JPH086307B2 - 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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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等に液状化する
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） サンドコンパクションパイル工法 この工法は、コンパクショ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、砂の締め固めに最も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。

（ロ） 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、沈下低減、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
所定の深さまで貫入し、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、併せ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
の間隙水圧の上昇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
安定材を混合攪拌し、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、大水深水域でも施工可能、
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接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、振動杆打機を用いて鋼
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するという問題があ
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す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、施工に関していろいろな問
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ものであ
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の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］ この発明の砂地盤の液状化防止工法においては、砂地
盤状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の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も抑制すること
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１中
に柱状の掘削孔３を形成し、掘削締固め装置２の周囲の
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を構築することで、砂地盤１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置２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（図
示せず）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
フロット11からなる本体12と、駆動装置13とを主たる構
成要素とするものである。

ケーシングロッド10は、長尺の鋼管からなるものであ
り、このケーシングロッド10の外周14には、ケーシング
ロッド10を軸として上下方向に延在する第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1
4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、偏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11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11の外周17には、バイブロフロ
ット11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19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17a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16と同一の形状である。

ケーシングロッド10の第１の板部16とバイブロフロッ
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10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、ケーシングロッド10の上端10aには、本体12を
垂直方向の軸線の回りに変速可能に回動させるための駆
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１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、掘削締固め装置２を所定の位置に垂直
に保持しながらバイブロフロット11の先端部19を砂地盤
１の地表面４の所定の位置に当接する。次に、駆動装置
13により本体12を順方向（ケーシングロッド10の上端10
a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１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10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内に挿入に、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） ［第１図（ｂ）参照］ 本体12の周囲の地表面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11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11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。以上の操作を繰り返し行い、
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12をバイブロフロット11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、堆積させる。

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12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、掘削孔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を構築する。

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、掘削締固め装置２の周囲の地表
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10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10の下端にバイブロフ
ロット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する振動や騒音を
著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。

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の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、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、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、該バイブロフロットの外周に第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、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）は本体の周囲の地
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）は本体の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。 1,6……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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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の地表面から前記
   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. 【請求項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。