(57)【要約】  【課題】ケーシングパイプ下端からの砂の排出量が連続して一定になり、施工不良を防止すると共に施工サイクルタイムの効率を向上させ、施工管理を容易にする。  【解決手段】ケーシングパイプ１を所定の貫入深度まで打ち込み途中又は打ち込んだ後、ケーシングパイプ１内に砂と共に海水を投入し、ケーシングパイプ１を引き抜くと同時に、該ケーシングパイプ下端より連続した砂の排出が行われるように、砂の量及び海水の量を調整する。これにより、ケーシングパイプ下端の内部の圧力Ｗと該ケーシングパイプ下端の外部の圧力Ｐとの関係がＰ＜Ｗとなるように設定する。砂量と海水量は、砂の排出時含水比２０〜２５％、見かけの飽和度８０〜１４８％となるように調整する。又、砂と海水の混合は、海水投入時間を１００とした場合、砂投入時間を１００〜８０に設定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングパイプを所定の貫入深度まで打ち込み途中又は打ち込んだ後に、該ケーシングパイプ内に砂と共に海水を投入し、該ケーシングパイプを引き抜くと同時に、該ケーシングパイプ下端より連続した砂の排出が行われるように、前記砂の量及び海水の量を調整することにより、前記ケーシングパイプ下端の内部の圧力Ｗと該ケーシングパイプ下端の外部の圧力Ｐとの関係をＰ＜Ｗに設定し、該ケーシングパイプ下端からの砂の排出量が連続して一定になるように施工することを特徴とする海上サンドドレーン施工管理方法。
【請求項２】
上記砂量と海水量は、砂の排出時含水比２０〜２５％、見かけの飽和度８０〜１４８％となるように調整されることを特徴とする請求項１記載の海上サンドドレーン施工管理方法。
【請求項３】
上記砂と海水は、海水投入時間を１００とした場合、砂投入時間が１００〜８０の範囲となるように設定して混合することを特徴とする請求項１又は２記載の海上サンドドレーン施工管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海上サンドドレーン施工管理方法に関するものであり、特に、ケーシングパイプより連続した砂の排出ができるようにした海上サンドドレーン施工管理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、海上サンドドレーンの施工では、造成する砂杭１本当たりの必要砂量をあらかじめ計算し、所定の貫入深度までケーシングパイプを打ち込んだ後に、ケーシングパイプ内に海水と共に砂を投入し、この砂をケーシングパイプの下側先端から排出させて砂杭の造成を行ってきた。
【０００３】
ケーシングパイプ下端からの砂の排出については、砂面計を使用して砂排出を管理しながら、ケーシングパイプを引き抜いて、砂杭を造成する方法が一般的であった。このとき、砂と同時に海水を投入するが、これは、ケーシングパイプ側面と砂との摩擦抵抗を低減させて、ケーシングパイプ下端からの砂の排出を良くするためである。
【０００４】
又、ケーシングパイプを引き抜く時に、ケーシングパイプを振動させるためのバイブロハンマーを使用することにより、ケーシングパイプ側面と砂との摩擦抵抗を振動作用で一層低減させる等の方法も採られてきた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１２３１１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、ケーシングパイプ下端からの砂の排出が良いときは、ケーシングパイプの引き抜き速度を速くすることにより、一定量の砂を排出することができる。しかし、ケーシングパイプ下端からの砂の排出が円滑に行われないことがあり、例えば、砂の排出が悪い場合、あるいは砂の排出が止まった場合には、これを改善する手段が無く、施工サイクルタイムの施工効率が悪くなる等の弊害があった。
【０００６】
又、ケーシングパイプ内に圧縮空気を入れて、砂の排出を良くする等の方法も行われてきた。しかし、この方法によれば、熟練者の長い経験と勘に依存して試行錯誤して行っているが、特に圧縮空気の圧力管理が難しく、例えば、圧力が高すぎると、ケーシングパイプ下端から砂が一瞬にして排出されてしまう等の施工不良が発生することもあり、施工管理上の問題があった。
【０００７】
そこで、ケーシングパイプ下端からの砂の排出量が一定になり、施工不良の防止及び施工サイクルタイムの効率向上を同時に実現し、施工管理を容易にするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００８】
本発明者らは、上記の課題に鑑み、ケーシングパイプの引き抜きを容易にし、かつ、連続した砂の排出量を常に一定にするためには、砂と海水の調整、並びに、外圧に対しケーシングパイプ下端の内圧をどのように設定すべきか等に関して、長期に亘り日夜研究し、特にＲａｎｋｉｎｅの土圧理論に着目して、これを海上サンドドレーン施工管理方法に応用することで、上記課題を論理的に解決できるという新たな知見を得て、本発明を完成したものであり、従来の経験と勘による施工管理を不要にし、初心者でも容易に実施できる新規有用な海上サンドドレーン施工管理方法を提供するものである。
【０００９】
即ち、本発明は、ケーシングパイプからの砂排出量を砂杭１本当たりの設計砂量にて管理するのではなく、砂量の管理は必要範囲内の砂量（所定の最小以上かつ所定の最大量以下の砂量）となるように設定し、ケーシングパイプ下端にかかる外力（圧力Ｐ）とケーシングパイプ下端の内圧Ｗとを、砂と海水の投入量によって調整し、ケーシングパイプ下端より排出される砂の量を常に同等にすることを目的とした海上サンドドレーン施工管理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ケーシングパイプを所定の貫入深度まで打ち込み途中又は打ち込んだ後に、該ケーシングパイプ内に砂と共に海水を投入し、該ケーシングパイプを引き抜くと同時に、該ケーシングパイプ下端より連続した砂の排出が行われるように、前記砂の量及び海水の量を調整することにより、前記ケーシングパイプ下端の内部の圧力Ｗと該ケーシングパイプ下端の外部の圧力Ｐとの関係をＰ＜Ｗに設定し、該ケーシングパイプ下端からの砂の排出量が連続して一定になるように施工する海上サンドドレーン施工管理方法を提供する。
【００１１】
この施工管理方法によれば、ケーシングパイプを引き抜くと同時に、該ケーシングパイプ下端より連続した砂の排出が行われるようにするために、ケーシングパイプ内には、砂の投入と同時に海水も一緒に投入される。この場合、投入される砂量及び海水量を調整することにより、ケーシングパイプ下端における内部の圧力（内圧）Ｗと、該ケーシングパイプ下端における外部の圧力（外圧）Ｐは、所定の関係、即ち、条件式：Ｐ＜Ｗの関係を満たすように設定する。この条件設定下において、ケーシングパイプを引き抜くことにより、ケーシングパイプ下端から一定量の砂が常に連続的に排出され、計画した所定サイズの砂杭が均等に連続して形成される。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記砂量と海水量は、砂の排出時含水比２０〜２５％、見かけの飽和度８０〜１４８％となるように調整される請求項１記載の海上サンドドレーン施工管理方法を提供する。
【００１３】
この構成によれば、砂量と海水量を、砂排出時、即ちケーシングパイプ下端から砂が排出される時の含水比：２０〜２５（重量）％、見かけの飽和度：８０〜１４８（重量）％となるよう調整にすると、ケーシングパイプ内壁側面と砂との摩擦抵抗が大幅に低下する。
ここに、見かけの飽和度とは、砂量に対する海水量の割合をいう。
【００１４】
請求項３記載の発明は、上記砂と海水は、海水投入時間を１００とした場合、砂投入時間が１００〜８０の範囲となるように設定して混合する請求項１又２記載の海上サンドドレーン施工管理方法を提供する。
【００１５】
この構成によれば、海水投入時間１００（％）に対して砂投入時間１００〜８０（％）の割合範囲に時間設定して、砂と海水を混合すると、前記割合範囲以外で混合した場合に比べて、海水と砂との混合がより効果的に迅速均一に行われ、最小の時間で最適な見かけの飽和度に到達する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明は、ケーシングパイプ下端における内部の圧力Ｗの大きさが、外部の圧力Ｐよりも大となるように設定し、ケーシングパイプを引き抜きながら砂杭を造成するので、ケーシングパイプ下端からの砂の排出が円滑になり、砂排出量を常に一定にすることができ、もって、ケーシングパイプの引き抜きが円滑になり、施工サイクルタイムの施工効率が従来に比べて著しく向上する。
【００１７】
また、本発明は、砂杭１本当たりの設計砂量にて砂排出量を管理するのではなく、ケーシングパイプ内に投入される砂量及び海水量のみを調整するだけでよいので、従来に較べて管理が容易になる。又、ケーシングパイプから砂が瞬時に排出される等の施工不良を確実に防止できるという優れた効果を有する。
【００１８】
請求項２記載の発明は、ケーシングパイプ内壁側面と砂との摩擦抵抗が大幅に低下するので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ケーシングパイプ内の砂の重量がケーシングパイプ下端に有効に発生し、砂の排出が著しく良好になり、従来に比べケーシングパイプを円滑容易に引き抜くことができるという格別のメリットを有する。
【００１９】
請求項３記載の発明は、海水と砂を極力均一に混合でき、最小の時間で最適見かけの飽和度に到達するので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、砂と海水を最も効果的に均等に混合することができ、ケーシングパイプの引き抜きを一層スムーズに効率良く行えるという格別の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の最良の実施形態は、ケーシングパイプ下端からの砂の排出量が均一になり、施工不良を防止し、施工サイクルタイムの効率を高め、熟練を必要とすることなく容易に施工管理できるという目的を達成するために、ケーシングパイプを所定の貫入深度まで打ち込み途中又は打ち込んだ後に、ケーシングパイプ内に砂と共に海水を投入し、ケーシングパイプの引き抜きと同時に、該パイプ下端から砂を切れ目なく連続して排出させるべく、砂投入量と海水投入量を調整することによって、ケーシングパイプ下端の内部圧力Ｗと該ケーシングパイプ下端の外部圧力Ｐとの関係がＰ＜Ｗとなるように設定し、前記パイプ下端からの砂排出量を連続して常に一定にすることを特徴とする。
【００２１】
砂量と海水量は、砂の排出時含水比２０〜２５％、見かけの飽和度８０〜１４８％となるように調整する。これにより、ケーシングパイプ内面と砂との間の摩擦抵抗が低下し、ケーシングパイプの引き抜きを円滑容易に行うことができる。又、海水投入時間を１００とすると、砂投入時間は１００〜８０に設定する。このように、海水投入時間Ｔ１と砂投入時間Ｔ２の関係をＴ１：Ｔ２＝１００：１００から１００：８０の範囲になるように数値限定すると、砂と海水を最も効率良く一様に混合することができる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例に係る海上サンドドレーン打設工程は、ケーシングパイプのゼロ設定工程（図１）、打設位置決定工程（図２）、水深測定工程（図３）、ケーシングパイプ貫入工程（図４）、砂及び海水投入工程（図５）、砂杭造成工程（図６）及び打設終了工程（図７）からなる。
【００２３】
まず、ケーシングパイプ１のゼロ設定工程では、図１に示すように、２本のケーシングパイプ下端（深度計。以下、ＧＬ計という。）と砂面重錘（砂面計。以下、ＳＬ計２という。）を海水面３にゼロ設定する。つぎに、打設位置決定工程では、図２に示すように、サンドドレーン船４をＧＰＳ位置決めシステムにて打設位置へ誘導する。そして、水深測定工程では、図３に示すように、ＳＬ計２により地盤５上側のサンドマット６までの水深を計測し、現地盤高を確認する。
【００２４】
このあと、ケーシングパイプ貫入工程では、ケーシングパイプ１を下降させる原地盤上３ｍ付近にて、弁７を閉鎖し、ケーシングパイプ１内にエアーを送気して海水を排出する。ついで、ケーシングパイプ１が停止するまで自沈にて貫入する（図４（ａ））。尚、自沈貫入深度が規定深度８に到達しない場合のみ、バイブロハンマー９を起動し、規定深度
８までケーシングパイプ１を貫入する（図４（ｂ））。そして、ケーシングパイプ１が規定深度８まで到達したら、ケーシングパイプ１の貫入を終了する。この後、ケーシングパイプ１の内圧を減圧し、弁７を開放する（図４（ｃ））。
【００２５】
次の砂及び海水投入工程では、計量ホッパーにて予め計量された中詰砂１１を海水と混合して、移動バケット１２によりケーシングパイプ１内に投入する（図５（ａ））。ここでは、切替え弁１３により、各ケーシングパイプ１に必要量の砂１１と海水を投入する。この場合、後述のごとく、ケーシングパイプ１を引き抜くと同時に、その下端より連続した砂１１の排出が行われるように、砂量と海水量の混合割合を所要値に調整することにより、ケーシングパイプ下端の内部圧力Ｗとケーシングパイプ下端の外部圧力Ｐとの関係が、Ｐ＜Ｗとなるように設定する。ついで、弁７を閉鎖して、ケーシングパイプ１内に、打設深度に応じたエアーを送気する。この後、ＳＬ計２を下降させ、ケーシングパイプ１内の砂面高さを確認する（図５（ｂ））。
【００２６】
続いて、砂杭造成工程では、ＳＬ計２にて砂排出状況を常時確認しながら、ケーシングパイプ１を引き抜いて砂杭１４を造成する。即ち、ケーシングパイプ１を徐々に引き抜くと同時に、ケーシングパイプ下端より連続した砂１１の排出を行わせる。尚、バイブロハンマー９は、ケーシングパイプ１の引き抜き開始時から砂排出速度が安定するまでの限定使用とする（図６（ａ））。そして、計画の仕上げ深度まで砂杭１４を造成した後、ＳＬ計２にて水深を計測し、杭頭高さを確認する（図６（ｂ））。最後に、図７に示すように、ケーシングパイプ１を任意の高さ位置で停止させることにより、海上サンドドレーンパイル１４の打設を終了する。
【００２７】
前記砂杭造成工程では、ケーシングパイプ１を引き抜くと、これに伴い、ケーシングパイプ下端より連続した砂の排出が行われるが、本実施例では、ケーシングパイプ１内にその上部側から砂が投入されると同時に、海水もケーシングパイプ１内に投入される。この場合、砂の投入量と海水の投入量を所定値に調整することにより、内部圧力Ｗと外部圧力Ｐとの関係は下記の（式１）を満たす。
【００２８】
Ｐ＜Ｗ・・・（式１）
ここに、Ｗはケーシングパイプ下端における内部の圧力（内圧）であり、Ｐはケーシングパイプ下端における外部の圧力（外圧）である。
【００２９】
前記内部の圧力Ｗと外部の圧力Ｐが上記条件を満たすように管理した状態で、ケーシングパイプ１を引き抜くことにより、ケーシングパイプ１の下側先端から砂１１を一定量ずつ連続排出して、地盤５中に一様な密度の砂杭１４が確実に造成される。
【００３０】
次に、連続した一定量の砂１１の排出を円滑に行うべく、ケーシングパイプ下端の外圧力（水圧・土圧）Ｐとケーシングパイプ下端の内圧力（吐出圧力）Ｗの理論式について、更に詳しく説明する。海上サンドドレーン施工では、ケーシングパイプ下端から砂１１を連続的に排出する条件として、前記管外圧力Ｐと管内圧力Ｗは、上記式１を満たすようにバランスさせる必要がある。ここに、外圧力Ｐ、内圧力Ｗはそれぞれ下記の（式２）、（式３）で計算される。
【００３１】
Ｐ＝Ｗp ＋Ｓp ・・・（式２）
但し、
水圧：Ｗp （ｔｆ／ｍ2 ）＝海面からの深度×１．０３（海水の単位体積重量）
土圧強度：Ｓp （ｔｆ／ｍ2 ）＝海面からの深度×土の水中単位重量−粘着力×２
（Ｒａｎｋｉｎｅの土圧理論より）
Ｗ＝ＷS ＋ＷW ・・・（式３）
但し、
管内砂の重量：ＷS （ｔｆ／ｍ2 ）
＝水中単位体積重量（γｔ）×砂長（Ｌ）×内径断面積
海水の重量：ＷW （ｔｆ／ｍ2 ）
＝海水の単位体積重量×余剰海水高さ×内径断面積
参考のため、深度と外圧力Ｐの関係を図８に示すが、本発明は、施工管理条件などに応じて、必要量の余剰海水をケーシングパイプ内に投入することにより、ケーシングパイプ下端の内圧力を所要値に容易に調整できる（図９参照）。
【００３２】
すなわち、ケーシングパイプ下端にかかる外力の圧力Ｐと、該ケーシングパイプ下端内にかかる圧力Ｗの関係に関して、（主動土圧＋水圧）と（受動土圧＋水圧）の間でバランスさせることによって、ケーシングパイプ１から排出される砂を良好に連続的に排出することができる。
【００３３】
次に、連続したサンドドレーンの造成を行うための、砂の最適な見かけの飽和度の範囲について説明する。海上サンドドレーンを施工するにあたり、連続したサンドドレーン杭をケーシングパイプ下端から良好に排出するために、ケーシングパイプ１内の砂に海水を加えて飽和させることにより、ケーシングパイプ１内壁側面と砂との摩擦抵抗を低減させ、ケーシングパイプ１内の砂の重量をケーシングパイプ下端に発生させる必要がある。
【００３４】
この場合、砂の最適飽和度を求めるために、初期含水の変更による排出時の含水比の変化傾向を把握すべく、モデル実験を実施した。その結果、粗砂もしくは細砂によって若干の違いがあるが、表１及び表２の実験データが得られた。これにより明らかなように、概ね砂排出時含水比を２０〜２５重量％、見かけの飽和度８０〜１４８重量％にすることで、砂の排出が頗る良好になった。実際の試験データによれば、砂排出時含水比、見かけの飽和度が前記範囲である場合は、それ以外である場合に比べて、ケーシングパイプ１内壁側面と砂との摩擦抵抗が大幅に低下した。このために、ケーシングパイプ１内の砂の重量がケーシングパイプ下端に有効に発生し、砂の排出が著しく良好になることが確認された。
尚、砂の見かけの飽和度Ｓｒは、含水量をω、間隙比をeとすると次式で表される。
【００３５】
【表１】
2007032038.tif 000003
【００３６】
【表２】
2007032038.tif 000004
【００３７】
粗砂に関して、初期含水比（砂のケーシングパイプ投入時における含水比）と排出時含水比（砂のケーシングパイプ排出時における含水比）との比較、排出時含水比と間隙比との関係、及び、排出時含水比と見かけの飽和度との関係をそれぞれ図１０、図１１、及び、図１２に示し、また、細砂に関して、初期含水比と排出時含水比との比較、排出時含水比と間隙比との関係、及び、排出時含水比と見かけの飽和度との関係をそれぞれ図１３、図１４、及び、図１５に示す。なお、図１０および図１３の横軸の番号は実験のサンプル番号を示す。
【００３８】
次に、最適な見かけの飽和度にするための加水方法について説明する。海上サンドドレーンを施工するには、投入する砂に海水を加えて混合し、前述した見かけの飽和度８０〜１４８％の範囲になるように、砂を飽和させる必要がある。この場合、砂と海水の混合は、砂投入時に、砂に海水を同時に加水していく方が、両者の混合をより迅速かつ均一に行える。実験によれば、砂と海水を混合するにあたり、砂投入と同時に海水を加えた場合は、そうでない場合に比べて、砂を効果的に迅速均等に混合させることができた。従って、最短の時間で最適な見かけの飽和度になるので、海水と砂の混合を効率良く行えた。
【００３９】
例えば、海水投入時間を１００とした場合、砂投入時間は１００〜８０％で行った場合、即ち、海水投入時間Ｔ１と砂投入時間Ｔ２の関係をＴ１：Ｔ２＝１００：１００から１００：８０の有効範囲になるように数値限定した場合は、前記範囲以外の場合よりも、格段に効率よく均一に混合することができた。本実施例では、投入用ポンプの能力により、海水投入時間が算出されるので、砂投入時間は上記有効範囲になるように調整するものとする。さらに、加水の場所は、砂投入ホッパー内において、投入バケットから出る砂に直接海水が当たる場所が好ましく、この場合、海水と砂を最も効率良く混合することができる。
【００４０】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。たとえば、砂及び海水投入工程は
、実施例では所定の貫入深度まで打ち込んだ後に行う具体例について説明したが、打ち込み途中で砂及び海水投入工程を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係るケーシングパイプのゼロ設定を示す工程説明図。
【図２】本発明の実施例に係る打設位置決定を示す工程説明図。
【図３】本発明の実施例に係る水深測定を示す工程説明図。
【図４】本発明の実施例に係るケーシングパイプ貫入を示し、（ａ）は自沈貫入時の工程説明図、（ｂ）はバイブロハンマー貫入時の工程説明図、（ｃ）は貫入終了時の工程説明図。
【図５】本発明の実施例に係る砂及び海水投入を示し、（ａ）は砂・海水投入時の工程説明図、（ｂ）は砂面天端計測時の工程説明図。
【図６】本発明の実施例に係る砂杭造成を示し、（ａ）は砂杭造成時の工程説明図、（ｂ）は砂杭造成完了時の工程説明図。
【図７】本発明の実施例に係る打設終了時を示す工程説明図。
【図８】本発明に係るケーシングパイプ下端の外部圧力Ｐの調整による内部圧力Ｗと深度との関係を表すグラフ。
【図９】本発明に係る余剰水の調整による内部圧力Ｗと深度との関係を表すグラフ。
【図１０】本発明に係る粗砂の初期含水比と排出時含水比の比較を説明するグラフ。
【図１１】本発明に係る粗砂の排出時含水比と間隙比の関係を説明するグラフ。
【図１２】本発明に係る粗砂の排出時含水比と飽和度の関係を説明するグラフ。
【図１３】本発明に係る細砂の初期含水比と排出時含水比の比較を説明するグラフ。
【図１４】本発明に係る細砂の排出時含水比と間隙比の関係を説明するグラフ。
【図１５】本発明に係る細砂の排出時含水比と飽和度の関係を説明するグラフ。
【符号の説明】
【００４２】
１    ケーシングパイプ
２    ＳＬ計
３    海水面
４    サンドドレーン船
５    地盤
６    サンドマット
７    弁
８    規定深度
９    バイブロハンマー
１１  砂
１２  移動バケット
１３  切替え弁
１４  砂杭
Ｐ    ケーシングパイプ下端の外圧
Ｗ    ケーシングパイプ下端の内圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007032038.tif 000007
【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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【図１４】
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【図１５】
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