端の螺旋翼１４が広い面積で改良体（柱状改良体２４を構成している土とセメントの混合体）と接触し合った状態で固化するため、柱状改良体から鋼管が抜けてしまう事態を非常に高い精度で防止することができる。

なお、本発明のキャップ部材の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、嵌合部や鍔部の形状・構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更できる。また、本発明の地盤改良工法の構成も、上記実施形態の態様に何ら限定されず、鋼管の形状等の構成を、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、キャップ部材は、鋳鉄によって形成したものに限定されず、鋼鉄を溶接することによって形成したもの等に変更することも可能である。また、嵌合部が上下逆向きの有底円筒状になっているものに限定されず、嵌合部が単純な円筒状（鋼管より径の大きい円筒状）になっているもの等に変更することも可能である。さらに、キャップ部材は、嵌合部に挿通穴が穿設されたものに限定されず、嵌合部に挿通穴が設けられていないものでも良い。また、嵌合部に挿通穴を設ける場合には、挿通穴は、上記実施形態の如く、鋼管の内径と同一のものに限定されず、必要に応じて挿通穴の径を適宜することができる。なお、上記実施形態の如く、嵌合部の挿通穴の径を鋼管の内径と同一にした場合には、鉄筋の埋設等を行う際に、鋼管の管本体の空洞部を効率的に利用することが可能となる。加えて、キャップ部材を鋼管の先端際に固着するための方法は、上記実施形態の如く、ボルト部材によって螺着する方法に限定されず、キャップ部材（あるいは鋼管）に設けられた係合体を鋼管（あるいはキャップ部材）に設けられた被係合体に係合させる方法等の別の方法に変更することも可能である。

また、鋼管は、上記実施形態の如く、先端に螺旋翼やバイトを設けたものに限定されず、単純な円筒状のもの等でも良い。また、上記実施形態の如く、半周分の水平部分を有する螺旋翼を先端際に設けたものに限定されず、単純な螺旋状の螺旋翼を先端際に設けたもの等のに変更することも可能である。

一方、本発明のキャップ部材を用いた地盤改良工法は、上記実施形態の如く、未だ固化していない柱状改良体中に鋼管を押し込んだ後に鋼管の上端にキャップ部材を固着する方法に限定されず、予め上端にキャップ部材を固着した鋼管を未だ固化していない柱状改良体中に押し込む方法等に変更することも可能である。加えて、本発明の地盤改良工法は、上記実施形態の如く、鋼管内に鉄筋を埋設するものに限定されず、鋼管内に鉄筋を埋設せず、鋼管の上端のキャップ部材を構造物の基礎内に組み込むもの等でも良い。

本発明のキャップ部材を用いた地盤改良工法は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、軟弱地盤を安価に効果的に強化する方法として広く用いることができる。

キャップ部材の前方斜視図である。 鋼管の前方斜視図である。 キャップ部材を用いた地盤改良工事の手順を示す説明図である。 鋼管の上端にキャップ部材を取り付けた状態を示す説明図である。

符号の説明

１・・キャップ部材、２・・嵌合部、３・・鍔部、４・・流通孔、１１・・鋼管、１４・・螺旋翼、２４・・柱状改良体。

Claims (4)

1. 回転体を地盤中に押し込むことにより地盤を円柱状に掘削、攪拌しながら、その掘削、攪拌中の現状土にセメントスラリーを加え、現状土とセメントスラリーとが混合されてなる円柱状の混合体を形成するとともに、その混合体の中央部に鋼管を埋設し、混合体を鋼管とともに固化させることによって地盤中に柱状改良体を造成する地盤改良工法であって、
   前記鋼管の基端に、鋼管の外径よりも大きな外径を有するキャップ部材を載置することを特徴とする地盤改良工法。
2. 前記キャップ部材が、逆向きの有底円筒状の嵌合部の下端にドーナッツ板状の鍔部を一体的に設けて、前記嵌合部の中央に挿通穴を穿設したものであり、
   前記嵌合部に、立設された鋼管の先端を挿通させた状態で、鋼管の上に載置されていることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
3. 鋼管が先端に羽根を設けたものであることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の地盤改良工法。
4. 請求項１に記載の地盤改良工法に用いるキャップ部材であって、
   逆向きの有底円筒状の嵌合部の下端にドーナッツ板状の鍔部が設けられていることを特徴とするキャップ部材。

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