JP5858574B2 - 地盤補強構造の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、先端近傍に螺旋羽根を有する回転貫入管を地盤に打設し、その周囲にグラウトによる地盤改良体を造成して地盤を補強する地盤補強構造の形成方法に関する。

従来、先端近傍に螺旋羽根を有する回転貫入管を地盤に打設し、その周囲にグラウトによる地盤改良体を造成することにより、螺旋羽根による先端支持力と地盤改良体の摩擦抵抗による支持力によって、支持力の増大を図るようにした地盤補強構造が知られている（特許文献１、２参照）。

このような地盤補強構造の例を図１１に示す。図１１の例では、回転貫入管１１０が下部補強管１２０と上部補強管１３０と接続管１４０とで構成され、地盤１６０に打設されている。下部補強管１２０には、管本体１２１の先端に螺旋羽根１２２が形成されていると共に、その外周に長手方向に間隔を開けて円周状の節突起１２３が形成され、更に、節突起１２３とは異なる位置に長手方向に間隔を開けて逆止弁付きのグラウト吐出孔１２４が形成されている。下部補強管１２０の後端部には図示省略するネジ構造の継ぎ手が設けられている。

上部補強管１３０には、管本体１３１の先端部に図時省略するネジ構造の継ぎ手が設けられている。また、接続管１４０は、本体１４１の外周に螺旋羽根１４２が設けられ、その両端にネジ構造の継ぎ手が形成されているものであり、本体１４１の両端に下部補強管１２０の継ぎ手と上部補強管１３０の継ぎ手がそれぞれ接続され、下部補強管１２０と上部補強管１３０が接続されるようになっている。接続管１４０の螺旋羽根１４２は、下部補強管１２０の先端の螺旋羽根１２２よりも大径に形成されている。

そして、地盤１６０に打設された回転貫入管１１０の周囲には、下部補強管１２０の先端の螺旋羽根１２２と接続管１４０の螺旋羽根１４２との間に、地盤改良体１５０が形成されている。この地盤改良体１５０は、回転貫入管１１０を地盤に回転圧入後、或いは地盤に回転圧入しながらグラウトを加圧注入し、グラウト吐出孔１２４から周囲の地盤にグラウトを吐出して形成されている。地盤改良体１５０が形成されている下部補強管１２０の先端の螺旋羽根１２２と接続管１４０の螺旋羽根１４２との間は定着長領域、接続管１４０の螺旋羽根１４２と地表面１６１との間は自由長領域である。

特開２００８−５７１１３号公報 特開２０１１−２６９１０号公報

しかしながら、上記地盤補強構造では、回転貫入管１１０の先端が開放されている場合、回転貫入管１１０の先端近傍の内部に土砂が入り込み、先端部周囲の地盤領域Ｒにグラウトを十分に注入できなくなり、地盤領域Ｒに必要な支持力を発揮する地盤改良体を形成できないことがある。また、回転貫入管１１０の先端が閉塞されている場合にも、回転貫入管１１０の打設時に回転貫入管１１０の先端部周囲の地盤領域Ｒがかなり圧密となり、先端部周囲の地盤領域Ｒにグラウトを十分に注入できなくなり、地盤領域Ｒに必要な支持力を発揮する地盤改良体を形成することが難しい場合がある。

即ち、図１１例は、螺旋羽根１４２より下の回転貫入管１１０の周囲全体に同一径で均質なグラウトによる定着長領域を形成し、摩擦力により杭支持力を得るものであるにもかかわらず、定着長領域のグラウト径や密度にムラが生じている可能性がある。この種の地盤補強構造では、所定長の回転貫入管１１０に対し、グラウトによって最も効果的な地盤改良体が形成され、且つその地盤改良体と回転貫入管１１０自体が最も的確に一体をなしていることが肝要であるのに、地盤に対するグラウト状態が不安定では安定的な地盤補強構造が得られない。

本発明は上記課題を解決するために提案するものであり、回転貫入管の先端部周囲の地盤領域に必要な支持力を発揮する地盤改良体を確実に形成し、延いては地盤補強構造全体として最も効果的な支持力を確実に且つ安定して発揮することができる地盤補強構造の形成方法を提供することを目的とする。

本発明の地盤補強構造の形成方法は、管本体の先端に土砂侵入防止部が設けられ、前記管本体の先端外周面に螺旋羽根が設けられ且つ前記管本体の中間部位の外周面に前記螺旋羽根より大径の別の螺旋羽根が設けられていると共に、前記管本体の周壁にグラウト吐出孔が形成されている回転貫入管を用い、前記回転貫入管を地盤に回転貫入して打設する第１工程と、前記回転貫入管を長手方向に前後動させ、前記管本体の先端部の周囲の前記グラウト吐出孔からグラウトを吐出して、前記地盤の土粒子と前記グラウトを混合し、前記管本体の先端部の周囲に第１の地盤改良体を形成する第２工程と、前記回転貫入管を前記地盤の孔奥まで挿入して定置した状態で、前記管本体の周囲の前記先端部より後方の前記グラウト吐出孔から前記第１の地盤改良体の後端側に前記グラウトを吐出し、前記別の螺旋羽根に対して前記管本体の先端側と後端側に位置し且つ前記第１の地盤改良体と略隣接するように第２の地盤改良体を形成する第３工程とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、回転貫入管の先端部周囲の地盤領域に地盤の土粒子とグラウトが混合された第１の地盤改良体を簡易且つ効率的に形成することができると共に、回転貫入管の先端部周囲の地盤領域に必要な支持力を発揮する第１の地盤改良体を確実に形成することができる。また、先端部周囲の地盤領域に形成された第１の地盤改良体は、先端外周面の螺旋羽根の変形を抑制することが可能であり、この螺旋羽根によって所要の先端支持力を得ることができる。また、先端外周面の螺旋羽根の形状維持により、第１、第２の地盤改良体に集中的な応力が伝播することを低減することが可能であり、第１、第２の地盤改良体の破壊を防止することができる。また、第１、第２の地盤改良体を安定して存置することができるので、第１、第２の地盤改良体により大きな周面摩擦力とその支持力を安定して得ることができる。また、第１、第２の地盤改良体が略隣接することにより、第１、第２の地盤改良体で応力の分散を図ることができる。従って、回転貫入管、及びその先端外周面の螺旋羽根、第１、第２の地盤改良体を一体的に機能させ、地盤補強構造全体として最も効果的な支持力を確実に且つ安定して発揮することができる。また、第２の地盤改良体の中間付近に別の螺旋羽根が位置することになり、大径の別の螺旋羽根が回転貫入管の押込支持力と引抜抵抗力を増大させることができると共に、グラウトによって形成された第２の地盤改良体が別の螺旋羽根の変形を防止するため、別の螺旋羽根の変形により極限支持力が低下してしまうことが防止され、別の螺旋羽根と第２の地盤改良体が相互的に補完し合って高い支持力を発現することが出来る。また、回転貫入管の前後動時における別の螺旋羽根の前後移動で周囲の地盤土壌が掻き乱されると共にその外側の土壌に地盤圧密が生じ、周辺地盤が圧密された分だけ管本体の周囲の地盤密度が低く空疎になることによって第２の地盤改良体のグラウト密度を第１の地盤改良体のグラウト密度より高く圧縮強度やせん断強度が高いものとすることができ、地盤補強構造全体としての強度、支持力をより一層高めることができる。また、この別の螺旋羽根による周囲の地盤土壌の掻き乱しと圧密により、別の螺旋羽根に対して管本体の先端側の第２の地盤改良体には第１の地盤改良体に接続するようにテーパ部が形成され、このテーパ部により周面摩擦力を一層増大させ、地盤補強構造の支持力を増大することができる。

本発明の地盤補強構造の形成方法によれば、回転貫入管の先端部周囲の地盤領域に必要な支持力を発揮する地盤改良体を確実に形成し、延いては地盤補強構造全体として最も効果的な支持力を確実に且つ安定して発揮することができる地盤補強構造とすることができる。

実施形態の地盤補強構造の断面説明図。 実施形態の地盤補強構造における回転貫入管を示す正面図。 （ａ）〜（ｃ）は回転貫入管の接続を説明する説明図。 （ａ）は図２の回転貫入管の螺旋羽根近傍を示す正面図、（ｂ）はその回転貫入管先端の爪状部の配置を示す底面図、（ｃ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ線矢視図、（ｄ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視図。 （ａ）〜（ｆ）は実施形態の地盤補強構造の形成方法における施工手順を示す説明図。 （ａ）は口元バルブ方式による第２の地盤改良体の形成を示す説明図、（ｂ）はシングルパッカー方式による第２の地盤改良体の形成を示す説明図、（ｃ）はダブルパッカー方式による第２の地盤改良体の形成を示す説明図。 （ａ）は第１変形例における回転貫入管の螺旋羽根近傍を示す正面図、（ｂ）はその回転貫入管先端の爪状部の配置を示す底面図、（ｃ）は第１の爪状部の正面図、（ｄ）は第２の爪状部の正面図。 （ａ）は第２変形例における回転貫入管の螺旋羽根近傍を示す正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はその底面図。 （ａ）は実施形態及び変形例の地盤補強構造に発生する垂直応力の応力分布図、（ｂ）はそのせん断応力の応力分布図。 実施形態及び変形例の地盤補強構造と従来例の地盤補強構造の荷重−変位量曲線を示す図。 従来例の地盤補強構造を示す断面説明図。

〔実施形態の地盤補強構造及びその形成方法〕
本実施形態の地盤補強構造は、図１に示すように、地表面１０１から地盤１００に回転貫入して打設されている回転貫入管１０と、回転貫入管１０の先端部の周囲に設けられる第１の地盤改良体５０、第１の地盤改良体５０の後端側の位置で、回転貫入管１０の周囲に設けられる第２の地盤改良体６０とから構成される。

図１及び図２の例の回転貫入管１０は、図３（ａ）の先端補強管２０と図３（ｂ）の後続補強管３０とが接続されているものであるが、更に、地盤補強に必要な打込み深さが深い場合等の必要に応じて、後続補強管３０の後側に別の後続補強管４０を接続して、回転貫入管１０を構成することが可能である。後続補強管３０の後側に接続する別の後続補強管４０は、単数或いは複数とすることが可能である。また、別の後続補強管４０を接続する位置は、地盤によって後続補強管３０の前側に接続して使用することもできる。

先端補強管２０は、図１〜図４に示すように、管本体２１の先端近傍に螺旋羽根２２が形成されていると共に、その先端には、回転貫入管１０の管本体の土砂侵入防止部に相当する閉塞面２３が設けられている。更に、閉塞面２３には爪状部２４が設けられており、爪状部２４は先端補強管２０の先端面である閉塞面２３から突出形成されている。本例の各爪状部２４は、その先端面がスロープ状の傾斜面で底面視では直線状になっており、略円周方向に所定間隔を開けて複数個（本例では４個）設けられ、周方向に山と谷を有する形状で配置されている。

先端補強管２０の外周には、地盤１００と先端補強管２０との荷重伝達性能を高めるため、長手方向に間隔を開けて円周状の節突起２５が形成されている。更に、節突起２５とは異なる位置に長手方向に間隔を開けて逆止弁付きのグラウト吐出孔２６が形成され、回転貫入管１０の管本体周壁のグラウト吐出孔を構成している。先端補強管２０の後端部には、雄ねじの継ぎ手２７が形成されている。

更に、先端補強管２０の閉塞面２３には、その略中央に逆止弁付きのグラウト吐出孔２８が形成されていると共に、先端補強管２０の先端部内にはグラウト吐出孔２８の逆止弁であるバネ式逆止弁２８１が設けられており、先端補強管２０の閉塞面２３より先端側にもグラウトを吐出可能になっている。

後続補強管３０は、管本体３１の先端部に雌ねじの継ぎ手３２が形成されていると共に、その後端部に雄ねじの継ぎ手３３が形成されており、周壁にはグラウト吐出孔３４が形成されている。後続補強管３０の管本体３１の外周には螺旋羽根３５が設けられており、螺旋羽根３５は先端補強管２０の先端補強管２０の先端の螺旋羽根２２よりも大径に形成されている。管本体３１の長手方向における螺旋羽根３５の取付位置は任意であり、螺旋羽根３５は管本体３１の所要位置に工場で加工して取り付けられる。尚、必要に応じて後続補強管３０に接続される別の後続補強管４０は、管本体４１の先端部に雌ねじの継ぎ手４２、その後端部に雄ねじの継ぎ手４３が形成され、周壁にはグラウト吐出孔４４が形成されている。

そして、先端補強管２０の継ぎ手２７と後続補強管３０の継ぎ手３２とを螺合して接続することにより、或いは、先端補強管２０の継ぎ手２７と後続補強管３０の継ぎ手３２とを螺合して接続し、且つ後続補強管３０の継ぎ手３３と別の後続補強管４０の継ぎ手４２とを螺合して接続することにより、先端補強管２０と後続補強管３０、或いは先端補強管２０と後続補強管３０、４０が地盤１００に打設される。打設された回転貫入管１０において後続補強管３０の螺旋羽根３５は、回転貫入管１０の管本体の中間部位に配置される。

第１の地盤改良体５０は、回転貫入管１０の管本体の先端部の周囲に設けられ、図示例では先端補強管２０の略先端側の半分程度の長さで先端補強管２０の周囲に設けられ、更に先端補強管２０の先端側にも設けられている。第１の地盤改良体５０は、地盤１００の土粒子とグラウトが混合されるようにグラウトを吐出して形成されている。

第２の地盤改良体６０は、回転貫入管１０の管本体の周囲における第１の地盤改良体５０の後端側に第１の地盤改良体５０と略隣接して設けられており、地盤１００にグラウトを吐出して形成されている。第２の地盤改良体６０は、別の螺旋羽根に相当する螺旋羽根３５に対して、回転貫入管１０の管本体の先端側と後端側に形成されており、第１の地盤改良体５０と隣接する箇所から螺旋羽根３５に略対応する箇所まで、後端側に向かって略テーパ状に拡径するテーパ部６１と、テーパ部６１の後側に設けられる略筒状若しくは螺旋羽根３５に略対応する箇所から後端側に向かって略テーパ状に縮径する後部６２とから構成される。

第２の地盤改良体６０において、回転貫入管１０の長手方向への前後動時における螺旋羽根３５の前後動により周囲の地盤土壌の掻き乱しと圧密が生じ、その掻き乱しと地盤圧密分だけ回転貫入管１０の周囲の地盤密度が低下して空疎になったところにグラウトされていることにより、少なくとも螺旋羽根３５に対して管本体の先端側に形成されている部分、即ちテーパ部６１のグラウト密度は、第１の地盤改良体５０のグラウト密度より高くなるようにして形成されており、少なくとも第２の地盤改良体６０におけるテーパ部６１の強度は、第１の地盤改良体５０の強度より高くなっている。

本実施形態の地盤補強構造を形成する際には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、回転貫入管１０を地盤１００に回転貫入する。回転貫入管１０の回転貫入では、図示省略する削孔機に先端補強管２０を取り付けて地盤１００に回転貫入し、先端補強管２０を所定深さまで貫入した後に後続補強管３０を接続し、後続補強管３０を削孔機に取り付け、更に、先端補強管２０、後続補強管３０を所定深さまで回転貫入する。尚、後続補強管３０の後側に別の後続補強管４０を接続する場合には、前述の工程を繰り返して回転貫入する。

その後、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、回転貫入した回転貫入管１０の内部にグラウトの注入管７１を接続しながら挿入し、接続した注入管７１の先端が回転貫入管１０の先端部近くになるまで挿入して配置する。

そして、図５（ｅ）、（ｆ）に示すように、グラウト注入装置（図示省略）から注入管７１を介してグラウトを注入し、注入管７１の先端近傍の吐出孔と回転貫入管１０のグラウト吐出孔２６、２８を介して先端補強管２０の周囲と先端側の地盤１００にグラウトを吐出すると共に、このグラウトの吐出と合わせて回転貫入管１０を長手方向に前後動させる。このグラウトの地盤１００への吐出と回転貫入管１０の前後動により、地盤１００の土粒子とグラウトが混合されるようにして、回転貫入管１０の管本体の先端部の周囲に第１の地盤改良体５０を形成し、更に、本例では回転貫入管１０の先端側にも第１の地盤改良体５０を形成する。

第１の地盤改良体５０を形成する際のグラウトは、グラウトを回転貫入管１０の先端部近傍で確実に吐出させると共に地盤１００の土粒子とグラウトをより均質に混合して均質な第１の地盤改良体５０を形成するため、例えば０．２ＭＰａ〜１ＭＰａ程度の注入圧で加圧注入とすると好適である。更に、この際に、回転貫入管１０の長手方向の前後動距離を０．５〜１．５ｍ程度とすると、グラウトを良好に砂と混合することができる。

第１の地盤改良体５０の形成後、回転貫入管１０を地盤１００の孔奥まで挿入して定置した状態で該回転貫入管１０の管本体の周囲における第１の地盤改良体５０の後端側の地盤１００に、グラウトを吐出して第２の地盤改良体６０を形成する。第２の地盤改良体６０を形成する際には、注入管７１の吐出孔を所定位置に配置すると共に、図示省略するグラウト注入装置と後続補強管３０の口元に閉塞するように設けたバルブによってグラウトを注入する口元バルブ方式により（図６（ａ）参照）、地盤１００の所定領域にグラウトを吐出して形成する構成、或いは注入管７１を回転貫入管１０の管本体内の注入すべき箇所までおろし、その吐出孔より上側にパッカー７２をセットして順次グラウトしながら注入管７１を引き上げてくるシングルパッカー方式（図６（ｂ）参照）、或いは注入管７１の所定領域の先後にパッカー７２で隔壁を形成して隔壁間の領域にグラウトを注入するダブルパッカー方式により（図６（ｃ）参照）、地盤１００の所定領域にグラウトを吐出して形成する構成等とすることが可能である。尚、図６の太線矢印は注入されるグラウトを示している。

第２の地盤改良体６０を形成する際のグラウトは、地盤１００の所定領域にグラウトを行き渡らせるため、例えば０．２ＭＰａ〜１ＭＰａ程度の注入圧で加圧注入すると好適である。

また、第２の地盤改良体６０を、グラウトを加圧注入、吐出して形成することにより、第１の地盤改良体５０と隣接する箇所から螺旋羽根３５に略対応する箇所まで、後端側に向かって略テーパ状に拡径するテーパ部６１と、テーパ部６１の後側に設けられる後部６２を有する形状で、第２の地盤改良体６０が形成される。これは、回転貫入管１０の長手方向への前後動時における螺旋羽根３５の前後動により周囲の地盤土壌の掻き乱しと圧密が生じ、その掻き乱しとその外側の地盤圧密分だけ回転貫入管１０の周囲の地盤密度が低下して空疎になったところにグラウトされ、そのグラウトが既に形成されて第２の地盤改良体より小径の第１の地盤改良体に接続されるように形成されることよる形状である。更に、第２の地盤改良体６０は、大径の螺旋羽根３５により十分掻き乱しと外側への土壌圧密が行われた後に回転貫入管１０を定置状態にしてグラウトされることにより、グラウト密度が高く形成され、特にテーパ部６１は先に形成されている第１の地盤改良体５０と後部６２に挟まれることによってグラウト自体も圧密されるため、テーパ部６１のグラウト密度は第１の地盤改良体５０のグラウト密度より高くなるように形成される。

本実施形態によれば、回転貫入管１０の先端部周囲の地盤１００の領域に地盤１００の土粒子とグラウトが混合された第１の地盤改良体５０を簡易且つ効率的に形成することができると共に、回転貫入管１０の先端部周囲の地盤１００の領域に、必要な支持力を発揮する第１の地盤改良体５０を確実に形成することができる。

また、第１の地盤改良体５０は、引抜力等に対して先端外周面の螺旋羽根２２の変形を抑制することが可能であり、螺旋羽根２２によって所要の先端支持力を得ることができる。また、先端外周面の螺旋羽根２２の形状維持により、第１、第２の地盤改良体５０、６０に集中的な応力が伝播することを低減することが可能であり、第１、第２の地盤改良体５０、６０の破壊を防止することができる。また、第１、第２の地盤改良体５０、６０を安定して存置することができるので、第１、第２の地盤改良体５０、６０による大きな周面摩擦力とその支持力を安定して得ることができる。また、第１、第２の地盤改良体５０、６０を略隣接して設けることにより、第１、第２の地盤改良体５０、６０で応力の分散を図ることができる。従って、回転貫入管１０、及びその先端外周面の螺旋羽根２２、第１、第２の地盤改良体５０、６０が一体的に機能して大きな支持力が得られ、形成された地盤補強構造は全体として最も効果的な支持力を確実に且つ安定して発揮することができ、回転貫入管１０が降伏するまで支持することも可能となる。

また、第２の地盤改良体６０のテーパ部６１により、周面摩擦力を一層増大させ、地盤補強構造の支持力を増大することができる。また、第２の地盤改良体６０の先端側の部分に相当するテーパ部６１を螺旋羽根３５で押圧し、第１、第２の地盤改良体５０、６０に対する押込力を高めることができる。また、第２の地盤改良体６０の後端側の部分に相当する後部６２で螺旋羽根３５を押圧し、第１、第２の地盤改良体５０、６０及び回転貫入管１０の押込力を一層高めることができる。

また、第２の地盤改良体６０のうち少なくともテーパ部６１のグラウト密度が第１の地盤改良体５０のグラウト密度より高いことから、比較的大きな応力が負荷されやすい第２の地盤改良体６０の先端側の部分について（図９参照）、圧縮強度やせん断強度を高くすることができ、地盤補強構造全体としての強度、支持力をより一層高めることができる。また、回転貫入管１０の先端で突出する爪状部２４と第１の地盤改良体５０等が相俟って、地盤１００の支持層への荷重伝達性能が一層良好となり（図１０参照）、地盤補強構造全体としての強度、支持力をより一層高めることができる。

〔実施形態の地盤補強構造の変形例〕
次に、上記実施形態の地盤補強構造の変形例について説明する。図７は第１変形例、図８は第２変形例に関する図である。

第１変形例では、図７に示すように、先端補強管２０の先端近傍或いは先端には、円形板である閉塞面２３１が設けられ、閉塞面２３１から複数（本例では４個）の弧状板２３３が突出するように立設されている。各弧状板２３３は、閉塞面２３１の内側から外側に延びて外側端部が他の弧状板２３３の内側端部の外側に位置するように渦巻状に配置され、弧状板２３３・２３３相互の間には間隙２３４が設けられている。弧状板２３３の先端には円形板である保護板２３２が固定して設けられ、保護板２３２には、第１の爪状部２４ａ、第２の爪状部２４ｂが設けられている。本例では、閉塞面２３１と渦巻配置の複数の弧状板２３３と保護板２３２、或いは閉塞面２３１が、回転貫入管１０の回転時に土砂の侵入を防止する土砂侵入防止部に相当する。

第１変形例は、上記実施形態の地盤補強構造に対して、回転貫入管１０の爪状部の形状が異なるものであり、第１の爪状部２４ａは、先端面がスロープ状の傾斜面であり、底面視では弓状に若干湾曲した形状になっている。また、第２の爪状部２４ｂは、先端面が山形の傾斜面であり、底面視では弓状に若干湾曲した形状になっている。

爪状部２４ａ、２４ｂは先端補強管２０の先端から突出して形成され、その突出量は上記実施形態の爪状部２４よりも大きくなっている。この爪状部２４ａ、２４ｂの閉塞面２３１或いは保護板２３２からの突出量は、例えば平均で２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度とすると好適である。また、爪状部２４ａ、２４ｂは略円周方向に所定間隔を開けて複数個（本例では各２個）設けられ、爪状部２４ａと爪状部２４ｂが交互に配置されていると共に、爪状部２４ａ、２４ｂは保護板２３２の中心から放射状に延びて設けられ、爪状部２４ａは先端の傾斜面の高い方を外側にして配置されている。

更に、第１変形例の先端補強管２０の先端部内では、閉塞面２３１に逆止弁であるゴム式逆止弁付きのグラウト吐出孔２８ａが複数形成され、先端補強管２０の閉塞面２３１より先端側にグラウトを吐出可能になっている。グラウト吐出孔２８ａから吐出されたグラウトは弧状板２３３・２３３相互間の間隙２３４を介して地盤１００に注入される。

第１変形例では、上記実施形態と同様の効果を奏することに加え、突出量の大きい爪状部２４ａ、２４ｂにより、上記実施形態よりも、荷重伝達性能を一層良好にして支持力を強化することが可能であり（図１０参照）、地盤補強構造全体としての強度、支持力をより一層高めることができる。

また、第２変形例は、上記実施形態の地盤補強構造に対して、図８に示すように回転貫入管１０の先端補強管８０の構成が異なる。先端補強管８０は、管本体８１の先端近傍に螺旋羽根８２を有し、外周に長手方向に間隔を開けて円周状の節突起８３が形成され、更に、節突起８３とは異なる位置に長手方向に間隔を開けて逆止弁付きのグラウト吐出孔８４が形成されている。先端補強管８０の後端部には、図示省略する雄ねじの継ぎ手が形成され、上記実施形態と同様に後続補強管３０が接続可能になっている。

更に、先端補強管８０は、内管８５と、内管８５と一体的に形成された蓋部８６とを有する。蓋部８６の外周縁は先端補強管８０の管本体８１と溶接等で固着され、管本体８１と内管８５との間に形成される円筒形の隙間８７の先端が蓋部８６で閉塞されており、蓋部８６は土砂侵入防止部に相当し、回転貫入時に発生する土砂は内管８５内に取り込まれるようになっている。また、内管８５と管本体８１とを同心円状に保持して隙間８７を維持するために、先端補強管８０の後部における内管８５と管本体８１との間には図示省略するスペーサーが設けられている。

蓋部８６には、回転貫入管１０の先端からもグラウトを地盤１００に注入可能にするため、円周方向に間隔を開けて隙間８７に貫通する複数個（本例では４個）のグラウト吐出孔８６１が形成されている。また、蓋部８６には、各グラウト吐出孔８６１を覆うように防護板８６２が溶接等により取り付けられている。防護板８６２は、その内側領域で蓋部８６との間に空間ができるように取り付けられ、回転貫入時に土砂がグラウト吐出孔８６１から隙間８７に侵入することを防止可能であると共に、グラウトを前記空間を介して地盤１００に吐出可能になっている。

第２変形例において第１の地盤改良体５０を形成する際には、図示省略するグラウト注入装置から注入管を介して隙間８７に入るようにグラウトを注入する。そして、先端補強管８０の隙間８７、グラウト吐出孔８４、８６１を介して周囲の地盤１００と先端補強管８０の先端側の地盤１００とにグラウトを吐出すると共に、このグラウトの吐出と合わせて回転貫入管１０を長手方向に前後動させる。このグラウトの地盤１００への吐出と回転貫入管１０の前後動により、地盤１００の土粒子とグラウトが混合されるようにして、回転貫入管１０の管本体の先端部の周囲と先端側の地盤１００に第１の地盤改良体５０を形成する。この場合のグラウトの注入圧も、例えば０．２ＭＰａ〜１ＭＰａ程度の注入圧で加圧注入とすると好適である。その後は上記実施形態と同様に口元バルブ方式等により第２の地盤改良体６０を形成する。

第２変形例では、上記実施形態と同様の効果を奏することに加え、回転貫入管１０の貫入抵抗を低減することができる。

〔実施形態及び変形例の地盤補強構造の性能評価〕
上記実施形態及び変形例の地盤補強構造において、第１の地盤改良体５０、第２の地盤改良体６０に、管頭変位が螺旋羽根２２の外径の１０％に到達する荷重を管頭荷重として載荷したときに発生する応力分布の解析結果を図９に示す。図９に示すように、第１の地盤改良体５０と、第２の地盤改良体６０の後部６２では、垂直応力とせん断応力がともに小さく、第２の地盤改良体６０のテーパ部６１では垂直応力、せん断応力がともに最大になっている。また、第１の地盤改良体５０には螺旋羽根２２の隙間から比較的高い応力が伝播している。

ここで第１の地盤改良体５０、第２の地盤改良体６０の後部６２の破壊応力を垂直応力：５，０００ｋＮ／ｍ^２程度、最大せん断応力：２，５００ｋＮ／ｍ^２程度を目安とし、第２の地盤改良体６０のテーパ部６１の破壊応力を６０，０００ｋＮ／ｍ^２程度、最大せん断応力：３０，０００ｋＮ／ｍ^２程度を目安とすると、発生する最大の垂直応力は、例えば第１の地盤改良体５０に螺旋羽根２２の隙間から最大２，５００ｋＮ／ｍ^２程度、第２の地盤改良体６０のテーパ部６１に最大３，５００ｋＮ／ｍ^２程度であり、いずれも破壊応力に達する垂直応力ではない。更に、発生する最大せん断応力は、例えば第１の地盤改良体５０に螺旋羽根２２の隙間から最大１，５００ｋＮ／ｍ^２程度、第２の地盤改良体６０のテーパ部６１に最大７５ｋＮ／ｍ^２程度であり、いずれも破壊応力に達する最大せん断応力ではない。

また、回転貫入管１０の先端近傍の螺旋羽根２２の隙間部分から第１の地盤改良体５０に垂直応力、最大せん断応力を伝達している応力分布から、螺旋羽根２２が第１の地盤改良体５０、第２の地盤改良体６０への集中的な応力伝播を抑制していることが分かる。

次に、図１０に実施形態及び変形例の地盤補強構造と従来例の地盤補強構造の荷重−変位量曲線を示す。図１０において、１点鎖線は図１１の従来例の地盤補強構造、点線は上記実施形態の地盤補強構造、実線は第１変形例の地盤補強構造の押込み試験の荷重と変位量の関係である。押込み試験は、静的載荷方式とし、載荷方法は連続載荷、反力装置は反力アンカーで引き抜き抵抗力を用いた。

図１０に示すように、実施形態及び第１変形例の地盤補強構造では、従来例の地盤補強構造に比べて、同じ荷重に対する変位が小さく、従来例の２．７〜４．９倍程度の極限支持力（管頭変位が螺旋羽根２２の外径の１０％に到達する荷重）が得られる。また、爪状部２４ａ、２４ｂの突出量が大きい第１変形例の地盤補強構造の方が、実施形態の地盤補強構造よりも、同じ荷重に対する変位が小さく、非常に高い極限支持力を得ることができる。

〔その他の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明、実施形態、第１、第２変形例の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものであり、下記変形例も包含する。

例えば上記実施形態では、第１の地盤改良体５０の先端と第２の地盤改良体６０の後端との間を定着長領域、第２の地盤改良体６０と地表面１０１との間を自由長領域としたが、地盤１００における第１の地盤改良体５０と第２の地盤改良体６０の形成領域は適宜であり、例えば第２の地盤改良体６０を地表面１０１に達するまで或いは近接するまで形成し、全体を定着長領域とする地盤補強構造等としてもよい。

また、爪状部の形状、配置は爪状部２４、２４ａ、２４ｂとその配置以外にも適宜であるが、爪状部或いは一体的な形状等の爪状部の部分が、略円周方向に所定間隔を開けて配置される構成とすることが好ましい。

本発明は、螺旋羽根を有する回転貫入管を地盤に打設し、その周囲にグラウトによる地盤改良体を造成して地盤を補強する際に利用することができる。

１０、１１０…回転貫入管 ２０、８０…先端補強管 ２１、３１、４１、８１、１２１、１３１…管本体 ２２、３５、８２、１２２、１４２…螺旋羽根 ２３…閉塞面 ２３１…閉塞面 ２３２…保護板 ２３３…弧状板 ２３４…間隙 ２４、２４ａ、２４ｂ…爪状部 ２５、８３、１２３…節突起 ２６、２８、２８ａ、３４、４４、８４、８６１、１２４…グラウト吐出孔 ２７、３２、３３、４２、４３…継ぎ手 ２８１…バネ式逆止弁 ３０…後続補強管 ４０…後続補強管 ５０…第１の地盤改良体 ６０…第２の地盤改良体 ６１…テーパ部 ６２…後部 ７１…注入管 ７２…パッカー ８５…内管 ８６…蓋部 ８６２…防護板 ８７…隙間 １００、１６０…地盤 １０１、１６１…地表面 １２０…下部補強管 １３０…上部補強管 １４０…接続管 １４１…本体 １５０…地盤改良体

Claims (1)

1. 管本体の先端に土砂侵入防止部が設けられ、前記管本体の先端外周面に螺旋羽根が設けられ且つ前記管本体の中間部位の外周面に前記螺旋羽根より大径の別の螺旋羽根が設けられていると共に、前記管本体の周壁にグラウト吐出孔が形成されている回転貫入管を用い、前記回転貫入管を地盤に回転貫入して打設する第１工程と、
   前記回転貫入管を長手方向に前後動させ、前記管本体の先端部の周囲の前記グラウト吐出孔からグラウトを吐出して、前記地盤の土粒子と前記グラウトを混合し、前記管本体の先端部の周囲に第１の地盤改良体を形成する第２工程と、
   前記回転貫入管を前記地盤の孔奥まで挿入して定置した状態で、前記管本体の周囲の前記先端部より後方の前記グラウト吐出孔から前記第１の地盤改良体の後端側に前記グラウトを吐出し、前記別の螺旋羽根に対して前記管本体の先端側と後端側に位置し且つ前記第１の地盤改良体と略隣接するように第２の地盤改良体を形成する第３工程と、
   を備えることを特徴とする地盤補強構造の形成方法。
   

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