(57)【要約】  【課題】ＳＣＰ工法における過大なエネルギー消費を抑制し、迅速、円滑に砂排出を実現すること。  【解決手段】ケーシングパイプ１内の砂３にエアー圧を加えて砂杭を打設する圧縮砂杭打設工法において、ケーシングパイプ１先端部の側方からエアージェット噴出口２を通じて、ケーシングパイプ１上部からの加圧を施すことなく、ケーシングパイプ１内の砂３を該ケーシングパイプ１外に排出させる圧縮砂杭打設工法における砂の排出方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングパイプ内の砂にエアー圧を加えて砂を排出し打戻して砂杭を打設する打戻し方式圧縮砂杭打設工法において、ケーシングパイプ先端部の側方からエアージェットを噴出させることによって、ケーシング先端部の内部圧力を短時間で効率良く上昇させ、外圧に対抗できる状態としケーシングパイプ内の砂を該ケーシングパイプ外に排出させることを特徴とする打戻し方式圧縮砂杭打設工法における砂の排出方法。
【請求項２】
上記エアージェットへの圧力を圧力制御により調整することによって、ケーシングパイプ先端部側方のエアージェットの各深度に対応してエアー圧の供給をすることができるようにしたことを特徴とする請求項１記載の打戻し方式圧縮砂杭打設工法における砂の排出方法。
【請求項３】
上記砂は透気係数の小さい砂を材料に使用したことを特徴とする請求項１または２記載の打戻し方式圧縮砂杭打設工法における砂の排出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打戻し方式圧縮砂杭打設工法（サンドコンパクションパイル工法）における砂の排出方法に関するものであり、特に、ケーシングパイプ先端部の側方からエアージェットを噴出させて該ケーシングパイプ内の砂を排出させる砂の排出方法に関するものである。
【０００２】
換言すると、本発明は、打戻し方式サンドコンパクションパイル（Ｓａｎｄ  Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ  Ｐｉｌｅ：ＳＣＰ）工法において、ケーシングパイプ先端にエアージェット噴出口を設け、ケーシングパイプ上部にはエアー加圧をせずケーシングパイプ内の砂を排出する方法に特徴をもつ発明であり、ケーシングパイプ内の砂を少ないエネルギーで環境負荷の軽減を図りつつ、効果的に地盤に排出させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、圧縮砂杭打設工法（サンドコンパクションパイル工法）おいて砂杭を打設するときは中詰め砂を排出するためにケーシングパイプ上部にパイプ内のエアーを加圧するためのエアー加圧機構を設けていた（［特許文献１］及び［特許文献２］参照）。斯かる従来技術における圧縮砂杭打設工法ではケーシングパイプ先端部には空気を噴出する加圧装置に関しては、備えていないか、たとえ備えていても、加圧の主要部をなすものではなかった。
【０００４】
即ち、斯かる従来工法の場合、ケーシングパイプ内上部における加圧が主体であり、ケーシングパイプ先端部におけるエアージェットによる加圧は行なわないか、たとえ、行ったとしても、補助的な役割を演じているに過ぎなかったのである。
【特許文献１】特開２００３−４１５６６号公報
【特許文献２】特開平０５−１４０９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術における施工法では、ケーシングパイプ内のエアーを加圧するために、該ケーシングパイプの上部に装備された空気弁を擁した加圧空気機構によって強大な空気圧が必要とされ、その操作も煩雑で、エアー量も過大となり、且つ、エアー圧力がケーシングパイプ先端まで到達するまでに砂を逆透気するために必要な時間を要する。その結果、砂杭打設に係る燃料消費量の増大を来し、環境負荷の増大を招く等の不都合が生じた。
【０００６】
更に、従来の工法では、砂杭造成過程のなかで、砂補給を行なう場合は、ケーシングパイプ内の加圧されたエアーを排出させる必要があった。そのため、砂補給に係るエアー排出時の排出音による騒音が発生した。更に又、砂補給を行なうに当り、エアーの排出中は砂補給を行なうことが出来ず、砂杭打設作業の進捗上、時間的損失が生じ、作業効率の低下を余儀なくされていた。
【０００７】
そこでケーシングパイプ内上部に、エアー加圧手段を用いることなく、消費燃料を低くし、且つ、騒音を防止し環境負荷を軽減させるために解決すべき技術上の課題が生じるのであり、本発明は斯かる課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために提供されたものであり、請求項１記載の発明は、ケーシングパイプ内の砂にエアー圧を加えて砂を排出し打戻して砂杭を打設する打戻し方
式圧縮砂杭打設工法において、ケーシングパイプ先端部の側方からエアージェットを噴出させることによって、ケーシング先端部の内部圧力を短時間で効率良く上昇させ、外圧に対抗できる状態としケーシングパイプ内の砂を該ケーシングパイプ外に排出させることを特徴とする打戻し方式圧縮砂杭打設工法における砂の排出方法を提供するものである。
【０００９】
この発明によれば、ケーシングパイプ内に供給された砂は該ケーシングパイプ先端部に設置されたエアーパイプにより加圧エアーを供給して砂杭を造成するので、少ない加圧量で効率良く砂を排出することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記エアージェットへの圧力を圧力制御により調整することによって、ケーシングパイプ先端部側方のエアージェットの各深度に対応してエアー圧の供給をすることができるようにした請求項１記載の打戻し方式圧縮砂杭打設工法における砂の排出方法を提供するものである。
【００１１】
この方法によれば、砂杭の造成の進捗段階に応じてケーシングパイプ先端部を引き抜き、該ケーシングパイプ先端部側方のエアージェットの圧力を各造杭施工の深度に対応して適度のエアー圧の供給ができるから、常にパイプ内のエアー圧を適正に維持することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記砂は透気係数の小さい砂を材料に使用した請求項１または２記載の圧縮砂杭打設工法における砂の排出方法を提供するものである。
【００１３】
このような方法にしたから、透気係数が小さい砂を利用することにより、砂杭形成におけるエアー圧を効率的に高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明は、圧縮砂杭打設工法において、ケーシングパイプ先端部の側方からエアージェットを噴出させることによって、ケーシングパイプ上部からの加圧をなくし、ケーシングパイプ内の砂を先端部において加圧したので、ケーシングパイプ上部はオープンであるから砂補給の待ち時間を要せず中詰め砂の補給に係るタイミング合わせが随時可能であり、砂杭打設の工事進捗の効率を高めることができる。
【００１５】
また、ケーシングパイプ上部にはエアーを加圧させる過大な加圧機構を要しないので、加圧機構を稼動させる駆動源が小さくてよく、燃料節約、コストダウン、環境負荷の軽減が図られる。
【００１６】
その上、ケーシングパイプ上部にエアー加圧機構を設けてパイプ上部に圧気を収納するものではないので、材料砂の補充供給に先立って、ケーシングパイプ内の圧縮空気を排出する必要がなく、排気に伴う高い騒音の発生を回避することができ、施工環境を良好に維持することが可能である。
【００１７】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、エアージェットへのエアー圧を圧力制御により調整することによって、ケーシングパイプ先端部側方のエアージェットが、造杭施工の各進捗段階で深度が変化しても当該深度に合わせてエアーを適正な圧力で供給することができる、即ち、砂杭打設の進捗段階に対応するパイプ先端の深度が変化した際に、該深度に即応した適切なエアージェットの圧力を制御し調整するから、無駄の無いエアー圧力を供給してコストをダウンさせると共に、エネルギー節約を通じて環境負荷の軽減を図ることが可能である。
【００１８】
更に、請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の発明の効果に加えて、上記
砂は透気係数の小さい砂を材料に使用した請求項１または２記載の打戻方式圧縮砂杭打設工法における砂の排出方法であるので、砂の透気係数が小さいことにより、エアージェットに伴う加圧エアーが供されても該透気係数の小さい砂がエアーの漏洩を防止して、ケーシング内の砂を下方に加圧して、砂杭が効率よく緻密に形成される。従って、砂杭の打設造成を効率的に、且つ、堅固に完成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本願発明は、上記目的を達成するために、ケーシングパイプ内の砂にエアー圧を加えて砂を排出し打戻して砂杭を打設する打戻し方式圧縮砂杭打設工法において、ケーシングパイプ先端部の側方からエアージェットを噴出させる砂の排出方法を提供することによって、ケーシングパイプ上部からの加圧を軽減させ、ケーシングパイプ内の砂を泥土に排出させて、施工時間の短縮、エネルギー節減、環境負荷低減を実現した。
【実施例１】
【００２０】
以下、図１〜図５に従い本発明の好適な実施例につき詳述することとする。図１は、本発明の使用に供するケーシングパイプを垂下させた状態の側断面図であり、１はケーシングパイプを示し、投入された材料砂の管通路を提供するとともに砂や加圧エアーを収容する容器であり、且つ、外洋の塩水・風雨に耐えるシールド（鎧装）として機能する中心的な機構をなす部材である。２は該ケーシングパイプ１の先端部に横方向からエアーが供給されるように取付けられたエアージェット噴出口であり、ケーシングパイプ１内に供給された砂３をエアージェットによって発生した空気圧によって、ケーシングパイプ１内先端部において加圧し、順次外に排出するために役立てるものである。
【００２１】
同図中４は、ホッパーであり、砂の投入口５を通じて供給を受けた砂をケーシングパイプ本体内に受け入れる役目を担う。
【００２２】
本発明に係る打戻し方式圧縮砂杭打設工法における砂の排出方法においては、砂の供給に当って所謂ダブルダンパー方式（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｄｕｍｐｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）を採用し、砂の投入口５の底部とホッパー４の底部に二重の空気弁（図示省略）を設け、砂の供給に際し、ケーシングパイプ１内の空気圧に変動が生じない機構を採用している。このようにして、ケーシングパイプ１内の圧力を一定に保持し、該ケーシングパイプから排出される砂の量を安定させ、均一で高品質な圧縮砂杭（ＳＣＰ）の造成が可能となる。６は、バイブロハンマ（ｖｉｂｒｏ−ｈａｍｍｅｒ：起振機）であり、ケーシングパイプ１を粘土層等の地盤中に挿入するときに上下に振動して地盤の土中に貫入するように誘導する装置である。また、７は上記バイブロハンマ６を起動させるモータ（Ｍ）であり、Ｅは、粘土層等の地盤を示す。
【００２３】
上記のとおり、本発明においては、ホッパー４の直下であるケーシングパイプ１の上部にはパイプ内のエアーを加圧する加圧機構、若しくは加圧空気を供給する機構は用いておらず、砂を排出するためにはケーシングパイプ１の下端に横方向からエアーを供するために設けたエアージェット噴出口２から噴出されるエアー圧のみで、有効且つ効率的に、砂３を加圧し、順次ケーシング外に排出することを実行するものである。
【００２４】
次に、図２は、本発明に係るサンドコンパクションパイル工法（ｓａｎｄ  ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ  ｐｉｌｅ工法、以下、「ＳＣＰ工法」という。）の工程に使用する加圧機構を示す。
【００２５】
同図（ａ）において、８はコンプレッサーであり、空気を圧縮する装置で圧気の発生源となり、次いで、９は減圧弁であり、空気圧が減圧されて加圧空気の遅延を伴いつつ、次の１０で示されるレシーバータンクに一旦貯留され、然る後に、指令に応じて可動する電
磁弁１１を介して、上記エアージェット噴気口２を通じてケーシングパイプ１先端内側に送気される。この形態は、ＳＣＰ工法を行なうに当たり、深度の大なる現場で深い位置において砂杭を打設する場合、時間的に相当の遅れを伴って圧力空気を貯留させて送気させる場合に好都合である。
【００２６】
他方、同図（ｂ）は、レシーバータンク１０と電磁弁１１との間に減圧弁９を介在させた形態を採用するものである。この手法は、コンプレッサー８の圧力空気が減圧されることなくレシーバータンク１０においてもそのまま維持され、電磁弁１１の直前で減圧されて供給される形式を採用するものであって、ＳＣＰ工法での施工位置が地盤深度が浅い現場において砂杭を打設する場合での送気に好都合である。
【００２７】
前記のとおり、本発明では、ＳＣＰ工法で砂杭を打設するに当り、当該砂杭を形成するべき地盤の粘土層等の泥土の深さの多寡に応じてエアージェットに対する加圧の度合いを変更することができるように、圧力の制御を調整することが可能である。
【００２８】
図３は、本発明に係るサンドコンパクションパイル工法（ｓａｎｄ  ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ  ｐｉｌｅ工法の施工を行なう作業船を「ＳＣＰ船」という。）の工程の概略を示す。同図（Ａ）は、ケーシングパイプ１内に砂３を入れたままＳＣＰ船等で当該所要のＳＣＰ工法を施工するべき場所の地盤に、ケーシングパイプ１を挿入する工程を示す。
【００２９】
砂杭の施工場所の決定、即ち、砂杭打設位置の確定は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  ｏｒＧｅｏｄｅｔｅｃ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：全方向位置決定システム）によって実行する。即ち、陸上の固定局とＳＣＰ船上の移動局は人口衛星から発せられる電波をキャッチすることにより当該砂杭を打設するべき位置を求めることができる。予め、コンピュータに入力された設計位置と現在位置との差を計算し、その計算結果を図上にモニター表示する。而して、ＳＣＰ船の操縦者は該モニターの表示を見ながら移動作業を実践し、施工現場に位置決定を実行する。施工位置の移動や変更の場合も、亦、同様にして行なう。
【００３０】
本発明の方法も通例のＳＣＰ工法と同様に、ケーシングパイプ１内に砂を充填させ、エアージェット噴気口からの空気圧で外力（水圧＋土圧）に抗する状態を維持しつつパイプ１を貫入させる。ケーシングパイプ１の先端が海底の地盤面に到達した後に、前記バイブロハンマ６を起動、起振させて地盤Ｅの粘土層等の土中にケーシングパイプを挿入させる。その際、ケーシングパイプ１の先端に設けたエアージェット噴出口２からエアーを噴出させてケーシングパイプ１内部の圧力を高めておき、斯くして、パイプの先端から水や土が該パイプ内に浸入することが防止される。このときの、挿入するべきケーシングパイプ１の先端の深度に応じて、深ければ深いほど過大な圧力に耐えるように高い圧力でエアージェットを噴出させる。他方、挿入深度が低い場合には、然程圧力は高くないので、それ相応に、低い圧力でエアージェットを噴出させて、均衡と省エネをはかりながらケーシングパイプの挿入を実行する。
【００３１】
前記ケーシングパイプ１は、規模や施工現場の状況や施工主のニーズ等で諸態様を呈するが、一例として、口径φ１，２００ｍｍのものを用いる。又、上記エアージェット噴出口２，２，２，２をケーシングパイプ側方から内方に向けて設置し、上記ケーシングパイプ１の側方に口径φ３０ｍｍの加圧パイプを４本具備して、圧縮空気の供給用に供する。なお、これらの口径は一例であって、上記口径の寸法に限定されるべきでない。
【００３２】
同図（Ｂ）は、砂の排出を行なう工程を示す。予めコンピュータで定められた砂杭の高さ分を設定して、当該所望寸法分の砂の高さの量が地盤中に充填されるように、前記エアージェット噴出口２より高圧空気を噴出させながら、前記ケーシングパイプ１を上方に引抜く
。その時、地盤内の外力（水圧＋土圧）に打ち勝つと共に、ケーシングパイプ１内に泥及び水が浸入することがないように、ケーシングパイプ１内の下部に存在する砂にエアージェットによる加圧空気が圧力を付与し、該ケーシングパイプ１の下部先端の開口部を閉蓋する働きをしながら、上記パイプ１の引抜きに伴い内部に存在する砂がケーシングパイプの外の地盤内に供給充填されることとなる。
【００３３】
補充されるべき材料砂は細砂、粗砂、その中間の粒度の砂等、各種存在する。如何なる砂でも砂杭の形成に使用することが可能であるが、可及的には良好の砂を選択して使用することが推奨されることは勿論である。近年良好な砂が得難く、砂の粒径が小さくなりつつある傾向にある。本発明では、一例であるが、材料砂の透気係数が可及的に小さいものを選択して使用する。透気係数とは、材料砂の間隙を縫って空気が透過する度合いを示す指標となる数値で、該透気係数小さいと空気が透過し難くエアー圧の損失が少ないということができる。一般的に細砂は透気係数が小さいので本発明でも、一例として可及的に、透気係数の少ない細砂である山砂を以って材料砂に充当するものである。なお、粗砂であっても水を張る等して空気透過性を調整して使用することを妨げるものではない。
【００３４】
本発明における特徴は、前記のとおり、ケーシングパイプ１の上部には、空気圧搾機、空気導入弁、その他のエアー加圧機構は一切備えないことである。そして、ケーシングパイプ１内の砂は専らケーシングパイプ１の先端部に設けた上記エアージェット噴出口２を通じて加圧した圧力空気の圧力で地盤内の外力（水圧＋土圧）に打ち勝ちつつ、ケーシングパイプの上方への引抜きにつれて、砂３を地盤中に排出充填する手法を採用する点において従来のＳＣＰ工法とはたもとを分かつものである。
【００３５】
同図（Ｂ）における３ａは、地盤中に充填された砂を示し、規定量の砂が排出された段階で排出を停止し、ケーシングパイプ１は、砂の充填をなし、上方に引抜かれて、充填済み砂３ａの上方にあり、パイプ内の砂３は、依然ケーシングパイプ内に存在し、エアージェット噴出口２からの空気圧によって地盤内の外力（水圧＋土圧）に耐えつつ、砂３を加圧して圧力の均衡を維持している。該パイプ内に存在する砂は、ある程度砂層としての厚さを有している。なぜならば、所望の砂厚がないと上記エアージェット噴出口２から出てきたエアーの噴出力によってケーシングパイプ内上方に砂が噴き上がる可能性があり、かかる事態を防止する必要があるからである。
【００３６】
排出直後の砂３ａは、同図（Ｃ）で後述する締固め・拡径後の砂杭３ｂに比し高さは高く直径は細い様相を呈している。砂３ａは打ち戻しを伴っていないので未だ十分締め固まっておらず地盤中に食い込んでいないからである。
【００３７】
同図（Ｃ）は、上記（Ｂ）の砂排出工程において排出を停止した後、ケーシングパイプを引抜き、更に、該排出した砂３ａを打戻して締固め・拡径する工程を示す。規定量を排出した砂３ａの上に、一旦引抜いたケーシングパイプ１を、打戻しのため、該ケーシングパイプ１を引き下げ、加圧締固め・拡径を行なう。その際、上部ホッパー４内にストックされている材料砂は、ケーシングパイプの打戻し工程中、該ケーシングパイプ内に補給されることとなる。図中３ｂは締固め・拡径をした後の砂の状態を示す。斯くして、砂は十分に締固められ、径が拡大されて粘土層等の地盤に食い込んで充填され、圧縮砂杭、即ち、ＳＣＰが堅固に造成される。
【００３８】
ところで、上記砂の排出、ケーシングパイプの引抜き、打戻しながらの締固め・拡径の各工程の砂厚、パイプ引抜き量、打戻し時におけるパイプの下降量等の寸法上の目安は、施工現場の状況、地盤の性質、工事の規模等で諸相を呈するが、一例として、予め計算した規定量の砂を排出した後、砂排出を停止し、ケーシングパイプの引抜を３ｍ行ない、次いで、打戻しのためにケーシングパイプを２ｍ降下させ排出砂を締固め・拡径させて、１
ｍの圧縮砂杭（ＳＣＰ）を造成させる手法を採用する。即ち、この圧縮砂杭形成の施工サイクルにおいては1回のサイクルで施工される圧縮砂杭、即ち、ＳＣＰ１本当りの施工厚さは１ｍ以内とすることによってＳＣＰの品質の高度化を維持している。以後、このような工程を順次繰り返して、所定の高さのＳＣＰ３ｂを造成する（図４参照）。
【００３９】
そして、上述した工程は、圧縮砂杭（ＳＣＰ）一本当りについて言及したが実際の現場では、斯かるＳＣＰが何本も連続して充填形成されてなり、斯様にして必要とする地盤全域に亘る粘土層等の地盤にＳＣＰが強固に造成されることとなる。
【００４０】
図５は、上記本発明の工程を順次繰返して形成されたＳＣＰ群によって造成完了した地盤に構築された構造物の一例を示す図である。図中１２は、ＳＣＰ群によって形成されてなる完成後の圧縮砂杭を示す。１３は、ＳＣＰ打設に伴ってＳＣＰの上面に生じた泥土類を床掘りによって除去し、その後砂を敷き詰めて成る置換砂層。１４は捨石であり、消波作用をしつつその上の構築物を支える。１５は、捨石の上に載置されたケーソンであり、船で曳航された後、内部に水を入れて沈め、中に石やコンコリートを入れて堅固な防波堤等を構築することができる。
【００４１】
以上実施例において示した技術的内容は、一例であるに過ぎず、本発明の基本的精神を逸脱しない範囲に於いて本発明の効力が及ぶものであることは、言を俟たないところである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】は、本発明の方法に使用するケーシングパイプの実施例を示し、その断面図。
【図２】は、本発明の方法に供する空気加圧機構のフロー図を示し、（ａ）は、深度の大なる場合の態様を示し、（ｂ）は、深度が小なる場合のそれを示す。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明のＳＣＰ打設工法の工程を示し、ケーシングパイプの断面図。
【図４】は、一本のＳＣＰ打設を終わり次の施工地点に移るために引抜いた状態を示し、打設済ＳＣＰとケーシングパイプの断面図。
【図５】は、本発明方法にて打設が完了したＳＣＰ群上に構築物を構築した状態を示す、ケーソン半分の断面と共に示した断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１      ケーシングパイプ
２      エアージェット噴出口
３      砂（材料）
３ａ    排出済の砂
３ｂ    締固め・拡径した砂
４      ホッパー
５      砂投入口（オープン）
６      バイブロハンマ（起振機）
７      モータ（Ｍ）
８      コンプレッサー
９      減圧弁
１０    レシーバータンク
１１    電磁弁
１２    ＳＣＰ群にて形成された圧縮砂杭施工地盤
１３    床掘置換による置換砂層
１４    捨石
１５    ケーソン（潜函）
Ｅ      地盤
ＷＬ    水位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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