JP5062442B2

JP5062442B2 - 砂杭造成装置

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Publication number: JP5062442B2
Application number: JP2009247727A
Authority: JP
Inventors: 隆伊佐野
Original assignee: Toyo Construction Co Ltd; Aomi Construction Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd; Aomi Construction Co Ltd
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2010133232A

Description

本発明は、地盤改良に適した砂杭造成装置に関するものである。

従来から、ゆるく飽和した砂地盤における液状化対策として、また、軟弱な粘性土地盤に対しては、地盤支持力増大、円弧滑り対策、圧密排水等に適した静的締固め工法として、砂杭造成工法が用いられている。この砂杭造成工法は、地盤中に穿孔を施して砂を投入し、砂を押し固めることで、締固め砂杭を打設する手法である。この締固め砂杭は、図８に示される「改良原理」に基づき施工されるものである。ここで、改良原理とは、式１のごとく、砂杭周辺地盤の間隙比を減少（原地盤の間隙比ｅ_０＞改良後地盤の間隙比ｅ_１）させることによって、砂杭周辺地盤（砂杭間地盤）の密度を増大させる作用を奏し、その効果は改良率ａ_sで表される。すなわち、現地盤の間隙比ｅ_０に対し、砂杭を打設することによって、砂杭に相当するΔｅ分の間隙比が減少することにより、杭間の地盤を締固めるものである。
ａ_s＝Δｅ／（１＋ｅ_０）＝（ｅ_０−ｅ_１）／（１＋ｅ_０） ‥‥（式１）

この砂杭造成工法に用いられる砂杭造成装置１０は、図９に示されるように、円筒鋼管からなり地盤中の所定深度まで貫入されるケーシング１２と、ケーシング１２を鉛直方向に昇降可能に支持する柱状のリーダ１４と、リーダ１４に沿って昇降しケーシング１２を軸周りに回転させる回転装置１６と、ケーシング１２に砂杭の構成材料を送り込むホッパー１８とを含むものであり、クローラ式のベースマシン２０に搭載されて、地盤上を移動自在となっている。図９中、符号２２で示されるものはバケットであり、図示しない巻き上げ装置によって吊り上げられ、ホッパー１８を介してケーシング１２の中に砂の補充を行うものである。
又、砂杭造成装置１０による砂杭造成作業は、図１０に丸付き数字１から９に示される工程で行われる。なお、図１０の例では、ケーシング１２の構造がいわゆる二重管方式でも、いわゆるシングル管方式であっても良い。

まず、ケーシング１２を地盤ＧＬの砂杭打設位置にセットし、ホッパー１８からケーシングに砂２４を投入する（工程１）。そして、回転装置１６（図９）によってケーシング１２を軸周りに正回転（右回転）させ、かつ、リーダ１４によってケーシング１２及び回転装置１６を鉛直下方へと移動させることで、ケーシング１２を地盤中の所定深度まで貫入させる（工程２、３）。続いて、回転装置１６によってケーシング１２を逆回転（左回転）させ、かつ、リーダ１４によってケーシング１２及び回転装置１６を鉛直上方へと移動させながら、ケーシング１２の下側開口より所定量の砂２４を排出する（工程４）。そして、リーダ１４によってケーシング１２及び回転装置１６を所定長だけ下降させて、所定長所定径の締固め砂杭２６を造成する（工程５）。その後、工程４、５の作業を繰り返し、必要深度まで締固め砂杭を延長する（工程６〜８）。最後に、リーダ１４によってケーシング１２及び回転装置１６を鉛直上方へと移動させながら、ケーシング１２の下側開口より所定量の砂２４を排出しつつ、地盤中からケーシング１２を引き抜き、ドレーン杭２８を砂（締固め不要）によって造成する（例えば、特許文献１参照）。

特許第２７５８１２９号特許第２７７４４４９号

ところで、改良原理に基づき図８に示される改良率ａ_sを得るためには、砂杭造成の前後で、地盤の土粒子が入れ替わることなく同一でなければならないが、従来の砂杭造成工法では、地盤の土粒子の入れ替えが生じている。すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）に示されるケーシング１２の貫入工程（図１０の工程２、３）において、ケーシング１２の下方地盤に発生する圧力球根内の土くさびによって、ケーシング１２に掘削された土砂がより下方へと押し込まれ（矢印Ｐ）、下層の土砂が上層の土砂に入れ替わることとなる。そして、土粒子の入れ替えが生じた状態で、図１１（ｃ）、（ｄ）に示される締固め杭造成工程（図１０の工程３〜８）において、締固め砂杭２６が造成される。従って、砂杭造成後の改良効果は、上記（式１）で得られる設計上の改良効果と異なるものとなり、従来の砂杭造成工法では、必要十分な効果を狙って設計を行うことが困難となっている。なお、図１１に示された地盤の各層（１層からｎ層）は、土砂の入れ替えの理解を容易とするために、便宜上多層化して表したものであり、異なる地質が積層された地盤を表すものではない。しかしながら、実際に異なる地質が積層された地盤にあっても、これと同様の土砂の入れ替えが生じるものである。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、砂杭造成の前後で、地盤の土粒子の入れ替えが生じることを防ぎ、改良原理に基づく設計上の地盤改良効果と実施工で得られる地盤改良効果との整合性を確保することにある。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）円筒鋼管からなり地盤中の所定深度まで貫入されるケーシングと、該ケーシングを鉛直方向に昇降可能に支持するリーダと、前記ケーシングを軸周りに回転させる回転装置と、前記ケーシングに砂杭の構成材料を送り込むホッパーとを含む砂杭造成装置であって、前記ケーシングの下側先端部に、前記ケーシングの軸と交差する方向に延びる地盤掘削翼が設けられている砂杭造成装置。
本項に記載の砂杭造成装置は、ケーシングの下側先端部に設けられた、ケーシングの軸と交差する方向に延びる地盤掘削翼が、地盤に対するケーシングの貫入工程において、ケーシングが回転しながら下降することによりケーシング下側の土砂を掘削し、なおかつ、ケーシング下側の地盤に発生する圧力球根内の土くさびを崩壊させる。そして、ケーシング下側の土砂をさらに下層へと押し込んでしまうことを防ぎ、ケーシング下側先端部の半径方向外側への移動を促すことで、地盤の土粒子の入れ替えを防止しながら、ケーシングをより深層地盤へと貫入させることを促すものである。

（２）上記（１）項において、前記地盤掘削翼は、前記ケーシングの下側開口を横切るように配置され、掘削される土砂を前記ケーシングの半径方向外側へと繰り出すガイド板と、該ガイド板に装着される掘削ビットとを含む砂杭造成装置（請求項１）。
本項に記載の砂杭造成装置は、地盤掘削翼がガイド板と、ガイド板に装着される掘削ビットとを含むものであり、ガイド板がケーシングの下側開口を横切るように配置され、掘削される土砂をケーシングの半径方向外側へと繰り出すものであることから、ケーシングの貫入工程において、ケーシングが回転しながら下降することにより、掘削ビットで掘削されたケーシング下側の土砂を、ケーシング下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング下側の土砂をさらに下層へと押し込んでしまうことを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止する。

（３）上記（２）項において、前記ガイド板は、前記ケーシングの回転中心を基準として回転対称形をなし、かつ、地盤貫入時の回転方向前方に向けて、弓形凸状に湾曲ないし折れ曲がっている砂杭造成装置（請求項２）。
本項に記載の砂杭造成装置は、ガイド板が、ケーシングの回転中心を基準として回転対称形をなし、かつ、地盤貫入時の回転方向前方に向けて、弓形凸状に湾曲ないし折れ曲がっていることから、ケーシングの貫入工程において、ケーシングが回転しながら下降することにより、掘削ビットで掘削されたケーシング下側の土砂を、ガイド板の弓形凸形状に沿ってケーシング下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング下側の土砂をさらに下層へと押し込んでしまうことを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止する。

（４）上記（１）から（３）項において、前記ケーシングの下側先端部に、前記ケーシングの円筒断面の接線方向と平行かつ前記ケーシングの下端先端部から更に下側に突出するようにして取付けられる掘削爪を備え、かつ、該掘削爪の刃面が、掘削される土砂を前記ケーシングの半径方向外側へと繰り出すように、前記ケーシングの円筒断面の接線方向に対し傾斜している砂杭造成装置（請求項３）。
本項に記載の砂杭造成装置は、掘削爪が、ケーシングの円筒断面の接線方向と平行かつケーシングの下端先端部から更に下側に突出するようにして取付けられ、掘削爪の刃面が、掘削される土砂をケーシングの半径方向外側へと繰り出すように、ケーシングの円筒断面の接線方向に対し傾斜していることから、ケーシングの貫入工程において、ケーシングが回転しながら下降することにより掘削されたケーシング下側の土砂を、掘削爪の刃面に沿ってケーシング下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止する。又、地盤掘削翼によって掘削されたケーシング下側の土砂の、ケーシング下側先端部の半径方向外側への移動をも促すものである。

（５）上記（４）項において、前記地盤掘削翼は、前記掘削爪の刃面と平行に前記掘削爪に取付けられるガイド板と、該ガイド板に装着される掘削ビットとを含む砂杭造成装置（請求項４）。
本項に記載の砂杭造成装置は、掘削爪の刃面と平行に掘削爪に取付けられるガイド板と、該ガイド板に装着される掘削ビットとを含む地盤掘削翼によって、ケーシングの貫入工程において、ケーシングが回転しながら下降することにより、掘削ビットで掘削されたケーシング下側の土砂を、ケーシング下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止する。なお、本項の地盤掘削翼は、上記（２）、（３）項記載の地盤掘削翼と併用されるものであっても、本項の地盤掘削翼のみ単独に用いられるものであっても良い。

（６）上記（５）項において、前記掘削爪は複数設けられている砂杭造成装置。
本項に記載の砂杭造成装置は、掘削爪が複数設けられていることにより、各掘削爪において、上記（４）項記載の作用を奏するものである。
（７）上記（６）項において、前記ガイド板は各掘削爪に対して少なくとも一部が前記ケーシングの下側開口と重なるように伸び、かつ、該下側開口と重なる部分に前記掘削ビットが装着されている（請求項５）。
本項に記載の砂杭造成装置は、ガイド板が各掘削爪に対して少なくとも一部がケーシングの下側開口と重なるように伸び、かつ、下側開口と重なる部分に掘削ビットが装着されていることから、ケーシングの貫入工程において、ケーシングが回転しながら下降することで、掘削ビットで掘削されたケーシング下側の土砂を、ガイド板の形状に沿ってケーシング下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止する。

（８）上記（１）から（６）項において、前記ケーシングの、下側先端部外周面から前記ケーシングの半径方向外側へと突出する掘削ブロックを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の砂杭造成装置（請求項６）。
本項に記載の砂杭造成装置は、地盤掘削翼又は掘削爪によって掘削されたケーシング下側の土砂の、ケーシング下側先端部の半径方向外側への移動を、ケーシングの、下側先端部外周面からケーシングの半径方向外側へと突出する掘削ブロックにより更に促すものである。又、地盤掘削翼又は掘削爪によって掘削されたケーシング下側の土砂を、掘削ブロックによって、形成済みの穿孔壁へと積極的に押し付けるものである。

（９）上記（８）項において、前記掘削ブロックは、前記ケーシングの軸方向に延びる三角柱ないし台形柱状をなしている砂杭造成装置。
本項に記載の砂杭造成装置は、掘削ブロックが、ケーシングの軸方向に延びる三角柱ないし台形柱状をなしていることにより、掘削ブロックの長手方向にわたって、上記（８）項の作用を奏するものである。
（１０）上記（９）項において、前記掘削ブロックは、前記ケーシングの外周面から離間する程全長が短くなるように、軸方向端部が傾斜面で構成されている砂杭造成装置（請求項７）。
本項に記載の砂杭造成装置は、掘削ブロックがケーシングの外周面から離間する程全長が短くなるように、軸方向端部が傾斜面で構成されていることにより、地盤に対するケーシングの貫入及び引き抜きの際に、ケーシングの半径方向外側へと突出する掘削ブロックの軸方向端部の傾斜面に沿って、土砂を円滑にケーシングと相対移動させ、掘削ブロックに生じる土砂抵抗を低減させるものである。

（１１）上記（８）から（１０）項において、少なくとも前記ケーシングの下側先端部近傍かつ前記掘削ブロックよりも上方位置に、外周面に沿って螺旋羽根が設けられている砂杭造成装置（請求項８）。
本項に記載の砂杭造成装置は、ケーシングを地盤中の所定深度まで貫入させる際に、掘削ブロックにより空洞化された削孔壁が、時間経過により狭窄状態あるいは一部が崩壊して生じる肌落ち土砂を、ケーシングの外周面に沿って設けられた螺旋羽根により止める。そして、ケーシング先端部へ土砂が移動することを阻止し、地盤の土粒子の入れ替えを防ぐことで、良質な締固め杭を造成するものである。

（１２）請求項１から９のいずれか１項記載の砂杭造成装置を用いた砂杭造成工法であって、前記ケーシングを地盤の砂杭打設位置にセットし、前記ホッパーから前記ケーシングに砂を投入し、前記回転装置によって前記ケーシングを軸周りに正回転させ、かつ、前記リーダによって前記ケーシングを鉛直下方へと移動させることで、前記ケーシングを地盤中の所定深度まで貫入させ、続いて、前記回転装置によって前記ケーシングを逆回転させ、かつ、前記リーダによって前記ケーシングを鉛直上方へと移動させながら、前記ケーシングの下側開口より所定量の砂を排出した後、前記リーダによって前記ケーシングを所定長だけ下降させて、所定長所定径の締固め砂杭を造成する作業を繰り返し、必要深度まで締固め砂杭を延長する砂杭造成工法。

本発明はこのように構成したので、砂杭造成の前後で、地盤の土粒子の入れ替えが生じることを防ぎ、改良原理に基づく地盤改良効果と実際に得られる地盤改良効果との整合性を確保することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る砂杭造成装置の、ケーシングの下側先端部を示す側面透視図（図２の矢視Ａ−Ａ図）である。図１のＤ−Ｄ断面図である。図２の矢視Ｂ−Ｂ図であり、（ｂ）は、（ａ）よりも更に地盤中へのケーシングの貫入が進行した状態を示している。本発明の第２の実施の形態に係る砂杭造成装置の、ケーシングの下側先端部を示す側面透視図である。図４のＥ−Ｅ断面図である。図５の矢視Ｈ−Ｈ図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態よりも更に地盤中へのケーシングの貫入が進行した状態を示している。本発明の第３の実施の形態に係る砂杭造成装置の、ケーシングの下側先端部を示す側面図である。締固め砂杭による改良原理を示す説明図である。従来の砂杭造成装置の全体図である。図１０に示される砂杭造成装置による砂杭造成作業手順を示す説明図である。（ａ）から（ｄ）は、従来の砂杭造成工法における地盤の土粒子の入れ替えの問題を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分、若しくは、相当する部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
図１から図３には、本発明の第１の実施の形態に係る砂杭造成装置に用いられているケーシング３０の下側先端部が示されている。図示のように、ケーシング３０の下側先端部には、ケーシングの軸Ｃ３０と交差する方向に延びる地盤掘削翼３２が設けられている。地盤掘削翼３２は、ケーシング３０の下側開口３０ａを横切るように配置され、掘削される土砂をケーシング３０の半径方向外側へと繰り出すガイド板３４と、ガイド板３４に装着される掘削ビット３６とを含むものである。ここで、ガイド板３４は、ケーシング３０の回転中心Ｃ３０を基準として回転対称形をなし、かつ、地盤貫入時の回転方向（矢印Ｒ）の前方に向けて、弓形凸状に湾曲しているものである。なお、図２の例では、ガイド板３４はケーシングの回転中心Ｃ３０から半径方向外側に向うに従い、回転方向の位相が遅れるような弓形を為しているが、直線が折れ曲がるようにして、同様の凸状を構成するものであってもよい。

又、ガイド板３４は、ケーシング３０の下側開口３０ａを横切るようにしてケーシング下端部に固定された固定プレート３８を介して、ケーシング３０に取付けられている。そして、図３に示されるように、ガイド板３４は、ケーシング３０の地盤貫入時の回転方向前方へと突き出すように傾斜した状態で固定プレート３８に固定されており、ガイド板３４がこのように傾斜していることで、ビット３６により掘削された土砂をすくい上げ、ガイド板表面へと案内するものである。又、ガイド板３４及び固定プレート３８を土圧に対抗して補強するための梁４０及び筋交い４２が設けられている。そして、梁４０及び筋交い４２の何れも、ケーシング３０の下側開口３０ａより排出される砂の抵抗を軽減するために、上方へ向けて尖った三角柱（あるいは凸状板）により構成されている。

又、ケーシング３０の下側先端部には、ケーシング３０の円筒断面の接線方向と平行かつケーシング３０の下端先端部から更に下側に突出するようにして、掘削爪４４が取付けられている。掘削爪４４は全体的にくの字状に折れ曲がり、斜め上方を向く面が刃面４４ａとして機能するものである。しかも、掘削爪４４の刃面４４ａは、掘削される土砂をケーシング３０の半径方向外側へと繰り出すように、ケーシング３０の円筒断面の接線方向に対し傾斜している。なお、図示の例では、掘削爪４４は、ケーシング３０の回転中心Ｃ３０を基準として回転対称位置に二つ設けられている。

又、ケーシング３０の、下側先端部外周面からケーシング３０の半径方向外側へと突出するようにして、掘削ブロック４６が設けられている。この掘削ブロック４６は、ケーシング３０の軸方向に延びる三角柱（台形柱であっても良い）状をなし、図３に示されるように、軸方向端部４６ａ、４６ｂは何れも、ケーシングの外周面から離間する程全長が短くなるように傾斜面で構成されている。

本発明の第１の実施の形態に係る砂杭造成装置は、図１から図３に示されたケーシング３０の下側先端部を除く全体部分については、図９に示される従来の砂杭造成装置１０と同様である。そして、本発明の第１の実施の形態に係る砂杭造成装置による、砂杭造成作業も、図１０と同様である。
すなわち、図１０を参照しながら本発明の第１の実施の形態に係るケーシング３０を用いた砂杭造成作業を説明すると、ケーシング３０を地盤の砂杭打設位置にセットし、ホッパー１８（図９）からケーシング３０に砂２４（図１０）を投入する（工程１）。そして、図３（ａ）に示されるように、回転装置１６（図９）によってケーシング３０を軸周りに正回転させ（矢印Ｒ）、かつ、図３（ｂ）に示されるように、リーダ１４（図９）によってケーシング３０及び回転装置１６を鉛直下方へと移動させることで、ケーシング３０を地盤中の所定深度まで貫入させる（工程２、３）。続いて、回転装置１６によってケーシング３０を逆回転させ、かつ、リーダ１４によってケーシング３０及び回転装置１６を鉛直上方へと移動させながら、ケーシング３０の下側開口より所定量の砂２４（図１０）を排出する（工程４）。その後、リーダ１４によってケーシング３０及び回転装置１６を所定長だけ下降させて、所定長所定径の締固め砂杭２６（図１０）を造成する（工程５）。かかる作業を繰り返し、必要深度まで締固め砂杭を延長する（工程６〜８）。最後に、リーダ１４によってケーシング３０及び回転装置１６を鉛直上方へと移動させながら、ケーシング３０の下側開口より所定量の砂２４を排出しつつ、地盤中からケーシング３０を引き抜き、ドレーン杭２８（図１０）を砂（締固め不要）によって造成する。

さて、上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
まず、ケーシング３０の下側先端部に設けられた、ケーシング３０の軸Ｃ３０と交差する方向に延びる地盤掘削翼３２が、地盤に対するケーシング３０の貫入工程（工程２、３）において、ケーシング３０が回転しながら下降することによりケーシング３０下側の土砂を掘削し、なおかつ、ケーシング３０下側の地盤に発生する圧力球根内の土くさびを崩壊させる。そして、ケーシング３０下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、ケーシング３０下側先端部の半径方向外側への移動を促すことで、図１１に示されるような地盤の土粒子の入れ替えを防止する。また、ケーシング３０のより深層地盤への貫入を促すものである。

又、地盤掘削翼３２がガイド板３４と、ガイド板３４に装着される掘削ビット３６とを含むものであり、ガイド板３４がケーシング３０の下側開口３０ａを横切るように配置され、掘削される土砂をケーシングの半径方向外側へと繰り出すものであることから、ケーシングの貫入工程において、ケーシング３０が回転しながら下降することにより、掘削ビット３６で掘削されたケーシング３０下側の土砂を、図１、図２に矢印Ｆ１で示されるように、ケーシング３０下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング３０下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止することができる。

又、ガイド板３４が、ケーシング３０の回転中心Ｃ３０を基準として回転対称形をなし、かつ、地盤貫入時の回転方向Ｒ前方に向けて（図２参照）、弓形凸状に湾曲ないし折れ曲がっていることから、ケーシング３０の貫入工程において、ケーシング３０が回転しながら下降することにより、掘削ビット３６で掘削されたケーシング３０下側の土砂を、図１、図２に矢印Ｆ１で示されるように、ガイド板３４の弓形凸形状に沿ってケーシング３０下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング３０下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止することができる。

又、掘削爪４４が、ケーシング３０の円筒断面の接線方向と平行かつケーシング３０の下端先端部から更に下側に突出するようにして取付けられ、掘削爪４４の刃面４４ａが、掘削される土砂をケーシング３０の半径方向外側へと繰り出すように、ケーシング３０の円筒断面の接線方向に対し外側に下降傾斜していることから、ケーシング３０の貫入工程において、ケーシング３０が回転しながら下降することにより掘削されたケーシング３０下側の土砂を、図１、図２に矢印Ｆ２で示されるように、掘削爪４４の刃面４４ａに沿ってケーシング３０下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング３０下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止することができる。又、地盤掘削翼３２によって掘削されたケーシング３０下側の土砂の、ケーシング３０下側先端部の半径方向外側への移動をも促すものである。
なお、掘削爪４４が二つ設けられていることにより、各掘削爪４４において、上記作用効果を奏するものである。

又、地盤掘削翼３２又は掘削爪４４によって掘削されたケーシング３０下側の土砂の、ケーシング３０下側先端部の半径方向外側への移動を、ケーシング３０の、下側先端部外周面からケーシングの半径方向外側へと突出する掘削ブロック４６により更に促すことができる。又、地盤掘削翼３２又は掘削爪４４によって掘削されたケーシング下側の土砂を、掘削ブロック４６によって、図３（ｂ）に矢印Ｆ３で示されるように、形成済みの穿孔壁へと積極的に押し付けることができる。ここで、掘削ブロック４６は、ケーシング３０の軸方向に延びる三角柱ないし台形柱状をなしていることにより、掘削ブロック４６の長手方向にわたって、上記作用効果を奏するものである。
しかも、掘削ブロック４６がケーシング３０の外周面から離間する程全長が短くなるように、掘削ブロック４６の軸方向端部４６ａ、４６ｂが傾斜面で構成されていることにより、地盤に対するケーシング３０の貫入及び引き抜きの際に、ケーシング３０の半径方向外側へと突出する掘削ブロック４６の軸方向端部の傾斜面に沿って、土砂を円滑にケーシングと相対移動させ、掘削ブロック４６に生じる土砂抵抗を低減させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る砂杭造成装置のケーシング３０は、以上のごとく、地盤掘削翼３２、掘削爪４４、掘削ブロック４６といった三種類の掘削手段を有し、しかも、地盤掘削翼３２に掘削されたケーシング３０下側の土砂は、掘削爪４４及び掘削ブロック４６によって、掘削爪４４掘削されたケーシング３０下側の土砂は掘削ブロック４６によって、ケーシング３０下側先端部の半径方向外側への移動が促される。このように、三種類の掘削手段３２、４４、４６の相互作用により、ケーシング３０下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、ケーシング３０下側先端部の半径方向外側への移動を促すことで、地盤の土粒子の入れ替えを防止し、改良原理に基づく設計上の地盤改良効果と実施工で得られる地盤改良効果との整合性を確保するものである。

続いて、図４から図６を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る砂杭造成装置の、ケーシング３０の下側先端部構造について説明する。ここで、本発明の第１の実施の形態と同一部分、若しくは、相当する部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
本発明の第２の実施の形態における第１の実施の形態との相違点は、地盤掘削翼４８が、掘削爪４４の刃面４４ａと平行に掘削爪４４に取付けられるガイド板５０と、ガイド板５０に装着される掘削ビット３６とを備える構造を有しているところにある。ここで、ガイド板５０は各掘削爪４４に対して少なくとも一部がケーシング３０の下側開口３０ａと重なるように伸び、かつ、ガイド板５０の下側開口３０ａと重なる部分に掘削ビット３６が装着されている。図示の例では、ガイド板５０は掘削爪４４の外側へも突出している。又、図６に示されるように、ガイド板５０は、ケーシング３０の地盤貫入時の回転方向前方へと突き出すように傾斜した状態で、掘削爪４４に固定されており、ガイド板５０がこのように傾斜していることで、ビット３６により掘削された土砂をガイド板５０表面へと案内するものである。

上記構成をなす本発明の第２の実施の形態によれば、掘削爪４４の刃面４４ａと平行に掘削爪４４に取付けられるガイド板５０と、ガイド板５０に装着される掘削ビット３６とを含む地盤掘削翼４８によって、地盤に対するケーシング３０の貫入工程において、ケーシング３０が回転しながら下降することにより、掘削ビット３６で掘削されたケーシング３０下側の土砂を、図４、図５に矢印Ｆ１’で示されるように、ケーシング３０下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング３０下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止することができる。
又、ガイド板５０が各掘削爪４４に対して少なくとも一部がケーシング３０の下側開口３０ａと重なるように伸び、かつ、下側開口３０ａと重なる部分に掘削ビット３６が装着されていることから、ケーシング３０の貫入工程において、ケーシング３０が回転しながら下降することで、掘削ビット３６で掘削されたケーシング３０下側の土砂を、ガイド板５０の形状に沿ってケーシング３０下側先端部の半径方向外側へと積極的に移動させるものである。これにより、ケーシング３０下側の土砂のさらに下層への押し込みを防ぎ、地盤の土粒子の入れ替えを防止することができる。

なお、本発明の第２の実施の形態では、掘削爪４４の刃面４４ａの傾斜を利用してガイド板５０を固定していることから、ガイド板５０は掘削爪４４の刃面４４ａと平行となっているが、必ずしも平行である必要はなく、掘削される土砂をケーシング３０の半径方向外側へと繰り出すに適した角度で、ガイド板５０が取付けられていれば良い。
又、必要に応じ、本発明の第２の実施の形態に係る地盤掘削翼４８を、本発明の第１の実施の形態に係る地盤掘削翼３２と併用することも可能である。
その他、本発明の第１の実施の形態と同様の作用効果については説明を省略する。

続いて、図７を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係る砂杭造成装置の、ケーシング３０の下側先端部構造について説明する。ここで、本発明の第１の実施の形態と同一部分、若しくは、相当する部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
本発明の第３の実施の形態における第１の実施の形態との相違点は、図７に示されるように、ケーシング３０の下側先端部近傍かつ掘削ブロック４６よりも上方位置に、ケーシング３０の外周面に沿って螺旋羽根５２が設けられているところにある。
螺旋羽根５２の取付間隔（ピッチ）は、ケーシング３０の回転数・貫入速度を考慮して適切に設定されるものである。又、螺旋羽根５２の立ち上がり角度θは、地盤の硬さ（強度）に応じて適切に設定されるものである。更には、螺旋羽根５２の幅は土質に基づき決定され、通常、３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の範囲で設定される。

さて、本発明の第３の実施の形態によれば、ケーシング３０を地盤中の所定深度まで貫入させる際に、掘削ブロック４６により空洞化された削孔壁が、時間経過により狭窄状態あるいは一部が崩壊して生じる肌落ち土砂を、ケーシング３０の外周面に沿って設けられた螺旋羽根５２により止める。そして、ケーシング３０の先端部へ土砂が移動することを阻止し、地盤の土粒子の入れ替えを防いで、良質な締固め杭を造成することができる。
かかる作用効果を得るにあたり、螺旋羽根５２を設置する範囲（取り付け高さ）は、必ずしも長尺である必要はなく、ケーシング３０の長さの１／１０以下で、十分に上記機能を発揮し得るものとなる。なお、螺旋羽根５２は、本発明の第２の実施の形態に係るケーシング３０にも同様に作用可能である。
その他、本発明の第１、第２の実施の形態と同様の作用効果については説明を省略する。

１０：砂杭造成装置、３０：ケーシング、３０ａ：下側開口、３０Ｃ：ケーシングの軸、３２、４８：地盤掘削翼、３４、５０：ガイド板、３６：掘削ビット、３８：固定プレート、４４：掘削爪、４４ａ：刃面、４６：掘削ブロック、４６ａ、４６ｂ：軸方向端部、５２：螺旋羽根、ＧＬ：地盤

Claims

円筒鋼管からなり地盤中の所定深度まで貫入されるケーシングと、該ケーシングを鉛直方向に昇降可能に支持するリーダと、前記ケーシングを軸周りに回転させる回転装置と、前記ケーシングに砂杭の構成材料を送り込むホッパーとを含む砂杭造成装置であって、
前記ケーシングの下側先端部に、前記ケーシングの軸と交差する方向に延びる地盤掘削翼が設けられており、該地盤掘削翼は、前記ケーシングの下側開口を横切るように配置され、掘削される土砂を前記ケーシングの半径方向外側へと繰り出すガイド板と、該ガイド板に装着される掘削ビットとを含むことを特徴とする砂杭造成装置。
前記ガイド板は、前記ケーシングの回転中心を基準として回転対称形をなし、かつ、地盤貫入時の回転方向前方に向けて、弓形凸状に湾曲ないし折れ曲がっていることを特徴とする請求項１記載の砂杭造成装置。
前記ケーシングの下側先端部に、前記ケーシングの円筒断面の接線方向と平行かつ前記ケーシングの下端先端部から更に下側に突出するようにして取付けられる掘削爪を備え、かつ、該掘削爪の刃面が、掘削される土砂を前記ケーシングの半径方向外側へと繰り出すように、前記ケーシングの円筒断面の接線方向に対し傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載の砂杭造成装置。
前記地盤掘削翼は、前記掘削爪の刃面と平行に前記掘削爪に取付けられるガイド板と、該ガイド板に装着される掘削ビットとを含むことを特徴とする請求項３記載の砂杭造成装置。
前記掘削爪は複数設けられており、前記ガイド板は各掘削爪に対して少なくとも一部が前記ケーシングの下側開口と重なるように伸び、かつ、該下側開口と重なる部分に前記掘削ビットが装着されていることを特徴とする請求項４記載の砂杭造成装置。
前記ケーシングの、下側先端部外周面から前記ケーシングの半径方向外側へと突出する掘削ブロックを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の砂杭造成装置。
前記掘削ブロックは、前記ケーシングの軸方向に延びる三角柱ないし台形柱状をなし、前記ケーシングの外周面から離間する程全長が短くなるように、軸方向端部が傾斜面で構成されていることを特徴とする請求項６記載の砂杭造成装置。
少なくとも前記ケーシングの下側先端部近傍かつ前記掘削ブロックよりも上方位置に、外周面に沿って螺旋羽根が設けられていることを特徴とする請求項６又は７記載の砂杭造成装置。