(57)【要約】【課題】台船の動揺の影響を抑えて効率よくかつ低コストで補給材の突固めを行うことができる水底地盤改良工法を提供する。【解決手段】先端に開閉蓋１を有しかつ外周面に螺旋状の羽根１０を設けた外管２に内管３を挿入して、両者をジャッキ４に作動連結し、外管２を施工機械のリーダに装着された昇降回転ユニット５により正回転させながら、内管３と一体に回転地盤Ｇ中に所定深さ貫入する。そして、この貫入後、ホッパ８を通じて内管３に所定量の補給材Ｍを供給し、内管３内を圧気しながらジャッキ４により内管３を下降させて開閉蓋１を開き、その後、外管２を逆回転させながら、内管３と一体に所定距離上昇させるごとに、ジャッキ４により内管３を押下げて内管から排出した補給材の突固め行い、この時の反力を外管２とその周りの螺旋状羽根１０とを介して水底地盤Ｇに伝達し、台船の動揺を抑えて、補給材に対する十分なる突固め効果を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に開閉蓋を有する外管と該外管に挿入される内管とからなる二重管を水底地盤中の所定深さまで貫入した後、前記二重管を所定距離ずつ引上げながら、内管を通して補給材を地盤中に排出すると共に、該内管を外管と連繋して上下動させて前記排出した補給材を突固めることを繰返して、地盤中に杭を造成する水底地盤改良工法において、前記外管の外周面に螺旋状の羽根を設け、前記内管による補給材の突固め時の反力を前記外管および羽根を介して水底地盤に伝達することを特徴とする水底地盤改良工法。
【請求項２】
螺旋状の羽根の高さを５０〜１００ｍｍに設定することを特徴とする請求項１に記載の水底地盤改良工法。
【請求項３】
内管内を圧気して、補給材を地盤中に排出することを特徴とする請求項１または２に記載の水底地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水底地盤の改良工法に係り、特に静的に地盤を締固める静的締固め杭工法を適用して行う水底地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水底地盤の改良には、先端に撹拌翼を有するロッドを水底地盤中に回転しながら貫入し、前記撹拌翼から噴射させたグラウト（セメント系固化材）と軟弱土とを機械的に撹拌混合して改良体（杭）を造成する深層混合処理工法が一般に採用されている。しかし、この深層混合処理工法によれば、撹拌混合に伴って発生する余剰スライムによる水質汚染が懸念されるため、余剰スライムを除去する面倒な後処理が必要になり、施工コストの上昇が避けられない、という問題があった。なお、一部では、ロッド先端から固化材とエア（または水）とを一緒に地盤中に高圧噴射する高圧噴射撹拌工法も採用されているが（例えば、特許文献１参照）、この工法では、大量の余剰スライムが発生するため、後処理がさらに面倒になる。
【０００３】
そこで最近、余剰スライムの発生を伴わない静的締固め杭工法の水底地盤改良への適用が検討されており、例えば、特許文献２には、二重管方式の静的締固め杭工法の適用が示唆されている。この二重管方式の静的締固め杭工法は、地盤中の所定深さまで二重管を貫入した後、前記二重管を所定距離ずつ引上げながら、内管を通して補給材を地盤中に排出すると共に、二重管を上下動させて前記排出した補給材を突固めることを繰返して、地盤中に杭を造成するもので、ここでは、地盤中への貫入を容易にするため、外管を軸回りに揺動させるようにしている。なお、陸上における二重管方式の静的締固め杭工法としては、例えば、特許文献３に記載されるように、外管を回転させながら二重管を地盤中に貫入し、補給材の突固めを外管と連繋する内管の上下動により行うものもある。
【０００４】
ところで、水上での施工は、必然的に台船上での作業となるため、補給材の突固め時の反力で台船が動揺する。そして、この台船の動揺の影響で、特に補給材の突固めを行う際に、その突固めの方向が鉛直方向からずれ、また、突固めに必要な反力が台船の浮力と打消し合い、所望の締固め効果を得ることが困難になる。この問題は、大型の台船（専用船）を用いることで解決可能であるが、この場合は、専用船の建造に多大の費用を要してコスト負担が著しく増大する。また、高圧噴射撹拌工法を海底の地盤改良に適用した例ではあるが、特許文献４には、水底に打設した支持基盤に台船から延ばしたレグを支持させて、台船を固定する技術が記載されており、この技術を静的締固め杭工法に応用することが考えられる。しかし、この場合は、水底に支持基盤を打設する工程が別途必要なため、工事期間の延長や施工コストの上昇が避けられない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４４１４８号公報
【特許文献２】特開２００４−５２３４５号公報（[００１３]、[００２５]）
【特許文献３】特開２００３−２３９２６９号公報
【特許文献４】特開２００４−４４１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、台船の動揺の影響を抑えて効率よくかつ低コストで補給材の突固めを行うことができ、もって高品質の杭の造成および施工コストの低減に寄与する水底地盤改良工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記特許文献３に記載される二重管方式の静的締固め杭工法を水底地盤の改良に適用するものである。この工法では、補給材の突固めを外管と連繋する内管の上下動により行っており、突固め時の反力が、外管を介して施工機械のリーダに伝達されるようになっている。また、この工法では、外管の周りの土壌をほぐす目的で、外管の外周面に螺旋状の羽根を設けているが、該羽根は外管の引抜き抵抗を増大させる上で有用となる。本発明者は、前記した外管と内管との連繋並びに螺旋状の羽根に着目し、羽根付きの外管を水底地盤への反力伝達に利用することにより、台船の動揺を抑えつつ補給材の突固めを行うことができることを想い到った。
【０００８】
すなわち、本発明は、先端に開閉蓋を有する外管と該外管に挿入される内管とからなる二重管を水底地盤中の所定深さまで貫入した後、前記二重管を所定距離ずつ引上げながら、内管を通して補給材を地盤中に排出すると共に、該内管を外管と連繋して上下動させて前記排出した補給材を突固めることを繰返して、地盤中に杭を造成する水底地盤改良工法において、前記外管の外周面に螺旋状の羽根を設け、前記内管による補給材の突固め時の反力を前記外管および羽根を介して水底地盤に伝達することを特徴とする。このように補給材の突固め時の反力を外管およびその周りの羽根を介して水底地盤に伝えることで、台船の動揺が抑えられ、効率よく補給材の突固めを行うことができるようになる。
【０００９】
本発明において、上記外管の外周面に設ける螺旋状の羽根の高さは、５０ｍｍ〜１００ｍｍに設定するのが望ましい。これは、あまり低いと、必要な引抜き抵抗が得られず、水底地盤への反力伝達が不十分になり、逆に高すぎると、地盤中への二重管の貫入が困難になるためである。
【００１０】
また、内管を通して補給材を地盤中に排出する際、補給材の材種によっては内管内を圧気してもよく、この場合は、補給材が地盤中に圧入されるので、補給材の充填密度が高まって、造成される杭の強度が増大する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る水底地盤改良工法によれば、台船の動揺を抑えて効率よく補給材の突固めを行うことができるので、高品質の杭を安定して造成できる。また、外管の外周面に螺旋状の突起を設けるだけなので、台船の大型化や水底に対する支持基盤の造成などの特別の対策は不要であり、施工コストの面でも極めて有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る水底地盤改良工法としての静的締固め杭工法の実施形態を示したものである。本実施形態は、二重管方式を採用するもので、その施工に際しては、先端（下端）に開閉蓋１を有する外管２と、この外管２より長尺な内管３とを用意し、外管２に内管３を挿入した状態で、両者をジャッキ４により作動連結する。ジャッキ４は、その本体部４ａが施工機械のリーダ（図示略）に装着された昇降・回転ユニット５の非回転部に支持されると共に、そのロッド４ｂが内管３の上端部に取付けたブラケット６に連結されている。外管２は、その上端部が前記昇降・回転ユニット５の回転部に支持されており、これにより外管２と内管３とは、この昇降・回転ユニット５の作動に応じて一体的に回転しながら水底地盤Ｇ中に貫入され、一方、内管３は、ジャッキ４の伸縮作動に応じて外管２内を上下動するようになる。内管３の上端は閉止されており、その上端部には、バケット９から補給材Ｍを受入れるための、圧気弁７付きのホッパ８が設けられている。なお、外管２の先端の開閉蓋１は、常時は自重により開き状態を維持するが、貫入時には外部からの土砂の流入を防止するために、人力により先端部を閉合させ、番線等により固定する。
【００１４】
しかして、上記外管２の下端側の外周面には、螺旋状の羽根１０が固設されている。羽根１０は、ここでは、右回転で外管２が進むように螺旋向きが設定されており、したがって、外管２は、水底地盤Ｇへの貫入時には右回転（正回転）、水底地盤Ｇからの引抜き時には左回転（逆回転）される。羽根１０は、板厚９〜１２ｍｍ程度の厚鋼板からなっており、その高さは５０〜１０ｍｍ程度に設定されている。この羽根１０の設置方法は任意であり、例えば、フラットバーを曲げ成形した一定長の成形体を外管２の外周面に連続的に配列して、溶接固定する方法を採用することができる。
【００１５】
以下、本水底地盤改良工法による施工手順を図２も参照して具体的に説明する。
施工に際しては、台船上に搭載した図示しない施工機械のリーダに装着された上記昇降・回転ユニット５に、外管２と内管３とからなる二重管１１を支持させる。この時、図２（１）に示されるように、ジャッキ４のロッド４ｂを伸長端に位置決めし、内管３の下端を外管２の開閉蓋１の近傍に位置させ、開閉蓋１を人力により閉合し、番線等により固定する。
【００１６】
上記準備完了後、施工機械のリーダの操作により二重管１１を直立状態として水中に降ろし、その先端（下端）を水底地盤Ｇ上に着底させ、この状態で昇降・回転ユニット５の作動により外管２を正回転させながら二重管１１を下降させる。すると、二重管１１は、図２（１）に示されるように、外管２の周面の螺旋状の羽根１０を水底地盤Ｇに食込ませながら次第に貫入する。この時、外管２の正回転により余剰の土砂が水底地盤Ｇ上に排土され、これにより水底地盤Ｇ中には、外管２の外径とほぼ同径の穴１２が形成される。そして、二重管１１の先端が所定深さまで到達（貫入）したら、外管２の回転を停止し、水中に降ろす際、二重管１１内に侵入した水を、圧気弁７を閉じて内管３内を圧気することにより外部へ排出する。次に、同じく図２（１）に示されるように、圧気弁７を開放し、バケット９から前記ホッパ８を通じて内管３内に所定量の補給材Ｍを投入する。
【００１７】
その後、図２（２）に示されるように、圧気弁７を作動させてホッパ８を閉じ、図示を略すエア管を通じて内管３内に圧縮エアを供給して、いわゆる管内圧気を行い、続いて、ジャッキ４のロッド４ｂを短縮させて内管３を下降させる。すると、外管２の下端の開閉蓋１が内管３に押されて外側へ開き、内管３の下端部が、外管２の下端から前記穴１２の底に突当たるまで突出する。
【００１８】
次に、図２（３）に示されるように、昇降・回転ユニット５の作動により外管２を逆回転させ、二重管１１を所定距離だけ上動させる。すると、この二重管１１の上動により、内管３の下端側に滞留していた補給材Ｍの一部が、管内圧気により背圧を受けていることもあって、二重管１１の抜け跡に押出され、穴１２内に密に充填される。同図中、Ｍ´はこの補給材の充填層を表わしている。
【００１９】
次に、前出図１に示されるように、ジャッキ４のロッド４ｂをさらに短縮させて、内管３を押し下げる。すると、前記充填層Ｍ´内の補給材が内管３により突固められ、これにより穴１２も押広げられて杭Ｐの一部が造成される。この時、外管２は、その外周面の螺旋状羽根１０を周辺地盤に食い込ませて引抜き方向へ拘束されているので、前記補給材の突固め時の反力の大部分が、外管２とその周りの羽根１０を介して水底地盤Ｇに伝達される。すなわち、外管２からリーダを介して台船に伝達される反力はわずかとなり、これにより台船の動揺が抑えられる。この結果、内管３による突固めの方向が鉛直方向からずれることはほとんどなくなり、補給材が効率よく突固められる。なお、この突固めに際しては、内管３を複数回上下動させてもよく、これにより補給材の突固めが促進され、より大径で密度の高い杭Ｐが造成される。
【００２０】
その後は、必要により内管３に補給材Ｍを追加供給し、再び管内圧気を行いながら外管２を逆回転させて二重管１１を所定距離だけ上昇させ、さらに内管３の押下げによる補給材の突固めを行う。以降、前記補給材の追加補給、管内圧気、二重管１１の上昇、内管３による補給材の突固めの工程を、水底地盤Ｇの表面近くまで繰返して行う。これにより水底地盤Ｇ中には、長尺で強度も十分な杭Ｐが造成され、この杭Ｐの造成により、杭Ｐの周辺の土砂が締固められる。本実施形態においては、外管２を逆回転させながら上昇させるので、排土された土砂の水底地盤Ｇ内への流動が起こり、これによって周辺土砂の締固めがより一層促進される。
【００２１】
なお、ここで用いる補給材Ｍの種類は任意であり、砂、礫、砕石等の汎用の改良材はもとより、建設発生土、石炭灰、焼却灰、火山灰、粒状化されたガラス、溶融スラグ、プラスチックのリサイクル材、あるいはこれらの混合材を用いることができる。また、所望により、前記した各種材料にセメント系固化材、高分子系固化材、土壌改良材等を混合したものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る水底地盤改良工法としての静的締固め杭工法の実施形態を示す模式的に断面図である。
【図２】本静的締固め杭工法における施工手順を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    開閉蓋
２    外管
３    内管
４    ジャッキ
５    昇降回転ユニット
８    ホッパ
１０  螺旋状羽根
１１  二重管
Ｍ    補給材
Ｐ    杭
【図１】
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【図２】
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