(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂杭材料が投入される円筒状中空管と、該中空管の先端部の少なくとも左右両側に付設され、各先端が該円筒状中空管の中心からそれぞれ等距離にあり且つ管軸方向に高さＨを有する突起部とを備え、該突起部の断面形状が略三角形状である砂杭造成用中空管を所定深度まで貫入する貫入工程、
引き抜き及び貫入を行なうことなく、その所定深度位置で隣接する突起部間で形成される角度を往復回動範囲とする往復回動操作工程、
ストロークが該円筒状中空管の突起部の高さＨ又はそれ以下である引き抜きによる砂杭材料の排出工程、
往復回動操作による再貫入工程の各工程を地表まで順次繰り返して行い、地中に円形断面の砂杭を造成することを特徴とする砂杭造成工法。
【請求項２】
前記突起部が、該中空管の先端部の左右両側及び前後両側に付設される４個であることを特徴とする請求項１記載の砂杭造成工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緩い砂地盤や軟弱な粘土地盤などの地盤中に円形断面の砂杭を低騒音、低振動で施工することができる円形砂杭造成工法及びこれに用いる砂杭造成装置コストの低減が可能な砂杭造成用中空管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、地盤を改良する地盤改良杭造成工法がある。この地盤改良杭造成工法としては、例えば、円筒状中空管を所定の深度まで貫入した後、該中空管を適宜の長さ引き抜く工程と該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締固め砂杭造成工法などがある。
【０００３】
締固め砂杭造成工法は中空管の引き抜き時、抜き跡に中空管内の砂を排出し、該排出されたばかりの砂で形成された比較的緩い砂柱を中空管の再貫入時に周辺の原地盤の拘束により圧縮し、砂柱と共に、周辺の原地盤をも締め固める方法である。このため、中空管は原地盤と緊密に接触しつつ地中に貫入されることが好ましいが、摩擦抵抗により、貫入抵抗が増大するという問題がある。これを解決するものとして、螺旋羽根が付けられていないケーシングを用い、該ケーシングを回動させて地盤との摩擦を切りながら、貫入時と引き抜き時にリーダーからの反力が得られるケーシング昇降装置でケーシングの貫入と引き抜きを行う無振動、無騒音締固め砂杭造成工法が開示されている（特開平８−２８４１４６号公報）。また、回転装置を設置し、円筒状中空管に回転を与えつつ貫入する方法も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記無振動、無騒音締固め砂杭造成工法においては、ケーシング形態やケーシング回動装置の具体例が記載されていない。また、回転駆動装置を備える砂杭造成装置は電動モーターやスイベル装置が必要であり、設備費が嵩むという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、振動や騒音を極力抑制することができると共に、電動モーターやスイベル装置を省略することができ、設備費のコスト上昇を抑制した円形砂杭造成工法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、特定の先端形状を有する円筒状中空管を往復回動操作により貫入など行えば、振動や騒音を極力抑制することができると共に、該中空管を備える砂杭造成装置において、電動モーターやスイベル装置を省略することができ、設備費のコストの上昇を抑制することができることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明（１）は、砂杭材料が投入される円筒状中空管と、該中空管の先端部の少なくとも左右両側に付設され、各先端が該円筒状中空管の中心からそれぞれ等距離にあり且つ管軸方向に高さＨを有する突起部とを備え、該突起部の断面形状が略三角形状である砂杭造成用中空管を所定深度まで貫入する貫入工程、引き抜き及び貫入を行なうことなく、その所定深度位置で隣接する突起部間で形成される角度を往復回動範囲とする往復回動操作工程、ストロークが該円筒状中空管の突起部の高さＨ又はそれ以下である引き抜きによる砂杭材料の排出工程、往復回動操作による再貫入工程の各工程を地表まで順次繰り返して行い、地中に円形断面の砂杭を造成する砂杭造成工法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態における砂杭造成用中空管及びこれを用いた円形砂杭造成工法を図１〜図６を参照して説明する。図１は本例の砂杭造成用中空管の正面図、図２は図１の平面図、図３は中空管往復回動装置の平面図、図４は中空管往復回動装置の一部を破断して示す正面図、図５は本例の砂杭造成用中空管を装着した砂杭造成装置の概略図、図６は図１及び図２の砂杭造成用中空管を用いて造成される砂杭の円形断面形状図をそれぞれ示す。
【００１０】
図１および図２において、砂杭造成用中空管４は、砂杭材料が投入される円筒状中空管１と、該中空管１の先端部の左右両側及び前後両側に付設され、各先端２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが円筒状中空管１の中心からそれぞれ等距離Ｒにある複数の突起部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとを備え、各突起部の断面形状が略三角形状であり、砂杭造成用中空管４の往復回動操作により、地中に円形断面の砂杭を造成するものである。本発明において、突出部２ａ〜２ｄの略三角形状の先端２１ａ〜２１ｄは丸みがあってもよい。このように、中空管１の先端周りに９０度毎に突起部を設け、該中空管１を回動範囲９０度で往復回動させれば、半径Ｒ内にある原地盤は半径Ｒの外側に追い出される。また、突出部２ａ〜２ｄの上面は天板２２ａ〜２２ｄが設置され、円筒状中空管１との接合を強固にすると共に、締固めの際、原位置土の抜けを防止している。突起部２ａ〜２ｄの高さＨは、引き抜きストローク分に相当する長さ、すなわち、１回の引き抜きによる砂杭長であり、地盤の土質、改良目的により適宜決定される。突起部２ａ〜２ｄは、長さＨのＶ字型鉄材を円筒状中空管１の所定の位置に溶接し、更に天板２２ａ〜２２ｄをＶ字型鉄材と円筒状中空管１とに溶接することにより形成させればよい。また、円筒状中空管１の先端外周面であって、突起部の内側部分には、該先端部から下方に突出する掘削ビット３ａ〜３ｄを設置し、砂杭造成用中空管４の地中貫入を容易にしている。
【００１１】
本例の砂杭造成用中空管４は、往復回動操作により、地中に円形断面の砂杭を造成するものである。砂杭造成用中空管往復回動装置としては、特に制限されず、電動機と歯車により行う機械式回動装置や、油圧式回動装置が挙げられる。油圧式回動装置としては、図３及び図４に示すものが例示される。すなわち、中空管往復回動装置１０はリーダー１２とは反対側から中空管１を両側から挟むように付設される一対の油圧シリンダー１５を用いて中空管１を往復回動（図３中の矢印方向）させて地盤との摩擦を切りながら、貫入等を行う装置である。
【００１２】
中空管往復回動装置１０は、リーダー１２に沿って昇降するリーダーガイド部１３と、リーダーガイド部１３のリーダー１２とは反対側に固定され、中空管１の往復回動の動きに規制されない固定部１６と、ピストンロッド５２の先端部を中空管１の両側面に付設されるピストンロッド軸支部１７に取り付け、シリンダー部５１を固定部１６のシリンダー軸支部６１に取り付け、中空管１をリーダー１２とは反対側から挟むように、且つリーダーガイド部１３の鉛直方向における中央位置にくるように取り付けられる一対の油圧シリンダー１５とを備える。
【００１３】
固定部１６は、リーダーガイド１３に固定される上下一対の中空状円盤部材１８と、一対の中空状円盤部材１８の該リーダー１２とは反対側の端部１１１に固定され、シリンダー軸支部６１を有する縦部材６２とからなり、全体は側面視、略コ字状をなしている。中空状円盤部材１８は縦部材６２をリーダーガイド部１３に一体的に固定するための中間部材である。このため、中空状円盤部材１８の内径を中空管１の外径より大きくし、ベアリング１９を介在させて、中空状円盤部材の中空部を貫通する中空管１の往復回動の動きに規制されないようにしている。縦部材６は略コ字状であり、縦部材本体部６２１の左右両側面の鉛直方向中央には、油圧シリンダーのシリンダー部５１に固設される縦軸５５を水平方向において回転自在に軸支するためのシリンダー軸支部６１を設けている。
【００１４】
油圧シリンダー１５は、シリンダー部５１とピストンロッド５２とからなり、シリンダー部５１には固定部のシリンダー軸支部６１に水平方向において回動自在に取り付けられる。油圧シリンダー１５は中空管１と固定部１６に取り付けた状態において、油圧シリンダー５が水平位置を保つと共に、リーダーガイド３の鉛直方向における中央位置にくるようにすると、外力のリーダー１２への伝達が効率的に行われる点で好適である。
【００１５】
また、図５に示すように、中空管往復回動装置１０の上方に位置するホッパー２２や強制昇降装置２１は中空管往復回動装置１０の固定部１６と一体的に結合されている。このため、ホッパー２２、強制昇降装置２１及び中空管往復回動装置１０は、強制昇降装置２１の下降起動により同様に下降し、上昇起動により同様に上昇する。ホッパー２２は中空管１に砂杭材料を投入し易くするためのもので公知のものが用いられる。また、強制昇降装置２１は、貫入時と引き抜き時にリーダー１２からの反力が得られるものである限り特に限定されず、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、ワイヤーロープの牽引によるもの、などが挙げられる。
【００１６】
次に、本例の砂杭造成用中空管を用いて地中に円形断面の砂杭を造成する方法を説明する。先ず、強制昇降装置２１の下降起動と共に、中空管往復回動装置１０が起動され、砂杭造成用中空管４は所定の回動範囲内を押し引きされ、往復回動しつつ所定深度まで貫入される。貫入工程において砂杭造成用中空管４を回動させることにより貫入効率が向上する。砂杭造成用中空管４は所定深度まで打ち込まれると、その所定深度位置での往復回動操作工程に移る。回動範囲としては、前記貫入時での回動範囲と同様でよく、図６に符号Ｚで示される９０度である。すなわち、Ａ−Ｂ線上に突起部の一方の先端２１ｄ、２１ｂがくるような位置２５ｂから矢印Ｙ方向に回動させ、Ｃ−Ｄ線上に該先端２１ｄ、２１ｂがくるような位置２５ａ（但し、図中、２５ａと２５ｂは同一形状となる。）で停止し、更に、矢印Ｘ方向に回動させ、Ａ−Ｂ線上に該先端２１ｄ、２１ｂがくるような位置２５ｂで停止し、これを必要により繰り返すことで、引き抜き後、斜線で示される円形断面の引き抜き跡２５が得られる。また、往復回動操作工程で回動を行わないと、引き抜き後、中空管の先端形状に相応する形状の抜け跡ができるのみであり、円形断面の砂杭を造成することはできない。
【００１７】
次いで、往復回動操作工程後、引き抜きによる砂杭材料の排出工程に移る。引き抜きのストロークは、砂杭造成用中空管１の突起部２ａ〜２ｄの高さＨ、又はそれ以下とする。高さＨの長さを引き抜けば、当該引き抜き跡は確実に円形断面を形成しており、砂杭材料排出後の形状も円形断面を形成することになる。砂杭材料としては、特に制限されず、砂、砕石、砂利、その他砂類似粒状材料、及びこれらに金属系還元材を混入させたもの等が挙げられる。金属系還元材を含有する砂類は、例えば、有機揮発性化合物で汚染された地下水などの浄化を目的に構築される地下水浄化壁にも適用される。引き抜きの場合、往復回動操作は特に不要である。引き抜きにより形成された比較的緩い砂柱は砂杭造成用中空管４を再貫入させることにより締固められる。締固めは砂杭造成用中空管４を往復回動させながら行う。これにより、拡張された締固め円形断面の砂杭が得られる。
【００１８】
本例の砂杭造成用中空管４及びこれを用いた円形断面の砂杭造成工法によれば、振動や騒音を極力抑制することができると共に、該中空管を備える砂杭造成装置において、電動モーターやスイベル装置を省略することができ、設備費のコストの上昇を抑制することができる。これら電動モーターやスイベル装置は機構が複雑であり、且つ大掛かりなものであるため、装置のコスト上昇の一因となっていた。しかし、本発明の砂杭造成用中空管を用いれば、回転駆動装置やスイベル装置は省略することができるため、該砂杭造成装置を簡略且つコストが低減されたものとすることができる。
【００１９】
本発明の砂杭造成用中空管は、上記実施の形態以外に、例えば、前記突起部が、中空管１の先端部の左右両側のみ（前後両側のみも同じ）に付設される形態であってもよい。すなわち、突起部が２個の場合である。この場合、回動範囲は１８０度となり、しかも中空管往復回動装置は前記油圧シリンダー形式のものは使用できないものの、電動機と歯車を組み合わせた機械式回動装置を使用すればよく、この場合においても、前記実施の形態に係る発明と同様の効果を奏する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の砂杭造成用中空管を用いた工法によれば、振動や騒音を極力抑制することができると共に、該中空管を備える砂杭造成装置において、電動モーターやスイベル装置を省略することができ、設備費のコストの上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本例の砂杭造成用中空管の一部の正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】中空管往復回動装置の平面図である。
【図４】中空管往復回動装置の一部を破断して示す正面図である。
【図５】本例の砂杭造成用中空管を装着した砂杭造成装置の概略図である。
【図６】本例の砂杭造成用中空管を用いて造成される砂杭の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
１      円筒状中空管
２、２ａ〜２ｄ      突起部
３ａ〜３ｄ          掘削ビット
４      砂杭造成用中空管
１０      中空管往復回動装置
１２      リーダー
１３      リーダーガイド
１５      油圧シリンダー
１６      固定部
１７      ピストンロッド軸支部
１８      中空状円盤部材
２１      強制昇降装置
２１ａ〜２１ｄ    突起部の先端
２２ａ〜２２ｄ    突起部の天板
２２      ホッパー
２５      砂杭
５１      シリンダー部
５２      ピストンロッド
６１      シリンダー軸支部
【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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