(57)【要約】【課題】工費増を最小限に抑えながら、固化杭の先端支持力を増大したり、固化杭の先端荷重を分散しすくしたり、固化杭の沈下を防ぎやすくし、それらによって当該地盤改良の適用機会を拡大する。【解決手段】支持リーダー２に沿って昇降される筒状部材５を有した打設機を用いて、地盤の鉛直方向に延びている固化杭２１を造成する地盤改良工法において、固化杭２１の形成予定部より下方にセメント系材料を含まない砂や砕石等の砂系材料ａを打設し、かつ打設した砂系材料ａを加圧して締め固めた締固め杭２２Ａを造成した後、締固め杭２２Ａ上にセメント系材料ｂを打設して前記固化杭２１Ａを造成することを特徴としている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持リーダーに沿って昇降される筒状部材を有した打設機を用いて、地盤の鉛直方向に延びている固化杭を造成する地盤改良工法において、
前記固化杭の形成予定部より下方にセメント系材料を含まない砂や砕石等の粒状材料を打設し、かつ打設した粒状材料を加圧して締め固めた締固め杭を造成した後、前記締固め杭上にセメント系流動物を打設して前記固化杭を造成することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記締固め杭が前記固化杭の杭径より大きな杭径に形成されている請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記締固め杭が少なくとも前記固化杭の杭径より長く形成されている請求項１又は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、特にセメント系材料を打設して地盤の鉛直方向に固化杭を造成する構成に好適な地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤の改良工法には、各種の改良杭が実施されたり提案されているが、その一つにセメント系流動物を地中に打設して固化杭を造成することがある。具体例としては、特許文献１や２に開示されるように、支持リーダーに沿って昇降される筒状部材（回転軸、掘削軸等と称されている）などを有し、該筒状部材が回転しながら地中に掘進された後、引き抜かれる過程で、セメントミルク等の流動物を該筒状部材内（供給管を通して供給されると共に、該供給管の下側吐出口）から削孔内に吐出し、原位置土と混合することで所定長さの固化杭を造成する構成である。
【０００３】
以上のようにして造成された固化杭は軟弱地盤の強度増大に寄与する。固化杭の強度を上げるには、例えば、杭径を大きくしたり、セメント系材料の打設量を多くしたり、筒状部材に振動を付与してセメントミルク等の流動物を吐出して原位置土と混合すると共に掘削翼など締め固めるようにしたり（特許文献１）、セメント系材料の素材構成等を工夫（特許文献２）することになる。
【特許文献１】特開平７−１８９２４１号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したような固化杭の強度特性は、対象地盤の土質性状によっても左右され、強度発現が地盤の土質性状として、例えば、粘性土では砂質土に比べ数段小さくなる。また、杭の支持形式は、主に杭周囲面の摩擦力で支持する摩擦支持杭と、主に杭先端抵抗で支持する先端支持杭と、両者の性質を合わせ持つ先端・摩擦支持杭とに分類される。固化杭としては、先端・摩擦支持杭に限らず摩擦支持杭でも杭先端支持力を少しでも増大した方が好ましい。一方、粘性土では砂質土に比べて、せん断抵抗τ（ｋＮ/ｍ２）や地盤の変形係数Ｅｓ（ｋＮ/ｍ２）が小さくなる。このため、固化杭としては、例えば、杭径を相対的に大きくして杭先端支持力を確保したり、杭全寸をより長くして沈下量を減少するようにしている。これらは工費増の要因となっている。
【０００５】
本発明の目的は、以上のような課題に鑑み、工費増を最小限に抑えながら、固化杭の先端支持力を増大したり、固化杭の先端荷重を分散しやすくしたり、固化杭の沈下を防ぎやすくし、それらによって当該地盤改良の適用機会を拡大することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は、支持リーダーに沿って昇降される筒状部材を有した打設機を用いて、地盤の鉛直方向に延びている固化杭を造成する地盤改良工法において、前記固化杭の形成予定部より下方にセメント系材料を含まない砂や砕石等の粒状材料を打設し、かつ打設した粒状材料を加圧して締め固めた締固め杭を造成した後、前記締固め杭上にセメント系流動物を打設して前記固化杭を造成することを特徴としている。
【０００７】
また、以上の地盤改良工法は、請求項２のごとく前記締固め杭が前記固化杭の杭径より大きな杭径に形成されていること、請求項３のごとく前記締固め杭が少なくとも前記固化杭の杭径より長く形成されていることがより好ましい。
【０００８】
以上の本発明において、地盤改良工法は、特に、対象地盤が粘土層などであり、杭設計として、固化杭が支持地盤層に達しない仕様に好適である。また、以上の締固め杭は、形態例のごとく筒状部材に振動を加えて排出した粒状材料を締め固める方法以外にも、例えば、特許第２５８４４０２号公報に開示されるように筒状部材を一旦引き抜いた後、所定距離だけ再貫入して締め固める方法でもよい。
【０００９】
ここで、本発明の固化杭とは、セメントミルクやソイルセメントそれに類似するセメント系材料（これには発泡剤、気泡剤、硬化剤等を混合しているものを含む）を用いて造成される全体が一体ものに固化している杭を指している。本発明の締固め杭とは、セメント等の固化系材料を含まない砂、砕石、砂利、鉱さい等の粒状材料を用いて打設すると共に所定圧で締め固めた杭、つまり固化杭のように一体ものとして固まっていなく、持ち上げると崩れるような杭を指している。なお、本発明の地盤改良は、軟弱地盤の処理として沈下低減基礎工法を含む広義な意味で使用している。また、締固め杭及び固化杭は、形態例のごとく同じ打設機により造成することが好ましいが、締固め杭用打設機及び固化杭用打設機を用いて順に造成しても差し支えない。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明では、固化杭の先端（下端）に、締固め杭（この杭は杭先端周囲の粘性土等の軟弱地盤よりせん断抵抗τ及び変形係数Ｅｓがかなり大きい）を造成することにより、工費増を抑えながら、固化杭先端の支持力が増大し、固化杭全体の鉛直支持力を増大することができ、また、固化杭の沈下量を減少することができる。従って、本発明は、軟弱地盤の強度増大を効率よく実現して、それによって信頼性を向上したり適用機会を拡大できるようにする。
【００１１】
請求項２の発明では、前記締固め杭の杭径を固化杭より大きくして、固化杭先端から締固め杭下端までの応力分散をはかりやすくすることにより、例えば、先端支持力算定における断面積を大きく確保できるため、固化杭全体としての鉛直支持力を増大することができる。
【００１２】
請求項３の発明では、例えば、「建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針」（日本建築センター）によれば、固化杭の先端の支持力は、杭先端より、上下それぞれの杭径ｄの範囲の地盤のせん断抵抗に基づいて算出するとされていることから、先端の締固め杭の長さを、固化杭先端よりｄとすることで、先端支持力を大きくとることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明工法に用いられる地盤改良用打設機の全体を示し、図２と図３は前記打設機を用いて本発明工法を実施する施工例の主な工程を示している。図４は本発明工法の他の施工例を示している。以下の説明では、図１の打設機、図２及び図３に示した地盤改良工法の施工例、図４の変形例の順に詳述する。
【００１４】
（打設機）図１において、この地盤改良用打設機は、主な構成部材として、走行式ベースマシン１と、支持用リーダー２と、シーブブロック３と、アタッチメント４と、筒状部材５と、バケット６を備えている。
【００１５】
ベースマシン１は、移動及び旋回可能であり、不図示のウインチドラム、コンプレッサー、発動機などを搭載している。リーダー２は、油圧シリンダで伸縮する複数のバックステー７により起立保持されている。リーダー２の側面の打ち、アタッチメント４及び筒状部材５を配置している側面と交差する側面には、バケット６が前記ウインチドラムなどを利用した適宜な手段により上下動可能に配置されている。バケット６には、締固め杭用として砂等の粒状材料が投入されたり、固化杭用としてセメントと骨材等を混ぜた流動物が投入される。
【００１６】
シーブブロック３は、リーダー頂部の笠木８に組み付けられている滑車部の対応部と対となっていて、前記ウインチドラムから引き出されたワイヤ９などにより操作されて下端に取付けられたアタッチメント４を昇降させる。アタッチメント４は、筒状部材用保持部材１０と、バケット６から前記粒状材料又は流動物を受け取って筒状部材５内に供給するホッパー１１と、筒状部材５に振動を加えるバイブロハンマ１２とを少なくとも有している。筒状部材５は、保持部材１０に保持されるとともに、シーブブロック３を介して吊り下げられた状態で、バイブロハンマ１２を駆動することで地中に貫入される。これらは従来とほぼ同じである。
【００１７】
（施工例）この施工例は、対象地盤が軟弱土壌からなり、ここに地盤の鉛直方向に延び、かつ粘性土層より下方の支持地盤層に達していないセメント系流動物を打設して固化杭、つまり主に周面摩擦で支持される固化杭を造成して地盤強度を設計値まで付与する例である。地盤改良工法としては、従来工法に対し、特にセメント系固化杭の形成予定部より下方に砂や砕石等の粒状材料を打設し締め固めた締固め杭を造成した後、該締固め杭上に前記固化杭を造成する点で相違している。なお、この工法では、図３（ｃ）の例で説明すると、改良杭２０を構成している締固め杭２２及び固化杭２１の各杭径、各杭の長さ、杭の本数及び配置が対象地盤の土質性状や目標とする地盤強度等に応じて設計算出されることは勿論である。
【００１８】
上記改良杭２０の施工要領は、図２（ａ）のごとく筒状部材５を地盤中の設計深さＧ1まで貫入する工程（以下、貫入工程という）と、設計深さＧ1から引抜く過程で、図２（ｂ），（ｃ）及び図３（ａ）のごとく筒状部材５を一定深さ引き抜きつつ、筒状部材５から排出した前記粒状材料を締め固めて所定長さの締固め杭２２を造成する工程（以下、締固め杭造成工程という）と、締固め杭２２の造成後に筒状部材５を更に引き抜く過程で、セメント系流動物を打設して固化杭２１を造成する工程（以下、固化杭造成工程という）とを順に行う。
【００１９】
貫入工程では、筒状部材５がシーブブロック３を介して下降され、かつバイブロハンクマ１２で振動を加えながら地中へ貫入される。筒状部材５内には、貫入工程の過程ないしは設計深さＧ1に達した後にホッパー１１を介して所定量の砂、砂利、砕石等の粒状材料（以下、砂系材料ａという）が投入される。その後、筒状部材５内は、不図示の気体供給装置から圧縮空気が供給されて圧気される。
【００２０】
締固め杭造成工程では、筒状部材５内が充分に圧気された後、所定量だけ上昇つまり引き抜かれるが、その際、図２（ｂ）のごとく内部の砂系材料ａが先端（下端）から排出される。排出された砂系材料ａは、筒状部材５が図２（ｃ）のごとくバイブロハンクマ１２で振動されることにより、筒状部材５の先端で加圧されて締め固められる。なお、この工程では、筒状部材５がシーブブロック３を介して下方向へ若干動かされるよう調整される。
【００２１】
図３（ａ）は以上の操作を繰り返して所定長さの締固め杭２２を形成した後、続いて固化杭造成工程を開始した状態を示している。すなわち、固化杭造成工程では、セメントと骨材等を予め混合した流動物（以下、セメトン系材料ｂという）は、地上側に用意される材料溜め部よりバケット６及びホッパー１１を介して筒状部材５内に供給され、筒状部材５の引き抜きによって形成される空隙部に打設される。打設されたセメント系材料ｂは時間経過により固化されて固化杭部分を順に形成することになる。
【００２２】
図３（ｃ）は以上のようにして造成された改良杭２０（締固め杭２２及び固化杭２１）を示している。この改良杭２０は、セメント系材料ｂの固化杭２１が砂系材料ａの締固め杭２２上に一体化されているため、固化杭２１だけの従来杭に比べて、固化杭先端の支持力が締固め杭２２に応じて大きくなり、それにより固化杭全体の鉛直支持力又は固化杭先端支持力を増大することができる。すなわち、この杭構成では、固化杭２１の先端に締固め杭（この杭は杭先端周囲の粘性土等の軟弱地盤よりせん断抵抗τ及び変形係数Ｅｓがかなり大きい）を造成したため、工費増を抑えながら、固化杭全体の鉛直支持力を増大することができると共に、固化杭２１の沈下量も減少することができる。後者の点は、固化杭２１を長くして沈下量を減少する方法に比べ材料費を抑えることができる。
【００２３】
また、この例では、締固め杭２２の長さｄが固化杭２１の杭径ａより長く設定されている。この利点は、例えば、「建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針」（日本建築センター）によれば、固化杭の先端の支持力は杭先端より、上下それぞれの杭径ｄの範囲の地盤のせん断抵抗に基づいて算出するとされていることから、先端の締固め杭２２の長さｄを固化杭の杭径ａ以上にすることで、先端支持力を大きくとることができる。
【００２４】
（変形例）本発明工法は、以上の形態に限られず以下のように変形したり展開可能である。
第１に、改良杭２０Ａとしては、図４の変形例に示されるように、締固め杭２２Ａの杭径ｂを、固化杭２１Ａの杭径ａ1より大きく形成する構成である。ここで、固化杭２１Ａは上記した固化杭２１と同じくセメトン系材料ｂを用いた構成、締固め杭２２Ａは上記した締固め杭２２と同じく砂系材料ａを用いた構成からなると共に、砂系材料ａを締め固める際に筒状部材５に加える振動を増大してより強く締め固めたものである。以上の改良杭２０Ａでは、締固め杭２２Ａの杭径ｂを固化杭２１Ａの杭径ａ1より大きくした関係で、固化杭２１Ａの先端から締固め杭２２Ａの下端までの応力分散をはかりやすくなる。よって、杭構成としては、例えば、先端支持力算定における断面積を大きく確保できるため、固化杭全体としての鉛直支持力を増大することができる。
【００２５】
第２に、打設機としては、上記した締固め杭及び固化杭を共に造成可能なものを使用したが、締固め杭造成用打設機と、固化杭造成用打設機とを用いて、まず、締固め杭を造成した後、打設機を交換して各締固め杭の上に固化杭を造成するようにしてもよい。なお、締固め機構としては、例えば、特許第２５８４４０２号公報等で知られるように、アタッチメント４に相当する部分をリーダー２の一側上下に配設されたラックに噛み合っているピニオン機構を介して昇降し、筒状部材５から排出した砂系材料ａを該ピニオン機構を介した筒状部材５の再貫入により締め固めるようにしてもよい。その場合は、振動を加える方法に比べて騒音問題を生じない。筒状部材には、特許文献１に例示されるように掘削翼や攪拌翼が必要に応じて付設されることもある。
【００２６】
以上のように本発明は、上記した形態や変形例に何ら制約されるものではなく、請求項１で特定する要件を除いて種々変形したり展開可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明工法に用いられる地盤改良用打設機の一例を示す模式構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１の打設機を使用して本発明工法により締固め杭の造成過程を示す模式作動図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明工法により締固め杭を造成した後、固化杭の造成過程及び造成後の杭構成を示す模式作動図である。
【図４】本発明工法により造成された他の杭構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
２…支持リーダー
３…シーブブロック
４…アタッチメント
５…筒状部材
１０…保持部材
１１…ホッパー
１２…バイブロハンマ
２０，２０Ａ…改良杭
２１，２１Ａ…固化杭
２２，２２Ａ…締固め杭
ａ…砂系材料（粒状材料）
ｂ…セメント系材料（セメント系流動物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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