JP4232952B2 - 地盤改良方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
開示技術は、地盤改良工事において、液状化防止や、軟弱性の粘性地盤のせん断強度の増大を図るために、従来のグラベルドレーンやサンドコンパクションパイル工法に代えて液状化現象防止や、軟弱地盤の抵抗強度の増加等を図るべく地盤中に圧縮形成する土中杭を圧縮・拡形し、地盤の強度剛性を上昇させようとする地盤改良施工の技術分野に属する。
【従来の技術】
【０００２】
周知の如く国土が著しく狭隘で、その上、山間林野部が多く、しかも、当該山間林野部が複雑に入り組んだ長い海岸線に迫っているような特殊な地勢条件の我が国の国土にあっては、住宅地は勿論のこと、産業施設に有効に利用し得る平野部が著しく、限られており、したがって、当該平野部の有効利用に供するべく、河川湖沼や遠浅海岸を埋め立てたり、浚渫したりして軟弱地盤の改良を行って土地の有効利用を図るべく、地盤改良技術が旧くから種々開発され、そのうち、いくつかは実用に供されるようになってはいる。
【０００３】
例えば、サンドコンパクションパイル工法やグラベルドレーン等は実用化されてはいるが、当該旧来従来技術は土中に形成される杭の造成に対し、前者は地盤中に削孔ロッドを貫設した後、盛土を行って、載荷荷重をかけねばならないような施工工事の煩瑣性があり、作業能率を弱め、又、後者は実際の地震にあって初めて、その効果が確かめられるために薬液注入工法等による改良材の地盤に対する注入工法がとってかわれるようになってはいる。
【０００４】
しかしながら、当該薬液注入工法は地盤中の地下水等に対して、液−液系の薬液を注入するために、汚染問題があり、また薬液浸透が設計通りに行くか行かないかというネックがあった
【０００５】
而して、又、これらの旧来技術の地盤改良工事を利用する次の例が挙げられる。
【特許文献１】
特開昭５３−８４３１０号公報発明
【特許文献２】
特開平３−５５１６号公報発明
【０００６】
そして、これらの従来技術にあっては、開示された諸問題等を基本的にクリアー出来ないとの欠点があった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そして、施工中は、圧密沈下や地滑りによる地盤の破壊や液状化現象等の軟弱地盤に発生する諸問題もあり、更に完全に対応出来ないという難点があった。
【０００８】
尚、従来技術にあっては、又、施工工事に際しては、騒音や振動等が発生して公害問題を発生するネックもあった。
【発明の目的】
【０００９】
これに対し、所定の地盤改良工事を行うに際し、静粛性が保たれ、効率良く、設計通りの施工が行われ、しかも、低コストで行え、地盤中に形成する土中杭の強度、剛性を充分に向上させ、しかも、圧縮や締め固めが施工中途において、確実に行われるようにして、建設産業における土木技術利用分野に益する優れた地盤改良工法、及び、機械工法に直接使用する地盤改良装置を提供せんとするものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする手段】
上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成は、前述課題を解決するために、被改良地盤に対し、外側のケーシングオーガーにより削孔を形成し、次いで、ケーシングオーガーを介して改良材を投入充填し、而して、該ケーシングオーガーの引抜きに伴って該削孔内にスラストスクリューにより該改良材を排出して拡径及び、圧縮するようにする地盤改良方法において、該スラストスクリューの先端より空気等の高圧流体を反復して、又は、連続して土壌中に吐出させ、土中杭に対する締め固めと拡径を行いながら上記ケーシングオーガーを引き抜きしようとすることを基幹とし、而して、その際、上記高圧流体の吐出口よりの吐出により土中杭の締め固めと拡径を行うと共に地盤の土壌中の間隙空気量を増加させて地盤の土壌中の間隙水圧を減少させることにより土中杭間の液状化抵抗を向上させるようにするようにし、又、上記高圧流体の吐出口よりの吐出を反復して行うことにより該吐出衝撃力を地盤の土壌に付与して土中杭間の地盤を締め固めするようにし、そして、上記ケーシングオーガーの引き上げを所望サイクルのステップで反復して行うようにし、加えて上記スラストスクリューによる改良材の排出において、該スラストスクリューの回転トルクを改良材に直接付与するようにし、更に、又、被改良地盤に対し、外側のケーシングオーガーにより削孔を形成し、次いで、該削孔中に所定の粉粒状の改良材を投入充填し、而して、該ケーシングオーガーの引抜きに伴って該削孔内にスラストスクリューにより該改良材を排出して拡径及び、圧縮するようにする地盤改良方法に直接使用する地盤改良装置において、上部の回転駆動装置に有する、外側の削孔用ケーシングオーガーと該ケーシングオーガーの内側であって、上部に回転駆動装置を有するスラストスクリューを装備し、該スラストスクリューには上部のスィーベルジョイントと下部の吐出口を有する高圧流体通路を有しているようにし、そして、上記高圧流体通路にロータリーバルブが介装されているようにし、その上、上記スラストスクリューがリボンスクリューにされているようにし、又、中詰砂のレベル計測にはレーザーを用いるようにした技術的手段を講じたものである。
【００１１】
【作用】
地盤改良を行うに際し、ドウザー型の小型の地盤改良装置を搬入セットし、そのヘッドに垂立させたリーダーに沿って、ケーシングオーガーを配設し、その外側アースオーガーとしてのスパイラルフィンのケーシングオーガーにより該ケーシングオーガーを地盤中に貫設し、その後、該削孔中に粉粒状の砂，砕石，砂利，コンクリート殻，ガラス再生材等の粉粒状の改良材を投入充填し、該ケーシングオーガーを引き抜きし、ケーシングオーガー内にスラストスクリューを装備して該スラストスクリューの回転作用により改良材に対し、拡径と圧縮を作用させて、所定の地盤改良を行うようにし、その際、スラストスクリューの先端下部に設けた吐出口よりエアー等の高圧流体を吐出し、土中杭の締め固めと拡径を行い、また、地盤の土壌中の間隙の空気量を増加させて地盤の土壌中の水圧を減少させて、液状化抵抗を向上させるようにし、又、吐出口より改良材の吐出を反復して行うようにし、地盤の土壌に対し、衝撃を与えて締め固めするようにし、又、その際、スラストスクリュー、又は、リボンスクリューフィンの回転トルクを直接付与するようにして、締め固めが確実に行え、又、地盤改良装置においては、スラストスクリューの中軸中に高圧流体通路を有して該高圧流体通路にはエアー等の高圧流体が介設されていることにより所定量のエアー等が確実に供給されて所定の圧縮と締め固めが確実に行われるようにし、又、中詰砂のレベル計測はレーザーを用いるようにしたものである。
【発明が実施しようとする形態】
【００１２】
次にこの出願の発明の実施しようとする形態を実施例の態様として図面を参照して説明すれば以下の通りである。
図１，２，３に示す態様において、１はこの出願の発明の１つの要旨の中心を成す地盤改良装置であり、１台ずつのユニットプラントは小型のドウザー型のものであり、最下段のクローラー２の上には水平方向旋回動自在なフレーム３が搭載されており、中央部には運転席（操縦席）５が設けられ、後部にはウィンチ等の機械装置類６が装備されており、そのヘッドからはリーダー７がバックステー８により垂立状に配設されており、その上部に設けられたシーブ装置９からは削孔用のケーシングオーガー１０が垂立状に配設するようにされている。
【００１３】
又、削孔用ケーシングオーガー１０は図４に示す様に、一般的な二重管方式や三重管方式の複重管方式にされており、該削孔用ケーシングオーガー１０の外側にはアースオーガー１１´ を有しており、又、該ケーシングオーガー１０の上部には回転駆動装置としてのモーター１０´ ，１０´´が、そして当該図４に示す様に、ケーシングオーガー１０の内側にスラストスクリュー１２の回転装置としてのモーター１０´´が一体的に装備されており、又、図５に示す様にケーシングオーガー１０の内部にはスラストスクリュー１２が設けられており、又、その中軸１２´´は二重管方式の構造にされており、その上部に回転装置としてのモーター１０´´を有する中軸１２´´には図示しないスィーベルジョイントを介してコンプレッサーにホースを介して接続されており、高圧流体としてのエアーを中軸１２´´内に送給して当該スラストスクリュー１２の先端部に当該図５に示しているように先端のスクリューフィン１２´ の先端に開口してある吐出口１３から削孔中の土壌に所定に噴出するようにされており、又、図４の削孔用ケーシングオーガー１０の上部には削孔ロッド中に投入充填された中詰砂としての改良材の充填レベルの上面をレベル検出するためのレーザーセンサー１４が臨まされており、操縦席５の図示しないレギュレーターに図１０のモデルオシログラフに示す様に、所定の画面表示装置に表示されて当該図１０に示す様にケーシングオーガー１０の上端面のレベルを示すグラフＣ−１と上部の中詰砂のレベル上面のＣ−２の如く、そのステップ毎の所定の長さ（例えば５０ｃｍ）ずつの反復する当該中詰砂の投入に伴う施工サイクルが示されて操作員が目視してコントロールすることが出来るようにされている。
【００１４】
上述構成の地盤改良装置１により所定の部位の地盤改良を行うに際しては当該領域に搬入セットしたドウザー型の小型の地盤改良装置１を稼働に供してケーシングオーガー１１をその上部の回転装置としてのモーター１０´ により回転作動させてそのアースオーガー１１´ により地盤中に所定深度削孔を掘削形成させる。
【００１５】
そして、所定の深度に削孔が形成された後は図示しないスィーベルジョイントから砂，砕石，砂利，コンクリート殻，ガラス再生材の中詰砂を投入充填し、又、ケーシングオーガー１１を逆回転させて所定に引き抜きし、その間スラストスクリュー１２を正回転させて中詰砂を投入充填していく。
【００１６】
その間の工程は図７の（イ）〜（ヘ）の各ステップ、及び、図８の（ト）〜（オ）の各ステップに示す通りである。
【００１７】
この間、スラストスクリュー１２の先端のスクリューフィン１２´ のエアー吐出口１３からは所定圧力高圧流体としてのエアーを噴出し、ケーシングオーガー１０の削孔による周辺地盤に対し、図９，１１に示す様に間隙の水圧を除去し、液状化抵抗をアップさせることが出来るようにする。
【００１８】
又、この間のケーシングオーガー１０の引き抜きとスラストスクリュー１２の押進とは所定の時間差を有する適宜回数のステップにより行われる。
【００１９】
又、当該図９，１１に示す通りに施工の連続プロセスにおいて、スラストスクリュー１２に対する回転トルク１７の伝達（矢印）は、又、中詰砂の移動方向１７´ （黒矢印）に示す如く行われ、土中杭１６の造成完了をさせることが出来る。
【００２０】
又、図１２の（ワ）〜（ラ）は、高圧のエアー（矢印）に示すように削孔の周辺の原地盤に対し吹き出し土粒子や間隙水が除去されて土粒子間の締め固めが形成されていくプロセスを示すものである。
【００２１】
上述の如く、軟弱地盤の改良が設計通りにスムーズに行われ、施工期間の短縮も図れ、コスト的にも安くすませることが出来る。
【００２２】
又、ケーシングオーガー１０に投入充填される中詰砂からの表面レベルは先述図４の上部に示すレーザーセンサー１４により当該上面レベルは図７に示す如く、常時検知されて、レギュレーターにより操作員が所定に中詰砂の投入量をコントロールするようにすることが出来る。
【００２３】
又、高圧流体のエアーの吐出による土壌中の間隙水の排出による液状化の抵抗を向上させるようにすることも出来ることは勿論のことである。
【００２４】
尚、この発明の実施態様は上述実施例に限るものでないことは勿論であり、スラストスクリュー１２に代えて図１３に示す様にリボンスクリュー１２´´´ にすることが出来ることは勿論のことである。
又、当該図１３に示す様にケーシングオーガー１０の内側に設けるスラストスクリュー１２に代えてリボンスクリュー１２´´´ に、又、該リボンスクリュー１２´´´ の先端に所定部位に吐出口１３を設けたり、攪拌ビット１８を設けたりする等の態様も可能である。
【００２５】
又、上述実施形態の高圧流体のエアーの代わりに清澄水等を用いる等するようにすることも可能である等種々の態様が採用可能である。
【発明の効果】
【００２６】
以上、この出願の発明によれば、基本的に地盤改良工事において、近時盛んに実用化されているグラベルドレーンやサンドコンパクションパイル工法に代えて削孔ロッドの介装するこれらのケーシングオーガーの内側にスラストスクリューを設けて、外側のケーシングオーガーにより該ケーシングオーガーを形成し、該ケーシングオーガーの引き抜きと相成ってスラストスクリューにより改良材を地盤中にお仕込み排出する過程において、改良材の拡径と圧縮、及び、締め固めを行うことによりこれらの行為を相互に独立裡に反復させることにより改良材により地盤中に回転トルクを付与する等して、地盤の間隙を圧密することにより間隙空気量を増大させて液状化の抵抗を向上させ土中杭の締め固めをより強固にすることが出来るという改良工事における効率精度をより促進させることが出来るという優れたメリットがある。
【００２７】
又、ケーシングオーガーにより地盤中に該削孔用ケーシングオーガーを所定深度まで貫入を行い、その内部のスラストスクリューによって改良材の中詰砂を地盤中に押圧排出し、排出中にスラストスクリューの回転トルクを改良材に直接付与することが出来、土中杭の締め固めをより強固にすることが出来るという優れた効果が奏される。
【００２８】
これらの中途において、スラストスクリューやリボンスクリューの先端に設けた吐出口からエアー等の高圧流体を地盤中に噴出させ、地盤中の土壌に対して、衝撃圧を与えることにより上記相乗効果が促進させるという利点もあり、又、施工が無振動，無騒音裡に行えるために静粛性が保たれるという優れた効果が奏される。
【００２９】
上述のようにすることにより従来のグラベルドレーン工法やサンドコンパクションパイル工法等に代えて、地盤の液状化現象を防止して地盤中に形成する土中杭の強度や剛性を著しくアップさせることが出来るという優れた効果が奏される。
【００３０】
地盤改良装置において、削孔ロッドを複重管方式にした外側のケーシングオーガーの内側にスラストスクリューやリボンスクリュー等のスパイラルスクリューを設けたことにより引き抜きするケーシングオーガーの引き抜きに相俟って内側のスラストスクリューやリボンスクリューを押進させて改良材を削孔中に排出し、その間、所定タイミングで高圧流体を先端開口の吐出口から地盤の土壌中に噴出し、衝撃圧を与えて、間隙水や間隙の空気を除去させて液状化抵抗を増加させて強度剛性をアップさせることが出来るという優れた効果が奏される。
【００３１】
そして、地盤改良装置としては外側のケーシングオーガーと内側のスラストスクリューやリボンスクリューは周公知の技術を利用することが出来るため、その構造が繁雑とならず、低コストで簡単に製作する事が出来るという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の要旨の一つをなす地盤改良装置の概略側面図である。
【図２】同正面図である。
【図３】同上面図である。
【図４】ケーシングオーガーの概略側面図である。
【図５】スラストスクリューの先端フィンと吐出口の概略取り合い側面図である。
【図６】ケーシングオーガーの内部機構側面図である。
【図７】（イ）〜（ヘ）は各プロセスのステップ毎の改良材の排出充填のプロセス図である。
【図８】（ト）〜（オ）はスラストスクリューから排出充填された土中杭の拡径・圧縮プロセスを示す概略側面図である。
【図９】スラストスクリュー先端から排出充填された改良材の力学的作用側面図である。
【図１０】中詰砂の上端レベルとケーシングオーガーの上端のモデルオシロのグラフ図である。
【図１１】ケーシングオーガーの先端部と排出充填された改良材の作用側面図である。
【図１２】（ワ）〜（ラ）はスクリューフィンの先端吐出口からの吐出された高圧流体と地盤土粒子の作用の各ステップ図である。
【図１３】スラストスクリューがリボンスクリューである機構概略側面図である。
【符号の説明】
１０ 削孔用ケーシングオーガー
１６ 土中杭
１２´´´ リボンスクリュー
１２ スラストスクリュー
１３ 吐出口
１７ 回転トルク
１１´ オーガーフィン（アースオーガー）
１０´ ，１０´´，１０´´´ モーター
１２´ スクリューフィン
１２´´ 中軸
１７´ 砂の移動方向
１８ ビット（攪拌ビット）
１ 装置
５ 運転席（操縦席）
９ シーブ
７ リーダー
８ バックステー
２ クローラー
３ フレーム
６ 機械装置類
Ｃ−１ ケーシングオーガーの先端レベル
Ｃ−２ 中詰砂のレベルの画像

Claims (8)

1. 地盤中に改良材を充填して土中杭を造成する地盤改良方法において、
   外側のケーシングオーガー(10)を所定深度まで貫入して、該ケーシングオーガー(10)を介して改良材を投入し、
   前記ケーシングオーガー(10)の引き抜きに伴って、その内側のスラストスクリュー(12)にて、ケーシングオーガー(10)内に投入された前記改良材を地盤中に排出し、
   該改良材の排出の際に、前記スラストスクリュー(12)の先端側におけるスクリューフィン (12') の側端部に設けた吐出口(13)から高圧流体を周辺地盤へ向けて噴射して、該周辺地盤に対し衝撃圧を与えるようにし、
   地盤内に排出された前記改良材に対し、前記スラストスクリュー(12)を回転させてその回転トルクを直接付与することによって、排出された該改良材を締め固めるようにする
   ことを特徴とする地盤改良方法。
2. 前記高圧流体が高圧エアーであることを特徴とする請求項１記載の地盤改良方法。
3. 前記高圧エアーの噴射を反復して行うようにすることを特徴とする請求項２記載の地盤改良方法。
4. 前記高圧エアーの噴射を連続して行うようにすることを特徴とする請求項２記載の地盤改良方法。
5. 前記ケーシングオーガー(10)内に投入される改良材の表面レベルをレーザーによって測定するようにすることを特徴とする請求項１記載の地盤改良方法。
6. 請求項１記載の方法に用いられる地盤改良装置であって、
   被改良地盤に貫入されるケーシングオーガー(10)と、
   前記ケーシングオーガー(10)の内側に設けられ、該ケーシングオーガー(10)内に投入された改良材を地盤中に排出するためのスラストスクリュー(12)と、
   前記スラストスクリュー(12)の先端側におけるスクリューフィン (12') の側端部に設けられ、周辺地盤へ向けて高圧流体を噴射するための吐出口(13)と、
   を有することを特徴とする地盤改良装置。
7. 前記スラストスクリュー(12)は、前記吐出口(13)に通ずる高圧流体通路(12'')を有していることを特徴とする請求項６記載の地盤改良装置。
8. 上記スラストスクリュー(12)がリボンスクリューにされていることを特徴とする請求項６記載の地盤改良装置。

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