(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不透水層地盤を挟んでその上下に透水層地盤が存在し、上部透水層地盤が汚染物質を含む汚染地下水を有する地盤に杭を打設する杭施工方法において、
（イ）杭施工領域における上部透水層地盤への外挿管の設置工程、
（ロ）前記外挿管内部の掘削、洗浄工程、
（ハ）前記外挿管内部への杭打設工程、
（ニ）杭施工領域中心部への前記汚染物質の浸入を防止するための充填材料であって、
前記汚染物質と直接反応して不溶性物質を形成する性質を有する安定化材料、前記汚染物質と反応することにより当該汚染物質を分解して無害化する性質を有する分解材料、前記汚染物質を吸着することができる吸着材料、の少なくとも１つを含む充填材料を前記外挿管と前記杭の間に充填する材料充填工程、
の各工程を含むことを特徴とする杭施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不透水層地盤を挟んで、その上下に透水層地盤が存在し、上部透水層地盤が汚染地下水を含んでいる地盤において、杭を打設する場合の杭施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中間層に粘土層やシルト層からなる不透水層地盤を含み、その上下に砂層や砂礫層を含む透水層を有する透水層地盤においては、当該透水層は帯水層になっており、その内部に地下水を有していることが多い。このような地下水は、産業用水や生活用水として重要な用途を有している。しかし、近年の産業活動等により、上記地下水中に有害な汚染物質が混入してしまう事態が頻繁に発生している。このような状況の中、不透水層地盤を挟んでその上下に透水層地盤が存在し、上部透水層地盤が汚染地下水を含んでいる地盤において、不透水層地盤を貫通して下部透水層地盤に達する杭を打設する場合には、施工時又は施工後に、杭周辺の間隙等を通じて、上部透水層地盤中に含まれる汚染地下水が下部透水層地盤に流入することになり、下部透水層地盤中に存在する清浄な地下水についても汚染されてしまうことになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来は、このような地盤において、下部透水層地盤中に含まれる地下水の汚染を有効に防止することができるような杭の打設方法は存在しなかったため、下部透水層地盤における地下水汚染が進行することになり、地下水の有効な利用を図ることができないばかりか、自然環境にも悪影響を及ぼすことになっていた。特に、汚染地下水にカドミウム化合物やシアン化合物等の有毒物質が混入している場合には深刻な問題となっていた。
本発明は、上記の欠点を除くためになされたものであり、不透水層地盤を挟んで、その上下に透水層地盤が存在し、上部透水層地盤が汚染地下水を含んでいる地盤において、不透水層地盤を貫通して下部透水層地盤に達する杭を打設する場合において、杭打設時又は杭打設後に、上部透水層地盤中の汚染地下水が下部透水層地盤中に流入することを防止するために有効な杭施工方法を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
要するに、本発明は、不透水層地盤を挟んでその上下に透水層地盤が存在し、上部透水層地盤が汚染物質を含む汚染地下水を有する地盤に杭を打設する杭施工方法において、（イ）杭施工領域における上部透水層地盤への外挿管の設置工程、（ロ）前記外挿管内部の掘削、洗浄工程、（ハ）前記外挿管内部への杭打設工程、（ニ）杭施工領域中心部への前記汚染物質の浸入を防止するための充填材料であって、前記汚染物質と直接反応して不溶性物質を形成する性質を有する安定化材料、前記汚染物質と反応することにより当該汚染物質を分解して無害化する性質を有する分解材料、前記汚染物質を吸着することができる吸着材料、の少なくとも１つを含む充填材料を前記外挿管と前記杭の間に充填する材料充填工程、の各工程を含むことを特徴とする杭施工方法を提供するものである。
【０００５】
即ち、本発明は、外挿管を設置することにより、汚染地下水の杭施工領域への浸入を防ぎ、杭打設時における汚染物質の下部透水層地盤への浸透を防止するものである。また、前記外挿管と前記打設された杭の間を前記充填材料により充填することにより、杭打設後における汚染物質の杭施工領域中心部への浸入を防ぎ、下部透水層地盤に含まれる清浄な地下水の汚染を防止するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る杭施工方法の実施形態の一例について添付図面により詳細に説明する。
尚、本方法を適用するための対象地盤は、図１、図２に示すように、中間層に粘土層やシルト層からなる不透水層地盤２，２’を含み、その上下に砂層や砂礫層を含む透水層地盤１，１’，３，３’を有する地盤であり、以下に示す実施の形態においてもそのような地盤での施工方法について示しているが、透水層地盤と不透水層地盤が交互に存在する地盤等においても、同様の方法を適用することにより対応することが可能である。
【０００７】
本発明に係る杭の施工方法は、（１）外挿管の設置工程、（２）外挿管内部の掘削、洗浄工程、（３）杭打設工程、（４）材料充填工程、の必須４工程により行われるが、任意工程として第４工程である材料充填工程の後に（５）外挿管の引抜き工程を行う場合もある。以下に、第１実施形態及び第２実施形態における各工程の内容について説明する。
【０００８】
◎第１実施形態
図１に基づいて、第１実施形態について説明する。
まず、第１工程である、杭施工領域４における上部透水層地盤１への外挿管１０の設置工程について説明する。図１（ａ）に示すように、本工程では、杭施工領域４外周部における上部透水層地盤１から不透水層地盤２の所定の深さに至るまで、外挿管１０を根入れすることにより、外挿管１０を設置する工程である。本工程により、杭施工時に、杭施工領域４内部の遮水が確実になり、当該上部透水層地盤１の汚染地下水中に存在する汚染物質が外挿管１０内部に浸入することを防止することができる。
尚、外挿管１０の設置方法は従来行われている方法と同様の方法により行うことができる。例えば打撃、振動による方法を用いて、杭施工領域４における上部透水層地盤１に外挿管１０を貫入させることにより行うものである。また、外挿管１０は一般的に鋼製の材質のものが用いられるが、その他の材質であってもよく、その形状等についても特に制限はない。更に、外挿管１０の根入れ深さについては特に制限はなく、地盤条件に応じて決定することができる。
【０００９】
次に、第２工程である、外挿管１０内部の掘削、洗浄工程について説明する。図１（ｂ）に示すように、本工程においては、第１工程により設置された外挿管１０内部の土砂を掘削し、その内部を洗浄する工程であり、外挿管１０内部に杭打設用空間１１を確保するために行う工程である。
外挿管１０内部の掘削、洗浄工程についても、従来行われている方法と同様の方法により行うことができる。掘削工程においては、例えば、各種の掘削機を用いて掘削する方法を用いることが可能であり、また洗浄工程においては、掘削工程終了後にウォータージェット等を用いて外挿管１０内部を洗浄する方法を用いることが可能である。
尚、外挿管１０内部の形状、広さ等には特に制限はなく、地盤条件に応じて決定することができる。また掘削底面の安定性に問題が生じる場合には、外挿管１０内に汚染されていない水を上部透水層地盤１の地下水レベルより高くなるように注入することにより、当該掘削底面の安定性を確保することが可能となる。
【００１０】
次に、第３工程である、外挿管１０内部への杭打設工程について説明する。
本工程は、図１（ｃ），（ｄ）に示すように、外挿管１０内部に設けられた杭打設用空間１１内に、上部透水層地盤１及び不透水層地盤２を貫通し、下部透水層地盤３中の所定の深さに至るように、杭Ｋを打設する工程である。本工程においては、杭Ｋの打設方法は問わず、基本的にどのような方法でも施工することができる。従って、地盤条件に応じて、打撃工法、埋込み杭工法、場所打ち杭工法等の各種の工法を採用することが可能となる。
また、杭Ｋの材質、形状等に関しても特に制限はない。従って、鋼杭、既製コンクリート杭、プレストレストコンクリート杭、鋼とコンクリートの合成杭等の各種の杭を施工することができることはもちろん、この他の特殊基礎として、場所打ち鋼管コンクリート杭、拡底杭、多柱基礎等をも施工することができる。
更に、杭Ｋに突起等を設けることにより、杭Ｋの付着性を高めることも可能である。
【００１１】
次に、第４工程である、材料充填工程について説明する。
図１（ｅ）に示すように、本工程は、杭施工領域中心部４ａへの汚染物質の浸入を防止するための充填材料Ｍ、即ち、例えば上記汚染物質を遮断する材料、若しくは、上記汚染物質に対して反応性、吸着性を有し杭施工領域中心部４ａへの上記汚染物質の浸入を防止する材料等のうちのいずれか１の材料、又は上記任意の複数の材料を組合わせた充填材料Ｍを、外挿管１０と杭Ｋの間に形成される充填部１１ａに充填する工程である。
具体的には、第１から第３工程により杭打設用空間１１内に打設された杭Ｋと、当該杭打設用空間１１の間に形成される充填部１１ａに上記充填材料Ｍを投入し、締固め等することにより行われることになる。
【００１２】
上記充填材料Ｍとしては種々の材料を用いることが可能であり、以下の材料に限定されるものではないが、汚染物質を遮断する材料としては不透水性材料が代表的な材料である。また、汚染物質に対して反応性、吸着性を有し杭施工領域中心部４ａへの汚染物質の浸入を防止する材料としては、安定化材料、分解材料、吸着性材料等が代表的な材料である。以下に、それぞれの充填材料Ｍの性質に関し説明する。
【００１３】
不透水性材料は、当該不透水性材料の硬化後に、充填部１１ａ内部に流入してくる汚染地下水を遮断する効果を有する物質であり、モルタル、コンクリート等が用いられる。つまり、不透水性材料を用いる目的は、充填部１１ａに上記不透水性材料を充填することにより、上記充填部１１ａを不透水性地盤として、外部からの汚染地下水を遮断し、上記充填部１１ａへの汚染物質の浸入を防止することにある。
【００１４】
安定化材料は、上記汚染物質と直接反応して不溶性物質を形成する性質を有する物質である。つまり、安定化材料を用いる目的は、汚染地下水中に溶解している上記汚染物質を、充填部１１ａに存在する安定化材料により不溶性物質に変化させることにより、当該汚染地下水中から上記汚染物質を分離し、上記充填部１１ａにおいて除去することで、上記充填部１１ａに流入してくる汚染地下水を最終的に無害化して、杭施工領域中心部４ａへの汚染物質の浸入を防止することにある。
但し、汚染地下水中に含まれている汚染物質の種類により、当該汚染物質に反応する安定化材料は異なるため、以下に説明するように汚染地下水の状況に応じて置換するための安定化材料を決定する必要がある。
【００１５】
例えば、汚染物質が六価クロム化合物の場合には、安定化材料として硫酸第一鉄、亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸などの還元剤が適当である。これは、六価のクロム化合物は水に易溶であるが、３価のクロム化合物は難溶であるという性質を利用するものであり、六価クロム化合物を上記還元剤を用いて還元することにより、Ｃｒ（ＯＨ）３  やＣ  ｒ２  （ＳＯ４  ）３  の不溶性物質に変化させ、汚染地下水中から除去するものである。
【００１６】
上記六価クロム化合物を除去する場合と同様の考え方により、他の汚染物質が汚染地下水中に含まれている場合にも、各汚染物質に対応する以下の安定材を用いることにより、当該汚染物質の除去をすることが可能となる。
汚染物質がカドミウム化合物、ナトリウム化合物、水銀化合物の場合には、安定化材料として、硫化ナトリウムが適当である。
また、汚染物質がシアン化合物の場合には、安定化材料として次亜塩素酸ソーダが適当である。
また、汚染物質がひ酸化合物の場合には、安定化材料として塩化鉄が適当である。
更に、その他の安定化材料として、鉄粉等の金属粉末を用いることにより、六価クロム、カドミウム、鉛、セレン、ヒ素などの重金属を除去することも可能である。
【００１７】
分解材料は、上記汚染物質と反応することにより当該汚染物質を分解して無害化する性質を有する物質である。つまり、分解材料を用いる目的は、汚染地下水中に溶解している上記汚染物質を、充填部１１ａに存在する分解材料により分解することにより、当該充填部１１ａに流入してくる汚染地下水を最終的に無害化して、杭施工領域中心部４ａへの汚染物質の浸入を防止することにある。
但し、汚染地下水中に含まれている汚染物質の種類により、当該汚染物質に反応する分解材料は異なるため、汚染地下水の状況に応じて置換するための分解材料を決定する必要がある。例えば、汚染物質として有機塩素化合物が含まれている場合には、分解材料として鉄粉を添加することにより、所定の効果を得ることができる。
【００１８】
吸着性材料は、非常に大きな吸着能力により上記汚染物質を吸着することができる多孔質の材料であり、活性炭、石炭灰、木炭、亜炭、ゼオライト、ベントナイト等が用いられる。つまり、吸着性材料を用いる目的は、汚染地下水中に溶解している上記汚染物質を、充填部１１ａに存在する吸着性材料により吸着することにより直接的に除去し、上記充填部１１ａに流入してくる汚染地下水を最終的に無害化して、杭施工領域中心部４ａへの汚染物質の浸入を防止することにある。
【００１９】
尚、不透水層地盤２が良好な支持層であり、当該不透水層地盤２中の土と杭Ｋとの間の密着性が高く、上部透水層地盤１中に存在する汚染地下水が、下部透水層地盤３に伝わらない場合には、上記充填材料Ｍとして通常の土砂を用いることができる場合もある。
【００２０】
更に、図１（ｆ）に示すように、充填材料Ｍの種類に応じて、第４工程の材料充填工程の後に、外挿管１０の引抜き工程を行う場合がある。但し、第２実施形態において説明するように、充填材料ＭとしてコンクリートＣ等の不透水性材料を用いる場合には、外挿管１０と杭Ｋを一体化させて杭Ｋの耐力を高めるため、外挿管１０の引抜きを行わないことが一般的である。
しかし、それ以外の充填材料Ｍを用いる場合には、直接的に汚染地下水中の汚染物質と反応等して、当該汚染物質を分解、除去等することを目的とするため、最終的に外挿管１０の引抜きを行い、充填部１１ａに汚染地下水が流入した場合に、杭施工領域中心部４ａへの汚染物質の浸入を防止することができる構造とすることが一般的である。
【００２１】
◎第２実施形態
図２に示すように、第２実施形態は、充填材料ＭとしてコンクリートＣ等の不透水性材料を用いることにより、杭Ｋ’と外挿管１０’との一体化を図るために行われる施工方法である。
本実施形態における杭Ｋ’の施工方法は、（１）外挿管の設置工程（図２（ａ））、（２）外挿管内部の掘削、洗浄工程（図２（ｂ））、（３）杭打設工程（図２（ｃ），（ｄ））、（４）材料充填工程（図２（ｅ））、の４工程により行われることは第１実施形態と同様であり、用いられる工法についても同様な工法を採用することができる。
その一方、第１実施形態と異なる点は、第４工程である材料充填工程の後、外挿管１０’を引き抜くことなく、杭Ｋ’と一体化させることにより、杭Ｋ’の耐力等を高めることとしたものである。
【００２２】
また、図２に示しているように、第２実施形態においては、設置される外挿管１０’の内周面部及び杭Ｋ’頭部にスタッドや図２に示した様な突起１０’ａ，Ｋ’１を設けることが一般的である。つまり、当該実施形態は、第４工程である材料充填工程において、外挿管１０’と杭Ｋ’の間に形成される充填部１１’ａに充填材料ＭとしてコンクリートＣ等を充填することになるが、外挿管１０’の内周面部及び杭Ｋ’頭部に突起１０’ａ，Ｋ’１を設けることにより、コンクリートＣ等と外挿管１０’及び杭Ｋ’との付着を高め、両者を一体化させる構造とすることにより、杭Ｋ’頭部の強度及び杭Ｋ’の耐力を高めることを目的としたものである。
【００２３】
尚、杭Ｋ，Ｋ’頭部については、上部透水層地盤１の地盤中に埋設されていても（図２の場合）、その上部に突出していても（図１の場合）、何ら問題はない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、外挿管を設置することにより杭打設時における、汚染物質の下部透水層地盤への浸透を防止することが可能となるという効果を有するものである。また、上記外挿管と上記打設された杭の間を上記各種の材料により充填することにより、杭打設後における汚染物質の杭施工領域中心部への浸入を防ぎ、下部透水層地盤中に含まれる清浄な地下水の汚染を防止することが可能になるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】杭施工方法の第１実施形態を示す側断面図であり、（ａ）は外挿管の設置工程、（ｂ）は外挿管内部の掘削、洗浄工程、（ｃ），（ｄ）は杭打設工程、（ｅ）は材料充填工程、（ｆ）は外挿管の引抜き工程、を示す。
【図２】杭施工方法の第２実施形態を示す側断面図であり、（ａ）は外挿管の設置工程、（ｂ）は外挿管内部の掘削、洗浄工程、（ｃ），（ｄ）は杭打設工程、（ｅ）は材料充填工程、を示す。
【符号の説明】
１        上部透水層地盤
２        不透水層地盤
３        下部透水層地盤
４        杭施工領域
４ａ      杭施工領域中心部
１０      外挿管
１０’ａ  突起
１１      杭打設用空間
１１ａ    充填部
Ｋ        杭
Ｋ’１    突起
Ｍ        充填材料
Ｃ        コンクリート
【図１】
0003572567.tif 000002
【図２】
0003572567.tif 000003