(57)【要約】【課題】場所打ち杭の施工時に孔壁の崩壊による地盤の変状の影響が既設構造物に及ぶことを防止すると共に、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が既設構造物２の近傍で施工される場所打ち杭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、既設構造物２側の所定の範囲１０Ｂでは、天端から下端まで延びるソイルセメント柱１２が隙間なく構築されているのに対して、間引き側の範囲１０Ｃでは、上部１０Ａについてはソイルセメント柱１２、１４が隙間なく構築され、上部１０Ａより下側についてはソイルセメント柱１２が間隔を空けて構築されていることを特徴とする。【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、既設構造物の近傍で施工される場所打ち杭の杭孔を囲うように配されて接続された場所打ち杭の孔壁防護体であって、
前記既設構造物側の所定範囲では、天端から下端まで延びる柱状改良体が隙間なく構築されているのに対して、前記所定範囲以外では、天端から所定長さの上部については柱状改良体が隙間なく構築され、該上部より下側については柱状改良体が間隔を空けて構築されていることを特徴とする場所打ち杭の孔壁防護体。
【請求項２】
前記複数の柱状改良体の周囲に、地盤変状の範囲の拡大を抑止する柱状改良体が構築されていることを特徴とする請求項１に記載の場所打ち杭の孔壁防護体。
【請求項３】
複数の柱状改良体を、既設構造物の近傍で施工される場所打ち杭の杭孔を囲うように配して接続することにより、孔壁防護体を構築する方法であって、
前記孔壁防護体の前記既設構造物側の所定範囲は、前記孔壁防護体の天端から下端まで延びる柱状改良体を隙間なく構築し、
前記孔壁防護体の前記所定範囲以外は、天端から所定長さの上部については柱状改良体を隙間なく構築し、該上部より下側については柱状改良体を間隔を空けて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４】
前記複数の柱状改良体の周囲に、地盤変状の範囲の拡大を抑止する柱状改良体を構築することを特徴とする請求項３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、場所打ち杭の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、孔壁防護体の全周に亘って柱状改良体を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、孔壁防護体と既存構造物との間で地表面の沈下や変形等の地盤の変状が生じた。
【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孔壁の崩壊による地盤の変状の影響が近隣の既設構造物に及ぶことを防止すると共に、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、既設構造物の近傍で施工される場所打ち杭の杭孔を囲うように配されて接続された場所打ち杭の孔壁防護体であって、前記既設構造物側の所定範囲では、天端から下端まで延びる柱状改良体が隙間なく構築されているのに対して、前記所定範囲以外では、天端から所定長さの上部については柱状改良体が隙間なく構築され、該上部より下側については柱状改良体が間隔を空けて構築されていることを特徴とする。
【０００７】
前記場所打ち杭の孔壁防護体において、前記複数の柱状改良体の周囲に、地盤変状の範囲の拡大を抑止する柱状改良体が構築されていてもよい。
【０００８】
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、既設構造物の近傍で施工される場所打ち杭の杭孔を囲うように配して接続することにより、孔壁防護体を構築する方法であって、前記孔壁防護体の前記既設構造物側の所定範囲は、前記孔壁防護体の天端から下端まで延びる柱状改良体を隙間なく構築し、前記孔壁防護体の前記所定範囲以外は、天端から所定長さの上部については柱状改良体を隙間なく構築し、該上部より下側については柱状改良体を間隔を空けて構築することを特徴とする。
【０００９】
前記場所打ち杭の孔壁防護体の構築方法において、前記複数の柱状改良体の周囲に、地盤変状の範囲の拡大を抑止する柱状改良体を構築してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、場所打ち杭の施工時に孔壁の崩壊による地盤の変状の影響が近隣の既設構造物に及ぶことを防止すると共に、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】
【００１１】
【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】孔壁防護体の施工手順を示す平面図である。
【図５】孔壁防護体の施工手順を示す平面図である。
【図６】模型の孔壁防護体を示す立面図である。
【図７】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８】遠心模型実験の全体計画を示す平面図である。
【図９】遠心模型実験の全体計画を示す立面図である。
【図１０】地表面の沈下量の計測位置を示す平面図である。
【図１１】実験結果を示すグラフである。
【図１２】実験結果を示すグラフである。
【図１３】実験結果を示すグラフである。
【図１４】実験結果を示すグラフである。
【図１５】実験実施後の模型地盤の表面を示す写真である。
【図１６】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】
【００１２】
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。
【００１３】
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２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２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。
【００１４】
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は、孔壁防護体１０の天端から下端まで延びているのに対して、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）の範囲まで延びている。
【００１５】
ここで、孔壁防護体１０は、既設構造物２側（既設構造物２に面している側）の半周の範囲１０Ｂとその反対側（既設構造物２に面していない側）の半周の範囲１０Ｃとで構成が異なっている。既設構造物２側の範囲１０Ｂでは、ソイルセメント柱１２が連続して構築されているのに対して、その反対側の範囲１０Ｃでは、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。
【００１６】
既設構造物２側の範囲１０Ｂでは、隣合ったソイルセメント柱１２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。また、既設構造物２側とは反対側の範囲１０Ｃでは、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。
【００１７】
つまり、孔壁防護体１０における既設構造物２側の範囲１０Ｂで孔壁が崩壊しなければ、その反対側の範囲１０Ｃで孔壁が崩壊したとしても、周囲の地盤の変形や地表面の沈下等の地盤変状の影響が近隣の既設構造物２に及ぶことはない。そこで、孔壁防護体１０における既設構造物２側の範囲１０Ｂでは、孔壁防護体１０の天端から下端まで延びるソイルセメント柱１２が隙間なく配されているのに対して、その反対側（以下、間引き側という）の範囲１０Ｃでは、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）については、ソイルセメント柱１２、１４が隙間なく配され、孔壁防護体１０における上部１０Ａよりも下側の範囲については、ソイルセメント柱１２が１本おきに配されている。
【００１８】
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、孔壁防護体１０の上部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２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、杭頭処理としての斫り作業、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、孔壁防護体１０の上部１０Ａの内側での作業が発生するからである。また、孔壁防護体１０の上部１０Ａよりも下側で既設構造物２側の範囲１０Ｂについても、強度が、周囲の地盤の土水圧に対して抵抗して半円状の形状を保持できる程度に設定されている。
【００１９】
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掘削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。
【００２０】
また、孔壁防護体１０は、一対の円柱状のソイルセメント柱１６を備えている。この一対のソイルセメント柱１６は、ソイルセメント柱１２、１４で構成される円環状部分の外周側に、既設構造物２側の範囲１０Ｂと間引き側の範囲１０Ｃとの境界のソイルセメント柱１２に隣接するように配されており、孔壁防護体１０の天端から下端まで延びている。
【００２１】
図２〜図５は、孔壁防護体１０の施工手順を示す平面図である。図２及び図３に示すように、既設構造物２側の範囲１０Ｂについては、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１２を構築する。一方、図４及び図５に示すように、間引き側の範囲１０Ｃについては、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。そして、図示は省略するが、一対のソイルセメント柱１６を、ソイルセメント柱１２、１４で構成される円環状部分の外周側に、既設構造物２側の範囲１０Ｂと間引き側の範囲１０Ｃとの境界のソイルセメント柱１２に隣接するように構築する。なお、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。
【００２２】
ここで、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１２又はソイルセメント柱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１２、１４を構築すると共に、該ソイルセメント柱１２、１４とその両側のソイルセメント柱１２とを連結する。
【００２３】
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。
【００２４】
図６は、模型の孔壁防護体１００を示す立面図であり、図７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６の立面図及び図７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、１６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、１６０の直径は２４ｍｍである。さらに、実物のソイルセメント柱１２、１４、１６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、１６０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。
【００２５】
ここで、ソイルセメント柱１２０、１４０、１６０の強度は１．０Ｎ／ｍｍ２程度に設定した。このため、ソイルセメント柱１２０、１４０、１６０のセメント量は２００ｋｇ／ｍ３程度で模型を作製した。また、ソイルセメント柱１２０、１４０、１６０の水セメント比Ｗ／Ｃは１００％程度としている。
【００２６】
図８は、遠心模型実験の全体計画を示す平面図であり、図９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、その中の二つの領域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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、孔壁防護体１００の中心から軌道側に９２ｍｍ（図１０に示すように実物のスケールでは２．３ｍ）、１７６ｍｍ（図１０に示すように実物のスケールでは４．４ｍ）、軌道の反対側に１００ｍｍ（図１０に示すように実物のスケールでは２．５ｍ）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。
【００２９】
ここで、一方の領域１１０Ａでは、図１０に示すように軌道の位置に外力荷重（軌道荷重および列車荷重＝３４ｋＮ／ｍ２に相当する荷重）を作用させた条件で実験した（この実験をＣａｓｅ２という）。また、他方の領域１１０Ａでは、外力荷重を作用させないで実験した（この実験をＣａｓｅ１という）。
【００３０】
図１１〜図１４は、実験結果を示すグラフである。なお、このグラフでは、実験モデル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、図１１及び図１３では、杭芯から軌道側に２．３ｍの位置の結果を黒色の線で示し、杭芯から軌道側に４．４ｍの位置の結果を灰色の線で示している。また、図１２及び図１４には、杭芯から間引き側に２．５ｍの位置の結果を示している。
【００３１】
図１１及び図１３に示すように、軌道側では、Ｃａｓｅ１、Ｃａｓｅ２の双方で地表面の沈下がほとんど生じていないことがわかる。これは、ソイルセメント柱１２０を間引くことなく配置して隣合ったソイルセメント柱１２０を重なり合わせたことによって、地盤の変形が生じなかったためであると考えられる。
【００３２】
一方、図１２及び図１４に示すように、間引き側では、Ｃａｓｅ１、Ｃａｓｅ２の双方で水位低下直後は地表面の沈下がほとんど生じていないことがわかる。しかし、水位低下量が２．３〜２．７ｍ（周辺地盤の水位より０．３〜０．７ｍの低下）以降に徐々に地表面の沈下が生じることがわかる。その最大値は、５０〜６０ｃｍ程度である。
【００３３】
図１５は、Ｃａｓｅ１の実験実施後の模型地盤を示す写真であり、図１６は、Ｃａｓｅ２の実験実施後の模型地盤を示す写真である。これらの写真から、間引き側では、水位低下に伴う地盤変形が生じて地表面が沈下しているのに対して、軌道側では、水位低下に伴う地盤変形や地表面の沈下が生じていないことが確認された。
【００３４】
また、間引き側と軌道側との境界のソイルセメント柱１６０を境にして、間引き側では地表面の沈下が生じ、軌道側では地表面の沈下が生じないことが確認された。これは、間引き側と軌道側との境界にソイルセメント柱１６０を配置することが、地表面の変状が生じる範囲が間引き側から軌道側まで広がらないようにすることに効果があることを示している。
【００３５】
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が既設構造物２の近傍に施工される場所打ち杭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の既設構造物２側の所定の範囲１０Ｂでは、孔壁防護体１０の天端から下端まで延びるソイルセメント柱１２が隙間なく構築されているのに対して、間引き側の範囲１０Ｃでは、上部１０Ａについてはソイルセメント柱１２、１４が隙間無く構築され、上部１０Ａより下側についてはソイルセメント柱１２が間隔を空けて構築されている。
【００３６】
即ち、孔壁防護体１０の上部１０Ａと、その下側における既設構造物２側の所定の範囲１０Ｂとでは、形状が維持されるように、ソイルセメント柱１２が間引くことなく構築されているのに対して、上部１０Ａより下側で間引き側の所定の範囲１０Ｃでは、ソイルセメント柱１２が１本おきに間引かれている。これによって、場所打ち杭１と既設構造物２との間での地表面の変形や沈下等の地盤の変状を抑制でき、近隣の既設構造物２に影響が及ぶことを防止できる。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の内側で杭頭処理としての斫り作業、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、上部１０Ａより下側で間引き側の所定の範囲１０Ｃでは、構築するソイルセメント柱の本数を少なくすることにより、施工コストを低減できる。
【００３７】
また、孔壁防護体１０の既設構造物２側の所定の範囲１０Ｂと、該範囲１０Ｂ以外（範囲１０Ｃ）との境界に位置するソイルセメント柱１２に隣接して、地盤変状の範囲の拡大を抑止するソイルセメント柱１６を構築したことによって、間引き側で生じた地盤変状の影響が既設構造物２に及ぶことを防止できる。
【００３８】
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の既設構造物２側の半周を、ソイルセメント柱１２を間引くことなく構築する所定範囲とし、該所定範囲外の半周を、ソイルセメント柱１２を間引く範囲としたが、当該所定範囲は、原位置の土質や地下水圧や場所打ち杭１と既設構造物２との距離等に応じて適宜決めればよい。また、孔壁防護体１０の間引き側では、１本おきにソイルセメント柱１２を間引いたが、例えば、ソイルセメント柱１２を複数本連続で構築して１本間引いたり、ソイルセメント柱１２を複数本連続して間引いたりしてもよい。
【００３９】
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。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。
【００４０】
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】
【００４１】
１  場所打ち杭、２  既設構造物、１０  孔壁防護体、１０Ａ  上部、１０Ｂ  範囲、１０Ｃ  範囲、１２、１４、１６  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、１６０  ソイルセメント柱
【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１２】
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【図１４】
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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１３】
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【図１５】
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【図１６】
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