JPS6225806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軟弱地盤中に多数の砂杭を造成する軟
弱地盤の改良工事に用いられる砂杭造成工法に関
するものである。

軟弱地盤中に砂杭を造成するには、砂杭造成用
の中空管を管内に土壌が逆流しないようにして軟
弱地盤の所定の深さに貫入し、ついで中空管内に
砂を供給して中空管を上方に引抜き、中空管の下
端から中空管内の砂を軟弱地盤中に排出して砂杭
を造成する工法が従来最も普通である。しかし
て、上記の貫入において中空管内への土壌の逆流
を防止するためには、従来、中空管下端に離脱可
能な密閉栓を設けるとか、中空管下端に近い管内
に細径部を設けて砂のアーチアクシヨンによる砂
栓を形成するとか、中空管下端に開閉沓又は開閉
蓋を設ける等の手段が用いられている。しかし、
離脱可能の密閉栓の手段には、中空管の径が大き
くなると当然密閉栓は大形となり、密閉栓の取扱
いが困難となると共に密閉栓は砂杭１本造成する
毎に地中に破棄することとなるから工事経費が嵩
む欠点があり、又細径部を設けて砂栓を形成する
手段には、中空管の径が大きいときは細径部の径
を相当細くしないと砂のアーチアクシヨンによる
砂栓の形成が困難となり、一方、細径部の径を相
当細くすると砂杭造成工程において中空管下端か
らの管内の砂の排出が良好でなくなる欠点が生ず
る。又、開閉沓又は開閉蓋の手段には、可動構造
である開閉沓又は開閉蓋は中空管の長期の使用に
耐え難い欠点があると共に水分の特に多い軟弱地
盤においては開閉沓又は開閉蓋の密閉加工に精密
度を要する等の問題が存する。

本発明は、従来の手段においては上記した問題
が存することに鑑み、砂杭造成工法における砂杭
造成用の中空管の軟弱地盤の所定の深さに貫入す
る工程において、中空管内への土壌の逆流が全く
なく中空管を軟弱地盤中の所定の深さに容易、確
実かつ経済的に貫入することを可能としかつ爾後
の砂杭造成工程にも役立つ所のある新規の工法を
提供するものである。

すなわち、本発明の砂杭造成工法は、第２図の
説明図に示すように、砂杭造成用の中空管を軟弱
地盤の所定の深さに貫入する工程において、下端
を開放した中空管１を地表から軟弱地盤２中に貫
入するに従つて、中空管１の上部から中空管１内
に飽和附近の含水比に調整した加水砂３を順次供
給し、この加水砂３を中空管１内において振動に
よつて流動状態に保持することと、中空管１内に
順次供給する上記の加水砂３の供給量を、管内の
該加水砂３の砂長Ｈが了め所定の各深度における
砂長に合致するよう調節することによつて、中空
管１の貫入中、中空管１に順次供給する上記の加
水砂３の中空管１下端面の圧力を、中空管１下端
における軟弱地盤２の受働土圧と主働土圧の間に
あるよう制御することを特徴とするものである。
なお第２図において、砂杭造成用の中空管１は１
実施例を示したもので、４は中空管１の頂部に装
着した振動式杭打機、５は中空管１の上部に設け
たホツパーである。

以下更に本発明について詳記する。本発明の発
明者による実験研究によれば、飽和附近の含水比
の加水砂は、振動によつて流動状態となり、中空
管内においてこのようにして流動状態に保持され
た上記の含水比の砂は恰も流体のように挙動す
る。本発明は、上記の砂の性質を砂杭造成に利用
することに着想したもので、中空管１を軟弱地盤
２の所定の深さに貫入する工程において、飽和附
近の含水比に調整した加水砂３を、下端を開放し
た中空管１内に貫入に従つて順次供給し、この加
水砂３を中空管１内において振動によつて流動状
態に保持し、かつその加水砂３の中空管１下端面
における圧力を中空管１下端における軟弱地盤２
の圧力と釣り合うよう制御することによつて、中
空管１の地表から所定の深さに貫入する工程にお
いて中空管１下端から土壌が管内に逆流すること
を阻止すると共に、上記の工程中に中空管１内に
供給された上記の加水砂３を、ついで中空管１を
上方引抜いて管下端から中空管１内の砂を軟弱地
盤２中に排出して砂杭を造成する工程にそのまま
使用するものである。つぎに、上記した中空管１
の貫入中の中空管１下端面における管内の加水砂
３の圧力すなわち内圧と中空管１下端における軟
弱地盤２の圧力すなわち外圧との釣り合いについ
て述べる。第１図は、中空管１下端における管内
の流動状態に保持した飽和附近の含水比の土圧に
相当する加水砂３の砂長Ｈの砂を中空管１下端の
深度Ｚに対して表わしたもので、土圧が深度Ｚに
比例している場合の粘性土地盤での１例を示して
いる。今、深度Z₀においては、本来静止土圧に相
当する管内砂長H₀、すなわち（H₀、Z₀）点で内、
外圧は釣り合つている。又、管内にこれ以上の砂
長分があつて土圧を越えて管内の砂（加水砂）が
管下端から排出されることとなる管内砂長はH₂
であり、図では（H₂、Z₀）点で示され、このとき
の土圧は受働土圧と呼ばれる。又、逆に管内に上
記した砂長H₀以下の砂長分であつて土圧を下ま
わつて土壌の管内への逆流が起る管内砂長はH₁
であり、図では（H₁、Z₀）点で示され、このとき
の土圧は主働土圧と呼ばれる。なお図において
は静止土圧直線、は受動土圧直線、は主働土
圧直線である。

上記に説明した管内の加水砂３の砂長Ｈと、中
空管１下端の深度Ｚにおける主働土圧及び受働土
圧との関係をランキン土圧によつて示せば、次の
ように表わすことができる。

Ｈ・γｓ＝Ｚ・γｃ±2C （１―１） ここに、Ｚ・γｃ＋2C：受働土圧、Ｚ・γｃ
−2C：主働土圧、Ｃ：地盤強度、γｃ：粘土の
比重量、γｓ：加水砂の比重量である。

しかして、地盤強度Ｃは一般の沖積粘土では深
度Ｚに比例するから、比例定数をαとしてＣ＝
α・Ｚと表わすことができ、上記の式（１―１）
は次のように表わすことができる。

Ｈ・γｓ＝Ｚ・（γｃ±２α） （１―２） 従つて、中空管１の貫入において、刻々変化す
る中空管１下端の深度Ｚに対し、中空管１内に順
次供給する加水砂３を、 Ｚ・（γｃ−２α）＜Ｈ・γｓ ＜Ｚ・（γｃ＋２α） （１―2′） を満足する状態となるよう制御することによつ
て、中空管１下端から土壌が管内に逆流すること
を阻止できると共に、中空管１下端から加水砂３
が土壌中に排出することも阻止できることにな
る。

すなわち本発明は、第２図に示すように、下端
を開放した中空管１を軟弱地盤２の所定の深さ
Zdに振動式杭打機４を作動させて貫入するにお
いて、中空管１の貫入に従つて中空管１の上部の
ホツパー５から中空管１内に飽和附近の含水比に
調整した加水砂３を順次供給し、この加水砂３を
振動式杭打機４等による振動によつて中空管１内
において流動状態に保持する一方、貫入中の中空
管１の下端の各深度Ｚにおいて、内、外圧すなわ
ち管内の加水砂３の中空管１下端面における圧力
Ｈ・γｓを、中空管１下端における軟弱地盤２の
受働土圧Ｚ（γｃ＋２α）と主働土圧Ｚ（γｃ−
２α）との間におさめるよう制御を行うものであ
る。しかして、この制御は、前記の式（１―2′）
におけるγｓ、γｃ、αは一応定数とされるから
深度Ｚに応じて中空管１内に順次供給する加水砂
３の砂長Ｈを制御すればよく、又釣り合い式（１
―2′）及び第１図において示すように砂長Ｈの制
御は、受働土圧と主働土圧との間におさまる制御
となるので、比較的に制御幅があつて本工法の実
際の施工において困難でない特長があり、この制
御によつて、中空管１は、軟弱地盤２の所定の深
さZdまで、土壌が中空管１下端より管内に全く
逆流することなく、また中空管１下端から加水砂
３が土壌中に排出される無駄もなく貫入されるも
のである。

なお、上記した砂長Ｈの制御は、中空管１内に
順次供給する上記の加水砂３の供給量をホツパー
５に設ける弁などで調節することによつて行なわ
れる。また地盤の各深度における砂長Ｈは、砂杭
造成の地盤を了め調査して算定しておき、管内に
順次供給される上記の加水砂３の管内の砂長Ｈを
周知の砂面計によつて検知して上記の所定の砂長
に合致するよう加水砂３の供給を調節するもので
ある。

つぎに、本工法に用いる中空管について述べる
と、第２図に示す１実施例では、中空管１の頂部
には振動式杭打機４が装着されており、この振動
式杭打機４の作動によつて、中空管１の軟弱地盤
中への貫入が行なわれると共に中空管１内に供給
された飽和附近の含水比に調整した加水砂３が振
動を受けて流動状態に保持される。しかし、中空
管１の貫入は、上記の振動式杭打機４に限られる
ものでなく、他の適当な杭打機を用いることは自
由であり、又中空管１内の加水砂３を良好な流動
状態に保持するには、振動杭打機４とは別に振動
機構又は振動機を管に装着することも考慮され
る。つぎに加水砂３の管内への供給には、第２図
のホツパー５に代つて加水砂３の圧送パイプ等も
考慮される。つぎに、中空管１の下端は、本発明
の工法の特徴として、第２図に示すように、最も
簡単な切り放しとした開放端とすることが出来る
ものであり、中空管１を軟弱地盤２の所定の深さ
Zdに貫入したのち行われる中空管１を上方に引
抜く砂杭造成工程においては、第５図に例示する
ように、管内の加水砂３を管下端より排出して砂
杭３′を造成する。しかし、中空管の貫入工程爾
後の砂杭造成工程は、上記の加水砂３の排出方法
に限られるものでなく、例えば中空管を適当長引
抜いてから再貫入をする工程を上方に繰り返えし
て中空管より径の膨大した締固め砂杭を造成する
いわゆるコンポーザー工法を用いることも出来る
ほか、管内の砂を排出締固めする種々の中空管に
よる工法も可能である。しかしてこのような場
合、中空管下端に開閉弁等を有するとしても、貫
入中の土壌の管内への逆流の阻止がより確実に行
なわれることになるものである。

なお、前記した制御は、釣り合い式（１―２）
によるものであるが、第３図に略示するように、
中空管１の上部から管内に圧縮空気を送入６し、
この圧縮空気による空気圧Ｐによつて中空管１下
端面における加水砂３の圧力を補助することが可
能である。上記の空気圧Ｐの制御は迅速かつ極め
て容易であるので、本発明の実施において、加水
砂３の中空管１下端面の圧力を、管下端における
軟弱地盤２の受動土圧と主働土圧間にあるよう制
御するのを助けることができる。

更に以下に、本発明の実施において、中空管の
貫入中、中空管内に貫入に従い供給される加水砂
の中空管下端面における圧力を中空管下端におけ
る軟弱地盤の土圧と釣り合う状態に制御する方法
として、中空管内に供給する加水砂流量と中空管
の軟弱地盤中への貫入速度とを調節する実施方法
について述べる。第４図は、本発明の工法の中空
管の貫入中の一部を略示するもので、単時間△ｔ
に(A)→(B)の貫入があり、この間に△Ｖなる供給加
水砂量が投入され管内砂長Ｈ→H₁に変化する。
ここでの釣り合い式は、前記した釣り合い式に準
じ、(A)，(B)において、 Ｈ・γｓ＝Ｚ（γｃ±２α） （２―１） Ｈ・γｓ＝（Ｚ＋△Ｚ）・（γｃ±２α）
（２―1′） となる。又、この間に供給投入した加水砂量△Ｖ
については、 △Ｖ＝（H₁−Ｈ）Ａ_p（２―２）Ａ_p：管断面積
となり、式（２―１）、（２―1′）よりのH₁Hの値
をこの式（２―２）に代入し、式（２―２）の両
辺を△ｔで割つて整理すると、 △Ｖ／△ｔ＝（γｃ±２α）Ａ_p△Ｚ／△ｔ（２―３
） この式を変形し、△Ｖ／△ｔ＝ｑ、△Ｚ／△ｔ＝ｖと
なるか ら、 ｑ／ｖ＝（γｃ±２α）Ａ_p （２―４） と表わされる。この式（２―４）から明らかなよ
うに、供給投入の加水砂流量ｑと貫入速度ｖとを
適当に調節することによつて、中空管の貫入中、
中空管内の加水砂の中空管下端面における圧力の
中空管下端における土圧との釣り合い、すなわち
主働土圧〜受働土圧間の土圧と静的釣り合いを保
つよう制御でき、土壌の管下端から管内に逆流す
るのを阻止し、かつ管下端から加水砂の排出もな
く、中空管を軟弱地盤の所定の深さまで貫入する
ことができる。しかして、上記の中空管の貫入中
加水砂流量ｑと中空管の貫入速度ｖとを調節制御
する方法の実施において、中空管の貫入速度ｖの
コントロールには従来公知の手段があり、又加水
砂流量ｑすなわち加水砂の中空管内への供給量の
コントロールも圧送パイプ等による供給によつて
容易に実施し得る所である。

つぎに、本発明において、飽和附近の含水比に
調整した加水砂を用いることについて更に説明す
る。この種の砂杭造成においては、一般に野積状
態の自然含水比の砂が用いられる。この状態の砂
は、粗砂で含水比は４％〜８％、細砂で含水比は
８％〜16％程度である。ウオーターゼツト式によ
る砂杭造成工法では、多量の水中に、あるいは水
と共に、砂を供給するので、これに用いる砂の含
水比については特に考慮を要しない。しかし、い
わゆるドライの砂杭造成工法では、これに用いる
砂は、中空管下端からの排出を順調、良好にする
ため含水比は小さいことが望まれ、上記の自然含
水比を越えないよう考慮するのが技術常識であつ
た。上記の現状において、前記したように、本発
明の発明者は、飽和附近の含水比の加水砂を砂杭
造成に用いることに着想したものである。しかし
て、実験研究によれば、飽和の含水比の95％程度
の含水比としても振動によつてこれを流動状態と
することは可能であり、又飽和以上の含水比とす
れば含水比の大となる程流動状態とすることは容
易となる。しかし中空管を所定の深さに貫入する
工程において、中空管内に供給された加水砂は砂
杭のつぎの造成工程において砂杭造成に用いられ
るので、加水砂の含水を飽和の含水比を越えて大
きくすることは、造成砂杭径の細まりなどの不都
合が生ずるから、加水砂の含水比は流動状態とな
し得るに足る程度すなわち飽和附近の含水比に定
めたものである。なお、一般に細砂の飽和の含水
比は60％、粗砂の飽和の含水比は40％前後であ
り、自然含水比の砂に適量の水を加水調整して容
易に本発明の工法に用いる加水砂を得ることがで
きるものである。

上述したように、本発明は、砂杭造成用の中空
管を軟弱地盤の所定の深さに貫入する工程におい
て、中空管の下端に土壌の逆流を阻止する構造又
は機構を必要とすることなく、中空管を、かつ中
空管内への土壌の逆流が全くなく、かつ中空管内
に供給する加水砂が土壌中に排出する無駄がなく
容易、確実に貫入することができる工法であり、
又中空管の貫入中に管内に供給された加水砂は爾
後の砂杭造成工程の砂杭造成に使用されるので砂
杭の施工時間を節約でき、全体として砂杭造成工
法として極めて合理的かつ経済的な工法である。

【図面の簡単な説明】

添附の図面は、本発明の工法の態様を実施例に
より説明するもので、第１図は中空管下端におけ
る軟弱地盤の土圧に相当する管内の加水砂の砂長
を中空管下端の深度に対して表わしたグラフ図、
第２図は本発明の工法における中空管の貫入工程
を順次的に例示した説明図、第３図は中空管内に
加水砂のほかに圧縮空気を送入して空気圧によつ
て加水砂の圧力を補助する実施例の説明略図、第
４図は中空管内に供給する加水砂流量と中空管の
貫入速度とを調節する管の内、外圧の釣り合いに
関する説明図、第５図は中空管の上方への引抜き
による砂杭造成工程の実施例の説明図である。 １……中空管、２……軟弱地盤、３……加水
砂、３′……砂杭、４……振動式杭打機、５……
ホツパー、６……圧縮空気の送入、Ｚ……中空管
下端の深度、Ｈ……中空管内の加水砂の砂長、Ｐ
……空気圧。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 砂杭造成用の中空管を軟弱地盤の所定の深さ
   に貫入する工程において、下端を開放した中空管
   を地表から軟弱地盤中に貫入するに従つて、中空
   管の上部から中空管内に飽和附近の含水比に調整
   した加水砂を順次供給し、この加水砂を中空管内
   において振動によつて流動状態に保持すること
   と、中空管内に順次供給する上記の加水砂の供給
   量を、管内の該加水砂の砂長が了め所定の各深度
   における砂長に合致するよう調節することによつ
   て、中空管の貫入中、中空管に順次供給する上記
   の加水砂の中空管下端面の圧力を、中空管下端に
   おける軟弱地盤の受働土圧と主働土圧の間にある
   よう制御することを特徴とする砂杭造成工法。