JPH0819666B2

JPH0819666B2 - 振動を用いて土層を締め固めるための方法と装置

Info

Publication number: JPH0819666B2
Application number: JP60505145A
Authority: JP
Inventors: マサルシユ・カルル・レネ
Priority date: 1984-11-12
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1996-02-28
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: AU587586B2; SE8405657D0; BR8507035A; AU5097885A; SE456507B; SE8405657L; EP0203137A1; CA1240163A; US4699546A; DE3572374D1; WO1986002964A1; JPS62501431A; ZA858642B; EP0203137B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、土を深く締め固めるための方法と装置に関
し、好ましくは土をその個有周波数でまたはその上音の
うちの一つで締め固めるための方法と装置に関する。

土層を深く締め固めるために今日一般に知られた方法
において、数メートルの長さのロツドまたはパイプが用
いられ、その全長にわたつて、放射状に突出する複数の
フインまたはブラケツトが設けられている。その装置
が、土層にユニツトとして打ち込まれる。振動装置が、
クレーンまたは同様なものを用いてロツドの上端に取り
つけられる。振動装置が定常周波数で通例約20Hzで作動
し、頂点が下を向いたかつロツドおよびフインと同心の
円錐の形状を有する領域で一定の締め固めが行なわれ
る。なぜなら、これらのロツドとフインによりそれらの
運動中土がロツドとフインに伴うようになるからであ
る。

「振動−翼方法」という名称でなお知られている周知
の方法と装置のもつ欠点は、締め固めが比較的ゆつくり
進むこと、振動が伝播される有効表面が小さく、次いで
締め固められた材料の容積がフインの範囲に制限される
ことになること、ロツドまたはパイプを約1.5−２メー
トルの間隔をおいて互いに近接して配置しなければなら
ないこと、今日市場で手に入るが、土層の特別な性質を
考慮してない振動装置により要求される一定周波数で締
め固めを行なうこと、そして締め固められた土層が放射
状に突出するフインを有効に錠止するので、締め固め終
了後ロツドまたはパイプを土から引き出すことが困難で
あることである。それは締め固めるべき大容積の土、例
えば砂または沈泥の問題であるので、締め固め手段の数
を最小に保ち、すなわち地中に打ち込まれるロツドまた
はパイプの間隔は結果として締め固めを低下させずにで
きるだけ大きくしなければならないこと、および締め固
め時間ができるだけ短かくなければならないことが重要
である。さらに、締め固め手段を土層から容易に引き出
せるように装置を満足させなければならない。

DE−Ａ−27 27 280には、土層をその個有周波数で締
め固める装置が記載されている。すでに述べた装置の場
合のように、この装置は、地中に打ち込むことができる
パイプを有する。振動装置がパイプの上端に取りつけら
れ、そのパイプの表面に軸方向に延びるフインが配置さ
れている。振動装置がパイプの長手方向軸線に関して一
定の角度でおよび／またはこの軸線に対し偏心してパイ
プに連結され、従つて管には作動中半径方向の揺動する
歪みが与えられる。このように締め固めがパイプの半径
方向歪みにより行なわれ、本発明の場合のように、パイ
プの軸方向における結合した運動により行なわれない。
周知の装置のパイプには、軸方向に分配された放射状に
延びるフインが設けられているので、パイプの補剛が得
られるが、それはその締め固め特性を低下させる一因と
なる。

本発明による方法と装置では、上記の不利益が緩和さ
れると共に、締め固めをいつそう有効にする。本発明に
より、土層の締め固めが、地中に打ち込まれるロツドま
たはパイプ（以下「棒」と呼ぶ）を用いて行なわれ、棒
の軸方向長さは振動されない状態で有する長さに対して
振動締め固め中に変化する。棒を振動装置により地層の
個有周波数でまたはその上音のうちの一つで振動させる
のが好ましく、これにより最も有効な締め固め結果を与
える。従つて、棒の軸方向剛さを土層の剛さに有利に適
するように調節することができる。棒が土層の個有周波
数で振動するときに、土も低い振動エネルギーを使いな
がらその個有周波数で振動し始める。土を握持して棒の
運動に伴なわせるためにフインまたはブラケツトを棒に
沿つて設ける必要がない。同時に、振動がそれ自体比較
的大きい領域にわたつて伝播する。確かな計算によれ
ば、土は棒の中心から10メートルまでの距離で振動す
る。土層の個有周波数を次の公式で計算できる。

ここで、Ｃは１秒当りのメートル数で表わした材料の
位相速度であり、Ｈは土層の全深さである。

簡単な計算例では、10メートルの土層が、締め固める
べき、水で飽和した砂だけからなると仮定することがで
きる。この場合に、材料の位相速度は毎秒約1500メート
ルである。これは37,5Hzの個有周波数を与える。従つ
て、振動装置は、最も有効な締め固め結果のために、初
期位相で約37,5Hzでまたはその上音に相当する周波数で
振動しなければならない。締め固めが土層の最も低い個
有周波数で実施される場合に、土層が同質でないと仮定
すると、それは一つの振動節しか有しない。締め固め周
波数を土層の上音のうちの一つに増加することにより、
振動節がいつそう多くなり、それにより締め固め過程を
いつそう能率的にすることができる。しかしながら、土
層の構造は複雑であり、実際に土層は一般に単一の同質
の層からならず、例えば砂、粘土、砂利などのような種
々の層の混合物からなる。このことは、土層の位相速度
が締め固め中変化することを意味し、それは同質である
土層の場合にさえそうでありうる。従つて、締め固め周
波数を連続的に変えて変化する位相速度に適するように
し、これにより最適の締め固め周波数を得ることが重要
である。

棒が振動にさらされると同時に棒の軸方向長さが変化
できると述べることにより、次に棒を入れ子式にまたは
弾力（レジリエンス）をもって、すなわち曲げ、圧縮、
伸長の後に原形または原位置に戻ることができる力また
は能力（以下、弾力と言う）をもって実施できることが
意図される。弾力的な実施により意図されることは、例
えば、棒の材料が弾性的（エラスチック）であるか、ま
たは棒が螺旋状に形成されることにより棒が、圧縮され
るかまたは延長されるばねとして機能する。前述した特
性の組合わせを有する棒も本発明の範囲内で想到するこ
とができる。このように、棒の軸方向変化、すなわちこ
の方向における棒の可動性を複数の種々の方法で実現す
ることができる。例えば、棒を、大きな弾力性をもつた
材料で作られたパイプとして形成することができる。さ
らに、そのようなパイプの軸方向可撓性を改良するに
は、パイプにその円筒面に沿つて複数の穴または開口を
設ければ良い。それに代る方法として、棒を入れ子式に
実施するか、または弾力的な材料層を経て相互に連通し
ている、相互に連結された複数の弾力的な管状区分から
なることができる。また、棒をつる巻線として形成する
こともできる。棒を中空にすれば、特にその円筒面に複
数の貫通開口が設けられている場合に棒が液体導管とし
て機能することもできる。このようにして、液体を棒を
通してどの方向にも導くことができる。

本発明の特徴は添付の特許請求の範囲から明らかであ
る。

さて、本発明を添付図面と関連していつそう詳細に述
べるが、図面において、第１図は装置の実施例を概略的に示し、第2a−ｃ図は軸方向長さを変えることができる棒の三
つの選択的実施例を示し、第３図は本発明による棒の別の実施例である。

全手順中土層の最適の締固め周波数で、すなわちその
固有周波数またはその上音のうちの一つで作動させるた
めに、装置は、可変周波数を有する振動装置１を含み、
この振動装置は、土層に打ち込まれる棒２に取りつけら
れている。一つまたは複数のセンサ３が棒の周りの範囲
に、地表４にまたは地表の下に配置されている。センサ
は、地面の振幅を連続的に監視する。線10,11を経てセ
ンサと連通している分析装置５が、センサからの信号の
周波数内容を分析する。分析装置を用いて地層の個有周
波数またはその上音のうちの一つを連続的に決定するこ
とができる。次いで、分析装置が線12を経て、振動装置
１の周波数と振幅を制御する、振動装置制御手段６に接
続されている。

発明の棒が、その全長に沿つて分配された以前に使用
された半径方向フインまたはブラケツトを欠くので、そ
の棒は軸方向に可変であるように、例えば軸方向に弾力
のあるように実行することができ、それが、土層を締め
固める能率をかなり増加させる一因となる。同時に、土
層を締め固めた後棒を土層から引き抜く作業が容易にな
る。なぜなら、フインが引き抜く動きに制動をかけない
からである。全締め固め過程中振動装置１の周波数を土
層の個有周波数に調整するように締め固めを行ない、そ
の際この周波数をセンサ３の信号から分析装置５により
計算するようにすれば、地中に打ち込まれる棒２による
土層の締め固めの有効性がさらに増加する。従つて、棒
の締め固め周波数が土の変化する動的特性に応じて変化
する。締め固めの開始を容易にするために、棒２の下端
７に、またはその附近に枢着された半径方向ロツド８を
設けることができるが、そのロツド８は、棒を地中に打
ち込んだときに二重矢印９により示したように、棒の表
面に対して引つ込められ、かつ振動中棒の長手方向軸線
に関して半径方向に広がり、そして棒を引つ込めたとき
に棒から解放されて土中に残る。

三つの代わりの実施例が第2a−ｃ図に示されており、
その棒の軸方向長さが変化可能であり、かつその棒で本
発明による方法が実現される。第2a図には、振動装置１
に連結されたパイプ13が示されており、振動装置は振動
をパイプに二重矢印Ｐの方向に伝達する。例に示された
パイプには、複数の貫通穴または開口14が設けられてお
り、これらの開口がさらにパイプの弾力（レジリエン
ス）性、すなわち曲げ、圧縮、伸長の後に原形または原
位置に戻ることができる力または能力の特性を増大す
る。パイプ孔と開口14の助けで、液体をどの方向にも導
くことができる。従つて、パイプ13を地中に打ち込む間
に、液体をパイプの中へ吸い込んで開口14よりどつと流
すことができ、それがパイプを地中にいつそう急速に打
ち込む一因となる。パイプを所望のレベルに打ち込んで
振動装置１を始動させると、そのときパイプが振動中そ
の弾力性によりその軸方向長さを変えるようになるが、
パイプから相当離れた距離でも土層の非常に有効な締め
固めが得られる。「変化する」は、パイプが負荷されな
い状態、すなわち振動されない状態で有する長さに対し
てパイプの長さが増大したり減少したりすることを意味
する。水で飽和した土の場合に、およびその上他の場合
に、締め固めが首尾よくゆくには、締め固められている
領域から水を導き去ることが必要である。これを、ドレ
ーンとしても機能する、穴をあけたパイプにより簡単に
することができる。増加した液体含量が一つまたは複数
の土層に必要である場合に、液体、または石灰、セメン
トまたはポリウレタンのような他の材料と混合された液
体を問題のパイプを経て土の中へ注入することもでき
る。

第2b図には、螺旋状に形成された棒15が示されてお
り、これもその上端で振動装置１に連結されている。そ
の螺旋状の実施により、棒15はその軸方向に他の棒より
相当大きい弾力性を有し、また棒を、液体を排出するた
めおよび／または噴射するため第2a図の開口と同様な開
口を有するパイプとして作ることもできる。

本発明の棒の第三の実施例が第2c図に示されており、
この棒も振動締め固め中軸方向に可変である。この例で
は、棒が互いに連結された複数の区分16a,b,c,dからな
る。四つの区分は図に示されているが、もちろんもつと
多いまたは少ない区分を互いに連結することができる。
この棒には、液体を排出するためおよび／または噴射す
るため或るまたはすべての関係する区分に沿つて穴を設
けることができる。棒の弾力性を増加させるために、弾
性スペーサ17をそれぞれの区分の間に配置することがで
きる。図示した例は別として、装置を入れ子式に延ばす
ことができるように形成することは、もちろん本発明の
範囲内で想到できる。

第３図において、第２図に示されたパイプ13と同様な
パイプ18には、パイプの下部に連結されたスタンピング
手段19が設けられており、この手段の仕事はパイプを打
ち込んだり、土層から引き出したりするのを容易にする
ことである。スタンピング手段19を、パイプに同軸に配
置されたロツド20に連結することができる。スタンピン
グ手段19がなければ、弾力のあるまたは実質的に可撓性
のパイプを地面から引き抜くのが困難である。このよう
に、ロツド20と手段19を用いて、この引き抜きが非常に
容易になる。もちろん、スタンピング手段をどの実施例
にも本発明の範囲内で配置することができる。さらに、
孔のあいたパイプには、パイプを通つて流出する液体に
土粒子が伴わないように防止するフイルタを設けること
ができる。

このように、本発明は、上記の実施例に限定されるも
のだとみなさないで、添付の請求の範囲内で変えること
ができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つまたは複数の層からなる土層を振動に
より締め固める方法であって、少なくとも一つの振動伝
達部材が土層に打ち込まれ、振動発生手段が振動を振動
伝達部材に伝達し、次いで振動伝達部材が周囲の地層を
活性化する方法において、振動伝達部材の軸方向長さ
が、振動のない状態で有するその長さに対して振動締め
固め中に変化することを特徴とする方法。
【請求項２】振動伝達部材の軸方向長さを、弾性的にま
たは弾力的にまたは入れ子式にまたはこれらの組み合わ
せにより変えることを特徴とする、請求の範囲１に記載
の方法。
【請求項３】締め固め中振動伝達部材の軸方向剛さを土
層の剛さに関して調整可能に変化させることを特徴とす
る、請求の範囲１または２に記載の方法。
【請求項４】液体または他の材料を振動伝達部材を通し
て導くことができ、そして液体または他の材料を注入し
たりあるいは排出したりするために振動伝達部材を通じ
て周囲の地層へあるいは周囲の地層から導くことができ
ることを特徴とする、請求の範囲１から３までのうちの
いずれか一つに記載の方法。
【請求項５】振動発生手段および振動伝達部材の周波数
を土の固有振動数と、またはその上音のうちの一つと一
致するように連続的に調整し、前記周波数が土層の位相
速度と共に変化することを特徴とする、請求の範囲１か
ら４までのうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】一つまたは複数の層からなる土層を振動に
より締め固めるための装置であって、土層に打ち込むこ
とができる少なくとも一つの振動伝達部材と、振動発生
手段とを有する装置において、振動伝達部材の軸方向長
さが、振動のない状態で有するその長さに対して振動締
め固め中その軸方向に沿って変化し得ることを特徴とす
る装置。
【請求項７】振動伝達部材はその軸方向長さが変化可能
に弾性的または弾力的または入れ子式であり、またはこ
れらの組み合わせであることを特徴とする、請求の範囲
６に記載の装置。
【請求項８】振動伝達部材がパイプ状手段からなること
を特徴とする、請求の範囲６または７に記載の装置。
【請求項９】振動伝達部材がロッド状手段からなること
を特徴とする、請求の範囲６または７に記載の装置。
【請求項１０】前記振動伝達部材が螺旋状に形成される
ことを特徴とする、請求の範囲８または９に記載の装
置。
【請求項１１】前記振動伝達部材が複数の区分からなる
ことを特徴とする、請求の範囲８から10までのうちのい
ずれか一つに記載の装置。
【請求項１２】パイプ状の手段の円筒面が穴、スロット
または他の開口を有することを特徴とする、請求の範囲
８に記載の装置。
【請求項１３】各穴または開口がフィルタにより覆われ
ていることを特徴とする、請求の範囲12に記載の装置。
【請求項１４】振動伝達部材の下端にスタンピング手段
が設けられていることを特徴とする、請求の範囲８から
13までのうちのいずれか一つに記載の装置。
【請求項１５】前記振動伝達部材の相互に隣合う区分が
弾力的要素により分離されていることを特徴とする、請
求の範囲11に記載の装置。
【請求項１６】振動伝達部材は、振動発生手段の振動を
土層の固有周波数またはその上音のうちの一つと一致す
るように連続的に調整するために一つまたは複数のセン
サ、分析装置および制御手段と連通しており、前記周波
数が土層の位相速度と共に変化することを特徴とする請
求の範囲６から15までのうちのいずれか一つに記載の装
置。