(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱地盤内に該軟弱地盤を押し拡げながら杭造成用挿入体を挿入し、次いで、前記杭造成用挿入体を引き抜いた後に前記軟弱地盤内に形成された空間に固化材を充填して杭を造成する地盤改良工法であって、前記杭造成用挿入体が前記軟弱地盤に埋設された状態にて該杭造成用挿入体を加熱することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記杭造成用挿入体を挿入する際、前記軟弱地盤の押し拡げ作用によって該地盤内から浸出した水を該杭造成用挿入体に形成された通水孔を介して該杭造成用挿入体の中空内部に流入させる請求項１記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記杭造成用挿入体の外周面に螺旋状突起を突設した請求項１記載の地盤改良工法。
【請求項４】
前記固化材を前記杭造成用挿入体を引き抜きながらその先端から前記空間内に圧入する請求項１記載の地盤改良工法。
【請求項５】
前記杭造成用挿入体を引き抜く際、該杭造成用挿入体を振動させる請求項４記載の地盤改良工法。
【請求項６】
円筒状に形成された中空本体と該中空本体の先端に形成された円錐状端部とからなり、前記中空本体の外周面に螺旋状突起を突設するとともに該螺旋状突起の間に通水孔を形成し、前記円錐状端部の先端に固化材吐出口を形成するとともに前記中空本体内に配設した固化材圧送ホースを該固化材吐出口に接続した杭造成用挿入体であって、前記中空本体に加熱手段を設けたことを特徴とする杭造成用挿入体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤の改良に特に適した地盤改良工法及びそれに用いる杭造成用挿入体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強度が小さく圧縮しやすい軟弱な土層から成り立っている地盤に土木構造物を建造すると、地盤の破壊や過大な沈下によって構造物自体に被害を生じるだけでなく、周辺地域にまで被害が及ぶことがある。
【０００３】
したがって、このような軟弱な地盤に対しては、その上に載荷される土構造の荷重制御、脱水や締固めあるいは固結による地盤自体の改良、地中構造物の構築による構造物化といったさまざまな改良工法を適宜選択して適切な対策を講じる必要がある。
【０００４】
ここで、構造物化の一手法として、軟弱地盤が深層である場合に適用され、主として、沈下減少と地盤の変形抑制を目的とした杭工法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる杭工法は、地盤自体の強度を改善するのではなく、専ら支持基盤に杭を打ち込むことによる該杭の支持力をもって軟弱地盤全体の沈下減少と変形抑制を達成しようとするものであるため、その設置本数はかなりの数に昇り、経済性に優れた工法とは言えないという問題や、埋込み杭あるいは場所打ち杭とする場合には、掘削によって生じた排土の処理に労力やコストが掛かり、特に、発生土が産業廃棄物となる場合にはその処分コストが割高になるという問題を生じていた。
【０００６】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、杭の設置本数を減らすとともに掘削による排土をなくすことが可能な地盤改良工法及びそれに用いる杭造成用挿入体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の地盤改良工法は請求項１に記載したように、軟弱地盤内に該軟弱地盤を押し拡げながら杭造成用挿入体を挿入し、次いで、前記杭造成用挿入体を引き抜いた後に前記軟弱地盤内に形成された空間に固化材を充填して杭を造成する地盤改良工法であって、前記杭造成用挿入体が前記軟弱地盤に埋設された状態にて該杭造成用挿入体を加熱するものである。
【０００８】
また、本発明の地盤改良工法は、前記杭造成用挿入体を挿入する際、前記軟弱地盤の押し拡げ作用によって該地盤内から浸出した水を該杭造成用挿入体に形成された通水孔を介して該杭造成用挿入体の中空内部に流入させるものである。
【０００９】
また、本発明の地盤改良工法は、前記杭造成用挿入体の外周面に螺旋状突起を突設したものである。
【００１１】
また、本発明の地盤改良工法は、前記固化材を前記杭造成用挿入体を引き抜きながらその先端から前記空間内に圧入するものである。
【００１２】
また、本発明の地盤改良工法は、前記杭造成用挿入体を引き抜く際、該杭造成用挿入体を振動させるものである。
【００１３】
また、本発明の杭造成用挿入体は請求項６に記載したように、円筒状に形成された中空本体と該中空本体の先端に形成された円錐状端部とからなり、前記中空本体の外周面に螺旋状突起を突設するとともに該螺旋状突起の間に通水孔を形成し、前記円錐状端部の先端に固化材吐出口を形成するとともに前記中空本体内に配設した固化材圧送ホースを該固化材吐出口に接続した杭造成用挿入体であって、前記中空本体に加熱手段を設けたものである。
【００１５】
本発明の地盤改良工法及びそれに用いる杭造成用挿入体においては、まず、軟弱地盤内に該軟弱地盤を押し拡げるようにして杭造成用挿入体を挿入する。次に、杭造成用挿入体を引き抜き、その後に軟弱地盤内に形成された空間内に固化材を充填し、杭を造成する。
【００１６】
このようにすると、杭造成用挿入体による押し拡げによって軟弱地盤に含まれている水が追い出され、該地盤中の含水比が低下するとともに地盤自体も締め固められるので、軟弱地盤の沈下特性や強度あるいは安定性は、杭造成用挿入体の挿入空間に造成された杭によって改善されることはもちろんであるが、それに加えて該杭の周囲に拡がる地盤自体の含水比の低下や締固めによって、一層改善されることとなる。
【００１７】
杭造成用挿入体の材質や形状は任意であり、本体部分は円筒状として先端のみを円錐状に尖らせるような形状としてもよいし、全体を円錐状に形成してもよい。ここで、前記杭造成用挿入体を挿入する際、前記軟弱地盤から浸出してきた水を該杭造成用挿入体に形成された通水孔を介して該杭造成用挿入体内に流入させるようにすれば、押し拡げによる軟弱地盤からの浸出水をスムーズに排水することが可能となる。
【００１８】
また、杭造成用挿入体の外周面に螺旋状突起を突設しておくと、該杭造成用挿入体の挿入の際、ねじ込み操作によって杭造成用挿入体を容易に挿入することができるのみならず、螺旋状突起によって押し拡げ作用がさらに促進されるとともに、かかる螺旋状突起の跡として形成される溝を介して固化材を軟弱地盤中に広く浸透させることができる。
【００１９】
また、杭造成用挿入体が軟弱地盤に埋設された状態にて該杭造成用挿入体を加熱するようにすると、杭造成用挿入体に接触している軟弱地盤が乾燥してさらに含水比が低下するので、軟弱地盤自体の改良をさらに進めることができる。
【００２０】
また、杭造成用挿入体を引き抜きながらその先端から固化材を圧入するようにするならば、固化材の注入圧によって固化材を軟弱地盤中に広く浸透させることができる。
【００２１】
また、杭造成用挿入体を引き抜く際、該杭造成用挿入体を振動させるようにするならば、該振動が軟弱地盤に伝達され、固化材の浸透が促進される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る地盤改良工法及びそれに用いる杭造成用挿入体の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
図１は、本実施形態の地盤改良工法の手順を示したフローチャートである。本実施形態の地盤改良工法においては、同フローチャートにしたがって、まず、軟弱地盤内に該軟弱地盤を押し拡げるようにして図２に示す杭造成用挿入体１を挿入する（ステップ１０１）。杭造成用挿入体１の挿入に際しては、図示しないオーガマシンなどを使って回転させながら軟弱地盤にねじ込むようにすればよい。
【００２４】
杭造成用挿入体１は、円筒状に形成された例えば鋼製の中空本体２と、該中空本体の先端に形成された同じく鋼製の円錐状端部３とからなり、中空本体２の外周面には螺旋状突起４を突設するとともに該螺旋状突起の間には通水孔５を形成してある。
【００２５】
一方、円錐状端部３の先端には固化材吐出口６を形成し、該固化材吐出口に中空本体２内に配設した固化材圧送ホース７を接続してある。また、中空本体２の内面には加熱手段としての電熱ヒータ８を取り付け、図示しない電源に接続することによって中空本体２及びその周囲に拡がる軟弱地盤を加熱することができるようになっている。
【００２６】
杭造成用挿入体１を軟弱地盤内に押し拡げるようにして挿入すると、図３に示すように、杭造成用挿入体１の押し拡げ作用によって軟弱地盤１１内から浸出してきた水が同図矢印に示すように通水孔５を介して中空本体２内に流入し、円錐状端部３の底に溜まる。そして、杭造成用挿入体１の周囲に拡がる軟弱地盤１１は、脱水されたことと杭造成用挿入体１の押し拡げ作用によって締め固めが行われた状態となる。
【００２７】
次に、杭造成用挿入体１の押し拡げ作用による脱水が終了した頃を見計らって、電熱ヒータ８に通電し、中空本体２を加熱する（ステップ１０２）。
【００２８】
このようにすると、中空本体２に加えられた熱は、周囲の軟弱地盤１１に伝導し、該地盤内の水が蒸発して軟弱地盤１１が乾燥固化する。そして、軟弱地盤１１は、上述した締め固めと相まってさらに強度が改善される。
【００２９】
杭造成用挿入体１の周囲に拡がる軟弱地盤１１が十分に乾燥固化したならば、今度は、挿入したときと逆方向に杭造成用挿入体１を回転させて少しずつ引き抜きながら、図４に示すように、固化材圧送ホース７を介して固化材であるセメントモルタル２１を固化材吐出口６から吐出し、該セメントモルタルを軟弱地盤１１内に形成された空間２２に充填して図５に示すような杭３１を造成する（ステップ１０３）。
【００３０】
ここで、空間２２の内面には、杭造成用挿入体１の螺旋状突起４の跡が溝２３として残っており、かかる溝２３は、軟弱地盤１１の乾燥固化によっていたるところにクラック２４が入っている。
【００３１】
したがって、固化材吐出口６から吐出されたセメントモルタル２１は、空間２２に充填されるとともに、その吐出圧力によってクラック２４にも浸透し、図５に示すように、クラック２４を介してセメントモルタル２１が浸透した地盤領域３２が地盤改良範囲となる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態に係る地盤改良工法及びそれに用いる杭造成用挿入体１によれば、軟弱地盤１１に杭造成用挿入体１を挿入することによって該地盤を押し拡げて脱水及び締め固めを行うとともに、それに引き続いて杭造成用挿入体１の周囲を加熱して乾燥固化させ、かかる状態で、杭造成用挿入体１を少しずつ引き抜きながらセメントモルタル２１を軟弱地盤１１に形成された空間２２内に充填するようにしたので、杭造成用挿入体１が挿入されることによって形成された空間内に図５に示すように杭３１を造成することができるとともに、その周りの地盤領域３２を、十分に脱水及び乾燥固化させて強度を向上させることができる。また、領域３２内では、クラック２４を介してセメントモルタル２１が広く浸透しているので、該領域内の地盤強度を大幅に増加させることができる。
【００３３】
すなわち、軟弱地盤１１の沈下特性や強度あるいは安定性は、杭造成用挿入体１の挿入空間に造成された杭３１によって改善されることはもちろんであるが、それに加えて該杭の周囲に拡がる地盤領域３２自体の含水比の低下や締固め及びセメントモルタル２１の浸透による強度増加によって、一層改善されることとなる。
【００３４】
したがって、従来のように多数の杭を造成せずとも、軟弱地盤の沈下特性や強度あるいは安定性を十二分に改善することが可能となる。なお、かかる方法においては、掘削土砂が一切発生しないで、従来のように発生土の処分に労力や手間がかかる懸念がなくなる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、杭造成用挿入体１を引き抜きながらセメントモルタル２１を圧入するようにしたので、該セメントモルタルを広い範囲にわたって周辺地盤に浸透させることが可能となり、地盤改良範囲を一層拡げることが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、杭造成用挿入体１を挿入する際、軟弱地盤１１の押し拡げ作用によって該地盤内から浸出した水を該杭造成用挿入体に形成された通水孔５を介して該杭造成用挿入体の中空内部に流入させるようにしたので、軟弱地盤からの浸出水をスムーズに排水して杭造成用挿入体１の周辺に拡がる軟弱地盤を確実に脱水することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、杭造成用挿入体１の外周面に螺旋状突起４を突設したので、ねじ込み操作によって杭造成用挿入体１を容易に軟弱地盤１１内に挿入することができるのみならず、円筒本体２のみの場合よりも押し拡げ作用を高めて脱水及び締め固め効果を向上させるとともに、杭造成用挿入体１を引き抜いた後に螺旋状突起４の跡として形成される溝２３を介してセメントモルタル２１を周辺地盤に広く浸透させることが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、杭造成用挿入体１が軟弱地盤１１に埋設された状態にて該杭造成用挿入体を電熱ヒータ８で加熱するようにしたので、杭造成用挿入体１の周囲に拡がる地盤を乾燥固化させることができるとともに、クラックをより多く発生させることによってセメントモルタルを広い範囲に浸透させることが可能となる。
【００３９】
本実施形態では、杭造成用挿入体１を引き抜きながらセメントモルタル２１を圧入するようにしたが、かかる圧入によらずともセメントモルタル２１が周囲の地盤内に十分にあるいは所望の程度浸透するのであれば、杭造成用挿入体１を完全に引き抜いた後でセメントモルタル２１を該挿入体によって形成された孔内に流し込むようにしてもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、杭造成用挿入体１に形成された通水孔５を介して軟弱地盤１１から浸出した水を回収するようにしたが、かかる浸出水については別の方法、例えばサンドドレーン工法と併用することによってサンドパイル側へ逸散させるようにしてもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、杭造成用挿入体１の外周面に螺旋状突起４を突設するようにしたが、該突起がなくても所望の押し拡げ作用とセメントモルタルの浸透が得られるのであれば、これを省略してもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、杭造成用挿入体１に加熱手段である電熱ヒータ８を設けるようにしたが、該挿入体による押し拡げ作用だけで十分な脱水が行われるのであれば、かかる加熱手段を省略してもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、特に言及しなかったが、杭造成用挿入体１を引き抜く際、該杭造成用挿入体を振動させるようにしてもよい。かかる構成によれば、該振動が軟弱地盤に伝達され、セメントモルタルの浸透が促進される。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に係る本発明の地盤改良工法によれば、軟弱地盤の沈下特性や強度あるいは安定性を、杭造成用挿入体の挿入空間に造成された杭によって改善することができることはもちろん、それに加えて該杭の周囲に拡がる地盤領域自体の含水比の低下や締固め及びセメントモルタルの浸透によって、なお一層改善することができる。したがって、従来のように多数の杭を造成せずとも、軟弱地盤の沈下特性や強度あるいは安定性を十二分に改善することが可能となる。また、その際、掘削土は一切発生しない。
また、杭造成用挿入体の周囲に拡がる地盤を乾燥固化させることができるとともに、クラックをより多く発生させることによってセメントモルタルを広い範囲に浸透させることが可能となるという効果も奏する。
【００４５】
また、請求項２に係る本発明の地盤改良工法によれば、軟弱地盤からの浸出水をスムーズに排水して杭造成用挿入体の周辺に拡がる軟弱地盤を確実に脱水することが可能となるという効果も奏する。
【００４６】
また、請求項３に係る本発明の地盤改良工法によれば、ねじ込み操作によって杭造成用挿入体を容易に軟弱地盤内に挿入することができるのみならず、円筒本体のみの場合よりも押し拡げ作用を高めて脱水及び締め固め効果を向上させるとともに、杭造成用挿入体を引き抜いた後に螺旋状突起の跡として形成される溝を介してセメントモルタルを周辺地盤に広く浸透させることが可能となるという効果も奏する。
【００４８】
また、請求項４に係る本発明の地盤改良工法によれば、固化材を広い範囲にわたって周辺地盤に浸透させることが可能となり、地盤改良範囲を一層拡げることが可能となるという効果も奏する。
【００４９】
また、請求項５に係る本発明の地盤改良工法によれば、振動が軟弱地盤に伝達され、セメントモルタルの浸透が促進されるという効果も奏する。
【００５０】
また、請求項６に係る本発明の杭造成用挿入体よれば、軟弱地盤の沈下特性や強度あるいは安定性を、その挿入空間に造成された杭によって改善することができることはもちろん、それに加えて該杭の周囲に拡がる地盤領域自体の含水比の低下や締固め及びセメントモルタルのクラックへの浸透作用によって、なお一層改善することができる。したがって、従来のように多数の杭を造成せずとも、軟弱地盤の沈下特性や強度あるいは安定性を十二分に改善することが可能となる。
また、杭造成用挿入体の周囲に拡がる地盤を乾燥固化させることができるとともに、クラックをより多く発生させることによってセメントモルタルを広い範囲に浸透させることが可能となるという効果も奏する。
【００５２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る地盤改良工法の手順を示したフローチャート。
【図２】本実施形態に係る地盤改良工法に用いる杭造成用挿入体を一部を断面で示した側面図。
【図３】杭造成用挿入体を軟弱地盤内に挿入した様子を示した断面図。
【図４】挿入された杭造成用挿入体を引き抜きつつ、セメントモルタルを先端から吐出している様子を示した詳細図。
【図５】軟弱地盤内に造成された杭を示した断面図。
【符号の説明】
１                          杭造成用挿入体
２                          中空本体
３                          円錐状端部
４                          螺旋状突起
５                          通水孔
６                          固化材吐出口
７                          固化材圧送ホース
８                          電熱ヒータ（加熱手段）
１１                        軟弱地盤
２１                        セメントモルタル（固化材）
２２                        軟弱地盤内に形成された空間
２３                        溝
２４                        クラック
３１                        造成された杭
３２                        地盤改良された領域
【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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