JPS5949968B2 - 砂杭造成工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軟弱地盤中に多数の砂杭を造成する軟弱地盤の
改良工事に用いられる砂杭造成工法に関するものである
。

軟弱地盤中に砂杭、特に砂杭造成用の中空管の径より径
が拡大した砂杭を造成するには、従来、砂杭造成用の中
空管を軟弱地盤の所定の深さに貫入し、ついでこの中空
管内に砂を供給して中空管を適当長引抜き前下方に生ず
る空隙部に管内の砂［を排出し、ついで中空管を再貫入
して上記の排出した砂を締固めすると共に周囲地盤中に
膨大させる操作サイクルを順次上方に繰返えす工法いわ
ゆるコンポーザー工法が多く用いられているほか、軟弱
地盤の所定の深さに貫入した中空管内に砂を供給して中
空管を上方に引抜き、中空管に設けた装置による振動体
、スクリュー、上下作動押出し機構等によって管下端よ
り管内の砂を軟弱地盤中に強制排出、押出し、締固め等
する工法も行なわれている。

上記した従来工法の砂杭造成の中空管の引抜き工程にお
いては、砂杭造成に駆動エネルギーを相当多（要するも
のであり、中空管の径より径の相当太き（拡大した砂杭
の造成１．軟弱地盤の相当深い所からの砂杭の造成及び
径の特に大きい中空管による砂杭の造成には駆動エネル
ギーを特に多く要するものである。

又、中空管下端面する砂については、管下端よりの排出
をスムーズにするためできるだけ含水のす（ない砂を用
いるよう配慮されて来た。

本発明は上記した従来の砂杭、特に中空管の径より径の
拡大した砂杭の造成工法における中空管の駆動エネルギ
ーを節約でき、又砂にドライの砂を使用するために要す
る経費等の不利を除き得る新らしい技術的発想に基（砂
杭造成工法を提供するものである。

すなわち、本発明の砂杭造成工法は、第２図の説明図に
例示するように、軟弱地盤２の所定の深さに貫入した砂
杭造成用の中空管１を上方に引抜きする工程において、
中空管１内に供給の飽和附近の含水比とした加水砂３を
中空管１内において振動等によって流動状態に保持する
と共に、中空管１の引抜き中、中空管」内の加水砂３の
中空管１下端面における圧力を中空管１下端における軟
弱地盤２の受働土圧より大きくなるよう制御し、中空管
１内の加水砂３を中空管１下端より軟弱地盤２中に排出
せしめて中空管１径より径が拡大した砂杭３を造成する
ことを特徴とするものである。

なお第２図において、砂杭造成用の中空管１は１実施例
を示したもので、４は中空管１の頂部に装着した振動式
杭打機、５は中空管１の上部に設けたホッパーである。

以下更に本発明について詳記する。

本発明の発明者による実験研究によれば、飽和附近の含
水比とした加水砂３は振動等によって流動状態となり、
中空管１内においてこのようにして流動状態に保持され
た加水砂３は恰も流体のように挙動する。

この性質を利用して、軟弱地盤２の所定の深さに貫入し
た中空管１を上方に引抜きする工程において、中空管１
内に供給の加水砂３の中空管１下端面における圧力を中
空管１下端における軟弱地盤２の受動土圧より太き（な
るよう制御して、中空管１内の加水砂３を中空管１下端
より軟弱地盤２中に排出せしめることが本発明の基本で
ある。

つぎに先ず、中空管１下端面における管内の加水砂３の
圧力すなわち内圧と中空管１下端における軟弱地盤２の
圧力すなわち外圧との釣り合いについて述べる。

第１図は、中空管１下端における土圧に相当する管内砂
３（流動状態に保持した飽和附近の含水比とした加水砂
）の砂長日を中空管１下端の深度２に対して表わしたも
ので、土圧が深度２に比例している場合の粘性土地盤で
の１例を示している。

今、深度２゜においては、本来静止土圧に相当する管内
砂長Ｈ８すなわち（ＨＯ１２０）点で内、外圧は釣り合
っている。

又、管内にこれ以上の砂長分があって土圧を越えて管内
の砂（加水砂）が管下端から排出されることとなる管内
砂長はＨ２であり、図では（Ｈ２、Ｚｏ）点で示され、
このときの土圧は受働土圧と呼ばれる。

又、逆に管内に上記した砂長Ｈ８以下の砂長分であって
土圧を下まわって土壌の管内への逆流が起る管内砂長は
Ｈｌであり、図では（Ｈｌ、Ｚｏ）点で示され、このと
きの土圧は主働土圧と呼ばれる。

なお図において■は静止土圧直線、■は受働土圧直線、
■は主働土圧直線である。

上記の関係を釣り合い式で表わすと、ランキン土圧によ
れば、つぎの関係が成立する。

Ｈ−１”ｓ＝Ｚ −ｒｃ ！ｒＪ：２Ｃ（Ｌ−１）ここ
に、Ｚ−ｒｃ＋２Ｃ：受働土圧、ｚ、ｒｃ−２Ｃ：主働
土圧、Ｃ：地盤強度、Ｈ：管内砂長、２：管下端の深度
、ｒｃ：粘性土の比重量、ｒｓ：加水砂の比重量である
。

しかして、地盤強度Ｃは； 一般の沖積粘土では深度Ｚ
に比例するから、比例定数なαとしてＣ−α２と表わす
ことができ、上記した釣り合い式（１−１）はつぎのよ
うに表わすことができる。

Ｈ−ｒｓ ＝Ｚ （７”ｃ±２α）（１−２）・ 本
発明は、上記の式（ｌ−２）の釣り合い式を基本として
これを砂杭造成に適用するものである３すなわち第２図
に例示するように、軟弱地盤２の所定の深さＺｄに貫入
され加水砂３が供給された下端開放の中空管１（図ａ参
照）を振動式杭打機４を作動させて上方に引抜く、この
中空管１の引抜きに従って中空管１の上部のホッパー５
から中空管１内に加水砂３を順次供給し、この加水砂３
を振動式杭打機４等による振動によって中空管１内にお
いて流動状態に保持する一方、引抜き中の中空管１の下
端の各深度Ｚにおいて、管内の加水砂３の中空管１下端
面における圧力が、中空管１下端における軟弱地盤２の
受働土圧より大きくなるよう制御する（図す、ｃ参照）
。

しかして、この制御は、釣り合い式（１−２）において
、ｒｓ、ｒｃ１αは一応定数とされるから深度２に応じ
て中空管１内に順次供給する加水砂３の砂長Ｈを制御す
ることによって可能であり、かくして中空管１の径より
径が拡大した砂杭３′が地表まで造成される（図ｄ参照
）。

つぎに、本発明の工法に用いる中空管について述べると
、第２図に示す１実施例では、中空管１の頂部には振動
式杭打機４が装着されており、この振動式杭打機４の作
動によって、中空管１の軟弱地盤中への貫入が行なわれ
ると共に中空管１の引抜きにおいて中空管１内に供給さ
れた加水砂３が振動を受けて流動状態に保持される。

しかし、中空管１０貫入は、上記の振動式杭打機４に限
られるものでな（、他の適当な杭打機を用いることは自
由であり、又中空管１の引抜きにおいて、中空管１内の
加水砂３を良好な流動状態に保持するには、振動杭打機
４とは別に振動機構又は振動機を管に装着することも考
慮される。

又、管内の加水砂３を流動状態に保持するには振動以外
の方法も可能と考えられる。

つぎに加水砂３の管内への供給には、第２図のホンパー
５に代って加水砂３の圧送パイプ等も考慮される。

つぎに、中空管１の下端は、本発明の工法の特徴として
、第２図に示すように、最も簡単な切り放しとした開放
端とすることが出来るものであり、又この中空管１を軟
弱地盤２の所定の深さに貫入するのに、第３図図ａに示
すように、本発明の特許出願人が昭和５２年３月２５日
に特許出願した砂杭造成工法である中空管の貫入中、中
空管１内の加水砂３の中空管１下端面における圧力を中
空管１下端における軟弱地盤２の土圧と釣り合う状態に
制御し、土壌が中空管１下端より管内に逆流するのを阻
止する工法を用いることが可能であると共に、この工法
を用いると中空管１の軟弱地盤２の所定の深さに貫入し
た状態は、第２図の図ａの状態となるので極めて便利で
ある。

なお本発明の中空管を上方に引抜（砂杭造成の工程に先
立つ貫入工程には、貫入後に管内に加水砂を供給する場
合は、管内への土壌の逆流を防止する必要があり；中空
管下端に離脱可能な密閉栓を設けるとか、中空管下端に
近い管内に細径部７を設けて砂のアーチアクションによ
る砂枠８を形成するとか（第３図図す参照）、中空管−
ト端に開閉沓又は開閉蓋を設ける等の手段が用いられる
。

以下更に本発明における中空管１の引抜き中、中空管１
内の加水砂３の中空管１の下端面における圧力を、中空
管１下端における軟弱地盤２の受動土圧より大きい状態
に制御することについて述べる。

すなわち、前記した制御は、Ｈ： ７’ｓ＝Ｚ （ｒｃ
±２α）なる釣り合い式０式％） 態となるよう制御するものであるが、第４図に略示する
ように中空管内に圧縮空気を送入６し、この圧縮空気に
よる空気圧Ｐによって中空管下端面における加水砂３の
圧力を補助することができる。

この空気圧Ｐを用いる制御状態は以下の式で表わせる。

Ｈ７’ｓ＋Ｐ ＞ Ｚ （ｒｃ＋２α） （２−１
）従って管内に供給する加水砂３の砂量Ｈと、空気圧Ｐ
とを制御して、内、外圧の状態を上式の如く保持するこ
ととなる。

しかして空気圧Ｐの制御は迅速かつ極めて容易であるの
で、本発明の実施においては、前記した加水砂３の砂量
Ｈのみによる場合に比し、空気圧Ｐでこれを補助する制
御の方がより容易確実となる。

更に以下に、本発明の実施において、中空管の引抜き中
、造成される砂杭の径を制御する方法として、中空管内
に追加供給する加水砂流量ｑと、□ 中空管の引抜き速
度Ｖとを制御する実施方法について述べる。

第５図は、本発明の工法の中空管の引抜き中の一部を略
示するもので、短時間△ｔＫＡ→Ｂの引抜きがあり、こ
の間に△Ｖなる供給加水砂量が投入され、管内砂量はＨ
−４Ｈ１に変化するここでの釣り合い式は、Ａ、Ｈにお
いて、 Ｈ−ｒｓ＝Ｚ （１”ｃ＋２ｃｔ ） （３−
１）Ｈ７−ｒｓ＝ （Ｚ −ΔＺ ） （ｒｃ＋２α）
（３−ｉ ）となる。

又、短時間△ｌ中に、管下端より排出された全体量は、
造成された砂杭量に等しいので、排出砂杭の断面積をＡ
ｓ、管断面積をＡＰとすると、 △ｚ−Ａ８二（Ｈ−Ｈｌ）・ＡＰ十△ｖ （３−２）と
なる。

この式に式（：１ｌ（）、（３−１）’よりのＨｏ、Ｈ
の値を代入してＡ８を算出すると、（ｒｃ＋２α）
ムＶ Ａ８−−−＝ね ・Ａｐ＋スフ−となる。

△Ｖ △２ 今、 ｑ＝−１、■ニー であるから、上△ｔ
△を 式を書き直すとつぎの式を得る。

この式（３−３）より明らかなように、供給投入の加水
砂流量ｑと引抜き速度Ｖとを適当に制御すｉ ることに
よって、中空管の引抜き中、加水砂の排出によって造成
される砂杭の径を所望の径に制御することができる。

しかして、上記の中空管の引抜き中における加水砂流量
ｑと中空管の引抜き速度Ｖの制御の実施において、中空
管の引抜き速度）■のコントロールには従来公知の手段
があり、又加水砂流量ｑすなわち、加水砂の中空管内へ
の供給量のコントロールも圧送パイプ等による供給によ
って実施し得る所である。

つぎに、本発明において前記したように加水砂を飽和附
近の含水比とする点について説明すると、実験研究によ
れば、飽和の含水比を１００係とすれば９５係程度の含
水比としても振動等によってこれを流動状態とすること
は可能であり、又飽和以上の含水比とすれば含水比の犬
となる程流動状態とすることは容易となる。

しかし管内の加水砂は砂杭の造成工程においては砂杭造
成として用いられるので、加水砂の含水比を特に大きく
することは砂杭造成に不都合が生ずるから、加水砂の含
水比は流動状態となし得るに足る程度すなわち飽和附近
の含水比としたものである。

上述したように、本発明の砂杭造成工法は、比較的単純
な構造の中空管を用いて、軟弱地盤中に、中空管径より
径の拡大した砂杭を、従来の工法に比べて、よりすくな
いエネルギーによって、造成することができる利点があ
る。

更に本発明の砂杭造成工法は、施工時間を節約できるこ
と、使用する砂に特に経費が嵩まないこと、砂杭の径を
容易に制御し得ること等極めてすぐれた利点を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

添附の図面は、本発明の工法の態様を実施例により説明
するもので、第１図は中空管下端における軟弱地盤の土
圧に相当する管内の加水砂の砂量を、中空管下端の深度
に対して表わしたグラフ図、第２図は本発明の工法にお
ける中空管の引抜き工程を順次的に例示した説明図、第
３図は中空管を軟弱地盤の所定の深さに貫入する工程の
実施例の説明図、第４図は、中空管の上部に圧縮空気を
送入して空気圧によって中空管内の加水砂の圧力を補助
する実施例の説明略図、第５図は、中空管内に追加供給
する加水砂流量と中空管の引抜き速度の制御によって中
空管下端より排出された砂によって造成される砂杭の径
との関係を説明する説明略図である。 １・・・中空管、２・・・軟弱地盤、３・・・加水砂、
３１・・・砂杭、４・・・振動式杭打機、５・・・ホッ
パー、６・・・圧縮空気の送入、７・・・細径部、８・
・・砂枠、２・・・中空管下端の深度、Ｈ・・・中空管
内の加水砂の砂量、Ｐ・・・空気圧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軟弱地盤の所定の深さに貫入した砂杭造成用の中空
   管を上方に引抜きする工程において、中空管内に供給の
   飽和附近の含水比とした加水砂を中空管内において振動
   等によって流動状態に保持すると共に、中空管の引抜き
   中、中空管内の加水砂の中空管下端面における圧力を中
   空管下端における軟弱地盤の受働土圧上り太き（なるよ
   う制御し、中空管内の加水砂を中空管下端より軟弱地盤
   中に排出せしめて中空管径より径が拡大した砂杭を造成
   することを特徴とする砂杭造成工法。 ２ 中空管の上部から中空管内に圧縮空気を送入し、こ
   の圧縮空気による空気圧によって中空管下端面における
   加水砂の圧力を補助することを特徴とする特許請求の範
   囲ＩＶｃ記載の砂杭造成工法。 ３ 中空管内に中空管の上方に引抜き中に追加供給され
   る飽和附近の含水比とした加水砂の供給流量と中空管の
   引抜き速度とを制御することによって、造成される砂杭
   の径を制御することを特徴とする特許請求の範囲１に記
   載の砂杭造成工法。