JP2020197017A - 透水性構造体の構築方法及び透水性構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】透水路を地中内に形成することによって地盤を改良する場合に、透水路を容易に施工しながら透水能力を向上できる。【解決手段】透水性構造体の構築方法は、地中に透水性構造体を構築する。この方法は、地中に第１の透水性を有する第１透水性部分を形成する第１透水性部分形成工程と、第１透水性部分を貫通して地中深部に伸びる空間を形成する掘削工程と、空間に第２の透水性を有する第２透水性部分を形成する第２透水性部分形成工程と、を備える。空間は、地中深部に向かって第1方向に伸びている。空間の第１方向に直交する断面の断面積は、第１透水性部分の第１方向に直交する断面の断面積より小さい。【選択図】図９

Description

本明細書に開示する技術は、透水性構造体の構築方法及び透水性構造体に関する。詳細には、地中に透水性構造体を構築する技術に関する。

地中内の水を排水することで、水はけの悪い地盤を改良する技術が知られている。例えば、特許文献１には、地中内に不透水層を有する地盤を改良する技術が開示されている。不透水層を有する地盤では、不透水層より上方の上部透水層と、不透水層より下方の下部透水層とが、不透水層によって分断されている。このため、上部透水層内の水は、不透水層を通過して下部透水層に流れることができず、上部透水層の地下水位が高くなる。そこで、特許文献１の技術では、上部透水層から不透水層を貫通して下部透水層にまで達する透水パイルを地中に設置し、上部透水層内の水を透水パイルを通って下部透水層に流下させるようにしている。

特開平７−２４７５５１号公報

従来の技術では、水を下方に流下させるための透水路を地中内に形成する。透水路の透水能力は、透水路の径によって決まり、透水能力を高めるためには透水路の径を大きくする必要がある。地中内に不透水層が形成されている場合、透水路を不透水層より深部まで形成する必要がある。しかしながら、径の大きな透水路を地中深部まで形成するには、施工に手間がかかるという問題が生じる。

本明細書は、透水路を地中内に形成することによって地盤を改良する場合に、透水路を容易に施工しながら透水能力を向上できる技術を開示する。

本明細書に開示する透水性構造体の構築方法は、地中に透水性構造体を構築する。この方法は、地中に第１の透水性を有する第１透水性部分を形成する第１透水性部分形成工程と、第１透水性部分を貫通して地中深部に伸びる空間を形成する掘削工程と、空間に第２の透水性を有する第２透水性部分を形成する第２透水性部分形成工程と、を備える。空間は、地中深部に向かって第1方向に伸びている。空間の第１方向に直交する断面の断面積は、第１透水性部分の第１方向に直交する断面の断面積より小さい。

上記の透水性構造体の構築方法では、透水性構造体は、第２透水性部分が形成される空間の断面積が、第１透水性部分が形成される空間の断面積より小さくなるように構築される。すなわち、第１透水性部分は、第２透水性部分より断面積が大きくなる。雨水等が溜まり易い地表側に形成される第１透水性部分を大きくすることによって、地表側の透水能力を高くすることができる。また、第２透水性部分は、第１透水性部分を貫通して形成される。このため、第１透水性部分に貯留する水を第２透水性部分を通って地中深部に向かって流下させることができる。また、第２透水性部分が形成される空間は、第１透水性部分が形成される空間より小さく形成され、第２透水性部分は、第１透水性部分より断面積が小さく形成される。第２透水性部分は第１透水性部分と同様の大きさを有していなくても、すなわち、第２透水性部分の断面積は小さくても、第２透水性部分の単位断面積当たりの透水能力を適宜調整することで、第１透水性部分に貯留する水を地中深部側に流下させる機能を十分に果たすことが可能となる。したがって、地中深部側の第２透水性部分の断面積を小さくすることによって、第１透水性部分に貯留する水を地中深部側に流下させる機能を損なうことなく、施工を容易にすることができる。なお、透水性構造体の構築方法とは、別言すると、透水性構造体の生産方法や製造方法に相当し、透水性構造体の生産方法や製造方法と言うこともできる。

また、本明細書に開示する透水性構造体は、地中に形成した空間に形成される。透水性構造体は、第１の透水性を有する第１透水性部分と、第２の透水性を有し、第１透水性部分を貫通して地中深部に伸びる第２透水性部分と、を備えている。第２透水性部分は、地中深部に向かって第１方向に伸びている。第２透水性部分の第1方向に直交する断面の断面積は、第１透水性部分の第１方向に直交する断面の断面積より小さい。

上記の透水性構造体では、第２透水性部分は、第１透水性部分を貫通して、第１透水性部分より地中深部に配置されていると共に、第２透水性部分の断面積は、第１透水性部分の断面積より小さい。このため、上記の透水性構造体の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

実施例に係る透水性構造体の一例を示す模式図。 地盤改良装置の概略構成を示す図であり、砕石柱形成用アタッチメントが取付けられた状態を示す。 砕石柱形成用アタッチメントの概略構成を示す図。 透水パイプ設置用アタッチメントの概略構成を示す図であって、各部分に分解した状態を示す。 透水パイプ設置用アタッチメントの概略構成を示す図であって、各部分を連結した状態を示す。 透水パイプ設置用アタッチメントの基端部を拡大して示す図。 透水パイプの概略構成を示す図。 実施例に係る透水性構造体の製造方法を示すフローチャート。 実施例に係る透水性構造体の製造方法の手順を説明するための図。 実施例に係る透水性構造体の他の一例を示す模式図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）本明細書に開示する透水性構造体の構築方法では、第１透水性部分は、砕石構造体であってもよい。このような構成によると、砕石構造体は容易に施工することができるため、第１透水性部分を容易に形成することができる。

（特徴２）本明細書に開示する透水性構造体の構築方法では、砕石構造体は複数の砕石柱を有していてもよい。複数の砕石柱のそれぞれが隣接する他の砕石柱と半径方向にオーバーラップすることによって、砕石構造体は壁状の砕石構造体となっていてもよい。このような構成によると、砕石構造体の体積を大きくすることができ、より多く集水することができる。また、砕石構造体が壁状であるため、砕石構造体の表面積を大きくすることができ、地表側の地中の水をより確実に集水することができる。

（特徴３）本明細書に開示する透水性構造体の構築方法では、第１透水性部分形成工程は、複数の砕石柱を形成してもよい。掘削工程は、複数の砕石柱のうちの少なくとも１つを貫通して前記空間を形成してもよい。第２透水性部分形成工程は、空間に第２透水性部分を形成してもよい。

（特徴４）本明細書に開示する透水性構造体の構築方法では、第２透水性部分は、透水パイプであってもよい。このような構成によると、透水パイプは容易に設置することができるため、第２透水性部分を容易に形成することができる。また、透水パイプは、単位断面積当たりの透水能力が高いため、第１透水性部分に貯留された水を地中深部側に好適に流下させることができる。

以下、実施例に係る透水性構造体１２０について説明する。透水性構造体１２０は、地中に形成された空間に形成される。図１に示すように、例えば、透水性構造体１２０は、不透水層１０４を有する地盤１０１に形成される。地盤１０１は、不透水層１０４と、不透水層１０４より上方に位置する上部透水層１０２ａと、不透水層１０４より下方に位置する下部透水層１０２ｂを有する。上部透水層１０２ａ内の水は、不透水層１０４によって下部透水層１０２ｂに流れることができない。このため、上部透水層１０２ａの地下水位が高く、水はけが悪い地層となっている。透水性構造体１２０は、地盤１０１のような水はけの悪い地層に形成される。透水性構造体１２０は、砕石柱１３０と、透水パイプ１４０を備えている。

砕石柱１３０は、地中に形成された空間に砕石を充填することによって形成される。砕石柱１３０は、地中深部に伸びる円柱形状を有している。このため、砕石柱１３０を上方から見ると、円形状になっている。砕石柱１３０は、例えば、上部透水層１０２ａに形成される。砕石柱１３０は、砕石によって形成されているため、砕石柱１３０内では、砕石と砕石の間に隙間が生じる。このため、砕石柱１３０は、上部透水層１０２ａ内を流れる地下水等を集水することができる。すなわち、砕石柱１３０は、上部透水層１０２ａ内の水を集めることができる。

透水パイプ１４０は、地中深部に伸びている。透水パイプ１４０の径（すなわち、透水パイプ１４０を上方から見たときの径）は、砕石柱１３０の径（すなわち、砕石柱１３０を上方から見たときの径）より小さくされている。換言すると、透水パイプ１４０の軸線に直交する断面の断面積は、砕石柱１３０の軸線に直交する断面の断面積より小さくされている。透水パイプ１４０の内部は砕石等が充填されない空間となるため、透水パイプ１４０の単位断面積当たりの透水能力は、砕石柱１３０の単位断面積当たりの透水能力よりも高くなる。透水パイプ１４０は、砕石柱１３０の略中心（すなわち、砕石柱１３０を上方から見たときの略中心）を貫通している。すなわち、透水パイプ１４０の軸線は、砕石柱１３０の軸線と略一致している。また、透水パイプ１４０の軸方向の寸法（深さ方向の寸法）は、砕石柱１３０の軸方向の寸法より長くされている。透水パイプ１４０の上端は、地盤１０１から突出していてもよい。このように構成すれば、透水パイプ１４０の内部をブラシや高圧水流等を用いて清掃する等の、透水パイプ１４０の形成後のメンテナンスを容易にすることができる。なお、透水パイプ１４０の上端は、砕石柱１３０の上端と略一致していてもよく、地盤１０１から突出していなくてもよい。透水パイプ１４０は、砕石柱１３０より上方から、砕石柱１３０の略中心を貫通し、砕石柱１３０の下方まで伸びている。そして、透水パイプ１４０はさらに、砕石柱１３０の下方の不透水層１０４を貫通して、下部透水層１０２ｂまで伸びている。図７に示すように、透水パイプ１４０（詳細には、後述する透水パイプ１４０の本体部４４）には、軸方向に伸びる透水スリット４６が複数形成されている。透水スリット４６は、本体部４４の全面に形成されており、透水スリット４６によって透水パイプ１４０の外部から内部へ、また、内部から外部への水の通過が可能となっている。なお、本実施例で用いる透水パイプ１４０のさらに詳細な構成については後述する。

本実施例の透水性構造体１２０では、透水パイプ１４０は、砕石柱１３０を貫通している。このため、砕石柱１３０に貯留された水は、透水スリット４６を通って透水パイプ１４０内に移動する。また、透水パイプ１４０は、不透水層１０４を貫通して下部透水層１０２ｂまで伸びている。このため、砕石柱１３０から透水パイプ１４０内に移動した水は、透水パイプ１４０内を介して不透水層１０４を通過し、透水パイプ１４０の先端部分（下部透水層１０２ｂ内に配置されている部分）まで移動する。そして、透水パイプ１４０の先端部分から透水スリット４６を通って下部透水層１０２ｂに移動する。このようにして、透水パイプ１４０により、上部透水層１０２ａ内の水を下部透水層１０２ｂに流下させることができ、上部透水層１０２ａの地下水位を適正化することができる。

また、本実施例の透水性構造体１２０では、透水パイプ１４０の軸線に直交する断面の断面積は、砕石柱１３０の軸線に直交する断面の断面積より小さくされている。このため、上部透水層１０２ａに形成される砕石柱１３０の体積が大きくなる。これによって、上部透水層１０２ａ内の多量の水を砕石柱１３０に貯留することができる。また、透水パイプ１４０の軸線に直交する断面の断面積は、砕石柱１３０の軸線に直交する断面の断面積より小さくされていることによって、透水パイプ１４０を配置するために不透水層１０４及び下部透水層１０２ｂに形成する空間の断面積を小さくすることができる。透水パイプ１４０は、単位断面積当たりの透水能力が高いため、透水パイプ１４０の断面積が砕石柱１３０の断面積より小さくても、砕石柱１３０に貯留される水を下部透水層１０２ｂに流下される機能を十分に果たすことができる。このため、砕石柱１３０に貯留された水を下部透水層１０２ｂに流下する機能を保持しながら、透水パイプ１４０を配置するための施工（掘削及び透水パイプ１４０の配置）を容易にすることができる。

また、透水性構造体１２０には、地表側に蓋部１３２が設けられている。蓋部１３２は、比較的透水し難い土等によって形成されている。蓋部１３２は、透水性構造体１２０を上方から見たときに円形状であり、その径は、砕石柱１３０の径より大きくされている。蓋部１３２は、砕石柱１３０の上端を覆っている。蓋部１３２を設けることによって、地表側から砕石柱１３０に水が浸入し難くなる。これによって、雨水等が上方から砕石柱１３０に浸入することを抑制することができる。なお、透水性構造体１２０には、蓋部１３２が設けられていなくてもよく、砕石柱１３０は地表に露出していてもよい。また、図１に示すように、透水パイプ１４０の先端には、後述する先端掘削部材６０が配置されているが、これは後述する本実施例の製造方法を用いて透水性構造体１２０を地中に形成した際に地中に残置されるものであり、透水性構造体１２０が先端掘削部材６０を備えている必要はない。

透水性構造体１２０は、地盤改良装置１００を用いて地中に形成される。ここで、地盤改良装置１００について説明する。図２に示すように、地盤改良装置１００は、地盤改良機４０と、地盤改良機４０に装着される砕石柱形成用アタッチメント１０と、地盤改良機４０に装着される透水パイプ設置用アタッチメント５０（図４，５等に図示）と、を備えている。地盤改良機４０は、図２に示されるように、地盤改良機本体構造１と、運転席としてのキャビン７と、低接地圧で不整地を移動可能な無限軌道であるクローラ６と、施工時において地盤改良機４０の揺動を抑制するアウトリガー５と、を備えている。

地盤改良機４０は、さらに、砕石柱形成用アタッチメント１０及び透水パイプ設置用アタッチメント５０を操作するための構成を備えている。すなわち、地盤改良機４０は、砕石柱形成用アタッチメント１０及び透水パイプ設置用アタッチメント５０にモータ出力軸２７を介して回転駆動力を供給する駆動装置１１と、昇降ガイドレール９を有するリーダー４と、リーダー４を支持するためのリーダー取付ベース２と、リーダー４の傾きを操作する油圧シリンダー３と、リーダー４の下端部においてリーダー４と一体的に形成されている延長脚柱８と、を備えている。

図２、３に示すように、砕石柱形成用アタッチメント１０は、フィン１３が設けられた円筒部１２と、螺旋部１４と、円筒部１２の振れ止め用の包囲枠３０と、円筒部１２の上端に取付けられるトップカバーケース１６と、砕石投入装置３２と、包囲枠３０を支持する取付プレート３７と、砕石投入装置３２を支持する支持アーム３９と、砕石柱形成用アタッチメント１０による施工状態を管理する施工管理装置４１と、を備えている。

円筒部１２には、砕石投入孔１５が形成され、砕石投入孔１５は開閉蓋２０によって塞がれている。砕石投入装置３２は、ホッパー部３３と、ホッパー部３３の下部に配置されるシュート部３４を備えている。砕石投入孔１５は、砕石柱形成用アタッチメント１０が地中を掘削する際には開閉蓋２０によって閉じられている。これによって、砕石投入孔１５から土砂が侵入することを防止できる。また、円筒部１２内に砕石を投入する際には開閉蓋２０が開けられる。これによって、砕石投入装置３２に投入した砕石を砕石投入孔１５から円筒部１２内に投入することができる。通常用いられる砕石は、岩石を粉砕したものであるため一定の形状ではなく、約２〜５０ｍｍの直径を有するが、これに限定されない。砕石は、２ｍｍよりも小さな直径のものを含んでいてもよいし、５０ｍｍより大きな直径のものを含んでいてもよい。アタッチメントの形状を変えることで５０ｍｍより大きな直径のものも扱うことができる。

螺旋部１４は、回転入力軸２６に図示しないコアロッドを介して連結されている。回転入力軸２６は、駆動装置１１のモータ出力軸２７に接続されている。回転入力軸２６は、モータ出力軸２７の回転駆動力に応じて回転し、その回転駆動力を螺旋部１４に伝達する。螺旋部１４の先端には掘削翼が設けられている。掘削翼は、螺旋部１４の先端に向かうにしたがって径が大きくなる螺旋状に形成されている。掘削翼の略全体は円筒部１２内に配置されており、掘削翼の先端の一部のみが円筒部１２の先端から突出している。

円筒部１２の周囲には、螺旋状のフィン１３が形成されている。フィン１３は、螺旋部１４の螺旋（すなわち、掘削翼）と同一方向の螺旋形状を有している。後述するように、砕石柱形成用アタッチメント１０が地中を掘削する際は、円筒部１２と螺旋部１４は、同一方向に回転するようになっている。これにより、螺旋部１４の掘削によって生じた掘削土砂がフィン１３によって上方に運搬されることになる。

なお、トップカバーケース１６の内部には、図示しないワンウエイクラッチ機構を備えている。ワンウエイクラッチ機構は、掘削時の回転方向の駆動においては、自動的に螺旋部１４と円筒部１２とが一体として回転する作動状態とする。一方、掘削時の回転方向と逆方向の回転駆動においては、ワンウエイクラッチ機構は、螺旋部１４に駆動装置１１の回転駆動力を伝達する一方で、円筒部１２には駆動装置１１の回転駆動力が伝達されない。その結果、螺旋部１４で砕石に圧力を印加する一方で、円筒部１２の回転は停止する。以下、円筒部１２と螺旋部１４が同一方向に回転する方向、すなわち、掘削時の回転方向を「正転方向」といい、掘削時の回転方向と逆方向に回転する方向、すなわち、螺旋部１４で砕石に圧力を印加する回転方向を「反転方向」ということがある。

図４，５に示すように、透水パイプ設置用アタッチメント５０は、先端掘削部材６０と、先端掘削部材６０の上端に連結される第１円筒部材７０と、第１円筒部材７０の上端に連結される第２円筒部材８０と、第１円筒部材７０又は第２円筒部材８０の上端に連結されるモータ連結部材９０と、を備えている。

先端掘削部材６０は、第１円筒部材７０の下端（先端）に着脱可能に取付けられている。先端掘削部材６０は、本体６１と、本体６１の上端部に設けられた係合突部６４を備えている。本体６１は、先端（図の下端）に向かって径が小さくなる円錐台形状に形成されている。本体６１の下端面には、下方に突出する掘削歯６２が設けられており、本体６１の外周面には、径方向に突出する掘削歯６３が設けられている。掘削歯６２，６３によって、透水パイプ設置用アタッチメント５０は砕石柱１３０及び地中を掘削することができる。

係合突部６４は、本体６１の上端面より上方に向かって突出している。係合突部６４は、円筒状に形成されており、その径は本体６１の上端面の径よりも小さくされている。先端掘削部材６０と第１円筒部材７０が連結されると、係合突部６４は第１円筒部材７０の内部空間に収容されるようになっている。係合突部６４の外周面には、径方向に突出する係合突片６５ａ，６５ｂが設けられている。係合突片６５ａ，６５ｂは、先端掘削部材６０の回転軸線に対して対称となる位置に配置されており、係合突部６４の略中央から上端部まで回転軸線方向に伸びている。

第１円筒部材７０は、本体部７１と、本体部７１の一端（下端）に設けられた掘削側係合部７２を備えている。本体部７１は、円筒状に形成されており、その内部空間に透水パイプ１４０が収容可能となっている。本体部７１の径は、透水パイプ１４０の径に応じて種々に変更することができるが、例えば、８０〜２００ｍｍとすることができる。本体部７１の径を８０ｍｍ以上とすることで、透水パイプ１４０の径が小さくなり過ぎることはなく、透水パイプ１４０にある程度の透水能力を確保することができる。一方、本体部７１の径を２００ｍｍ以下とすることで、透水パイプ設置用アタッチメント５０による掘削圧力が過大となることが抑制され、地盤改良機４０が大型化することを防止できる。なお、本体部７１の径は、砕石柱形成用アタッチメント１０の径よりも小さくされている。

本体部７１の上端部には、ボルト孔７７と係合突起７８が形成されている。係合突起７８は、ボルト孔７７に対して周方向及び軸方向にずれた位置に配置されている。後述するように、係合突起７８及びボルト孔７７は、第１円筒部材７０に第２円筒部材８０又はモータ連結部材９０を連結するときに使用される。一方、本体部７１の下端部には、その外周面にフィン７６が形成されている。フィン７６は、本体部７１の外周面に部分的に形成されており、本体部７１の外周面を螺旋状に伸びている。フィン７６は、透水パイプ設置用アタッチメント５０が地中を掘削する際に、掘削によって生じた掘削土砂を地表側に向かって運搬する。フィン７６が部分的に設けられているため、掘削によって生じた掘削土砂が地表まで運搬されることはないが（すなわち、透水パイプ設置用アタッチメント５０は、地表に掘削土砂を排出しない無排土タイプの掘削部材であるが）、掘削側係合部７２の近傍からは地表側に掘削土砂を運搬する。これによって、掘削側係合部７２の内部に掘削土砂が侵入することを抑制している。一方、透水パイプ設置用アタッチメント５０を地中から引き抜く際（すなわち、透水パイプ設置用アタッチメント５０を反転方向に回転させる際）は、フィン７６によって透水パイプ１４０と掘削穴の間の空間に土砂や砕石を充填する。これによって、透水パイプ１４０が地中に安定して設置されるようになっている。

掘削側係合部７２は、円筒状に形成されており、その内部に先端掘削部材６０の係合突部６４を収容可能となっている。すなわち、掘削側係合部７２の内径は、係合突部６４の外径よりわずかに大きくされている。ただし、回転軸中心から係合突片６５ａ，６５ｂまでの寸法の和は、掘削側係合部７２の内径より長くなっている。掘削側係合部７２の内周面には、係合突片６５ａ，６５ｂに対応して２箇所に内周側係合溝７５が形成されている。内周側係合溝７５の深さは、係合突片６５ａ，６５ｂの径方向の寸法と略同一となっている。したがって、内周側係合溝７５に対して係合突片６５ａ，６５ｂを位置合わせすることで、掘削側係合部７２の内部に先端掘削部材６０の係合突部６４を収容することができる。

また、内周側係合溝７５は、回転軸方向に伸びる内周側縦溝７３と、内周側縦溝７３の上端部より周方向かつ正転方向に伸びる内周側横溝７４を備えている。内周側縦溝７３の周方向の寸法は、係合突片６５ａ，６５ｂの周方向の寸法より大きくされている。したがって、内周側縦溝７３内に係合突片６５ａ，６５ｂを挿入することができる。また、内周側横溝７４の軸方向の寸法は、係合突片６５ａ，６５ｂの軸方向の寸法よりわずかに長くなっている。したがって、係合突片６５ａ，６５ｂが内周側縦溝７３内に挿入されるように、掘削側係合部７２内に先端掘削部材６０の係合突部６４を挿入し、次いで、先端掘削部材６０に対して掘削側係合部７２を正転方向に回転させると、係合突片６５ａ，６５ｂが内周側横溝７４を周方向にスライドする。上記の説明から明らかなように、第１円筒部材７０が正転方向に回転するときは、係合突片６５ａ，６５ｂが内周側横溝７４内に進入し、これによって、先端掘削部材６０と第１円筒部材７０とが着脱不能となり、また、先端掘削部材６０と第１円筒部材７０とは一体となって回転する。すなわち、先端掘削部材６０と第１円筒部材７０とがロック状態となる。一方、第１円筒部材７０が反転方向に回転するときは、係合突片６５ａ，６５ｂが内周側横溝７４から外れ、先端掘削部材６０が第１円筒部材７０から着脱可能な状態となる。すなわち、先端掘削部材６０と第１円筒部材７０とが非ロック状態となる。なお、上記の説明から明らかなように、本実施例のロック機構（６５ａ，６５ｂ、７５）は、第１円筒部材７０の内周面と先端掘削部材６０の外周面との間に設けられており、第１円筒部材７０の外周面に露出していない。このため、ロック機構（６５ａ，６５ｂ、７５）に掘削土砂が侵入し、ロック機構（６５ａ，６５ｂ、７５）の誤動作が生じることが防止されている。

第２円筒部材８０は、本体部８５と、本体部８５の一端（下端）に設けられた係合凹部８１を備えている。本体部８５は、円筒状に形成されており、その内部空間に透水パイプ１４０が収容可能となっている。本体部８５の径は、第１円筒部材７０の本体部７１の径と同一となっている。本体部８５の上端部には、第１円筒部材７０と同様に、ボルト孔８６と係合突起８７が形成されている。ボルト孔８６と係合突起８７は、第１円筒部材７０のボルト孔７７及び係合突起７８と同一構造を有しており、係合突起８７はボルト孔８６に対して周方向及び軸方向にずれた位置に配置されている。後述するように、係合突起８７及びボルト孔８６は、第２円筒部材８０に他の第２円筒部材８０又はモータ連結部材９０を連結するときに使用される。

係合凹部８１は、円筒状に形成されており、その内部に第１円筒部材７０の上端部（本体部７１の上端部）が収容可能となっている。すなわち、係合凹部８１の内径は、第１円筒部材７０の上端部の外径よりわずかに大きくされている。ただし、第１円筒部材７０の上端部には係合突起７８が形成され、回転軸線から係合突起７８までの長さ（半径）は、係合凹部８１の半径と略同一となり、そのままでは係合凹部８１の内部に第１円筒部材７０の上端部を収容することはできない。このため、係合凹部８１には、係合突起７８に対応してスリット８４が形成されている。スリット８４に対して係合突起７８を位置合わせすることで、係合凹部８１の内部に第１円筒部材７０の上端部を収容することができる。なお、スリット８４は、係合凹部８１の壁を除去することで形成されているため、第２円筒部材８０の内部空間は、スリット８４を介して第２円筒部材８０の外部空間と連通している。

スリット８４は、回転軸方向に伸びる縦スリット８２と、縦スリット８２の上端部より周方向かつ正転方向に伸びる横スリット８３を備えている。縦スリット８２の周方向の寸法は、係合突起７８の周方向の寸法より大きくされている。したがって、縦スリット８２内に係合突起７８を挿入することができる。また、横スリット８３の軸方向の寸法は、係合突起７８の軸方向の寸法よりわずかに長くなっている。したがって、係合突起７８が縦スリット８２内に挿入されるように、係合凹部８１内に第１円筒部材７０の上端部を挿入し、次いで、第２円筒部材８０に対して第１円筒部材７０を正転方向に回転させると、係合突起７８が横スリット８３を周方向にスライドする。この状態では、縦スリット８２内に第１円筒部材７０のボルト孔７７が位置するようになっている。後述するように、本実施例では、ボルト９７を用いてボルト孔７７に止め板９６を取付けることで、縦スリット８２内に止め板９６が固定され、第１円筒部材７０に第２円筒部材８０が一体化される（図６参照）。これによって、第１円筒部材７０と第２円筒部材８０は、一体となって正転方向及び反転方向に回転することができる。なお、第２円筒部材８０の下端部（係合凹部８１の下端部）には鍔部８１ａが設けられ、係合凹部８１の下端部の機械的強度の向上が図られている。鍔部８１ａは、係合凹部８１の全周に亘って設けられているが、係合凹部８１の外周面から外側に突出している。このため、鍔部８１ａが係合突起７８を縦スリット８２に挿入することの障害とはならない。

上述したように、第１円筒部材７０の上端部と第２円筒部材８０の上端部は同一構造を有しているため、第２円筒部材８０の係合凹部８１には他の第２円筒部材８０の上端部が収容可能となる。したがって、本実施例の透水パイプ設置用アタッチメント５０は、第２円筒部材８０を連結する本数を調整することで、その軸長を調整可能となっている。

係合凹部９１は、上述した係合凹部８１と同一の構成を備えている。すなわち、係合凹部９１は、縦スリット９２と横スリット９３を備えたスリット９４（スリット８４に相当）と、鍔部９１ａ（鍔部８１ａに相当）とが形成されている。したがって、係合凹部９１には、第１円筒部材７０の上端部と第２円筒部材８０の上端部のいずれもが連結可能となっている。既に説明したが、図６に示すように、係合凹部９１に第２円筒部材８０の上端部を連結するときは、第２円筒部材８０の係合突起８７が縦スリット９２内に挿入されるように、係合凹部９１内に第２円筒部材８０の上端部を挿入し、次いで、モータ連結部材９０に対して第２円筒部材８０を正転方向に回転させる。すると、係合突起８７が横スリット９３内を周方向にスライドし、また、縦スリット９２内に第２円筒部材８０のボルト孔８６が位置する。次に、縦スリット９２内に止め板９６を嵌め込み、図６のボルト９７を止め板９６の貫通孔（図示しない）を通ってボルト孔８６に固定する。これによって、縦スリット９２内に止め板９６が固定され、モータ連結部材９０に第２円筒部材８０が一体化される。

次に、透水パイプ設置用アタッチメント５０を用いて地中内に設置される透水パイプ１４０について説明する。図７に示すように、透水パイプ１４０は、複数の透水パイプ部分４３によって構成されている。透水パイプ部分４３は、円筒状の本体部４４と、本体部４４の一端に設けられた嵌合ネジ部４５を備えている。本体部４４の径は、先端掘削部材６０の係合突部６４の径と略同一となっており、透水パイプ設置用アタッチメント５０（詳細には、第１円筒部材７０，第２円筒部材８０）の内径よりも小さくされている。透水パイプ設置用アタッチメント５０内に透水パイプ１４０を収容すると、透水パイプ設置用アタッチメント５０の内周面と透水パイプ１４０の間にクリアランスが形成されるようになっている。また、上述したように、本体部４４には、軸方向に伸びる透水スリット４６が複数形成されている。ここで透水スリットは軸方向に限定されず、円周方向や円周と軸方向を混在させたものや、円周に斜めに入れたスリットであっても良い。

嵌合ネジ部４５は、円筒状に形成されており、その外径が本体部４４の内径よりわずかに小さくされている。このため、透水パイプ部分４３の嵌合ネジ部４５を、他の透水パイプ部分４３の本体部４４側の端部（内周面にネジが形成された部分）に螺入し、２つの透水パイプ部分４３を連結することができる。本実施例では、複数の透水パイプ部分４３を軸方向に連結可能とすることで、透水パイプ１４０の軸方向の長さが調整可能となっている。また、本実施例の嵌合ネジ部４５は、下方に配置される透水パイプ部分４３に対して上方に配置される透水パイプ部分４３を反転方向（すなわち、透水パイプ設置用アタッチメント５０を地中から引き上げるときの回転方向）に回転させたときに、２つの透水パイプ部分４３が連結されるように（すなわち、締結力が上昇するように）なっている。逆に、下方に配置される透水パイプ部分４３に対して上方に配置される透水パイプ部分４３を正転方向に回転させると、２つの透水パイプ部分４３の連結が弛むように（すなわち、締結力が低下するように）なっている。これによって、透水パイプ設置用アタッチメント５０を地中から引き上げるときに、透水パイプ設置用アタッチメント５０と透水パイプ部分４３の摩擦や、両者の間に入り込んだ土砂等によって透水パイプ部分４３を反転方向に回転させようとするトルクが透水パイプ部分４３に作用しても、連結された透水パイプ部分４３同士の締結力が低下することを抑制することができる。このため、地中に設置した透水パイプ部分４３同士の連結を好適に維持することができる。

なお、最も地中深くに設置される透水パイプ部分４３（図７の下方に配置された透水パイプ部分４３）の下端には、当該透水パイプ部分４３と先端掘削部材６０とを接続するための接続機構（図示省略）が設けられている。これによって、最も地中深くに設置される透水パイプ部分４３と先端掘削部材６０との接続が好適に維持され、透水パイプ設置用アタッチメント５０を地中から引き上げた後においても、透水パイプ部分４３と共に先端掘削部材６０が地中に残される。このため、地中に透水パイプ１４０を好適に設置することが可能となっている。

次に、図８，９を参照して、地盤改良装置１００を用いて透水性構造体１２０の製造方法について説明する。透水性構造体１２０は、水はけの悪い地盤１０１に形成される例として説明する。本実施例では、上部透水層１０２ａから不透水層１０４を貫通して下部透水層１０２ｂにまで伸びる透水パイプ１４０を設置することで、上部透水層１０２ａ内の水を下部透水層１０２ｂに流す。これによって、上部透水層１０２ａの地下水位を適正化する。透水パイプ１４０の先端を下部透水層１０２ｂ内に位置させるためには、不透水層１０４と下部透水層１０２ｂの境界の位置を把握する必要がある。このために、まず、地盤１０１の地質調査を行い、上部透水層１０２ａと不透水層１０４の境界の位置、及び、不透水層１０４と下部透水層１０２ｂの境界の位置を測定する。そして、測定結果に基づいて、砕石柱１３０を形成する深さ（すなわち、砕石柱形成用アタッチメント１０で掘削する深さ）、及び、透水パイプ１４０の長さ（すなわち、透水パイプ設置用アタッチメント５０で掘削する深さ）を決定しておく。

砕石柱１３０を形成する深さ及び透水パイプ１４０の長さが決定された後、地盤１０１に砕石柱１３０を形成する砕石柱形成工程を実行する（Ｓ１２）。砕石柱形成工程は、以下の手順で行われる。まず、地盤改良機４０に砕石柱形成用アタッチメント１０を取付ける。次に、駆動装置１１により砕石柱形成用アタッチメント１０を正転方向に回転させながら下降させる。これによって、砕石柱形成用アタッチメント１０は地中内に挿入され、地中を掘削する。地中の掘削によって排出される土砂は、円筒部１２の外周に運ばれ、フィン１３によって上方に運搬される。砕石柱形成用アタッチメント１０が所定の深さまで到達すると、駆動装置１１の正転回転の駆動を停止し、掘削を終了する。次に、開閉蓋２０を開いた状態で、砕石投入装置３２に砕石を投入する。砕石投入装置３２に投入された砕石は、砕石投入孔１５を介して円筒部１２内に投入される。次に、螺旋部１４が反転方向に回転するように、駆動装置１１を駆動させる。すると、砕石柱形成用アタッチメント１０は、反転方向に回転しながら上昇すると共に、円筒部１２内に投入された砕石を螺旋部１４から押圧しながら排出する。これによって、砕石柱１３０が形成され、また、砕石柱形成用アタッチメント１０が地中から押し出される（図９（ａ）に示す状態）。図９から明らかなように、砕石柱１３０は、上部透水層１０２ａ内に形成され、不透水層１０４に到達していない状態を示しているが、不透水層１０４の上面に接して構成しても良い。砕石柱１３０を上部透水層１０２ａ内にのみ形成することで、小型の地盤改良機４０を用いて比較的に大きな径の砕石柱１３０を形成することができる。

次に、掘削工程を実行する（Ｓ１４）。掘削工程では、地盤１０１に形成された砕石柱１３０を貫通して地中深部に伸びる空間を形成する。掘削工程は、以下の手順で行われる。まず、地盤改良機４０から砕石柱形成用アタッチメント１０を取外し、地盤改良機４０に透水パイプ設置用アタッチメント５０を取付ける。透水パイプ１４０は、砕石柱１３０の軸線に沿って配置するため、透水パイプ設置用アタッチメント５０によって掘削する位置は、砕石柱形成用アタッチメント１０によって掘削する位置と同一となる。なお、掘削開始時の透水パイプ設置用アタッチメント５０は、第１円筒部材７０の上端にモータ連結部材９０が取付けられている。すなわち、第２円筒部材８０は連結されておらず、第１円筒部材７０にモータ連結部材９０が直接取付けられている。なお、掘削を開始して第１円筒部材７０が地中に埋め込まれると、第１円筒部材７０の上端に第２円筒部材８０を連結し、第２円筒部材８０の上端を地盤改良機４０の駆動装置１１に連結する。このように、第２円筒部材８０を継ぎ足してゆくことで、透水パイプ設置用アタッチメント５０は所望の深さまで掘削を行うことができる。

地盤改良機４０に透水パイプ設置用アタッチメント５０が取付けられると、駆動装置１１により透水パイプ設置用アタッチメント５０を正転方向に回転させながら下降させる。このとき、透水パイプ設置用アタッチメント５０が正転方向に回転するため、第１円筒部材７０と先端掘削部材６０は着脱不能にロックされ、また、一体となって回転する。これによって、砕石柱１３０の軸線に沿って透水パイプ設置用アタッチメント５０が正転方向に回転しながら下降し、砕石柱１３０及び地盤１０１が掘削される。透水パイプ設置用アタッチメント５０には、フィン７６が部分的にしか設けられていないため、掘削によって排出される土砂は地表には排出されない。透水パイプ設置用アタッチメント５０が所望の深さまで到達すると、駆動装置１１の正転回転の駆動を停止し、掘削を終了する。これによって、砕石柱１３０及び不透水層１０４を貫通して下部透水層１０２ｂの深さまで、透水パイプ設置用アタッチメント５０が埋め込まれる（図９（ｂ）に示す状態）。すると、砕石柱１３０を貫通して地中深部に伸びる空間が形成される。

次に、ステップＳ１４で形成された空間に透水パイプ１４０を配置する配置工程を実行する（Ｓ１６）。配置工程は、以下の手順で行われる。まず、ステップＳ１４において埋め込まれた透水パイプ設置用アタッチメント５０を地盤改良機４０から取外し、第２円筒部材８０の上端からモータ連結部材９０を取外す。これによって、第２円筒部材８０の上端が開放され、第２円筒部材８０の上端から第２円筒部材８０及び第１円筒部材７０内に透水パイプ１４０を挿入する。これによって、透水パイプ設置用アタッチメント５０内に透水パイプ１４０が設置される（図９（ｃ）に示す状態）。透水パイプ設置用アタッチメント５０内に透水パイプ１４０が設置された状態では、透水パイプ１４０のフック４８及び外れ止め４７が先端掘削部材６０の係合突部６４の内部に挿入され、棒状部材６７と係合している。なお、透水パイプ１４０の長さは、透水パイプ１４０の下端が透水パイプ設置用アタッチメント５０の下端に到達するように、連結する透水パイプ部分４３の本数によって調整される。

透水パイプ設置用アタッチメント５０内に透水パイプ１４０が設置されると、次に、第２円筒部材８０の上端にモータ連結部材９０を取付けると共に、そのモータ連結部材９０を地盤改良機４０に取付ける。次に、駆動装置１１により透水パイプ設置用アタッチメント５０を反転方向に回転させながら上昇させる。透水パイプ設置用アタッチメント５０が反転方向に回転するため、第１円筒部材７０と先端掘削部材６０が着脱可能な状態となる。このため、先端掘削部材６０が地中に残置される一方で、第１円筒部材７０及び第２円筒部材８０は地表に引き抜かれる（図９の（ｄ），（ｅ）に示す状態）。本実施例では、第２円筒部材８０を取外しながら透水パイプ設置用アタッチメント５０を引き抜くことで、小型な地盤改良機４０によって、深い位置まで地中に挿入された透水パイプ設置用アタッチメント５０を地表に引き抜くことができる。これによって、地中に透水パイプ１４０が形成され、地中に透水性構造体１２０が形成される。

ステップＳ１６の透水パイプ１４０を配置する配置工程が終了したら、砕石柱１３０の上方に蓋部１３２を形成する。なお、蓋部１３２は、ステップＳ１２の砕石柱形成工程の後に実行し、ステップＳ１４の掘削工程では、蓋部１３２と砕石柱１３０を貫通するように地中深部に伸びる空間を形成してもよい。

上述した説明から明らかなように本実施例では、比較的に径の大きい砕石柱１３０を上部透水層１０２ａに形成し、比較的に径の小さい透水パイプ１４０を砕石柱１３０及び不透水層１０４を貫通して下部透水層１０２ｂに達するように設置する。このため、径の小さな透水パイプ１４０を用いても、径の大きな砕石柱１３０によって十分な透水能力を確保することができる。また、砕石柱１３０より透水パイプ１４０の径を小さくし、また、透水パイプ設置用アタッチメント５０を長さ調整可能な構成としているため、同一の地盤改良機４０を用いて、深さ方向の寸法の異なる砕石柱１３０と透水パイプ１４０の両者を地中に設置することができる。

また、本実施例では、上部透水層１０２ａ内の水を透水パイプ１４０を用いて下部透水層１０２ｂに流下させる。このため、上部透水層１０２ａに形成した砕石柱の下端に側方に伸びる透水パイプを接続し、上部透水層１０２ａ内の水を側方に排水する場合と比較して、透水パイプの設置を容易に行うことができる。すなわち、砕石柱の下端に側方に伸びる透水パイプを接続する場合、砕石柱を形成した後に、地盤の側面から砕石柱の下端に向かって地中を掘削し、透水パイプを設置する空間を形成しなければならない。一方、本実施例では、砕石柱１３０を形成するための掘削と透水パイプ１４０を設置するための掘削を同一の位置で行うだけでよい。このため、本実施例によると、透水パイプ１４０の設置を容易に行うことができる。

さらに、本実施例では、透水性構造体１２０を地中に形成することによって、上部透水層１０２ａ内の水を下方に向かって流下させる。このため、透水性構造体１２０を平坦な土地の地中に形成することによって、側面（例えば、斜面）を有する隆起した土地だけでなく、側面を有さない平坦な土地においても土壌内の水を排水することができる。例えば、砕石柱の下端に側方に伸びる透水パイプの一端を接続する場合、排水のために透水パイプの他端を地表に配置しなければならない。このため、斜面等を有する隆起した土地であれば側方に伸びる透水パイプを設置できるが、平坦な土地では側方に伸びる透水パイプを設置できない。一方、本実施例では、透水パイプ１４０によって上部透水層１０２ａ内の水を下方に向かって流下させるため、斜面等を有さない平坦な土地等を含むあらゆる形状の土地において、土壌内の水を排水することができる。このため、本実施例の透水性構造体１２０は、例えば、雨水枡としても利用することができる。

なお、本実施例では、上部透水層１０２ａに砕石柱１３０が形成されたが、このような構成に限定されない。上部透水層１０２ａに形成される構造体は透水性を有していればよく、例えば、砕石に限定されるものではなく、自然石、破砕コンクリート等を充填した構造体であってもよい。また、上部透水層１０２ａに形成される構造体の形状についても特に限定されない。例えば、図１０に示すように、上部透水層１０２ａに形成される構造体は、複数の砕石柱を接続して形成した砕石壁２３０であってもよい。すなわち、透水性構造体２００は、複数の砕石柱を接続するように形成した砕石壁２３０を備えていてもよい。上部透水層１０２ａに砕石壁２３０を形成することによって、上部透水層１０２ａに形成される透水性構造体（すなわち、砕石壁２３０）の体積を大きくすることができる。このため、上部透水層１０２ａの水をより多く貯留することができる。また、砕石壁２３０は略平面状であるため、大径の円柱状の砕石柱を形成する場合と比較して、上部透水層１０２ａとの接触面積が大きくなる。このため、上部透水層１０２ａ内の水と接触し易くなり、より確実に上部透水層１０２ａ内の水を貯留することができる。また、透水性構造体２００では、透水パイプ１４０の数（図１０では２本）は、砕石壁２３０を構成する砕石柱の数（図１０では８本）より少なくてもよい。このような構成であっても、砕石壁２３０内に貯留する水を下部透水層１０２ｂ側に流下させる機能を十分に果たすことが可能である。このため、上部透水層１０２ａ側から下部透水層１０２ｂ側に水を流下させる機能を保持しつつ、透水パイプ１４０を配置する手間を低減することができる。

また、本実施例では、透水パイプ１４０の側面には軸方向に伸びる透水スリット４６が形成されていたが、透水パイプ１４０に形成する連通孔の数、形状等は種々の形態を採ることができる。また、例えば、熱交換用のパイプや水位等を計測する計測機器等を透水パイプ１４０内に配置してもよい。この場合、熱交換用のパイプや計測機器等を予め透水パイプ１４０内に設置した状態で透水パイプ１４０を配置してもよいし、透水パイプ１４０を配置した後で熱交換用のパイプや計測機器等を透水パイプ１４０内に設置してもよい。熱交換用のパイプや計測機器等を透水パイプ１４０内に予め設置しておくと、熱交換用のパイプや計測機器等を目的の深さ位置に配置し易い。また、熱交換用のパイプや計測機器等が透水パイプ１４０内を通過（降下）させる際に破損することを回避できる。

また、本実施例では、透水性構造体１２０は透水パイプ１４０を備えていたが、このような構成に限定されない。透水性を有すると共に、地表側から砕石柱１３０を貫通して下部透水層１０２ｂまで伸びていればよく、例えば、透水パイプ１４０を配置する代わり、粒径の異なる砕石で形成された砕石杭（又は砕石柱）を形成してもよい。

また、本実施例では、地盤改良装置１００を用いて透水性構造体１２０を形成したが、このような構成に限定されない。例えば、上部透水層１０２ａに形成される透水性構造体（本実施例の砕石柱１３０）と、下部透水層１０２ｂまで位置する透水性構造体（本実施例の透水パイプ１４０）を、別の装置を用いて形成してもよい。また、下部透水層１０２ｂまで位置する透水性構造体を形成する際に、例えば、ボーリング調査の際に用いる装置等で地中に空間を形成し、その空間内に下部透水層１０２ｂまで位置する透水性構造体を配置してもよい。

実施例で説明した透水性構造体１２０及びその製造方法に関する留意点を述べる。実施例の砕石柱１３０は、「第１透水性部分」の一例であり、透水パイプ１４０は、「第２透水性部分」の一例である。また、実施例の砕石柱形成工程は、「第１透水性部分形成工程」の一例であり、透水パイプ配置工程は、「第２透水性部分形成工程」の一例である。

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

１０：砕石柱形成用アタッチメント
５０：透水パイプ設置用アタッチメント
１００：地盤改良装置
１０１：地盤
１０２ａ、１０２ｂ：透水層
１０４：不透水層
１２０、２００：透水性構造体
１３０：砕石柱
１４０、２４０：透水パイプ
２３０：砕石壁

Claims (6)

1. 地中に透水性構造体を構築する方法であって、
   前記地中に第１の透水性を有する第１透水性部分を形成する第１透水性部分形成工程と、
   前記第１透水性部分を貫通して地中深部に伸びる空間を形成する掘削工程と、
   前記空間に第２の透水性を有する第２透水性部分を形成する第２透水性部分形成工程と、を備え、
   前記空間は、地中深部に向かって第1方向に伸びており、
   前記空間の前記第１方向に直交する断面の断面積が、前記第１透水性部分の前記第１方向に直交する断面の断面積より小さい、透水性構造体の構築方法。
2. 前記第１透水性部分は、砕石構造体である、請求項１に記載の透水性構造体の構築方法。
3. 前記砕石構造体は、複数の砕石柱を有しており、
   前記複数の砕石柱のそれぞれが、隣接する他の砕石柱と半径方向にオーバーラップすることによって、前記砕石構造体は、壁状の砕石構造体となっている、請求項１または２に記載の透水性構造体の構築方法。
4. 前記第１透水性部分形成工程は、前記複数の砕石柱を形成し、
   前記掘削工程は、前記複数の砕石柱のうちの少なくとも１つを貫通して前記空間を形成し、
   前記第２透水性部分形成工程は、前記空間に前記第２透水性部分を形成する、請求項３に記載の透水性構造体の構築方法。
5. 前記第２透水性部分は、透水パイプである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の透水性構造体の構築方法。
6. 地中に形成した空間に形成される透水性構造体であって、
   第１の透水性を有する第１透水性部分と、
   第２の透水性を有し、前記第１透水性部分を貫通して地中深部に伸びる第２透水性部分と、を備えており、
   前記第２透水性部分は、地中深部に向かって第１方向に伸びており、
   前記第２透水性部分の前記第1方向に直交する断面の断面積は、前記第１透水性部分の前記第１方向に直交する断面の断面積より小さい、透水性構造体。

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