JPH0216815B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軟弱地盤上に建設される構築物の基礎
築造方法、特に軟弱地盤中に合成杭を構築する方
法に関する。

軟弱地盤上の構築物を杭に支持すること、又は
構築物の基礎地盤を改良することは広く採用され
ている。この杭による構築物の支持工法として
は、場所打ち杭による場合と鋼管杭、コンクリー
ト杭等の既製杭を打設する工法とが知られてい
る。このうち場所打ち杭による場合は騒音、振動
等の問題は比較的少いが杭の支持力の信頼性にや
や問題があり、また既製杭による場合は材質が均
一で杭として信頼性が大きいが騒音、振動及び支
持力が比較的小さいという問題がある。

そこで、近年、軟弱地盤をアースオーガーで掘
削し、掘削孔にセメントミルクやセメントモルタ
ルを注入した後、それらの未固結状態で既製杭を
打設して軟弱地盤中に合成杭を構築して地盤改良
を行う工法（特開昭57−51332号公報参照）や、
軟弱地盤をアースオーガーで掘削しつつ鋼管杭又
は中空コクリート杭を軟弱地盤中に立込み、アー
スオーガーを引抜く際にアースオーガーの先端部
よりセメントミルクを注入して原位置土と撹拌混
合することにより、軟弱地盤中に鋼管又はコンク
リート杭を構築する工法（特開昭55−119820号公
報参照）が提案された。

これ等の公報によれば、場所打ち杭に比べて材
質の均一な杭を地盤中に構築でき、また改良の貫
入時に原地盤上を撹拌すること又は一部排土する
方法を採れば、既製杭を直接打設する場合のよう
な騒音、振動の問題も比較的少い。

しかしながら、前者の工法による場合には掘削
土を排土する必要があり、杭の沈下量も比較的大
きくまた後者の工法による場合は元位置土の一部
を改良材と混合することによりソイルコンクリー
トとして利用しているので掘削土の排土の問題は
比較的少いが、改良材としてセメントミルクのよ
うなスラリを使用しているため元位置土との混合
が必ずしも充分に行われず、かつ所定の強度を得
るには比較的多量のスラリ状改良材を要するとい
う問題があつた。

例えば、特開昭56−153012号公報では地盤改良
材を噴射することにより硬化杭を形成する技術が
示されている。この技術では液状の地盤改良材を
用いているが、液状の地盤改良材を含水量の多い
軟弱地盤の掘削孔中の泥水（原位置土）と均一に
混合することは困難であり、地盤改良材が泥水よ
り分離してしまうという問題がある。そのため、
硬化杭中にいわゆる巣が生ずるおそれがある。ま
た、液状の地盤改良材が泥水と混合し難いため、
硬化のために大量の地盤改良材が必要である。さ
らに、噴射注入された地盤改良材に相当する量の
排土を処理しなければならないという問題があ
る。

その他の従来技術としては、特開昭56−142923
号公報で示すように、特殊形状のオーガを用いて
掘削した掘削孔にソイルモルタルを注入し、その
後に既製杭を挿入する技術がある。しかし、この
技術において使用されるソイルモルタルは掘削孔
内面と既製杭表面との間にある空間を充填するも
のでありそれ自体が支持力（負荷能力）を発揮す
るものではない。支持力を有するのは既成杭のみ
である。従つて、必要な支持力を得るためには寸
法の大きな既成杭を用いなければならず、既成杭
の寸法を変更することなくより大きな支持力を得
るという要請に応えることができないという問題
が存在する。さらにこの技術では、支持力を増大
するために杭の上方部分あるいは先端部分のみを
大径にするという要請に対して応えることができ
ない。

本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みて提
案されたもので、既成杭のみが有している支持力
よりも大きな支持力を発揮することができる合成
杭の製造方法の提供を目的としている。

本発明者らは種々の研究実験の結果、粉体噴射
撹拌工法の名で知られている地盤改良工法でもつ
て軟弱地盤中に改良柱体を形成し、該改良柱体の
未固結状態で改良柱体中に既製杭を打設すること
により、比較的少量の粉粒体の地盤改良材でもつ
て品質にばらつきがなく、かつ強度の大きな合成
杭を軟弱地盤中に構築することができ、軟弱地盤
上の構築物基礎杭として好適であることを見出し
た。

本発明の合成杭の築造方法は、駆動装置により
回転駆動する攪拌翼を軟弱地盤中所定の深度まで
掘削して貫入し、該所定の深度まで掘削したなら
ば攪拌翼の断面四角形をした中空攪拌軸の先端部
から空気流により粉粒体の地盤改良材を噴射し、
前記中空攪拌軸の先端部に設けた前記攪拌翼によ
り前記粉粒体の地盤改良材と掘削孔の原位置土と
を攪拌混合し、攪拌混合の際に粉粒体の地盤改良
材と分離した空気を前記中空撹拌軸の回転により
原位置土に形成された該中空撹拌軸の四角形断面
の対角線長さを直径とする孔と該四角形断面との
間の空間を介して地表まで流出させて外部に排出
し、粉粒体の地盤改良材と原位置土との攪拌混合
を行いつつ中空攪拌軸を引抜くことにより該地盤
改良材と原位置土との混合物より成る改良柱体を
軟弱地盤中に形成し、該改良柱体が未固結状態で
あるときに該改良柱体中に既成杭を打設して軟弱
地盤中に基礎杭を構築することを特徴としてい
る。

ここで、地盤改良材としては粉粒体材料のセメ
ントあるいは生石灰が好適に使用できるが、粒径
５mm以下で且つ空気流により噴射できるものであ
れば他の粉粒体材料から成る地盤改良材を使用す
ることができる。

本発明によれば、粉粒体の地盤改良材を用いて
おり、粉粒体は掘削孔内の泥水状の原位置土と良
好に混合し地盤改良材が分離することはない。そ
のため、築造された合成杭中に巣が生ずることも
ない。さらに、粉粒体の地盤改良材が原位置土と
良く混合することから、地盤改良材を注入しても
排土量は増加しない。

また、粉粒体の地盤改良材噴射に用いられた空
気流は中空撹拌軸と原位置土との間の〓間より地
表側に排出され、空気未排出による巣の発生を防
止している。すなわち、断面四角形の中空撹拌軸
の回転により、該四角形の対角線長さを直径とす
る孔が中空撹拌軸の周囲に形成されるが、ここ
で、該孔の断面積は四角形の中空撹拌軸の断面積
よりも大きいので、両者の差に等しい〓間が単に
中空撹拌軸の周囲に存在する。この〓間が原位置
土と中空撹拌軸との間の〓間であり、ここを介し
て空気流は地表へ排出されるのである。

本発明によれば、形成される改良柱体は原位置
土と粉粒体の地盤改良材との混合物より構成さ
れ、それ自体が支持力を有しており、既成杭のみ
が支持力を発揮する訳ではない。そのため、改良
柱体の径あるいは深さを選定することにより、既
成杭の寸法を変更することなく所定の支持力を得
られる。また、中空撹拌軸の引き抜き、粉粒体の
地盤改良材の噴出および原位置土との混合を制御
することにより、既成杭の先端部あるいは上方部
分のみに改良柱体を形成することが可能である
（第４図参照）。

そして、本発明によれば、地盤改良材として粉
粒体の地盤改良材を使用しており、且つ撹拌翼の
機構を適当に選定すれば、少ない撹拌回数でもつ
て充分な原位置土との混合がなされ、比較的少量
の地盤改良材でもつて材質の均一な、かつ支持力
すなわち杭力の大きい合成杭が軟弱地盤中に好適
に構築できる。これに関連して、排土量も少なく
その処理のためのコストを節約することができ
る。

以下、図面を参照して本発明の工法の手順の一
例を説明する。

自走式のベースマシン１を動かして軟弱地盤Ａ
中に合成杭を構築する個所の位置決めを行う（第
１図イ）。次いでベースマシン１の櫓２より吊下
げられた断面四角形の中空撹拌軸３を地盤Ａに貫
入する（第１図ロ）。

地盤改良機本体としては粉粒噴射撹拌工法で使
用されている従来公知の地盤改良機を使用するこ
とができ、その一例を第２図に示す。

撹拌翼に回転力を与えると共に粉粒体の地盤改
良材を空気流によつて供給するための中空撹拌軸
３の先端には超硬チツプ１１を備えた下段撹拌翼
１２が設けられている。下段撹拌翼１２よりもや
や上方には上段撹拌翼１３が設けられていて上段
撹拌翼１３に囲われるようにして中空撹拌軸３に
粉粒体の地盤改良材の噴射口１４が形成されてい
る。

図示されていない駆動源により中空撹拌軸３を
回転させ、撹拌翼１２，１３で軟弱地盤Ａを切削
し、所定の深度貫入して貫入を完了する（第１図
ハ）。

貫入を完了すれば中空撹拌軸３を引抜くと共
に、粉粒体の地盤改良材を噴射して軟弱地盤Ａ中
に改良柱体Ｃを形成していく（第１図ニ）。

第３図にその一例を示し、地表に噴出防止カバ
ー１５を被わせ、中空撹拌軸３を回転しつつ中空
撹拌軸３を通して空気流により粉粒体の地盤改良
材を搬送し、噴射口１４より元位置土Ｂ中に噴射
する。元位置土Ｂ中に噴射された粉粒体の地盤改
良材は回転する撹拌翼１２，１３により撹拌され
た元位置土Ｂと混合される。改良材と分離した空
気は、中空撹拌軸３の回転により原位置土Ｂに形
成された撹拌軸３の四角形断面の対角線長さを直
径とする孔Ｄと撹拌軸３の四角形断面との間の空
間Ｅ（該空間Ｅは巨視的に示されている）を矢印
のように通つて地表に設けられた噴出防止カバー
１５の排気口１６から外部に流出する。

中空撹拌軸３引抜き完了（第１図ホ）。これに
より軟弱地盤Ａ中に改良柱体Ｃが形成される。こ
の改良柱体Ｃは粉粒体の地盤改良材が土中の含水
（含水比例えば60％）により化学反応することに
より固結するが、固結する以前の未固結状態にお
いて改良柱体Ｃ中に既製杭Ｄを打設する。

軟弱地盤Ａ中に改良柱体Ｃが形成し終えればベ
ースマシン１を移動させ、杭打機械４で既成杭Ｄ
を吊下げて改良柱体Ｃ中へ降ろし、ハンマーを利
用して既製杭Ｄを改良柱体Ｃ中に打設する（第１
図ヘ）。既製杭Ｄの立込みが完了すると（第１図
ト）、既成杭Ｄと改良柱体Ｃとにより軟弱地盤Ａ
中に合成杭Ｅが構築される。

既製杭としては鋼管杭、コンクリート杭、鋼管
コンクリート合成杭等いずれであつてもよい。ま
た軟弱地盤Ａ中への合成杭Ｅの構築の仕方として
は、第１図トに示すように既製杭のほぼ全長にわ
たつて改良地盤が取り巻くようにしても、比較的
下部だけを取り巻くようにしても（第４図イ）、
比較的上部だけを取り巻くようにしても（第４図
ロ）、また中間を除いて上部と下部を取り巻く
（第４図ハ）ようにしてもよい。

下記の内容で試験を行つた。

試験地質は、表土、ローム（３ｍ）、砂質シル
ト（1.5m）、粘質シルト（5m）、中砂（5.5m）、
砂礫の堆積層 試験杭の配置は第５図の通りであり、Ｒは改良
柱体、Ｓは鋼管杭、Ｔはアンカーを示し、またＬ
は水平試験杭、Ｍは鉛直試験杭、Ｎは水平反力杭
を示す。杭間隔は200cm、アンカー間隔は400cmで
ある。

第６図は本発明を実施した場合において表−２
の鉛直載荷試験の結果と従来技術とを対比した図
である。第６図において、横軸に載荷荷重（ton）
をとり縦軸に沈下量（mm）をとつて示しており、
記号Ａは本発明の場合であつて、実線は載荷時に
沈下量を示し、点線は荷重を取り去つたときの沈
下量を示している。（試験内容は表−１および表
−２参照）、すなわちまず60tonの荷重をかけると
約２mm沈下し、この荷重を取り去ると沈下量はほ
とんど零となる。次いで90tonの荷重をかけると
約2.5mm沈下し、この荷重を取り去つた後の沈下
量はほとんど零である。そして120tonの荷重をか
けると約3.5mm沈下し、この荷重を取り去つた沈
下量はほとんど零に近かつた。さらに150tonの荷
重をかけると約５mm沈下したが、この荷重を取り
去つた後の沈下量は約１mm程度であつた。

これに対し、曲線Ｂは従来技術を示し、荷重を
120ton印加すると沈下量は時間と共に大となり、
停止することがなかつた。

以上の実験結果からわかるように、本発明の工
法によれば鉛直効力および水平効力の大きい合成
杭を軟弱地盤中に構築することができ、軟弱地盤
の杭基礎工法として好適な工法であるということ
ができる。

その他、本発明の効果を列挙すると以下の通り
である。

(1) 地盤改良材と掘削杭の原位置土とが良好且つ
均一に混合される。従つて、両者が分離するお
それがない。

(2) 地盤改良材噴出に用いる空気流が地表へ排出
されるので、改良柱体に気泡が生ずることがな
い。

(3) 改良柱体も支持力を発揮するので既成杭の形
状、寸法を変更することなく、合成杭の支持力
を所望の程度まで向上することができる。

(4) 中空撹拌軸の引き抜きと粉粒体の地盤改良材
の噴射および混合とを制御することにより、既
成杭の特定部分の周囲にのみ改良柱体を形成
し、合成杭全体の支持力を向上させることがで
きる。

(5) 地盤改良材の使用量を低く押えることができ
る。

(6) 排土量が少ないので、排土処理に要するコス
トが節約できる。

(7) 既成杭の打設は改良柱体が未固結状態の時に
行われるので、打設そのものが容易であり且つ
騒音が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図イないしトは本発明に係る合成杭による
地盤改良工法の施工手順を示し、イは位置決め、
ロは中空撹拌軸の地盤貫入、ハは貫入完了、ニは
中空撹拌軸の引抜き、ホは中空撹拌軸の引抜き完
了、ヘは既製杭の打設、トは既製杭の立込み完了
の各行程図である。第２図は本発明に係る粉体噴
射撹拌工法を実施するために使用する撹拌翼の一
例を示す正面である。第３図は粉粒体の地盤改良
材を元位置土と撹拌混合して軟弱地盤中に改良柱
体を構築する状態を示す説明図である。第４図イ
ないしハは本発明に係る工法によつて構築した合
成杭の各種の一部を断面で示す正面図である。第
５図は試験に供した杭間隔を示す図第６図は試験
結果を示す荷重−沈下量曲線図である。 ３……中空撹拌軸、１１……超硬チツプ、１２
……下段撹拌翼、１３……上段撹拌翼、１４……
改良材噴射口、１５……噴出防止カバー、１６…
…排気口、Ａ……軟弱地盤、Ｂ……掘削された元
位置土、Ｃ……改良柱体、Ｄ……既製杭、Ｅ……
合成杭。

【表】

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 駆動装置により回転駆動する撹拌翼を軟弱地
   盤中所定の深度まで掘削して貫入し、該所定の深
   度まで掘削したならば撹拌翼の断面四角形をした
   中空撹拌軸の先端部から空気流により粉粒体の地
   盤改良材を噴射し、前記中空撹拌軸の先端部に設
   けた前記撹拌翼により前記粉粒体の地盤改良材と
   掘削孔の原位置土とを撹拌混合し、撹拌混合の際
   に粉粒体の地盤改良材と分離した空気を前記中空
   撹拌軸の回転により原位置土に形成された該中空
   撹拌軸の四角形断面の対角線長さを直径とする孔
   と該四角形断面との間の空間を介して地表まで流
   出させて外部に排出し、粉粒体の地盤改良材と原
   位置土との撹拌混合を行いつつ中空撹拌軸を引抜
   くことにより該地盤改良材と原位置土との混合物
   より成る改良柱体を軟弱地盤中に形成し、該改良
   柱体が未固結状態であるときに該改良柱体中に既
   成杭を打設して軟弱地盤中に基礎杭を構築するこ
   とを特徴とする合成杭の築造方法。