JP5371275B2

JP5371275B2 - サンドコンパクションパイル工法

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Publication number: JP5371275B2
Application number: JP2008087951A
Authority: JP
Inventors: 哲郎小寺; 弘次上原
Original assignee: Aomi Construction Co Ltd
Current assignee: Aomi Construction Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009243057A

Description

本発明は、サンドコンパクションパイル工法に関するものであり、特に、地盤にケーシングパイプを貫入しながら砂杭を造成して地盤を静的に締め固めるサンドコンパクションパイル工法に関するものである。

従来、サンドコンパクションパイル工法においては、ケーシングパイプを地盤の規定深度まで貫入させた後、ケーシングパイプの下端から中詰め砂（材料砂）を排出させながら、ケーシングパイプの引抜きと打戻しを行うことにより、地盤中に砂杭を造成して地盤強度の向上を図っている。

前記砂杭の打設時に使用される砂杭打込み機は、一般にオーガモータ等の回転駆動手段によりケーシングパイプを回転させて、砂杭打込み機の自重によって地盤にケーシングパイプを段階的に貫入しながら、ケーシングパイプ下端から中詰め砂を排出して、該中詰め砂を貫入孔に充填して締め固めるように構成されている。

ところで、たとえば地盤が砂層や固いシルトにより形成されている場合、ケーシングパイプの回転と砂杭打込み機の自重のみでは、地盤中に該ケーシングパイプをスムーズに貫入させることが困難になる。そこで、地盤中へのケーシングパイプの貫入を補助すべく、ケーシングパイプを地盤中に押し込むための力を増大させる必要がある。

このためには、例えばワイヤー引込み駆動方式を採用することにより、ケーシングパイプの地盤中への前記押込み力を増大させるべく、該ケーシングパイプの貫入を補助している。即ち、ケーシングパイプの貫入時に、該ケーシングパイプの押し付け力を補助して、地盤中に排出した中詰め砂を該ケーシングパイプにより締め固めている（特許文献１参照）。
特開２００１−０３２２５６号公報

しかし、上記従来例のサンドコンパクションパイル工法では、ケーシングパイプの押し付け中心は、該ケーシングパイプの軸心から所定距離たとえば１ｍ程度外側に離間した位置に作用する。このため、ケーシングパイプの貫入時に、偏芯モーメントが作用してケーシングパイプが傾倒しやすくなる。その結果、地盤内に鉛直に造成しなければならないサンドコンパクションパイルが傾斜して造成されるという問題があった。

又、ケーシングパイプが傾斜状態で地盤に貫入するために、該ケーシングパイプに曲げモーメントが発生し、該ケーシングパイプ及びオーガーモータに負荷がかかり故障が増大するという問題があった。

そこで、ケーシングパイプの傾倒を防止し、地盤の造成品質の向上を図り、且つ、上記故障の低減による工期の短縮を図るために解決すべき技術上の課題が生じるのであり、本発明は斯かる課題を解決することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために提供されたものであり、請求項１記載の発明は、リーダに沿って昇降可能な砂杭打込み機をウインチによりワイヤロープを介して吊持し、前記砂杭打込み機に設けられた回転駆動可能なケーシングパイプを地盤の規定深度まで貫入させた後、該ケーシングパイプの下端から砂を排出させながら該ケーシングパイプの引抜きと打戻しを繰り返し行うことにより、地盤に砂杭を打設するサンドコンパクションパイル工法であって、
前記ケーシングパイプの上端部に設置された圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記砂杭打込み機の作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲを個々の検出手段により夫々検出し、該検出値に基づいて演算処理手段により地盤貫入部若しくは砂杭の応力σを算出し、
該算出値が予め定めた目標値になるように前記ケーシングパイプの貫入又は砂杭の造成を行うサンドコンパクションパイル工法において、
前記圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲの前記検出値、並びに前記地盤貫入部若しくは砂杭の応力σの前記算出値を表示手段により表示しながら施工すると共に、
前記砂杭打込み機は前記リーダに沿う任意な高さ位置にロック機構により固定可能な上部ブレーキ付き上部昇降ユニット及び下部ブレーキ付き下部昇降ユニットを備え、前記ケーシングパイプの押し込み工程及び引き抜き工程に際し、上部ブレーキ及び下部ブレーキにより該上部昇降ユニット及び下部昇降ユニットを独立に前記リーダに沿う任意の高さに移動させ、且つ、前記圧入シリンダの伸縮動作によって前記上部昇降ユニット及び下部昇降ユニットを尺取虫方式で動作させることを特徴とするサンドコンパクションパイル工法を提供するものである。

この工法によれば、ウインチにより吊持された砂杭打込み機のケーシングパイプ下端を地盤の規定深度まで貫入させた後、該ケーシングパイプの下端から規定量の砂を排出させながら、ケーシングパイプの引抜きと打戻しを交互に繰り返して施工することにより、地盤中に砂杭を打設する。この砂杭打設作業時において、ケーシングパイプの上端部に設置した圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、ウインチの吊り荷重Ｗ、ケーシングパイプの貫入量Ｌ、砂杭打込み機の作業時間Ｔ及び前記ケーシングパイプの回転トルクＲは夫々検出手段により検出される。

次に、前記個々に検出されたデータは演算処理手段に送出され、該データに基づいて地盤貫入部若しくは砂杭の応力σが算出される。そして、該算出値は予め設定した目標値と比較される。その結果、前記算出値が目標値に一致しない場合は、該算出値が目標値に一致するように砂杭打込み機の各動作部を適宜調整しながら、ケーシングパイプの貫入及び砂杭の造成が実行される。

この工法によれば、圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、ウインチの吊り荷重Ｗ、ケーシングパイプの貫入量Ｌ、作業時間Ｔ及びケーシングパイプの回転トルクＲの５つの検出データ、並びに演算処理手段により算出された地盤貫入部若しくは砂杭の応力σは、表示手段によりリアルタイムで表示される。従って、作業中に、地盤貫入部若しくは砂杭の応力σの変化状況は、オペレータによりリアルタイムで監視される。

請求項２記載の発明は、リーダに沿って昇降可能な砂杭打込み機をウインチによりワイヤロープを介して吊持し、前記砂杭打込み機に設けられた回転駆動可能なケーシングパイプを地盤の規定深度まで貫入させた後、該ケーシングパイプの下端から砂を排出させながら該ケーシングパイプの引抜きと打戻しを繰り返し行うことにより、地盤に砂杭を打設するサンドコンパクションパイル工法であって、
前記ケーシングパイプの上端部に設置された圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記砂杭打込み機の作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲを個々の検出手段により夫々検出し、該検出値に基づいて演算処理手段により地盤貫入部若しくは砂杭の応力σを算出し、
該算出値が予め定めた目標値になるように前記ケーシングパイプの貫入又は砂杭の造成を行うサンドコンパクションパイル工法において、
前記圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲの前記検出値、並びに前記地盤貫入部若しくは砂杭の応力σの前記算出値を表示手段により表示しながら施工すると共に、
前記砂杭打込み機は、前記リーダに沿う任意な高さ位置にロック機構により固定可能な上部昇降ユニット及び下部昇降ユニットと、該上部昇降ユニット及び下部昇降ユニットの間に設けられた伸縮駆動可能な圧入シリンダとを備え、該下部昇降ユニットに前記ケーシングパイプが回転駆動可能に連結されており、上端をロックしてシリンダで押し込む事により地盤反力による打設機本体の持ち上がりを防止し精度良く、前記圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲの前記検出値を測定することを特徴とするサンドコンパクションパイル工法を提供するものである。

この工法によれば、砂杭打込み機のケーシングパイプを地盤の規定深度まで貫入させた後、中詰め砂投入工程、ケーシングパイプの引抜き工程及び打戻し工程（押込み工程又は再貫入工程ともいう。）を繰り返すことにより、地盤中に所定長さの砂杭が打設されるが、特に、打戻し工程においてケーシングパイプを押し込む際は、上部昇降ユニットをリーダにロック固定した状態で、圧入シリンダを伸長動作させることによって下部昇降ユニットが強制的に下方に移動する。したがって、該下部昇降ユニットに取り付けたケーシングパイプが傾斜することなく鉛直方向に押し込まれる。

請求項１記載の発明は、砂杭の造成時に、シリンダの押込み圧力Ｐ、ウインチの吊り荷重Ｗ、ケーシングパイプの貫入量Ｌ、砂杭打込み機の作業時間Ｔ及びケーシングパイプの回転トルクＲに基づいて地盤貫入部若しくは砂杭の応力σを算出し、該算出値が目標値になるように砂杭を造成することにより、該砂杭の応力σと対応する地盤強度が目標強度になるように地盤を確実に造成でき、従来に比べて施工品質の向上を図ることができる。

更に、本発明に係る砂杭の応力算出システムは、既存のサンドコンパクションパイルの施工管理システムに搭載することにより、砂杭の造成時におけるケーシングパイプの昇降動作の自動化、省力化及び高精度化を容易に達成することができる。

この発明は、圧入シリンダの押込み圧力Ｐ等の５つの検出データ、並びに地盤貫入部若しくは砂杭の応力σを表示することにより、地盤貫入部若しくは砂杭の応力σの変化状況を常時監視できるので、前記の効果に加えて、作業中に地盤貫入部若しくは砂杭の応力σが許容値を超えて変化した場合でも、これを瞬時に調整して目標値に合致させることができる。従って、砂杭の造成を一層効率良くかつ堅固に完成させるこができる。加えて、圧入シリンダの伸縮動作によって前記上部昇降ユニット及び下部昇降ユニットを尺取虫方式で動作させることを通じて、ケーシングパイプが地盤中を真下方向に押し込まれるので、ケーシングパイプの押付け中心がケーシングパイプの軸心と一致するところ、ケーシング貫入工程及びケーシング再貫入（打戻し）工程において、ケーシングパイプが従来のように傾倒（斜め貫入）して偏芯モーメントが発生する恐れがなく、砂杭を一層効果的に圧縮して、高い造成強度を有する地盤を完成することができる。

請求項２記載の発明は、ケーシングパイプの押込み時に、該ケーシングパイプが鉛直方向に移動して押し込まれることにより、該ケーシングパイプの押し付け中心はケーシングパイプの軸心と一致する。

したがって、ケーシングパイプが従来のように傾倒（斜め貫入）して偏芯モーメントを発生させる恐れがなく、砂杭を一層効果的に圧縮して高い造成強度の地盤を安定して施工することができる。又、ケーシングパイプが鉛直状態で地盤に貫入するために、従来のように該ケーシングパイプに曲げモーメントが発生するおそれがなく、該ケーシングパイプ及びオーガーモータの故障が低減して工期の短縮を図ることができる。

又、ケーシングパイプの地盤貫入時、圧入シリンダの上端部が持ち上げられて移動することがないので、圧入シリンダからケーシングパイプに押込み力が効率良く安定して伝達されると共に、該押込み力と対応する砂杭の応力σを一層正確かつ容易に算出することができる。

更に、砂杭の造成時、地盤の締め固めは圧入シリンダによりケーシングパイプを直接押し込むので、砂杭の造成長さを容易に調整でき、従来に比べて砂杭の造成長さの管理を一層精度良く行うことができる。

本発明は、ケーシングパイプの傾倒を防止し、地盤の造成品質の向上を図り、且つ、上記故障の低減による工期の短縮を図るという目的を達成するために、リーダに沿って昇降可能な砂杭打込み機をウインチによりワイヤロープを介して吊持し、前記砂杭打込み機に設けられた回転駆動可能なケーシングパイプを地盤の規定深度まで貫入させた後、該ケーシングパイプの下端から規定量の砂を排出させながら該ケーシングパイプの引抜きと打戻しを繰り返し行うことにより、地盤に砂杭を打設するサンドコンパクションパイル工法であって、前記ケーシングパイプの上端部に設置された圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記砂杭打込み機の作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲを個々の検出手段により夫々検出し、該検出値に基づいて演算処理手段により地盤貫入部若しくは砂杭の応力σを算出し、該算出値が予め定めた目標値になるように前記ケーシングパイプの貫入又は砂杭の造成を行うことにより実現した。

以下、本発明の好適な一実施例を図１乃至図１２に従って説明する。図１は、本発明の一実施例に係る形態を示す側面図、図２は図１の砂杭打込み機の部分を示す正面図、図３は図２の側面図である。

図において、符号１はサンドコンパクションパイル工法に用いられるべースマシンとしてのクローラクレーンであり、クローラクレーン１は下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回自在に搭載されている上部旋回体３と、該上部旋回体３の前部（図１において左端部）に俯仰自在に枢着された支持アーム４及び下部補助アーム５などから成る。上部旋回体３は油圧ポンプ、ウインチ６などの動力部を備えると共に、運転台７の近傍には監視制御盤が設けられている。尚、符号４Ａは、支持アーム４の中間部に取り付けられたホースハンガーである。

又、支持アーム４及び下部補助アーム５は、地盤表面に設置されたリーダ８を鉛直状態に維持して支持している。リーダ８には砂杭打込み機９が昇降自在に装着されている。尚、該砂杭打込み機９とリーダ８の間には昇降用のガイド機構を設けることができる。

砂杭打込み機９は、図２及び図３に示すように、吊りシーブ１０を有する上部昇降ユニット１１と、該上部昇降ユニット１１の下側に離間して配置された下部昇降ユニット１２と、該下部昇降ユニット１２と上部昇降ユニット１１の間に介設された左右一対の圧入シリンダ１３，１３とから成る。

圧入シリンダ１３，１３は、具体的には上下方向に伸縮動作する往復動式の油圧シリンダである。該圧入シリンダ１３,１３の伸縮動作により、下部昇降ユニット１２と上部昇降ユニット１１に対して圧入力又は引抜力を付与して、該下部昇降ユニット１２と上部昇降ユニット１１間の上下間隔を変更できるように構成されている。

又、砂杭打込み機９は、クローラクレーン１のウインチ６から繰り出されるワイヤロープ１５により吊持されている。該ワイヤロープ１５は、リーダ８の上端部上面に設けたトップシーブ１６,１６を経由して、上部昇降ユニット１１側の吊りシーブ１０に掛け回され、ワイヤロープ１５の先端部分は、リーダ８の上端部下面に設けた係止部１７に止着されている。したがって、砂杭打込み機９は、ウインチ６によりリーダ８に沿う任意な高さ位置に調整可能に構成されている。

上記ワイヤロープ１５の先端部近傍には、図１に示すように、吊り荷重検出手段であるロードセル１８が取り付けられ、該ロードセル１８によりウインチ６の吊り荷重Ｗが検出される。又、上部昇降ユニット１１及び下部昇降ユニット１２には夫々ロック機構が具備され、該ロック機構として図示例では、ラック・ピニオンギアを用いたブレーキ方式のロック機構が採用されている。

上部ロック機構としての上部ブレーキ２０は、リーダ８前部の左右両側に刻設されたラック１９,１９に夫々噛合する一対のピニオンギア２２，２２を上下に有している。該ピニオ２２,２２の回転動作は、図示しない油圧回路に設けた電磁弁のオン操作又はオフ操作により、ロック状態又はアンロック状態に切り替え可能に構成されている。よって、該ピニオンギア２２,２２をロック状態に切り替えると、上部昇降ユニット１１及び下部昇降ユニット１２は、リーダ８に対して任意な高さ位置にてロック固定される。

前記下部ブレーキ２１の構成も上部ブレーキ２０と同一であり、一対のピニオンギア２３，２３をロック状態に切り替えることにより、下部昇降ユニット１２は、リーダ８の長さ方向に沿う任意高さに位置ロックされる。

更に、上部昇降ユニット１１はアウタケーシング（外管）２４を備え、アウタケーシング２４の上部側面には砂投入用のホッパ２５が連結されている。該ホッパ２５の上部には可動式のバケット２６が装着され、該バケット２６から中詰め砂を投入することにより、アウタケーシング２４の下方に接続されたインナケーシング（内管）２９を経由して、ケーシングパイプ内に該中詰め砂が供給される。図４に示すように、アウタケーシング２４内の上部には固定部材２７が取り付けられ、該固定部材２７の下端外周部には環状の弁体２８が固着されている。

又、下部昇降ユニット１２に設けたインナケーシング２９は、アウタケーシング２４の内側に摺動可能に嵌合されている。該インナケーシング２９の上端部内面には環状の弁座３０が設けられ、該弁座３０はアウタケーシング２４側の弁体２８に対応すべく配設されている。この弁座３０は、高い耐磨耗性及び自己潤滑性を有する高分子ポリマー等により形成するのが好ましい。

更に、インナケーシング２９の側面部には空気供給口（図示省略）が形成され、空気供給口には加圧空気源（図示省略）が接続されている。よって、該空気供給口からインナケーシング２９内に加圧空気を供給できるように構成されている。

図４は、圧入シリンダ１３,１３の短縮動作状態において、前記空気供給口からインナケーシング２９内に加圧空気を供給するときの状態を示す。この場合、上部昇降ユニット１１と下部昇降ユニット１２は互いに接近するように相対移動しているため、上部昇降ユニット１１側の弁体２８に下部昇降ユニット１２側の弁座３０が密着している。よって、砂杭の造成時、インナケーシング２９の上部から加圧空気を供給することにより、前記ケーシングパイプ３３内の圧力を所定値まで上昇させて蓄圧することができる。

又、図５は、圧入シリンダ１３,１３の伸長動作状態において、前記インナケーシング２９内への加圧空気の供給を停止して、ホッパ２５からインナケーシング２９内に砂を投入するときの状態を示す。この場合、上部昇降ユニット１１と下部昇降ユニット１２は互いに離間するように相対移動しているため、上部昇降ユニット１１側の弁体２８から下部昇降ユニット１２側の弁座３０が離反する。よって、インナケーシング２９内の圧力は元の状態に復帰する。

図６、図７及び図８はそれぞれ砂杭打込み機９を示す平面図、正面図及び側面図である。図７及び図８に示すように、インナケーシング２９の下端部にはスイベル機構３２を介して、ケーシングパイプ３３の上端部が回転自在に連結されている。該ケーシングパイプ３３は、下部昇降ユニット１２の下部に設けた駆動モータ３４により回転駆動される。尚、図６において、３１はホッパ２５の上方に配設された可動式のバケット、２０Ａは上部ブレーキ２０に接続された配管、３４Ａは駆動モータ３４に接続された配管である。

上記ケーシングパイプ３３は、ホッパ２５から投入された中詰め砂の下降通路として機能するだけでなく、中詰め砂及び加圧空気を貯留する容器としても機能する。又、該ケーシングパイプ３３の下端には掘削ビット３５が取り付けられている。

図９は、べースマシン１の上部旋回体３に設けられた監視制御盤３７等の構成要素を示すブロック図である。該監視制御盤３７は、入力部３８と演算処理部３９と表示部４０とから成る。該入力部３８には、各種の検出手段により検出された個々のデータがリアルタイムで入力される。そして、入力部３８に入力されたデータは演算処理部３９に送られ、該データに基づいて砂杭の応力σ、並びに該応力σに対応する地盤強度（Ｎ値）が逐次算出される。

前記各種の検出手段としては、少なくとも次の５つが含まれている。即ち、圧入シリンダ１３,１３の押込み圧力Ｐを検出する圧力検出手段４１と、上記ウインチ６の吊り荷重Ｗを検出する荷重検出手段４２と、ケーシングパイプ３３の貫入量Ｌを検出する貫入量検出手段４３と、砂杭打込み機９の作業時間Ｔを検出する作業時間検出手段４４、及び該ケーシングパイプ３３の回転トルクＲを検出する回転トルク検出手段４５が含まれる。なお、必要に応じて前記５つの検出手段に加えて、例えば、ケーシングパイプ３３内の空気圧などを検出する手段を設けることもできる。

前記監視制御盤３８には、前記検出手段４１〜４５の検出対象の設定値を変更する各種の調整手段、即ち、圧力調整手段５１、荷重調整手段５２、貫入量調整手段５３、作業時間調整手段５４及び回転トルク調整手段５５、並びに地盤強度の目標値を変更調整するための地盤強度設定変更手段５６が電気的に接続されている。

又、表示部４０は、前記検出手段４１〜４５により測定された検出値と、上記演算処理部３９により計算された算出値と、前記調整手段５１〜５５により調整された設定値、並びに地盤強度設定変更手段５６により設定された目標値等をリアルタイムで画面表示する。

次に、本発明工法について説明する。図１０は、本発明に係るサンドコンパクションパイル工法（ＳＣＰ工法）の施工工程の概略を示す。以下、ケーシングパイプ３３の圧入動作工程と砂杭造成動作工程とに分けてＳＣＰ工法を説明する。

まず、ケーシングパイプ３３の圧入動作工程では、ＳＣＰ工法を施工すべき場所の地盤に、ケーシングパイプ３３の下端を位置決めしてセットする（図１０（Ａ））。その際、ケーシングパイプ３３の下部外周を振れ止め部材５８により挟持して固定する。次に、該ケーシングパイプ３３を回転させながら、砂杭打込み機９を下降させることにより、ケーシングパイプ３３を地盤の規定深度まで段階的に貫入させていく。

この場合、砂杭打込み機９の作業モードを停止モード、圧入モード及び標準モードに順次切り替えて、これらモードを所定サイクルだけ繰り返しながら地盤を掘削していくことにより、ケーシングパイプ３３下端の掘削ビット３５を地盤の規定深度まで貫入させる。尚、前記停止モードでは、ウインチ６及び圧入シリンダ１３,１３は停止状態にセットされているが、上部ブレーキ２０及び下部ブレーキ２１はオン状態（ロック状態）にセットされている（図１０（Ｂ））。

ケーシングパイプ３３の圧入動作を行うに際して、前記停止モードから圧入モードに切り替えるには、圧入シリンダ１３,１３を伸長動作状態にすると共に、下部ブレーキ２１をオフ状態（アンロック状態）にする。ついで、前記圧入モードでは、該圧入シリンダ１３,１３の伸長動作により上部昇降ユニット１１に対して下部昇降ユニット１２が所定量だけ下降変位する。このため、ケーシングパイプ３３は所定量だけ地盤中に貫入される（図１０（Ｃ））。

然る後、砂杭打込み機９を一旦停止モードに戻してから標準モードに切り替える。この場合、該砂杭打込み機９を標準モードに切り替えるには、ウインチ６を半クラッチ状態（巻上げ状態）にセットすると共に、上部ブレーキ２０をオフ状態にセットし、かつ、圧入シリンダ１３,１３を短縮動作状態にセットする（図１０（Ｄ））。

次に、前記同様に、上記停止モードから圧入モードに切り替える。これにより、圧入シリンダ１３,１３の伸長動作によって、上部昇降ユニット１１に対して下部昇降ユニット１２が下方に所定量だけ下降変位する。そのため、ケーシングパイプ３３は所定量だけ地盤中に更に貫入される。このようして、該ケーシングパイプ３３を尺取虫移動方式にて地盤に段階的に貫入させることにより、ケーシングパイプ３３を地盤の規定深度まで貫入させる。

この後、図１１の施工手順に従って、砂杭打込み機９による圧縮砂杭ＳＣＰの造成動作工程を実施する。その際、ケーシングパイプ３３上端側の拡径部外周を振れ止め部材５８により挟持して固定する。この砂杭造成動作工程においては、砂杭打込み機９の作業モードを停止モード、砂投入モード、標準モード、停止モード、ケーシング引抜きモード、停止モード及びケーシング押込み（ケーシング再貫入による打戻し）モードに順次交互に設定して繰り返すことにより、地盤に所定長さの圧縮砂杭ＳＣＰを造成する。以下、圧縮砂杭の造成動作工程について詳述する。

まず、前記停止モード（図１１（Ｅ））から砂投入モードに切り替えるには、ウインチ６を半クラッチ状態にすると共に、圧入シリンダ１３,１３を伸長動作状態にする。同時に、上部ブレーキ２０をオフ状態にして、バケット２６からケーシングパイプ３３内に所定量Ｖの中詰め砂を投入する（図１１（Ｆ））。尚、該中詰め砂の投入量Ｖは、圧入シリンダ１３，１３の押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプ３３の貫入量Ｌ及びケーシングパイプ３３の回転によるせん断係数を考慮して決定される（図１３（Ａ）（Ｂ）参照）
この後、前記停止モードに一旦戻してから標準モードに切り替える。この標準モードは前記砂投入モードの状態とは、圧入シリンダ１３,１３を短縮動作状態に切り替えることのみが異なる。該圧入シリンダ１３,１３の短縮動作により、上部昇降ユニット１１が下部昇降ユニット１２に接近して所定量だけ下降変位する。

そして、上記空気供給口からケーシングパイプ３３内に加圧空気が供給され、該ケーシングパイプ３３内の空気圧が一定値になるように保持される。この場合、砂杭を形成すべき地盤の深度や土質等に応じて、前記空気圧を適正値に調整制御することができる。

ついで、ケーシングパイプ３３内部の圧力を適正値に設定したのち、砂杭打込み機９を一旦停止モードに戻す。そして、下部ブレーキ２１をオフ状態に変更してケーシング引抜きモードに設定し、ウインチ６によりワイヤロープ１５を巻き上げる。これによって、砂杭打込み機９全体が所定距離だけ上方に移動するため、ケーシングパイプ３３が地盤から引き抜かれ、同時に該ケーシングパイプ３３下端から中詰め砂が排出される（図１１（Ｈ））。

前記中詰め砂の排出工程では、予めコンピュータで定めた砂杭の長さ寸法が設定されており、当該長さ寸法に適合した量の中詰め砂が前記貫入孔内に供給充填されるように、ケーシングパイプ３３が所定距離だけ引き抜かれる。

この後、砂杭打込み機９を一旦停止モードに戻してからケーシング押込みモードに切り替える。即ち、下部ブレーキ２１をオフ状態にすると共に、圧入シリンダ１３,１３を伸長動作状態にする。この結果、該圧入シリンダ１３,１３の伸長動作によって、上部昇降ユニット１１に対して下部昇降ユニット１２が下方に所定量だけ下降変位する。そのため、ケーシングパイプ３３は所定量だけ地盤に再度貫入して打ち戻される（図１１（Ｉ））。

従って、ケーシングパイプ３３により、前記貫入孔内の中詰め砂が締め固められて拡径する。この打戻し工程中、ホッパ２５内の中詰め砂が該ケーシングパイプ３３内に補給される。

以後、このようなケーシングパイプ３３の引抜きと打戻し工程を地盤表面まで順次繰り返すことにより、所定の高さの圧縮杭砂（ＳＣＰ）が造成される（図１１（Ｊ）（Ｋ）及び図１２）。そして、前記圧縮砂杭が地盤中に所要の本数も連続して充填形成されることにより、目的とする地盤全域が強固に造成される。

上記のＳＣＰ工法において本発明では、前記５つの検出データに基づいて地盤強度が算出され、該地盤強度の算出処理は、施工開始前、施工中又は施工完了後に実行される。

即ち、ケーシングパイプ３３の上端部に設置された圧入シリンダ１３,１３の押込み圧力Ｐ、ウインチ６の吊り荷重Ｗ、ケーシングパイプ３３の貫入量Ｌ、上記作業時間Ｔ及びケーシングパイプの回転トルクＲが各種検出手段４１，４２，４３，４４，４５により夫々検出される。

そして、これら検出されたデータは、図９に示す監視制御盤３７の入力部３８に入力されたのち演算処理手段３９に送出され、該データ値に基づいて地盤の応力σおよび地盤強度（Ｎ値）が逐次算出される。この算出結果は、地盤強度設定変更手段５６にて予め設定した目標値と比較される。そして、比較の結果、目標値に算出値が一致しないときは、該算出値が目標値に一致するように前記検出対象のパラメータを適宜調整しつつ、ケーシングパイプ３３の圧入動作、或いは砂杭打込み機９による砂杭動作を行う。したがって、砂杭の応力σと対応する地盤の造成強度を確実に得ることができ、施工品質の更なる向上を図ることができる。

また、ケーシングパイプ３３の地盤貫入時又は引抜き時に、圧入シリンダ１３,１３の押込み圧力Ｐ、ウインチ６の吊り荷重Ｗ、ケーシングパイプ３３の貫入量Ｌ、作業時間Ｔ及びケーシングパイプの回転トルクＲの５つの検出データ、並びに演算処理手段３９により算出された砂杭の応力σ（地盤強度Ｎ値に対応）は、表示手段４０によりリアルタイムにて時々刻々表示される。

従って、オペレータは地盤強度の変化状況を常時監視できるので、砂杭造成施工中に地盤強度が許容値を超えた場合でも、これを瞬時に調整補正して目標値に合致させることができる。従って、砂杭の打設造成を一層高効率かつ堅固に完成させることができる。

更に、本実施例による地盤強度の制御管理システムは、公知のサンドコンパクションパイルの施工管理システムに搭載することにより、砂杭の造成時におけるケーシングパイプ３３の昇降動作の自動化、省力化及び高精度化が容易に達成される。

又、上記ケーシング押込み工程及びケーシング打戻し工程では、上部ブレーキ２０及び下部ブレーキ２１により上部昇降ユニット１１及び下部昇降ユニット１２を相互独立にリーダ８に沿う任意な高さ位置に移動させることができ、且つ、圧入シリンダ１３,１３の伸縮動作によって上部昇降ユニット１１及び下部昇降ユニット１２を尺取虫方式で動作させることができる。

これにより、施工中、ケーシングパイプ３３が地盤中を真下方向に押し込まれるので、ケーシングパイプ３３の押付け中心がケーシングパイプ３３の軸心と一致する。斯くして、上記ケーシング貫入工程及びケーシング再貫入（打戻し）工程において、ケーシングパイプ３３が従来のように傾倒（斜め貫入）して偏芯モーメントが発生する恐れがなく、砂杭を一層効果的に圧縮して、高い造成強度を有する地盤が完成される。

又、ケーシングパイプ３３が鉛直状態で地盤に貫入するために、該ケーシングパイプ３３に曲げモーメントが発生するおそれがなく、従来工法に比べて該ケーシングパイプ３３及び駆動モータ３４の故障が大幅に低減して工期の短縮を図ることができる。

又、圧入シリンダ１３,１３の伸長動作によるケーシングパイプ３３の地盤への圧入時に、圧入シリンダ１３,１３は、その上端部がロック状態の上部昇降ユニット１１に位置固定された状態でケーシングパイプ３３を地盤中に押し込むので、従来のように、圧入シリンダ１３,１３の上端部が持ち上げられて移動することがない。従って、圧入シリンダ１３,１３からケーシングパイプ３３に伝達される押込み力（貫入力）が増大すると共に、該押込み力と対応する圧縮砂杭ＳＣＰの応力σを一層正確かつ容易に算出することができる。

更に、圧縮砂杭ＳＣＰの造成時、地盤の締め固めは圧入シリンダ１３,１３によりケーシングパイプ３３を押し込むので、圧縮砂杭ＳＣＰの造成長さを適宜調整でき、そのため、従来に比べて圧縮砂杭ＳＣＰの造成長さの管理を一層精度良く行うことができる。

尚、上記実施例では、地盤強度が目標の許容範囲値を充足しないときは、即時に警報が鳴動してオペレータに報知される。よって、ケーシングパイプ３３を即時に打ち戻して、造杭を再び実行できるので、地盤強度を確認しながら造杭を続行することができる。

本発明は、杭造成中に砂杭強度の測定が可能となり、常に目標の砂杭強度を満足する高品質の地盤を造成することができる。又、地盤の深度毎に砂杭強度を測定ができるのみならず、改良地盤の強度をリアルタイムにて連続的に評価できる。

本発明によれば、上記５つの検出信号をコンピュータによって判断して、ケーシングパイプ３３の引き抜き速度などを自動制御する造杭管理システム又は施工データ自動処理システムと連動させて高い施工管理能力を確保でき、施工品質の砂杭を容易に造成できる。

本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の一実施例に係るサンドコンパクションパイル工法に使用されるサンドコンパクションパイル装置を示す側面図。図１のサンドコンパクションパイル装置の砂杭打込み機を示す正面図。図２の側面図。一実施例に係る砂杭打込み機におけるインナケーシング内に加圧空気を供給するときの状態を示す正面図。一実施例に係る砂杭打込み機におけるインナケーシング内に砂を投入するときの状態を示す正面図。一実施例に係る砂杭打込み機を示す平面図。一実施例に係る砂杭打込み機を示す正面図。一実施例に係る砂杭打込み機を示す側面図。一実施例に係る監視制御盤等の構成要素の接続関係を示すブロック図。本発明に係るＳＣＰ工法の砂杭打込み機による圧入動作における施工工程の概略を示し、（Ａ）は掘削開始状態を説明する工程図、（Ｂ）は第１回目の停止モード状態を説明する工程図、（Ｃ）は圧入モードを説明する工程図、（Ｃ）は第２回目の停止モード状態を説明する工程図、（Ｄ）は標準モード状態を説明する工程図。本発明に係るＳＣＰ工法の砂杭打込み機による造成動作における施工工程の概略を示し、（Ｅ）は停止モード状態を説明する工程図、（Ｆ）は砂投入モード状態を説明する工程図、（Ｇ）は第１回目の標準モード状態を説明する工程図、（Ｈ）は第１回目のケーシング引抜き状態を説明する工程図、（Ｉ）はケーシング押込みモード状態を説明する工程図、（Ｊ）は第２回目の標準モード状態を説明する工程図、（Ｋ）は第２回目のケーシング引抜き状態を説明する工程図。本発明に係るＳＣＰ工法の砂杭打込み機による砂杭打設完了時を説明する工程図。本発明に係るＳＣＰ工法の中詰め砂の投入量Ｖ、押込み圧力Ｐ、ウインチの吊り荷重Ｗ、ケーシングパイプの貫入量Ｌなどを説明する図であり、（Ａ）は再貫前の状態を示す解説図、（Ｂ）は再貫後の状態を示す解説図。

符号の説明

１クローラクレーン（べースマシン）
６ウインチ
８リーダ
９砂杭打込み機
１１上部昇降ユニット
１２下部昇降ユニット
１３圧入シリンダ
１５ワイヤロープ
２０上部ブレーキ（上部ロック機構）
２１下部ブレーキ（下部ロック機構）
２２ピニオンギア
２４アウタケーシング
２５ホッパ
２９インナケーシング
３３ケーシングパイプ
３４駆動モータ（オーガーモータ）
３７監視制御盤
３８入力部
３９演算処理部
４０表示部
４１圧力検出手段
４２吊り荷重検出手段
４３貫入量検出手段
４４作業時間検出手段
４５回転トルク検出手段

Claims

リーダに沿って昇降可能な砂杭打込み機をウインチによりワイヤロープを介して吊持し、前記砂杭打込み機に設けられた回転駆動可能なケーシングパイプを地盤の規定深度まで貫入させた後、該ケーシングパイプの下端から砂を排出させながら該ケーシングパイプの引抜きと打戻しを繰り返し行うことにより、地盤に砂杭を打設するサンドコンパクションパイル工法であって、
前記ケーシングパイプの上端部に設置された圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記砂杭打込み機の作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲを個々の検出手段により夫々検出し、該検出値に基づいて演算処理手段により地盤貫入部若しくは砂杭の応力σを算出し、
該算出値が予め定めた目標値になるように前記ケーシングパイプの貫入又は砂杭の造成を行うサンドコンパクションパイル工法において、
前記圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲの前記検出値、並びに前記地盤貫入部若しくは砂杭の応力σの前記算出値を表示手段により表示しながら施工すると共に、
前記砂杭打込み機は前記リーダに沿う任意な高さ位置にロック機構により固定可能な上部ブレーキ付き上部昇降ユニット及び下部ブレーキ付き下部昇降ユニットを備え、前記ケーシングパイプの押し込み工程及び引き抜き工程に際し、上部ブレーキ及び下部ブレーキにより該上部昇降ユニット及び下部昇降ユニットを独立に前記リーダに沿う任意の高さに移動させ、且つ、前記圧入シリンダの伸縮動作によって前記上部昇降ユニット及び下部昇降ユニットを尺取虫方式で動作させることを特徴とするサンドコンパクションパイル工法。
リーダに沿って昇降可能な砂杭打込み機をウインチによりワイヤロープを介して吊持し、前記砂杭打込み機に設けられた回転駆動可能なケーシングパイプを地盤の規定深度まで貫入させた後、該ケーシングパイプの下端から砂を排出させながら該ケーシングパイプの引抜きと打戻しを繰り返し行うことにより、地盤に砂杭を打設するサンドコンパクションパイル工法であって、
前記ケーシングパイプの上端部に設置された圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記砂杭打込み機の作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲを個々の検出手段により夫々検出し、該検出値に基づいて演算処理手段により地盤貫入部若しくは砂杭の応力σを算出し、
該算出値が予め定めた目標値になるように前記ケーシングパイプの貫入又は砂杭の造成を行うサンドコンパクションパイル工法において、
前記圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲの前記検出値、並びに前記地盤貫入部若しくは砂杭の応力σの前記算出値を表示手段により表示しながら施工すると共に、
前記砂杭打込み機は、前記リーダに沿う任意な高さ位置にロック機構により固定可能な上部昇降ユニット及び下部昇降ユニットと、該上部昇降ユニット及び下部昇降ユニットの間に設けられた伸縮駆動可能な圧入シリンダとを備え、該下部昇降ユニットに前記ケーシングパイプが回転駆動可能に連結されており、上端をロックしてシリンダで押し込む事により地盤反力による打設機本体の持ち上がりを防止し精度良く、前記圧入シリンダの押込み圧力Ｐ、前記ウインチの吊り荷重Ｗ、前記ケーシングパイプの貫入量Ｌ、前記作業時間Ｔ及び該ケーシングパイプの回転トルクＲの前記検出値を測定することを特徴とするサンドコンパクションパイル工法。