JP2016035140A - 掘削用ケーシングおよび地盤改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤の状態をより高精度で把握できる計測ボーリングを行なえるとともに、その後、薬液等の注入するための外管を挿入させるガイドとして利用できる掘削用ケーシングおよび地盤改良方法を提供する。
【解決手段】先端周縁部にビット４ａを有する筒状体３の先端部内側に着脱体５を着脱自在に設け、筒状体３の先端側開口端に溝８ａを有する前面を露出させて抵抗板８を配置したケーシング２を用いて地盤を掘削して計測ボーリングを実施後、地盤に埋設したままのケーシング２に外管１０を挿入してその先端部で押圧部７を押圧して着脱体５の筒状体３との固定を解除させ、ケーシング２を地上に引き抜いて着脱体５および外管１０を地盤に埋設した状態で、外管１０に挿入した注入用内管１１を通じて供給した薬液Ｃを外管１０の周壁の吐出口１０ａから地盤に注入する。
【選択図】図５

Description

本発明は、掘削用ケーシングおよび地盤改良方法に関し、さらに詳しくは、地盤の状態をより精度よく把握することができる計測ボーリングを行なえるとともに、計測ボーリングの後、そのまま薬液等の注入に用いる外管を挿入させるガイドとして利用できる掘削用ケーシングおよび地盤改良方法に関するものである。

地盤を強化するために、二重管を用いて対象地盤に地盤改良薬液を注入する方法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。地盤改良薬液を地盤に注入する際には、まず、掘削用ケーシングを用いて、その先端部から水を噴射しつつ圧入して地盤を掘削する。次いで、地盤を掘削して形成した掘削孔に埋設されたままのケーシングに外管を挿入する。次いで、ケーシングを地上に引き抜くことにより外管を地盤の中に設置する。そして、この外管に挿入した注入用内管を管軸方向に移動させることにより、注入用内管の周壁に設けられた吐出口を、外管の周壁に設けられた注入口に位置合わせして、吐出口から吐出した薬液を注入口を通じて地盤に注入する。

一方、地盤改良薬液を注入する前には、例えばその地盤の状態を把握するために、計測ボーリングを行っている。この計測ボーリングでは、地層の判別、改良対象とする地盤深度の確認等を行なう。計測ボーリングでは、掘削用ケーシングの先端から水を噴出しつつ、その先端部に設けたビットによって地盤を掘削し、その時の推進力、トルク、送水圧を計測する。これら計測により得た計測値に基づいて地盤の状態を把握する。ここで、これらを正確に計測するには以下の３項目が重要になる。

第１の項目として、掘削用ケーシングを地盤に回転させて押込む際に、ケーシングの先端（ビット）によって地山に一様な垂直応力分布が生じるようにすることが必要である。第２の項目として、先端のビットの回転を地山に確実に伝達することが必要である。第３の項目として、泥水による掘削トルクへの影響（地山の軟化）を小さくすることが必要である。

また、上述したとおり、薬液注入の際と、計測ボーリングの際には共に地盤掘削作業を行なうにも関わらず、それぞれの掘削作業は相互に利用されることはない。即ち、それぞれの掘削作業が別個の作業として行われるため、作業工数が増大するという問題がある。

地盤の液状化対策として地盤にドレーン材を打設する際も、計測ボーリングを行なった後に、ドレーン材の打設のために掘削用ケーシングを用いて地盤の掘削作業を行なう。そして、地盤を掘削して形成した掘削孔に埋設されたままのケーシングに外管を挿入する。次いで、ケーシングを地上に引き抜くことにより外管を地盤の中に設置し、この外管にドレーン材を挿入してドレーン材を地盤中から地上に延設する。このような施工を行なうため、上述した地盤改良薬液を注入する場合と同様に作業工数が増大するという問題が生じる。

特開２００９−２１５４号公報

本発明の目的は、地盤の状態をより精度よく把握することができる計測ボーリングを行なえるとともに、計測ボーリングの後、そのまま薬液等の注入に用いる外管を挿入させるガイドとして利用できる掘削用ケーシングおよびこの掘削用ケーシングを用いた地盤改良方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の掘削用ケーシングは、地盤に挿入される筒状体と、この筒状体の先端周縁部に取り付けられたビットとを備えた掘削用ケーシングにおいて、前記筒状体の先端部内側に着脱自在に取り付けられる着脱体を有し、この着脱体は待機位置から前記筒状体の内周面に向かって突出して係合位置に移動する移動突起と、この着脱体の後端部側に設けられて着脱体の前端部側に押圧されることにより、前記係合位置にある前記移動突起を前記待機位置に戻す押圧部と、前記筒状体の先端側開口端に前面を露出して配置される抵抗板とを備え、この抵抗板の前面に溝が形成されていて、前記移動突起が前記係合位置にある時に前記着脱体が前記筒状体に固定され、前記移動突起が前記待機位置にある時に前記着脱体の前記筒状体との固定が解除される構成であることを特徴とする。

本発明の地盤改良方法は、上記の掘削用ケーシングを用いて地盤を掘削してこの地盤の状態を把握する計測ボーリングを行なった後、この掘削用ケーシングをこの地盤に埋設したままの状態でこの掘削用ケーシングに外管を挿入してこの外管の先端部により前記押圧部を押圧して前記移動突起を前記係合位置から前記待機位置に移動させて前記着脱体の前記筒状体との固定を解除させ、この掘削用ケーシングを地上に引き抜いて前記着脱体および前記外管をこの地盤に埋設した状態にした後、前記外管に注入用内管を挿入して、この注入用内管を通じて供給された薬液を前記外管の周壁に形成された吐出口を介して地盤に注入することを特徴とする。

本発明の地盤改良方法は、上記の掘削用ケーシングを用いて地盤を掘削してこの地盤の状態を把握する計測ボーリングを行なった後、この掘削用ケーシングをこの地盤に埋設したままの状態でこの掘削用ケーシングに外管を挿入してこの外管の先端部により前記押圧部を押圧して前記移動突起を前記係合位置から前記待機位置に移動させて前記着脱体の前記筒状体との固定を解除させ、この掘削用ケーシングを地上に引き抜いて前記着脱体および前記外管をこの地盤に埋設した状態にした後、前記外管にドレーン材を挿入して、この地盤中から地上に延設したドレーン材を通じて地盤中の水分を地上に排出できるようにすることを特徴とする。

本発明の掘削用ケーシングによれば、ケーシングを構成する筒状体の先端側開口端に、抵抗板が前面を露出して配置され、その前面に溝が形成されているので、ボーリング計測の際にケーシングを回転させて地盤に圧入する際に、筒状体の先端に取り付けられたビットとともに、抵抗板の前面も地山に当接する。これにより、ケーシングの先端によって地山に一様な垂直応力分布が生じるようにすることができる。また、先端のビットの回転を地山により確実に伝達できる。さらには、抵抗板の前面の溝を通じて泥水が排出されるので、掘削時の地山の軟化を防止するには有利になる。それ故、地盤の状態をより精度よく把握することができる。

また、筒状体の先端部内側に取り付けられた着脱体を、その後端部側に設けられた押圧部を前端部側に押圧することにより、筒状体から取り外すことができるので、筒状体に挿入した外管によって着脱体を筒状体の内部から取り出すことができる。即ち、計測ボーリングを行なった後に、筒状体をそのまま薬液の注入やドレーン材の打設に用いる外管を挿入させるガイドとして利用できる。

したがって、本発明の地盤改良方法では、計測ボーリングでの地盤掘削作業を、地盤改良の際の薬液を注入するためや、ドレーン材を打設するための地盤掘削作業として無駄なく活用できる。これにより、作業工数を大幅に削減することができる。

本発明の掘削用ケーシングを用いて地盤を掘削している状態を例示する説明図である。 本発明の掘削用ケーシングの先端部の内部構造を例示する説明図である。 図２のＡ矢視でケーシングの内部構造を例示する説明図である。 図２のＢ矢視図である。 図３の移動突起と筒状体の係合穴との係合を解除した状態を例示する説明図である。 外管に注入用内管を挿入して薬液を地盤に注入している状態を例示する説明図である。 外管にドレーン材を挿入した状態を例示する説明図である。

以下、本発明の掘削用ケーシングおよび地盤改良方法を実施形態に基づいて説明する。

図１に例示するように、本発明の掘削用ケーシング２（以下、ケーシング２という）は、地盤を計測ボーリングする際や、地盤に地盤改良薬液Ｃ（以下、薬液Ｃという）を注入する際に、削孔機１を用いて地盤を掘削して掘削孔Ｓを形成する場合に使用する。このケーシング２は、地盤に挿入される筒状体３と、この筒状体３の先端周縁部に取り付けられたビット４ａとを備えている。図１では、掘削孔Ｓを途中で屈曲させて形成しているが、上下方向に真っ直ぐな掘削孔Ｓを形成する場合もある。

図２〜図４に例示するように、筒状体３の先端部には大径部分と小径部分とを連結した形状のビット部４が取り付けられている。ビット部４の小径部分が筒状体３に内嵌されて大径部分が筒状体３の先端に露出している。ビット部４の大径部分の先端周縁部には周方向に間隔をあけて複数のビット４ａが配置されている。

このケーシング２は、筒状体３の先端部内側に着脱自在に取り付けられる着脱体５を有している。この着脱体５は円盤状のボディ５ａに取り付けられた移動突起６と、着脱体５の後端部側に配置された押圧部７と、着脱体５の前端部側に配置された抵抗板８とを備えている。ボディ５は筒状体３の内部を前後に隔絶するものではなく、前後の空間は連通している。

この実施形態の押圧部７は、筒状体３の軸方向に延びる押軸７ａと、押軸７ａにピン結合されているリンク機構７ｂとで構成されている。そして、このリンク機構７ｂは一方側端部がボディ５ａに固定されていて、リンク機構７ｂの一部に移動突起６が突設されている。移動突起６は少なくとも２つ設けられるのが好ましい。筒状体３の内周面には移動突起６が係合する係合穴３ａが形成されている。リンク機構７ｂはこの実施形態に例示した構造に限らず、移動突起６を後述する待機位置と係合位置とに移動させる様々な構造を採用することができる。

ボディ５ａには、押軸７ａよりも先端部側に付勢部材７ｃが設けられている。付勢部材７ｃの先端はボディ５ａに形成された突出窪み部の底板に当接し、後端は押軸７ａの先端に当接している。これにより、押軸７ａは付勢部材７ｃによって常にボディ５ａの前端部側から後端部側に向かって付勢されている。付勢部材７ｃとしては、コイルスプリング等のバネ材やゴム部品等の弾性材を用いることができる。

押軸７ａが付勢されることにより、図３に例示するように、移動突起６は係合位置に移動して係合穴３ａに係合した状態になる。即ち、この実施形態では、付勢部材７ｃによって移動突起６が係合位置に向かって付勢されている。そして、移動突起６が係合穴３ａに係合することで、着脱体５（ボディ５ａ）が筒状体３の先端部内側に固定される。尚、係合位置に移動した移動突起６が筒状体３の内周面を強く押し付けることにより、ボディ５ａを所定の位置に固定できるのであれば、係合穴３ａを省略することもできる。ただし、係合穴３ａに移動突起６を係合させる構造にすれば、より確実かつ強固にボディ５ａを筒状体３に固定できる。また、付勢部材７ｃを省略することもできるが、付勢部材７ｃの付勢力を利用して移動突起６を係合位置に移動させる構造にすることで、より確実かつ強固にボディ５ａを筒状体３に固定できる。

抵抗板８は、針金等の連結部材９によってボディ５に連結されている。連結部材９は、例えば抵抗板８の後面に形成された取付部８ｃとボディ５の前面に形成された取付部５ｂとに接続される。この実施形態では、別体となる抵抗板８とボディ５とを、連結部材９を介して一体化しているが、ボディ５に抵抗板８を直接設けた一体構造にすることもできる。

抵抗板８は、筒状体３の先端側開口端に前面を露出して配置され、その前面には溝８ａが形成されている。この実施形態では、複数本の溝８が抵抗板８の対向する二辺どうしを結んで延在している。さらに抵抗板８の対向する別の二辺どうしを結んで溝８ａを延在させて、溝８を格子状に配置することもできる。溝８の深さは例えば１ｍｍ〜５０ｍｍ、溝８の幅は例えば１ｍｍ〜２０ｍｍである。

抵抗板８の対向する二辺には、外側に突出する係合爪８ｂが形成されている。この係合爪８ｂは、ビット部４の先端周縁部に形成された係合凹部４ｂに係合する。これにより、抵抗板８は筒状体３に対して周方向には実質的に移動しない状態になる。

図５に例示するように、押圧部７（押軸７ａ）が着脱体５の前端部側に押圧されることにより、係合位置にある移動突起６は、筒状体３のより筒軸心方向の待機位置に戻る。即ち、移動突起６が係合位置にある時には着脱体５は筒状体３に固定され、移動突起６が待機位置にある時には着脱体５の筒状体３との固定が解除される構成になっている。

このケーシング２の使用方法を以下に説明する。

まず、地盤をボーリング計測する際には、図３に例示したように着脱体５を筒状体３に固定したケーシング２を、削孔機１を用いて地盤に圧入する。この時、ケーシング２の内部を通じて供給した水をケーシング２の先端から噴射しつつ、筒軸心を中心にしてケーシング２を回転させながらビット４ａによって地盤を掘削し、必要な範囲に圧入する。この時のケーシング２の推進力、ケーシング２を回転させるためのトルク、ケーシング２に供給する水の送水圧を計測する。これら計測により得た計測値に基づいて、ケーシング２を圧入した地盤の地層の判別、改良対象とする地盤深度の確認等を行ない、その地盤の状態を把握する。

ここで、ケーシング２を構成する筒状体３の先端側開口端には、抵抗板８が前面を露出して配置され、その前面に溝８ａが形成されている。そのため、ケーシング２を回転させて地盤に押込む際に、ビット４ａとともに抵抗板８の前面も地山に当接する。ケーシング２の圧入方向に前面を向けて配置されている抵抗板８が地山に当接するので、地山には一様な垂直応力分布が生じる状態になる。

抵抗板８の前面に溝８ａが形成されているので、回転する抵抗板８と地山との間の回転抵抗が増大し、ビット４ａの回転を地山により確実に伝達することが可能になる。さらには、地盤を掘削している際に生じる泥水が抵抗板８の前面の溝８ａを通じて、ケーシング２の先端部から外側に排出される。それ故、掘削時の地山の軟化を防止するには有利になる。このように、本発明のケーシング２を用いると、計測ボーリングの際に地盤の状態を正確に計測するための３項目を実現できるので、地盤の状態を一段と精度よく把握することが可能になる。

計測ボーリングを行なった後は、ケーシング２をこの地盤に埋設したままの状態で、ケーシング２の陸上に位置する後端開口から図５に例示するように外管１０を挿入して外管１０の先端部によって押圧部７を押圧する。押圧部７の押軸７ａを後端部側から前端部側に押圧することで、係合位置（係合穴３ａ）に位置している移動突起６が、筒状体３の内周面よりも内周側の待機位置に移動する。これにより、ボディ５ａと筒状体３との固定が解除される。

次いで、ケーシング２のみを地上に引き抜くことにより、着脱体５および外管１０は、地盤中に残って埋設された状態になる。その後、外管１０の陸上に位置する後端開口から図６に例示するように注入用内管１１を挿入する。次いで、注入用内管１１を通じて水ガラス系グラウト、セメント系グラウト等の薬液Ｃを供給する。供給した薬液Ｃは、注入用内管１１の周壁に形成された注入口１１ａおよび外管１０の周壁に形成された吐出口１０ａを通じて地盤に注入される。薬液Ｃが注入された範囲の地盤はこの薬液Ｃにより改良されることになる。

上述したように、本発明のケーシング２を用いると、筒状体３に挿入した外管１０によって着脱体５を筒状体３の内部から取り出すことができる。即ち、計測ボーリングの後に筒状体３を、そのまま薬液Ｃの注入に用いる外管１０を挿入させるガイドとして利用できる。

したがって、本発明の地盤改良方法では、計測ボーリングでの地盤掘削作業を、地盤改良の際の薬液を注入するための地盤掘削作業として無駄なく活用できる。よって、地盤掘削作業に要する作業工数を大幅に削減することができる。

上述したように掘削用ケーシング２を用いて地盤を掘削して計測ボーリングを行なった後、着脱体５とともに地盤に埋設した外管１０に挿入するのは、注入用内管１１に限らない。例えば図７に例示するように、外管１０にドレーン材１２を挿入して、ドレーン材１２を地盤中から地上に延設することもできる。このドレーン材１２を通じて地盤中の水分を地上に排出できるようになる。そのため、地震が発生して地盤中に過剰間隙水圧が生じた際には、間隙水がドレーン材１２を通じて地上に排出されて地盤の液状化を防ぐことができる。

このドレーン材１２による地盤改良施工の場合も、計測ボーリングの後に筒状体３を、そのままドレーン材１２の打設に用いる外管１０を挿入させるガイドとして利用できる。また、計測ボーリングでの地盤掘削作業を、ドレーン材１２を打設するための地盤掘削作業として無駄なく活用できる。よって、地盤掘削作業に要する作業工数を大幅に削減することができる。

外管１０は、地盤改良（地盤強化）の施工に用いる様々な器具、部材等を地盤に挿入する際のガイドとして用いることができる。

１ 削孔機
２ ケーシング
３ 筒状体
３ａ 係合穴
４ ビット部
４ａ ビット
４ｂ 係合凹部
５ 着脱体
５ａ ボディ
５ｂ 取付部
６ 移動突起
７ 押圧部
７ａ 押軸
７ｂ リンク機構
７ｃ 付勢部材
８ 抵抗板
８ａ 溝
８ｂ 係合爪
８ｃ 取付部
９ 連結部材
１０ 外管
１０ａ 吐出口
１１ 注入用内管
１１ａ 注入口
１２ ドレーン材
Ｃ 薬液
Ｓ 掘削孔

Claims (6)

1. 地盤に挿入される筒状体と、この筒状体の先端周縁部に取り付けられたビットとを備えた掘削用ケーシングにおいて、
   前記筒状体の先端部内側に着脱自在に取り付けられる着脱体を有し、この着脱体は待機位置から前記筒状体の内周面に向かって突出して係合位置に移動する移動突起と、この着脱体の後端部側に設けられて着脱体の前端部側に押圧されることにより、前記係合位置にある前記移動突起を前記待機位置に戻す押圧部と、前記筒状体の先端側開口端に前面を露出して配置される抵抗板とを備え、この抵抗板の前面に溝が形成されていて、前記移動突起が前記係合位置にある時に前記着脱体が前記筒状体に固定され、前記移動突起が前記待機位置にある時に前記着脱体の前記筒状体との固定が解除される構成であることを特徴とする掘削用ケーシング。
2. 前記筒状体の内周面に、前記係合位置に移動した前記移動突起が係合する係合穴が形成されている請求項１に記載の掘削用ケーシング。
3. 前記移動突起を前記係合位置に向かって付勢する付勢部材が設けられた請求項１または２に記載の掘削用ケーシング。
4. 前記抵抗板に、前記筒状体の先端周縁部に係合する係合爪が設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の掘削用ケーシング。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の掘削用ケーシングを用いて地盤を掘削してこの地盤の状態を把握する計測ボーリングを行なった後、この掘削用ケーシングをこの地盤に埋設したままの状態でこの掘削用ケーシングに外管を挿入してこの外管の先端部により前記押圧部を押圧して前記移動突起を前記係合位置から前記待機位置に移動させて前記着脱体の前記筒状体との固定を解除させ、この掘削用ケーシングを地上に引き抜いて前記着脱体および前記外管をこの地盤に埋設した状態にした後、前記外管に注入用内管を挿入して、この注入用内管を通じて供給された薬液を前記外管の周壁に形成された吐出口を介して地盤に注入することを特徴とする地盤改良方法。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の掘削用ケーシングを用いて地盤を掘削してこの地盤の状態を把握する計測ボーリングを行なった後、この掘削用ケーシングをこの地盤に埋設したままの状態でこの掘削用ケーシングに外管を挿入してこの外管の先端部により前記押圧部を押圧して前記移動突起を前記係合位置から前記待機位置に移動させて前記着脱体の前記筒状体との固定を解除させ、この掘削用ケーシングを地上に引き抜いて前記着脱体および前記外管をこの地盤に埋設した状態にした後、前記外管にドレーン材を挿入して、この地盤中から地上に延設したドレーン材を通じて地盤中の水分を地上に排出できるようにすることを特徴とする地盤改良方法。

Images