(57)【要約】【課題】地盤の状態に拘わらず、非常に安価かつ効率的に強い地盤に改良することが可能な地盤改良工法を提供する。【解決手段】地盤改良工法によって造成された柱状体４においては、地表近くの部分７、および、最深位置際の部分５におけるセメントの含有率が、中間の部分６におけるセメントの含有率より高くなっている。また、柱状体４の内部には、先端に螺旋羽根３を設けた鋼管杭１が埋設されており、当該鋼管杭１の先端が、柱状体４の最深位置際の部分５に位置した状態になっている。さらに、柱状体４においては、鋼管杭１の螺旋羽根３の外周と柱状体４の底面の外周とを結ぶ円錐台状の曲面Ｆと、鉛直線Ｖとが、約３０度の角度を成すように、柱状体４の直径、鋼管杭１の外径および螺旋羽根３の外径が調整されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機を利用してセメントスラリーを供給しながら地盤を鉛直に掘削することによって、地盤内に、セメントスラリーを含浸させた現状土からなる柱状体を形成するとともに、その未固化の柱状体中に鋼管杭を埋設して、その鋼管杭とともに柱状体を固化させる地盤改良工法であって、
前記柱状体の最深位置際において供給されるセメントスラリー中のセメントの含有率を、最深位置際以外の位置において供給されるセメントスラリー中のセメントの含有率よりも高くするとともに、
前記鋼管杭を、先端が前記柱状体の最深位置際に位置するように埋設することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記鋼管杭として、先端に羽根を付設した羽根付き鋼管杭を使用することを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記鋼管杭が、前記柱状体に対して同心状に埋設されるとともに、
前記鋼管杭の下端の外周あるいは羽根の外周と前記柱状体の底面の外周とを結ぶ円錐台状の曲面と、鉛直線との成す角度が、１０度以上５０度未満になるように調整されることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤を強い地盤に改良するための地盤改良工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤を強化するための地盤改良工法として、特許文献１の如く、地盤をオーガーで掘削して縦穴を形成しつつ、掘削した現状土にセメントスラリーを加えて、オーガーにより、その現状土とセメントスラリーとを混練することによって、セメントを含浸させた現状土からなる柱状体を縦穴内に形成し、その未固化の柱状体中に鋼管杭を埋め込んだ後に柱状体を固化させるものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した地盤改良工法においては、縦穴を形成する際にセメント濃度の高いセメントスラリーを注入し続ける必要があるため、地盤の状態により大きな縦穴を形成する必要がある場合には多大な費用が掛かる、という不具合がある。
【０００５】
本発明の目的は、地盤の状態に拘わらず、軟弱な地盤を非常に安価かつ効率的に強い地盤に改良することが可能な地盤改良工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる本発明の内、請求項１に係る発明は、掘削機を利用してセメントスラリーを供給しながら地盤を鉛直に掘削することによって、地盤内に、セメントスラリーを含浸させた現状土からなる柱状体を形成するとともに、その未固化の柱状体中に鋼管杭を埋設して、その鋼管杭とともに柱状体を固化させる地盤改良工法であって、前記柱状体の最深位置際において供給されるセメントスラリー中のセメントの含有率を、最深位置際以外の位置において供給されるセメントスラリー中のセメントの含有率よりも高くするとともに、前記鋼管杭を、先端が前記柱状体の最深位置際に位置するように埋設することを特徴とするものである。なお、本発明におけるセメントは、純粋なセメントのみならず、所謂セメント系固化材も含むものである。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記鋼管杭として、先端に羽根を付設した羽根付き鋼管杭を使用することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１、または請求項２に係る発明において、前記鋼管杭が、前記柱状体に対して同心状に埋設されるとともに、前記鋼管杭の下端の外周あるいは羽根の外周と前記柱状体の底面の外周とを結ぶ円錐台状の曲面と、鉛直線との成す角度が、１０度以上５０度未満になるように調整されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の地盤改良工法によれば、固化した柱状体の最深位置際の強度が高くなり、その強度の高い最深位置際の部分が、基端を地表（あるいは地表際）に位置させた鋼管杭の先端と結合した状態となるので、固化した柱状体が十分な先端支持力および摩擦力（鉛直方向に沿った摩擦力）を発現させることができる。その上、先端の支持力に対する寄与率の小さな柱状体の最深位置際以外の部分の形成に掛かる費用を低く抑えることができるので、安価に実施することができる。それゆえ、請求項１に記載の地盤改良工法によれば、多大なコストを要することなく、軟弱地盤を効率的に強化することが可能である。
【００１０】
請求項２に記載の地盤改良工法によれば、鋼管杭の羽根が固化した柱状体の最深位置際の部分に固着された状態となるので、地表に位置した鋼管杭の基端に大きな荷重が加わった場合でも、鋼管杭の先端が柱状体の最深位置際の部分から抜け出してしまう事態が生じない。
【００１１】
請求項３に記載の地盤改良工法によれば、固化した柱状体の底面が、鋼管杭の基端に加わった応力の分散範囲内に含まれることとなるため、柱状体の形成時に先端支持力の増大に対する寄与率の小さな部分の形成が防止されるので、非常に安価かつ効率的に軟弱地盤を強化することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る地盤改良工法について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
［鋼管杭の構造］
図１は、本発明に係る地盤改良工法に用いる鋼管杭を示したものであり、鋼管杭（所謂羽根付き鋼管杭）１は、管本体２、羽根として機能する螺旋羽根３等によって構成されている。管本体２は、鉄によって、外径約８９．１ｍｍ、厚さ４．５ｍｍ、長さ６ｍの筒状に形成されている。そして、当該管本体２の先端際の部分（下端から約５０ｍｍ上方の部分）には、厚さ約６．０ｍｍの鉄板からなる螺旋羽根３が、外径約１７８．２ｍｍの円形フランジ状に、溶接によって一体的に取り付けられており、管本体２の外周を、右向きに（すなわち、上から見た場合に上端から下端にかけて右方向に回転する向きに）、約１周捲回した状態になっている。また、当該螺旋羽根３の中間の約半分の部分は、略水平になっている。
【００１４】
［地盤改良工法の説明］
図２は、上記の如く構成された鋼管杭１を用いた軟弱地盤の改良工事の様子を示したものである。なお、改良される地盤においては、事前の地質調査により、深度６．５ｍの位置でＮ値が約５．０であることが判明しているものと仮定する。改良工事を行う場合には、掘削機械１１およびプラント車（図示せず）を施工現場に搬入し、搬入した掘削機械１１にオーガー１２を取り付けて、施工位置にセットする。そして、プラント車によって供給されるセメントスラリー（セメント系固化材と水との混合物）を、回転中のオーガー１２の刃先から噴出させながらオーガー１２を回転させることによって地盤を掘削し、所定の大きさ（たとえば、直径約６００ｍｍφ、深度約６．５ｍ）の縦穴８を形成する。なお、上記の如く地盤を掘削して縦穴８を形成する際には、掘削機械１１に搭載したリーダー１３を利用して、正確に鉛直な（地表に対して正確に垂直な）縦穴８を形成する。そのように縦穴８を掘削することによって、当該縦穴８の内部で、セメントスラリーと現状土とが均一に混合された柱状体（固化前）４が形成される。
【００１５】
また、上記の如く縦穴８を形成する際に、地表近くの深さ位置（地表から深度約０．５ｍの部分）においては、セメントスラリーの濃度を２００〜５００ｋｇ／ｍ３ となるように調整する（図２（ａ）参照）。また、中間の深さ位置（深度深度約０．５ｍから深度約５．５ｍの部分）においては、セメントスラリーの濃度を１０〜１００ｋｇ／ｍ３ となるように調整する（図２（ｂ）参照）。そして、最深位置際（深度約５．５ｍから深度約６．５ｍの部分）においては、セメントスラリーの濃度を２００〜５００ｋｇ／ｍ３ となるように調整する（図２（ｃ）参照）。
【００１６】
しかる後、掘削機械１１に取り付けられているオーガー１２を鋼管杭１と取り替え、その鋼管杭１を回転させながら、まだ固化していない柱状体４の内部に、鉛直に押し込む（埋設する）。なお、鋼管杭１を埋設する際には、鋼管杭１の先端が未固化の柱状体４の中心（直径方向の中心）に位置するように配置させる。そして、螺旋羽根３が柱状体４の最深位置から０．５ｍ上方に位置するように、鋼管杭１を柱状体４内に深く押し込む（ねじ込む）。
【００１７】
そして、上記の如く、鋼管杭１を柱状体４内に深く押し込んだ後には、十分な時間をかけて未固化の柱状体４を養生して固化させる。かかる一連の作業によって、地中に所定の深さの柱状体（ソイルコラム）４が造成される。
【００１８】
図３は、造成された柱状体４を示したものであり、図４は、当該柱状体４の最深位置際の様子を示したものである。柱状体４においては、地表近くの部分（地表から深度約０．５ｍの部分）７、および、最深位置際の部分（深度約５．５ｍから深度約６．５ｍの部分）５におけるセメント（セメント系固化材）の含有率が、中間の部分（度約０．５ｍから深度約５．５ｍの部分）６におけるセメントの含有率より高くなっている。また、図４の如く、埋設された鋼管杭１の螺旋羽根３の外周と柱状体４の底面の外周とを結ぶ円錐台状の曲面Ｆと、鉛直線Ｖとの成す角度が、約３０度になっている。
【００１９】
［実施例の地盤改良工法による効果］
上記した地盤改良工法によれば、固化した柱状体４の最深位置際の部分５の強度が高くなり、その強度の高い部分５が、基端を地表に位置させた鋼管杭１の先端と結合した状態となるので、固化した柱状体４が十分な先端支持力および摩擦力（鉛直方向に沿った摩擦力）を発現させることが可能となる。また、万が一、柱状体４の中間部分６で固化不良が生じた場合でも、鋼管杭１の先端と結合した柱状体４の最深位置際の強度の高い部分５が十分な先端支持力を発現させる。その上、先端の支持力に対する寄与率の小さな柱状体４の中間部分６の形成に掛かる費用を低く抑えることができるので、安価に実施することができる。それゆえ、上記した地盤改良工法によれば、多大なコストを要することなく、軟弱地盤を効率的に強化することが可能となる。
【００２０】
また、上記した地盤改良工法によれば、鋼管杭１の螺旋羽根３が固化した柱状体４の最深位置際の部分５に固着された状態となるので、鋼管杭１の基端（地表側）に大きな荷重が加わった場合でも、鋼管杭１の先端が柱状体４の最深位置際の部分５から抜け出してしまう事態が生じない。
【００２１】
さらに、上記した地盤改良工法によれば、鋼管杭１の螺旋羽根３の外周と柱状体４の底面の外周とを結ぶ円錐台状の曲面Ｆと、鉛直線Ｇとの成す角度が、約３０度になるように、柱状体４の直径、鋼管杭１の外径および螺旋羽根３の外径が調整されているため、固化した柱状体４の底面が、鋼管杭１の基端（地表側）に加わった応力の分散範囲内に含まれることとなるため、柱状体４の形成時に先端支持力の増大に対する寄与率の小さな部分の形成が防止されるので、非常に安価かつ効率的に軟弱地盤を強化することが可能になる。
【００２２】
さらに、上記した地盤改良工法によれば、固化した柱状体４の地表際の部分７の強度が高くなるので、固定度が高くなり、鋼管杭１の基端の上に建造物の基礎を積載する場合に鋼管杭１の基端がぐらつく等の事態が生じない。
【００２３】
［変更例］
なお、本発明に係る地盤改良工法の構成は、上記した各実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、鋼管杭の形状・構造、セメントスラリーの濃度等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更できる。
【００２４】
たとえば、本発明に係る地盤改良工法に用いる鋼管杭は、上記実施形態の如く、羽根付きのものに限定されず、単純な円筒状のものや先端を塞いだ円筒状のもの等でも良い。なお、そのように羽根のない鋼管杭を用いる場合には、鋼管杭の下端の外周と柱状体の底面の外周とを結ぶ円錐台状の曲面と、鉛直線との成す角度が、１０度以上５０度未満になるように、柱状体の直径、鋼管杭の外径および螺旋羽根の外径を調整するのが好ましい。また、羽根付き鋼管杭を用いる場合には、当該羽根付き鋼管杭は、上記実施形態の如く、管本体の外周に帯状の羽根を約１周分だけ螺旋状に巻き付けたものに限定されず、管本体の外周に帯状の羽根を複数回螺旋状に巻き付けたものや、管本体の外周に帯状以外の形状を有する羽根（たとえば、スクリュー状の羽根）を巻き付けたもの等に変更することも可能である。また、必要に応じて先端にバイトを設けたり、管本体の先端を塞いだり、管本体の内部に内羽根を設けたりすることも可能である。
【００２５】
さらに、本発明に係る地盤改良工法は、上記実施形態の如く、地表際の掘削時に供給するセメントスラリーの濃度を、最深位置際の掘削時に供給するセメントスラリーの濃度と同様に、中間位置の掘削時に供給するセメントスラリーの濃度よりも高くするものに限定されず、地表際の掘削時に供給するセメントスラリーの濃度を、中間位置の掘削時に供給するセメントスラリーの濃度と同様に、最深位置際の掘削時に供給するセメントスラリーの濃度よりも低くするものでも良い。また、地表際の掘削時に供給するセメントスラリーの濃度、中間位置の掘削時に供給するセメントスラリーの濃度、最深位置際の掘削時に供給するセメントスラリーの濃度は、実施例の濃度に何ら限定されず、工事を行う地盤の強度に応じて、適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る地盤改良工法は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、軟弱地盤を安価に効果的に強化する工事方法として広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】地盤改良工法に用いる鋼管杭を示す説明図である。
【図２】地盤改良工法の手順を示す説明図である。
【図３】柱状体（ソイルコラム）を示す説明図である。
【図４】柱状体の最深位置際の部分を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１・・鋼管杭
２・・管本体
３・・螺旋羽根
４・・柱状体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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