(57)【要約】【課題】軟弱地盤中に地盤改良用の大口径のケーシングパイプを用いて固結した杭を効率的かつ確実に造成可能な地盤改良工法を提供する。【解決手段】軟弱地盤１内に仕上り径相当の大口径のケーシングパイプ３を貫入し、当該ケーシングパイプ３によって周囲の地盤に側方土圧を強制的に増大させたのち、当該ケーシングパイプ３の先端から中詰材７を地盤中に排出すると共に、当該中詰材７にスラリー状の固化材を噴射しながら引上げて、軟弱地盤１中に固結杭８を造成する。固化材はケーシングパイプ３の先端に位置する固化材噴射口５から斜め下方に向けて霧状に噴射する。中詰材７に膨張材を添加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に仕上り径相当の大口径のケーシングパイプを貫入し、当該ケーシングパイプによって周囲の地盤の側方土圧を強制的に増大させたのち、当該ケーシングパイプの先端から中詰材を地盤中に排出すると共に、当該中詰材にスラリー状の固化材を噴射しながら当該ケーシングパイプを繰返しの打戻しを行うことなく引上げ、地盤中に固結した改良杭を造成することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
ケーシングパイプの先端に位置する固化材噴射口からスラリー状の固化材を斜め下方に向けて霧状に噴射することを特徴とする請求項１記載の地盤改良工法。
【請求項３】
中詰材に膨張材を添加することを特徴とする請求項１または２記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地盤改良工法に関し、特に軟弱地盤中に大口径のケーシングパイプを用いて、固結した杭を造成して杭周囲の地盤の強度を高める技術であり、従来工法を更に改良発展させたものである。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良を目的とする締固め工法として、従来からサンドまたはグラベルコンパクション工法が知られている。現在用いられているコンパクション工法には、代表的な動的（バイブロ式）締固め工法と静的（オーガー式）締固め工法がある。
【０００３】
いずれも、粘性土地盤には支持力の増加・圧密沈下の低減・せん断抵抗の増大・スベリ破壊の防止等として、また砂質土地盤には液状化の防止・せん断抵抗の増大・支持力の増加・水平抵抗の増加・圧縮沈下の防止等の対策として、それぞれの目的とその効果を得るための工法であり、地盤中に鉛直な締固め砂杭又は砕石杭を造成する工法である。
【０００４】
従来からの締固め杭の造成は、厚さ0.5〜1.0ｍ程度に敷設した施工機械の足場材を施工基盤とし、この施工機械の足場材の地表面からφ400またはφ500程度のケーシングパイプを軟弱地盤中に改良する所定の深度まで貫入し、このケーシングパイプ内に投入した砂または砕石などの中詰材をケーシングパイプの下端部から順次排出させながらケーシングパイプの引抜きと打戻しを繰返し行うことによって地盤中に締固めしながら拡幅した砂杭または砕石杭を造成するものである。
【０００５】
それらの工法によれば、ケーシングパイプ内の中詰材は、ケーシングパイプを引抜くことによりケーシングパイプの下端部から自重及び空気の加圧等で排出され、また排出された中詰材はケーシングパイプによって打戻すことにより締固められながら、側方に拡幅される。よって、軟弱地盤中にφ400またはφ500程度のケーシングパイプを貫入すると共に当該パイプ内に中詰材を投入し、ケーシングパイプの引抜きと打戻しを繰返し行うことによりφ700程度に拡幅され締固められた砂杭または砕石杭を造成することができる方法である。
【０００６】
また特許文献１には、地盤中に生石灰含有材料をパイル状に打設する地盤改良工法とて、内管と外管とからなる二重構造のケーシングを用い、内管にて固化性材料を供給し、内管と外管との間の領域にて膨張材を供給することにより、パイルの中心側に固化材料を、パイルの外周側に膨張材をそれぞれ打設して杭を造成する地盤改良工法が開示されている。
【０００７】
また特に特許文献２には、砂杭造成用ケーシングパイプの下端部に当該ケーシングパイプの内方に向けて硬化材吐出口を取り付け、当該吐出口からセメント等の硬化材を高圧で噴射させて上部ホッパーから投入された砂や砂利などの骨材とケーシングパイプ内で撹拌混合し、その攪拌混合材をケーシングパイプの下端部から地中に排出して固結杭を造成する砂杭造成方法が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２８０３８２号公報
【特許文献２】特開平１０−１８２８０号公報
【特許文献３】特開平０９−１２５３６６号公報
【特許文献４】特開平１１−３２３９０９号公報
【特許文献５】特開２００２−２７５８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した従来の締固め工法は、ケーシングパイプの下端部から排出された中詰材をパイプの打戻しと引抜きを繰返し行うことにより締固め、φ700程度に拡幅された砂杭または砕石杭を造成する工法であるため、中詰材として河川・海や山から採集した良質な砂または砕石を締固めによる割増量を含めて大量に調達する必要があった。
【００１０】
一般に中詰材の割増量はロスも含めて４割強とされ、大量に使用されるため必要量の調達が困難になる場合が多々あり、それに関連して、価格、安定供給、運搬距離等の問題からくる材料費の増大が問題となっていた。
【００１１】
また、ケーシングパイプの引抜き（材料の排出）と打戻し（締固め拡幅）は数メートルずつ繰返し行われる一方で、地盤中には硬軟な層が複数存在することが多々あるため、地盤状況の複雑性によっては杭径や杭の形状、ひいては地盤改良の効果にバラツキが生じやすく、このため地盤の強度不足や杭径の仕上がりを均一に保てない等の品質上の問題が懸念されていた。
【００１２】
従って、その都度引抜きと打戻しサイクルの締固めによる拡幅の造成時間と材料の排出量を組み合わせした複雑な施工管理が要求されていた。
【００１３】
また、杭１本当りの造成には繰返しの締固めの作業が必要であること等から、かなりの施工時間を要するため施工期間も長期に渡り、しかも施工現場の周辺への影響と環境問題等で大きな負担がかかる上、経済コストの面でも非常に割高となっている。
【００１４】
また、中詰材として特に砂を用いると、施工時および施工完了後も長期間にわたり砂杭が周辺土圧によって変形・細りが生じ（即時およびクリープ）、側方土圧が施工時に十分に周辺に加わらないだけでなく、長期的な応力緩和によって側方土圧が減少し、杭間Ｎ値が長期間確保される保証が確実でない等の問題があった。また、打戻しタイプの施工では、原地盤強度により杭径にバラツキが生じ、ひいては品質の不均一性をもたらす恐れがあり、特に動的締固め工法では、砂杭の短期あるいは長期的な地盤拘束効果に対する信頼性が不十分であった。
【００１５】
また、特許文献１に開示された地盤改良工法にあっては、ケーシングパイプが二重構造になっていること、内管の内側に固化材、外側に膨張材を投入するという特徴ゆえに、地盤中に貫入する際に複雑な施工管理が求められる等の施工性の問題が懸念される。
【００１６】
さらに、特許文献２に開示された地盤改良工法にあっては、砂と固化材は管内で混合撹拌してから排出するが、実際にはこの方法で混合攪拌された砂は一種の液状化状態にあるため、排出時に周辺の土圧によって細りが生じ、周辺地盤の拘束効果を十分に発揮しえないことが容易に想定される。
【００１７】
また、固化材と地下水と砂をケーシングパイプ内で混合撹拌した場合、施工の進捗に伴い管内に混合材(ソイルセメント)が付着し、ケーシングパイプの有効内径が減少して材料の排出が困難となり施工不能に陥る可能性が想定される。
【００１８】
本発明は、以上の課題を解決すべく、特許文献２に開示された地盤改良工法を改良発展させたもので、特に「杭造成後、管外で固化材を噴射すること」と「膨張材を添加して施工直後の細りをなくし、さらに固化杭とすることで長期的に、永続的に十分な地盤拘束効果を発揮すること」の２点を改良したもので、経済的にかつ効率的に施工可能な地盤改良工法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１記載の地盤改良工法は、地盤中に仕上り径相当の大口径のケーシングパイプを貫入し、当該ケーシングパイプによって周囲の地盤の側方土圧を強制的に増大させたのち、当該ケーシングパイプの先端から中詰材を地盤中に排出すると共に、当該中詰材にスラリー状の固化材を噴射しながら当該ケーシングパイプを繰返しの打戻しを行うことなく引上げ、地盤中に固結した改良杭を造成することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明は、従来の締固め杭の造成方法と同じ施工機械を用い、大口径（φ700程度または設計仕様による仕上がり径程度）のケーシングパイプを地盤中に貫入し、当該ケーシングパイプの下端部から中詰材を排出し、当該中詰材の空隙にスラリー状の固化材を霧状に噴射し、材料の粒子同士を固結させることによって地盤中にケーシングパイプとほぼ同径の堅固な固結杭を造成する工法であり、φ400またはφ500のケーシングパイプを用い、当該パイプの下端部から排出した中詰材をパイプの打戻しによって締固めることにより、φ700程度に拡幅された砂杭又は砕石杭を造成する従来からの締固め杭の造成方法とは全く異なるものである。
【００２１】
本発明によれば、大口径のケーシングパイプを地盤中に動的または静的に貫入することでその周辺地盤に対し側方土圧を強制的に増大させことができる。また、ケーシングパイプ内に投入した中詰材を地盤中に残しながらケーシングパイプを引抜くことで大口径の杭を造成することができ、特にケーシングパイプによる繰返しの打戻しを行わないため、杭の下端から上端まで均一な口径の杭を造成することができる。
【００２２】
また、造成される杭は、ケーシングパイプの下端部から排出された中詰材と当該中詰材の空隙に霧状に噴射されたスラリー状の固化材とからなる固結した杭であるため、長期にわたり、その杭の細りが生じることなく改良効果が永続的に保持される工法である。
【００２３】
また、大口径のケーシングパイプを用いることにより、繰返しの打戻しを行うことなく、ほぼ同径に杭の造成をすることができるので、従来のように繰返しの打戻しによる締固め杭を造成する工法に比べて、中詰材の大幅な割増量を必要としない。
【００２４】
また、大口径のケーシングパイプを用いることで、中詰材の排出は従来工法よりもスムーズに排出され、中詰材の種類も砂や砕石に限らず、建設残土、再生砕石、鉄鋼スラグを始めとする溶融スラグ等と幅広く用いることができる。
【００２５】
それらの材料にあらかじめ適量な膨張材を均一に混ぜ合わせし、ケーシングパイプの下端から排出される過程でその材料の隙間にスラリー状の固化材を噴霧することで造成工程を完了させるものである。
【００２６】
本発明は、従来工法の締固めに伴う繰返し型の引抜きと打戻し工程を省略し、杭の造成時間を大幅に短縮することが可能であり、したがって従来の締固め杭の施工法と比しても、また地盤改良の設計仕様に対する目的及び改良の効果に於いて全くの差異を生じることなく、地盤中にケーシングパイプを貫入することで地盤強度を得ることができ、杭の造成時間を短縮させるものである。
【００２７】
なお、本発明の工法により、杭１本あたりの造成時間は従来工法の動的または静的締固め工法の半分程度とすることが可能である。
【００２８】
従って、資源の節約と工期の短縮および施工費の大幅な削減が可能な経済性に優れた工法である。
【００２９】
また、最新の大型バイブロや高出力のアースオーガーを用いることで大口径のケーシングパイプを使用して、これを貫入することは十分可能であるが、硬質地盤に対しては貫入促進用装置のエアーまたはウォータジェトを併用することで対応が可能である。
【００３０】
請求項２記載の地盤改良工法は、請求項１記載の地盤改良工法において、ケーシングパイプの先端に位置する固化材噴射口からスラリー状の固化材を斜め下方に向けて霧状に噴射することを特徴とするものである。
【００３１】
請求項３記載の地盤改良工法は、請求項１または２記載の地盤改良工法において、中詰材に膨張材を添加することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明は、あらかじめ使用する中詰材に適量の膨張材を補助的に混ぜ合わせすることで、ケーシングパイプの引抜き直後に生じる造成した杭の細りによる拘束効果の低減を防ぎ、更には膨張材と固化材の配合量の調整により、改良効果をより向上させることも可能である。
【００３３】
また、施工機械は従来工法で使用する機械と同じで、仕様は大口径のケーシングパイプと中詰材に使用する材料の粒子と粒子の空隙に充填するスラリー状の固化材とその噴射・噴霧装置を備えていればよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、従来の締固め杭の造成方法と同じ施工機械を用いながらも、大口径（φ700程度または設計仕様による仕上がり径程度）のケーシングパイプを地盤中に貫入し、ケーシングパイプの引抜きによる中詰材の排出と固化材の噴射のみを行い、特にケーシングパイプによる打戻しは行わないため、杭の先端から上端部まで設計値を満たした均一な口径の固結した杭を効率的にかつ確実に造成することができ、特に固化材は、ケーシングパイプの先端から地中に排出された中詰材に噴射させるので、施工の進捗に伴いケーシングパイプ内に中詰材が詰まる等して中詰材の排出が困難となり施工不能に陥る等の恐れはない。
【００３５】
また、地盤中に大口径のケーシングパイプを貫入することにより当該ケーシングパイプ周辺の地盤強度を増大させることができる。
【００３６】
１本の杭造成は、地盤へのケーシングパイプの貫入、ケーシングパイプ内に中詰材の投入、そしてスラリー状の固化材を噴霧しながらケーシングパイプの引抜きの３工程により完了するため、施工時間の短縮に加えて改良目的と改良効果も確実に得られ、また杭の造成径が均一に確立できるので設計上の問題が発生することなく、工事期間の短縮と施工費の縮減を実現することができる。
【００３７】
加えて、中詰材にあらかじめ適量な膨張材を補助的に混ぜ合わせすることで、ケーシングパイプの引抜き直後に生じる造成した杭の細りによる拘束効果の低減を防ぎ、更にはその膨張材と固化材の配合量および添加量の調整により、改良効果をより向上させることも可能で、より信頼性の高い施工とすることができる。
【００３８】
また、従来の締固め工法による材料の大幅な割増量も必要が無く、貴重な資源を節約し、大量の砂又は砕石等の採集による河川・海・山の自然環境破壊の防止の一助ともなる。
【００３９】
また、中詰材として砂や砕石だけではなく再生砕石、鉄鋼スラグ、一般廃棄物の焼却灰や下水汚泥から得られる溶融スラグ等も使用可能であり、砂または砕石の代わりにこれらの材料を使うことによって資源の再利用にも繋がる。上述のように従来の工法が抱える諸問題を全て解決し得る工法であり、施工費の縮減と工期の短縮に於いて優れた経済効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
次に、本発明の地盤改良工法の施工手順を説明する。
最初に、施工対象の軟弱地盤１の上に、施工機械の足場材２を所定の厚さに敷設して施工基盤とする。この場合の施工機械の足場材２の厚さは、従来の締固め杭を造成する場合と同様に0.5〜1.0ｍ程度あればよい。
【００４１】
次に、施工機械の足場材２の上にケーシングパイプ３を杭芯に合わせ鉛直に建て付ける。この場合、ケーシングパイプ３は従来の締固め杭の造成などで一般に用いられている施工機械４にセットして建て付ける。
【００４２】
なお、ここで用いられるケーシングパイプ３はφ700程度のケーシングパイプであって、下端部に開閉自在な底蓋（図省略）と複数の固化材噴射口５が取り付けられ、特に固化材噴射口５はケーシングパイプ３の管外の外方向から内向けて下向きに取り付けられている。
【００４３】
さらにケーシングパイプ３の外側には上端部から下端部まで連続し、かつ下端部が固化材噴射口５にそれぞれ接続された複数の固化材圧送管６がケーシングパイプ３の外壁に沿って取り付けられている。
【００４４】
次に、当該ケーシングパイプ３を施工機械の足場材２の上から当該施工機械の足場材２を貫通させ軟弱地盤１中に改良する所定の深度まで貫入する。同時にケーシングパイプ３内に当該ケーシングパイプ３の上端部から中詰材７を投入する。
【００４５】
この場合、大口径のケーシングパイプ３を軟弱地盤１内に強制的に貫入することで、周囲の軟弱な地盤に側方土圧を強制的に増大させことで地盤強度を高めることができる。
【００４６】
ケーシングパイプ３を軟弱地盤１内に貫入する方法としては、図２（ｂ），（ｃ）にそれぞれ図示するバイブロを用いて動的に貫入する方法とオーガーを用いて静的に貫入する方法のいずれの方式を利用することもできる。
【００４７】
次に、施工機械４を用いてケーシングパイプ３を徐々に引抜いてケーシングパイプ３内の中詰材７をケーシングパイプ３の下端部から地中に排出する。同時にケーシングパイプ３の下端部から排出した中詰材７に固化材噴射口５からスラリー状の固化材を噴射させる。
【００４８】
なお、この場合ケーシングパイプ３内の中詰材７は、ケーシングパイプ３を引上げると同時に底蓋が自重により開くため排出される。また、スラリー状の固化材はケーシングパイプ３の外壁に取り付けられた固化材圧送管６を介して地上から供給される。
【００４９】
こうして、ケーシングパイプ３を徐々に引抜いてケーシングパイプ３の下端部から中詰材７を排出しながら、同時に排出された中詰材７に固化材噴射口５からスラリー状の固化材を噴射することにより、軟弱地盤１内にケーシングパイプ３とほぼ同じ口径の固結杭８が造成される。そして、この固結した杭を軟弱地盤１内に所定の間隔をおいて複数造成することにより、軟弱地盤１は締固められて所定の地盤強度を有する地盤に改良することができる。
【００５０】
図３（ａ），（ｂ）は、本発明の地盤改良工法と従来の締固め工法における杭１本当りの造成に要する時間を比較したものであるが、従来工法では図３（ｂ）に図示するように、ケーシングパイプの引抜きによる中詰材の排出と打戻しによる締固めと拡幅に相当の造成時間を要する。
【００５１】
また、地盤中に硬い層が幾重にも混在する場合には、さらに締固めによる拡幅の造成時間が大幅に必要となる。
【００５２】
これに対し、本発明の場合は、図３（ａ）に図示するようにケーシングパイプによる打戻しがなく、ケーシングパイプの引抜きによる中詰材の排出のみなので、従来工法に比べてかなり短い時間で杭１本を造成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、軟弱地盤中に大口径のケーシングパイプを用いて固結した杭を造成して周囲の地盤の強度増加を図ることにより軟弱地盤を改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の施工手順を示す工程図である。
【図２】施工機械を示し、（ａ）は全体を示す側面図、（ｂ）は動的施工方法を示すケーシングパイプ上部の側面図、（ｃ）は静的施工方法を示すケーシングパイプ上部の側面図である。
【図３】本発明の地盤改良工法と従来の締固め工法における杭１本当りの造成に要する時間を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１  軟弱地盤
２  施工機械の足場材
３  大口径のケーシングパイプ
４  施工機械
５  固化材噴射口
６  固化材圧送管
７  中詰材
８  固結杭（地盤改良杭）
【図１】
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【図２】
2008101389.tif 000004
【図３】
2008101389.tif 000005