(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱粘性土層が存在する地盤において造成されたソイルセメント柱体に少なくとも頭部付近と杭底部付近に翼部が存在する翼付鋼管杭を挿入するソイルセメント合成杭の造成方法であって、翼付鋼管杭の中空部が該中空部内の空気が浮力として働くように空洞状態をなし、翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の長さが鋼管杭の長さの０．５〜３倍の長さであり、かつソイルセメント柱体の最下部が支持地盤に達していないことを特徴とするソイルセメント合成杭の造成方法。
【請求項２】
軟弱粘性土層が存在する地盤において構造物を多数のソイルセメント合成杭によって支持するような設計に用いられるソイルセメント合成杭の造成方法であって、そのソイルセメント合成杭における鋼管杭として少なくとも頭部付近と杭底部付近に翼部が存在する翼付鋼管杭を使用し、多数のソイルセメント柱体の最下部が支持地盤に達していなく、前記多数のソイルセメント柱体の先端を結んだ面が下方に突出する凸形状をなし、各翼付鋼管杭の中空部が該中空部内の空気が浮力として働くように空洞状態をなし、各翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の長さが鋼管杭の長さの０．５〜３倍の長さで、かつソイルセメント柱の相互間隔がソイルセメント柱体の直径の２〜２０倍の長さを有するようにソイルセメント合成杭を造成することを特徴とするソイルセメント合成杭の造成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、造成されたソイルセメント柱体に鋼管杭を挿入するソイルセメント杭の造成方法に関するものであり、特に詳しくは、造成されたソイルセメント柱体に翼付鋼管杭を挿入するソイルセメント合成杭の造成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下端が支持層に達するソイルセメント柱体を地中に形成し、鋼管などを前記ソイルセメント柱体中に挿入してソイルセメント合成杭とすることは、例えば特開平１−２５０５２３号公報に記載されているように公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
軟弱粘性土層が存在する地盤中において、上記の従来工法は構造物の不同沈下を防止するためには有用な工法である。しかし、地盤中に支持層に至るまでの長いソイルセメント杭を構築することは、注入する固化材量が増加して材料費が増え、更に深く掘削するので施工時間もかかり、大きな施工機械を必要とするため、コスト高となるばかりか、注入する固化材量と水が増加する分だけ、地上に排出される排土量も増加し、その処理費も増加する。また、鋼管杭を支持層まで埋設するため、埋設時間と鋼管杭の材料費が増加する。
【０００４】
この発明の目的は、軟弱粘性土層が存在する地盤であっても下端を支持層に達していなくとも軟弱土層の圧密沈下を緩和し、構造物の沈下量を許容沈下量の範囲内に収めることができ、かつ地表部近辺における水平抵抗が上記の公知のものより更に優れたソイルセメント合成杭の造成方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
１番目の発明は図１に示すように、軟弱粘性土層が存在する地盤において造成されたソイルセメント柱体に少なくとも頭部付近と杭底部付近に翼部が存在する翼付鋼管杭を挿入するソイルセメント合成杭の造成方法であって、翼付鋼管杭の中空部が該中空部内の空気が浮力として働くように空洞状態をなし、翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の長さ（Ｌｓ）が、鋼管杭の長さの０．５〜３倍の長さであり、かつソイルセメント柱体の最下部が支持地盤に達していないソイルセメント合成杭の造成方法である。
【０００６】
２番目の発明は、軟弱粘性土層が存在する地盤において構造物を多数のソイルセメント合成杭によって支持するような設計に用いられるソイルセメント合成杭の造成方法であって、そのソイルセメント合成杭における鋼管杭として少なくとも頭部付近と杭底部付近に翼部が存在する翼付鋼管杭を使用し、多数のソイルセメント柱体の最下部が支持地盤に達していなく、前記多数のソイルセメント柱体の先端を結んだ面が下方に突出する凸形状をなし、各翼付鋼管杭の中空部が該中空部内の空気が浮力として働くように空洞状態をなし、各翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の長さ（Ｌｓ）が鋼管杭の長さの０．５〜３倍の長さで、かつソイルセメント柱の相互間隔（Ｂ）がソイルセメント柱体の直径の２〜２０倍の長さを有するようにソイルセメント合成杭を造成するソイルセメント合成杭の造成方法である。
【０００７】
上記のいずれの造成方法においても少なくとも頭部付近と杭底部付近に翼部が存在する翼付鋼管杭が使用される。それ故、鋼管杭の中間部に翼部が存在してもよく、また存在しなくともよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この鋼管杭の長さは、図２に模式的に示すように、杭頭に水平荷重が作用したときに鋼管杭に発生する曲げモーメントや剪断応力がほぼ零になる深さまでの長さ以上であればよく、図３に模式的に示すように、構造物を支える全てのソイルセメント合成杭において構造荷重を周面摩擦力で支えるだけの長さ以上であればよい。
【０００９】
このような長さ以上であれば鋼管杭の長さとしては充分である。しかし、鋼管杭の部分の長さを必要以上に長くすると、鋼管杭の材料費が高価になり、鋼管の埋設時間が余計にかかってしまうので避けるべきである。
【００１０】
この鋼管杭が存在する部分も造成されたソイルセメント柱体に少なくとも頭部付近と杭底部付近に翼部が存在する翼付鋼管杭を挿入されたソイルセメント合成杭となっているので、従来の頭部付近に翼部を持たない鋼管杭を使用したソイルセメント合成杭に比して、地表部近辺における水平抵抗が更に優れたソイルセメント合成杭となる。
【００１１】
一方、ソイルセメント柱の長さ（Ｌｓ）は、鋼管杭の長さ０．５倍〜３倍の長さだけ翼付鋼管杭の下部に存在する長さであり、かつソイルセメント柱の最下部が支持地盤に達していない長さである。
【００１２】
この長さが鋼管杭長の０．５倍未満であると、圧密沈下の恐れがある軟弱粘性土層の層厚に対して、ソイルセメント長が短いので、軟弱粘性土層の圧密沈下を低減する効果が少ない。その結果、構造物の沈下量は、例えば日本建築学会の「建築基礎構造設計指針」の４．４節に示された許容沈下量（特に杭基礎に対する許容値）の範囲を越える恐れがある。逆に鋼管杭長の３倍を超えると、構造物の沈下量は、前記の許容沈下量の範囲に収まるが、ソイルセメント柱が長いことによる前記したように施工面でも費用面でも不利な面が生じるので避けるべきである。
【００１３】
また、この発明では使用される鋼管杭が少なくとも頭部付近と杭底部付近に翼部が存在する翼付鋼管杭であり、翼部とソイルセメント柱体との付着効果により翼付鋼管杭とソイルセメント柱体が一体化され、杭頭部に作用する荷重が翼部を介して滑らかにソイルセメント柱に伝達され、更に地盤に伝達されるため、図３に示したように鋼管杭が存在する部分で大きな周面摩擦力を発揮して構造物を支持することができる。
【００１４】
さらに、この発明では使用される鋼管杭が少なくとも頭部付近と杭底部付近に翼部が存在する翼付鋼管杭であり、この杭がソイルセメント柱体に挿入されるので、上部構造物の荷重は、翼付鋼管杭の軸部を介して杭底部に伝達され、杭底部の翼部を介してソイルセメント柱体に伝達されるが、その荷重に対して鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の支持力により抵抗するため、杭底部にソイルセメント柱体が存在しない場合に比べて大きな鉛直支持力を発揮する。
【００１５】
なお、翼付鋼管杭の底面が底板により閉塞されている場合には、鋼管杭の中空部は空洞状態で存在させることができ、この鋼管杭の中空部の空洞内にある空気が浮力として働き、沈下抑制効果が向上する。
【００１６】
更に、軟弱粘性土層が存在する地盤において構造物を多数のソイルセメント合成杭によって支持するような設計に用いられる場合は、ソイルセメント合成杭における鋼管杭として少なくとも頭部付近と杭底部付近に翼部が存在する翼付鋼管杭を使用し、ソイルセメント柱体の最下部が支持地盤に達していなく、翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の長さ（Ｌｓ）が、鋼管杭の長さの０．５倍〜３倍の長さでかつ、ソイルセメント柱の相互の間隔（Ｂ）がソイルセメント柱の直径の２〜２０倍の長さとなるようにソイルセメント合成杭を造成することが好ましい。
【００１７】
このような間隔でソイルセメント合成杭を造成すると、鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱とその周辺に存在する軟弱軟性土層とが複合した地盤、すなわち複合地盤を形成する。
【００１８】
その結果、複合地盤は、ソイルセメント柱が全く存在しない軟弱粘性土層に比べると、剛性が高くなるので、圧密沈下現象が緩和され、構造物の不同沈下を防止することができる。
【００１９】
なお、ソイルセメント柱の相互の間隔（Ｂ）がソイルセメント柱の直径の２倍未満であると、互いのソイルセメント合成杭が接近して存在するために、ソイルセメント合成杭１本当たりの周面摩擦による支持力が小さくなる。その結果、所定の支持力を得るためには、多数本のソイルセメント合成杭を施工する必要があり、不経済になる。
【００２０】
逆に、ソイルセメント柱の相互の間隔（Ｂ）がソイルセメント柱の直径２０倍を超えると、ソイルセメント合成杭１本が負担すべき荷重が大きくなり、翼付鋼管杭の長さを長くしたり、翼付鋼管杭の鋼管部の径や肉厚を大きくしたり、翼を大きくしたりする必要があり、不経済になるばかりであり、また、ソイルセメント合成杭が存在している深度区間にある軟弱粘土地盤を拘束する効果が小さくなり、圧密沈下量を低減する効果が低下してしまう。
【００２１】
念のために、上記した翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の長さ（Ｌｓ）やソイルセメント柱の相互の間隔（Ｂ）の実際の長さを下記に具体的に例示する。
【００２２】
例えば、鋼管杭の長さが１０メートルである場合鋼管杭の長さの０．５倍〜３倍の長さは、５メートル〜３０メートルの範囲となる。従ってこの場合は、翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の長さ（Ｌｓ）を５メートル〜３０メートルの範囲とすればよい。勿論、この範囲であればよく、例えば図４に示すように長さを変化させてもよい。
【００２３】
一方、ソイルセメント柱体の直径を０．６メートルとすると、ソイルセメント柱体の相互の間隔（Ｂ）がソイルセメント柱体の直径の２〜２０倍の長さは、１．２メートル〜１２メートルとなる。
【００２４】
なお、例えば図５に示すように、構造物の高さが異なる部分が存在する場合は、同じ高さが続いている部分では、同じ条件でソイルセメント合成杭を築造することが好ましい。構造の高さが高い部分では、それだけ杭に荷重がかかるので、杭本数を多くしたり、ソイルセメント合成杭の長さ、特に翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の長さを長くすることが好ましい。但し、上記の長さ要件の範囲内で。
【００２５】
勿論、構造物の高さが低い部分では、高い部分に比べてそれだけ杭にかかる荷重が少ないので、杭本数を少なくしたり、ソイルセメント合成杭の長さ、特に翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の長さを短くしたりすることが好ましい。但し、上記の長さ要件の範囲内で。
【００２６】
以上に記載したソイルセメント合成杭の造成方法は、例えば、図６に示すように、翼付き鋼管杭の下部部分に砂層が存在し、砂層で支持力が発揮される場合であっても、その砂層の下に圧密沈下現象を生じやすい軟弱粘性土層が存在する場合は、この軟弱粘性土層に達するソイルセメント柱を造成することにより、この発明の効果が発揮されるので、この発明の方法が適用できる。
【００２７】
なお、この発明におけるソイルセメント柱の造成方法は、機械式深層混合処理方法で造成することが好ましいが、噴射式や、置換式の深層混合処理工法などで造成することができる。
【００２８】
更に、この発明において翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体を造成する際に、投入する固化材量を多くしたり、セメントミルクの濃度を濃くして、ソイルセメント柱の強度を高くしてもよい。
【００２９】
【実施例】
［実施例１］
この実施例１と比較例で使用した翼付鋼管杭は、図７に示すように杭頭部付近と杭底部付近および杭中間部に螺旋状の翼部を有する鋼管杭であり、杭底は閉塞させており、長さは６メートルであり、鋼管杭本体（即ち、翼部が存在しない鋼管部）の外径は２６７．４ミリメートルであり、翼部の外径は５００ミリメートルである。
【００３０】
ソイルセメント柱体の造成は、図８（ａ）に示すように、先端に掘削翼１と攪拌翼２を少なくとも複数枚有するロッド３を駆動部４により回転させて地盤を掘削できる装置を具備するソイルセメント施工機６を用いて、下方に軟弱粘性土が堆積する地盤５に対し、ロッド３の下端部からセメントミルクを吐出しながら掘進し、同（ｂ）に示すように外径７００ミリメートル、深さ１２メートルのソイルセメント柱体７を実施例用に造成した。
【００３１】
このソイルセメント柱７の中に前記した翼９付鋼管杭１０を埋設する。同図（ｃ）は埋設中の姿を示し、沈設後の姿を同図（ｄ）に示す。このようにして造成したソイルセメント合成杭１１が造成される。
【００３２】
図９においてソイルセメント柱体の造成深さを翼付鋼管杭の長さより少し長い程度にしたのが比較例１であり、ソイルセメント柱体の造成深さを支持層までに達するようにしたのが比較例２である。
【００３３】
このようにソイルセメント柱の長さを変えて構造物を支える杭とした姿を図９に示す。
【００３４】
ケース１が比較例であり、ケース２が実施例１であり、ケース３が比較例２である。
【００３５】
このケース１，ケース２，ケース３の場合における構造物の沈下量の経時変化を図１０に示す。
【００３６】
ケース１の場合の沈下量は、ケース２およびケース３に比べて大きい。ケース２の場合の沈下量は、ケース３よりも少し大きいが許容沈下量の範囲であり、しかも建物端部と中央部でも均等に沈下し不同沈下を生じなかった。
【００３７】
更に上記実施例と同じソイルセメント柱を造成し、翼部が存在しない長さ６メートル、鋼管部の外径２６７．４ミリメートルの鋼管杭を使用し、比較例３のソイルセメント合成杭を造成した。
【００３８】
他方、実施例に使用した翼付鋼管杭を地盤中に直接ねじり込んで、比較例４の杭とした。
【００３９】
これら３条件の杭を使用して杭頭部に水平荷重をかけて杭頭部の水平変位量を測定した。
【００４０】
その結果を図１１に示す。菱形印で示す本実施例の場合の水平変位量は、三角印で示す比較例の４の水平変位量よりも小さく、かつ破線で示した比較例３の水平変位量よりも小さく、優れた水平支持力性能が発揮された。
【００４１】
［実施例２］
実施例１と同じ条件のソイルセメント合成杭をソイルセメント柱体の相互間隔を１メートル（ソイルセメント柱体の直径の約１．５倍）で施工し、実施例２とした。
【００４２】
同様なソイルセメント柱体の相互間隔で、比較例１と比較例２と同じ条件でソイルセメント合成杭を施工し、これらを比較例とした。
【００４３】
この条件でも圧密沈下量の低減効果の優劣は、実施例１と比較例１や比較例２との優劣差と同じように、実施例２の場合が優れていた。
【００４４】
［実施例３］
実施例１と同じ条件のソイルセメント合成杭をソイルセメント柱体の相互間隔を１．４メートル（ソイルセメント柱体の直径の約２倍）で施工し、実施例３とした。
【００４５】
同様なソイルセメント柱体の相互間隔で、比較例１と比較例２と同じ条件でソイルセメント合成杭を施工し、これらを比較例とした。
【００４６】
この条件でも圧密沈下量の低減効果の優劣は、実施例１と比較例１や比較例２との優劣差と同じように、実施例３の場合が優れていた。
【００４７】
［実施例４］
実施例１と同じ条件のソイルセメント合成杭をソイルセメント柱体の相互間隔を１４メートル（ソイルセメント柱体の直径の約２０倍）で施工し、実施例４とした。
【００４８】
同様なソイルセメント柱体の相互間隔で、比較例１や比較例２と同じ条件でソイルセメント合成杭を施工し、これらを比較例とした。
【００４９】
この条件でも圧密沈下量の低減効果の優劣は、実施例１と比較例１や比較例２との優劣差と同じように、実施例４の場合が優れていた。
【００５０】
［実施例５］
実施例１と同じ条件のソイルセメント合成杭をソイルセメント柱体の相互間隔を１８．５メートル（ソイルセメント柱体の直径の約２５倍）で施工し、実施例５とした。
【００５１】
同様なソイルセメント柱体の相互間隔で、比較例１や比較例２と同じ条件でソイルセメント合成杭を施工し、これらを比較例とした。
【００５２】
この条件でも圧密沈下量の低減効果の優劣は、実施例１と比較例１や比較例２との優劣差と同じように、実施例５の場合が優れていた。
【００５３】
［実施例６］
実施例２，実施例３，実施例４，実施例５の条件のソイルセメント合成杭の１本当たりの鉛直支持力と実施例１の鉛直支持力とを比較した結果、実施例３，実施例４および実施例５は実施例１と同じ鉛直支持力を発揮したが、実施例２の場合は、実施例１の鉛直支持力に比較すると小さな値を示した。
【００５４】
［実施例７］
実施例２，実施例３，実施例４，実施例５の条件のソイルセメント合成杭群の上に同一の形状の建築物が構築されると仮定し、沈下量を算定した。
【００５５】
その結果、沈下量は、実施例２，実施例３，実施例４，実施例５の順で少しづつ大きくなったが、それは翼付鋼管杭の下部に存在するソイルセメント柱体の深度区間における沈下量の差であり、ソイルセメント柱体より下方の軟弱粘性土層の沈下量には差が生じていなかった。
【００５６】
また、実施例２，実施例３，実施例４の沈下量は許容沈下量の範囲内であり、実施例５の場合の沈下量は、許容沈下量よりやや大きい値を示した。
【００５７】
【発明の効果】
この発明の造成方法に従うと、地盤中に軟弱粘性土層が存在するにも係わらず、軟弱軟性土層の沈下量を低減させることができ、構造物の沈下量を許容沈下量の範囲に収めることができ、従来工法のように支持層に至るまでの長いソイルセメント柱体を構築することがないので、注入する固化材料が少なくなり、従来のように深く掘削する必要がないので、小さな施工機械で施工することができ、施工時間が短くなり、コストも安くすることができる。
【００５８】
また、地表部近辺における水平抵抗が、従来のものよりも、更に優れたソイルセメント合成杭とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によって造成されたソイルセメント合成杭を構造物とともに示す図である。
【図２】  鋼管部の長さを水平荷重と鋼管に作用するモーメントとせん断力で定める例を示す図である。
【図３】  鋼管部の長さを鉛直荷重と支持力によって定める例を示す図である。
【図４】  この発明によって造成されたソイルセメント合成杭を構造物とともに示す図である。
【図５】  この発明によって造成されたソイルセメント合成杭を構造物とともに示す図である。
【図６】  中間に砂層がある場合に本発明によって造成されたソイルセメント合成杭を構造物とともに示す図である。
【図７】  この発明に使用する翼付鋼管杭の例を示す図である。
【図８】  この発明のソイルセメント合成杭の施工手順を示す図である。
【図９】  この発明の実施例と比較例のソイルセメント合成杭を構造物とともに示す図である。
【図１０】  沈下量の経時変化を示すグラフである。
【図１１】  水平荷重と水平変位量のグラフである。
【符号の説明】
１…掘削部、２…攪拌翼、３…掘削ロッド、４…駆動部、５…地盤、６…ソイルセメント柱体造成装置、７…ソイルセメント柱体、９…翼部、１０…翼付鋼管杭、１１…ソイルセメント合成杭
【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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