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砂桩形成方法及其装置

基本信息

  • 申请号 CN00810213.9 
  • 公开号 CN1360655A 
  • 申请日 2000/06/28 
  • 公开日 2002/07/24 
  • 申请人 井森工业株式会社  
  • 优先权日期  
  • 发明人 大内光德  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 日本山口县 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 何腾云 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

安装于套管11前端的前端盖12具有大体呈圆锥台形状的前端盖壳13、可上下移动地收容于该前端盖壳13内的球阀16、及由该球阀16接触从而使套管11前端内为密闭状态的阀座部14。
在该前端盖壳13的外侧设置测定周围的土压的土压传感器S1,在内侧设置测定套管11内的空气压的压力传感器S2,并在其内部设置用于送入压缩空气的空气供给口。
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权利要求书


1.一种砂桩形成方法,在软地层中打入具有球阀式的前端盖的套筒, 将砂投入到套筒内后,仅将由投入的砂形成的砂桩留在地层中地拔去套 管, 其特征在于:当从地层拔去套筒时,使前端盖内部的空气压与在其周 围测定的土压相等地进行控制,由此可在由套管形成的空洞不崩溃的状 态下将砂充填到该空洞内。

2.一种砂桩形成方法,在由套筒的再压入,将从具有前端盖的套管 排出的砂挤紧的同时扩大直径, 其特征在于:根据设于该套管前端的土压计的测定值控制使套管再压 入时的压力,从而形成具有所期望强度和直径的砂桩。

3.一种砂桩形成装置,由设置有用于向内部导入压缩空气的喷嘴的 套管和安装于该套管前端的前端盖构成, 其特征在于:上述前端盖由前端扩开的大体呈圆锥台形状的前端盖 壳、可上下移动地收容于该前端盖壳内的球阀、及由该球阀接触从而使 套管前端内为密闭状态的阀座部构成,在上述前端盖壳的外侧设置测定 周围的土压的土压传感器,在内侧设置测定前端盖壳内的空气压的压力 传感器,并在其内部设置用于送入压缩空气的空气供给口。

4.根据权利要求3所述的砂桩形成装置,其特征在于:在前端盖的 前端设置用于测定套管压入压力的土压计。
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说明书

技术领域 本发明涉及一种在软地层内形成用于改良地层的砂桩的方法和由该方 法形成砂桩的装置。
背景技术 过去,作为形成这种砂桩的方法和装置,例如有公开于日本专利第 2791914号的方案。
示于该专利中的砂桩形成装置如图15所示那样,在头部具有振动打 桩锤46,在砂桩形成用空心管41的上方安装砂投入用斗42和压缩空气 供给管43,在其下部,以放射状设置通过供给加压水进行驱动的朝下缸 44和由该朝下缸44朝上下方向驱动的多片砂挤紧兼排出叶45。
符号47 示出用于向朝下缸44供给加压水的加压水供给管。
利用该装置的砂桩形成方法如下。
首先,由振动打桩锤46将空心管41打入到规定深度,从斗42投入 砂,同时,从压缩空气供给管43吹入压缩空气。
此时,空心管41内的 空气压为周围的土壤不流入到管内的程度,绝对不能为使管内的投入砂 排出到管外那样的大空气压。
在该状态下,将加压水压入到缸44,以一定速度使排出叶45上下移 动多次,从而将空心管41内的投入砂的一部分留下来,基本上由与排出 叶45的接触阻力强制地将其朝空心管41的下方推出,由此将其排出。
此时,空心管41也从地层拔出规定长度。
这样,排出的砂由排出叶45 挤紧。
这样将砂排出到软质地层中后,解除管41内的压力,再从斗42投 入规定量的砂,进行与空心管41下端的位移对应的土压保持平衡的管内 加压、由缸44的作动形成的砂排出和挤紧、及空心管41的规定长度的 拔出,以后,反复进行该操作形成砂桩。
上述加压的程度通过预先计算与空心管41下端的深度对应的土压, 根据该土压决定。
另外,作为砂桩形成装置,例如示于本申请人先前提出申请的日本特 公平8-1060号。
这如图16所示那样,在设置有用于将压缩空气导入到内部的喷嘴21 的套管11的前端,安装可上下移动地保持具有规定比重的球阀16的圆 筒状的前端盖壳13′,在套管11前端(在图16中为下端)的开口部分 设置由该球阀16闭塞的阀座部14,当在地层打入套管11时,该球阀16 防止土砂侵入地闭塞套管11的前端,当排出砂桩形成用的砂时,砂与压 缩空气的压力使球阀16离开阀座部14,在与前端盖壳13′之间形成砂 排出用间隙。
上述图15所示现有砂桩形成装置在空心管内部的前端侧可上下移动 地设置砂挤紧兼排出叶,同时,必须设置用于驱动该排出叶的朝下缸, 它们存在由于投入到空心管内的砂和使空心管嵌入时的压力而破损的危 险,同时,可能成为砂排出时的障碍物。
另外,在该装置中,需要使朝 下缸作用的加压水和供给装置,和其控制装置等附带设备,所以,设备 变大,其准备和作业也更麻烦。
另外,在使用该装置的砂桩的形成方法中,通过向空心管内投入规定 量的砂,同时,吹入规定压力的压缩空气,在该状态下使排出叶上下移 动,从而将砂挤紧,将空心管拉出规定长度,这样的作业必须反复进行, 作业效率极差。
另外,相应于空心管的拉出,控制管内的空气压,与其 下端的位移所对应的土压保持平衡,但该土压根据计算值获得,所以, 根据实际的地层的状况,未必就是最佳的空气压,存在不能进行所期望 的作业的危险。
另外,图16所示的装置在打入套管时,其前端由球阀闭塞,所以, 内部不会侵入海水和粘土质的土砂,但相反,当排出砂时,该球阀成为 障碍,存在排出时较耗费时间的问题。
发明内容 本发明就是为了解决上述现有技术的砂桩形成方法和装置具有的问题 点而作出的,其目的在于提供一种在条件不同的各种软地层中,确实而 且以良好效率形成具有规定强度和直径的砂桩的方法和用于该方法的装 置。
本发明的砂桩形成方法是在软地层中打入具有球阀式的前端盖的套 筒,将砂投入到套筒内后,仅将由投入的砂形成的砂桩留在地层中地拔 去套管;其中,当从地层拔去套筒时,使前端盖内部的空气压与在其周 围测定的土压相等地进行控制,由此可在由套管形成的空洞不崩溃的状 态下将砂充填到该空洞内。
另外,砂桩形成方法在由套筒的再压入,将从具有前端盖的套管排出 的砂挤紧的同时扩大直径;其中,根据设于该套管前端的土压计的测定 值控制使套管再压入时的压力,从而形成具有所期望强度和直径的砂桩。
本发明的砂桩形成装置由设置有用于向内部导入压缩空气的喷嘴的套 管和安装于该套管前端的前端盖构成;其中,上述前端盖由前端扩开的 大体呈圆锥台形状的前端盖壳、可上下移动地收容于该前端盖壳内的球 阀、及由该球阀接触从而使套管前端内为密闭状态的阀座部构成,在该 前端盖壳的外侧设置测定周围的压力的土压传感器,在内侧设置测定套 管内的空气压的压力传感器,并在其内部设置用于送入压缩空气的空气 供给口。
另外,在上述装置的前端盖前端设置用于测定套管压入压力的土压 计。
附图说明 图1为本发明的砂桩形成装置的实施方式的要部纵截面图。
图2为图 1的A-A线的截面图,图3为图1的B-B线的截面图,图4为图1的C-C 线的截面图。
图5为示出本发明砂桩形成装置的使用状态的一个工序的 示意截面图。
图6为示出本发明砂桩形成装置的使用状态的一个工序的 示意截面图。
图7为示出本发明砂桩形成装置的使用状态的一个工序的 示意截面图。
图8为示出本发明砂桩形成装置的使用状态的一工序的示 意截面图。
图9为示出本发明的砂桩形成方法的截面说明图。
图10示出 本发明的砂桩形成方法的截面说明图。
图11为示出在圆筒形的壳内投入 规定量的砂的状态的示意截面图。
图12为示出作用于图11所示场合的 壳内壁面的应力的说明图。
图13为示出将规定量的砂装入到空心的圆锥 台形的壳内的状态的示意截面图。
图14为示出作用于图13所示壳内壁 面的应力的说明图。
图15为示出砂桩形成装置的现有技术例的示意截面 图。
图16为示出砂桩形成装置的其它现有技术例的示意截面图。
具体实施方式     下面参照附图详细说明本发明。
其中,与现有技术相同功能的部件采 用相同符号。
图1为本发明的砂桩形成装置的前端部分的截面图,图2、图3、图 4分别为其A-A线、B-B线、C-C线的截面图。
该砂桩形成装置在套管11 的前端(在图1中为下端)安装球阀式的前端盖12,当要改变堆积于海 底等的粘土质层等软地层时,用于在该软地层内形成砂桩。
套管11为具有一定内径的筒状,充填有用于在铅直状态下打设于软 地层内的砂,在其内部贯通其壁面设置喷射出空气射流的喷嘴部21。
该 喷嘴部21朝下方排出空气射流。
另外,在该套管11前端的内周,设置 有后述球阀压接的阀座部14。
该阀座部14具有上面部14a、内周面部14b、及锥状的下面部14c, 该上面部14a随着从套管11的内周面往轴心侧走而朝下倾斜,该内周面 部14b在该上面部14a内周侧平行于管的内周面地朝下方延伸,该下面 部14c与该内周面部14b下侧相连并逐渐接近管的内周侧。
即,该下面 部14c成为以圆弧状朝上方凸出的状态。
该阀座部14如图2所示那样, 由以放射状设置于其周围的多个肋条14d加强,通过该肋条14d接合固 定于套管11的内周。
前端盖12在空心圆锥台形状的前端盖壳13内可上下移动地收容与 上述阀座部14压接的球阀16。
该前端盖壳13在其内周面朝内方延伸地 凸设多个肋条15(在图示例中为4个),该肋条15的上端与套管11的前 端(在图1中为下端)相接。
另外,肋条15的内端的上半部分形成为沿 上下方向与套管11内周面相连那样的铅直部15a,下半部分形成随着往 下侧走而依次朝轴心侧倾斜的二级倾斜部15b、15c。
在前端盖壳13的下端外周面嵌合加强筒20。
在该加强筒20的内方 设置倒梯形的一对加强构件18、18并在平面视图下将其大体组合成十字 状,从其交点朝上方凸出地设置支承台部17,同时,在该支承台部17设 置弯曲成圆弧状的阀接受部19。
球阀16为空心状,比重比粘土质土砂(泥砂)小,时常载置于上述 阀接受部19上,施工时如粘土质土砂进入到前端盖壳13内,则由该粘 土质土砂浮起,压接于阀座部14,从而将套管11的下端封闭。
在这里,本发明的砂桩形成装置在形成于空心的大体圆锥台状的前端 盖壳13的外侧,设置用于测定周围的土压的土压传感器S1,同时,在与 该土压传感器S1相向的前端盖壳13的内侧,设置用于测定其内部的压 力的土压传感器S2。
另外,在前端盖12的前端(在图1中为下端)即加 强构件18的交点下侧设置用于测定套管11打入时的压入压力的土压计 S3。
另外,图中虽未示出,但实际上在该前端盖壳13设置有用于将压缩 空气送入到其内部的空气供给口。
本发明的砂桩形成装置具有上述构成。
下面,以在海底的软地层形成砂桩的场合为例说明利用该砂桩形成装 置的本发明的砂桩形成方法。
首先,如图5所示,当使砂桩形成装置的前端进入到海水中时,海水 从其下端开口浸入到前端盖壳13内。
此时,当海水在某种程度浸入时, 其内部的空气压变高,所以,海水不会浸入到阀座部14上侧的套管11 内。
当从该状态使装置进一步下降时,前端盖12终于到达软的粘土质土 砂层31,并压入到其中。
当这样在粘土质土砂层31压入前端盖12时, 从前端盖壳13的下端开口侵入粘土质土砂,将比重比该粘土质土砂小的 球阀16抬起,如图6所示那样,压接于阀座部14的下面部。
因此,套 管11的下端被闭塞,防止粘土质土砂侵入到套管11内。
此时,当前端盖12在粘土质土砂层31内的压入量增大时,球阀16 受到的浮力也变大。
这样,前端盖12穿过粘土质土砂层31,如图7所示那样压入到粘土 质土砂层31下侧的硬质土砂层32,此时,球阀16在更大浮力的作用下, 压接于阀座部14,所以,在该状态下,将砂S投入到套管11内。
此时, 投入的砂S的量为不因砂的自重而使球阀16下降的程度。
当不使球阀16下降地在套管11内投入砂S时,其前端进一步压入 到硬质土砂层32内。
这样,为了在球阀16作用更大的浮力,所以,成 为在套管11内可投入砂S的状态,追加投入使球阀16不下降那样程度 的砂S。
这样,当将砂S投入到套管11内时,交替地反复进行在硬质土 砂层32内的压入,如图8所示那样,将装置全体压入,直到前端盖12 到达硬质土砂层32下方的具有规定强度的地层33。
此时,在本发明的砂桩形成装置中,比较土压传感器S1与土压传感 器S2的测定值,以使前端盖壳13内的压力与随着其压入而变化的周围 的土压对应,从图中未示出的空气供给口将压缩空气送入到该前端盖壳13 内。
这样,当前端盖12到达规定的地层33时,将装置全体朝上方拔出。
此时,在本发明的砂桩形成装置中,使前端盖壳13内的压力与周围的土 压大体相等地从在前端盖壳13内开口的空气供给口(图中未示出)供给 压缩空气,所以,随着该拔出,形成于前端盖壳13下侧的空洞(参照图 9的符号34)内的空气压也保持得与周围的土压相等。
因此,该空洞不 会崩溃。
另外,与该拔出连动地将压缩空气导入到套管11内,同时,从喷嘴 部21喷射空气射流,这样,朝下方对投入到套管11内的砂S加压,将 压接于阀座部14的球阀16压下。
因此,开放套管11的下端,套管11 内的砂从阀座部14通过球阀16与前端盖壳13之间的间隙,如图9中由 箭头示出的那样,排出到其下方的空洞34内。
此时,在本发明的砂桩形成装置中,由于前端盖壳13形成为下端扩 张的空心圆锥台状,所以,砂S的排出可平滑地进行。
其理由在于,当 球阀16下降时,形成于其周围与前端盖壳13的内面之间的砂的通过间 隙比圆筒形的前端盖壳的场合更宽,而且,在砂S与前端盖壳13的内面 之间基本上没有产生摩擦。
该摩擦消失的原因如下。
即,在现有技术的圆筒形的前端盖壳的场合,如图11所示那样,当 在其内部填入高度H程度的砂S时,如图12所示那样,产生如图12所 示那样作为砂的重量和砂的内部摩擦角的函数表示的水平方向力P。
该P 由砂与壳内壁面的摩擦而朝上方倾斜δ。
当将P相对壁面分解成铅直方 向和水平方向时,分别成为铅直地作用于壁面的力PN和水平地作用于壁 的力PL
铅直地作用于壁面的力PN由砂与壁的摩擦朝上产生平行于壁面 的PNF的摩擦力。
此时,一般PNF>PL,砂不能朝下方移动,或移动产生障 碍。
而在空心的圆锥台形状的前端盖壳的场合,如图13所示那样,当在 其内部填入高度H程度的砂S时,如图14所示那样,产生作为砂的重量 和砂内部摩擦角的函数表示的水平方向力P,该P由砂与壳内壁面的摩擦 朝上方倾斜δ,这些都相同。
然而,通过使壁面相对铅直方向倾斜θ, 从而使相对壁面沿铅直方向作用的力PN与圆筒形的场合相比减小,相反, 平行地作用于壁面的力PL与圆筒形的场合相比变大。
铅直地作用于壁面 的力PN由砂与壁面的摩擦而产生的沿水平方向作用于壁面的摩擦力PNF也 变小。
这是因为,根据壁面的倾斜角度θ的大小的不同,存在PNF<PL的 倾斜角度,结果,砂与壁面的摩擦力在表观上为零。
这样,通过从硬质土砂层拔出砂桩形成装置,将投入到套管11内的 砂S通过前端盖12朝下方排出,在形成于其下侧的空洞34内充填砂S。
当沿规定长度拔出套管11时,再次将该套管11推下压到排出的砂中。
此时,球阀16如图10所示那样由侵入到前端盖壳13内的砂推起,压接 于阀座部14,封闭套管11的下端。
因此,形成于土砂层的空洞内的砂由 前端盖12加压,如图10所示那样扩大直径。
此时,在本发明的砂桩形成方法中,由安装于前端盖12前端的土压 传感器S3测定套管11的压入压力,使该压入压力成为与土质相应的规 定压力地进行控制。
因此,由该套管11的再压入而推压的砂形成为具有 规定外径、规定长度、及规定压密度的砂桩。
下面,通过反复进行同样的动作,如图10所示那样,在硬质土砂层 32内和粘土质土砂层31内形成规定外径和压密度的砂桩SP。
如以上那样,在本发明的砂桩形成方法中,可以不使由套管形成的空 洞崩溃地在其内部充填砂,形成砂桩,另外,还可挤紧该砂桩,形成为 所期望的强度和直径,所以,对改良海底地层等易崩溃的软地层有用。
另外,本发明的砂桩形成装置不仅结构简单,而且,可确实形成砂桩, 并且此时砂的排出也可顺利进行了,所以,作业效率提高,施工时间和 施工费、人工费等都可减少。
由于这些原因,存在促进将地层改良导入 到未能进行的地区的可能。
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