JP2014224456A - 傾斜地盤の立坑築造工法及び立坑構造 - Google Patents

Abstract

【課題】作業労力、時間、建造コストを軽減しつつ上層地盤の滑動及び立坑上部の逆巻き壁の前倒れを良好に防止する傾斜地盤の立坑築造工法及び立坑構造を提供する。
【解決手段】
地表面が傾斜した地盤１に掘削される立穴の開口外側周縁部の、傾斜方向上部を含んだ地盤に、セメントまたはセメント系固化材を添加して地盤改良処理を施し、
前記改良処理された馬蹄形状の地盤３の内周面を含んで囲まれる地盤を、下方に段階的に掘削して立穴を形成しつつ、前記各段階の掘削終了毎に、立穴の内周面にコンクリート材を含む逆巻き壁４を形成する作業を繰り返し、前記改良処理された地盤と連接して一体化された逆巻き壁４を目標深さまで形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地表面が傾斜した地盤（以下、傾斜地盤という）に、立坑を築造する方法及び、立坑構造に関する。

傾斜地盤に対して、橋梁下部工等のため立坑（地盤を掘削して形成された立穴の地山露出面をコンクリート材等で覆い補強した構造）を築造する工法として、特許文献１に開示された工法がある。

傾斜地盤では、一般的に上層地盤は滑りやすく不安定である。この工法では、立穴の掘削前に、立穴開口の外側周縁に沿った地表面上に鉄筋コンクリート製または鋼製のリングビームを形成し、このリングビームを前記逆巻き壁の上端部に固定すると共に、該リングビームをグラウンドアンカー又はロックボルトにより地盤に支持する構成を特徴としている。この構成により、リングビームと逆巻き壁とが一体となって、立穴掘削により生じやすくなる立穴上部の傾斜地盤の滑動、及び立坑上部の横断面が未閉合な逆巻き壁部分の前倒れを、防止している。

特許第３５１６３９１号公報

しかしながら、特許文献１に係る工法では、傾斜地盤上で鉄筋及び型枠の組立等を行いつつリングビームを形成する作業に手間が掛かり、工程を圧迫することがある。
また、前記グラウンドアンカー又はロックボルト等の補強部材を打ち込む作業に労力を要し（上方から吊り下げ支持されるスカイドリルを用いるため、反力が得られない）、作業時間，築造コストが増大するという問題があった。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、傾斜地盤に掘削される立坑において、作業労力、時間、築造コストを軽減しつつ上層地盤の滑動及び立坑上部の逆巻き壁の前倒れを良好に防止する傾斜地盤の立坑築造工法及び立坑構造を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る傾斜地盤の立坑築造工法は、掘削される立穴の開口外側周縁部の少なくとも傾斜方向上部の上層地盤に、地盤改良材を用いた地盤改良処理を施し、改良処理された地盤の内周面を含んで囲まれる地盤を、下方に段階的に掘削して立穴を形成しつつ、各段階の掘削終了毎に、立穴の内周面にコンクリート材を含む逆巻き壁を形成する作業を繰り返して、改良処理された地盤と連接して一体化された逆巻き壁を目標深さまで形成する作業工程を含んで構成され、セメントまたはセメント系固化材を添加して施される前記地盤改良は、上層地盤であって、底面の深さが０．３ｍ〜３．０ｍに形成されていて、前記改良処理が施されていない領域に複数本からなるロックボルト群がその頭部を前記逆巻き壁と一体化して打ち込まれていることを特徴とする。

また、本発明に係る傾斜地盤の立坑構造は、地表面が傾斜した地盤に掘削される立穴の開口外側周縁部の少なくとも傾斜方向上部の上層地盤に、地盤改良材を用いた地盤改良処理を施して形成された地盤改良体と、該地盤改良体の内周面を含んで囲まれる地盤を、下方に段階的に掘削して形成された立穴の内周面に、前記地盤改良体と連接して一体化されたコンクリート材を含む逆巻き壁と、を含んで構成され、セメントまたはセメント系固化材を添加して施される前記地盤改良は、上層地盤であって、底面の深さが０．３ｍ〜３．０ｍに形成されていて、前記改良処理が施されていない領域に複数本からなるロックボルト群がその頭部を前記逆巻き壁と一体化して打ち込まれていることを特徴とする。

本発明によれば、立穴の形成によって滑動しやすくなる立穴の開口外側周縁部の少なくとも傾斜方向上側の上層地盤が、地盤改良されると共に、該改良された上層地盤（地盤改良体）が隣接する（非改良）地盤との接触面に大きな摩擦抵抗力を生じ、かつ、地中に形成されることにより、一体となった地盤改良体が斜面下部側面で非地盤改良体との間で受働土圧による抵抗力を受け、地盤改良体を含む上層地盤の滑動を防止できる。

また、立穴開口の傾斜方向下端より上方の立穴部分は、傾斜方向上側の地盤から土圧を受けるが、少なくとも傾斜方向上部の上層地盤が地盤改良され（地盤改良体が形成される）、該地盤改良体に連接して逆巻き壁が形成されることにより、立坑上部の逆巻き壁の傾斜方向上側から下側方向への前倒れを防止できる。

さらに、地盤改良体の形成後、所定量ずつ掘削しつつ、地盤改良体と一体化して逆巻き壁を目標深さまで形成することで、築造中及び築造後も十分な強度を確保しつつ、上記地盤改良体を含む上層地盤の滑動及び立坑上部の逆巻き壁の前倒れを良好に防止することができる。

また、上層地盤より下方の改良処理が施されていない領域に複数本からなるロックボルト群がその頭部を前記逆巻き壁と一体化して打ち込まれていることにより、下方部分の立坑及び周辺地盤が安定する。

また、地盤改良体は、地盤の条件に応じて０．３ｍ〜３ｍの底面の深さを有して形成することにより、傾斜地の上層地盤の滑動及び立坑上部の逆巻き壁の前倒れを防止するのに必要かつ十分なだけの地盤改良を施せばよく、地盤改良材としてセメント又はセメント系固化材を地盤に注入するだけの作業で済み、労力を軽減でき、作業時間（工期）を短縮でき、築造コストも低減できる。

本発明の第１の実施形態に係る傾斜地盤の立坑構造の概略を示す斜視図 同上の立坑の概略を示す縦断面図 同上の立坑の築造工法を示す縦断面図 第１の実施形態において、別の地盤改良体の形状を示す斜視図 第１の実施形態において、さらに別の地盤改良体の形状を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る傾斜地盤の立坑構造の概略を示す斜視図、図２は、同じく縦断面図である。

地表面が傾斜した地盤（傾斜地盤）１に、例えば橋梁下部工を行うための立坑２が、以下のように築造されている。
本実施形態では、立坑２の開口外側周縁部の地盤傾斜方向下側部分を除いた馬蹄形状部分に、地盤改良材としてセメントまたはセメント系固化材を添加して地盤改良した地盤改良体３が形成されている。

前記地盤改良体３の内周面及びその下方に連接する立穴地山周面を覆って、逆巻き壁４が形成されている。該逆巻き壁４は、立穴地山周面に接合された１次コンクリート層４１と、該１次コンクリート層４１の内側（立坑中心側）に、鉄筋や金網等の補強材４２を配置して接合された２次コンクリート層４３と、で構成されている。

また、立坑及び周辺地盤の安定性を増加させる目的で、複数本のロックボルト５がその頭部を逆巻き壁４と一体化して地盤に打ち込まれている。
次に、上記立坑の築造工法について、図３にしたがって詳細に説明する。

まず、傾斜地盤１の地表面に、掘削される立穴の開口面を設定し、該立穴開口の外側周縁部の地盤のうち、地盤傾斜方向の少なくとも上側部分を溝状に掘り起こして近接地に積載した後、該掘り起こした土壌にセメントまたはセメント系固化材を適量注入して混ぜ込むことにより地盤を固化する地盤改良処理を施す。該地盤改良処理後の土壌を、溝に埋め戻して地盤改良体３を形成する［図３（Ａ）参照］。あるいは、初めに、地盤改良を施す地表面にセメントまたはセメント系固化材を適量散布した後、該散布した土壌領域を機械等で掘り起こしつつ、該掘り起こした土壌とセメントまたはセメント系固化材とを攪拌処理した後、地表面をならすような方法を用いてもよい。

ここで、セメントまたはセメント系固化材を土と混合すると水和反応により、針状のエトリンガイト（3CaO・Al2O3・ 3CaSO4・32H2O）が生成され、このエトリンガイトが粘土粒子を架橋し強固な骨格を形成させ、土を迅速に固化させる。さらに、カルシウムシリケート水和物などが、この架橋をより強固なものとする作用があり、地盤が改良される。

そして、セメント又はセメント系固化材により地盤が改良される度合いによって、地盤改良体を含む上層地盤の滑動及び立坑上部の逆巻き壁の前倒れを十分に防止できるように、地盤改良体の各種パラメータが設定される。ここで、地盤の改良度合いは、地盤の地質によっても相違する。

セメント又はセメント系固化材を用いた場合の、添加量に対する強度の関係により、地盤の地質によって必要な添加量が異なることが明らかにされている。砂質土が最も添加量が少なくて済み、粘性土＜有機質土＜火山灰粘性土の順で、必要な添加量が増大する。また、粘性土のなかでも、含水率が低い粘性土は含水率が高い粘性土より必要添加量が少ない。

また、地盤改良体３の竪穴開口周端から外側（外径）方向への幅を大きくするほど、より地盤を強化でき、地質等の条件に応じて約０．５ｍ〜約５．０ｍの幅になる。
また、地盤改良体３が形成される領域範囲を定める、立坑開口中心軸を中心とした中心角は、立坑上方からの土圧による滑動及び前倒れを防止するため、少なくとも上部を含んで設定する必要があるが、アーチ効果を得るために、１８０度以上（傾斜方向最上部を中心とし、その両側にそれぞれ９０度以上ずつ）とするのが好ましく、最大で３６０度すなわち環状に閉じる形状としてもよい。

さらに、セメントまたはセメント系固化材の添加量は、これらの地盤固化機能にもよるが、地盤条件に応じて約５０ｋｇ／ｍ^３〜約３００ｋｇ／ｍ^３になる。
上記のようにして、立穴開口周縁部に地盤改良処理を施した後、前記地盤改良体３の内周面を含んで設定された立穴の開口面を任意の深さ（例えば、０．２〜２．０ｍ）毎に垂直下方に掘削する（［図３（Ｂ）参照］）。

そして、掘削された立穴ｈの地山が露出した内周面に、コンクリートを吹き付けて（又は、型枠を用いたコンクリート打ちを行って）、例えば約０．１ｍの厚さを有した第１コンクリート層４１を形成する。

次いで、立坑及び周辺地盤の安定性を増加させる目的で、第１コンクリート層４１を貫通してロックボルト群５を地盤に打ち込んだ後、その内周に鉄筋（または金網）等の補強材４２を組み立て、その上から、再度コンクリートを吹き付けて第２コンクリート層４３を形成し、立穴ｈの内周に逆巻き壁４Ａを形成する［図３（Ｃ）参照］。なお、ロックボルト群を、第２コンクリート層の形成後に、打ち込む構成としてもよい。いずれの場合も、ロックボルトの頭部がボルト，プレート等の定着部材を介して逆巻き壁４と一体化される。

上記作業を終了すると、さらに所定量立穴を掘削し、同様の作業を行って、上方の逆巻き壁４Ａに連接する逆巻き壁４Ｂを形成する［図３（Ｄ）］。かかる作業を繰り返して、目標深さまで、逆巻き壁４を形成する。

以上、実施形態で示した立坑及びその築造方法によれば、立穴の形成によって滑動しやすくなる開口外側周縁部の少なくとも傾斜方向上側の上層地盤が、セメント又はセメント系固化材の添加によって固化されて地盤改良体３が形成され、該地盤改良体３が隣接する（非改良）地盤との接触面に大きな摩擦抵抗力を生じ、かつ、地中に形成されることとも相まって、地盤に強固に保持される。

これにより、立坑周辺の地盤改良体３，１０３を含む上層地盤の滑動を防止できると共に、立坑上部の逆巻き壁の前倒れを防止できる。
また、地盤改良体の形成後、所定量ずつ掘削しつつ、地盤改良体と一体化して逆巻き壁を目標深さまで形成することで、築造中及び築造後も十分な強度を確保しつつ、地盤改良体を含む上層地盤の滑動及び立坑上部の逆巻き壁の前倒れを良好に防止することができる。

因みに、特許文献１に係る立坑では、逆巻き壁に連結されるリングビームは傾斜した地表面上に大きく突出して搭載される形態で形成されているため、リングビーム自体を鉄筋コンクリート製とするなど、十分な強度を持たせる必要があることに加えて、リングビームを傾斜方向下方への重力に抗して、地盤に強力に固定支持する必要がある。このため、リングビームをロックボルト、あるいは、グラウトを充填して地盤に固定するグラウンドアンカーを打ち込む必要がある。

ロックボルトを用いる場合、リングビームを引っ張り摩擦抵抗により十分な支持力を確保できるように水平に近い角度で打ち込むためには、長大なロックボルトが多数本必要となり、作業労力が増大する。特に緩傾斜面で、より強固な支持力を得るため、ロックボルトの先端部が岩盤層に達するようにすると、極めて長大なロックボルトが必要となる。グラウンドアンカーを用いる場合も、１本当りのコストが大きい上に、グラウトを充填する必要があり、作業労力が増大する。このように、作業労力が増大すると、作業時間の増大、築造コスト増大にもつながる。

これに対し、上記実施形態では、まず、地盤改良体の形成は、人力によりセメントまたはセメント系固化材を添加するだけの作業で済み、リングビームの形成に比較して、労力、コストを大幅に軽減できる。

なお、地盤改良体が形成される箇所によって地質が相違する場合などは、例えば、滑動しやすい地質部分には、地盤改良体をより深く形成することにより、必要かつ十分な大きさの地盤改良体で、偏りのない安定した滑動防止機能を得ることができる。

また、地盤改良体３は地中に形成され、重力を下層の地盤で支持しつつ隣接する地盤との接触面に生じる摩擦抵抗力、及び地盤改良体３の傾斜方向下側に隣接する地盤の受働土圧による抵抗力によって、地盤改良体３を含む上層地盤の滑動及び立坑２上部の逆巻き壁の前倒れを良好に防止できる。

このため、特許文献１のようなリングビームを支持するロックボルトないしグラウンドアンカーの打ち込みを省略することができる。この結果、作業労力を大幅に軽減でき、作業時間の大幅な短縮、築造コストの大幅な低減を図れる。

なお、地盤改良体３を形成後、所定量掘削する毎に、速やかに地盤改良体３に固定させて逆巻き壁４を形成するため、立坑築造中から上層地盤の滑動及び立坑上部の逆巻き壁の前倒れを良好に防止できる。

この場合、地盤改良体３の形成されている深さ部分までは、十分な滑動抑止力が確保されているので、最初の掘削量は、地盤改良体の下端からの深さで滑動を防止できる量に設定すればよい。特許文献１の場合は、最初の掘削量は、地表面からの深さで滑動を防止できる量に設定する必要があるから、本発明の方が地盤改良体の深さ分、最初の掘削量を大きく設定することができ、作業効率が高められ、ひいては作業時間を短縮できる。

一方、風化した上層地盤より下方の深い位置には、上層地盤と比較して堅固な地盤が存在して、立坑及び周辺地盤の安定性も増加させる目的で、該堅固な地盤には複数本からなるロックボルト群がその頭部を立坑の壁と一体化して打ちこまれている。これにより、下方部分の立坑及び周辺地盤が安定して、地盤改良体を含む上層地盤の滑動及び立坑上部の逆巻き壁の前倒れの防止にも好影響を与えるものである。

図４は、地盤改良体の異なる形状の実施形態を示し、セメント又はセメント系固化材を地盤に添加して形成した地盤改良体３の底部に下方に突出する突起３ａを設けたものである。

地盤改良体の深さも大きくするほど、より地盤を強化できるが、上記のように突起３ａを設けて凹凸形状とすることで地盤との接触面積を増大させることができると共に、突起３ａに作用する傾斜方向下側の地盤からの受働土圧によってより大きな抵抗力を得ることができ、上層地盤の滑動及び立坑上部の逆巻き壁の前倒れの防止効果をより高めることができる。

この場合、地盤改良体３のベースとなる底面の深さは、地盤条件に応じて約０．３ｍ〜約３．０ｍになる。

図５は、地盤改良体のさらに異なる形状の実施形態を示し、セメント又はセメント系固化材の添加によって形成した地盤改良体３の傾斜面と平行な断面形状を、外側に突出する突起３ｂ，１０３ｃを設けてフレア付き形状としたものである。

このように傾斜面と平行な断面形状の突起３ｂを設けた場合も、下方に突出する突起を設けた場合と同様に、地盤との接触面積を増大させることができると共に、突起３ｂに作用する傾斜方向下側の地盤からの受働土圧によってより大きな抵抗力を得ることができ、上層地盤の滑動及び立坑の前倒れの防止効果をより高めることができる。

また、地盤改良体３に、底部から下方に突出する突起３ａと、傾斜面方向外側に突出する突起３ｂとを共に備えた形状（パターン）とすれば、上層地盤の滑動及び立坑の前倒れの防止効果をさらに高めることができる。

１…地盤
２…立坑
３…地盤改良体
３ａ…突起
４…逆巻き壁
４Ａ…上側の逆巻き壁
４Ｂ…下側の逆巻き壁
５…ロックボルト
４１…第１コンクリート層
４２…補強材
４３…第２コンクリート層
ｈ…立穴

Claims (5)

1. 地表面が傾斜した地盤に立坑を築造する工法であって、
   掘削される立穴の開口外側周縁部の少なくとも傾斜方向上部の上層地盤に、地盤改良材を用いた地盤改良処理を施し、
   前記改良処理された地盤の内周面を含んで囲まれる地盤を、下方に段階的に掘削して立穴を形成しつつ、前記各段階の掘削終了毎に、立穴の内周面にコンクリート材を含む逆巻き壁を形成する作業を繰り返して、前記改良処理された地盤と連接して一体化された逆巻き壁を目標深さまで形成する
   作業工程を含んで構成され、
   セメントまたはセメント系固化材を添加して施される前記地盤改良は、上層地盤であって、底面の深さが０．３ｍ〜３．０ｍに形成されていて、
   前記改良処理が施されていない領域に複数本からなるロックボルト群がその頭部を前記逆巻き壁と一体化して打ち込まれている
   ことを特徴とする傾斜地盤の立坑築造工法。
2. 前記地盤改良処理は、前記上層地盤の土壌に、セメントまたはセメント系固化材を混ぜ込んで施されることを特徴とする請求項１に記載の傾斜地盤の立坑築造工法。
3. 前記改良処理された地盤は、その地中にある外表面の少なくとも一部を外側に突出させた突起を含んで構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の傾斜地盤の立坑築造工法。
4. 前記改良処理された地盤は、前記竪穴の開口外側周縁部の傾斜方向最上部を中心とし、その両側にそれぞれ９０度以上ずつ形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の傾斜地盤の立坑築造工法。
5. 地表面が傾斜した地盤に掘削される立穴の開口外側周縁部の少なくとも傾斜方向上部の上層地盤に、地盤改良材を用いた地盤改良処理を施して形成された地盤改良体と、
   前記地盤改良体の内周面を含んで囲まれる地盤を、下方に段階的に掘削して形成された立穴の内周面に、前記地盤改良体と連接して一体化されたコンクリート材を含む逆巻き壁と、
   を含んで構成され、
   セメントまたはセメント系固化材を添加して施される前記地盤改良は、上層地盤であって、底面の深さが０．３ｍ〜３．０ｍに形成されていて、
   前記改良処理が施されていない領域に複数本からなるロックボルト群がその頭部を前記逆巻き壁と一体化して打ち込まれている
   ことを特徴とする傾斜地盤の立坑構造。

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