(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に設置された内部に中空部を有する筒状の杭本体と、その外周部に形成された排水用ドレーン層とからなり、前記杭本体の上部に前記中空部と前記ドレーン層とを連通させる通水孔を開設し、地震時の間隙水圧の上昇により前記排水用ドレーン層の隙間内を通ってドレーン層の上部に向かって移動してくる水を、前記通水孔から前記中空部内に取り込んで貯水するようにしたことを特徴とする液状化防止杭。
【請求項２】
前記杭本体の外周部に設けた前記排水用ドレーン層の上部には、外周方向に拡径した張り出し部を形成したことを特徴とする請求項１記載の液状化防止杭。
【請求項３】
前記杭本体の下部には、杭本体の上部に設けた通水孔から杭本体の中空部内に貯水された水を排水する水抜き孔を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の液状化防止杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、支持杭やドレーン管に使用できる通水孔付き杭に関し、特に、地盤の液状化を防止できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２３，２４は、従来の既成杭及びこの既成杭の施工方法を示すものであって、図２３は、地盤を掘孔し、硬化剤を充填する一工程を示す断面図、図２４は、孔内部に杭を固定した状態を示す断面図である。
従来、既成杭１００の施工方法の一つとして、図２３に示すように、その外径が杭外径より少し大きい中空管の外周面にスパイラル状にスクリューを設けたスクリューオーガー１０１を、その上端に配置した回転装置１０２により、回転させて、地盤中の土を地上に排出し、杭１００を埋設するための孔１４を形成していた。
【０００３】
その後、図２３に示すように、スクリューオーガー１０１を引き上げる際に、孔１４内に硬化剤としてのセメントミルク１０３を充填していた。
つぎに、図２４に示すように、セメントミルク１０３が充填された孔１４内部に既成杭１００を圧入し、沈設させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の既成杭１００では、図２４に示すように、既成杭１００の周囲に充填材としてセメントミルク１０３等の硬化剤を充填して、既成杭１００と硬化剤とが一体化して地盤中に固定するように形成されていた。
このようにして施工した従来の既成杭１００は、地震時に地盤の液状化が発生すると、杭本来の機能が極端に低下し、既成杭１００が傾いて地上構造物に損傷を与えるおそれがあった。
【０００５】
また、地上に噴出した泥水（余剰間隙水）により、周辺が汚損されるおそれもあった。
そこで、請求項１記載の発明は、杭の外周部に排水効果を有するドレーン層を形成するとともに、地震時に発生する地盤中の余剰間隙水を筒状の杭の内部に貯水して、地盤の液状化を低減できる通水孔付き杭を提供しようとするものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、上記した請求項１記載の発明の目的に加え、次の点を目的とする。すなわち、請求項２記載の発明は、ドレーン層内を上昇してきた地盤中の余剰間隙水を一時的に貯留できる部位をドレーン層上部に設けて、地盤中の余剰間隙水を地上に噴出させることなく杭の内部に取り込んで、地盤の液状化を低減できる通水孔付き杭を提供しようとするものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、上記した請求項１又は２に記載の発明の目的に加え、次の点を目的とする。すなわち、請求項３記載の発明は、杭の内部に取り込んで貯水した地盤中の余剰間隙水を、再び地盤中に還元して、杭の内部の貯水の水位を低下させることにより、さらに地震が発生した場合であっても、地盤中の余剰間隙水を筒状の杭の内部に貯水することができる通水孔付き杭を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した目的を達成するためのものであり、以下にその内容を図面に示した実施例を用いて説明する。請求項１記載の発明は、次の点を特徴する。すなわち、本発明の液状化防止杭は、地盤中に設置された内部に中空部を有する筒状の杭(10)本体（以下、単に杭(10)という。）と、その外周部に形成された排水用ドレーン層(15)とからなり、杭(10)は、図２に示すように、内部に中空部(11)を有する筒状であって、その上部には、中空部(11)と前記ドレーン層(15)とを連通する通水孔(12)を開設している。
【００１２】
杭(10)の上部に設けた通水孔(12)には、必要に応じ、図２に示すように、杭(10)の外周部に設けたドレーン層(15)からドレーン材(20)等の固形物が侵入することを防止するためのフィルター(13)を取り付ける。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記した請求項１記載の発明の特徴に加え、次の点を特徴とする。すなわち、杭(10)の外周部に設けたドレーン層(15)の上部には、図２に示すように、外周方向に拡径した張り出し部(16)を形成している。請求項３記載の発明は、上記した請求項１又は２に記載の発明の特徴に加え、次の点を特徴とする。
【００１４】
すなわち、杭(60)の下部には、図２０に示すように、杭(60)の上部に設けた通水孔(62)から杭(60)の中空部内に貯水された水を排水する水抜き孔(64)を設けている。
【００１５】
杭(60)の下部に設けた水抜き孔(64)には、図２２に示すように、杭(60)の中空部から杭(60)の外周面に向かって一方向に通水可能な弁( 例えば、逆止弁65) を設けてもよい。
【００１６】
また、図３に示すように、杭(10)の上部に設けた通水孔(12)は、杭(10)の中空部から杭(10)の外周面に向かって縮径させてもよい。
【００１７】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、次のような作用を奏する。
すなわち、予め掘削した掘削孔（１４）内に設置する杭（１０）は、図２に示すように、杭（１０）の上部に、杭（１０）の内部の中空部（１１）と杭（１０）の外周面とを連通する通水孔（１２）を開設してある。
【００１８】
また、杭（１０）を設置した掘削孔（１４）内には、杭（１０）の外周部にドレーン材（２０）からなる排水用のドレーン層（１５）を形成する。
したがって、ドレーン材（２０）は、それらの間に隙間を有しているので、その隙間内を水等の液体は自由に移動することができる。また、ドレーン材（２０）の隙間内を通ってドレーン層（１５）上部に向かって移動してきた水等の液体は、通水孔（１２）を通って杭（１０）の内部の中空部（１１）内に貯水することができる。
【００１９】
このため、地盤中に含まれる水分の間隙水圧が地震により上昇しても、ドレーン層（１５）内部のドレーン材（２０）により形成された隙間を通じて、水がドレーン層（１５）の上部に向かって移動するとともに、この水は通水孔（１２）を通って杭（１０）の内部の中空部（１１）内に貯水されるので、地盤中の間隙水圧の上昇を極力抑えて、地震による液状化現象の発生を抑えることができる。
【００２０】
図２に示すように、杭(10)の上部に設けた通水孔(12)にフィルター(13)を取り付けた場合には、杭(10)の外周部に設けたドレーン層(15)からドレーン材(20)等の固形物が侵入することを防止することができる。
【００２１】
すなわち、杭(10)の外周部のドレーン材(20)や地盤中の小石等の固形物は、フィルター(13)に阻止されて、通水孔(12)内に侵入することがない。このため、通水孔(12)が目詰まりしたり、ドレーン材(20)が杭(10)の内部の中空部(11)内に蓄積して中空部(11)が閉塞することがなく、ドレーン層(15)を通して移動してきた余剰間隙水を効率よく杭(10)の内部の中空部(11)内に取り込んで、地盤中の間隙水圧の上昇を極力抑えて、地震による液状化現象の発生を抑えることができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、上記した請求項１記載の発明の作用に加え、次のような作用を奏する。すなわち、杭(10)の外周部に設けたドレーン層(15)の上部には、図２に示すように、外周方向に拡径した張り出し部(16)を形成してある。したがって、地盤中に含まれる水分の間隙水圧が地震により上昇しても、ドレーン層内を上昇してきた地盤中の余剰間隙水を張り出し部(16)に一時的に貯留して、余剰間隙水を地上に噴出させることなく、通水孔(12)を通して杭(10)の内部の中空部(11)内に貯水することができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、上記した請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、次のような作用を奏する。すなわち、杭(60)の上部には通水孔(62)を設け、杭(60)の下部には、図２０に示すように、杭(60)の内部の中空部(61)内に貯水した水を排水するための水抜き孔(64)を設けてある。
【００２４】
したがって、杭(60)内部に取り込んで貯水した地盤中の水を、図２１に示すように、再び地盤中に還元することができる。
【００２５】
上記した請求項３記載の発明の作用に加え、杭(60)の下部に設けた水抜き孔(64)に、図２２に示すように、杭(60)の内部の中空部(72)から杭(60)の外周面へ向かってのみ通水可能な弁（例えば、逆止弁65）を設けた場合には、杭(60)の内部に取り込んで貯水した地盤中の水を杭(60)の外部に排出できるとともに、杭(60)の外部から地盤中の水が逆流してくることを防止することができる。このため、杭(60)の内部の貯水の水位を確実に低下させることにより、杭(60)の内部の中空部(61)が満水状態となることを防止して、さらに地震が発生した場合であっても、地盤中の余剰間隙水を筒状の杭(60)内部に貯水することができる。
【００２６】
また、杭(10)の上部に設けた通水孔(12)を、図３に示すように、杭(10)内部の中空部(11)から杭(10)の外周面に向かって縮径させた場合には、通水孔(12)の外周部から、通水孔(12)内にドレーン材(20)が侵入することがないとともに、通水孔(12)内に取り込んだ余剰間隙水は、抵抗なく杭(10)内部に取り込まれる。
【００２７】
このため、通水孔（１２）が目詰まりしたり、ドレーン材（２０）が杭（１０）の内部の中空部（１１）内に蓄積して中空部（１１）が閉塞することがなく、ドレーン層（１５）を通して移動してきた余剰間隙水を効率よく杭（１０）の内部の中空部（１１）内に取り込んで、地盤中の間隙水圧の上昇を極力抑えて、地震による液状化現象の発生を抑えることができる。
【００２８】
【実施例】
図１〜２は、本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭を示すものである。
図１は、第１実施例に係る通水孔付き杭の断面図、図２はこの通水孔付き杭を地盤中に埋設した状態の断面図である。
図３は、通水孔の他の実施例を説明するための通水孔付き杭の一部断面図を各々示す。
【００２９】
また、図４〜９は地震時における液状化現象を説明するための概略模式図であって、図４は地盤の概略断面図、図５はゆるい砂層の粒の状態の概略模式図、図６は地震発生前後の地盤の概略模式図、図７は地震発生時における未処理地盤の状態の概略断面図、図８は地震発生時における処理地盤の状態の概略断面図、図９は地震発生時における処理地盤及び未処理地盤と間隙水圧比との関係の概略模式図を各々示す。
【００３０】
図１中、１０は地盤中に建造物の基礎として埋設される通水孔付き杭１０を示すものであって、この通水孔付き杭１０は、その内部に中空部１１を有する筒状であって、この中空部１１と外周面とを連通する通水孔１２・・・を、杭１０の上部に複数箇所設けてあり、この通水孔１２には、網状のフィルター１３が取り付けてある。なお、杭１０は、節杭でも良い。
【００３１】
そして、図２に示すように、この通水孔付き杭１０は、地盤に地表から垂直下方に開けられた掘削孔１４のほぼ中央に埋設されている。そして、この杭１０の外周面と、掘削孔１４の内周面との間には、砂利等のドレーン材２０が押し固められて、充填されたドレーン層１５が形成されている。なお、杭１０を、地盤中に打ち込んでも良い。
【００３２】
また、杭１０の外周部に設けたドレーン層１５の上部には、外周方向に拡径した張り出し部１６を形成してある。
ここで、ドレーン層１５の排水効果について説明する。
上記ドレーン層１５は、図２に示すように、ドレーン材２０を押し固めて形成したもので、それらの間には隙間を有しているので、その隙間内を水等の液体は自由に移動することができる。
【００３３】
このため、地盤中に含まれる水分の間隙水圧が地震により上昇すると、図２中、実線で示すように、ドレーン層１５内部のドレーン材２０により形成された隙間を通じて水が地表に向かって移動し、張り出し部１６内に一時的に貯留される。そして、張り出し部１６内に一時的に貯留した水は、通水孔１２を通って、杭１０の中空部１１内に貯水される。したがって、地盤中の間隙水圧の上昇を抑えることができる。
【００３４】
また、透水性を有するコンクリート杭等で杭１０を構成した場合には、杭１０の中空部１１内に貯水した水は、図２中、破線で示すように、杭１０の壁面を通ってドレーン層１５に浸透し、徐々にではあるが、地盤中に還元される。これにより、杭１０内部の貯水の水位を低下させて、さらに地震が発生した場合であっても、地盤中の余剰間隙水を杭１０の中空部１１内に貯水することができる。
【００３５】
図１，２に示すように、杭１０の上部に設ける通水孔１２には、網状のフィルター１３が取り付けてある。このフィルター１３は、杭１０の外周部に設けたドレーン層１５からドレーン材２０や地盤中の小石等の固形物が侵入することを防止するためのもので、例えば、金属製のネットからなり、網目の大きさがドレーン材２０の外径よりも小さくなっていて、ドレーン材２０の通過を阻止することができる。
【００３６】
このように、通水孔１２には、フィルター１３を取り付けてあるため、通水孔１２の孔径をドレーン材２０の外径より大きくしても、杭１０の外周部に設けたドレーン層１５から通水孔１２内にドレーン材２０が侵入することを防止でき、大口径の通水孔１２により、効率よく余剰間隙水を杭１０内部の中空部６１内に取り込むことができる。また、通水孔１２が目詰まりを起こしたり、或いは通水孔１２を通して杭１０の中空部１１内にドレーン材２０が充填されてしまい、杭１０の中空部１１が貯水槽としての役目を果たさなくなる等の不都合を防止することができる。
【００３７】
つぎに、図３に基づき、杭１０の上部に設ける通水孔の他の実施例を説明する。
この通水孔１７は、図３に示すように、ドレーン層１５を形成するドレーン材２０が通水孔１７内に侵入することを防止するとともに、通水孔１７内に取り込んだ水等の液体を抵抗なく中空部１１内に取り込むために、杭１０内部の中空部１１から杭１０の外周面に向かって縮径している。そして、杭１０の外周面側の孔径が、ドレーン材２０が通水孔１７内部に侵入しないような孔径となるよう形成されていて、中空部１１に向かって徐々に孔径が拡大している。
【００３８】
このようにして通水孔１７を形成することにより、通水孔１７にフィルター１３を取り付けなくても、通水孔１７内にドレーン材２０が侵入することを防止できるとともに、通水孔１７内に取り込んだ余剰間隙水を抵抗なく杭１０内部に取り込むことができる。
このため、通水孔１７が目詰まりしたり、ドレーン材２０が杭１０の中空部１１内に蓄積して中空部１１が閉塞することがなく、ドレーン層１５を通して移動してきた余剰間隙水を効率よく杭１０の中空部１１内に取り込むことができる。
【００３９】
ここで、地震による地盤の液状化現象に関して説明する。
砂地盤の液状化は、図４に示すように、地下水位面ＷＬが地表面ＧＬから、約２０ｍ以浅にあって、地下水を含んだゆるい砂層ＬＳにおいて発生し易い。
ここで、地盤の液状化現象のメカニズムについて、砂の粒子からなる、ゆるい砂層ＬＳの一部を拡大して説明する。
【００４０】
図５に示すように、砂粒間の隙間を水で満たし、ゆるく堆積しているゆるい砂層ＬＳに、地震による繰り返しの横方向の力、いわゆるせん断力τＰが作用すると、砂粒は周りの隙間に落ち込もうとして、地盤は体積を縮めようとする。
すなわち、地震発生前の地盤９１は、図６に示すように、地震でせん断力τＰが作用して、体積が減少した地震発生後の地盤９２の状態に変化する。
【００４１】
ところが、砂粒の間には水があるので、地震のような短い時間では、水は外に逃げ出すことが出来なくなり、一時的に水圧、いわゆる過剰間隙水圧が発生する。この水圧が、地表面ＧＬからその深さまでの圧力Ｅ（有効土カブリ圧）まで上昇した時に、地盤は見かけ上液体のような挙動を示す。
すなわち、地下水を含んだゆるい砂層ＬＳが強い地震を受けると、砂層ＬＳ間に含まれた間隙水の圧力の上昇で、砂粒間の摩擦が減り、地盤はせん断抵抗を失って液状化する現象である。
【００４２】
このとき、図７に示すように、多量の地下水が砂を伴って、噴砂・噴水９３となって地表に噴き出すことがある。液状化した地盤は建物を支える力を失う。また、部分的沈下で建物が損壊したり、傾斜、転倒することもある。
この地盤の液状化を発生させるポイントとして、第１に地盤中の砂の詰まり方がゆるいこと、第２にその結果として、間隙水圧が上昇することの２つがある。
【００４３】
したがって、地盤の液状化を防ぐ対策としてこの２点に着目すればよいことになる。
すなわち、液状化対策としては、地盤を締め固めるか、図８に示すように、原地盤の砂よりもずっと透水性の高いドレーン材２０、例えば砂利の柱からなるドレーン層１５を地中に設けて、ゆるい砂層ＬＳ間で発生した水圧Ｕを砂利等のドレーン材２０からなるドレーン層１５ですばやく地表に逃がしてやり、砂粒間の水圧Ｕの上昇を抑えてやれば良い。
【００４４】
さらに、地盤の締め固めとドレーン層１５の両者を併用すれば、より効果的である。
ここで、液状化対策として地盤中に、ドレーン材２０からなるドレーン層１５を形成した処理地盤と、ドレーン層１５等の対策を施していない未処理地盤とにおける地盤中のＡ点、Ｂ点の間隙水圧を比較すると、図９に示すように、Ａ点、Ｂ点共に処理地盤の方が未処理地盤より低い値となる。これは、ドレーン層１５による排水効果によるものである。
【００４５】
ところで、地上構造物等を施工した地盤は、地盤表面が構造物により閉塞されているため、液状化に伴い発生した水を地表に逃がしてやることができない。そこで、本発明は、地上構造物等を支える杭１０を筒状とし、液状化に伴い発生した水等の液体を杭１０の内部の中空部１１内に貯水できるようにしているのである。
本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭１０によれば、図２に示すように、地震によって周辺の砂地盤で発生した余剰間隙水を、杭１０の中空部１１内に貯水するとともに、杭１０の中空部１１内に取り込んで貯水した水は、杭１０の壁面を通して、再び地盤中に還元して浸透させることができるので、中空部１１内が満水状態となることを防止して、次の地震発生時にも余剰間隙水を取り込むことができる。
【００４６】
これにより、周辺地盤の液状化現象の発生を抑えることができる。
また、杭１０の周囲に連続的にドレーン材２０を充填することにより、周面支持力として杭１０本来の摩擦抵抗特性を生かすこともできる。
さらに、ドレーン材２０は杭１０の外周面と掘削孔１４の内周面との間に充填する際に、充分押し固めて、形成されている。
【００４７】
このため、水平方向の応力の値が増加するに伴い、摩擦力が増加するとともに、周辺地盤も締め固められる。
これにより、周面支持力の増加とともに、周辺地盤の密度が増加し、周辺地盤が締め固められ、ドレーン層１５の排水効果に加えて、地盤の液状化現象の発生を抑えることができる。
【００４８】
なお、第１実施例に係る通水孔付き杭１０は、必ずしも地上構造物等を支持するための支持杭である必要はなく、例えば、地盤の液状化によって生じる余剰間隙水を貯水することのみを目的とするものであっても良い。
また、地上構造物等を支持していない杭である場合には、杭１０の内部の中空部１１内に貯水した水を、杭１０の上部の開口部から、ポンプ等を用いて強制的に排水しても良い。
【００４９】
つぎに、本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭１０の施工方法について説明する。
図１０〜２３は本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭１０を施工する施工装置及び施工方法を示すものである。
図１０は、全外周にスクリューを有するオーガーの概略側面図、図１１は先端部のみにスクリューを有するオーガーの概略側面図、図１２〜１６は施工方法を示すものであって、図１２はオーガーを地盤上にセットした状態の概略断面図、図１３はオーガーを地盤中に貫入させている状態の概略断面図、図１４はオーガー内部に杭を設置した状態の概略断面図、図１５はドレーン材を充填しながらオーガーを引き抜いている状態の概略断面図、図１６は杭を地盤中に埋設した状態の概略断面図、図１７は押圧管の先端の概略断面図、図１８は他の押圧管の先端の概略断面図、図１９は他の押圧管の先端の概略断面図を各々示す。
【００５０】
図１０に示すように、本施工装置３０は、地盤中に掘削孔１４を形成するオーガー３１と、このオーガー３１の内部にあって、オーガー３１と独立して上下動可能な筒状の押圧管５０とを備えている。
上記オーガー３１は、杭１０より大きな内径を有する円筒状であって、その先端下部には、円錐状であって、先端が開口可能に形成された先掘刃３３と、この先掘刃３３に連設され、中空の円筒管状に形成された中空管３２と、この中空管３２の外周表面にスパイラル状に連続して形成されたスクリュー３４とを備えたものを使用する。なお、オーガー３１の先端下部は、オーガー３１の引き上げ時にオーガー３１から分離し、土中に残る非回収タイプのものでも良い。
【００５１】
また、オーガー３１は、図１１に示すように、スクリュー３４がその先掘刃３３から途中まで外周表面にスパイラル状に形成されている先端オーガータイプのものでも良い。この先端オーガータイプのオーガー３１は、地盤から排出する土の量が少なく、いわゆる低排土となり、周辺地盤をより締め固める効果がある。このような先端オーガータイプのものは、特にゆるい砂地盤や軟弱粘土地盤の場合に、それらが圧縮され、密度が増加し、周辺地盤を締め固めることができて、周面支持力を増加させることができ、有効である。
【００５２】
まず、図１２に示すように、上記オーガー３１からなる施工装置３０を所定の地盤９０上に垂直に設置する。
本施工装置３０は、図１２に示すように、外周表面にスクリュー３４を有する上記オーガー３１と、このオーガー３１内部に配置された押圧管５０と、この押圧管５０を上下に可動させる可動装置４０と、この可動装置４０とオーガー３１との間にあって、オーガー３１を回転させるとともに、オーガー３１の内周面と押圧管５０の外周面との間にドレーン材２０を圧入可能な回転圧入装置４１とを備えている。そして、回転圧入装置４１の上部には、ドレーン材２０を外部から挿入できる投入口４２が形成されている。
【００５３】
上記押圧管５０は、図１２に示すように、円筒状であって、その外径がオーガー３１の内径より小さく設定されてあり、その頭部には、押圧管５０に振動を与えることが可能なバイブレーター４３が設置されている。
上記可動装置４０は、図１２に示すように、回転圧入装置４１の上に配置されているとともに、可動装置４０と押圧管５０とは、支持軸４４により連結されている。そして、可動装置４０の内部には、図示しないがカムが組み込まれてあり、上記支持軸４４を繰り返し、上下動することにより、押圧管５０を上下動できるように設定されている。
【００５４】
つぎに、図１３に示すように、回転圧入装置４１によりオーガー３１を時計回りに、正回転させながら所定の深さまで地盤９０中に貫入する。
つぎに、図１４に示すように、地盤９０中の所定の深さまでオーガー３１を貫入させた後、回転圧入装置４１によりオーガー３１の回転を停止させる。
そして、図１４に示すように、オーガー３１の上に設置した可動装置４０、支持軸４４及び回転圧入装置４１等を取り除き、オーガー３１の上部を開口した状態とする。
【００５５】
つぎに、図１４に示すように、その開口した上方から、砂利等からなるドレーン材２０を投入し、オーガー３１の先掘刃３３にのみ、ドレーン材２０を充填する。
なお、上記ドレーン材２０は、砂利、砕石等のほか、建築解体で生じる廃材としてのコンクリートの破砕等も使用できる。
つぎに、図１４に示すように、オーガー３１の開口した上方から、その内部に杭１０を入れ、先端部３０のドレーン材２０の上であって、オーガー３１及び押圧管５０の中心部に杭１０を設置する。なお、押圧管５０を、杭１０の設置時に装着しても良い。また、オーガー３１及び押圧管５０の中心部に、杭１０を予め設定しておいても良い。
【００５６】
さらに、押圧管５０を使用することにより、副次的な効果として、杭１０の鉛直性等の施工精度を容易に高めることができる。これは、掘削孔１４よりもさらに径が小さな押圧管５０の内部に杭１０を設置するために、杭１０の傾斜が制限され、その結果として鉛直性が向上するからである。
また、杭１０の種類としては、コンクリート杭、鋼管杭、木杭或いはこれらを複合し、組み合わせた杭でも良い。
【００５７】
つぎに、図１５に示すように、オーガー３１の上部に、再度、可動装置４０、支持軸４４及び回転圧入装置４１等を取り付ける。
つぎに、図１５に示すように、回転圧入装置４１によりオーガー３１を反時計回りに逆回転させながら、オーガー３１を徐々に引き抜いていく。
その際、回転圧入装置４１の投入口４２からドレーン材２０を投入して、オーガー３１の内周面と杭１０の外周面との間にドレーン材２０を充填させる。なお、オーガー３１の内周面と杭１０の外周面との間に、ドレーン材２０を予め投入乃至は充填しておいても良い。
【００５８】
さらに、ドレーン材２０を充填させると同時に、可動装置４０により、押圧管５０を上下に繰り返し移動させて、充填しているドレーン材２０を締め固めていく。
これにより、図１５に示すように、ドレーン材２０を杭１０の外周表面と掘削孔１４の内周表面との間に連続的に充填することができる。
その際、押圧管５０の上部に取り付けたバイブレーター４３により、押圧管５０を振動させている。
【００５９】
このため、押圧管５０を介して、ドレーン材２０が振動し、粒同士がより密に配置され、粒同士の結合が強固となり、ドレーン材２０をより強固に締め固めることができる。
なお、押圧管５０を繰り返し上下させる装置としては油圧ハンマーでも良い。
また、繰り返し上下させる位置としては、上述したように押圧管５０全体を上下させてもよいが、押圧管５０の先端部だけでも良い。
【００６０】
また、バイブレーター４３は、押圧管５０の上部に取り付けているが、先掘刃３３に取り付けても良い。バイブレーター４３を先掘刃３３に取り付けると、振動を先掘刃３３からドレーン材２０に直接伝えることができて、より効果的にドレーン材２０を締め固めることができる。
さらに、振動はドレーン材２０を介して、周辺地盤９０にも伝わり、周辺地盤９０のゆるみを防ぐとともに、周辺地盤９０を締め固めることができる。
【００６１】
また、押圧管５０は、図１７に示すように、その先端下部の肉厚が先細に形成されている。
このため、ドレーン材２０の内部に先端が先細に形成された押圧管５０が上方から押し込まれると、図１７に示すように、押圧管５０の先端の両斜面により、ドレーン材２０を水平方向に押し拡げて、水平方向にもドレーン材２０を締め固めることができる。
【００６２】
さらに、押圧管５０によりドレーン材２０を水平方向に押圧する力は、ドレーン材２０を介して、周辺地盤９０にも及び、周辺地盤９０のゆるみを防ぎ、周辺地盤９０を締固めることができる。
また、押圧管５０の先端には、図１８に示すように、  先端下部の肉厚が外周外側に向かって厚く形成された押圧部５１を取り付けても良い。
【００６３】
上記押圧部５１は、耐磨耗性が優れた金属からなり、図１８に示すように、その全体形状はリング状であって、押圧管５０の先端に固定されている。また、押圧部５１は、その内面側が緩やかに傾斜し、外面側が急勾配に傾斜して、外周表面より外側に一部突出して形成されている。
これにより、押圧管５０が上方から押し込まれると、図１８に示すように、押圧部５１の先端外側の斜面により、周囲のドレーン材２０を水平方向外側に向かって押し拡げて、ドレーン材２０を水平方向により強く締め固めることができる。
【００６４】
また、先端が磨耗したら、押圧管５０全体を取り替えることなく、磨耗が激しい先端の押圧部５１のみ取り替えることができて、施工コストを低減させることができる。
さらに、押圧管５０の先端は、図１９に示すように、先端下部の肉厚を外周外側に向かって厚く形成するとともに、内周面側に傾斜面を形成せず、外周面側にのみ傾斜面を形成した押圧部５２を取り付けても良い。
【００６５】
上記押圧部５２は、耐磨耗性が優れた金属からなり、図１９に示すように、その全体形状はリング状であって、押圧管５０の先端下部に固定されている。また、押圧部５２は、その内面側には傾斜面を形成せず、外面側が急勾配に傾斜して、外周表面より外側に一部突出して形成されている。
これにより、押圧管５０が上方から押し込まれると、図１９に示すように、押圧部５２の先端外側の斜面により、周囲のドレーン材２０を水平方向外側に向かって押し拡げて、ドレーン材２０を水平方向外側に向かってさらに強く締め固めることができる。
【００６６】
また、先端が磨耗したら、図１８で示した押圧部５１と同様に、磨耗が激しい先端の押圧部５２のみ取り替えることができて、施工コストを低減させることができる。
なお、図１８，１９で示したように、押圧部５１，５２は押圧管５０の先端に取り付けて使用しているが、もちろん、図１７に示すように、押圧管５０全体を一体物として形成しても良い。
【００６７】
そして、図１６に示すように、杭１０の全長にわたって、その外周表面と掘削孔１４との間にドレーン材２０が充填され、杭１０が締め固められた地盤９０中に埋設され、杭１０はドレーン材２０及び周辺地盤９０により強固に保持された状態となる。
なお、上記第１実施例において、押圧管５０の形状は、断面が円形の筒状等のものを使用しているが、断面形状は特にこれに限定されるものではなく、三角形、四角形若しくは多角形の筒状等のものでもよく、第１〜３の実施例で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
つぎに、本発明の第２実施例に係る通水孔付き杭６０について説明する。
図２０は、本発明の第２実施例に係る通水孔付き杭の断面図、図２１はこの通水孔付き杭を地盤中に埋設した状態の断面図、図２２は水抜き孔の他の実施例を説明するための通水孔付き杭の断面図を各々示す。
本発明の第２実施例に係る通水孔付き杭６０は、図２０，２１に示すように、第１実施例と比較して、杭６０の下部に、水抜き孔６４を設けたことのみが異なる。そして、その他は第１実施例と同様であり、同様の装置を使用し、ほぼ同様の方法により施工する。
【００６９】
この第２実施例に係る通水孔付き杭６０は、杭６０の上部にのみ、杭６０の外周面と中空部６１とを連通する通水孔６２が設けてあり、この通水孔６２には、フィルター６３を取り付けてある。また、杭６０の下部には、杭６０の外周面と中空部６１とを連通し、杭６０の内部の中空部６１内に貯水した水を、杭６０の外部に排水するための水抜き孔６４を設けてある。
【００７０】
杭６０の上部に設けた通水孔６２は、上記した第１実施例に係る通水孔１２と同様のもので、ドレーン層１５内を上昇してきた余剰間隙水を、杭６０の中空部６１内に導くためのものである。また、通水孔６２に設けるフィルター６３は、上記した第１実施例に係るフィルター１３と同様のもので、通水孔６２内にドレーン材２０が侵入することを防止するためのものである。
【００７１】
また、杭６０の下部に設けた水抜き孔６４は、ドレーン材２０が水抜き孔６４の内部に侵入しないような孔径となっている。
この第２実施例に係る通水孔付き杭６０は、上記した第１実施例に係る通水孔付き杭１０と同様の方法により施工され、ドレーン層１５の上部に張り出し部１６を形成してある。
【００７２】
先に説明したように、地震が発生した場合には、地盤中に含まれる水分の間隙水圧が上昇し、図２１中、実線で示すように、余剰間隙水となってドレーン層１５内へ浸入し、ドレーン層１５内部のドレーン材２０により形成された隙間を通じてドレーン層１５上部へ移動する。
第２実施例に係る通水孔付き杭６０では、このようにしてドレーン層１５上部に移動してきた余剰間隙水を、張り出し部１６内に一時的に貯留するとともに、通水孔６２を通して杭６０の中空部６１内に導いて貯水することは、第１実施例と同様である。
【００７３】
そして、図２１中、破線で示すように、杭６０の中空部６１内に取り込んで貯水した水を、水抜き孔６４を通して、再び地盤９０中に還元する。
このように水抜き孔６４を設けたため、例えば、鋼管杭のように浸透性を有しない杭であっても、杭６０の中空部６１内に取り込んで貯水した水を地盤中に還元することができ、杭６０の内部の貯水の水位を低下させて、さらに地震が発生した場合であっても、地盤中の余剰間隙水を筒状の杭６０の内部に貯水することができる。
【００７４】
なお、第２実施例に係る通水孔付き杭６０は、必ずしも地上構造物等を支持するための杭６０である必要はなく、例えば、地盤の液状化によって生じる余剰間隙水を排水することのみを目的とするものであっても良い。
また、地上構造物等を支持していない杭６０である場合には、杭６０の内部の中空部６１内に貯水した水を、杭６０の上部の開口部から、ポンプ等を用いて強制的に排水しても良い。
また、図２２に示すように、地盤中の水が、水抜き孔６４を通して杭６０の中空部６１内に浸入してくるのを防止するため、水抜き孔６４には、杭６０の中空部６１から杭６０の外周面へ向かってのみ通水可能な弁、例えば逆止弁６５を設けることが好ましい。
【００７５】
この逆止弁６５は、図２２中の実線で示すように、常には水抜き孔６４を閉塞している。そして、杭６０の中空部６１内に水が溜まり、水抜き孔６４の内側から水圧がかかった場合には、図２２中の破線で示すように、杭６０の中空部６１内からの水圧により水抜き孔６４の外側へ向かって開き、杭６０の中空部６１内に貯水した水を杭６０の外部へ排出することができる。
【００７６】
一方、水抜き孔６４の外側のドレーン層１５内に水が溜まり、水抜き孔６４の外側から水圧がかかった場合には、この水圧により、逆止弁６５が水抜き孔６４の内側へ向かって押圧されて、水抜き孔６４を閉塞し、ドレーン層１５内の水が杭６０の中空部６１内に浸入することを防止することができる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１記載の発明によれば、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項１記載の発明によれば、地震時に発生する地盤中の余剰間隙水を筒状の杭内部に貯水して、地盤の液状化を低減できる通水孔付き杭を提供することができる。
【００７９】
請求項２記載の発明によれば、上記した請求項１記載の発明の効果に加え、次のような効果を奏する。すなわち、請求項２記載の発明によれば、ドレーン層内を上昇してきた地盤中の余剰間隙水を一時的に貯留できる部位をドレーン層上部に設けて、地盤中の余剰間隙水を地上に噴出させることなく杭内部に取り込んで、地盤の液状化を低減できる通水孔付き杭を提供することができる。
【００８０】
請求項３記載の発明によれば、上記した請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、次のような効果を奏する。すなわち、請求項３記載の発明によれば、杭内部に取り込んで貯水した地盤中の水を、再び地盤中に還元して、杭内部の貯水の水位を低下させることにより、さらに地震が発生した場合であっても、地盤中の余剰間隙水を筒状の杭内部に貯水することができる通水孔付き杭を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭を地盤中に埋設した状態を示す断面図である。
【図３】通水孔の他の実施例を説明するための通水孔付き杭の一部断面図である。
【図４】地震時における液状化現象を示すものであって、地盤を示す概略断面図である。
【図５】地震時における液状化現象を示すものであって、ゆるい砂層の粒の状態を示す概略模式図である。
【図６】地震時における液状化現象を示すものであって、地震発生前後の地盤を示す概略模式図である。
【図７】地震時における液状化現象を示すものであって、地震発生時における未処理地盤の状態を示す概略断面図である。
【図８】地震時における液状化現象を示すものであって、地震発生時における処理地盤の状態を示す概略断面図である。
【図９】地震時における液状化現象を示すものであって、地震発生時における処理地盤及び未処理地盤と間隙水圧比との関係を示す概略模式図である。
【図１０】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭を施工する施工装置であって、全外周にスクリューを有するオーガーを示す概略側面図である。
【図１１】本発明の第１実施例に係る通水孔付き孔を施工する施工装置であって、先端部のみにスクリューを有するオーガーを示す概略側面図である。
【図１２】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭の施工方法であって、オーガーを地盤上にセットした状態を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭の施工方法であって、オーガーを地盤中に貫入させている状態を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭の施工方法であって、オーガー内部に杭を設置した状態を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭の施工方法であって、ドレーン材を充填しながらオーガーを引き抜いている状態を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭の施工方法であって、杭を地盤中に埋設した状態を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭の施工方法であって、押圧管の先端を示す概略断面図である。
【図１８】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭の施工方法であって、他の押圧管の先端を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の第１実施例に係る通水孔付き杭の施工方法であって、他の押圧管の先端を示す概略断面図である。
【図２０】本発明の第２実施例に係る通水孔付き杭の断面図である。
【図２１】本発明の第２実施例に係る通水孔付き杭を地盤中に埋設した状態を示す断面図である。
【図２２】水抜き孔の他の実施例を説明するための通水孔付き杭の一部断面図である。
【図２３】従来の杭の施工方法を示すものであって、地盤を掘孔し、硬化剤を充填する一工程を示す断面図である。
【図２４】従来の杭の施工方法を示すものであって、掘削孔内部に杭を固定した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  杭                    １１  中空部
１２  通水孔                １３  フィルター
１４  掘削孔                １５  ドレーン層
１６  張り出し部            １７  通水孔
２０  ドレーン材            ３０  施工装置
３１  オーガー              ３２  中空管
３３  先掘刃                ３４  スクリュー
４０  可動装置              ４１  回転圧入装置
４２  投入口                ４３  バイブレーター
４４  支持軸                ５０  押圧管
５１，５２  押圧部              ６０  杭
６１  中空部                ６２  通水孔
６３  フィルター            ６４  水抜き孔
６５  逆止弁                ９０  地盤
９１  地震発生前の地盤      ９２  地震発生後の地盤
９３  噴砂・噴水            １００  既成杭
１０１  スクリューオーガー      １０２  回転装置
１０３  セメントミルク        ＷＬ  地下水位面
ＧＬ  地表面                ＬＳ  砂層
τＰ  せん断力              Ｅ  有効土カブリ圧
Ｕ  水圧
【図１】
0003576259.tif 000002
【図２】
0003576259.tif 000003
【図３】
0003576259.tif 000004
【図４】
0003576259.tif 000005
【図５】
0003576259.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003576259.tif 000008
【図８】
0003576259.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003576259.tif 000011
【図１１】
0003576259.tif 000012
【図１２】
0003576259.tif 000013
【図１３】
0003576259.tif 000014
【図１４】
0003576259.tif 000015
【図１５】
0003576259.tif 000016
【図１６】
0003576259.tif 000017
【図１７】
0003576259.tif 000018
【図１８】
0003576259.tif 000019
【図１９】
0003576259.tif 000020
【図２０】
0003576259.tif 000021
【図２１】
0003576259.tif 000022
【図２２】
0003576259.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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