特開 2023-105455 締固め地盤改良方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023105455

(43)【公開日】2023-07-31

(54)【発明の名称】締固め地盤改良方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/10 20060101AFI20230724BHJP

【ＦＩ】

E02D3/10 104

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022006289

(22)【出願日】2022-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】000236610

【氏名又は名称】株式会社不動テトラ

(74)【代理人】

【識別番号】100110319

【弁理士】

【氏名又は名称】根本 恵司

(74)【代理人】

【識別番号】100150773

【弁理士】

【氏名又は名称】加治 信貴

(72)【発明者】

【氏名】矢部 浩史

(72)【発明者】

【氏名】永石 雅大

【テーマコード（参考）】

2D043

【Ｆターム（参考）】

2D043CA02

2D043CA06

2D043DB02

2D043DB13

2D043EA01

(57)【要約】

【課題】地盤改良において締固め砂杭を造成するときに地盤中に発生する側方変位を小さくしつつ、この地盤改良の作業効率の向上をはかるとともに、地盤改良の工費を安価にする。
【解決手段】ケーシングパイプ３を地盤中の所定深度まで貫入する貫入工程と、貫入したケーシングパイプ３を所定の長さ引抜くとともに砂材料Ｓを排出する排出工程と、ケーシングパイプ３を所定の長さ貫入して排出した砂材料Ｓを打ち戻す打ち戻し工程を有し、排出工程と打ち戻し工程を上方に向かって順次繰り返して、地盤中に締固め砂杭Ｔを造成する締固め地盤改良方法であって、打ち戻し工程では、ケーシングパイプ３を１０ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲の回転速度Ｒで回転するとともに、ケーシングパイプ３を０．５ｍ／ｍｉｎから３．０ｍ／ｍｉｎの範囲の貫入速度Ｐで貫入する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングパイプを地盤中の所定深度まで貫入する貫入工程と、貫入したケーシングパイプを所定の長さ引抜くとともに砂材料を排出する排出工程と、ケーシングパイプを所定の長さ貫入して排出した砂材料を打ち戻す打ち戻し工程を有し、排出工程と打ち戻し工程を上方に向かって順次繰り返して、地盤中に締固め砂杭を造成する締固め地盤改良方法であって、
打ち戻し工程では、ケーシングパイプを１０ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲の回転速度で回転するとともに、ケーシングパイプを０．５ｍ／ｍｉｎから３．０ｍ／ｍｉｎの範囲の貫入速度で貫入することを特徴とする締固め地盤改良方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤改良において締固め砂杭を造成するときに地盤中に発生する側方変位を小さくする締固め地盤改良方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地盤改良を行う締固め地盤改良方法は、地盤中に砂材料を排出し、排出した砂材料を圧縮することで、地盤中に拡径した締固め砂杭を造成し、地盤を強固なものに改良するサンドコンパクションパイル工法などが知られている（特許文献１参照）。

【0003】

締固め地盤改良方法に用いる地盤改良装置は、前部にマストを立設した施工機を備えるとともに、立設したマストに沿って上下に向かう地盤中に貫入可能なケーシングパイプを備える。施工機は、ケーシングパイプの地盤中への貫入又は地盤中からの引抜きを行う。ケーシングパイプは、円筒形の管で、その内部を砂材料の通る供給路にし、その下部に排出口を設けて、排出口から砂材料を地盤中に排出する。

【0004】

締固め地盤改良方法は、ケーシングパイプを地盤中の所定深度まで貫入する貫入工程と、貫入したケーシングパイプを所定の長さ引抜くとともに砂材料を排出する排出工程と、ケーシングパイプを所定の長さ貫入して排出した砂材料を打ち戻す打ち戻し工程を有し、排出工程と打ち戻し工程を上方に向かって順次繰り返す。これにより、地盤中に拡径した締固め砂杭を造成することができ、地盤を強固なものに改良できる。

【0005】

ところが、締固め地盤改良方法では、ケーシングパイプより砂材料を排出する排出工程と、排出した砂材料を打ち戻す打ち戻し工程を繰り返して、地盤中に拡径した締固め砂杭を造成するため、地盤中において水平方向に変位する側方変位が発生する。これにより、作業現場の近傍に、家屋やビルなどの既設構造物があると、地盤中に発生する側方変位によって既設構造物に損傷などの悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、家屋やビルなどの既設構造物が近傍にある作業現場では、この締固め地盤改良方法を用いて地盤改良を行うことができないという問題がある。

【0006】

そこで、この問題に対し、従来、ケーシングパイプを地盤中の所定深度まで貫入する貫入工程で、ジェット水を地盤中のケーシングパイプの周りに噴射してケーシングパイプの周りの領域を緩み状態又は泥状化状態にし、それから排出工程と打ち戻し工程を繰り返して地盤中に拡径した締固め砂杭を造成する。これにより、ケーシングパイプの周りの緩み状態又は泥状化状態の領域により、締固め砂杭を造成するときに地盤中に発生する側方変位を小さくすることができ、家屋やビルなどの既設構造物が近傍にある作業現場でも地盤改良を行うことのできる締固め地盤改良方法が知られている（特許文献２参照）。

【0007】

しかしながら、従来の締固め地盤改良方法では、ケーシングパイプを地盤中に貫入する貫入工程で、ケーシングパイプの周りにジェット水を噴射し、地盤中のケーシングパイプの周りの領域を緩み状態又は泥状化状態にする必要があり、その作業に時間がかかり、作業効率が悪い。
また、ケーシングパイプにジェット水を噴射するための噴射装置や水供給管などの専用機器を設けるとともに、水を供給するための周辺装置に備えなくてはならず、そのため、地盤改良装置が高価なものになり、地盤改良の工費が高くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平８－２８４１４６号公報

【特許文献2】特開２０１８－５９２８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、地盤改良において締固め砂杭を造成するときに地盤中に発生する側方変位を小さくしつつ、この地盤改良の作業効率の向上をはかるとともに、地盤改良の工費を安価にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者らは、地盤改良において地盤中に発生する側方変位を小さくするために、ケーシングパイプを所定の長さ貫入して排出した砂材料を打ち戻す打ち戻し工程でのケーシングパイプの回転速度とケーシングパイプの貫入速度に着目した。このケーシングパイプの回転速度と貫入速度を所定の速度に、つまりケーシングパイプの単位貫入速度当たりの回転速度を従来のものと比べて上げることで、側方変位を小さくできることを突き止め、本発明の締固め地盤改良方法を完成するに至った。

【0011】

即ち、本発明は、ケーシングパイプを地盤中の所定深度まで貫入する貫入工程と、貫入したケーシングパイプを所定の長さ引抜くとともに砂材料を排出する排出工程と、ケーシングパイプを所定の長さ貫入して排出した砂材料を打ち戻す打ち戻し工程を有し、排出工程と打ち戻し工程を上方に向かって順次繰り返して、地盤中に締固め砂杭を造成する締固め地盤改良方法であって、打ち戻し工程では、ケーシングパイプを１０ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲の回転速度で回転するとともに、ケーシングパイプを０．５ｍ／ｍｉｎから３．０ｍ／ｍｉｎの範囲の貫入速度で貫入する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、地盤改良において地盤中に発生する側方変位を小さくすることができ、これとともに、作業を簡単にして作業効率の向上をはかることができ、かつ地盤改良装置が高価なものになるのをなくして、地盤改良の工費を安価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】地盤改良装置を示す側面図である。

【図2】図２Ａは、貫入工程でのケーシングパイプの貫入を開始するときの図、図２Ｂは、貫入工程でのケーシングパイプの貫入が完了したときの図である。

【図3】図３Ａは、排出工程での砂材料を排出しているときの図、図３Ｂは、打ち戻し工程での砂材料を打ち戻しているときの図である。

【図4】図４Ａは、排出工程での砂材料を排出しているときの図、図４Ｂは、打ち戻し工程での砂材料を打ち戻しているときの図である。

【図5】地盤中に拡径した締固め砂杭を造成したときの図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の締固め地盤改良方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る締固め地盤改良方法（以下、単に本締固め地盤改良方法という）は、地盤改良において締固め砂杭を造成するときに地盤中に発生する側方変位を小さくすることで、既設構造物が近傍にある作業現場でも地盤改良を行えるようにするものである。ここでの既設構造物とは、家屋、ビル、倉庫などの建築物、あるいは道路、鉄道、橋などの構築物である。ただし、これらに限らない。

【0015】

図１は、地盤改良装置を示す側面図である。
本締固め地盤改良方法に用いる地盤改良装置は、図示のように、前部にマスト２を立設した自走可能な施工機１を備えるとともに、立設したマスト２に沿って上下に向かう地盤中に貫入可能なケーシングパイプ３を備える。施工機１には、ケーシングパイプ３を回転するための回転装置４と、ケーシングパイプ３を昇降するための昇降装置５を備え、この施工機１において、ケーシングパイプ３の地盤中への貫入又は地盤中からの引抜きを行う。また、ケーシングパイプ３は、円筒形の管で、その内部を砂材料の通る供給路にする。ケーシングパイプ３の下部には、排出口６を設け、排出口６から砂材料を地盤中に排出する。また、ケーシングパイプ３の上部には、砂材料をケーシングパイプ３の内部に投入する投入口７を備えている。

【0016】

次に、本締固め地盤改良方法について説明する。
図２Ａは、貫入工程でのケーシングパイプ３の貫入を開始するときの図、図２Ｂは、貫入工程でのケーシングパイプ３の貫入が完了したときの図である。図３Ａは、排出工程での砂材料Ｓを排出しているときの図、図３Ｂは、打ち戻し工程での砂材料Ｓを打ち戻しているときの図である。図４Ａは、排出工程での砂材料Ｓを排出しているときの図、図４Ｂは、打ち戻し工程での砂材料Ｓを打ち戻しているときの図である。図５は、地盤中に拡径した締固め砂杭Ｔを造成したときの図である。

【0017】

本締固め地盤改良方法は、ケーシングパイプ３を貫入する貫入工程と、ケーシングパイプ３を引抜くとともに砂材料Ｓを排出する排出工程と、ケーシングパイプ３を貫入して砂材料Ｓを打ち戻す打ち戻し工程を有する。

【0018】

貫入工程は、図２Ａ、図２Ｂに示すように、ケーシングパイプ３を地盤中の所定深度まで貫入する工程である。このケーシングパイプ３の貫入では、施工機１に備える回転装置４及び昇降装置５によりケーシングパイプ３を回転させながら所定深度まで貫入する。ここでの所定深度は、例えば６ｍから１０ｍである。ただし、これに限らない。

【0019】

排出工程は、図３Ａに示すように、貫入工程で貫入したケーシングパイプ３を所定の長さ引抜くとともに砂材料Ｓを排出する工程である。この砂材料Ｓの排出は、ケーシングパイプ３の下部に設ける排出口６から砂材料Ｓを地盤中に排出する。また、ケーシングパイプ３を引抜くときの所定の長さは、例えば２０ｃｍから５０ｃｍである。ただし、これに限らない。この所定の長さは、作業現場の地盤の種類（土質）などによって異なる。

【0020】

打ち戻し工程は、図３Ｂに示すように、ケーシングパイプ３を所定の長さ貫入して排出工程で排出した砂材料Ｓを打ち戻す工程である。このケーシングパイプ３の貫入では、施工機１に備える回転装置４及び昇降装置５によりケーシングパイプ３を回転させながら所定の長さ貫入する。このケーシングパイプ３を貫入することで、地盤中に排出した砂材料Ｓを拡径しながら締め固める。

【0021】

続いて、図４Ａ、図４Ｂに示すように、排出工程と打ち戻し工程を上方に向かって順次繰り返し行う。このように、砂材料Ｓの排出（排出工程）と砂材料Ｓの締め固め（打ち戻し工程）を繰り返し行うことで、図５に示すように、地盤中に拡径した締固め砂杭Ｔを造成する。

【0022】

すなわち、本締固め地盤改良方法は、ケーシングパイプ３を地盤中の所定深度まで貫入する貫入工程と、貫入工程で貫入したケーシングパイプ３を所定の長さ引抜くとともに砂材料Ｓを排出する排出工程と、ケーシングパイプ３を所定の長さ貫入して排出工程で排出した砂材料Ｓを打ち戻す打ち戻し工程を有し、排出工程と打ち戻し工程を上方に向かって順次繰り返して、地盤中に締固め砂杭Ｔを造成する。これにより、地盤中に造成した拡径した締固め砂杭Ｔにより、締固め砂杭Ｔの周囲の地盤も締め固められ、締固め砂杭Ｔとともにその周囲の地盤も強固なものに改良することができる。

【0023】

次に、本締固め地盤改良方法での地盤中に発生する側方変位を小さくする方法について説明する。
砂材料Ｓを排出する排出工程と砂材料Ｓを打ち戻す打ち戻し工程を上方に向かって順次繰り返して、地盤中に締固め砂杭Ｔを造成するが、拡径する締固め砂杭Ｔにより、その周囲の地盤に水平方向に押し出す力が加わり、これにより、地盤中において水平方向に変位する側方変位が発生する。

【0024】

そこで、本締固め地盤改良方法では、地盤中に発生する側方変位を小さくするため、図３Ｂ、図４Ｂに示すように、ケーシングパイプ３を回転させながら所定の長さ貫入して砂材料Ｓを打ち戻す打ち戻し工程で、ケーシングパイプ３を貫入するときのケーシングパイプ３の回転速度Ｒとケーシングパイプ３の貫入速度Ｐを以下の所定の速度にする。この所定の速度については、ケーシングパイプ３の単位貫入速度当たりのケーシングパイプ３の回転速度を従来のものと比べて上げたものである。

【0025】

打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の回転速度Ｒを、１０ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲にする。この１０ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲の回転速度Ｒは、従来のケーシングパイプの回転速度が無回転あるいは５ｒｐｍ程度であるので、従来の回転速度の倍以上の速い速度である。これとともに、打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の貫入速度Ｐを、０．５ｍ／ｍｉｎから３．０ｍ／ｍｉｎの範囲にする。この０．５ｍ／ｍｉｎから３．０ｍ／ｍｉｎの範囲の貫入速度Ｐは、従来のケーシングパイプの貫入速度が５．０～１０．０ｍ／ｍｉｎであるので、従来の貫入速度の半分近くかそれ以下の遅い速度である。

【0026】

打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の回転速度Ｒを、１０ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲にすると、従来の無回転あるいは５ｒｐｍ程度の回転速度のときと比べて、砂材料Ｓを締め固めて拡径するときの拡径する力が強くなる。これとともに、ケーシングパイプ３の貫入速度Ｐを、０．５ｍ／ｍｉｎから３．０ｍ／ｍｉｎの範囲にすることで、従来の５．０～１０．０ｍ／ｍｉｎの貫入速度のときと比べて、砂材料Ｓを締め固めて拡径するときの拡径する速度が遅くなり、拡径する力が周囲の地盤に一気に作用することがなく、徐々に作用する。

【0027】

すなわち、ケーシングパイプ３の回転速度Ｒを、１０ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲にして、砂材料Ｓを締め固めて拡径するときの拡径する力が強くなっても、ケーシングパイプ３の貫入速度Ｐを、０．５ｍ／ｍｉｎから３．０ｍ／ｍｉｎの範囲にして、砂材料Ｓを締め固めて拡径するときの拡径する速度を遅くすることで、拡径する力が周囲の地盤に徐々に作用するようになり、これにより、地盤中に発生する側方変位を小さくすることができる。

【0028】

また、打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の回転速度Ｒについては、１０ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲にしているが、この回転速度Ｒを１０ｒｐｍよりも遅くすると、砂材料Ｓを締め固めて拡径するときの拡径する力が弱くなり、地盤中に造成する締固め砂杭Ｔを所定の大きさまで拡径することができなくなる。また、ケーシングパイプ３の回転速度Ｒを２０ｒｐｍよりも速くするには、ケーシングパイプ３を回転する施工機１の回転装置４を通常よりも大型のものにしなければならない。そのため、大型の回転装置を取り付けるには、施工機１全体を大型化する必要があり、現実的に難しい。

【0029】

また、打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の貫入速度Ｐについては、０．５ｍ／ｍｉｎから３．０ｍ／ｍｉｎの範囲にしているが、この貫入速度Ｐを３．０ｍ／ｍｉｎよりも速くすると、砂材料Ｓを締め固めて拡径するときの拡径する速度が速くなり、拡径する力が周囲の地盤に一気に作用することで、地盤中に発生する側方変位が大きくなる。また、ケーシングパイプ３の貫入速度Ｐを０．５ｍ／ｍｉｎよりも遅くすると、締固め砂杭Ｔを１本造成するのに時間がかかる。地盤改良では、締固め砂杭Ｔを数十本から数百本造成するため、１本の締固め砂杭Ｔの造成に時間がかかると、工期が大幅に延びるという問題が起こる。

【0030】

以上説明したように、打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の回転速度Ｒとケーシングパイプ３の貫入速度Ｐを所定の速度（回転速度Ｒは１０ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲の速度、貫入速度Ｐは０．５ｍ／ｍｉｎから３．０ｍ／ｍｉｎの範囲の速度）にすることで、地盤改良において地盤中に発生する側方変位を小さくすることができる。これにより、家屋やビルなどの既設構造物が近傍にある作業現場でも、既設構造物に側方変位による悪影響を及ぼすことなく、地盤改良を行うことができる。

【0031】

また、打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の回転速度Ｒとケーシングパイプ３の貫入速度Ｐを所定の速度にするだけであるから、従来のケーシングパイプの周りにジェット水を噴射してケーシングパイプの周りの領域を緩み状態又は泥状化状態にする作業などが不要になり、作業を簡単にして作業効率の向上をはかることができる。これとともに、ジェット水を噴射するための噴射装置や水供給管などの専用機器また周辺装置を備える必要がなくなることで、地盤改良装置が高価なものになるのをなくし、地盤改良の工費を安価にすることができる。

【0032】

次に、本締固め地盤改良方法における地盤中に発生する側方変位について、実験を行ったので、これを説明する。
実験では、地盤中に地中変位計を設置する。地中変位計は、地盤中の地中変位（ここでは、側方変位である）を測定するものである。この地中変位計を使用し、実際に地盤中に締固め砂杭Ｔを造成し、そのとき発生する側方変位を測定する。この実験において、地盤中に造成する締固め砂杭Ｔの長さは６ｍ（深度６ｍ）である。
地中変位計は、締固め砂杭Ｔを造成する位置（締固め砂杭の中心位置）から２ｍ離れた位置に設置する。また、地中変位計では、深度７．５ｍ、深度６．５ｍ、深度５．５ｍ、深度４．５ｍ、深度３．５ｍ、深度２．５ｍ、深度１．５ｍの各深度で測定する。
実験は、本締固め地盤改良方法による実験例１と、これと比較するための比較例１、比較例２、比較例３である。

【0033】

実験例１は、打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の回転速度Ｒを１０ｒｐｍ、貫入速度Ｐを２．５ｍ／ｍｉｎにしたものである。
比較例１は、打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の回転速度Ｒを０ｒｐｍすなわち無回転、貫入速度Ｐを５ｍ／ｍｉｎにしたものである。
比較例２は、打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の回転速度Ｒを５ｒｐｍ、貫入速度Ｐを５ｍ／ｍｉｎにしたものである。
比較例３は、打ち戻し工程でのケーシングパイプ３の回転速度Ｒを１０ｒｐｍ、貫入速度Ｐを５ｍ／ｍｉｎにしたものである。
その結果を、以下の表１に示す。

【0034】

【表1】

【0035】

表１に示すように、実験例１では、深度７．５ｍから深度１．５ｍまで、側方変位が６．０ｃｍを超えることがなかった。
これに対し、比較例１、２、３では、造成する締固め砂杭Ｔの深度（６ｍ）より下側の深度７．５ｍと深度６．５ｍは実験例１と近い値になるが、深度５．５ｍより上は実験例１の値と大きく異なり、深度４．５ｍから深度１．５ｍまで、側方変位が５．０ｃｍを超えており、深度３．５ｍで、６．０ｃｍ以上、深度２．５ｍで、７．０ｃｍ以上、深度１．５ｍで、８．０ｃｍ以上であり、側方変位が大きいことがわかった。

【0036】

以上の通り、本締固め地盤改良方法による実験例１では、締固め砂杭Ｔを造成するときに地盤中に発生する側方変位を小さくできることが確認できた。

【0037】

また、前述の実験例１と比較例１、比較例２、比較例３において、造成した締固め砂杭Ｔの外側の地盤の密度を調べた。この地盤の密度は、地盤の複数の深度で密度をそれぞれ調べて、その調べた値の平均値である。
その結果、実験例１が地盤の密度が一番高く、比較例３、比較例２、比較例１の順で密度が低くなった。このことから、本締固め地盤改良方法による実験例１では、造成した締固め砂杭Ｔの周囲の地盤を密実にできることがわかった。

【0038】

また、前述の実験例１と比較例１、比較例２、比較例３において、締固め砂杭Ｔを造成したときの盛り上がり土（締固め砂杭Ｔを造成するときに地盤中から地表面に出てくる土）の量を調べた。
その結果、実験例１での盛り上がり土の量は、約１．１ｍ^３であり、比較例１と比較例３での盛り上がり土の量は、約１．３ｍ^３、比較例２での盛り上がり土の量は、約１．５ｍ^３であった。
この実験例１での盛り上がり土の量が少ないのは、造成した締固め砂杭Ｔの周囲の地盤が密実になったためで、これにより、盛り上がり土の量が減った。
このように本締固め地盤改良方法による実験例１では、比較例１、比較例２、比較例３と比べても、盛り上がり土の量を少なくできることがわかった。これにより、盛り上がり土の量を少なくできることで、この盛り上がり土の処分のための費用を抑えることができる。

【符号の説明】

【0039】

１…施工機、２…マスト、３…ケーシングパイプ、４…回転装置、５…昇降装置、６…排出口、７…投入口。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】