JP2008190241A

JP2008190241A - 泥水固化壁工法

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Publication number: JP2008190241A
Application number: JP2007026790A
Authority: JP
Inventors: Yuuichirou Hirose; 友一朗弘瀬
Original assignee: Daiyo Kiko Industry Inc
Current assignee: Daiyo Kiko Industry Inc
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】泥水プラントの設備ヤードが狭い現場においても高精度の泥水固化壁の施工を可能とする泥水固化壁工法を提供することを目的とする。
【解決手段】泥水の満たされた掘削孔内に、撹拌機を装着した泥水固化材供給装置を最深部まで降ろし、所定範囲分の容量の泥水固化材を供給した後に、原位置で泥水と泥水固化材を撹拌機により所定時間撹拌をしてから、泥水固化材供給装置を所定範囲分だけ引き上げ、再び所定範囲分の容量の泥水固化材を供給した後に、原位置で泥水と泥水固化材を撹拌機により所定時間撹拌をしてから、泥水固化材供給装置を所定範囲分だけ引き上げる作業を掘削孔の全長に亘って繰り返すことにより、或いは、更に掘削孔の全長に亘って攪拌機を上下動させて撹拌を行うことにより、泥水固化壁を構築する泥水固化壁工法を基本として提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下構造物を構築する際に、周辺地盤が土砂の崩落や地下水の出水等による影響を受けることがないように、根伐のために構築する山留め止水壁としての泥水固化壁工法に関し、特には泥水プラントの設備ヤードが狭い現場においても高精度の泥水固化壁の施工を可能とするものである。

地中に構造物を構築しようとする場合、確実な土留め、止水壁が必要となる。このような土留め、止水のための山留め止水壁（地中連続壁）の工法としては、コンクリート系のＲＣ工法（Rainforced Concrete）やソイルセメント系のＣＲＭ工法（Continuous walls using Recycled Mud）とともに、掘削に使用する泥水（安定液）に泥水固化材を混合して固結させる泥水固化壁工法が採用されている。

一般に泥水固化壁工法を採用するケースは、下部をＲＣ工法による地下連続壁で構築し、上部３〜５ｍ程度で最終的に別途構造物を構築するために、ＲＣ工法による地下連続壁は不要だが山留め止水を必要とするようなケースである。そのため、泥水固化壁工法によれば、ＲＣ工法やＣＲＭ工法に比べ、水分の多い状態で、しかも低強度の壁体が構築される。

この泥水固化壁工法は、Ｈ形鋼等の芯材と泥水固化体からなる壁体を構築する工法であり、ＲＣ工法やＣＲＭ工法と同様に、地中連続壁の掘削機を用いて高精度に所定の掘削孔を掘削する。そして、この掘削孔にＨ形鋼の芯材を建て込んだ後に、地上の泥水プラントの設備ヤードでベントナイト泥水にセメントやケイ酸ソーダ等を混合撹拌して製作した泥水固化液を芯材間に配置したトレミー管から供給して、掘削孔内の泥水と置換打設をする。

あるいは、芯材間にエアーブロー管を装備し、掘削孔の底部からエアブローをしながら、上部よりセメントミルクやケイ酸ソーダを投入し、掘削孔内のベントナイト泥水と掘削孔内で混合撹拌して泥水固化液を製作するエアーブロー工法が知られている。

上記に関して特許文献１には、掘削孔に充填されている泥水をポンプで地上に吸い上げてジェットポンプの噴射ノズルに供給してジェット水流状の泥水とし、粉粒体状の固化材と混合して再び掘削孔の最深部から置換打設する工法が開示されている。
特開平９−６７８１９号公報

しかしながら、前記した地上の泥水プラントの設備ヤードで製作した泥水固化液を掘削孔内の泥水と置換打設する従来工法においては、掘削孔の容量の２倍から３倍の泥水貯留槽が必要となり、その結果、一定面積以上の泥水プラントの設備ヤードを確保することが必須の条件となる。泥水固化壁工法において使用する地中連続壁の掘削機は１／５００以上の掘削精度を確保でき、その出来形も超音波測定にて測定可能であり、３０ｍ以深の超深度土留め壁を精度高く掘削することができる。にもかかわらず施工場所によっては、専ら泥水プラントの設備ヤードを十分確保できないことに起因して、泥水固化壁工法が適当な場合であっても泥水固化壁工法を採用できない場合が発生している。また、置換打設工法の本来的限界として、置換時に掘削孔の壁面からスライムが混入して壁体不良を起こすおそれがある。

また、特許文献１によれば、ジェットポンプ等の設備を新たに準備する必要があり、そのための泥水プラントの設備ヤードを必要とし、又掘削孔内の泥水と置換することには変わりないため、泥水中からのスライム混入等のおそれもある。また、エアブローにより、掘削孔内のベントナイト泥水と泥水固化材を原位置で混合撹拌するエアーブロー工法は、エアブローによる撹拌に限界があり、泥水と泥水固化材との撹拌が十分に行われないこともあり、そのため、深度２５ｍ以浅の浅い深度でしか使用することができない。

そこで本発明は上記事情に鑑みて、泥水プラントの設備ヤードが狭い現場においても高精度の泥水固化壁の施工を可能とする泥水固化壁工法を提供することを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するため、泥水の満たされた掘削孔内に、撹拌機を装着した泥水固化材供給装置を最深部まで降ろし、所定範囲分の容量の泥水固化材を供給した後に、原位置で泥水と泥水固化材を撹拌機により所定時間撹拌をしてから、泥水固化材供給装置を所定範囲分だけ引き上げ、再び所定範囲分の容量の泥水固化材を供給した後に、原位置で泥水と泥水固化材を撹拌機により所定時間撹拌をしてから、泥水固化材供給装置を所定範囲分だけ引き上げる作業を掘削孔の全長に亘って繰り返すことにより、或いは、更に掘削孔の全長に亘って攪拌機を上下動させて撹拌を行うことにより、泥水固化壁を構築する泥水固化壁工法を基本として提供する。

また、掘削孔を地中連続壁掘削機を使用し、泥水としてベントナイト溶液を使用する。更に、掘削孔の深さが３０ｍ以上であり、泥水固化材としてセメントミルクを使用し、又は泥水固化材として掘削土から分離した砂分を混練したモルタルを使用し、泥水と泥水固化材の撹拌の終了後に掘削孔に所定の芯材を挿入する。

かかる泥水固化壁工法によれば、掘削孔内の原位置で所定容量毎の泥水と泥水固化材をステップバイステップで混合撹拌するため、従来の置換打設工法のように掘削孔容量の２倍から３倍の泥水貯留槽が必要なく、又セメントミルク等の泥水固化材容量分の返泥容量（掘削孔容量の約１／３程度）の返泥受け槽を準備すればよいため、コンパクトな泥水プラントの設備ヤードで施工が可能であり、泥水プラントの設備ヤードが十分確保できない施工場所であっても、泥水固化壁工法を採用することができる。また、撹拌機を使用して所定容量毎に確実に撹拌するとともに、掘削孔全長に亘って撹拌機により確実に撹拌を行うことができるため、泥水と泥水固化材が均一に混合されて、施工する掘削孔の深さに限界がなく、従来エアブローによる撹拌では施工できなかった深度２５ｍ以深の、更には深度３０ｍ以深の掘削孔であっても精確に施工することができる。

更に、掘削孔内の泥水を利用して壁体を構築するため、廃棄する泥水の量を減らすことができ、施工時の返泥は次掘削の掘削泥水として使用するため、最終的には泥水固化材相当分の泥水のみを廃棄処分すればよい。そして、原位置撹拌であるので、従来の置換打設工法のように置換時に掘削孔の壁面からスライムが混入することがない。

以下図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明においても、ＲＣ工法やＣＲＭ工法と同様に、地盤内に所定幅の先行エレメントを一定の間隔を設けて掘削・構築し、その後に各先行エレメントの間に後行エレメントを掘削・構築することにより、連続壁として構築している。本発明における各エレメントの構築工法は次の通りである。

図１は、本発明に係る泥水固化壁工法を概略的に示す施工フロー図であり、先ず、施工すべき地盤にステップ１で所定の掘削機の据付を行う。掘削機としては、ＲＣ工法やＣＲＭ工法と同様に水平多軸回転式掘削機，垂直多軸回転式掘削機やバケット式掘削機等を使用する。図２は１エレメント分の掘削孔を掘削するための地盤Ｅにバケット式掘削機２１を据え付けた状態を示している。次にステップ２で所定深さの掘削孔を掘削する。掘削孔は３０ｍ以深の超深度であっても１／５００以上の掘削精度を確保して掘削するようにする。図３はバケット式掘削機２１のバケット２１ａにて掘削孔２２を掘削している状態を示している。掘削孔２２内には孔壁面保護等のため安定液（ベントナイト泥水）としての泥水２３を満たして施工をする。なお、ベントナイト泥水は主材料をベントナイトとし、その他の添加剤を必要に応じて混合したものである。

所定深さまで掘削孔２２の掘削が完了すると、バケット式掘削機２１を引き上げ、ステップ３で掘削孔２２内のスライム処理を行う。図４は、所定の深さＤ（例えば３０ｍ）まで掘削孔２２の掘削が完了した後に、スライム処理装置２４の水中サンドポンプ２４ａを掘削孔２２内に底部まで挿入してスライムを泥水２３とともに吸引して回収槽２５に回収するとともに、泥水の良液槽２６から新たな泥水を補充している状態を示している。なお、良液槽２６から新たな泥水の補充は必要に応じて行えばよく、本来不要である。次にステップ４の掘削孔検査で、超音波検査機を使用して掘削孔２２の掘削精度を検査・確認する。掘削精度が満たされていれば、ステップ５で撹拌機２７ａを装着した泥水固化材供給装置２７を掘削孔２２の開口部に配置する。

同時にステップ６でセメントミルク等の泥水固化材の製造を行う。図５は泥水固化材としてのセメントミルクの製造プラントの一例を示すものであり、セメントサイロ２８からセメント計量槽２９にセメントを供給し、所定量を計量して二軸ミキサー３２に供給する。このセメントを清水槽３０から流量計３１を介しての二軸ミキサー３２に供給された所定量の清水と混練し、更にアジテータ３３にて撹拌してから、泥水固化材としてのセメントミルクを圧送ポンプ３４を介して泥水固化材供給装置２７に供給する。

泥水固化材としては、セメントミルクに限ることなく、例えば、掘削孔２２から排出した掘削土から砂分を分離し、セメントと混練したモルタルを使用することもできる。この場合には排出土量の減容化を図ることもできる。

そして、ステップ７で、泥水２３の満たされた掘削孔２２内に、泥水固化材としてのセメントミルクの所定量を供給し、ステップ８で掘削孔２２内における泥水固化材の供給された原位置で撹拌機２７ａにて撹拌を行う。撹拌時間は掘削すべき容量に応じて適宜選択すればよいが、概ね１〜２分程度の撹拌でよい。図６，図７はステップ７，８の作業状態を示す説明図である。先ず図７に示すように、所定深さＤ迄掘削が完了し、安定液としてのベントナイト泥水等の泥水２３が満たされた掘削孔２２の最深部２２Ｄに、泥水固化材供給装置２７の撹拌機２７ａ及び泥水固化材供給管２７ｂを降ろし、所定高さｄ１分、例えば掘削孔２２の最深部２２Ｄから１ｍ程度の高さｄ１容量のセメントミルクを泥水固化材供給管２７ｂから供給した後に、原位置で泥水２３と供給されたセメントミルクを撹拌機２７ａにより所定時間撹拌をし、泥水とセメントミルクからなる泥水固化液４０を原位置で製造する。なお、掘削孔２２内の撹拌機２７ａの位置は深度計を使用して確認し、必要な場所に移動させる。

その後、ステップ９で、泥水固化材供給装置２７を所定高さ分、例えば１ｍ程度だけ引き上げる。即ち、図８に示すように泥水固化材供給装置２７の撹拌機２７ａ及び泥水固化材供給管２７ｂをｄ１に連続するｄ２の位置まで上昇させて移動し、再び前記ステップ７の所定量の泥水固化材供給と、ステップ８の原位置での部分撹拌を行い、この作業を掘削孔２２の全長に亘って繰り返すステップ１０を実施する。図６は掘削孔２２の最深部２２Ｄから所定範囲分のｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５と前記作業を繰り返している状態を示しており、このｄ１〜ｄ５迄の範囲では泥水とセメントミルクからなる泥水固化液４０を原位置で製造している。このように、掘削孔２２の所定深さＤまでの全域に亘って所定高さ毎にステップバイステップで泥水とセメントミルクからなる泥水固化液４０を原位置で製造することが本発明の特徴である。なお、ステップ７のセメントミルクの供給をしつつ、同時にステップ８の撹拌機２７ａによる原位置での撹拌を行ってもよく、更に、撹拌機２７ａを原位置の範囲（図６，図７に示す所定高さｄ１〜ｄ５の範囲）内及び原位置の範囲に近接する範囲で上下動させて撹拌してもよい。

掘削孔２２の全域に亘って泥水固化材の供給と原位置での撹拌が終了すると、ステップ１１で掘削孔２２の全域撹拌を行う。図９，図１０はステップ１１の作業状態を示す説明図である。図９及び図１０に示すように、掘削孔２２の開口部２２Ｅから最深部２２Ｄの全域に亘って撹拌機２７ａを矢印Ａ，Ｂに示すように下降、上昇の往復動させて、掘削孔２２の全域において、セメントミルクと泥水２３とを再度ターニング撹拌して泥水固化液４０を均一に撹拌する。

次にステップ１２でＨ形鋼等の芯材を掘削孔２２に建て込む。即ち、図１１に示すようにクレーン３５で芯材としてのＨ形鋼３６を吊り上げて、掘削孔２２内の泥水固化液４０が固化する前に建て込む。必要本数のＨ形鋼の建込が完了すると、泥水固化液４０が固化して、泥水固化壁となるまで、ステップ１３で養生させる。図１２は泥水固化液４０中に所定のＨ形鋼３６を建て込んだ後、泥水固化液４０が固化するまで掘削孔２２の開口部２２Ｅに蓋材３７を被覆して養生している状態を示す。これにより、泥水固化壁の１エレメントの構築が終了する。このようにして地盤内に所定幅の先行エレメントを一定の間隔を設けて掘削・構築し、その後に各先行エレメントの間に後行エレメントを掘削・構築することにより、連続壁として構築する。

構築した泥水固化壁は、掘削孔２２内の原位置で泥水２３と泥水固化材を混合・撹拌するために、従来の置換打設する工法に比較して、泥水の回収タンクの容量が飛躍的に少なくて済み、その結果、泥水プラントの設備ヤードの面積が少なくても施工することが可能である。例えば１エレメントが、壁厚０．８ｍ、掘削幅２．８ｍ、深さ４０ｍとした場合、その容積は８９．６ｍ^３となり、置換打設によって掘削孔から地上に返される泥水を収納するための返泥回収槽として２００ｍ^３のものが必要となる。これに対して、本発明では、セメント添加量２００Ｋｇ、水／セメント比５０％とすると、返泥回収槽は３０ｍ^３でよく、従来の１／７程度の容量で済む。

また、従来の置換打設する工法では、１時間当たりの打設量が２０ｍ^３程度であり、前記した掘削孔であれば、４．５時間ほど打設時間がかかるが、本発明によれば仮に１ｍ毎に原位置撹拌をすると、１ｍ当たりのセメントミルク添加・撹拌時間は２分程度なので、８０分（１．３３時間）まで短縮することができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば掘削孔内の原位置で所定容量毎の泥水と泥水固化材をステップバイステップで混合撹拌するため、従来の置換打設工法のように掘削孔容量の２倍から３倍の泥水貯留槽が必要なく、又セメントミルク等の泥水固化材容量分の返泥容量（掘削孔容量の約１／３程度）の返泥受け槽を準備すればよいため、コンパクトな泥水プラントの設備ヤードで施工が可能であり、泥水プラントの設備ヤードが十分確保できない施工場所であっても、泥水固化壁工法を採用することができる。また、撹拌機を使用して所定容量毎に確実に撹拌するとともに、掘削孔全長に亘って撹拌機により確実に撹拌を行うことができるため、泥水と泥水固化材が均一に混合されて、施工する掘削孔の深さに限界がなく、従来エアブローによる撹拌では施工できなかった深度２５ｍ以深の、更には深土３０ｍ以深の掘削孔であっても精確に施工することができる。

ソイルセメント築造工法のＣＲＭ工法は、ＲＣ工法に比べてプラント設備ヤードを１／２程度に小さくすることができるが、都市部ではそれ以上にプラント設備ヤードを確保することが困難なケースが多い。そのため、ＲＣ工法で使用する掘削機の精度の高さは周知されていても、専らプラント設備ヤードの確保ができないためにソイル柱列壁を選択し、強度不足を補うために背面に薬注を行い施工している場合がある。本発明によれば、泥水プラントの設備ヤードとしては、ＲＣ工法のプラント設備ヤードの１／４程度の広さでよいため、ＲＣ工法やＣＲＭ工法が採用できない現場環境であっても高精度の泥水固化壁の施工を行うことができる。また、ＲＣ工法と同等のプラント設備ヤードが確保できれば、掘削機の台数を増やすことが可能であり、工期を短縮することができる。

また、従来のエアーブローによる泥水固化壁工法は、エアブローによる撹拌に限界があり、深度２５ｍ以浅の浅い深度でしか使用することができず、泥水と泥水固化材との撹拌が十分に行われないこともあるのに対して、本発明では深度３０ｍ以深の深い深度でも施工することができ、又掘削機により原位置及び掘削孔全体を強制的に撹拌することができ、泥水と泥水固化材の混合・撹拌が必要、かつ、十分に行われる。

本発明に係る泥水固化壁工法を概略的に示す施工フロー図。掘削機の据付状態を示す説明図。掘削状態を示す説明図。掘削状態を示す説明図。セメントミルクの製造工程を示す説明図。泥水固化材の供給・撹拌状態を示す説明図。泥水固化材の供給・撹拌状態を示す説明図。泥水固化材の供給・撹拌状態を示す説明図。泥水固化材の供給・撹拌状態を示す説明図。泥水固化材の供給・撹拌状態を示す説明図。芯材の建込状態を示す説明図。泥水固化液の養生状態を示す説明図。

符号の説明

２１…バケット式掘削機
２１ａ…バケット
２２…掘削孔
２３…泥水
２４…スライム処理装置
２４ａ…水中サンドポンプ
２５…回収槽
２６…良液槽
２７…泥水固化材供給装置
２７ａ…撹拌機
２７ｂ…泥水固化材供給管
２８…セメントサイロ
２９…セメント計量槽
３０…清水槽
３１…流量計
３２…二軸ミキサー
３３…アジテータ
３４…圧送ポンプ
３５…クレーン
３６…Ｈ形鋼
３７…蓋材
４０…泥水固化液

Claims

泥水の満たされた掘削孔内に、撹拌機を装着した泥水固化材供給装置を最深部まで降ろし、所定範囲分の容量の泥水固化材を供給した後に、原位置で泥水と泥水固化材を撹拌機により所定時間撹拌をしてから、泥水固化材供給装置を所定範囲分だけ引き上げ、再び所定範囲分の容量の泥水固化材を供給した後に、原位置で泥水と泥水固化材を撹拌機により所定時間撹拌をしてから、泥水固化材供給装置を所定範囲分だけ引き上げる作業を掘削孔の全長に亘って繰り返すことにより、泥水固化壁を構築することを特徴とする泥水固化壁工法。
泥水の満たされた掘削孔内に、撹拌機を装着した泥水固化材供給装置を最深部まで降ろし、所定範囲分の容量の泥水固化材を供給した後に、原位置で泥水と泥水固化材を撹拌機により所定時間撹拌をしてから、泥水固化材供給装置を所定範囲分だけ引き上げ、再び所定範囲分の容量の泥水固化材を供給した後に、原位置で泥水と泥水固化材を撹拌機により所定時間撹拌をしてから、泥水固化材供給装置を所定範囲分だけ引き上げる作業を掘削孔の全長に亘って繰り返し、更に掘削孔の全長に亘って攪拌機を上下動させて撹拌を行うことにより、泥水固化壁を構築することを特徴とする泥水固化壁工法。
掘削孔を地中連続壁掘削機を使用して掘削する請求項１又は２記載の泥水固化壁工法。
泥水としてベントナイト溶液を使用する請求項１，２又は３記載の泥水固化壁工法。
掘削孔が深さが３０ｍ以上である請求項１，２，３又は４記載の泥水固化壁工法。
泥水固化材として、セメントミルクを使用する請求項１，２，３，４又は５記載の泥水固化壁工法。
泥水固化材として、掘削土から分離した砂分を混練したモルタルを使用する請求項１，２，３，４又は５記載の泥水固化壁工法。
泥水と泥水固化材の撹拌の終了後に掘削孔に所定の芯材を挿入する請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の泥水固化壁工法。