JP2019052510A

JP2019052510A - 壁体構築方法および壁体

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Publication number: JP2019052510A
Application number: JP2017178934A
Authority: JP
Inventors: 安永　正道; Masamichi Yasunaga; 正道安永
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2037-09-19
Also published as: JP6869862B2

Abstract

【課題】壁体を低コストで構築できる壁体構築方法等を提供する。
【解決手段】地盤２の不透水層２１に達する掘削溝２０を形成した後、掘削溝２０に鉄筋籠１００を挿入して鉄筋籠１００の下方にソイルモルタル４０を充填する。次に、ソイルモルタル４０の上部にコンクリート５０を充填する。鉄筋籠１００には予め鉛直方向の注入管１０３が取付けられており、コンクリート５０の充填後、注入管１０３を用いてソイルモルタル４０とコンクリート５０の境界部にグラウト材６０を注入する。
【選択図】図５

Description

本発明は、壁体構築方法および壁体に関する。

大型の地下構造物を大深度に構築する場合、鉄筋コンクリート製の地中連続壁を山留壁として用いることが多い。図１２はその例であり、鉄筋籠を埋設した鉄筋コンクリート製の略円筒状の地中連続壁３０を山留兼遮水壁としてその内側の地盤２を掘削し、地下構造物として地下タンク１０の躯体を構築している。

地下タンク１０はLNG（液化天然ガス）、LPG（液化石油ガス）などの低温液化ガスを貯留する大型の地下構造物であり、その躯体は底版１１と側壁１２から構成される。側壁１２は底版１１上に略円筒状に形成され、側壁１２の頂部には鋼製屋根１３が設けられる。底版１１や側壁１２の内面には断熱材やメンブレン（不図示）なども設置される。

地中連続壁３０の内側の掘削や躯体構築をドライな状態で行うため、地中連続壁３０は地盤２の不透水層２１に達するように計画される。例えば20万KLクラスの地下タンクの場合、地中連続壁３０の内側の掘削深度が50m、地中連続壁３０の深度が100m程度となることもあり、大深度の壁体が必要になる。

地中連続壁３０は、その内側の掘削底面（図１２の例では地下タンク１０の底版１１の底面）からある程度下（例えば15m程度下）の位置までは、内側の地盤２の掘削に伴って外側の地盤２から作用する土圧、水圧に耐えるように部材寸法、コンクリート強度、鋼材量が決められ、遮水性能も求められる。一方、その下方では、外側の地盤２から作用する土圧、水圧に対し、地中連続壁３０で囲われた内側の地盤２の土圧、水圧および地盤反力が抵抗することから地中連続壁３０に大きな荷重は作用せず、遮水性のみが求められる。

地中連続壁３０は上記の点を鑑みて設計されることがあり、例えば地中連続壁３０の上端からその内側の掘削底面の約15m下までの範囲を鉄筋コンクリートとし、その下の遮水性のみ要求される部分を無筋コンクリートとする場合がある。また特許文献１には、地中連続壁を内外複数層で構成し、一部を不透水層に達するものとする例が記載されている。これらの方法は、大きな荷重が作用せず遮水性のみが求められる地中連続壁の下部を無筋とするか薄くすることでコストを低減できる。

特開平6-2329号公報

しかしながら、地中連続壁の構築にかかるコストをさらに低減するという点から考えると、上記の方法ではコンクリートを地中連続壁の全深度に亘って打設するためコンクリートの使用量が多くなっており、これを減らすことでコストをさらに低減できる余地がある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、壁体を低コストで構築できる壁体構築方法等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、地盤の不透水層に達する掘削溝を形成する工程と、前記掘削溝に鉄筋籠を挿入して前記鉄筋籠の下方の範囲に土砂と固化材の混合物を充填する工程と、前記混合物の上方にコンクリートを充填する工程と、を含むことを特徴とする壁体構築方法である。

本発明では、鉄筋コンクリート製の地中連続壁等の壁体において、内側の地盤の掘削に伴う大きな荷重が作用せず遮水性のみ要求される下部の深度範囲を、コンクリートでなくソイルモルタル等の土砂と固化材の混合物によって形成することで、大深度に壁体を形成する場合でもコンクリートの使用量を減らすことができ低コストになる。また、ほぼコンクリート部のみに鉄筋籠を配置することから、鉄筋籠として全高の小さいものを用いることができるので低コストになり施工もし易い。

前記鉄筋籠には予め鉛直方向の管体が取付けられており、前記コンクリートの充填後、前記管体を用いて前記混合物と前記コンクリートの境界部に注入材を注入することが望ましい。前記混合物の充填時、前記管体の下端は例えば前記混合物の天端付近に位置する。
コンクリートの下端のソイルモルタル等との境界部にはスライムや骨材が溜まり易く、遮水上の欠陥となり易いが、本発明では上記のように予め鉄筋籠に取付けた管体を用いて境界部にグラウトを行うことで、遮水性を容易に確保することができる。管体の下端はソイルモルタル等の天端に位置させることで、上記のグラウトを好適に行うことができる。

第２の発明は、地盤の掘削溝に構築された前記地盤の不透水層に達する壁体であって、下部が土砂と固化材の混合物によって形成され、上部がコンクリートによって形成され、前記コンクリートに、鉄筋籠が埋設されたことを特徴とする壁体である。
前記混合物と前記コンクリートの境界部に注入材が注入され、前記鉄筋籠に、前記注入材の注入に用いられる管体が取付けられることが望ましい。前記管体の下端は、例えば前記混合物の天端付近に位置する。

本発明により、壁体を低コストで構築できる壁体構築方法等を提供することができる。

地中連続壁３０ａを示す図。先行エレメント３１と後行エレメント３２を示す図。地中連続壁３０ａの構築方法および鉄筋籠１００を示す図。地中連続壁３０ａの構築方法を示す図。地中連続壁３０ａの構築方法を示す図。グラウト材６０の注入について説明する図。地中連続壁３０ａの構築方法を示す図。地中連続壁の構築方法および鉄筋籠１００ａを示す図。地中連続壁の構築方法および鉄筋籠１００ａを示す図。地中連続壁の構築方法を示す図。地中連続壁の構築方法を示す図。地中連続壁３０を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（１．地中連続壁３０ａ）
図１は本発明の実施形態に係る地中連続壁３０ａを模式的に示す図である。地中連続壁３０ａは、図１２の地中連続壁３０と同様、山留壁として地下タンク１０（地下構造物）を囲う位置に構築された略円筒状の壁体であり、その下端が、地中連続壁３０ａの内側の掘削底面（図１の例では地下タンク１０の底版１１の底面）より下方にある粘土層やシルト層などの不透水層２１に達している。図１２等で既に説明したその他の構成については、図等で同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、地中連続壁３０ａの上部３０１がコンクリート５０により形成され、下部３０２はソイルモルタル４０により形成される。地中連続壁３０ａの上部３０１は、地中連続壁３０ａの上端から、地中連続壁３０ａの内側の掘削底面よりある程度下の位置までの範囲であり、下部３０２はその下方の範囲である。

例えば地中連続壁３０ａの内側の掘削深度を50m程度、地中連続壁３０ａの深度を100m程度とし、地中連続壁３０ａの上部３０１を、地中連続壁３０ａの内側の掘削底面より15m程度下の位置までの範囲とすると、下部３０２は地中連続壁３０ａの全深度の1/3程度の部分となる。

地中連続壁３０ａの上部３０１のコンクリート５０と下部３０２のソイルモルタル４０の境界部にはセメントミルク等のグラウト材（注入材）６０が注入される。地中連続壁３０ａの上部３０１のコンクリート５０には、グラウト材６０の注入に用いる鉛直方向のコンタクトグラウト管（管体）を取付けた鉄筋籠が埋設される。

地中連続壁３０ａは、図２に示すように先行エレメント３１および後行エレメント３２から構成される。先行エレメント３１および後行エレメント３２は互いに隣接し、地中連続壁３０ａの周方向に交互に配置される。

（２．地中連続壁３０ａの構築方法）
地中連続壁３０ａを構築する際は、まず図３（ａ）に示すように、不透水層２１に達する深度まで地盤２を短冊状に掘削し、地中連続壁３０ａの周方向（図３の左右方向に対応する）に所定の間隔を空けて掘削溝２０を形成する。掘削溝２０は、回転式掘削機、バケット式掘削機などの連壁掘削機を用いて従来と同様の方法で地盤２の掘削を行い形成することができる。

そして、掘削溝２０に鉄筋籠１００を建て込んで挿入する。鉄筋籠１００の上端は地表面に設けたカンザシ等の支持材（不図示）から吊り支持され、下端が地中連続壁３０ａの上部３０１と下部３０２（図１参照）の境界部の若干下（例えば2〜3m程度下）に位置する。

図３（ｂ）は鉄筋籠１００を上から見た図である。鉄筋籠１００は鉛直方向および水平方向の鉄筋１０１、１０２を有するほか、長さ方向に沿って所定間隔（例えば2〜4m程度）でコンタクトグラウト管１０３が配置される。コンタクトグラウト管１０３の下端は、地中連続壁３０ａの上部３０１と下部３０２の境界部付近に位置する。コンタクトグラウト管１０３は例えば水平方向の鉄筋１０２に取付けて鉄筋籠１００の内部に配置される。なお、鉄筋籠１００の長さ方向は地中連続壁３０ａの周方向に対応するものとし、図３（ａ）、（ｂ）の左右方向に該当する。

掘削溝２０に鉄筋籠１００を建て込んだ後、図４（ａ）に示すように、鉄筋籠１００の下方の地中連続壁３０ａの下部３０２に当たる範囲にソイルモルタル４０を打設し充填する。この時、鉄筋籠１００の下端が2〜3m程度ソイルモルタル４０に埋設されて鉄筋籠１００の位置が固定されるようにする。また、コンタクトグラウト管１０３の下端はソイルモルタル４０の天端付近に位置する。

ソイルモルタル４０は土砂とセメントミルク等の固化材との混合物であり、掘削溝２０の掘削時に発生した掘削土を粒度調整したものに、現地でセメントミルク等のセメント系固化材や水を添加して混合撹拌することで製造できる。あるいは、購入土など外部から取得した土砂をプラントにて水、セメントミルク（固化材）、添加剤等と混合撹拌して製造することも可能である。具体的な製造方法は掘削溝２０の掘削方法やソイルモルタル４０の製造にかかるコスト等を勘案して適宜定めることができる。またソイルモルタル４０の圧縮強度は2〜5N/mm²程度とするが、これに限ることもない。

ソイルモルタル４０の打設後、所定時間（例えば1日）おいてソイルモルタル４０の天端をジェット水などで清掃し、図４（ｂ）に示すようにソイルモルタル４０の上方の地中連続壁３０ａの上部３０１に当たる範囲に必要な強度のコンクリート５０を打設し充填する。これにより先行エレメント３１が構築される。

コンクリート５０の充填後、図５（ａ）に示すようにコンタクトグラウト管１０３を用いて地中連続壁３０ａの下部３０２のソイルモルタル４０と上部３０１のコンクリート５０の境界部にグラウト材６０の注入を行う。

図６はグラウト材６０の注入について示す図である。本実施形態では、まず図６（ａ）に示すようにコンタクトグラウト管１０３に内管１０４を挿入し、この内管１０４にドリル１０５を通して図６（ｂ）に示すようにソイルモルタル４０を掘削し、掘削孔４１を形成する。

なお、コンタクトグラウト管１０３の先端には、ソイルモルタル４０やコンクリート５０の打設時の流入を防ぐためにキャップ１０６が設けられ、ソイルモルタル４０の掘削時にはドリル１０５によってこのキャップ１０６も切削する。また、内管１０４の外面にはパッカー１０７（袋体）が萎んだ状態で取付けられている。

次に、図６（ｃ）に示すようにドリル１０５を抜き取り、パッカー１０７を膨張させてコンタクトグラウト管１０３と内管１０４の間の隙間を塞ぎ、内管１０４の先端から矢印に示すようにグラウト材６０を高圧で送り出す。すると、図６（ｄ）に示すようにソイルモルタル４０とコンクリート５０の境界部にグラウト材６０が注入（グラウト）される。コンタクトグラウト管１０３の内部は、グラウト材６０を注入してから内管１０４等を抜き取った後にコンクリートやソイルモルタル等の充填材で埋め戻すことができる。

こうしてグラウト材６０の注入を行った後、図５（ｂ）に示すように先行エレメント３１の側方（隣り合う先行エレメント３１の間）に掘削溝２０を形成し、図３で説明した鉄筋籠１００を前記と同様に建て込む。この状態を図７（ａ）に示す。

掘削溝２０の形成方法は前記と同様であるが、ここでは、掘削溝２０の上部で両側の先行エレメント３１のコンクリート５０を掘削（カッティング）し、掘削溝２０の下部では両側の先行エレメント３１のソイルモルタル４０を掘削する。

その後、前記と同様の手順でソイルモルタル４０とコンクリート５０の打設を行うことで、図７（ｂ）に示すように後行エレメント３２が構築され、前記と同様にグラウト材６０の注入が行われる。

各先行エレメント３１の間でこのように後行エレメント３２を構築することで、地中連続壁３０ａが形成できる。こうして地中連続壁３０ａを形成した後、その内側の地盤２を掘削し、掘削箇所に地下タンク１０を構築する流れとなる。なお、本実施形態では先行エレメント３１の構築後および後行エレメント３２の構築後にそれぞれグラウト材６０を注入しているが、先行エレメント３１と後行エレメント３２を構築した後に各エレメントでグラウト材６０の注入を行うことも可能である。

このように、本実施形態によれば、鉄筋コンクリート製の地中連続壁３０ａにおいて、内側の地盤２の掘削に伴う大きな荷重が作用せず遮水性のみ要求される下部３０２の深度範囲を、コンクリート５０でなくソイルモルタル４０で形成することで、大深度に地中連続壁３０ａを形成する場合でもコンクリート５０の使用量を減らすことができ低コストになる。例えば地中連続壁３０ａの全深度の1/3程度をソイルモルタル４０に変えることが可能である。また、ほぼコンクリート部のみに鉄筋籠１００を配置することから、地中連続壁を全深度に亘って鉄筋コンクリート製とする場合に比べ、鉄筋籠１００として全高の小さいものを用いることができるので低コストになり施工もし易い。

コンクリート５０の下端のソイルモルタル４０との境界部には、スライムやコンクリート５０から分離した骨材が溜まり易く、遮水上の欠陥となり易いが、本実施形態では予め鉄筋籠１００に取付けたコンタクトグラウト管１０３を用いて境界部にグラウトを行うことで、遮水性を容易に確保することができる。コンタクトグラウト管１０３の下端はソイルモルタル４０の天端に位置させることで、上記のグラウトを好適に行うことができる。仮に地中連続壁を全深度に亘って鉄筋コンクリート製とする場合、グラウト位置は地中連続壁の下端になるが、本実施形態ではそれに比べて浅い位置でグラウトを行うことができ、施工が容易でコスト低減も可能である。

しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば地中連続壁３０ａは筒状であり円周状の平面を有するが、地中連続壁３０ａの平面形状は特に限定されず直線状でもよい。

また、地中連続壁３０ａの上部３０１のコンクリート５０と下部３０２のソイルモルタル４０の境界部の位置は、上部３０１が水圧や土圧等の荷重を負担し、下部３０２が遮水性のみを確保することを考慮し、地中連続壁３０ａの規模、壁厚、配置等に応じて様々に定めることができる。

また本実施形態では地中連続壁３０ａの内側に地下タンク１０を構築しているが、地中連続壁３０ａの内側に構築する地下構造物もこれに限ることはない。地中連続壁３０ａを立坑などに用いることも可能である。

以下、本発明の別の例を第２の実施形態として説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について説明し、略同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。

［第２の実施形態］
第２の実施形態でも、図８（ａ）に示すように先行エレメントを構築する際に掘削溝２０に鉄筋籠１００ａを建て込むが、この鉄筋籠１００ａの構成が第１の実施形態と異なっている。

すなわち、図８（ｂ）に示すように、鉄筋籠１００ａは鉛直方向および水平方向の鉄筋１０１、１０２、コンタクトグラウト管１０３を有するほか、隣接する先行エレメントと後行エレメントの接続部構造の一つとして、鉄筋籠１００ａの長さ方向の両端部に接合鋼板継手が設けられる。

接合鋼板継手は、鉄筋籠１００ａの長さ方向の両端部に仕切板である鋼板１１１を設け、鉄筋籠１００ａの平面の隅部近傍において鋼板１１１に土木シート１１２および押え板１１３を取付けて構成される。土木シート１１２は、両端部を鉄筋籠１００ａの両端部の鋼板１１１にそれぞれ取付けて、鉄筋籠１００ａの長さ方向に配置される。押え板１１３は例えば鉄板や硬質ゴムシートなどであり、土木シート１１２の外側において鉄筋籠１００の長さ方向に配置される。その他、鉄筋籠１００ａでは、両端部の鋼板１１１を結ぶタイロッド１１４なども設けられる。

本実施形態でも、図９（ａ）に示すように前記と同様の手順でソイルモルタル４０とコンクリート５０の打設を行う。本実施形態では、鉄筋籠１００ａの鋼板１１１（および土木シート１１２）の下端もソイルモルタル４０に埋設され、その位置が固定される。

コンクリート５０は、図９（ｂ）に示すように鉄筋籠１００ａの両側の土木シート１１２の間に打設され、接合鋼板継手の鋼板１１１によって後行エレメント側にコンクリート５０が流出するのが防止される。

コンクリート５０の打設圧により土木シート１１２は外側に膨らみ、押え板１１３はこれに応じて変形するが、最終的には押え板１１３が掘削溝２０の内壁に接触し、土木シート１１２が後行エレメント側に張り出して破損するのを防止する。タイロッド１１４は、鋼板１１１がコンクリート５０の打設圧によって破損するのを防止する。

こうしてコンクリート５０を打設し先行エレメント３１ａを構築した後、図１０（ａ）に示すようにコンタクトグラウト管１０３を用いてソイルモルタル４０とコンクリート５０の境界部にグラウト材６０の注入を行う。グラウト材６０の注入方法も第１の実施形態と同様である。

その後、図１０（ｂ）に示すように先行エレメント３１ａの側方（隣接する先行エレメント３１ａの間）に掘削溝２０を形成する。コンクリート５０は鉄筋籠１００ａの鋼板１１１によって堰止められているので、掘削溝２０の上部で両側の先行エレメント３１ａのコンクリート５０を掘削することはなく、下部でソイルモルタル４０を掘削する。

そして、掘削溝２０の両側の先行エレメント３１ａの鉄筋籠１００ａの鋼板１１１の表面を清掃し、図１１（ａ）に示すように、当該掘削溝２０に、第１の実施形態と同様の鉄筋籠１００を前記と同様に建て込む。

この後、図１１（ｂ）に示すように、前記と同様の手順でソイルモルタル４０とコンクリート５０の打設を行うことで後行エレメント３２ａが構築され、前記と同様にグラウト材６０が注入される。各先行エレメント３１ａの間でこのように後行エレメント３２ａを構築することで、第１の実施形態と同様の地中連続壁が形成できる。

なお、本実施形態でも先行エレメント３１ａの構築後および後行エレメント３２ａの構築後にそれぞれグラウト材６０を注入しているが、先行エレメント３１ａと後行エレメント３２ｂを構築した後に各エレメントでグラウト材６０の注入を行うことも可能である。

このように、鉄筋籠１００ａの形態が異なる場合でも、第１の実施形態と同様の方法で地中連続壁を構築することができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。仮に地中連続壁を全深度に亘って鉄筋コンクリート製とする場合、前記の鋼板１１１も先行エレメント３１ａの最下端まで伸ばし、鋼板１１１を含む鉄筋籠１００ａの根固めを行うため根固めモルタルを掘削溝２０の下端に打設する必要があるが、本実施形態では鋼板１１１の高さも小さくできてコスト低減が可能になり、またソイルモルタル４０が根固めモルタルの役割を果たすことができる。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想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。

２：地盤
１０：地下タンク
２０：掘削溝
２１：不透水層
３０、３０ａ：地中連続壁
３１、３１ａ：先行エレメント
３２、３２ａ：後行エレメント
４０：ソイルモルタル
４１：掘削孔
５０：コンクリート
６０：グラウト材
１００、１００ａ：鉄筋籠
１０１、１０２：鉄筋
１０３：コンタクトグラウト管
１０４：内管
１０５：ドリル
１０６：キャップ
１０７：パッカー
１１１：鋼板
１１２：土木シート
１１３：押え板
１１４：タイロッド
３０１：上部
３０２：下部

Claims

地盤の不透水層に達する掘削溝を形成する工程と、
前記掘削溝に鉄筋籠を挿入して前記鉄筋籠の下方の範囲に土砂と固化材の混合物を充填する工程と、
前記混合物の上方にコンクリートを充填する工程と、
を含むことを特徴とする壁体構築方法。
前記鉄筋籠には予め鉛直方向の管体が取付けられており、
前記コンクリートの充填後、前記管体を用いて前記混合物と前記コンクリートの境界部に注入材を注入することを特徴とする請求項１記載の壁体構築方法。
前記混合物の充填時、前記管体の下端は前記混合物の天端付近に位置することを特徴とする請求項２記載の壁体構築方法。
地盤の掘削溝に構築された前記地盤の不透水層に達する壁体であって、
下部が土砂と固化材の混合物によって形成され、
上部がコンクリートによって形成され、
前記コンクリートに、鉄筋籠が埋設されたことを特徴とする壁体。
前記混合物と前記コンクリートの境界部に注入材が注入され、
前記鉄筋籠に、前記注入材の注入に用いられる管体が取付けられたことを特徴とする請求項４記載の壁体。
前記管体の下端は前記混合物の天端付近に位置することを特徴とする請求項５記載の壁体。