(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続地中壁、杭等の地中構造物を、安定液中又は水中でトレミー管を用い水中コンクリートを打設して構築する工法において、
水中コンクリートに先行して先ず、安定液又は水よりも比重が大きく、打設コンクリートよりも比重が小さいセメントペーストを打設し、続いて水中コンクリートを順次打設することを特徴とする、水中コンクリートの打設工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続地中壁、杭等の地中構造物を水中コンクリートで構築する工法の技術分野に属し、更に言えば安定液中又は水中でトレミー管を用いて水中コンクリートを打設する工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続地中壁、杭等の地中構造物を、安定液中又は水中でコンクリートを打設して構築する工法において、コンクリートと安定液又は水が接触すると、コンクリートが安定液又は水と混ざり合ったり、安定液又は水によりコンクリートが洗い出されたりして、コンクリートの分離や強度の低下といった品質の低下が起こる。また、コンクリート中に入り込んだ安定液又は水若しくはスライム（泥分）などが欠陥部分となり、充填性の低下や鉄筋との付着力の低下といった問題が生ずる。そこで、このような分野で使用されるコンクリートは、仕様書等では水中コンクリートと定義される。しかも水中コンクリートが水と直接接触しないようにトレミー管と呼ばれるコンクリート打設用の管を、打設コンクリート中に先端が常に一定の深さ以上差し込まれた状態で、水中コンクリートを打設するのが一般的である。こうしたコンクリート打設工法はトレミー管工法と呼ばれる。このトレミー管２を用いる工法で掘削孔部１へ打設したコンクリートは、従来一般に図３に示したように、直前に打たれたコンクリート３1 →３2 →３3 を次々押し上げるように動くと仮定され、水と接触するコンクリートは一番先に打設されたコンクリート３1 の天端部分に限定されることになっている。
【０００３】
トレミー管工法では、新しく打設されたコンクリートが直接、水に触れることを防ぐため、トレミー管を打設コンクリートの中へ挿入する深さは一般に２ｍ以上とすることが推奨されている。そして、一般には、すべての水中コンクリート打設が完了してから、天端部分（余盛り部分）の脆弱な又は低品質のコンクリートをはつり取るなどして除去し、構造体部分はすべて健全で高品質のコンクリートとなるように施工管理する。
【０００４】
しかし、実際問題としてトレミー管工法を採用して水中コンクリートを打設する場合、実験の結果は図３のように理想的な打設状態にならない。図４のように後から打設された新しいコンクリートがトレミー管２の外周に沿って上昇し、打設コンクリートの天端に到達した後水平に流動した形態で底部から順々に層をなすコンクリート３1 →３2 →３3 が施工されていき、結局は打設された水中コンクリートのすべてが次々に水と接触することが確認された。このため、本来安定液や水と接触するコンクリートは最初に打設された一部分のコンクリートだけとなるように意図されたトレミー管工法の効果は極めて不十分なものとなっている。こうした現象は、打設されるコンクリートの流動性が高い場合ほど顕著に起こりやすいが、一般のコンクリートにおいても同様なことが言える。
【０００５】
従来のトレミー管工法を採用したコンクリートの強度試験を行った結果は、やはり強度が低く、強度のばらつきが大きいことが分かった。その原因は、コンクリートと安定液や水が直接接触することにより、コンクリート中に安定液や水を巻き込むためと考えられる。
上述した現象の対策として、従来、次に挙げるような技術が提案されている。▲１▼  実公昭６０−１５７８８号公報には、トレミー管の先端部外周に設けられたスクリュー状攪拌翼が、回転機構により回転され、その回転により周囲のコンクリートを攪拌しつつ下方へ押し下げる、水中コンクリートの打設工法が開示されている。
▲２▼  特公平６−４１６８８号公報には、水中にコンクリート等のスラリー状物質を打設する場合に、スラリー打設管の先端部外周に半径方向外方へ突出する形態で設けられたガイド板により、排出の際にはね返るコンクリートを押え込む、水中コンクリートの打設工法が開示されている。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
(1) 上記▲１▼に記載した水中コンクリートの打設工法は、スクリュー状攪拌翼を回転させるための回転機構などの機械的装置を新たに設けるため、コストが高くつく。また、トレミー管の先端部のみの対策であることから、流動性の高いコンクリートを打設する際に、本当に役に立つのかと言う疑問がある。
(2) 上記▲２▼に記載した水中コンクリートの打設工法は、▲１▼と同様に、トレミー管の先端部のみの対策であることから、流動性の高いコンクリートを打設する際に、本当に役に立つのかと言う疑問がある。
(3) 更に、上記▲１▼及び▲２▼に記載した水中コンクリートの打設工法に共通して言えることは、両者とも手間とコストのかかる機械的装置を用いているので、それに伴う操作等も必要である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、特別な機械的装置等を用いずに、コストも安く、流動性の高いコンクリートの打設にも対応できるように改良した、水中コンクリートの打設工法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る水中コンクリートの打設工法は、連続地中壁、杭等の地中構造物を、安定液中又は水中でトレミー管を用い水中コンクリートを打設して構築する工法において、水中コンクリートに先行して先ず、安定液又は水よりも比重が大きく、打設コンクリートよりも比重が小さいセメントペーストを打設し、続いて水中コンクリートを順次打設することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施形態及び実施例】
本発明は、連続地中壁、杭等の地中構造物を、地盤に掘削した孔等に満たした安定液又は水の中でトレミー管を用いて水中コンクリートを打設して構築する工法に好適に実施される。
図１Ａ、Ｂには、実際の連続地中壁の掘削孔と同様の断面に形成した、高さ４ｍ、幅３ｍ、厚さ０．８ｍの模型型枠６の中に鉄筋８が配置され、水中コンクリートを打設する模型装置を示している。打設した水中コンクリートの流動状況を目視できるように模型型枠６の前面は透明なアクリル板７とした。図中の符号５はトレミー管２の上端にコンクリートを受け入れ易く形成したホッパーである。
【００１１】
本発明の実施形態として、水中コンクリート３に先行して、先ず安定液又は水よりも比重が大きく、水中コンクリート３よりも比重が小さいセメントペースト４を打設し、続いて水中コンクリート３を順次打設する。連続地中壁、杭等の地中構造物のように、安定液もしくは水中で水中コンクリートを打設する場合、トレミー管２を打設コンクリートの中へ挿入する深さは５０ｃｍ〜２ｍ以内にするのが好ましい。
【００１２】
セメントペースト４としては、一例として、打設する水中コンクリート３のペースト分と同一調合のセメントペーストを用いる。ただし、打設によって上昇するコンクリートの天端部分の中に取り込まれる可能性のあるセメントペーストがコンクリートの強度に及ぼす影響をなくするためには、ペーストの水セメント比はコンクリートの水セメント比と同一又はそれ以下であることが望ましい。
【００１３】
実施要領を図２Ａ〜Ｄに示したように、セメントペースト４及び水中コンクリート３を打設する前の模型型枠６の中に、実際の連続地中壁のトレミー管工法と同様に安定液（比重約１．０４）を満たした。トレミー管２の最下端は、型枠６の底面から３０ｃｍの高さになるよう設置した（図２Ａ）。先ず最初に、水中コンクリートに先行して、セメントペースト４（比重約２．１５）を、トレミー管２の最下部が３０ｃｍ以上セメントペースト４に埋まるように、型枠６の底面から高さ６０ｃｍの位置まで打設した（図２Ｂ）。セメントペースト４の打設量は、構造物（模型型枠６）の水平断面がすべて十分覆われ、かつトレミー管の排出口がセメントペーストの中に埋まる量とする。
【００１４】
続いて、トレミー管２を通じて水中コンクリート３（比重約２．３５〜２．４５）を打設した（図２Ｃ）。水中コンクリートの打設速度は、模型型枠６内のコンクリートの上昇速度が毎時４ｍ程度となるように調整した。打設した水中コンクリート３はトレミー管２の外周に沿って上昇しようとするが、先行打設されたセメントペースト４よりも比重が大きいため、セメントペースト４の下に留まるように流動する。そして、先行打設のセメントペースト４を押し上げて水中コンクリート３が順次打設されていくことになり、水中コンクリートは安定液に接触することなく打設される。
【００１５】
具体的に、模型型枠６のアクリル面７より見た水中コンクリート３の流動状況及び変化を図２Ｄに示す。図２Ｄに水中コンクリートの打設順３1 →３2 →３3 を示したとおり、セメントペースト４の後から打設された水中コンクリート３はセメントペースト４の上部へは流動せず、必ずセメントペースト４を水中コンクリート３が平均して水平状態に押し上げるので、打設した水中コンクリート３と模型型枠６内に満たされた安定液とが直接接触することはない。
【００１６】
こうした現象は、水中コンクリート３に先行して打設されるセメントペースト４の比重（約２．１５）が、水中コンクリートの比重（約２．３５〜２．４５）よりも小さく、かつ安定液の比重（約１．０４）よりも大きいために生じる現象である。従って、水中コンクリート３に先行して打設されるセメントペースト４は、その比重が水中コンクリートと安定液の中間のものであればよい。ただし、水中コンクリートは、先行打設されるセメントペーストと接触して一部混ざる可能性があるため、先行打設するセメントペーストは、コンクリートと混ざった場合にコンクリートの強度や耐久性に悪影響を及ぼしにくいものが望ましい。例えばセメントペーストの水セメント比は、後打ちされる水中コンクリートと同等もしくはそれ以下とすれば、後打ちコンクリートと一部混ざったとしても、後打ちコンクリートの圧縮強度や耐久性が低下することはないと考えられる。
【００１７】
次に、表１には、セメントペーストの配合例を示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表２には、水中コンクリートに使用した各材料の詳細を示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
表３には、水中コンクリートの配合例を示す。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
表４には、打設したコンクリートの打設直前の流動性その他の性質の試験結果を示す。
【００２４】
【表４】
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【００２５】
また、重要な項目として出来上りの品質が挙げられるが、これを表す指標として下記に示す表５には、実施例及び比較例（従来の工法）の試験体に打設されたコンクリートより、材齢２８日に採取したコア供試体（直径１０ｃｍ、長さ２０ｃｍ）の圧縮強度試験結果を示す。コア供試体の採取位置は、各試験体とも、高さ方向位置としてコンクリート天端より１００及び２００ｃｍ、水平方向位置として試験体中心から５０、１００及び１５０ｃｍの位置の合計６箇所とした。
【００２６】
【表５】
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【００２７】
コア供試体の強度は、実施例における６箇所のばらつきは小さく、最大９５．３Ｎ／ｍｍ2 、最小９０．８Ｎ／ｍｍ2 、平均９２．７Ｎ／ｍｍ2 、標準偏差１．６３Ｎ／ｍｍ2 であるのに対し、比較例では最大９１．５Ｎ／ｍｍ2 、最小７８．５Ｎ／ｍｍ2 、平均８５．８Ｎ／ｍｍ2 、標準偏差４．８２Ｎ／ｍｍ2 と、平均値で６．９Ｎ／ｍｍ2 小さく、標準偏差は３．１９Ｎ／ｍｍ2 と大きい。
【００２８】
【本発明の奏する効果】
本発明に係る水中コンクリートの打設工法によれば、特別な機械的装置等を用いる必要がなく、従来のトレミー管工法に使用する器具類をそのまま用いて実施することができる。そして、セメントペーストも安価で容易に手に入るものであるから、工法全体としてのコストが安く、流動性の高い水中コンクリートの打設にも十分対応できる。
【００２９】
本発明の工法によれば、コンクリート強度のばらつきが小さく、強度の絶対値も大きいから、従来の水中コンクリートの打設工法よりも品質の高いコンクリートを打設することができる。
本発明の工法は、トレミー管のコンクリート中への挿入深さを５０ｃｍ〜２ｍ以内の範囲にしても、コンクリートが安定液又は水に接触することがないので高品質の水中コンクリートを打設することができる。
【００３０】
以上の結果、本発明に係る水中コンクリートの打設工法は、コストが安く、高品質の連続地中壁、杭等の地中構造物を構築することに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡとＢは模型装置の正面図と平面図である。
【図２】Ａ〜Ｄは水中コンクリート打設の状況を説明する縦断面図である。
【図３】従来のトレミー管工法を用いて打設された水中コンクリートの仮定状況を示す縦断面図である。
【図４】従来のトレミー管工法を用いて打設された水中コンクリートの実際状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２      トレミー管
３      水中コンクリート
４      先行充填材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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