JP6329385B2 - 打ち込み式の注入管 - Google Patents

Description

本発明は、地中に空気を注入するために用いられる打ち込み式の空気注入用の注入管に関するものであり、さらに詳細には、地盤内に打ち込むときに十分な堅固性を有し、空気の注入部から管内に土砂が侵入することを効果的に防止することができ、管内に土砂が流入しても、空気の注入を継続することが可能な打ち込み式の空気注入用の注入管に関するものである。

従来から、不飽和化による地盤の液状化を防止するため、地盤中に空気を注入することが知られている。

地盤中に空気を注入する方法としては、ボーリング孔を利用して、管を建て込む方法が一般的である（たとえば、特許文献１、特許文献２など）。しかしながら、この方法では、ボーリング削孔に時間を要するだけでなく、ボーリングによる排土の処理が必要であり、さらに、建て込んだ管の周辺と地盤とのクリアランスをモルタルなどで処理する必要があるなど、施工面でも、コスト面でも、大きな問題を有している。

これに対し、先端部に複数の空気注入用の孔が形成された打ち込み管を用いる方法は、打ち込み管に打撃や振動を加えて、直接地盤に貫入させる方法であり、打ち込みに要する時間は短く、打ち込み時に排土も発生せず、打ち込み部周辺の地盤の処理が不要になるなど、施工面でも、コスト面でも大きな利点を有している。

先端部近傍に複数の孔が形成された打ち込み管を用いて、地盤内に空気を注入する方法としては、特許文献３、特許文献４および特許文献５に記載された方法が知られている。

特許文献３（特許第３４２２６８９号公報）には、地盤に打ち込む際に、シルトや粘土がスクリーン管の内部に侵入して、採水部（開口部）が詰まるのを防ぐために、矩形状のスリットを設けた外管と、円形孔を設けた内管と、外管と内管との間に介在させる網部との三重構造を有する井戸用管が開示されている。

また、特許文献４（特開２００８−２７４５７８号公報）には、先端部近傍に複数のスリットが形成された打ち込み管を地盤に打ち込む前に、スリットを地中で溶解可能な材料によって塞いでおくことで、打ち込み時の目詰まりを防止する方法が開示されている。

さらに、特許文献５（特開２０１２−１９３５３４号公報）には、幅が0.2 mmないし0.6mmの複数のスリットが、スリットの総開口面積が管体の内空断面積の3倍以下になるように形成された打ち込み管が開示されている。

特許第５０３９３２１号公報 特許第４９０３６５０号公報 特許第３４２２６８９号公報 特開２００８−２７４５７８号公報 特開２０１２−１９３５３４号公報

しかしながら、特許文献３には、先端部に複数のスリットが形成された打ち込み管の打設時における目詰まり防止対策については何ら言及されておらず、特許文献３，４には、先端部に複数のスリットが形成された打ち込み管を、地盤に打ち込んだ後に発生するスリットの目詰まりに対して、その解消策が何ら開示されていない。

とくに、特許文献３に開示された三重構造の有孔管材は、外管のスリットが目詰まりした場合に、洗浄用のブラシを挿入しても、内管の外側にある外管の孔にまでブラシの毛先が届かないので、ブラシで目詰まりしたシルトや粘土を取り除くことができない。

また、特許文献３においては、内管に高圧洗浄水を送って洗浄する場合でも、内管の孔を通して外管側に洗浄水が流れることになるので、スリットに詰まったシルトや粘土を洗い流す力が弱く、効果的な井戸内洗浄が行えないおそれがある。

さらに、特許文献５（特開２０１２−１９３５３４号公報）に開示された先端部に複数のスリットが形成された打ち込み管は、所定の条件を満たせば、空気注入を阻害するような目詰まりは回避可能であり、好ましいが、鋼管に幅が0.2 mmないし0.6mmの複数のスリットを形成することは技術的にかなり困難であり、コストアップの要因になるという問題があった。さらに、細粒分が多く、液状化対策が必要な緩い飽和砂地盤に用いる場合には、スリットを介して、土砂が管内に流入し、管内洗浄をする必要があるという問題もあった。

したがって、本発明は、地盤内に打ち込むときに、十分な堅固性を有し、空気の注入部から管内に土砂が侵入することを効果的に防止することができ、管内に土砂が流入しても、空気の注入を継続することが可能な空気注入用の打ち込み式の注入管を提供することを目的とするものである。

本発明のかかる目的は、堅固な材料によって形成された打ち込み式の注入管であって、
土砂の侵入を防ぐ逆止弁構造体を備えた打ち込み式の注入管であって、
前記注入管は、コーン状の貫入部材を下方端部に備えるとともに、上部に打撃力、あるいは、振動を与えることによって地盤内に貫入され、
前記注入管を地盤内に打ち込むときは、前記注入管の壁部の下方端部に前記貫入部材の上面が当接しており、
前記貫入部材が前記注入管内に加圧空気が注入されたときに、前記貫入部材が前記注入管の下方端部から離間して、前記注入管の下方端部との間に間隙を形成するように構成されていることを特徴とする打ち込み式の注入管によって達成される。

本発明によれば、注入管を堅固な材料によって形成することができるから、地盤内に打ち込むときに、十分な堅固性を有している。さらに、貫入部材が注入管内に加圧空気が注入されていないときは、注入管の壁部の下方端部に当接し、注入管内に加圧空気が注入されたときにのみ、注入管の下方端部から離間して、注入管の下方端部との間に間隙を形成し、その間隙から加圧空気が地盤内に注入されるように構成され、注入管内に加圧空気が注入されていないときは、貫入部材が打ち込み管の下方端部に当接し、貫入部材と注入管の下方端部との間隙を閉じ、貫入部材が逆止弁構造体として機能するように構成されているから、貫入部材と打ち込み管の下方端部との間隙から、注入管内に土砂が侵入することを効果的に防止することができる。また、注入管内への加圧空気の注入が完了したときには、貫入部材が注入管の下方端部に当接して、注入管の下方端部との間隙を完全に閉じるので、空気を継続して、地盤内に注入することが可能になる。

本発明の好ましい実施態様においては、 前記加圧空気は、前記貫入部材の円形断面部と前記注入管の壁部の下方端部との間に形成された前記間隙から地盤内に注入されるものである。
また、前記注入管は、空気の圧力を受ける空気圧受け部と、
下端部が前記貫入部材と一体的に設けられるとともに、上端部が前記空気圧受け部に一体的に設けられた圧力伝達軸と、
前記注入管の壁部に一体的に設けられた支持部材と、
前記空気圧受け部と前記支持部材との間に配設されたスプリングとを備えている。

本発明の好ましい実施態様によれば、逆止弁構造体が、貫入部材と、注入管に注入された空気の圧力を受ける空気圧受け部と、その下端部が貫入部材と一体的に設けられ、注入管の軸方向に延び、その上端部が空気圧受け部に一体的に設けられた圧力伝達軸と、貫入部材と空気圧受け部との間の注入管の壁部に一体的に設けられた支持部材と、空気圧受け部と支持部材との間に配設されたスプリングとによって形成されており、注入管内に加圧空気が注入されたときには、加圧空気によって、空気圧受け部が押し下げられて、スプリングが圧縮され、圧縮されたスプリングのスプリング力によって、貫入部材が注入管の壁部の下方端部から離間して、注入管の壁部の下方端部との間に間隙が形成されるから、加圧空気をその間隙から地盤内に注入することができ、一方、注入管内に加圧空気が注入されていないときは、スプリングによって、空気圧受け部が押し上げられ、したがって、貫入部材も押し上げられて、注入管の下方端部に当接し、注入管の下方端部との間隙を閉じるから、貫入部材と注入管の下方端部との間隙から、注入管内に土砂が侵入することを効果的に防止することができる。また、注入管内への加圧空気の注入が完了したときには、スプリングのスプリング力によって、空気圧受け部および貫入部材が押し上げられて、貫入部材が注入管の壁部の下方端部に当接して、注入管の下方端部との間隙を完全に閉じるので、空気を継続して、地盤内に注入することが可能になる。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、
前記空気圧受け部の上面にパッキングが設けられ、
前記パッキングが当接可能なストッパが前記注入管に設けられている。

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、注入管内に加圧空気が注入されていないときに、スプリングのスプリング力によって、空気圧受け部の上面に設けられたパッキングがストッパに当接し、そのときに、貫入部材が注入管の壁部の下方端部に当接するように構成し、加圧空気が打ち込み管内に注入されたときに、スプリングのスプリング力によって、貫入部材が注入管の下方端部から離間して、注入管の下方端部との間に間隙が形成されるように構成することができ、注入管内への加圧空気の注入が完了したときに、貫入部材と注入管の下方端部との間に形成された間隙をただちに閉じることができ、貫入部材が注入管の壁部の下方端部に当接して、注入管の下方端部との間隙を完全に閉じるまでの間に、土砂が間隙から流入することは効果的に防止することが可能になる。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、
前記支持部材の下方の注入管に、第二の支持部が一体的に設けられ、
前記支持部と前記第二の支持部との間にフィルタが配設されている。

本発明のさらに好ましい実施態様によれば、スプリングによって、空気圧受け部がおよび貫入部材が押し上げられ、注入管の下方端部に当接して、注入管の下方端部との間隙を閉じるまでの間に、注入管内に土砂が流入しても、フィルタによって、注入管の上部に土砂が侵入することを確実に防止することができ、空気を継続して、地盤内に注入することが可能になる。

本発明の別の好ましい実施態様においては、前記空気圧受け部の上方の注入管に、フィルタが配設されている。

本発明の別の好ましい実施態様によれば、貫入部材が注入管の下方端部に当接して、注入管の下方端部との間隙を閉じるまでの間に、注入管内に土砂が流入しても、逆止弁によって、注入管の上部に土砂が侵入することを確実に防止することができ、空気を継続して、地盤内に注入することが可能になる。

本発明によれば、地盤内に打ち込むときに十分な堅固性を有し、空気の注入部から管内に土砂が侵入することを効果的に防止することができ、管内に土砂が流入しても、空気の注入を継続することが可能な空気注入用の打ち込み式の注入管を提供することが可能になる。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図である。 図２は、図１に示された打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図で、打ち込み管の内部に加圧空気が注入されている状態が示されている。 図３は、図１に示された打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図で、打ち込み管内への加圧空気の注入を終了した直後の状態が示されている。 図４は、本発明の別の好ましい実施態様にかかる打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図である。 図５は、本発明の他の好ましい実施態様にかかる打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図である。 図６は、図５のＡ−Ａ線に沿った略断面図である。 図７は、図５および図６に示された打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図で、打ち込み管の内部に加圧空気が注入されている状態が示されている。 図８は、本発明のさらに他の好ましい実施態様にかかる打ち込み管の略縦断面図である。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図である。

図１に示されるように、本発明の好ましい実施態様にかかる打ち込み管１は、先端部にコーン状の貫入部材２を備えている。打ち込み管１は、上部に加えられる打撃力や振動に対して対抗できる強度を有する鋼などの堅固な材料によって形成されており、打ち込み管１の壁部に形成された切り欠き部には、ストッパ３が配設されている。ストッパ３は、後述する圧縮スプリング７のスプリング力を受けても、ほとんど変形をしない剛性の高い材料によって形成されている。

図１に示されるように、貫入部材２の上部の円形面部には、打ち込み管１の軸方向に延びる逆止弁支持軸５が一体的に設けられ、逆止弁支持軸５の上端部には、逆止弁支持板６が一体的に設けられている。

さらに、打ち込み管１の内壁部には、打ち込み管１の内部に向かって突出し、逆止弁支持軸５が打ち込み管１の軸方向に移動することを保証する一対の支持部材４、４が設けられている。一対の支持部材４、４はまた、注入施工後に打ち込み管１を引き抜き、回収する際に、貫入部材２などを地中に残置させにためのストッパとしての機能も有している。

一対の支持部材４、４のうち、上方の支持部材４と逆止弁支持板６の下面との間には、圧縮スプリング７が配設され、逆止弁支持板６の上面とストッパ３との間には、比較的剛性が高い材料で作られたパッキング８が逆止弁支持板６の上面に配設されている。

ここに、一対の支持部材４、４のうち、上方の支持部材４と、圧縮スプリング７と、逆止弁支持板６と、パッキング８とによって、逆止弁構造体９が構成されている。図１の状態では、パッキング８は、圧縮スプリング７のスプリング力によって、ストッパ３に押し付けられており、逆止弁構造体９は閉じた状態にある。したがって、上方から空気を通すことができない。

以上のように構成された本発明の好ましい実施態様にかかる打ち込み管１は、打ち込み管２の上部に打撃力を加え、あるいは、振動を与えることによって、貫入部材２が地盤内に貫入し、所定の深さまで、地盤に打ち込まれる。すなわち、打ち込み管１の上部に加えられた打撃力または打ち込み管１の上部に与えられた振動が打ち込み管１の壁部を介して、コーン状の貫入部材２に加えられ、打ち込み管１が地盤内に貫入される。この際、ストッパ３にも打ち込み管１の壁部を介して、打ち込み管１の上部に加えられた打撃力または打ち込み管１の上部に与えられた振動が加わる。

こうして、地盤内に所定の深さまで打ち込まれた後に、以下のようにして、打ち込み管１の内部に加圧空気が注入され、地盤内に空気が注入される。

図２は、図１に示された打ち込み管１の先端部近傍の略縦断面図で、打ち込み管１の内部に加圧空気が注入されている状態が示されている。

図２に示されるように、打ち込み管１の内部に加圧空気が注入されると、加圧空気によって、圧縮スプリング７のスプリング力に抗して、逆止弁構造体９のパッキング８が押し下げられ、ストッパ３と離間し始める。逆止弁構造体９のパッキング８がさらに押し下げられると、圧縮スプリング７がさらに圧縮されるとともに、逆止弁支持板６が下方に移動し、打ち込み管１の壁部の下端部とコーン状の貫入部材２との間に吐出口１０が形成される。

したがって、加圧空気は、パッキング８が押し下げられることによって、パッキング８とストッパ３との間に形成された空隙１１を通って、一対の支持部材４、４と逆止弁支持軸５との間を通り、吐出口１０から地盤内に注入される。

打ち込み管１を用いた地盤内への注入においては、地盤の透水性や通気性などの条件に応じて、大気圧中での体積で約１０リットル／分ないし約２００リットル／分の空気が注入されるのが一般であるので、本実施態様においては、逆止弁構造体９、打ち込み管１の内壁および貫入部材２の平面部の位置関係は、このような量の空気が注入可能な位置関係に設定されている。

図３は、図１に示された打ち込み管１の先端部近傍の略縦断面図であり、打ち込み管１内への加圧空気の注入を終了した直後の状態が示されている。

図３に示されるように、打ち込み管１内への加圧空気の注入が終了すると、圧縮スプリング７が伸長し、圧縮スプリング７の伸長にしたがって、パッキング８とストッパ３との空隙１１が小さくなるとともに、コーン状の貫入部材２の円形面部と打ち込み管１の内壁の下端部との間に形成された吐出口１０が狭くなり、所定時間後に、図１で示されるように、圧縮スプリング７のスプリング力によって、パッキング８がストッパ３に押圧され、逆止弁構造体９が閉じ、吐出口１０および空隙１１が閉じられる。

本実施態様によれば、打ち込み管１内に、加圧空気を注入すると、圧縮スプリング７のスプリング力に抗して、逆止弁構造体９のパッキング８が押し下げられ、圧縮スプリング７が圧縮されるとともに、逆止弁支持板６が下方に移動し、打ち込み管１の壁部の下端部とコーン状の貫入部材２との間に吐出口１０が形成される。したがって、加圧空気を吐出口１０から地盤内に注入することができる。一方、打ち込み管１内への加圧空気の注入が終了すると、圧縮スプリング７が伸張し、圧縮スプリング７の伸長にしたがって、パッキング８とストッパ３との空隙１１が小さくなって、短時間のうちに、逆止弁構造体９が閉じ、吐出口１０および空隙１１が閉じられる。したがって、地盤内への空気注入を妨げるような土砂の侵入を効果的に防止することが可能になる。

図４は、本発明の別の好ましい実施態様にかかる打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図である。

図４に示されるように、本実施態様にかかる打ち込み管１は、一対の支持部材４、４との間にフィルタ１５が配設されている。

したがって、本実施態様によれば、打ち込み管１内への加圧空気の注入が終了した瞬間に、吐出口１０から、万が一、打ち込み管１内に土砂が浸入した場合にも、フィルタ１５の上方の打ち込み管１内に土砂が侵入することを確実に防止することが可能になる。

図５は、本発明の他の好ましい実施態様にかかる打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図であり、図６は、図５のＡ−Ａ線に沿った略断面図である。

図５に示されるように、本発明の他の好ましい実施態様にかかる打ち込み管２１は、先端部にコーン２２を備え、打ち込み管２１の壁部の下端部には、打ち込み管１に加えられた打撃や振動をコーン状の貫入部材２２に伝達可能な支持部材２３が配設されている。

また、図５に示されるように、本実施態様においては、コーン状の貫入部材２２の上部の円形面部には、打ち込み管２１の軸方向に延びる逆止弁支持軸２５が一体的に設けられ、逆止弁支持軸２５の上端部には、安定化ブロック２８が一体的に設けられている。

安定化ブロック２８は、図６に示される断面形状を有しており、安定化ブロック２８とストッパ２３との間には、圧縮スプリング２７が配設されている。

ここに、支持部材２３と、安定化ブロック２８と、圧縮スプリング２７とによって、逆止弁構造体２９が形成されている。

このように構成された本実施態様にかかる打ち込み管２１は、以下のようにして、空気を地盤内に注入する。

まず、図１ないし図３に示される打ち込み管１と全く同様にして、打ち込み管２１の上部に打撃力を加え、あるいは、振動を与えることによって、打ち込み管１の壁部を介して、コーン状の貫入部材２２に伝達し、打ち込み管１が地盤内に貫入される。

図７は、図５および図６に示された打ち込み管の先端部近傍の略縦断面図で、打ち込み管の内部に加圧空気が注入されている状態が示されている。

図７に示されるように、打ち込み管２１の内部に加圧空気が注入されると、加圧空気によって、安定化ブロック２８が押し下げられ、圧縮スプリング２７が圧縮されて、圧縮スプリング２７のスプリング力によって、貫入部材２２が押し下げられて、コーン状の貫入部材２２の円形平面が、支持部材２３から離間し、コーン状の貫入部材２２の円形面部と支持部材２３の間に、吐出口３０が形成される。

上述のように、安定化ブロック２８は、図６に示される断面形状を有しているから、打ち込み管２１内に注入された空気は、安定化ブロック２８の空隙部２８ａを通り、吐出口３０を通って、地盤内に注入される。

本実施態様においても、打ち込み管２１内への加圧空気の注入が終了した瞬間に、スプリング２７のスプリング力によって、貫入部材２２が支持部材２３の下端に押し付けられるので、吐出口３０が閉じられ、地盤内への空気注入を妨げるような土砂の侵入は生じない。

本実施態様によれば、打ち込み管２１内に、加圧空気を注入すると、圧縮スプリング２７のスプリング力に抗して、安定化ブロック２８が押し下げられ、圧縮スプリング２７が圧縮されるとともに、コーン状の貫入部材２２が押し下げられて、コーン状の貫入部材２２の上部の円形面部と支持部材２３の間に、吐出口３０が形成され、安定化ブロック２８の間隙部２８ａを通って、吐出口３０から、空気を地盤内に注入することができる。

一方、打ち込み管２１内への加圧空気の注入が完了すると、圧縮スプリング２７のスプリング力によって、安定化ブロック２８が押し上げられ、その結果、コーン状の貫入部材２２も押し上げられるから、コーン状の貫入部材２２の円形面部とストッパ２３の間に形成された吐出口３０も閉じられる。したがって、打ち込み管２１内への加圧空気の注入が終了した瞬間に、地盤内への空気注入を妨げるような土砂の侵入を効果的に防止することが可能になる。

図８は、本発明のさらに他の好ましい実施態様にかかる打ち込み管の略縦断面図である。

図８に示されるように、本実施態様にかかる打ち込み管３１の先端部は、図５ないし図７に示された打ち込み管２１の先端部と同じ構造を有しており、本実施態様にかかる打ち込み管３１においては、打ち込み管３１の先端部から上方に離間した位置に、逆止弁４０が設けられている。

したがって、万が一、打ち込み管３１内への加圧空気の注入が完了した瞬間に、吐出口３０から、打ち込み管３１内に土砂が侵入した場合でも、逆止弁４０よりも上方の打ち込み管３１内に、吐出口３０から侵入した土砂が侵入することを確実に防止することができる。

本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

たとえば、図１ないし図３に示された実施態様においては、パッキング８は比較的剛性が高い材料で作られているが、パッキング８を比較的剛性が高い材料で作ることは必ずしも必要なことではなく、パッキング８の厚さを厚くすれば、パッキング８をスポンジやウレタン樹脂などの柔軟性が高い材料によって作ることができる。

また、前記実施態様においては、打ち込み管１、２１、３１は、その先端部にコーン状の貫入部材２、２２を備えているが、貫入部材２、２２は地盤内の所定の深さにまで、打ち込み管１、２１、３１を打ち込むのに適した形状を有していればよく、貫入部材２、２２がコーン状をなしていることは必ずしも必要でない。

１ 打ち込み管
２ 貫入部材
３ ストッパ
４ 支持部材
５ 逆止弁支持軸
６ 逆止弁支持板
７ 圧縮スプリング
８ パッキング
９ 逆止弁構造体
１０ 吐出口
１１ 空隙
１５ フィルタ
２１ 打ち込み管
２２ 貫入部材
２３ 支持部材
２５ 逆止弁支持軸
２７ 圧縮スプリング
２８ 安定化ブロック
２８ａ 安定化ブロックの間隙部
２９ 逆止弁構造体
３０ 吐出口
３１ 打ち込み管
４０ 逆止弁

Claims (3)

1. 土砂の侵入を防ぐ逆止弁構造体を備えた打ち込み式の注入管であって、
   前記注入管は、コーン状の貫入部材を下方端部に備えるとともに、上部に打撃力、あるいは、振動を与えることによって地盤内に貫入され、
   前記注入管を地盤内に打ち込むときは、前記注入管の壁部の下方端部に前記貫入部材の上面が当接しており、
   前記注入管内に加圧空気が注入されたときに、前記貫入部材が前記注入管の下方端部から離間して、前記注入管の下方端部との間に間隙を形成するように構成されていることを特徴とする打ち込み式の注入管。
2. 前記加圧空気は、前記貫入部材の円形断面部と前記注入管の壁部の下方端部との間に形成された前記間隙から地盤内に注入されることを特徴とする、請求項１に記載の打ち込み式の注入管。
3. 前記注入管は、空気の圧力を受ける空気圧受け部と、
   下端部が前記貫入部材と一体的に設けられるとともに、上端部が前記空気圧受け部に一体的に設けられた圧力伝達軸と、
   前記注入管の壁部に一体的に設けられた支持部材と、
   前記空気圧受け部と前記支持部材との間に配設されたスプリングと、
   を備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の打ち込み式の注入管。

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