JP5988458B1 - 地盤改良工法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤中に吐出される改良材にて周囲地盤を締固める締固め作用と共、改良材残置用の容積増大作用に優れた地盤改良工法と装置を実現する。【解決手段】内管２及び外管３からなる二重管４を地盤中の設計深度まで貫入する貫入工程と、内管下端側より改良材を地盤中に吐出する吐出工程と、二重管４を引抜く引抜き工程とを有し、内管から吐出した改良材により周囲地盤を締固める地盤改良工法であって、外管３の下端側と内管２の下端側とに上下部を連結した拡縮径可能な押圧板５を備え、該押圧板を地盤中で縮径状態から拡径状態に切り換えることで周辺地盤を拡径された押圧板により押し広げて締固めると共に、改良材を残置させる容積を確保する。【選択図】図８

Description

本発明は、内管及び外管からなる二重管を有し、内管から地盤中に吐出される改良材により周囲地盤を締固める地盤改良工法及び装置に関する。

地盤改良工法として、注入管又は内管及び外管からなる二重管を地盤中に設計深度まで貫入する貫入工程と、注入管又は二重管の内管に供給される改良材を管下端側より地盤中に吐出する吐出工程と、注入管又は二重管を引抜く引抜き工程とを有し、注入管又は内管から吐出した改良材により周囲地盤を締固める工法がある。この締固め工法には、特許文献１に例示されるごとく注入管が貫入された後、引抜き工程において、ホッパから注入管に投入した砂を、注入管下端から吐出させながら注入管の引抜きと打戻しを繰り返すことにより締固め砂杭を地中に造成するＳＣＰ（サンドコンパクションパイル）工法がある。この工法は、注入管を昇降する昇降手段、注入管に砂を供給するバケット及びホッパ等の供給手段、注入管から砂を吐出し易くする加圧手段等を必須とするため全体として大型の施工装置となり、施工スペースの確保上の制約から適用できない場合もある。その代用工法としては次のような改良工法がある。

特許文献２に開示の改良工法は、図１２（ａ）に示されるごとく、注入管（圧入管）２が先端側周囲に設けられて注入管断面積以上の総面積を有する吐出口２５を有し、改良材１０を吐出口２５から軸径方向に吐出する点、注入管２を回転して円柱状に近い改良体を造成する点、スランプ値５ｃｍ以下の低流動性の改良材を用いて、ポンプ５で圧送されて注入管の吐出口２５から吐出される改良材１０により周囲地盤を押し広げ易くする点、等を特徴としている。

特許文献３に開示の改良工法は、同図（ｂ）に示されるごとく、改良材構成が砂材料に遅効性塑性化剤を含有する砂杭材料流動化物（以下、流動化砂と言う）を流動状態を保持したまま地盤中に吐出し地盤中で塑性化させる点、装置構成が流動化砂製造プラント１０と、注入管（中空管）２３と、製造プラント１０で製造された流動化砂を注入管２３に配管３４を通して送るポンプ４とを備えている点、工法要領は注入管２４を地盤中に設計深度まで貫入した後、該注入管２４を通して流動化砂を地中に吐出し、地中に該流動化砂を残致し、この未塑性化の残置物の上に次のステップ分の流動化砂を吐出し、これを繰り返して行うことにより所定長さの砂杭２５を造成する点、を特徴としている

特許５３７１２７５号公報 特許第４８２７６８９号公報 特許第５１８８８９４号公報

上記の各文献２，３の改良工法では、ＳＣＰ工法に比べ改良材をポンプで圧送できる関係で装置構成を簡易化できたり施工性に優れているが、地盤中に吐出した改良材で周囲地盤を締固める締固め作用と、地盤中に改良材を残置させる容積を大きくする容積増大作用とを同時には期待できない。すなわち、文献２の構成では、注入管を回転しながら改良材を軸径方向つまり水平方向に吐出するため周囲地盤を改良材の吐出力により掘削したとしても、周囲地盤を締固める作用までは余り期待できず、また、地盤中に吐出された改良材は注入管の軸周りから地表側へ上昇して排出され易い。一方、文献３の構成では、流動化砂を流動状態を保ったまま注入管から地盤中に吐出し、地盤中で塑性化させて砂杭を造成するため締固め作用及び容積増大作用共に余り期待できない。

本発明の目的は、以上のような背景から、特に地盤中に吐出される改良材にて周囲地盤を締固める締固め作用と共に、改良材残置用の容積増大作用に優れた地盤改良工法及びその装置を提供することにある。他の目的は以下の内容説明の中で明らかにする。

請求項１の発明は、図８から図１０を参照して特定すると、内管２及び外管３からなる二重管４を地盤中の設計深度まで貫入する貫入工程と、前記内管下端側より改良材を地盤中に吐出する吐出工程と、前記二重管を引抜く引抜き工程とを有し、前記内管から吐出した改良材により周囲地盤を締固める地盤改良工法であって、前記外管を前記内管に対し単独で上下動可能にする上下移動手段４５、及び前記外管の下端側と前記内管の下端側とに上下部を連結されて前記上下移動手段にて前記外管を単独で下動することで縮径状態から拡径状態に切り換えられる押圧板を備えており、前記押圧板を前記上下移動手段を介して地盤中で縮径状態から拡径状態に切り換えることで、周辺地盤を拡径された押圧板により押し広げて締固めると共に、前記改良材を残置させる容積を確保することを特徴としている。

請求項２の発明は、図７及び図１１を参照して特定すると、内管２及び外管３からなる二重管４を地盤中の設計深度まで貫入する貫入工程と、前記内管下端側より改良材を地盤中に吐出する吐出工程と、前記二重管を引抜く引抜き工程とを有し、前記内管から吐出した改良材により周囲地盤を締固める地盤改良工法であって、前記外管を前記内管に対し単独で上下動可能にする上下移動手段４５、及び前記外管の下端側に連結されてその下端面を内周より外周に向かって上斜めの傾斜押圧面に形成した押圧筒を備えており、前記押圧筒を地盤中で前記上下移動手段によって下動して前記内管２から吐出した改良材を前記傾斜押圧面７ａにより押し広げて周囲地盤を締固めると共に、前記改良材を残置させる容積を確保することを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１において、前記押圧板５又は６は、前記貫入工程後の引抜き工程、又は、前記貫入工程から所定距離だけ引抜いた後に再貫入される際に縮径状態から拡径状態に切り換えられる構成である。

請求項４の発明は、請求項２において、前記外管は前記引抜き工程後に段階的又は連続的に再貫入される際に地盤中に吐出された改良材を前記傾斜押圧面により押し広げる構成である。

請求項５の地盤改良装置は、図３〜図５を参照して特定すると、内管２及び外管３からなる二重管４と、前記二重管を昇降する昇降手段１４と、前記内管及び外管を一体に回動する回動手段１７と、前記内管に改良材を供給する供給手段（Ｐ，１６，１９）とを有し、前記内管から地盤中に吐出した改良材により周囲地盤を締固める地盤改良装置であって、前記外管３を前記内管２に対し単独で上下動可能にする上下移動手段４５、及び前記外管３の下端側と前記内管２の下端側とに上下部を連結されて前記上下移動手段４５にて前記外管３を単独で下動することにより縮径状態から拡径状態に切り換えられる押圧板５又は６を備えていることを特徴としている。

請求項６の地盤改良装置は、図３及び図７を参照して特定すると、内管２及び外管３からなる二重管４と、前記二重管を昇降する昇降手段１４と、前記内管及び外管を一体に回動する回動手段１７と、前記内管に改良材を供給する供給手段（Ｐ，１６，１９）とを有し、前記内管から地盤中に吐出した改良材により周囲地盤を締固める地盤改良装置であって、前記外管３を前記内管２に対し単独で上下動可能にする上下移動手段４５、及び前記外管３の下端側に連結されてその下端面を内周より外周に向かって上斜めの傾斜押圧面７ａに形成した押圧筒７を備えていることを特徴としている。

請求項７の発明は、請求項５と６の上下移動手段４５は、前記内管２の上端側に固定された連結体４４，１９Ｂに回動自在に支持されている第１支持部材４８Ａと、前記外管３の上端側に固定された連結体４９に回動自在に支持されている第２支持部材４８Ｂとの間に配設されているシリンダであることを特徴としている。

請求項８及び９の発明は、請求項５の押圧板は弾性板材、又は、前記外管に連結された上板材と前記内管に連結された下板材とを屈曲ないしは折曲げ可能に接続している構成である。なお、後者の構成では、改良材を押し広げ易くするため、図６に例示されるごとく上板材を下板材よりも長くして、下板材を外管の下移動により内管に対し略垂直つまり水平方向に屈曲ないしは折曲げられるようにすることが好ましい。

以上の各発明において、『改良材』としては、地盤改良用材料であれば、砂やスラブ等の非流動性に限られず流動性材料でもよい。一般的には、ＳＣＰ工法に用いられている砂系又はそれに類似の材料、セメントと砂やソイル等を混合したモルタル系材料、特許文献３に例示されるような流動化砂又はそれに類似の材料である。

請求項１の発明では、地盤改良工法として、外管下側と内管下側の間に設けられた押圧板が図８から図１０に例示されるごとく地盤中で縮径状態から拡径状態に切り換えられると、押圧板と対応する周辺地盤を径方向に押し広げて締固めると共に、該締固め度合いに応じて改良材の残置容積を増大する。換言すると、本発明工法では、地盤中で押圧板の拡径寸法に比例して周囲地盤を強制的に押し広げて締固め、該締固めにより形成される空間部も改良材で充填されるため水平断面積の大きな改良体を造成できる。

請求項２の発明では、地盤改良工法として、外管下端側に連結された押圧筒の下端面である傾斜押圧面が図１１に例示されるごとく外管の再貫入時の打ち込み、つまりハンマー作用により地盤中で改良材を押し広げ、その押し広げにより周囲地盤を締固めると共に、該締固め度合いに応じて改良材の残置容積を増大する。換言すると、本発明工法でも、傾斜押圧面により改良材を押し広げ、その押し広げ作用により周囲地盤を締固め、該締固め度合いに応じて充填される改良材も増えるため水平断面積の大きな改良体を造成できる。

請求項３の発明では、請求項１において、押圧板が図９に例示されるごとく貫入工程後の引抜き工程、又は、図８や図１０に例示されるごとく貫入工程から所定距離だけ引抜いた後に再貫入つまり打戻しされる際に縮径状態から拡径状態に切り換えられるため、水平断面で大きな改良体を効率的に造成できる。また、地中に吐出された改良材のうち、外管に沿って地表側へ上昇し排出される量が押圧板の拡径により形成される拡大締固め部の存在により抑えられる。

請求項４の発明では、請求項２において、押圧筒が図１１に例示されるごとく引抜き工程後に段階的又は連続的に再貫入される際に地盤中に吐出された改良材を傾斜押圧面の打ち込み、つまりハンマー作用により押し広げるため、水平断面で大きな改良体を効率的に造成できる。また、地中に吐出された改良材のうち、外管に沿って地表側へ上昇し排出される量が傾斜押圧面の打ち込み作用、及び打ち込みにより形成される拡大締固め部の存在により抑えられる。

請求項５の発明では、外管を単独で下動する上下移動手段及び押圧板を有しているため、請求項１及び３に記載の地盤改良工法に好適な地盤改良装置として利用され、水平断面積の大きな改良体を造成可能となる。

請求項６の発明では、外管を単独で下動する上下移動手段及び傾斜押圧面を形成している押圧筒を有しているため、請求項２及び４に記載の地盤改良工法に好適な地盤改良装置として利用され、水平断面積の大きな改良体を造成可能となる。

請求項７の発明は、上下移動手段として油圧等のシリンダを用いるため実施容易となる。これに対し、請求項８の発明では押圧板が鋼製等の弾性板材からなり、請求項９の発明では押圧板が屈曲ないしは折曲げ可能に連結された上下の板材からなることから、何れもが簡易で実施容易となる。

実施形態の地盤改良装置の全体の構成例を示し、（ａ）は模式側面図、（ｂ）は（ａ）を右側から見た模式図である。 （ａ）は図１のアタッチメントを拡大した構成図、（ｂ）は（ａ）の状態からピストンのロッドを突出駆動した構成図である。 外管を単独で上下動する上下移動手段を示し、（ａ）は（ｂ）を上から見た上面図、（ｂ）は模式断面図、（ｃ）は（ｂ）を下から見た下面図である。 （ａ）は二重管を押圧板の縮径状態で示す模式図、（ｂ）は（ａ）を下側から見た下面図、（ｃ）は二重管を押圧板の拡径状態で示す模式図、（ｄ）は（ｃ）を下側から見た下面図である。 （ａ）は上記二重管及び押圧板の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 上記押圧板の変形例を示し、（ａ）は二重管を押圧板の縮径状態で示す模式図、（ｂ）は（ａ）を下側から見た下面図、（ｃ）は二重管を押圧板の拡径状態で示す模式図、（ｄ）は（ｃ）を下側から見た下面図である。 第２形態の要部を示し、（ａ）は二重管の下側正面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図、（ｃ）は（ｂ）状態から外管を単独で下移動した状態での断面図、（ｄ）は（ａ）の下面図、（ｅ）を（ｂ）の下面図、（ｆ）は（ｃ）のＦ−Ｆ線断面図である。 図４の押圧板を使用した地盤改良工法の施工例１を示す模式図である。 図４の押圧板を使用した地盤改良工法の施工例２を示す模式図である。 図６の押圧板を使用した地盤改良工法の施工例を示す模式図である。 図７の押圧筒を使用した地盤改良工法の施工例を示す模式図である。 （ａ）は特許文献２を示し、（ｂ）は特許文献３を示す説明図である。

以下、本発明の形態を図面を参照して説明する。この説明では、地盤改良装置の全体構造を明らかにした後、装置要部として、請求項５と８に対応した要部１及び請求項５と９に対応した変形例１、請求項６に対応した要部２について述べる。その後、改良工法例として、図８に示した改良工法１、図９に示した改良工法２、図１０に示した改良工法３、図１１に示した改良工法４の順に述べる。なお、図面は細部を省略したり模式的に示している。

（装置の全体構造）図１〜図３において、形態例の地盤改良装置１は、自走式ベースマシン１０と、ベースマシン１０の先端側に立設された支持用リーダー１２と、リーダー１２の頂部に設置されたモータ等の昇降手段１４と、リーダー１２の一側面に設けられたガイド部１２ａに嵌合された状態で上下に移動されるアタッチメント１８とを備えている。また、アタッチメント１８は、内管２及び外管３からなる二重管４を吊り下げ支持した状態で二重管４つまり内管２及び外管３を一体に回動する回動手段１７と、内管２に改良材を供給する供給手段を構成しているスイベル式ホッパー１９と、外管３を内管２に対し単独で上下動可能にする上下移動手段であるシリンダ４５とを備えている。また、二重管４は、外管３の下端３ｂ側と内管２の下端２ｂ側とに上下部を連結され、外管３が単独で下移動されることにより縮径状態から拡径状態に切り換えられる押圧板５（６又は７）とを備えている。なお、内管２及び外管３の形状は制約されないが、この例では円筒状のものが用いられている。つまり、この例では、円筒状の外管３を用いることにより内管２から吐出された改良材が地表側へ流出し難くしている。内管２の内径は、改良材の種類及び物性等により適宜に変更される。

ここで、ベースマシン１０は、上本体１１がキャタピラを有した下走行体に対し旋回部を介して旋回可能に支持されている。上本体１１には、細部を省略したが、操縦室及び不図示のワイヤ用ウインチが設けられると共に、後部に結合されて発動機などを搭載するステージなどが設けられている。また、ベースマシン１０は、運転室の前方にリーダー１２の下端側を位置決め保持している。運転室には各種の施工用操作部や制御部が配設されている。リーダー１２は延縮ロッド１３等により支持されている。符号２７は、リーダー１２の下側に設けられて二重管４の揺動を抑える振止手段である。符号Ｐは改良材を移送するポンプである。このポンプＰは、不図示の改良材製造部で作られた改良材を管路１６を通してスイベル式ホッパー１９に移送する。配管１６には、ポンプＰで圧送されている改良材の圧力及び流量を検出する圧力流量計ＦＶ等が設けられている。

アタッチメント１８は、ベース１８ａがリーダーのガイド部１２ａに嵌合された状態で昇降手段１５で駆動される昇降用伝達チエーン１５により昇降、つまり上下方向に移動される。ベース１８ａには回動手段１７を保持している概略矩形状の筐体１７ａなどが装着支持されている。回動手段１７は、筐体１７ａの上に設置された対のモーターと、筐体１７ａ内に設けられてモーター１７により駆動されるギア機構とを有し、そのギア機構により筐体１７ａに串差し状態に支持された伝達軸４０を回動する。

伝達軸４０は、スイベル式ホッパー１９を構成して下半体１９Ｂを回転力伝達用プレート４１を介して回動可能にする。プレート４１は、複数枚からなり、一端が伝達軸４１の下側周囲に連結され、他端が下半体１９Ｂの内周に連結されている。ホッパー１９は、固定側の上半体１９Ａと、可動側下半体１９Ｂと、上半体１９Ａに連結されたジョイント４３とを有している。ジョイント４３は、上半体１９Ａに対して下半体１９Ｂをベアリング軸受け４３ａを介して回動自在に連結支持している。ジョイント４３の外周には、１８０度変位した二箇所にシリンダ用第１支持部材４８Ａが設けられている。

上半体１９Ａは上蓋１９Ｃにより閉じられている。上蓋１９Ｃには、伝達軸４０が中央部に設けられたベアリング軸受け４２ａを介してホッパー１９内に回動自在に挿入されている。上半体１９Ａの周囲には、添加材用供給口４２ｂと、改良材用の供給口４２ｃとが設けられている。供給口４２ｂは、接続管を有し、その接続管が伝達軸４０に設けられた軸方向の配管に対しスイベルジョイント４２ｄを介して連結されている。この供給口４２ｂには、添加材料や圧縮気体などを移送する供給管が接続される。供給口４２ｃには上記した図１に示されている配管１６が接続される。

下半体１９Ｂは上側の筒部と下側の漏斗部とからなる。筒部はジョイント４３の内周に回動自在に連結支持されている。漏斗部は、筒部の下側に位置して内径が上から下に行くほど次第に小さくなっている。漏斗部の外周には連結体４４が設けられている。連結体４４には内管の上端２ａが装着されている。従って、内管２は、回動手段１７を構成しているモーター及び上記したギア機構、伝達軸４０及びプレート４１、下半体１９Ｂを介して回動可能となっている。また、内管２には、添加材料や圧縮気体などが供給口４２ｂ及びホッパー１９等を通じて、改良材が配管１６及びホッパー１９等を通じて内管２にそれぞれ供給可能となる。

外管の上端３ａには、連結体４９が外周に結合されていると共に、連結体４９の１８０度変位した箇所に設けられて連結体４９に対しベアリングを介して回動自在に支持されている第２支持部材４８Ｂを有している。各第２支持部材４８Ｂは、上記した対応する第１支持部材４８Ａと対向している。第１支持部材４８Ａと第２支持部材４８Ｂとの間には、上下移動手段である油圧式のシリンダ４５が配設されている。この例において、シリンダ４５は、筒体４６が第１支持部材４８Ｂに連結され、筒体４６に出没駆動されるピストン４７が第２支持部材４８Ｂに連結されている。

以上の二重管４は、内管２及び外管３が一体に回動可能であり、かつ、外管３がシリンダ４５の駆動により内管２に対して単独で所定寸法だけ上下方向に移動可能となっている。内管２及び外管３を一体に回動する構造は、内管２と外管３との間に隙間４ａが設定されており、内管２の外周に設けられた不図示の縦リブと、外管３の内周に設けられて前記縦リブと嵌合している不図示の縦溝とにより実現される。勿論、その構造では、前記縦リブを外管内周に設け、前記縦溝を内管外周に設けるようにしてもよい。なお、前記縦リブ及び縦溝は、図７の縦溝７ｂ及び縦リブ８ａの考え方と同じである。

（要部１）図４及び図５において、押圧板５は、略長方形に形成された弾性変位する鋼製板材からなり、４枚構成となっている。但し、押圧板５の枚数は、４枚に限られず、例えば、３枚又は５枚以上で構成してもよい。各押圧板５は、上端５ａが外管３の下端３ｂに取付手段３０により連結され、下端５ｂが内管２の下端２ｂに取付手段２０により連結されている。詳述すると、取付手段３０は、外管下端３ｂの下端面に対し溶接等で結合された断面略コ形の金具３１と、金具３１のコ形内に差し込まれた上端５ａを金具３１に係止するボルトなどの止め具３２とからなる。

取付手段２０は、内管下端２ｂに設けられた矩形の開口２ｃに嵌合された状態で溶接等で結合された断面略コ形の金具２１と、金具２１のコ形内に差し込まれた下端５ｂを金具２１に係止するボルトなどの止め具２２とからなる。符号２３は複数の掘削刃９を外周側に固定している取付筒である。この取付筒２３は、各金具２１の下面及び内管下端２ｂの外周に接合した状態に装着されている。掘削刃９は、取付部が取付筒２３の外周を等分する箇所に設けられた凹所に結合された状態で、先端の刃部を取付筒２３の下端から下方へ突出されている。

以上の各押圧板５は、図４及び図５の各（ａ）に示されるごとく内管２の外周に沿って配置されている縮径状態と、図４（ｂ）に示されるごとく上下端５ａ，５ｂが近づいて円弧状に屈曲変形した拡径状態とにシリンダ４５により切り換えられる。すなわち、縮径状態は、シリンダ４５が図２（ａ）のごとく筒体４６にピストン４７を没入したときの押圧板５の態様である。拡径状態は、シリンダ４５が同（ｂ）のごとく筒体４６からピストン４７を最大まで突出したときの押圧板５の態様である。

（変形例）図６において、押圧板６は、外管の下端３ｂに連結された上板材６Ａと、内管の下端２ｂに連結された下板材６Ｂと、両板材６Ａ，６Ｂを屈曲可能に接続しているピン３４とを備えている。両板材６Ａ，６Ｂは弾性変位不能な鋼製板材からなる。上板材６Ａの上端は、外管の下端３ｂに固定された金具３５に対してピン３３を介し回動可能に連結されている。下板材６Ｂの下端は、内管の下端２ｂに固定された金具２５に対してピン２４を介し回動可能に連結されている。ピン２４，３３，３４は、蝶番構造と同じく、互いの板材に設けられた連結部同士に串差し状態に挿通されている。

両板材６Ａ，６Ｂの長さは、同じ寸法でもよいが、効率よく吐出した改良材を押し広げたり周囲地盤を押し広げるためにはこの例のごとく上板材６Ａを下板材６Ｂに比べ長くして、拡径状態で下板材６Ｂを略水平にすることが好ましい。この点は、外管３を単独で下移動した押圧板６の拡径状態において、下板材６Ｂをピン３４を支点として略水平に屈曲されるようにし、例えば、二重管４の引抜き時に吐出された改良材を上から下向きに効率よく押圧し、それに伴って周囲地盤も押し広げられるようにするためである。

符号２４は複数の掘削刃９を外周側に固定している取付筒である。この取付筒２４は、例えば、各金具２５の下面及び内管下端２ｂの外周に接合した状態に装着されている。掘削刃９は、取付部が取付筒２４の外周を等分する箇所に設けられた凹所に結合された状態で、先端の刃部を取付筒２４の下端から下方へ突出されている。これらは、上記した図４及び図５を参考にして適宜変更可能である。

以上の各押圧板６は、図６（ａ）に示されるごとく内管２の外周に沿って配置されている縮径状態と、同（ｂ）に示されるごとく上下板材６Ａ，６Ｂがピン３３や２４を支点として外側へ屈曲した拡径状態とにシリンダ４５により切り換えられる。すなわち、縮径状態は、シリンダ４５が図２（ａ）のごとく筒体４６にピストン４７を没入したときの押圧板６の態様である。拡径状態は、シリンダ４５が同（ｂ）のごとく筒体４６からピストン４７を最大まで突出したときの押圧板６の態様である。

（要部２）図７において、外管の下端３ｂには押圧筒７が連結されている。押圧筒７は、外径が外管３とほぼ同じ大きさで、内径が外管内径より小さく内管２の内径とほぼ同じ大きさとなっている。押圧筒７の下端面は、内周より外周に向かって上斜めの傾斜押圧面７ａに形成されている。この傾斜押圧面７ａは、外管３の下端面よりも数倍広い面に設定され、それにより同（ｃ）に示されるごとく外管３が単独で下移動されたときに、内管２から吐出された改良材をハンマー作用により上から下向きに効率よく押圧し、それに伴って周囲地盤も押し広げられるようにする構成である。従って、傾斜押圧面７ａの板幅は、内管２の下端開口より改良材を地盤中に吐出する作用を妨げない範囲で広くすることが好ましい。

詳述すると、押圧筒７の内周は、同（ｃ），（ｆ）に示されるごとく下端手前まで少し径小に形成され、かつ、上端面から下端の少し手前まで延びている２つの縦溝７ｂを有している。各縦溝７ｂは、対向して設けられており、内管の下端２ｂに装着された連結筒８に設けられた対応する縦リブ８ａと摺動自在に嵌合する。内管２及び外管３は、下側が縦リブ８ａと縦溝７ｂの嵌合により、同様にして上側が内外管に対向して設けられた不図示の縦リブと縦溝の嵌合により、一方が他方に対し所定寸法Ｌだけ上下動されると共に一体に回動可能となる。

押圧筒７の外周にあって、上端周囲は段差７ｃに形成されており、外管の下端３ｂが段差７ｃに係合されることで外管３との面一性が保たれる。下側周囲には２つの掘削刃９が装着されている。掘削刃９は、取付部が押圧筒７の外周を等分する箇所に設けられた凹所に結合された状態で、先端の刃部を押圧筒７の下端から下方へ突出されている。

以下、地盤改良工法として、以上の地盤改良装置１を用いると共に、押圧板５又は６、或いは押圧筒７を使用したときの施工特徴について図８から図１１により説明する。図８から図１０において、（Ａ）は二重管下端の軌跡を示し、（Ｂ）は造成される改良体を模式的に示し、（Ｃ）はその改良体の水平断面を示している。

なお、本発明者による試験施工からは、押圧板５つまりスプリング鋼式と、押圧板６つまりプレートピン式は軟弱地盤の改良、特に砂やモルタル等の締固め用として好適であった。これに対し、押圧筒７の場合は転石が多い地盤の改良、特に荒い砂やモルタル等の締固め用として好適であった。但し、何れを使用するかは任意である。

（改良工法１）図８及び図９は、以上の押圧板５を使用した地盤改良工法の２例を示している。まず、図８の地盤改良工法では、地盤改良装置１が施工箇所に位置決めされた後、二重管４が昇降手段１４の伝達チエーン１５及び回動手段１７を介して一体的に回動されながら地盤に貫入操作される。この貫入工程では、不図示の深度計で二重管４の下端が設計深さに達したか否かを判断され、設計深さに達した時点で貫入が停止される。

次の引抜き工程において、二重管４が昇降手段１４の伝達チエーン１５を介して１ピッチ（例えば２０〜５０ｃｍ）分だけ引き抜かれる。この引抜き過程では、ポンプＰが稼動されて、改良材が内管２の下端開口より地盤中に吐出される。引抜きが１ピッチに達すると、シリンダ４５が稼働されてピストン４７が筒体４６から突出される。すると、外管３は単独つまり内管２に対して下方へ移動され、その結果、押圧板５が縮径状態から拡径状態に切り換えられる。これと同時に、二重管４は設計深さ（１ピッチ分）まで再貫入される。この再貫入では、拡径状態の押圧板５により改良材を下向きに押圧したり周囲地盤を押し広げるよう締固めると共に、改良材を残置する容積を増大ないしは確保する。なお、改良体造成中は、改良材を継続して吐出し、また、二重管４の回動速度を当初の貫入工程に比べ低速に制御することが好ましい。

図８（Ｂ）の左側の改良体は、以上のごとく１ピッチの引抜き工程及び再貫入工程を地表側に達するまで繰り返すことにより造成された概略形状を示す。この改良体は、同（Ｃ）に示されるごとく中心部の円形改良部と該円形改良部の外側拡大改良部とからなる。拡大改良部は、４枚の押圧板５がそれぞれ拡径状態で低速回動されることで造成されたものである。すなわち、図８の改良工法では、地盤中で押圧板５の拡径寸法に比例して周囲地盤を強制的に押し広げて締固め、該締固めにより形成される空間部も改良材で充填されるため水平断面積の大きな改良体を造成できることになる。

（改良工法２）図９は対象の地盤が柔らかい場合に好適な工法例である。この地盤改良工法では、地盤改良装置１が施工箇所に位置決めされた後、二重管４が昇降手段１４の伝達チエーン１５及び回動手段１７を介して一体的に回動されながら地盤に貫入操作される。この貫入工程では、ポンプＰが稼動されて、改良材が内管２の下端開口より地盤中に吐出される。この場合、改良材が地表側へ流出しない程度の流量で吐出される。不図示の深度計で二重管４の下端が設計深さに達したか否かを判断され、設計深さに達した時点で貫入が停止される。また、二重管４が設計深さに達した時点で回動手段１７のモータも駆動停止される。

そして、この地盤改良工法では、貫入工程が終了すると、シリンダ４５が稼働されてピストン４７が筒体４６から突出される。すると、外管３は単独つまり内管２に対して下方へ移動され、その結果、押圧板５が縮径状態から拡径状態に切り換えられる。以後は、引抜き工程として、二重管４が押圧板５の拡径状態で地表側まで引抜かれる。この引抜き工程でも、ポンプＰが継続稼動されて、改良材が内管２の下端開口より地盤中に吐出されるが、吐出流量は適宜に調整されることになる。

図９（Ｂ）の左側の改良体は、以上のようにした造成されたもので、同（Ｃ）に示されるごとく中心部の円形改良部と円形改良部の外側四方向へ張り出した拡大改良部とからなる。拡大改良部は、４枚の押圧板５がそれぞれ拡径状態で引抜かれることで造成されたものである。すなわち、図９の改良工法でも、地盤中で押圧板５の拡径寸法に比例して周囲地盤を強制的に押し広げて締固め、該締固めにより形成される空間部も改良材で充填されるため水平断面積の大きな改良体を造成できる。

（改良工法３）図１０は押圧板６を使用した地盤改良工法の一例を示している。この改良工法例は、特に対象地盤が柔らかい場合に好適である。すなわち、この地盤改良工法では、地盤改良装置１が施工箇所に位置決めされた後、二重管４が昇降手段１４の伝達チエーン１５及び回動手段１７を介して一体的に回動されながら地盤に貫入操作される。この貫入工程では、ポンプＰが稼動されて、改良材が内管２の下端開口より地盤中に吐出される。この場合も、改良材が地表側へ流出しない程度の流量で吐出される。不図示の深度計で二重管４の下端が設計深さに達したか否かを判断され、設計深さに達した時点で貫入が停止される。また、二重管４が設計深さに達した時点で回動手段１７のモータも駆動停止される。

次の引抜き工程では、二重管４が昇降手段１４の伝達チエーン１５を介して１ピッチ（例えば２０〜５０ｃｍ）分だけ引き抜かれる。引抜きが１ピッチに達すると、シリンダ４５が稼働されてピストン４７が筒体４６から突出される。すると、外管３は単独、つまり内管２に対して下方へ移動され、その結果、押圧板６が縮径状態から拡径状態に切り換えられる。これと同時に、二重管４は設計深さ（１ピッチより短い距離）まで再貫入される。この再貫入では、拡径状態の押圧板６により地盤中に吐出された改良材を下向きに押圧しつつ周囲地盤を押し広げるよう締固めると共に、改良材を残置する容積を増大ないしは確保する。なお、改良材は再貫入時にも継続して定量吐出される。また、改良体造成中は二重管４の回動を停止する。但し、二重管４の回動を停止せず、当初の貫入工程に比べ低速に制御してもよい。

図１０（Ｂ）の左側の改良体は、以上のごとく１ピッチの引抜き工程及び再貫入工程を地表側に達するまで繰り返すことにより造成されたものである。この改良体も、同（Ｃ）に示されるごとく中心部の円形改良部と該円形改良部から四方向へ延びる拡大改良部とからなる。拡大改良部は、４枚の押圧板６がそれぞれ拡径状態に切り換えられることで造成されたものである。すなわち、図１０の改良工法では、地盤中で押圧板６の拡径寸法に比例して改良材を強制的に押し広げつつ周囲地盤を締固め、該締固めにより形成される空間部も改良材で充填されるため水平断面積の大きな改良体を造成できる。なお、上記改良工法１から３において、例えば、貫入工程においても押圧板５や６を必要に応じて拡径することにより、周囲地盤の締固め度合いを上げることが可能となる。

（改良工法４）図１１は押圧筒７を使用した地盤改良工法の一例を示している。すなわち、この地盤改良工法は、同（ａ）に示されるごとく地盤改良装置１が施工箇所に位置決めされた後、二重管４が昇降手段１４の伝達チエーン１５及び回動手段１７を介して一体的に回動されながら地盤に貫入される。この貫入工程では、不図示の深度計で二重管４の下端が設計深さに達したか否かを判断され、設計深さに達した時点で貫入が停止される。

次の引抜き工程では、二重管４が昇降手段１４の伝達チエーン１５を介して地表近くまで引き抜かれ、これと同時に、ポンプＰが稼動されて、改良材が内管２の下端開口より地盤中に吐出される。この吐出工程は、二重管４の引抜きが停止されるまで継続される。次に、二重管４は、再び、設計深さまで貫入操作される。この再貫入では、二重管４が段階的に貫入されたり引抜かれる方法と、連続的に貫入されたり引抜かれる方法とがある。何れの場合も、ポンプＰは稼動されて、改良材が内管２の下端開口より地盤中に適量吐出される。

段階的貫入（引抜き）では、二重管４が例えば、２０〜５０ｃｍ程度だけ貫入された後、貫入を一旦停止し、同時にシリンダ４５を稼働してピストン４７を筒体４６から突出して、外管３を単独つまり内管２に対して下方へ移動する。これを繰り返すことにより、押圧筒７は、同（ｂ）に示されるごとく地盤中に吐出されていた改良材を傾斜押圧面７ａで打ち込み、つまり傾斜押圧面７ａのハンマー作用により押し広げる。それに伴って、周囲地盤も締固められる。

連続的貫入（引抜き）では、二重管４が例えば低速で連続して貫入され、その貫入過程においてシリンダ４５を稼働制御して、ピストン４７を繰り返して筒体４６から出没させる。押圧筒７は、上記したと同様に地盤中に吐出されていた改良材を傾斜押圧面７ａで繰り返し打ち込み、つまり傾斜押圧面７ａのハンマー作用により押し広げる。それに伴って、周囲地盤も締固められる。

ところで、二重管４が設計深さまで再貫入された後、再度、引抜く場合は、シリンダ４５を稼働せず、二重管４を単純に引抜く方法、前記段階的に引抜く方法、前記連続的に引抜く方法とがあるが、何れの場合もポンプＰが稼動されて改良材を内管２の下端開口より地盤中に吐出することになる。

以上の地盤改良工法の変形例として、対象地盤が柔らかい場合、初めの貫入工程において改良材を地表側へ流出しない程度に地盤中に吐出すると共に、引抜き工程においても改良材を吐出しながら、段階的に引抜く方法、連続的に引抜く方法を適用することで施工を簡略化することも可能である。

以上のように、上記した装置構造と改良工法１〜４は本発明を何ら制約するものではない。本発明は、請求項で特定される技術要素を備えておればよく、細部は必要に応じて種々変更可能である。特に、地盤改良方法の細部については、対象地盤の規模や土質性状、改良材の物性等を考慮して更に展開されるものである。例えば、二重管を昇降する昇降手段、二重管を正逆回動する回動手段、改良材を内管に供給する供給手段については上記形態例に限られず他の公知構造でも差し支えない。

１・・・・・地盤改良装置
２・・・・・内管（２ａは上端、２ｂは下端）
３・・・・・外管（３ａは上端、３ｂは下端）
４・・・・・二重管
５・・・・・押圧板（５ａは上端、５ｂは下端）
６・・・・・押圧板（６Ａは上板材、６Ｂは下板材）
７・・・・・押圧筒（７ａは傾斜押圧面、７ｂは縦溝）
８・・・・・連結筒（８ａはリブ）
９・・・・・掘削刃
１０・・・・ベースマシン
１２・・・・リーダー
１４・・・・昇降手段（１５は伝達チエーン）
１７・・・・回動手段
１８・・・・アタッチメント（８ａはベース）
１９・・・・スイベル式ホッパー
２３・・・・取付筒
２４・・・・取付筒
４５・・・・シリンダ（上下移動手段）
４８Ａ・・・第１支持部材
４８Ｂ・・・第２支持部材

Claims (9)

1. 内管及び外管からなる二重管を地盤中の設計深度まで貫入する貫入工程と、前記内管下端側より改良材を地盤中に吐出する吐出工程と、前記二重管を引抜く引抜き工程とを有し、前記内管から吐出した改良材により周囲地盤を締固める地盤改良工法であって、
   前記外管を前記内管に対し単独で上下動可能にする上下移動手段、及び前記外管の下端側と前記内管の下端側とに上下部を連結されて前記上下移動手段にて前記外管を単独で下動することで縮径状態から拡径状態に切り換えられる押圧板を備えており、
   前記押圧板を前記上下移動手段を介して地盤中で縮径状態から拡径状態に切り換えることで、周辺地盤を拡径された押圧板により押し広げて締固めると共に、前記改良材を残置させる容積を確保することを特徴とする地盤改良工法。
2. 内管及び外管からなる二重管を地盤中の設計深度まで貫入する貫入工程と、前記内管下端側より改良材を地盤中に吐出する吐出工程と、前記二重管を引抜く引抜き工程とを有し、前記内管から吐出した改良材により周囲地盤を締固める地盤改良工法であって、
   前記外管を前記内管に対し単独で上下動可能にする上下移動手段、及び前記外管の下端側に連結されてその下端面を内周より外周に向かって上斜めの傾斜押圧面に形成した押圧筒を備えており、
   前記押圧筒を地盤中で前記上下移動手段によって下動して前記内管から吐出した改良材を前記傾斜押圧面により押し広げて周囲地盤を締固めると共に、前記改良材を残置させる容積を確保することを特徴とする地盤改良工法。
3. 前記押圧板は、前記貫入工程後の引抜き工程、又は、前記貫入工程から所定距離だけ引抜いた後に再貫入される際に縮径状態から拡径状態に切り換えられることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
4. 前記外管は、前記引抜き工程後に段階的又は連続的に再貫入される際に地盤中に吐出した改良材を前記傾斜押圧面により押し広げることを特徴とする請求項２に記載の地盤改良工法。
5. 内管及び外管からなる二重管と、前記二重管を昇降する昇降手段と、前記内管及び外管を一体に回動する回動手段と、前記内管に改良材を供給する供給手段とを有し、前記内管から地盤中に吐出した改良材により周囲地盤を締固める地盤改良装置であって、
   前記外管を前記内管に対し単独で上下動可能にする上下移動手段、及び前記外管の下端側と前記内管の下端側とに上下部を連結されて前記上下移動手段にて前記外管を単独で下動することにより縮径状態から拡径状態に切り換えられる押圧板を備えていることを特徴とする地盤改良装置。
6. 内管及び外管からなる二重管と、前記二重管を昇降する昇降手段と、前記内管及び外管を一体に回動する回動手段と、前記内管に改良材を供給する供給手段とを有し、前記内管から地盤中に吐出した改良材により周囲地盤を締固める地盤改良装置であって、
   前記外管を前記内管に対し単独で上下動可能にする上下移動手段、及び前記外管の下端側に連結されてその下端面を内周より外周に向かって上斜めの傾斜押圧面に形成した押圧筒を備えていることを特徴とする地盤改良装置。
7. 前記上下移動手段は、前記内管の上端側に固定された連結体に回動自在に支持されている第１支持部材と、前記外管の上端側に固定された連結体に回動自在に支持されている第２支持部材との間に配設されているシリンダであることを特徴とする請求項５及び６の地盤改良装置。
8. 前記押圧板は弾性板材であることを特徴とする請求項５に記載の地盤改良装置。
9. 前記押圧板は、前記外管に連結された上板材と前記内管に連結された下板材とを屈曲ないしは折曲げ可能に接続していることを特徴とする請求項５に記載の地盤改良装置。

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