(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空管を所定の深度まで貫入した後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜き工程と、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工法において、前記引き抜き工程前における中空管内にある砂杭材料の地中への排出量分に対して、該砂杭材料の最適含水比の±５％以内となるように加水することを特徴とする締固め砂杭造成工法。
【請求項２】
中空管を所定の深度まで貫入した後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜き工程と、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工法において、前記引き抜き工程における排出途中の砂杭材料に加水して、引き抜き跡に形成される砂柱が、該砂杭材料の最適含水比の±５％以内とすることを特徴とする締固め砂杭造成工法。
【請求項３】
前記加水は、中空管内に投入された砂杭材料のうち、前記排出量分と接する中空管の内壁に噴射口を有する内ジェットエジェクターで行うことを特徴とする請求項１記載の締固め砂杭造成工法。
【請求項４】
前記加水は、中空管の先端近傍の内壁に噴射口を有する内ジェット又は内ジェットエジェクターで行うことを特徴とする請求項２記載の締固め砂杭造成工法。
【請求項５】
中空管を所定の深度まで貫入した後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜き工程と、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施工装置であって、前記中空管内に投入された砂杭材料のうち、先端側にある１回の排出量分と接する中空管の内壁に噴射口を有する内ジェットエジェクターを１以上設けるか、あるいは、前記中空管の先端近傍の内壁に噴射口を有する内ジェット又は内ジェットエジェクターを設けるかのいずれかであることを特徴とする締固め砂杭造成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、締固め効果に優れる締固め砂杭造成工法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
砂地盤などの軟弱地盤中に砂杭を打設することにより、地盤を改良する工法として、締固め砂杭造成工法が知られている。この締固め砂杭造成工法は、砂杭材料が詰め込まれた中空管を所定の深度まで貫入した後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜き工程と、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工法である。締固め砂杭造成工法においては、軟弱地盤中に打設される砂杭材料を該砂杭材料の最適含水比近傍で締固めれば、最大の締固め効果を発揮することも知られている。
【０００３】
従来、軟弱地盤中に打設される砂杭材料を該砂杭材料の最適含水比付近に調整する方法としては、砂杭材料を中空管に投入する前、施工現場の所定の調整施設やプラント等において調整する方法であった。すなわち、予め、使用する砂杭材料の最適含水比から該砂杭材料がもともと含む水分量を差し引いた水分量を補給し、調整するもので、その後、調整された砂杭材料を中空管に投入していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、砂杭材料を中空管に投入する前に、最適含水比近傍へ調整する方法は、ホッパーから中空管へ投入される際、発生する落下力、管内圧及び振動などにより、中空管内で締固められるため、引き抜き工程において、中空管から砂杭材料が排出され難いという問題が生じる。このような砂杭材料を中空管から強引に排出させるために、引き抜き用供給空気を高圧又は大量に流すこともできる。しかし、この方法では、砂杭材料が排出された後の該供給空気の噴出により、既造成の隣接砂杭を損傷させるという問題がある。更に、プラント、調整施設などの設置コストや調整方法の管理など面倒な問題も多々ある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、砂杭材料を中空管から無理なく排出させることができる共に、最適な締固め砂杭強度を得ることができる効率的な締固め砂杭造成工法及び装置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、軟弱地盤中に締固め砂杭を造成する工法において、引き抜き工程前における中空管内に存在する砂杭材料の地中への排出量分に対して、あるいは、引き抜き工程における排出途中の砂杭材料に対して、該砂杭材料の最適含水比の±５％以内となるように加水すれば、砂杭材料を中空管から無理なく排出させることができると共に、最適な締固め砂杭強度を得ることができ、この結果、砂杭本数を減らすことができる効率的な施工ができること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明（１）は、所定の深度まで貫入した後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜き工程と、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工法において、前記引き抜き工程前における中空管内にある砂杭材料の地中への排出量分に対して、該砂杭材料の最適含水比の±５％以内となるように加水する締固め砂杭造成工法を提供するものである。本発明によれば、中空管に投入された後の引き抜き工程前にある砂杭材料に対して、最適含水比となるように加水されるため、該砂杭材料は未だ締固められてはいない。従って、従来の最適含水比近傍へ調整した後に中空管に投入される場合に比べて、砂杭材料を中空管から無理なく排出させることができる。また、引き抜き工程で引き抜き跡に置かれた砂柱は、最適含水比近傍にあるため、その後の再貫入時では最適な締固め強度の砂杭を得ることができる。１本の砂杭が最適な締固め強度を持つため、従来のものに比べて、施工領域全体における砂杭の本数を減らすこともでき、施工効率が向上する。
【０００８】
また、本発明（２）は、中空管を所定の深度まで貫入した後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜き工程と、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工法において、前記引き抜き工程における排出途中の砂杭材料に加水して、引き抜き跡に形成される砂柱が、該砂杭材料の最適含水比の±５％以内とする締固め砂杭造成工法を提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、引き抜き工程における排出途中の砂杭材料に対して、最適含水比となるように加水されるため、砂杭材料を中空管から容易に排出させることができる。
【０００９】
また、本発明（３）は、前記加水は、中空管内に投入された砂杭材料のうち、前記排出量分と接する中空管の内壁に噴射口を有する内ジェットエジェクターで行う前記（１）記載の締固め砂杭造成工法を提供するものである。本発明によれば、内ジェットエジェクターから水を噴射するという簡易な方法で、前記（１）記載の発明が奏する効果を得ることができる。
【００１０】
また、本発明（４）は、前記加水は、中空管の先端近傍の内壁に噴射口を有する内ジェット又は内ジェットエジェクターで行う前記（２）記載の締固め砂杭造成工法を提供するものである。本発明によれば、中空管の先端に付設された内ジェット又は内ジェットエジェクターから水を噴射するという簡易な方法で、前記（２）記載の発明が奏する効果を得ることができる。
【００１１】
また、本発明（５）は中空管を所定の深度まで貫入した後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜き工程と、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施工装置であって、前記中空管内に投入された砂杭材料のうち、先端側にある１回の排出量分と接する中空管の内壁に噴射口を有する内ジェットエジェクターを１以上設けるか、あるいは、前記中空管の先端近傍の内壁に噴射口を有する内ジェット又は内ジェットエジェクターを設けるかのいずれかである締固め砂杭造成装置を提供するものである。本発明によれば、簡易な構造の該造成装置を使用して、前記（１）又は（２）記載の発明を確実に実施できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態における締固め砂杭造成工法及び該工法で使用する装置を図１及び図２を参照して説明する。図１は本例の締固め砂杭造成工法で使用する一部が切断された中空管の先端部分の斜視図、図２は本例の締固め砂杭造成工法を説明する図をそれぞれ示す。第１の実施の形態における締固め砂杭造成工法で使用する中空管１は、中空管１内に投入された砂杭材料のうち、引き抜き跡に置かれる１回の排出量分、すなわち砂抜け高さｈに相当する砂杭材料２と接する中空管１の内壁７の下方位置７ａと上方位置７ｂの２箇所に噴射口３２ａ、３２ｂを有する水供給用の内ジェットエジェクター３ａ、３ｂを備えるものである。
【００１３】
内ジェットエジェクター３ａ、３ｂとしては、特に制限されず、公知のものが使用できる。本例では、内ジェットエジェクター３ａ、３ｂは、図では省略するエジェクター内蔵の水ジェット生成装置と、一端が該水ジェット生成装置に接続され、他端が中空管１の周面の長手方向に沿って延出され、その先端の噴出口３２ａ、３２ｂを中空管１の内側に向けて付設される水ジェット配管３１ａ、３１ｂとからなる。すなわち、噴出口３２ａ、３２ｂからは、水を同伴した圧縮空気が噴出される。エジェクターは圧縮空気流に水が引き込まれ、同伴され圧縮空気と水の混合流を供給する機構のもので、設置場所は、上記の他、噴出口３２ａ、３２ｂ近傍に設置する形態のものでもよい。また、内ジェットエジェクターの噴出口は中空管１の砂抜け高さｈに相当する内壁７に設置されるものであれば、その設置個数、設置場所及び開口の向きとしては、特に制限されないが、上下方向、周面方向に適宜の間隔で２〜８個の内ジェット噴出口を設けることが、砂抜け高さ分の砂杭材料に万遍なく水を供給できる点で好ましい。図１の中空管１において、砂抜け高さｈの上方部分９は、次回以降の引き抜き工程で排出される数回分の砂杭材料が投入されている。また、符号８は、砂杭材料が排出される状況を示す。砂杭材料としては、砂、砕石などが挙げられる。また、水ジェット配管３１ａ、３１ｂは中空管の内壁に沿って付設するようにしてもよい。
【００１４】
次に、本例の締固め砂杭造成工法について説明する。第１の実施の形態例における締固め砂杭造成工法は、中空管１を所定の深度まで貫入した後、中空管１を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管１内の砂杭材料２を排出する引き抜き工程と、中空管１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工法において、引き抜き工程前における中空管内１にある砂杭材料の地中への排出量分、すなわち、砂抜け高さｈで示される砂杭材料２が、該砂杭材料の最適含水比の±５％以内となるように加水する工法である。すなわち、本例での加水の時期は引き抜き工程前であり、具体的には、貫入途中の終盤又は再貫入途中のいずれかである。
【００１５】
第１の実施の形態例における締固め砂杭造成工法において、先ず、中空管１を所定の深度まで貫入する（図２（ａ））。そして、引き抜き工程前において、中空管内１に存在する砂杭材料の地中への排出量分に加水する。当該排出量分は、設計事項であり予め既知である。また、使用される砂杭材料の最適含水比及び砂杭材料がもともと含む水分量も既知である。従って、これらの既知量から加水量が求められる。最適含水比とは、一定の締固め方法で土の含水比を増加させながら締固めたときに、最大乾燥密度が得られる含水比を言い、土の性質によって異なるものである。加水は、砂杭材料２が、該砂杭材料の最適含水比の±５％以内、好ましくは±３％以内となるように行われる。最適含水比が上記範囲内にあれば、その後の再貫入工程において、締固め砂杭が最適な強度を有する。
【００１６】
加水後に行われる引き抜きは、中空管１の上方から供給される圧縮空気で砂杭材料２を地中に排出することで行われる。これにより、引き抜き跡には緩い砂柱２ａが形成される（図２（ｂ））。次いで、中空管１を再貫入し、緩い砂柱を締固め、高さＨの締固め砂杭２ｂを造成する。これを順次、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。第１の実施の形態例における締固め砂杭造成工法によれば、中空管１に投入された後の引き抜き工程前にある砂杭材料２に対して、最適含水比となるように加水されるため、従来の最適含水比近傍へ調整した後に中空管に投入される場合に比べて、砂杭材料を中空管から無理なく排出させることができる。また、引き抜き工程で引き抜き跡に置かれた砂柱２ａは、最適含水比近傍にあるため、その後の再貫入時では最適な締固め強度の砂杭２ｂを得ることができる。この結果、１本の砂杭が最適な締固め強度を持つため、従来のものに比べて、施工領域全体における砂杭の本数を減らすこともでき、施工効率が向上する。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施の形態における締固め砂杭造成工法及び該工法で使用する中空管を図３及び図４を参照して説明する。図３は本例の締固め砂杭造成工法で使用する一部が切断された中空管の先端部分の斜視図、図４は本例の締固め砂杭造成工法を説明する図をそれぞれ示す。第２の実施の形態例において、第１の実施の形態例と同一構成要素には、同一符号を付してその説明を省略し、異なる点について、主に説明する。すなわち、中空管１Ａにおいては、中空管１Ａの先端部近傍の内壁に噴射口３２ｃ、３２ｄが両側から向かい合うように一対の水供給用の内ジェット３ｃ、３ｄを付設したところにある。また、本例の締固め砂杭造成工法においては、加水を、引き抜き工程における排出途中の砂杭材料に行うところにある。本例における内ジェット３ｃ、３ｄは、図では省略する水ジェット生成装置と、一端が該水ジェット生成装置に接続され、他端が中空管１の周面の長手方向に沿って延出され、その先端の噴出口３２ｃ、３２ｄを中空管１Ａの先端部の内壁１７において、内側に向けて付設する水ジェット配管３１ｃ、３１ｄとからなる。すなわち、噴出口３２ｃ、３２ｄからは水噴流が供給される。中空管１Ａの先端部近傍の内壁１７に設置される内ジェットの噴射口としては、その設置個数、噴射口の方向など適宜選択されるが、中空管１Ａの先端部であって、その周面に等間隔で２〜４個設置するのが、排出される砂杭材料に均等に加水できる点で好ましい。また、内ジェットは、特に限定されず、水噴流のみでもよいが、圧縮空気に水を同伴させた内ジェットエジェクターを使用することが、排出される砂杭材料を瞬時に且つ均一に加水できる点で好ましい。
【００１８】
第２の実施の形態例における締固め砂杭造成工法において、先ず、中空管１Ａを所定の深度まで貫入する（図４（ａ））。そして、引き抜き工程における排出途中の砂杭材料に加水して、引き抜き跡に形成される砂柱２ａが、該砂杭材料の最適含水比の±５％以内、好ましくは±３％以内とする（図４（ｂ）、（ｃ））。加水量は、第１の実施の形態例と同様の方法で決定される。次いで、中空管１Ａを再貫入し、緩い砂柱を締固め、高さＨの締固め砂杭２ｂを造成する。これを順次、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。第２の実施の形態例における締固め砂杭造成工法によれば、第１の実施の形態例と同様の効果を奏する他、引き抜き工程における排出途中の砂杭材料に対して、最適含水比となるように加水されるため、砂杭材料２を中空管１Ａから容易に排出させることができる。
【００１９】
本発明において使用される締固め砂杭造成装置としては、前記中空管の先端部の特徴を除いて、公知のものが使用できる。すなわち、中空管の外周面には螺旋羽根があってもよく、中空管の先端には掘削ビットが設けられていてもよい。また、中空管昇降装置としては、特に制限されず、例えば、ラックとピニオンによるもの、チェーンとスプロケットによるもの、ワイヤロープの牽引によるものなど貫入時と引き抜き時にリーダーからの反力が得られるもの、あるいは、バイブロハンマーによるものなどが挙げられる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、砂杭材料を中空管から無理なく排出させることができると共に、最適な締固め砂杭強度を得ることができる。この結果、砂杭本数を減らすことができ、工期の短縮化など効率的な施工とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における締固め砂杭造成工法で使用する一部が切断された中空管の先端部分の斜視図である。
【図２】第１の実施の形態における締固め砂杭造成工法を説明する図である。
【図３】第２の実施の形態における締固め砂杭造成工法で使用する一部が切断された中空管の先端部分の斜視図である。
【図４】第２の実施の形態における締固め砂杭造成工法を説明する図である。
【符号の説明】
１、１Ａ              中空管
２        砂杭材料
２ａ      最適含水比に調整された緩い砂柱
２ｂ      締固め砂杭
３ａ、３ｂ            内ジェットエジェクター
３ｃ、３ｄ            内ジェット
７        内壁
１７      中空管先端部の内壁
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ    水ジェット配管
３２ａ、３２ｂ        水と圧縮空気の混合流の噴出口
３２ｃ、３２ｄ        水ジェットの噴出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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