專利名稱：地基改良施工法和使用于該施工法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過在地基中設(shè)置由粒狀材料構(gòu)成的樁狀的部位來改良地基的施工方法和使用于該施工法的裝置。
這種SCP施工法，如圖9(a)所示，在海底等水面下的軟地基G中，利用振動打樁錘(圖中未示出)的振動力貫入套管21；這時，為使在套管21前端的內(nèi)外壓力均衡，將干砂22一邊對套管21內(nèi)部加壓(圖中以符號P表示)一邊投入到該套管21內(nèi)；這樣，如圖9(b)所示，當(dāng)使內(nèi)部充填了砂子22的套管21的前端貫入至抵達(dá)基礎(chǔ)地基Ga的深度之后，如圖9(c)所示，由拔出該套管21，排出內(nèi)部的砂子22，在地基G中形成砂樁22a。
而且，在上述拔出套管21時，如圖9(d)所示再次貫入套管21，由振動打樁錘的振動將排出的砂子22搗固，并擴(kuò)大其直徑，借著反復(fù)進(jìn)行這種工序，如圖9(e)所示，可形成具有規(guī)定外徑和固結(jié)度的砂樁22b。
這樣，在現(xiàn)有的施工方法中，為使制造完成后的砂樁(22a或22b)的強(qiáng)度變化為最小，使用了以空氣壓力在干狀態(tài)將投入套管21內(nèi)的砂子22排入到軟地基G中的所謂干施工法。
在上述現(xiàn)有的地基改良方法中，由于要以空氣壓力強(qiáng)制將投入套管內(nèi)的砂子排出，在以海底或湖底等的水面下的軟地基為對象進(jìn)行施工的情況下，在以空氣壓力排出砂時，會卷起周圍的泥土，恐怕要由水質(zhì)污濁引起環(huán)境的污染。
另外，近年來，由于難以得到優(yōu)質(zhì)的天然砂，從資源保護(hù)與廢物有效利用的觀點出發(fā)，強(qiáng)烈呼吁用礦渣、或煤灰等粒狀材料代替砂子來進(jìn)行地基改良。但是這種粒狀材料，一般粒徑都比較細(xì)，而且，由于細(xì)微粒狀物的混入，如果利用空氣壓力排出時，和砂子一樣，會在水中被卷起，有著進(jìn)一步加深水質(zhì)污濁的問題。再就是，這樣的粒狀材料，即使想以振動打樁錘搗固，也不可能真正十分牢固，不僅如此，而且這時由于振動引起的向周圍的飛散，其結(jié)果，加速了水質(zhì)的污染，同時也產(chǎn)生相當(dāng)于砂樁的結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量變壞的新問題。
還有，這樣使用空氣壓力與振動打樁錘改良地基的方法和地基改良裝置，由于伴隨著作業(yè)要產(chǎn)生很大的噪音與振動，必須對周邊環(huán)境的影響采取措施，對作業(yè)人員也有加大負(fù)擔(dān)的問題。
為了解決上述課題，本發(fā)明中的第一項發(fā)明的特征在于，在軟地基中打入套管，在該套管中投入粒狀材料與水，在以水使粒狀材料飽和的狀態(tài)下從套管周圍放射超聲波，由此通過水搗固前述粒狀材料，同時減小了該粒狀材料與套管內(nèi)周的摩擦阻力，在該狀態(tài)下拔出套管，在上述地基中形成由粒狀材料構(gòu)成的樁狀部位。
第二項發(fā)明的特征在于，在第一項發(fā)明的地基改良方法中，為使套管前端的內(nèi)部壓力與套管前端深度的地基壓力大致相等，以空氣壓力對該套管內(nèi)部輔助加壓。
第三項發(fā)明的特征在于，用于在軟質(zhì)地基中形成由粒狀材料構(gòu)成的樁狀的部位的地基改良施工法的裝置中，具有有著前端蓋的套管，和將該套管打入地基中的打樁裝置；上述套管，使其前端周壁為二層而形成空洞，在該空洞內(nèi)設(shè)超聲波振動子。
第四項發(fā)明的特征在于，用于在軟質(zhì)地基中形成由粒狀材料構(gòu)成的樁狀的部位的地基改良施工法的裝置中，具備有著前端蓋的套管、和將該套管打入地基中的打樁裝置；該裝置由使上述前端蓋的前端擴(kuò)大的大致為圓錐臺形狀的前端蓋殼體、可上下移動地收納于該前端蓋殼體內(nèi)的球閥、以及和該球閥相接并可使套管前端內(nèi)成密閉狀態(tài)的閥座部構(gòu)成。而且該前端蓋殼體，其周壁成雙層、在內(nèi)部形成空洞，在該空洞內(nèi)設(shè)超聲波振動子。
圖2是

圖1的A-A線剖視圖。
圖3是說明本發(fā)明的地基改良方法的打入套管狀態(tài)的剖面圖。
圖4是說明本發(fā)明的地基改良方法的粒狀物質(zhì)排出狀態(tài)的剖面圖。
圖5是本發(fā)明裝置的其他實施例的要部剖面圖。
圖6是表示粒狀物質(zhì)搗固狀態(tài)的概念圖。
圖7是表示對飽和水的粒狀物質(zhì)給予機(jī)械振動的狀態(tài)的概念圖。
圖8是表示粒狀物質(zhì)疏松結(jié)固狀態(tài)的概念圖。
圖9是表示由現(xiàn)有的施工法形成砂樁的工序的說明圖。
圖1是表示用于本發(fā)明的地基改良方法的裝置之前端部分的剖面圖；圖2是圖1的A-A剖視圖。該裝置，與現(xiàn)有的砂樁形成裝置一樣，具有振動打樁錘等的打樁裝置(圖中未示出)，和被以該打樁裝置打入地基中的套管1。
這里，在本發(fā)明的裝置中，為在套管1的前端(在圖1中的下端)的周圍形成空洞，在其外側(cè)設(shè)外周壁1b，將周壁做成雙層，在所形成的內(nèi)部空洞1C中，將多個超聲波振動子2相對著安裝于其內(nèi)側(cè)的周壁1a上。而且，在圖中為了容易看清楚，將該空洞部分夸大了，一般來說，對于直徑1.2m左右的套筒，空洞1c的間隙尺寸(徑向尺寸)為10cm左右。
另外，圖中未示出，在安裝超聲波元件2的套管1的上側(cè)，安裝著鉸鏈?zhǔn)交蚯蜷y式等的現(xiàn)已公知的前端蓋。
具有上述構(gòu)成的本發(fā)明的裝置，與現(xiàn)有的砂樁形成裝置一樣，首先，一邊防止地基土從套管1的前端侵入，一邊以振動打樁錘等圖中未示出的打樁裝置將套管1打入到規(guī)定的深度。其次，投入材料，在該導(dǎo)管1內(nèi)形成相當(dāng)于現(xiàn)有砂樁的部位；但這時在本發(fā)明的地基改良施工法中，還可有效利用礦渣、煤灰等工業(yè)廢棄物構(gòu)成的粒狀材料Sa，將其加入現(xiàn)有的砂子中。另外，在現(xiàn)有的施工法中采用了僅使用干砂子的干化方法，而在本發(fā)明的施工法中，采用了將粒狀材料Sa與水W一同投入的濕化方法。具體而言，如圖3所示，使投入套管1內(nèi)的粒狀材料高度Hs、水頭Hw和輔助附加于水面上的空氣壓力P的總合與在套管1的前端深度處受到的來自軟地基G的壓力相等；在該狀態(tài)打開圖中未示出的前端蓋，使以水飽和了的粒狀材料Sa位于套管1的前端。這時，以水飽和狀態(tài)的粒狀材料Sa，像圖7與圖8的概念圖中所示的那樣，成疏松狀態(tài)。
在該狀態(tài)，使設(shè)于套管1前端的超聲波振動子2工作，該超聲波振動子2的振動，通過水W作用于粒狀材料Sa，首先是各粒狀材料Sa由振動使各粒子相互間脫開接觸，成為可自由運動狀態(tài)。而后，可這樣自由運動的粒狀材料Sa，受重力的影響，如圖6所示，以產(chǎn)生間隙的形式促其再排列，最終被搗固。
而后，在這樣的以超聲波作用于套管1內(nèi)的粒狀材料Sa的狀態(tài)下，如拔起套管1，由于細(xì)微的振動，粒狀材料Sa與套管1的內(nèi)周之間幾乎不產(chǎn)生摩擦，如圖4所示，該粒狀材料Sa很容易從套管1的前端排出。
這時套管1的拔起尺寸，比上述粒狀材料Hs要小。
這樣，在排出規(guī)定量的粒狀材料Sa之后，再次向套管1內(nèi)投入粒狀材料Sa和相應(yīng)需要的水W，通過反復(fù)進(jìn)行前述工序，可在地基G中形成由粒狀材料Sa構(gòu)成的樁狀的部位S。
為了擴(kuò)大該樁狀部位S的直徑，與現(xiàn)有的建造砂樁的擴(kuò)徑作業(yè)一樣，一旦將套管1拔起到某種程度之后，也可以施加振動打樁錘等的振動再貫入套筒，由此，可將排出的粒狀材料Sa擴(kuò)徑。
像上述這樣，由本發(fā)明的地基改良施工法，可在軟地基G中形成由粒狀物質(zhì)Sa構(gòu)成的樁狀部位S。
這樣，在本發(fā)明的地基改良施工法中，由于不像使用干砂的現(xiàn)有干施工法那樣僅依賴于高壓空氣，由使用了水與超聲波振動的濕施工法，在地基G中形成由粒狀物質(zhì)Sa構(gòu)成的樁狀部位，即使在海底地基等的水中的地基改良中也不必?fù)?dān)心會由高壓空氣噴濺起周圍的砂子與污泥，可把伴隨著作業(yè)對周邊水質(zhì)的污染限制到最低限度；同時也不會產(chǎn)生伴隨著瞬間排氣的大的噪音。
另外，由于可以使用礦渣和煤灰等容易飛散而難以搗固的材料形成與現(xiàn)有的砂樁具有同樣功能的樁狀部位S，所以，在防止另外需要許多優(yōu)質(zhì)砂所造成的浪費的同時，可望得到難以處置的工業(yè)廢棄物的有效利用。
圖5是本發(fā)明裝置的另一實施例的套管11的前端部分的剖面圖。如圖所示，在這種情況下，作為防止從外部侵入砂土的前端蓋12，使用了球閥式的結(jié)構(gòu)。該球閥式的前端蓋12，與本申請人先前作為日本專利第2093345號取得專利權(quán)的結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成相同，它由前端擴(kuò)張的大致成圓錐臺形狀的前端蓋殼體13、可上下移動地收納于該前端殼體13內(nèi)的球閥15以及與該球閥15相接，可使套管11的前端內(nèi)成密閉狀態(tài)的閥座部14構(gòu)成。
另外，在圖中符號18表示設(shè)于前端敞開部分的十字肋。16表示用于防止球閥15脫落的支承臺部，該支承臺部16，通過大致成十字狀安裝于前端蓋12內(nèi)部的加強(qiáng)構(gòu)件17居中設(shè)置。而且，關(guān)于該球閥15的工作，由于在對應(yīng)于上述專利的日本特公平8-1060號公報中已有詳述，故此處省略。
這里在本發(fā)明中，在將上述前端蓋殼體13向下方延伸的同時，在其內(nèi)側(cè)，留有規(guī)定間隙設(shè)筒形內(nèi)周壁13a，在形成于該雙層周壁13a、13b間的空洞13c內(nèi)，設(shè)多個超聲波振動子2，安裝于內(nèi)周壁13a的外側(cè)。而且，各個超聲波振動子2，由適當(dāng)?shù)姆椒ㄍㄟ^沿套管11的軸線方向設(shè)置的電源電纜(圖中未示出)，連接到外部供電裝置(圖中未示出)。
具有上述構(gòu)成的地基改良裝置，和前述裝置一樣，在將粒狀材料與水投入由振動打樁錘等打樁裝置打入到規(guī)定深度的套管11內(nèi)部之后，將該套管11僅拔起規(guī)定尺寸；這時，通過受來自地基側(cè)的浮力使接于閥座部14的球閥15上側(cè)的壓力上升，將該球閥推壓下，使將以水浸潤過的粒狀材料落入形成于下方的空間內(nèi)。而且，球閥15上側(cè)的壓力上升，是由于使輔助性的以空氣壓力加于所投入的粒狀材料與水的重量所形成的。
這樣，落入前端蓋殼體13的下半空間內(nèi)的粒狀材料。依次由配置于其周圍的超聲波振動子2的工作，通過水給予振動，使粒子相互間的間隙變小，促成再配置，結(jié)果被搗固。這時的振動，是在減小前端蓋殼體13的內(nèi)周壁13a與粒狀材料間的摩擦情況下產(chǎn)生作用；因此，隨著上拔套管11被搗固成圓柱形狀的粒狀材料，從套管11排出。很容易落入形成于其下方的空間內(nèi)。
而后，同樣反復(fù)進(jìn)行上述工作，從套管11排出的粒狀材料被搗固、并在軟地基中形成樁狀部位。
而且，這種情況下也與前述情況一樣，一旦將套管11拔起到一定程度之后，由給予振動打樁錘等的振動、再貫入套管，可使所形成的樁狀部位擴(kuò)徑。
另外，雖然在所圖示的實施例中，示出了在設(shè)于套管1的前端、或前端蓋殼體13的空洞1c、13c內(nèi)，相互相對且上下方向成三組設(shè)置了多個超聲波振動子2的例子；但也可以是將該超聲波振動子2安裝成通過套管1或前端蓋殼體13的內(nèi)周壁1a、13a，將超聲波振動傳到其內(nèi)側(cè)，其安裝部位與個數(shù)是任意的。
如上述說明，在本發(fā)明中，按第一項發(fā)明的地基改良施工法，由于用超聲波照射以水飽和的粒狀材料，來搗固該粒狀材料，與僅用空氣壓力排出砂子、伴隨瞬間強(qiáng)制排氣產(chǎn)生很大的噪音的現(xiàn)有施工法相比，進(jìn)行作業(yè)時的振動與噪音減少了，另外，由于沒有高壓空氣噴出，不必?fù)?dān)心卷起周圍的泥砂，隨著作業(yè)的進(jìn)行，不必?fù)?dān)心像現(xiàn)有裝置那樣產(chǎn)生大規(guī)模的水質(zhì)污濁，可減輕對環(huán)境的影響。再者，由于可使用在現(xiàn)有技術(shù)中難以用于這種地基改良的礦渣與煤灰等粒狀物質(zhì)，在可留下其他需要的許多優(yōu)質(zhì)砂的同時，還可望有效利用難以處置的工業(yè)廢棄物的效果。
按照第二項發(fā)明，在使用水與超聲波振動的第一項發(fā)明所記述的施工法中，由于輔助使用空氣壓力進(jìn)行作業(yè)，不產(chǎn)生使用高壓空氣的弊病，可適當(dāng)而迅速地控制套管前端的內(nèi)部壓力，可望提高作業(yè)效率。
按照第三項發(fā)明，由于將套管前端周壁做成雙層、在內(nèi)部形成空洞，并在該空洞內(nèi)設(shè)超聲波振動子，可加工并很容易形成現(xiàn)有的套管；另外，振動打樁錘等打樁裝置，可原樣使用現(xiàn)有的裝置，由此，可以現(xiàn)有的砂樁形成裝置低成本地應(yīng)用于在該施工法中使用的裝置。
按照第四項發(fā)明，由于利用了安裝于套管前端的前端蓋殼體的前端擴(kuò)徑的形狀，在其內(nèi)部設(shè)空洞，在該空洞內(nèi)安裝超聲波振動子，其下端的外徑幾乎不變，不必?fù)?dān)心對打入套管作業(yè)的妨害。另外，由于僅加工前端蓋殼體，可將具有這種球閥式前端蓋的現(xiàn)有砂樁形成裝置應(yīng)用于在本發(fā)明的施工法中使用的裝置，故有著可低成本提供能夠形成不會從地基側(cè)混入土砂的高質(zhì)量的樁狀部位的裝置的效果。
權(quán)利要求
1.一種地基改良施工法，其特征在于，在軟地基中打入套管，向該套管投入粒狀材料與水，在以水使粒狀材料飽和的狀態(tài)下從套管周圍放射超聲波，由此通過水搗固前述粒狀材料；同時減小了該粒狀材料與套管內(nèi)周的摩擦阻力，通過在該狀態(tài)下拔起套管，而在上述地基中形成由粒狀材料構(gòu)成的樁狀的部位。
2.按權(quán)利要求1所記述的地基改良施工法，其特征在于，對套管內(nèi)部以空氣壓力輔助加壓，以使套管前端的內(nèi)部壓力與套管前端深度的地基壓力大致相等。
3.一種使用于地基改良施工法的裝置，具有有著前端蓋的套管和將該套管打入地基中的打樁裝置，使用于在軟質(zhì)地基中形成由粒狀材料構(gòu)成的樁狀部位的地基改良施工法，其特征在于，上述套管，其前端的周壁成雙層、內(nèi)部形成空洞，在該空洞內(nèi)設(shè)超聲波振動子。
4.一種使用于地基改良施工法中的裝置，具備有著前端蓋的套管和將該套管打入地基中的打樁裝置，使用于在軟質(zhì)地基中形成由粒狀材料構(gòu)成的樁狀部位的地基改良施工法，其特征在于，上述前端蓋由前端擴(kuò)張成略成圓錐臺形狀的前端蓋殼體、可上下移動地收納于該前端蓋殼體內(nèi)的球閥、與該球閥相接并使套管的前端內(nèi)成密閉狀態(tài)的閥座部構(gòu)成；且上述前端蓋殼體，其周壁為雙層、在內(nèi)部形成空洞，在該空洞內(nèi)設(shè)超聲波振動子。
全文摘要
本發(fā)明可防止水面下的地基改良作業(yè)時的水質(zhì)污濁、不破壞周圍環(huán)境。同時可將礦渣與煤灰等粒狀材料應(yīng)用于地基改良中，保護(hù)優(yōu)質(zhì)砂資源的同時有效利用工業(yè)廢棄物。使套管(1)前端的周壁成雙層，在其內(nèi)部設(shè)空洞(1c)。通過在該空洞(1c)內(nèi)設(shè)超聲波振動子(2)，對和水一起投入套管(1)內(nèi)的粒狀材料(Sa)進(jìn)行振動，搗固該粒狀材料；同時消除與套管(1)內(nèi)周的摩擦阻力，使其很容易從套管(1)排出，由此使得利用易飛散而難搗固的礦渣與煤灰等的粒狀材料(Sa)成為可能。
文檔編號E02D3/10GK1472396SQ0314624
公開日2004年2月4日 申請日期2003年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月4日
發(fā)明者大內(nèi)光德, 桑山忠, 兵動正幸, 幸 申請人:井森浩視, 桑山忠, 兵動正幸