JPH07150543A - 地盤改良工法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動を利用して効率良く地盤を改良する。 【構成】 多数の孔４を有するケーシング５内にフィル
タ手段を配設したストレーナ１の先端に横方向振動を発
生するバイブレータ２を取付け、地盤２５上に載置した
載荷板２６を挿通してバイブロハンマー２７によりスト
レーナ１を地盤に打込み、この打込み中、バイブレータ
２からの振動で地盤中に過剰間隙水圧を発生させ、間隙
水をストレーナ１内に流入させて排水管３により外部に
強制的に排出し、地盤の圧密化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地盤を締固めて改良す
る地盤改良工法に係り、特に振動を利用して地盤を締固
める地盤改良工法およびその工法の実施に用いる装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、振動を利用して地盤を締固める地
盤改良工法の代表的なものとしては、地盤中に振動体を
貫入すると共に振動体の周りに水を噴出し、振動体の周
りに生じた空隙に骨材を充填しながら振動体を引上げ
て、締固められた骨材の柱を造成するバイブロフローテ
ーション工法と振動を加えながら地盤に砂を圧入して圧
縮された砂柱を造成するサンドコンパクションパイル工
法とがある。かゝる工法によれば、骨材の柱または砂柱
自体の強度とこれら柱による周辺の圧密効果とにより地
盤強度が高まるようになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記２
つの工法によれば、何れも柱を造成することが主眼とな
っているため、地盤改良効果は柱のごく周辺にしか及ば
ず、地盤全体を改良しようとすると、これら柱を小さい
ピッチで多数造成しなければならず、広範な地盤を対象
とした場合に施工に長期間を要するばかりか、コスト負
担も著しく増大するという問題があった。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、柱を造
成することなく振動を利用して効率良く地盤を改良する
ことを可能にした地盤改良工法およびその装置を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかゝる地盤改良工法は、地盤中に横方向振
動を加えて過剰間隙水圧を発生させると共に、この過剰
間隙水圧を強制排水により低下させるようにしたことを
特徴とする。

【０００６】本発明にかゝる地盤改良装置は、先端に横
方向振動を発生するバイブレータを取付けたストレーナ
と該ストレーナ内に侵入した水を強制的に外部に排出す
る強制排水手段とを備え、前記ストレーナは、多孔の管
状ケーシングと該ケーシングの内側または外側に配置さ
れたフィルタ手段とから成り、前記強制排水手段は、前
記フィルタ手段の内側でかつケーシングの先端側に位置
する部分に一端を臨ませた排水管と該排水管の他端に接
続されたポンプとから成る構成としたことを特徴とす
る。本地盤改良装置は、前記ストレーナを挿通させる貫
通孔を有し地盤上に載置される載荷板をさらに備えた構
成とすることができ、この場合は、前記載荷板の下面に
スカート部を設けるようにするのが望ましい。

【０００７】

【作用】上記のように構成した本発明の方法および装置
においては、ストレーナ先端のバイブレータからの横方
向振動で地盤中に過剰間隙水圧が発生し、地盤が液状化
して圧密化が進む。また、この過剰間隙水圧をストレー
ナを通じて強制排水して低下させるので、地盤の間隙比
が小さくなってその圧密化がより一層進む。したがっ
て、地盤に与える横振動のエネルギーを適当に選択する
ことにより一回の施工で広範囲の地盤を改良することが
できるようになる。また、載荷板を付加した場合は、よ
り一層圧密化が進み、この載荷板にさらにスカート部を
設けた場合は、スカート部によって地盤表層部の側方流
動が抑えられるので、載荷重を効率良く地盤に伝達する
ことができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【０００９】図１〜図３は、本発明にかゝる地盤改良装
置を示したもので、長尺のストレーナ１と、このストレ
ーナ１の先端に取付けられ横方向の振動を発生するバイ
ブレータ２と、一端がストレーナ１の内部に挿入され他
端が排水ポンプ（図示略）に接続された排水管３とから
概略構成されている。ストレーナ１は、多数の孔４を開
けた管状ケーシング５を主体とし、このケーシング５の
内周面に沿って網状体６を配設すると共に、この網状体
６の内側に多数の粒状体７を配設している。なお、これ
ら網状体６と粒状体７とはフィルタ手段を構成するもの
である。こゝで、ケーシング５は鋼管から成り、その孔
４は口径10〜25mmでかつ開口率２〜５％となるように設
けられている。また網状体６は透水係数が約１×10^-2cm
/secのステンレス鋼網から、粒状体７は直径25〜40mmの
玉砂利からそれぞれ形成されている。

【００１０】上記ケーシング５には、その先端側内部に
支持板８が固設されると共に、その後端開口部に蓋体９
が固設されており、ケーシング５の軸線上を延ばしたガ
イドシャフト１０が前記支持板８と蓋体９とに両持ちで
支持されている。このガイドシャフト１０は、前記バイ
ブレータ１に電力を供給するためのキャプタイヤケーブ
ル１１を支持案内するためのもので、特にその先端は、
テーパコーン状の弾性部材１２とこの弾性部材１２を保
持する保持部材１３とを介して支持板８の中心のテーパ
孔８ａ内に脱着可能に連結されている。しかして、前記
排水管３は、このガイドシャフト１０に沿って延ばされ
ると共にその円周方向に４本配置され、それぞれの先端
が支持板８の近傍付近に位置決めされている。また、前
記フィルタ手段を構成する粒状体７は、このガイドシャ
フト１０と前記網状体６との間の空所に充填されてい
る。なお、支持板８の背面側には、バイブレータ２の振
動がフィルタ手段６、７に伝わるのを防止するための弾
性部材１４が配設されている。

【００１１】上記バイブレータ２は、先端にテーパコー
ン１５を取付けた管状本体１６を備えると共に、この本
体１６内に偏心体１７を取付けた回転軸１８とこの回転
軸１８を回転させるモータ１９とを配設している。本体
１６はストレーナ１のケーシング５よりわずか小さな外
径を有し、その後端部を前記ケーシング５内の支持板８
の前面に形成した管状ボス部８ｂに螺合させることによ
り該ケーシング５に脱着可能に連結されている。また、
本体１６の外周面には、その軸方向に延ばすと共にその
円周方向に等配して４つの振動伝達翼２０が配設されて
いる。一方、回転軸１８は、本体１５の軸線上を延ばさ
れると共に本体１６の内周面に固定した一対の支持リン
グ２１に軸受２２を介して回動自在に支持されている。
また、モータ１９は本体１６の内面に固定され、これに
は前記ガイドシャフト１０を通して案内されたキャプタ
イヤケーブル１１が接続されている。かゝるバイブレー
タ２においては、モータ１９の作動に応じて回転軸１８
が回転することにより偏心体１７が偏心回転運動をし、
本体１６に横方向の振動が発生して、本体１６上の振動
伝達翼２０を介して外部（こゝで地盤）へ横方向振動が
伝達される。

【００１２】以下、上記のように構成した地盤改良装置
を用いて行う地盤改良工法を図４も参照して説明する。

【００１３】地盤改良に際しては、先ず改良区域の地盤
２５上に載荷板２６を載置する。この載荷板２６は、一
例として３×３ｍの大きさで、３〜５ｔの重さを有し、
その中央にはストレーナ１を挿通させるための貫通孔２
６ａが形成されている。次に、作業機械（図示略）に吊
下したバイブロハンマー２７にストレーナ１の上端を支
持させ、続いて載荷板２６の貫通孔２６ａを通してスト
レーナ１の先端のバイブレータ２を地盤２５上に接地せ
しめ、バイブロハンマー２７の起動によりストレーナ１
の打込みを開始する。この打込み開始と同時にバイブレ
ータ２内のモータ１９を起動して偏心体１７を偏心回転
運動させると共に、図示を略す排水ポンプも起動させ
る。ストレーナ１は、バイブロハンマー２７の縦方向振
動を受けて次第に地盤２５中に貫入し、この間、バイブ
レータ２の本体１６が横方向に振動して、その横方向振
動が振動伝達翼２０を介して地盤中に伝達される。

【００１４】上記バイブレータ２からの横方向振動の伝
達により地盤２５にせん断応力が作用し、地盤２５中に
過剰間隙水圧が発生する。そして、この過剰間隙水圧の
発生により地盤は液状化し、その圧密化が進む。また、
この過剰間隙水圧により間隙水がストレーナ１側へ移動
し、ケーシング５の孔４からストレーナ１内に侵入す
る。ストレーナ１内に侵入した間隙水は、網状体６の隙
および粒状体７の隙を通ってケーシング５の先端側へ移
動し、この間、網状体６および粒状体７により粗大粒子
が捕捉されて、純度の高い水が排水管３を通して外部へ
と排出される。一方、この間隙水の排出により地盤の間
隙比は小さくなり、その圧密化が著しく進む。本実施例
においては特に、地盤２５上に載荷板２６を載置したの
で、前記圧密化がより一層進むようになる。また、フィ
ルタ手段を網状体６と粒状体７とからなる二重構造とし
たので、粒子の捕捉効果は著しく高まり、排水管３が詰
まることもなくなって施工は安定する。

【００１５】このようにして、ストレーナ１を所定深度
打ち込むことにより、このストレーナ１の周辺の広い範
囲の地盤２５が改良される。なお、ストレーナ１を所定
深度打込んだ後は、その位置で所定時間保持して排水を
継続するのが望ましい。また、所定時間経過後、ストレ
ーナ１を引抜くと、周辺の土砂が抜け後に自然落下する
が、この自然落下量が不足する場合は、別途土砂を補充
する。

【００１６】図５は、本発明の方法により改良した地盤
の強度を試験した結果を示したものである。地盤改良
は、上記ストレーナ１として外径26.74mm 、長さ3880mm
の大きさのものを、上記バイブレータ２として偏心モー
メント29.6kg・cm 、振動数1750cpm 、起振力1010kg、振
幅2.8mm の振動を発生するものをそれぞれ用いて行い、
(a) 排水管３による排水および載荷板２６の載荷を行わ
ないでストレーナ１を打込んだ場合、(b) 排水管３によ
る排水を行いかつ載荷板２６の載荷を行わないでストレ
ーナ１を打込んだ場合、(c) 排水管３による排水を行い
かつ載荷板２６の載荷を行ってストレーナ１を打込んだ
場合についてそれぞれ試験した。なお、試験は、地盤中
にコーンを貫入するコーン試験により行い、地盤深さと
貫入抵抗力Ｑ_C との相関を求めた。

【００１７】図５において、点線は改良前の地盤強度
を、実線は改良後の地盤強度をそれぞれ表している。こ
れより、排水管３による排水および載荷板２６の載荷を
行わないでストレーナ１を打込んだ場合すなわちバイブ
レータ２の振動のみを利用してストレーナ１を打込んだ
場合(a) でもかなり地盤強度は向上するが、これに排水
管３による排水を組合せた場合(b) は(a) の場合に比し
て著しく地盤強度が向上し、これに、さらに載荷板２６
の載荷を組合せた場合は(c) 、より一層地盤強度が向上
するようになり、本発明の優れていることが確認でき
た。

【００１８】ところで、上記実施例のように載荷板２６
を用いる場合、地盤２５の性状によっては、振動の付加
（液状化の進行）と共に載荷板２６下の地盤表層部が側
方へ流動し、載荷重が地盤内部に十分に伝わらなくなる
虞がある。そこで、このような虞がある場合は、図６お
よび図７に示すように、載荷板２６の下面に環状のスカ
ート部３０を一体に設け、そのスカート部３０を地盤２
５に差し込んだ状態で載荷板２６を地盤２５上に載置す
る。このようにすることにより、そのスカート部３０が
載荷板２６下の地盤表層部の側方流動（図７に矢印で示
す）を抑え、載荷重が地盤内部に十分に伝わって、圧密
化がより一層進むようになる。なお、このスカート部３
０の先端（下端）には、地盤２５に差し込み易いように
鋭角な刃先３０ａを付けるのが望ましい。また、このス
カート部３０は、載荷板２６の周縁に沿って連続に設け
ても、断続的に設けても良いものである。

【００１９】なお、上記実施例において、網状体６とし
てステンレス鋼網を、粒状体７として玉砂利をそれぞれ
用いたが、これらの素材は任意であり、例えば網状体６
としては織布、不織布等のクロス、あるいは発泡体を用
いることができ、また粒状体７としては砕石、鋼球等を
用いることができる。また、これら網状体６と粒状体７
とは、その何れか一方のみを用いることができる他、網
状体６はケーシング５の外側に配置することもできる。
また、上記実施例において、ストレーナ１の打込みにバ
イブロハンマー２７を用いたが、このストレーナ１を打
込む方法も任意であり、例えば重錘の自由落下を利用す
ることができる。さらに、本発明は水上施工にも適用で
きるもので、この場合はケーシング５に摺動可能にカバ
ーを被せ、このカバーをストレーナ１の打込みに応じて
上動させるようにすれば良い。

【００２０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
地盤改良工法および装置によれば、横方向振動を利用し
て地盤中に積極的に過剰間隙水圧を発生させると共に、
強制排水によりこの過剰間隙水圧を低下させるようにし
たので、広範囲の地盤を効率良く改良することができ、
施工能率が著しく向上して工期の短縮と施工コストの低
減とに大きく寄与する効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかゝる地盤改良装置の全体構造を一部
開放して示す正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視線に沿う断面図である。

【図３】本地盤改良装置の一部を拡大して示す断面図で
ある。

【図４】本発明にかゝる地盤改良工法の実施態様を示す
模式図である。

【図５】本地盤改良工法による改良地盤の強度試験結果
を示すグラフである。

【図６】本地盤改良装置で用いる載荷板の他の形状を一
部断面として示す側面図である。

【図７】図６に示した載荷板の使用態様を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１ ストレーナ ２ バイブレータ ３ 排水管 ４ 孔 ５ ケーシング １０ ガイドシャフト １６ バイブレータ本体 １７ 偏心体 １８ 回転軸 １９ モータ ２０ 振動伝達翼 ２６ 載荷板 ３０ スカート部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤中に横方向振動を加えて過剰間隙水
   圧を発生させると共に、この過剰間隙水圧を強制排水に
   より低下させることを特徴とする地盤改良工法。
2. 【請求項２】 先端に横方向振動を発生するバイブレー
   タを取付けたストレーナと該ストレーナ内に侵入した水
   を強制的に外部に排出する強制排水手段ととを備え、前
   記ストレーナは、多孔の管状ケーシングと該ケーシング
   の内側または外側に配置されたフィルタ手段とから成
   り、前記強制排水手段は、前記フィルタ手段の内側でか
   つ前記ケーシングの先端側に位置する部分に一端を臨ま
   せた排水管と該排水管の他端に接続されたポンプとから
   成ることを特徴とする地盤改良装置。
3. 【請求項３】 ストレーナを挿通させる貫通孔を有し地
   盤上に載置される載荷板をさらに備えたことを特徴とす
   る請求項２に記載の地盤改良装置。
4. 【請求項４】 載荷板の下面に、スカート部を設けたこ
   とを特徴とする請求項３に記載の地盤改良装置。