(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中内に掘削した掘削孔にセメントミルク又はモルタルを注入して掘削土壌と攪拌混合することによりソイルセメントを生成し、掘削孔中のソイルセメント中に既製杭を挿入する既製杭埋込み工法であって、
セメントミルク又はモルタルには予め膨張作用を有する発泡剤を添加しておくことにより、セメントミルク又はモルタルと発泡剤の混合された発泡剤付きのソイルセメントを、加圧下の掘削孔中の中途部から先端部にかけて既製杭の周辺に生成することにより、掘削孔の中途部から先端部に発泡剤による発砲膨張の膨張圧力分布を上方から下方にかけて逆テーパー状となるようにし、発泡剤付きのソイルセメントを充填した掘削孔の中途部と発泡剤を含まないソイルセメントとの境に膨張圧力分布の段差を形成した既製杭埋込み工法。
【請求項２】
膨張作用を有する発泡剤としては、セメント組成物中における化学反応によりガスを発泡する少なくともアルミニウム粉末、亜鉛等の両性金属の粉末、炭素物質、過酸化物質、スルホニルヒドラジド化合物、アゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体から選択した１種又は２種以上である
請求項１に記載の既製杭埋込み工法。
【請求項３】
掘削深度を１００ｍまでとするセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％となるように、前記発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して、セメントミルクの場合は０．００２％から０．４％とする、又はモルタルの場合は０．００７％から０．８％とする
請求項２に記載の既製杭埋込み工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既製杭を用いた既製杭埋込み工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建造物等の基礎杭を形成する方法としては、既製杭埋込み工法が知られており、この既製杭埋込み工法には、既製杭を地中に押し込む前に地盤を緩めて築造するプレボーリング杭工法と杭の中空部を利用して杭の先端部の地盤を掘削しつつ排土しながら埋め込む中堀杭工法が知られている。
【０００３】
まず、プレボーリング杭工法は、掘削機の掘削ビットの先端部から掘削用の水を吐出しながら所定の深度まで掘削孔を築造し、次に掘削孔の先端部分に根固め液を注入しながら掘削ビットを上下反復作動して泥土と根固め液とを攪拌・混合してソイルセメントを形成する。次に掘削ビットを掘削孔から引き抜いた後に、ソイルセメントが硬化する前に既製杭を掘削孔に建込み、根固め用のソイルセメントに既製杭の先端を定着して施工する工法である。
【０００４】
他方の中堀杭工法は、掘削機の地盤の掘削作業と杭の沈設とを同時に行うものであり、掘削孔に根固め液を注入して築造する根固め部の築造方法はプレボーリング杭工法とほとんど変わらない。
【０００５】
このような２種類の工法を用いながら杭先端には、通常、セメントと水とを混合したセメントミルクを根固め液として掘削孔に充填して、硬化させて根固め部が形成され、支持地盤を硬化する構造となる。一般的に使用される支持杭のセメントミルクの水セメント比は、一般的に５５％から６５％であり、２８日材齢強度が１１から２０Ｎ／ｍｍ２程度で管理されている。
【０００６】
プレボーリング杭工法では、掘削孔に建込んだ既製杭の周囲と掘削孔周壁面との一体化を図る目的で、水セメント比が根固め液の同等以上のセメントミルクを掘削土と攪拌したソイルセメントとなし、２８日材齢強度が０．５Ｎ／ｍｍ２以上で管理された杭周固定液が充填される。
【０００７】
また、根固め液や杭周固定液としての杭固定液は、注入するセメントミルクに膨張材を添加したものやセメントミルクに高炉スラグ混入セメントを使用したものや或いはセメントミルクに高炉セメントＢ種を主材としたものや石膏等を使用することで杭先端支持力を増大する工法が次の特許文献により開示されている。
【０００８】
特許文献１には、セメントペーストに４．５から１１％のカルシウムサルホアアルミネート系の膨張材を添加して、セメント及び膨張材の合計に対する水セメント比を６５％以下とした根固め液を、球根硬化過程で膨張させて球根を地盤に圧着させる技術が開示されている。特許文献１の技術では、一軸拘束膨張率が４５×１０−４（４５００×１０−６）を最大としているので、最大の膨張率は０．４５％程度である。
【０００９】
また、特許文献２には、高炉スラグ微粉末混入セメントと水と細骨材と無水石膏と増粘剤と減水剤とから成る杭周固定液を掘削孔の杭周囲に充填して、杭と地盤との密着性を向上させる技術が開示されている。特許文献２の技術では、膨張の長さの変化が６０００×１０−６まで有効としているので最大の膨張率は０．６％である。
【００１０】
さらに、特許文献３には、高炉セメントＢ種を主体とし、無水石膏を含有する結合材と水とからなる杭周充填液が開示されている。特許文献３の技術では、膨張量が１２００μｍ（１２００×１０−６）以上で２５００μｍ（２５００×１０−６）程度としているので、最大の膨張率は０．２５％である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許開２０００−０８０６４７号公報
【特許文献２】特許開２００３−２７７７３８号公報
【特許文献３】特許開２００６−２８３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
通常のセメントミルク等を掘削孔内に注入する場合に、そのセメントミルクが硬化すると土壌と混合したソイルセメントが収縮し、既製杭の根固め部のソイルセメントの外周面と掘削孔の内壁面との間に緩みや隙間が生じていた。
この緩みや隙間は、既製杭の先端側での先端支持力の低下、既製杭の根固め部のソイルセメントの外周面での周面摩擦力の低下及び引抜抵抗力の低下にも繋がっていた。
このように、従来の既製杭埋込み工法においては、既製杭全体の機能低下を招いていた。
【００１３】
かかる欠点を解決するために上記各特許文献では、セメントミルク又はモルタル中に膨張材や石膏を混入して、既製杭の外周面と掘削孔の内側面との間隙を膨張材で充填しているが、膨張率が０．２５％から０．６％のように小さいために地盤との密着力が低く、充分に地盤と一体化することができないという欠点を有している。
【００１４】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、大きな膨張作用の発泡剤を添加したセメントミルクやモルタルを掘削孔中に注入して、従来工法より大きな膨張性によりソイルセメントと周面地盤及び既製杭とを強固に一体化させ、既製杭の先端支持力や周面摩擦力及び引抜き抵抗力の増大を図った既製杭埋込み工法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、地中内に掘削した掘削孔にセメントミルク又はモルタルを注入して掘削土壌と攪拌混合することによりソイルセメントを生成し、掘削孔中のソイルセメント中に既製杭を挿入する既製杭埋込み工法であって、セメントミルク又はモルタルには予め膨張作用を有する発泡剤を添加しておくことにより、セメントミルク又はモルタルと発泡剤の混合された発泡剤付きのソイルセメントを、加圧下の掘削孔中の中途部から先端部にかけて既製杭の周辺に生成することにより、掘削孔の中途部から先端部に発泡剤による発砲膨張の膨張圧力分布を上方から下方にかけて逆テーパー状となるようにし、発泡剤付きのソイルセメントを充填した掘削孔の中途部と発泡剤を含まないソイルセメントとの境に膨張圧力分布の段差を形成した。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、膨張作用を有する発泡剤としては、セメント組成物中における化学反応によりガスを発泡する少なくともアルミニウム粉末、亜鉛等の両性金属の粉末、炭素物質、過酸化物質、スルホニルヒドラジド化合物、アゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体から選択した１種又は２種以上である。 
【００１９】
請求項３に記載の発明は、掘削深度を１００ｍまでとするセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％となるように、前記発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して、セメントミルクの場合は０．００２％から０．４％とする、又はモルタルの場合は０．００７％から０．８％とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、地中内に掘削した掘削孔にセメントミルク又はモルタルを注入して掘削土壌と攪拌混合することによりソイルセメントを生成し、掘削孔中のソイルセメント中に既製杭を挿入する既製杭埋込み工法であって、セメントミルク又はモルタルには予め膨張作用を有する発泡剤を添加しておくことにより、セメントミルク又はモルタルと発泡剤の混合された発泡剤付きのソイルセメントを、加圧下の掘削孔中の中途部から先端部にかけて既製杭の周辺に生成することにより、掘削孔の中途部から先端部に発泡剤による発砲膨張の膨張圧力分布を上方から下方にかけて逆テーパー状となるようにし、発泡剤付きのソイルセメントを充填した掘削孔の中途部と発泡剤を含まないソイルセメントとの境に膨張圧力分布の段差を形成したことにより、従来技術であれば膨張の長さの変化は６０００×１０−６未満、すなわち、０．６％未満の膨張率でしかなかった膨張材や石膏等を混入したソイルセメントと比べて、発泡剤は大きな膨張率であるため、強固な既製杭の埋め込みを行うことができる。
【００２２】
すなわち、本発明では、発泡剤を添加して膨張することによりソイルセメントの体積が増大し、掘削孔の内壁面にはソイルセメントの膨張圧力が加わり、その反力として掘削孔の内壁面（孔壁地盤）から圧力がソイルセメントにかかる。また、既製杭の外周面にはソイルセメントの膨張圧力が加わり、既製杭からの反力がソイルセメントにかかることになる。
これにより、掘削孔の内壁面とソイルセメントとの境の緩みや隙間が膨張するソイルセメントで密に埋められ、既製杭の外周面とソイルセメントとの境の緩みや隙間が膨張するソイルセメントで密に埋められソイルセメントと既製杭との付着力が高まる。且つ、掘削孔の孔壁地盤に、膨張圧力をかけたままこれらを一体化することができ、既製杭の先端支持力等を高めた強固な既製杭埋込みを構築できる効果を有する。また、掘削孔内でソイルセメントが大きく発泡膨張するため、従来技術の杭固定液を注入した場合に比べて先端支持力や周面摩擦力及び引抜抵抗力が増大する効果を有する。
また、ソイルセメントは、打設高さの範囲において、逆テーパー形状に形成されるので、この逆テーパー形状の杭が地盤を押し広げる効果を発現し、杭先端支持力や周面摩擦力を向上させる効果がある。或いは、掘削孔の内壁面の地盤が固い場合に、ソイルセメントは逆テーパー形状の膨張圧力を生起したまま硬化することにより杭先端支持力や周面摩擦力及び引抜き抵抗力を向上させる効果がある。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、膨張作用を有する発泡剤としては、セメント組成物中における化学反応によりガスを発泡する少なくともアルミニウム粉末、亜鉛等の両性金属の粉末、炭素物質、過酸化物質、スルホニルヒドラジド化合物、アゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体から選択した１種又は２種以上を添加する。このように添加したセメント組成物は、セメント組成物中における化学反応によりガスを発泡する際にガスの浮遊力を利用してセメントの拡散を促し、ソイルセメントに充分な発泡機能を生起して、ソイルセメントの組成物全般にわたるち密で均一な膨張硬化を発揮することができる。
これにより、掘削孔の内壁面とソイルセメントとの境の緩みや隙間が膨張するソイルセメントで密に埋められ、既製杭の外周面とソイルセメントとの境の隙間が膨張するソイルセメントで密に埋められる。また、ソイルセメントと既製杭のとの付着力が高まる。且つ、掘削孔の孔壁地盤に膨張圧力をかけたままこれらを一体化することができ、既製杭の先端支持力等を高めた強固な既製杭の埋込みを構築できる効果を有する。また、掘削孔内でソイルセメントが大きく発泡膨張し硬化するため、従来技術の杭固定液を注入した場合に比べて先端支持力や周面摩擦力及び引抜抵抗力が増大する効果を有する。 
【００２６】
請求項３に記載の発明によれば、掘削深度を１００ｍまでとするセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％となるように、前記発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して、セメントミルクの場合は０．００２％から０．４％とする、又はモルタルの場合は０．００７％から０．８％とする。
このようにして、掘削深度が深く、且つ高水圧下の掘削孔内のセメントミルク又はモルタルの膨張率を３％から１６％で設定することで、掘削土壌と攪拌混合による膨張するソイルセメントの膨張率を１％から８％で生起することができるので、根固め部の膨張するソイルセメントは掘削孔の孔壁地盤にソイルセメントの膨張する圧力をかけつつ逆に孔壁地盤からは反力を受けるので、膨張するソイルセメントは膨張圧力をかけたまま掘削孔の孔壁地盤と強固に一体化する効果を有する。
アルミニウム粉末を添加したセメントミルクの膨張率が、セメント質量に対しアルミニウム粉末の添加量が０．００２％未満の場合では、セメントミルクの膨張率が３％未満となり、生成するソイルセメントの膨張率が１％未満となり、膨張するソイルセメントが掘削孔の壁面に膨張圧力を充分に与えることができない。
また、セメント質量に対しアルミニウム粉末の添加率が０．４％を越える場合では、セメントミルクの膨張率が１６％より大きくなり、生成するソイルセメントの膨張率は８％より大きくなり、周面地盤との密着力が高まるものの、一方で強度低下が大きくなってしまう、そこで強度を上げるためにはセメント量を多くする必要があり、材料コストが上昇して経済性が悪くなる。
セメント質量に対してアルミニウム粉末を添加したモルタルの膨張率が、０．００７％未満ではモルタルの膨張率が３％未満となり、生成するソイルセメントの膨張率が１％未満となり、膨張するソイルセメントが掘削孔の壁面に膨張圧力を充分に与えることができない。
また、セメント質量に対してアルミニウム粉末の添加率が０．８％を越える場合では、モルタルの膨張率が１６％より大きくなり、生成するソイルセメントの膨張率は８％より大きくなり、周面地盤との密着力が高まるものの、一方で強度低下が大きくなってしまう、そこで強度を上げるためにはセメント量を多くする必要があり、材料コストが上昇して経済性が悪くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】既製杭埋込み工法を示す工程図である。
【図２】既製杭埋込み工法で構築した杭の他の例を示す断面図である。
【図３】既製杭埋込み工法で構築した拡大杭を示す断面図である。
【図４】既製杭埋込み工法で構築した拡大杭の他の例を示す断面図である。
【図５】既製杭埋込み工法で構築した拡大杭の変形例を示す断面図である。
【図６】既製杭埋込み工法（中堀工法）を示す断面図である。
【図７】発泡剤とセメントミルクとの関係を表わすグラフである。
【図８】発泡剤とモルタルとの関係を表わすグラフである。
【図９】膨張量の推移を示すグラフである。
【図１０】拘束なしの場合と拘束下の場合におけるアルミニウム添加量と強度との関係を示すグラフである。
【図１１】配合例１に使用する材料を表わした一覧である。
【図１２】配合例１の使用材料の配合量を表わす表である。
【図１３】配合例１におけるＡＬ（アルミニウム粉末）添加量を変化させた時のフレッシュ試験と膨張率を表わした一覧である。
【図１４】配合例１の膨張率と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１５】配合例１におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである
【図１６】配合例２に使用する材料を表わした一覧である。
【図１７】配合例２の使用材料の配合量を表わす表である。
【図１８】配合例２におけるＡＬ添加量を変化させた時のフレッシュ試験と膨張率を表わした一覧である。
【図１９】配合例２におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである
【図２０】配合例３に使用する材料を表わした一覧である。
【図２１】配合例３の使用材料の配合量を表わす表である。
【図２２】コンクリートのフレッシュ試験の結果を表わした一覧である。
【図２３】配合例３におけるＡＬ添加量を変化させた時のフレッシュ試験と膨張率を表わした一覧である。
【図２４】ＡＬ添加量と膨張率測定結果を表わした一覧である。
【図２５】配合例３の膨張率と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２６】配合例３におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである
【図２７】配合例４および５に使用する材料を表わした一覧である。
【図２８】（ａ）配合条件・試験、（ｂ）使用ミキサ・練り混ぜ方法を表わした一覧である。
【図２９】配合例４の使用材料の配合量を表わす表である。
【図３０】配合例４におけるＡＬ添加量を変化させた時のフレッシュ試験と膨張率を表わした一覧である。
【図３１】配合例４の膨張率と経過時間との関係を示すグラフである。
【図３２】配合例４におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである
【図３３】配合例５の使用材料の配合量を表わした一覧である。
【図３４】配合例５におけるＡＬ添加量を変化させた時のコンクリート試験結果を表わした一覧である。
【図３５】配合例５の膨張率と経過時間との関係を示すグラフである。
【図３６】配合例５におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである。
【図３７】配合例４および配合例５の使用材料の配合量（ＡＬなし）を表わした一覧である。
【図３８】配合例４および配合例５においてのコンクリート試験結果を表わした一覧である。
【図３９】配合例４および配合例５においての経過時間あたりのブリーディング量（ｃｍ3）を表わすグラフである。
【図４０】配合例Ａ，Ｂ，Ｃ，１から５におけるアルミニウム粉末の添加率と膨張率との関係を表わしたグラフである。
【図４１】配合例Ｃ，３，４，５におけるアルミニウム粉末の添加率とコンクリート圧縮強度との関係を表わしたグラフである。
【図４２】配合例Ｃ，１から５におけるアルミニウム粉末の添加率０％の初期膨張率と水セメント比との関係を表わしたグラフである。
【図４３】流動化土とセメントミルク又はモルタルとを攪拌混合したイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本既製杭埋込み工法は、地中内に掘削した掘削孔にセメントミルク又はモルタルを注入して掘削土壌と攪拌混合することによりソイルセメントを生成し、掘削孔中のソイルセメント中に既製杭を挿入する既製杭埋込み工法であって、セメントミルク又はモルタルには予め膨張作用を有する発泡剤を添加しておくことにより、セメントミルク又はモルタルと発泡剤の混合された発泡剤付きのソイルセメントを、加圧下の掘削孔中の中途部から先端部にかけて既製杭の周辺に生成することにより、掘削孔の中途部から先端部に発泡剤による発砲膨張の膨張圧力分布を上方から下方にかけて逆テーパー状となるようにし、発泡剤付きのソイルセメントを充填した掘削孔の中途部と発泡剤を含まないソイルセメントとの境に膨張圧力分布の段差を形成した。
【００３０】
膨張作用を有する発泡剤としては、セメント組成物中における化学反応によりガスを発泡する少なくともアルミニウム粉末、亜鉛等の両性金属の粉末、炭素物質、過酸化物質、スルホニルヒドラジド化合物、アゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体から選択した１種又は２種以上である。
【００３１】
セメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％となるように前記発泡剤を添加している。
【００３３】
掘削深度を１００ｍまでとするセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％となるように、前記発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して、セメントミルクの場合は０．００２％から０．４％とする、又はモルタルの場合は０．００７％から０．８％とする。
【００３４】
膨張するソイルセメントには繊維物質を含有する。
【００３５】
［既製杭埋込み工法］
この発明の実施例を図面に基づき詳説する。掘削の工法としては、プレボーリング工法を一例としながら説明する。なお、既製杭には、既製コンクリート杭を用いて説明する。下記工程ではモルタルの場合の説明を行うが、セメントミルクの場合の説明については同様な工法であるので重複説明を省略する。また、下記工法においては、発泡剤をアルミニウム粉末とした場合について説明する。
【００３６】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、掘削機が埋込み杭を構築する地上面に設置され、掘削機の掘削ビット１２より水等の掘削液を噴射しながら地中Ａを掘り下げて掘削孔１１が掘削される。掘削孔１１内には、水等の掘削液で掘削し、すなわち、噴出攪拌され泥土化及び流動化した掘削土Ｂが残ったままとなっている。
【００３７】
図１（ｃ）に示すように、掘削孔１１を所定の深度まで掘削したのち、掘削孔１１の先端部に膨張作用を有する発泡剤としての所定のアルミニウム粉末を添加したモルタル１３（セメントに細骨材の砂と水等を練り合わせたもの）を注入（注入とは加圧注入や加圧噴出及び加圧噴射等である）充填しつつ、掘削ビット１２を上下方向に反復回転しながら移動して、掘削土壌と攪拌混合させてソイルセメント１４とする。さらに、掘削孔１１内に杭周固定液Ｃを攪拌混合しながら掘削ビット１２を引き上げる。なお、掘削孔１１内において杭周固定液Ｃを注入充填したが、杭周固定液Ｃの注入部分にアルミニウム粉末を添加したモルタル１３を注入充填して、攪拌混合してソイルセメントを形成して硬化させるようにしてもよい。
【００３８】
図１（ｄ）に示すように、掘削孔１１より掘削機の掘削ビット１２を引き抜いて、既製コンクリート杭１５を掘削孔１１に挿入して、既製コンクリート杭１５の先端部を掘削孔１１の先端部（基部）付近まで挿入し、施工を終了する。なお、既製コンクリート杭１５の先端部は、掘削孔１１の先端部に着底してもよいし、離間するようにしてもよい。
【００３９】
掘削孔１１内においては、掘削ビット１２による掘削攪拌して泥土化及び流動化した土壌と発泡剤のアルミニウム粉末を添加したモルタル１３とは攪拌混合してソイルセメント１４となり、このソイルセメント中に混和した反応開始時間を適宜調整した発泡剤のアルミニウム粉末とモルタル１３とが反応し、水素ガスを発泡してソイルセメントの体積が発泡膨張して増大する。さらに、水素ガスの浮遊力を利用してセメントの拡散を促し、ソイルセメントに充分な発泡機能を生起して、ソイルセメントの組成物全般にわたるち密で均一な膨張硬化を発揮することができる。
【００４０】
更に、硬化前のソイルセメント１４は、セメントのブリージング作用によるセメント素材の沈下収縮作用を緩和させると共に、ソイルセメント体の砂・礫の骨材下面に隙間が生じるのを防ぎ、膨張圧によって砂・礫と注入モルタルとの付着力を高める。且つセメントの自己収縮による掘削孔内壁面の近傍に形成されがちな緩みや隙間を防ぎ、膨張圧力によって既製杭１５とソイルセメント１４との付着力を高め、さらに、ソイルセメントが膨張圧力をかけたまま周辺地盤と強固に一体化する効果がある。なお、モルタルに変えてセメントミルクの場合についても同様の作用効果が生じる。
【００４１】
また、図１（ｅ）に示すように、発泡剤の水素ガス発泡によりソイルセメントの体積が発泡剤の働きで膨張して増大することで、掘削孔１１の内壁面にはソイルセメント１４の膨張圧力Ｐ１が加わり、掘削孔１１の内壁面すなわち孔壁地盤から反力Ｐ２がソイルセメント１４にかかり、且つ、既製杭１５にはソイルセメント１４の膨張圧力Ｐ１が加わり、既製杭１５からの反力Ｐ３がソイルセメント１４にかかる。符号Ｐ４は、杭周固定液Ｃで混合攪拌された杭周固定のソイルセメントの反力である。
【００４２】
これにより、掘削孔１１の内壁面とソイルセメント１４との境の隙間が膨張するソイルセメント１４で密に埋められ、既製杭１５の外周面とソイルセメント１４との境の緩みや隙間が膨張するソイルセメント１４で密に埋められソイルセメント１４と既製杭１５との付着力が高まる。且つ、掘削孔の孔壁地盤に膨張圧力をかけたままこれらを一体化することができ、既製杭の先端支持力等を高めた強固な既製杭埋込みを構築できる効果を有する。
掘削孔内のソイルセメント体中で発泡剤の水素ガスが大きく発泡膨張するため、既製杭１５と一体の根固め部１６は、特許文献１から３に開示された杭固定液を注入した場合に比べて先端支持力や周面摩擦力及び引抜抵抗力が増大することができる。
【００４３】
発泡剤のアルミニウム粉末の添加量を多量とすると膨張率は大きくなるものの、水素ガスの発生量が多くなりソイルセメント中に微空隙を多数気孔状に散在されることになって強度低下を生起する。そのために、所要の膨張率を得られるように発泡剤のアルミニウム粉末の使用量を規定することとし、発泡剤はその膨張率が３％から１６％となるようにアルミニウム粉末を添加するようにしている。
【００４４】
また、セメントミルクの膨張率が３％から１６％となるように、前記発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して０．００２％から０．０２％とする、又はモルタルの膨張率が３％から１６％となるように、前記発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して０．００７％から０．０４％とする。
【００４５】
上記の通りセメント質量に対してアルミニウム粉末の添加量を規定することで、掘削土壌と攪拌混合による生成するソイルセメントは膨張率を１％から８％で生起することができるので、掘削孔の孔壁地盤にソイルセメントの膨張する圧力をかけたまま掘削孔の孔壁地盤と強固に一体化することができる。
【００４６】
上述した通り既製杭の埋込み工法は、掘削ビット１２より水等の掘削液を噴射しながら、地中を掘削して掘削孔が形成される。掘削孔内は水等の掘削液で満たされ、掘削孔内は泥土化された流動化土と掘削液で飽和状態であり、掘削孔内の掘削深度の所定位置は水深に合わせた水圧の加圧下となる。
【００４７】
掘削深度が浅い場合には、この水圧の加圧力が小さくなり、膨張するソイルセメントの生成に影響は少ない。しかし、掘削深度が深い場合には、水圧の加圧力が深度に応じて大きくなる。掘削深度の水圧は水深１０ｍにつき約１ｋｇ／ｃｍ２の圧力がかかる。
【００４８】
例えば、水深１０ｍ下では２気圧、水深２０ｍ下では３気圧、水深５０ｍ下では６気圧、水深１００下では１１気圧となる。
【００４９】
また、ボイルの法則により、温度が一定のとき、気体の体積は圧力の大きさに反比例するので、気体に圧力がかかるほど、気体自体の体積は小さくなる。
ここで、ソイルセメント内のアルミニウム粉末がセメントと反応して水素ガスを発生させるが、しかしながら掘削孔中の高水圧下においては掘削深度が深くなるほど水圧が大きくかかり、水素ガスの体積が小さくなり、ソイルセメントの膨張率も小さくなってしまう。
【００５０】
また、掘削孔内には、水等の掘削液で満たされ掘削ビットで掘削攪拌され、泥土化された流動化土と掘削液で飽和状態となっているので、流動化土の比重を１．８とすると、掘削深度にかかる圧力は水圧力の１．８倍となる。
よって、掘削深度が深くなる高水圧下においても、セメントミルク又はモルタルの膨張率が常圧と同じようになるように、セメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％となるように発泡剤のアルミニウム粉末の添加量を定めた。
【００５１】
すなわち、掘削深度が深く、且つ高水圧下のアルミニウム粉末の添加量は、掘削孔の掘削深度１０ｍの水圧下で常圧の２倍、掘削深度５０ｍの水圧下で常圧の６倍、掘削深度１００ｍの水圧下で常圧の約１１倍とすればよい。さらに、掘削孔内の泥土化された流動化土の比重を１．８とした場合には、それぞれ１．８倍して、掘削深度１０ｍで常圧の２倍×１．８（流動化土の比重）＝３．６倍、掘削深度５０ｍで常圧の６倍×１．８＝１０．８倍、掘削深度１００ｍで常圧の１１倍×１．８＝１９．８倍となる。また、アルミニウム粉末の添加量が増加しても掘削孔内の拘束圧力が比例して高くなるので、一軸圧縮強度は低下しないと考えられる。
【００５２】
既製杭埋込み工法の掘削深度が最大ＧＬ−８０ｍ程度とされているので、最大掘削深度１００ｍ程度として、アルミニウム粉末の添加量の最大値を決定した。
【００５３】
したがって、アルミニウム粉末を添加したセメントミルクの膨張率が深い深度においても３％から１６％生起できるように、最大掘削深度を１００ｍとするセメント質量に対して、０．０３９６％（＝０．００２％×１９．８）から０．３９６％（＝０．０２％×１９．８）となるので、アルミニウム粉末の添加量の上限値をセメント質量に対して０．４％の添加率とする。
【００５４】
よって、掘削孔の掘削深度が１００ｍまでと深い場合には、セメントミルクの膨張率が３％から１６％となるように、前記発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して０．００２％から０．４％とする。
【００５５】
また、アルミニウム粉末を添加したモルタルの膨張率が深い深度においても３％から１６％生起できるように、最大掘削深度を１００ｍとするセメント質量に対して０．１３８６％（＝０．００７×１９．８）から０．７９２％（＝０．０４×１９．８）となるので、アルミニウム粉末の添加量をセメント質量に対する上限値を０．８％の添加率とする。
【００５６】
よって、掘削孔の掘削深度が１００ｍまでと深い場合には、モルタルの膨張率が３％から１６％となるように、前記発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して０．００７％から０．８％とする。
【００５７】
このようにして、掘削深度が深く、且つ高水圧下の掘削孔内のセメントミルク又はモルタルの膨張率を３％から１６％で設定することで、生成するソイルセメントの膨張率を１％から８％で生起することができるので、根固め部の膨張するソイルセメントは孔壁地盤に膨張圧力をかけつつ逆に孔壁地盤からは反力を受けるので、膨張するソイルセメントは膨張圧力をかけたまま掘削孔の孔壁地盤と強固に一体化する効果を有する。
【００５８】
アルミニウム粉末を添加したセメントミルクの膨張率が、セメント質量に対しアルミニウム粉末の添加量が０．００２％未満の場合では、セメントミルクの膨張率が３％未満となり、生成するソイルセメントの膨張率が１％未満となり、膨張するソイルセメントが掘削孔の壁面に膨張圧力を充分に与えることができない。
また、セメント質量に対しアルミニウム粉末の添加率が０．４％を越える場合では、セメントミルクの膨張率が１６％より大きくなり、生成するソイルセメントの膨張率は８％より大きくなり、周面地盤との密着力が高まるものの、一方で強度低下が大きくなってしまう、そこで強度を上げるためにはセメント量を多くする必要があり、材料コストが上昇して経済性が悪くなる。
【００５９】
アルミニウム粉末を添加したモルタルの膨張率が、セメント質量に対してアルミニウム粉末を添加量が０．００７％未満ではモルタルの膨張率が３％未満となり、膨張するソイルセメントの膨張率が１％未満となり、生成するソイルセメントが掘削孔の壁面に膨張圧力を充分に与えることができない。
また、セメント質量に対してアルミニウム粉末の添加率が０．８％を越える場合では、モルタルの膨張率が１６％より大きくなり、生成するソイルセメントの膨張率は８％より大きくなるり、周面地盤との密着力が高まるものの、一方で強度低下が大きくなってしまう、そこで強度を上げるためにはセメント量を多くする必要があり、材料コストが上昇して経済性が悪くなる。
【００６０】
なお、掘削深度が深く高水圧下の掘削孔であれば、上述した所定のアルミニウム粉末を添加したセメントミルク又はモルタルを以下に説明する工法や各種根固め部にも適用することができる。
【００６１】
［根固め部の他の例］
図２に示す杭は、掘削孔１１の先端部と掘削孔１１の中途部とに発泡剤のアルミニウム粉末を添加したモルタルを注入充填して掘削土壌と攪拌混合してソイルセメントを形成し、既製杭１５を掘削孔１１に挿入し、先端根固め部１６と中途根固め部１７を構築した構造である。図示しないが先端根固め部と中途根固め部とを１つにしてこの領域にソイルセメントを形成するようにしてもよい。図２に示す杭と図１（ｅ）に示す杭との違いは、中途根固め部１７を構築する工程が追加された以外、上述した図１の工程と同様であるため重複説明を省略する。
【００６２】
このような工法を行うことで、さらに、掘削孔の中途部にも体積が増大したソイルセメントが硬化した中途根固め部が構築されるため、図１（ｅ）の工法の効果よりさらに埋込み杭の支持力と周面摩擦力と引抜抵抗力を高める効果がある。
【００６３】
［拡幅根固め部の例１］
図３から図５に基づき、掘削孔１１の先端部又は掘削孔１１の中途部に形成した拡幅部に、モルタルに発泡剤のアルミニウム粉末を添加して既製杭と一体の根固め部を構築する工法を説明する。
【００６４】
図３に示すように、掘削孔１１の先端部に形成した拡幅部に発泡剤のアルミニウム粉末を添加したモルタルを注入充填して、さらに掘削土壌と攪拌混合してソイルセメントを形成し、既製杭１５を掘削孔１１の先端部に挿入し、拡幅した根固め部２１を構築している。
【００６５】
すなわち、拡幅した根固め部の工法について説明する。
掘削孔１１の先端部が拡幅した拡幅部（先端拡幅部）を形成する掘削方法として、掘削拡大ビットを備えた掘削機（図示せず）を使用する。
【００６６】
すなわち、プレボーリング工法における拡大ビットが拡大翼を拡翼させて、掘削孔内に拡幅部を形成する。
【００６７】
掘削機により、掘削孔１１の先端部に軸部よりも拡大させた先端拡幅部が形成される。そして、掘削孔１１の先端拡幅部に発泡剤の所定のアルミニウム粉末を添加したモルタルを注入充填し、掘削土壌と攪拌混合させてソイルセメントとする。
【００６８】
掘削機の拡大翼を閉翼して、掘削孔１１中に杭固定液を注入充填しながら引き上げて、既製杭１５の先端部を掘削孔１１の先端部付近まで挿入する。
【００６９】
このように、先端拡幅部に所定量の発泡剤のアルミニウム粉末を添加したモルタルを注入充填し、これらが膨張して増大することで、掘削孔１１の内壁面にはソイルセメントの膨張圧力Ｐ１が加わり、掘削孔１１の孔壁地盤からの反力Ｐ２がソイルセメントにかかり、且つ、既製杭１５にはソイルセメントの膨張圧力Ｐ１が加わり、既製杭１５からの反力Ｐ３がソイルセメントにかかる。
これにより、既製杭１５の外周面とソイルセメント１４との境の緩みや隙間が膨張するソイルセメント１４で密に埋められ、ソイルセメント１４と既製杭１５との付着力が高まり、且つ、掘削孔１１の内壁面とソイルセメント１４との境の緩みや隙間が膨張するソイルセメント１４で密に埋められ、膨張圧力をかけたままこれらが一体となって、既製杭１５の先端支持力等が増大することになる。
【００７０】
従って、ソイルセメント１４は掘削孔１１内で気泡を拡散しながら、そのソイルセメント自体を掘削孔１１の内壁面の隅々にまで移動させて、ソイルセメント１４の膨張圧力が掘削孔１１の孔壁地盤を加圧して、その反力がソイルセメント１４に圧力をかけることとなり、この状態のままソイルセメント１４が硬化することで拡幅根固め部２１を構成し、すなわち、体積が増大したソイルセメント１４が掘削孔１１の孔壁地盤と既製杭の先端部分に大きな膨張圧力を加えたまま硬化して強固に一体化し、埋込み杭の先端支持力と周面摩擦力と引抜抵抗力を高めることができる。
【００７１】
［拡幅根固め部の例２］
なお、図３に示す埋込み杭では、掘削孔１１の先端に拡幅部を形成したが図４に示すように拡幅部の上端からさらに掘削孔１１の開口方向にかけて発泡剤を添加したソイルセメントを形成して、拡幅根固め部２２ａと中間根固め部２２ｂとを構築するようにしてもよい。
【００７２】
このような工法を行うことで、さらに、掘削孔の中間部にも体積が増大したソイルセメントが硬化した中間根固め部が構築されるため、図３の工法の効果よりさらに埋込み杭の支持力と周面摩擦力と引抜抵抗力を高める効果がある。
【００７３】
［拡幅根固め部の例３］
図５に示すように、掘削孔１１の中途部においても拡大ビットにより掘削することで、掘削孔１１径より径の大きい中途拡幅部を形成する。中途拡幅部は、掘削孔１１内に複数設けることができる。
【００７４】
そして、図５に示すように、掘削孔１１内の先端部と中間部と中途部に所定量の発泡剤のアルミニウム粉末を添加したモルタル１３を注入充填し、掘削土壌と攪拌混合させてソイルセメント１４を形成し、既製杭１５を掘削孔１１に挿入し、拡幅根固め部２３ａと中間根固め部２３ｃと中途拡幅根固め部２３ｂを構築している。
【００７５】
このように、先端拡幅部及び中途拡幅部に所定量の発泡剤のアルミニウム粉末を添加したモルタルを注入充填し、これらが膨張して増大することで、掘削孔１１の先端部及び中途拡幅部にはソイルセメントの膨張圧力Ｐ１が加わり、掘削孔１１の先端部及び中途拡幅部孔壁地盤からの反力Ｐ２がソイルセメントにかかり、且つ、既製杭１５の外周面にはソイルセメントの膨張圧力Ｐ１が加わり、既製杭１５からの反力Ｐ３がソイルセメントにかかる。
これにより、既製杭１５の外周面とソイルセメント１４との境の緩みや隙間が膨張するソイルセメント１４で密に埋められ、ソイルセメント１４と既製杭１５との付着力が高まり、且つ、掘削孔１１の先端部及び中途部とソイルセメント１４との境の緩みや隙間が膨張するソイルセメント１４で密に埋められ、膨張圧力をかけたままこれらが一体となって、既製杭１５の先端支持力等が増大することになる。
【００７６】
従って、ソイルセメント１４は掘削孔内で気泡を拡散しながら、そのソイルセメント自体を掘削孔１１の内壁面の隅々にまで移動させて、ソイルセメント１４の膨張圧力が掘削孔１１の孔壁地盤を加圧して、その反力がソイルセメント１４に圧力をかけることとなり、この状態のままソイルセメント１４が硬化することで拡幅根固め部２３ａ、中間根固め部２２ｃ、中途根固め部２３ｂを構成し、すなわち、体積が増大したソイルセメント１４が掘削孔１１の孔壁地盤と既製杭の先端部分、中間部、中途部に大きな膨張圧力を加えたまま硬化して強固に一体化し、埋込み杭の先端支持力と周面摩擦力と引抜抵抗力を高めることができる。なお、拡幅根固め部２３ａや中間根固め部２３ｃや中途根固め部２３ｂの各層において、膨張率を異なるように発泡剤を添加することも可能である。
【００７７】
［中堀工法］
上述した掘削の工法としては、プレボーリング工法を一例としながら説明をしたが、中堀工法についても本既製杭埋込み工法と同様の工法を適用することができる。
【００７８】
中堀工法においては、図６（ａ）に示すように、掘削機が埋込み杭を構築する地上面に設置され、掘削機の断面筒状の既製杭１５と掘削ビット１２とを水等の掘削液を噴射しながら地中Ａを掘り下げて掘削孔１１が掘削される。
【００７９】
図６（ｂ）に示すように、掘削孔１１内においては、掘削ビット１２による掘削土壌と発泡剤のアルミニウム粉末を添加したモルタル１３とは攪拌混合してソイルセメント１４となり、このソイルセメント中に混和した発泡剤のアルミニウム粉末とモルタル１３とが反応し、水素ガスを発生してソイルセメントの体積が発泡膨張して増大する。
【００８０】
図６（ｃ）に示すように、ソイルセメント１４の体積が増大して、掘削孔１１の内壁面にはソイルセメント１４の膨張圧力Ｐ１が加わり、掘削孔１１の孔壁地盤からの反力Ｐ２がソイルセメント１４にかかり、且つ、既製杭１５の内周面にはソイルセメント１４の膨張圧力Ｐ１が加わり、既製杭１５の外壁地盤からの反力Ｐ２がソイルセメント１４にかかる。
これにより、既製杭１５の内周面とソイルセメント１４との境の緩みや隙間が膨張するソイルセメント１４で密に埋められ、ソイルセメント１４と既製杭１５との付着力が高まり、且つ、掘削孔１１の内壁面とソイルセメント１４との境の緩みや隙間が膨張するソイルセメント１４で密に埋められ、膨張圧力をかけたままこれらが一体となって、既製杭１５の先端支持力等が増大することになる。このように中堀工法においてもプレボーリング工法と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
なお、中堀工法においても掘削孔の先端部を拡大ビットにより拡幅掘削し、拡幅部を形成したのち、アルミニウム粉末を添加したモルタルを注入して、攪拌混合してソイルセメントを形成し、硬化させて、拡幅部を形成する工法であってもよい。
【００８２】
また、上述した実施例においてモルタルを一例として説明したが、モルタルに変えてセメントミルクにアルミニウム粉末を添加したものであってもよい。
【００８３】
なお、上述した工法において既製杭は、鋼杭や既製コンクリート杭であり、鋼杭は鋼管杭、Ｈ型鋼杭、構真柱杭等であり、或いは、既製コンクリ―ト杭はＰＨＣ杭(Pretensioned Spun High Strength concrete Piles)、ＳＴ杭(Step Tapered Piles)、節杭(Nodular Piles)、ＳＣ杭(Steel Composite Concrete Piles)、ＰＲＣ杭(Pretensioned & Reniforced Spun Hig Strength Concrete Piles)、ＳＬ杭(Slip Layer Compund Piles)等であり、既製コンクリート杭以外の上記既製杭であっても所定の根固め部を構築することができる。
【００８４】
上述した通り発泡剤のアルミニウム粉末の添加量を多量とすると膨張率は大きくなるものの、ガスの発生量が多くなりソイルセメント中に微空隙を多数気孔状に散在されることになって強度低下を生起する。そのために、所要の膨張率を得られるように発泡剤のアルミニウム粉末の使用量を規定することとした。
【００８５】
よって、発泡剤はそのセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％となるようにアルミニウム粉末を添加するようにしている。上記実施例では発泡剤としてアルミニウム粉末のみを用いたが、その他、膨張作用を有する発泡剤として、セメント組成物中における化学反応によりガスを発泡する少なくとも、アルミニウム粉末、亜鉛等の両性金属の粉末、炭素物質、過酸化物質、スルホニルヒドラジド化合物、アゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体から選択した１種又は２種以上であってもよい。
【００８６】
以下の実証試験の結果では、膨張作用を有する発泡剤のアルミニウム粉末（フローリック社製  セルメックＰ）において、セメントミルクの膨張率が３％から１６％を生成するには、アルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して０．００２％から０．０２％の範囲の添加率とする。セメントミルクの膨張率は、アルミニウム粉末の添加量が増加するにつれて相関関係が略直線的に増加することから、アルミニウム粉末の所定の添加量で予定のセメントミルクの膨張率を得ることができる。
また、モルタルの膨張率が３％から１６％を生成するには、アルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して０．００７％から０．０４％の範囲の添加率とする。モルタル膨張率は、アルミニウム粉末の添加量が増加するにつれて、相関関係が略直線的に増加することから、アルミニウム粉末の所定の添加量で予定のモルタルの膨張率を得ることができる。
【００８７】
また、発泡剤のアルミニウム粉末を添加したセメントミルクやモルタルの強度は、発泡剤のアルミニウム粉末の使用量の増加によって圧縮強度が低下する、一方、膨張率と圧縮強度の相関関係は、膨張率の増加により圧縮強度は略直線的に低下するので、強度低下は予測可能である。また、発泡剤のアルミニウム粉末を添加したセメントミルクやモルタルと掘削土壌（砂層、砂礫層、礫層等）と攪拌混合したソイルセメントを発泡膨張して硬化したソイルセメントの強度は、一般のコンクリートと同様に結合材水比（セメント／水）によって強度予測が可能である。
【００８８】
発泡剤のアルミニウム粉末は、うろこ状で純度９９％以上、粉末度１８０メッシュ以上でステアリン酸により被覆されたものが好ましく、通常ＪＩＳＫ５９０６（塗料用アルミニウム粉末）第２種標準ふるい８８μ残分２％以下に適合するもので、セメントとの化学反応時間を適宜調整したものが好ましい。
【００８９】
注入するセメントミルクは、セメントと水と発泡剤のアルミニウム粉末から構成される。さらに、必要に応じて、フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカ微粉末、ベントナイト、膨張材、混和剤、炭素繊維、金属製の針金等を混入するようにしてもよい。
【００９０】
注入するモルタルは、セメントと水と発泡剤のアルミニウム粉末と細骨材としての砂から構成される。フライアッシュ、高炉スラグ微粉末、シリカ微粉末、ベントナイト、膨張材、混和剤、繊維物質、金属製の針金等を混入するようにしてもよい。
【００９１】
なお、繊維物質としては、例えば、スチールファイバー、ビニオンファイバー、炭素繊維、ワラストナイト繊維等であり、繊維物質を使用するとソイルセメントのひび割れ抵抗性や靱性及び強度を向上させることができる。
細骨材として砂を用いたが例えば、砂の代わりにアルミニウムを含有する溶融スラグや金属製造起源スラグ（鉄鋼スラグ、非鉄金属スラグ）等を使用してもよい。
【００９２】
セメントは、普通ポルトランドセメントや高炉セメント等であり、特に限定されるものではない。
【００９３】
フライアッシュは、シリカやアルミナを主成分で構成され、火力発電所で石炭を燃焼する際に生成される副産物の灰である。また、フライアッシュは混和材やフライアッシュセメントとして用いられる。良質なフライアッシュを使用した場合には、単位水量の低減、ワーカビリティーの改善、水和発熱量の低下、長期強度及び耐久性の増進、水密性の改善、化学抵抗性の改善、化学抵抗性の向上などの効果が得られる。
【００９４】
混和剤は、減水剤、高性能減水剤、凝結遅延剤、膨張剤、保水剤、増粘剤等である。混和剤をモルタル又はセメントミルクに添加することで、次のような効果を得ることができる。
（１）流動性が良好となり、経時に伴う流動性の低下が少ない。
（２）材料分離が少ない。
（３）適度の凝結遅延性を得ることができる。
（４）適度の膨張性をもち、粗骨材との良好な付着性を得ることができる。
（５）拘束内（掘削孔内）での硬化後、所要の強度、耐久性、水密性を得ることができ、掘削孔中の周面地盤と既製杭とを一体化することができる。
【００９５】
発泡剤のアルミニウム粉末は、膨張材とともに使用することもできる。膨張材は、硬化後のセメント組成物（ソイルセメント）の水和や乾燥による収縮を補償する（収縮をゼロとする）作用を有するため、すなわち、アルミニウム粉末によってセメント組成物が硬化するまでの初期収縮を補償する以上の体積増大を図り、膨張材によって硬化後のセメント組成物の収縮を補償することにより、セメント組成物の収縮を使用期間全体にわたって保障することが可能となる。
【００９６】
膨張材としては、特に限定されないが、セメント、水とともに水和し、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）を生成して膨張するカルシウム・サルフォ・アルミネート鉱物を含むもの、及び水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を生成して膨張する石灰を含むものを使用する。
【００９７】
上述した本工法において、発泡剤としてアルミニウム粉末を一例として説明したが、その他に発泡剤としてセメント組成物中における化学反応により窒素ガスを発泡する化合物として、スルホニルヒドラジド化合物、アゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体等を例示でき、具体的にはｐ−トルエンスルホニルヒドラジド、ベンゼンスルホニルヒドラジド等である。
また、セメント組成物中における化学反応によりガス発泡物質としては、過炭酸塩、過硫酸塩、過ホウ酸塩、過マンガン酸塩、過酸化水素等の過酸化物質や炭素物質等である。
これらの膨張作用を有する発泡剤を用いることで、セメント組成物中における化学反応により窒素ガス或いは酸素ガス等を発泡する際にガスの浮遊力を利用してセメントの拡散を促し、ソイルセメントに充分な発泡機能を生起して、ソイルセメントの組成物全般にわたるち密な膨張硬化を発揮することができる。
また、発泡剤は単独の材料で十分な発泡・膨張効果を有するが、複数の発泡剤を併用して使用してもよい。
【００９８】
以下、配合の一例を示しながら、膨張率と発泡剤のアルミニウム粉末の添加量について説明する。
［配合例Ａ］
図７は、セメントミルクとしてのセメントペースト（水、普通ポルトランドセメント、高性能ＡＥ減水剤標準形）にアルミニウム粉末の量を変えて添加した場合の膨張率を示すグラフである。セメントペーストとアルミニウム粉末の配合例は表１の通りとなる。
［表１］
0006006381.tif 000002
Ｊ１４ロート流下時間  ２５秒
・アルミニウム粉末（セルメックＰ）の添加量は表２に示す。
【００９９】
［表２］
0006006381.tif 000003
膨張率試験は、土木学会規準（ＪＳＣＥ−Ｆ  ５２２）プレバックドコンクリートの注入モルタルの膨張率試験方法（ポリエチレン袋方法）によって測定した。
【０１００】
すなわち、図７に示すグラフは、発泡剤のアルミニウム粉末の添加量とセメントミルクの膨張率との関係を示すものである。発泡剤のアルミニウム粉末の添加量０ｇ／ｍ３、５０ｇ／ｍ３、１００ｇ／ｍ３、１５０ｇ／ｍ３、２００ｇ／ｍ３によるセメントミルクの膨張率を示した。アルミニウム粉末の添加量１００ｇ/ｍ３から２００ｇ/ｍ３の範囲における膨張率は、点線で示す予測的な近似直線から得ることができる。
セメントミルクの膨張率は、セメント質量に対してアルミニウム粉末添加量の増加に応じて略直線的に増加する相関関係があることから、表２のアルミニウム粉末添加量が０ｇ/ｍ３、５０ｇ/ｍ３、１００ｇ/ｍ３の場合のそれぞれの膨張率は、０％、５％、８％である。アルミニウム粉末添加量１５０ｇ/ｍ３の膨張率は予測的な近似直線から１２％となる。アルミニウム粉末添加量２００ｇ/ｍ３の膨張率は予測的な近似直線から１６％となる。
注入するセメントミルクの膨張率の範囲を３％から１６％に設定すると、膨張率３％の場合は、表２及び図７よりアルミニウム粉末の添加量３０ｇ／ｍ３、（０．４６５ｇ）と推定でき、膨張率１６％の場合は、図７及び表２からアルミニウム粉末の添加量２００ｇ／ｍ３、（３．１ｇ）と推定することができる。
アルミニウム粉末の添加量０．４６５ｇは、セメント質量２５ｋｇに対して０．００１８６％の添加率となる。また、アルミニウム粉末の添加量３．１ｇは、セメント質量２５ｋｇに対して０．０１２４％の添加率となる。
従って、発泡剤を添加したセメントミルクの膨張率３％から１６％が生起できるアルミニウム粉末の添加率は、セメント質量に対して０．００１８６％から０．０１２４％の範囲の添加率となる。セメントミルクのアルミニウム粉末の添加率は、同じ添加率でも温度が低くなるほど反応速度が遅くなり、膨張率が小さくなる特性があるのでセメント質量に対して０．００２％から０．０２％の範囲で管理する。
発泡剤を添加したセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％であれば、膨張率による圧縮強度は略直線的に低下するので予測可能である。生成されるソイルセメントの膨張率は１％から８％の膨張を生成するので、掘削孔の孔壁地盤にソイルセメントの膨張は拘束され、膨張は抑えられた分、膨張圧力はより増大し、ソイルセメントは掘削孔の孔壁地盤と既製杭に膨張圧力をかけたまま、掘削孔内の孔壁地盤と強固に一体化するので、従来技術と比べて先端支持力や周面摩擦力及び引抜抵抗力を増大することができる。
セメントミルクのアルミニウム粉末添加率が０．００２％未満の場合では、アルミニウム粉末を添加したセメントミルクの膨張率が３％未満となる。このような３％未満の膨張率のセメントミルクを掘削孔内に注入し、掘削土壌と攪拌混合して生成したソイルセメントは膨張率が１％未満となってしまい、ソイルセメントが掘削孔壁面に膨張圧力を充分に与えることができなくなる。すなわち、既製杭とソイルセメントと地盤との密着力が弱くなる。
セメントミルクのアルミニウム粉末添加率が０．０２％を超える場合では、アルミニウム粉末を添加したセメントミルクの膨張率が１６％より大きくなる。このような１６％より大きい膨張率のセメントミルクを掘削孔内に注入し、掘削土壌と攪拌混合して生成したソイルセメントは膨張率が８％より大きくなってしまい、ソイルセメントが掘削孔壁面に大きな膨張圧力を与える反面で、ソイルセメントの圧縮強度が大きく低下してしまうことがある。すなわち、既製杭とソイルセメントと地盤との密着力が良いものの圧縮強度が低下してしまう。
【０１０１】
［配合例Ｂ］
配合例Ｂは、発泡剤のアルミニウム粉末とモルタル（セメント＋細骨材：砂  等）と配合した例である。表３は配合材料を示すものである。表４は配合材料の配合量を示したものである。表５は表４のとおり発泡剤のアルミニウム粉末入りモルタルを配合してその膨張率を示すものである。
【０１０２】
［表３］
0006006381.tif 000004
【０１０３】
［表４］
0006006381.tif 000005
【０１０４】
［表５］
0006006381.tif 000006
膨張率試験は、土木学会規準（ＪＳＣＥ−Ｆ  ５２２）プレバックドコンクリートの注入モルタルブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋方法）によって測定した。
【０１０５】
すなわち、図８に示すグラフは、発泡剤のアルミニウム粉末の添加量とモルタルの膨張率との関係を示すものである。
モルタルの膨張率は、セメント質量に対してアルミニウム粉末添加量の増加に応じて略直線的に増加する相関関係がある。
表４より、アルミニウム粉末添加量が０ｇ/ｍ３、２０ｇ/ｍ３、４０ｇ/ｍ３の場合のそれぞれの膨張率は、０％、１．０９％、２．５３％であり、予測的な近似直線を描くことで、アルミニウム粉末添加量が２３０ｇ/ｍ３の場合は、膨張率１６．３％を示す。予測的な近似直線から膨張率３％の場合のセメント質量６８１ｋｇ／ｍ３に対するアルミニウム粉末添加量は４７ｇ/ｍ３となり、添加率は０．００６９％となる。
予測的な近似直線から膨張率１６％の場合のセメント質量６８１ｋｇ／ｍ３に対するアルミニウム粉末添加量は２２６ｇ/ｍ３となり、添加率は０．０３３２％となる。
注入するモルタルの膨張率の範囲を３％から１６％に設定すると、膨張率３％ではセメント質量に対してアルミニウム粉末添加率０．００６９％であり、膨張率１６％ではセメント質量に対してアルミニウム粉末添加率０．０３３２％と予測できる。
したがって、発泡剤を添加したモルタルの膨張率３％から１６％を得るために必要なアルミニウム粉末の添加率は、セメント質量に対して０．００６９％から０．０３３２％となる。よって、モルタルのアルミニウム粉末の添加率は、上述したセメントミルクと同様に同じ添加率でも温度が低くなるほど反応速度が遅くなり、膨張率が小さくなる特性があるのでセメント質量に対して０．００７％から０．０４％の範囲として管理する。
ここでモルタルのアルミニウム粉末の添加率が０．００７％未満の場合は、アルミニウム粉末を添加したモルタルの膨張率が３％未満となりうるので、膨張率３％未満のモルタルを掘削孔内に注入し、掘削土壌と攪拌混合すると、生成したソイルセメントの膨張率が１％未満と小さくなり、掘削孔壁面に膨張圧力を充分に与えることができなくなる。
モルタルのアルミニウム粉末の添加率が０．０４％より大きい場合は、アルミニウム粉末を添加したモルタルの膨張率が１６％より大きくなるので、膨張率１６％より大きいモルタルを掘削孔内に注入し、掘削土壌と攪拌混合すると、生成したソイルセメントの膨張率が８％より大きくなり、掘削孔壁面に大きな膨張圧力を与えるが、ソイルセメントの圧縮強度が大きく低下してしまうことがある。
【０１０６】
上記配合例Ａ又は配合例Ｂによって、本発明の実施例の既製杭埋込み工法を実施する。すなわち、膨張率３％から１６％の範囲のセメントミルク又はモルタルを掘削孔中に注入して、または注入しながら掘削ビットで掘削孔中の根固め部となる砂層や砂礫層或いは礫層等の支持層となる掘削土壌と攪拌混合して、生成するソイルセメントの膨張率１％以上８％の範囲のソイルセメント根固め部を形成するので、膨張するソイルセメントは膨張率を１％以上の所定の膨張率に生起させて、膨張したままソイルセメントを硬化させることになる。
この膨張率１％から８％からなるソイルセメント硬化体は、ソイルセメントが周面地盤と既製杭の基部周面に膨張圧力をかけて、ソイルセメントと掘削孔壁面や既製杭の基部面との間の緩みや隙間を膨張圧力で生起させたソイルセメントで埋め、余力の膨張圧力をかけたまま硬化するので、既製杭の周面摩擦力を向上させて、杭の先端支持力や引抜き抵抗力を増大させる効果がある。
【０１０７】
注入するセメントミルク又はモルタルと根固め部となる掘削土壌の攪拌混合を説明する。図４３は、流動化土とセメントミルク又はモルタルとを攪拌混合したイメージ図である。セメントミルク又はモルタル注入による根固め部の攪拌混合によるソイルセメントのイメージであり、先端部土質が砂・砂礫の場合である（図中において、実際には混合攪拌されているが、注入比率を表示する）。
【０１０８】
例えば、図４３（ｂ）に示すように、膨張作用を有する発泡剤のアルミニウム粉末を添加した注入（注入とは加圧注入や加圧噴出及び加圧噴射等である）するセメントミルク又はモルタルの注入量は、掘削ビットで攪拌流動化した根固め部の流動化土の容積１．０の根固め部の高さ１．０に、同じ容積のセメントミルク又はモルタル容積１．０を注入率１００％で注入する。次に、根固め部の高さ１．０の範囲で混合攪拌して生成したソイルセメントは、掘削孔壁面に拘束され掘削された掘削孔の上方へ盛り上がり、ソイルセメントは容積２．０、高さ２．０を形成する。根固め部の容積２．０、高さ２．０のソイルセメント中のセメントミルク又はモルタルの含有率は５０％となる。
【０１０９】
また、図４３（ｃ）に示すように、セメントミルク又はモルタルの注入率１５０％の場合には、先ず、根固め部の容積１．０とした根固め部の高さ１．０の範囲の流動化土に対して、セメントミルク又はモルタルの注入率１００％の高さ１．０を注入する。次に、根固め部の高さ１．０の範囲で混合攪拌すれば、ソイルセメントは容積２．０、高さ２．０を形成する。根固め部となる容積１．０、高さ１．０のソイルセメント中のセメントミルク又はモルタルの含有率は５０％なる。
【０１１０】
続いて残りの５０％の０．５の容積のセメントミルク又はモルタルを、先に生成したソイルセメントの容積２．０、高さ２．０の根固め部となる杭先端部の容積１．０、高さ１．０の範囲で、注入し混合攪拌してソイルセメントを生成する。１５０％注入したソイルセメントが生成され、ソイルセメントの容積１．５、高さ１．５でソイルセメントの含有率は６７％が生成形成される。
【０１１１】
このようにして、生成するソイルセメントの容積２．５、高さ２．５が形成され、杭先端部の根固め部となる容積１．０、高さ１．０のソイルセメントの範囲は容積１．５、高さ１．５で形成され、セメントミルク又はモルタルの含有率は６７％になる。
【０１１２】
また、図４３（ｄ）に示すように、セメントミルク又はモルタルの注入率２００％の場合には、注入率１５０％の場合と同様に、先ず、根固め部の容積１．０とした根固め部の高さ１．０の範囲で、セメントミルク又はモルタルの注入率１００％の高さ１．０を注入する。次に、混合攪拌してソイルセメントの容積２．０、高さ２．０を生成する。根固め部となる容積１．０、高さ１．０のソイルセメント中のセメントミルク又はモルタルの含有率は５０％になる。
【０１１３】
続いて残りの１００％の１．０の容積のセメントミルク又はモルタルを、先に生成したソイルセメントの容積２．０、高さ２．０の根固め部となる杭先端部の容積１．０、高さ１．０の範囲で、注入し混合攪拌してソイルセメント生成形成する。２００％注入したソイルセメントが生成され、ソイルセメントの容積２．０、高さ２．０でソイルセメントの含有率は７５％になる。
【０１１４】
このようにして、生成するソイルセメントの容積３．０、高さ３．０が形成され、杭先端部の根固め部となる容積１．０、高さ１．０のソイルセメントの範囲は容積２．０、高さ２．０で形成され、セメントミルク又はモルタルの含有率は７５％になる。
【０１１５】
発泡剤のアルミニウム粉末を添加するセメントミルク又はモルタルの膨張率は、発泡剤のアルミニウム粉末の添加量に応じて略直線的に増加することから、膨張率は予測可能であるので、発泡剤のアルミニウム粉末を添加したセメントミルク又はモルタルを掘削土壌と混合攪拌すると、生成するソイルセメントの膨張率も同じように略直線的に増加することになる。
【０１１６】
このことから、注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％の場合には、注入するセメントミルク又はモルタルの注入率が１００％でセメントミルク又はモルタルの含有率及びアルミニウム粉末の含有率が５０％になることから、根固め部となるソイルセメントの膨張率は前記含有率５０％から算出して、３×０．５＝１．５％となる。
【０１１７】
また、注入するセメントミルク又はモルタルの注入率が１５０％でセメントミルク又はモルタルの含有率及びアルミニウム粉末の含有率が６７％になることから、根固め部となるソイルセメントの膨張率は前記含有率６７％から算出して、３×０．６７＝２．０１％となる。
【０１１８】
また、注入するセメントミルク又はモルタルの注入率が２００％でセメントミルク又はモルタルの含有率及びアルミニウム粉末の含有率が７５％になることから、根固め部となるソイルセメントの膨張率は前記含有率７５％から算出して、３×０．７５＝２．２５％となる。
【０１１９】
同様に、注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率が１６％の場合には、注入するセメントミルク又はモルタルの注入率が１００％でセメントミルク又はモルタルの含有率及びアルミニウム粉末の含有率が５０％になることから、根固め部となるソイルセメントの膨張率は前記含有率５０％から算出して、１６×０．５＝８％となる。
【０１２０】
また、注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率１６％で注入率が１５０％で根固め部となるソイルセメントの膨張率は含有率６７％から算出して、１６×０．６７＝１０．７２％となる。
【０１２１】
また、注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率１６％で注入率が２００％で根固め部となるソイルセメントの膨張率は含有率７５％から算出して、１６×０．７５＝１２％となる。
【０１２２】
さらに、現場施工を考えた場合、生成するソイルセメントの膨張率の安全率を「１．５」とする。
注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率を３％から１６％の範囲に設定しているので、最小の３％の膨張率で注入すると、注入率１００％で生成するソイルセメントの膨張率は１．５％になることから、１．５％（膨張率）÷１．５（安全率）＝１％となる。
注入率が１５０％で生成するソイルセメントの膨張率は２．０１％になることから、２．０１％÷１．５＝１．３４％となる。
注入率２００％で生成するソイルセメントの膨張率は２．２５％になることから、２．２５％÷１．５＝１．５％となる。
よって、注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率が最小の３％で、注入率１００％から２００％で生成するソイルセメントの膨張率が１％から１．５％となることから、生成するソイルセメントの最小膨張率を１％とする。
【０１２３】
注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率を最大１６％で注入すると、注入率１００％で生成するソイルセメントの膨張率は８％になることから、８％÷１．５＝５．３３％となる。
注入率１５０％で生成するソイルセメントの膨張率は１０．７２％になることから、１０．７２％÷１．５＝７．１５％となる。
注入率２００％で生成するソイルセメントの膨張率は１２％になることから、１２％÷１．５＝８％となる。
よって、注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率が最大の１６％で、注入率１００％から２００％で生成するソイルセメントの膨張率が５．３３％から８％となることから、生成するソイルセメントの最大膨張率を８％とする。
【０１２４】
従って、注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％の範囲で、生成するソイルセメントの膨張率が１％から８％の範囲で膨張形成するようにしている。
【０１２５】
発泡剤のアルミニウム粉末を添加したセメントミルク又はモルタルの膨張率は、発泡剤のアルミニウム粉末の添加量に応じて略直線的に増加することから、膨張率の予測や制御が可能であり、一方で膨張率が大きくなると硬化したセメント組成物（ソイルセメント）の圧縮強度が低下することとなるが、拘束下（掘削孔の壁）であれば、圧縮強度は大きく低下することはない。したがって、その強度低下についても予測や制御自体可能となる。
【０１２６】
［配合例Ｃ］
ここで、普通ポルトランドセメントを用いた膨張性コンクリート（スランプ配合）において、表６（使用材料表）、表７（コンクリート配合表）、表８（コンクリート試験結果）の基づき、コンクリートの膨張性と拘束なしの場合と拘束下の場合において圧縮強度の実証試験を行った。図９は、アルミニウム粉末添加率と膨張量の推移を示すグラフであり、図１０は、拘束なしの場合と拘束下の場合における横軸にアルミニウム添加量と縦軸に強度との関係を示すグラフである。
セメント質量３４４ｋｇに対して、アルミニウム粉末の添加量０ｇ、２０ｇ、４０ｇの場合のセメント比は０％、０．００５８％、０．０１１６％と算出される。また、アルミニウム粉末の添加量に応じた各膨張率は、−０．３８％、０．２６％、１．５８％となる。なお、水セメント比は４５％である。
図４０中の配合例Ｃに示すように、アルミニウム粉末を添加したコンクリートの膨張率はアルミニウム粉末の添加量に応じて略直線的に増加するため、所定の膨張率を得たい場合には、予測的に近似直線を描いてアルミニウム粉末の添加量を算出することができる。
従って、アルミニウム粉末を添加率０．０２５％で添加した場合には、コンクリートの膨張率が予測的な近似直線から約４．５％と予測できる。添加率０．０３０％で膨張率５．６％である。よって、コンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末の添加量で適宜調整することができる。
図１０のグラフについて考察すると、拘束なしにおいては、アルミニウム粉末の添加率が多くなると強度低下は略直線的に低下し、発泡剤のアルミニウム粉末の添加率が０．００５８％の場合は低減強度率８９．７６％となり、アルミニウム粉末の添加率が０．０１１６％の場合は低減強度率７４．９％となり、予測的に添加率０．０２５％の場合は低減強度率４５．３６％と添加率０．０３０％で低減強度率３３．７８％と予測することができる。
拘束下においては、アルミニウム粉末の添加率が０．００５８％の場合は低減強度率９４％となり、アルミニウム粉末の添加率が０．０１１６％の場合は低減強度率９４．９８％となり、予測的に添加率０．０２５％の場合は低減強度率８９．１８％と添加率０．０３０％で低減強度率８６．８７％と予測することができる。
このグラフから拘束下においては圧縮強度が大きく低下しないことが明らかである。
【０１２７】
［表６］
0006006381.tif 000007
［表７］
0006006381.tif 000008
［表８］
0006006381.tif 000009
圧縮供試体は15ｋｇの重石で翌日脱型まで拘束
・膨張は２時間程度で開始し、４から５時間程度で終了した（図９参照）。
・供試体の拘束がない場合の強度低下は、膨張率１．５％程度で２５％低下した。
・供試体を拘束することで強度低下を抑えることが出来る。
【０１２８】
また、より精査を高めるために、アルミニウム粉末の添加量による膨張性コンクリートの膨張率と強度の推移についても実証試験を行った。
根固め部のソイルセメントでは、発泡剤のアルミニウム粉末を添加したセメントミルク又はモルタルを掘削孔内に注入して、或いは注入しながら、砂層、砂礫層、礫層を掘削ビットで攪拌混合しながら上下方向に反復作動して、生成した均一に膨張するソイルセメントであるので、このソイルセメントはモルタル及びコンクリートに近いセメント組成物となり、その後、硬化して根固め部となる。
【０１２９】
したがって、発泡剤のアルミニウム粉末添加のソイルセメント強度はセメント水比Ｃ／Ｗに依存している。当然ながら強度はセメント含有率や単位セメント量が多くなると、生成するソイルセメントの強度は上昇するが、逆にソイルセメントの膨張率が大きくなると強度低下が起こる。よって、本工法では注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％となるように発泡剤のアルミニウム粉末を予測して添加することで生成するソイルセメントの膨張率と圧縮強度を適宜調整することができる。
【０１３０】
［膨張するコンクリートの実証試験］
以下において膨張性コンクリートの各種実証試験を行い、発泡剤のアルミニウム粉末を添加した膨張性コンクリートの実証試験について詳説する。実証試験を行うにあたり、５種類の配合例を作製し、各配合例を順次説明したのち考察している。
【０１３１】
［配合例１］
図１１は配合例１に使用する材料を表わした一覧であり、図１２は配合例１の使用材料の配合量を表わし、図１３は配合例１におけるＡＬ（アルミニウム粉末）添加量を変化させた時のフレッシュ試験と膨張率を表わした一覧であり、図１４は配合例１の膨張率と経過時間との関係を示すグラフであり、図１５は配合例１におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである。
【０１３２】
配合例１では、普通ポルトランドセメントを用いた膨張性高流動コンクリートである。図１３に示すように発泡剤のアルミニウム粉末の添加率（セメント質量比）セメント量５００ｋｇに対してアルミニウム粉末を１５ｇ、３０ｇ、４５ｇはセメント比、それぞれ０．００３％、０．００６％、０．００９％と算出される。また、アルミニウム粉末の添加量に応じた膨張率は、０．２％、１．０％、２．５％となる。なお、水セメント比は３５％である。
【０１３３】
図１５に示すように、アルミニウム粉末を添加したコンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末の添加量に応じて略直線的に増加するため、所定の膨張率を得たい場合にはアルミニウム粉末添加量と膨張率との回帰式  ｙ＝０．０７８Ｘ−１．０７３３又は予測的に近似直線を描いてアルミニウム粉末の添加量を算出することができる。
【０１３４】
従って、図４０に示すようにアルミニウム粉末を添加率０．０１２％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約３．６％となり、アルミニウム粉末を添加率０．０１５％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約４．７７％となり、アルミニウム粉末を添加率０．０２０%で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約６．７２％となり、アルミニウム粉末の添加率０．０２５％で添加した場合、そのコンクリートの膨張率が約８．６７％となることを回帰式より予測することができる。添加率０．０３０％で添加した場合、膨張率１０．６２％である。
よって、コンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末添加量で適宜調整することが可能である。
【０１３５】
［配合例２］
図１６は配合例２に使用する材料を表わした一覧であり、図１７は配合例２の使用材料の配合量を表わし、図１８は配合例２におけるＡＬ添加量を変化させた時のフレッシュ試験と膨張率を表わした一覧であり、図１９は配合例２におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである。
【０１３６】
配合例２では、高炉セメントＢ種を用いた膨張性高流動コンクリートである。図１８に示すように発泡剤のアルミニウム粉末の添加率（セメント質量比）セメント量４０７ｋｇに対してアルミニウム粉末を０ｇ、２５ｇ、３７．５ｇ、５０ｇはセメント比、それぞれ０％、０．００６％、０．００９％、０．０１２％と算出される。また、アルミニウム粉末の添加量に応じた膨張率は、−０．３％、０．５％、１．３５％、１．９８％となる。なお、水セメント比は４３％である。
【０１３７】
図１９に示すように、アルミニウム粉末を添加したコンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末の添加量に応じて略直線的に増加するため、所定の膨張率を得たい場合にはアルミニウム粉末添加量と膨張率との回帰式  ｙ＝０．０５９２Ｘ−０．９４３３又は予測的に近似直線を描いてアルミニウム粉末の添加量を算出することができる。
【０１３８】
従って、図４０に示すようにアルミニウム粉末を添加率０．０１５％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約２．６７％となり、アルミニウム粉末を添加率０．０２０％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約３．８７％となり、アルミニウム粉末の添加率０．０２５％で添加した場合、そのコンクリートの膨張率が約５．０８％となることを回帰式より予測することができる。添加率０．０３０％で添加した場合、膨張率６．２８％である。
この膨張率は、アルミニウム粉末の添加率０％でコンクリートの膨張率−０．３％であるので、実質膨張率は（０．３＋６．２８＝）６．５８％である。
よって、コンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末添加量で適宜調整することが可能である。
【０１３９】
［配合例３］
図２０は配合例３に使用する材料を表わした一覧であり、図２１は配合例３の使用材料の配合量を表わし、図２２はコンクリートのフレッシュ試験の結果を表わした一覧であり、図２３は配合例３におけるＡＬ添加量を変化させた時のフレッシュ試験と膨張率を表わした一覧であり、図２４はＡＬ添加量と膨張率測定結果を表わした一覧であり、図２５は配合例３の膨張率と経過時間との関係を示すグラフであり、図２６は配合例３におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである。
【０１４０】
配合例３では、低熱ポルトランドセメントを用いた膨張性高流動コンクリートである。図２３に示すように発泡剤のアルミニウム粉末の添加率（セメント質量比）セメント量５００ｋｇに対してアルミニウム粉末を２０ｇ、４０ｇ、６０ｇはセメント比、それぞれ０．００４％、０．００８％、０．０１２％と算出される。また、アルミニウム粉末の添加量に応じた膨張率は、０．９４％、３．２８％、４．６７％となる。なお、水セメント比は３４％である。
【０１４１】
図２６に示すように、アルミニウム粉末を添加したコンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末の添加量に応じて略直線的に増加するため、所定の膨張率を得たい場合にはアルミニウム粉末添加量と膨張率との回帰式  ｙ＝０．０９３５Ｘ−０．７８又は予測的に近似直線を描いてアルミニウム粉末の添加量を算出することができる。
【０１４２】
従って、図４０に示すようにアルミニウム粉末を添加率０．０１５％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約６．２３％となり、アルミニウム粉末を添加率０．０２０％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約８．５７％となり、アルミニウム粉末の添加率０．０２５％で添加した場合、そのコンクリートの膨張率が約１０．９％となることを回帰式より予測することができる。添加率０．０３０％で添加した場合、膨張率１３．２４％である。
よって、コンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末添加量で適宜調整することが可能である。
【０１４３】
［配合例４］
図２７は配合例４および５に使用する材料を表わした一覧であり、図２８は（ａ）配合条件・試験、（ｂ）使用ミキサ・練り混ぜ方法を表わした一覧であり、図２９は配合例４の使用材料の配合量を表わした一覧であり、図３０は配合例４におけるＡＬ添加量を変化させた時のコンクリート試験結果を表わした一覧であり、図３１は配合例４の膨張率と経過時間との関係を示すグラフであり、図３２は配合例４におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである。
【０１４４】
配合例４では、普通ポルトランドセメントを用いた膨張性コンクリート（スランプ配合１８ｃｍ）である。図３０に示すように発泡剤のアルミニウム粉末の添加率（セメント質量比）セメント量３７０ｋｇに対してアルミニウム粉末を０ｇ、３０ｇ、３７ｇ、４４ｇはセメント比、それぞれ０％、０．００８％、０．０１０％、０．０１２％と算出される。また、アルミニウム粉末の添加量に応じた膨張率は、−０．８９％、−０．５２％、−０．２６％、−０．０２％となる。なお、水セメント比は５０％である。
【０１４５】
図３２に示すように、アルミニウム粉末を添加したコンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末の添加量に応じて略直線的に増加するため、所定の膨張率を得たい場合にはアルミニウム粉末添加量と膨張率との回帰式  ｙ＝０．０３５７Ｘ−１．５８８１又は予測的に近似直線を描いてアルミニウム粉末の添加量を算出することができる。
【０１４６】
従って、図４０に示すようにアルミニウム粉末を添加率０．０１５％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約０．３９％となり、アルミニウム粉末を添加率０．０２０％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約１．０５％となり、アルミニウム粉末の添加率０．０２５％で添加した場合、そのコンクリートの膨張率が約１．７１％となることを回帰式より予測することができる。添加率０．０３０％で添加した場合、膨張率２．３７％である。
この膨張率は、アルミニウム粉末の添加率０％でコンクリートの膨張率−０．８９％であるので、実質膨張率は（０．８９+２.３７＝）３．２６％である。
よって、コンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末添加量で適宜調整することが可能である。
【０１４７】
［配合例５］
図３３は配合例５の使用材料の配合量を表わした一覧であり、図３４は配合例５におけるＡＬ添加量を変化させた時のコンクリート試験結果を表わした一覧であり、図３５は配合例５の膨張率と経過時間との関係を示すグラフであり、図３６は配合例５におけるＡＬ添加量と膨張率の回帰式を示すグラフである。
【０１４８】
配合例５では、普通ポルトランドセメントを用いた膨張性コンクリート（スランプ配合18ｃｍ）である。図３４に示すように発泡剤のアルミニウム粉末の添加率（セメント質量比）セメント量３７０ｋｇに対してアルミニウム粉末を０ｇ、３０ｇ、３７ｇ、４４ｇはセメント比、それぞれ０％、０．００８％、０．０１０％、０．０１２％と算出される。また、アルミニウム粉末の添加量に応じた膨張率は、−０．５５％、０．４７％、０．９０％、１．２５％となる。なお、水セメント比は４５．９％である。
【０１４９】
図３６に示すように、アルミニウム粉末を添加したコンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末の添加量に応じて略直線的に増加するため、所定の膨張率を得たい場合にはアルミニウム粉末添加量と膨張率との回帰式  ｙ＝０．０５５７Ｘ−１．１８８１又は予測的に近似直線を描いてアルミニウム粉末の添加量を算出することができる。
【０１５０】
従って、図４０に示すようにアルミニウム粉末を添加率０．０１５％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約１．９％となり、アルミニウム粉末を添加率０．０２０％で添加した場合には、そのコンクリートの膨張率が約２．９３％となり、アルミニウム粉末の添加率０．０２５％で添加した場合、そのコンクリートの膨張率が約３．９６％となることを回帰式より予測することができる。添加率０．０３０％で添加した場合、膨張率４．９９％である。
この膨張率は、アルミニウム粉末の添加率０％でコンクリートの膨張率−０．５５％であるので、実質膨張率は（０．５５＋４．９９＝）５．５４％である。
よって、コンクリートの膨張率は、アルミニウム粉末添加量で適宜調整することが可能である。
【０１５１】
［配合例Ｃ、１から５のまとめ］
上述した配合例１から５の実証試験から、発泡剤のアルミニウム粉末の添加率に基づいた膨張するコンクリートの膨張率は事前に予測することが可能となり、当然にコンクリートの膨張率はアルミニウム粉末の添加量で適宜調整することができる。
【０１５２】
また、配合例１および配合例３においては発泡剤のアルミニウム粉末の添加率０％の場合に図１４および図２５に示すように初期膨張率０％である。図１２に示すように配合例１の水セメント比は３５％であり、図２１に示すように配合例３の水セメント比は３４％である。
従って、配合例１から５より、初期膨張率０％にする水セメント比は、コンクリート初期膨張率（アルミニウム粉末の添加率０％のとき）と水セメント比との関係から推測することができる。
【０１５３】
ここで、アルミニウム粉末添加率０％の初期膨張率と水セメント比との関係を図４７のグラフとして示した。図４２中のＮＯ１は配合例１の膨張率０％と水セメント比３５％との関係を示しており、ＮＯ２は配合例２の膨張率−０．３％と水セメント比４３％との関係を示しており、ＮＯ３は配合例３の膨張率０％と水セメント比３４％との関係を示しており、ＮＯ４は配合例４の膨張率−０．８９％と水セメント比５０％との関係を示しており、ＮＯ５は配合例５の膨張率−０．５５％と水セメント比４５．９％との関係を示している。
【０１５４】
図４２に示すように、配合例Ｃ，２，４，５の水セメント比の初期膨張率の各プロットを直線で結び、さらに点線で描いた近似直線を膨張率０％まで結ぶことで、コンクリート初期膨張率（アルミニウム粉末の添加率０％のとき）が水セメント比３９．５％程度であると予測的に読み取ることができる。
これにより、配合例Ｃ、１から５については水セメント比を３９．５％以下となる配合としたのちに、発泡剤のアルミニウム粉末を添加することにより、初期膨張率０％を基準としたコンクリートの設定膨張率を確実に生成することができる。
【０１５５】
また、配合例４および５についてブリーディング試験を実施した。
図３７は配合例４および配合例５の使用材料の配合量（ＡＬなし）を表わした一覧であり、図３８は、配合例４および配合例５においてのコンクリート試験結果を表わした一覧であり、図３９は配合例４および配合例５においての経過時間あたりのブリーディング量（ｃｍ3）を表わすグラフである。
【０１５６】
図３７中のＮＯ１は混和剤ＳＶ１０Ｌを用いた配合例４であり、ＮＯ２は混和剤ＳＦ５００Ｓを用いた配合例５である。すなわち、図３８に示すように、ＮＯ１の配合例４は、混和剤ＳＶ１０Ｌ（ＡＥ減水剤標準形）Ｃ×１．０％のときブリーディング率３．５７％となり、ＮＯ２の配合例５は、混和剤ＳＦ５００Ｓ（高性能ＡＥ減水剤）Ｃ×０．８％のときブリーディング率１．２４％となる。
【０１５７】
一方、混和剤のＡＥ減水剤を用いたコンクリート配合に発泡剤のアルミニウム粉末（セルメックＰ）を添加した場合には元の沈降量が大きいために膨張によってその沈降量をキャンセルするが、最終的にコンクリートが膨張した量は小さくなる。
【０１５８】
他方、混和剤の高性能ＡＥ減水剤を用いたコンクリート配合に発泡剤のアルミニウム粉末（セルメックＰ）を添加した場合には単位水量を低減することができるので、沈降量が小さくなり、最終的にコンクリートを所定の量だけ膨張させることができる。
【０１５９】
図３８および図３９に示すように、コンクリートのブリーディング量が多くなるとコンクリートの沈降量が大きくなる。したがって、コンクリートの沈降量が大きくなると発泡剤のアルミニウム粉末（セルメックＰ）による膨張量は小さくなる。
【０１６０】
かかることからコンクリートのブリーディング率が０％になるように、混和剤の高性能ＡＥ減水剤等の添加量を適宜決定して使用することで初期膨張率０からの膨張率を生成することが可能となる。
【０１６１】
従って、発泡剤のアルミニウム粉末の添加量によるコンクリートの膨張は、コンクリート配合を水セメント比からとブリーディングを抑える初期膨張率を０％配合して、設定膨張率に必要なアルミニウム粉末の量を適宜決定することが好ましい。
【０１６２】
また、コンクリートの膨張率を上げるには、単位セメント量を多くして、かつ、発泡剤のアルミニウム粉末の添加量を多くすることで、大きな膨張率を得ることが出来る。
【０１６３】
［ＡＬの添加量に応じたコンクリート圧縮強度実証試験］
図４１は、配合例Ｃ、３，４，５におけるアルミニウム粉末の添加率とコンクリート圧縮強度との関係を表わしたグラフである。
図４１に示すように、配合例３，５，４は発泡剤のアルミニウム粉末の添加率が増加するにつれて、圧縮強度の低減が略直線的に推移する。アルミニウム粉末添加率が０．００８％の場合において、配合例３の低減強度率は９２．０２％となり、配合例５の低減強度率は９３．２９％となり、配合例４の低減強度率は９３．６０％となる。よって、アルミニウム粉末添加率が０．００８％の場合では、低減強度率を最大約９２％程度と予測することができる。
【０１６４】
また、アルミニウム粉末添加率が０．０１２％の場合において、配合例３の低減強度率は８０．６７％となり、配合例５の低減強度率は８４．９１％となり、配合例４の低減強度率は８８．２４％となる。よって、アルミニウム粉末添加率が０．０１２％の場合では、低減強度率を最大約８０％程度と予測して、発泡剤のアルミニウム粉末の添加量の配合計画を事前に行うことができる。
【０１６５】
また、圧縮強度の低減が略直線的に推移することから予測的にアルミニウム粉末添加率が０．０１５％の場合において、配合例３の低減強度率は７９．３６％と、配合例５の低減強度率は８１．１９％と、配合例４の低減強度率は８５．１５％と推定できる。よって、アルミニウム粉末添加率が０．０１５％の場合では、低減強度率を最大約７９％程度と予測することができる。
【０１６６】
また、予測的にアルミニウム粉末添加率が０．０２０％の場合において、配合例３の低減強度率は６８．４０％と、配合例５の低減強度率は７５．０４％と、配合例４の低減強度率は８０．４１％と推定できる。よって、アルミニウム粉末添加率が０．０２０％の場合では、低減強度率を最大約６８％程度と予測することができる。
【０１６７】
また、図４１の配合例３，４，５に示すように、アルミニウム粉末の添加率が０．０２５％の場合においては、配合例３の低減強度率は６０．５８％と、配合例５の低減強度率は６８．９％と、配合例４の低減強度率は７５．２５％と推定できる。
【０１６８】
また、予測的にアルミニウム粉末添加量が０．０３０％の場合において、配合例３，５，４のコンクリート圧縮強度と低減強度率は、次のように推定できる。
【０１６９】
すなわち、配合例３の強度は、３４．８Ｎ／ｍｍ２となり、配合例３の低減強度率は、５３．３７％となる。また、配合例５の強度は、３４．０Ｎ／ｍｍ２となり、配合例５の低減強度率は、６３．３１％となる。配合例４の強度は、３３．８Ｎ／ｍｍ２となり、配合例４の低減強度率は、６９．６９％となる。
【０１７０】
従って、アルミニウム粉末の添加率が０．０２５％の場合では、低減強度率を最大約６０％程度と近似直線から予測できる。
【０１７１】
また、アルミニウム粉末の添加率が０．０３０％の場合では、低減強度率を最大約５３％程度と近似直線から予測できる。
【０１７２】
このことから、アルミニウム粉末添加率が０．００８％の場合で低減強度率が最大９２％程度、０．０１２％の場合で低減強度率が最大８０％程度、０．０１５％の場合で低減強度率が最大７９％程度、０．０２０％の場合で低減強度率が最大６８％程度、０．０２５％の場合で低減強度率が最大６０％程度、０．０３０％の場合で低減強度率が最大値５３％程度となり、アルミニウム粉末の添加率が０．００５％ずつ増加すると、コンクリート強度は逆に約７％から１１％の範囲で略直線的に低下することが推定できる。
【０１７３】
よって、アルミニウム粉末添加量とセメント量とは、相関関係にあることから、アルミニウム粉末添加量によるコンクリート圧縮強度は、予測できるので、セメント組成物のソイルセメントの圧縮強度も同様に予測できる。
【０１７４】
配合例Ｃの拘束ありと拘束なし（自由膨張）の実証試験について説明する。
先ず、配合例Ｃの拘束ありの場合において、アルミニウム粉末添加率が０％の場合では、コンクリート強度５１．８Ｎ／ｍｍ２となる。アルミニウム粉末添加率が０．００５８％の場合では、コンクリート強度４８．７Ｎ／ｍｍ２で強度低減率９４．０１％となる。アルミニウム粉末添加率が０．０１１６％の場合では、コンクリート強度４９．２Ｎ／ｍｍ２で強度低減率９４．９８％となる。
予測的にアルミニウム粉末の添加率が、０．０２５％の場合では、コンクリート強度４６．２Ｎ／ｍｍ２で強度低減率８９．１８％と推定でき、予測的にアルミニウム粉末の添加率が、０．０３０％の場合では、コンクリート強度４５．０Ｎ／ｍｍ２で強度低減率８６．８７％と推定できる。
【０１７５】
この強度関係から、アルミニウム粉末添加率が０．００５８％より、添加量の多い０．０１１６％のコンクリート強度が僅かであるが増加していることから、ガス発生によるコンクリートの膨張が型枠の存在によって抑制される結果、骨材とセメントとの付着が改善されて、それに伴って強度も僅かながら増加するものと考えられる。
【０１７６】
しかし、予測的にアルミニウム粉末添加率０．０２５％の場合では強度低減率８９．１８％と推定でき、アルミニウム粉末添加率０．０３０％で強度低減率８６．８７％と推定できる。この強度の低減が、横ばいとなっている結果からも他の配合例３、４、５より拘束ありの状態が非常によく拘束状態を形成できているものと考えられる。
【０１７７】
このことは、本発明の既製杭埋込み工法では、膨張するソイルセメントを拘束下の状態（掘削孔内）におくことで、ソイルセメントの強度低下は少なくとも横ばい状態とすることができ、すなわち、根固め部のソイルセメントは、膨張による強度低下を少なくすることができる。
【０１７８】
逆に、配合例Ｃの拘束なしの場合においては、アルミニウム粉末の添加量が増加するとコンクリート強度は大きく低下してしまう。
【０１７９】
配合例Ｃの拘束なしの強度低下は略直線的な関係を示しており、アルミニウム粉末の添加率が０．００５８％の場合では強度低減率が８９．７６％となる。アルミニウム粉末の添加率が０．０１１６％の場合では強度低減率が７４．９％となる。予測的にアルミニウム粉末の添加率が０．０２５％の場合では強度低減率が４５．３６％と推定できる。予測的にアルミニウム粉末の添加率が０．０３０％の場合では強度低減率が３３．７８％と推定でき、強度は１７．５Ｎ／ｍｍ２と大きく低下すると推定できる。
【０１８０】
さらに、アルミニウム粉末の添加率が０．０３０％の場合において、配合例Ｃの拘束なしを配合例Ｃの拘束ありと比較する。この配合例Ｃの拘束なしの強度低減率３３．７８％は配合例Ｃの拘束ありの強度低減率８６．８７％の（３３．７８÷８６．８７×１００＝）約１／２．５であり、配合例４の強度低減率６９．６９％の（３３．７８÷６９．６９×１００＝）約１／２となる。よって、拘束なしと拘束ありとは大きな圧縮強度差が出るが、根固め部のソイルセメントは掘削孔壁面により確実に拘束されるため、配合例Ｃの拘束ありと同じように良好な拘束状態を形成できるので、膨張による強度低下が少なくソイルセメントを生成することができる。
【０１８１】
結果的に、発泡剤のアルミニウム粉末添加率とセメントミルク又はモルタルの膨張率とコンクリートの膨張率及びコンクリート圧縮強度との関係から、セメントミルクにおいては発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して０．００２％から０．０２％の範囲であり、モルタルにおいては発泡剤としてのアルミニウム粉末の添加量がセメント質量に対して０．００７％から０．０４％の範囲であることが好ましい。
【０１８２】
アルミニウム粉末の添加率をこれらの範囲とすることにより、セメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％の範囲で生成することができる。
【０１８３】
膨張率３％から１６％の範囲のセメントミルク又はモルタルを掘削孔内に注入して、掘削ビットを回転して掘削土壌と攪拌混合することにより、生成するソイルセメントの膨張率を１％から８％の範囲で生起することができ、その後、ソイルセメントが掘削孔内で膨張圧力を生起して掘削孔壁に圧力をかけた状態となり、掘削孔壁地盤からは反作用の反力が生起する状態となる。この状態のまま、掘削孔内で既製杭とソイルセメントが硬化することで、根固め部となるソイルセメントと周辺地中地盤と既製杭とは強固に一体化する。
【０１８４】
本工法によれば、既製杭の杭先端支持力や周面摩擦力及び引抜抵抗力を大きく向上できる効果がある。
【０１８５】
アルミニウム粉末の添加率がセメントミルクの場合で０．００２％未満、又はモルタルの場合で０．００７％未満では、生成するソイルセメントの膨張率が１％未満となるので、ソイルセメントの圧縮強度の低下は抑えられる反面、膨張率が低いため掘削孔の壁面に与える膨張圧力を充分に与えることができない。
【０１８６】
アルミニウム粉末の添加率がセメントミルクの場合で０．０２％より大きく、又はモルタルの場合で０．０４％より大きい際では、生成するソイルセメントの膨張率が８％より大きくなるり、周面地盤との密着力が高まるものの、ソイルセメントの圧縮強度の低下が大きくなり、強度を上げるためにセメント量を多くする必要があって、材料コストが上昇して経済性が悪くなる。
【０１８７】
［既製杭の例１］
既製杭の根固め部のソイルセメントを膨張させ、すなわち、その根固め部となるソイルセメントの体積を拡大させる。
【０１８８】
例えば、根固め部径φ１０００ｍｍを１０ｍｍ膨張してφ１０１０ｍｍにする膨張率は、２．０１％になる。根固め部径φ１２００ｍｍを１０ｍｍ膨張してφ１２１０ｍｍにする膨張率は、１．６７％になる。根固め部径φ１５００ｍｍを１０ｍｍ膨張してφ１５１０ｍｍにする膨張率は、１．３３％になる。根固め部径φ２６００ｍｍを１０ｍｍ膨張してφ２６１０ｍｍにする膨張率は、０．７７％になる。
【０１８９】
例えば、根固め部径φ１０００ｍｍを２０ｍｍ膨張してφ１０２０ｍｍにする膨張率は、４．０４％になる。根固め部径φ１２００ｍｍを２０ｍｍ膨張してφ１２２０ｍｍにする膨張率は、３．３６％になる。根固め部径φ１５００ｍｍを２０ｍｍ膨張してφ１５２０ｍｍにする膨張率は、２．６３％になる。根固め部径φ２６００ｍｍを２０ｍｍ膨張してφ２６２０ｍｍにする膨張率は、１．５４％になる。
【０１９０】
例えば、根固め部径φ１０００ｍｍを３０ｍｍ膨張してφ１０３０ｍｍにする膨張率は、６．０９％になる。根固め部径φ１２００ｍｍを３０ｍｍ膨張してφ１２３０ｍｍにする膨張率は、５．０６％になる。根固め部径φ１５００ｍｍを３０ｍｍ膨張してφ１５３０ｍｍにする膨張率は、４．０４％になる。根固め部径φ２６００ｍｍを３０ｍｍ膨張してφ２６３０ｍｍにする膨張率は、２．３２％になる。
【０１９１】
このように杭体の根固め部径を１０ｍｍから３０ｍｍ膨張することができる膨張率０．７７％から６．０９％は、注入するセメントミルク又はモルタルの膨張率を３％から１６％の範囲としている。
例えば、膨張率１２％のセメントミルクを掘削孔に注入して掘削ビットで掘削土壌と攪拌混合した場合において、注入率１００％でセメントミルクを注入して生成したソイルセメントの膨張率は６％となる。安全率「１．５」とするとソイルセメントの膨張率は４％となる。
【０１９２】
また、注入率１５０％でセメントミルクを注入して生成したソイルセメントの膨張率は８．０４％となる。安全率「１．５」とするとソイルセメントの膨張率は５．３６％となる。
【０１９３】
また、注入率２００％でセメントミルクを注入して生成したソイルセメントの膨張率は９％となる。安全率「１．５」とするとソイルセメントの膨張率は６％となる。
【０１９４】
したがって、根固め部径を１０ｍｍから２０ｍｍ大きく膨張したソイルセメントは、このようにして実施可能である。杭径を３０ｍｍ大きく膨張したソイルセメントの膨張率６．０９％の場合は、セメントミルク又はモルタルの膨張率を１３％で実施可能である。
【０１９５】
また、根固め部のソイルセメントの圧縮強度は、注入するセメントミルク又はモルタルの強度で決まるので、セメント量を適宜調整することで所定の強度設定を行うことが可能である。
【０１９６】
このように根固め部径を１０ｍｍから３０ｍｍ大きく膨張させることは可能であり、より大きな膨張率とすることも可能である。大きな膨張率は、掘削中に緩んだ地盤をソイルセメントの膨張圧力で解消し、膨張圧力を掘削孔壁にかけたままとすることができ、掘削孔壁地盤より反作用の反力を生起する状態となり、この状態のまま、ソイルセメントが硬化するので、ソイルセメントと周辺地盤と既製杭とは強固に一体化する。本工法によれば、既製杭の先端支持力や周面摩擦力及び引抜抵抗力を大きく向上することができる。
【０１９７】
上述した根固め部のソイルセメント体の膨張量は、１０ｍｍから３０ｍｍであるが、好適には外周に１０ｍｍ以上の膨張部分をもつ根固め部径を２０ｍｍ以上膨張させるとが好ましい。
【０１９８】
アルミニウム粉末を添加したセメントミルク又はモルタルの膨張率が３％から１６％の範囲であれば、掘削ビットで掘削流動化した土壌と、適宜調整した発泡剤を添加したセメントミルク又はモルタルとを攪拌混合して、膨張するソイルセメントを生成し、ソイルセメントの膨張率が１％から８％の範囲となるソイルセメントを生成して、その後、硬化させ、掘削地盤と一体化した根固め部を形成することができ、既製杭の先端支持力や周面摩擦力及び引抜抵抗力の性能を大きく向上させることができる。
【０１９９】
さらに、ソイルセメントに膨張材を混入すれば、ソイルセメントの硬化後のソイルセメントの収縮補償（収縮ゼロ）以上とすれば、発泡剤のアルミニウム粉末の作用によってソイルセメントが硬化するまでの初期収縮を補償する以上の体積増大を図り、膨張材によって硬化後のソイルセメントの収縮を補償することにより、ソイルセメントの収縮を使用期間全体にわたって、補償することがさらに可能となる。
【０２００】
また、ソイルセメントに繊維物質を混入することで、ひび割れ抵抗性や靱性及び強度を向上させることが可能である。
【０２０１】
［既成杭の例２］
配合例Ｂにおいての膨張性モルタルの予測膨張率５．４％（セメント量６８１ｋｇ／ｍ３×アルミニウム粉末添加率０．０１１６％≒７９ｇ／ｍ３となり、図８より膨張率５．４％を拾い出す）の数値を用いて、既製杭埋め込み工法のプレボーリング根固め工法を実施する。
【０２０２】
例えば、軸部掘削径φ１０００ｍｍ、既製杭径φ８００ｍｍ、根固め部径φ１０００ｍｍ、根固め部の長さ１０ｍ、掘削孔の掘削深さＧＬ−２０ｍ、杭の長さ２０ｍで実施する。
【０２０３】
先ず、掘削ビットφ１０００ｍｍで掘削深さＧＬ−２０ｍの掘削孔を掘削し、掘削孔の掘削先端部ＧＬ−１５ｍからＧＬ−２０ｍの深さの５ｍの範囲に、セメントとの化学反応時間を適宜調整したアルミニウム粉末を添加した膨張性モルタルを注入しながら、掘削ビットで掘削土壌と攪拌混合して根固め部となるソイルセメントを生成する。
【０２０４】
すなわち、注入率２００％で膨張性モルタルを掘削深さＧＬ−１５ｍからＧＬ−２０ｍの深さの５ｍの範囲に注入し、モルタルと掘削土壌を攪拌混合し、モルタル含有率が７５％となる根固め部となるソイルセメントの長さ（高さ）１０ｍを生成する（図４３（ｄ）参照）。
よって、生成する根固め部となるソイルセメント高さ１０ｍの範囲のモルタル含有率７５％となり、その膨張率は７５％の生起となる。
【０２０５】
アルミニウム粉末の添加量は、掘削深さと根固め部となるソイルセメントの高さから掘削深さＧＬ−１０ｍ（生成する根固め部となるソイルセメントの長さ１０ｍ）の深さをもとに定める。
掘削孔内は泥土化された流動化土と掘削液の水等で飽和状態となっているので、掘削深さ１０ｍの根固め部となるソイルセメントの膨張率が５．４％となるようにアルミニウム粉末の添加量を定める。
【０２０６】
アルミニウム粉末の添加量は、掘削深さ１０ｍの水圧下において、常圧と同じ膨張率を得るには常圧の２倍（２気圧＝深さ１０ｍ）のアルミニウム粉末の添加量と掘削孔内の泥土の圧力を加味する必要がある。
【０２０７】
常圧下において５．４％の膨張率のアルミニウム粉末の添加率はセメント質量に対して０．０１１６％であるから、０．０１１６％×２倍（２気圧）＝０．０２３２％となり、さらに、泥土の比重を１．８とする１．８を乗じて、０．０２３２％×１．８≒０．０４１７６％となる添加量を添加する。
【０２０８】
よって、ＧＬ−１０ｍの深さの根固め部となるソイルセメントの膨張率は、５．４％（常圧の膨張率）×７５％（モルタル含有率）÷１．５（安全率）＝２．７％となる。
【０２０９】
この２．７％の膨張率の大きさは、掘削深さ１０ｍで根固め部となるソイルセメントの径はφ１０００ｍｍを約φ１０１３ｍｍの大きさに膨らます膨張圧力となる。
【０２１０】
また、注入する膨張性モルタルで生成する根固め部となるソイルセメントの膨張は、掘削深さ１０ｍ（２気圧）で２．７％の膨張率を生起するようにしているので、杭先端部のＧＬ−２０ｍで生成する根固め部となるソイルセメントの膨張率は、ボイルの法則（温度が一定であるとき、気体の圧力と体積は反比例する）から、２．７％×２（２気圧）＝５．４％となり、５．４％÷３（３気圧）＝１．８％である。
【０２１１】
この１．８％の膨張率の大きさは、掘削深さ２０ｍで根固め部となるソイルセメント径はφ１０００ｍｍを約φ１００８ｍｍの大きさに膨らます膨張圧力となる。
【０２１２】
よって、φ１０００ｍｍの径がＧＬ−１０ｍの深さでφ１０１３ｍｍ、ＧＬ−２０ｍの深さの杭先端でφ１００８ｍｍの膨張を生起し、高さ１０ｍの上部がφ１０１３ｍｍで下部（杭先端部）がφ１００８ｍｍの逆テーパー５ｍｍの膨張した根固め部となるソイルセメントを形成する。
あるいは、上記の形状の膨張圧力を生起する根固め部となるソイルセメントを形成する。
【０２１３】
逆テーパーは押し広げる効果により杭の沈下に対する抵抗力を得ると共に、周面摩擦力及び先端支持力を向上させることができる。また、根固め部となるソイルセメントの逆テーパーはくさび形状となるので杭の引抜き抵抗力を大きく向上させる効果がある。
【０２１４】
また、根固め部となるソイルセメント径はφ１０００ｍｍｍを約φ１０１３ｍｍからφ１００８ｍｍの逆テーパー形状の大きさに膨らます膨張圧力で、周面地盤と根固め部となるソイルセメントとを強固に一体化を図り、杭の性能を大きく向上させることができる。
【０２１５】
根固め部となるソイルセメントはセメント組成物であるから、一般コンクリートの強度同様に根固め部となるソイルセメントの強度はセメント水比（Ｃ/Ｗ）で決まると考えられる。
【０２１６】
配合例Ｂの膨張性モルタル（単位セメント量６８１ｋｇ／ｍ３、Ｗ／Ｃ＝４５％）を２００％注入すれば、生成する根固め部となるソイルセメントのセメント含有率は、６８１ｋｇ／ｍ３（単位セメント量）×７５％（セメント含有率）÷１．５（安全率）＝３４０．５ｋｇ／ｍ３となる。
【０２１７】
よって、生成する根固め部となるソイルセメントは、セメント量３４０．５ｋｇ／ｍ３で膨張率５．４％の膨張するソイルセメントを形成するので、このソイルセメントの強度は配合例Ｃの膨張性コンクリートのセメント量３４４ｋｇ／ｍ３に近い配合であるから配合例Ｃの膨張性コンクリートの強度の関係に近いものと推測する。
【０２１８】
また、注入するモルタルの水セメント比は４５％であるので、泥土化された掘削土壌と攪拌混合して根固め部となるソイルセメントを生成するので、このソイルセメントの水セメント比は高くなり強度低下が起きる。モルタル含有率と同じように推測すると、根固め部となるソイルセメントの強度は配合例Ｃの膨張性コンクリート強度の５０％と推測する。
【０２１９】
よって、配合例Ｃのアルミニウム粉末の添加率０．０１１６％での膨張性コンクリート強度は、拘束有りで４９．２Ｎ／ｍｍ２であるから、４９．２Ｎ／ｍｍ２×５０％＝２４．６Ｎ／ｍｍ２と予測できる。根固め部となるソイルセメントの強度は良好である。
【０２２０】
次に、注入する膨張性モルタルの膨張率を１２％で実施する。
【０２２１】
配合例Ｂの膨張性モルタルの予測膨張率１２％（セメント量６８１ｋｇ／ｍ３×アルミニウム粉末の添加率０．０２５％≒１７０ｇ／ｍ３となり、図８より膨張率１２％を拾い出す）を２００％で注入する。
【０２２２】
軸部掘削径φ１０００ｍｍ、既製杭径φ８００ｍｍ、根固め部径φ１０００ｍｍ、根固め部の長さ１０ｍ、掘削孔の掘削深さＧＬ−２０ｍ、杭の長さ２０ｍで実施する。
【０２２３】
掘削先端部ＧＬ−１５ｍからＧＬ−２０ｍの深さの５ｍの範囲に、膨張性モルタルを２００％で注入すると、根固め部となるセメント含有率７５％のソイルセメントの高さは１０ｍの高さを生成する。また、根固め部となるソイルセメントの膨張率は７５％となる。
【０２２４】
アルミニウム粉末の添加量は根固め部となるソイルセメントの高さが１０ｍとなるＧＬ−１０ｍの深さの水圧下において、アルミニウム粉末の添加量を定める。掘削深さ１０ｍにおいて、常圧と同じ膨張率を得るには常圧の２倍（２気圧＝深さ１０ｍ）の添加量に掘削孔内の泥土の圧力を加味する。
【０２２５】
常圧下において１２％の膨張率のアルミニウム粉末の添加率はセメント質量に対して０．０２５％であるから、０．０２５％×２倍（２気圧）＝０．０５％となり、０．０５％×１．８（泥土比重）＝０．０９％となる添加量を添加する。
【０２２６】
ＧＬ−１０ｍの深さでの根固め部となるソイルセメントの膨張率は、１２％（常圧の膨張率）×７５％（モルタル含有率）÷１．５（安全率）＝６％となる。
【０２２７】
この６％の膨張率の大きさは、掘削深さ１０ｍで根固め部となるソイルセメントの径はφ１０００ｍｍを約１０２９ｍｍの大きさに膨らます膨張圧力となる。
【０２２８】
また、注入する膨張性モルタルで生成する根固め部となるソイルセメントの膨張は、掘削深さ１０ｍ（２気圧）で６％の膨張率を生起するようにしているので、杭先端部ＧＬ−２０ｍで生成する根固め部となるソイルセメントの膨張率は、ボイルの法則から６％×２（２気圧）＝１２％となり、１２％÷３（３気圧＝深さ２０ｍ）＝４％である。
【０２２９】
この４％の膨張率は掘削深さ２０ｍにおいて、根固め部となるソイルセメントの径はφ１０００ｍｍをφ１０１９ｍｍの大きさに膨らます膨張圧力となる。
【０２３０】
よって、φ１０００ｍｍの径がＧＬ−１０ｍの深さでφ１０２９ｍｍ、ＧＬ−２０ｍの深さの杭先端でφ１０１９ｍｍの膨張を生起し、高さ１０ｍの上部がφ１０２９ｍｍで下部（杭先端部）がφ１０１９ｍｍの逆テーパー１０ｍｍの膨張した根固め部となるソイルセメントを形成する。
あるいは、上記の形状の膨張圧力を生起する根固め部となるソイルセメントを形成する。
【０２３１】
また、根固め部となるソイルセメントの強度は、前記と同様に配合例Ｃの膨張性コンクリートの拘束ありのコンクリート強度から、アルミニウム粉末の添加率０．０２５％の予測値４６．２Ｎ／ｍｍ２であるから、４６．２Ｎ／ｍｍ２×５０％＝２３．１Ｎ／ｍｍ２と予測できる。
根固め部となるソイルセメントの強度は良好である。
【０２３２】
また、根固め部となるソイルセメント径はφ１０００ｍｍを約φ１０２９ｍｍからφ１０１９ｍｍの逆テーパー形状の大きさに膨らます膨張圧力で、周面地盤と根固め部となるソイルセメントとが強固に一体化を図り、杭の性能を大きく向上させることができる。
【０２３３】
従って、注入する膨張性モルタルの膨張率を５．４％から１２％と大きくして、生成する根固め部となるソイルセメントの膨張率を２．７％から６％に生起するようにすれば、根固め部となるソイルセメント長さ（高さ）１０ｍで逆テーパーを５ｍｍから１０ｍｍに大きくすることで、逆テーパーは杭の沈下に対する抵抗力をより大きく向上させ、杭の沈下を抑える効果がある。
【０２３４】
このように、生成する根固め部となるソイルセメントの膨張率を大きくすることで、杭先端支持力や周面摩擦力及び引抜き抵抗力を向上させることができる。また、根固め部の膨張率を大きくすることで逆テーパーが大きくなり、逆テーパー形状の高さを長くすることで押し広げる効果を高めることができ、杭の先端支持力や周面摩擦力及び引抜抵抗力を向上させる効果がある。
【０２３５】
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、本発明の膨張作用を有する発泡剤を添加したセメントミルク又はモルタルを注入し、生成するセメント組成物のソイルセメント、又はセメントミルク又はモルタルを地中地盤の拘束下で膨張させる次のような工法でも実施することが可能である。例えば、回転杭工法、鋼管ソイルセメント杭工法、マイクロパイル工法、アンカー工法、地山補強土工法、地中連続壁工法、地すべり抑止杭工法、水・セメントミルクジェット併用バイブロハンマ工法等において、根固め部に、発泡剤を添加したセメントミルク又はモルタルを注入し、生成するソイルセメント、又はセメントミルク又はモルタルを地中内で膨張硬化させ、膨張する圧力による周面地盤からの反力を受けることで強固に一体化することができ、先端支持力や周面摩擦力及び引抜抵抗力を向上することができる。
また、地盤改良工法において、構造物の基礎として、基礎杭や壁杭及び地中連続壁等と同じように支持力や摩擦力の機能を持つ地盤改良工法が多く開発されている地盤改良杭（例えば、円柱形状、矩形状、格子形状等）工法や地盤改良壁杭及び地盤改良地中連続壁において、機械攪拌工法や噴射攪拌工法及び複合攪拌工法（機械と噴射を併用）で、本工法で実施することができる。すなわち、発泡剤を添加したセメントミルク又はモルタルを注入することで、地中内で生成するソイルセメントを膨張させ、周面地盤から反力を受け、膨張したソイルセメントと周面地盤を強固に一体化させることができ、周面摩擦力の向上と地耐力を強化することができる。また、この膨張するソイルセメント体中に鋼材等を入れることでより水平抵抗力が発揮できる。
また、薬液注入工法（ここでの薬液とは、発泡剤を添加したセメントミルク又はモルタルを主とした非薬液系や、セメントミルク又はモルタルを混入した水ガラスなどの溶液型グラウトの薬液系を言う）で削孔機により削孔した後、孔内に注入材（発泡剤を添加したセメントミルク又はモルタル等）を注入し、膨張圧力により地盤の止水や地盤の強化を図る工法にも実施することが可能である。
また、発泡剤を添加したセメントミルク又はモルタル及びコンクリートを注入又は打設し膨張させる場所打ち杭工法で実施することができる。
また、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【符号の説明】
【０２３６】
Ａ  地中
Ｂ  掘削土
Ｃ  杭周固定液
１１  掘削孔
１２  掘削ビット
１３  モルタル
１４  ソイルセメント
１５  既製杭
１６  先端根固め部
【要約】
【課題】掘削孔と埋設した既製杭を強固に一体化して、既製杭の先端支持力や周面摩擦力の増大及び引抜抵抗力の向上を図った既製杭埋込み杭工法を提供すること。
【解決手段】
セメントミルク又はモルタルには予め膨張作用を有する発泡剤を添加しておくことにより、掘削孔中の既製杭の基部周辺に形成したソイルセメントを膨張させる既製杭埋込み工法。
【選択図】図１【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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