JP2014114601A - 基礎杭施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中堀工法による基礎杭施工方法において、基礎杭の施工中及び施工後に、上部透水層に含まれる汚染物質によって下部透水層に含まれる地下水が汚染されることを確実に防止する。
【解決手段】第１の層１０３と、その下方に位置する止水層１０５と、止水層１０５の下方に位置する第２の層１１１と、を有する地盤を掘削しながら既成杭５を沈降させて設置する中堀工法によって基礎杭を築造する基礎杭施工方法であって、鉛直孔１１３において、上端及び下端の少なくとも一方が止水層１０５内に位置するとともに孔径が拡大された拡径掘削部１１５を形成し、これにセメントミルクを注入して拡径止水部１１７を形成する拡径止水部形成工程と、拡径止水部１１７の下方に位置する第２の層１１１で鉛直孔１１３を掘削し、鉛直孔１１３の下端に根固め部１１９を形成する根固め部形成工程と、を備える基礎杭施工方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、基礎杭施工方法に関する。

従来、止水層の上下に透水層（帯水層）を有する地盤を掘削して基礎杭を施工するに際し、上部透水層に含まれる汚染物質（汚染土、汚染地下水）が、下部透水層に侵入して、下部透水層に含まれる非汚染地下水を汚染する虞があった。また、基礎杭の施工後においても、杭体周辺の間隙等を通じて汚染地下水が下部透水層に流入する虞があった。このように上部透水層における汚染物質が下部透水層に侵入すると、下部透水層に含まれる地下水の有効利用が阻害されることになる。

上記事情から、基礎杭を施工する領域における上部透水層の汚染物質が下部透水層に侵入することを防止するために、例えば、特許文献１記載のように、基礎杭施工領域における上部透水層の地盤を、特殊な置換材料を用いて置換することにより、汚染物質を遮断又は無害化する方法が提案されている。

特許第３３６７０４２号公報

ところで、基礎杭施工方法の一つである中堀工法においては、通常、杭体の下端にフリクションカッターが取り付けられているため、形成される鉛直孔が杭体よりも一回り大きなものとなるので、杭体の周囲に地盤との間隙ができやすい。この間隙は、土圧によって塞がれるが、杭体の周囲を介した汚染物質の移動をより確実に防止することが望まれる。

本発明は、中堀工法によって基礎杭を築造する基礎杭施工方法において、基礎杭の施工中及び施工後に、上部透水層に含まれる汚染物質によって下部透水層に含まれる地下水が汚染されることを確実に防止することができる基礎杭施工方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１の層と、第１の層の下方に位置する止水層と、止水層の下方に位置する第２の層と、を有する地盤を掘削して第２の層に達する鉛直孔を形成しながら鉛直孔に既成杭を沈降させて設置する中堀工法によって基礎杭を築造する基礎杭施工方法であって、鉛直孔において、上端及び下端の少なくとも一方が止水層内に位置するとともに孔径が拡大された拡径掘削部を形成し、拡径掘削部にセメントミルクを注入して拡径止水部を形成する拡径止水部形成工程と、拡径止水部の下方に位置する第２の層で鉛直孔を掘削し、鉛直孔の下端に根固め部を形成する根固め部形成工程と、を備える、基礎杭施工方法を提供する。

本発明によれば、止水層に拡径止水部が形成されるため、拡径止水部がない場合と比べて、第１の層から第２の層へと汚染物質が侵入する経路が長くなる。また、拡径止水部のうち、径が拡大された水平方向に延びる部分は、垂直方向に延びる部分と比べて、土圧により地盤との密着性が高くなっており、止水効果が高い。すなわち、本発明によれば、中堀工法によって基礎杭を築造する基礎杭施工方法において、基礎杭の施工中及び施工後に、第１の層に含まれる汚染物質によって第２の層に含まれる地下水が汚染されることを確実に防止することができる。

ここで、拡径止水部の硬化後の透水係数が、止水層の透水係数よりも小さいことが好ましい。また、拡径止水部の硬化後の透水係数が、１．０×１０^−７〜１．０×１０^−９ｃｍ／ｓｅｃであることが好ましい。この場合、第１の層に含まれる汚染地下水が第２の層へ流入しようとする場合、汚染地下水が硬化後の拡径止水部の内部を透水することがほとんどなく、止水層の地盤と硬化後の拡径止水部との間隙を通ろうとすることになるため、本発明の上記効果がより効果的に奏される。

また、セメントミルクの水セメント比が、１００％以下であることが好ましい。これによれば、上記止水効果が一層高くなる。

本発明によれば、中堀工法によって基礎杭を築造する基礎杭施工方法において、基礎杭の施工中及び施工後に、上部透水層に含まれる汚染物質によって下部透水層に含まれる地下水が汚染されることを確実に防止することができる基礎杭施工方法を提供することができる。

本実施形態の施工方法を示す図である。 本実施形態の施工方法を示す図である。 施工後の止水層の概念構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の基礎杭施工方法は、地盤に鉛直孔を形成しながら、この鉛直孔に既成杭を沈降させて設置する中堀工法に基づくものである。既成杭は、中空の杭体（例えば鋼管）であり、その中空部に、スパイラルフライト及び撹拌翼等を付けたオーガ（以下「スパイラルオーガ」と記述する）を通して地盤を掘削・排土すると、杭体が自重で沈む。そして、地盤の比較的硬い支持層まで掘削したその最下部に、セメントミルクにより根固め部を形成することで基礎杭の築造が完了する。

本実施形態において杭体を施工する地盤は、図１に示されるように、粘土質で水を通しにくい止水層１０５を有し、この止水層１０５の上方及び下方に、水を通しやすい上部透水層（第１の層）１０３及び下部透水層（第２の層）１１１をそれぞれ有する地盤である。下部透水層１１１は、地盤の比較的軟らかい帯水層１０７と、後述する杭体の根固め部を形成する、地盤の比較的硬い支持層１０９とを含む。また、上部透水層１０３及び下部透水層１１１はそれぞれ地下水を含んでいる。

ここで、上部透水層１０３を構成する地盤は、重金属や揮発性有機化合物等により汚染されており、これらにより上部透水層１０３に含まれる地下水も汚染されているものとする。一方、下部透水層１１１を構成する地盤は、上部透水層１０３における汚染物質が止水層１０５により遮断されているため、汚染されておらず、下部透水層１１１に含まれる地下水は、産業用又は生活用に有効利用することができるものとする。なお、止水層１０５は、１．０×１０^−４ｃｍ／ｓｅｃ以下の透水係数を有し、且つ厚さが１．０ｍ以上である層であり、この性状の止水層１０５には、土壌汚染対策法に規定された「準不透水層」が該当する。また、止水層１０５が土壌汚染対策法に規定された「不透水層」（１．０×１０^−５ｃｍ／ｓｅｃ以下の透水係数を有し、且つ厚さが５．０ｍ以上である層）である場合にも、本施工方法は有効である。

図１及び図２を参照しながら、杭体の施工方法について説明する。なお、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）〜（ｃ）は、一本の杭体の施工について、以下に説明する一連の工程を横並びで連続的に示している。

地面に杭打ち機械をセットし（図示せず）、杭芯を測量し、機械を精度よく設置する。施工する杭体５は、例えば中空の鋼管であり、その中空部にスパイラルオーガ７を通し、上部透水層１０３を掘削する。杭体５の先端には、当該先端の周囲を覆うように取り付けられた金属板であるフリクションカッター５ａが設けられている。スパイラルオーガ７による掘削が進むとともに、杭体５は、掘削により形成される鉛直孔１１３内を自重により沈降する（図１（ａ））。なお、掘削時は、随時、全排土する。

掘削が止水層１０５まで到達したら、スパイラルオーガ７の先端部から掘削ビット７ａを水平方向に突出させて掘削を進め、孔径が拡大された拡径掘削部１１５を形成する（図１（ｂ））。このとき、拡径掘削部１１５の上端及び下端の少なくとも一方が止水層１０５内に位置するように形成する。形成した拡径掘削部１１５に、セメントミルク（水セメント比１００％以下）を注入して撹拌し、拡径止水部１１７を形成する。ここで、拡径止水部１１７の直径は、掘削の容易さ、及び、後述する汚染物質の遮断効果の観点から、杭体５の外径の１．２倍〜２．０倍であることが好ましく、拡大が可能であれば２．０倍以上がより好ましい。この拡径止水部１１７は、杭体５の施工完了後に硬化して、後述するソイルセメント体１２１となるものである。

その後、掘削ビット７ａを収め、止水層１０５を越えて下部透水層１１１における帯水層１０７、更には支持層１０９へと掘削を進める（図１（ｃ））。このとき、スパイラルオーガ７の先端部からエアーを吹き出して排土の補助を行う。

掘削が支持層１０９まで到達したら、スパイラルオーガ７の先端部から掘削ビット７ａを水平方向に突出させて掘削を進め、孔径を拡大する（図１（ｄ））。そして、孔径を拡大した部分に根固め用のセメントミルク（水セメント比５５〜６０％）を注入して撹拌し、根固め部１１９を形成する（図２（ａ））。セメントミルクの注入を終了したら、掘削ビット７ａを収め、杭体５を所定の深度まで沈設する。

その後、スパイラルオーガ７を引き揚げ（図２（ｂ））、杭体５の施工が完了する（図２（ｃ））。

図３を参照しながら、ソイルセメント体について説明する。前述のとおり、上記拡径止水部１１７は、杭体５の施工完了後に、その形状を保持した状態で硬化してソイルセメント体１２１となる。ソイルセメント体１２１は、地盤中の鉛直方向の形成位置としては、その上端及び下端の少なくとも一方が止水層１０５内に位置している。すなわち、ソイルセメント体１２１の下端のみが止水層１０５内に位置していてもよく（図３（ａ））、上端が上部透水層１０３と止水層１０５との境界に位置し、且つ下端が止水層１０５内に位置していてもよく（図３（ｂ））、上端及び下端が止水層１０５内に位置していてもよく（図３（ｃ））、上端が止水層１０５内に位置し、且つ下端が止水層１０５と下部透水層１１１との境界に位置していてもよく（図３（ｄ））、上端のみが止水層１０５内に位置していてもよい（図３（ｅ））。これらの中で、後述するように、上部透水層１０３に含まれる汚染地下水が下部透水層に流入することを防止する観点からは、上端及び下端が止水層１０５内に位置している状態（図３（ｃ））が最も好ましい。

また、ソイルセメント体１２１は、汚染地下水を透水させないように、透水係数が少なくとも止水層１０５の透水係数よりも小さい。具体的には、１．０×１０^−７〜１．０×１０^−９ｃｍ／ｓｅｃであることが好ましく、この場合、透水係数がこの値の範囲内となるように、拡径止水部１１７を形成するセメントミルクの配合が調製される。

本実施形態の杭体の施工方法の効果について説明する。一般的に中堀工法にて杭体を施工をする場合、杭体の先端の周囲を覆うように取り付けられたフリクションカッターの厚さの分、地盤と杭体との間に間隙が生じる。通常、この間隙は地盤中に水平方向に生じている土圧によって時間の経過とともに塞がるものの、地盤と杭体との密着性は十分でなく地盤の上層の土壌（固体）や地下水（液体）を侵入させやすいため、杭体の施工中及び施工後に、地盤の上層の汚染物質（汚染土壌、汚染地下水）が止水層を越えて下層に侵入する虞がある。

ここで、本実施形態の施工方法によれば、止水層１０５に拡径止水部１１７を形成した後の止水層１０５以深の掘削においては、拡径止水部１１７が上記間隙を塞ぐ状態となるため、上部透水層１０３から下部透水層１１１への汚染物質の侵入が遮断される。

また、本実施形態の施工方法によれば、拡径止水部１１７が硬化してソイルセメント体１２１となった後においても、拡径止水部１１７を形成しない従来の場合と比べて、上部透水層１０３から下部透水層１１１への汚染地下水の流入が防止される。すなわち、通常、上部透水層１０３に含まれる汚染地下水が下部透水層へ流入するときの経路は止水層１０５の地盤と杭体５とが接する部分（フリクションカッター５ａの厚さ分の間隙のあった部分）であるところ、本実施形態のように止水層１０５内に杭体５に密着したソイルセメント体１２１がある状態では、汚染地下水は、透水係数の小さいソイルセメント体１２１の内部を透水することはほとんどなく、止水層１０５の地盤とソイルセメント体１２１との境界面を通ることになる。

ここで、本実施形態においては、当該境界面のうち、鉛直孔の径が拡大された水平方向に延びる部分１２１ａ及び／又は１２１ｂの長さ分だけ、ソイルセメント体１２１を設けない従来の場合と比べて、汚染地下水が流入する経路が長くなっている。加えて、ソイルセメント体１２１のうち、鉛直孔の径が拡大された水平方向に延びる部分１２１ａ，１２１ｂは、垂直方向に延びる部分（ソイルセメント体の側周面）１２１ｃと比べて、上下方向の土圧により地盤との密着性が高くなっている。これらによれば、汚染地下水の流入に対する止水効果が、ソイルセメント体１２１を設けない従来の場合と比べて高くなっているといえる。なお、杭体５とソイルセメント体１２１とは強固に密着しており、ここに汚染地下水が浸入する可能性は極めて低いと考えられる。

上記のとおり、本実施形態の施工方法によれば、中堀工法における杭体の施工中及び施工後に、上部透水層１０３に含まれる汚染物質によって下部透水層１１１に含まれる地下水が汚染されることを確実に防止することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態では拡径止水部を一つ形成する態様を示したが、止水層が厚い場合は拡径止水部を複数形成してもよい。この場合、上部透水層に含まれる汚染地下水が下部透水層に流入する経路が一層長くなるため、止水効果が一層高い。

また、上記実施形態では上部透水層、止水層、及び下部透水層からなる地盤に杭体を施工する態様を示したが、止水層の上方又は下方の地盤の性状は限定されない。つまり、止水層が存在し、止水層の上方の地盤における汚染物質が止水層の下方の地盤へと侵入すると不都合である地盤であれば、本発明の適用対象であり得る。

５…杭体（既成杭）、１０３…上部透水層（第１の層）、１０５…止水層、１１１…下部透水層（第２の層）、１１３…鉛直孔、１１５…拡径掘削部、１１７…拡径止水部、１１９…根固め部、１２１…ソイルセメント体（硬化後の拡径止水部）。

Claims (4)

1. 第１の層と、前記第１の層の下方に位置する止水層と、前記止水層の下方に位置する第２の層と、を有する地盤を掘削して前記第２の層に達する鉛直孔を形成しながら前記鉛直孔に既成杭を沈降させて設置する中堀工法によって基礎杭を築造する基礎杭施工方法であって、
   前記鉛直孔において、上端及び下端の少なくとも一方が前記止水層内に位置するとともに孔径が拡大された拡径掘削部を形成し、前記拡径掘削部にセメントミルクを注入して拡径止水部を形成する拡径止水部形成工程と、
   前記拡径止水部の下方に位置する前記第２の層で前記鉛直孔を掘削し、前記鉛直孔の下端に根固め部を形成する根固め部形成工程と、を備える、基礎杭施工方法。
2. 前記拡径止水部の硬化後の透水係数が、前記止水層の透水係数よりも小さい、請求項１記載の基礎杭施工方法。
3. 前記拡径止水部の硬化後の透水係数が、１．０×１０^−７〜１．０×１０^−９ｃｍ／ｓｅｃである、請求項１記載の基礎杭施工方法。
4. 前記セメントミルクの水セメント比が、１００％以下である、請求項１〜３のいずれか一項記載の基礎杭施工方法。

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