JP2011157773A - 地盤締固め装置及び地盤締固め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 硬質な地盤や岩塊・粗粒材を含む地盤に対して締固め工法を適用することができるとともに、施工費用の低減、工期の短縮、施工品質の向上を図ることが可能な地盤締固め装置及び地盤締固め方法を提供する。
【解決手段】 地中に貫入して締固めを行う貫入ロッドの先端部に取り付けた先端開閉パネル３０の回動位置よりも下方側に、貫入補助装置１０を取り付ける。貫入補助装置１０は、長さ方向の中間に位置する最大径部Ｄから先端側及び基端側へ向かって縮径するテーパー形状を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤中に貫入ロッドを貫入させて地盤を締固めるための装置及び方法に関するものである。

地盤の締固め工法とは、円筒形のケーシングパイプを用いて地中に砂杭を造成したり、振動ロッド（例えば、Ｈ型ロッド）を振動させながら地中に貫入して地盤の密度を増大させたりする地盤改良工法である。前者は、地中に密な砂杭を造成して、地盤全体の密度を増大させる方法である。また、後者は、振動ロッドを上下振動させながら地中に貫入して地盤を直接的に締固めて密度を増大させる方法である。

地盤の密度を高めることは、地盤の支持力やせん断強度を上げ、地震時に発生する液状化現象を防止する効果をもたらすため、数多くの地盤改良工法の中でも、締固め工法が豊富な施工実績を有している。

例えば、液状化対策工法として従来から行われている振動棒締固め工法（ロッドコンパクション）に吸水機構を付加した工法が開示されている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載された振動棒締固め工法は、振動ロッドを起振機によって地中で振動させると同時に、その周辺に設置した吸水管によって過剰間隙水圧を除去しながら締固めを行う液状化対策工法において、起振機の起振力を地盤の深度方向に多段的に変化させることにより、各深度における最適締固めを実現するようにしたものである。この振動締固め工法では、吸水を行うことでロッド加振時に発生する過剰間隙水圧の消散を図り、ロッドの振動エネルギーを確実に地盤に伝達させることができるため、締固め改良効果を向上させることができる。

特許第２９９７１３０号公報

ところで、上述したような地盤締固め工法の普及に伴って、貫入ロッドの形状にも様々な工夫や改良が加えられ、現在の汎用形状に至っているが、昨今の震災被害等の甚大化に伴い、地盤改良に対する高度化や適用範囲の拡大化のニーズが高まっており、従来の汎用ロッドでは適用できない工事対象が出現している。

すなわち、従来、地盤改良が必要とされてきた地盤は、経年的強度付与がなされていない若齢の人工埋め立て地盤であったり、軟弱で低強度な地盤が対象であったりしたため、ロッドの貫入に苦慮するケースは少なかった。

しかし、耐震設計指針の見直し等により、地盤改良の高度化や対象地盤の拡大に伴い、従来よりも硬質な地盤や粗粒材を多く含む地盤に対して、締固め工法を適用する事例が増加している。このような地盤に対して、従来の汎用型ケーシングパイプや振動ロッドを貫入しようとした場合、地盤の貫入抵抗が相対的に大きくなり、貫入速度の低下やロッドの高止まり現象を引き起こしてしまう。

貫入速度の低下は、施工効率の低下を招き、施工費用が嵩むばかりでなく工期が長期化してしまう。また、ロッドが所定の改良深度まで貫入できない高止まり現象が頻発した場合には、改良工事自体の目標を達成できない事態を招くおそれがある。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、硬質な地盤や岩塊・粗粒材を含む地盤に対して締固め工法を適用することができるとともに、施工費用の低減、工期の短縮、施工品質の向上を図ることが可能な地盤締固め装置及び地盤締固め方法を提供することを目的とする。

本発明の地盤締固め装置及び地盤締固め方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を備えている。すなわち、本発明の地盤締固め装置は、地中に貫入ロッドを貫入して地盤を締固めるための装置において、貫入ロッドの先端部に取り付けた先端開閉パネルの回動位置よりも下方側に、貫入補助装置を取り付けることを特徴としている。この貫入補助装置は、長さ方向の中間に位置する最大径部から先端側及び基端側へ向かって縮径するテーパー形状を有している。また、この貫入補助装置は、中心軸から外方へ向かって突出して設けた複数の板状部材から構成することが可能である。

ここで、貫入ロッドとは、例えば、地中に砂杭を造成するためのケーシングパイプや、吸水型振動棒締固め工法で使用する振動ロッドのことをいう。貫入補助装置は、先端開閉パネル（フレスパネル）の開閉を阻害しない位置に取り付けられる。また、貫入補助装置は、貫入抵抗となり得る岩塊や粗粒材等の貫入阻害材を貫入位置の側方へ除去したり、破砕・小割りしたり、硬質層を打ち抜いたりするために、先端が先細り状（矢尻状）となっている。さらに、貫入補助装置は、貫入ロッドを地中から引き抜く際に、引抜き抵抗が低減するように、基端部へ向かって縮径するテーパー処理が施されている。

貫入補助装置の具体的な形状としては、例えば、貫入方向の中心軸から放射状に板状部材を設けることにより、矢尻状の貫入補助装置を形成する。

また、本発明の地盤締固め方法は、上述した構成からなる貫入補助装置を用いて地盤を締固めることを特徴とするものである。この地盤締固め方法では、貫入補助装置により、貫入抵抗となる岩塊や粗粒材等の貫入阻害材を除去・破砕しながら、貫入ロッドを地中に貫入させて締固めを行う。

本発明の地盤締固め装置及び地盤締固め方法では、地盤締固めを行うための汎用型ケーシングパイプや、吸水型振動棒締固め工法で使用する振動ロッド等の貫入ロッドの先端部に、長さ方向の中間に位置する最大径部から先端側及び基端側へ向かって縮径するテーパー形状を有した貫入補助装置を取り付けることにより、貫入抵抗の低減を図っている。

すなわち、貫入補助装置は、先端が先細り状（矢尻状）となっているため、貫入抵抗となり得る岩塊や粗粒材を貫入位置の側方へ除去したり、破砕・小割りしたり、硬質層を打ち抜いたりすることができる。また、貫入補助装置は、基端部へ向かって縮径しているため、貫入ロッドを地中から引き抜く際に生じる引抜き抵抗を低減することができる。

また、貫入方向の中心軸から放射状に板状部材を設けることにより、矢尻状の貫入補助装置を形成した場合には、簡単な構成でありながら、効率的に貫入抵抗の低減を図ることが可能となる。さらに、鋼材等の板状部材を組み合わせて貫入補助装置を形成することができるので、製造費用を低減することが可能となる。

このように、本発明の地盤締固め装置及び地盤締固め方法は、硬質な地盤や岩塊・粗粒材を含む地盤に対して締固め工法を適用することができるとともに、施工費用の低減、工期の短縮、施工品質の向上を図ることが可能となる。

第１の実施形態に係る地盤締固め装置の正面図。 第１の実施形態に係る地盤締固め装置の側面図。 第１の実施形態に係る地盤締固め装置の横断面図。 第２の実施形態に係る地盤締固め装置の正面図。 第２の実施形態に係る地盤締固め装置の側面図。 第２の実施形態に係る地盤締固め装置の横断面図。 吸水型振動棒締固め装置の概略説明図。

以下、図面を参照して、本発明の地盤締固め装置及び地盤締固め方法の実施形態を説明する。本発明の実施形態に係る地盤締固め装置及び地盤締固め方法は、例えば、地中に砂杭を造成するための汎用型ケーシングパイプや、吸水型振動棒締固め工法で使用する振動ロッドの先端に貫入補助装置を取り付けて地盤を締固める装置及び方法である。

＜貫入補助装置／第１の実施形態＞
第１の実施形態は、貫入補助装置を汎用型ケーシングパイプに適用したものである。図１〜図３は、貫入補助装置を汎用型ケーシングパイプに適用した地盤締固め装置を示すもので、図１は正面図、図２は側面図、図３は横断面図である。

汎用型ケーシングパイプは、例えば、サンドコンパクションパイル工法で使用する貫入ロッドである。サンドコンパクションパイル工法は、直径４００〜５００ｍｍ程度のケーシングパイプ（鋼管）をクローラクレーン等で吊り下げ、バイブロハンマーの打撃により地中に貫入させ、ケーシングパイプの先端部が所定の深さに達した後に、ケーシングパイプ内に砂を補給しながら、引き上げ及び貫入を繰り返して実施することにより締固められた砂杭を形成して、周辺地盤を締固める工法である。

第１の実施形態のケーシングパイプ２０は、図１〜図３に示すように、円筒形となっており、下端部（先端部）に、一対の開閉パネル（アリゲータパネル）３０が取り付けられている。各開閉パネル３０は、ケーシングパイプ２０の直径方向に設けた回動軸３１に対して回動可能に取り付けられており、常時は自重により開状態となり、ケーシングパイプ２０を地中に貫入させる際には、外部からの土砂の流入を防止するために閉状態となる。

第１の実施形態では、開閉パネル３０の回動範囲を外れるようにして、開閉パネル３０の下方側に貫入補助装置１０が取り付けられている。本実施形態では、貫入方向の中心軸から４方向へ突出して設けた鋼板等からなる板状部材により、貫入補助装置１０を形成している。すなわち、本実施形態の貫入補助装置１０は、開閉パネル３０の回動軸３１の下方に取り付ける第１の板状部材１１と、この第１の板状部材１１の両側面からそれぞれ突出して設けた第２の板状部材１２とからなる。各板状部材１１、１２を下方から見ると、図３に示すように、十字状となっている。

第１の板状部材１１は、図１及び図２に示すように、開閉パネル３０の回動軸３１の下方に取り付けられているため、この回動軸３１を回動中心として回動する開閉パネル３０の開閉を阻害することはない。一方、第２の板状部材１２は、開閉パネル３０の自由端の回動位置よりも下側に位置するように、第１の板状部材１１の両側面からそれぞれ突出している。したがって、第２の板状部材１２も、開閉パネル３０の開閉を阻害することはない。

第１の板状部材１１は、図２に示すように、長さ方向の中間に位置する最大径部Ｄから先端側及び基端側へ向かって縮径するテーパー形状を有している。同様に、第２の板状部材１２は、図１に示すように、長さ方向の中間に位置する最大径部Ｄから先端側及び基端側へ向かって縮径するテーパー形状を有している。

第１の板状部材１１の最大直径及び第２の板状部材１２の最大直径は、ケーシングパイプ２０の最大直径よりも若干大きくなるように設定されている。具体的な形状の例としては、ケーシングパイプ２０の直径が４００ｍｍ程度である場合に、第１の板状部材１１の最大直径及び第２の板状部材１２の最大直径は４５０ｍｍ程度に設定されている。また、第１の板状部材１１の長さは７８０ｍｍ程度、第２の板状部材１２の長さは５５０ｍｍ程度で、各板状部材の最大径部Ｄは、下端から３００ｍｍ程度の部分に形成されている。

＜貫入補助装置／第２の実施形態＞
第２の実施形態は、貫入補助装置を吸水型振動棒締固め工法で使用する振動ロッドに適用したものである。図４〜図６は、貫入補助装置を吸水型振動棒締固め工法で使用する振動ロッドに適用した地盤締固め装置を示すもので、図４は正面図、図５は側面図、図６は横断面図である。また、図７は、吸水型振動棒締固め装置の概略説明図である。

吸水型振動棒締固め工法は、振動ロッドを地盤中で振動させるとともに、振動ロッド（例えばＨ型ロッドからなる貫入ロッド）の周囲に配置した吸水管により過剰間隙水圧を除去しながら締固めを行う工法である。この吸水型振動棒締固め工法で使用する締固め装置は、図７に示すように、ベース車両となるクローラ式杭打ち機６０と、クローラ式杭打ち機６０のクレーンワイヤー６１に吊り下げられた振動ロッド４０と、振動ロッド４０に振動を付与するバイブロハンマー６２と、振動ロッド４０の長手方向に沿って配設された吸水管４１と、吸水管４１の先端部（下端部）に設けた吸水部（開口部）４２と、高圧の循環ジェット水を発生させる噴流ポンプ（図示せず）等から構成されている。

具体的には、図４及び図５に示すように、振動ロッド４０の側面に、吸水管４１が一体的に取り付けてあり、高圧ジェット水の循環経路の途中に設けた吸水部の直前で、ジェットノズルにより水流の流速を増大させ、ベルヌーイの原理により負圧を発生させて過剰間隙水圧を除去するようになっている。

吸水型振動棒締固め工法では、まず、振動ロッド４０を改良層下端まで初期貫入する。この際、貫入抵抗を減ずるために振動ロッド４０の先端から高圧ジェット水を噴出させる。次に、振動ロッド４０の引抜きと貫入とを繰返しながら徐々に振動ロッド４０を引き上げる。締固めは、バイブロ荷重が地盤に伝達される貫入(突固め)工程で行われる。

第２の実施形態の貫入ロッドはＨ型となっており、図４〜図６に示すように、下端部（先端部）に、一対の開閉パネル（フレスパネル）５０が取り付けられている。各開閉パネル５０は、振動ロッド４０の直径方向に設けた回動軸５１に対して回動可能に取り付けられている。この開閉パネル５０は、振動ロッド４０の貫入及び引抜きを容易にするための部材で、貫入時には、外方へ向かって回動することにより貫入抵抗を減少させ、引抜き時には、内側に向かって閉じ、さらに突き固め時には周辺の土の流入に従って内側に閉じることで、締固め時の先端面積を確保している。

第２の実施形態では、開閉パネル５０の回動範囲を外れるようにして、開閉パネル５０の下方側に貫入補助装置１１０が取り付けられている。本実施形態では、貫入方向の中心軸から４方向へ突出して設けた鋼板等からなる板状部材により、貫入補助装置１１０を形成している。すなわち、本実施形態の貫入補助装置１１０は、振動ロッド４０の下端部であって、一対の開閉パネル５０の中間位置に取り付ける第１の板状部材１１１と、この第１の板状部材１１１の両側面からそれぞれ突出して設けられた第２の板状部材１１２とからなる。各板状部材１１１、１１２を下方から見ると、図６に示すように、十字状となっている。

第１の板状部材１１１は、図３及び図４に示すように、振動ロッド４０の下端部であって、一対の開閉パネル５０の中間位置に取り付けられているため、回動軸５１を回動中心として回動する開閉パネル５０の開閉を阻害することはない。一方、第２の板状部材１１２は、開閉パネル５０の自由端の回動位置よりも下側に位置するように、第１の板状部材１１１の両側面からそれぞれ突出している。したがって、第２の板状部材１１２も、開閉パネル５０の開閉を阻害することはない。

第１の板状部材１１１は、図５に示すように、長さ方向の中間に位置する最大径部Ｄから先端側及び基端側へ向かって縮径するテーパー形状を有している。同様に、第２の板状部材１１２は、図５に示すように、長さ方向の中間に位置する最大径部Ｄから先端側及び基端側へ向かって縮径するテーパー形状を有している。

第１の板状部材１１１の最大直径及び第２の板状部材１１２の最大直径は、振動ロッド４０の最大直径よりも若干大きくなるように設定されている。具体的な形状の例としては、振動ロッド４０の直径が４００ｍｍ程度である場合に、第１の板状部材１１１の最大直径及び第２の板状部材１１２の最大直径は、５００ｍｍ程度に設定されている。また、第１の板状部材１１１の長さは６００ｍｍ程度、第２の板状部材１１２の長さは４７０ｍｍ程度で、各板状部材の最大径部Ｄは、下端から３００ｍｍ程度の部分に形成されている。

＜締固め方法＞
上述したように、第１の実施形態のサンドコンパクションパイル工法では、円筒形のケーシングパイプ２０をクローラクレーン等で吊り下げ、バイブロハンマーの打撃により地中に貫入させ、ケーシングパイプ２０の先端部が所定の深さに達した後に、ケーシングパイプ２０内に砂を補給しながら、引き上げ及び貫入を繰り返して実施することにより締固められた砂杭を形成して、周辺地盤を締固める。

また、第２の実施形態の吸水型振動棒締固め工法では、振動ロッド４０を地盤中で振動させるとともに、振動ロッド４０の周囲に配置した吸水管４１により過剰間隙水圧を除去しながら締固めを行う。

そして、円筒形のケーシングパイプ２０又は振動ロッド４０を地中に貫入させる際に、貫入補助装置１０、１１０により、貫入抵抗となる岩塊や粗粒材等の貫入阻害材を除去・破砕する。このように、本発明の貫入補助装置１０、１１０は、先端が先細り状となっているため、岩塊や粗粒材等の貫入阻害材７０を貫入位置の側方へ除去したり、破砕・小割りしたり、硬質層を打ち抜いたりすることにより、貫入抵抗を低減させることができる。また、貫入補助装置１０、１１０は、最大径部Ｄから基端部へ向かって縮径したテーパー形状を有しているため、円筒形のケーシングパイプ２０又は振動ロッド４０を地中から引き抜く際に生じる引抜き抵抗を低減することができる。

さらに、円筒形のロッド２０又は振動ロッド４０の先端に取り付けた貫入補助装置１０、１１０は、これらのロッド２０、４０の貫入及び引抜き時において、貫入補助装置１０、１１０の横振れ動作に伴い発生する振動波の影響による振動締固め衝撃圧により、地盤の締固めにも寄与することができる。

１０、１１０ 貫入補助装置
１１、１１１ 第１の板状部材
１２、１１２ 第２の板状部材
２０ ケーシングパイプ
３０ 開閉パネル
３１ 回動軸
４０ 振動ロッド
４１ 吸水管
４２ 吸水部
５０ 開閉パネル
５１ 回動軸
６０ クローラ式杭打ち機
６１ クレーンワイヤー
６２ バイブロハンマー
７０ 貫入阻害材
Ｄ 最大径部

Claims (3)

1. 地中に貫入ロッドを貫入して地盤を締固めるための装置において、
   前記貫入ロッドの先端部に取り付けた先端開閉パネルの回動位置よりも下方側に、貫入補助装置を取り付け、
   前記貫入補助装置は、長さ方向の中間に位置する最大径部から先端側及び基端側へ向かって縮径するテーパー形状を有していることを特徴とする地盤締固め装置。
2. 前記貫入補助装置は、中心軸から外方へ向かって突出して設けた複数の板状部材からなることを特徴とする請求項１に記載の地盤締固め装置。
3. 貫入ロッドを地中に貫入して地盤を締固めるための方法において、
   前記貫入ロッドの先端部に取り付けた先端開閉パネルの回動位置よりも下方側に、長さ方向の中間に位置する最大径部から先端側及び基端側へ向かって縮径するテーパー形状を有する貫入補助装置を取り付け、
   前記貫入ロッドを地中に貫入させる際に、前記貫入補助装置により、貫入抵抗となる岩塊や粗粒材等の貫入阻害材を除去・破砕することを特徴とする地盤締固め方法。

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