JP2010084472A - 柱体の成形工法 - Google Patents

Abstract

【課題】柱体の高い強度を確保しつつ、地盤の違いによる柱体の強度のばらつきを低減する。
【解決手段】地盤中に柱体を成形する工法であって、スパイラルロッド１を、搬送スクリュ２の搬送方向がスパイラルロッド１の圧入方向と一致するように回転させながら地盤中に圧入すると共に、水硬性材料を含むバラ荷４を搬送スクリュ２により前記圧入方向に搬送して地盤中に供給する圧入工程と、その後スパイラルロッド１を前記圧入工程時と同じ方向に回転させながら引き上げる引き上げ工程とを有し、引き上げ工程において、搬送スクリュ２によりバラ荷４を削孔内に供給すると共に、液体供給路３により水を削孔内に供給し、地盤中に柱体を形成する。引き上げ工程時に供給される水の量は、圧入工程完了時のスパイラルロッド１の外形によって規定される柱体部分９ａ内の水硬性材料が完全に水和反応する量以上に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、緩い砂地盤や異なる地層が積層した多層地盤といった不安定な地盤において、地盤中に硬質の柱体を成形して該地盤の強化を図る柱体の成形工法に関する。

緩い砂地盤や粘性土からなる地盤、異なる地層が何層も積層した多層地盤は、地震や水害発生時に崩れて該地盤上に建てられた建築物や道路などの構造物の損傷を招いたり、周辺に影響を及ぼす恐れがある。

そこで、地盤中に硬質の柱体を構築して地盤を強化する手段が講じられている。このような柱体の構築方法としては、例えば特許文献１に、搬送スクリュを付設したプランジャを地盤中に圧入することによって柱状の中空室を形成し、且つ、該プランジャを回転させることにより搬送スクリュによって水硬性のバラ荷を該中空室に充填し、周囲の地盤から中空室に侵入する水分によって該バラ荷を硬化させる方法が開示されている。

しかしながら、この工法では、地盤中に含まれる水分量が不十分である場合には柱状に充填されたバラ荷の中心部にまで充分に水分が到達せず、削孔の側壁近傍のバラ荷のみが硬化して、構築される柱体の強度が不十分となることがある。また、地盤中の水分量が充分であっても、径の大きな柱体ではやはり中心部まで充分な水分が到達しにくく、柱体の強度が不十分になることがある。

そこで、内側に液体供給路を有するスパイラルロッドを用い、当該スパイラルロッドの圧入工程時或いは引き上げ工程時に、液体供給路により水を地盤中に供給し、バラ荷を硬化させて柱体を構築することが提案されている（特許文献２）。これによれば、スパイラルロッド内の液体供給路より地盤中に水が強制的に供給されるので、バラ荷全体の硬化が適正に行われる。

特許第３２５８２２７号公報 特開２００７−１１３１７７号公報

ところで、前記工法を用いる場合は、一般的に、元々地盤中に含まれている水の量を考慮して、水の供給量を、バラ荷の量に対して例えば注水率Ｗ/Ｃ（Ｗは水重量、Ｃは水硬性材料重量）が１０％程度の少なめに設定している。

しかし、実際に上記工法を用いて柱体を成形した場合、土壌の相違による水の含有量の相違等により柱体の強度がばらつくことがある。柱体の強度がある程度一定でないと、例えば設計時に柱体強度の想定値が求め難くなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、柱体の高い強度を確保しつつ、土壌の違いによる柱体の強度のばらつきを低減することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、地盤中に柱体を成形する工法であって、外側に螺旋状の搬送スクリュを備え、内側に液体供給路を備えたスパイラルロッドを、前記搬送スクリュの搬送方向が前記スパイラルロッドの圧入方向と一致するように回転させながら地盤中に圧入すると共に、水硬性材料を含むバラ荷を前記搬送スクリュにより前記圧入方向に搬送して地盤中に供給する圧入工程と、その後、前記スパイラルロッドを前記圧入工程時と同じ方向に回転させながら引き上げる引き上げ工程と、を有し、前記引き上げ工程において、前記搬送スクリュにより前記バラ荷を削孔内に供給すると共に、前記液体供給路により水を削孔内に供給し、地盤中に柱体を形成し、前記引き上げ工程時に供給される水の量は、前記圧入工程完了時の前記スパイラルロッドの外形によって規定される柱体部分内のバラ荷の水硬性材料が完全に水和反応する量以上に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、スパイラルロッドの引き上げ時に、前記圧入工程完了時の前記スパイラルロッドの外形によって規定される柱体部分内にあるバラ荷の水硬性材料が完全に水和反応する量以上の水を供給することにより、柱体の高い強度を確保しつつ、地盤の違いによる柱体の強度のばらつきを低減できる。

本発明によれば、地盤の違いによる柱体の強度のばらつきを低減できるので、いずれの土地においても高強度の柱体を安定して成形できる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る柱体の成形工法の主な工程を示す模式図である。

本柱体の成形工法に用いられるスパイラルロッド１は、ロッドの外周面に螺旋状の搬送スクリュ２を備えている。搬送スクリュ２は、回転により、スクリュ上のバラ荷４をスパイラルロッド１の前方又は後方に搬送することができる。搬送スクリュ２ は、例えばスパイラルロッド１の後端から先端に向かって時計回りの螺旋状に形成されている。

また、スパイラルロッド１は、ロッドの内側に後端部から先端部に至る液体供給路３を備えている。スパイラルロッド１の例えば先端部には、液体供給路３内の液体が噴出される噴出孔３ａが形成されている。

本柱体の成形工法では、先ず、図１（ａ）に示すようにスパイラルロッド１が地盤５に圧入される。この時、スパイラルロッド１を囲むようにホッパー７が配設され、ホッパー７内にバラ荷４が収納される。この状態から、スパイラルロッド１が、図中の矢印Ａ方向に回転しながら、地盤５中に圧入され、削孔６が形成される。このときのスパイラルロッド１の回転は、搬送スクリュ２による搬送方向がスパイラルロッド１の圧入方向（図中の矢印Ｂ方向）と一致するように行われる。つまり、スパイラルロッド１が、スパイラルロッド１の後端側から見て反時計回りに回転され、搬送スクリュ２の搬送方向が、スパイラルロッド１の後端から先端に向かう方向となり、スパイラルロッド１の圧入方向と一致する。これにより、ホッパー７内に供給された、水硬性材料を含むバラ荷４が、搬送スクリュ２に供給され、当該搬送スクリュ２により圧入方向、即ちスパイラルロッド１の先端に向かって搬送される。こうして、地盤５に削孔６が形成されながら、当該削孔６にバラ荷４が供給される。なお、本実施の形態ではバラ荷４として、例えば水硬性材料としてのセメントと、砂や砂利の骨材との混合物が用いられる。

この圧入工程では、搬送スクリュ２の搬送方向がスパイラルロッド１の圧入方向と同じであるので、地盤５の土砂がホッパー７内に排出されない。この点、本工法は、本来緩い地盤に対して施工されるため、施工地盤から外部へ土砂を排出しなくても削孔６を形成することに困難はなく、周囲に土砂を押しのけて削孔６を形成することにより、削孔６の内壁自体を密にして地盤５の安定化に寄与する。

その後、図１（ｂ）に示すようにスパイラルロッド１の先端が所定の深さまで達した時点で、地盤５に所定の深さの削孔６が形成され、当該削孔６の内及びその周辺にバラ荷４が充填される。

その後、図１（ｃ）に示すようにスパイラルロッド１が引き上げられる。この際、スパイラルロッド１の圧入時と同じ方向にスパイラルロッド１が回転される（矢印Ａ方向） 。これにより、搬送スクリュ２の搬送方向は、スパイラルロッド１の引き上げ方向（図中の矢印Ｂ ’方向） と逆方向になり、スパイラルロッド１の先端方向になるため、削孔６内のバラ荷４がスパイラルロッド１の引き上げによって削孔６の外に排出されることはない。さらに、このスパイラルロッド１の引き上げの際には、引き続き搬送スクリュ２にバラ荷４が供給され、搬送スクリュ２により削孔６内にさらにバラ荷４が充填される。また、スパイラルロッド１の引き上げの際には、スパイラルロッド１の液体供給路３に水８が供給され、当該液体供給路３を通じて、噴出孔３ａから削孔６内に水８が供給される。これにより、水８とバラ荷４の水硬性材料が反応し、バラ荷４が硬化される。水８の供給は、スパイラルロッド１の引き上げ中削孔６の底部から開口部までの全体に亘って行われる。

そして図１（ｄ）に示すようにスパイラルロッド１が削孔６から完全に引き上げられると、地盤５中にバラ荷４が硬化した柱体９が成形される。こうして、柱体９により地盤５の補強が図られ、地盤５が改良される。

上記スパイラルロッド１の引き上げ工程時に供給される水８の全供給量は、図２に示す圧入完了時にスパイラルロッド１の外形によって規定される柱体部分９ａ内のバラ荷４の水硬性材料が完全に水和反応する量以上に設定されている。なお、スパイラルロッド１の外形は、搬送スクリュ２を含む外形となる。また、圧入時や引き上げ時においてバラ荷４がスパイラルロッド１の外形の外側にも押し出されるため、最終的に形成される柱体９は、圧入完了時にスパイラルロッド１の外形によって規定される柱体部分９ａよりも大きくなる。つまり、柱体部分９ａは、最終的に成形される柱体９の外郭を除いた中核部分となる。

本実施の形態によれば、引き上げ工程時に供給される水８の供給量を、圧入工程完了時のスパイラルロッド１の外形によって規定される柱体部分９ａ内のバラ荷４の水硬性材料が完全に水和反応する量以上に設定することによって、柱体９の高い強度を維持しつつ、地盤の違いによる柱体９の強度のばらつきを低減できる。

本発明による効果について、発明者らは次のような知見を有している。まず圧入工程時に、バラ荷４がスパイラルロッド１の外形の周辺に押し出される。このバラ荷４は、地盤５内にあった水により硬化し始める。このときのバラ荷４は、概して柱体９の外殻を形成する。そして、引き上げ工程時には、圧入工程時に供給されたバラ荷４の内側であって、スパイラルロッド１の外形により規定される削孔６内にバラ荷４と水８が充填される。これにより、概して柱体９の中核部分である柱体部分９ａが形成される。このときの水８の量は、柱体９の中核部分である柱体部分９ａ内のバラ荷４の水硬性材料が完全に水和反応する量以上に設定されるので、柱体９の中核部分を構成するバラ荷４に水８が十分かつ確実に供給され、柱体９の中核が十分な強度で安定して成形される。ここで、水８が水硬性材料と反応しきれずに余剰となる部分では、その水の一部が柱体９の外殻を構成するバラ荷４によって吸収されることにより、柱体部分９ａが適正に硬化することができるとともに、柱体９の外殻を構成するバラ荷４の硬化を補助することとなる。また、地盤中に含まれている水の量が多い場合や地盤中の水に水硬性材料の硬化を阻害する物質を含んでいる場合には、柱体９の外殻を構成するバラ荷４が、柱体部分９ａへの水の浸透を遅延させることにより、柱体部分９ａが適正に硬化することができる。

次に、本発明による効果を実証するための実験結果を示す。本実験では、本発明に係る柱体の成形工法と同様の工法を用いて、水の供給量の異なる柱体９を成形し、それを掘り出して、柱体９の強度とそのばらつきを検出する実験を行った。実験は、水８の供給量が柱体部分９ａ内のバラ荷４の水硬性材料が完全に水和反応する量以上の場合と未満の場合について、複数種類の地盤で行われた。

柱体部分９ａ内のバラ荷４の水硬性材料が完全に水和反応するための水の必要十分量は、スパイラルロッド１の外形の径、柱体部分９ａの重量、バラ荷４中の水硬性材料の割合等に基づいて求めることができる。本実験では、外形の径が１３０ｍｍのスパイラルロッド１を使用し、深さ方向の単位長さあたりの柱体部分９ａの重量が３０．００ｋｇ/ｍであり、その中の水硬性材料が１０．００ｋｇ／ｍであった。このときの水硬性材料が化学的に完全に水和する水の必要十分量は、単位長さあたり２．５０ｋｇ／ｍとなる。この水の必要十分量は、柱体部分９ａにおける注水率（Ｗは水重量、Ｃは水硬性材料重量）が２５％の場合に相当する。

なお、本実験において、地盤の種類は、ローム、埋土、砂質シルト、有機質粘土、凝灰質粘土等であった。また、柱体９の強度として、圧縮試験により一軸圧縮強度が測定された。バラ荷４には、セメントと骨材との混合物が用いられた。

次の表１には、本実験データを示し、図３（ａ）、（ｂ）には、その実験データをグラフ化したものを示す。
（強度：Ｎ/ｍｍ²）

図３（ａ）に示すように注水率Ｗ／Ｃが２５％未満では、強度の変動係数が大きくなり、強度にばらつきが見られる。注水率Ｗ／Ｃが２５％以上では、強度の変動係数が相対的に小さくなっている。また、図３（ｂ）に示すように、注水率Ｗ／Ｃが２５％未満の場合、強度が高くなる。注水率Ｗ／Ｃが２５％以上の場合、強度が若干低下するが、依然として高い水準（本実験条件では１０Ｎ/ｍｍ²以上）が維持される。

よってこの実験結果から、注水率が２５％以上となる、柱体部分９ａ内のバラ荷４の水硬性材料が完全に水和反応する量以上の水を供給することにより、柱体９の強度を高く維持しつつ、地盤の違いによる強度のばらつきを低減できることが確認できる。なお、注水率が６０％以下、つまり、柱体部分９ａ内のバラ荷４の水硬性材料が完全に水和反応する水の必要十分量の２．２５倍以下の水量の場合には、特に強度のばらつきが小さく、高い強度が維持される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば以上の実施の形態において、バラ荷４の硬化のために供給される水８には、必要に応じて硬化促進剤など、水以外の成分が添加されていてもよい。さらに、バラ荷４は、セメントと骨材の混合物に限られず、石灰などの他の水硬性材料と骨材との混合物であってもよい。

本実施の形態に係る柱体の成形工法の主な工程を示す模式図である。 柱体の柱体部分を示す説明図である。 （ａ）は、変動係数と注水率との関係を示すグラフである。（ｂ）は、一軸圧縮強度と注水率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ スパイラルロッド
２ 搬送スクリュ
３ 液体供給路
４ バラ荷
５ 地盤
６ 削孔
７ ホッパー
８ 水
９ 柱体
９ａ 柱体部分

Claims (1)

1. 地盤中に柱体を成形する工法であって、
   外側に螺旋状の搬送スクリュを備え、内側に液体供給路を備えたスパイラルロッドを、前記搬送スクリュの搬送方向が前記スパイラルロッドの圧入方向と一致するように回転させながら地盤中に圧入すると共に、水硬性材料を含むバラ荷を前記搬送スクリュにより前記圧入方向に搬送して地盤中に供給する圧入工程と、
   その後、前記スパイラルロッドを前記圧入工程時と同じ方向に回転させながら引き上げる引き上げ工程と、を有し、
   前記引き上げ工程において、前記搬送スクリュにより前記バラ荷を削孔内に供給すると共に、前記液体供給路により水を削孔内に供給し、地盤中に柱体を形成し、
   前記引き上げ工程時に供給される水の量は、前記圧入工程完了時の前記スパイラルロッドの外形によって規定される柱体部分内のバラ荷の水硬性材料が完全に水和反応する量以上に設定されていることを特徴とする、柱体の成形工法。