(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ケーシングを、回転圧入装置によって軸回りに回転させながら地盤中に圧入しつつ、該ケーシング内にドレーン材を充填し、所定の深さに達したら、前記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ながらケーシングを引き上げ、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の施工方法。
【請求項２】
前記ケーシングの外周面にスパイラル翼またはスパイラル状の突起が設けられている請求項１記載のドレーン材の施工方法。
【請求項３】
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または２記載のドレーン材の施工方法。
【請求項４】
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または３記載のドレーン材の施工方法。
【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の施工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】
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、より簡単な構造で、ドレーン材を効率良く締め固めることができるドレーン材の施工方法を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係るドレーン材の施工方法は、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ケーシングを、回転圧入装置によって軸回りに回転させながら地盤中に圧入しつつ、そのケーシング内にドレーン材を充填し、所定の深さに達したら、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、ケーシング先端の鋸歯状押圧部でドレーン材を締め固めながらケーシングを引き上げ、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
さらに、後述する請求項３、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。
【００１５】
ケーシングの地盤中への回転圧入に関しては、鋸歯状押圧部の勾配が回転方向に対し上り勾配となるように回転させた方が、回転圧入に対する抵抗が少なくて済むが、機械的に大きな回転圧入力が得られる場合は、逆方向に回転させながら圧入することもできる。また、ケーシングが二重管構造の場合は、外管のみ回転させ、鋸歯状押圧部を形成した内管を回転させない場合もあり得る。
【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】
回転方向は、鋸歯状押圧部の勾配が下り勾配となるように設定される。通常、回転圧入時と逆の方向に設定されるが、逆でなくとも可能である。
請求項２は、請求項１に係るドレーン材の施工方法において、ケーシングの外周面にスパイラル翼またはスパイラル状の突起が設けられている場合である。
【００１８】
これらは、主としてケーシングを回転圧入させるときの抵抗を小さくするためのものであるが、突起は鋼線等を巻き付けてスポット溶接したものなどでもよい。
【００１９】
請求項３は、請求項１または２に係るドレーン材の施工方法において、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。
【００２０】
本願発明のドレーン材の施工方法は、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。
【００２１】
請求項４は、請求項１、２または３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。
【００２２】
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。
【００２３】
【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１〜３に対応するものであり、内管１ａと外管１ｂからなる二重管構造のケーシング１を地盤中に圧入し、液状化抑止等を目的とするドレーン材７の柱を地盤中に形成するものである。
【００２４】
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の先端部に、砕石等のドレーン材７を投入する（図１(a) 参照）。ケーシング１を構成する外管１ｂの先端には、掘進のための先端ビット２を取り付けておく。
【００２５】
ケーシング１の先端部に投入したドレーン材７は、回転圧入の際の地盤反力によって、ダイレイタンシー現象を生じ、ケーシング１下端を閉塞状態とすることで、掘削時に蓋の役割を果たすことになる。
【００２６】
あるいは、ケーシング１の地盤中への回転圧入の際に、下端に蓋体を設置しておき、蓋体ごと回転圧入を行い、ケーシング１を引き上げる際には、蓋体を充填したドレーン材７とともに地盤１０中に残置するといった方法も可能である。
【００２７】
また、摩擦を切って圧入を容易にするため、外管１ｂの外周面にスパイラル状の突起等を設けることも有効である。地盤によっては突起がなくても回転圧入が可能な場合もあるが、鋼線をスポット溶接する程度のスパイラル状突起を設けることで、回転圧入が容易となる。地盤が比較的硬い場合には、スパイラル翼を設け、土砂を上方へ押し上げながら回転圧入することで圧入が容易となる。
【００２８】
▲２▼ケーシング１の外管１ｂを軸回りに正転（図の場合は右ねじの方向）し、所定の深度まで圧入する（図１(b) 参照）。
▲３▼所定の深度まで達したら、内管１ａの内側にドレーン材７を投入しつつ、内管１ａを逆転させ、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、ケーシング１を引き抜いて行く（図１(c) 参照）。
【００２９】
なお、ドレーン材７は、回転圧入時や圧入後でも任意の段階で投入することができる。
▲４▼締め固められたドレーン材７の柱を残置し、施工が完了する（図１(d) 参照）。
【００３０】
図２の実施形態は、請求項３、４に対応するものであり、内管１ａとスパイラル翼３を設けた外管１ｂからなる二重管構造のケーシング１を地盤中に圧入し、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等を期待したものである。
【００３１】
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の先端部に、砕石等のドレーン材７を投入する（図２(a) 参照）。
【００３２】
ケーシング１の先端部に投入したドレーン材７は、回転圧入の際の地盤反力によって、ダイレイタンシー現象を生じ、ケーシング１下端を閉塞状態とすることで、掘削時に蓋の役割を果たすことになる。
【００３３】
また、上述した特願平１０−１５４３４号が、同様に、ダイレイタンシー現象を利用して開放されたケーシングの下端を閉塞状態とするのに対し、特願平１０−１５４３５号では、ケーシングの地盤中への回転圧入の際に、下端に蓋体を設置しておき、蓋体ごと回転圧入を行い、ケーシングを引き上げる際には、蓋体を充填材とともに地盤中に残置することとしている。
【００３４】
本願発明の場合も、ダイレイタンシー現象を利用せず、蓋体を利用して施工を行うこともできる。
なお、この例ではケーシング１を構成する外管１ｂの先端に、掘進のための先端ビット２を取り付け、さらに圧入を容易にするためのスパイラル翼３を設けている。
【００３５】
▲２▼スパイラル翼３の方向に合わせてケーシング１の外管１ｂを軸回りに正転（図の場合は右ねじの方向）し、所定の深度まで圧入する（図２(b) 参照）。
▲３▼所定の深度まで達したら、内管１ａの内側に杭１１を建て込み（図２(c) 参照）、さらにドレーン材７を投入する（図２(d) 参照）。
【００３６】
▲４▼内管１ａを、あるいは内管１ａと外管１ｂを同時に、逆転させ、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、ケーシング１を引き抜いて行き（図２(e) 参照）、締め固められたドレーン材７によって囲まれた杭１１を残置し、施工が完了する（図２(f) 参照）。
【００３７】
図３の実施形態は、本願発明の他の実施形態における施工手順の概要を示したものであり、図２ではケーシング１に二重管を用いていたのに対し、この例では図２の例の内管１ａに相当する単管からなるケーシング１を用いている。
【００３８】
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）、回転圧入のための施工装置の性能等によっては、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。
【００３９】
この場合の施工手順は以下の通りである。
▲１▼施工地盤上に単管からなるケーシング１をセットし、ケーシング１の先端部に、掘削時に蓋となる程度の量のドレーン材７を充填する（図３(a) 参照）。なお、この例では先端部のドレーン材７をケーシング１の下端から充填している。
【００４０】
また、単管からなるケーシング１の先端に、先端ビット２を設け、その上方にスパイラル状の突起３ｂを設けている。
▲２▼スパイラル状の突起３ｂの方向に合わせてケーシング１を軸回りに正転（図の場合は右ねじの方向）し、所定の深度まで圧入する（図３(b) 参照）。
【００４１】
▲３▼所定の深度まで達したら、ケーシング１の内側に杭１１を建て込み（図３(c) 参照）、さらにドレーン材７を投入する（図３(d) 参照）。
▲４▼ケーシング１を逆転させ、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を引き抜いて行き（図３(e) 参照）、締め固められたドレーン材７によって囲まれた杭１１を残置し、施工が完了する（図３(f) 参照）。
【００４２】
なお、以上述べた図２、図３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。
【００４３】
図４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。
【００４４】
図５(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。
【００４５】
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。
【００４６】
図５(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５(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５(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。
【００４７】
図５(d) は、図５(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。
【００４８】
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６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６(a) のように先端面が水平な場合に限らず、図６(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６(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６(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。
【００４９】
【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、ケーシングを地盤中へ圧入するための回転圧入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４に係る発明では、杭の周囲を取り巻くドレーン材を十分に締め固めることで、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５】(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６】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…先端ビット、３…スパイラル翼、３ｂ…スパイラル状の突起、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】
0003753876.tif 000002
【図２】
0003753876.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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