专利名称：地基改良施工法和使用于该施工法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过在地基中设置由粒状材料构成的桩状的部位来改良地基的施工方法和使用于该施工法的装置。
这种SCP施工法，如图9(a)所示，在海底等水面下的软地基G中，利用振动打桩锤(图中未示出)的振动力贯入套管21；这时，为使在套管21前端的内外压力均衡，将干砂22一边对套管21内部加压(图中以符号P表示)一边投入到该套管21内；这样，如图9(b)所示，当使内部充填了砂子22的套管21的前端贯入至抵达基础地基Ga的深度之后，如图9(c)所示，由拔出该套管21，排出内部的砂子22，在地基G中形成砂桩22a。
而且，在上述拔出套管21时，如图9(d)所示再次贯入套管21，由振动打桩锤的振动将排出的砂子22捣固，并扩大其直径，借着反复进行这种工序，如图9(e)所示，可形成具有规定外径和固结度的砂桩22b。
这样，在现有的施工方法中，为使制造完成后的砂桩(22a或22b)的强度变化为最小，使用了以空气压力在干状态将投入套管21内的砂子22排入到软地基G中的所谓干施工法。
在上述现有的地基改良方法中，由于要以空气压力强制将投入套管内的砂子排出，在以海底或湖底等的水面下的软地基为对象进行施工的情况下，在以空气压力排出砂时，会卷起周围的泥土，恐怕要由水质污浊引起环境的污染。
另外，近年来，由于难以得到优质的天然砂，从资源保护与废物有效利用的观点出发，强烈呼吁用矿渣、或煤灰等粒状材料代替砂子来进行地基改良。但是这种粒状材料，一般粒径都比较细，而且，由于细微粒状物的混入，如果利用空气压力排出时，和砂子一样，会在水中被卷起，有着进一步加深水质污浊的问题。再就是，这样的粒状材料，即使想以振动打桩锤捣固，也不可能真正十分牢固，不仅如此，而且这时由于振动引起的向周围的飞散，其结果，加速了水质的污染，同时也产生相当于砂桩的结构物的质量变坏的新问题。
还有，这样使用空气压力与振动打桩锤改良地基的方法和地基改良装置，由于伴随着作业要产生很大的噪音与振动，必须对周边环境的影响采取措施，对作业人员也有加大负担的问题。
为了解决上述课题，本发明中的第一项发明的特征在于，在软地基中打入套管，在该套管中投入粒状材料与水，在以水使粒状材料饱和的状态下从套管周围放射超声波，由此通过水捣固前述粒状材料，同时减小了该粒状材料与套管内周的摩擦阻力，在该状态下拔出套管，在上述地基中形成由粒状材料构成的桩状部位。
第二项发明的特征在于，在第一项发明的地基改良方法中，为使套管前端的内部压力与套管前端深度的地基压力大致相等，以空气压力对该套管内部辅助加压。
第三项发明的特征在于，用于在软质地基中形成由粒状材料构成的桩状的部位的地基改良施工法的装置中，具有有着前端盖的套管，和将该套管打入地基中的打桩装置；上述套管，使其前端周壁为二层而形成空洞，在该空洞内设超声波振动子。
第四项发明的特征在于，用于在软质地基中形成由粒状材料构成的桩状的部位的地基改良施工法的装置中，具备有着前端盖的套管、和将该套管打入地基中的打桩装置；该装置由使上述前端盖的前端扩大的大致为圆锥台形状的前端盖壳体、可上下移动地收纳于该前端盖壳体内的球阀、以及和该球阀相接并可使套管前端内成密闭状态的阀座部构成。而且该前端盖壳体，其周壁成双层、在内部形成空洞，在该空洞内设超声波振动子。
图2是
图1的A-A线剖视图。
图3是说明本发明的地基改良方法的打入套管状态的剖面图。
图4是说明本发明的地基改良方法的粒状物质排出状态的剖面图。
图5是本发明装置的其他实施例的要部剖面图。
图6是表示粒状物质捣固状态的概念图。
图7是表示对饱和水的粒状物质给予机械振动的状态的概念图。
图8是表示粒状物质疏松结固状态的概念图。
图9是表示由现有的施工法形成砂桩的工序的说明图。
图1是表示用于本发明的地基改良方法的装置之前端部分的剖面图；图2是图1的A-A剖视图。该装置，与现有的砂桩形成装置一样，具有振动打桩锤等的打桩装置(图中未示出)，和被以该打桩装置打入地基中的套管1。
这里，在本发明的装置中，为在套管1的前端(在图1中的下端)的周围形成空洞，在其外侧设外周壁1b，将周壁做成双层，在所形成的内部空洞1C中，将多个超声波振动子2相对着安装于其内侧的周壁1a上。而且，在图中为了容易看清楚，将该空洞部分夸大了，一般来说，对于直径1.2m左右的套筒，空洞1c的间隙尺寸(径向尺寸)为10cm左右。
另外，图中未示出，在安装超声波元件2的套管1的上侧，安装着铰链式或球阀式等的现已公知的前端盖。
具有上述构成的本发明的装置，与现有的砂桩形成装置一样，首先，一边防止地基土从套管1的前端侵入，一边以振动打桩锤等图中未示出的打桩装置将套管1打入到规定的深度。其次，投入材料，在该导管1内形成相当于现有砂桩的部位；但这时在本发明的地基改良施工法中，还可有效利用矿渣、煤灰等工业废弃物构成的粒状材料Sa，将其加入现有的砂子中。另外，在现有的施工法中采用了仅使用干砂子的干化方法，而在本发明的施工法中，采用了将粒状材料Sa与水W一同投入的湿化方法。具体而言，如图3所示，使投入套管1内的粒状材料高度Hs、水头Hw和辅助附加于水面上的空气压力P的总合与在套管1的前端深度处受到的来自软地基G的压力相等；在该状态打开图中未示出的前端盖，使以水饱和了的粒状材料Sa位于套管1的前端。这时，以水饱和状态的粒状材料Sa，像图7与图8的概念图中所示的那样，成疏松状态。
在该状态，使设于套管1前端的超声波振动子2工作，该超声波振动子2的振动，通过水W作用于粒状材料Sa，首先是各粒状材料Sa由振动使各粒子相互间脱开接触，成为可自由运动状态。而后，可这样自由运动的粒状材料Sa，受重力的影响，如图6所示，以产生间隙的形式促其再排列，最终被捣固。
而后，在这样的以超声波作用于套管1内的粒状材料Sa的状态下，如拔起套管1，由于细微的振动，粒状材料Sa与套管1的内周之间几乎不产生摩擦，如图4所示，该粒状材料Sa很容易从套管1的前端排出。
这时套管1的拔起尺寸，比上述粒状材料Hs要小。
这样，在排出规定量的粒状材料Sa之后，再次向套管1内投入粒状材料Sa和相应需要的水W，通过反复进行前述工序，可在地基G中形成由粒状材料Sa构成的桩状的部位S。
为了扩大该桩状部位S的直径，与现有的建造砂桩的扩径作业一样，一旦将套管1拔起到某种程度之后，也可以施加振动打桩锤等的振动再贯入套筒，由此，可将排出的粒状材料Sa扩径。
像上述这样，由本发明的地基改良施工法，可在软地基G中形成由粒状物质Sa构成的桩状部位S。
这样，在本发明的地基改良施工法中，由于不像使用干砂的现有干施工法那样仅依赖于高压空气，由使用了水与超声波振动的湿施工法，在地基G中形成由粒状物质Sa构成的桩状部位，即使在海底地基等的水中的地基改良中也不必担心会由高压空气喷溅起周围的砂子与污泥，可把伴随着作业对周边水质的污染限制到最低限度；同时也不会产生伴随着瞬间排气的大的噪音。
另外，由于可以使用矿渣和煤灰等容易飞散而难以捣固的材料形成与现有的砂桩具有同样功能的桩状部位S，所以，在防止另外需要许多优质砂所造成的浪费的同时，可望得到难以处置的工业废弃物的有效利用。
图5是本发明装置的另一实施例的套管11的前端部分的剖面图。如图所示，在这种情况下，作为防止从外部侵入砂土的前端盖12，使用了球阀式的结构。该球阀式的前端盖12，与本申请人先前作为日本专利第2093345号取得专利权的结构的基本构成相同，它由前端扩张的大致成圆锥台形状的前端盖壳体13、可上下移动地收纳于该前端壳体13内的球阀15以及与该球阀15相接，可使套管11的前端内成密闭状态的阀座部14构成。
另外，在图中符号18表示设于前端敞开部分的十字肋。16表示用于防止球阀15脱落的支承台部，该支承台部16，通过大致成十字状安装于前端盖12内部的加强构件17居中设置。而且，关于该球阀15的工作，由于在对应于上述专利的日本特公平8-1060号公报中已有详述，故此处省略。
这里在本发明中，在将上述前端盖壳体13向下方延伸的同时，在其内侧，留有规定间隙设筒形内周壁13a，在形成于该双层周壁13a、13b间的空洞13c内，设多个超声波振动子2，安装于内周壁13a的外侧。而且，各个超声波振动子2，由适当的方法通过沿套管11的轴线方向设置的电源电缆(图中未示出)，连接到外部供电装置(图中未示出)。
具有上述构成的地基改良装置，和前述装置一样，在将粒状材料与水投入由振动打桩锤等打桩装置打入到规定深度的套管11内部之后，将该套管11仅拔起规定尺寸；这时，通过受来自地基侧的浮力使接于阀座部14的球阀15上侧的压力上升，将该球阀推压下，使将以水浸润过的粒状材料落入形成于下方的空间内。而且，球阀15上侧的压力上升，是由于使辅助性的以空气压力加于所投入的粒状材料与水的重量所形成的。
这样，落入前端盖壳体13的下半空间内的粒状材料。依次由配置于其周围的超声波振动子2的工作，通过水给予振动，使粒子相互间的间隙变小，促成再配置，结果被捣固。这时的振动，是在减小前端盖壳体13的内周壁13a与粒状材料间的摩擦情况下产生作用；因此，随着上拔套管11被捣固成圆柱形状的粒状材料，从套管11排出。很容易落入形成于其下方的空间内。
而后，同样反复进行上述工作，从套管11排出的粒状材料被捣固、并在软地基中形成桩状部位。
而且，这种情况下也与前述情况一样，一旦将套管11拔起到一定程度之后，由给予振动打桩锤等的振动、再贯入套管，可使所形成的桩状部位扩径。
另外，虽然在所图示的实施例中，示出了在设于套管1的前端、或前端盖壳体13的空洞1c、13c内，相互相对且上下方向成三组设置了多个超声波振动子2的例子；但也可以是将该超声波振动子2安装成通过套管1或前端盖壳体13的内周壁1a、13a，将超声波振动传到其内侧，其安装部位与个数是任意的。
如上述说明，在本发明中，按第一项发明的地基改良施工法，由于用超声波照射以水饱和的粒状材料，来捣固该粒状材料，与仅用空气压力排出砂子、伴随瞬间强制排气产生很大的噪音的现有施工法相比，进行作业时的振动与噪音减少了，另外，由于没有高压空气喷出，不必担心卷起周围的泥砂，随着作业的进行，不必担心像现有装置那样产生大规模的水质污浊，可减轻对环境的影响。再者，由于可使用在现有技术中难以用于这种地基改良的矿渣与煤灰等粒状物质，在可留下其他需要的许多优质砂的同时，还可望有效利用难以处置的工业废弃物的效果。
按照第二项发明，在使用水与超声波振动的第一项发明所记述的施工法中，由于辅助使用空气压力进行作业，不产生使用高压空气的弊病，可适当而迅速地控制套管前端的内部压力，可望提高作业效率。
按照第三项发明，由于将套管前端周壁做成双层、在内部形成空洞，并在该空洞内设超声波振动子，可加工并很容易形成现有的套管；另外，振动打桩锤等打桩装置，可原样使用现有的装置，由此，可以现有的砂桩形成装置低成本地应用于在该施工法中使用的装置。
按照第四项发明，由于利用了安装于套管前端的前端盖壳体的前端扩径的形状，在其内部设空洞，在该空洞内安装超声波振动子，其下端的外径几乎不变，不必担心对打入套管作业的妨害。另外，由于仅加工前端盖壳体，可将具有这种球阀式前端盖的现有砂桩形成装置应用于在本发明的施工法中使用的装置，故有着可低成本提供能够形成不会从地基侧混入土砂的高质量的桩状部位的装置的效果。
权利要求
1.一种地基改良施工法，其特征在于，在软地基中打入套管，向该套管投入粒状材料与水，在以水使粒状材料饱和的状态下从套管周围放射超声波，由此通过水捣固前述粒状材料；同时减小了该粒状材料与套管内周的摩擦阻力，通过在该状态下拔起套管，而在上述地基中形成由粒状材料构成的桩状的部位。
2.按权利要求1所记述的地基改良施工法，其特征在于，对套管内部以空气压力辅助加压，以使套管前端的内部压力与套管前端深度的地基压力大致相等。
3.一种使用于地基改良施工法的装置，具有有着前端盖的套管和将该套管打入地基中的打桩装置，使用于在软质地基中形成由粒状材料构成的桩状部位的地基改良施工法，其特征在于，上述套管，其前端的周壁成双层、内部形成空洞，在该空洞内设超声波振动子。
4.一种使用于地基改良施工法中的装置，具备有着前端盖的套管和将该套管打入地基中的打桩装置，使用于在软质地基中形成由粒状材料构成的桩状部位的地基改良施工法，其特征在于，上述前端盖由前端扩张成略成圆锥台形状的前端盖壳体、可上下移动地收纳于该前端盖壳体内的球阀、与该球阀相接并使套管的前端内成密闭状态的阀座部构成；且上述前端盖壳体，其周壁为双层、在内部形成空洞，在该空洞内设超声波振动子。
全文摘要
本发明可防止水面下的地基改良作业时的水质污浊、不破坏周围环境。同时可将矿渣与煤灰等粒状材料应用于地基改良中，保护优质砂资源的同时有效利用工业废弃物。使套管(1)前端的周壁成双层，在其内部设空洞(1c)。通过在该空洞(1c)内设超声波振动子(2)，对和水一起投入套管(1)内的粒状材料(Sa)进行振动，捣固该粒状材料；同时消除与套管(1)内周的摩擦阻力，使其很容易从套管(1)排出，由此使得利用易飞散而难捣固的矿渣与煤灰等的粒状材料(Sa)成为可能。
文档编号E02D3/10GK1472396SQ0314624
公开日2004年2月4日 申请日期2003年7月4日 优先权日2002年7月4日
发明者大内光德, 桑山忠, 兵动正幸, 幸 申请人:井森浩视, 桑山忠, 兵动正幸