(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に少なくとも掘削攪拌翼と攪拌翼を持ち、先端付近と攪拌翼付近にそれぞれ下部吐出口と上部吐出口が形成された、周面にスパイラル状のスクリューのない掘削ロッドを回転させ、いずれの吐出口からも固化材液を吐出することなく掘進させ、掘削孔内に固化材を含まない掘削土を存在させ、そのまま固化材を含まない掘削土の重量により次の工程で構築されるソイルセメントに圧力を付与し、その圧力により掘削孔外への掘削土の溢れ出しを抑制する効果が発揮される深度に至るまで固化材液を吐出しない掘進を続行し、その後、掘削ロッドを回転させつつ、下部吐出口から固化材液を吐出しながら掘進させ、掘削ロッドの先端部が後から挿入される鋼管杭の先端部付近まで到達した後、掘削ロッドを引き上げ、掘進時に下部吐出口から固化材液を吐出した深度の近傍に上部吐出口が達した時点で、上部吐出口から固化材液を吐出しながら掘削ロッドを回転させつつ引き抜いてソイルセメント柱を構築し、ソイルセメント柱中に先端が開放した鋼管杭を挿入することを特徴とする鋼管ソイルセメント杭の施工方法。
【請求項２】
先端部に少なくとも掘削攪拌翼と攪拌翼を持ち、先端付近と攪拌翼付近にそれぞれ下部吐出口と上部吐出口が形成された、周面にスパイラル状のスクリューのない掘削ロッドを回転させ、いずれの吐出口からも固化材液を吐出することなく掘進させ、掘削ロッドの先端部が後から挿入される鋼管杭の先端部が定着される根固め部に到達する深度付近において下部吐出口から根固め液を吐出して根固め部を構築した後、掘削ロッドを引き上げ、掘進時に下部吐出口から固化材液を吐出した深度の近傍に上部吐出口が達した時点で、上部吐出口から根固め液より貧配合、及び／又は少量の固化材液を吐出しながら掘削ロッドを回転させつつ引き抜いてソイルセメント柱を構築し、ソイルセメント柱中に先端が開放した鋼管杭を挿入することを特徴とする鋼管ソイルセメント杭の施工方法。
【請求項３】
掘削ロッドの引き抜き時に、後から挿入される鋼管杭の頭部付近までソイルセメント柱を構築し、その上に前記ソイルセメント柱を構築した固化材液より貧配合、及び／又は少量の固化材液を上部吐出口から吐出しながら地盤面、もしくはその付近までソイルセメントを構築する請求項１、もしくは請求項２記載の鋼管ソイルセメント杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は鋼管杭とソイルセメントからなる鋼管ソイルセメント杭を施工する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
鋼管杭とソイルセメントからなる鋼管ソイルセメント杭の施工は特許第 2731806号のようにソイルセメント柱を構築した後に鋼管杭を挿入することにより、または特許第 2866248号のようにソイルセメント柱を構築しながら、鋼管杭を挿入することにより行われる。
【０００３】
いずれの方法も地盤の掘削開始時から地中に固化材液を吐出し、掘削孔の全深度に亘ってソイルセメント柱を構築するため、掘進に伴い、固化材液の吐出によるソイルセメントの体積増加と鋼管杭の挿入により固化材を含む土砂が地上へ排出される可能性が高い。
【０００４】
固化材を含む土砂の量は吐出される固化材液の総量にほぼ比例することから、上記方法では地上へ排出される土砂の量が多量になる上、排出分が産業廃棄物扱いとなるため、処分場所を確保する必要がある。
【０００５】
この発明は上記背景より、排土量を低減し、固化材を含む土砂の排出を防止する施工方法を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では先端部に少なくとも掘削攪拌翼と攪拌翼を持ち、先端付近と攪拌翼付近にそれぞれ下部吐出口と上部吐出口が形成された、周面にスパイラル状のスクリューのない掘削ロッドを回転させ、いずれの吐出口からも固化材液を吐出することなく掘進させることにより、掘削孔内に固化材を含まない掘削土を存在させ、そのまま固化材を含まない掘削土の重量により次の工程で構築されるソイルセメントに圧力を付与する。
【０００７】
掘削土の重量により後から構築されるソイルセメントに与えられる下向きの圧力により、掘削孔外への掘削土の溢れ出しを抑制する効果が発揮される深度に至るまで固化材液を吐出しない掘進を続行することで、排土量を低減しながら、ソイルセメント柱の構築時、もしくは鋼管杭挿入時のソイルセメントの横溢を回避し、地上へ排出される土砂を固化材を含まない普通残土とし、残土処理を容易にする。
【０００８】
固化材液を吐出しない掘進後に、掘削ロッドを回転させつつ下部吐出口から固化材液を吐出しながら掘削ロッドの先端部が後から挿入される鋼管杭の先端部付近に到達するまで掘進が行われることでソイルセメントが構築されるが、固化材を含まない掘削土の重量によるソイルセメントへの圧力が、掘削孔外への掘削土の溢れ出しを抑制する効果を発揮する深度に至るまで固化材液を吐出しない掘進を続行することで、ソイルセメントを構築する工程で固化材液の吐出に起因する掘削孔内の体積増加に伴う掘削土の溢れ出しが抑制され、その量が低減される。
【０００９】
掘削土の溢れ出しが抑制されるのは、固化材液を吐出しない掘進工程での掘削土の重量によりソイルセメントが加圧された状態で構築されることで、固化材液中の水分が地盤中に浸透し、形成されるソイルセメント自体の容積が小さくなるためと、地盤条件によってはソイルセメントが側方へ拡がるためであると考えられる。
【００１０】
掘削ロッドの先端部が後から挿入される鋼管杭の先端部付近に到達するまでの掘進によるソイルセメントの構築後、掘削ロッドを引き上げ、掘進時に下部吐出口から固化材液を吐出した深度の近傍に上部吐出口が達した時点で、上部吐出口から固化材液を吐出しながら掘削ロッドを回転させつつ引き抜いてソイルセメント柱を構築し、ソイルセメント柱中に先端が開放した鋼管杭を挿入することが行われる。
【００１１】
ソイルセメント柱の全長の内、特に根固め部の強度を増大させ、鋼管ソイルセメント杭としての先端支持力を向上させる場合には請求項２に記載のように掘削ロッドの先端部が後から挿入される鋼管杭の先端部が定着される根固め部に到達する深度付近において下部吐出口から根固め液を吐出して根固め部を構築することが行われる。
【００１２】
根固め液にはその上に構築されるソイルセメント柱の構築に使用される固化材液より富配合、及び／又は多量の固化材液が使用され、根固め部の構築後、掘削ロッドを引き上げ、掘進時に下部吐出口から固化材液を吐出した深度の近傍に上部吐出口が達した時点で、上部吐出口から根固め液より貧配合、及び／又は少量の固化材液を吐出しながら掘削ロッドを回転させつつ引き抜いてソイルセメント柱を構築し、ソイルセメント柱中に先端が開放した鋼管杭を挿入することが行われる。
【００１３】
請求項２では掘削ロッドの先端部が根固め部に到達する深度付近から根固め液の吐出を開始することで、根固め液の吐出開始位置の深度が請求項１において固化材液の吐出を開始する深度より大きいため、下部吐出口より上に存在する掘削土の重量が多くなる。このため、固化材液の吐出に起因する体積増加に伴う掘削土の掘削孔外への溢れ出し量が少なくなる請求項１の効果は請求項２においても維持される。
【００１４】
請求項３では請求項１、もしくは請求項２において、掘削ロッドの引き抜き時に、後から挿入される鋼管杭の頭部付近までソイルセメント柱を構築し、その上に前記ソイルセメント柱を構築した固化材液より貧配合、及び／又は少量の固化材液を上部吐出口から吐出しながら地盤面、もしくはその付近までソイルセメントを構築することにより、後から挿入される鋼管杭の頭部が地盤面以深に位置し、ヤットコを用いて鋼管杭の挿入を行う場合に対応する。
【００１５】
鋼管杭の頭部が地盤面以深に位置する場合に、鋼管杭頭部から地盤面までの区間を空掘りし、ソイルセメントを構築しないとすれば、鋼管杭挿入時にその先端が土砂から抵抗を受けることになるが、請求項３では地盤面から鋼管杭頭部の位置までソイルセメントが構築されていることで、鋼管杭挿入時の抵抗を低減することができる。また鋼管杭挿入時に鋼管杭周面への土砂の付着が防止されるため、ソイルセメント柱と鋼管杭との一体性が阻害されることがない。加えて地盤面からソイルセメントが構築されていることで、施工後の地表面でのトラフィカビリティーが改善される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に請求項１の方法の施工手順例を示す。請求項１は図２，図３に示すような掘削ロッド１を用いて根固め部８を含むソイルセメント柱９を構築した後、ソイルセメント柱９中に先端が開放した、図６〜図10に示すような鋼管杭10を挿入して鋼管ソイルセメント杭を施工する方法である。
【００１７】
掘削ロッド１の先端には先行掘削翼２が突設され、その上に掘削攪拌翼４と攪拌翼３が突設され、攪拌翼３の上には掘削土を地上へ排出しようとするスパイラル状のスクリューは突設されない。
【００１８】
図面では攪拌の効率を上げるために、掘削攪拌翼４の上に、掘削土が掘削攪拌翼４や攪拌翼３と共に回転することを防止する共回り防止翼５を掘削ロッド１の回転から絶縁させた状態で装着している。図２は掘削攪拌翼４の直上に装着した場合、図３は最上部の攪拌翼３の下に装着した場合を示す。
【００１９】
掘削ロッド１の、最下部に位置する掘削攪拌翼４の下方位置には掘削ロッド１の内部を通じ、掘進時に固化材液や根固め液、または清水や泥水等の掘削液を吐出する下部吐出口６が形成され、最上部の攪拌翼３の上方位置には引き抜き時に固化材液を吐出する上部吐出口７が形成される。
【００２０】
図１により請求項１の方法の施工手順を説明する。
(a) に示すように掘削ロッド１を回転させ、空掘りしながら、もしくは下部吐出口６から固化材を含まない掘削液を吐出しながら掘進させ、所定の深度まで固化材を混合しない掘進により掘削孔内に固化材を含まない掘削土を存在させる。
【００２１】
所定の深度とは、固化材を含まない掘削土の重量により次の工程で構築されるソイルセメントに圧力を付与し、その圧力により掘削孔外への掘削土の溢れ出しを抑制する効果が発揮される深度を言う。
【００２２】
所定の深度に至るまで固化材液を吐出しない掘進を続行することにより、(b) の下部吐出口６から固化材液を吐出しながら掘進させてソイルセメントを構築する工程において固化材液の吐出に起因する掘削孔内の体積増加に伴う掘削土の溢れ出し量が少なくなる。
【００２３】
所定の深度まで上記掘進を続行した後、それ以深において下部吐出口６からの固化材液の吐出を開始し、掘進を継続する。
【００２４】
下部吐出口６から吐出された固化材液と掘削土との攪拌・混合によるソイルセメントの体積増加に伴い、(a) ，(b) に示すように少ないながらも、上部の掘削土は地上へ押し上げられる。
【００２５】
下部吐出口６からの固化材液の吐出開始後、(b) ，(c) に示すように掘削ロッド１の先端部が後から挿入される鋼管杭10の先端部付近、すなわち根固め部８を形成すべき深度に到達するまで固化材液の吐出を継続し、掘削ロッド１を回転させながら掘進する。その後、根固め部８用の固化材液に切り替えて下部吐出口６から根固め部８用の固化材液を吐出しながら、掘削ロッド１の掘進を継続し、根固め部８を構築する。
【００２６】
根固め部８の構築後、(d) ，(e) に示すように掘削ロッド１を回転させつつ引き抜く。この際、下部吐出口６からの固化材液の吐出はしない。掘進の際に吐出した固化材液の量が少ない場合は、上部吐出口７から固化材液を吐出しながら、掘削ロッド１を引き上げることもある。
【００２７】
掘削ロッド１が(e) に示す位置、すなわち(a) に示す、固化材液を吐出することなく前記の所定の深度まで掘進し、下部吐出口６からの固化材液の吐出を開始したときの深度に達した時点で、上部吐出口７から固化材液を吐出しながら、掘削ロッド１を回転させつつ引き上げる。
【００２８】
上部吐出口７からの固化材液の吐出は(f) に示すように地表面まで続けることなく、地表面より幾らか下の位置で固化材液の吐出を中止することが好ましい。これは鋼管杭10の挿入に伴うソイルセメント９’の見かけの体積増加によりソイルセメント９’が地上へ排出されることを防止する、もしくは排出量を少なくするためである。鋼管杭10の挿入に伴う体積増加によるソイルセメント９’の上昇分は(g) と(h) のソイルセメント９’の上端位置の差に表れている。
【００２９】
上部吐出口７からの固化材液の吐出により、(f) 〜(h) に示すようにそれ以前に下部吐出口６から吐出した固化材液により構築されたソイルセメント柱９の上にソイルセメント９’が構築され、掘削孔全体にソイルセメント柱が構築されている。
【００３０】
掘削ロッド１の引き抜き後、(g) に示すようにソイルセメント柱９に先端が開放した鋼管杭10を圧入、または回転圧入させながら、(h) に示すように鋼管杭10の先端部が根固め部８中に埋設されるまで圧入、または回転圧入させることにより鋼管ソイルセメント杭が完成する。
【００３１】
図１は根固め部８の構築開始位置以浅において下部吐出口６からの固化材液の吐出を開始する場合を示すが、図４は根固め部８の構築開始位置から下部吐出口６からの固化材液として根固め液の吐出を開始する請求項２の方法の施工手順例を示す。
【００３２】
この図４の場合も下部吐出口６から根固め液を吐出するまでは(a) ，(b) に示すように空掘り、もしくは下部吐出口６から掘削液を吐出しながらの掘削が行われ、掘削ロッド１の先端部が後から挿入される鋼管杭10の先端部が定着される根固め部８に到達する深度付近において下部吐出口６からの根固め液の吐出が開始され、そのまま(c) に示すように掘削ロッド１の先端部を鋼管杭10の先端部付近まで到達させることにより根固め部８が構築される。
【００３３】
根固め部８の構築後、掘削ロッド１に供給される根固め液をそれより貧配合、及び／又は少量の固化材液に切り替えると共に、吐出位置を下部吐出口６から上部吐出口７に切り替え、(d) ，(e) に示すように上部吐出口７から固化材液を吐出しながら掘削ロッド１を回転させつつ引き抜くことによりソイルセメント柱９が構築される。
【００３４】
ソイルセメント柱９の構築後は図１と同様に(f) ，(g) に示すようにソイルセメント柱９に先端が開放した鋼管杭10を回転させながら、鋼管杭10の先端部が根固め部８中に埋設されるまで圧入することにより鋼管ソイルセメント杭が完成する。
【００３５】
図５は鋼管杭10の頭部を地表面以深に位置させる場合に、掘削ロッド１の引き抜き時に、後から挿入される鋼管杭10の頭部付近までソイルセメント柱９を構築し、その上にソイルセメント柱10を構築した固化材液より貧配合、及び／又は少量の固化材液を上部吐出口７から吐出しながら地盤面、もしくはその付近までソイルセメント11を構築する請求項３の方法の施工手順例を示す。
【００３６】
図５は図４−(a) 〜(d) に示す請求項２の方法で根固め部８と上層部を除くソイルセメント柱９を構築した後に、ソイルセメント柱９上にソイルセメント11を構築する様子を示しているが、図５−(d) までは図１−(a) 〜(d) の手順により根固め部８とソイルセメント柱９を構築することもある。
【００３７】
図５の場合、根固め部８の構築後、(d) ，(e) に示すように上部吐出口７から固化材液を吐出しながら掘削ロッド１を回転させつつ引き抜くことにより鋼管杭10の頭部が位置する地表面以深までソイルセメント柱９を構築し、引き続き、ソイルセメント柱９を構築した固化材液より貧配合、及び／又は少量の固化材液を上部吐出口７から吐出しながら地盤面、もしくはその付近までソイルセメント11を構築する。
【００３８】
ソイルセメント11の構築後、頭部をヤットコで保持しながら、(f) ，(g) に示すように鋼管杭10をソイルセメント柱９中に圧入することにより鋼管ソイルセメント杭が完成する。
【００３９】
図７〜図10は先端部外周に拡大翼10ａを突設した鋼管杭10の製作例を示す。図７はスクリュー状の拡大翼10ａを１ピッチ分形成し、その上に根固め部８のソイルセメントとの付着のためのリング状のリブ10ｂを多段に配置した場合、図８はスクリュー状の２枚の拡大翼10ａ，10ａを半ピッチ分、対称に配置した場合、図９は同じく拡大翼10ａ，10ａを１ピッチ分、対称に配置した場合、図10は図８の拡大翼10ａ，10ａを上下２段に配置した場合である。なお、図７のリング状のリブ10ｂは省略される場合もある。
【００４０】
図７〜図10では拡大翼10ａを曲面のスクリュー状に形成し、拡大翼10ａの先端を鋼管杭10の先端より突出させているが、拡大翼10ａは平坦な板を切断した形のまま溶接して形成される場合もあり、拡大翼10ａの先端が鋼管杭10の先端より突出しない場合、すなわち拡大翼10ａの先端が鋼管杭10の先端の位置、または鋼管杭10の先端より上に位置する場合もある。また図面では拡大翼10ａを鋼管杭10の周方向に１周、または半周の長さで形成しているが、これには限定されず、１／３周、１／４周等、更に細かく分割することもある。
【００４１】
【発明の効果】
先端部に少なくとも掘削攪拌翼と攪拌翼を持ち、先端付近と攪拌翼付近にそれぞれ下部吐出口と上部吐出口が形成された、周面にスパイラル状のスクリューのない掘削ロッドを回転させて掘進させるため、スパイラルスクリューを持つ掘削装置を使用する場合と異なり、掘削ロッドの掘進に伴う掘削土の地上への排出を抑制することができる。
【００４２】
またいずれの吐出口からも固化材液を吐出することなく掘進させることで、掘削孔内に固化材を含まない掘削土を存在させ、そのまま固化材を含まない掘削土の重量により次の工程で構築されるソイルセメントに圧力を付与し、掘削孔外への掘削土の溢れ出しを抑制する効果が発揮される深度に至るまで固化材液を吐出しない掘進を続行するため、掘削土の地上への排出量を削減することができ、仮に掘削土の排出が生じた場合にも固化材液を含む土砂の排出を回避することができる。
【００４３】
このように周面にスクリューがない掘削ロッドを使用することと、所定深度まで固化材液の吐出をしない掘進を続行することの二通りの手段を用いるため、それぞれの手段を単独で用いる場合より掘削土の地上へ排出量を一層削減することができる。
【００４４】
請求項２では所定深度まで固化材液の吐出をしない掘進を続行し、掘削ロッドの先端部が、後から挿入される鋼管杭先端部が位置する根固め部に到達する深度付近において初めて下部吐出口からの根固め液の吐出を開始して根固め部を構築することで、根固め液の吐出を開始する深度が請求項１において固化材液の吐出を開始する深度より大きいことから、下部吐出口より上に存在する掘削土の量が多くなるため、固化材液の吐出に起因する掘削孔内の体積増加に伴う掘削土の溢れ出しを抑制する請求項１の効果を一層高めることができる。
【００４５】
また請求項１と同様に周面にスパイラル状のスクリューがない掘削ロッドを使用するため、掘削ロッドの掘進に伴う掘削土の地上への排出も抑制することができる。
【００４６】
請求項３では掘削ロッドの引き抜き時に、後から挿入される鋼管杭の頭部付近までソイルセメント柱を構築し、その上に前記ソイルセメント柱を構築した固化材液より貧配合、及び／又は少量の固化材液を上部吐出口から吐出しながら地盤面、もしくはその付近までソイルセメントを構築するため、鋼管杭挿入時の抵抗を低減することができる。また鋼管杭挿入時に鋼管杭周面への土砂の付着が防止されるため、ソイルセメント柱と鋼管杭との一体性が阻害されない。加えて施工後の地表面でのトラフィカビリティーが改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の鋼管ソイルセメント杭の施工手順を示した立面図である。
【図２】掘削ロッドの製作例を示した立面図である。
【図３】掘削ロッドの他の製作例を示した立面図である。
【図４】請求項２の鋼管ソイルセメント杭の施工手順を示した立面図である。
【図５】請求項３の鋼管ソイルセメント杭の施工手順を示した立面図である。
【図６】  (a) は鋼管杭を示した立面図、(b) は(a) の底面図である。
【図７】  (a) は先端部に拡大翼を形成した鋼管杭の製作例を示した立面図、(b) は(a) の底面図である。
【図８】  (a) は先端部に拡大翼を形成した鋼管杭の他の製作例を示した立面図、(b) は(a) の底面図である。
【図９】  (a) は先端部に拡大翼を形成した鋼管杭の他の製作例を示した立面図、(b) は(a) の底面図である。
【図１０】  (a) は先端部に拡大翼を形成した鋼管杭の他の製作例を示した立面図、(b) は(a) の底面図である。
【符号の説明】
１……掘削ロッド、２……先行掘削翼、３……攪拌翼、４……掘削攪拌翼、５……共回り防止翼、６……下部吐出口、７……上部吐出口、８……根固め部、９……ソイルセメント柱、９’……ソイルセメント、10……鋼管杭、10ａ……拡大翼、10ｂ……リブ、11……ソイルセメント。
【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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