(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッドの下端に設けられ圧縮水を下方に噴射する圧縮水用ノズルと、
前記ロッドの下端に設けられ圧縮空気を下方に噴射する圧縮空気用ノズルと、前記ロッドの下端に設けられたスクリューと、前記ロッドに設けられ圧密用の圧縮空気を外周方向に噴射する圧密用圧縮空気噴射口と、前記ロッドを正逆回転駆動する回転駆動手段とを備えた地盤改良装置を用い、前記ロッドの下端から圧縮水と圧縮空気とを噴射して該ロッドを地中に所定深さまで押し込んで掘削孔を形成すると共に、前記噴射した圧縮水と圧縮空気とにより、前記掘削孔の水溶性微細粒子を地表面に排出し、前記ロッドを引き抜くと共に、この引き抜き時に前記掘削孔に中詰め材を充填する地盤改良工法であって、前記スクリューの掘削方向回転と前記圧縮水の噴射と前記圧縮空気の下方及び外周方向への噴射を継続して前記ロッドを押し込み、水が浸透した透水層において前記ロッドの下端から高圧な前記圧密用の圧縮空気を噴射して該圧密用の圧縮空気を掘削孔周面の土粒子間に押し込み、該掘削孔周囲の土粒子間の間隙水を外側に押し退けて圧密し、前記ロッドの下端が計画深さに達する前に、加重支持土質に不向きな前記水溶性微細土粒子の排出が少なくなったら、前記圧縮水の噴射量を削減し、この後、前記スクリューを反掘削方向に回転しながら掘削孔の計画深さまで前記ロッドを押し込み、前記掘削孔の下方に圧密された部分を形成し、この掘削孔の圧密された部分の上に前記中詰め材を充填することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記透水層が地下水位より下方のピート層又は砂層であることを特徴とする請求項１記載の地盤改良工法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の地盤改良工法に用いられ、前記ロッドの下端が略角錐状をなすことを特徴とする地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、地盤改良工法と地盤改良装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種の地盤改良工法において充填材を使用するものとして、特開昭５６−５２２１９号公報には、全周水平噴射ヘッドを有する注入管を砂質地盤中の所定深さに挿入し、前記全周水平噴射ヘッドを通じて水又は空気を砂質地盤中に水平方向に噴射して土粒子を移動収縮させ、その移動収縮によって生じた空隙中に充填材を注入し固化させる砂質地盤の改良工法（公報特許請求の範囲）が提案され、圧力水又は圧力空気を水平に噴射し、
圧力水又は圧縮空気による衝撃で土粒子の移動収縮（公報第８欄第１〜２行）するものであるが、充填材として、セメント系，水ガラス系等の如く収縮せずあまり膨脹しない硬化材（公報第８欄第７〜９行）を用いており、このように硬化材を用いるものであるから、
材料費がかかるという問題がある。また、特開平７−２５２８２３号公報には、高圧ジェット噴流と機械攪拌との併用により地中に固結杭を造成するに際し、地中に挿入する管の長手方向に間隔を設けて取付けた攪拌翼に設けて固化材又は水の高圧噴流及び該高圧噴流の周りを覆う空気噴流を噴出する少なくとも２個のノズルを用い仕上がり杭径の制御方法（公報特許請求の範囲）が提案されているが、この方法も硬化材としてはセメントミルク，モルタル，薬剤など（工法第４欄第１〜２行）を用いるものであるから、材料費がかかるという問題がある。
【０００３】
そこで、上記のように硬化材を用いることなく地盤改良を行う工法として、特開平３−２８１８１５号公報には、振動部の振動と先端部からのジェット水の噴射によりバイブロフロットを地盤中に貫入し、さらに砕石や砂利等の中詰め材を投入しながら引き抜いて、
周囲の地盤を締固めると共に地盤中に中詰め材の柱を形成する（公報第１頁右欄第17行〜第２頁右上欄第１行）工法が記載され、また、バイブロフローテーション工法における振動部の振動と振動部先端からの第１の圧縮空気の噴射とにより前記振動締固め装置を地中に貫入して穿孔を形成すると同時に、前記振動締固め装置の外周からの第２の圧縮空気の噴射と前記ロッド部の軸方向に設けた偏平板の作用により前記外周の空隙を拡幅保持する工程と、前記穿孔を形成した後、振動締固め装置を引き抜きながら前記空隙に中詰め材を投入する工程とからなる振動締固め工法（公報特許請求の範囲）が提案されている。
【０００４】
上記特開平３−２８１８１５号公報のジェット水を噴射する工法では、ジェット水により地表に泥水が吐き出され、この泥水と共に地中の水溶性微細土粒子等が排出され、この水溶性微細土粒子は、腐食土等の含まれる成分で、加重支持土質としては不適当であって、締め固めを行っても強度が得られないものである。しかし、単にジェット水を噴射するだけでは、上記の水溶性微細土粒子等の締め固めに不向きな成分を効率良く排出することができない。また、上記振動締固め工法のように圧縮空気の噴射と振動により締め固める工法では、締め固めに限界があると共に、その中詰め材周囲の地盤を効率良く締め固めることができない。
【０００５】
そこで、同一出願人は、特開２０００−８０６３８号公報において、杭の下端に圧縮水を噴射する圧縮水用ノズルと圧縮空気を噴射する圧縮空気用ノズルとを設け、それらノズルから圧縮水と圧縮空気とを噴射して地中に所定深さまで打ち込んで掘削孔を形成し、前記圧縮水と圧縮空気との噴射により地中の微細粒子を前記杭に沿って上昇させると共に、
地表に排出し、この微細粒子を排出した後、前記圧縮空気の噴射を停止又は噴射圧を下げ、前記杭を引き抜くと共に、この引き抜き時に掘削孔内に中詰め材を投入する地盤改良工法を提案しており、この地盤改良によれば、下方に向かって噴射した圧縮空気と圧縮水とにより、鋼矢板の下方の掘削孔において、土粒子（土塊）の攪拌が行われ、圧縮空気が泡となって上昇する際に土粒子を揺動して分解が行われ、これにより分解した微細粒子たる水溶性微細粒子が上昇水流と泡の上昇に伴うリフトアップ効果によりに地表に効率よく排土される。そして、掘削孔内に投入した中詰め材を圧縮水により圧密して圧密柱を形成することができる。
【０００６】
上記特開２０００−８０６３８号公報の地盤改良工法では、圧縮水と圧縮空気とを用いることにより、硬化材等が不要で、加重支持土質に不向きな水溶性微細土粒子等を良好に排出することができる。しかし、この地盤改良工法でも、単に圧縮水の圧力を上げただけでは、それ以上の効果が得られず、逆に圧縮水の使用量を削減できれば、工費の削減が可能となる。
【０００７】
そこで、本発明は、硬化材が不要で、加重支持土質に不向きな水溶性微細土粒子等を良好に排出することができ、充填した中詰め材により良好な支持力を得ることができる地盤改良工法と地盤改良装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の地盤改良方法は、ロッドの下端に設けられ圧縮水を下方に噴射する圧縮水用ノズルと、前記ロッドの下端に設けられ圧縮空気を下方に噴射する圧縮空気用ノズルと、
前記ロッドの下端に設けられたスクリューと、前記ロッドに設けられ圧密用の圧縮空気を外周方向に噴射する圧密用圧縮空気噴射口と、前記ロッドを正逆回転駆動する回転駆動手段とを備えた地盤改良装置を用い、前記ロッドの下端から圧縮水と圧縮空気とを噴射して該ロッドを地中に所定深さまで押し込んで掘削孔を形成すると共に、前記噴射した圧縮水と圧縮空気とにより、前記掘削孔の水溶性微細粒子を地表面に排出し、前記ロッドを引き抜くと共に、この引き抜き時に前記掘削孔に中詰め材を充填する地盤改良工法であって、
前記スクリューの掘削方向回転と前記圧縮水の噴射と前記圧縮空気の下方及び外周方向への噴射を継続して前記ロッドを押し込み、水が浸透した透水層において前記ロッドの下端から高圧な前記圧密用の圧縮空気を噴射して該圧密用の圧縮空気を掘削孔周面の土粒子間に押し込み、該掘削孔周囲の土粒子間の間隙水を外側に押し退けて圧密し、前記ロッドの下端が計画深さに達する前に、加重支持土質に不向きな前記水溶性微細土粒子の排出が少なくなったら、前記圧縮水の噴射量を削減し、この後、前記スクリューを反掘削方向に回転しながら掘削孔の計画深さまで前記ロッドを押し込み、前記掘削孔の下方に圧密された部分を形成し、この掘削孔の圧密された部分の上に前記中詰め材を充填する方法である。
【０００９】
この請求項１の構成によれば、噴射した圧縮水と圧縮空気とにより、ロッドの下方の掘削孔において、土粒子（土塊）の攪拌が行われ、土粒子を揺動して分解が行われ、これにより分解した微細粒子たる水溶性微細粒子が上昇水流に伴うリフトアップ効果によりに地表に効率よく排土される。そして、スクリューを反掘削方向に回転しながらロッドを押し込むことにより、ロッドの下方が圧密され、所定深さまで形成された掘削孔の下方は圧密された部分となり、この掘削孔内に中詰め材を充填し、この中詰め材による柱部分とその下方の圧密された部分とにより、高い支持圧が得られる。このようにスクリューの反掘削方向の回転による圧密を用いるため、圧密に必要な圧縮水の使用量を削減でき、或いは不要となる。
【００１０】
また、水が浸透した透水層において、高圧な圧縮空気を噴射し、その圧縮空気が掘削孔内で爆発的に膨張し、掘削孔周囲の土粒子間に間隙水（土粒子の間に含まれる水）を外側に押し退け、この後、間隙水が押し退けられた部分は、上方地盤加重により沈下圧密状態となる。
【００１１】
また、請求項２の地盤改良方法は、請求項１の発明において、前記透水層が地下水位より下方のピート層又は砂層である方法である。
【００１２】
この請求項２の構成によれば、特に、前記透水層が地下水位より下方のピート層又は砂層では、粘土層等に比べて、圧縮空気が掘削孔周囲の土粒子間に入り込み易く、掘削孔周囲における圧密効果が得られる。
【００１３】
また、請求項３の地盤改良装置は、請求項１又は２記載の地盤改良工法に用いられ、前記ロッドの下端が略角錐状をなすものである。
【００１４】
この請求項３の構成によれば、略角錐形状の下端を中詰め材に食い込ませて回転することにより、食い込んだ部分の中詰め材を外側に押す力が発生し、これにより中詰め材を効果的に締め固めることができる。
【００１５】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。図１〜図１６は本発明の第１実施例を示し、この地盤改良工法に用いる地盤改良装置は、図１〜図３に示すように、自走式車両１は、車体２の下部に走行手段たる無限軌道３を有し、この無限軌道３は車体２に搭載した原動機（図示せず）により駆動する。前記車体２の後部には、ショベルたるブレード４が設けられ、このブレード４は昇降駆動可能に設けられている。
【００１６】
また、車体２の前部にはリーダ５が起伏可能に設けられ、このリーダ５は前後方向の起伏装置６により、図１の鎖線に示す収納位置と地表に対してほぼ垂直な使用位置とに起伏可能になっている。尚、実際には、約５度程度だけリーダ５の上部が前側に倒れることが可能である。前記起伏装置６は、前記車体２に起伏ベース７の下部を枢着部８により前後方向起伏可能に設け、その枢着部８より後方で前記車体２に枢着部９により起伏シリンダ10の下部を枢着し、この起伏シリンダ10の伸縮杆10Ａを枢着部11により前記起伏ベース７の上部に枢着してなる。そして、前記起伏シリンダ10がリーダ５の前後方向角度調整手段である。前記起伏ベース７の前側には揺動ベース12が左右方向揺動可能に設けられ、前記起伏ベース７と揺動ベース12の上部を枢着部13により回動可能に設けると共に、前記起伏ベース７と揺動ベース12の下部を左右スライド駆動機構14により左右移動可能に設けている。そして、左右スライド駆動機構14がリーダ５の左右方向角度調整手段である。また、
前記揺動ベース12の前部に前記リーダ５を上下方向移動可能に設け、リーダ昇降手段たるスライドシリンダ15により、前記揺動ベース12に対して、リーダ５を昇降可能に設けている。したがって、図１の鎖線に示す収納位置にリーダ５を収納した状態で作業場所まで移動し、起伏シリンダ10を延ばしてリーダ５を地面に対し前後方向ほぼ垂直に合わせ、さらに、左右スライド駆動機構14により、枢着部13を中心としてリーダ５の下部を左右に回転して左右方向ほぼ垂直に合わせ、この後、スライドシリンダ15によりリーダ５の高さ位置を調節できる。尚、前記シリンダ10，15及び左右スライド駆動機構14は油圧などにより駆動する。
【００１７】
前記リーダ５の前部には案内レール21が設けられ、この案内レール21に沿ってロッド挟持体22が昇降可能に設けられ、このロッド挟持体22はチェーンを備えた昇降手段23によりリーダ５に沿って昇降する。前記ロッド挟持体22は内部に挿通したロッドを挟持及び挟持解除可能なものであって、挟持したロッドを回転する回転駆動手段24を内蔵する。また、
前記リーダ５の下部にはロッド固定手段25が固定して設けられ、該ロッド固定手段25は、
これに挿通したロッドを挟持及び挟持解除可能なものである。
【００１８】
前記車体２上にはホッパ状の収納部31が設けられ、この収納部31に中詰め材が収納され、前記収納部31の底部には送り装置たるベルトコンベア32が設けられ、このベルトコンベア32は中詰め材を後から前に送るものである。このベルトコンベア32の終端側で前記収納部31には投入路33が設けられ、この投入路33は先端側の投入口34が低くなる傾斜をなし、
その投入口34は、起立位置のリーダ５の下部まで延設されている。また、前記投入路33の両側には壁部33Ａが設けられている。そして、前記ベルトコンベア32と投入路33により、
中詰め材を投入すると投入装置35を構成している。
【００１９】
41は、掘削孔の上部に設けるホッパであり、筒部42の上部に拡大筒部43を設けてなる。
【００２０】
この例では、図４及び図５などに示すように、前記ロッドはパイプから構成された二重管51であって、この二重管51は外管52と内管53とからなり、この内管53内により圧縮水路54を形成し、前記外管52内面と内管53外面との間により圧縮空気路55を形成し、前記圧縮水路54の下端に圧縮水用ノズル56を設け、前記圧縮空気路55の下端に圧縮空気用ノズル57を設けている。さらに、前記二重管51の上端には、前記圧縮水路54に連通する水ホースアダプタ58と、前記圧縮空気路55に連通する空気ホースアダプター59とが設けられている。
そして、前記水ホースアダプター58に高圧ホース60を介して圧縮水供給装置たる高圧ポンプ61を接続し、この高圧ポンプ61が水槽62に接続され、この水槽62は複数の家庭用水道を接続して水を溜めておく。また、前記空気ホースアダプター59にホース63を介して圧縮空気供給装置たるエアーコンプレッサ64を接続している。尚、二重管51は、長さ方向中央部分を交換することにより長さ調節可能である。
【００２１】
図４などに示すように、前記二重管51の下端には、螺旋羽根であるスクリュー71が設けられている。また、その二重管51の下端に圧密用圧縮水噴射口72が設けられ、この圧密用圧縮水噴射口72からは、圧密用の圧縮空気Ａが外周方向に噴射される。
【００２２】
図５に示すように、前記圧縮水用ノズル56は、前記内管53に螺合されており、下端（先端）には噴射口81が形成されている。また、前記圧縮水用ノズル56には下方に向って縮小する角錐型外周面82が形成され、この例では、図６に示すように、角錐型外周面82は角部82Ａを有する略裁頭三角錐形状である。また、前記外管52の下端内面に雌螺子部52Ａを形成し、この雌螺子部52Ａに螺合する雄螺子部57Ａが、前記圧縮空気用ノズル57の上端外面に形成されている。さらに、前記圧縮空気用ノズル57の上端（基端）には、テーパ状内周面84が形成され、前記外管52に圧縮空気用ノズル57を螺合した状態で、前記角錐型外周面82とテーパ状内周面84との間に、前記圧縮空気路55と連通するテーパ状の案内空気路85が形成され、この案内空気路85により圧縮空気が圧縮空気用ノズル57の中央側に案内される。さらに、前記案内空気路85から前記圧縮空気用ノズル57の下端の噴射口86に至る通路87が、該圧縮空気用ノズル57の内部に形成されている。そして、前記案内空気路85と前記圧縮空気用ノズル57の噴射口86との間の長さは、前記噴射口86の直径Ｄより長く形成されている。また、前記圧縮水用ノズル56の噴射口81の直径ｄは、前記圧縮空気用ノズル57の噴射口56の直径Ｄより小さく形成されている。また、前記案内空気路85の断面積を、前記圧縮空気路55の断面積以上としている。
【００２３】
実験例１
この実験例１は、複数土質互層に本発明を適用した場合を検討する例であり、透明水槽91内に下層から粘土92、細砂93、中砂94、粗砂95、小砂利96を順に敷き詰めて層97を形成する。
【００２４】
図７及び図８に示すように、内管101と外管102とからなる二重管103を形成し、内管101の先端から圧縮水、内管101と外管102の間から圧縮空気を噴射可能とする。圧縮空気と圧縮水とを噴射しながら、前記二重管103の先端を前記層97内にほぼ垂直に挿入すると、二重管103の下方にフラスコ状の掘削孔が形成され、二重管103の挿入を停止し、圧縮空気と圧縮水とを噴射を継続すると、フラスコ状掘削孔98内において、土粒子の攪拌が行われ、
この攪拌により土粒子成分が分解する。すなわち砂の層であれば、砂本体とそれに含まれていた水溶性微細土粒子に分解する。比重の軽い水溶性微細土粒子は、二重管103の外周に沿う上昇水流と、圧縮空気の上昇に伴うリフトアップ効果により水と共に地上に排土される。この排土状況を地上で確認し、実際には地上に排出される水の濁り具合により確認し、水溶性微細土粒子の排土がほぼ終了したら、圧縮空気の噴射を停止し、圧縮水のみ噴射を継続する。このように圧縮空気の供給を停止すると、フラスコ状掘削孔内での攪拌力が低下し、土粒子は圧縮空気により攪拌されない比重の大きな土粒子から順次掘削孔の底部に体積し、かつ体積した土粒子は、下方に向かって噴射される圧縮水により水締めされ、隙間なく堆積し、圧縮水の噴射を続けながら徐々に二重管103を上方に引き抜くと、順次圧密された土粒子柱が形成された。
【００２５】
そして、二重管103を引く抜くと、排土された水溶性微細粒子と、土粒子が圧密された分の体積だけ、掘削孔98の上部が空洞となり、この部分に充填する中詰め材が必要となる。
【００２６】
この実験により、複数土質体積地層に高圧噴射水を噴射し、土粒子を分解でき、さらに、分解した土粒子に圧縮水と圧縮空気を供給することにより、攪拌できることが分かった。また、比重の軽い水溶性微細粒子は、空気を含む圧縮水の上昇力により良好に地表に排出される。さらに、圧縮空気の噴射を停止して圧縮水のみの噴射とすると、攪拌力が低下し、圧縮水のみの力では攪拌力の影響を受けない重たい土粒子から順次堆積していく。そして、出来上がった土粒子柱は、下から、小砂利96、粗砂95、中砂94、細砂93、粘土92となった。
【００２７】
実験例２
透明水槽91内に、粘土92、細砂93、中砂94、粗砂95、小砂利96を混合して敷き詰め、実験例１と同様に、二重管103を用いて実験を行ったところ、実験例１と同様に、出来上がった土粒子柱は、下から、小砂利96、粗砂95、中砂94、細砂93、粘土92となった。
【００２８】
このように土質、土層堆積条件を変えても、出来上がる土粒子柱は、比重の重たいものから圧密堆積することが分かった。
【００２９】
さらに、上記実験例１，２に対して圧縮水と圧縮空気の噴射圧を変えた他の実験から、
以下のことが分かった。
【００３０】
まず、土質条件の異なる実験においても、掘削孔98には下から比重の重たいものが堆積する。また、圧縮水の噴射圧を上げるように調整すれば砂類も排土できる。特に、加重支持土質として不適当な水溶性微細土粒子のみを圧縮水と圧縮空気の噴射圧の調整により任意に排土することができ、現状地盤に含まれる加重支持土質として有効な土粒子を利用し、土粒子を圧密することにより、強固な土粒子柱を作ることができる。
【００３１】
次に、施工例を図３，図９〜図１６を参照して説明する。自走式車両１により施工位置まで移動し、起伏シリンダ10を延ばしてリーダ５を前後方向ほぼ垂直に合わせ、さらに、
左右スライド駆動機構14により、枢着部13を中心としてリーダ５の下部を左右に回転して左右方向ほぼ垂直に合わせ、この後、スライドシリンダ15によりリーダ５の高さ位置を調節できる。したがって、自走式車両１位置が傾斜となっていても、リーダ５を所定の向きに調整して掘削孔151を掘削できる。また、掘削位置にはホッパ41をセットしておく。そして、まず、ホッパ41を通して、図９に示すように、二重管51の下端を地表面152に接地し、ロッド固定手段25は固定解除状態で、昇降手段23によりロッド挟持体22を降下させて二重管51を圧入すると共に、回転駆動手段24により二重管51を回転する。この場合は、スクリュー71が押し込み方向に食い込む方向である掘削方向に二重管51を回転し、同時に圧縮水Ｗを下方に噴射する。二重管51の下方の掘削孔151内においては、圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとにより土粒子攪拌作用が発生し、その攪拌作用により既設土粒子構成（土の塊）を分解し、分解された比重の軽い水溶性微細土粒子が、二重管51の外面に沿って、上昇水流と空気のリフトアップ作用により、水と共に地表面152に排土され、さらに、スクリュー71の回転により既設土粒子構成（土の塊）の分解が良好になされる。このようにして、スクリュー71の掘削方向回転と圧縮水Ｗの噴射による掘削により二重管51を効率よく押し込むことができる。このようにして掘削で二重管51を下端側を地中に圧入したら、スクリュー71の掘削方向回転と圧縮水Ｗの噴射を継続しつつ、今度は、圧縮空気用ノズル57及び圧縮空気噴射口72から圧縮空気Ａを下方と外方に向って噴射し、図１０に示すように、これら圧縮水Ｗと圧縮空気Ａによる掘削を行う。図１１に示すように、二重管51の下端が透水層161の地下水位Ｈより下方に達すると、圧密用圧縮空気噴射口72から掘削孔151の内壁部151Ｎに向って噴射された圧縮空気Ａが掘削孔151内でー的に膨張し、内壁部151Ｎの土粒子間に入り込んで、該土粒子間の間隙水（土粒子の間に含まれる水）を押し退け、この後、図１２に示すように、間隙水が押し退けられた部分は、上方地盤加重により沈下圧密状態となり、地表面152には二重管51の周囲にすり鉢状に陥没部162が形成される。尚、透水層としては、ピート層又は砂層が挙げられる。この場合、スクリュー71の回転を止めて、
圧密用圧縮空気噴射口72からの圧縮空気Ａを内壁部151Ｎに直接的に噴射するようにしてもよい。図１２から、さらにスクリュー71の掘削方向回転と圧縮水Ｗの噴射と圧縮空気Ａの下方及び外側への噴射を継続して二重管51を押し込み、掘削を継続する。そして、加重支持土質に不向きな水溶性微細土粒子の排出が少なくなったら、圧縮水Ｗの噴射量を削減する。この後、図１３に示すように、スクリュー71を反掘削方向に回転しながら、二重管51を押し込むことにより、二重管51の下方に圧密された部分163が形成され、図１４に示すように、掘削孔151の計画深さ（最深部）まで二重管51を押込む。このように、掘削孔151の最下部に達する前に、二重管51の回転を逆方向に変えてスクリュー71を反掘削方向に回転し、圧縮水Ｗの噴射圧を下げるか、圧縮水Ｗの噴射を停止し、二重管51を下方に押し込むことにより、二重管51の下方が圧密され、所定深さまで形成された掘削孔151の下方に圧密された部分163が形成される。
【００３２】
また、掘削において、スクリュー71を用い、該スクリュー71を回転に伴う撹拌作用により、土の塊が分解される。また、スクリュー71の掘削により、均一な円筒状をなす掘削孔151を形成することができる。尚、二重管51の押込み作業において、ロッド挟持体22を最下部まで降下したら、ロッド挟持体22による挟持を解除し、ロッド固定手段25により二重管51を挟持固定し、ロッド挟持体22をリーダ５の最上部まで昇降した後、ロッド挟持体22により二重管51を挟持し、ロッド固定手段25による二重管51の挟持を解除して、再びロッド挟持手段22を降下することにより二重管51を押込むことができる。さらに、リーダ昇降手段たるスライドシリンダ15により、リーダ５を昇降して二重管51を圧入・引き抜きすることができる。
【００３３】
次に、二重管51の引き上げ時における中詰め材の投入作業について説明すると、上述したようにスクリュー71を反掘削方向に回転しながら計画深さ（最深部）まで二重管51を押込むことにより、掘削孔151の下方に圧密された部分163が形成される。その設計深さ（最深部）まで、掘削を行った後は、圧縮空気Ａの噴射を停止又は少量の噴射を継続する。そして、図３に示すように、車体２の収納部31に、中詰め材たる砕石153を収納しておき、
投入時には、ベルトコンベア32を駆動により投入口34から掘削孔151の開口部151Ａに、砕石153を該砕石153の沈下速度に合わせて供給する。この場合、ベルトコンベア32の駆動速度を調整することにより砕石153の供給量を調整できる。そして、スクリュー71の反掘削方向の回転を継続した状態で、図１４に示すように、砕石153の供給を行い、掘削孔151内に供給された砕石153は、二重管151の外周に沿って沈下し、掘削孔151の圧密された部分163上に堆積する。前記スクリュー71は反掘削方向により堆積した砕石153が圧密される。
さらに、図１５及び図１６に示すように、砕石153の投入に合わせて、すなわち掘削孔151内の砕石153の上面153Ａの高さに合わせるようにして二重管51を上下運動しながら引上げる。この場合、二重管51の上下運動により砕石上面153Ａの高さを確認し、昇降手段23を駆動して図１６に示すように二重管51の下端を砕石上面153Ａより下方に押し込み、回転する二重管51の角錐型外周面82が砕石153内に押し込み、さらに、その角錐形状の先端が回転することにより、その周囲の砕石153を外側に押す力が発生し、これにより砕石153の締め固め及び砕石周囲の掘削孔151内壁部151Ｎの締め固めが行われる。この際、二重管51の下端が砕石上面153Ａに当たれば、ロッド挟持体22の下方への加圧力が変わるから、当たった位置を自走式車両１の装置により確認できる。例えば、ロッド挟持体22を昇降する昇降手段23に二重管51から加わる反力を測定する手段を設けることができる。そして、一例として、砕石153を投入しつつ、二重管51を所定の長さだけ、例えば６０ｃｍ程度引き上げたら、この位置で下方に向かって、所定のストロークＳ、例えば１ｍのストロークＳで複数回上下動させ、回転する角錐型外周面82を砕石上面153Ａからその下方に圧入するようにして締め固めを行う。この場合、砕石153中に回転する角錐型外周面82を砕石上面153Ａからその下方に圧入することにより、この圧入力が周囲の土質の締め固め力（図１６に矢印Ｙで示す。）として働く。
【００３４】
そして、上述した工程を繰り返し、二重管51を序々に引上げ、図１７に示すように、掘削孔151のほぼ全てが供給した砕石153からなる圧密石柱154とすることができる。
【００３５】
尚、地中の固結可能な土粒子を地表面152に排土することなく圧密柱の一部に利用するようにしてもよい。
【００３６】
この工法は支持杭の深さを任意に設定でき、すなわち、支持杭の深さが支持層まで達しない深さである場合は、砕石を供給して支持杭を形成できる。また、現状地層の加重支持土質として不適当な土粒子のみを排土でき、現状地層に含まれる締め固め土質として適当な土粒子を圧密し再利用が可能であるから、供給する砕石を節約できる。さらに、中詰め材は、砕石、砂利、砂の他、コンクリートを粉砕したコンクリート砕等の固結可能な土粒子を用いることができるから、コンクリート砕等を用いれば建設廃材の再利用が可能となる。このように使用する材料が安価であり、特別な装置を用いる必要もないから、施工コストも安価となる。しかも、水と空気を用いるから薬剤等が不要である。
【００３７】  また、二重管51を引き抜く際に該二重管51を上下動し、二重管51により掘削孔151内の砕石153を叩く工法であるから、砕石153を叩くことにより、より一層砕石153が圧密されると共に、砕石153の周囲の土質を締め固めることができる。さらに、微細粒子を排出した後、圧縮水Ｗの噴射圧を下げる工法であるから、圧縮水Ｗの噴射圧を下げることにより、地中の固結可能な土粒子を地表面152に排土することがなく、その土粒子を締め固めて掘削孔151中に圧密柱を形成することができ、投入する砕石153などの材料費を削減することができる。また、このように圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとを同時に噴射する方法において、
圧縮水用ノズル56を圧縮空気用ノズル57の上方に設けているから、圧縮水Ｗより低圧な圧縮空気Ａを良好に噴射することができる。そして、圧縮水用ノズル56から噴射された圧縮水Ｗは、その噴射口81が圧縮空気用ノズル57より細いため、圧縮空気用ノズル57内の通路87の中央側を通って外部に噴射され、同時に圧縮空気路55から案内空気路45を通って通路87内に圧縮空気Ａが流れ込み、この圧縮空気Ａはテーパ状の圧縮空気路85により通路87の中央側に案内され、この中央側を流れる圧縮水Ｗと一部が効率良く混合すると共に、前記圧縮水Ｗの流れにより周囲の圧縮空気Ａが引っ張られるようにして圧縮空気用ノズル57の噴射口86から噴射され、掘削孔151の底部まで効率良く供給される。
【００３８】
このように本実施例では、請求項１に対応して、ロッドたる二重管51の下端に設けられ圧縮水Ｗを下方に噴射する圧縮水用ノズル56と、二重管51の下端に設けられ圧縮空気Ａを下方に噴射する圧縮水用ノズル57と、二重管51の下端に設けられたスクリュー71と、二重管51に設けられ圧密用の圧縮空気Ａを噴射する圧密用圧縮空気噴射口72と、二重管51を正逆回転駆動する回転駆動手段24とを備えた地盤改良装置を用い、二重管51の下端から圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとを噴射して地中に所定深さまで押し込んで掘削孔151を形成すると共に、噴射した圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとにより、掘削孔151の水溶性微細粒子を地表面152に排出し、二重管51を引き抜くと共に、この引き抜き時に掘削孔151に中詰め材たる砕石153を充填する地盤改良工法であって、スクリュー71の掘削方向回転と圧縮水Ｗの噴射と圧縮空気Ａの下方及び外周方向への噴射を継続して二重管51を押し込み、水が浸透した透水層161において二重管51の下端から高圧な圧密用の圧縮空気Ａを噴射して該圧密用の圧縮空気Ａを掘削孔151周面の土粒子間に押し込み、該掘削孔151周囲の土粒子間の間隙水を外側に押し退けて圧密し、二重管51の下端が計画深さに達する前に、加重支持土質に不向きな水溶性微細土粒子の排出が少なくなったら、圧縮水Ｗの噴射量を削減し、この後、スクリュー71を反掘削方向に回転しながら掘削孔151の計画深さまで二重管51を押し込み、掘削孔151の下方に圧密された部分163を形成し、この掘削孔151の圧密された部分163の上に砕石153を充填するから、噴射した圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとにより、二重管51の下方の掘削孔151において、土粒子（土塊）の攪拌が行われ、土粒子を揺動して分解が行われ、これにより分解した微細粒子たる水溶性微細粒子が上昇水流に伴うリフトアップ効果によりに地表に効率よく排土される。そして、スクリュー71を反掘削方向に回転しながら二重管51を押し込むことにより、二重管51の下方が圧密され、所定深さまで形成された掘削孔151の下方は圧密された部分163となり、この掘削孔151内に砕石153を充填し、この砕石153による柱部分とその下方の圧密された部分とにより、高い支持圧が得られる。このようにスクリュー71の反掘削方向の回転による圧密を用いるため、圧密に必要な圧縮水Ｗの使用量を削減でき、或いは不要となる。
【００３９】
また、このように本実施例では、請求項１に対応して、前記押し込み中に、水が浸透した透水層161においてロッドたる二重管51の下端から高圧な圧縮空気Ａを噴射して該圧縮空気Ａを掘削孔151周面の土粒子間に押し込み、該掘削孔151周囲の土粒子間の間隙水を外側に押し退けて圧密するから、水が浸透した透水層161において、高圧な圧縮空気Ａを噴射し、その圧縮空気Ａが掘削孔151内で爆発的に膨張し、掘削孔151周囲の土粒子間の間隙水（土粒子の間に含まれる水）を外側に押し退け、この後、間隙水が押し退けられた部分が、上方地盤加重により沈下圧密状態となり、地下水位Ｈの高い透水層161において、周囲の層を圧密した圧密石柱154を得ることができる。
【００４０】
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、透水層161が地下水位Ｈより下方のピート層又は砂層であるから、粘土層等に比べて、圧縮空気Ａが掘削孔151周囲の土粒子間に入り込み易く、掘削孔151周囲における圧密効果が得られる。
【００４１】
また、ロッドたる二重管51の下端に設けられ圧縮水Ｗを下方に噴射する圧縮水用ノズル56と、二重管51の下端に設けられ圧縮空気Ａを下方に噴射する圧縮水用ノズル57と、二重管51の下端に設けられたスクリュー71と、二重管51に設けられ圧密用の圧縮空気Ａを噴射する圧密用圧縮空気噴射口72と、二重管51を正逆回転駆動する回転駆動手段24とを備えるから、下方に噴射した圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとにより、二重管51の下方の掘削孔151において、土粒子（土塊）の攪拌が行われ、土粒子を揺動して分解が行われ、これにより分解した微細粒子たる水溶性微細粒子が上昇水流に伴うリフトアップ効果によりに地表に効率よく排土される。また、圧縮空気Ａの噴射とスクリュー71の回転とを併用することにより、圧縮空気Ａの泡とスクリュー71の回転とによる撹拌とによって、土粒子の分解が効果的に行われる。そして、水が浸透した透水層161において、圧密用圧縮空気噴射口72から高圧な圧縮空気Ａを噴射し、その圧縮空気Ａが掘削孔151内で爆発的に膨張し、掘削孔151周囲の土粒子間の間隙水（土粒子の間に含まれる水）を外側に押し退け、この後、間隙水が押し退けられた部分を、上方地盤加重により沈下圧密状態とすることができる。
【００４２】
また、圧密用圧縮水噴射口72から外周方向に向って高圧な圧縮空気Ａを噴射するから、
圧縮空気Ａが掘削孔151周囲に当たり、土粒子間の間隙水を外側に押し退けることができる。
【００４３】
また、このように本実施例では、請求項３に対応して、請求項１又は２記載の地盤改良工法に用いられ、二重管51の下端が略角錐状をなすから、その角錐形状の下端を砕石153に食い込ませて回転することにより、食い込んだ部分の砕石153を外側に押す力が発生し、これにより砕石153を効果的に締め固めることができる。また、下端に向って細くなる略角錐形状であるから、砕石153に圧入し易くなる。
【００４４】
また、実施例上の効果として、二重管51の下端に圧縮水Ｗを噴射する圧縮水用ノズル56と圧縮空気Ａを噴射する圧縮空気用ノズル57とを設け、それらノズル56，57から圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとを噴射して地中に所定深さまで打ち込んで、掘削孔151を形成し、圧縮水Ｗと圧縮空気Ａとの噴射により地中の微細粒子を二重管51に沿って上昇させると共に、地表面152に排出し、この微細粒子を排出した後、圧縮空気Ａの噴射を停止又は噴射圧を下げ、二重管51を引き抜くと共に、この引き抜き時に掘削孔151内に中詰め材たる砕石153を投入する地盤改良装置において、自走式車両１に、リーダ５と、このリーダ５に沿って昇降可能に設けられた杭挟持体22と、中詰め材たる砕石153を収納する収納部31と、この収納部31の砕石153を掘削孔151に投入する投入装置35とを設けたから、自走式車両１により施工位置まで移動し、二重管51を杭挟持体22により挟持し、該杭挟持体22をリーダ５に沿って下降して二重管51を圧入し、この圧入時に、下方に向かって噴射した圧縮空気Ａと圧縮水Ｗとにより、下方の掘削孔151において、土粒子（土塊）の攪拌が行われ、圧縮空気Ａが泡となって上昇する際に土粒子を揺動して分解が行われ、これにより分解した微細粒子たる水溶性微細粒子が上昇水流と泡の上昇に伴うリフトアップ効果によりに地表面152に効率よく排土される。そして、杭挟持体22をリーダ５に沿って上昇することにより、二重管51を引き抜き、この引き抜き時に、自走式車両１の収納部31に収納した砕石153を、
ベルトコンベア32より掘削孔151内に投入し、この掘削孔151内に投入した砕石153を圧縮水Ｗにより水締めして圧密柱を形成することができる。そして、砕石153を投入後は、砕石153が攪拌されない程度なら圧縮空気Ａの噴射を継続できるから、圧縮空気Ａの噴射圧を下げるようにしても同様に圧密柱を形成することができ、特に、掘削孔151の全てを砕石153による圧密石柱154にする場合に有効である。また、投入装置35は、投入口34側を低くして傾斜した投入路33と、この投入路33に中詰め材たる砕石153を送る送り装置たるベルトコンベア32とを備えるから、投入路33に砕石153を送ってやれば、傾斜した投入路33により、砕石153が投入口34から掘削孔151内に投入され、リーダ５が邪魔にならず直接掘削孔151に、車体２から砕石153を投入できる。また、リーダ５が起伏可能で且つ長さ方向に移動可能に自走式車両１に設けられているから、リーダ５を使用時には立て、収納時には倒すことにより、自走式車両１の移動が容易となる。また、リーダ５自体を長さ方向に移動することにより、二重管51を圧入・引き抜きできるから、その移動分だけリーダ５の長さを短くできる。
【００４５】
そして、自動式車両１は無限軌道３を備えるから、従来の固定式の装置に比べて、現場内を機械移動で自走でき、起動力を大幅にアップできる。また、自走式車両１は中詰め材を収納部31に搭載可能であるから、施工時にバックホーなどの投入装置を必要とせず、狭い場所でも効率よく、中詰め材を投入でき、且つ、リーダ５の下部まで伸びる投入路33により掘削孔151に確実に供給でき、中詰め材における材料の無駄もない。また、リーダ昇降手段たるスライドシリンダ15を備えるから、該スライドシリンダ15によりリーダ５を昇降することによっても杭を圧入・引き抜きできるから、その昇降分だけリーダ５の長さを短くでき、また、リーダ５の収納、すなわち図１の鎖線に示す位置では、スライドシリンダ15によりリーダ５を前後させることにより、収納状態のリーダ５を含めた車体２の長さを押えることができ、自走式車両１の移動が容易になる。
【００４６】
上記のことから以下のことが分かった。この工法では、薬品、固結材を使用せず、水と空気を利用するため、施工後、汚染やそれらの消費をすることなく、地盤改良を行うことができる。また、圧縮水供給装置たる高圧ポンプ61や圧縮空気供給装置たるエアーコンプレッサ64の能力や、これらによる圧力及び流量を調節することにより、掘削孔直径の選定と深さとを任意に設定し、地盤改良を行うことができ、一般に、圧縮空気Ａの圧力と流量を大きくすれば、掘削孔の直径を大きくすることができる。また、施工工程が単純であるから、施工スピードが速い。さらに、現状地層の締め固め土質として有効な土粒子を圧密して再利用するため、搬入土などの充填材料を節約できる。さらに、排土が少なく済む。
また、施工も全ての土質、土層の軟弱地盤に施工できる。さらに、充填材料は、砕石、砂利、砂のほかにも、コンクリートを砕いたコンクリート砕も使用でき、建築廃材の廃材利用が可能となり、材料費の安価となる。
【００４７】
図１８は本発明の第２実施例を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、二重管51には空気噴射口76を設けずに、
該二重管51の外面に空気噴出管171を一体に設け、この空気噴出管171は先端が閉塞し、この杭の一部を構成する空気噴出管171に、外側に空気を噴射する圧密用圧縮空気噴射口72Ａを設けている。そして、前記エアーコンプレッサ64と別個の圧縮空気供給手段によって地上より圧縮空気が送り込まれ、前記圧密用圧縮空気噴射口72Ａから圧密用の圧縮空気Ａが掘削孔151の内面に向って噴射され、このように圧縮空気用ノズル57から噴射する圧縮空気Ａと、圧密用圧縮空気噴射口72Ａから噴射する圧密用の圧縮空気Ａとを別々に制御することができる。
【００４８】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、実施例ではロッドの先端が略三角錐のものを示したが、略四角錐でも、それ以上の略角錐であってもよい。また、中詰め材は砕石に限らず、砂利や砂でも良く、要は加重支持材料であれば良い。また、実施例では、二重管を用いたが、圧縮水と圧縮空気とをそれぞれ別の管により供給するようにしてもよい。また、走行手段は無限軌道に限らず車輪などでもよい。また、昇降手段も杭挟持体をリーダに沿って移動するものであれば各種のものを用いることができる。さらに、送り手段は、ベルトコンベアに限らず、スクリューコンベヤやプッシャなどもよい。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１の地盤改良方法は、ロッドの下端に設けられ圧縮水を下方に噴射する圧縮水用ノズルと、前記ロッドの下端に設けられ圧縮空気を下方に噴射する圧縮空気用ノズルと、
前記ロッドの下端に設けられたスクリューと、前記ロッドに設けられ圧密用の圧縮空気を外周方向に噴射する圧密用圧縮空気噴射口と、前記ロッドを正逆回転駆動する回転駆動手段とを備えた地盤改良装置を用い、前記ロッドの下端から圧縮水と圧縮空気とを噴射して該ロッドを地中に所定深さまで押し込んで掘削孔を形成すると共に、前記噴射した圧縮水と圧縮空気とにより、前記掘削孔の水溶性微細粒子を地表面に排出し、前記ロッドを引き抜くと共に、この引き抜き時に前記掘削孔に中詰め材を充填する地盤改良工法であって、
前記スクリューの掘削方向回転と前記圧縮水の噴射と前記圧縮空気の下方及び外周方向への噴射を継続して前記ロッドを押し込み、水が浸透した透水層において前記ロッドの下端から高圧な前記圧密用の圧縮空気を噴射して該圧密用の圧縮空気を掘削孔周面の土粒子間に押し込み、該掘削孔周囲の土粒子間の間隙水を外側に押し退けて圧密し、前記ロッドの下端が計画深さに達する前に、加重支持土質に不向きな前記水溶性微細土粒子の排出が少なくなったら、前記圧縮水の噴射量を削減し、この後、前記スクリューを反掘削方向に回転しながら掘削孔の計画深さまで前記ロッドを押し込み、前記掘削孔の下方に圧密された部分を形成し、この掘削孔の圧密された部分の上に前記中詰め材を充填する方法であり、
加重支持土質に不向きな水溶性微細土粒子等を良好に排出することができ、充填した中詰め材により良好な支持力を得ることができる。
【００５０】
また、請求項２の地盤改良方法は、請求項１の発明において、前記透水層が地下水位より下方のピート層又は砂層である方法であり、加重支持土質に不向きな水溶性微細土粒子等を良好に排出することができ、充填した中詰め材により良好な支持力を得ることができる。
【００５１】
また、請求項３の地盤改良装置は、請求項１又は２記載の地盤改良工法に用いられ、前記ロッドの下端が略角錐状をなすものであり、加重支持土質に不向きな水溶性微細土粒子等を良好に排出することができ、充填した中詰め材により良好な支持力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す一部を切り欠いた装置の側面図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す装置の正面図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す装置の使用状態の断面図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す一部を切り欠いたロッドの下端の側面図である。
【図５】本発明の第１実施例を示す両ノズルの断面図である。
【図６】本発明の第１実施例を示すロッドの下端の斜視図である。
【図７】本発明の第１実施例を説明する水槽における実験例の断面図であり、二重管の挿入前の状態を示す。
【図８】本発明の第１実施例を説明する水槽における実験例の断面図であり、二重管の挿入後の状態を示す。
【図９】本発明の第１実施例を示す工程を説明する断面図であり、掘削開始時を示す。
【図１０】本発明の第１実施例を示す工程を説明する断面図であり、スクリューを掘削方向に回転してロッドを押し込む工程を示す。
【図１１】本発明の第１実施例を示す工程を説明する断面図であり、ロッドの下端が地下水位より下部の透水層に達した状態を示す。
【図１２】本発明の第１実施例を示す工程を説明する断面図であり、圧密用の圧縮空気により掘削孔の周囲に陥没部が形成された状態を示す。
【図１３】本発明の第１実施例を示す工程を説明する断面図であり、スクリューを反掘削方向に回転しながらロッドを押し込む状態を示す。
【図１４】本発明の第１実施例を示す工程を説明する断面図であり、ロッドの下端が設計深さに達した状態を示す。
【図１５】本発明の第１実施例を示すロッド引き上げ時の工程を説明する断面図であり、
スクリューを反掘削方向に回転しながら中詰め材を圧密する状態を示す。
【図１６】本発明の第１実施例を示すロッド引き上げ時の工程を説明する断面図であり、
スクリューを反掘削方向に回転しながら中詰め材の上面にロッドの下端を押し込んで中詰め材を圧密する状態を示す。
【図１７】本発明の第１実施例を示す圧密石柱の断面図である。
【図１８】本発明の第２実施例を示す一部を切り欠いたロッドの下端の側面図である。
【符号の説明】
24  回転駆動手段
51  二重管（ロッド）
56  圧縮水用ノズル
57  圧縮空気用ノズル
71  スクリュー
72，72Ａ  圧密用圧縮空気噴射口
82  角錐型外周面
151  掘削孔
151Ｎ  内壁部
152  地表面
153  砕石（中詰め材）
161  透水層
163  圧密された部分
Ｗ  圧縮水
Ａ  圧縮空気
【図１】
0003757415.tif 000002
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003757415.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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