JP6691338B2

JP6691338B2 - 地盤補強用ケーシング

Info

Publication number: JP6691338B2
Application number: JP2017132695A
Authority: JP
Inventors: 茂昭高田; 秀彦鈴木; 尚之山崎
Original assignee: 創伸産業株式会社
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2037-07-06
Also published as: JP2019015087A

Description

本発明は、セメントミルク等の固化材の固化により地盤中に杭を造成することで地盤を補強する地盤補強工法と、当該地盤補強工法に使用する地盤補強用ケーシングに関するものである。

従来から、軟弱な地盤を補強する工法として、地盤にセメントミルク等の固化材を注入し、その地中土の固化により柱状杭を造成するものは知られているが、最近では、特許文献１に記載のように、周面摩擦力と先端支持力を利用して杭の支持力を強固にすると共に、産業廃棄物を出さない無排土にするために、削孔する際に出る土を排出せずに孔縁周辺の地盤側に押し退け圧密化する圧土削孔タイプの工法が提案されている。

特開平１０−２８０３８１号公報

杭の支持力をより一層強固にできれば、杭の本数を減らすことができ、造成及び廃棄の際の作業が楽になるが、周面積を大きくすることで周面摩擦力を一層増大しようとすると、ケーシングの螺旋羽根をより大きくして削孔能力を上げることになるが、無排土を前提とするため限界がある。

それ故、本発明は、圧土削孔タイプの地盤補強工法に新規な観点に基づいて工夫を加えた地盤補強工法及びその工法を実施するのに使用する地盤補強用ケーシングを提供することを、その目的とする。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１の発明は、地盤に注入された固化材の固化により柱状杭を造成することで地盤を補強する地盤補強工法であって、削孔・引揚げ方向を軸方向とする筒状ケーシング本体と、前記ケーシング本体に外嵌され、同径状に拡径した同径大径部と前記同径大径部に削孔方向先側で連設し、削孔方向に向かって傾斜状に縮径した傾斜縮径部とで構成された張出し部と、前記ケーシング本体に対して前記張出し部を削孔方向に一定の範囲で連れ移動可能に取付ける取付け手段とで構成された地盤補強用ケーシングを使用して、全周回転しながらの掘進により削孔する際に、所定の深さまで前記張出し部を連れ移動することで、当該深さまで前記同径大径部の同径大径形状を掃引しながら転写した固化剤注入用孔を形成する地盤補強工法に使用する地盤補強用ケーシングであって、前記取付け手段として、前記張出し部には、削孔方向後側が切り欠かれて円弧状になった連れ移動用連結管が同軸状に設けられ、前記ケーシング本体には、削孔方向に垂直に貫通した差込み孔が形成され、前記差込み孔に差込み及び引抜き可能なピン軸が別体として用意されており、前記差込み孔に前記ピン軸がその一端部を突出した状態で残しながら差し込まれると、その突出部分が押圧突起となって、前記連れ移動用連結管の円弧縁の管厚部を押圧することで連れ移動が実現されることを特徴とする地盤補強用ケーシングである。

請求項２の発明は、請求項１に記載した地盤補強用ケーシングにおいて、差込み孔が軸方向に間隔をあけて複数形成されていることを特徴とする地盤補強用ケーシングである。

本発明の地盤補強工法によれば、柱状杭一つ当たりの支持力が増大するので、従来と同様な支持力で十分な場合には、杭の造成間隔を従来より広げることで柱状杭の本数を減らすことができる。また、柱状杭の軸長を従来より縮めることも可能であり、この面からも有利である。
更に、この地盤補強工法は、張出し部をケーシング本体に対して連れ移動可能にした地盤補強用ケーシングを使用することで、住宅の柱状改良や鋼管杭の施工などで広く使用されているＧＩ５０などの小型重機をそのまま使用できる。

本発明の実施の形態に係る地盤補強用ケーシングの側面図である。図１の地盤補強用ケーシングに備えられた取付け手段のケーシング本体側の構成図である。図１の地盤補強用ケーシングに備えられた張出し部側の構成図である。図１の張出し部の連れ移動の説明図である。図１の地盤補強用ケーシングを使用した柱状杭の造成方法の説明図である。図５に続く柱状杭の造成方法の説明図である。図６で造成した柱状杭の側面図である。実施例で造成した柱状杭のイメージ図である。

本発明の実施の形態に係る地盤補強用ケーシング１について、図面にしたがって説明する。
図１に示すように、地盤補強用ケーシング１には、長い円筒状のケーシング本体３が備えられている。このケーシング本体３は両端側が共に開口しており、軸方向が削孔・引揚げ方向となっている。そして、上側が基端側、下側が削孔側となっており、削孔側の外周面には、螺旋状のスクリュー羽根５が取付けられている。

このケーシング本体３は長尺であり、複数の筒体を組み合わせて構成されている。筒体どうしの間にはジョイント用筒部７が介挿されて溶接により一体化されている。図２に示すように、このジョイント用筒部７の外周面には段差は殆ど形成されていないが、補強用に内筒９が内嵌されており、その分だけ肉厚になっている。
ケーシング本体３には、削孔した地盤に注入するセメントミルク等の固化材を送給するための送給管（図示省略）が同軸状に挿入されており、ジョイント用筒部７では内筒９により縮径された空間を通るようになっている。

ジョイント用筒部７を利用して取付け手段の一部が構成されている。
ジョイント用筒部７に断面円形で直状の差込み孔１１が形成されている。この差込み孔１１はその軸方向がジョイント用筒部７の軸方向と直交する方向を向いた状態で貫通しており、その両端が開放されて開口１３、１３になっている。なお、差込み孔１１はジョイント用筒部７の軸芯よりも一方側に偏った位置で形成されており、送給管の配管経路の邪魔になっていない。
このジョイント用筒部７は複数介挿されているので、差込み孔１１を複数形成しておけば、柱状杭の深さに応じて使い分けることができる。

ケーシング本体３の削孔側先端部には押上げ管１５が外嵌され溶接により一体化されており、押上げ管１５の部分がその他の外周面より外方に突出した状態になっている。上記したスクリュー羽根５はこの押上げ管１５よりも削孔側先方に配置されている。
ケーシング本体３の削孔側先端部には鋳物製のビット部１７が連設され、溶接により一体化されている。このビット部１７は逆円錐筒状をしており、ケーシング本体３側とは段差無しに連なり、先方に向かってテーパ状に先細りしている。ビット部１７には一対の吐出孔１９、１９が形成されている。吐出孔１９、１９は軸芯を挟んで対向しており、図中では、位置の関係で一つのみが示されている。この吐出孔１９、１９は送給管と連通している。上記したスクリュー羽根５はケーシング本体３からこのビット部１７にかけて延設されている。

上記した構成のケーシング本体３に対して、別体として、張出し部２１が配設されている。
図３に示すように、張出し部２１は略円筒状になっており、筒厚は略一定になっている。軸方向上側が同径で拡径された同径大径部２３で構成されており、その下端すなわち削孔方向先側には、下方に向かって窄まるよう傾斜状に縮径した逆円錐台形の傾斜縮径部２５が段差無しで連設されている。同径大径部２３と傾斜縮径部２５の長さ寸法は同じ程度に設計されている。
傾斜縮径部２５の下端には、同径で縮径された同径小径部２７が段差無しで連設されている。同径小径部２７は同径大径部２３、傾斜縮径部２５に比べて長さ寸法が極端に短く設計されている。この同径小径部２７は上記したケーシング本体３側の押上げ管１５に突当て衝突する部位になっている。押上げ管１５が傾斜縮径部２５に直接当たるのではなく、この同径小径部２７に当たるようになっているので、引揚げの際に傾斜縮径部２５へ掛かる負荷が少なくなっている。

張出し部２１は上下方向に開口しており、ケーシング本体３に外嵌されている。張出し部２１の上側をなす同径大径部２３の内周面とケーシング本体３の外周面との間には空間ができており、その空間に掘削した土が入り込まないように、同径大径部２３の上端部に蓋プレート２９が嵌め込まれて閉鎖されている。この蓋プレート２９の中心には、傾斜縮径部２５の下端及び同径小径部２７の内径と同じサイズで挿通孔３１が形成されている。また、蓋プレート２９の上面に補強用に複数のリブ３３が突設されている。

張出し部２１の蓋プレート２９を利用して取付け手段の一部が構成されている。
張出し部２１の蓋プレート２９の孔縁には連れ移動用連結管３５が立設されている。この連れ移動用連結管３５は同径小径部２７と同軸状で且つ同じ断面形状をしているが、基端部側、図中では上部が切り欠かれて円弧状になっている。この切欠き部分３７は展開すると矩形状になっており、縦縁３９と横縁４１は垂直に交差している。また、縦縁３９と横縁４１の端面は管厚部で構成されている。

また、取付け手段として、ピン軸４３が用意されている。
このピン軸４３は上記したケーシング本体３に形成された差込み孔１１に開口１３、１３の一方から差込み、引き抜くことが可能になっている。
ピン軸４３は差込み孔１１の全長よりも長く設計されており、図２に示すように、差込み孔１１に差し込んでケーシング本体３と一体化させたときにその一端部を開口１３から突出させた状態にすることができる。この突出部分は押圧突起４５として利用されている。

取付け手段が上記したように構成されており、ケーシング本体３が全周回転しながら掘進方向に進行すると、図４に示すように、張出し部２１をその位置に残した状態でケーシング本体３が先行して進行する。そして、ケーシング本体３側の押圧突起４５が張出し部２１の縦縁３９と横縁４１に当たると、それらを押圧しながら進行する。すなわち、張出し部２１を連れ移動させる。また、ケーシング本体３を反転させると、押圧突起４５が張出し部２１の縦縁３９と横縁４１から離れるので、張出し部２１の連れ移動が解除される。

本発明の地盤補強用ケーシング１を使用した地盤補強工法について、図５、図６にしたがって説明する。
図５（Ａ）に示すように、張出し部２１をケーシング本体３に対してセットした状態で、地盤補強用ケーシング１のビット部１７を地盤Ｇの削孔方向に向け、正回転させながら所定の深さまで掘進させると、図５（Ｂ）に示すように、張出し部２１を地面Ｇに留め置きながら地盤を削孔する。そして、図５（Ｃ）に示す位置にくると、押圧突起４５が張出し部２１の縦縁３９と横縁４１に接触して押圧を開始するので、図５（Ｄ）に示すように、張出し部２１を連れ移動しながら、地盤Ｇを削孔し始める。そして、図５（Ｅ）に示すように、ビット部１７を所定の深さまで到達させると、削孔作業を終了する。

続いて、図６（Ｆ）に示すように、セメントミルク等の固化材Ｓを吐出し孔１９から吐出しつつ、負回転させ、ケーシング本体３をビット部１７と共に引き揚げる。その際には、張出し部２１は連れ移動せずに、そのまま留め置かれた状態となっている。
しかし、更に、引揚げ作業を進めると、図６（Ｇ）に示すように、押上げ管１５が張出し部２１の同径小径部２７に下側から突当て衝突する。
そこからは、図６（Ｈ）に示すように、張出し部２１は押上げ状態になり、連れ移動する。

従って、図６（Ｉ）に示すように、地盤補強用ケーシング１の全体が地盤Ｇから引き揚げられ、削孔空間全体に固化材Ｓが注入され充填される。
これが固化されると、図７に示すように、柱状杭Ｋが造成されたことになる。
削孔作業で、張出し部２１がケーシング本体３に連れ移動して下がっているので、削孔空間の柱状杭Ｋには、張出し部２１の同径大径部２３の同径大径形状が所定の深さまで転写されている。

造成された柱状杭Ｋの周囲は圧密壁（Ｐ）となっており、矢印に示すように、杭軸（Ｋ１）の周囲には周面摩擦力（ａ）が確保されるので、十分な大きさの杭軸方向支持力（Ａ）が確保される。
また、張出し部２１が連れ移動して削孔に携わった部分は、拡径した杭頭（Ｋ２）になっている。杭頭（Ｋ２）は杭軸（Ｋ１）より半径方向外方に拡がっている。杭頭（Ｋ２）の下部側は傾斜しており、その周囲にも圧密壁（Ｐ）が形成されており、周面摩擦力（ｂ）が確保される。そして、本発明の特徴として、杭頭（Ｋ２）の同径の上部は、張出し部２１の同径大径部２３そのものが転写されたものではなく、下方向に掃引された形状が転写されたものとなっており、同径大径部２３よりも軸方向に長くなっている。この長くなった杭頭（Ｋ２）が直接基礎に擬した働きを効果的に発揮して、地盤支持力（Ｂ）が十分に確保される。

上記のように、地盤補強用ケーシング１を用いれば、従来と同じ軸の太さでも、複合的な支持力を確保できるので、支持力を一層増大できる。
柱状杭一つ当たりの支持力が増大したので、従来と同様な支持力で十分な場合には、杭の造成間隔を従来より広げることで柱状杭の本数を減らすことができる。また、柱状杭の軸長を従来より縮めることも可能であり、この面からも有利である。
地盤支持力は、張出し部２１の形状に依存するが、同径大径部２３については掃引により軸方向の長さを調整できる。従って、地盤補強用ケーシング１に張出し部２１を備えさせても、住宅の柱状改良や鋼管杭の施工などで広く使用されているＧＩ５０などの小型重機をそのまま使用できる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。

以下の条件で、平板載荷試験を実施した。
載荷板の形状：円形鋼板載荷板の寸法：３０ｃｍ
載荷板の面積：０．０７ｍ^２ジャッキの種類：油圧
ジャッキの能力：２００ｋＮ反力装置の種類：０．４ｍ^３Ｂ．Ｈ
載荷方法：段階式（１サイクル）計画最大荷重：１００ｋＮ
荷重計の較正係数：１４．１４７ｋＮ／ｍ^２／目盛
また、柱状杭Ｋとして、図８のイメージ図に示すように、３種類（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３）を用意した。このうち、Ｎｏ．３が本発明の地盤補強工法によるものである。

その結果、最大荷重時の累計沈下量は以下の通りであった。
Ｎｏ．１の累計沈下量：２８．５４５ｍｍ
Ｎｏ．２の累計沈下量：１５．５６８ｍｍ
Ｎｏ．３の累計沈下量：９．０９０ｍｍ
この結果から、杭軸（Ｋ１）を長くすると共に、杭頭（Ｋ２）の特に同径部分を長くすることで、支持力が効果的に向上することが確認できた。

１…地盤補強用ケーシング
３…ケーシング本体５…スクリュー羽根７…ジョイント用筒部９…内筒
１１…差込み孔１３…開口１５…押上げ管１７…ビット部
１９…吐出孔２１…張出し部２３…同径大径部
２５…傾斜縮径部２７…同径小径部２９…蓋プレート３１…挿通孔
３３…リブ３５…連れ移動用連結管３７…切欠き部分
３９…縦縁４１…横縁４３…ピン軸４５…押圧突起
Ａ…杭軸方向支持力ａ…周面摩擦力Ｂ…地盤支持力ｂ…周面摩擦力
Ｇ…地面Ｋ…柱状杭（Ｋ１…杭軸、Ｋ２…杭頭）Ｐ…圧密壁
Ｓ…固化材

Claims

地盤に注入された固化材の固化により柱状杭を造成することで地盤を補強する地盤補強工法であって、
削孔・引揚げ方向を軸方向とする筒状ケーシング本体と、前記ケーシング本体に外嵌され、同径状に拡径した同径大径部と前記同径大径部に削孔方向先側で連設し、削孔方向に向かって傾斜状に縮径した傾斜縮径部とで構成された張出し部と、前記ケーシング本体に対して前記張出し部を削孔方向に一定の範囲で連れ移動可能に取付ける取付け手段とで構成された地盤補強用ケーシングを使用して、
全周回転しながらの掘進により削孔する際に、所定の深さまで前記張出し部を連れ移動することで、当該深さまで前記同径大径部の同径大径形状を掃引しながら転写した固化剤注入用孔を形成する地盤補強工法に使用する地盤補強用ケーシングであって、
前記取付け手段として、
前記張出し部には、削孔方向後側が切り欠かれて円弧状になった連れ移動用連結管が同軸状に設けられ、
前記ケーシング本体には、削孔方向に垂直に貫通した差込み孔が形成され、
前記差込み孔に差込み及び引抜き可能なピン軸が別体として用意されており、
前記差込み孔に前記ピン軸がその一端部を突出した状態で残しながら差し込まれると、その突出部分が押圧突起となって、前記連れ移動用連結管の円弧縁の管厚部を押圧することで連れ移動が実現されることを特徴とする地盤補強用ケーシング。
請求項１に記載した地盤補強用ケーシングにおいて、
差込み孔が軸方向に間隔をあけて複数形成されていることを特徴とする地盤補強用ケーシング。