(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベントナイト安定液を使用する掘削工法において、掘削孔内の使用済みのベントナイト安定液を地上に回収して、地上にて固化材及びブリージング防止剤と混合・撹拌してＣＢモルタルを製造し、ＣＢモルタルを圧送ポンプを使用してＣＢモルタル打設装置に供給し、掘削孔の底部から順次打設して掘削孔内のベントナイト安定液と置換するとともに、打設したＣＢモルタルを、ＣＢモルタル打設装置に装着した撹拌機で撹拌することによってＣＢモルタル固化壁を構築することを特徴とするＣＢモルタル固化壁工法。
【請求項２】
地上に回収した使用済みのベントナイト安定液を安定液貯留槽に貯留し、安定液貯留槽から使用済みのベントナイト安定液を、固化材サイロから固化材を、ブリージング防止剤サイロからブリージング防止剤を所定の割合でそれぞれＣＢモルタル製造装置に供給して、ＣＢモルタル製造装置にて混合・撹拌することにより、ＣＢモルタルを製造する請求項１記載のＣＢモルタル固化壁工法。
【請求項３】
ベントナイト安定液の満たされた掘削孔の底部に、ＣＢモルタル打設装置に吊支された打設ノズルを降ろし、ＣＢモルタルを打設することによりベントナイト安定液とＣＢモルタルを置換する請求項１又は２記載のＣＢモルタル固化壁工法。
【請求項４】
固化材としてセメントを使用する請求項１，２又は３記載のＣＢモルタル固化壁工法。
【請求項５】
ブリージング防止剤としてベントナイトを使用する請求項１，２，３又は４記載のＣＢモルタル固化壁工法。
【請求項６】
掘削孔を地中連続壁掘削機を使用して掘削する請求項１，２，３，４又は５記載のＣＢモルタル固化壁工法。
【請求項７】
掘削孔の深さが４０ｍ以上である請求項１，２，３，４，５又は６記載のＣＢモルタル固化壁工法。
【請求項８】
ＣＢモルタルの打設終了後に、撹拌機を掘削孔の最上部から下端まで上下させることにより、掘削孔の全域を撹拌する請求項１，２，３，４，５，６又は７記載のＣＢモルタル固化壁工法。
【請求項９】
掘削孔の全域を撹拌した後に、掘削孔に所定の芯材を挿入する請求項８記載のＣＢモルタル固化壁工法。
【請求項１０】
ＣＢモルタルの撹拌終了後に、掘削孔に所定の芯材を挿入する請求項１，２，３，４，５，６又は７記載のＣＢモルタル固化壁工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下構造物を構築する際に、周辺地盤が土砂の崩落や地下水の出水等による影響を受けることがないように、根伐のために構築する土留め止水壁としてのＣＢモルタル（Cement bentonite mortar／セメント・ベントナイト・モルタル）固化壁工法に関し、特にはベントナイト安定液プラントの設備ヤードが狭い現場においても高精度のＣＢモルタル固化壁の施工を可能とするものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に構造物を構築しようとする場合、確実な土留め、止水壁が必要となる。このような土留め、止水のための山留め止水壁（地中連続壁）の工法としては、コンクリート系のＲＣ工法（Rainforced Concrete）が知られている。また、施工精度の確認ができるＲＣ連壁用掘削機を使用して、精度の高い掘削孔を掘削してＨ形鋼を建て込み、壁体には掘削土を材料としたソイルセメントを使用するＣＲＭ工法（Continuous walls using Recycled Mud）も提供されている。
【０００３】
更に、掘削に使用する安定液（泥水）に固化材を混合して固結させる安定液固化壁工法も提供されている。この安定液固化壁工法は、Ｈ形鋼等の芯材と泥水固化体からなる壁体を構築する工法であり、ＲＣ工法やＣＲＭ工法と同様に、地中連続壁の掘削機を用いて高精度に所定の掘削孔を掘削する。そして、この掘削孔にＨ形鋼の芯材を建て込んだ後に、地上の安定液プラントの設備ヤードでベントナイト安定液にセメントやケイ酸ソーダ等の固化材を混合撹拌して製作した固化液を芯材間に配置したトレミー管から供給して、掘削孔内の泥水と置換打設をする。
【０００４】
あるいは、芯材間にエアーブロー管を装備し、掘削孔の底部からエアブローをしながら、上部よりセメントミルクやケイ酸ソーダを投入し、掘削孔内のベントナイト泥水と掘削孔内で混合撹拌して泥水固化液を製作するエアーブロー工法が知られている。
【０００５】
上記に関して特許文献１には、掘削孔に充填されている安定液をポンプで地上に吸い上げてジェットポンプの噴射ノズルに供給してジェット水流状の安定液とし、粉粒体状の固化材と混合して再び掘削孔の最深部から置換打設する工法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−６７８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＲＣ工法は技術的に優位ではあるが、昨今の地下工事における土留め止水工事のコスト低減の流れから他の代替工法が要求されている。一方、ＣＲＭ工法は掘削土をリサイクルすることによってコストを削減することができ、又掘削土を外部に出さない、材料を外部から搬入しないことにより車両使用が減少するため、ＣＯ２排出削減に貢献することが可能である。しかしながら、掘削土の仮置き場を必要とするため、狭隘な現場では採用することができない。
【０００８】
安定液を固化剤として使用する安定液固化壁工法は、エアー撹拌工法であれば掘削孔の深度に限界があり、使用済みの安定液を使用した場合には大きなブリージング（材料分離現象の一種。セメントやコンクリートの打設後、骨材に比べ比重が小さい水が表面に浮き出る現象。）が発生したり壁体品質に影響があった。そのため、使用済みのベントナイト安定液に代えて、壁体品質を確保するために未使用の新しいベントナイト安定液を使用することが行われている。しかしながら、新しいベントナイト安定液を使用すると、壁体品質は確保できるものの、ベントナイト安定液の新たな貯留ヤードが必要となり、狭隘地で施工することが困難である。更に、使用済みのベントナイト安定液の処理のための設備ヤードも必要となる。
【０００９】
安定液固化壁工法において使用する地中連続壁の掘削機は１／５００以上の掘削精度を確保でき、その出来形も超音波測定にて測定可能であり、４０ｍ以深の超深度土留め壁を精度高く掘削することができる。にもかかわらず施工場所によっては、ＣＢモルタルを製造するための新たなベントナイト安定液の貯留ヤードを十分確保できないことに起因して、安定液固化壁工法が適当であっても採用できない場合が発生している。
【００１０】
更に、特許文献１によれば、ジェットポンプ等の設備を新たに準備する必要があり、そのための泥水プラントの設備ヤードを必要とし、又掘削孔内の泥水と置換することには変わりないため、泥水中からのスライム混入等のおそれもある。また、エアブローにより、掘削孔内のベントナイト泥水と泥水固化材を原位置で混合撹拌するエアーブロー工法は、エアブローによる撹拌に限界があり、泥水と泥水固化材との撹拌が十分に行われないこともあり、そのため、深度２５ｍ以浅の浅い深度でしか使用することができない。
【００１１】
そこで本発明は上記事情に鑑みて、安定液の貯留ヤードが狭い現場においても高精度のＣＢモルタル固化壁の施工を可能とするＣＢモルタル固化壁工法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、ベントナイト安定液を使用する掘削工法において、掘削孔内の使用済みのベントナイト安定液を地上に回収して、地上にて固化材及びブリージング防止剤と混合・撹拌してＣＢモルタルを製造し、ＣＢモルタルを圧送ポンプを使用してＣＢモルタル打設装置に供給し、掘削孔の底部から順次打設して掘削孔内のベントナイト安定液と置換するとともに、打設したＣＢモルタルを、ＣＢモルタル打設装置に装着した撹拌機で撹拌することによってＣＢモルタル固化壁を構築するＣＢモルタル固化壁工法を基本として提供する。
【００１３】
また、地上に回収した使用済みのベントナイト安定液を安定液貯留槽に貯留し、安定液貯留槽から使用済みのベントナイト安定液を、固化材サイロから固化材を、ブリージング防止剤サイロからブリージング防止剤を所定の割合でそれぞれＣＢモルタル製造装置に供給して、ＣＢモルタル製造装置にて混合・撹拌することにより、ＣＢモルタルを製造する。更に、ベントナイト安定液の満たされた掘削孔の底部に、ＣＢモルタル打設装置に吊支された打設ノズルを降ろし、ＣＢモルタルを打設することによりベントナイト安定液とＣＢモルタルを置換する。
【００１４】
そして、固化材としてセメントを使用し、ブリージング防止剤としてベントナイトを使用し、掘削孔を地中連続壁掘削機を使用して掘削し、掘削孔の深さを４０ｍ以上とする。ＣＢモルタルの打設終了後に、撹拌機を掘削孔の最上部から下端まで上下させることにより、掘削孔の全域を撹拌し、掘削孔の全域を撹拌した後に、掘削孔に所定の芯材を挿入する。或いはＣＢモルタルの撹拌終了後に、掘削孔に所定の芯材を挿入する。
【発明の効果】
【００１５】
以上記載した本発明によれば、使用済みのベントナイト安定液を使用してＣＢモルタルを製造するため、コンパクトなＣＢモルタルプラントの設備ヤードで施工が可能であり、ＣＢモルタルの設備ヤードが十分確保できない狭隘な施工場所であっても、ＣＢモルタル固化壁工法を採用することができる。また、ＣＢモルタルには新たなベントナイト等のブリージング防止剤を混合・撹拌するため、従来のように置換によってブリージング現象が生じることがなく、安定した品質の壁体を施工することができる。
【００１６】
また、従来の置換工法では置換流体（ベントナイト安定液）とＣＢモルタルとの比重差が少ないため施工不良による未硬化部分の存在が懸念されたが、本発明によれば、ＣＢモルタルを打設後に、掘削孔全域に亘って撹拌機により確実に撹拌を行うことができるため、ＣＢモルタルが均一に混合されて、置換不良により混入した使用済みのベントナイト安定液もＣＢモルタルに完全に取り込むことができ、置換不良によって硬化しない部分（硬化不良部分）を完全になくすことができる。
【００１７】
施工する掘削孔の深さに限界がなく、従来エアブローによる撹拌では施工できなかった深度２５ｍ以深の、更には深度４０ｍ以深の掘削孔であっても精確に施工することができる。更に、掘削孔内の使用済みのベントナイト安定液を利用して壁体を構築するため、廃棄するベントナイト安定液の量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るＣＢモルタル固化壁工法の概略を部分的に示す施工フロー図。
【図２】本発明に係るＣＢモルタル固化壁工法の概略を部分的に示す施工フロー図。
【図３】掘削状態を示す説明図。
【図４】ＣＢモルタルの製造工程及び打設状態を示す説明図。
【図５】ＣＢモルタルの撹拌状態を示す説明図。
【図６】芯材の建込状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明は、掘削孔内の使用済みのベントナイト安定液を地上に回収して、地上にて固化材及びブリージング防止剤と混合・撹拌して製造したＣＢモルタルを、掘削孔内のベントナイト安定液と置換することによってＣＢモルタル固化壁を構築することに特徴を有する。本発明においても、ＲＣ工法やＣＲＭ工法と同様に、地盤内に所定幅の先行エレメントを一定の間隔を設けて掘削・構築し、その後に各先行エレメントの間に後行エレメントを掘削・構築することにより、連続壁として構築している。本発明における各エレメントの構築工法は次の通りである。
【００２０】
図１，図２は本発明にかかるＣＢモルタル固化壁工法の概略を部分的に示す施工フロー図であり、同一の工程や同一部材には同一の符号を付してある。先ず、施工すべき地盤にステップ１で所定の掘削機の据付を行う。掘削機としては、ＲＣ工法やＣＲＭ工法と同様に水平多軸回転式掘削機，垂直多軸回転式掘削機やバケット式掘削機等を使用する。図３は１エレメント分の掘削孔を掘削するための地盤Ｅにバケット式掘削機３１を据え付けてバケット３１ａにて掘削孔３２を掘削している状態を示している。次にステップ２で所定深さの掘削孔３２を掘削する。掘削孔３２は４０ｍ以深の超深度であっても１／５００以上の掘削精度を確保して掘削する。
【００２１】
掘削孔３２内には、ベントナイト安定液貯留槽３３から水中サンドポンプ３４によってベントナイト安定液３５が孔壁３２ａの保護等のため供給されている。ベントナイト安定液３５は主材料をベントナイト（モンモリロナイトを主成分とする一種の粘土鉱物）とし、その他の添加剤を必要に応じて混合したものであり、掘削時の孔壁３２ａの崩壊を防止するものである。このベントナイト安定液３５はベントナイトサイロ３６に貯留された粉体のベントナイトをベントナイトミキサ３７によって所定量の水とともに混合して所定濃度に製造され、ベントナイト安定液貯留槽３３に貯留されている。
【００２２】
所定深さまで掘削孔３２の掘削が完了すると、ステップ３でバケット式掘削機３１を引き上げ、必要に応じて掘削孔３２内のスライム処理を行う。次にステップ４の掘削孔検査で、公知の超音波検査機を使用して掘削孔３２の掘削精度を検査・確認する。掘削精度が満たされていれば、ステップ５で撹拌機３８ａを装着したＣＢモルタル打設装置３８を掘削孔３２の開口部に配置する。
【００２３】
そして、図４のＣＢモルタル４５の製造工程及び打設状態を示す説明図に示すように、ステップ６で水中サンドポンプ３９を使用して、掘削孔３２内の使用済みのベントナイト安定液３５を吸引し、ステップ７で地上のベントナイト安定液貯留槽３３に供給する。このベントナイト安定液貯留槽３３からステップ８に示す必要量の使用済みのベントナイト安定液３５をステップ１３に示すＣＢモルタル製造装置４０に供給する。
【００２４】
同時にステップ９に示す固化材サイロ４１からステップ１０に示すセメントからなる固化材４２を、又ステップ１１に示すブリージング防止剤サイロ４３からステップ１２に示すブリージング防止剤４４を、それぞれ必要量だけＣＢモルタル製造装置４０に供給する。なお、ブリージング防止剤としては、ベントナイトを使用することが適当である。そして、ステップ１３に示すＣＢモルタル製造装置４０で使用済みのベントナイト安定液３５，固化材４２及びブリージング防止剤４４を混合・撹拌して、ステップ１４に示すＣＢモルタル４５を製造する。
【００２５】
本発明の特徴は、使用済みのベントナイト安定液３５に固化材４２を混合・撹拌してＣＢモルタル４５を製造するに際して、ブリージング防止剤４４を添加することにある。このブリージング防止剤４４を添加することによって、掘削孔３２内において、使用済みのベントナイト安定液３５と置換したＣＢモルタル４５のブリージングを防止することができる。ＣＢモルタル４５の実施例として次の配合割合で使用した。なお、使用済みのベントナイト安定液の固形分濃度（ベントナイト，土粒子，スライム等の水分以外の成分）は６〜８％である。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
上記した製造工程によって製造したＣＢモルタル４５を、ステップ１５に示すコンクリートポンプ等の圧送ポンプからなるＣＢモルタル圧送ポンプ４６を使用して、ステップ５で掘削孔３２の近傍に配置したＣＢモルタル打設装置３８に圧送する。そして、ステップ１６に示すように、ＣＢモルタル打設装置３８に吊支された打設ノズル３８ｂを掘削孔３２の底部に降ろし、打設ノズル３８ｂからＣＢモルタル４５を順次打設し、掘削孔３２内の使用済みのベントナイト安定液３５と置換する。所定量のＣＢモルタル４５の打設を行った後、ステップ１７に示すように、ＣＢモルタル打設装置３８の撹拌機３８ａを駆動して、打設したＣＢモルタル４５の現位置での撹拌を行う。ＣＢモルタル４５は使用済みのベントナイト安定液との比重差が少ないため、置換不良を防ぐために撹拌を行うことが好ましい。
【００２８】
その後、図５のＣＢモルタル４５の撹拌状態を示す説明図に示すように、ステップ１８で打設ノズル３８ｂを上方に移動させて、ＣＢモルタル４５の打設位置を移動させ、前記したステップ１６，ステップ１７，ステップ１８に示す作業を掘削孔３２の全域に亘って繰り返すことによって、掘削孔３２内の使用済みのベントナイト安定液３５をＣＢモルタル４５と置換する。なお、ＣＢモルタル４５と置換された使用済みのベントナイト安定液３５は、ステップ６に示すように、水中サンドポンプ３９で吸引されて、ステップ７に示す地上のベントナイト安定液貯留槽３３に供給する。よって、本発明では、使用済みのベントナイト安定液３５を廃棄するための貯留槽を必要としない。なお、使用済みのベントナイト安定液３５に混合する固化材４２及びブリージング防止剤４４の量に相当する量の使用済みのベントナイト安定液３５は余剰となるが、従来の廃棄量に比べて大幅に減少させることができるため、貯留槽を装備することなく回収して廃棄或いは再利用が容易となる。
【００２９】
次に、ＣＢモルタル４５が全域に打設された掘削孔３２内において、必要に応じて、ステップ１９に示すように、撹拌機３８ａを上下動させてＣＢモルタル４５を撹拌して均一化させる。その後、ステップ２０に示すようにＣＢモルタル打設装置３８を撤去する。即ち、ＣＢモルタル４５の打設終了後に、撹拌機３８ａを掘削孔３２の最上部から下端まで上下させることにより、掘削孔３２の全域を撹拌する。
【００３０】
更に、図６の芯材４７の建込状態を示す説明図に示すように、芯材４７を必要とする場合は、ステップ２１でＣＢモルタル４５の打設された掘削孔３２内にＨ型鋼等からなる芯材４７を建て込み、ステップ２２に示すように、養生させることによって、掘削孔３２内に地中連続壁の先行エレメント、或いは後行エレメントとしてのＣＢモルタル固化壁を構築することができる。芯材４７は応力材として機能するものであり、本発明にかかるＣＢモルタル固化壁工法によって地中連続壁を構築する場合において、地中連続壁の内部を掘削する場合は必要となるが、地中連続壁を遮水だけに使用する場合は、芯材４７は不要である。よって、芯材４７を必要としない場合は、ステップ２１の芯材４７の建て込みを省略すればよい。なお、４８は掘削孔３２の蓋材である。
【００３１】
構築したＣＢモルタル固化壁は、使用済みのベントナイ安定液３５を使用してＣＢモルタル４５を製造するため、従来の置換打設する工法に比較して、回収した使用済みのベントナイ安定液３５の貯留槽が不要となり、その結果、泥水プラントの設備ヤードの面積が少なくても施工することが可能である。例えば１エレメントが、壁厚０．８ｍ、掘削幅２．８ｍ、深さ４０ｍとした場合、その容積は８９．６ｍ３となり、置換打設によって掘削孔から地上に返される使用済みのベントナイ安定液３５を収納するための貯留槽として２００ｍ３のものが必要となる。これに対して、本発明では、かかる使用済みのベントナイ安定液３５の貯留槽を必要としない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上記載した本発明によれば、使用済みのベントナイト安定液を使用してＣＢモルタルを製造するため、コンパクトなＣＢモルタルプラントの設備ヤードで施工が可能であり、ＣＢモルタルの設備ヤードが十分確保できない狭隘な施工場所であっても、ＣＢモルタル固化壁工法を採用することができる。また、ＣＢモルタルには新たなベントナイト等のブリージング防止剤を混合・撹拌するため、従来のように置換によってブリージング現象が生じることがなく、安定した品質の壁体を施工することができる。
【００３３】
また、従来の置換工法では置換流体（ベントナイト安定液）とＣＢモルタルとの比重差が少ないため施工不良による未硬化部分の存在が懸念されたが、本発明によれば、ＣＢモルタルを打設後に、掘削孔全域に亘って撹拌機により確実に撹拌を行うことができるため、ＣＢモルタルが均一に混合されて、置換不良により混入した使用済みのベントナイト安定液もＣＢモルタルに完全に取り込むことができ、置換不良によって硬化しない部分（硬化不良部分）を完全になくすことができる。
【００３４】
施工する掘削孔の深さに限界がなく、従来エアブローによる撹拌では施工できなかった深度２５ｍ以深の、更には深度４０ｍ以深の掘削孔であっても精確に施工することができる。更に、掘削孔内の使用済みのベントナイト安定液を利用して壁体を構築するため、廃棄するベントナイト安定液の量を減らすことができる。
【符号の説明】
【００３５】
３１…バケット式掘削機
３２…掘削孔
３２ａ…孔壁
３３…ベントナイト安定液貯留槽
３４，３９…水中サンドポンプ
３５…ベントナイト安定液
３６…ベントナイトサイロ
３７…ベントナイトミキサ
３８…ＣＢモルタル打設装置
３８ａ…撹拌機
３８ｂ…打設ノズル
４０…ＣＢモルタル製造装置
４１…固化材サイロ
４２…固化材
４３…ブリージング防止剤サイロ
４４…ブリージング防止剤
４５…ＣＢモルタル
４６…ＣＢモルタル圧送ポンプ
４７…芯材
４８…蓋材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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