(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤層などの地中障害物のある地盤に杭を埋設するに先立ち、地盤の杭が埋設される部分に置換材を充填することにより杭の埋設を容易とする置換工法であって、
ケーシングと該ケーシング内に配置されるスクリュウとを有するオーガ装置を用い、前記スクリュウを回転させて地盤の杭が埋設される部分を前記地中障害物とともに削孔して掘削孔を形成し、
該掘削孔から前記ケーシングと前記スクリュウとを一体にして引き抜くと共に、前記粘土モルタルを前記掘削孔の底部から所定深さだけ充填し、該所定深さだけ充填された粘土モルタルと連続して前記置換材となるマサ土を充填し、
前記粘土モルタルは、セメントとクレーサンドとケイ酸とを含み、圧縮強度ｑUが３〜５Ｋｇ／ｃｍ2（３〜５×１０5Ｐａ）、粘着力ｃがほぼ０程度、となるように配合することを特徴とする置換工法。
【請求項２】
請求項１に記載の置換工法において、前記置換材は、前記ケーシングと一体にして引き抜かれる前記スクリュウの先端から充填することを特徴とする置換工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤の杭が埋設される部分に置換材を充填することにより杭の埋設を容易とする置換工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩盤層などの地中障害物のある地盤に、土留壁や山留壁を施工したり基礎杭を施工する場合など、地盤に杭（矢板を含む）を埋設する場合がある。例えば、特開２０００−２２０１３６号公報には、鋼管柱列土留壁についての技術が開示されている。
【０００３】
杭を確実に打設（圧入等）するために、地盤の杭を打設する部分を予め地中障害物とともに削孔して形成した掘削孔に、砂などの置換材を充填する置換工法として、例えば、ダブルロックオーガ工法や全回転掘削工法などが知られている。
図２に示すように、ダブルロックオーガ工法では、先ず、ケーシング１００内でオーガスクリュ−１０１を正転させて岩盤層Ｑに至る掘削孔１０３を形成する（図２（ａ））。次いで、ケーシング１００を残したままオーガスクリュ−１０１を逆転させながら引き抜き（図２（ｂ））、置換材となる砂Ｌを掘削孔１０３に充填して置換する（図２（ｃ））。この後にケーシング１００を引き抜き（図２（ｄ））鋼管矢板１０２を打設する（図２（ｅ））。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダブルロックオーガ工法では、オーガスクリュ−１０１を引き抜く作業とケーシング１００を引き抜く作業とが、２工程に分かれて作業工程が多くなり工期遅延につながる場合があった。
また、掘削孔１０３に置換材を充填したのちに打設される杭には、置換材からうける摩擦抵抗が作用する。このために、大深度まで打設しようとすると、杭に作用する摩擦抵抗が大きくなり打設が困難になる場合があった。
【０００５】
本発明の課題は、岩盤層などの地中障害物のある地盤に、土留壁や山留壁もしくは基礎杭を施工する場合など、地盤に杭を埋設する場合において、工期短縮が図り易く経済性を向上できると共に、大深度まで杭を埋設することにも容易に対応可能とすることである。
【０００６】
以上の課題を解決するため、本発明は、例えば、図１に示すように、岩盤層Ｑなどの地中障害物のある地盤に杭（例えば、鋼管矢板２）を埋設するに先立ち、地盤の杭が埋設される部分に置換材を充填することにより杭の埋設を容易とする置換工法であって、ケーシングと該ケーシング内に配置されるスクリュウとを有するオーガ装置（例えば、全旋回掘削機）を用い、前記スクリュウを回転させて地盤の杭が埋設される部分を前記地中障害物とともに削孔して掘削孔３を形成し、該掘削孔から前記ケーシングと前記スクリュウとを一体にして引き抜くと共に、前記掘削孔に粘土モルタルからなる前記置換材を充填することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、オーガ装置により掘削孔を形成したのちに、ケーシングとスクリューとを一体で引き抜く作業と、置換材となる粘度モルタルを注入する作業とを１工程で行うことができ、工期短縮を図り経済性を向上できる。また、掘削孔が粘度モルタルに置換されるので、杭を埋設するときに作用する圧入抵抗を大幅に低減でき、大深度まで杭を埋設することにも容易に対応できる。
【０００８】
また、本発明は、例えば、図１に示すように、前記掘削孔から前記ケーシングと前記スクリュウとを一体にして引き抜くと共に、前記粘土モルタルを前記掘削孔の底部３ａから所定深さｄだけ充填し、該所定深さだけ充填された粘土モルタルと連続して前記置換材となるマサ土を充填することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、掘削孔の底部から所定深さだけ粘土モルタルが充填されるので、埋設される杭の先端に作用する圧入抵抗を大幅に低減できる。また、置換材として安価でありかつ入手容易なマサ土を併用して充填することでさらに経済性を向上できる。
【００１０】
また、本発明は、上記の置換工法において、前記粘土モルタルは、セメントとクレーサンドとケイ酸とからなることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、地下障害物のある地盤に埋設される杭に十分な支持力をもたせるための強度と、杭を埋設するときに作用する圧入抵抗の低減とを両立できる置換材が得られる。
【００１２】
本発明は、上記の置換工法において、前記置換材は、前記ケーシングと一体にして引き抜かれる前記スクリュウの先端から充填することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、スクリュウの先端から置換材を充填することで、掘削孔からケーシングとスクリュウとを一体にして引き抜き抜きながら、掘削孔に置換材を容易に充填できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して、本発明の実施の形態の置換工法を詳細に説明する。
始めに、本実施の形態の置換工法で用いる粘土モルタル（置換材）を説明する。
粘土モルタルは、鋼管矢板２の根入れ部２ａにもたせる十分な支持力と、鋼管矢板２を埋設するときに作用する摩擦抵抗（圧入抵抗）を低減できることと、鋼管矢板２の背面から地下水が浸透することを防ぐ止水性の確保と、を満足する配合とする必要がある。より具体的には、圧縮強度ｑUが３〜５Ｋｇ／ｃｍ2（３〜５×１０5Ｐａ）、粘着力ｃがほぼ０（養生日ｘが無限大のとき、下記式（１）参照）程度、となるように配合することが好ましい。この範囲であれば、鋼管矢板２に充分な支持力を与える強度や止水性と圧入抵抗の低減との相反する特性を両立させることができる。
【数１】
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また、粘土モルタルには、必要に応じて周知の混和剤や遅延剤などを適宜配合し、高強度・高粘度をもたせるように配合設計しても良い。
【００１５】
本実施の形態で用いる粘土モルタルとしては、セメントとクレーサンドとケイ酸とを表１に示す通りに配合したものを用いた。
【表１】
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クレ−サンドは、代表的な粘土鉱物の一つであり粘土モルタルに保水性を与え、掘削孔３に充填したあとのブリージングを防止する。ブリージングとは、充填された粘土モルタルが含むセメントの水和反応が開始される前に水分が分離してしまう現象である。
ケイ酸としては、アルカリ金属のケイ酸塩などを好ましく用いることができ、水溶液もしくは懸濁液にして配合することで良好な分散性が得られる。これにより、経時においても安定した特性をもつ粘土モルタルが得られる。
表１に示す配合の粘度モルタルは、弾塑性解析により圧縮強度が３．０ｋｇ／ｃｍ2（２．９×１０5Ｐａ）となるように配合設計した。これにより、掘削孔３に充填したときに根入れ部２ａに作用する受働抵抗を充分に確保できる。
【００１６】
［室内実験］
以下、表１に示す配合の粘土モルタルについて、室内実験によりその特性を確認した結果を説明する。
先ず、養生期間ｘごとの粘着力ｃを測定し、置換材としてマサ土のみを充填する場合と比較した結果から、鋼管矢板２の根入れ部２ａに粘度モルタルを１０ｍ充填することで、圧入抵抗を約２５％低減できると見積もった。
また、クレーサンドの配合量はブリージングを管理できる量に考慮されており、経時において水分が分離しないことを確認した。また、表１に示す配合の粘度モルタルとマサ土とによる自然沈降試験を行い、粘土モルタルの上にマサ土を充填しても、互いに混ざり合うことがないことを確認した。
さらに、表１に示す粘土モルタルは、経時においても大きな品質劣化がなく管理が容易であった。また、表１に示される成分は全て周知の比較的安価な材料からなり経済性も良好である。
【００１７】
以下、図１を参照して、沖積砂層Ｐと岩盤層Ｑとからなる地盤Ａに、岩盤層Ｑに至る深さまで鋼管矢板２を埋設して土留め１を施工する方法を例示する。本実施の形態の置換工法は、鋼管矢板中堀圧入に先立って行われる。
なお、本実施の形態では、沖積砂層Ｐの地表面からの深さａは２３ｍ、岩盤層Ｑが掘削される深さｂは３．５ｍ、地下水面の深さｃは０．５ｍであった。沖積砂層Ｐは、単位体積重量は１．７ｔ／ｃｍ3（１．７×１０9Ｋｇ／ｍ3）内部摩擦角φは２７°、水頭Ｈは１０ｍであった。岩盤層Ｑは、単位体積重量２．５ｔ／ｃｍ3（２．５×１０9Ｋｇ／ｍ3）圧縮強度ｑUは４００Ｋｇｆ／ｃｍ2（３．９２×１０7Ｐａ）であった。また、鋼管矢板２は、直径ｒは１２００ｍｍ（１．２ｍ）、長さは２６．５ｍの寸法のものを用いた。
【００１８】
始めに、ケーシングとケーシング内に配置されるスクリュウとを備える全旋回掘削機（オーガ装置、図示しない）を用い、スクリュウを回転させて鋼管矢板２が埋設される部分を掘削し、岩盤層Ｑに至る掘削孔３を形成する。掘削孔３の直径Ｒは１８００ｍｍ（１．８ｍ）に形成した。スクリュウは先端から置換材となる粘土モルタルおよびマサ土を注入できるように構成される。
【００１９】
次いで、ケーシングとスクリュウとを一体にして掘削孔３から引き抜きながら、予め配合された粘土モルタル（表１参照）をスクリュウの先端から注入して粘土モルタル充填部Ｍを形成していく。
掘削孔３の底部３ａから所定の深さｄだけ粘土モルタルを注入したあと、さらにケーシングとスクリュウとを一体にして引き抜きながら、スクリュウ先端から粘土モルタルに代えてマサ土を連続して注入していく。これにより、粘土モルタル充填層Ｍの上に連続してマサ土充填部Ｎが形成される。ここで、自然沈降試験（上述）で既に確認したように、粘土モルタルを充填した部分とマサ土を充填した部分との境界付近では、粘土モルタルとマサ土とが互いに混ざり合わず連続した二層に形成される。本実施の形態では、粘土モルタル充填部Ｍの長さｄは、掘削孔３の底部３ａから１０ｍとし、マサ土充填部Ｎの長さｅは１６．５ｍとした。
【００２０】
以上の通りにして、掘削孔３からケーシングとスクリュウとを引き抜く作業と共に、粘土モルタルとマサ土とを充填する作業とが１工程でなされ、工期短縮が図り易く経済性を向上できる。
【００２１】
次いで、粘土モルタルおよびマサ土により置換された掘削孔３に、鋼管矢板２を中堀圧入工法により埋設する。根入れ部２ａが圧入される部分が粘土モルタルに置換されており、鋼管矢板２に作用する圧入抵抗が大幅に低減される。本実施の形態では、鋼管矢板２の圧入抵抗は１８７ｔであり、一般的な機械の圧入能力（２４０ｔ程度）よりも小さく、さらに大深度への鋼管矢板２の埋設も可能であった。
また、鋼管矢板２に充分な支持力が与えられると共に施工性も良好である。さらに、根入れ部２ａが粘土モルタルに支持され、背面から地下水が浸透することを防ぐ充分な止水性を確保できる。なお、床付掘削後もパイピングは発生しなかった。
埋設された鋼管矢板２を継手２ａにより互いに連結して土留め１が施工される。土留め１の規模は、幅６０ｍ×高さ２５ｍ、掘削深さ２３ｍであった。
【００２２】
［比較例］
以下、粘土モルタル（表１参照）に代えて、置換材としてマサ土のみを用いた場合と比較する。
先ず、下記式（２）に基づいて、鋼管矢板２がマサ土からうける摩擦抵抗Ｆを算出すると２５０ｔとなり、一般的な機械の圧入能力（２４０ｔ程度）を超える圧入抵抗が作用してしまい圧入が困難である。
【数２】
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ただし、ｆφは内部摩擦力、ｆCは粘着力、ｌは土圧係数である。また、静止土圧は深さ１５ｍまで三角分布と仮定し、土圧係数を過去の実績から０．３０と推定して算出した。
次に、マサ土は高い透水性をもつために、埋設された鋼管矢板の背面から地下水が浸透して土留内に廻り込む畏れがある。このために、地下水の廻り込みを防止するために必要な根入れ長を限界導水勾配から算出すると、２０ｍ以上の根入れが必要であり圧入が困難である。
【００２３】
以上の本発明の実施の形態の置換材および置換工法によれば、掘削孔３からケーシングとスクリューとを一体で引き抜くと共に、置換材となる粘度モルタルを注入することにより、ケーシングとスクリュウとを引き抜く作業が１工程となり、工期短縮を図り経済性を向上できる。
また、掘削孔が粘度モルタルに置換されるので、埋設される杭に作用する圧入抵抗を大幅に低減でき、大深度まで杭を埋設することにも容易に対応できる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、本実施の形態では、岩盤層Ｑのある地盤Ａに適用したが、その他の硬質地盤にも同様に適用できることは勿論である。また、本発明の置換工法は、鋼管矢板２に限定されず、その他の鋼矢板、Ｈ型矢板、Ｚ型矢板、直線型矢板、コンクリート矢板等や他の矢板以外の杭にも適用できることは勿論である。
また、表１に示すように、本実施の形態で用いた粘土モルタルにはクレ−サンドを含めて保水性を確保したが、クレ−サンドとは異なるその他の粘土鉱物を含めることで保水性を与えても良い。さらに、ゼオライト鉱物などの概ね連通する開口気孔を有した多孔質体を含めることで保水性を与えても良い。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、ケーシングとスクリューとを引き抜く作業と、粘度モルタルを注入する作業とを１工程で行うことができ、工期短縮を図り経済性を向上できる。また、掘削孔が粘度モルタルにより置換され、杭の圧入抵抗を大きく低減でき、大深度への埋設にも容易に対応できる。
【００２６】
また、本発明によれば、埋設される杭の先端の圧入抵抗を低減できる。また、置換材としてマサ土を併用して充填することでさらに経済性を向上できる。
【００２７】
また、本発明によれば、杭に十分な支持力をもたせるための強度と、杭に作用する圧入抵抗の低減とを両立できる置換材が得られる。
【００２８】
また、本発明によれば、掘削孔からケーシングとスクリュウとを一体にして引き抜き抜きながら、掘削孔に粘土モルタルおよびマサ土を容易に充填できる。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の置換工法を説明するための図である。
【図２】従来のダブルロックオーガ工法を説明するための図である。
【符号の説明】
２    鋼管矢板（杭）
３    掘削孔
３ａ  底部
Ｑ    岩盤層
【図１】
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【図２】
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