(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングを通して掘削装置による地盤の掘削を行い、所定の深さに達したら、前記掘削装置を引き上げ、前記ケーシング内にドレーン材を充填し、先端円周方向に所定の勾配を有する１または複数の鋸歯状押圧部を形成した該ケーシングを、前記鋸歯状押圧部の勾配が回転方向に対し下り勾配となるように軸回りに回転させて、ケーシング先端の前記鋸歯状押圧部でドレーン材を締め固めつつ、ケーシングを引き上げることで、地盤中にドレーン材による柱を形成することを特徴とするドレーン材を施工する方法。
【請求項２】
前記ケーシングが内管と外管からなる二重管であり、前記鋸歯状押圧部が前記内管に形成されている請求項１記載のドレーン材を施工する方法。
【請求項３】
掘削装置による地盤の掘削に伴い、前記内管と外管を同時に地盤中に建て込む請求項２記載のドレーン材を施工する方法。
【請求項４】
掘削装置による地盤の掘削に伴い、前記外管を先に地盤中に建て込み、その後、前記内管を前記外管内に挿入する請求項２記載のドレーン材を施工する方法。
【請求項５】
前記ケーシングの内側に、前記ドレーン材とともに、該ドレーン材で囲まれる既成杭を挿入し、該既成杭をドレーン材とともに地中に残置することを特徴とする請求項１、２、３または４記載のドレーン材を施工する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、液状化抑止や圧密促進のための地盤改良などの目的で、地盤中に柱状に設置されるドレーン材を施工する方法に関するものである。また、節杭その他の既成杭を地盤中に低振動・低騒音で施工しつつ、同時に充填したドレーン材を締め固めて杭の支持力を増加させるためにも利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
地盤中にグラベルドレーン材の柱を造成し、地震時等の地盤中における過剰間隙水圧の上昇を抑制することで、地盤の液状化を抑止する方法は周知である（例えば、特開昭５５−１４２８１５号公報、特開昭５６−１００９１９号公報等参照）。また、粘性地盤等における圧密促進のためのサンドドレーンも周知である。
【０００３】
また、本願出願人の出願に係る特開昭６０−２５０１２２号公報には、節杭を芯材として、その周囲にドレーン材を充填した液状化防止基礎杭構造が示されている。
【０００４】
この他、特公昭６１−５８６１５号公報には、鋼管杭等の中空の既成杭を地盤中に打設するにあたり、杭の中空部下部に砂、スラグまたは砂利からなる粒状体を充填し、杭の内側から粒状体を打撃することにより粒状体にダイレイタンシー現象を生じさせて杭下端を閉塞し、そのまま地盤中に打込んで行く工法が記載されている。
【０００５】
さらに、本願出願人は、先に、周囲にドレーン材が充填された既成杭を、低振動・低騒音で施工できる方法を開発しており（特願平１０−１５４３４号、特願平１０−１５４３５号）、ドレーン材を効率良く、確実に充填する方法の一つとして、内管と外管を有する二重管構造のケーシングを用い、ケーシングを引き上げる際に、内管を上下させてケーシング下に残置されるドレーン材を突き固める方法を開示している。
【０００６】
この場合、埋設された既成杭の周囲のドレーン材が十分に締め固められることで、軟弱な地盤においても杭本来の周面支持力が得られ、また地震時にはドレーン材の存在により地盤中の過剰間隙水圧が逸散され、液状化が抑止される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
地盤中に形成されるドレーン材の柱、あるいは杭とともに杭を囲むように地盤中に残置されるドレーン材は、締め固めが十分であれば、途中で水みちが途切れることなく、グラベルドレーンあるいはサンドドレーンとして有効であり、また杭の周囲に充填した場合は、周面支持力の確保が可能となるが、締め固めが不十分な場合は、期待される効果が得られないことになる。
【０００８】
特願平１０−１５４３４号や特願平１０−１５４３５号のように、二重管構造のケーシングを用い、内管を上下させてドレーン材を締め固めることは効率的な方法の一つと考えられるが、内管を軸方向に上下させる場合、外管との干渉の問題があり、また内管を大きなストロークで上下させるのは、機構的にも必ずしも容易ではなく、打撃工法ほどでないにしても振動や騒音の問題が発生する恐れがある。
【０００９】
また、スパイラルオーガー等の掘削装置をケーシングに通して掘削を行い、ケーシングを地盤中に残して掘削装置を引き上げた後、ケーシングの内部にドレーン材を充填する方法もあるが、その場合、ドレーン材の締め固めを行うには、別途、突き棒等を挿入して、上下に突く等して締め固める必要があり、工程が多くなることと、掘削と締め固めの装置を共用できず、コスト増につながるという問題がある。
【００１０】
本願発明は、上記従来技術の課題の解決を図ったものであり、ドレーン材の締固めを、効率良く、安価に行うことができる方法を提供することを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係るドレーン材を施工する方法は、ケーシングを通して掘削装置による地盤の掘削を行い、所定の深さに達したら、掘削装置を引き上げ、ケーシング内にドレーン材を充填し、先端円周方向に所定の勾配を有する１または複数の鋸歯状押圧部を形成した該ケーシングを、その鋸歯状押圧部の勾配が回転方向に対し下り勾配となるように軸回りに回転させて、ケーシング先端の鋸歯状押圧部でドレーン材を締め固めつつ、ケーシングを引き上げることで、地盤中にドレーン材による柱を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
なお、勾配が回転方向に対し下り勾配とは、ケーシングが軸回りに回転するときに、ある鉛直面内における鋸歯状押圧部の位置が上方から下方へ連続的に変化する場合をいうものとし、その逆の場合を上り勾配とする。
【００１３】
ドレーン材としては、砂、砕石、砂利等が一般的であるが、その他、例えばコンクリート用の人工軽量骨材等の人工材料でもよい。
鋸歯状押圧部が回転方向に対し下り勾配になるように、ケーシングを回転させると、鋸歯状押圧部からは充填したドレーン材に対し、下向きの押圧力が作用するため、ドレーン材が締め固められることになる。
【００１４】
また、ケーシングを軸回りに回転させる場合、ケーシング等を上下させて突き固める場合に比べ、振動や騒音がほとんど発生しない。また、回転に伴い、ケーシング先端だけでなく上方に充填されているドレーン材も大きく乱すことなく、下方へ誘導することができる。
【００１５】
さらに、後述する請求項２〜４のようにケーシングが二重管構造の場合であっても、内管と外管との間での干渉といった問題もほとんどなく、簡単な回転機構により、スムーズにドレーン材を締め固めて行くことができる。
【００１６】
また、鋸歯状押圧部による締固め力は、直接的には、ケーシング先端における管厚に応じた範囲に伝達されるが、ケーシング先端部のみ管厚を増したり、あるいはケーシング先端の鋸歯状押圧部について管径方向にも傾斜を設け、押圧面積を増加させたり押圧方向を調整することも可能である。
【００１７】
請求項２は、請求項１に係る施工方法において、ケーシングが内管と外管からなる二重管であり、鋸歯状押圧部が内管に形成されている場合である。
本願発明のドレーン材を施工する方法は、鋸歯状押圧部を形成した単管による施工も可能であるが、二重管構造とすれば、内管の回転に対する地盤の抵抗等をあまり考慮する必要がなく、また外管にスパイラル翼またはスパイラル状突起を設けることで、地盤への回転圧入が容易となる。この他、ケーシングの先端部のみ二重管構造とすることも可能である。
【００１８】
請求項３は、請求項２に係る施工方法において、掘削装置による地盤の掘削に伴い、ケーシングの内管と外管を同時に地盤中に建て込む場合である。
内管と外管を同時に建て込む場合は、別々に建て込む場合に比べ、作業が一工程少なくなる反面、オーガー等の掘削装置のための掘削スペースが狭くなり建込み対する抵抗も大きくなる。
【００１９】
請求項４は、請求項２に係る施工方法において、掘削装置による地盤の掘削に伴い、外管を先に地盤中に建て込み、その後、前記内管を前記外管内に挿入する場合である。
【００２０】
外管のみ先に建て込む場合は、外管内を通した掘削装置による掘削作業がやりやすい反面、後から内管を立て込むため、作業が一工程多くなる。
請求項５は、請求項１〜４に係るドレーン材の施工方法において、ケーシングの内側に、ドレーン材とともに、ドレーン材で囲まれる既成杭を挿入し、その既成杭をドレーン材とともに地中に残置する場合である。
【００２１】
本願発明は、単なる液状化対策用のグラベルドレーン、あるいは圧密促進のためのサンドドレーンの施工にも適用できるが、上述した特願平１０−１５４３４号や特願平１０−１５４３５号に係る発明のように、周囲にドレーン材が充填された既成杭を、低振動・低騒音で施工しつつ、ドレーン材を十分に締め固めることで、杭の周面支持力を増大させる方法としても有用である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１の実施形態は、請求項１、２、４に対応するものであり、内管１ａと外管１ｂからなるケーシング１を利用して、ケーシング１の内側からオーガー２による掘削を行い、液状化抑止等を目的とするドレーン材７の柱を地盤１０中に形成するものである。
【００２３】
この場合の施工手順は以下の通りである。
▲１▼施工地盤１０上にケーシング１の外管１ｂをセットし、外管１ｂの内側にオーガー２を通して、外管１ｂの内側から掘削を行いつつ、外管１ｂを地盤１０中に建て込んで行く（図１(a) 参照）。掘削土砂は地上に排出する。
【００２４】
▲２▼所定の深度まで掘削したら、オーガー２を引き上げ、外管１ｂ内には泥水３が溜まった状態となる（図１(b) 参照）。
▲３▼外管１ｂの内側に内管１ａを建て込み、内管１ａの頭部からは徐々にドレーン材７を投入して行く（図１(c) 参照）。
【００２５】
▲４▼内管１ａを回転させ、内管１ａ先端の鋸歯状押圧部４で、ドレーン材７を締め固めながら、内管１ａと外管１ｂからなるケーシング１を引き上げて行く（図１(d) 参照）。
【００２６】
なお、ドレーン材７の投入のタイミングとケーシング１の引き上げ、ドレーン材７の締め固めのタイミングについては、種々のケースが考えられ、特に限定されない。
【００２７】
▲５▼ケーシング１を地上まで引き上げた段階で、地盤１０中には、内管１ａの回転により鋸歯状押圧部４で締め固められたドレーン材７の柱が残置され、施工が完了する（図１(e) 参照）。
【００２８】
なお、地盤状況に応じては、外管１ｂの外周囲に、例えば小さな突起（図示せず）をスパイラル状に取り付けて、摩擦力を軽減する（後記する図２以降の実施形態においても同様である。）。
【００２９】
図２の実施形態は、請求項３、５に対応するものであり、二重管構造のケーシング１の内管１ａの内側にオーガー２を通し、内管１ａの内側から掘削を行いつつ、内管１ａと外管１ｂを地盤１０中に同時に建て込んで行き、ドレーン材７の充填過程において、ドレーン材７中に基礎杭としての節杭１１を埋設し、締め固められたドレーン材７を介して周面支持力を確保するとともに、ドレーン材７による液状化抑止機能を期待したものである。
【００３０】
この場合の施工手順は以下の通りである。
▲１▼施工地盤１０上に二重管構造のケーシング１をセットし、ケーシング１の内管１ａの内側に通したオーガー２により、地盤１０を掘削しつつ、内管１ａと外管１ｂを同時に建て込んで行く（図２(a) 参照）。掘削土砂は地上に排出する。
【００３１】
▲２▼所定の深度まで掘削したら、オーガー２を引き上げ、ケーシング１内には泥水３が溜まった状態となる（図２(b) 参照）。
▲３▼内管１ａと外管１ｂからなるケーシング１の頭部に、ホッパー等の投入口６を設け、投入口６からドレーン材７をケーシング１の下端部に投入して行く（図２(c) 参照）。
【００３２】
▲４▼一旦、ドレーン材７の投入を止め、節杭１１をケーシング１内に吊り込む（図２(d) 参照）。
▲５▼再び、投入口６よりドレーン材７を徐々に投入して行く（図２(e) 参照）。
【００３３】
▲６▼内管１ａを回転させ、内管１ａ先端の鋸歯状押圧部４で、ドレーン材７を締め固めながら、内管１ａと外管１ｂからなるケーシング１を引き上げて行く（図２(f) 参照）。
【００３４】
ドレーン材７の投入のタイミングとケーシング１の引き上げ、ドレーン材７の締め固めのタイミングについては、種々のケースが考えられ、特に限定されない。
【００３５】
▲７▼ケーシング１を地上まで引き上げた段階で、地盤１０中には、節杭１１が残置され、その回りを内管１ａの回転により鋸歯状押圧部４で締め固められたドレーン材７が取り囲む形で、施工が完了する（図２(g) 参照）。
【００３６】
図３の実施形態は、請求項４、５に対応するものであり、図１の場合のように、先に外管１ｂのみを建て込みながら掘削を行い、図２の実施形態の場合と同様、節杭１１を地盤１０中に残置する場合である。
【００３７】
この場合の施工手順は以下の通りである。
▲１▼施工地盤１０上にケーシング１の外管１ｂをセットし、外管１ｂの内側にオーガー２を通して、外管１ｂの内側から掘削を行いつつ、外管１ｂを地盤１０中に建て込んで行く（図３(a) 参照）。掘削土砂は地上に排出する。
【００３８】
▲２▼所定の深度まで掘削したら、オーガー２を引き上げ、外管１ｂ内には泥水３が溜まった状態となる（図３(b) 参照）。
▲３▼外管１ｂの内側に内管１ａを建て込み（図３(c) 参照）、内管１ａと外管１ｂからなるケーシング１の頭部に、ホッパー等の投入口６を設け、投入口６からドレーン材７をケーシング１の下端部に投入して行く（図３(d) 参照）。
【００３９】
▲４▼一旦、ドレーン材７の投入を止め、節杭１１をケーシング１内に吊り込む（図３(e) 参照）。
▲５▼再び、投入口６よりドレーン材７を徐々に投入して行く（図３(f) 参照）。
【００４０】
▲６▼内管１ａを回転させ、内管１ａ先端の鋸歯状押圧部４で、ドレーン材７を締め固めながら、内管１ａと外管１ｂからなるケーシング１を引き上げて行く（図３(g) 参照）。
【００４１】
▲７▼ケーシング１を地上まで引き上げた段階で、地盤１０中には、節杭１１が残置され、その回りを内管１ａの回転により鋸歯状押圧部４で締め固められたドレーン材７が取り囲む形で、施工が完了する（図３(h) 参照）。
【００４２】
図４の実施形態は、図２、図３の実施形態ではケーシング１に二重管を用いていたのに対し、図２、図３における内管１ａに相当する単管からなるケーシング１を用いて施工を行う場合である。
【００４３】
すなわち、地盤条件や施工規模（ドレーン材７による柱の長さ等）等によっては、単管からなるケーシング１で十分な場合があり、工費の節減が図れる。
この場合の施工手順は以下の通りである。
【００４４】
▲１▼施工地盤１０上に先端に鋸歯状押圧部４を有する単管からなるケーシング１をセットし、ケーシング１の内側にオーガー２を通して、内側から掘削を行いつつ、ケーシング１を地盤１０中に建て込んで行く（図４(a) 参照）。掘削土砂は地上に排出する。
【００４５】
▲２▼所定の深度まで掘削したら、オーガー２を引き上げ、ケーシング１内には泥水３が溜まった状態となる（図４(b) 参照）。
▲３▼ケーシング１の頭部に、ホッパー等の投入口６を設け、投入口６からドレーン材７をケーシング１の下端部に投入して行く（図４(c) 参照）。
【００４６】
▲４▼一旦、ドレーン材７の投入を止め、節杭１１をケーシング１内に吊り込む（図４(d) 参照）。
▲５▼再び、投入口６よりドレーン材７を徐々に投入して行く（図４(e) 参照）。
【００４７】
▲６▼ケーシング１を回転させ、ケーシング１先端の鋸歯状押圧部４で、ドレーン材７を締め固めながら、ケーシング１を引き上げて行く（図４(f) 参照）。
▲７▼ケーシング１を地上まで引き上げた段階で、地盤１０中には、節杭１１が残置され、その回りをケーシング１の回転により鋸歯状押圧部４で締め固められたドレーン材７が取り囲む形で、施工が完了する（図４(g) 参照）。
【００４８】
なお、以上述べた図２〜図４の実施形態は、いずれもドレーン材７中に節杭を埋設した場合であるが、杭１１は節杭に限らず、鋼管杭や通常の丸杭であるコンクリート杭、鋼コンクリート複合パイルであってもよい。
【００４９】
図５は、本願発明で用いるケーシング１先端の鋸歯状押圧部４の形態の一例として、その先端部の正面図と展開図を示したもので、鋸歯状押圧部４の歯が１つの場合である。
【００５０】
図６(a) 〜(d) は、鋸歯状押圧部４が複数の場合の例であり、ケーシング１の長さＬ＝７ｍ、直径Ｄ＝６０９ｍｍ、管厚ｔ＝１６ｍｍ程度の場合を想定している。また、締め固められるドレーン材７の径としては、２．５〜１０ｍｍ程度を想定している。
【００５１】
なお、本願発明におけるドレーン材７の径やケーシング１の寸法については、これらに限定されるものではなく、むしろドレーン材７の径や材質とケーシング１の寸法との関係等において相対的なものとなる傾向にある。
【００５２】
図６(a) は、鋸歯状押圧部４の歯が２枚で、その高さｈ＝Ｄの場合、図６(b) は、鋸歯状押圧部４の歯が２枚で、その高さｈ＝Ｄ／２の場合、図６(c) は、鋸歯状押圧部４の歯が４枚で、その高さｈ＝Ｄ／２の場合である。
【００５３】
図６(d) は、図６(a) のケーシング１の鋸歯状押圧部４の外周に、短尺の鋼管５を被せたものであり、鋼管５が掘削時やドレーン材７の締固め時に鋸歯状押圧部４が変形したり、磨耗したりするものを防止する機能を有している。
【００５４】
また、以上は、ケーシング１が単管の場合であるが、ケーシング１が二重管構造の場合の内管についても同様に考えることができる。
図７は、鋸歯状押圧部４の断面形状のバリエーションを示したもので、図７(a) のように先端面が水平な場合に限らず、図７(b) 、(c) のようにケーシング１の内側または外側に向けてテーパーが形成されている場合、図７(d) のように山形の溝が形成されている場合等が考えられる。また、例えば、図７(d) と逆に下向きに山形に突出するような断面とすることも考えられる。
【００５５】
【発明の効果】
▲１▼本願発明では、ドレーン材の締固めをケーシングの回転によって行うため、ケーシングを上下させて締め固めるものや、突き棒等をもちいる場合に比べ、小さな力で締固めを行うことができ、騒音や振動の問題も少ない。
▲２▼回転により連続的に締固めを行うことができるため、効率が良く、また地盤条件、その他の施工条件に応じて、回転速度を調整したり、鋸歯状押圧部の数、形状等の選択により対処することができる。
▲３▼締固めのための駆動装置としては、オーガー等の掘削装置用の駆動装置を兼用することができるため、経済的である。
▲４▼請求項５に係る発明では、杭の周囲を取り巻くドレーン材を十分締め固めることで、杭とドレーン材との間の摩擦力により、軟弱な地盤においても他の埋込み杭工法以上の周面支持力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態における施工手順の概要を示す断面図である。
【図２】本願発明の他の実施形態における施工手順の概要を示す断面図である。
【図３】本願発明のさらに他の実施形態における施工手順の概要を示す断面図である。
【図４】本願発明のさらに他の実施形態における施工手順の概要を示す断面図である。
【図５】本願発明で用いるケーシング先端の鋸歯状押圧部の一実施形態を示したもので、(a) は正面図、(b) は展開図である。
【図６】(a) 〜(d) は、それぞれ本願発明で用いる鋸歯状押圧部を形成したケーシングの他の実施形態を示したもので正面図である。
【図７】本願発明で用いるケーシング先端の鋸歯状押圧部の断面形状のバリエーションを示す図である。
【符号の説明】
１…ケーシング（二重管または単管）、１ａ…内管、１ｂ…外管、２…オーガー、３…泥水、４…鋸歯状押圧部、５…鋼管、６…投入口、７…ドレーン材、１０…地盤、１１…杭
【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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