JP2008231810A - 地下構造物の施工法 - Google Patents

Abstract

【課題】近接施工で周辺地盤の変状が気がかりでない、施工占有面積が少ない場合も対応できる、自重沈下力が不足している場合も施工可能である、鉛直・水平精度を要求されるのに答えられる、軟弱地盤にも対応できる、という、従来から有する圧入ケーソン工法の利点に加えて、大型構造物の場合でも、地盤の性状を安定させ、沈下を制御し難い軟弱地盤の場合や、硬質地盤で沈下させ難い場合に沈下させ易い状態を作り出し、沈下力と支持力をバランスさせて精度の高い制御が可能で、工事の安全性が確保できる。
【解決手段】構造物設置地盤１０を、構造物重量と沈設時の側壁摩擦抵抗を考慮して、構造物の圧入沈設に都合のよい埋戻地盤強度を付与するため、掘削土等にセメント等の改良材を適宜に配合して構造物着底深度まで地盤改良し、この改良された地盤上に、ケーソン躯体３を構築し、ケーソン躯体３の近傍に設置したグランドアンカー１を反力として、圧入ジャッキ６でケーソン躯体３を圧入沈設する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ケーソンでシールド縦坑や塔や橋脚等の構造物の基礎を形成する地下構造物の施工法に関するものである。

プレキャストコンクリート部材からなる中空筒状のケーソンを水底や地盤中に沈設して橋脚や大型の塔の基礎を形成する技術としてケーソン工法がある。

中空筒状のケーソンを地盤中に沈下させ、設置するのに、通常は施工性の点からケーソンの内空部まで掘削して作業が行われる。このケーソン内の地盤の掘削の方法はさまざまであり、ハンマーグラブバケットやクラムシェルバケット等により掘削し、ケーソンを自重および圧入によって地中に沈下させる。

陸上工事におけるケーソン工法には、地上で構築して設置したケーソン本体の中空内部を人力あるいは機械で掘削しながら徐々にケーソンを沈下させ、支持層まで到達した後にケーソン本体を基礎構造物とするオープンケーソン工法（opened caisson method）と、オープンケーソン工法の場合、軟弱地盤や地下水の多い地盤を施工すると、水や泥が作業箇所に流入し掘削作業が非常に困難になる。よって、あらかじめ本体下部に作業室を設け、その中に圧縮空気を送り込んで気圧の高い状態にし、この圧気によって水や泥の流入を防止して掘削作業を行うニューマチックケーソン工法（pneumatic caisson method）とに大きく２つに分けられる。

これに対してグランドアンカーを反力とする油圧ジャッキを使用し、躯体を地中に圧入沈設する圧入ケーソン工法が、下記特許文献１、２等に記載されている。
特開２０００−２０４５６３号公報 特開平８−１７７０５５号公報

前記特許文献１にあるように、圧入ケーソン工法は図１８に示すように、地中に打ち込んだグランドアンカー１に節のあるロッドであるグリッパロッド２を連結し、刃口を有する筒状のケーソン躯体３を構築し、そのケーソン躯体３の上面に支圧盤４を介して反力桁５を載置し、ケーソン躯体３の内部地盤を掘削しながら反力桁５に取付けた油圧ジャッキによる圧入ジャッキ６でグリッパロッド２を引張り、前述のグランドアンカー１で反力を取って刃先抵抗と周面摩擦力に打ち勝ってケーソン躯体３を地中に圧入（沈設）する。

ケーソン躯体３を所定長さ圧入した後に圧入したケーソン躯体３の上部に次のケーソン躯体３を構築して前述と同様にしてケーソン躯体３を地中に圧入する。この作業を複数回繰り返して所定の深さまでケーソン躯体３を圧入する。

ケーソン躯体３の圧入と同時に掘削機械、例えばクラムシェルのバケットでケーソン躯体３内部の地盤を掘削する。

また、圧入ケーソン工法ではない一般のケーソン工法として、下記特許文献３〜６には、中空筒状のケーソンの壁体下端部分の地盤を掘削することにより、ケーソンの内空部まで掘削を省略できることが記載されている。
特開昭６１−１７２９２４号公報 特開２００４−３１６１１８号公報 特開昭５５−３６５８３号公報 特開２００１−２０２９４号公報

前記特許文献３は、中空筒状のケーソンの壁体下端部分の地盤を掘削するのに、筒型ケーソンの壁体の内部に長手方向に複数のスリット状開口部を貫通して形成し、スリット状開口部に掘削機を挿入してケーソンの壁体下端部分の地盤を掘削するものである。

特許文献２は、ケーソンの側壁を複数のセグメントに分割すると共に、分割したセグメントの肉厚内に上下に貫通する軸方向中空部を形成しておき、側壁下端に刃先を設け、前記セグメントを沈設位置で組立、前記中空部にオーガドリルを挿通して刃先下方の地盤を掘削し、ケーソンを順次積み重ねしながら地中に沈下させるものである。

特許文献３は、壁体に孔が複数設けてあり、この孔内に作業員が入って掘削作業を行うか、または機械掘削を行うものである。

特許文献４は、複数の沈設リングを順次積み重ねて圧入することにより、沈設体を地中に沈設するものであり、各沈設リングに貫かれた複数の鉄筋孔を通じてウォータジェットを沈設体の下端まで伸ばして硬質層を掘削するものである。その後、沈設体１の上に、更に別の沈設リングを順次積み重ねて圧入する。

圧入ケーソン工法は、自重又は載置方式によって沈設するオープンケーソン工法に頻発する様々なトラブルを解消するものであり、オープンケーソン工法では沈設することができず、やむを得ずニューマッチクで施工するニューマチックケーソン工法と比べて、圧気等の設備が不要、仮設少なく土搬出容易、地下水位に変化なしという利点があるが、地盤の性状に対応した圧入・沈設の制御がなかなか困難であり、特に大型になるほどむずかしいという問題があった。

また、圧入ケーソン工法でないケーソン工法で、前記中空筒状のケーソンの壁体下端部分の地盤を掘削することにより、ケーソンの内空部まで掘削を省略できるものでは、全てケーソンの壁体部分を中空にして、ここに掘削機を挿入して掘削を行うものであり、近時、このようなプレキャストコンクリート部材からなるケーソンは大口径化しているが、ケーソンの刃先下の掘削が難しくなり、バランス制御や摩擦抵抗の対処などでケーソンの沈下が困難になる。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、近接施工で周辺地盤の変状が気がかりでない、施工占有面積が少ない場合も対応できる、自重沈下力が不足している場合も施工可能である、鉛直・水平精度を要求されるのに答えられる、軟弱地盤にも対応できる、という、従来から有する圧入ケーソン工法の利点に加えて、大型構造物の場合でも、地盤の性状を安定させ、軟弱地盤のみならず、沈下させ難い硬質地盤の場合でも、沈下力と支持力をバランスさせて精度の高い制御が可能で、工事の安全性が確保できる地下構造物の施工法を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、構造物設置地盤を、構造物重量と沈設時の側壁摩擦抵抗を考慮して、構造物の圧入沈設に都合のよい埋戻地盤強度を付与するため、掘削土等にセメント等の改良材を適宜に配合して構造物着底深度まで地盤改良し、この改良された地盤上に、ケーソン躯体を構築し、ケーソン躯体の近傍に設置したグランドアンカーを反力として、圧入ジャッキでケーソン躯体を圧入沈設することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、ケーソン躯体の圧入・沈設は、構造物重量と沈設時の側壁摩擦抵抗を考慮して、構造物の圧入沈設に都合のよい埋戻地盤強度を付与した改良地盤において行うので、大型構造物の場合でも、地盤の性状を安定させ、沈下を制御し難い軟弱地盤の場合や、硬質地盤で沈下させ難い場合に沈下させ易い状態を作り出し、沈下力と支持力をバランスさせて精度の高い制御が可能で、工事の安全性が確保できる。

請求項２記載の本発明は、地盤改良は、構造物内空部を含めた範囲を行うこと、請求項３記載の本発明は、地盤改良は、構造物壁厚相当分だけ溝状に掘削して行うことを要旨とするものである。

前記請求項３記載の本発明によれば、地盤改良を行うのに、構造物設置地盤を構造物壁厚相当分だけ着底深度まで溝状に掘削すればよいので、ケーソン内部の土砂を排除しないで構築することで工期・コスト面から有利となる。

請求項４記載の本発明は、ケーソン躯体を構築時に、ケーソン刃口から地上に土砂を排出する排出パイプを設けておき、ケーソン躯体を圧入時に、リバース工法等により地上に土砂を排出することを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、リバース工法等により地上に土砂を排出することにより、圧入をさらに容易にすることができる。

以上述べたように本発明の地下構造物の施工法は、近接施工で周辺地盤の変状が気がかりでない、施工占有面積が少ない場合も対応できる、自重沈下力が不足している場合も施工可能である、鉛直・水平精度を要求されるのに答えられる、軟弱地盤にも対応できる、という、従来から有する圧入ケーソン工法の利点に加えて、大型構造物の場合でも、地盤の性状を安定させ、沈下を制御し難い軟弱地盤の場合や、硬質地盤で沈下させ難い場合に沈下させ易い状態を作り出し、沈下力と支持力をバランスさせて精度の高い制御が可能で、工事の安全性が確保できるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１〜図７は本発明の地下構造物の施工法の１実施形態を示す各工程の側面図で、図中１０は構造物設置地盤である。

図２に示すように、構造物設置地盤１０を構造物相当分だけ着底深度までボーリング等により掘削し、掘削土にセメント（モルタルもしくはセメントミルク）等の固化材を加えて攪拌し、構造物着底深度まで地盤改良１１を施す。地盤改良１１は構造物内空部を含めた範囲である。

この地盤改良１１を施すには、掘削土はこれを排出しないで改良地盤を構築するのが望ましく、ボーリングマシンによって目標深度まで削孔したのち、ロッド下端から改良材を超高圧で噴射し、地盤を切削すると同時に土粒子と改良材を混合する高圧ジェット噴射混合処理工法や、機械的な攪拌混合を行って柱状に深層部を固化処理する深層混合処理工法などが採用し得る。

なお、軟質地盤の場合には、遅延材を付加したモルタルを注入して掘削土を攪拌し、適当な強度を持つ溝地盤を構築する。また、地盤が固い場合は、あらかじめ岩盤掘削機で掘削し、その後に、ベントナイトなどを加えた材料で埋め戻して、適当な強度を持つ溝地盤を構築する。

また、地盤改良１１の形成は、発生した掘削土が低品質の建設残土である場合には、この掘削土に、水とセメント等を混合してスラリー状の混合物であるソイルモルタルを作製し、これを工事現場に埋め戻して再利用する方法で形成してもよい。

具体的には、掘削土砂をダンプトラックにより仮置き場に運搬し、運搬された土砂を仮置き場に設置された泥水製造装置に投入して泥水を作製し、この泥水をミキサー車に転載して打設現場に運搬し、この運搬した泥水を打設現場に設置されたミキサーに転載し、そのミキサーにて前記泥水とセメントとを混合してソイルモルタルを作製し、これを埋め戻して打設する。

このように地盤改良１１の形成した後、図３に示すように、地盤改良１１部分の脇にボーリングマシン１３等を用いて圧入反力用のグランドアンカー１を設置する。このグランドアンカー１の設置を行うのは、地盤改良１１の形成前でもよい。

施工する基礎構造物７としては塔や橋脚等種々のものが対象となるが、図８、図９に示すものは、タワー（大型塔状構造物）の基礎の場合であり、平面四角やその他の多角形の中空筒状体で、壁体９は間隔を存して並列する仕切り壁８を有する２重壁構造である。図９はロッド割を示すもので、７ロッドに分割している。

前記地盤改良１１の形成は、このような施工すべき基礎構造物７の重量と沈設時の側壁摩擦抵抗を考慮して行う。

図５、図６に示すように地盤改良１１の上に、ケーソンのケーソン躯体３を構築する。この場合、図１０に示すように、ケーソン躯体３の刃口３ａからリバース工法等により地上に土砂を排出する排出パイプ１９を設けておくようにしてもよい。

ケーソン躯体の近傍に設置したグランドアンカー１を反力として、圧入ジャッキ６で躯体を圧入する。

かかるケーソン躯体の圧入は、グランドアンカー１にグリッパロッド２を連結し、刃口を有する筒状のケーソン躯体３を構築し、そのケーソン躯体３の上面に支圧盤４を介して反力桁５を載置し、反力桁５に取付けた油圧ジャッキによる圧入ジャッキ６（商標名ハイアックジャッキ）でグリッパロッド２を引張り、前述のグランドアンカー１で反力を取って刃先抵抗と周面摩擦力に打ち勝ってケーソン躯体３を地中に圧入（沈設）する。

この圧入の際の沈下力と支持力をバランスさせるには、地盤改良１１のソイルモルタル強度設計による。

さらに、支持力が不足する場合には、図示は省略するが、躯体周囲に櫓を設け、躯体を吊ること等により支える。

１ロッドの圧入沈設完了後は、図示は省略するが、グリッパロッド２、圧入ジャッキ６、反力桁５等は撤去し、ブラケット・ステージ設置、内外足場組立などでケーソン躯体３の第２ロッドを構築する準備を行い、鉄筋組立、型枠組立、コンクリート打設、型枠・足場解体を行い、再度、圧入機材を設置して圧入を行う。

このようにして順位各ロッドの構築とケーソン躯体の圧入・沈設を繰り返して刃口を予定深度まで推し進める。

なお、前記排出パイプ１９を設けてリバースサーキュレーションドリル工法等により地上に土砂を排出することを併用する場合には、排出パイプ１９内にドリルビット１４を配設し、泥水を通常のボーリング掘削の方向と逆に循環することにより掘削する。すなわち、ドリルビット１４を回転させ地盤を切削し、その土砂を孔内水と共にサクションポンプまたはエアリフト方式などにより地上に吸上げ排出する。

図中１５はサンクションホース、１６はパワーユニット、１７は水槽、１８は水中ポンプである。

図１１〜図１７は本発明の第２実施形態を示すもので、地盤改良１１は前記第１実施形態のように構造物内空部を含めた範囲ではなく、構造物壁厚相当分だけ溝状に掘削して行うものとした。

図１２に示すように、構造物設置地盤１０を構造物壁厚相当分だけ着底深度までボーリング等により溝状に掘削し、掘削した掘削溝の一部または全部を埋め戻すことにより地盤改良１１を形成する。

図１３に示すように、地盤改良１１の脇にボーリングマシン１３等を用いて圧入反力用のグランドアンカー１を設置する。図中１２は埋戻土である。

この埋戻土１２としては、掘削土等にセメント等の改良材を適宜に配合したソイルモルタル等とし、前記第１実施形態と同じく、掘削土はこれを排出しないで改良地盤を構築するのが望ましい。

前記地盤改良１１の形成は、前記第１実施形態での地盤改良工法のほかに、ＳＭＷ工法（登録商標名）により施工することもできる。

ＳＭＷ工法（登録商標名）は、セメントスラリーを原位置で混合・攪拌（Mixing）し、地中に造成する壁体（Wall）を造成するものであり、多軸混練オーガー機で原地盤を削孔し、その先端よりセメントスラリーを吐出して１エレメントの削孔混練を行い、ソイルセメント壁体を造る。

図１４、図１５に示すように前記地盤改良１１の上に、ケーソン躯体３のケーソン躯体を構築する。

ケーソン躯体の近傍に設置したグランドアンカー１を反力として、圧入ジャッキ６で躯体を圧入する。

かかるケーソン躯体の圧入は、グランドアンカー１にグリッパロッド２を連結し、刃口を有する筒状のケーソン躯体３を構築し、そのケーソン躯体３の上面に支圧盤４を介して反力桁５を載置し、反力桁５に取付けた油圧ジャッキによる圧入ジャッキ６でグリッパロッド２を引張り、前述のグランドアンカー１で反力を取って刃先抵抗と周面摩擦力に打ち勝ってケーソン躯体３を地中に圧入（沈設）する。

この圧入の際の沈下力と支持力をバランスさせるには、掘削溝の溝幅、埋戻土１２のソイルモルタル強度、埋戻土１２の埋戻率の設計による。

さらに、支持力が不足する場合には、図示は省略するが、躯体周囲に櫓を設け、躯体を吊ること等により支える。

１ロッドの圧入沈設完了後は、図示は省略するが、グリッパロッド２、圧入ジャッキ６、反力桁５等は撤去し、ブラケット・ステージ設置、内外足場組立などでケーソン躯体３の第２ロッドを構築する準備を行い、鉄筋組立、型枠組立、コンクリート打設、型枠・足場解体を行い、再度、圧入機材を設置して圧入を行う。

このようにして順位各ロッドの構築とケーソン躯体の圧入・沈設を繰り返して刃口を予定深度まで推し進める。

なお、前記第１実施形態と同様に、排出パイプ１９を設けてリバースサーキュレーションドリル工法等により地上に土砂を排出することを併用する場合には、排出パイプ１９内にドリルビット１４を配設し、泥水を通常のボーリング掘削の方向と逆に循環することにより掘削する。すなわち、ドリルビット１４を回転させ地盤を切削し、その土砂を孔内水と共にサクションポンプまたはエアリフト方式などにより地上に吸上げ排出する。

本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態を示す施工前の状態を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第１工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第２工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第３工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第４工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第５工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第６工程を示す側面図である。 施工しようとする基礎構造物の平面図である。 施工しようとする基礎構造物の要部の縦断面図である。 リバース工法併用の説明図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態を示す施工前の状態を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第１工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第２工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第３工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第４工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第５工程を示す側面図である。 本発明の地下構造物の施工法の第１実施形態の第６工程を示す側面図である。 圧入ケーソンの施工を示す説明図である。

符号の説明

１…グランドアンカー ２…グリッパロッド
３…ケーソン躯体 ３ａ…刃口
４…支圧盤
５…反力桁 ６…圧入ジャッキ
７…基礎構造物 ８…仕切り壁
９…壁体 １０…構造物設置地盤
１１…地盤改良 １２…埋戻土
１３…ボーリングマシン １４…ドリルビット
１５…サンクションホース １６…パワーユニット
１７…水槽 １８…水中ポンプ
１９…排出パイプ

Claims (4)

1. 構造物設置地盤を、構造物重量と沈設時の側壁摩擦抵抗を考慮して、構造物の圧入沈設に都合のよい埋戻地盤強度を付与するため、掘削土等にセメント等の改良材を適宜に配合して構造物着底深度まで地盤改良し、この改良された地盤上に、ケーソン躯体を構築し、ケーソン躯体の近傍に設置したグランドアンカーを反力として、圧入ジャッキでケーソン躯体を圧入沈設することを特徴とした地下構造物の施工法。
2. 地盤改良は、構造物内空部を含めた範囲を行う請求項１記載の地下構造物の施工法。
3. 地盤改良は、構造物壁厚相当分だけ溝状に掘削して行う請求項１記載の地下構造物の施工法。
4. ケーソン躯体を構築時に、ケーソン刃口から地上に土砂を排出する排出パイプを設けておき、ケーソン躯体を圧入時に、リバース工法等により地上に土砂を排出する請求項１ないしは請求項３のいずれかに記載の地下構造物の施工法。

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