JP4566634B2 - Ground improvement method - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Description
本発明は、軟弱な地盤の上に住宅や道路や擁壁などを建築する際、これら構造物の沈下を防止するための地盤の改良方法に関する。 The present invention relates to a ground improvement method for preventing settlement of these structures when a house, a road, a retaining wall, or the like is built on a soft ground.
湖沼や水田などを造成した軟弱な地盤に住宅などを建築する場合、べた基礎などを採用しても地盤が急速に沈下する恐れがあり、これを防止するには何らかの地盤改良が必要である。この地盤改良の例としては、地中深さ1m程度までセメント等の固化材を散布して撹拌を行い、固化材の凝固により地盤全体を硬化させる表層改良工法や、この表層改良工法でも手に負えない場合、地中に固化材と土を混合した柱を構築する柱状改良工法や、金属パイプを打ち込む鋼管杭工法などが挙げられる。これら以外にも、下記特許文献1のような方法も開発されており、地盤沈下を防止する工法は既に確立されている。
上記のような表層改良工法や柱状改良工法は、これまでの施工実績も多く、その効果も認められているが欠点も抱えている。まず表層改良工法は、地中に腐葉土層などがある場合、セメントが凝固しないことがあり、また地質によってはセメントとの化学反応により六価クロムなどの有害物質が発生する危険がある。そのほか、表層改良工法・柱状改良工法・鋼管杭工法のいずれも、地中にコンクリート塊や杭などの人工物を埋設した状態になり、後年に土地を売却する場合、これら人工物を撤去するよう要求される懸念がある。そして実際にこれらの撤去を行うと大きな費用負担が必要になり、土地取引に影響を与えることが予想される。 The surface layer improvement method and the columnar improvement method as described above have many construction results so far, and their effects have been recognized but have drawbacks. First, in the surface layer improvement method, when there is a humus layer in the ground, the cement may not solidify, and depending on the geology, there is a risk that harmful substances such as hexavalent chromium may be generated due to chemical reaction with the cement. In addition, all of the surface layer improvement method, columnar improvement method, and steel pipe pile method will be in a state where concrete objects such as concrete blocks and piles are buried in the ground, and if the land is sold later, these artifacts will be removed. There are concerns that are required. And if these removals are actually carried out, it will be necessary to bear a large expense, which is expected to affect land transactions.
また特許文献1による方法は、砕石を用いたパイルを地中に形成するが、この場合、単に地中に砕石が埋まっているだけであり、土地を売却する際、これを取り除いて現状を回復する必要はない。しかし当該発明を実際に行う場合は、加圧した空気や水が必要で、掘削機以外にこれら流体を取り扱うための機械設備が大掛かりになり、費用の増加も避けられない。したがって予算の厳しい住宅用途などでは、利点を考慮しても採用が見送られる場合が多い。
The method according to
本発明はこうした実情を基に開発されたもので、軟弱な地盤の上に住宅などの構造物を建築する際、できるだけ低い費用で地盤沈下を確実に防止でき、しかも地中に大きな変化を与えず環境面にも優れた地盤の改良方法の提供を目的としている。 The present invention was developed on the basis of such circumstances, and when building a structure such as a house on soft ground, it is possible to reliably prevent land subsidence at the lowest possible cost and to give a great change to the ground. The purpose is to provide ground improvement methods that are also environmentally friendly.
前記の課題を解決する請求項1記載の発明は、地盤に形成される穴と同等の直径を有する円筒状で且つ先細り形状の胴体と、該胴体の周囲に螺旋状に接合された羽根と、から構成され、該羽根の突出長さは、胴体の最大直径の5分の1から20分の1の範囲であるスクリュードリルを直立させて回転を与えながら地表面に突き刺し、スクリードリルの羽根を地盤に食い込ませて、羽根による推進力でスクリュードリルを所定の深さまで埋没させて穴を形成する際、胴体によって地盤をスクリュードリルの半径方向に押しやりながら穴の周囲に水分が絞り出されて流動性が減少した改質域を形成した後、該改質域の崩壊を防止するため、前記胴体の先端から穴内に空気を送り込みながらスクリュードリルを地盤から抜き取り、前記改質域の中央に形成された穴に骨材を詰め込んで強化層を構築して、該強化層によって構造物を支持することを特徴とする地盤の改良方法である。
The invention according to
本発明は、軟弱な地盤にスクリュードリルで穴を施工して、この穴に砕石などの骨材を詰め込み、この骨材による強化層で住宅などの構造物の荷重を受け止めるものである。スクリュードリルは細長形状であり、鋭利な先端を地盤に対向させて、反対の基端側に回転を付与する機械を取り付ける。またスクリュードリルの外周には螺旋状の羽根が接合されており、スクリュードリルを直立させて羽根を地盤に接触させてから、スクリュードリルを回転させると、羽根によって推進力が発生して、自立的に地盤に埋没していく。 In the present invention, a hole is constructed in a soft ground with a screw drill, and aggregates such as crushed stone are filled in the holes, and a load of a structure such as a house is received by a reinforcing layer made of the aggregate. The screw drill has an elongated shape, and a machine that imparts rotation to the opposite base end side is attached with a sharp tip facing the ground. In addition, a spiral blade is joined to the outer periphery of the screw drill. When the screw drill is brought upright and brought into contact with the ground, and then the screw drill is rotated, a propulsive force is generated by the blade, so that it is self-supporting. It will be buried in the ground.
スクリュードリルが埋没すると軟弱な地盤がスクリュードリルの半径方向に押し出されて、穴が形成されるが、この際、押し出しで地盤に圧力が加わるため、土の密度が上昇すると共に水分が絞り出されて流動性が減少した改質域が形成され、穴の周囲の土壁は硬化して崩壊しにくくなる。そのためスクリュードリルを設計時に定めた所定の深さまで埋没させてから、スクリュードリルを抜き取った後も、穴を構成する土壁は崩壊せず、穴に砕石などの骨材を詰め込むことができる。この骨材を突き固めて周辺の地盤に食い込ませた強化層を構築すると、地盤の中に押し入った骨材により荷重を広い範囲に分散して、地盤沈下を抑えることができる。 When the screw drill is buried, the soft ground is pushed out in the radial direction of the screw drill to form a hole. At this time, pressure is applied to the ground by extrusion, so the density of the soil increases and moisture is squeezed out. As a result, a modified zone with reduced fluidity is formed, and the soil wall around the hole is hardened and hardly collapses. Therefore, after the screw drill is buried to a predetermined depth determined at the time of design, the soil wall constituting the hole does not collapse even after the screw drill is extracted, and the hole can be filled with aggregates such as crushed stone. When this aggregate is solidified and a strengthening layer is built into the surrounding ground, the aggregate is pushed into the ground, and the load is dispersed over a wide range, thereby suppressing the ground subsidence.
スクリュードリルは、円筒状の胴体と、該胴体の周囲に螺旋状に接合された羽根と、から構成され、且つ胴体は先端に向かって先細り形状に形成されている。胴体は内部が空洞の略円筒形状であり、この胴体周囲のほば全域に、鋼板などを螺旋状に接合して形成された羽根を備えており、木ネジなどと同様の原理で、軸心方向への推進力が発生する。なおスクリュードリルを地盤に埋没させる際、胴体によって押しやられた空間が骨材を詰め込むための穴となる。したがって胴体と穴は必然的に同等な直径となる。 The screw drill is composed of a cylindrical body and blades spirally joined around the body , and the body is formed in a tapered shape toward the tip. The fuselage has a generally cylindrical shape with a hollow interior, and is equipped with blades formed by joining steel plates in a spiral shape around the fuselage, using the same principle as wood screws. Propulsion in the direction is generated. When the screw drill is buried in the ground, the space pushed by the trunk becomes a hole for filling the aggregate. Therefore, the body and the hole necessarily have the same diameter.
またスクリュードリルの周囲に接合される羽根の突出長さは、胴体の最大直径の5分の1から20分の1の範囲とすることで、穴の周囲を最も効果的に強化できる。ここで羽根の突出長さとは、胴体の外周から羽根の外縁までの距離を示し、この突出長さが短いと、羽根による推進力が不足して地盤中へ埋没できず、また突出長さが大きいと羽根と地盤との摩擦が増加するため回転力も増やす必要があるほか、羽根により穴の周囲が攪乱される。このような点を考慮すると羽根の突出長さは上記の数値範囲とすることで、少ない回転力でより健全な穴を施工できる。 Moreover, the circumference of a hole can be strengthened most effectively by making the protrusion length of the blade | wings joined to the circumference | surroundings of a screw drill into the range of 1/5 to 1/20 of the largest diameter of a fuselage | body. Here, the protruding length of the blade indicates the distance from the outer periphery of the fuselage to the outer edge of the blade. If the protruding length is short, the propulsive force by the blade is insufficient and the blade cannot be buried in the ground. If it is large, the friction between the blade and the ground will increase, so it will be necessary to increase the rotational force and the blade will disturb the surroundings of the hole. Considering such points, by setting the protrusion length of the blade to the above numerical range, it is possible to construct a more healthy hole with a small rotational force.
スクリュードリルが所定の深さまで到達した後、地盤から抜き取る際、地質によってはスクリュードリルの後退に伴い、地盤中の圧力低下により穴周囲の土壁が脆弱化することがある。そこで、スクリュードリルを地盤から抜き取る際、改質域の崩壊を防止するため、胴体の先端から穴内に空気を送り込んでいる。このように穴内に空気を送ることで、スクリュードリルを抜き取る際、穴内の圧力低下を予防でき、穴の健全性を維持できる。 When the screw drill reaches a predetermined depth and is extracted from the ground, the soil wall around the hole may be weakened due to the pressure drop in the ground depending on the geology, depending on the geology. Therefore, when the screw drill is extracted from the ground, air is sent into the hole from the front end of the trunk to prevent the reformed region from collapsing. By sending air into the hole in this way, when extracting the screw drill, the pressure drop in the hole can be prevented and the soundness of the hole can be maintained.
請求項1記載の発明のように、スクリュードリルを地盤に埋没させて、周辺の地盤を外に押しやることで地盤に圧力が加わり、水分が絞り出されて流動性が減り、スクリュードリルを抜き取った後、スクリュードリルの形状と同等の穴が形成され、その周囲の土壁が崩壊することもない。したがって砕石などの骨材を十分に詰め込むことができ、骨材を突き固めて地盤と密に絡み合わた強化層を構築して、これによって強化層の上に構築される構造物の荷重を地盤に広く分散させることが可能で、地盤沈下を抑制できる。しかも地盤には、砕石などの骨材が詰められるだけで、有害物質の発生や埋設物の撤去といった問題も発生しない。さらに本発明は、基本的にスクリュードリルとこれを回転させる機械があれば施工可能で、設備費用が軽減できるほか、作業が単純なことから所要時間も短縮できる。 As in the first aspect of the invention, the screw drill is buried in the ground, and the surrounding ground is pushed outward to apply pressure to the ground, the water is squeezed out, the fluidity is reduced, and the screw drill is removed. Later, a hole equivalent to the shape of the screw drill is formed, and the surrounding earth wall does not collapse. Therefore, aggregates such as crushed stones can be fully packed, and a reinforcing layer that is tightly intertwined with the ground by solidifying the aggregate is built, and the load of the structure built on the reinforcing layer is thereby grounded Can be dispersed widely, and land subsidence can be suppressed. Moreover, the ground is only filled with aggregates such as crushed stone, and problems such as generation of harmful substances and removal of buried objects do not occur. Furthermore, the present invention can be basically constructed with a screw drill and a machine that rotates the screw drill, can reduce the equipment cost, and can shorten the time required because the operation is simple.
加えて、スクリュードリルを地盤から抜き取る際、胴体の先端から穴内に空気を送ることで、地盤とスクリュードリル先端との間に形成される穴内部の圧力低下を防止でき、周囲の土壁の崩れを予防して作業の信頼性が向上する。 In addition, when pulling out the screw drill from the ground, by sending air from the tip of the fuselage into the hole, the pressure drop inside the hole formed between the ground and the screw drill tip can be prevented, and the surrounding earth wall collapses To improve work reliability.
図1は、本発明による地盤5の改良方法の概要を時系列で示すものである。まず図1(A)は作業を始める前の段階で、地盤5は荷重を加えると徐々に沈んでいく軟弱な状態で、ここにスクリュードリル1を打ち込むため、先端を下に向けて垂直に吊り下げる。スクリュードリル1を徐々に下降していくと、スクリュードリル1の先端が地盤5の中に突き刺さる。この段階でスクリュードリル1を軸心を中心として所定の方向に回転させると、羽根3先端の切羽4が地盤5に突き刺さってから羽根3が地盤5に食い込み、スクリュードリル1を地盤5に埋没させる推進力が発生する。スクリュードリル1に矢印で示す向きに回転を与えて、所定の深さまで埋め込んだ状態が図1(B)である。スクリュードリル1は、先端に向かうに連れ先細りになる導入部が形成されており、このため図中の矢印で示すように、地盤5は概ね水平方向に押し出されて、この際の圧力上昇により脱水作用や圧密作用が働くため、周辺の地盤5の流動性が低下して硬く締まった状態になり、これによって地盤5中に穴6が形成される。
FIG. 1 shows an outline of a method for improving the
スクリュードリル1が設計時に定められた深さに到達すると、今度は図1(C)のように回転方法を反転させて、羽根3による推進力でこれを地盤5から抜き取る。穴6の周辺は、スクリュードリル1の直径に相当する範囲まで圧密されて、土質の変化した改質域13が形成される。したがって土壁が急速に崩壊することはないが、できるだけ早く穴6の中に砕石などの骨材7を投入する。骨材7は、途中に空洞が生じないよう高密度に敷き詰めていき、さらに時間の経過による沈み込みを防ぐため、転圧機などを用いて突き固める。これによって骨材7が垂直方向に敷き詰められた強化層8が形成され、この上に図1(D)のように基礎10を構築して住宅などの構造物11を建築することで、地盤沈下を防止する。なお基礎10の施工に先立って、強化層8に設計荷重の三倍程度の力を与えて、沈み込みがないことを確認することが望ましい。
When the
図2は、本発明によるスクリュードリル1の形状例を示す。図2(A)は平面図で、また図2(B)は正面図で、図2(C)は、A−A断面図である。本品は、汎用の鋼管を利用した円形断面の胴体2と、この周囲を螺旋状に取り巻く羽根3から構成され、胴体2の上部にはオーガなどを取り付けるため角棒を用いたグリップ部12が形成されている。また胴体2上方は単純な円柱形だが、下方は円錐形状の先細りになっており、滑らかに地盤5を押し広げることができる。さらにスクリュードリル1の最先端は、地盤5との接触が最も激しいことから、厚さを増加した上で先端を鋭利に形成している。羽根3は、胴体2全体に同一ピッチで接合しており、羽根3の先端には、円滑に地盤5に食い込んでいけるよう鋭利に形成された切羽4を備え、地盤5に埋まっている異物にぶつかった際も、これらを押しのける。そのほか胴体2の内部には、後記の空気供給手段21aとして機能するパイプ26aが差し込まれており、この端部は胴体2の上方で外部に露出している。
FIG. 2 shows a shape example of the
図2に描かれたスクリュードリル1は、全長が2.3m、胴体2の最大直径が400mm、胴体2の先細り区間の長さは1.5mで、また螺旋状に接合された羽根3のピッチは200mm、胴体2からの突出長さは全域で25mmである。なお羽根3の厚さについて、切羽4から二ピッチまでは12mmだが、この後の中間部分は9mmとなり、基端寄りは6mmとしている。このように羽根3の厚さを変えることで、強度の確保と摩擦の軽減を両立しており、また羽根3の厚さが変わる箇所では、極端な段差が生じないよう仕上げ加工がされている。スクリュードリル1の大きさは、ここに描かれたものが標準的だが、地質や耐荷重などの条件によって最適な形状のものを都度選択して使用する。
The
スクリュードリル1を使用する際の状態を図3に示す。なお図3(A)は作業開始前で、図3(B)は作業中である。スクリュードリル1を回転させるため、グリップ部12はオーガ16の中にはめ込まれており、オーガ16は自走式パワーショベル14のアーム15先端に取り付けられている。パワーショベル14は自在に移動できるため、位置調整は極めて簡単であり、またスクリュードリル1の高さは、アーム15の姿勢を変えて調整できる。このため素早く目的の位置に移動して直ちに作業を始めることができ、場所を変えて同じ作業を繰り返す場合も、極めて効率が高い。なおオーガ16の駆動には油圧を用いるが、これはパワーショベル14から供給され、始動や停止のほか回転方向の切り替えも運転席からのレバー操作で行える。
The state at the time of using the
穴6を施工する際は、パワーショベル14の位置調整が終わってから、オーガ16を作動させてアーム15を下降していくと、スクリュードリル1先端が地盤5に接触して、羽根3が地盤5に食い込み始める。これ以降は羽根3によって推進力が発生するため、アーム15は自由に移動できる状態にして、スクリュードリル1が所定の深さに到達するのを待つ。またスクリュードリル1が埋没した後、羽根3を利用して土砂をすくい上げる場合は、アーム15を固定してオーガ16だけを作動させる。そしてスクリュードリル1を地盤5から抜き取る際は、オーガ16の回転方向を反転させるが、この際はアーム15も同期させて持ち上げる。
When constructing the
図4は、スクリュードリル1によって地盤5中の土砂をすくい上げる場合の施工方法を示し、土圧が高い場合に適用される。図4(A)は穴6の施工途中を示し、スクリュードリル1は矢印で示す方向に回転して、下向きに移動している。そして所定の深さに到達すると、図4(B)のようにスクリュードリル1の回転は続けるものの、上下方向への移動を押さえ込む。そうするとスクリュードリル1によって押し出された土砂は、反力によってスクリュードリル1の周辺に押し戻され、土砂は羽根3によって矢印のようにすくい上げられ、地表面に排出土20が蓄積する。そしてある程度の土砂がすくい上げられると、穴6の周囲が次第に安定して、土砂の押し戻しもなくなるため、図4(C)のようにスクリュードリル1に回転を与えず、単に持ち上げるだけでも抜き取りが可能であり、最終的には図4(D)のような、改質域13によって取り囲まれた穴6が完成して、以降は図1と同様に強化層8を構築する。
FIG. 4 shows a construction method in the case of scooping up the earth and sand in the
図5は、比較的地盤5が固い場合に適応される施工方法で、スクリュードリル1を使用する前にアースドリル17を用いており、図5(A)は、アースドリル17を用いて下穴18を施工している段階である。アースドリル17は、先端で削り取った土砂を螺旋に沿って上方にすくい上げるもので、オーガなどの建設機械に基端部を支持され回転が与えられる。この場合は下穴18の施工時、周囲の土壁の性質はほとんど変化がなく、アースドリル17を抜き取った後は、短時間で土壁が崩れることもある。したがって図5(B)のように下穴18の形成が終わりアースドリル17を抜き取った後は、速やかに図5(C)のようにスクリュードリル1を用いて下穴18の周囲を押し固めて、より健全な穴6を形成する。図5(D)はスクリュードリル1を抜き取った状態で、以降は図1と同様に強化層8を構築する。
FIG. 5 shows a construction method adapted to the case where the
図6は、強化層8の構築方法の一例で、スクリュードリル1を抜き取った後に骨材7を詰め込む方法を示す。まず図6(A)は穴6の施工が終わった段階で、内部は単なる空洞で深さは約2mである。その後、図6(B)のように穴6の中に骨材7を投入するが、この高さが約0.5mに達した段階で投入を一旦終えて、以降は図6(C)のように転圧パイプ9を穴6の中に差し入れて加圧部19を骨材7に接触させてから、設計荷重の二倍程度の荷重を加えて突き固める。転圧パイプ9は、スクリュードリル1の胴体2とほぼ同じ形状であり、底面の加圧部19は、変形が生じないよう強度を高めている。なお穴6と転圧パイプ9との間の隙間が少ないため、突き固めの最中に骨材7が浮かび上がったり、穴6の土壁が衝撃で崩壊することはない。突き固めが一旦終了すると、図6(D)のように再び高さ約0.5mだけ骨材7を詰め込んでから、図6(E)のように転圧パイプ9で突き固めを行い、最終的に図6(F)のような強化層8が完成する。なお穴6の深さや一回で投入する骨材7の量は都度異なり、ここに記載したものは一例に過ぎない。
FIG. 6 shows an example of a method for constructing the reinforcing
図7は、本発明による地盤改良を行い、この上に住宅などの構造物11を建築した場合の状況を示す断面図である。前記のようにスクリュードリル1で地盤5に穴6を施工してから、骨材7を高密度に詰め込んで強化層8を形成すると、骨材7は広く周囲の地盤5に食い付き、荷重を広範囲に分散できるため、この上に構造物11を載せても地盤沈下はほとんど発生しない。なお一カ所の強化層8では受け止められる荷重に限度があり、通常は数mの間隔で連続的に施工を行うほか、建物の一部が二階建てなどの場合には、荷重に偏りが生じるので、これに対応して強化層8の配置を調整することもある。この図のように通常、地盤5は深さに応じて複数の地層から構成され、一般に地表面に近い側が柔らかい傾向にあるが、本発明では強化層8が粘性土など、ある程度の強度が期待できる層に到達して、所要の性能を発揮する。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a situation when the ground improvement according to the present invention is performed and a
ところで図1(B)に示すように、スクリュードリル1を地盤5に打ち込み所定の深さに到達すると、今度は図1(C)のように逆回転させて抜き取りを行うが、この際スクリュードリル1が上昇することで、地盤5とスクリュードリル1とに囲まれた穴6は、外部から空気の入り込む余地がなく、圧力が低下して土壁が不安定になる場合がある。
By the way, as shown in FIG. 1B, when the
これを防止する対策としては図8のように、スクリュードリル1に空気供給手段21aを設けて、穴6の圧力低下を予防する方法がある。この空気供給手段21aは、通気口22a・弁23a・支点24a・ストッパ25a・パイプ26aから構成され、スクリュードリル1の先端付近の胴体2を切り欠いて形成した通気口22aから外部に空気を排出する。ただし通気口22aは、掘削時に土砂などが胴体2に進入しないよう塞ぐ必要があり、そのため弁23aを備えている。弁23aは胴体2に取り付けられた支点24aにより回動可能に支持され、その移動範囲はストッパ25aとパイプ26aにより規制されている。外部の圧力が高い場合、弁23aはストッパ25aに密着しており、通気口22aは完全に密閉されるが、外部の圧力が下がると、弁23aが移動して通気口22aが開放され、空気が外部に送られる。この空気は、胴体2内部を貫通しているパイプ26aから供給されるが、パイプ26aの端部は図2に示すように胴体2の基端部で外部に突出しており、常に大気圧を維持する。
As a countermeasure for preventing this, as shown in FIG. 8, there is a method of preventing the pressure drop in the
掘削の途中では図8(A)のように、弁23aが外の土砂に押されてストッパ25aに接触して、密閉性が維持される。また掘削を終えて後退を始めると、スクリュードリル1先端付近の圧力が低下して、図8(B)のように、弁23aがパイプ26aからの空気に押されて開放して、空気を外部に供給できる。
During excavation, as shown in FIG. 8A, the
転圧パイプ9も骨材7を突き固める際、周囲を土壁に囲まれることから、押圧を行った後に引き上げる際、加圧部19と骨材7との間の圧力が低下する恐れがある。そこで図9のように転圧パイプ9の加圧部19にも空気供給手段21bを設けて、外部の圧力が低下した場合、通気口22bから空気を送り込める構造とする。この構造は図8に提示したものと同一で、弁23bは支点24bを中心に回動可能に支持され、パイプ26bは転圧パイプ9内を貫通している。図9(A)は、突き固めを行っている際の状態で、弁23bはストッパ25bで受け止められて密閉されており、また図9(B)は、加圧部19周辺の圧力が低下して、パイプ26bからの空気に押されて弁23bが開いている。なお弁23bは、パイプ26bに接触してこれ以上開くことはない。
Since the rolling pipe 9 also surrounds the periphery with the earth wall when the
1 スクリュードリル
2 胴体
3 羽根
4 切羽
5 地盤
6 穴
7 骨材
8 強化層
9 転圧パイプ
10 基礎
11 構造物
12 グリップ部
13 改質域
14 パワーショベル
15 アーム
16 オーガ
17 アースドリル
18 下穴
19 加圧部
20 排出土
21a,21b 空気供給手段
22a,22b 通気口
23a,23b 弁
24a,24b 支点
25a,25b ストッパ
26a,26b パイプ
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