(57)【要約】【課題】場所打ち杭の施工時における周囲の地盤変状を抑制すると共に、孔壁防護体の施工コストを低減する。【解決手段】複数のソイルセメント柱１２、１４が場所打ち杭１の杭孔を囲うように配されて連結された孔壁防護体１０であって、上部１０Ａでは、複数のソイルセメント柱１２、１４の強度が全周に亘って一様であり、上部１０Ａより下側では、複数のソイルセメント柱のうちの一部（ソイルセメント柱１２）の強度が、上部１０Ａと同等であるのに対して、その他の複数のソイルセメント柱１４の強度が、上部１０Ａよりも低いことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の柱状改良体が場所打ち杭の杭孔を囲うように配されて接合された孔壁防護体であって、
天端から所定長さの上部では、複数の柱状改良体の強度が全周に亘って一様であり、
前記上部より下側では、前記複数の柱状改良体のうちの一部の強度が、前記上部と同等であるのに対して、その他の前記複数の柱状改良体の強度が、前記上部よりも低いことを特徴とする場所打ち杭の孔壁防護体。
【請求項２】
複数の柱状改良体を場所打ち杭の杭孔を囲うように配して接合することにより、孔壁防護体を構築する方法であって、
前記孔壁防護体の天端から所定長さの上部は、前記複数の柱状改良体の強度が全周に亘って一様となるように構築し、
前記孔壁防護体の上部より下側は、前記複数の柱状改良体のうちの一部の強度が、前記上部と同等となるのに対して、その他の前記複数の柱状改良体の強度が、前記上部よりも低くなるように構築することを特徴とする場所打ち杭の孔壁防護体の構築方法。
【請求項３】
前記柱状改良体を、地盤内に改良材を注入しながら削孔攪拌することにより構築し、
前記柱状改良体の前記上部よりも低強度の部分を攪拌する時間及び回数を、前記柱状改良体の前記上部及び該上部と同程度の強度の部分よりも減らすことを特徴とする請求項２に記載の場所打ち杭の孔壁防護体の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、場所打ち杭の孔壁防護体、及びその構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近隣に既設構造物が存在する狭隘な敷地で場所打ち杭を施工する場合、孔壁が崩壊すると近隣の既設構造物に影響が及ぶ可能性があるため、孔壁を防護する必要がある。そこで、特許文献１に記載の孔壁防護方法では、複数の柱状改良体を円環状に連結した孔壁防護体を、杭孔を囲うように構築することで孔壁を防護している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７４６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願の発明者等が、特許文献１に記載の孔壁防護体の施工コストを低減することを目的として、柱状改良体を１本おきに間隔を空けて構築することを検討し、実際の応力場・ひずみ場および外力条件を模擬した遠心模型実験を実施したところ、地表面の沈下や変形等の地盤の変状が発生した。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、場所打ち杭の施工時における周囲の地盤変状を抑制すると共に、孔壁防護体の施工コストを低減することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る場所打ち杭の孔壁防護体は、複数の柱状改良体が場所打ち杭の杭孔を囲うように配されて接合された孔壁防護体であって、天端から所定長さの上部では、複数の柱状改良体の強度が全周に亘って一様であり、前記上部より下側では、前記複数の柱状改良体のうちの一部の強度が、前記上部と同等であるのに対して、その他の前記複数の柱状改良体の強度が、前記上部よりも低いことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る場所打ち杭の孔壁防護体の構築方法は、複数の柱状改良体を場所打ち杭の杭孔を囲うように配して接合することにより、孔壁防護体を構築する方法であって、前記孔壁防護体の天端から所定長さの上部は、前記複数の柱状改良体の強度が全周に亘って一様となるように構築し、前記孔壁防護体の上部より下側は、前記複数の柱状改良体のうちの一部の強度が、前記上部と同等となるのに対して、その他の前記複数の柱状改良体の強度が、前記上部よりも低くなるように構築することを特徴とする。
【０００８】
上記場所打ち杭の孔壁防護体の構築方法において、前記柱状改良体を、地盤内に改良材を注入しながら削孔攪拌することにより構築してもよく、前記柱状改良体の前記上部よりも低強度の部分を攪拌する時間及び回数を、前記柱状改良体の前記上部及び該上部と同程度の強度の部分よりも減らしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、場所打ち杭の施工時における周囲の地盤変状を抑制すると共に、孔壁防護体の施工コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る孔壁防護体を示す斜視図である。
【図２】孔壁防護体の施工手順を示す平面図である。
【図３】孔壁防護体の施工手順を示す平面図である。
【図４】模型の孔壁防護体を示す立面図である。
【図５】実物の孔壁防護体と模型の孔壁防護体との関係を示す表である。
【図６】遠心模型実験の全体計画を示す平面図である。
【図７】遠心模型実験の全体計画を示す立面図である。
【図８】地表面の沈下量の計測位置を示す平面図である。
【図９】実験結果を示すグラフである。
【図１０】実験実施後の模型地盤の表面を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る孔壁防護体１０を示す斜視図である。この図に示すように、孔壁防護体１０は、場所打ち杭１を造成する際に掘削する杭孔を囲うように円環状に、地上から地下水位以深で掘削孔の下端に達しない深さまで構築されている。
【００１２】
ここで、本実施形態では、場所打ち杭１を、鉄道等の既設構造物が近隣に存在する狭隘な敷地で施工するため、孔壁が崩壊して近隣の既設構造物に影響が及ぶことを防止する必要がある。そこで、孔壁防護体１０を構築して孔壁を防護している。
【００１３】
孔壁防護体１０は、複数の円柱状のソイルセメント柱１２、１４が円環状に配されて連結されたソイルセメント柱列壁である。ソイルセメント柱１２が１本おきに構築され、隣合ったソイルセメント柱１２の間にソイルセメント柱１４が構築されている。ここで、隣合ったソイルセメント柱１２、１４の中心間距離は、これらの直径よりも短くなっており、隣合ったソイルセメント柱１２、１４は、互いに側部同士が重なり合った状態で接合されている。
【００１４】
ソイルセメント柱１２は、天端から下端まで一様の強度であるのに対して、ソイルセメント柱１４は、天端から下方に所定長さＬ（例えば、２０００〜３０００ｍｍあるいは杭長の１／３〜１／５の長さ）の範囲はソイルセメント柱１２と同等の強度、当該範囲よりも下側の範囲はソイルセメント柱１２よりも低強度となっている。即ち、孔壁防護体１０における天端から下方に上記所定長さＬの範囲（以下、上部１０Ａという）は、全周に亘って同等の強度のソイルセメント柱が配された構成であるのに対して、孔壁防護体１０における上部１０Ａよりも下側の範囲は、上部１０Ａと同等の強度のソイルセメント柱とそれよりも低強度のソイルセメント柱とが交互に配された構成となっている。
【００１５】
ここで、孔壁防護体１０の上部１０Ａの強度は、周囲の地盤の土水圧に対して抵抗して円環状の形状を保持できる程度に設定されている。なぜなら、上部１０Ａの形状が崩壊した場合には、地表面近傍で孔壁が崩壊して近隣の既設構造物に影響が及ぶ可能性があるからである。また、場所打ち杭１の頭部については、先打ちコンクリートの斫り作業、及び後打ちコンクリートの打設作業を実施する必要があり、上部１０Ａの内側での作業が発生するからである。
【００１６】
それに対して、孔壁防護体１０における上部１０Ａよりも下側の範囲の強度は、周囲の地盤の土水圧で崩壊することがなく、周囲の地盤から杭孔への土粒子の流入を止めることができる程度に設定されている。なぜなら、周囲の地盤から杭孔へ土粒子が流れ込んだ場合には、周囲の地盤が変形して地表面が沈下することで、近隣の既設構造物に影響が及ぶ可能性があるからである。
【００１７】
つまり、孔壁防護体１０の上部１０Ａの形状が維持されると共に、上部１０Ａより下側において周囲の地盤から杭孔への土粒子の流入が防止されれば、周囲の地盤の変形や地表面の沈下等の地盤変状が抑制されて近隣の既設構造物に影響が及ぶことはない。そこで、孔壁防護体１０の上部１０Ａについては、全周に亘って一様に高強度のソイルセメント柱を設けているのに対して、上部１０Ａよりも下側については、高強度のソイルセメント柱と低強度のソイルセメント柱とを１本おきに交互に設けることで、近隣の既設構造物に影響が及ぶような地盤変状の発生を防止すると共に、孔壁防護体１０の施工コストを低減することを可能にしている。
【００１８】
なお、孔壁防護体１０の止水性については、上部１０Ａへの地下水の流入や杭孔から周囲の地盤への安定液の流出を抑えるために高く設定することが望ましいが、これは必須ではない。
【００１９】
図２及び図３は、孔壁防護体１０の施工手順を示す平面図である。これらの図に示すように、ソイルセメント柱１２を１本おきに構築して、構築済みのソイルセメント柱１２の間にソイルセメント柱１４を構築する。施工機械は、狭隘かつ空頭制限のある敷地での施工に対応可能であるコンパクトな機械攪拌式地盤改良機、例えば、ボーリングマシーンの先端にビットのある削孔攪拌翼と、セメントミルクの吐出口とを設けたもの等を使用する。
【００２０】
ここで、ソイルセメント柱１４を構築するために地盤を削孔する際には、上記例の削孔攪拌翼等により構築済みのソイルセメント柱１２の側部を切削する。そして、掘削孔内においてセメントミルクと掘削土とを攪拌混合することで、ソイルセメント柱１４を構築すると共に、該ソイルセメント柱１４とその両側のソイルセメント柱１２とを連結する。
【００２１】
ここで、ソイルセメント柱１２は、下端から上端まで、一定の回転数で攪拌すると共に一定の単位時間当たりの量でセメントミルクを吐出させながら一定の速度Ｖで下降もしくは上昇させることによって、下端から上端まで強度が一様になるように構築する。それに対して、ソイルセメント柱１４は、一定の回転数で攪拌すると共に一定の単位時間当たりの量でセメントミルクを吐出させながら、上部１０Ａよりも下側の範囲では、ソイルセメント柱１２を構築する際の速度Ｖよりも速い速度Ｖ´で下降もしくは上昇させ、上部１０Ａの範囲では、ソイルセメント柱１２を構築する際の速度Ｖで下降もしくは上昇させることによって構築する。これにより、ソイルセメント柱１４における上部１０Ａの範囲の強度はソイルセメント柱１２の全体と同程度に、ソイルセメント柱１４における上部１０Ａより下側の範囲の強度は、その上側の範囲及びソイルセメント柱１２よりも低強度になる。また、ソイルセメント柱１４の上部１０Ａよりも下側の範囲のセメント量（ｋｇ／ｍ３）は、その上の範囲及びソイルセメント柱１２よりも少なくなる。
【００２２】
以上のようにして構築される孔壁防護体１０の効果を確認するために、実際の応力場・ひずみ場および外力条件を模擬した遠心模型実験を実施したので、以下説明する。図４は、模型の孔壁防護体１００を示す立面図であり、図５は、実物の孔壁防護体１０と模型の孔壁防護体１００との関係を示す表である。図４の立面図及び図５の表に示すように、実物の孔壁防護体１０の内径すなわち本設杭の直径は３０００ｍｍであるのに対して、模型の本設杭の直径は１２０ｍｍである。また、実物の本設杭の長さは１００００ｍｍであるのに対して、模型の本設杭の長さは４００ｍｍである。また、実物のソイルセメント柱１２、１４の直径は６００ｍｍであるのに対して、模型のソイルセメント柱１２０、１４０の直径は２４ｍｍである。さらに、実物のソイルセメント柱１２、１４のラップ長（交点間の長さ）は１３０ｍｍであるのに対して、模型のソイルセメント柱１２０、１４０のラップ長は５．２ｍｍである。即ち、模型の孔壁防護体１００は、実物の孔壁防護体１０の１／２５のサイズである。
【００２３】
ここで、模型のソイルセメント柱１２０の全体及びソイルセメント柱１４０の天端から所定深さ（１００ｍｍ）までの強度は１．０Ｎ／ｍｍ２程度に設定し、ソイルセメント柱１４０の所定深さ以深の範囲の強度は０．５Ｎ／ｍｍ２程度に設定した。このため、模型のソイルセメント柱１２０の全体及びソイルセメント柱１４０の天端から所定深さ（１００ｍｍ）までのセメント量は２００ｋｇ／ｍ３程度で作製し、ソイルセメント柱１４０の所定深さ以深の範囲のセメント量は７５ｋｇ／ｍ３程度で作製した。また、水セメント比Ｗ／Ｃは、ソイルセメント柱１２０、１４０の全体を１００％程度としている。
【００２４】
図６は、遠心模型実験の全体計画を示す平面図であり、図７は、遠心模型実験の全体計画を示す立面図である。これらの図に示すように、本実験では、幅１９００ｍｍ、奥行き８００ｍｍ、深さ７００ｍｍの剛土槽１１０を幅方向及び奥行き方向について等分することで４等分に分割し、その中の一つの領域１１０Ａに模型の孔壁防護体１００を設置した。なお、他の領域１１０Ａは、他形状の孔壁防護体についての実験で使用した。
【００２５】
剛土槽１１０の模型地盤は、砂質土系試料（Ｇｓ＝２．６７４）を地盤材料として用いて空中落下法により作成した。この模型地盤の上部は相対密度Ｄｒ＝４０％程度で作成し、模型地盤の下部は、孔壁防護体１００の支持地盤にすることを想定して相対密度Ｄｒ＝６０％程度で作成した。そして、地下水位が高いことを想定して、孔壁防護体１００の周囲を、下部から通水管１０２を通して通水することにより模型地盤の表面まで飽和状態とした。
【００２６】
本実験では、剛土槽１１０に所定の遠心加速度（２５Ｇ）を付与した後に、孔壁防護体１００の内部の模擬安定液（塩水、比重１．０５）の水位を低下させた。また、図８に示すように、孔壁防護体１００の中心から１００ｍｍ、２００ｍｍの位置での地表面の沈下量をレーザー変位計１０４で計測した。
【００２７】
図９は、実験結果を示すグラフである。なお、このグラフでは、実験体をレーザー変位計で計測して得た数値を実物のスケールに換算して表示している。また、杭芯から２．５ｍの位置の結果を黒色の線で示し、杭芯から５ｍの位置の結果を灰色の線で示している。このグラフに示すように、安定液の水位の低下に伴って地表面の沈下量が徐々に増加する傾向があるが、地表面の沈下量の最大値は１ｃｍ程度と非常に小さい。
【００２８】
図１０は、実験実施後の模型地盤を示す写真である。この写真から、孔壁防護体１００の周辺の地盤では大きな変形や沈下は生じていないことが確認された。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態に係る場所打ち杭１の孔壁防護体１０では、複数のソイルセメント柱１２、１４が場所打ち杭１の杭孔を囲うように配されて連結されている。ここで、孔壁防護体１０の上部１０Ａでは、複数のソイルセメント柱１２、１４の強度が全周に亘って一様であり、上部１０Ａより下側では、複数のソイルセメント柱１２、１４のうちの一部のソイルセメント柱１２の強度が、上部１０Ａと同等であるのに対して、その他の複数のソイルセメント柱１４の強度が、上部１０Ａよりも低くなっている。
【００３０】
即ち、孔壁防護体１０の上部１０Ａについては、形状を維持できる程度に全周に亘って高強度にしているのに対して、孔壁防護体１０の上部１０Ａよりも下側の範囲については、周囲の地盤から杭孔への土粒子の流入を止めることができる程度に、１本おきに交互に高強度部分（通常の強度の部分）と低強度部分とを設けている。これによって、近隣の既設構造物に影響が及ぶような地盤変状の発生を防止できる。また、上部１０Ａの形状の崩壊を防止できることによって、上部１０Ａの内側で場所打ち杭頭部の斫り作業、及び後打ちコンクリートの打設作業等を安全に実施できる。さらに、孔壁防護体１０の低強度の部分を、攪拌時間及び回数を減らしたり、セメントミルクの量を少なくしたりして構築することにより、孔壁防護体１０の施工コストを低減できる。
【００３１】
ここで、孔壁防護体１０の低強度の部分を構築する際に、攪拌時間及び回数を減らすことにより、施工時間を短縮でき、それによるコスト低減効果を得ることができる。
【００３２】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、孔壁防護体１０の上部１０Ａより下側の範囲に、低強度部分を１本おきに構築したが、土粒子の掘削孔への流入を防止できるのであれば、例えば、低強度部分を複数本連続で構築したり、逆に、高強度部分を複数本連続で構築したりしてもよい。
【００３３】
また、実験でのセメントミルクの配合は、一例であり、原位置の土質や地下水圧等に応じて適宜決めればよい。ここで、上記実験では、低強度部分の強度を、高強度部分の強度の１／２としたが、高強度部分の強度の１／３、１／４、１／５等、周囲の地盤から杭孔への土粒子の流入を止めることができる範囲で適宜設定すればよい。
【００３４】
また、施工機械の一例として、ボーリングマシーンの先端にビットのある削孔攪拌翼と、セメントミルクの吐出口とを設けたものを挙げたが、オーガーで削孔攪拌するもの等、施工機械は適宜選択すればよい。
【００３５】
さらに、上述の実施形態では、改良体をラップ施工した場合を想定しているが、隣接する改良体同士が点で接するような状態で施工されていても同じ効果を得ることは可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  場所打ち杭、１０  孔壁防護体、１０Ａ  上部、１２、１４  ソイルセメント柱、１００  孔壁防護体、１０２  通水管、１０４  レーザー変位計、１１０  剛土槽、１１０Ａ  領域、１２０、１４０  ソイルセメント柱
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図４】
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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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