(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に貫入させた状態で改良材を排出可能なケーシングパイプと、
ケーシングパイプの下端に設けられ、ケーシングパイプの下端開口部から排出された改良材に対して下向きの応力を加えることによって該改良材を締固めるとともに、ケーシングパイプの下端開口部から排出された改良材を外側方向に移動させるための改良材移動手段と、を具備し、
前記改良材移動手段は前記ケーシングパイプと一体回転可能に設けられている、ことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
前記改良材移動手段は、ケーシングパイプの下端開口部の真下に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良装置。
【請求項３】
ケーシングパイプの下端側外周面に設けられ、ケーシングパイプの下端から突き出るように設けられた爪部材を更に具備する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良装置。
【請求項４】
前記改良材移動手段は、前記ケーシングパイプと一体回転する前記爪部材の後方に生じた空隙に向かって改良材を移動させるように設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載の地盤改良装置。
【請求項５】
ケーシングパイプの下端側外周面に設けられ、縮径位置と拡径位置との間で回動可能に設けられた略ブレード状の爪部材を更に具備する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良装置。
【請求項６】
前記爪部材は、底面視で長さが変わるように回動可能に構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の地盤改良装置。
【請求項７】
前記爪部材は、拡径位置にあるときに、ケーシングパイプの下端開口部から排出された材料を前記改良材移動手段の方へ誘導するように設けられている、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の地盤改良装置。
【請求項８】
前記ケーシングパイプの内側に回転自在に設けられており、改良材の排出を促すためのインナースクリューを更に具備しており、
前記改良材移動手段はスクリューを含んで構成され、
前記インナースクリューは、前記改良材移動手段のスクリューとは逆向きの螺旋を有している、ことを特徴とする請求項１、２、５、６、７の何れかに記載の地盤改良装置。
【請求項９】
前記ケーシングパイプと前記改良材移動手段の間に設けられ、前記ケーシングパイプから排出された改良材の共回りを防止するための共回り防止手段を更に具備する、ことを特徴とする請求項１、２、５、６、７、８の何れかに記載の地盤改良装置。
【請求項１０】
前記ケーシングパイプの内側に回転自在に設けられており、改良材の排出を促すためのインナースクリューと、
前記ケーシングパイプと前記改良材移動手段の間に設けられ、前記ケーシングパイプの回転引き抜き時に、インナースクリューがケーシングパイプと共回りしないように、該インナースクリューの動きを拘束する共回り防止手段と、
を更に具備することを特徴とする請求項１、２、５、６、７の何れかに記載の地盤改良装置。
【請求項１１】
ケーシングパイプの下端開口部から排出された材料を前記改良材移動手段の方へ誘導する傾斜したガイド面を有する略ブレード状の爪部材を更に具備する、ことを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の地盤改良装置。
【請求項１２】
貫入したケーシングパイプを打ち戻すことなく引抜いて地盤内に改良体を造成する地盤改良工法であって、
下端開口部の真下に改良材移動手段を一体的に具備するケーシングパイプを地盤に貫入し、
目標深度に達したケーシングパイプを引抜くとともに、ケーシングパイプの下端開口部から改良材を排出し、
ケーシングパイプの下端開口部から排出された改良材を、ケーシングパイプと一体回転する前記改良材移動手段により下向きの応力を加えることによって締固めるとともに、外側方向に移動させる、ことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１３】
前記ケーシングパイプは、ケーシングパイプの下端側外周面に設けられ、ケーシングパイプの下端から突き出るように設けられた爪部材を更に具備しており、
回転する前記爪部材の後方に生じた空隙に向かって、前記改良材移動手段により改良材を移動させる、ことを特徴とする請求項１２に記載の地盤改良工法。
【請求項１４】
前記ケーシングパイプは、ケーシングパイプの下端側外周面に設けられ、縮径位置と拡径位置との間で回動可能に設けられた爪部材を更に具備しており、
前記爪部材が縮径位置にセットされた状態で、ケーシングパイプを正回転させながら地盤に貫入し、
ケーシングパイプを逆回転させることで、地盤の抵抗を受けて前記爪部材が縮径位置から拡径位置になり、
前記爪部材が拡径位置にある状態で、ケーシングパイプを逆回転させながらケーシングパイプを引抜くとともに、ケーシングパイプの下端開口部から改良材を排出する、ことを特徴とする請求項１２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、地盤改良材を地盤内で排出して砂杭などの地盤改良体を造成するための地盤改良装置と、これを用いた地盤改良工法に関するものであり、特に、低振動・低騒音で地盤改良体を造成する静的締固め工法の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、本願出願人によって提案された先行技術であって、地盤中に地盤改良材を充填して土中杭を造成する地盤改良装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載された地盤改良装置は、円筒鋼管からなり地盤中の所定深度まで貫入されるケーシングパイプと、該ケーシングパイプを鉛直方向に昇降可能に支持するリーダと、前記ケーシングパイプを軸周りに回動させるケーシング回転駆動装置と、前記ケーシングパイプに砂杭材料などの改良材を送り込むホッパーなどを備えている。
【０００４】
更にこの地盤改良装置は、上記構成に加えて、ケーシングパイプからの改良材の強制排出や該材料の締固めなどを担うインナースクリューと、該スクリューを回動させるためのスクリュー回転駆動装置を備えている。インナースクリューは、ケーシングパイプから独立して回転駆動するように設けられている。
【０００５】
上記装置を用いた地盤改良工事では、回動するインナースクリューによってケーシングパイプ内の改良材を強制排出するとともに、該改良材に対してインナースクリューの回転トルクを作用させることで、地盤中に拡径、締固めされた砂杭を造成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２３２９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された技術は、上述したインナースクリューによる優れた効果が認められ、わが国において商業的成功を収めるに至っているが、一方で、回転駆動式のインナースクリューやその回転駆動装置を設けたことで機械構成が複雑となり、その操作も複雑になるといったことが課題として指摘されている。
【０００８】
そこで、上述した課題に鑑み、本発明の目的は、回転駆動式のインナースクリューやその回転駆動装置が無くても従来と同等の効果（改良材の締固めや拡径）を達成することができる地盤改良装置および地盤改良方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、
地盤に貫入させた状態で改良材を排出可能なケーシングパイプと、
ケーシングパイプの下端に設けられ、該ケーシングパイプの下端開口部から排出された改良材を外側方向に移動させるための改良材移動手段と、を具備し、
前記改良材移動手段が前記ケーシングパイプと一体回転可能に設けられている、ことを特徴とする地盤改良装置によって達成される。
【００１０】
前記改良材移動手段は、ケーシングパイプの下端開口部の真下に設けられている。
【００１１】
前記改良材移動手段は、ケーシングパイプの下端開口部から排出された改良材に対して下向きの応力を加えるように設けられている。
【００１２】
前記地盤改良装置は更に、ケーシングパイプの下端側外周面に設けられ、ケーシングパイプの下端から突き出るように設けられた爪部材を具備している。
【００１３】
前記改良材移動手段は、前記ケーシングパイプと一体回転する前記爪部材の後方に生じた空隙に向かって改良材を移動させるように設けられている。
【００１４】
前記地盤改良装置は更に、ケーシングパイプの下端側外周面に設けられ、縮径位置と拡径位置との間で回動可能に設けられた略ブレード状の爪部材を具備している。
【００１５】
前記爪部材は、底面視で長さが変わるように回動可能に構成されている。
【００１６】
前記爪部材は、拡径位置にあるときに、ケーシングパイプの下端開口部から排出された材料を前記改良材移動手段の方へ誘導するように設けられている。
【００１７】
前記地盤改良装置は更に、前記ケーシングパイプの内側に回転自在に設けられ、改良材の排出を促すためのインナースクリューを具備しており、前記改良材移動手段はスクリューを含んで構成され、前記インナースクリューは、前記改良材移動手段のスクリューとは逆向きの螺旋を有している。
【００１８】
前記地盤改良装置は更に、前記ケーシングパイプと前記改良材移動手段の間の高さ位置に設けられ、前記ケーシングパイプから排出された改良材の共回りを防止するための共回り防止手段を具備している。
【００１９】
前記地盤改良装置は更に、ケーシングパイプの下端開口部から排出された材料を前記改良材移動手段の方へ誘導する傾斜したガイド面を有する略ブレード状の爪部材を更に具備している。
【００２０】
また上記目的は、貫入したケーシングパイプを打ち戻すことなく引抜いて地盤内に改良体を造成する地盤改良工法であって、下端開口部の真下に改良材移動手段を一体的に具備するケーシングパイプを地盤に貫入し、目標深度に達したケーシングパイプを引抜くとともに、ケーシングパイプの下端開口部から改良材を排出し、ケーシングパイプの下端開口部から排出された改良材を、ケーシングパイプと一体回転する前記改良材移動手段により外側方向に移動させる、ことによって達成される。
【００２１】
上記地盤改良工法において、前記ケーシングパイプは、ケーシングパイプの下端側外周面に設けられ、ケーシングパイプの下端から突き出るように設けられた爪部材を更に具備しており、回転する前記爪部材の後方に生じた空隙に向かって、前記改良材移動手段により改良材を移動させる。
【００２２】
上記地盤改良工法において、前記ケーシングパイプは、ケーシングパイプの下端側外周面に設けられ、縮径位置と拡径位置との間で回動可能に設けられた爪部材を更に具備しており、前記爪部材が縮径位置にセットされた状態で、ケーシングパイプを正回転させながら地盤に貫入し、前記ケーシングパイプを逆回転させることで、地盤の抵抗を受けて前記爪部材が縮径位置から拡径位置になり、前記爪部材が拡径位置にある状態で、ケーシングパイプを逆回転させながらケーシングパイプを引抜くとともに、ケーシングパイプの下端開口部から改良材を排出する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の地盤改良装置は、ケーシングパイプ下端から排出された改良材を外側方向に移動させるための「改良材移動手段」を具備している。このような改良材移動手段を設けることで、地盤内に排出された改良材を拡径方向に拡げることが可能になるので、従来のような回転駆動式のインナースクリュー（回転駆動装置によって強制回転させるタイプのスクリュー）を設けなくても、従来と同等の改良体（拡径された地盤改良体）の造成を行うことができる。
そして、ケーシングパイプ内に回転駆動式のインナースクリューが不要になることで、インナースクリュー用の回転駆動装置が不要になる。
なお、例えばケーシングパイプ内にインナースクリューを設けない場合には、従来より細い径のケーシングパイプを採用することが可能になる。このような細いケーシングパイプを採用することで、ケーシングパイプの調達コストが安価になるのは勿論のこと、細くなることでケーシングパイプの貫入抵抗が大幅に低減するので、施工効率が飛躍的に向上する。
【００２４】
また本発明において、改良材移動手段は、ケーシングパイプの下端開口部の真下に設けられている。これにより、ケーシングパイプ下端から排出された改良材を、排出後に速やかに外側方向に移動させることが可能になり、その結果、ケーシングパイプからの改良材の排出を滞りなく進めることが可能になる。
【００２５】
また本発明において、改良材移動手段は、排出された改良材に対して下方向の応力（斜め下方向の応力を含む）を加えるように設けられている。これにより、排出された改良材に対して押圧力を印加でき、その押圧作用によって、地盤内に排出された改良材の密度が増加するので、地盤内に造成される改良体を確実に締固めることが可能になる。
また、改良材移動手段は、ケーシングパイプと一体回転しているときに改良材に対して押圧力（締固め力）を印加するので、改良材を締固めるためにケーシングパイプをわざわざ打ち戻す必要がない。つまり本発明によれば、ケーシングパイプを打ち戻すことなく連続して引抜くにもかかわらず、造成される改良体の拡径と締固めを同時に達成することができる。
さらに、ケーシングパイプを連続して引抜く過程で拡径と締固めが同時に進行するので、ケーシングパイプの打ち戻しが不要となって、その分、効率的な施工が可能となり、また工期の短縮を図ることも可能になる。
【００２６】
また本発明の地盤改良装置は、ケーシングパイプの下端側外周面に設けられる爪部材を更に具備している。この爪部材は、ケーシングパイプの下端から突き出るように設けられている。
このような爪部材をケーシングパイプ貫入時において該ケーシングパイプと一体回転させることで、原地盤が爪部材によって側方に押し込まれて移動するので、ケーシングパイプが貫入し易くなる。
また、爪部材をケーシングパイプ引抜時において該ケーシングパイプと一体回転させることで、ケーシングパイプ真下の周囲に空隙を発生させることができ、その空隙に改良材を移動させることで拡径された改良体を造成することが可能になる。
【００２７】
また本発明では、ケーシングパイプ貫入時において、ケーシングパイプとその先端側にある爪部材および改良材移動手段が一体回転し、改良材移動手段は、爪部材の後方に生じる空隙に向かって、ケーシングパイプ直下の地盤を掻き出す。したがって、ケーシングパイプと共に一体回転する爪部材と改良材移動手段の相互作用によって、ケーシングパイプが貫入し易くなる。
また、ケーシングパイプ引抜時においても、ケーシングパイプとその先端側にある爪部材および改良材移動手段が一体回転し（貫入時と同じ方向に回転し）、改良材移動手段は、爪部材の後方に生じた空隙に向かって改良材を掻き出す。このように爪部材後方に生じる空隙に向かって改良材を移動させることで、連続して発生する空隙に対して速やかに改良材を押し込むことができるので、地盤内に拡径した改良体をより確実に造成することが可能になる。
【００２８】
また本発明の地盤改良装置は、縮径位置と拡径位置との間で回動可能に設けられた爪部材を更に具備しており、この爪部材はケーシングパイプの下端側外周面に設けられている。ケーシングパイプの貫入時には、爪部材は「縮径位置」にあり、ケーシングパイプと一体回転する。ケーシングパイプの引抜時には、爪部材は「拡径位置」にあり、ケーシングパイプと一体回転する。
爪部材が縮径位置にある状態でケーシングパイプを貫入することで、縮径位置にある爪部材によって原地盤が側方に押し込まれて移動するので、ケーシングパイプが貫入し易くなる。また、爪部材が縮径位置にあることで、爪部材による貫入抵抗の増大を最小限に抑えることができる。また、爪部材は回動可能に設けられており、ケーシングパイプの回転方向を変えるだけで、周辺地盤の抵抗を利用して爪部材を簡単に拡縮（回動）させることができる。
ケーシングパイプの引抜時には、拡径位置にある爪部材によって改良径（ケーシングパイプの外径を超える径）に相当する範囲の地盤を移動させることができる。その結果、地盤内に排出された改良材を拡径方向に拡げることが可能になるので、回転駆動式のインナースクリューを設けなくても、従来と同等の改良体（拡径された地盤改良体）の造成を行うことができる。なお、ケーシングパイプ引抜時における爪部材の作用である「地盤を移動させる」とは、ケーシングパイプ下端から排出された材料が改良材移動手段に到達するように、且つ、排出された材料に対して改良材移動手段の作用を与えることができるように、回転する爪部材によって地盤に対して側圧を加えて側方に押し広げたり、ほぐしたりする等の複合的な作用を含む意味である。
【００２９】
また本発明の地盤改良装置が具備する爪部材は、拡径位置にあるときに、ケーシングパイプの下端開口部から排出された材料を改良材移動手段の方へ誘導するように設けられている。すなわち、拡径位置にある爪部材がケーシングパイプと一体回転する状況下で、ケーシングパイプの下端開口部から材料が排出されると、爪部材の底面（斜め下に傾斜した底部）によって、下方への押し込み作用が生じ、その結果、ケーシングパイプから排出された材料がその真下で側方へ逃げることなく改良材移動手段の方へ送り出されることになる。これにより、ケーシングパイプの下端開口部から排出された材料の殆どが、（改良材移動手段に到達する前に）側方に逃げることなく改良材移動手段に到達するようになる。したがって、ケーシングパイプから排出された材料に対して、改良材移動手段による拡径作用等を加えることができるようになる。
【００３０】
また本発明の地盤改良装置は、前記ケーシングパイプの内側に回転自在に（ケーシングパイプの内側で自由に回転できるように）設けられたインナースクリューを更に具備しており、このインナースクリューによって改良材の排出を促す（促進する）ようになっている。したがって、ケーシングパイプ内の材料を滞りなく改良材移動手段の方へ移動させることが可能になる。なお、このインナースクリューは、ケーシングパイプの内側で自由に回転できるように設けられるので、従来装置のようなインナースクリュー用の回転駆動装置は不要である。
【００３１】
また本発明の地盤改良装置は、ケーシングパイプから排出された改良材の共回りを防止するための共回り防止手段を更に具備しており、この共回り防止手段は、ケーシングパイプと改良材移動手段の間の高さ位置に設けられている。このような共回り防止手段を設けることで、排出された材料がケーシングパイプと共回りすることが防止され、また、排出された材料がケーシングパイプの下端開口部の真下（改良材移動手段の真上）で固結し塊となることが防止される。つまり、共回り防止手段によって、排出された材料の縁が切られて、ケーシングパイプ真下での材料の停滞や目詰まりが防止される。したがって、ケーシングパイプから連続排出される材料を滞りなく、かつ、側方へ逃がすことなく、改良材移動手段の方へ移動させることが可能になる。
【００３２】
また本発明の地盤改良工法は、貫入したケーシングパイプを打ち戻すことなく、連続したケーシングパイプの引抜きにより地盤内に改良体を造成する地盤改良工法である。この工法では、ケーシングパイプの下端開口部から排出された改良材を、ケーシングパイプと一体回転する改良材移動手段により外側方向に移動させる。これにより、地盤内に排出された改良材を拡径方向に拡げることができるので、従来技術のように施工装置に回転駆動式インナースクリューを設けなくても、従来と同等の改良体（拡径された地盤改良体）の造成が可能になる。
【００３３】
また本発明の地盤改良工法では、ケーシングパイプと一体回転する爪部材の後方に生じた空隙に向かって、改良材移動手段により改良材を移動させる。このように爪部材後方に生じた空隙に向かって改良材を移動させることで、連続して発生する空隙に対して速やかに改良材を押し込むことができるので、拡径された改良体をより確実に造成することが可能になる。
【００３４】
また本発明の地盤改良工法では、回動可能な爪部材を「縮径位置」にした状態で、ケーシングパイプを正回転させながら地盤に貫入し、また、爪部材が「拡径位置」にある状態で、ケーシングパイプを逆回転させながらケーシングパイプを引抜くとともに、ケーシングパイプの下端開口部から改良材を排出する。
このように爪部材を「縮径位置」にした状態でケーシングパイプを地盤に貫入することで、爪部材が拡径位置にある場合に比べて貫入抵抗が緩和される。また、「拡径位置」にある状態で引抜くことで、改良径に相当する範囲の地盤を移動させることができる。その結果、地盤内に排出された改良材を拡径方向に拡げることが可能になるので、従来装置のような回転駆動式のインナースクリューを設けなくても、従来と同等の改良体（拡径された地盤改良体）の造成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の地盤改良装置の一例を示す側面図と概略正面図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態の地盤改良装置が具備するケーシングパイプとその周辺構造を概略的に示す正面図であり、（ｂ）はケーシングパイプの下端側の構造を概略的に示す部分拡大図であり、（ｃ）はケーシングパイプの底面側の構造を概略的に示す底面図である。
【図３】本発明の地盤改良工法の第１実施形態を示す工程図である。
【図４】第１実施形態の地盤改良装置が具備するケーシングパイプの底面側の構造を概略的に示す底面図であって、改良体造成時（ケーシングパイプ引抜き時）の機能作用を概略的に示している。
【図５】地盤改良装置における爪部材（側面爪）や改良材移動手段（底面爪）のレイアウトとその機能作用を例示する図であって、第１実施形態を示している。
【図６】地盤改良装置における爪部材（側面爪）や改良材移動手段（底面爪）のレイアウトとその機能作用を例示する図であって、第１実施形態の変形例１を示している。
【図７】地盤改良装置における爪部材（側面爪）や改良材移動手段（底面爪）のレイアウトとその機能作用を例示する図であって、第１実施形態の変形例２を示している。
【図８】地盤改良装置における爪部材（側面爪）や改良材移動手段（底面爪）のレイアウトとその機能作用を例示する図であって、第１実施形態の変形例３を示している。
【図９】第２実施形態の地盤改良装置が具備するケーシングパイプの下端側の構造を概略的に示す透視図であり、（ａ）の上段側はケーシングパイプ貫入時の状態を側面側から見た透視図、（ａ）の下段側はケーシングパイプ貫入時の状態を底面側から見た透視図、（ｂ）の上段側は改良体造成時の状態を側面側から見た透視図、（ｂ）の下段側は改良体造成時の状態を底面側から見た透視図である。
【図１０】第２実施形態の地盤改良装置が具備する可動爪（爪部材）の動作を示す側面図である。
【図１１】（ａ）は、第２実施形態の地盤改良装置が具備するケーシングパイプの貫入時の状態を示す底面側から見た透視図であり、（ｂ）は、改良体造成時の状態を示す底面側から見た透視図である。
【図１２】第２実施形態の地盤改良装置が具備する共回り防止翼（共回り防止手段）の動作を示す底面側から見た透視図である。
【図１３】本発明の地盤改良工法の第２実施形態を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（地盤改良装置の第１実施形態）
はじめに地盤改良装置の構成について説明する。
本実施形態の地盤改良装置は、低振動・低騒音で締固め杭を造成して地盤の密度増大を図る静的締固め工法（地盤改良工法）の実施に用いる施工装置である。
なお、以下の説明では、地盤内に造成する地盤改良体の一例として砂杭を挙げ、地盤改良材の一例として砂杭材料を挙げる。
【００３７】
図１に示すとおり、地盤改良装置１は、主として、
地盤上を移動自在なクローラ式のベースマシン３と、
円筒鋼管からなり地盤中の所定深度まで貫入されるケーシングパイプ４と、
ケーシングパイプ４を上下方向で昇降可能に支持する柱状のリーダ５と、
リーダ５に沿って昇降しケーシングパイプ４を軸周りに回動させる回転駆動装置６と、
ケーシングパイプ４の内側空間に砂杭材料（改良材）を送り込むためのホッパー７と、
開閉自在に構成され、ケーシングパイプ４の管内圧力を高める際に閉弁するエアー弁８を有している。
【００３８】
ケーシングパイプ４は、その内側に砂杭材料（改良材）を投入することが可能であるとともに、地盤に貫入させた状態で改良材を排出可能に構成されている。ケーシングパイプ４内に投入された砂杭材料は、後述するとおり、ケーシングパイプ内の圧力調整と内ジェットによる補助作用によって、ケーシングパイプ４の下端開口部から排出されるようになっている。
【００３９】
本実施形態において、このケーシングパイプ４は図２の拡大図に示すとおり、側面爪１２，１２と、底面爪１４，１４と、該底面爪用の固定部材１６と、外ジェット２１と、内ジェット３１を備えている。側面爪１２および底面爪１４は、それぞれ、特許請求の範囲に記載された「爪部材」および「改良材移動手段」として機能する構成部材である。この側面爪１２および底面爪１４は、後述するとおり、ケーシングパイプ下端から排出された砂杭材料の拡径や締固めなどを担っている。
【００４０】
側面爪１２，１２（爪部材）は、図２に示すとおり、ケーシングパイプ４の下端から下方へ突き出るように設けられている。この側面爪１２，１２は、ケーシングパイプ４の下端から突き出た状態で直立姿勢を保つように、その上端側がケーシングパイプ４の下端側外周面に溶接等により固定されている。このように側面爪１２，１２をケーシングパイプ４に固定することで、側面爪１２，１２はケーシングパイプ４と一体回転する。なお、本実施形態では、一例として側面爪を２本設けているが、側面爪の本数は特に限定されず、１本でもよく、あるいは３本以上設けてもよい。また、側面爪の本数は偶数に限らず奇数であってもよい。
【００４１】
上述した側面爪１２には、図２(c)の底面図に示すように、斜面１３が形成されている。側面爪１２にこのような斜面１３を形成することで、ケーシングパイプ４と一体回転する側面爪１２によって、地盤中の土砂を側方（ケーシングパイプ外周面から離れる方向）に押し退けることができる。その結果、ケーシングパイプ貫入時には、側面爪１２の斜面１３によって原地盤が側方に押し込まれて移動するので、ケーシングパイプが貫入し易くなり、また、ケーシングパイプ引抜時には、回動する側面爪１２の後方に空隙（砂杭材料を押し込むための空間）を形成することが可能になる。
【００４２】
底面爪用の固定部材１６（改良材移動手段の固定手段）は、梁状の鋼材で構成され、図２(c)に示すようにケーシングパイプ４の下端開口部を横断するように該ケーシングパイプに固設されている。なお、固定部材１６の形状は図示するものに限定されず、底面爪１４をケーシングパイプ下端に対して直接的に又は間接的に固定するのに役立つものであれば、いかなるものでも採用することができる。
【００４３】
底面爪１４，１４（改良材移動手段）は、図２(b)に示すとおり、ケーシングパイプ４の下端開口部の真下に位置している。この底面爪１４，１４は、ケーシングパイプ４の下端から下方へ突き出た状態で直立姿勢を保つように、その上端側がケーシングパイプ４の下端側に固定されている。なお本実施形態において底面爪１４，１４は、ケーシングパイプ下端に固定された固定部材１６に対して固設されている。すなわち、底面爪１４，１４は、固定部材１６を介してケーシングパイプ下端に対して間接的に固定されており、その結果、ケーシングパイプ４が回転すると、底面爪１４，１４は一体回転することになる。
なお、本実施形態では、一例として底面爪を２本設けているが、底面爪の本数は特に限定されず、１本でもよく、あるいは３本以上設けてもよい。また、底面爪の本数は偶数に限らず奇数であってもよい。
また、本実施形態では、底面爪１４，１４を、ケーシングパイプ４の下端に対して固定部材１６を介して間接的に取り付けているが、底面爪１４，１４をケーシングパイプ４の下端側に対して直接的に固設する態様を採用することも可能である。
【００４４】
上述した底面爪１４には、図２(b)(c)に示すように、斜面１５が形成されている。底面爪１４にこのような斜面１５を形成することで、ケーシングパイプ４と一体回転する底面爪１４によって、ケーシングパイプ下端開口部から排出された砂杭材料に対して下向きの応力を加えることができる。排出済みの砂杭材料に対してこのように下向きの応力を加えることで、地盤内の砂杭材料を締固めることができる。
【００４５】
また、上述した底面爪１４，１４は、図２(c)に示すように、底面視でケーシングパイプ４の内側に配置されている。これに対して、前述した側面爪１２，１２は、底面視でケーシングパイプ４の外側に配置されている。つまり、側面爪１２，１２と底面爪１４，１４は、底面視で、前者がケーシングパイプ４の外側寄りに、後者がケーシングパイプ４の内側寄りにくるように、それぞれ配置されている。なお、底面爪１４，１４は、底面視で見た場合に、必ずしもその全体がケーシングパイプ４の内側に収まる必要はなく、その一部分が、ケーシングパイプ４の外側にはみ出すように配置してもよい。
【００４６】
また、図２(c)及び図４に示すように、底面視における各底面爪１４の傾斜角度（取り付け角度）は、ケーシングパイプの真下に排出した砂杭材料を、回動する側面爪１２の後方に生じた空隙の方へ、押し流すのに適した取り付け角度で固定されている。つまり、底面爪１４は、側面爪１２の後方に生じた空隙に向かって、排出済み砂杭材料をガイドできるように、その全体が形成され且つ適切な角度でケーシングパイプの下端側に固定されている。
【００４７】
また、本実施形態において、底面爪１４，１４は、図２(c)に示すように、底面視で点対象の位置関係となるように、ケーシングパイプ４の真下に配設されている。ただし、底面爪１４，１４のレイアウトは必ずしも点対象に限定されるものではなく、後述する第２実施形態（図６参照）で例示するように、線対象の位置関係で、ケーシングパイプ４の真下に配設してもよい。
【００４８】
外ジェット２１は、図２(b)に示すように、ケーシングパイプ４の内周面に沿って配設された流路２３と、ケーシングパイプの下端側外周面付近に配設された流路２４と、これらの流路２３，２４を繋ぐ流路２５で構成されている。外ジェット２１の上端側は、図示しないエアーコンプレッサに接続されている。この外ジェット２１は、必要に応じてその先端開口部からエアージェットを噴射することが可能であり、ケーシングパイプ４の貫入を補助する役割（貫入抵抗を緩和する役割）を担っている。
【００４９】
内ジェット３１は、ケーシングパイプ４の内周面に沿って配設された流路３３で構成されている。この流路からなる内ジェット３１の先端開口部は、ケーシングパイプ４の下端開口部の手前（開口部の上方）に位置しており、また、内ジェット３１の上端側は、図示しないエアーコンプレッサに接続されている。この内ジェット３１は、必要に応じてその先端開口部からエアージェットを噴射することが可能であり、ケーシングパイプ４内からの砂杭材料の排出を補助する役割（排出を促す役割）を担っている。
【００５０】
なお、本実施形態において、ケーシングパイプ４の下端開口部の真下には、図２(c)に示すように固定部材１６や底面爪１４が開口部を横切るように設けられているが、これらの部材及びそのレイアウトによって砂杭材料の排出が困難になることはない。
【００５１】
（地盤改良工法の第１実施形態）
次に、図１及び図２に示す構成を参照しつつ図３に基づいて、上述した地盤改良装置を用いた地盤改良工法について説明する。なお、以下説明する工程ａ〜工程ｈは、それぞれ、図３に示す工程(a)〜(h)に対応している。また、以下の説明では、地盤内に造成する地盤改良体の一例として砂杭（締固め杭）を挙げ、その造成に用いる地盤改良材の一例として砂杭材料を挙げる。
【００５２】
本実施形態の地盤改良工法は、貫入したケーシングパイプを打ち戻すことなく、連続したケーシングパイプの引抜きによって地盤内に砂杭を造成する施工方法である。以下、当該工法の主な工程について説明する。
【００５３】
＜工程ａ＞
砂杭（地盤改良体）の造成予定位置の地盤上に、ケーシングパイプ４を誘導する。
続いて、原地盤土砂の進入防止のために、ケーシングパイプ内に砂杭材料（ポイント砂）を投入する。
次いで、回転駆動装置６によりケーシングパイプ４を回転させて、該ケーシングパイプの貫入を開始する。地盤への貫入の過程では、捲込みウインチ、外ジェットなどを併用しながら、ケーシングパイプ４をリーダ５に沿って規定深度まで貫入する。
ケーシングパイプ４の貫入の過程では、ケーシングパイプ４とその先端側にある側面爪１２，１２および底面爪１４，１４が一体回転し、底面爪１４，１４はそれぞれ、側面爪１２，１２の後方に生じる空隙に向かって、ケーシングパイプ直下の地盤を掻き出す。このように、側面爪１２，１２と底面爪１４，１４の相互作用によって、貫入するケーシングパイプ直下の地盤を掻き出すことで、ケーシングパイプ４が貫入し易くなる。
【００５４】
＜工程ｂ＞
ケーシングパイプ下端が目標深度まで到達したら貫入を終えるとともに、外ジェットによるエアージェットの噴射を停止する。
次いで、ホッパー７を介してケーシングパイプ４内に砂杭材料を投入する。
【００５５】
＜工程ｃ＞
次に、回転駆動装置６によるケーシングパイプ４を回転させつつ、巻上げウインチによりケーシングパイプ４の引抜きを開始する。
同時に、ケーシングパイプ４の上方にあるエアー弁を閉めた状態でケーシングパイプ内に圧縮空気を送り込み、ケーシングパイプ４の管内圧を上げる。これにより、ケーシングパイプ４の下端開口部から砂杭材料が排出される。その際、必要に応じて、内ジェットによりエアージェットを噴射し、砂杭材料の排出を促進させる。これにより、ケーシングパイプの下端開口部での砂杭材料の停滞を防いで、速やかに排出させることができる。
したがって、ケーシングパイプ４を回転させつつリーダ５に沿って引抜く過程で、ケーシングパイプ下端から砂杭材料が継続的に排出される。
なお本実施形態において、この工程におけるケーシングパイプ４の回転方向は、先端部土砂を外側方向（外周方向）に移動させるため、貫入時と同方向になる。
【００５６】
＜工程ｄ＞
ケーシングパイプ４内に砂杭材料を補給する。
砂杭材料の補給にあたっては、ケーシングパイプ４の引抜きを停止するとともに、エアー弁を開けてケーシングパイプ内を排気して管内圧力を下げ、ホッパー７を介してケーシングパイプ４内に砂杭材料を補給する。砂杭材料の具体例としては、砂、リサイクル砂、再生砕石などが挙げられる。
【００５７】
＜工程ｅ＞
砂杭材料を補給し終えたら、再びケーシングパイプ４を回転させつつ巻上げウインチによりケーシングパイプ４の引抜きを再開する。
同時に、ケーシングパイプ４の上方にあるエアー弁を再び閉めてケーシングパイプ内に圧縮空気を送り込み、ケーシングパイプ４の管内圧を上げることで、ケーシングパイプ４の下端開口部から砂杭材料が排出される。その際、必要に応じて、内ジェットによりエアージェットを噴射し、砂杭材料の排出を促進させる。
これにより、ケーシングパイプ４を回転させつつ引抜く過程で、ケーシングパイプ下端から砂杭材料が排出される。
【００５８】
＜工程ｆ，ｇ＞
工程ｄ，ｅを繰り返す。
【００５９】
＜工程ｈ＞
工程ｄ，ｅを繰り返してケーシングパイプ４を改良天端高まで引抜いたら、締固められた砂杭（地盤改良体）の造成が完了する。
【００６０】
（地盤改良装置が具備する側面爪・底面爪の作用）
次に、図４及び図５に基づいて、上述した工程ｃ、ｅ、ｇ（図３の工程(c)(e)(g)）のケーシングパイプ引抜き過程における側面爪・底面爪の機能作用について具体的に説明する。
図４は、ケーシングパイプ４の底面側の構造を概略的に示す底面図であって、砂杭造成時（ケーシングパイプ引抜き時）における側面爪１２や底面爪１４の機能作用を概略的に示している。
図５は、地盤改良装置における側面爪１２や底面爪１４のレイアウトとその機能作用を例示する図であって、第１実施形態を示している。
【００６１】
ケーシングパイプ４を回転させつつ引抜く過程（図３の工程(c)(e)(g)）で、側面爪１２，１２はケーシングパイプ４と一体回転する。そのとき、図４に示すように、側面爪１２，１２は外方向（ケーシングパイプ外周面から離れる方向）に土砂を押し退けるように移動させるとともに、その後方に空隙１８（空間）を発生させる。
【００６２】
一方、ケーシングパイプ４を回転させつつ引抜く過程（図３の工程(c)(e)(g)）で、底面爪１４，１４もケーシングパイプ４と一体回転する。この底面爪１４，１４は、ケーシングパイプ４の下端開口部から排出された砂杭材料を外側方向（拡径方向）に移動させる。具体的には、この底面爪１４，１４は、図４に示すように、回転する側面爪１２，１２の後方に生じた空隙１８，１８に向かって砂杭材料を掻き出してガイドするように設けられている。つまり、ケーシングパイプ４から排出された砂杭材料は、底面爪１４，１４によってガイドされて、側面爪１２，１２の後方に生じた空隙１８，１８に送り込まれる。このように側面爪後方に生じた空隙１８，１８に向かって砂杭材料を移動させることで、連続発生する空隙に対して速やかに砂杭材料を押し込むことができるので、地盤内に造成される砂杭の杭径を確実に拡げることが可能になる。
【００６３】
また図５に示すように、底面爪１４，１４の先端は、斜めカットしたような外観になるように角度を設けていて、ケーシングパイプ４の下端開口部から排出された砂杭材料に対して下方向の応力（斜め下方向の応力を含む）を加えるようになっている。つまり、底面爪１４，１４の掻き出し作用によって、砂杭材料が外側方向に移動するとともに、底面爪１４，１４が加える下方向の応力（押圧力）によって、砂杭の締固めが行われる。
これにより（底面爪先端の斜めカット状の形状により）、排出された砂杭材料に対して下向きの押圧力（斜め下向きの応力を含む）を印加でき、その押圧作用によって、地盤内に排出された砂杭材料の密度が増加するので、地盤内に造成される砂杭を確実に締固めることが可能になる。
また、底面爪１４，１４は、ケーシングパイプ４と一体回転しているときに砂杭材料に対して押圧力（締固め力）を印加するので、砂杭材料を締固めるためにケーシングパイプ４をわざわざ打ち戻す必要がない。つまり本発明によれば、ケーシングパイプ４を打ち戻すことなく連続して引抜くにもかかわらず、造成される砂杭の拡径と締固めを同時に達成することができる。
さらに、ケーシングパイプ４を連続して引抜く過程で拡径と締固めが同時に進行するので、ケーシングパイプの打ち戻しが不要となって、その分、効率的な施工が可能となり、また工期の短縮を図ることも可能になる。
【００６４】
（第１実施形態の変形例）
例えば、上述した第１実施形態では、底面視直線状の２枚の底面爪１４を、位置をずらして略平行に設けているが、図６の変形例１に示すように、底面視直線状の底面爪１４ｂ，１４ｂを、略ハの字状又は略Ｖ字状のレイアウトで、ケーシングパイプの下端開口部の真下に固設してもよい。
【００６５】
また例えば、図７の変形例２に示すように、底面視で略くの字状に屈曲または湾曲した底面爪１４ｃ，１４ｃを、ケーシングパイプの下端開口部の真下に固設してもよい。
【００６６】
また例えば、図８の変形例３に示すように、スクリュータイプの底面爪１４ｄを、ケーシングパイプの下端開口部の真下に固設してもよい。
【００６７】
なお、図６〜図８では図示を省略しているが、変形例１〜３における底面爪は、図２に例示する第１実施形態と同様に、何らかの固定部材を介して、ケーシングパイプ４の下端に対して間接的に固定することが可能である。あるいは、該底面爪をケーシングパイプ４の下端に対して直接的に固定してもよい。
【００６８】
（地盤改良装置の第２実施形態）
次に、主として図９〜図１２に基づいて、第２実施形態に係る地盤改良装置の構成について説明する。
第２実施形態の地盤改良装置は、第１実施形態と同様に、低振動・低騒音で締固め杭を造成して地盤の密度増大を図る静的締固め工法（地盤改良工法）の実施に用いる施工装置である。
【００６９】
第２実施形態の地盤改良装置は、図１に示す実施形態と同様に、主として、
地盤上を移動自在なクローラ式のベースマシン３と、
円筒鋼管からなり地盤中の所定深度まで貫入されるケーシングパイプ４と、
ケーシングパイプ４を上下方向で昇降可能に支持する柱状のリーダ５と、
リーダ５に沿って昇降しケーシングパイプ４を軸周りに回動させる回転駆動装置６と、
ケーシングパイプ４の内側空間に砂杭材料（改良材）を送り込むためのホッパー７と、
開閉自在に構成され、ケーシングパイプ４の管内圧力を高める際に閉弁するエアー弁８を有している。
【００７０】
また図９に示すとおり、第２実施形態の地盤改良装置は、その特有の構成として、
ケーシングパイプ４の下端の下方に設けられたスクリュータイプの底面爪１４ｅと、
ケーシングパイプ４の下端側外周面に設けられた回動可能な一対の可動爪５１と、
可動爪５１を縮径位置および拡径位置に位置決めするための突起５３と、
ケーシングパイプ４の内側に回転自在に設けられたインナースクリュー５６と、
ケーシングパイプ４から排出された砂杭材料の共回りを防止する共回り防止翼５８を有している。
【００７１】
ケーシングパイプ４は、その内側に砂杭材料（改良材）を投入することが可能であるとともに、地盤に貫入させた状態で砂杭材料を排出可能に構成されている。本実施形態において、このケーシングパイプ４は図９に示すとおり、スクリュータイプの底面爪１４ｅと、回動可能な可動爪５１，５１と、回転自在のインナースクリュー５６のほか、第１実施形態と同様の外ジェットと内ジェットを備えている。スクリュータイプの底面爪１４ｅおよび回動可能な可動爪５１は、それぞれ、特許請求の範囲に記載された「改良材移動手段」および「爪部材」として機能する構成部材である。
【００７２】
ケーシングパイプ４内に投入された砂杭材料は、前述した第１実施形態と同様のケーシングパイプ内の圧力調整と内ジェットによる排出促進作用に加えて、回転自在のインナースクリュー５６による排出促進作用によって排出が促され、ケーシングパイプ４の下端開口部から滞りなく排出される。
なお、本実施形態では、砂杭材料の排出を促すインナースクリュー５６が地盤改良装置に設けられているので、ケーシングパイプ内の圧力調整と内ジェットに関する構成は必須の構成ではなく、これらを省くことも可能である。
【００７３】
スクリュータイプの底面爪１４ｅ（改良材移動手段）は、ケーシングパイプ下端から排出された砂杭材料の拡径や締固めなどを担っており、図９に示すとおり、ケーシングパイプ４の下端開口部の下方に位置している。このスクリュータイプの底面爪１４ｅは、ケーシングパイプ４の下端から下方へ突き出た状態で直立姿勢を保つように、ケーシングパイプ４に対し固定されている。
【００７４】
なお本実施形態において底面爪１４ｅは、ケーシングパイプ４の中心軸と同軸の軸部材１１を有しており、この軸部材１１はケーシングパイプ４の内側空間に挿入されている。底面爪１４ｅが具備する軸部材１１は、その上端側がケーシングパイプ４の内周面に対して固定部材１７を介して固定されている。すなわち、底面爪１４ｅは、梁状の固定部材１７を介してケーシングパイプの内周面に対して間接的に固定されており、その結果、ケーシングパイプ４が回転すると、底面爪１４ｅは一体回転することになる。
【００７５】
上述した底面爪１４ｅは、図９に示すようにスクリューで構成されている。底面爪１４ｅをこのようなスクリューで構成することで、ケーシングパイプ４と一体回転するスクリュー（底面爪１４ｅ）のフィンによって、ケーシングパイプ下端開口部から排出された砂杭材料に対して下向きの応力を加えることができる。排出済みの砂杭材料に対してこのように下向きの応力を加えることで、地盤内の砂杭材料を締固めることができる。
なお、図示する底面爪１４ｅのスクリューの形状、角度、寸法は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ケーシングパイプ下端から排出された砂杭材料の拡径や締固めなどを達成できる限り、種々の形状、角度、寸法を採用することが可能である。
【００７６】
可動爪５１，５１（爪部材）は細長い厚みのある板（直方体）のような略ブレード状の外観を有している。可動爪５１，５１はそれぞれ、回転軸をなすボルト６１によって回動可能に且つケーシングパイプ４と一体回転するように、ケーシングパイプ下端側の外周面に取り付けられている。
各可動爪５１は、図１０において破線で示す「縮径位置」と実線で示す「拡径位置」との間で回動可能（拡縮可能）に設けられている。図１０において破線で示す「縮径位置」では、可動爪５１の一部が突起５３にぶつかって、その先端部を下方向に向けた状態を維持する。また、図１０において実線で示す「拡径位置」では、可動爪５１の他の一部が突起５３にぶつかって、その先端部を横方向（真横よりやや斜め下に）に向けた状態を維持する。突起５３は、ケーシングパイプ４の外周面に突設されており、可動爪５１を拡径位置および縮径位置に位置決めするストッパーとして機能する。また、各可動爪５１は、「縮径位置」においてケーシングパイプ４を貫入する方向に回転(正回転)する方向の時に前方となる一方の面にはエッジが切られた傾斜部６３を有し，その一方の面と対になる他方の面（後方の面）のボルト６１の位置よりも、上側にはエッジが切られた傾斜部６４、下側には可動爪５１の厚み方向に水平に平らな面となる底面５２を有している。このように可動爪５１のエッジを切ることで、ケーシングパイプ４を地盤に貫入するときに縮径位置にある可動爪５１が地盤から受ける抵抗を緩和することができ、また、縮径位置から拡径位置へ向かって回動する際に可動爪５１が地盤から受ける抵抗を緩和することができる。
可動爪５１は、ケーシングパイプ４の回転方向を切り替えたときに、周辺地盤の抵抗（土圧）を受けて回動する。可動爪５１が拡径位置から縮径位置へ回動すると、図１０において破線で示すように可動爪５１の一端が突起５３に当たってそれ以上の回動が妨げられ、（ケーシングパイプ４が同じ方向に回転し続ける限り）縮径位置に保持される。同様に、可動爪５１が縮径位置から拡径位置へ回動すると、図１０において実線で示すように可動爪５１の他の部位が突起５３に当たってそれ以上の回動が妨げられ、（ケーシングパイプ４が同じ方向に回転し続ける限り）拡径位置に保持される。突起５３は、ケーシングパイプ４の外周面に設けられ、土圧を受けて回動する可動爪５１を所定位置に位置決めする位置決め部材（ストッパー）としての役割を担っている。
ケーシングパイプ４を地盤に貫入するときには、可動爪５１は図１１(a)に示す「縮径位置」にある。図１１(a)に示す「縮径位置」では、可動爪５１が突起５３に当接してその先端の対角線長さはＤ１に保持される。またこの状態で、可動爪５１は縦向きでやや傾斜し、その先端側は、図１０において破線で示すように側面視でケーシングパイプ４の下端から下に突き出ている。ケーシングパイプ下端から下方に突き出る「縮径位置」では、可動爪５１は、前述した第１実施形態の側面爪と同様に機能する。
ケーシングパイプ４を地盤から引き抜くとき（砂杭材料を排出するとき）には、ケーシングパイプ４を逆回転させることによって、可動爪５１は図１１(b)に示す「拡径位置」にある。図１１(b)に示す「拡径位置」では、可動爪５１は横向きで斜め下に傾斜しており、更にケーシングパイプ４の下端からはほぼ突出していない状態である。その先端位置はケーシングパイプ４の外周面から遠ざかり、可動爪５１が突起５３に当接してその先端の対角線長さはＤ２（Ｄ１＜Ｄ２）に保持される。すなわち、各可動爪５１は、図１１に示すように底面視で長さが変わるように（縮径位置では可動爪５１の先端がケーシングパイプ４の外周面に近寄り、拡径位置ではケーシングパイプ４の外周面から遠ざかるように）回動可能に取り付けられている。
可動爪５１，５１は、その機能の一つとして、拡径位置にあるときに地盤に側圧を与えて移動させる役割を担っている。また、他の機能として、ケーシングパイプ４の下端開口部から排出された材料を、側方へ逃がすことなく底面爪１４ｅの方へ誘導する役割を担っている。拡径位置にある可動爪５１がケーシングパイプと一体回転する状況下で、ケーシングパイプ４の下端開口部から材料が排出されると、傾斜した可動爪５１の底面５２（斜め下に傾斜した底部）によって、下方への押し込み作用が生じるので、その結果、ケーシングパイプ４から排出された材料がその真下で側方へ逃げることなく底面爪１４ｅの方へ送り出されることになる。すなわち、可動爪５１が図１０において実線で示す拡径位置にあるときには、当該可動爪５１の傾斜した底面５２は、排出された材料を底面爪１４ｅの方へ誘導するガイド面として機能する。
上述した可動爪５１による材料誘導効果（排出された材料を可動爪５１の底部が下方へ押し込む作用）を発揮させるために、各可動爪５１は、「拡径位置」において、水平ではなく図１０において実線で示すように斜め下向きに傾斜していることが望ましい。図１０に示す「拡径位置」における可動爪５１の傾斜角度θは特に限定されず、例えば、底面爪１４ｅが具備するスクリューの傾斜角度とほぼ同じ角度に設定してもよい。
なお、本実施形態では、一例として可動爪を２本設けているが、可動爪の本数は特に限定されず、１本でもよく、あるいは３本以上設けてもよい。また、可動爪の本数は偶数に限らず奇数であってもよい。また、可動爪の周方向の取り付け位置は、必ずしも図示するものに限定されず、必要に応じて適宜設計変更することが可能である。
また、本実施形態では、爪部材である可動爪５１を回動可能に構成して、拡径位置にあるときに上述した材料誘導効果を発揮させるようにしているが、爪部材を回動可能に構成することなくケーシングパイプ４の外周面に対し固定して設けてもよい。また、そのように爪部材を固設する場合には、上述した底部のガイド面によって材料誘導効果が発揮されるように、傾斜した状態でケーシングパイプの外周面に可動爪５１を固設するのが望ましい。
【００７７】
インナースクリュー５６は、底面爪１４ｅが具備するスクリューとは逆向きの螺旋になるように形成されたスクリューを有している。すなわち、インナースクリュー５６が具備するスクリューは、底面爪１４ｅのスクリューとは巻方向（搬送方向）が逆になるように形成されている。このインナースクリュー５６は、底面爪１４ｅの軸部材１１の外側で回転自在に設けられた管状の軸部材５７を有しており、この管状の軸部材５７は底面爪１４ｅの軸部材１１を囲うように設けられている。インナースクリュー５６の軸部材５７は、共回り防止翼５８と共通の軸で、ケーシングパイプ４の内側で自由に回転できる。つまり、インナースクリュー５６は共回り防止翼５８と一体回転可能であるが、ケーシングパイプ４や底面爪１４ｅと一体回転することはない。このインナースクリュー５６は、砂杭材料の排出を促す役割を担っている。
なお、インナースクリュー５６は必須の構成ではなく、これを省いた構成とすることも可能である。また、本実施形態では、インナースクリュー５６と共回り防止翼５８を一体回転可能に設けているが、この組合せのうちインナースクリューを省いて、共回り防止翼だけを設ける構成とすることも可能である。
【００７８】
共回り防止翼５８（共回り防止手段）は、インナースクリュー５６と同軸で、回転自在に設けられたフリーブレードであり、ケーシングパイプ４の下端と底面爪１４ｅの間に設けられている。また、共回り防止翼５８は片側ヒンジ構造を有し、折り畳み可能に構成されている。具体的には、略ブレード状の共回り防止翼５８が、ヒンジ５９を介して、インナースクリュー５６と共通の軸である軸部材５７に固定されている。
この折り畳み可能な共回り防止翼５８は、図９(a)に示す正回転のときには、地盤の抵抗を受けて折り畳んだ状態を維持する。また、図９(a)に示す正回転から図９(b)に示す逆回転に回転方向を切り替えたときには、地盤の抵抗を受けて折り畳んだ状態から展開した状態になり、逆回転を継続している間は地盤の抵抗を受けて図９(b)に示す展開した状態を維持する。なお、共回り防止翼５８が展開した状態では、該共回り防止翼５８は、図１２に示すように底面視でケーシングパイプ４の外側に突き出ている。
図１２に示すように図１２において実線で示す展開した状態では、底面視でケーシングパイプ４の外周面から張り出している。この共回り防止翼５８は、ケーシングパイプ４の引き抜き時（砂杭材料の排出時）に機能させる部材であり、ケーシングパイプから排出された砂杭材料の共回りを防止する役割を担っている。また、ケーシングパイプの回転引き抜き時に、インナースクリュー５６がケーシングパイプ４と共回りしないように、該インナースクリューの動きを拘束する役割を担っている。
なお、共回り防止翼５８は必須の構成ではなく、これを省いた構成とすることも可能である。また、図９に示す実施形態において共回り防止翼５８を省く場合には、底面爪１４ｅの取り付け位置をケーシングパイプ４の下端に対して更に近接させてもよい。
【００７９】
ケーシングパイプ４の引き抜き時（砂杭材料の排出時）には、共回り防止翼５８は図９(b)に示すように展開し、周囲の地盤や排出済みの砂杭材料の抵抗を受けて動きが拘束されるので、ケーシングパイプ４が逆回転する状況下で共回り防止翼５８は自由に回転することができない。そのため、ケーシングパイプ４が逆回転する状況下で、その内側のインナースクリュー５６は、地盤や排出済み材料の抵抗を受ける同軸の共回り防止翼５８によって動きが拘束される。したがって、インナースクリュー５６とケーシングパイプ４との間に回転速度の差が生まれ、実質的に、インナースクリュー５６がケーシングパイプ４に対し相対回転する状態となる（すなわち、インナースクリュー５６側から見てケーシングパイプ４が材料排出方向に相対回転する状態となる）。その結果、ケーシングパイプ４に対し相対回転するインナースクリュー５６によって、ケーシングパイプ４からの砂杭材料の排出が促される。したがって、共回り防止翼５８は、前述したとおり排出された砂杭材料の共回りを防止する部材として機能するほか、インナースクリュー５６の動きを拘束して該インナースクリュー５６とケーシングパイプ４との間に回転速度の差を生むための抵抗体としても機能する。
このように、本実施形態の装置が具備するインナースクリュー５６は、強制的に回転駆動される部材ではなく、同軸の共回り防止翼５８による拘束作用を利用してケーシングパイプ４の内側で相対回転させる部材であり、この点で従来技術と相違する。すなわち、本実施形態では、インナースクリュー用の回転駆動装置を設ける必要はない。
【００８０】
なお、本実施形態において、ケーシングパイプ４の下端開口部の真下には、図９に示すように共回り防止翼５８や底面爪１４ｅが位置し、また、固定部材１７が開口部を横切るように設けられているが、これらの部材及びそのレイアウトによって砂杭材料の排出が困難になることはない。
【００８１】
また、本実施形態では、共回り防止翼５８と底面爪１４ｅの位置関係（上下の位置関係）の一例として、図９に示すような態様を採用しているが、共回り防止翼５８と底面爪１４ｅの位置関係は必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば図示する実施形態とは逆に、共回り防止翼５８を下側に、底面爪１４ｅを上側に配置することも可能である。すなわち、インナースクリュー５６と同軸の共回り防止翼５８を装置下端側に配置し、ケーシングパイプ下端と共回り防止翼５８の間に底面爪１４ｅを配置してもよい。
【００８２】
（地盤改良工法の第２実施形態）
次に、図１および図９に示す構成を参照しつつ図１３に基づいて、上述した地盤改良装置を用いた地盤改良工法について説明する。
なお、以下説明する工程ａ〜工程ｈは、それぞれ、図１３に示す工程(a)〜(h)に対応している。また、以下の説明では、地盤内に造成する地盤改良体の一例として砂杭（締固め杭）を挙げ、その造成に用いる地盤改良材の一例として砂杭材料を挙げる。
【００８３】
本実施形態の地盤改良工法は、第１実施形態と同様に、貫入したケーシングパイプを打ち戻すことなく、連続したケーシングパイプの引抜きによって地盤内に砂杭を造成する施工方法である。以下、当該工法の主な工程について説明する。
【００８４】
＜工程ａ＞
砂杭（地盤改良体）の造成予定位置の地盤上に、ケーシングパイプ４を誘導する。
続いて、原地盤土砂の進入防止のために、ケーシングパイプ内に砂杭材料（ポイント砂）を投入する。
次いで、回転駆動装置６によりケーシングパイプ４を正回転させて、該ケーシングパイプの貫入を開始する。このとき、可動爪５１，５１は縮径位置にあり、また、共回り防止翼５８は折り畳んだ状態にあり、これによってケーシングパイプ４の貫入抵抗を抑制することができる。
地盤への貫入の過程では、捲込みウインチ、外ジェットなどを併用しながら、ケーシングパイプ４をリーダ５に沿って規定深度まで貫入する。外ジェットの構成や作用については前述した第１実施形態と同様であるので、第１実施形態の説明を援用する。
なお、ケーシングパイプ４を貫入する過程では、ケーシングパイプ４の下端開口部を砂杭材料が閉塞しているため、ケーシングパイプ内への土砂の進入・混入が妨げられる。
【００８５】
＜工程ｂ＞
ケーシングパイプ下端が目標深度まで到達したら貫入を終えるとともに、外ジェットによるエアージェットの噴射を停止する。
次いで、ホッパー７を介してケーシングパイプ４内に砂杭材料を投入する。
続いて、ケーシングパイプ４を逆回転させると、その逆回転の開始がきっかけとなって可動爪５１，５１が拡径位置に回動し、また、共回り防止翼５８が展開する。すなわち、ケーシングパイプ４を逆回転させることで（回転方向を切り替えることで）、可動爪５１，５１は周辺地盤の抵抗を受けて拡径位置へ向かって回動する。同様に、折り畳まれた状態の共回り防止翼５８は図１２において実線で示すように周辺地盤の抵抗を受けて展開し、底面視でケーシングパイプ４の外側に張り出した状態となる。
以後、（ケーシングパイプ４の回転方向は逆回転となるので）可動爪５１，５１は拡径位置に保持され、共回り防止翼５８は展開した状態に保持される。
【００８６】
＜工程ｃ＞
次に、回転駆動装置６によるケーシングパイプ４を逆回転（図１３(a)の回転方向と逆方向で回転）させつつ、巻上げウインチによりケーシングパイプ４の引抜きを開始する。
同時に、ケーシングパイプ４の上方にあるエアー弁を閉めた状態でケーシングパイプ内に圧縮空気を送り込み、ケーシングパイプ４の管内圧を上げる。これにより、ケーシングパイプ４の下端開口部から砂杭材料が排出される。
その際、ケーシングパイプ４に対するインナースクリュー５６の相対回転によって砂杭材料の排出が促され、必要に応じて、内ジェットによりエアージェットを噴射し、砂杭材料の排出を更に促進させる。これにより、ケーシングパイプの下端開口部での砂杭材料の停滞を防いで、速やかに排出させることができる。
したがって、ケーシングパイプ４を逆回転させつつリーダ５に沿って引抜く過程で、ケーシングパイプ下端から砂杭材料が継続的に排出される。
なお、本実施形態では、砂杭材料の排出を促すインナースクリュー５６が地盤改良装置に設けられているので、ケーシングパイプ４の管内圧を上げずにインナースクリュー５６の作用だけで砂杭材料を排出することも可能であり、また、内ジェットを省くことも可能である。後述する工程ｅでも同様である。
【００８７】
＜工程ｄ＞
ケーシングパイプ４内に砂杭材料を補給する。
砂杭材料の補給にあたっては、ケーシングパイプ４の引抜きを停止するとともに、エアー弁を開けてケーシングパイプ内を排気して管内圧力を下げ、ホッパー７を介してケーシングパイプ４内に砂杭材料を補給する。砂杭材料の具体例としては、砂、リサイクル砂、再生砕石などが挙げられる。
【００８８】
＜工程ｅ＞
砂杭材料を補給し終えたら、再びケーシングパイプ４を逆回転させつつ巻上げウインチによりケーシングパイプ４の引抜きを再開する。
同時に、ケーシングパイプ４の上方にあるエアー弁を再び閉めてケーシングパイプ内に圧縮空気を送り込み、ケーシングパイプ４の管内圧を上げることで、ケーシングパイプ４の下端開口部から砂杭材料が排出される。
その際、ケーシングパイプ４に対するインナースクリュー５６の相対回転によって砂杭材料の排出が促され、必要に応じて、内ジェットによりエアージェットを噴射し、砂杭材料の排出を更に促進させる。
これにより、ケーシングパイプ４を逆回転させつつ引抜く過程で、ケーシングパイプ下端から砂杭材料が排出される。
【００８９】
＜工程ｆ，ｇ＞
工程ｄ，ｅを繰り返す。
【００９０】
＜工程ｈ＞
工程ｄ，ｅを繰り返してケーシングパイプ４を改良天端高まで引抜いたら、締固められた砂杭（地盤改良体）の造成が完了する。
【００９１】
（その他の実施形態）
上述した実施形態は、特許請求の範囲に記載した本発明の例示であって、本発明の形態は必ずしもこれに限定されるものではない。特に、底面爪（改良材移動手段）の形状やレイアウトについては、排出された改良材の移動や締め固めが可能であれば良いので、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の形態を採用することが可能である。
【００９２】
（本発明の効果）
上述した本発明によれば、地盤改良装置はケーシングパイプと一体回転する「底面爪」（改良材移動手段）を具備している。このような底面爪を設けることで、地盤内に排出された砂杭材料に対して下向きの応力を加えることが可能になり、また、該砂杭材料を拡径方向に拡げることが可能になるので、従来のようにインナースクリュー用の回転駆動装置などを設けなくても、従来と同等の砂杭（拡径された地盤改良体）の造成を行うことができる。
【符号の説明】
【００９３】
１      地盤改良装置
３      ベースマシン
４      ケーシングパイプ
５      リーダ
６      回転駆動装置
７      ホッパー
８      エアー弁
１１    軸部材
１２    側面爪（爪部材）
１３    斜面
１４    底面爪（改良材移動手段）
１４ｂ  底面爪（改良材移動手段）
１４ｃ  底面爪（改良材移動手段）
１４ｄ  底面爪（改良材移動手段）
１４ｅ  底面爪（改良材移動手段）
１５    斜面
１６    底面爪用の固定部材（改良材移動手段の固定手段）
１７    底面爪用の固定部材（改良材移動手段の固定手段）
１８    空隙（空間）
２１    外ジェット（エアージェット噴射手段）
２３    流路
２４    流路
２５    流路
３１    内ジェット（エアージェット噴射手段）
３３    流路
５１    可動爪（爪部材）
５２    底面（ガイド面）
５３    突起（位置決め部材／ストッパー）
５６    インナースクリュー
５７    軸部材
５８    共回り防止翼（共回り防止手段）
５９    ヒンジ
６１    ボルト（回転軸）
６３    傾斜部
６４    傾斜部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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