JP2003171949A

JP2003171949A - 掘削底面安定化工法と地下建造物の構築法

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Publication number: JP2003171949A
Application number: JP2001369673A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kobayashi; 薫小林; Hiroshi Chikahisa; 博志近久; Kazunobu Matsumoto; 和伸松元; Koju Kumagai; 幸樹熊谷; Koji Masuda; 浩司増田; Tetsuya Kadota; 哲也門田
Original assignee: Tobishima Corp
Current assignee: Tobishima Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP3760343B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軟弱な難・不透水層地盤である場合はもちろ
ん砂質土層地盤であっても、該改良固結地盤体と対策杭
との間において十分な周面摩擦力を得ることができ、軟
弱な難・不透水層地盤においては盤ぶくれを防止、砂質
土層地盤においてはボイリングを防止できるようにする
こと。【解決手段】地盤中に土留め壁４，５を構築設立し
て、地下建造物構築領域ａを囲繞区画し、その領域内地
盤ａ’の所要深さの部分に、セメント系固化材や薬液等
の地盤改良材を注入することによって改良固結地盤体７
を造成するとともに、同領域内地盤ａ’に上記改良固結
地盤体７を貫通し、その下方の所要深さに達する対策杭
ｂを打設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘削底面安定化工
法と地下建造物の構築法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市部を中心に地盤沈下抑制のた
めの揚水規制が行われた結果、地下水位が上昇・回復し
てきている一方、大深度地下利用が増加し掘削工事の大
深度化、大規模化が進んでいる。このため、被圧地下水
位が高い地盤での掘削工事においては、掘削に伴う掘削
底面の安定性確保、すなわち盤ぶくれ対策およびボイリ
ング対策が大きな課題となっている。

【０００３】掘削底面の安定性確保のための工法として
は、例えば、特許３２０８７２９号公報に記載の盤ぶく
れ防止杭を用いた盤ぶくれ防止工法が公知である。これ
は、図１３に示すように、土留め壁１００，１０１によ
って囲繞形成された地下建造物構築領域に、上部が透水
層地盤１０２の表面付近に位置し、下部が難・不透水層
地盤１０３を貫通するとともに被圧滞水層地盤１０４の
所要深さに貫入する盤ぶくれ防止杭（対策杭）１０５を
築造するというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この工法は、
難・不透水層地盤１０３の強度が比較的大きく、盤ぶく
れ防止杭１０５との間の周面摩擦力が所要の大きさＦ以
上となる場合でないと実施できないという欠点がある。
すなわち、自然地盤は良質な地盤ばかりではなく、強度
の小さい軟弱な地盤も少なくないが、盤ぶくれ防止杭１
０５と難・不透水層地盤１０３との間の周面摩擦力の大
きさが、所要の大きさＦに満たないときには、この工法
によっては盤ぶくれを防止できない。

【０００５】本発明の目的は、土留め壁に囲繞した地下
建造物構築領域の下面を改良固結地盤体で締め切るとと
もに、そこに、上記盤ぶくれ防止杭に相当する対策杭を
貫通打設することにより、当該地盤が、軟弱な難・不透
水層地盤である場合はもちろん砂質土層地盤であって
も、該改良固結地盤体と対策杭との間において十分な周
面摩擦力を得ることができ、軟弱な難・不透水層地盤に
おいては盤ぶくれを防止、砂質土層地盤においてはボイ
リングを防止できるようにし、上記従来の工法の欠点を
解消することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の掘削底面
安定化工法の構成は、次のとおりである。（１−１）地盤中に土留め壁４，５を構築設立して地下
建造物構築領域ａを囲繞区画する。（１−２）その領域内地盤ａ’の所要深さの部分に、セ
メント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することに
よって改良固結地盤体７を造成する。（１−３）同領域内地盤ａ’に上記改良固結地盤体７を
貫通し、その下方の所要深さに達する対策杭ｂを打設す
る。

【０００７】請求項２記載の掘削底面安定化工法の構成
は、次のとおりである。（２−１）地盤中に土留め壁４，５を構築設立して地下
建造物構築領域ａを囲繞区画する。（２−２）その領域内地盤ａ’に、下端がこの領域内地
盤ａ’の下方の所要深さに達する対策杭ｂを打設する。（２−３）同領域内地盤ａ’の所要深さの部分に、セメ
ント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによ
って、上記対策杭ｂが貫通状態となる改良固結地盤体７
を造成する。

【０００８】請求項３記載の掘削底面安定化工法は、上
記請求項１または２記載の工法において、地盤が、透水
層地盤２，難・不透水層地盤１および被圧滞水層地盤３
からなる互層地盤であり、改良固結地盤体７を上記難・
不透水層地盤１に造成することを内容とする。

【０００９】請求項４記載の掘削底面安定化工法は、上
記請求項１または２記載の工法において、地盤が砂質土
層地盤１４であることを内容とする。

【００１０】請求項５記載の掘削底面安定化工法は、上
記請求項１，２，３または４記載の工法において、対策
杭ｂが拡底杭ｂ’であることを内容とする。

【００１１】請求項６記載の掘削底面安定化工法は、上
記請求項１，２，３，４または５記載の工法において、
対策杭ｂを、Ｈ型鋼や鋼管等の鋼製杭材９を、削孔に注
入充填されているモルタル、コンクリートまたはセメン
トミルク８に建て込んで打設することを内容とする。

【００１２】請求項７記載の地下建造物の構築法の構成
は、次のとおりである。（１’）上記請求項１，２，３，４，５または６記載の
掘削底面安定化工法により、改良固結地盤体７の造成お
よび対策杭ｂの打設を行う。（２’）領域内地盤ａ’の掘削と支保工１０の設置を繰
り返し行うとともに、上記対策杭ｂの地表面付近に位置
する上部に覆工板１１を施工する。（３’）掘削底面に底版コンクリート１２を施工し、目
的の建造物の躯体１３を構築する。（４’）上記対策杭ｂを掘削底面のところで切断して掘
削空間ｃ内に位置していた上記対策杭ｂの部分を取り除
くとともに、上記掘削空間ｃに対し埋め戻し土施工を行
う。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を互層地盤に適用し
た第１実施形態に係る掘削底面安定化工法について、図
１〜１０に基づいて説明する。

【００１４】この第１実施形態における互層地盤は、Ｎ
値が２未満であるような軟弱な粘性土等からなる、難透
水層地盤もしくは不透水層地盤、すなわち、難・不透水
層地盤１、この難・不透水層地盤１の上方に位置する透
水層地盤２、同難・不透水層地盤１の下方に位置する砂
質土等の被圧滞水層地盤３からなる。４，５は、地下建
造物構築領域ａを囲繞区画するのに必要な所要の間隔を
置いて構築設立したＲＣ連続壁やＳＭＷ壁等の土留め壁
であって、その各先端を上記難・不透水層地盤１に到達
させている。また、ａ’は、土留め壁４，５に囲繞され
た地盤、すなわち、地下建造物構築領域ａ内の領域内地
盤を示す（図１）。

【００１５】本実施形態では、まず、上記領域内地盤
ａ’の所要深さの部分について、地盤改良をし、改良固
結地盤体を造成する。それには、地盤改良機αを備えた
ベースマシンα’を領域内地盤ａ’上で位置決めし、そ
の地盤改良機αのロッド下端の撹拌翼を難・不透水層地
盤１に達する所定深さまで貫入させる。その後、この撹
拌翼を回転させながら引き抜き、それと同時に地盤改良
材吐出口からセメント系固化材や薬液等の地盤改良材を
注入し、その地盤改良材と、難・不透水層地盤１の土と
を撹拌混合して固結させ、その難・不透水層地盤１内に
所要厚さｈの円形の改良体６を造成する（図２）。な
お、土質および地盤状況によっては、地盤改良材を撹拌
翼の貫入時に注入してもよい。

【００１６】次に、ベースマシンα’の位置をずらして
上記と同様の円形の改良体６の造成を繰り返して改良体
６を順次重ね合わせていくことにより、土留め壁４，５
に内接する所要の厚さｈの改良固結地盤体７を造成する
（図３）。

【００１７】次に、領域内地盤ａ’に、所要本数の対策
杭ｂを打設する。それには、所定の位置に杭打ち機βを
セットし、オーガースクリューにより、地表面から被圧
滞水層地盤３の所要深さに達する削孔を行う（図４）。

【００１８】削孔が予定深度に達したことを確認した
後、オーガーシャフト中空軸を通じ、あらかじめ調合練
り合わせしたモルタル、コンクリートまたはセメントミ
ルク（以下、単に「モルタル」という。）をグラウトポ
ンプで圧送し、オーガーの先端から注入することによ
り、削孔の少なくとも被圧滞水層地盤３、難・不透水層
地盤１および改良固結地盤体７の部分に充填する。この
場合、オーガーヘッドを、モルタル面から離隔させるこ
となく常時約１ｍ差し込んだ状態を維持したまま引き上
げ、オーガースクリューを正回転させながら引き抜き、
排土する。

【００１９】オーガーを引き抜いた後、削孔に注入充填
されているモルタル８中に、所要長さ、すなわち上部が
上記透水層地盤２の地表面付近に位置するとともに下部
が被圧滞水層地盤３の所要深さにまで達する長さを有す
るＨ型鋼や鋼管等の鋼製杭材９をただちに建て込み（図
５）、モルタル８が硬化するまで静置する。これによ
って、上部が上記透水層地盤２の地表面近くに位置し、
下部が改良固結地盤体７および地盤改良されていない難
・不透水層地盤１の部分を貫通するとともに、被圧滞水
層地盤３に貫入し所要深さに達する対策杭ｂが打設され
る（図６）。

【００２０】このようにして領域内地盤ａ’に打設した
対策杭ｂは、鋼製杭材９とモルタル８とが強固に付着し
て一体化し、また、そのモルタル８の外周面（杭周面）
は領域内地盤ａ’の孔壁面に対し圧着状態となる。

【００２１】したがって、削孔に注入充填されたモルタ
ル８は、領域内地盤ａ’と、鋼製杭材９との間を密閉す
るから、被圧地下水が削孔を通じて難・不透水層地盤１
の上方に漏水するのを防止することになる。換言する
と、削孔のみで鋼製杭材９を建て込むとか、地盤に直接
鋼製杭材９を打ち込むということでは、周囲の領域内地
盤ａ’と鋼製杭材９との間に空隙を生じ、被圧地下水を
難・不透水層地盤１の上方に漏水させるとともに周辺地
盤との間に所期の摩擦力を得ることができないこととな
るため適当でない。

【００２２】対策杭ｂは、改良固結地盤体７および地盤
改良されていない難・不透水層地盤１の部分を貫通し、
その下方の被圧滞水層地盤３の所要深さに達する状態と
なるから、この対策杭ｂのモルタル８の外周面と被圧滞
水層地盤３との間の周面摩擦力を反力とし、改良固結地
盤体７との間の周面摩擦力および地盤改良されていない
難・不透水層地盤１の部分との周面摩擦力を、該改良固
結地盤体７を含む難・不透水層地盤１に作用する揚圧力
Ｕに対する抵抗力とすることができる。

【００２３】一般に、掘削幅が広い場合、土留め壁とこ
れに囲繞される地盤との周面摩擦力は揚圧力に対する抵
抗力として考慮することが困難であるが、土留め壁４，
５の間隔、すなわち掘削幅等に応じて上記のように所要
本数の対策杭ｂを打設すれば、掘削幅が広い場合でも、
改良固結地盤体７と土留め壁４，５との間の周面摩擦力
を揚圧力Ｕに対する抵抗力とすることができる。したが
って、その分だけ改良固結地盤体７の厚さを薄くしつ
つ、掘削底面の曲げ破壊挙動を抑えることができる。

【００２４】本工法によれば、上記のようにして掘削底
面の浮き上がり、すなわち盤ぶくれを防止することがで
き、掘削底面の安定性確保の要請に対して合理的な対策
を提供することができる。また、対策杭ｂは、Ｈ型鋼等
の鋼製杭材９とモルタル８により築造するようにしたの
で、引張力が作用したときにも、改良固結地盤体７とモ
ルタル８の外周面との間の周面摩擦力を掘削底面の安定
性確保のための抵抗力として活用できる。

【００２５】上記のように所要本数の対策杭ｂを打設
し、掘削底面を安定させた後に、領域内地盤ａ’の掘削
と、Ｈ型鋼等よりなる切梁、腹起こし等の支保工１０の
設置を繰り返し行うとともに、対策杭ｂの地表面付近に
位置する上部に覆工板１１を施工し、掘削空間ｃの上面
開口を仮閉鎖する（図７）。

【００２６】このように、対策杭ｂは透水層地盤２の地
表面付近に位置する上部で覆工板１１を支持する支持杭
等として利用できるもので、このことは工程を簡素化
し、工費の節減に多大な貢献をすることになる。

【００２７】その後、掘削底面に底版コンクリート１２
を施工敷設し（図８）、さらに支保工１０を除去しなが
ら目的の地下建造物（トンネル、地下鉄駅舎等）の躯体
１３を構築する（図９）。さらに、掘削空間ｃ内に位置
していた対策杭ｂの部分を、掘削底面のところで切断し
て取り除くとともに、その掘削空間ｃに対し埋め戻し土
施工をする（図１０）。

【００２８】上記においては、改良固結地盤体７を造成
した後に対策杭ｂを打設するようにしたが、難・不透水
層地盤１の土質や強度、さらには必要となる改良固結地
盤体７の厚さｈ等の条件によっては、対策杭ｂを打設し
た後に、改良固結地盤体７を造成してもよい。すなわ
ち、まず領域内地盤ａ’に、対策杭ｂを、難・不透水層
地盤１を貫通させ、その下端がこの領域内地盤ａ’の下
方の所要深さ、すなわち土留め壁４，５の下端よりも下
方の所要深さに達するように打設する。その後、同領域
内地盤ａ’の所要深さの部分に地盤改良材を注入するこ
とによって、対策杭ｂが貫通する状態となるとともに、
上記土留め壁４，５に内接する改良固結地盤体７を造成
するようにしてもよい。

【００２９】次に、本発明を砂質土層地盤に適用した第
２実施形態に係る掘削底面安定化工法を、図１１により
説明する。この第２実施形態は、地盤が互層地盤ではな
く、地下水位の高い砂質土層地盤１４であることにおい
て、上記第１実施形態と相違するだけであるので、以下
には、同一部分に同一符号を使用して、簡略に説明す
る。

【００３０】砂質土層地盤１４の、土留め壁４，５によ
り囲繞された領域内地盤ａ’の所要深さの部分に地盤改
良材を注入し、改良固結地盤体７を造成する。その後、
上部が上記砂質土層１４の地表面付近に位置し、下部が
上記改良固結地盤体７を貫通し、その下方の砂質土層１
４の所要深さに達するように対策杭ｂを打設する。続い
て、掘削、支保工１０の設置、覆工板１１の施工による
掘削空間ｃの仮閉鎖、底版コンクリート１２の敷設、目
的の地下建造物の躯体１３の構築、対策杭ｂの部分切
除、埋め戻し土施工等を上記第１実施形態と同様に行
う。この第２実施形態の掘削底面安定化工法によれば、
砂質系地盤におけるボイリングを防止することができ
る。

【００３１】なお、上記各実施形態において、対策杭ｂ
は、これを拡底杭ｂ’とすることによって、すなわち、
先端に拡幅部１５を形成したものとすることによって、
周辺地盤との周面摩擦力を増大させることができる。こ
れにより、拡底杭ｂ’は、改良固結地盤体７の下方の地
盤に貫入させる長さ、したがってまた、その全長を短く
できるものであること明らかである（図１２）。

【００３２】また、対策杭ｂおよび拡底杭ｂ’は、径、
長さ、改良固結地盤体７の下方の地盤に貫入させる長
さ、モルタル設計基準強度、あるいは鋼製杭材９等の変
更を行うことによって、これらの周面摩擦力や引張応力
を適宜増加させることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明掘削底面安定化工法によれば領域内地盤に造成され
る改良固結地盤体と、この改良固結地盤体を貫通し、そ
の下方の所要深さに達する対策杭とを併用するので、対
策杭は、その杭周面と上記改良固結地盤体の下方の地盤
との間の周面摩擦力を反力とし、改良固結地盤体との間
の周面摩擦力を該改良固結地盤体に作用する揚圧力に対
する抵抗力とすることができる。したがって、これによ
り盤ぶくれ、ボイリングを効果的に防止できる。

【００３４】本発明地下建造物の構築法によれば、上記
掘削底面安定化工法により、改良固結地盤体の造成およ
び対策杭の打設を行った後において、領域内地盤の掘削
と支保工の設置を繰り返し行うとともに、対策杭の地表
面付近に位置する上部に覆工板を施工するから、対策杭
を覆工板を支持する支持杭としても利用できることとな
り、このことは工程を簡素化し、工費の節減に多大な貢
献をすることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を互層地盤に適用した第１実施形態を示
すもので、透水層地盤中に地下建造物構築領域を囲繞区
画する土留め壁を設立構築した状態の断面図である。

【図２】難・不透水層地盤中に、円形の改良体を造成し
た状態の断面図である。

【図３】上記改良体の造成を繰り返し、改良固結地盤体
を造成した状態の断面図である。

【図４】対策杭を打設するための削孔を行っている状態
の断面図である。

【図５】上記削孔に注入充填したモルタル中に鋼製杭材
を建て込んでいる状態の断面図である。

【図６】上記対策杭の打設を終えた状態の断面図であ
る。

【図７】領域内地盤の掘削と支保工の設置を行い、覆工
板を施工した状態の断面図である。

【図８】掘削底面に底版コンクリートを施工敷設した状
態の断面図である。

【図９】地下建造物構築領域内の掘削空間に地下建造物
の躯体を構築した状態の断面図である。

【図１０】対策杭を切断するとともに埋め戻し土施工を
した状態の、断面図である。

【図１１】本発明を砂質土層地盤に適用した第２実施形
態を示すもので、改良固結地盤体の造成および対策杭の
打設を行った後に、掘削、支保工の設置、覆工板の施工
等を行い、地下建造物の躯体を構築した状態の断面図で
ある。

【図１２】対策杭として拡底杭を打設した状態の断面図
である。

【図１３】従来公知の掘削底面安定化工法における盤ぶ
くれ防止杭と難・不透水層地盤との間の周面摩擦力を説
明する説明図である。

【符号の説明】

ａ地下建造物構築領域ａ’ 領域内地盤ｂ対策杭ｂ’ 拡底杭ｃ掘削空間１難・不透水層地盤２透水層地盤３被圧滞水層地盤４，５土留め壁６改良体７改良固結地盤体８モルタル９鋼製杭材１０支保工１１覆工板１２底版コンクリート１３躯体１４砂質土層地盤１５拡幅部 α 地盤改良機 α’ ベースマシン β 杭打ち機Ｕ揚圧力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松元和伸東京都千代田区三番町２番地飛島建設株式会社内 (72)発明者熊谷幸樹東京都千代田区三番町２番地飛島建設株式会社内 (72)発明者増田浩司東京都千代田区三番町２番地飛島建設株式会社内 (72)発明者門田哲也東京都千代田区三番町２番地飛島建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地盤中に土留め壁を構築設立して地下建造
物構築領域を囲繞区画し、その領域内地盤の所要深さの
部分に、セメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入
することによって改良固結地盤体を造成するとともに、
同領域内地盤に上記改良固結地盤体を貫通し、その下方
の所要深さに達する対策杭を打設することを特徴とする
掘削底面安定化工法。
【請求項２】地盤中に土留め壁を構築設立して地下建造
物構築領域を囲繞区画し、その領域内地盤に、下端がこ
の領域内地盤の下方の所要深さに達する対策杭を打設す
るとともに、同領域内地盤の所要深さの部分に、セメン
ト系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによっ
て、上記対策杭が貫通状態となる改良固結地盤体を造成
することを特徴とする掘削底面安定化工法。
【請求項３】地盤が、透水層地盤、難・不透水層地盤お
よび被圧滞水層地盤からなる互層地盤であり、改良固結
地盤体を上記難・不透水層地盤に造成することを特徴と
する請求項１または２記載の掘削底面安定化工法。
【請求項４】地盤が砂質土層地盤であることを特徴とす
る請求項１または２記載の掘削底面安定化工法。
【請求項５】対策杭が拡底杭であることを特徴とする請
求項１，２，３または４記載の掘削底面安定化工法。
【請求項６】対策杭を、Ｈ型鋼や鋼管等の鋼製杭材を、
削孔に注入充填されているモルタル、コンクリートまた
はセメントミルクに建て込んで打設することを特徴とす
る請求項１，２，３，４または５記載の掘削底面安定化
工法。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６記載の
掘削底面安定化工法により、改良固結地盤体の造成およ
び対策杭の打設を行った後において、領域内地盤の掘削
と支保工の設置を繰り返し行うとともに、上記対策杭の
地表面付近に位置する上部に覆工板を施工し、掘削底面
に底版コンクリートを施工し、目的の建造物の躯体を構
築し、その後、上記対策杭を掘削底面のところで切断し
て掘削空間内に位置していた上記対策杭の部分を取り除
くとともに、上記掘削空間に対し埋め戻し土施工を行う
ことを特徴とする地下建造物の構築法。