(57)【要約】【課題】鋼部材の地中からの引き抜きや地中への埋設をより効率的に行うことが可能な地中フリクションカット施工方法を提供する。【解決手段】地中フリクションカット施工方法は、地中からの引き抜き対象または前記地中への埋設対象となる対象部材と、前記対象部材の設置位置から離間した位置において少なくとも一部が前記地中に埋設された陽極部材との間に、前記対象部材が陰極、前記陽極部材が陽極となるように直流電圧を印加する電圧印加ステップと、前記電圧印加ステップによる前記直流電圧の印加後の５分以内であって前記直流電圧が印加されている時に、前記対象部材の前記地中からの引き抜き、または、前記対象部材の前記地中への打ち込み、のいずれかの施工を開始する施工ステップと、を備える。【選択図】  図１
2020045646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中からの引き抜き対象または前記地中への埋設対象となる対象部材と、前記対象部材の設置位置から離間した位置において少なくとも一部が前記地中に埋設された陽極部材との間に、前記対象部材が陰極、前記陽極部材が陽極となるように直流電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧印加ステップによる前記直流電圧の印加後の５分以内であって前記直流電圧が印加されている時に、前記対象部材の前記地中からの引き抜き、または、前記対象部材の前記地中への打ち込み、のいずれかの施工を開始する施工ステップと、を備えることを特徴とする地中フリクションカット施工方法。
【請求項２】
前記電圧印加ステップは、前記対象部材と前記陽極部材との間に前記直流電圧を印加することにより流れる電流の電流値を、前記対象部材における前記地中に埋設されている部分の表面積で除算した値である電流密度が、０よりも大きく、１５以下の範囲内の設定値になるように前記直流電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の地中フリクションカット施工方法。
【請求項３】
前記施工ステップの実行中に、前記電流密度が前記設定値になるように前記直流電圧を調節する電圧調節ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項２に記載の地中フリクションカット施工方法。
【請求項４】
前記電圧印加ステップは、所定のタイミングに従って、前記施工ステップの実行中に印加する前記直流電圧をオン、オフすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地中フリクションカット施工方法。
【請求項５】
前記地中を構成する土砂は、粒径が０．０７５ｍｍ未満の細粒分を４０％以上有する土を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の地中フリクションカット施工方法。
【請求項６】
前記施工ステップでは、少なくとも一部が地下水位以下に埋設された前記対象部材の前記引き抜きを開始するか、あるいは、少なくとも一部を前記地下水位以下に埋設されるように前記打ち込みを開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の地中フリクションカット施工方法。
【請求項７】
地中からの引き抜き対象または前記地中への埋設対象となる対象部材の設置位置から離間した位置において少なくとも一部が前記地中に埋設される陽極部材と、
前記対象部材と前記陽極部材との間に、前記対象部材が陰極、前記陽極部材が陽極となるように直流電圧を印加する電圧印加装置と、
前記電圧印加装置が印加する前記直流電圧の指示値を算出する印加電圧決定装置と、を備え、
前記印加電圧決定装置は、前記対象部材と前記陽極部材との間に前記直流電圧を印加することにより流れる電流の電流値を、前記対象部材における前記地中に埋設されている部分の表面積で除算した値が、０よりも大きく、１５以下となるように、前記直流電圧を印加することを特徴とする地中フリクションカット施工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、地中（地盤。以下同様。）に埋設された鋼部材などを引き抜いたり、地中に鋼部材などを埋設する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤に埋設された鋼部材（例えば、鋼製矢板壁の鋼製矢板、鋼管矢板、親杭横矢板壁のＨ鋼など）を、その鋼部材の長手方向などに引き抜くためには、地盤からの摩擦抵抗に勝る力が必要であるため、地盤との結合力が大きいほど容易ではない。このため、従来から、引き抜き対象の鋼部材が陰極、引き抜きの対象ではない他部材が陽極になるように直流電圧を印加することにより、鋼部材を引き抜く際に受ける地盤からの摩擦力を低下させた上で引き抜く方法が提案されている。この方法によれば、直流電圧を印加しない場合よりも小さな力で鋼部材を引き抜くことが可能となる。また、鋼部材の引き抜きに伴う周辺地盤の荒れも少なくなるとされる（例えば特許文献１〜２参照）。
【０００３】
この方法の原理について、特許文献１には、上記の直流電圧の印加によって、引き抜き対象となる鋼部材の表面から発生する水素ガスの体積膨張により鋼部材と地盤とが剥離し、鋼材と地盤との結合力を弱めることや、電気浸透現象によって引き抜き対象となる鋼部材に地中の水分が集まり地盤を柔らかくすることによって、引き抜きが容易になるとの説明がなされている。また、特許文献２にも、電気浸透現象により集まる地中の水分により、引き抜きが容易になるとの説明がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１９８５９８号公報
【特許文献２】特開昭４８−１１８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、特許文献１〜２では、電気分解によるガスの発生や、電気浸透によって生じる水の移動による摩擦低減効果を期待している。このため、例えば特許文献２に約１００Ｖの直流電圧で約３０分間待つとの記載があるように、電気浸透現象や電気分解によるガスの発生を待つ必要がある。この点、本発明者らは、鋭意研究により、上記の直流電圧の印加時に生じる、引き抜き対象の鋼部材と、地盤を構成する土粒子との間のクーロン斥力によって、引き抜き対象の鋼部材をより小さな力で引き抜くことが可能であることを見出した。この方法によれば、電気浸透現象や電気分解によるガスの発生を待つことなく、直流電圧の印加後、即座に、対象の鋼部材に対して施工（引き抜きや打ち込みなど）を行うことが可能となる。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、鋼部材の地中からの引き抜きや地中への埋設をより効率的に行うことが可能な地中フリクションカット施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る地中フリクションカット施工方法は、
地中からの引き抜き対象または前記地中への埋設対象となる対象部材と、前記対象部材の設置位置から離間した位置において少なくとも一部が前記地中に埋設された陽極部材との間に、前記対象部材が陰極、前記陽極部材が陽極となるように直流電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧印加ステップによる前記直流電圧の印加後の５分以内であって前記直流電圧が印加されている時に、前記対象部材の前記地中からの引き抜き、または、前記対象部材の前記地中への打ち込み、のいずれかの施工を開始する施工ステップと、を備える。
【０００８】
地中（地盤）を構成する土粒子の表面は電荷をもっており（マイナスに帯電）、本発明者らは、直流電圧の印加により生じる、対象部材と地中を構成する土砂の土粒子との間に生じるクーロン斥力により、鋼部材などとなる対象部材を地中から引き抜く際や、対象部材を地中に打ち込む際に地中を構成する土砂から受ける摩擦抵抗が低減されることを見出した。このクーロン斥力は、陽極と陰極との間の電荷（自由電子）の移動により生じるため、上記の直流電圧の印加直後など、非常に短時間で生じる（後述する図５参照）。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、例えば鋼矢板、鋼管杭、Ｈ鋼などの鋼部材などとなる対象部材と陽極部材とを地中で離間して土砂（土）を対向させるように設置し、対象部材が陰極、陽極部材が陽極となるように直流電圧を印加すると共に、上記のクーロン斥力が発生する直流電圧の印加の直後など、５分以内に、対象部材の地中からの引き抜きや、対象部材の地中への打ち込み（埋設）などの施工を開始する。上記の直流電圧の印加により、印加直後から極めて短時間で生じる、対象部材と地中を構成する土粒子との間のクーロン斥力により、対象部材が周囲の土砂から受ける摩擦抵抗を低減される。したがって、上記の直流電圧の印加後、迅速に、対象部材の施工を開始することができる。また、より小さな引き抜き荷重または押込み荷重により施工を行うことが可能となると共に、対象部材に対する施工の開始を早期化する分だけ短期間で施工を完了することが可能となるので、対象部材の施工をより効率的に行うことができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記電圧印加ステップは、前記対象部材と前記陽極部材との間に前記直流電圧を印加することにより流れる電流の電流値を、前記対象部材における前記地中に埋設されている部分の表面積で除算した値である電流密度が、０よりも大きく、１５以下の範囲内の設定値になるように前記直流電圧を印加する。
【００１１】
本発明者らは、鋭意研究により、上記の直流電圧の印加時の引張荷重あるいは押込み荷と、印加していない時の引張荷重あるいは押込み荷重の比（例えば電圧印加時の荷重／電圧非印加時の荷重。以下、フリクションカット率と称す。）は、直流電圧の印加により流れる電流を、対象部材における地中に埋設されている部分の表面積で割った値（つまり電流密度）と相関関係を有していることを見出した。具体的には、フリクションカット率は、電流密度を大きくするのに従って下限値付近までは下がるが、下限値付近以降は電流密度を大きくしてもほとんど変化しないように推移する（後述する図７参照）。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、対象部材および陽極部材への印加電圧を、直流電圧の印加時の電流密度が０よりも大きく、１５以下の範囲の設定値にする。より具体的には、上記の設定値を、３以上１０以下（例えば５）などにする。これによって、直流電圧の印加のための電力消費を抑制しつつ、クーロン斥力による比較的大きな摩擦低減効果を得ることができる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記施工ステップの実行中に、前記電流密度が前記設定値になるように前記直流電圧を調節する電圧調節ステップを、さらに備える。
【００１４】
地中に埋設されている対象部材の表面積は、対象部材の引き抜き量が大きくなるにしたがって小さくなり、対象部材の打ち込みが進み、埋設されている部分が多くなるにしたがって大きくなるなど、施工が進むにつれて変化する。
【００１５】
上記（３）の構成によれば、電圧調節ステップによって施工ステップの実行中に電流密度が設定値になるように印加電圧を調節する。これによって、直流電圧の印加電圧が不必要に高い状況や、印加電圧が小さく摩擦抵抗の低減効果が十分に得られないような状況を防止し、適切な直流電圧を印加することができる。
【００１６】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の構成において、
前記電圧印加ステップは、所定のタイミングに従って、前記施工ステップの実行中に印加する前記直流電圧をオン、オフする。
【００１７】
上記（４）の構成によれば、例えば周期的などの所定のタイミングに従って印加する直流電圧をオン、オフすることによっても、上記のクーロン斥力によって、対象部材が周囲の土砂から受ける摩擦抵抗を低減させることができる。
【００１８】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の構成において、
前記地中を構成する土砂は、粒径が０．０７５ｍｍ未満の細粒分を４０％以上有する土を含む。
【００１９】
本発明者らは、鋭意研究により、砂（細粒分が１５％未満）は飽和砂であっても負に帯電しないことを見出した。
上記（５）の構成によれば、本発明の地中フリクションカット施工方法は、地中を構成する土砂の土粒子の粒径が０.０７５ｍｍ未満の細粒分を４０％以上有する場合に適用される。これは、日本統一土質分類法における土の工学的分類方法の主にシルト、粘性土などに分類される土（細粒分が５０％以上）や、砂質土（細粒分が５％以上５０％未満）の一部であり、対象部材と陽極部材とに上述した直流電圧を印加することにより生じるクーロン斥力によって、対象部材が周囲の土砂から受ける摩擦抵抗を低減させることができる。
【００２０】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記施工ステップでは、少なくとも一部が地下水位以下に埋設された前記対象部材の前記引き抜きを開始するか、あるいは、少なくとも一部を前記地下水位以下に埋設されるように前記打ち込みを開始する。
【００２１】
上記（６）の構成によれば、クーロン斥力が生じるためには土砂が飽和している、すなわち地下水位以下である必要があり、地下水位以下の地盤では土粒子間が水で充填されている（飽和土）ため、対象部材と陽極部材とに上述した直流電圧を印加することにより生じるクーロン斥力により、対象部材が周囲の土砂から受ける摩擦抵抗を低減することができる。
【００２２】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る地中フリクションカット施工装置は、
地中からの引き抜き対象または前記地中への埋設対象となる対象部材の設置位置から離間した位置において少なくとも一部が前記地中に埋設される陽極部材と、
前記対象部材と前記陽極部材との間に、前記対象部材が陰極、前記陽極部材が陽極となるように直流電圧を印加する電圧印加装置と、
前記電圧印加装置が印加する前記直流電圧の指示値を算出する印加電圧決定装置と、を備え、
前記印加電圧決定装置は、前記対象部材と前記陽極部材との間に前記直流電圧を印加することにより流れる電流の電流値を、前記対象部材における前記地中に埋設されている部分の表面積で除算した値が、０よりも大きく、１５以下となるように、前記直流電圧を印加する。
【００２３】
上記（７）の構成によれば、上記（２）と同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、鋼部材の地中からの引き抜きや地中への埋設をより効率的に行うことが可能な地中フリクションカット施工方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る地中フリクションカット施工方法を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る地中フリクションカット施工装置を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るクーロン斥力によって得られる摩擦低減効果による対象部材への土粒子の付着力低下のイメージを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る引き抜き抵抗力と引き抜き量との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る鋼部材の沈下実験により計測した荷重の時間推移を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る鋼部材を模擬地盤から引抜いた際の付着土砂の様子を示す図であり、（ａ）直流電圧の印加ありの場合、（ｂ）直流電圧の印加なしの場合を示す。
【図７】本発明の一実施形態に係るフリクションカット率と電流密度との関係を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る土砂の種類に応じた鋼部材の沈下実験の結果を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る粘性土と砂との構成比に応じたフリクションカット率と印加電圧との関係を示す図であり、フリクションカット率は、対象部材の５０ｍｍ挿入時の比である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係る地中フリクションカット施工方法を示す図である。図２は、本発明の一実施形態に係る地中フリクションカット施工装置１を概略的に示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係るクーロン斥力によって得られる摩擦低減効果による対象部材２への土粒子ｇの付着力低下のイメージを示す図である。図４は、本発明の一実施形態に係る引き抜き抵抗力と引き抜き量との関係を示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係る鋼部材の沈下実験により計測した荷重の時間推移を示す図である。また、図６は、本発明の一実施形態に係る鋼部材を模擬地盤Ｇｍから引抜いた際の付着土砂の様子を示す図であり、（ａ）直流電圧の印加ありの場合、（ｂ）直流電圧の印加なしの場合を示す。
【００２８】
本発明の地中フリクションカット施工方法（図１参照）は、例えば鋼矢板、鋼管杭、Ｈ鋼などの鋼部材などとなる対象部材２を地中Ｇ（地盤。以下同様。）から引き抜く際や、地中Ｇへ埋設する際に用いる方法である。具体的には、対象部材２となる鋼部材は、例えば、鋼製矢板壁の鋼製矢板、鋼管矢板、親杭横矢板壁のＨ鋼などとなる。矢板は、建築の基礎工事や土木工事において、土（土砂。以下同様。）や水が矢板を挟んだ反対側に入り込むのを防ぐための板状の部材である。そして、通常は、複数の矢板など、対象部材２となり得る複数の鋼部材などが建築物や構造物の基礎の周囲などに並べて地中Ｇに打ち込まれ、地中Ｇに埋設される。また、通常、地中Ｇに埋設された対象部材２は、必要がなくなると地中Ｇから引き抜かれる。
【００２９】
なお、通常、引き抜いた鋼部材（対象部材２）には、地中Ｇに埋設された状態の時にその鋼部材の周囲に存在していた土砂が付着するが、このような鋼部材へ土砂が付着したままで鋼部材を引く抜くと地中Ｇと鋼部材の間に空隙が生ずる（付着土砂の共上がり）。そして、この共上がりによる近接の埋設構造物や地表面の沈下等のトラブルの可能性が懸念される場合などには、やむなく鋼部材を地中Ｇに残置することもある。特に軟弱粘性土地盤では、矢板などに粘性土が付着した状態で大量の土が矢板と一緒に抜け上がり、かなりの空隙が地盤に発生する場合がある。また、引き抜かれた鋼部材は、再利用のためなどに洗浄されることにより、付着している土砂が取り除かれる。
【００３０】
また、地中フリクションカット施工方法は、対象部材２を図２に示すような地中フリクションカット施工装置１に接続した状態で行われる。図２に示すように、地中フリクションカット施工装置１（以下、単に、施工装置１）は、対象部材２の設置位置から所定距離Ｌだけ離間した位置において少なくとも一部が地中Ｇに埋設された状態で設置される陽極部材３と、地中Ｇからの引き抜き対象または地中Ｇへの埋設対象となる対象部材２が陰極、陽極部材３が陽極となるように直流電圧を印加する電圧印加装置４と、を備える。そして、電圧印加装置４のプラス側（正極側）を陽極部材３に接続し、マイナス側（負極側）を陰極部材として機能させる対象部材２に接続した状態を構築することにより、施工装置１により上述したような直流電圧の印加が可能となる。
【００３１】
より具体的には、上記の対象部材２の設置位置とは、対象部材２に対する施工内容が地中Ｇからの引き抜きの場合には、対象部材２が埋設されている位置となる。他方、対象部材２に対する施工内容が地中Ｇへの打ち込みの場合には、これから対象部材２を打ち込む予定位置となる。また、陽極部材３の一部が地中Ｇに埋設されることにより、陽極部材３の側面の一部が周囲の土砂に接触した状態となる。この陽極部材３は、鋼部材などの電極として用いることが可能な専用の部材を別途用意し、対象部材２への施工前に、対象部材２の設置位置から所定距離Ｌだけ離れた位置で地中Ｇに埋設しても良い。あるいは、対象部材２の候補ともなり得る、既に地中Ｇに埋設されている鋼部材などであって、対象部材２とは別の部材を陽極部材３として利用しても良い。例えば矢板の場合には、埋設されている複数の矢板のうちの１つを対象部材２とし、その対象部材２から所定距離Ｌだけ離れた位置の他の矢板を陽極部材３としても良く、この２つの矢板同士は、その他の矢板を介するなどして接触しないようにされる。
【００３２】
そして、図１に示すように、地中フリクションカット施工方法は、電圧印加ステップ（Ｓ１）と、施工ステップ（Ｓ２）と、を備える。
以下、地中フリクションカット施工方法が備える上記のステップについて、それぞれ説明する。
【００３３】
電圧印加ステップ（Ｓ１）は、上述した対象部材２と陽極部材３との間に、対象部材２が陰極、陽極部材３が陽極となるように直流電圧を印加するステップである。具体的には、既に説明したように、対象部材２（陰極部材）と、陽極部材３と、にそれぞれ接続された電圧印加装置４を操作し、直流電圧を印加する。
【００３４】
施工ステップ（Ｓ２）は、電圧印加ステップ（Ｓ１）による直流電圧の印加後の５分以内であって直流電圧が印加されている時に、対象部材２の地中Ｇからの引き抜き、または、対象部材２の地中Ｇへの打ち込み、のいずれかの施工を開始するステップである。具体的には、対象部材２をその長手方向に沿って引っ張ることが可能なクレーン車や鋼管打設機などの重機９を操作し、施工を開始する。より具体的には、対象部材２に対する施工内容が地中Ｇからの引き抜きの場合には、重機９を操作するなどして、対象部材２に対して引張荷重を加える。他方、対象部材２に対する施工内容が地中Ｇへの打ち込みの場合には、重機９を操作するなどして、対象部材２に対して自重以外の押込み荷重を加える。
【００３５】
このように、電圧印加ステップ（Ｓ１）の実行後、即座に、施工ステップ（Ｓ２）を実行可能なのは、上記の電圧印加ステップ（Ｓ１）により直流電圧を印加することで即座に生じる土粒子ｇと、陰極となる対象部材２との間で生じるクーロン斥力により、対象部材２が土砂から受ける摩擦抵抗が低減されることによる。地中Ｇを構成する土粒子ｇは、地中の水分によってマイナス（負）に帯電した状態にあるが、図３（ａ）に示すように、対象部材２に直流電圧を印加していない場合（非通電時）には、対象部材２に強く付着した状態にある。しかし、図３（ｂ）に示すように、直流電圧を印加することにより（通電時）、陽極部材３から電源を介して対象部材２（陰極）に電子が供給されると、瞬間的に、マイナスの電荷を帯びている土粒子ｇと対象部材２との間にクーロン斥力（反発力）が生じる。また、直流電圧が印加された状態では、クーロン斥力が維持される。
【００３６】
そして、このクーロン斥力により土粒子ｇの対象部材２への付着力が低下される。具体的には、図４に示すように、直流電圧の印加時（実線）の方が、直流電圧の印加がない時（破線）よりも、同じ量だけ引き抜く際の引き抜き抵抗力が小さくなっており、クーロン斥力によって、摩擦抵抗が低減されているのが分かる。なお、図４の縦軸が引き抜き抵抗力［Ｎ：ニュートン］、横軸が引き抜き量（ｍｍ）である。
【００３７】
また、図５に示すグラフは、土砂（トチクレイと珪砂７号とを混合した土（模擬地盤Ｇｍ））の上に鋼部材を設置し、その鋼部材と、予め土砂に埋設した陽極部材３との間に直流電圧を印加した際に、自重で沈下する際の重力方向に沿ってかかる沈下荷重（引張荷重）［Ｎ］を計測した計測結果（縦軸）を、時間推移（横軸）に対してプロットしたグラフである。縦軸には、印加した直流電圧の電圧値（以下、印加電圧Ｖ）と、印加時に流れる電流値も併記している。なお、沈下荷重は、模擬地盤Ｇｍに鋼部材を圧入し、圧入抵抗（鋼部材上向き）を計測することより得られるが、荷重のゼロ点を取った後に通電すると、上向き抵抗が低下し、荷重計には下向きの荷重（沈下荷重）が発生する。図５を見ると、直流電圧の印加直後から沈下荷重が増加しており（自沈しており）、クーロン斥力による摩擦抵抗の低減が即座に生じていることが分かる。
【００３８】
すなわち、地中Ｇ（地盤）を構成する土粒子ｇの表面は電荷をもっており（マイナスに帯電）、本発明者らは、直流電圧の印加により生じる、対象部材２と地中Ｇを構成する土砂の土粒子ｇとの間に生じるクーロン斥力により、鋼部材などとなる対象部材２を地中Ｇから引き抜く際や、対象部材２を地中Ｇに打ち込む際に地中Ｇを構成する土砂から受ける摩擦抵抗が低減されることを見出した。このクーロン斥力は、陽極と陰極との間の電荷（自由電子）の移動により生じるため、上記の直流電圧の印加直後など、非常に短時間で生じる（図５参照）。したがって、従来のように、直流電圧の印加後、電気浸透現象や電気分解によるガスの発生を待つことなく、直流電圧の印加後のより短い時間の後に対象部材２に対して施工を行っても、より小さな力で対象部材２の引き抜きや打ち込みを行うことが可能となる。
【００３９】
図１に示す実施形態について説明すると、図１では、ステップＳ０において、対象部材２の施工（引き抜き／打ち込み）のためのセッティングを実行している。具体的には、対象部材２に対して上述した施工装置１の設置（セッティング）を行う。このステップＳ０において、対象部材２に対する重機９の接続も行っても良い。その後、図１では、ステップＳ１において、上述した電圧印加ステップを実行した後、ステップＳ２において、上述した施工ステップを実行している。
【００４０】
なお、図１に示す実施形態では、電圧印加ステップ（Ｓ１）は、施工ステップ（Ｓ２）の実行中に一定の直流電圧を印加しているが、他の幾つかの実施形態では、電圧印加ステップ（Ｓ１）は、図５に示すように周期的などの所定のタイミングに従って、施工ステップ（Ｓ１）の実行中に印加する直流電圧をオン、オフしても良い。図５に示す沈下実験の結果から、直流電圧のオンにより、重力方向に沿った荷重が増加し、オフにより荷重が一定あるいは減少することが分かる。
【００４１】
また、図１に示す実施形態は、地中フリクションカット施工方法にステップＳ０が含まれている実施形態であるが、地中フリクションカット施工方法に上記のステップＳ０に相当する構成が含まれていなくても良い。つまり、この場合には、上記のステップＳ０に相当する作業が既に完了しているところから、地中フリクションカット施工方法を適用する実施形態となる。また、上記のステップＳ０で実行している対象部材２に対する重機９の接続は、ステップＳ１とステップＳ２との間で行っても良い。
【００４２】
上記の構成によれば、対象部材２が陰極と陽極部材３が陽極となるような直流電圧を印加すると共に、上記のクーロン斥力が発生する直流電圧の印加の直後など、５分以内に、対象部材の地中からの引き抜きや、対象部材の地中への打ち込み（埋設）などの施工を開始する。上記の直流電圧の印加により、印加直後から極めて短時間で生じる、対象部材２と地中Ｇを構成する土粒子ｇとの間のクーロン斥力により、対象部材２が周囲の土砂から受ける摩擦抵抗を低減される。したがって、上記の直流電圧の印加後、迅速に、対象部材２の施工を開始することができる。また、より小さな引き抜き荷重または押込み荷重により施工を行うことが可能となると共に、対象部材２に対する施工の開始を早期化する分だけ短期間で施工を完了することが可能となるので、対象部材２の施工をより効率的に行うことができる。
【００４３】
さらに、上記のように対象部材２に対する摩擦抵抗が低減された状態で引き抜き施工を行うことによって、引き抜いた際に対象部材２に付着している土砂を少なくすることができる。例えば、図６に示す例示では、引き抜き対象の鋼部材が陰極、陽極部材３が陽極となるような直流電圧を印加した場合（図６（ａ）参照）に対象部材２に付着した土砂は約１．２ｇであった。直流電圧を印加しない場合（図６（ｂ）参照）に対象部材２に付着した土砂は約８１．３ｇであったので、上記の直流電圧の印加により、引き抜き対象の鋼部材への付着土砂は約１／７０に低減されている。よって、引き抜かれた対象部材２と共に大量の土が一緒に抜け上がること（共上がり）で地中Ｇに生じる空隙を小さくすることができ、この空隙による地表面沈下などのトラブルが発生する可能性を小さくすることができる。また、対象部材２の再利用のためなどに行う清掃作業に要する負担やコストを小さくすることができる。
【００４４】
よって、従来は、このような鋼部材の引き抜きに伴う沈下対策として、引き抜き速度を極端に遅くして空洞の発生を抑制しながら引き抜く方法や、引き抜き直後に地表部から砂やソイルセメント等を注入して空洞を埋める方法が取られていたが、その必要性を小さくできる。このため、沈下対策によって施工に必要な時間が多くなり非効率になることや、注入用の材料を用意するためのなどのコストの増加を回避することができる。
【００４５】
次に、上述した電圧印加ステップ（Ｓ１）に関する幾つかの実施形態について説明する。
図７は、本発明の一実施形態に係るフリクションカット率と電流密度との関係を示す図である。
【００４６】
幾つかの実施形態では、図７に示すように、電圧印加ステップ（Ｓ１）は、対象部材２と陽極部材３との間に直流電圧を印加することにより流れる電流の電流値を、対象部材２における地中Ｇに埋設されている部分の表面積で除算した値である電流密度が、０よりも大きく、１５以下の範囲内の設定値αになるように、上述した直流電圧を印加する。つまり、電流密度が設定値αとなるように、印加する直流電圧の電圧値（印加電圧Ｖ）を決定し、その印加電圧Ｖを、上述した電圧印加装置４を用いるなどして実際に印加する。
【００４７】
本発明者らは、鋭意研究により、上記の直流電圧の印加時の引張荷重あるいは押込み荷と、印加していない時の引張荷重あるいは押込み荷重との比（例えば電圧印加時の荷重÷電圧非印加時の荷重。以下、フリクションカット率と称す。）は、直流電圧の印加により流れる電流を、対象部材２における地中に埋設されている部分の表面積で割った値（つまり電流密度）と相関関係を有していることを見出した。具体的には、図７に示すように、フリクションカット率は、電流密度を大きくするのに従って下限値（図７では０．３〜０．４の間の値）付近までは下がるが、その下限値付近以降は電流密度を大きくしてもほとんど変化しないように推移する。
【００４８】
具体的には、本発明者らは、様々な形状（平型やＨ型など）や大きさを有する鋼部材であって、その長手方向が重力方向に沿うよう土砂に埋められた状態や、その短手方向が重力方向に沿うよう土砂に埋めた状態の鋼部材に対して、鋼部材が陰極、陽極部材３が陽極になるように印加する直流電圧の印加電圧Ｖの大きさを変えて、フリクションカット率を計測した。そして、本発明者らは、試行錯誤を通して、印加した直流電圧あるいは電流値とフリクションカット率との間の関係性ではなく、フリクションカット率の計測データと、鋼部材の土砂に埋設されている部分の表面積のデータと、直流電圧の印加時の電流値の計測データとに着目することにより、図７に示すような、フリクションカット率と、電流密度との相関関係を見出した。
【００４９】
図７のグラフは、縦軸をフリクションカット率、横軸を電流密度［Ａ／ｍ２］としたグラフである。図７に示すように、フリクションカット率は、電流密度が所定値（図７の例では１０付近）までは、電流密度が大きくなるに従って、フリクションカット率は２次関数（指数関数）的に減少していき（図７では０．３付近まで低下）、鋼部材に対する引張荷重などが、直流電圧の印加がない場合に比べて低減されていることが分かる。また、電流密度を所定値よりも大きくしても、フリクションカット率はほとんど変化しないようになり、一定に近づくように推移するのがわかる。
【００５０】
そして、図７に示すように、直流電圧の印加時の電流密度の設定値αは３以上１０以下であれば、フリクションカット率は下限値に近い０．３〜０．４の間にある。また、５付近であれば、電流密度の減少割合に対するフリクションカット率の減少割合の大きさが比較的大きい。よって、直流電圧の印加時の電流密度の設定値αを３以上１０以下、あるいは、５付近とすることにより、直流電圧のための供給電力を最大限低くしつつ、摩擦抵抗の低減効果を最大化することが可能である。
【００５１】
上記の構成によれば、対象部材２および陽極部材３への印加電圧Ｖを、直流電圧の印加時の電流密度が０よりも大きく、１５以下の範囲の設定値αにする。より具体的には、上記の設定値αを、３以上１０以下（例えば５）などにする。これによって、直流電圧の印加のための電力消費を抑制しつつ、クーロン斥力による比較的大きな摩擦低減効果を得ることができる。
【００５２】
また、幾つかの実施形態では、図１に示すように、地中フリクションカット施工方法は、施工ステップ（Ｓ２）の実行中に、上述した電流密度が上記の設定値αになるように直流電圧を調節する電圧調節ステップ（Ｓ３）を、さらに備えても良い。地中Ｇに埋設されている対象部材２の表面積は、対象部材２の引き抜き量が大きくなるにしたがって小さくなり、対象部材２の打ち込みが進み、埋設されている部分が多くなるにしたがって大きくなるなど、施工が進むにつれて変化する。よって、対象部材２の施工中に電流密度が設定値αになるように調節する。
【００５３】
具体的には、図２に示すように、施工装置１は、対象部材２と陽極部材３との間を流れる電流を計測するための電流計５を、さらに備えている。そして、この電流計５の計測値Ｉと、対象部材２の引き抜き量あるいは打ち込み量となる施工量ｈの計測値と、に基づいて電流密度を施工中に算出し、その算出値が設定値αになるように、電圧印加装置４を操作するなどして直流電圧の印加電圧Ｖを調節する。なお、地中Ｇに埋設されている部分の表面積は、施工量ｈに応じてどのように変化するかを予め表や算出式として用意しておき、施工量ｈの計測値から簡易に求まるようにされていると良い。
【００５４】
より具体的には、図２に示すように、施工装置１が、電圧印加装置４が印加すべき直流電圧の指示値を算出する印加電圧決定装置６を備えることによって、ステップＳ３に相当する内容を実行しても良い。図２に示す実施形態では、印加電圧決定装置６には、電流計５の計測値Ｉと、施工量ｈの計測値とが入力されるようになっており、印加電圧決定装置６は、これらの入力値と、内部の記憶装置（不図示）に保持している、施工量ｈから地中Ｇに埋設されている部分の表面積を算出可能な上述した表や算出式などの算出関数と、に基づいて電流密度を算出する。そして、印加電圧決定装置６は、算出した電流密度が設定値αになるように、電圧印加装置４の電圧を自動で調整するようになっている。
【００５５】
ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、印加電圧決定装置６は、電流密度の算出結果をディスプレイに表示するところまで実行し、電圧印加装置４が印加する印加電圧Ｖの調節は、ディスプレイに表示される電流密度の算出結果が設定値αになるように、人手で行っても良い。
【００５６】
上記の構成によれば、電圧調節ステップ（Ｓ３）によって施工ステップ（Ｓ２）の実行中に電流密度が設定値αになるように印加電圧Ｖを調節する。これによって、直流電圧の印加電圧Ｖが不必要に高い状況や、印加電圧が小さく摩擦抵抗の低減効果が十分に得られないような状況を防止し、適切な直流電圧を印加することができる。
【００５７】
ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、施工前に、電流密度が設定値αとなるように印加電圧Ｖを決定し、施工中には、上述したような電圧調節ステップ（Ｓ３）による印加電圧Ｖの調整は行わなくても良い。また、対象部材２の地中Ｇに埋設されている部分の長さが不明な場合には、その部分の表面積の想定値や、全体の表面積を用いても良い。
【００５８】
次に、上述した地中フリクションカット施工方法（施工装置１）を行うのに適した土砂について、説明する。
図８は、本発明の一実施形態に係る土砂の種類に応じた鋼部材の沈下実験の結果を示す図であり、フリクションカット率は、対象部材の５０ｍｍ挿入時の比である。また、図９は、本発明の一実施形態に係る粘性土と砂との構成比に応じたフリクションカット率と印加電圧Ｖとの関係を示す図である。
【００５９】
幾つかの実施形態では、上述した地中Ｇを構成する土砂は、粒径が０．０７５ｍｍ未満の細粒分を４０％以上有する土を含む。より詳細には、地中Ｇを構成する土砂は、粒径が０．０６５ｍｍ以下の細粒分を４０％以上有する土を含んでいても良い（図９参照）。これは、本発明者らが、鋭意研究により、砂（細粒分が１５％未満）は飽和砂であっても負に帯電しないことを見出したことによる。
【００６０】
詳述すると、図８に示すグラフは、様々な種類の土砂の上にそれぞれ鋼部材を設置し、その鋼部材と、予め土砂に埋設した陽極部材３との間に直流電圧を印加した際に、自重で沈下する際の重力方向に沿ってかかる沈下荷重［Ｎ］を計測した計測結果（縦軸）を、時間軸（横軸）に対してプロットしたグラフである。図８には、日本統一土質分類法における土の工学的分類方法による砂（細粒分が１５％未満の土）と、乾燥した粘性土（木節粘性土）と、飽和木節粘性土（塑性限界Ｗｐ＝４０％の木節粘性土）についての実験結果が示されている。そして、図８から、直流電圧を印加した場合、砂は、飽和砂であっても、自沈せず、沈下荷重が大きくなることはない。つまり、砂は負に帯電せず、クーロン斥力が発生しないことが分かる。
【００６１】
また、図９のグラフには、土砂を構成する粘土（粒径が０．０６５ｍｍ以下の土）と砂（細粒分が１５％未満の土）との構成比が異なる複数種類の土砂に、それぞれ、鋼部材と陽極部材３とを設置して、鋼部材が陰極、陽極部材３が陽極になるように印加する直流電圧の印加電圧Ｖの大きさを変えたときの、フリクションカット率の変化が示されている。砂が６０％以下では、砂の割合（砂分）が大きくなるほど、同一の印加電圧Ｖを印加した場合のクーロン斥力による摩擦低減効果は概ね、小さくなっている。逆に言うと、粘土が４０％以上では、粘土の割合が大きくなるほど、同一の印加電圧Ｖを印加した場合のクーロン斥力による摩擦低減効果は概ね大きくなっている。つまり土砂中の粘土分が多いほど、打ち込み開始時の挿入抵抗力の大きな低減が得られるといえる。
【００６２】
したがって、本発明の地中フリクションカット施工方法は、地中を構成する土砂の土粒子ｇの粒径が０.０７５ｍｍ未満の細粒分を４０％以上有する場合に適用される。これは、日本統一土質分類法における土の工学的分類方法の主にシルト、粘性土などに分類される土（細粒分が５０％以上）や、砂質土（細粒分が５％以上５０％未満）の一部であり、対象部材２と陽極部材３とに上述した直流電圧を印加することにより生じるクーロン斥力によって、対象部材２が周囲の土砂から受ける摩擦抵抗を低減させることができる。
【００６３】
また、図８から粘性土であっても乾燥した粘性土では、やはり、クーロン斥力は発生しないことが分かる。また、飽和粘性土であっても、細粒分が多く、塑性が高いほど電気的に高活性であり、クーロン斥力による効果を得やすいことが分かる。換言すれば、既往の粘性土の活性に関する研究により、土粒子ｇの帯電度合いは比表面積とζ電位に比例し、この比表面積とζ電位は粘土分含有率と塑性指数（Ｉｐ）に比例するので、塑性指数が高く、粘土分を多く含有する地盤ほどフリクションカット効果は大となる。
よって、幾つかの実施形態では、施工ステップ（Ｓ２）では、少なくとも一部が地下水位以下に埋設された対象部材２の引き抜きを開始するか、あるいは、少なくとも一部を地下水位以下に埋設されるように打ち込みを開始する。
【００６４】
つまり、クーロン斥力が生じるためには土砂が飽和している必要があり、地下水位以下の地盤では土粒子ｇ間が水で充填されている（飽和土）ため、対象部材２と陽極部材３とに上述した直流電圧を印加することにより生じるクーロン斥力により、対象部材２が周囲の土砂から受ける摩擦抵抗を低減することができる。なお、飽和状態は、土粒子ｇがイオン化（帯電）する状態であり、土粒子ｇ間の間隙の全てに水が存在する。
【００６５】
要するに、土砂が飽和状態になければ土粒子ｇがイオン化せず、帯電しない（フリクションカット効果なし）。さらに、飽和状態であっても砂（鉱物）は帯電しないので、本工法の対象は地下水位以下の粘性土地盤とするのが適切と言える。なお、シルトや粘性土であっても塑性指数がゼロの非塑性シルト・粘土では帯電度合いは低いため、フリクションカット効果が低下することになる（Ｉｐ＞１５の地盤で優位）。
【００６６】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００６７】
１        地中フリクションカット施工装置
２        対象部材
３        陽極部材
４        電圧印加装置
５        電流計
６        印加電圧決定装置
９        重機
Ｇ        地中
Ｇｍ      模擬地盤
Ｌ        所定距離
ｈ        施工量
ｇ        土粒子
Ｉ        電流の計測値
Ｖ        印加電圧
Ｗｐ      塑性限界
【図１】
2020045646.tif 000003
【図２】
2020045646.tif 000004
【図３】
2020045646.tif 000005
【図４】
2020045646.tif 000006
【図５】
2020045646.tif 000007
【図６】
2020045646.tif 000008
【図７】
2020045646.tif 000009
【図８】
2020045646.tif 000010
【図９】
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