JP7328738B2 - 締固め砂杭造成方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中に砂材料を締固めて所定強度の締固め砂杭を造成する方法において、特に昇降装置として強制昇降装置を用いる場合に好適な締固め砂杭造成方法に関する。

対象の締固め砂杭造成方法は、図９に示した特許文献１のごとく中空管８をリーダー２に沿って昇降する強制昇降装置（昇降手段）４、及び中空管８を正転又は逆転する回転装置（回転手段）５やホッパ２５等を有したアタッチメント４３を備え、図１０において中空管８を符号（１）から（３）のごとく地盤の設計深度まで貫入した後、地表まで引抜く過程で中空管８を一定深さ引抜きつつ下端から中空管内の砂材料を排出する符号（４）の引抜工程と、中空管８を再貫入して排出した砂材料を締固める符号（５）の締固め工程とを繰り返すことで締固め砂杭を造成するものである。ここで、強制昇降装置４は、リーダー２に沿って設けられたラック２２と、ラック２２と噛み合うよう筐体４０側に軸支されて不図示の油圧モータ等により駆動されるピニオン４２を有し、ラック２２に対するピニオン４２の回動を伴って中空管８を昇降する。

これに対し、図１１に示した特許文献２の締固め砂杭造成において、この昇降装置はアタッチメント６（中空管３、回転装置４、ホッパー装置５）をワイヤ８によってリーダー１の上部を通りかつ吊り下げた状態で昇降する巻取装置９からなり、アタッチメント６と巻取装置９との間にあるワイヤ８部分に設けられて、巻取装置９とは別個に中空管３を所定振幅で上下動するウエーブ発生装置１０を有している。そして、中空管３を再貫入して排出した砂材料を締固める締固め工程において、ウエーブ発生装置１０により中空管３を所定振幅で上下動することにより、締固め力としては中空管６及び回転装置４などの重量に加え、ウエーブ発生装置１０による中空管３の上下動も加わって締固め力をより増大できるようにする。

特開２０１５－６３８０３号公報 実開平６－７４６２５号公報

特許文献１では、中空管を強制昇降装置つまりリーダー上下方向に設けられたラックに対するピニオンの回動により中空管を強制的に昇降して引抜いたり回転圧入する。この強制昇降では、地盤の間隙水圧の上昇を抑制するよう時間をかけて施工することにより、地盤改良の締固めにおいて高い改良効果が得られることが分かっているが、施工に時間がかかるためコスト高となる（特開２０１７－８２４６８号、特開２０１７－８２４６９号公報）。

一方、特許文献２では、ウエーブ発生装置により中空管を所定振幅で上下動して締固め力を増大させ、締固め砂杭の締固め力および杭径を増大できることが記載されている。この例では、昇降装置の速度をウエーブ発生装置を用いない通常施工と同等とすることで、施工時間が通常施工と等しくなる。しかし、図１１（ｂ）の拡大部にあるようにウエーブ施工時の各引き上げ過程において、中空管から砂材料が地中に過剰に排出され易い。この点は後述する図８を参照されたい。このため、より多くの砂材料が必要となりコスト高となる。

本発明は以上のような背景から、通常施工と同じ時間で、通常施工より多くの砂材料を使用することなく、通常施工より改良地盤の液状化強度を高めることができるようにする、換言すると施工時間が従来とかわらずに液状化強度を増加し、砂材料のロスを少なくできるようにすることを目的としている。他の目的は以下の内容説明のなかで明らかにする。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、リーダー側に設けられたラック又はピンラックと噛み合うピニオン又はスプロケットを有し、前記ピニオン又はスプロケットの駆動により中空管を前記リーダーに沿って昇降する強制昇降装置を備え、前記中空管を地盤の設計深度まで貫入した後、地表まで引抜く過程で前記中空管を一定深さ引抜きつつ下端から中空管内の砂材料を排出する引抜工程と、前記中空管を再貫入して排出した砂材料を締固める締固め工程とを繰り返すことで締固め砂杭を造成する締固め砂杭造成方法において、前記強制昇降装置に対し昇降方向に所定長さ往復運動可能であると共に駆動制御可能な状態に設けられた反復往復装置を有し、 前記中空管を再貫入して排出した砂材料を締固める締固め工程で前記強制昇降装置と合わせて前記反復往復装置を稼働し、前記中空管の引抜工程から次の引抜工程の間の締固め工程で前記反復往復装置を少なくとも２往復させて、前記中空管の下降速度に緩急を与えることを特徴としている。

以上の本発明方法において、『砂』とは砂と共に砂利や砕石、更に砂類似の固化材等の粒状物を含む構成、つまり通常より広義な意味で使用している。また、強制昇降装置とは、図９に例示されるごとく中空管をリーダー側のピンラックやラック等に案内して機械的に昇降するタイプであり、図１１に例示されるごとく中空管をワイヤによって吊り下げた状態で巻取装置により巻き上げるタイプに対するものである。反復往復装置としては、図１の模式図に示したごとく強制昇降装置に対し中空管を所定長さだけ昇降方向に駆動制御可能であればよく、駆動構造としてクランク機構、ジャッキ機構、ラックとピニオン機構、ソレノイド機構、リニアモータ機構等を有している。

また、本発明方法は、以下のように具体化されることがより好ましい。すなわち、
（１）、前記反復往復装置による往復運動のストロークを、前記締固め工程の中空管の下降長さを往復回数の２倍で除した長さとする構成である（請求項２）。
（２）、前記反復往復装置は、前記強制昇降装置に対して５から１０ｃｍ往復移動可能になっている構成である（請求項３）。

請求項１の発明では、強制昇降装置に対し昇降方向に所定長さ往復運動可能であると共に駆動制御可能な状態に設けられた反復往復装置を有し、図７に例示したごとく中空管を再貫入して排出した砂材料を締固める砂杭の造成時に強制昇降装置と合わせて反復往復装置を稼働させ、反復往復装置にて中空管の下降速度に緩急を与えることにより中空管から砂材料の地中への余分な排出量を抑えることができる。この原理は、図８と図７の比較から明らかになるごとく、図８の従来方法だと中空管が締固め工程においてウエーブ発生装置により昇降装置による下降ラインを超えて引き上げられる。これに対し、図７の本発明方法だと中空管が反復往復装置により強制昇降装置による下降ラインよりも上側に引き上げられないよう制御可能になるめである。

換言すると、まず、本発明の反復往復装置と特許文献２のウエーブ発生装置を比較すると、上述したごとく文献２のウエーブ施工だと中空管が昇降装置による下降ラインを超えて引き上げられるので、その都度、中空管から余分な砂材料が排出され易くなる。これに対し、本発明の反復往復装置により中空管が強制昇降装置による下降ラインより引き上げられないよう制御可能なため余分な砂の排出が抑制される。

ところで、最近、砂地盤を締固めて液状化強度を増大させるには、より多くの締固め回数を地盤に与えることが有効であると分かってきた。本発明方法は、引抜き・打ち戻しのストロークを小さくして回数を増やすことにもなるため液状化強度の増大も期待できる。この点では、特開２０１７－８２４６８号、特開２０１７－８２４６９号が施工時の間隙水圧の上昇を抑制することにより杭間Ｎ値を増大させることを開示し、また、特許文献２ではウエーブ施工により砂杭自体の強度を増大させることを開示しているが、本発明方法はそれらに代わる簡易な構成となる。

すなわち、本発明方法では、反復往復装置を稼働さえしておけば、通常施工と同じ操作で施工することができるのでオペレーターへの負荷も少なく、しかも既存の装置に反復往復装置を付加するだけでよいので改造に大がかりな手間と費用を要しない。そして、図９及び図１０に示したような通常施工と同じ時間でより高い液状化強度を得ることが可能となり、打設本数（改良率）の低減による経済効果が得られる。

また、本発明では、図７と図８の比較から分かるごとく、従来３０ｃｍ打ち戻していたものを、反復住復装置を２往復させることにより、１５ｃｍづつ２回に分けて締め固めることになる。これにより締固め回数が２倍となる（勿論、３回に分けて締め固めれば３倍となる）。また、例えば反復往復装置を２往復させると、最初の１往復で、中空管を１５ｃｍ下降すればよく、反復往復装置を７．５ｃｍ下降させると、強制昇降装置による下降と合わせて、７．５ｃｍ＋７．５ｃｍ＝１５ｃｍ下降することとなる。この７．５ｃｍを求めるには、請求項２のごとく３０ｃｍを往復回数の２倍の４で除することとなる。

請求項３の発明では、反復往復装置の往復移動が強制昇降装置に対し５から１０ｃｍと僅かであるため簡易な構造と制御を維持し易い。

本発明方法に用いられる強制昇降装置と反復住復装置の配置例を図９のＡ部に対応して示す模式図である。 本発明方法において、中空管を５０ｃｍ引抜完了、締固め前状態を示す模式図である。 １回目の強制昇降装置下降・反復往復装置下降終了状態を示す模式図である。 １回目の強制昇降装置下降・反復往復装置上昇終了状態を示す模式図である。 ２回目の強制昇降装置下降・反復往復装置下降終了状態を示す模式図である。 ２回目の強制昇降装置下降・反復往復装置上昇終了状態を示す模式図である。 本発明方法により締固め砂杭を造成している途中を示す模式図である。 特許文献２により締固め砂杭を造成している途中を示す模式図である。 特許文献１に開示の締固め砂杭造成方法に用いられる装置の模式図である。 特許文献１に開示の締固め砂杭造成方法を示す模式図である。 （ａ）は特許文献２に開示の締固め砂杭造成装置を示し、（ｂ）はその装置を用いた締固め砂杭造成方法の施工サイクルを示す模式図である。

以下、本発明の締固め砂杭造成方法を図面を参照し説明する。この説明では、本発明方法に使用される砂杭造成装置を概説した後、本発明の締固め砂杭造成方法の要部作用を図２から図６により明らかにし、更に図７及び図８により文献２の従来方法と比較し本発明の利点を明らかにする。

（装置構造例）図１は本発明の締固め砂杭造成方法に好適な砂杭造成装置の要部を示している。この砂杭造成装置１は、図９の装置に対し同図のＡ部を変更したものであり、Ａ部以外は従来構造と同じである。すなわち、砂杭造成装置１は、図９のベースマシン１０を介して移動可能に立設されたリーダ２と、リーダー２に沿って昇降駆動される強制昇降装置５と、強制昇降装置５により昇降移動されるアタッチメント４と、強制昇降装置５とアタッチメント４の間に配置されて強制昇降装置５に対しアタッチメント４を往復移動可能で、駆動制御可能な反復往復装置６とを備えている。また、アタッチメント４には、図９と同じく中空管３が保持され、中空管３に砂材料を投入するホッパー、中空管３を正転又は逆転する回転装置、中空管３にスイベルを介して砂材料を投入するホッパなどが設けられている。

ここで、強制昇降装置５は、従来と同様であり、例えばリーダー２側に設けられたラック又はピンラックと、リーダー２側に摺動自在に嵌合されると共にラック又はピンラックと噛み合うピニオン又はスプロケットを有し、ピニオン又はスプロケットの駆動によりリーダー２に沿って制御された速度で昇降移動される。なお、以上のアタッチメント４及び強制昇降装置５の細部説明は省略するが、反復往復装置６を除いて特許文献１や特開２０１４－１９００９６号公報を参照されたい。

反復往復装置６は、強制昇降装置５に対し昇降方向に所定長さ（好ましくは５から１０ｃｍ程度）往復運動可能であると共に駆動制御可能な状態に連結されている。アタッチメント４に装着された状態において、背面側が強制昇降装置５に対する摺動面６ａに設定されている。この例では、反復往復装置６が強制昇降装置５に対し油圧式ジャッキ機構７などを介して上下動ないしは昇降可能となっている。すなわち、反復往復装置６は、強制昇降装置５に対し所定範囲だけ摺動可能に組込保持されると共に、不図示の油圧やモーター等を利用して駆動制御可能となっている。そして、反復往復装置６は、図７に例示したごとく中空管を再貫入して排出した砂材料を締固める砂杭の造成時、中空管３の下降時に強制昇降装置５と合わせて稼働されることになる。

（締固め砂杭造成方法）図２～図６は本発明方法の要部を模式的に示している。
（ア）、この締固め砂杭造成方法でも、図１０と同じく中空管３が強制昇降装置２により図１０の符号（１）から符号（３）のごとく地盤の設計深度まで貫入される。その後、中空管３を地表まで引抜く過程で、中空管３を一定深さ引抜きつつ下端から中空管内の砂材料を排出する図１０の符号（４）の引抜工程と、中空管３を再貫入して排出した砂材料を締固める図１０の符号（５）の締固め工程とを繰り返す点で従来と同じ。

（イ）、異なる点は、中空管３を再貫入して排出した砂材料を締固めるときの作動制御にある。すなわち、図３と図４は、中空管３が再貫入、つまり図２の状態から１回目の再貫入時の作動を示している。この例では、中空管３が再貫入時の締固め工程で強制昇降装置５と共に反復往復装置６も稼働される。図３において、中空管３が強制昇降装置５により下降されて７．５ｃｍ（－７．５ｃｍ）貫入され、同時に反復往復装置６により下降されて７．５ｃｍ（－７．５ｃｍ）貫入される。この結果、中空管３の移動距離は合計１５ｃｍ（－１５ｃｍ）となる。

（ウ）、続いて、図４において、中空管３が強制昇降装置５により更に７．５ｃｍ（－７．５ｃｍ）下降されて合計１５ｃｍ（－１５ｃｍ）貫入される。この過程では、反復往復装置６が強制昇降装置５に対し７．５ｃｍ上昇されて図２の元の位置まで上昇される。このため、中空管３の下降ないしは貫入量は図３と同じ。

（エ）、続いて、２回目の強制昇降装置の下降において、中空管３が強制昇降装置５により更に７．５ｃｍ（－７．５ｃｍ）下降されると共に、反復往復装置６も稼働される。図５において、中空管３が強制昇降装置５により更に７．５ｃｍ（－７．５ｃｍ）下降され、同時に反復往復装置６により更に７．５ｃｍ（－７．５ｃｍ）下降される。このため、反復往復装置６の下降終了時には、中空管３の移動距離が１５ｃｍ（－１５ｃｍ）となり、中空管３が合計１５ｃｍ＋１５ｃｍ＝３０ｃｍ（－３０ｃｍ）貫入される。

（オ）、続いて、図６において、中空管３は強制昇降装置５により更に７．５ｃｍ（－７．５ｃｍ）下降されて合計３０ｃｍ（－３０ｃｍ）貫入される。この過程では、反復往復装置６は強制昇降装置５に対し７．５ｃｍ上昇されて図２の元の位置まで上昇される。このため、強制昇降装置５の下降・反復往復装置６の上昇終了時には、中空管３の下降ないしは貫入量が図５と同じ。

（カ）、以上の例では、従来だと中空管を３０ｃｍ打ち戻していたものを、反復住復装置６を２往復させることにより、１５ｃｍづつ２回に分けて締め固めることになる。これにより締固め回数が２倍となる。このようにして、反復往復装置６を２往復させると、最初の１往復で、反復往復装置６を７．５ｃｍ（－７．５ｃｍ）下降させると、強制昇降装置５の下降と合わせて、中空管３は合計１５ｃｍ（－１５ｃｍ）下降することとなる。なお、この７．５ｃｍを求めるには、３０ｃｍを往復回数の２倍の４で除することとなる。

（キ）、図７と図８は本発明方法と従来方法の相違をより分かりやすくなるよう図示ものであり、それぞれ再貫入工程を２回行った態様で比較している。ここで、図８のウエーブ発生装置を用いた従来方法では、中空管の上下動による締固め力を専ら期待したものであり、図１０（ｂ）の拡大部に示されるごとく中空管が上側に引き上げられる必要がある。これに対し、反復往復装置６を用いた本発明方法では、中空管を積極的に引き上げない、或いは限定された範囲で引き上げるようにしたものである。換言すると、図８の従来方法では締固め砂杭自体の強度を高めるために中空管を上下動しているが、本発明方法では図７から分かるように締固め回数が反復往復装置６により増えることにより液状化強度も増加されることになる。

（ク）、図８の従来方法では、ウエーブ発生装置によるストロークを調整しても本発明方法と同様の動きにすることは不可能である。図７の本発明方法では、強制昇降装置（リーダー側に設けられたラック又はピンラックと、リーダー側に摺動自在に嵌合されると共にラック又はピンラックと噛み合うピニオン又はスプロケットを有し、ピニオン又はスプロケットの駆動によりリーダーに沿って制御された速度で昇降移動させる装置）５を基本としており、中空管を正確に制御しつつ押し込み可能である。図７の上側に記載した速度はその制御例を示している。これにより、本発明の場合は、反復往復装置６による下降時にさらに早く強力な押し込み力を得ることができる。これに対し、従来方法では、ワイヤで懸架する構造であり、いくらワイヤを早く巻き出してもワイヤが弛むだけで、押し込み力の増加にはならない。本発明方法では、上述したように中空管を強制昇降装置５と反復往復装置６により制御しながら引き上げ、下降させるため押し込み力が大きく得られる。

（ケ）、従来のウエーブ発生装置は、リーダーの頂部の近傍下部側に設けられており、所定間隔を保って配置される２組のシーブ装置と、この一方を上下動する油圧シリンダーなどから構成されている（文献２の段落０００９）。そして、この場合は、中空管の軌跡が図１１（ｂ）の拡大部に示されるようになればよいので振幅などを細かく調整する必要がない。これに対し、本発明の反復往復装置６は、図７に示したごとくストロークを正確に制御して中空管が強制昇降装置５で下降される軌跡より上にいかない範囲で更に下降させる必要がある。

なお、以上の形態例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なものである。例えば、強制昇降装置や反復往復装置の具体的な制御は以上の形態例を参考にして、施工域の地盤性状、要求される締固め度合い等により適宜に展開されることになる。

１・・・・締固め砂杭造成装置
２・・・・リーダー
３・・・・中空管
４・・・・アタッチメント
５・・・・強制昇降装置
６・・・・反復往復装置
７・・・・ジャッキ機構

Claims (3)

1. リーダー側に設けられたラック又はピンラックと噛み合うピニオン又はスプロケットを有し、前記ピニオン又はスプロケットの駆動により中空管を前記リーダーに沿って昇降する強制昇降装置を備え、前記中空管を地盤の設計深度まで貫入した後、地表まで引抜く過程で前記中空管を一定深さ引抜きつつ下端から中空管内の砂材料を排出する引抜工程と、前記中空管を再貫入して排出した砂材料を締固める締固め工程とを繰り返すことで締固め砂杭を造成する締固め砂杭造成方法において、
   前記強制昇降装置に対し昇降方向に所定長さ往復運動可能であると共に駆動制御可能な状態に設けられた反復往復装置を有し、
   前記中空管を再貫入して排出した砂材料を締固める締固め工程で前記強制昇降装置と合わせて前記反復往復装置を稼働し、前記中空管の引抜工程から次の引抜工程の間の締固め工程で前記反復往復装置を少なくとも２往復させて、前記中空管の下降速度に緩急を与えることを特徴とする締固め砂杭造成方法。
2. 前記反復往復装置による往復運動のストロークを、前記締固め工程の中空管の下降長さを往復回数の２倍で除した長さとする特徴とする請求項１に記載の締固め砂杭造成方法。
3. 前記反復往復装置は、前記強制昇降装置に対して５から１０ｃｍ往復移動可能になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の締固め砂杭造成方法。

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