JP2008248488A - 斜面安定化工法及び斜面施工装置 - Google Patents

Abstract

【目的】施工性が良く、確実に長尺施工を行うことも出来、しかも地盤変形抑止力の高い斜面安定化を行えるようにする。
【構成】周壁にグラウト材吐出孔を複数個有すると共に、複数の節突起を有する鋼管材の内部にビットを含む削孔機構を収容し、該ビットを鋼管材先端から飛び出させて斜面地盤を削孔しながら鋼管材を押して打設し、打設後、削孔機構を回収し、該削孔機構回収後、鋼管材の内部にグラウト材を加圧注入して前記グラウト材吐出孔からグラウト材を噴出させて、鋼管材周辺部に地盤改良体を形成して地盤を補強する。
【選択図】図８

Description

本発明は斜面の地盤補強を目的とした斜面安定化工法及び斜面施工装置にかかわり、特に、小型ダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔により比較的硬質な地盤に対して小口径鋼管を直接打設して斜面の地盤安定化を図る斜面安定化工法及び斜面施工装置に関する。

斜面安定工法には、地すべりや大規模切土・盛土法面を抑止する抑止工と、比較的小規模斜面（法高10.0m程度・すべり深度5ｍ〜8ｍ程度以下・必要抑止力500ｋN/ｍ以下程度）の安定工がある。盛土法面とは図１４に示すように元の斜面２において、一般に表層付近の腐植質土等、盛土構造に際して不適な土質を排除して後、盛土に適する土質を使用し、盛土したときの斜面１であり、切土法面とは元の斜面２を切土して新たに形成される斜面３である。この法面において、法面表層部の活動しようとする部分（滑ろうとする部分）を移動層、移動層以深を不動層と定義する。すなわち、斜面は図１５に示すように地盤の弱い移動層４と地盤が強固な不動層５とで構成され、移動層４は地震その他の要因で点線で示す部分に沿って滑落あるいは崩落する可能性が高い。このため、上記の抑止工あるいは安定工がなされる。
大規模斜面の安定には、抑止杭やグラウンドアンカーによる抑止工が一般的であり、小規模斜面の安定にはロックボルト工やフリーフレーム工などの抑止工がある。かかる斜面安定工に使用する場合のグラウンドアンカーとロックボルト工およびその構造的及び機能的な相違点についていて以下に説明する。尚、以降では、斜面安定の対象は人工的に形成された斜面及び周辺の自然斜面であり、切土法面・盛土法面・自然斜面であるものとする。

・グラウンドアンカー
グラウンドアンカー６は図１６に示すように３箇所の構造部分、すなわちアンカー頭部６ａ、アンカー自由長部６ｂ、 アンカー定着長部６ｃに大別できる。アンカー頭部６ａはアンカー力を法面表層部に伝達する部分であり、アンカー自由長部６ｂは移動層を貫く部分でアンカー頭部にプレストレス力を与えるための伝達部分であり、アンカー定着長部６ｃは不動層に構築されたアンカー力を発揮する部分である。
グラウンドアンカー６は抑止機能として、定着長部６ｃにより不動層から得たアンカー力を自由長部６ｂを利用して法面表層に配置されたアンカー頭部６ａに伝達し、該アンカー頭部６ａを構成する受圧構造物（プレキャスト受圧板・法枠・擁壁等）を介して法面表層部より移動層４にプレストレスを与え、滑り面（移動層・不動層の境界部分）の粘着力や摩擦力を増大させ強制的に移動層を抑止するものである。

・ロックボルト工
ロックボルトは、図１７に示すように移動層から不動層を貫通する定着部７ａ及びロックボルト頭部７ｂから形成されている。抑止機能としては、グラウンドアンカーとは異なり、ロックボルト定着部７ａの内、移動層部分は移動層の地盤改良効果を期待して、定着材による該移動層の拘束効果により安定させるもので、不動層に配置されたロックボルト定着長部は、滑り力に対するせん段効果及び不動層での摩擦力による引き抜き効果を利用した抑止工となる。また、ロックボルト頭部７ｂは法面表層の風化等による剥落防止程度の目的とした法枠等または吹付コンクリート等の固定を行うものである。よって、ロックボルトによる斜面安定は移動層を安定・固結・一体化させ、この移動層を貫通した不動層に杭工の様な定着部を設けることにより斜面全体の安定をはかるものであり、ネイリング工法とも呼ばれる。
以上から、斜面安定に於いてグラウンドアンカーとロックボルトでは類似するような工法と思われがちであるが、その構造・機能は異質なものである。

グラウンドアンカーは、図１６で説明したように、不動層５にまで到達するようにある程度深く（一般的には全長が最低7ｍ以上）打ち込んで移動層４の緩い地盤を締め付けなければならず、通常はケーシング管の中にアンカー材を入れて二重管堀りして後、そのケーシング管を抜きながら深い位置にまでグラウトを施さねばならず、さらに引張力を作用させることができるように頭部処理も施す必要があるため、構造、施工が大がかりなものとなる問題がある。
一方、ロックボルト工は図１７に示すように地盤の不安定な部位に3〜5ｍ程度のロックボルトを打設してこれを定着材で地山に全面（全長）定着し、地盤変形を抑止せんとするもので、構造、施工が簡単である。ところで、従来のロックボルト工は、比較的小型の削岩機（人力作業可能）等を用いてΦ40〜50mm程度の削孔径で削孔を行い、グラウト材を注入し鉄筋等にネジ加工を施したロックボルト材を挿入して、グラウト材により地山にロックボルト材を定着させるものである。
しかし、削孔は削岩機の回転力・打撃力・押付け力をΦ25mm程度のロッドにより先端ビットに伝達させ地山を砕きスライムをエアーにより排出して削孔を行うもので、地山の自立性（削孔孔壁の自立）が悪く削孔完了後に削孔が崩れてしまう様な地盤の場合は施工不可能となる問題がある。既存のロックボルト工法では、この様な場合、二種類の施工方法を主に採用して施工を行っている。

第１の施工方法は図１８に示す自穿孔ロックボルトを使用する方法であり、自穿孔ロックボルト８で削孔完了後に削孔ロット及び先端ビット８ａを残置して削孔で使用したエアー貫通用中空部分８ｂを利用して、グラウト材をロックボルト先端から噴射し、ロックボルト周囲をグラウトで充填する方法である。しかし、この方法では、崩壊性の高い地山に対して、ロックボルト先端から噴出したグラウト材がロックボルト周辺に確実に充填されている保障がなく、斜面が補強されている保証がない。

第２の施工方法はグラウンドアンカーと同様の削孔機によるケーシング削孔である。比較的大型の削孔機（全油圧型ロータリーパーカッションドリル等）を使用し、図１９（Ａ）に示すようにケーシング削孔を行い削孔完了後に、先端ビット９ａを回収、ケーシング管９ｂを残置した状態で、図１９(Ｂ)に示すようにケーシング管９ｂ内にアンカー材(ロックボルト)９ｃを挿入し、ケーシング管９ｂを引き抜きながらアンカーグラウト材をロックボルト先端より吐き出し、ロックボルト周辺の地山を充填定着して造成を行う。なお、９ｄはグラウト材逆流防止用のパッカーである。この方法であれば、確実なロックボルトの造成が可能であるが、ケーシング削孔の削孔有効径としては、削孔機械能力・削孔径の関係より必要径より大きな径（Φ90mm〜Φ135ｍｍ程度）が採用されることとなり、通常補強材鉄筋径Φ19mm〜Φ25ｍｍに比較すると不経済となってしまう。
そこで、少ない材料と労力で高引張耐力を有するように、外周にスパイラル状リブを設けた鋼管を用い、そのリブにより注入モルタルとの付着を図ろうというアースアンカーが提案されている(特許文献１)。
特開平２−２６６０２１号公報

しかし、このアンカー工法では、先端にカッタ刃を設けた鋼管を地中に回転圧入していく形で打ち込むため、長尺になると先端まで回転押圧が伝達されにくくなり、鋼管が曲がってしまって、それ以上長くできず、即ち、地盤性状によっては設計上の所定長さまで打設できない問題がある。
以上から、本発明の目的は、施工性が良く、確実に長尺施工を行うことも出来、地盤変形抑止力の高い斜面安定化方法および斜面施工装置を提供することである。
本発明の別の目的は、ケーシング管が不要であり、しかも不必要に大きな径の鋼管材を使用する必要のない経済的な斜面安定化方法および斜面施工装置を提供することである。

本発明の第1の態様は斜面安定化工法であり、周壁にグラウト材吐出孔を複数個有すると共に、複数の節突起を有する鋼管材の内部にビットを含む削孔機構を収容し、該ビットを鋼管材先端から飛び出させて斜面地盤を削孔しながら鋼管材を押して打設するステップ、打設後、削孔機構を回収するステップ、該削孔機構回収後、鋼管材の内部にグラウト材を加圧注入して前記グラウト材吐出孔からグラウト材を噴出させて、鋼管材周辺部に地盤改良体を形成して地盤を補強するステップを有している。グラウト材の加圧注入は、パッカーを前記鋼管材の内部所定位置にセットして段階的に行う。
本発明の第2の態様は、斜面施工装置であり、周壁にグラウト材吐出孔を複数個有すると共に、複数の節突起を有する鋼管材、該鋼管材の内部にビットを含む削孔機構を収容し、該ビットを鋼管材先端から飛び出させて斜面地盤を削孔しながら鋼管材を押して打設し、打設後、削孔機構を回収するダウンザホールハンマー方式の削孔マシン、打設された鋼管材内にグラウト材を加圧注入し、前記グラウト材吐出孔よりグラウト材を排出して地盤改良体を形成するグラウト注入装置を備えている。

本発明では、周壁にグラウト材吐出孔を複数個有すると共に、複数の節突起を有する鋼管材の内部にビットを含む削孔機構を収容し、該ビットを鋼管材先端から飛び出させて斜面地盤を削孔しながら鋼管材を押して打設し、打設後、削孔機構を回収し、該削孔機構回収後、鋼管材の内部にグラウト材を加圧注入して前記グラウト材吐出孔からグラウト材を噴出させて、鋼管材周辺部に地盤改良体を形成して地盤を補強する。このため本発明によれば、
・小型の掘削機械で長尺施工が可能であり、しかも、小型の掘削機械であるため、斜面施工で問題となる足場の仮設作業が楽になる、
・鋼管材がケーシング管の代わりとなるため、ケーシング管が不要となる、
・パッカーをセットしてグラウト注入できるので、段階的な注入や、所定領域への限定注入が可能である、
・逆止弁付き吐出孔から加圧グラウトを噴出させる形で注入するので、確実且つ均一なグラウトが可能で、鋼管材の周囲の地山に確実な改良体を形成することができる、
・鋼管材自体の軸方向の引張応力だけではなく、先端支持力と周面摩擦抵抗をとることができる、
・内外にグラウトされた鋼管は曲げ応力に強く、曲げを考慮した設計に対応することも可能である。
すなわち、本発明によれば、施工性が良く、確実に長尺施工を行うことができ、地盤変形抑止力の高い斜面安定化を実現できる。また、本発明によれば、ケーシング管が不要であり、しかも不必要に大きな径の鋼管材を使用する必要がなく、経済的な斜面安定化を実現できる。

（Ａ）本発明の概略
本発明は、小型ダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式により比較的硬質な地盤に対して小口径鋼管を直接打設して斜面の地盤安定化を図る。
図１はダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式の説明図であり、中空の鋼管材１の内部に削孔ビット２、インナーロッド３、ダウンザホールハンマー４等の削孔機構を収容し、該削孔ビットを鋼管材先端から飛び出させて打撃と回転作用により削孔を行う。すなわち、ダウンザホールハンマー４の内部には図示しないがシリンダーが設けられ、このシリンダー内を摺動するハンマーピストンが、インナーロッド３の中空部を通して供給される圧縮空気によって往復運動を行い、該ハンマーピストンがハンマー本体の下部に突出する削孔ビット2を打撃するようになっている。また、削孔ビット２は、削孔機械５の回転及び給進力によりインナービット３、ダウンザホールハンマー4と一体に回転するようになっている。したがって、削孔機械５によりインナービット３を回転及び給進させると削孔ビット2も回転する。この回転給進と同時に、ダウンザホールハンマー５を圧縮空気により作動させて削孔ビット２に打撃を加えると、回転作用及び給進作用とダウンザホールハンマ−４の打撃作用とによって削孔ビット２が地盤を削孔し、鋼管材１が削孔ビットに引き込まれることにより該鋼管材１が地盤内に貫入してゆく。
所定深さまで鋼管材１を貫入すれば、削孔ビット２、インナーロッド３、ダウンザホールハンマー４等の削孔機構を回収する。
鋼管材１は後述するように長手方向に所定ピッチでその周壁にグラウト材吐出孔を複数個有すると共に、複数の節突起を有しているから、削孔機構回収後に、鋼管材１の内部を閉塞してグラウト材を加圧注入すれば、鋼管材１の周壁に形成したグラウト材吐出孔からグラウト材が噴出し、鋼管材周辺部に全長に亘って地盤改良体が形成されて地盤が補強される。

（Ｂ）斜面施工装置
図２は斜面施工装置を構成する削孔機械５の例であり、（Ａ）は一般的なロータリーボーリングマシン、（Ｂ）はさらに小型のロータリーボーリングマシンであり、図示する重量、寸法を備えている。インバータチゼルは鋼管材の長さが短い場合に好適である。
図３は二重管乾式削孔方式により削孔する削孔機構の構成図であり、ケーシング管として機能する中空の鋼管材１の内部には、削孔ビット２、インナーロッド３、ダウンザホールハンマー４等の削孔機構が収容され、削孔時に回転し、かつ、削孔完了後に回収可能に設けられている。削孔機械５の回転軸にはインナーロッド３が回転可能に接続され、また、該インナーロッド３には圧縮空気が送り込まれるようになっている。ダウンザホールハンマー４の先端には削孔ビット２が取り付けられている。図示例の削孔ビット２は偏心拡径構造を備え、所定方向に回転させると鋼管材１より偏心拡径して外に飛び出し、回収時に逆転すると縮径して引っ込み回収可能になっている。６はリーマー、７はケーシングシュー、８はガイドデバイス、９はガイドスリーブである。インナーロッド３内は中空になっており、圧縮空気を、ガイドスリーブ９を介してダウンザホールハンマー４内のシリンダーに送入し、該圧縮空気によりハンマーピストンを往復させて削孔ビット２に打撃を与えるようになっている。

図４は小口径の鋼管材１の構成図である。鋼管材１は所定長となるように必要数の先端鋼管材１０、中間鋼管材１０′、口元鋼管材１０″をカプラー式ネジ継ぎ手１１により接続して構成され、口元鋼管材の口元には打設後に取り付けられる重圧板（土圧を受ける四角い鋼板）１２が設けられている。図では３つ以上の鋼管材１０〜１０″が接続されて3000ｍｍ〜所定長の鋼管材１が形成されている。鋼管材１の外径はたとえばΦ76ｍｍ、受圧板１２の1辺は図示例では200ｍｍである。各鋼管材１０〜１０″の外周には第１のピッチ（たとえば500ｍｍ）で円形の節突起10aが形成され、かつ、各鋼管材１０〜１０″の周壁には第２のピッチ（たとえば600ｍｍ）で逆止弁機構付きグラウト材吐出孔10bが形成され、端部には他の鋼管材と接続するためのネジ構成の継ぎ手が形成されている。
図５は節突起10a周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断図である。節突起１０aはビード溶接加工により形成されている。鋼管杭１は防錆処理されたものを用いる場合もある。防錆処理された鋼管材はグラウト材との付着が小さいが、節突起10aによって地盤と杭の荷重伝達性能が大幅に向上する。
図６は逆止弁機構付きグラウト材吐出孔10ｂ周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断図である。逆止弁機構付きグラウト材吐出孔10bはバルブ加工により形成され、吐出孔15a、逆止弁15bで構成され、グラウトの加圧注入時に逆止弁15bが開いてグラウトが吐き出されるようになっている。

図７は加圧注入するパッカー装置の説明図である。鋼管材１を地盤に打設後、グラウト材の加圧注入はパッカー装置２００を用いて行う。すなわち、鋼管材１の打設後に削孔ビットやインナーロッド、ダウンザホールハンマーなどの削孔機構を引き抜いて回収した後、鋼管材１の内部にパッカー装置２００を配置する。パッカー装置２００はパッカー２０１と、該パッカーを貫通して設けられたグラウト材の注入管２０２と、パッカーを膨らませる膨張媒体送入管２０３を備えている。適所にパッカー装置２００を配置し、膨張媒体送入管２０３より水、エアーなどをパッカー２０１に送入して膨らませ、かかる状態でグラウト注入管２０２よりグラウト材を鋼管本体内に注入し、グラウト材吐出孔10ｂよりグラウト材を排出してグラウト柱体を形成する。以後、パッカー装置２００の位置を変えながらグラウト材の段階的加圧注入を行う。

（Ｃ）施工方法
（1）図８は本発明の施工手順説明図である。偏心拡径ビット（削孔ビット）２を利用した二重管乾式削孔方式により削孔しつつ小口径鋼管材１を地盤に直接打設する。
（2）所定深さまで小口径鋼管材１を打設すれば、削孔ビット２を縮径して該鋼管材１に収め、該削孔ビット２、インナーロッド３、ダウンザホールハンマー４などの削孔機構を引き抜き回収する。
（3）ついで、注入用パッカー装置のシングルパッカー２０１を鋼管材１の先端近傍に配置し、グラウト注入管２０２よりグラウト材を加圧注入すれば、鋼管材１の先端およびグラウト材吐出孔10ｂよりグラウト材GRMが排出する。
（4）以後、注入用パッカー装置を用いて段階加圧注入すれば、グラウト材吐出孔10ｂよりグラウト材が排出してグラウト柱体３１が形成されてゆく。
（5）そして、最後に注入用パッカー装置を口元に位置してグラウト材を鋼管材１内に注入すれば、グラウト材吐出孔10ｂよりグラウト材が排出して鋼管材１周辺の全長に亘ってに均一なグラウト柱体（地盤改良体）３１が完成する。すなわち、鋼管材１とグラウト柱体３１が一体となった合成杭が完成する。以上では注入用パッカー装置２００を用いて段階加圧注入する例であるが、口元をバルブで塞ぎ、グラウト材をグラウト注入装置より鋼管材１に加圧注入することもできる。
図９は鋼管杭１を地盤に施工した状態を示す説明図である。引き抜き力はベース部（支持層）４１とスキン部（中間層）４２のグラウト３１が受け持ち、曲げ、せん断軸方向力などの杭体応力は主として高強度の鋼管材１が負担する。斜面安定機構は、すべり面を境に生じた地盤変形（移動層）を、グラウト材を介して鋼管材１に伝達し、土の拘束効果とともに上部構造（受圧板）１２を利用して移動層の抜け出しを防止し、不動層地盤と加圧注入を行ったグラウト間での周面摩擦抵抗によって安定させる。なお、この時点で、鋼管材１には、曲げ、せん断、平面方向力が作用することになり、鋼管材１はこれを負担する。

（Ｄ）切土部の施工方法
図１０〜図１２は切土部が形成される毎に、該切土部の斜面より地盤に鋼管材１を打設する実施例の説明図である。図１０（Ａ）ではすでに斜面５１に鋼管材が打設され、グラウト材の加圧注入によりグラウト柱体３１が形成されている。以後、この斜面の切土部５２，５３，５４、５５を順次切土して切土法面を形成し、新たな切土法面が形成される毎に、図１０（Ｂ）に示すようにロータリーボーリングマシン１１０に先端鋼管材１０を把持させ、回転と打撃により削孔しつつ該先端鋼管材１０を切土法面より地盤に貫入する。先端鋼管材１０の貫入が終了すれば、ロータリーボーリングマシン１１０による先端鋼管材１０の把持を解除し、ついで、図１１（Ａ）に示すように、カプラー式継ぎ手部を用いて中間鋼管材１０′あるいは口元鋼管材１０″を先端鋼管材１０に接続し、しかる後、ロータリー式ボーリングマシン１１０に中間鋼管材１０′あるいは口元鋼管材１０″を把持させ、回転と打撃により削孔しつつ該鋼管材１を切土法面より地盤に貫入する。所定の深さまで鋼管材１を打設すれば、図１１（Ｂ）に示すように削孔ビットを縮径して該鋼管材に収め、該削孔ビット、インナーロッド、ダウンザホールハンマー等を有する削孔機構を引き抜き回収する。しかる後、図１２に示すように注入用パッカー装置２００を用いてグラウト材としてのセメントミルクを段階加圧注入すれば、グラウト材吐出孔10ｂよりセメントミルクが排出して鋼管材１周辺の全長に亘って均一なグラウト柱体（地盤改良体）３１が完成する。すなわち、鋼管材１とグラウト柱体３１が一体となった合成杭が完成する。以後、切土して切土法面が形成される毎に上記の施工を行う。

なお、以上では注入用パッカー装置２００を用いて段階加圧注入する例であるが、口元をバルブで塞ぎ、グラウト材をグラウト注入装置より鋼管材１に加圧注入することができる。また、グラウト材の加圧注入は鋼管材１の内部に注入用ホースを挿入し、該ホース介して鋼管材内にグラウト材を加圧注入することができる。また、図１３に示すように足場１１１を組み、そこにロータリーボーリングマシン１１０を乗せて打設作業をおこなうことができる。

ダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式の説明図である。 削孔機械の例である。 二重管乾式削孔方式による削孔機構の構成図である。 鋼管材の構成図である。 節突起周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断図である。 逆止弁機構付きグラウト材吐出孔周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断図である。 加圧注入するパッカー装置の説明図である。 本発明の施工手順説明図である。 鋼管杭を地盤に施工した状態を示す説明図である。 切土部が形成される毎に、該切土部の斜面より地盤に鋼管材を打設する実施例の第１の説明図である。 切土部が形成される毎に、該切土部の斜面より地盤に鋼管材を打設する実施例の第２の説明図である。 切土部が形成される毎に、該切土部の斜面より地盤に鋼管材を打設する実施例の第３の説明図である。 足場を組み、そこにロータリーボーリングマシンを乗せて打設作業を行う場合の説明図である。 盛土法面、切土法面の説明図である。 斜面における地盤の弱い移動層と地盤が強固な不動層の説明図である。 グラウンドアンカーによる抑止工説明図である。 ロックボルト工説明図である。 ロックボルト工法の第１の施工方法の説明図である。 ロックボルト工法の第２の施工方法の説明図である。

符号の説明

１ 小口径鋼管材
２ 偏心拡径ビット（削孔ビット）
３ インナーロッド
４ ダウンザホールハンマー
１０ａ 円形の節突起
１０ｂ グラウト材吐出孔
３１ グラウト柱体（地盤改良体）
２０１ パッカー
２０２ グラウト注入管

Claims (3)

1. 周壁にグラウト材吐出孔を複数個有すると共に、複数の節突起を有する鋼管材の内部にビットを含む削孔機構を収容し、該ビットを鋼管材先端から飛び出させて斜面地盤を削孔しながら鋼管材を打設し、
   打設後、前記削孔機構を回収し、
   削孔機構回収後、鋼管材の内部にグラウト材を加圧注入して前記グラウト材吐出孔からグラウト材を噴出させて、鋼管材周辺部に地盤改良体を形成して地盤を補強する、
   ことを特徴とする斜面安定化工法。
2. パッカーを前記鋼管材の内部所定位置にセットして段階的にグラウト材を加圧注入することを特徴とする請求項１記載の斜面安定化工法。
3. 周壁にグラウト材吐出孔を複数個有すると共に、複数の節突起を有する鋼管材、
   該鋼管材の内部にビットを含む削孔機構を収容し、該ビットを鋼管材先端から飛び出させて斜面地盤を削孔しながら鋼管材を押して打設し、打設後、削孔機構を回収するダウンザホールハンマー方式の削孔マシン、
   打設された鋼管材内にグラウト材を加圧注入し、前記グラウト材吐出孔よりグラウト材を排出して地盤改良体を形成するグラウト注入装置、
   を備えたことを特徴とする斜面施工装置。

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