JPH03208908A - 砂地盤の液状化防止工法及びこれに用いられる掘削締固め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、軟弱地盤の改良工法及びその装置に関する
ものであり、さらに詳しくは、砂地盤の液状化防止工法
及びこれに用いられる掘削締固め装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 一般に、飽和状態に近い砂地盤は地震時に液状化する恐
れがあるため、このような砂地盤上に構造物を構築する
場合には、各種の地盤改良工法で地盤を改良する必要が
ある。ところが、このような地盤改良は一般的に極めて
高コストとなるために構造物の構築費の上昇を招き易く
、極力低コストで砂地盤の液状化を防止する工法の開発
が望まれている。従来から行なわれている砂地盤の液状
化防止工法としては、下記の（イ）〜（ホ）が知られて
いる。

（イ）サンドコンパクシジンパイル工法この工法は、コ
ンパクシ日ンパイル工法の一種で、軟弱地盤中に鋼管を
打ち込み、その管内を通じて砂、砂利、砕石等を投入し
、振動あるいは衝撃荷重を用いて砂、砂利、砕石等を圧
入し直径の大きい締固めた柱状体を造成して軟弱地盤を
改良、安定化させる工法である。この工法は、単一の施
工機械で砂質土地盤にも粘性土地盤にも適用可能である
。この工法を砂質土地盤に適用した場合、砂の締め固め
に最ら効果的な振動とパイル材料の圧入効果を同時に利
用することにより、砂の充填密度を増大させ、支持力の
増強、圧縮沈下の低減、地震時等の液状化防止、水平抵
抗の増強、地盤の均一化を図ることができる。

（（Ｊ）　　ロッドコンパクション工法この工法は、軟
弱地盤中に側面に突起物を数多く取り付けた鋼管を打ち
込み、その側面（地表面）から砂、砂利、砕石等を投入
し、振動杭打機を用いて上記鋼管の引抜きと打込みを繰
り返し、締固めた柱状体を造成し、軟弱地盤を改良、安
定化させる工法である。この工法は、支持力増強、沈下
低域、地震時等の液状化防止に対処することができ、主
にゆるい砂質土地盤に適用可能である。

（ハ）バイブロフローテーション工法 この工法は、軟弱地盤中にバイブロフロットと呼ばれる
棒状振動機を先端からの水噴射と振動作用を利用して所
定の深さまで質入し、次に、横方向の水噴射で砂地盤を
飽和せしめながら振動と水締め効果によって地盤の締固
めを行い、機体の周辺に生ずる空隙にはその側面（地表
面）から砂、砂利、砕石等の粗骨材を投入、充填し、振
動の伝達や圧入の効果を増大せしめながら徐々にバイブ
ロフロットを引き上げ、地表面を締固める工法である。

この工法では、地盤中に形成されたバイブロパイルと呼
ばれる締固められた粗骨材の柱状体と、改良された地盤
が一体となって複合地盤を形成し、地盤全体の安定度が
向上する。

この工法は、特に地震時等の液状化防止に顕著な効果を
有し、さらに工期が短く、工事費が安価である等の利点
があり、各種のタンク、構造物、滑走路、道路等の基礎
地盤の改良等に広く用いられている。

（ニ）　グラベルドレーン工法 この工法は、軟弱地盤中に透水性のあるグラベル（礫）
の柱状体を多数設置し、液状化層の水平方向の排水経路
を短縮することにより圧密を促進し排水効果を高めると
同時に圧密を促進し、併Ｕて地盤のせん断強度の増加を
図る工法である。

この工法は、数年間あるいは数十年間に及ぶ長期間、排
水能力を保持することができ、地震発生時に砂地盤内の
間隙水圧の上ｙｒを軽減することができるので、特に地
震時等の液状化防止に顕著な効果を有し、さらに、比較
的静かに施工できるため、市街地での施工、特に既設構
造物の液状化防止対策に適した工法である。

（ホ）深層混合処理工法 この工法は、地盤改良工法の中の固結工法の一種で、地
盤に石灰、セメントモルタル、セメントスラリー等の安
定材を混合撹拌し、土壌を化学的に固結させる工法であ
る。

この工法は、石灰、セメントモルタル、セメントスラリ
ー等の安定材と土壌中の間隙水との水和反応、及び水和
生成物と粘土鉱物とのイオン交換作用、ポゾラン反応を
主体とする化学的固結反応によるために、原地盤をその
まま改良することが可能、大水深水域でら施工可能、周
辺環境に与える影響が少ない、無振動、無騒音工法であ
る等の特徴を有する優れた工法である。

【発明が解決しようとする課題］ ところで、上記（イ）の工法では、軟弱地盤中に鋼管を
打ち込む際や、振動あるいは衝撃荷重により砂、砂利、
砕石等を圧入し締固める際に、大きな振動と騒音が発生
し隣接の構造物や近隣の住民に悪影響を及ぼすという問
題がある。近年、特に市街地では、住環境の保護の観点
から振動や騒音に対しても従来以上の厳しい環境基準を
遵守することが望まれており、市街地においてこの工法
を施工することがますます困難になってきている。

また、上記（ロ）の工法では、振動杭打機を用いて鋼管
の引抜きと打込みを繰り返し締固めた柱状体を造成する
際に、大きな振動と騒音が発生ずるという問題がある。

また、この工法は、地盤中の細粒分の含有率が多くなる
と締固め効果が減少するため・細粒分が１５〜２０％程
度までの砂地盤において有効であり、３０〜４０％以上
ではほとんど効果が期待できないという欠点がある。

また、上記（ハ）の工法では、水噴射と振動作用により
棒状振動機を孔内に貫入する際や、横方向の水噴射と同
時に振動と水締め効果によって地盤の締固めを行う際に
、大きな振動と騒音が発生ずるという問題がある。

また、上記（ニ）の工法では、ドレーンの位置やその間
隔等により排水性能が大きく異なり、確実な排水効果が
得にくく砂地盤の液状化防止の効果が不明瞭であること
と、建設コストが高い等の問題がある。

また、上記（ホ）の工法では、施工機械が大型であるこ
とと、地盤改良に要する直接工費が他の工法と比べて高
価である等の問題がある。この工法は、他の従来工法が
材料面、環境面、工期等にいろいろ制約を受けるように
なったことから、最近、注目を浴びているが、開発後、
日が浅いために、設計、施工に関しているいろな問題が
残されている工法である。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたしのであり、
低振動、低騒音で市街地においても施工可能で、しかも
低コストで施工できる砂地盤の液状化防止工法及び掘削
締固め装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明は次の様な砂地盤
の液状化防止工法及び掘削締固め装置を採用した。

この発明のうち、第１の請求項に係る発明は、砂地盤中
に砂、砂利、礫等からなる透水性の柱状体を構築するこ
とで液状化を防止する工法である。

まず、掘削締固め装置により前記砂地盤中に柱状の掘削
孔を形成し、次に、前記掘削締固め装置の周囲（地表面
）から前記掘削孔内に砂、砂利、礫等を送り込み、最後
に、前記掘削締固め装置により前記砂、砂利、礫等を締
固めるとともに前記掘削孔の周囲の砂地盤を締固め、前
記砂、砂利、礫等からなる透水性の柱状体を構築するこ
とを特徴とする砂地盤の液状化防止工法である。

また、第２の請求項に係る発明は、ケーシングロッドの
外周に第１の螺旋状の刃を設け、前記ケーシングロッド
の下端にバイブロフロットを同軸的に設け、該バイブロ
フロットの外周に第２の螺旋状の刃を設けてなることを
特徴とする掘削締固め装置である。

〔作用コ この発明の砂地盤の液状化防止工法においては、砂地盤
上に構造物を構築する場合、あるいは既に構造物が構築
されている砂地盤が完全飽和に近い場合、掘削締固め装
置により、その砂地盤中に柱状の掘削孔を形成し、掘削
締固め装置の周囲（地表面）から前記掘削孔内に砂、砂
利、礫等を送り込み、前記掘削締固め装置により前記砂
、砂利、礫等を締固めるとともに砂地盤を締固め、前記
砂、砂利、礫等からなる透水性の柱状体を構築する。

このようにすると、砂地盤内の水平方向の排水経路を短
縮することができるので、地震時に発生した過剰水圧も
消散し、地震時における間隙水圧の上昇ら抑制すること
となる。

また、この発明の掘削締固め装置においては、ケーシン
グロッドの外周に第１の螺旋状の刃を設け、前記ケーシ
ングロッドの下端にバイブロフロットを同軸的に設け、
該バイブロフロットの外周に第２の螺旋状の刃を設けて
いるので、振動や騒音を著しく低減した状態で間欠的に
砂地盤の締固めを行う。

［実施例］ 第１図（ａ）〜（ｄ）はこの発明の一実施例を示す図で
ある。

この実施例は、完全飽和に近い砂地盤１において、その
砂地盤１上に構造物を構築する際に実施される液状化防
止工法であって、掘削締固め装置２により砂地盤ｉ中に
柱状の掘削孔３を形成し、掘削締固め装置１２の周囲（
地表面４）から掘削孔３内に砂利５を送り込み、掘削締
固め装ｆｔ２により砂利５を締固めるとともに掘削孔３
の周囲の砂地盤６を締固め、砂利５からなる透水性の柱
状体７を構築することで、砂地盤上の液状化を防止する
ようにしている工法である。

まず、この実施例の掘削締固め装ＷＬ２の構成について
説明する。

掘削締固め装置２は、ベースマシン等の支持装置Ｒ（図
示仕ず）により垂直に保持されており、上下方向に移動
自在、かつ任意の位置に固定自在に構成されている。

掘削締固め装置２は、ケーシングロッド１０とバイブロ
フ【Ｊブト１１からなる本体１２と、駆動装置１３とを
主たる構成要素とするしのである。

ケーシングロット１０は、長尺の鋼管からなるしのであ
り、このケーシングロット１０の外周１４には、ケーシ
ングロットＩＯを軸として上下方向に延／［する第１の
螺旋状の刃が固定されている。

この外周１４の下端１４ａには、外周１４から垂直方向
かつ外方に延出する第１の板部１６が固定されている。

バイブロフロット１１は、儲心軸と加振装置を内蔵する
棒状体のもので、加振装置を作動させることによりこの
バイブロフロット！１を水平方向に振動させ、この振動
から生じる衝撃力により掘削孔３内の砂利５を締固める
とともに掘削孔３の周囲の砂地盤６を締固めるものであ
る。

このバイブロフロットＩＩの外周１７には、バイブロワ
ロット１鳳を軸として上下方向に延在する第２の螺旋状
の刃が固定されている。このバイブロフロット１１の下
端１１ａには、垂直下方に突出する円錐状の先端部！９
が形成されている。

また、外周１７の上端１７ａ付近は、周方向に縮径され
ており、上端１７ｍには外周１７から垂直方向かつ外方
に延出する第２の板部２０が接合されている。この第２
の板部２０は、上述した第１の板部Ｉ６と同一の形状で
ある。

ケーシングロッド１０の第１の板部！６とバイブロフａ
−）ト１１の第２の板部２０とは、それぞれの板面が互
いに密接した状態でボルト２１にて接合されており、第
１の螺旋状の刃１５を有するケーシングロッドＩＯと第
２の螺旋状の刃１８を有するバイブロフロット１１とは
一体となって本体１２を構成し、垂直方向の軸線の回り
に回動自在である。

一方、ケーシングロット１０の上端１０ａには、本体１
２を垂直方向の軸線の回りに変速可能に回動さＵ′るた
めの駆動装置１３が取り付けられており、この駆動装置
１３はベースマシン等の支持装置（図示せず）に固定さ
れている。

以下、この発明の実施例の工法について、図を参照して
詳細に説明する。

（イ）　［第１図（ａ）参照］ まず、掘削孔３を形成しようとする砂地盤ｌの地表面４
付近の所定の位置にベースマシン等の支持装置（図示せ
ず）を設置し、締固め装置２を所定の位置に垂直に保持
しながらパイプロフロット１１の先端部！９を砂地盤藍
の地表面４の所定の位置に当接する。次に、駆動装置１
３により本体１２を順方向（ケーシングロッドＩＯの上
端１０ａ上方から本体１２の軸線を見下ろしたときに右
回りの方向）に低速で回転させながら砂地盤ｌを所定の
深さまで掘削し、柱状の掘削孔３を形成する。

次に、本体１２を逆方向（ケーシングロッド！０の上端
１０ａ上方から本体１２の軸線を見下ろしたときに左回
りの方向）に低速で回転させ、地表面４の上方へ引き上
げる。本体１２に付着した土砂類を取り除き、再度本体
１２を掘削孔３内に挿入し、バイブロフロット１１の先
端部１９を掘削孔３の底面３ａに当接させる。

（ロ）　し第１図（ｂ）参照］ 本体＋２の周囲（地表面４）に砂利５を山積みし、本体
１２を逆方向に低速で回転させながら砂利５を掘削孔３
の下方へ送り込み、底面３ａ上に堆積させる。

（ハ）　［第１図（ｃ）参照］ 駆動装置１１１３によりバイブロフロット１１を水平方
向に振動させ、バイブロフロットＩＩの周囲の砂利５を
周方向に拡径する方向に締固めると同時に、掘削孔３の
周囲の砂地盤６も締固める。次に、本体１２を逆方向に
回転させ、砂利５を掘削孔３の下方へ送り込み堆積させ
、再度、駆動装置１３によりバイブロフロット１１を水
平方向に振動させ、バイブロフロットＩ＋の周囲の砂利
５と掘削孔３の周囲の砂地盤６を締固める。以上の操作
を縁り返し行い、バイブロフロット１１と周囲の砂利５
との間に空隙がなくなるまで砂利５及び周囲の砂地盤６
の締固めを行う。

（ニ）　［第１図（ｄ）参照］ 本体＋２をバイブロフロット！■の高さだけ垂直上方に
引き上げ、本体１２を逆方向に低速で回転させ、砂利５
を掘削孔３の下方へ送り込み、堆積さＵｏる。

以下、上述したバイブロフロット１１の水平方向の振動
による砂利５と砂地盤６の締固めと、本体Ｉ２の逆方向
の回転による砂利５送りを再三繰り返しながら、順次上
方に移動することにより、口１削孔３の周囲の砂地盤６
と砂利５を充分締固め、砂地盤１中に砂利５からなる透
水性の柱状体７を横築する。

以上、詳細に説明した様に、上記実施例の砂地盤の液状
化防止工法によれば、掘削締固め装２ｆ２の周囲（地表
面４）に砂利５を山積みし、この砂利５を掘削孔３内に
送り込み、掘削締固め装置２により砂利５を締固めると
ともに掘削孔３の周囲の砂地盤６を締固め、砂利５から
なる透水性の柱状体７を構築することとしたので、従来
の工法の様に、例えば、振動あるいは衝撃荷重により砂
利５を圧入したり、水噴射と振動作用を併用して掘削孔
３内への貫入、砂地盤６の締固めを行う必要がなくなり
、施工中の振動や騒音を低減することができる。また、
掘削孔３の底部３ａから上方に順次、砂利５と砂地盤６
の締固めを行い、砂利５からなる透水性の柱状体７を構
築することとしたので、柱状体７と掘削孔３の周囲の砂
地盤６が一体となって複合地盤を形成することができ、
砂地盤１内の水平方向の排水経路を短縮することができ
、地震時に発生した過剰水圧も消散し、地震時における
間隙水圧の上昇も抑制することができることとなる。し
たがって、支持力の増強、圧縮沈下の低減、地震時等の
液状化防止等、地盤改良の効果をさらに向上させること
ができる。また、従来の工法と比べて、低コストで施工
できるために、各種の構造物や道路等の基礎地盤の改良
等に広く適用可能である。

また、ケーシングロッドｌＯの外周１４に第１の螺旋状
の刃を設け、このケーシングロッドｌＯの下端にバイブ
ロ７０ツト１１を同軸的に設け、バイブロフロット１１
の外周１７に第２の螺旋状の刃を設けてなる掘削締固め
装置２としたので、従来の工法の様に、例えば、大きな
振動や騒音を発生するバイブロハンマー等の振動杭打機
等を使用せずに済み、砂地盤を掘削する際に発生ずる振
動や騒音を昔しく低減することができる。したがって、
市街地において低振動、低騒音で施工することが可能に
なる。また、バイブロフロット１１は地中内部で地盤を
締固める際に使用されるので、発生ずる振動や騒音は従
来の工法と比べて大きくなく、また、間欠的に締固めを
行うので、従来の工法のように施工の間中振動や騒音を
発生し続けることがなく、振動や騒音の発生を低減する
ことが可能になる。

以上、上記実施例によれば、振動や騒音を低減すること
ができ、従来の工法と比べて低コストで施工できること
となるので、地盤改良の適用範囲が広がり、また、市街
地においても施工可能となり、種々の優れた効果を期待
することができる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、この発明の第１の請求項に
係る砂地盤の液状化防止工法によれば、掘削締固め装置
により０９記砂地盤中に柱状の掘削孔を形成し、前記掘
削締固め装置の周囲（地表面）から０４記掘削孔内に砂
、砂利、礫等を送り込み、最後に、前記掘削締固め装置
により前記砂、砂利、礫等を締固めるとともに前記掘削
孔の周囲の砂地盤を締固め、前記砂、砂利、礫等からな
る透水性の柱状体を構築することとしたので、従来の工
法の様に、例えば、振動あるいは衝撃荷重により砂、砂
利、礫等を圧入したり、水噴射と振動作用を併用して孔
内への貫入、地盤の締固めを行う必要かなくなり、施工
中の振動や騒音を低減することができる。また、砂、砂
利、礫等で構築される柱状体と砂地盤が一体となって複
合地盤を形成することができ、砂地盤内の水平方向の排
水経路を短縮することかでき、地震時に発生した過剰水
圧も消散し、地震時における間隙水圧の上昇も抑制する
ことができることとなる。したがって、支持力の増強、
圧縮沈下の低減、地震時等の液状化防止等、地盤改良の
効果をさらに向上させることができる。

また、従来の工法と比べて、低コストで施工できるため
に、各種の構造物や道路等の基礎地盤の改良等に広く適
用可能である。

また、第２の請求項に係るこの発明の掘削締固め装置に
よれば、ケーシングロッドの外周に第１の螺旋状の刃を
設け、前記ケーシングロッドの下端にバイブロフロット
を同軸的に設け、該バイブロハンマーの外周に第２の螺
旋状の刃を設けることとしたので、従来の工法の様に、
例えば、大きな振動や騒音を発生ずるバイブロハンマー
等の振動杭打機等を使用りすに済み、施工中の振動や騒
音を低減することができる。また、バイブロフロットは
地中内部で地盤を締固める際に使用されるので、発生す
る振動や騒音は従来の工法と比べて大きくなく、また、
間欠的に締固めを行うので、従来の工法のように施工の
間中振動や騒音を発生し続けることがなく、振動や騒音
の発生を低減することが可能になる。したがって、市街
地において低振動、低騒音で施工することが可能になる
。

以上により、種々の点で改良され、優れた効果を期待す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の請求項に係る砂地盤の液状化
防止工法を示す図であって、第１図（ａ）は掘削締固め
装置の本体部分を既に掘削した砂地盤の掘削孔に再度挿
入した状態を示す側面図、同図（ｂ）は本体の周囲（地
表面）に山積みされた砂利を本体により掘削孔の下方へ
送り込んでいる状態を示す側面図、同図（Ｃ）はバイブ
ロフロットにより砂利とともに砂地盤を締固めている状
態を示す側面図、同図（ｄ）は本体を順次上方に移動さ
せながら砂利とともに砂地盤を締固め透水性の柱状体を
構築している状態を示す側面図である。 第２図はこの発明の第２の請求項に係る掘削締固め装置
のケーシングロッドとバイブロフロットの接合部分を示
す部分側面図である。 ！、６　・・・・・・砂地盤、 ２　・・・・・・掘削締固め装置、 ３　・・・・・・掘削孔、　　　４　・・・・・・地表
面、５　・　・・砂利、　　　　　７　・・・・・・柱
状体、１０　・・・・・・ケーシングロッド、１１　・
・・・・・バイブロフロット、１２　・・・・・・本体
、　　　　１３　・・・・・・駆動装置、１４−・・・
・・外周、 １５　・・・・・・第１の螺旋状の刃、１６　・・・・
・・第１の板部、１７　・・・・・・外周、１８　・・
・・・・第２の螺旋状の刃、１９　・・・・・・先端部
、　　　２０　・・・・・・第２の板部、２１　・・・
・・・ボルト。 第２−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）砂地盤中に砂、砂利、礫等からなる透水性の柱状
   体を構築することで液状化を防止する工法であって、掘
   削締固め装置により前記砂地盤中に柱状の掘削孔を形成
   し、前記掘削締固め装置の周囲（地表面）から前記掘削
   孔内に砂、砂利、礫等を送り込み、前記掘削締固め装置
   により前記砂、砂利、礫等を締固めるとともに前記掘削
   孔の周囲の砂地盤を締固め、前記砂、砂利、礫等からな
   る透水性の柱状体を構築することを特徴とする砂地盤の
   液状化防止工法。
2. （２）ケーシングロッドの外周に第１の螺旋状の刃を設
   け、前記ケーシングロッドの下端にバイブロフロットを
   同軸的に設け、該バイブロフロットの外周に第２の螺旋
   状の刃を設けてなることを特徴とする掘削締固め装置。