(57)【要約】【課題】中空管の繋ぎ等の作業が省略できると共に、高さ制限があっても、改良深度が深い砂杭の造成を可能とする砂杭造成用中空管を提供すること。【解決手段】上方外管２と上方外管２と伸縮自在に嵌合する空気弁４内蔵の下方内管３とで構成される砂杭造成用伸縮中空管１であって、縮小状態で上方外管２と下方内管３を固定する第１ロック手段５と、伸長状態で上方外管２と下方内管３を固定する第２ロック手段６と、下方内管３の空気弁４で区画される圧気部３４内に空気を供給する圧気用空気供給手段を備える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方外管と該上方外管と伸縮自在に嵌合する空気弁内蔵の下方内管とで構成される砂杭造成用中空管であって、縮小状態で上方外管と下方内管を固定する第１ロック手段と、伸長状態で上方外管と下方内管を固定する第２ロック手段と、該下方内管の空気弁で区画される圧気部内に空気を供給する圧気用空気供給手段を備えることを特徴とする伸縮中空管。
【請求項２】
該上方外管と該下方内管を伸縮させる伸縮手段を、更に備えることを特徴とする請求項１記載の伸縮中空管。
【請求項３】
該下方内管の外周面に該上方外管の内周面に当接する第１ローラーガイドを付設し、該上方外管の内周面に該下方内管の外周面に当接する第２ローラーガイドを付設することを特徴とする請求項１又は２記載の伸縮中空管。
【請求項４】
圧気用空気供給手段は、空気供給装置と、一端が該空気供給装置に接続され、他端の空気吐出口が前記下方内管の空気弁で区画される圧気部内に配置されるホースと、該ホースを懸架すると共に前記他端の空気吐出口の上下移動に連動して作動する滑車群からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の伸縮中空管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高さ制限があっても、改良深度が深い砂杭造成が可能な伸縮中空管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
陸上地盤、海底地盤などの軟弱地盤中に砂杭を打設することにより、地盤を改良する地盤改良砂杭造成工法がある。この地盤改良砂杭造成工法としては、例えば、円筒状中空管を所定の深度まで貫入した後、該中空管を適宜の長さ引き抜く工程と該中空管を再貫入する工程とを順次、地表に至るまで繰り返して、軟弱地盤中に締固め砂杭を造成する締固め砂杭造成工法などがある。
【０００３】
このような地盤改良砂杭造成工法においては、中空管をリーダーに沿って昇降させるが、陸上施工においては、高圧線や陸橋などの既存構造物の影響により、また、空港に近い領域における海上施工においては、飛行による高さ制限により、それぞれ高いリーダーが立てられないという問題がある。また、このような制限が無くともリーダーを支える施工機の安定性の観点からリーダーの高さはおのずと制限される。このような高さ制限がある場合には、改良深度が深い砂杭の造成ができない。これを解決するものとして、複数の中空管を準備し、これを順次繋いで施工する方法がある。この中空管の繋ぎにより施工する工法は、高さ制限があっても、改良深度が深い砂杭の造成が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の中空管の繋ぎによる砂杭造成工法は、繋ぎ作業に多くの複雑な工程と時間を必要とし、工期が大幅に延びるという問題がある。更に中空管の繋ぎ作業及び繋ぎの解除作業は作業員による手作業に負うところがあり、安全性に欠けるという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、中空管の繋ぎ等の煩わしい作業が省略できると共に、高さ制限があっても、改良深度が深い砂杭の造成を可能とする砂杭造成用中空管を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、上方外管と該上方外管と伸縮自在に嵌合する空気弁内蔵の下方内管とで構成され、縮小状態で上方外管と下方内管を固定する第１ロック手段と、伸長状態で上方外管と下方内管を固定する第２ロック手段とを備えた伸縮中空管を用いれば、中空管の繋ぎ等の煩わしい作業が省略できると共に、高さ制限があっても、改良深度が深い砂杭の造成ができることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明（１）は、上方外管と該上方外管と伸縮自在に嵌合する空気弁内蔵の下方内管とで構成される砂杭造成用中空管であって、縮小状態で上方外管と下方内管を固定する第１ロック手段と、伸長状態で上方外管と下方内管を固定する第２ロック手段と、該下方内管の空気弁で区画される圧気部内に空気を供給する圧気用空気供給手段を備える伸縮中空管、本発明（２）は、該上方外管と該下方内管を伸縮させる伸縮手段を、更に備える伸縮中空管、本発明（３）は、該下方内管の外周面に該上方外管の内周面に当接する第１ローラーガイドを付設し、該上方外管の内周面に該下方内管の外周面に当接する第２ローラーガイドを付設する前記伸縮中空管、本発明（４）は、圧気用空気供給手段は、空気供給装置と、一端が該空気供給装置に接続され、他端の空気吐出口が前記下方内管の空気弁で区画される圧気部内に配置されるホースと、該ホースを懸架すると共に前記他端の空気吐出口の上下移動に連動して作動する滑車群からなる前記伸縮中空管を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態における伸縮中空管を図１〜図１０を参照して説明する。図１は縮小状態にある伸縮中空管の概略断面図、図２は第１ロック手段を説明する図、図３は伸長状態にある伸縮中空管の概略断面図、図４は図３におけるＡ−Ａ線に沿って見た概略図、図５は図３におけるＢ−Ｂ線に沿って見た概略図、図６は伸縮手段を用い、縮小状態から伸長状態にする伸長方法を説明する図、図７は伸縮手段を用い、伸長状態から縮小状態にする縮小方法を説明する図、図８（Ａ）は縮小状態にある伸縮中空管に圧気用の空気を供給する方法を説明する図であり、（Ｂ）は伸長状態にある伸縮中空管に圧気用の空気を供給する方法を説明する図であり、図９及び図１０は本例の伸縮中空管を用いる砂杭の造成工法を説明する図である。
【０００９】
本実施の形態例における伸縮中空管１は、上方外管２と該上方外管２と伸縮自在に嵌合する空気弁４内蔵の下方内管３とで構成される砂杭造成用中空管であって、縮小状態で上方外管２と下方内管３を固定する第１ロック手段５と、伸長状態で上方外管２と下方内管３を固定する第２ロック手段６と、上方外管２と下方内管３を伸縮させる伸縮手段２０ａ、２０ｂと、下方内管３の空気弁４で区画される圧気部内３４に空気を供給する圧気用空気供給手段２１とを備える。
【００１０】
上方外管２は伸縮中空管の外側部材となる略円筒状中空管で、やや上方には下方内管３の上端面３５と円環状のシール部材１２を介して接する本管部２１より径の小さな縮径部２２を有し、上方端には中空管１に砂杭材料を投入し易くする不図示のホッパーやバイブロなどの上方装置１０を備え、上方装置１０と縮径部２２の間には、圧気用ホース９１、内ジェット用鋼管９２及び外ジェット用鋼管９３が挿通される切り込み開口部２３及びこれらのホースをガイドする滑車９が配設されている。また、縮径部２２近傍の本管部内周面には、円周上等間隔の３箇所に第１ロック手段５の一部材であるロック凹部５２ａ〜５２ｃが付設され、下端近傍の本管部内周面には、円周上等間隔の３箇所に第２ロック手段６の一部材であるロック凹部６２ａ〜６２ｃ及び第２ローラーガイド８ａ〜８ｃが付設され、下端には下方内管２と当接する部分に硬質ゴム材を設けた泥落とし部材２３が付設されている。なお、図中の符号表記は、簡略化のため、例えば「６２ａ」にように複数部材の一部材のものは単に「６２」と略記することもある。
【００１１】
下方内管３は、伸縮中空管の内側部材となる略円筒状中空管で、上端は内側に開閉自在の空気弁４を備え上部に円環状のシール部材１２を備える上方拡径部３１であり、下端は拡径砂杭を造る下方拡径部３３となっている。空気弁４は舌状板体であって、下方内管３の圧気部３４を圧気する場合は作動エアーにより閉まるようになり、圧送管の作動エアーを抜くことで圧気部３４の圧が下がると開状態となる。空気弁４が付設される拡径部３１は内管本体３２の径よりも内径を大きく採ることにより、空気弁４の開放率を大きくして砂杭材料１１が落ち易いようにしている。また、空気弁４を下方内管３の上方に設けることで、圧気部３４の内容積は下方内管の内容積から砂杭材料の充填量を除く容積となり、伸長状態においても上方外管２を加えた全体内容積を圧気する必要がなくなり、省エネルギー化が図れると共に、圧気効率などが向上する。また、拡径部３１の上方端部の複数箇所、本例では円周上等間隔の３箇所に第１ロック手段５のロック凸部５１ａ〜５１ｃを付設し、拡径部３１の下方端部の複数箇所、本例では円周上等間隔の３箇所に第２ロック手段６のロック凸部６１ａ〜６１ｃをそれぞれ付設し、拡径部３の直下の内管本管３２の周面には円周上等間隔の３箇所でロック凸部６１ａ〜６１ｃが障害とならない位置に第１ローラーガイド７ａ〜７ｃを付設している。
【００１２】
第１ロック手段は、縮小状態で上方外管２と下方内管３を固定し且つ該固定を解除するものであれば特に制限されないが、本例では図１及び図２に示すように、上方外管２に付設されたロック凹部５２と下方内管３に付設されたロック凸部５１との係合による方法である。すなわち、ロック凹部５２は鍵状のロック凸部５１が入り込む挿入部５２２ａと係り止め部５２２を有し、シリンダーのロッドの進退により傾斜面を先端に有する先端部材５６が入り込む挿入部５２２ｂ、５２２ｃを備えるブロック体である。第１ロック手段５において、鍵状のロック凸部５１をロック凹部５２にロックするには、先ず、ロック凸部５１をロック凹部５２の挿入口５２２ｂより矢印ａ方向に挿入する。次いで、ロックシリンダー５３のロッドを前進させ、ロック凸部５１を矢印ｂ方向に押し出し係り止め部５２２に係合させると共に、挟み込む。これにより、上方外管２と下方内管３を縮小状態で固定することができる。次いで、第１ロック手段５において、鍵状のロック凸部５１とロック凹部５２のロックを解除するには、先ず、ロックシリンダー５５のロッドを後退させ、次いでロック解除シリンダー５４のロッドを前進させ、ロック凸部５１を挿入時とは反対方向に押しやることで、ロック凸部５１とロック凹部５２の係合を解除する。これにより、縮小状態にある上方外管２と下方内管３の固定を解除することができ、以降は伸縮手段２０ａで上方外管２と下方内管３を伸長させることができる。
【００１３】
第２ロック手段６は、伸長状態で上方外管２と下方内管３を固定し且つ該固定を解除するものであれば特に制限されないが、本例では前記第１ロック手段５と同様の構造のものが使用される。すなわち、第２ロック手段６は図２のものを上下逆さの状態にしたもので、上方外管２に付設されたロック凹部６２ａ〜６２ｃと下方内管３に付設されたロック凸部６１ａ〜６１ｃの係合による方法である。この第２ロック手段６がロック状態であれば、上方外管２と下方内管３を伸長状態で固定することができ、ロック状態を解除すれば伸長状態にある上方外管２と下方内管３の固定を解除することができ、以降は伸縮手段２０ｂで上方外管２と下方内管３を縮小させることができる。
【００１４】
伸縮手段２０ａは、図６に示すように伸縮中空管１を縮小状態から伸長状態にする伸長手段であって、一端がウインチ１６に接続され、他端が上方外管２の下方に付設された滑車１５ｅを通って下方内管３の上方部１４ａに接続されたワイヤー１７ａと、ワイヤー１７ａを懸架する滑車群１５ａ〜１５ｅとからなる。すなわち、ウインチ１６を巻回すれば下方内管３は上方外管２に対して相対的に伸びる方向に動くため伸縮中空管１は伸長することになる。
【００１５】
伸縮手段２０ｂは、図７に示すように伸縮中空管１を伸長状態から縮小状態にする伸長手段であって、一端がウインチ１６に接続され、他端が上方外管２の上方に付設された滑車１５ｊを通って下方内管３の上方部１４ｂに接続されたワイヤー１７ｂと、ワイヤー１７ｂを懸架する滑車群１５ｆ〜１５ｊとからなる。すなわち、ウインチ１６を巻回すれば下方内管３は上方外管２に対して相対的に縮む方向に動くため伸縮中空管１は縮小することになる。
【００１６】
圧気用空気供給手段２１は、図８に示すように、空気供給装置１５１と、一端１８２が空気供給装置１５１に接続され、他端の空気吐出口１８１が下方内管３の空気弁４で区画される圧気部３４内に配置されるホース１８ａと、ホース１８ａを懸架すると共に他端の空気吐出口１８１の上下移動に連動して作動する滑車群１５ｋ〜１５ｏからなる。ホース１８ａは伸縮中空管１が伸長した状態において、空気供給装置１５１から下方内管３の空気弁４で区画される圧気部３４内に至るに十分な長さを有するものである。滑車群は伸縮中空管１の伸縮移動に連動して伸縮するものであれば特に制限されないが、本例では固定滑車１５ｋ、１５ｌ、１５ｎの間に錘又は遊動滑車１５ｍを設けてホースを伸縮自在としている。ホース１８ａの下方内管３への接続は公知のシール且つ固定手段を用いればよい。このような圧気用空気供給手段２１によれば、図８（Ａ）に示すように、錘又は遊動滑車１５ｍが下方位置にあることで縮小状態に対応できる。伸縮中空管１が縮小状態から伸長状態へ移行すれば、これに連動して錘又は遊動滑車１５ｍは上昇し、ホース１８ａを伸長することができる（図８（Ｂ））。このような圧気用空気供給手段２１であれば、伸縮中空管１がいかなる形態であっても、下方内管３の圧気部３４内に空気を供給することができ、圧気部３４を圧気状態とすることができる。
【００１７】
伸縮中空管１においては、上方外管２と下方内管３との軸芯を一致させるローラーガイドを付設することが、上方外管２、下方内管３共に１ｍ程の大きな径を有する鋼管であるため真円ではなく、これを偏りしないでスライド伸縮させて精度の高い施工を行うことができる点で好適である。ローラーガイドは、下方内管３の外周面に付設され上方外管２の内周面に当接する第１ローラーガイド７ａ〜７ｃと、上方外管２の内周面に付設され下方内管３の外周面に当接する第２ローラーガイド８ａ〜８ｃを有するものである。
【００１８】
第１ローラーガイド７ａ〜７ｃ及び第２ローラーガイド８ａ〜８ｃとしては、例えば両腕状の支持部７１にゴム製ローラー７２を回転自在に取り付けたいわゆるローラー、及び両腕状の第１支持部に両腕状の第２支持部を弾性体を介在させて回動自在に連結し第２支持部にゴム製ローラーを取り付けた可動ローラーが使用できる。このうち、可動ローラーを用いれば上方外管２と下方内管３の１０〜２０ｍｍ程度の軸芯のずれを修正することができる点で好適である。また、第１ローラーガイド７ａ〜７ｃ及び第２ローラーガイド８ａ〜８ｃは本例では円周上等間隔の３箇所設置であるが、これに限定されず、円周上等間隔の４箇所設置であってもよい。
【００１９】
本例の伸縮中空管１において、不図示の内ジェット供給手段を有することが、下方内管２内に充填された砂杭材料１１の排出を容易にすることができる点で好適である。内ジェット供給手段としては、例えば高圧水流供給装置と、一端が高圧水流供給装置に接続され、他端の高圧水流吐出口が下方内管３内であって下方拡径部３３のやや上方位置に配置される鋼管と、該鋼管を懸架すると共に他端の高圧水流吐出口の上下移動に連動して作動する滑車群からなるものが挙げられる。すなわち、内ジェット手段は図８に示す圧気用空気供給手段２１において、空気供給装置１５１を高圧水流供給装置に代え、他端の空気吐出口１８１を更に下方内管３の下方拡径部３３のやや上方近傍まで延出して設置するようにしたものである。なお、内ジェット供給手段及び噴射流体としては、上記高圧水流供給手段による高圧水流の噴射の他、圧縮空気供給手段による空気噴射又は水混じり圧縮空気供給手段による水混じり空気噴射が挙げられる。
【００２０】
本例の伸縮中空管１において、伸縮手段２０ａ、２０ｂは省略することもできる。すなわち、伸縮中空管１を縮小状態から伸長状態にする際、上方外管２を引き上げるだけでもよい。この場合、下方内管３の自重と砂杭材料の重量によるアンカー機能とで下方内管３の供上がりを防止する。一方、伸縮中空管１を伸長状態から縮小状態にする際、改良地盤を反力として上方外管２の自重で縮めることもできる。
【００２１】
本例の伸縮中空管１において、不図示の外ジェット供給手段を有することが、伸縮中空管を改良地盤中に貫入する際、貫入を容易にすることができる点で好適である。外ジェット供給手段としては、例えば高圧水流供給装置と、一端が高圧水流供給装置に接続され、他端の高圧水流吐出口が下方内管３の下方拡径部３３の直下に配置されるホースと、ホースを懸架すると共に他端の高圧水流吐出口の上下移動に連動して作動する滑車群からなるものが挙げられる。すなわち、外ジェット手段は図８に示す圧気用空気供給手段２１において、空気供給装置１５１を高圧水流供給装置に代え、他端の空気吐出口１８１を更に下方内管３の下方拡径部３３の直下まで延出して設置するようにしたものである。
【００２２】
次に、本例の伸縮中空管１は陸上地盤、海底地盤などの軟弱地盤中に砂杭を打設することにより、地盤を改良する地盤改良砂杭造成工法に適用することができる。本例の伸縮中空管１を用いて海上の軟弱地盤中に砂杭を打設する工法について主に図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９及び図１０は簡略化のため、砂杭材料及び砂杭の記載を省略した。先ず、所定の砂杭打設位置に作業船１９を近づけ杭芯をだす。次いで甲板上に設置された昇降ウインチのワイヤを延出して、縮小した伸縮中空管１を海底に降ろす（図９（ａ））。バイブロ１０２を起動させ海底面から伸縮中空管１を貫入させる。貫入途中で下方内管３に取り付けた空気弁４を圧気用空気供給手段２１により供給された作動エアーで閉めると同時に圧気部３４内の内圧を上げて下方内管３内に入った水やヘドロを外へ排出しながら伸縮中空管１を貫入する。ある程度貫入した時点で圧送管から逆にエアーを抜き圧力を下げ空気弁４を開け、ホッパー１０１から所定量の砂杭材料を投入する。そして、最大貫入位置となった時点でバイブロ１０２を停止する（図９（ｂ））。
【００２３】
次に、上方外管２と下方内管３を固定する第１ロック手段５のロックを解除する。ロックの解除方法は前述の通りである。次に伸縮手段を作動させ下方内管３を残しながら上方外管２を巻き上げる。この伸縮手段で上方外管２が伸びない場合、伸縮手段２０ａを作動させ、ワイヤー１７ａを巻き上げ、伸びきった状態で第２ロック手段で上方外管２と下方内管３をロックする。ロック方法は前述の通りである。この時点で伸縮中空管１は伸長状態となる（図９（ｃ））。
【００２４】
次に、バイブロ１０２を起動させ、伸長状態にある伸縮中空管１を所定深度まで貫入させる。この貫入時には外ジェットを用いることで貫入を円滑に行うようにする。次いで、ホッパー１０１から残部の砂杭材料を、下方内管３に付設した空気弁４の近くまで投入する（図９（ｄ））。下方内管３に付設した空気弁４を作動エアーで閉め、圧気部３４に圧縮空気を供給する。この場合、圧気部３４の内圧を高めながら、内ジェットを用い伸縮中空管１を引き抜き先端から砂杭材料を軟弱地盤中に所定量を排出し、その後打ち戻すことで拡径の圧密した砂杭を造成する（図９（ｅ））。その後の打ち戻し工程においては、内ジェットは停止させる。
【００２５】
次いで、バイブロ１０２を停止し、第２ロック手段６のロックを解除し、上方外管２と下方内管３との固定を解除する。この状態で自重作用により上方外管２を下げる。この場合、補助手段として伸縮手段２０ｂを用いてワイヤー１７ｂを引き上げ伸縮中空管１を縮小状態とすることもできる。縮小状態となったら、第１ロック手段５を作動させ、上方外管２と下方内管３を固定する（図９（ｆ））。次いで、必要であればホッパー１０１から砂杭材料を投入する。そして前記と同様、圧気部３４に圧縮空気を供給し内圧を高めながら、内ジェットを用い伸縮中空管１を引き抜き先端から砂杭材料を軟弱地盤中に所定量を排出し、その後打ち戻すことで拡径の圧密した砂杭の造成を海底面まで行う（図９（ｇ））。
【００２６】
本発明の伸縮中空管１において、下方内管３の先端外周面には、該先端部から下方に突出する掘削ビットが設置されていてもよい。これにより、砂杭造成用中空管４の地中貫入が容易となる。また、伸縮中空管１に供給される砂杭材料としては、特に制限されず、砂、砕石、砂利、その他砂類似粒状材料、及びこれらに金属系還元材を混入させたもの等が挙げられる。金属系還元材を含有する砂類は、例えば、有機揮発性化合物で汚染された地下水などの浄化を目的に構築される地下水浄化壁にも適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の伸縮中空管によれば、中空管の繋ぎ等の煩わしい作業が省略できると共に、高さ制限があっても、改良深度が深い砂杭の造成を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】縮小状態にある伸縮中空管の概略断面図である。
【図２】第１ロック手段を説明する図である。
【図３】伸長状態にある伸縮中空管の概略断面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線に沿って見た概略図である。
【図５】図３におけるＢ−Ｂ線に沿って見た概略図である。
【図６】伸縮手段を用い、縮小状態から伸長状態にする伸長方法を説明する図である。
【図７】伸縮手段を用い、伸長状態から縮小状態にする縮小方法を説明する図である。
【図８】（Ａ）は縮小状態にある伸縮中空管に圧気用の空気を供給する方法を説明する図であり、（Ｂ）は伸長状態にある伸縮中空管に圧気用の空気を供給する方法を説明する図である。
【図９】本例の伸縮中空管を用いる砂杭の造成工法を説明する図である。
【図１０】本例の伸縮中空管を用いる図９に連続する砂杭の造成工法を説明する図である。
【符号の説明】
１　　伸縮中空管
２　　上方外管
３　　下方内管
４　　空気弁
５　　第１ロック手段
６　　第２ロック手段
７ａ〜７ｃ　　第１ローラーガイド
８ａ〜８ｃ　　第２ローラーガイド
１０　　上方装置
１１　　砂杭材料
１２　　シール部材
１５ａ〜１５ｊ　　滑車群
１７ａ、１７ｂ　　ワイヤー
２０ａ、２０ｂ　　伸縮手段
２１　　　　　　　圧縮用空気供給手段
２３　　泥落とし部材
３１　　上方拡径部
３２　　内管本管
３３　　下方拡径部
３４　　圧気部
１８１　　空気吐出口
【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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