JP6707778B2

JP6707778B2 - 掘削部材およびそれを用いた地盤改良工法

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Publication number: JP6707778B2
Application number: JP2016036452A
Authority: JP
Inventors: 希則大西
Original assignee: 大西　正人; 大西正人
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: JP2017150287A

Description

本発明は、軟弱地盤を改良して液状化を防止するための地盤改良工法、およびその地盤改良工法に好適に用いることができる地盤改良工事用の掘削部材に関するものである。

従来より、軟弱な地盤における建造物の不同沈下を防止するための地盤改良工法として、セメント系固化剤を地盤に散布し、地盤の土とセメント系固化材とを混合撹拌して固化させ、表層に固化層を形成する表層改良工法工法、鋼管杭を地盤に打ち込んで支持層に支持させ、必要な支持力を確保する鋼管杭工法、地盤内に固化材スラリー（セメント系固化材と水とを練り混ぜた液体）を注入しながら、機械で掘削・撹拌し、地盤中に固化杭を形成する柱状改良工法が知られている（特許文献１）。

ところが、上記した各工法は、軟弱な地盤における建造物の不同沈下には効果を奏するものの、地震が発生した場合等の液状化現象の防止に関しては、必ずしも十分な効果を奏するとは言い難い。このため、出願人は、以前に、長尺な円柱状の杭本体の先端に当該杭本体よりも大径の羽根を固着させた羽根付き杭を、地盤中に回転させながら貫入し、杭本体の周囲に形成される空間に砕石を充填して押し固めることによって、杭本体の外周に砕石ドレーン層を形成してなる柱状構造体を構築する地盤改良工法について提案した（特許文献２）。この地盤改良工法によれば、軟弱な地盤における建造物の不同沈下のみならず、地震が発生した場合等の液状化現象をも効果的に防止することが可能となる。

特開２００８−２４８５７２号公報特開２０１２−１８８８３０号公報

しかしながら、上記特許文献２の方法では、強固な砕石ドレーン層を形成するためには、砕石を少しずつ充填して締め固めた後に、再度、砕石を充填するという作業を繰り返さなければならないため、砕石の充填作業に手間がかかる、という問題点がある。また、羽根付き杭の杭本体として間伐材等を利用した木杭を用いると、地盤への回転貫入時に当該木杭が捻れて破損してしまう虞れがある。

本発明の目的は、上記従来の地盤改良工法における問題点を解消し、基礎杭の周囲に強固な砕石ドレーン層を形成してなる柱状構造体を、短時間の内に容易に構築することが可能な地盤改良工法を提供することにある。また、そのような地盤改良工法に好適に用いることができる掘削部材を提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、軟弱地盤の改良工事に用いられる地盤を掘削するための掘削部材であって、円筒状の鞘管の内部に、鞘管より小径の内管が同心円状に挿入されて固着されているとともに、鞘管の内周と内管の外周との間の下端際に、平板状の砕石押圧手段が固着された管本体と、その管本体の先端に着脱可能に装着される掘削刃を設けた先端蓋体とを有しており、前記砕石押圧手段が、略矩形の平板状に形成されており、対向する２つの端縁を内管の外周および鞘管の内周に溶接させて、溶接されていない２つの端縁の高さを異ならせるように所定の角度で傾斜したものであることを特徴とする地盤改良工事用の掘削部材である。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、砕石押圧手段が、２個一対のものであり、内管の軸心を中心とした放射方向を向いて一直線状に配置されており、互い違いの向きに傾斜していることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、地盤中に基礎杭を立て込むとともに、その基礎杭の周囲に円柱状の砕石層を形成する地盤改良工法であって、請求項１に記載の掘削部材を所定の方向に回転させながら地盤中に立て込む杭立て込み工程と、前記掘削部材の内管の内部に基礎杭を挿入する基礎杭挿入工程と、前記掘削部材の鞘管の内周と内管の外周との間に砕石を充填する砕石充填工程と、前記掘削部材を前記所定の方向と逆方向に回転させながら引き抜くことによって立て込まれた基礎杭の周囲の砕石を締め固める砕石締め固め工程とを有することを特徴とするものである。

請求項１に記載の地盤改良工事用の掘削部材（以下、単に掘削部材という）は、地盤中に立て込んだ状態で内管の内部に基礎杭を挿入し（あるいは、基礎杭を内管の内部に挿入して地盤中に立て込み）、内管と鞘管との間に砕石を流し込んだ後に、地盤中から引き抜くことによって、基礎杭の周囲に円筒状の砕石層（砕石ドレーン層）が形成された柱状構造体を容易に形成することができる。また、そのように立て込んで砕石を流し込んでから引き抜く際に、砕石押圧手段が基礎杭の周囲に形成される円筒状の砕石層を押圧することによって、当該砕石層を、容易に崩れないように適度な強度に締め固めることができる。すなわち、請求項１に記載の掘削部材によれば、基礎杭の周囲に強固な円筒状の砕石層が設けられた柱状構造体を、短時間の作業で容易に構築することができる。

また、請求項１に記載された掘削部材は、立て込んで砕石を流し込んでから引き抜く際に、内管の外周に傾斜状に設けられた砕石押圧手段が、基礎杭の周囲の砕石層を効果的に押圧するため、強固で液状化現象の防止機能が高い柱状構造体を構築することが可能となる。

請求項２に記載された掘削部材は、砕石押圧手段が２個一対のものであり、内管の軸心を中心とした放射方向を向いて一直線となるように配置されており、互い違いの向きに傾斜しているため、強固で液状化現象の防止機能が高い柱状構造体を、非常に短時間の内にきわめて容易に構築することが可能となる。

請求項３に記載された地盤改良工法によれば、基礎杭の周囲に強固な円筒状の砕石層が設けられており、地震等の際に地盤の液状化現象を効果的に防止することが可能な柱状構造体を、短時間の内に容易に構築することが可能となる。

掘削部材を示す説明図（斜視図）である。掘削部材の杭本体を示す説明図（正面図）である。掘削部材の杭本体を示す説明図（右側面図）である。掘削部材の杭本体を示す説明図である（ａは図２におけるＡ−Ａ線断面図であり、ｂはａにおけるＣ−Ｃ線端面図であり、ｃは図２におけるＢ−Ｂ線端面図である）。掘削部材の先端蓋体を示す説明図である（ａは正面図であり、ｂは右側面図であり、ｃは平面図であり、ｄは底面図であり、ｅは右側面図における係合体のみを示したものである）。掘削部材を用いて地盤改良工事を行う様子を示す説明図である。延長部材を示す説明図である（ａは正面図であり、ｂはａにおけるＤ−Ｄ線断面図である）。コッターを示す説明図である（ａは正面図であり、ｂは左側面図であり、ｃは底面図である）。掘削部材に延長部材を接続した状態を示す説明図（正面図）である。掘削部材を用いた地盤改良工事によって改良された地盤に建造物を建造した様子を示す説明図である。

以下、本発明に係る掘削部材およびそれを用いた地盤改良工法の一実施形態について、図面に基づいて説明する。

＜掘削部材の説明＞
図１〜５は、本発明に係る掘削部材を示したものであり、掘削部材１は、鋼鉄製の管本体２と、鋼鉄製の先端蓋体３とによって構成されている。管本体２は、直径（内径）３３６．６ｍｍで厚さ９．５ｍｍで長さが２，０００ｍｍの円筒状の鞘管４の内部に、直径（外径）１８７ｍｍで厚さ９．５ｍｍで長さが１，９９０ｍｍの内管５を、上端が揃うように同心状に挿入した二重の円筒管状に形成されている。そして、それらの鞘管４と内管５とが、４つの連結体６，６・・および２つの砕石押圧手段７，７によって結合された状態になっている。また、管本体２の上端際の外周には、軸心に対して対向した２箇所に、掘削用の重機への装着時あるいは後述する延長部材（図７等参照）との接続時に使用する直方体状の係止突起１７，１７が、外側へ突出するように固着（溶接）されている。

各連結体６，６・・は、鋼鉄によって長さが７４．８ｍｍで上下幅×厚み＝５０ｍｍ×１２ｍｍの扁平な四角柱状に形成されており、その両端が、鞘管４の内周および内管５の外周に溶接されている。そして、各連結体６，６・・は、内管５の軸心を中心とした放射方向を向いて、等間隔（等角度）に配置された状態になっている。

一方、各砕石押圧手段７，７は、厚み１２ｍｍの鋼鉄板によって、長さが７４．８ｍｍで幅（上端から下端までの幅）が７０ｍｍの略矩形状に形成されており、その両端が、鞘管４の内周および内管５の外周に固着（溶接）されている。また、それらの砕石押圧手段７，７は、（長手方向に沿った中心線が）内管５の軸心を中心とした放射方向を向いて一直線状に配置されており、溶接されていない片側の端縁と反対側の端縁とが異なる高さとなるように、内管５の軸心を中心として、互い違いに所定の角度（１５°）で傾斜した状態になっている。また、それらの２つの砕石押圧手段７，７の下端と内管５の下端とが、同じ高さになっている。

また、鞘管４の外周には、先端蓋体３を係合させるための２つの係合突起８，８が、外側へ突出するように固着（溶接）されており、内管５および鞘管４の軸心を中心として対称に（左右対称に）配置された状態になっている。それらの係合突起８，８は、上下幅×横幅×厚み＝８０ｍｍ×５０ｍｍ×１６ｍｍの扁平な直方体状に形成されており、各稜線が面取りされた状態になっている。

一方、先端蓋体３は、鋼鉄によって形成されており、全体に防錆塗装が施されている。そして、図５の如く、本体部９は、所定の厚み（１２ｍｍ）の鋼鉄板によって直径３８５ｍｍの略円盤状に形成されており、その本体部９の内側面（上面）の外周に、所定の厚み（１２ｍｍ）の鋼鉄板によって形成された一定幅（３０ｍｍ）の周壁１０が、溶接によって立設されている。また、本体部９の外側面（下面）には、三角形の板状の掘削刃１１が、その上端面を本体部９の直径方向に一致させた状態で、溶接によって立設されている。さらに、周壁１０の軸心に対して対向した２箇所には、鉤状の係合体１２，１２が、上側に突出するように固着（溶接）されている。それらの係合体１２，１２は、一定幅の基部１３の上端際にＬ字状に屈曲した鉤部１４を連設した形状を有しており、それらの鉤部１４，１４が、本体部９の外周に沿って同一方向（上から見た場合の反時計回り方向）に突出した状態になっている。

上記した先端蓋体３は、本体部９の内側面（上面）を管本体２の先端面に当接させた状態で、周縁に固着された係合体１２，１２の鉤部１４，１４を、管本体２の鞘管４の外周に突設された係合突起８，８に係合させた状態で、管本体２に組み付けられている。

＜掘削部材を用いた地盤改良工法の説明＞
以下、上記した掘削部材１を用いた地盤改良工法の一実施形態について、図面に基づいて説明する。図６は、掘削部材１を用いて軟弱な地盤（表層Ｇ_１と支持層Ｇ_３との間に地下水を多く含む軟弱層Ｇ₂が存在しており液状化しやすい地盤）Ｇの改良工事を行う様子を示したものである。

改良工事を行う場合には、まず、地盤掘削用の重機（穴掘建柱車等）に、オーガーの代わりに掘削部材１を装着する。その際には、管本体２の外周の上端縁際に設けられた係止突起１７，１７を利用して、アダプター等を介して、重機のブームの先端の穴掘り装置等に取り付ける。そのように掘削部材１を重機に装着した後には、掘削部材１を、軟弱地盤Ｇ上の所定の位置において、地面に対して垂直に突き立てるようにセットする。

そして、掘削部材１を、圧力を加えながら時計回りに（上から見た場合の時計回りに）回転させて、先端蓋体３の掘削刃１１によって地盤Ｇを掘削しながら当該地盤Ｇ中に深く押し込む（回転貫入させる）（杭立て込み工程）。そのように掘削部材１を時計回りに回転させる際には、各先端蓋体３の各係合体１２，１２の鉤部１４，１４が管本体２の係合突起８，８に係合された状態が保持されて、先端蓋体３が管本体２と同期して回転するため、掘削刃１１が効果的に地盤Ｇを掘削する（図６（ａ）の状態）。

そして、掘削部材１の先端が固い地盤Ｇ_３に十分に到達した後には、掘削部材１の回転貫入を停止して、地盤Ｇ中に立て込まれた掘削部材１の管本体２の内管５の内部に、基礎杭である木杭Ｗを挿入する（図６（ｂ）の状態）（基礎杭挿入工程）。なお、かかる木杭Ｗとしては、間伐材（杉等）を好適に用いることができる。また、内管５に挿入可能であれば、木杭Ｗの径（太さ）は特に限定されないが、木杭Ｗの直径と内管５の内径（直径）との差が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であると、内管５にスムーズに挿入することができる上、後述の如く周囲に砕石層を形成する場合に砕石を締め固め易くなるので好ましい。さらに、木杭Ｗとしては、防腐、防虫、防蟻、防かび等のための処理剤（木材防腐防蟻薬剤）を加圧注入したものを用いるのが好ましい。

なお、掘削部材１を回転貫入する際には、管本体２の先端に先端蓋体３が装着されているため、掘削刃１１によって掘削された土砂が管本体２の内部に入り込まない。そのため、木杭Ｗの内管５への挿入時には、木杭Ｗを非常にスムーズに内管５内に挿入させることができる。

上記の如く、木杭Ｗを、その先端が先端蓋体３の内側面（上面）に当接するまで管本体２の内管５の内部に挿入した後には、管本体２の内管５の外周面と鞘管４の内周面との間の空間に、砕石Ｓ，Ｓ・・を流し込んで、先端蓋体３の内側面の上に堆積させる（図６（ｃ）の状態）（砕石充填工程）。なお、この場合に採用する砕石Ｓ，Ｓ・・としては、粒径（平均粒径）が５ｍｍ〜２５ｍｍφ程度のものを用いるのが好ましい。

そして、管本体２の内管５の外周面と鞘管４の内周面との間の空間を満たすように砕石Ｓ，Ｓ・・を流し込んだ後には、重機を利用して、掘削部材１を反時計回りに（上から見た場合の反時計回り）に回転させながら地盤Ｇ中から引き抜く。そのように掘削部材１を反時計回りに回転させると、先端蓋体３の各係合体１２，１２の鉤部１４，１４と管本体２の係合突起８，８との係合状態が解除されるので、先端蓋体３が地盤中に残った状態となる。また、鞘管４の内部に挿入された木杭Ｗが、自重によって管本体２から抜け落ちて、地盤Ｇの内部に残った状態になる。すなわち、掘削部材１を反時計回りに回転させると、管本体２のみが地盤Ｇ中から引き抜かれる（図６（ｄ）の状態）。

また、上記の如く、掘削部材１（すなわち、管本体２）を反時計回りに回転させながら地盤Ｇ中から引き抜く際には、内管５の外周と鞘管４の内周との間に設けられた各砕石押圧手段７，７が、木杭Ｗの周囲に円筒状に充填された砕石Ｓ，Ｓ・・内を、所定の傾斜角度（１５°）を保ったままスパイラル状に上昇することによって、充填された砕石Ｓ，Ｓ・・を適度な圧力で締め固める（砕石締め固め工程）。また、各砕石押圧手段７，７は、所定の角度に傾斜しているため、管本体２を反時計回りに回転させると、管本体２を上昇させる推力を発生させる。そして、そのように管本体２を反時計回りに回転させて地盤Ｇ中から引き抜くことによって、砕石Ｓ，Ｓ・・が自動的に適度な圧力で締め固められて、木杭Ｗの周囲に所定の厚み（水平方向の厚み＝約１００ｍｍ）の円筒状の強固な砕石層（砕石ドレーン層）１６が形成された柱状構造体１８が構築される（図６（ｅ）の状態）。

＜延長部材の構造＞
上記の如く構成された掘削部材１を、地表から固い地盤Ｇ_３までの距離が長い地盤Ｇの改良工事に用いる場合には、掘削部材１に延長部材を接続して、（地表から硬い地盤Ｇ_３まで達する）長い木杭Ｗを地盤Ｇ中に立て込んで柱状構造体１８を構築する必要がある。図７は、かかる延長部材の一例を示したものであり、延長部材３１は、掘削部材１と略同様な構造を有する本体部３２の下端際に、接続部３３が設けられている。すなわち、本体部３２は、掘削部材１と同様に、鋼鉄製の鞘管３４の内部に、鋼鉄製の内管３５を挿入して、その鞘管３４と内管３５との間の上端際を、４つの連結体３６，３６・・で連結し、鞘管３４と内管３５との間の下端際を、２つの砕石押圧手段３７，３７で連結したものである。また、鞘管３４の上端際の外周の軸心に対して対向した２箇所には、掘削用の重機への装着時あるいは別の延長部材との接続時に使用する直方体状の係止突起４６，４６が、外側へ突出するように溶接されている。

一方、接続部３３は、内支持管３８、２個一対の外支持管３９，３９、３個の補強リング体４０，４０・・、２個のコッター（カンヌキ）４３，４３等によって構成されている。内支持管３８は、本体部３２の内管３５より一回り大きな径（内径２０８ｍｍφ、外径２３２ｍｍφ）で高さが１５０ｍｍの扁平な鋼管であり、上端縁際に本体部３２の内管３５の下端際を嵌め込んだ状態で、上端の周縁が本体部３２の内管３５の外周面に溶接されている。

また、２個一対の外支持管３９，３９は、本体部３２の鞘管３４より一回り大きな径（内径３６１ｍｍφ、外径３８５ｍｍφ）で高さが３００ｍｍの扁平な鋼管を中心軸に沿って縦長に裁断することによって、略半円筒状に形成されている。それらの外支持管３９，３９は、それぞれ、上端縁際の内周面を、本体部３２の鞘管３４の下端際の外周面に当接させて円筒状に配置された状態で、上端縁の外周が本体部３２の鞘管３４の外周面に溶接されている。そして、それらの２つの外支持管３９，３９の間に、２つの一定幅（７０ｍｍ）の鉛直な差込スリット４１，４１が、軸中心に対して対称な位置に形成された状態になっている。さらに、それらの差込スリット４１，４１を形成している外支持管３９，３９の側端縁の片方の中間（上下の中間）には、それぞれ、略矩形状の係止用凹部４２，４２が形成されている。

そして、それらの外支持管３９，３９の外周に、３つの補強リング体４０，４０・・が固着されている。各補強リング体４０，４０・・は、外支持管３９，３９より一回り大きな径（内径３８５ｍｍφ、外径４２０ｍｍφ）で高さが５０ｍｍの扁平な鋼管であり、それらの補強リング体４０，４０・・は、外支持管３９，３９の外周に、上下に所定の間隔を隔てて嵌め込まれた状態で、それぞれ、上下の周縁が外支持管３９，３９の外周面に溶接されている。

一方、図８は、コッター４３を示したものであり、各コッター４３，４３は、内径が１８０．５ｍｍφの鋼管を中心軸に沿って縦長に裁断することによって、上下幅×横幅＝３００ｍｍ×６５ｍｍの略長方形状に形成されている。そして、上端から所定の長さ（６２ｍｍ）だけ下側の部分に、同一の横幅で上下幅×厚み＝１６ｍｍ×１６ｍｍの係止片４４が水平状に固着（溶接）されている。また、その係止片４４から所定の長さ（６２ｍｍ）だけ下側の部分には、掘削部材１の鞘管４にネジ止めするためのネジ孔４５が穿設されている。

＜延長部材の利用方法＞
上記の如き延長部材３１を掘削部材１と接続する場合には、掘削部材１の係止突起１７，１７を、延長部材３１の接続部３３の各差込スリット４１，４１に差し込むようにして、掘削部材１の内管５を延長部材３１の接続部３３の内支持管３８の内部に挿入するとともに、掘削部材１の鞘管４を延長部材３１の接続部３３の外支持管３９，３９の内部に挿入する。そのように、掘削部材１の内管５及び鞘管４を、それぞれ、延長部材３１の内支持管３８、外支持管３９，３９の内部に挿入させると、掘削部材１の２つの係止突起１７，１７が、各差込スリット４１，４１の内部で、係止用凹部４２の外側に位置した状態となる。

そして、そのように掘削部材１の内管５および鞘管４を、延長部材３１の内支持管３８、外支持管３９，３９の内部に挿入させた状態で、延長部材３１を掘削部材１に対して（上から見て）時計回りに回転させると、各係止用凹部４２，４２の内部に、掘削部材１の各係止突起１７，１７が入り込んだ状態となり、延長部材３１から掘削部材１を引き抜けなくなる。しかる後に、図９の如く、各差込スリット４１，４１の内部に、それぞれ、上方からコッター４３，４３を差し込み、各コッター４３，４３の係止片４４を、一番上側の補強リング体４０に係止させる。そのように、各差込スリット４１，４１の内部にコッター４３，４３を差し込むと、各コッター４３，４３のネジ孔４５，４５が、掘削部材１の鞘管４に穿設されたネジ孔（ネジ溝付きのネジ孔、図示せず）の外側に位置する。そして、各コッター４３，４３のネジ孔４５，４５を挿通させたボルトＢ，Ｂを、掘削部材１の鞘管４のネジ孔に螺着することによって、各コッター４３，４３を各差込スリット４１，４１の内部に固着（螺着）させる。上記の如く、各差込スリット４１，４１の内部にコッター４３，４３を差し込むと、掘削部材１の各係止突起１７，１７が各係止用凹部４２，４２の内部に入り込んだ状態で固定される。

上記の如く延長部材３１と接続された掘削部材１は、上端際の各係止突起１７，１７が延長部材３１の各係止用凹部４２，４２の内部に入り込んだ状態で固定（ネジ止め）されているので、単体の掘削部材１と同様な方法で地盤Ｇ内にねじ込む場合に、延長部材３１から外れてしまったりしない。したがって、地表から固い地盤Ｇ_３までの距離が長い地盤Ｇであっても、単体の掘削部材１と同様に、軟弱な地盤Ｇ中に柱状構造体１８を構築することができる。

＜柱状構造体の作用＞
上記の如く構築された柱状構造体１８，１８・・を利用して、図１０の如く、建造物２０を建造することができる。そのように建造物２０を建造した場合には、柱状構造体１８，１８・・が不同沈下を防止するのみならず、地震発生時等には、砕石層（砕石ドレーン層）１６を介して地盤Ｇ中（特に、地盤Ｇ_２中）に生じた地下水を地表に送り出すことによって、液状化現象を効果的に防止することができる。また、そのように柱状構造体１８，１８・・を利用して建造物２０を建造する際には、柱状構造体１８，１８・・の上部に、図７（ｂ）の如く、一定の高さ（厚さ）の砕石排水層１９を設けても良い。そのように砕石排水層１９を設けた場合には、砕石排水層１９を介して地表に送り出された地下水を建造物２０の外側へ容易に排出することが可能となる。

＜掘削部材およびそれを用いた地盤改良工法による効果＞
掘削部材１は、上記の如く、円筒状の鞘管４の内部に、鞘管４より小径の内管５が同心円状に挿入されて固着されているとともに、鞘管４の内周と内管５の外周との間の下端際に、平板状の砕石押圧手段７，７が固着された管本体２と、その管本体２の先端に着脱可能に装着される掘削刃１１を設けた先端蓋体３とを有したものである。したがって、掘削部材１は、地盤Ｇ中に立て込んだ状態で内管５の内部に基礎杭である木杭Ｗを挿入し（あるいは、木杭１５を内管５の内部に挿入して地盤中に立て込み）、内管５と鞘管４との間に砕石Ｓ，Ｓ・・を流し込んだ後に、地盤Ｇ中から引き抜くことによって、木杭１５の周囲に円筒状の砕石層（砕石ドレーン層）１６が形成された柱状構造体１８を容易に形成することができる。また、そのように立て込んで砕石Ｓ，Ｓ・・を流し込んでから引き抜く際に、砕石押圧手段７，７が木杭１５の周囲に形成される円筒状の砕石層１６を押圧することによって、当該砕石層１６を、容易に崩れないように適度な強度に締め固めることができる。すなわち、掘削部材１によれば、木杭１５の周囲に強固な円筒状の砕石層１６が設けられた柱状構造体１８を容易に構築することができる。

また、掘削部材１は、砕石押圧手段７，７が、略矩形の平板状に形成されており、対向する２つの端縁を内管５の外周および鞘管４の内周に溶接させて、溶接されていない２つの端縁の高さを異ならせるように所定の角度（約１５°）で傾斜したものであるため、立て込んで砕石Ｓ，Ｓ・・を流し込んでから引き抜く際に、砕石押圧手段７，７が、木杭１５の周囲の砕石層１６を効果的に押圧するため、強固で液状化現象の防止機能が高い柱状構造体１８を構築することができる。

さらに、掘削部材１は、砕石押圧手段７，７が、２個一対のものであり、内管５の軸心を中心とした放射方向を向いて一直線状に配置されており、互い違いの向きに傾斜したものであるため、強固で液状化現象の防止機能が高い柱状構造体１８を、非常に短時間の内にきわめて容易に構築することができる。

一方、上記した掘削部材１を用いた地盤改良工法によれば、木杭１５の周囲に肉厚で強固な円筒状の砕石層１６が設けられており、地震等の際に地盤の液状化現象を効果的に防止することが可能な柱状構造体１８を、短時間の内にきわめて容易に構築することができる。

＜掘削部材およびそれを用いた地盤改良工法の変更例＞
本発明に係る掘削部材の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されず、管本体（鞘管、内管、連結体、砕石押圧手段、係合突起等）、先端蓋体（掘削刃、係合体等）の形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。また、掘削部材を用いた地盤改良工法の構成も、上記実施形態の態様に何ら限定されず、杭立て込み工程、基礎杭挿入工程、砕石充填工程、砕石締め固め工程等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、掘削部材は、上記実施形態の如く、２つの砕石押圧手段を内管の外周に対向するように設けたものに限定されず、３つ以上の砕石押圧手段を内管の外周に等間隔で配置させたもの等に変更することも可能である。また、砕石押圧手段は、上記実施形態の如く、単純な平板状のものに限定されず、下向きの凸の曲面状に形成されたもの等に変更することも可能である。そのように構成した場合には、砕石をよりスムーズに押圧することが可能となり、掘削部材が引き抜きやすくなる、というメリットがある。さらに、砕石押圧手段は、上記実施形態の如く、水平面に対して１５°で傾斜したものに限定されず、傾斜角度を５〜４０°の範囲内で、必要に応じて適宜変更することができる。なお、砕石押圧手段の傾斜角度を１２°以上１８°未満に調整した場合には、管本体を地盤中から引き抜きやすい上、砕石の締め固め度合いがきわめて良好なものとなる、というメリットがある。

また、掘削部材は、上記実施形態の如く、先端蓋体の外側面（下面）に単純な三角形の板状の掘削刃を設けたものに限定されず、先端蓋体の外側面に２つの三角形の板が互いに直交した形状の掘削刃を設けたものや、先端蓋体の外側面あるいは先端際の外周面に螺旋状の掘削刃を設けたもの等に変更することも可能である。

さらに、掘削部材は、上記実施形態の如く、管本体の上端際において鞘管と内管とが２つの連結体によって結合されたものに限定されず、３つ以上の連結体によって結合されたもの等に変更することも可能である。加えて、当該連結体は、上記実施形態の如く、四角柱状のものに限定されず、円柱状のもの等に変更することも可能である。

また、掘削部材は、上記実施形態の如く、単一の管本体によって構成されたものに限定されず、管本体が複数に分割されたものに変更することも可能である。なお、そのように管本体を分割式のものとする場合には、上側の管本体の下端際および下側の管本体の上端際において、鞘管と内管とを連結体によって連結する必要がある。

加えて、掘削部材の先端蓋体は、上記実施形態の如く、円盤状の本体部の内側面（上面）が平坦なものに限定されず、本体部の内側面の中心等の所定の位置に、１つあるいは２つ以上の突起（円柱状体、針状体、円錐状体等）を設けたものとするとともに、木杭の先端に、その先端蓋体の本体部の内側面の突起を嵌め込み可能な１つあるいは２つ以上の円錐状あるいはすり鉢状等の凹状部を形成することも可能である。かかる構成を採用した場合には、施工時に、木杭の先端の凹状部内に本体部の内側面の突起が入り込むため、施工中あるいは施工後において、木杭の先端から先端蓋体がずれにくくなる、というメリットがある。

さらに、管本体に先端蓋体を着脱自在に取り付けるための構造は、管本体に設けられた直方体状の係合突起に先端蓋体に設けられた鉤状の係合体を係合させるものに限定されず、係合突起や係合体の形状を、必要に応じて適宜変更することができる。加えて、掘削部材は、先端蓋体に設けられた係合突起に管本体に設けられた係合体を係合させるもの等に変更することも可能である。

一方、掘削部材を用いた地盤改良工法は、上記実施形態の如く、基礎杭として木杭を用いるものに限定されず、コンクリート製の杭等の木杭とは異なる杭を基礎杭とするもの等に変更することも可能である。また、掘削部材を用いた地盤改良工法は、上記実施形態の如く、地盤中に立て込んだ掘削部材の管本体の内管の内部に基礎杭を挿入するものに限定されず、管本体の内管の内部に基礎杭を挿入した掘削部材を地盤中に立て込むものでも良い。

本発明の掘削部材を用いた地盤改良工法は、上記の如く優れた効果を奏するものであるから、軟弱地盤を改良して液状化を防止するための工法として好適に用いることができる。また、本発明の掘削部材は、そのための装置、部材として好適に用いることができる。

１・・掘削部材
２・・杭本体
３・・先端部材
４・・鞘管
５・・内管
７・・砕石押圧手段
１１・・掘削刃
１６・・砕石層（砕石ドレーン層）
１８・・柱状構造体
Ｇ・・地盤

Claims

軟弱地盤の改良工事に用いられる地盤を掘削するための掘削部材であって、
円筒状の鞘管の内部に、鞘管より小径の内管が同心円状に挿入されて固着されているとともに、鞘管の内周と内管の外周との間の下端際に、平板状の砕石押圧手段が固着された管本体と、
その管本体の先端に着脱可能に装着される掘削刃を設けた先端蓋体とを有しており、
前記砕石押圧手段が、略矩形の平板状に形成されており、対向する２つの端縁を内管の外周および鞘管の内周に溶接させて、溶接されていない２つの端縁の高さを異ならせるように所定の角度で傾斜したものであることを特徴とする地盤改良工事用の掘削部材。
前記砕石押圧手段が、２個一対のものであり、内管の軸心を中心とした放射方向を向いて一直線状に配置されており、互い違いの向きに傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工事用の掘削部材。
地盤中に基礎杭を立て込むとともに、その基礎杭の周囲に円柱状の砕石層を形成する地盤改良工法であって、
請求項１に記載の掘削部材を所定の方向に回転させながら地盤中に立て込む杭立て込み工程と、
前記掘削部材の内管の内部に基礎杭を挿入する基礎杭挿入工程と、
前記掘削部材の鞘管の内周と内管の外周との間に砕石を充填する砕石充填工程と、
前記掘削部材を前記所定の方向と逆方向に回転させながら引き抜くことによって立て込まれた基礎杭の周囲の砕石を締め固める砕石締め固め工程とを有することを特徴とする地盤改良工法。