(57)【要約】【課題】地盤材料の量に関わらず安定した根固め部の強度推定方法を提供する。【解決手段】地盤の根固め部３２が形成される層１２から層１２の構成物を第一の試料として採取する第一の工程と、第一の試料を骨材として含むセメントミルクを複数種類生成して固化させ、それらセメントミルクのセメント水比と固化後の圧縮強度とから、第一の試料を骨材として含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度との関係式を求める第二の工程と、掘削した杭穴１の底部にセメントミルク２１を注入し、注入後のセメントミルク２１を第二の試料として採取する第三の工程と、第二の試料のセメント水比を求める第四の工程と、第二の試料のセメント水比及び第二の工程で算出した関係式から、根固め部３２の圧縮強度を推定する第五の工程と、を有する。【選択図】図３
2018119337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を掘削した杭穴の底部にセメントミルクを含む液体を注入、固化することによって形成される根固め部の強度を推定する方法であって、
前記地盤の前記根固め部が形成される層から前記層の構成物を第一の試料として採取する第一の工程と、
前記第一の試料を骨材として含むセメントミルクを複数種類生成して固化させ、それら前記セメントミルクのセメント水比と固化後の圧縮強度とから、前記第一の試料を骨材として含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度との関係式を求める第二の工程と、
掘削した杭穴の底部にセメントミルクを注入し、注入後の前記セメントミルクと掘削土砂等の地盤材料との混合物を第二の試料として採取する第三の工程と、
前記第二の試料のセメント水比を求める第四の工程と、
前記第二の試料のセメント水比及び前記第二の工程で算出した関係式から、前記根固め部の圧縮強度を推定する第五の工程と、
を有することを特徴とする根固め部の強度推定方法。
【請求項２】
前記第二の工程では、骨材の量、セメントの量、及び水の量を変えて複数の試験体を生成し、これら複数の前記試験体から測定したセメント水比及び圧縮強度のデータから回帰式を求め、前記関係式とすることを特徴とする根固め部の強度推定方法。
【請求項３】
地盤を掘削した杭穴の底部にセメントミルクを含む液体を注入、固化することによって形成される根固め部の強度を推定する方法であって、
前記地盤の前記根固め部が形成される層から前記層の構成物を第一の試料として採取する第一の工程と、
前記第一の試料の表乾時の吸水率を測定する第二Ａの工程と、
各種地盤材料を骨材として含むセメントミルクを複数種類生成して固化させ、下記（数１）式を使用して、その前記セメントミルクの実質のセメント水比と固化後の圧縮強度とを求め、前記各種地盤材料を骨材として含むセメントミルクの実質のセメント水比と固化後の圧縮強度との関係式を算出する第二Ｂの工程と、
（数１）
実質のセメント水比における水量＝単位水量−単位骨材量×表乾時の吸水率／１００
掘削した杭穴の底部にセメントミルクを注入し、注入後の前記セメントミルクと掘削土砂等の地盤材料との混合物を第二の試料として採取する第三の工程と、
前記吸水率及び前記（数１）式を使用し、前記第二の試料の実質のセメント水比を求める第四Ａの工程と、
前記第二の試料の前記実質のセメント水比及び前記第二Ｂの工程で算出した関係式から、前記根固め部の圧縮強度を推定する第五Ａの工程と、
を有することを特徴とする根固め部の強度推定方法。
【請求項４】
前記第二Ｂの工程では、地盤材料、骨材の量、セメントの量、及び水の量を変えて複数の試験体を生成し、これら複数の前記試験体から測定した実質のセメント水比及び圧縮強度のデータから回帰式を求め、前記関係式とすることを特徴とする根固め部の強度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭の根固め部の強度推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、支持層まで杭穴を掘削して、杭穴内に既製杭や鉄筋篭を設置して基礎杭を構築する方法がある。この方法においては、杭穴内の底部に根固め液を注入し、固化させて根固め部を形成する。根固め部の形成は、地中深くにおいて行うため、強度の測定が難しい。そこで、根固め部の強度を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この強度推定方法では、予め、施工現場のＮ値、地盤性状を計測し、比重−圧縮強度の対応表を作成しておく。そして、固化する前の根固め部から試料を採取して、比重を測定する。そして、この比重と対応表とから根固め部の固化後の圧縮強度を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２２７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
比重から圧縮強度を求める場合には、試料中に地盤材料が均一に混合されている必要がある。即ち、試料中に含まれる地盤材料の量に応じて試料の比重が変わるため、対応表から求める圧縮強度にも影響が及ぶ。しかしながら、杭穴の底部において地盤材料が均一に混合されているか否かを確認することは困難である。しかも、試料内に含まれる地盤材料の量が試料採取の場所により変化してしまう恐れがあり、安定した強度の推定が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、試料内に含まれる地盤材料の量に関わらず安定した根固め部の強度推定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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る根固め部の強度推定方法は、地盤を掘削した杭穴の底部にセメントミルクを含む液体を注入、固化することによって形成される根固め部の強度を推定する方法であって、前記地盤の前記根固め部が形成される層から前記層の構成物を第一の試料として採取する第一の工程と、前記第一の試料を骨材として含むセメントミルクを複数種類生成して固化させ、それら前記セメントミルクのセメント水比と固化後の圧縮強度とから、前記第一の試料を骨材として含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度との関係式を求める第二の工程と、掘削した杭穴の底部にセメントミルクを注入し、注入後の前記セメントミルクと掘削土砂等の地盤材料との混合物を第二の試料として採取する第三の工程と、前記第二の試料のセメント水比を求める第四の工程と、前記第二の試料のセメント水比及び前記第二の工程で算出した関係式から、前記根固め部の圧縮強度を推定する第五の工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る根固め部の強度推定方法においては、前記第二の工程では、骨材の量、セメントの量、及び水の量を変えて複数の試験体を生成し、これら複数の前記試験体から測定したセメント水比及び圧縮強度のデータから回帰式を求め、前記関係式とするとよい。
【０００８】
また、本発明に係る根固め部の強度推定方法は、地盤を掘削した杭穴の底部にセメントミルクを含む液体を注入、固化することによって形成される根固め部の強度推定方法であって、前記地盤の前記根固め部が形成される層から前記層の構成物を第一の試料として採取する第一の工程と、前記第一の試料の表乾時の吸水率を測定する第二Ａの工程と、各種地盤材料を骨材として含むセメントミルクを複数種類生成して固化させ、下記（数１）式を使用して、その前記セメントミルクの実質のセメント水比と固化後の圧縮強度とを求め、前記各種地盤材料を骨材として含むセメントミルクの実質のセメント水比と固化後の圧縮強度との関係式を算出する第二Ｂの工程と、
（数１）
実質のセメント水比における水量＝単位水量−単位骨材量×表乾時の吸水率／１００
掘削した杭穴の底部にセメントミルクを注入し、注入後の前記セメントミルクと掘削土砂等の地盤材料との混合物を第二の試料として採取する第三の工程と、前記吸水率及び前記（数１）式を使用し、前記第二の試料の実質のセメント水比を求める第四Ａの工程と、前記第二の試料の前記実質のセメント水比及び前記第二Ｂの工程で算出した関係式から、前記根固め部の圧縮強度を推定する第五Ａの工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る根固め部の強度推定方法においては、前記第二Ｂの工程では、地盤材料、骨材の量、セメントの量、及び水の量を変えて複数の試験体を生成し、これら複数の前記試験体から測定した実質のセメント水比及び圧縮強度のデータから回帰式を求め、前記関係式とするとよい。
【発明の効果】
【００１０】
上述の構成によれば、セメント水比と圧縮強度との関係から、根固め部の圧縮強度を推定するので、第二の試料に入っている地盤材料の量に関わらず、根固め部の圧縮強度を推定することができ、より正確に、根固め部の圧縮強度を推定することができる。
【００１１】
また、上述の構成によれば、第二の試料に含まれる地盤材料の量の種類によらず、一つの関係式から根固め部の圧縮強度を推定できるので、汎用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態における基礎杭を示した縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態における施工手順を示した縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る各種地盤材料による圧縮強度とセメント水比との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態の変形例に係る各種地盤材料による圧縮強度と実質のセメント水比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る根固め部の強度推定方法の好適な実施形態について図１〜図４に基づいて詳細に説明する。この根固め部の強度推定方法は、基礎杭の施工の際に、掘削した杭穴の底部にセメントミルクを含む液体を注入して形成する根固め部の強度推定方法である。本実施形態においては、図１に示すように、地盤１１において、地表から支持層１２にかけて掘削した杭穴１の底部に根固め部を構築した後、杭穴１に基礎杭３１を配設する場合において、基礎杭３１を配設する以前に根固め部の強度を推定する方法について例示する。杭穴１を掘削する際に使用する掘削機は、図２Ａに示すように、掘削ロッド２の先端に掘削ヘッド３を備えたものである。掘削ヘッド３は、順方向に回転させた場合に掘削歯が閉じた状態となる。一方、逆方向に回転させると掘削歯が広がり、拡大掘りができるようになっている。
【００１４】
第一の工程：この根固め部の強度推定方法では、まず根固め部が形成される支持層１２から試料（第一の試料）を採取する。試料を採取する場合には、例えば、ボーリングによって行えば良い。
【００１５】
第二の工程：第一の工程で採取した試料を骨材として含むセメントミルクを複数種類生成し、そのセメント水比とそれを固化させたものの圧縮強度とを測定することにより、第一の試料を骨材として含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度の関係式を算出する。より具体的には、第一の試料を骨材として含む試験体としてのセメントミルクを、骨材の量と、セメントの量と、水の量とをそれぞれ変えて、後述する確認実験の表２のように、例えば、１２パターン（少なくとも２パターン）生成し、それらのセメント水比を算出するとともに、それらを固化させ、材齢２８日の圧縮強度を測定する。その結果（データ）から、図３に示すように、セメント水比と圧縮強度の関係式（回帰式）を算出する。尚、回帰式は直線となる。図３は、第一の試料が、礫質砂だった場合（図３Ａ）、砂混じり粘土だった場合（図３Ｂ）、砂質粘土だった場合（図３Ｃ）、砂混じり礫（図３Ｄ）だった場合の第一の試料を骨材として含むセメントミルクのセメント水比と圧縮強度の関係の一例を示している。図３に示すように、第一の試料の材質によって、セメント水比と圧縮強度の関係式は異なる。
【００１６】
第三の工程：図２Ａに示すように、基礎杭の施工現場にて、水（掘削液）を注入しながら掘削ロッド２によって杭穴１を掘削する。杭穴１を掘削する際には、図２Ｂで示すように、練付ドラム４で杭穴１の側壁を均しながら掘削することが好ましい。掘削された杭穴１は、注入した水と掘削土砂等の地盤材料とが混合した泥水１３で満たされることになる。支持層１２に到達するまで掘削したら、掘削ロッド２を逆転させ、掘削ロッド２の先端部である掘削ヘッド３を拡開させる。その状態で、図２Ｂに示すように、掘削ロッド２によって、杭穴１の他の部分より大きな径で支持層１２を拡大掘削を行い、拡大部１Ａを形成する。その後、図２Ｃに示すように、拡大部１Ａにセメントミルク（根固め液）を注入し、泥水１３と地盤材料と撹拌混合する。セメントミルクは、ソイルセメント２１となる。セメントミルクを充填した後、掘削ロッド２を杭穴１から引き上げ、図２Ｄの状態で、ソイルセメント２１が固化する前にソイルセメント２１（地盤材料を含んだセメントミルク）から試料（第二の試料）を採取する。試料の採取方法としては、例えば、掘削ロッド２の先端に試料採取器を取り付け、これにより、試料を採取する。尚、第二の試料を採取する前に、セメントミルクと泥水１３と地盤材料とを掘削機の掘削ロッド２によって撹拌混合したが、撹拌しなくともよい。
【００１７】
第四の工程：第二の試料のセメント水比を求める。第二の試料の水分量を求める際には、例えば、電子レンジで水分を蒸発させる方法や赤外線水分計を使用することができる。また、第二の試料のセメント量の算出には、例えば、水分を蒸発させた後の試料を所定量の塩酸に溶解させて水酸化ナトリウムで滴定を行う方法や、酸に溶解させた際の溶解熱の算出により求める方法などを使用することができる。
【００１８】
第五の工程：第二の試料のセメント水比と前述の関係式とから、根固め部３２の圧縮強度を推定する。
【００１９】
第六の工程：施工目標と比較して圧縮強度が足りないと推定される場合、セメントミルクを更に充填する等の補修を施す。圧縮強度が十分であると推定される場合、図２Ｅに示すように、杭穴１内の拡大部１Ａより上部の部分１Ｂに杭周固定液２２を地表付近にまで注入する。その際に、地上に溢れ出す泥水１３は、例えば、セメント系の固化材を添加して固化し、トラックで搬送可能な程度の粘度として産業廃棄物として処分してもよい。その後に、図２Ｆに示すように、基礎杭３１を拡大部１Ａに達するまで沈設する。拡大部１Ａのソイルセメント２１が固まると、根固め部３２となる。
【００２０】
上述のように、予め、基礎杭３１の支持層１２となる個所から試料を採取し、その試料を骨材として含むセメントミルクのセメント水比と、それを固化させたものの圧縮強度との関係式を求める。そして、根固め部３２を施工する際に拡大部１Ａに注入した固化する前のセメントミルク（ソイルセメント）から試料を採取し、その試料のセメント水比を求め、前述の関係式から圧縮強度を求めるようにしている。セメント水比は、セメントの量と水の量のみから決まる量である。従って、試料に含まれる骨材（地盤材料）の量に関係なく圧縮強度を推定することができる。
【００２１】
また、水は、地盤材料と比較して、セメントミルクと均一に混ざりやすく、試料採取場所によるセメント水比の変化は、地盤材料の試料採取場所による量の変化と比較して、小さいものと考えられる。従って、セメント水比から圧縮強度を求める本方法は、試料の比重から圧縮強度を求める場合よりも、誤差が少なく圧縮強度を推定することができる。
【００２２】
また、圧縮強度の推定にかかる日数も、拡大部１Ａにセメントミルクを打設してから１日以内で可能なので、早期に根固め部３２の補修が可能となる。試料のセメント水比を求める際に、試料中の骨材を確認することができ、杭穴１が支持層１２に達したかどうかを確認することができる。
【００２３】
（変形例）
第二の工程の代わりに、下記第二Ａの工程及び第二Ｂの工程を行い、第四の工程の代わりに下記第四Ａの工程を行い、第五の工程の代わりに下記第五Ａの工程を行っても良い。
【００２４】
第二Ａの工程：第一の試料の表乾時の吸水率を測定する。第一の試料の表乾時の吸水率を求める際には、ＪＩＳ  Ａ  １１１０を参考に、第一の試料の表面に見える水膜をふき取った状態を表乾状態とする。
【００２５】
第二Ｂの工程：下記（数１）、（数２）式を使用し、予め、礫、粘土、土丹、砂等の支持層の地盤材料となる材料を骨材として含むセメントミルクを複数種類生成し、図４に示すように、その実質のセメント水比とそのセメントミルクを固化させた際の圧縮強度の関係式を求める。後述する確認実験のように、骨材の種類、骨材の量と、セメントの量と、水の量とをそれぞれ変えて、例えば、４８パターンのセメントミルク試験体を生成する。下記（数１）、（数２）式を使用し、それらの実質のセメント水比を算出するとともに、それらを固化させ、材齢２８日の圧縮強度を測定する。その結果（データ）から、実質のセメント水比と圧縮強度の関係式（回帰式）を算出する。尚、回帰式は直線となる。
（数１）
実質のセメント水比における水量（ｇ）＝単位水量（ｇ）−単位骨材量（ｇ）×表乾時の吸水率／１００
（数２）
実質のセメント水比＝単位セメント量（ｇ）／実質のセメント水比における水量（ｇ）
【００２６】
第四Ａの工程：（数１）式、（数２）式及び第二Ａの工程で求めた吸水率を使用し、第二の試料の実質のセメント水比を求める。
【００２７】
第五Ａの工程：第二の試料の実質のセメント水比及び前記関係式から、根固め部３２の圧縮強度を推定する。
【００２８】
上述のように、予め、礫、粘土、土丹、砂等、支持層の地盤材料となる材料を使用したセメントミルクを複数種類生成し、固化させ、実質のセメント水比と圧縮強度の関係を求める。また、予め基礎杭３１の支持層１２となる個所から試料を採取し、その試料の表乾時の吸水率を求める。そして、根固め部３２を施工する際に拡大部１Ａに注入した、固化する前のセメントミルク（ソイルセメント）から試料を採取し、その試料の実質のセメント水比を求め、前述の関係式から圧縮強度を求めるようにしている。セメント水比は、セメントの量と水の量のみから決まる量である。従って、骨材（地盤材料）の量に関係なく圧縮強度を推定することができる。
【００２９】
また、水は、地盤材料と比較して、セメントミルクと均一に混ざりやすく、試料採取場所によるセメント水比の変化は、地盤材料の試料採取場所による量の変化と比較して、小さいものと考えられる。従って、セメント水比から圧縮強度を求める本方法は、試料の比重から圧縮強度を求める場合よりも、誤差が少なく圧縮強度を推定することができる。
【００３０】
また、骨材の種類に関係なく、強度を推定することができるので、汎用性が高い。圧縮強度の推定にかかる日数も、拡大部１Ａにセメントミルクを打設してから１日以内で可能なので、早期に根固め部３２の補修が可能となる。試料のセメント水比を求める際に、試料中に骨材を確認することができ、杭穴が支持層に達したかどうかを確認することができる。
【００３１】
（確認実験）
・試験体の水準
セメントは普通ポルトランドセメントを使用し、水は水道水を使用した。作製した試験体は、
・水セメント比  Ｗ／Ｃ＝４０，６０，８０，１００  ｗｔ％(４水準)
・骨材重量  １０，２５，４０   ｗｔ％（３水準）
・骨材の種類  砂、礫、粘土、土丹(４水準）
の計４８水準とした。使用した地盤材料（骨材）の記号および密度を表１に、調合を表２に示す。記号は、水セメント比-骨材重量-骨材の種類で記述することにし、例えば、水セメント比８０％で、骨材重量が２５％で、礫を使用した水準は、８０−２５−Ｒと記述する。骨材はあらかじめ乾燥炉において１０５℃で乾燥させた状態とした。
【表１】
2018119337.tif 000003
【表２】
2018119337.tif 000004
【００３２】
・強度試験
練混ぜはＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じ、φ５０×１２０ｍｍ の円柱型枠に打設した。水セメント比の大きい水準については、ブリーディングが考えられるため、水が逸散しない条件下で練返しを行い、ブリーディングがなくなった状態で打ち込んだ。材齢３日で脱型し、約φ５０×１００ｍｍに成形した後、所定の材齢まで２０℃に管理された水中で養生を行い、圧縮強度の測定を行った。セメント水比と圧縮強度の関係は図３に示した通りである。また、実質のセメント水比と圧縮強度の関係は、図４に示した通りである。尚、Ｒの２乗は、決定係数を表す。
【００３３】
実質のセメント水比の求めかたの例を説明する。調合名４０−１０−Ｓの場合、表１、表２より
単位水量（ｇ）＝１．５４×１０００／３
単位骨材量（ｇ）＝０．６×１０００／３
表乾時の吸水率（％）＝１．７
単位セメント量（ｇ）＝３．８６×１０００／３
となる。
【００３４】
実質のセメント水比における水量（ｇ）
＝単位水量（ｇ）−単位骨材量（ｇ）×表乾時の吸水率（％）／１００
＝１．５４×１０００／３−０．６×（１０００／３）×１．７／１００
＝１．５２９８×１０００／３
【００３５】
実質のセメント水比
＝単位セメント量（ｇ）／実質のセメント水比における水量（ｇ）
＝３．８６×（１０００／３）／（１．５２９８×１０００／３）
＝２．５２３２
となる。
【００３６】
実質のセメント水比と圧縮強度の関係式は、例えば、図４に示すように、
ｙ＝３１．９６９ｘ−２７．３３となる。
【００３７】
尚、上述の実施形態では、杭穴１の底部を拡大掘りして、拡大部１Ａを形成したが、拡大部１Ａを形成せず、他の部分と同じ径とした杭穴１の底部にセメントミルクを注入して根固め部を形成してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１    杭穴
１Ａ    拡大部
１１    地盤
１２    支持層
２１    ソイルセメント
３１    基礎杭
３２    根固め部
【図１】
2018119337.tif 000005
【図２】
2018119337.tif 000006
【図３】
2018119337.tif 000007
【図４】
2018119337.tif 000008