JP2018168562A - 砕石構造体の構築方法及び砕石構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】砕石柱を用い、構造体としての強度を有すると共に透水性を有する所望の形状や大きさの構造体を地中に簡易に形成する。【解決手段】砕石構造体の製造方法は、地中に砕石構造体を製造する。この方法は、地中に第１空間を形成する第１掘削工程Ｓ１２と、第１掘削工程Ｓ１２によって形成された第１空間に砕石を投入して押圧することで、第１砕石柱を形成する砕石柱形成工程Ｓ１４と、地中であって第１砕石柱と接続する位置に第２空間を形成する第２掘削工程Ｓ１６と、第２掘削工程Ｓ１６によって形成された第２空間に砕石を投入して押圧することで、第１砕石柱と接続する第２砕石柱を形成する砕石柱形成工程Ｓ１８と、を備える。【選択図】図５

Description

本明細書に開示する技術は、砕石構造体の構築方法及び砕石構造体に関する。

例えば、高層住宅や高速道路などの大型インフラ建築分野では、地盤強化、液状化対策等の地盤改良のために、地中に砕石柱を形成する方法（例えば、特許文献１）や地中にコンクリート杭等の地中構造体を形成する方法が開発されている。地盤改良を必要とする地盤は、その地盤毎に地質やその表面の性状（例えば、傾斜面等）が異なっており、その地盤の性質に合わせた地盤改良が必要となる。例えば、傾斜面を有する地盤に対しては、地滑りを防止するための地盤改良が必要となることがあり、このような場合は、傾斜面の途中又は傾斜面の上方の平坦面で、壁状の地中構造体が地中に形成されることがある。このように、地盤毎にその地盤に適した地盤改良を行う必要があるため、地盤毎に地盤改良のための地中構造体の大きさや形状も異なる。例えば、特許文献２には、斜面に沿ってコンクリート杭列を構築し、コンクリート杭を壁状に形成した地中構造体が開示されている。

特開２０１０−２４８８８５号公報 特開平７−２３８５５４号公報

特許文献２の地中構造体は、コンクリート杭列を壁状に打設することによって、傾斜面の地滑りを抑止している。しかしながら、特許文献２の地中構造体はコンクリートによって形成されているため、施工に手間や時間がかかる点、撤去する際には地中で固化したコンクリートの処理が困難になる点等の問題があった。本明細書は、砕石柱を用い、構造体としての強度を有すると共に透水性を有する所望の形状や大きさの構造体を地中に簡易に形成する技術を開示する。

本明細書に開示する砕石構造体の構築方法は、地中に砕石構造体を構築する。この方法は、地中に第１空間を形成する第１掘削工程と、第１掘削工程によって形成された第１空間に砕石を投入して押圧することで、第１砕石柱を形成する第１砕石柱形成工程と、地中であって第１砕石柱と接続する位置に第２空間を形成する第２掘削工程と、第２掘削工程によって形成された第２空間に砕石を投入して押圧することで、第１砕石柱と接続する第２砕石柱を形成する第２砕石柱形成工程と、を備える。

上記の砕石構造体の構築方法では、第１砕石柱と接続する位置に第２空間を形成することによって、第１砕石柱と接続する第２砕石柱を形成することができる。このため、複数の砕石柱が連続した砕石構造体を地中に構築することができる。コンクリートではなく砕石を用いるため、地中に適度な透水性と強度を有する構造体を簡易に形成することができる。なお、砕石構造体の構築方法とは、別言すると、砕石構造体の生産方法や製造方法に相当し、砕石構造体の生産方法や製造方法と言うこともできる。

また、本明細書に開示する砕石構造体は、地中に形成した空間に形成される。砕石構造体は、砕石によって構成される複数の砕石柱を備えている。複数の砕石柱のうち少なくとも１つの砕石柱は、当該砕石柱に隣接する他の砕石柱と接続している。複数の砕石柱のうち少なくとも１つの砕石柱と他の砕石柱は、連続して１つの構造体を形成している。

上記の砕石構造体では、複数の砕石柱が連続して１つの構造体となっている。このため、地中に所望の形状や大きさ、透水性、強度を調整した砕石構造体を容易に形成することができる。

実施例に係る砕石構造体の一例を示す斜視図。 実施例に係る砕石構造体の一部を示す上面図。 砕石柱形成装置の概略構成を示す図。 アタッチメントの円筒部及び螺旋部の構成を示す断面図。 実施例に係る砕石構造体の製造方法を示すフローチャート。 実施例に係る砕石構造体の製造方法を示す図であって、第１空間を形成した状態を示す。 実施例に係る砕石構造体の製造方法を示す図であって、第１空間内に砕石柱を形成した状態を示す。 実施例に係る砕石構造体の製造方法を示す図であって、第２空間を形成した状態を示す。 実施例に係る砕石構造体の別の一例を示す図。 傾斜面に砕石構造体と排水管とスタンドパイプが設置された状態を示す図。 実施例に係る砕石構造体のさらに別の一例を示す図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）本明細書が開示する砕石構造体の構築方法は、第２掘削工程では、形成された第１砕石柱の一部と第１砕石柱に隣接する土地を掘削して地中に第２空間を形成してもよい。第２砕石柱形成工程では、平面視したときに第１掘削工程によって形成された第１砕石柱の径と第２砕石柱の径との一部が重なるように第２砕石柱を形成してもよい。このような構成によると、第１砕石柱の径と第２砕石柱の径の一部が重なるように第２砕石柱を形成することによって、より確実に連続した地中構造体を構築することができる。このため、所望の形状や大きさ、透水性、強度を地質に適応調整した砕石構造体を地中に構築することができる。

（特徴２）本明細書が開示する砕石構造体の構築方法では、第１掘削工程と第１砕石柱形成工程と第２掘削工程と第２砕石柱形成工程は、砕石柱形成装置を用いて行われてもよい。砕石柱形成装置は、円筒部と、円筒部内に回転可能に配置されると共に駆動装置に接続されて地中を掘削する螺旋部と、を備えるアタッチメントを備えていてもよい。第１掘削工程及び第２掘削工程では、駆動装置によって螺旋部と円筒部とを一体に回転させてアタッチメントを地中内に挿入しながら地中を掘削してもよい。第１砕石柱形成工程及び第２砕石柱形成工程では、円筒部内に砕石を投入し、アタッチメントを地中内から上昇させながら円筒部内に投入された砕石によって砕石柱を形成してもよい。このような構成によると、上記のアタッチメントを備える砕石柱形成装置を用いて砕石構造体を形成することによって、第１砕石柱と第２砕石柱とが接続されるように第２空間が形成され、その第２空間内に砕石を投入して押圧することで、第１砕石柱と第２砕石柱とを接続することができる。このため、連続した砕石構造体を好適に構築することができ、所望の形状の砕石構造体を構築することができる。

（特徴３）本明細書が開示する砕石構造体では、平面視したときに、複数の砕石柱のうち少なくとも一つの砕石柱の径は、他の砕石柱の径と一部が重なっていてもよい。このような構成によると、砕石構造体をより確実に連続した地中構造体とすることができる。このため、砕石構造体の形状を、所望の形状にすることができる。

（特徴４）本明細書が開示する砕石構造体では、複数の砕石柱は、直線状に配置されていてもよく、複数の砕石柱のそれぞれが隣接する他の砕石柱と接続していてもよい。このような構成によると、複数の砕石柱が直線状に配置されていることによって、砕石構造体は壁状となる。このため、例えば、傾斜面等の地盤の地滑りを抑制するための地盤改良に好適に用いることができる。

（特徴５）本明細書が開示する砕石構造体では、一端が地中で前記砕石構造体と接続し、他端が地表に位置する排水管をさらに備えていてもよい。このような構成によると、例えば、排水管の他端を前記砕石構造体と接続する一端より低い位置又は同一高さの位置に設置することによって、砕石構造体を構成する砕石の間を通過する透水を、排水管を介して好適に排水することができる。このため、地中の水を好適に排水することができ、地中の水位を下げ、地盤の液状化現象や地盤の軟化による地盤崩壊を防ぐことができる。

以下、実施例に係る砕石構造体５０について説明する。砕石構造体５０は、地中に形成された空間に砕石を圧入することによって形成される。砕石構造体５０は、複数の砕石柱５２を備えている。複数の砕石柱５２ａ〜５２ｈのそれぞれは、ｚ方向に伸びる円柱形状を有している。このため、砕石柱５２をｚ方向に沿って見ると（すなわち、砕石柱５２を上方から見ると）円形状となる。本明細書では、ｚ方向に沿って見たときの円形状の径を砕石柱５２の径という。なお、後述する説明から明らかなように、砕石柱５２が伸びるｚ方向は、地中に空間を形成するために地中を掘削する方向となっている。このため、地面に対して垂直に掘削して空間を形成した場合、砕石柱５２は地面に対して直交する方向に伸びる。地面に対して傾斜させて掘削して空間を形成した場合、砕石柱５２は地面に対して傾斜して伸びることとなる。図１に示すように、砕石構造体５０は、８本の砕石柱５２ａ〜５２ｈを備えている。８本の砕石柱５２ａ〜５２ｈは、直線上に配置されており、ｘ方向に１列に延びている。すなわち、砕石構造体５０は壁状となっている。８本の砕石柱５２ａ〜５２ｈのｙ方向の寸法（すなわち、各砕石柱５２ａ〜５２ｈの径方向の寸法）は同一である。また、８本の砕石柱５２ａ〜５２ｈのｚ方向の寸法（すなわち、各砕石柱５２ａ〜５２ｈの深さ方向の寸法）は同一である。なお、以下の明細書において、砕石柱５２を区別する必要があるときは砕石柱５２ａ〜５２ｈのように沿字のアルファベットを用いて記載し、区別する必要のないときは単に砕石柱５２と記載する場合がある。

隣接する砕石柱５２はそれぞれ接続しており、砕石構造体５０は１つの構造体を形成している。図２に示すように、砕石構造体５０を上部から平面視すると（すなわち、ｚ方向に沿って見ると）、砕石柱５２ａの一部と砕石柱５２ｂの一部は重なっており、砕石柱５２ｂの一部と砕石柱５２ｃの一部は重なっている。詳細には、砕石柱５２ａの径Ｒ１と砕石柱５２ｂの径Ｒ２は、長さＬ１だけ重なっている。長さＬ１は、例えば、砕石柱５２ａの径Ｒ１及び砕石柱５２ｂの径Ｒ２の０％以上、かつ、５０％以下の長さとすることができる。好ましくは長さＬ１を径Ｒ１、Ｒ２の０％以上にすることによって、砕石柱５２ａと５２ｂを接続し、連続した構造体とすることができる。また、長さＬ１を径Ｒ１、Ｒ２の５０％以下することによって、砕石構造体５０を構成する砕石柱５２の数が多くなることを抑制することができる。さらに好ましくは、長さＬ１は、径Ｒ１、Ｒ２の５％以上、かつ、２５％以下の長さであってもよい。同様に、砕石柱５２ｂの径Ｒ２と砕石柱５２ｃの径Ｒ３は、長さＬ２だけ重なっており、長さＬ２は、砕石柱５２ｂの径Ｒ２及び砕石柱５２ｃの径Ｒ３の０％以上、かつ、５０％以下の長さとなっている。このように、砕石構造体５０を構成する８本の砕石柱５２は全て、隣接する砕石柱５２と平面視したときに重なっている。

なお、本実施例の各砕石柱５２の径は同一となっているが、このような構成に限定されない。砕石構造体５０を構成する複数の砕石柱５２は互いに接続されていればよく、各砕石柱の径が異なっていてもよい。各砕石柱の径が異なる場合には、隣接する砕石柱のうち径が小さい方の砕石柱が、隣接する砕石柱と上記の範囲で重なっている方が好ましい。また、本実施例では、各砕石柱５２の深さ方向の寸法は、全ての砕石柱５２において同一となっているが、各砕石柱５２の深さ方向の寸法は、砕石柱５２毎に異なる寸法であってもよい。このことで、硬い岩盤等によって砕石柱を形成する際に制限が生じる場合であっても、各砕石柱の深さ方向の寸法を変更することによって、地表面から砕石柱上面までの距離を一定に保った砕石構造体の構築に柔軟に対応できる。

砕石構造体５０を構成する各砕石柱５２は、砕石柱形成装置１００を用いて形成される。ここで、砕石柱形成装置１００について説明する。図３に示すように、砕石柱形成装置１００は、建設機械としての地盤改良機４０と、地盤改良機４０に装着されたアタッチメント１０を備えている。地盤改良機４０は、図３に示されるように、地盤改良機本体構造１と、運転席としてのキャビン７と、低接地圧で不整地を移動可能な無限軌道であるクローラ６と、施工時において地盤改良機４０の揺動を抑制するアウトリガー５と、を備える。

地盤改良機４０は、さらに、アタッチメント１０を操作するための構成として、アタッチメント１０にモーター出力軸２７を介して回転駆動力を供給する駆動装置１１と、昇降ガイドレール９を有するリーダー４と、リーダー４を支持するためのリーダー取付ベース２と、リーダー４の傾きを操作する油圧シリンダー３と、リーダー４の下端部においてリーダー４と一体的に形成されている延長脚柱８と、を備えている。

アタッチメント１０は、フィン１３が設けられた円筒部１２と、螺旋部１４と、円筒部１２の振れ止め用の包囲枠３０と、二股のフォーク形状を有するハンガーステー１８と、カム凸子１７を有するトップカバーケース１６と、砕石投入装置３２と、包囲枠３０を支持する取付プレート３７と、砕石投入装置３２を支持する支持アーム３９と、アタッチメント１０による施工状態を管理する施工管理装置４１と、を備えている。

円筒部１２には、砕石投入孔１５が形成され、砕石投入孔１５は開閉蓋２０によって塞がれている。砕石投入装置３２は、ホッパー部３３と、ホッパー部３３の下部に配置されるシュート部３４を備えている。砕石投入孔１５は、アタッチメント１０が地中を掘削する際には開閉蓋２０によって閉じられている。これによって、砕石投入孔１５から土砂が侵入することを防止できる。また、円筒部１２内に砕石を投入する際には開閉蓋２０が開けられる。これによって、砕石投入装置３２に投入した砕石を砕石投入孔１５から円筒部１２内に投入することができる。通常用いられる砕石は、岩石を粉砕したものであるため一定の形状ではなく、約２〜５０ｍｍの直径を有するが、これに限定されない。砕石は、２ｍｍよりも小さな直径のものを含んでいてもよいし、５０ｍｍより大きな直径のものを含んでいてもよい。アタッチメントの形状を変えることで５０ｍｍより大きな直径のものも扱うことができる。

図４は、円筒部１２と螺旋部１４の構成を示す断面図である。螺旋部１４は、回転入力軸２６及びコアロッド２２と一体的に構成されている。回転入力軸２６は、駆動装置１１のモーター出力軸２７に接続されている。回転入力軸２６は、モーター出力軸２７の回転駆動力に応じて回転し、その回転駆動力を一体的に結合されたコアロッド２２を介して螺旋部１４に伝達する。螺旋部１４の先端には掘削翼が設けられている。掘削翼は、螺旋部１４の先端に向かうにしたがって径が大きくなる螺旋状に形成されている。掘削翼の略全体は円筒部１２内に配置されており、掘削翼の先端の一部のみが円筒部１２の先端から突出している。

コアロッド２２は、軸受け管２３と放射ステー２４とで円筒部１２に回転可能に結合され、円筒部１２と回転軸を共通にしている。一方、円筒部１２は、その周囲に螺旋状のフィン１３を有している。フィン１３は、螺旋部１４の螺旋（すなわち、掘削翼）と同一方向の螺旋形状を有している。すなわち、掘削する際には、円筒部１２と螺旋部１４は、同一方向に回転することになる。これにより、螺旋部１４の掘削によって生じた掘削土砂がフィン１３によって地表に運搬されることになる。

アタッチメント１０は、さらに、トップカバーケース１６の内部において、回転入力軸２６とコアロッド２２との間に、図示しないワンウエイクラッチ機構を備えている。ワンウエイクラッチ機構は、掘削時の回転方向の駆動においては、自動的に螺旋部１４と円筒部１２が一体として回転する作動状態となる。これにより、上述のように螺旋部１４で掘削した土砂を円筒部１２が有するフィン１３で地上に排出することができる。一方、掘削時の回転方向と逆方向の回転駆動においては、螺旋部１４で砕石に圧力を印加すると共に、円筒部１２が自動的に回転を停止することができる。以下、円筒部１２と螺旋部１４が同一方向に回転する方向、すなわち、掘削時の回転方向を「正転方向」といい、掘削時の回転方向と逆方向に回転する方向、すなわち、螺旋部１４で砕石に圧力を印加する回転方向を「反転方向」ということがある。

砕石柱形成装置１００は、さらに、アタッチメント１０を位置決めするルーラ７１及び位置決め杭７２を備えていることが好ましい。位置決め杭７２はルーラ７１に取り付けられており、ルーラ７１は、包囲枠３０に取り付けられている。位置決め杭７２によって、アタッチメント１０による掘削位置（すなわち、砕石柱５２の形成位置）を簡便かつ確実に位置決めすることができる。なお、本実施例では、位置決め杭７２を１本備えているが、このような構成に限定されない。例えば、位置決め杭７２を２本以上備えていてもよい。位置決め杭７２を２本以上備え、先に構築した砕石柱５２の円周に沿って固定することで、位置決め精度を上げることができ、掘削時の振動によるアタッチメント１０の位置ズレも防ぐことができる。

図５〜図８を参照して、砕石構造体５０の製造方法について説明する。砕石構造体５０は、砕石構造体５０を構成する各砕石柱５２を１本ずつ形成することによって構築される。本実施例では、最初に砕石柱５２ａを形成し、その後、砕石柱５２ｂ〜５２ｈを順に形成する。

図５に示すように、まず、第１掘削工程を実行する（Ｓ１２）。第１掘削工程では、砕石柱形成装置１００を用いて地中を掘削し、砕石柱５２ａを形成するための第１空間６０を形成する。第１掘削工程は、以下の手順で行われる。まず、アタッチメント１０の位置合わせを行う。アタッチメント１０の位置合わせは、クローラ６の駆動によって地盤改良機４０の位置と方向とを調整することによって行われる。なお、地盤改良機４０の位置と方向を調整した後、地盤改良機４０は、アウトリガー５によって固定されてもよい。これにより、施工時における地盤改良機４０の揺動や位置ずれを抑制することができる。地盤改良機４０の固定後、駆動装置１１を駆動させながらアタッチメント１０を下降させる。駆動装置１１は、円筒部１２及び螺旋部１４が正転方向に回転するように駆動する。したがって、アタッチメント１０は、正転方向に回転しながら、アタッチメント１０を地中に挿入して、地中を掘削する。地中の掘削によって排出される土砂は、円筒部１２の外周に運ばれ、フィン１３によって地表に排出される。図６に示すように、アタッチメント１０が所定の深さまで到達すると、駆動装置１１の正転回転の駆動を停止し、掘削を終了する。すると、地中に第１空間６０が形成される。上記の説明から明らかなように、第１空間６０は、掘削方向（ｚ方向）に伸びる円柱形状を有している。

次に、ステップＳ１２の第１掘削工程で形成された第１空間６０に砕石柱５２ａを形成する砕石柱形成工程を実行する（Ｓ１４）。砕石柱形成工程は、以下の手順で行われる。まず、開閉蓋２０を開いた状態で、砕石投入装置３２に砕石を投入する。砕石投入装置３２に投入された砕石は、砕石投入孔１５を介して円筒部１２内に投入される。次に、螺旋部１４が反転方向に回転するように、駆動装置１１を駆動させる。すると、アタッチメント１０は、反転方向に回転しながら上昇すると共に、円筒部１２内に投入された砕石を螺旋部１４から押圧しながら排出する。したがって、アタッチメント１０が第１空間６０から押し出されると共に、第１空間６０内に砕石柱５２ａが形成される。図７に示すように、アタッチメント１０が地表まで押し出されると、駆動装置１１の反転回転の駆動を停止する。すると、第１空間６０内に砕石柱５２ａが形成される。上記の説明から明らかなように、砕石柱５２ａは、掘削方向（ｚ方向）に伸びる円柱形状を有している。

次に、第２掘削工程を実行する（Ｓ１６）。第２掘削工程では、砕石柱形成装置１００を用いて地中及び砕石柱５２ａの一部を掘削し、若しくは砕石柱５２ａとほぼ接触する位置で地中を掘削し、砕石柱５２ｂを形成するための第２空間６２を形成する。上述したように、砕石柱形成装置１００は、砕石柱形成工程（例えば、ステップＳ１４）において、形成した空間を外周側に僅かに押し広げる。このため、砕石柱５２ａとほぼ接触する位置に第２空間６２を形成することによって、砕石柱５２ａと接続する砕石柱５２を形成するための空間を形成することができる。第２掘削工程は、以下の手順で行われる。まず、アタッチメント１０の位置を移動させ、アタッチメント１０の位置合わせを行う。図２に示すように、砕石柱５２ｂは、砕石柱５２ａの位置から、Ｒ２−Ｌ１（すなわち、砕石柱５２ｂの径方向の寸法Ｒ２から、砕石柱５２ａと５２ｂが重なる長さの寸法Ｌ１を引いた寸法）だけ＋ｘ方向に移動した位置に形成される。このため、アタッチメント１０をＲ２−Ｌ１だけｘ方向に移動させる。なお、アタッチメント１０の位置合わせの手順は、ステップＳ１２と同様の手順であるため、詳細な説明は省略する。アタッチメント１０の位置合わせをした後、螺旋部１４が正転方向に回転するように駆動装置１１を駆動させながら、アタッチメント１０を下降させる。すると、アタッチメント１０は、正転方向に回転しながら地中及び砕石柱５２ａの一部を掘削する。上述したように、砕石柱５２ａは、円筒部１２内に投入された砕石を押圧して一体化しているだけである。このため、砕石柱５２ａを破壊することなく、アタッチメント１０によって砕石柱５２ａの一部のみを掘削することができる。なお、掘削の手順についてもステップＳ１２と同様であるため、詳細な説明は省略する。図８に示すように、アタッチメント１０が所定の深さまで到達すると、地中に第２空間６２が形成される。

次に、ステップＳ１６の第２掘削工程で形成された第２空間６２に砕石柱５２ｂを形成する砕石柱形成工程を実行する（Ｓ１８）。なお、ステップＳ１８の砕石柱形成工程の手順は、ステップＳ１４の砕石柱形成工程と同様であるため、詳細な説明は省略する。第２空間６２は、地中と砕石柱５２ａの一部を掘削することによって形成される。このため、第２空間６２内に砕石柱５２ｂを形成することによって、地中内に砕石柱５２ａと砕石柱５２ｂとが接続した構造体が形成される。

次に、砕石構造体５０を構成する全ての砕石柱５２が形成されたか否かを判断する（Ｓ２０）。すなわち、砕石柱５２ａ〜５２ｈが全て形成されたか否かを判断する。砕石柱５２ａ〜５２ｈのうち、形成されていない砕石柱５２がある場合（ステップＳ２０でＮＯの場合）には、ステップＳ１６に戻り、ステップＳ１６とステップＳ１８を繰り返す。すなわち、形成された砕石柱５２の一部と当該砕石柱５２に隣接する地中を掘削する。そして、掘削によって形成された空間に砕石柱５２を形成する。例えば、砕石柱５２ａと砕石柱５２ｂのみが形成されている状態であれば、砕石柱５２ｂの＋ｘ方向の一部分と、砕石柱５２ｂと＋ｘ方向に隣接する地中を掘削する。そして、掘削して形成された空間に砕石柱５２ｃを形成する。このように、砕石構造体５０を構成する全ての砕石柱５２ａ〜５２ｈが形成されるまでステップＳ１６とステップＳ１８を繰り返す。そして、全ての砕石柱５２ａ〜５２ｈが形成されると（ステップＳ２０でＹＥＳの場合）、砕石構造体５０の構築を終了する。なお、砕石柱５２ａ〜５２ｈを形成する場合には上記に限らず、５２ａ、５２ｃ、５２ｅのように一本ずつ飛ばして砕石柱を形成したあと、その間隙に５２ｂ、５２ｄ等の砕石柱を形成してもよい。このような順で砕石構造体５０を構築することによって、アタッチメント１０に掛かる負荷を左右均一に近づけることができ、設定角度が安定した掘削性を得ることができる。

本実施例では、砕石柱５２の一部と当該砕石柱５２に隣接する地中を掘削し、掘削によって形成された空間に砕石柱５２を形成する。このため、隣接する砕石柱５２を接続させることができる。このように複数の砕石柱５２を形成することによって、複数の砕石柱５２が連続した砕石構造体５０を地中に構築することができる。

なお、本実施例では、第２掘削工程において、砕石柱５２ａ〜５２ｈが直線状に配置されるように砕石柱５２ｂ〜５２ｈを形成しているが、このような構成に限定されない。先に形成された砕石柱５２と接続するように後に形成される砕石柱５２を形成すればよく、後に形成される砕石柱５２は、先に形成された砕石柱５２に対していずれの方向に隣接させてもよい。例えば、図９に示すように、砕石構造体１５０では、砕石柱５２ｉは５本の砕石柱５２ｊ〜５２ｎと接続している。このように、砕石構造体１５０は、１本の砕石柱５２が３本以上の複数の砕石柱５２と接続するように構成されていてもよい。また、砕石構造体１５０は、３本の砕石柱５２ｉ〜５２ｋが重複する部分５３を備えている。このように、砕石構造体１５０は、３本以上の複数の砕石柱５２が重なる重複部分５３を備えていてもよい。このように構築することで、砕石構造体１５０の強度をさらに上げることができる。このように、複数の砕石柱５２を組み合わせることによって、地中に所望の形状の砕石構造体を構築することができる。

また、本実施例では、砕石構造体５０を構成する砕石柱５２は、地表付近まで達すように形成されるが、このような構成に限定されない。例えば、砕石構造体は、地表付近まで達することなく、地中に埋設されていてもよい。このような砕石構造体は、砕石柱形成装置１００で砕石柱を形成する際に、掘削した空間の途中まで砕石柱を形成し、途中から砕石柱を形成することなくアタッチメント１０を地中から取り出すことによって構築することができる。掘削された空間のうち、砕石柱を形成しない部分については、例えば、掘削時に排出された土砂を再び投入すればよい。

また、本実施例で用いる砕石柱形成装置１００では、円筒部１２にフィン１３が設けられているが、このような構成に限定されない。例えば、フィン１３が設けられた円筒部１２を有するアタッチメント１０（以下、排土型アタッチメント１０ともいう）と、掘削による土砂を殆ど地表に排出しない構成である、フィンが設けられていない円筒部を有するアタッチメント（以下、非排土型アタッチメントともいう）の両方を用いて砕石構造体を構築してもよい。

この場合には、まず、非排土型アタッチメントを用いて、砕石構造体５０を構成する複数の砕石柱５２から選択した一部の砕石柱５２（具体的には、地中内で独立して存在する砕石柱５２（既に形成された他の砕石柱５２と隣接しない砕石柱５２））を形成する。その後、排土型アタッチメント１０を用いて残りの砕石柱５２を形成する。例えば、図１の砕石構造体５０では、まず、砕石柱５２ａ、５２ｃ、５２ｅ、５２ｇを、非排土型アタッチメントを用いて形成する。その後、残りの砕石柱５２ｂ、５２ｄ、５２ｆ、５２ｈを、排土型アタッチメント１０を用いて形成する。非排土型アタッチメントを用いると、掘削によって形成された空間の周囲に不要な土砂が圧縮して押し固められる。上記のような順で、非排土型アタッチメントと排土型アタッチメント１０を組み合わせて用いることによって、非排土型アタッチメントを用いても、連続した砕石構造体５０を好適に構築することができる。このように、非排土型アタッチメントを用いると、排出される土砂の量を減少させることができる。これまで述べてきた砕石柱５２の径の重複を大きく設ける場合には、排土型アタッチメント１０を上記した様に利用することが望ましい。また、排土型アタッチメント１０で掘削する際に両側に砕石柱５２が接することになり、掘削負荷が均一となる点でも好ましい。ここで全ての砕石柱５２を、非排土型アタッチメントを用いて形成することも可能であるが、地盤を圧縮する関係で掘削抵抗が大きくなり困難な場合が生じ得る。なお、各砕石柱５２の直径は通常、非排土型アタッチメントを用いた場合には約２５〜４５ｃｍであり、排土型アタッチメント１０を用いた場合には約３０〜５０ｃｍであるが、このような構成に限定されない。また、砕石柱５２の深さ方向の長さは、非排土型アタッチメント又は排土型アタッチメント１０の高さ方向（ｚ方向）の寸法や掘削する深さによって決まり、約４〜６ｍであるが、このような構成に限定されない。例えば、砕石柱形成装置の大きさや駆動能力を変更することによって、上記の寸法より更に大きな砕石柱を形成することもできる。

また、本実施例の構築方法を用いて構築された砕石構造体５０は、砕石によって形成されているため、砕石構造体５０内では、砕石と砕石の間に隙間が生じる。このため、本実施例の構築方法を用いて構築された砕石構造体５０は、地中を流れる地下水等の水を貯留することができる。以下に、本実施例の構築方法を用いて構築された砕石構造体２５０を傾斜面等の地盤崩壊を防止するために用いる例について説明する。

図１０に示すように、傾斜面の地盤崩壊を防止するために、地中に砕石構造体２５０と、排水管５４を配置する。砕石構造体２５０は、地滑り等の地盤崩壊が発生する虞のある傾斜面より高い位置（図１０では傾斜面の＋ｙ方向）に構築される。砕石構造体２５０は、砕石柱５２をｘ方向に連続して形成した壁状の構造体であり、砕石構造体２５０を構成する砕石柱５２の数は、地盤崩壊を防止する傾斜面の長さに合わせて変更可能である。したがって、砕石構造体２５０を構成する砕石柱５２の数は、上述の砕石構造体５０（図１参照）を構成する砕石柱５２の数（すなわち、８本）と異なっており、多くの場合、砕石構造体５０を構成する砕石柱５２の数より多くされる。なお、砕石構造体２５０と上述の砕石構造体５０は、構成する砕石柱５２の数が異なる点のみが異なっており、砕石構造体２５０のその他の構成は砕石構造体５０と同一である。このため、砕石構造体２５０の構成の詳細や、砕石構造体２５０の構築方法についての詳細な説明は省略する。透水性を有する砕石構造体２５０を傾斜面に沿って構築することによって、傾斜面の上流側（＋ｙ方向）の土壌に含まれる水を適度に排出することができる。そのため適度な透水性を有する砕石構造体は、従来工法に比べて地盤崩壊の防止効果、保全効果が格段に向上するものである。

また、排水管５４は、砕石構造体２５０に接続されている。排水管５４の一端は砕石構造体２５０に接続されており、排水管５４の他端は地表に配置されている。図１０では、排水管５４は、原則ｙ方向と反対方向に排水可能な勾配を有して延びている。砕石構造体２５０が排水管５４に接続されていることによって、砕石構造体２５０内の水を地表に排出することができる。排水管５４の位置は、砕石構造体２５０の底部０ｃｍ以上かつ５０ｃｍ未満に配置することは好ましく、また、排水管５４は、砕石構造体２５０のｘ方向に一定の間隔で複数設ける事が望ましい。また、底部以外にも排水管５４よりも地表側に更に追加して排水管（図示省略）を設ける事もゲリラ豪雨と称されるような大雨などの対策として有効である。排水管を設けることによって、砕石構造体２５０の上部側（＋ｙ方向）の土壌内の水位を下げることができ、土壌の強度を高めることができる。また、砕石構造体２５０にスタンドパイプ５６を設置してもよい。スタンドパイプ５６は、その一端が砕石構造体２５０を構成する砕石柱５２の上面から当該砕石柱５２内に配置されており、他端が砕石構造体２５０の上方の地表に配置されている。砕石構造体２５０に設置されるスタンドパイプ５６の数は特に限定されるものではなく、例えば、スタンドパイプ５６は、砕石構造体２５０を構成する複数の砕石柱５２に対して数本毎に設置されてもよい。スタンドパイプ５６及び砕石構造体２５０によって地下水を大気圧で押さえ、土壌内の水位を低下させることができる。したがって、上記した様に地下水位を常時一定以下に保つことで、地滑り等の地盤崩壊を抑制することができる。なお、本実施例の砕石構造体２５０は、傾斜面より高い位置に位置しているが、このような構成に限定されない。例えば、砕石構造体２５０は、傾斜面の途中に位置していてもよい。また、本実施例ではスタンドパイプ５６が設置されているが、スタンドパイプ５６は設置されていなくてもよい。

なお、本実施例の砕石構造体５０、１５０、２５０は、砕石構造体５０、１５０、２５０を構成する複数の砕石柱５２が全て同一方向（ｚ方向に平行）に配置されているが、このような構成に限定されない。砕石構造体を構成する複数の砕石柱は、互いに異なる方向に配置されていてもよく、例えば、図１１に示すように、砕石構造体３５０は、ｚ方向に平行な砕石柱１５２ａ〜１５２ｄと、ｚ方向に斜めに傾いて配置される（図１１では、−ｙ方向に傾いている）砕石柱１５３ａ〜１５３ｄとが接続されていてもよい。砕石構造体３５０は、砕石柱１５２ａ〜１５２ｄと砕石柱１５３ａ〜１５３ｄが地表付近では完全に離れ、地中では重なっている構造である。このような構成は、砕石柱１５２ａ〜１５２ｄを鉛直方向に形成し、砕石柱１５３ａ〜１５３ｄを僅かに傾けて形成することによって構築する。このような構造にすることで、砕石柱１５２ａ〜１５２ｄと砕石柱１５３ａ〜１５３ｄの間に空間が作られるため、例えば、地上排水路などを構築しつつ、排水路の周囲を砕石柱１５２ａ〜１５２ｄ及び砕石柱１５３ａ〜１５３ｄで保護する事ができる。なお、砕石構造体３５０は、砕石柱１５２ａ〜１５２ｄがｚ方向に平行に配置され、砕石柱１５３ａ〜１５３ｄがｚ方向に斜めに傾いて配置されているが、砕石構造体を構成する複数の砕石柱が互いに接続していればよく、例えば、砕石柱１５２ａ〜１５２ｄをｚ方向に斜めに傾けて形成すると共に、砕石柱１５３ａ〜１５３ｄをｚ方向に斜めに傾けて形成してもよい。また、複数の砕石柱を互いに異なる方向に配置する場合には、砕石柱が接続する部分のｘｙ断面において、接続する２つの砕石柱の重複部分が５０％を超えていてもよい。

また、地下水が浸透する地層では、砕石構造体を構成する砕石の砕石粒を以下のようにすることも有効である。例えば、砕石構造体の下部（すなわち、地表から遠い部分）には直径が約３ｃｍ程度の比較的小さい砕石を投入し、砕石構造体の上部（すなわち、地表に近い部分）には直径が約５ｃｍ程度の比較的大きい砕石を投入することができる。また、本実施例の砕石構造体は連続しているため、砕石構造体を地下水路として用いることもできる。この場合には、上述の砕石構造体５０、２５０のように、砕石構造体を直線状に連続して構築する。このとき、砕石構造体の下部には、上部より粒径の大きい砕石を投入する。すると、砕石構造体の下部において、砕石間の空間を通して地下水路を構成することができる。このため、地中に構築する砕石構造体の砕石の粒径を深さ方向の寸法で調整することによって、所望の地中深さに地下水路を構築することもできる。また、比較的粒径の大きい砕石に砂利等の粒径の小さい砕石を混合することもできる。さらに、砕石柱毎に粒径の異なる砕石を投入してもよい。このように、本実施例の砕石構造体は、砕石構造体を構成する砕石の粒径を、１つの砕石構造体内において部分毎に変更することができる。このため、砕石構造体を構築する地形や地盤、又はその土壌の降水時の排水状況の統計値等に合わせて砕石の粒径を調整してもよい。このように、透水性や強度を土壌の特徴に合わせて最適化することができる。

本実施例の製造方法を用いて製造された砕石構造体は、砕石によって構築されているため、一定の貯水性及び高い透水性を備えることができる。地中に透水性のコンクリートを用いて構造体を形成した場合にも、当該構造体（以下、透水性コンクリート構造体ともいう）内に水が貯留される。しかしながら、透水性コンクリート構造体は通常のコンクリート構造体と比較すると透水性が高い一方、本実施例の砕石構造体と比較すると、当該構造体内に生じる隙間が小さく、透水性が低い。本実施例の砕石構造体は、砕石によって形成されているため、一定の貯水性を有し、透水性を高くすることができるため地下水の水位を低くできる。また、本実施例の砕石構造体５０は、上記の製造方法を用いることによって、施工に手間や時間をかけることなく製造することができる。上記の透水性コンクリート構造体は、構造体内の隙間に土砂等が侵入することによって透水性が低下しても、同一箇所に再施工することが困難である。本実施例の砕石構造体５０は、上記の製造方法を用いることによって、同一箇所に再施工することができる。このため、貯水性及び透水性が低下しても、同一箇所に再施工を容易に行うことができ、長期間に亘り貯水性及び透水性を良好な状態で確保することができる。

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

１０：アタッチメント
１１：駆動装置
１２：円筒部
１３：フィン
１４：螺旋部
１５：砕石投入孔
２０：開閉蓋
３２：砕石投入装置
４０：地盤改良機
５０、１５０、２５０：砕石構造体
５２：砕石柱
５４：排水管
６０：第１空間
６２：第２空間
１００：砕石杭形成装置

Claims (7)

1. 地中に砕石構造体を構築する方法であって、
   前記地中に第１空間を形成する第１掘削工程と、
   前記第１掘削工程によって形成された前記第１空間に砕石を投入して押圧することで、第１砕石柱を形成する第１砕石柱形成工程と、
   前記地中であって前記第１砕石柱と接続する位置に第２空間を形成する第２掘削工程と、
   前記第２掘削工程によって形成された前記第２空間に砕石を投入して押圧することで、前記第１砕石柱と接続する第２砕石柱を形成する第２砕石柱形成工程と、を備える、砕石構造体の構築方法。
2. 前記第２掘削工程では、形成された前記第１砕石柱の一部と前記第１砕石柱に隣接する土地を掘削して前記地中に第２空間を形成し、
   前記第２砕石柱形成工程では、平面視したときに前記第１掘削工程によって形成された前記第１砕石柱の径と前記第２砕石柱の径との一部が重なるように第２砕石柱を形成する、請求項１に記載の砕石構造体の構築方法。
3. 前記第１掘削工程と前記第１砕石柱形成工程と前記第２掘削工程と前記第２砕石柱形成工程は、砕石柱形成装置を用いて行われ、
   前記砕石柱形成装置は、円筒部と、前記円筒部内に回転可能に配置されると共に駆動装置に接続されて地中を掘削する螺旋部と、を備えるアタッチメントを備えており、
   前記第１掘削工程及び前記第２掘削工程では、前記駆動装置によって前記螺旋部と前記円筒部とを一体に回転させて前記アタッチメントを地中内に挿入しながら地中を掘削し、
   前記第１砕石柱形成工程及び前記第２砕石柱形成工程では、前記円筒部内に砕石を投入し、前記アタッチメントを地中内から上昇させながら前記円筒部内に投入された砕石によって砕石柱を形成する、請求項１又は２に記載の砕石構造体の構築方法。
4. 地中に形成した空間に形成される砕石構造体であって、
   砕石によって構成される複数の砕石柱を備えており、
   前記複数の砕石柱のうち少なくとも１つの砕石柱は、当該砕石柱に隣接する他の砕石柱と接続しており、
   前記複数の砕石柱のうち少なくとも１つの砕石柱と前記他の砕石柱は、連続して１つの構造体を形成している、砕石構造体。
5. 平面視したときに、前記複数の砕石柱のうち少なくとも１つの砕石柱の径は、前記他の砕石柱の径と一部が重なっている、請求項４に記載の砕石構造体。
6. 前記複数の砕石柱は、直線状に配置されており、前記複数の砕石柱のそれぞれが隣接する他の砕石柱と接続している、請求項４又は５に記載の砕石構造体。
7. 一端が地中で前記砕石構造体と接続し、他端が地表に位置する排水管をさらに備えている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の砕石構造体。