JP3676441B2

JP3676441B2 - ピットおよびそれを利用した地下室の構築方法

Info

Publication number: JP3676441B2
Application number: JP20578995A
Authority: JP
Inventors: 信二北垣; 郁夫丸岡
Original assignee: 三井ホーム株式会社; 株式会社オートセット
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2015-08-11
Also published as: JPH0953237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下室等の地下構造物の建築用ピットを、特に比較的建築密度の大きい地域において構築する方法、及びそのピットを利用した地下構造物の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、市街地や住宅地等、特に比較的建築密度の大きい地域においては、個々の建築用敷地面積の狭隘化に伴い、地下室構築により、居住空間または利用空間を拡張する要求が急速に増大しつつある。地下室等の構造物を構築する際は予め所定深さに地盤を掘削して相応した容積のオープンカット即ちピットを形成する必要がある。ところが、地盤、地山等が軟弱な場合には掘削時に地盤の崩壊等の側方流動現象を生じるのが通例で、作業能率はもとより安全上問題があり、従って予め掘削壁面に相当する部分を何らかの方法で補強して土留めを施しておかなくてはならない。
【０００３】
そのための旧来の矢板打込み方式に代えて、近時は効果的な方法として、例えばセメント、石灰、ベントナイト等を混合した水性グラウトの注入により地下掘削深度以上に柱状に深層改良を行い、所謂、場所打ちされたソイルセメント柱状体よりなる連続地中壁を形成し、この深層連続地中壁が養生硬化し十分な土留め効果を奏すべき頃合いを見計らって、地中壁に囲繞された地盤を掘削しピットを形成する方法が開発され一般に採用されている。このような柱状連続地中壁を形成する場合、掘削によって露出した壁体の内側への転倒防止を配慮して、ピットの設計深度を越えて根入れする必要があるが、根入れ深さはその地点の土質及び地下水の伏在状況等の周囲の環境によっては、かなりの大きさが必要となり、例えば掘削深度の１／２以上を要することが多い。
【０００４】
然るところ、施工現場が前記の如く住宅地或いは建物密集地域である場合は、施工用重機の進入道幅が狭いとか、または施工敷地の狭隘・閉塞箇所が多く、或いは上部に配設された多くの電線、電話線等の障害物のため、所要の大深度に柱状穿孔するための長リーチ大型機の進入が不可能な場合が多い。従って、柱状体自立に計算上必要な根入れ深さの確保が至難であるという不都合が生じる。壁体の頭頂部から傾いて転倒することを防止するには、従来から杭芯材を利用しそれにビームを水平に架け渡し固定する所謂「腹起こし」、及び隅角に筋かいを入れる所謂「火打ち」等の施工処理が行われているが、根入れ部分の深度不足による連続壁下方裾部の側方滑りに対する処置をピット掘削前の地中に施すことは極めて難しく、適切確実な対策がないのが現状である。このような処置の一例として、柱状杭の根入れ部分を固定するために薬液注入等の方法が従来試みられているが、地中での注入作業のため、必要箇所への注入効果については確度が低く信頼性に乏しく、また不経済且つ安全上不安定なものであった。
【０００５】
更に又、このようにして形成したピット内に地下室を構築するには、ピットの大きさに見合った外形寸法のプレハブ構造物を潜函工法等に準じてピット内に据え付ける方法もあるが、既述の通り、建築密度の大きい地域や住宅地等の作業空間の制約された環境では、大型のプレハブ構造物をクレーンやホイストを駆使して運搬移動することは実質的に不可能な場合が多い。そのため、通常はピット壁面から必要な作業用スペース例えば１．０〜１．５ｍの間隔を保って仮設した所定の外側型枠及び内側型枠の間にコンクリートを打設して地下室の周壁を形成し、順次立ち上げて行く方式が採用されている。従って、ピットの容量に比して、地下室の大きさは作業用スペース分だけ減少することとなり、頗る制約されざるを得ないという不都合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の問題点に鑑み、本発明の第１の目的は、深度に対して比較的小さい根入れ深さの壁を以て形成されているにも拘わらず、地山の側方流動圧に対抗して十分な土留め効果を奏し、壁体の転倒・傾斜が防止された安定構造のピットを構築するにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、比較的建築密度の高い地域においても地下室等の地下建造物の構築を可能とする能率的且つ安全なピットの施工法を提供するにある。
【０００８】
本発明の第３の目的は、軟弱な地盤、特に被圧地下水の伏在する地盤においてすらも構築作業並びに耐久保全面に支障のない、遮水・防水効果を備えたピットを構築するにある。
【０００９】
また、本発明の別の目的は、ピットの空間を最大限有効に活用した大きい建築面積の地下室を構築することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の目的を達成するピットの構築方法は、設計されたピットの平面輪郭に沿って地盤面からピット設計深度の１／２以下の根入れ深さまでグラウト注入により場所打ちしてソイルセメント柱状体連続地中壁を形成する工程、該柱状体の適宜な本数の長軸に沿って鋼芯材を延設し補強すると共に該鋼芯材の上端近傍にビームを順次架け渡すことからなる腹起こしを含む連続地中壁固定処理を施す工程、上記連続地中壁の互いに対向した根入れ部分の間を差し渡した少なくとも１本の直線に沿ってピット設計底面以下の水準でグラウト注入する場所打ちによりソイルセメント柱状体連続地中梁を形成する工程、および上記ソイルセメントの硬化後において連続地中壁に囲繞された地山を所定深度まで掘削してピットを形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１１】
上記の方法において、連続地中壁固定処理を更に確実とするには、腹起こしに加え必要に応じて隅角で架け渡した２本のビームを斜め材またはアングル材で結合することが好ましい。
【００１２】
上記の方法におけるソイルセメント柱状体連続地中壁の根入れ深さは、状況に応じて更にピット設計深度の１／４以下とすることができる。
【００１３】
また、グラウトの注入によりソイルセメント柱状体を場所打ちするに際して、水性グラウトにカチオン性ビニル系重合体水性エマルジョンを添加し、このカチオン性ビニル系重合体水性エマルジョンが上記の水性グラウトに対し固形分換算で２０〜２５００重量％、好ましくは５０〜５００重量％の量、配合混和することは、グラウトの流動特性を向上させ、形成された柱状体の強度特性、耐水性を改良し透水係数を低下させる効果があるので特に好適である。
【００１４】
更に、上記グラウトには、上記カチオン性ビニル系重合体水性エマルジョンと共に水和により土中から水を奪水し自ら硬化するエトリンガイト生成作用を有するセメント固化剤を添加し、このセメント固化剤が上記の水性グラウトに対し固形分換算で１０〜５０重量％、好ましくは１３〜２０重量％の量、配合混和することにより、ソイルセメントの固化を著しく促進すると共に、形成された柱状体の物理的諸特性を向上させるのに頗る有効である。
【００１５】
本発明方法においては、ピット形成後において、更にその内面、即ち、壁面および／または底面に公知慣用の防水加工を施す工程を含むことが好ましい。
【００１６】
また、本発明方法のソイルセメント柱状体連続地中梁を形成する工程においては、該柱状体連続地中梁を配置すべき上記の互いに対向した根入れ部分の間を差し渡した直線が、互いに交叉する少なくとも２本の直線を含むことが連続壁の下方裾部分の傾斜を防ぐためには更に好ましい。
【００１７】
更にまた、上記の方法により構築されたピット面積を最大限に利用して、十分に広い地下室を構築する方法は、ピットの連続壁の内側に該連続壁面と所定間隔を隔てて内側型枠を対設し、連続壁自体を外側枠として、該連続壁と内側型枠との間にコンクリートを打設することにより地下室のコンクリート周壁をピットの壁面に膚接して築くことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の構成をその作用と共に、以下添付図面に基づき実施例について説明する。
図１および図２において、土とグラウトの混合物（以下「ソイルセメント」という）よりなる柱状体が幅方向に連続して形成された柱状体連続地中壁１、１′、２、２′と、互いに対向する該地中壁１、１′の底部に差し渡して径方向に連続して形成されたソイルセメント柱状体連続地中梁３は、本発明方法によって構築されるピットの基本的外殻をなす。柱状体連続地中梁は更に別に対向する地中壁２、２′の底部に差し渡して径方向に連続した連続地中梁３′を連続地中梁３と交叉して設けることが好ましい。
【００１９】
即ち、まず設計されたピットの平面輪郭に沿っていわゆるジェットグラウト工法等により、地盤を垂直に穿孔しつつセメント、石灰、ベントナイト、及び好ましくはセメント固化剤等を混合した水性グラウトを注入してソイルセメントよりなる柱状体を場所打ちする。場所打ちを上記ピットの平面輪郭に沿って隣接して相次いで行うことにより、ソイルセメント柱状体が幅方向に数珠繋ぎ状に重接連続した壁１、１′、２、２′が地中に形成される。かかる連続地中壁の根入れ深さＲ、即ちピット設計底面以下の深さは、ピット設計深度Ｐの１／２以下、場合によっては１／４以下とするが、少なくとも約５０ｃｍは根入れすることが好ましい。
【００２０】
ジェットグラウト工法による場所打ちは、公知慣用の機械装置、例えば先端に、螺旋状掘削ビットを備え且つグラウト噴射用軸内導管が開口する少なくとも１本の回転軸を有する地盤改良掘削機を用いて行う。多軸になる程作業効率は上がるが、同時に機械装置が大型化するため、手狭な環境で小回りを利かし本発明の本来の目的に沿うためには２軸または３軸式のものが好適に用いられる。かかる掘削機により軸内導管を通じて注入される水性グラウトをプロペラントとして地盤をビットにより穿孔掘削すると同時に、注入されたグラウトは土壌（ソイル）と混合して柱状のソイルセメントが地中に形成される。ソイルセメント柱状体の直径は主として上記掘削ビットの寸法によって決まり、通常直径約３０ｃｍ〜５０ｃｍ程度である。また、その全長は通常４〜６ｍ程度迄が適当であり、それ以上の長さのものを打ち込むには長リーチの大型掘削機を必要とするので好ましくない。
【００２１】
次いで、ソイルセメント柱状体連続地中梁３は、対向した連続地中壁１、１′の根入れ部分を差し渡して直線状に且つピット設計深度以下の深さにおいて地中に数珠繋ぎ状に形成される。連続地中梁は少なくとも１本、好ましくは上述のように互いに交叉した２本以上を設けることが良い。その本数や交叉角度は、地下室平面形状に応じて適宜に決定すべきであるが、例えば、図示のように方形の場合には互いに９０度で交叉する連続地中梁３、３′を設ける。更に、軟弱な地盤の時或いは複雑なピット形状の時は当然設置本数を増やすことが望ましい。かかる柱状体連続地中梁は、上記の地盤改良掘削機を用いて地表からピット設計深度迄はグラウトを注入せずに空打ちをなし、それ以下の深さにおいてのみグラウト注入を行うことによって形成することができる。このようにして連続地中壁の対向する根入れ部分を支承する柱状体連続地中梁は、地山の側方流動圧に対抗して連続地中壁の下方裾部分の変位傾倒を防止する。
【００２２】
図３は地中に形成されたピットの基本的外殻の別の１例を示す平面図である。同図において、ソイルセメント柱状体連続地中壁１、１′・・・には、例えば２本跳び或は３本跳び程度の適宜な間隔を置いた柱状体毎にその長軸に沿って例えばＨ型鋼、Ｔ型鋼、チャンネル、アングル等適宜断面形状の補強用鉄鋼芯材４、４′、４″・・・を垂直に挿通する。次いで、このようにして挿通配設された補強用芯材の上端又はその近傍において、該芯材の間をＴ型鋼、チャンネル、アングル等の長尺の固定用鋼材５、５′・・・によって順次に水平に架け渡し、溶接、螺着等の適宜な手段によって両者を結合固定することからなる、所謂「腹起こし」による連続地中壁固定処理を施す。更に、腹起こしを行った壁体の隅角においては、両辺、例えば固定用鋼材５、５′を結合する斜め材６を以て筋かいするか、或いはアングルブレースを組み付けて補強する手段、所謂「火打ち」を施すことが好ましい。かかる連続地中壁固定処理工程と上記のソイルセメント連続地中梁形成工程とはいずれを先に行っても良く、その実施順序は問わない。
【００２３】
上記連続地中壁および連続地中梁を構成するソイルセメントは打設後、地中で通常約３〜７日の養生期間を経て固化する。固化した頃合いを見計らって、連続地中壁に囲繞された地山部分を所定の深度まで根掘りして連続地中壁面を露出させることにより全体形状の安定したピットを形成する。
【００２４】
前記のソイルセメントが固化して形成された柱状体はそのままでは、殆ど満足すべき遮水・耐水性を期待することができないことに加えて、形成されたピットは、周囲の地山の側方流動圧および伏在する地下水により常時被圧されているため、壁体の強度特性並びに壁体と床面の遮水・耐水性を更に向上させて十分な土留め効果および遮水・防水効果を付与することが、耐久性、保全面、作業並びに居住の安全面等の見地から特に望まれる。そのためには、前記ジェットグラウト工法によりソイルセメント柱状体を場所打ちするに際して、グラウトにカチオン性ビニル系重合体水性エマルジョンを配合混和することが好ましい。配合量は、ソイルセメントと重合体水性エマルジョンそれぞれの固形分換算でグラウトに対し２０〜２５００重量％、更に好ましくは５０〜５００重量％の量が適当である。２０重量％未満では強度特性並びに遮水・耐水性の実質的な向上は望めず、又、２５００重量％超では、コスト高となるばかりか、ソイルセメント硬化体の強度特性、特に圧縮強度、耐衝撃強度等の低下傾向が現れるので好ましくない。
【００２５】
このようなセメント混和剤は、例えば、特開昭５６−１２９６５４号、同５８−１８５４６４号、同６１−２７５１５０号、その他の公報によって提案された公知のものをいずれも適用することができる。就中、商品名「オートゾル」（株式会社オートセット製）として市販されているカチオン性アルカリ硬化型アクリル共重合樹脂水性エマルジョンをセメント固化剤と共に用いれば、正負電荷による電気的吸着に加えて、更にポリマー粒子表面のアルカリ硬化反応基がグラウト中のセメントやセメント固化剤等のアルカリにより粒子間で化学的架橋反応を起こして強靭で弾性に富む硬化体を与えるので、従来市販のカチオン性ＳＢＲ混和剤、ＥＶＡ系混和剤、アクリル系混和剤等が正負電荷の電気的吸着のみにより接着を補強しているのに比して、頗る優れた接着性、耐久性、耐アルカリ性、低い温度依存性を示し、ソイルセメント硬化体に優れた曲げ強度、圧縮強度、引張強度、耐衝撃強度、靭性、遮水・耐水性等を与える。従って、上記「オートゾル」とセメント固化剤との併用系は格別好適である。
【００２６】
水性グラウトに対し、上記の「オートゾル」によって代表されるカチオン性アルカリ硬化型アクリル共重合樹脂水性エマルジョンと併用添加して特に好適な効果を奏するセメント固化剤としては、例えば商品名「オートセット＃３３００」（株式会社オートセット製）が挙げられる。このものは下記表１からも明らかな通り、普通ポルトランドセメントに比して、３石灰アルミナ（３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）および石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）の比率が格段に高い鉱物組成を有し、水和量の大きいエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・３ＣａＳＯ₄・３２Ｈ₂Ｏ）を全量の７９．５重量％にも及ぶ驚くべき多量生成する。これは普通ポルトランドセメントの約８倍の生成量に相当する。
【００２７】
【表１】

【００２８】
即ち、セメント固化剤「オートセット＃３３００」はその多量のエトリンガイト生成能力による高い奪水ポテンシャルにより、泥状ソイルセメント中の固体粒子の表面付着水や粒子間毛管重力水のみならず、粒子内毛管水をも取り除き、固体粒子を密に締め固めるのに最適な含水率に迄脱水すると共に、自らは大部分がエトリンガイト結晶に転化し、ソイルセメントの硬化を促進するという優れた作用がある。同時にまた、共存する上記「オートゾル」の強靭・耐水皮膜形成作用との相乗効果によって、上述の通りソイルセメント硬化体の物理的諸特性が著しく向上する。かかるセメント固化剤の配合量は通常、グラウトに対してそれぞれの固形分換算で１０〜５０重量％、好ましくは１３〜２０重量％である。
【００２９】
上記のようにカチオン性ビニル系重合体水性エマルジョンを、好ましくはエトリンガイト生成能の大きいセメント固化剤と共に、グラウトに添加することにより、ソイルセメント柱状体連続壁の強度特性並びに遮水・耐水性を著しく改善することができるが、尚それらの特性、特に遮水・耐水性を強化向上するために、根掘りによって露出した壁面に対して、上記カチオン性ビニル系重合体水性エマルジョンを噴霧、塗布等により含浸施与し、または／および公知慣用のコーキング材等による防水工事を施すことが好ましい。更に、ピット底面には同様な重合体水性エマルジョンおよび／またはコーキング材による防水加工および／またはビニールシート、アスファルトの展設等、公知慣用の防水加工を施す工程を行うことは、特に好適である。
【００３０】
次いで、ピット内に地下室を構築する従来法を示す図４においては、ピット７底部に設けた床上に、壁から約１〜１．５ｍ程度の幅の作業域Ｗを内周に沿って残し、アンカーボルト８から立ち上げた鉄筋９を挟んで、外側型枠１０と内側型枠１１とを仮設し、その間にコンクリートを打設して地下室周壁１２を築く。地下室建設後に上記周囲の作業域を必要に応じて埋め戻す。
【００３１】
一方、本発明の地下室構築法を示す図５においてはピット７の連続壁１、１′・・・は既に強固な防水性壁体であるため、そのまま外側型枠として利用することができ、連続壁１、１′・・・内側に所定の間隔を距てて、好ましくは補強鉄筋９を挟んで内側型枠１１のみを仮設し、連続壁１と内側型枠１１との間にコンクリートを打設する。かくして連続壁と密着膚設した地下室周壁１２が築かれ、この周壁から建築物を立ち上げでいくことができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明方法において、ジェットグラウト法による柱状体連続地中壁を以て形成されたピットは、腹起こし、火打ち等の壁体固定処理に加えて、連続地中梁によって、壁の下方裾部を支承したため、壁体の極めて減少した根入れ深さにも拘わらず、地山の側方流動圧に対して大きい抵抗力を備え、壁体の傾倒や転倒が完全に防止され、極めて安定強固である。従って少ない根入れ深さによっても壁体は安定するため、このような根入れ深さの減少によってソイルセメント柱状体の全長の短縮が可能となり、それに伴ってジェットグラウト用の地盤改良掘削機として、比較的小リーチの小形機械を使用することができる。従って、狭隘で各種障害物の錯綜した環境において、小回りの利いた円滑な作業が高能率で可能となった。
【００３３】
また、カチオン性ビニル系重合体水性エマルジョンを、好ましくは適宜なセメント固化剤と共に、グラウトに添加することにより、ソイルセメント柱状体連続壁の強度特性並びに遮水・耐水性を著しく改善することができると共に、更に完全な遮水・耐水性の付与に留意したため、土留めおよび漏水防止効果が大きく、軟弱な地盤あるいは側方流動圧が大きく特に被圧地下水の伏在する地山においても作業上の危険も無く、また、ピットの耐久性、保全面、建設された地下室の居住性において頗る良好であるという利点がある。
【００３４】
更にまた、本発明による地下室構築方法によれば、従来法において必要とされた作業用空間を省略して、ピットの面積を最大限に利用した大容積の地下室を構築することができ、従って型枠の減少及び埋め戻し作業の省略等に伴う建築資材の節減や作業能率の上昇によるコストダウンに加えて、地下室に積み上げる建築物も建築面積が拡大されて、土地の有効利用が可能となるという大きい効果がある。
【００３５】
尚、本発明は、主として地下室構築用に好適なピット形成法として説明したが、地下室のみに限らず、例えば、ボックスカルバート設置用オープンケーソン、プール、貯水池、疏水路、地下道、地下鉄建設用等、各種オープンカット構築土木工事に応用し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によるピット掘削前の柱状体連続地中壁および柱状体連続地中梁の概要を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視垂直断面図である。
【図３】本発明方法によるピット掘削前の柱状体連続地中壁の別の態様およびその安定処理工程を示す平面図である。
【図４】従来公知の地下室の構築方法を示す概要説明図である。
【図５】本発明による地下室の構築方法を示す概要説明図である。
【符号の説明】
１、１′，２、２′ 柱状体連続地中壁
３、３′ 柱状体連続地中梁
４、４′，４″ 鋼芯材
５、５′ 固定用長尺鋼材
６火打ち
７ピット
８アンカーボルト
９鉄筋
１０外側型枠
１１内側型枠
１２地下室周壁
Ｐピット設計深度
Ｒ根入れ深さ
Ｗ作業域

Claims

設計されたピットの平面輪郭に沿って地盤面からピット設計深度の１／２以下の根入れ深さまでグラウト注入により場所打ちしてソイルセメント柱状体連続地中壁を形成する工程、該柱状体の適宜な本数の長軸に沿って鋼芯材を延設し補強すると共に該鋼芯材の上端近傍にビームを順次架け渡すことからなる腹起こしを含む連続地中壁固定処理を施す工程、上記連続地中壁の互いに対向した根入れ部分の間を差し渡した少なくとも１本の直線に沿ってピット設計底面以下の水準でグラウト注入する場所打ちによりソイルセメント柱状体連続地中梁を形成する工程、および上記ソイルセメントの硬化後において連続地中壁に囲繞された地山を所定深度まで掘削してピットを形成する工程を含むことを特徴とするピットの構築方法。
上記連続地中壁固定処理が連続地中壁の隅角で架け渡した２本の上記ビームを斜め材またはアングル材で結合する請求項１の方法。
上記根入れ深さがピット設計深度の１／４以下である請求項１または２の方法。
上記グラウトが、カチオン性ビニル系重合体水性エマルジョンをそれぞれの固形分換算で２０〜２５００重量％配合混和されてなる請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
上記カチオン性ビニル系重合体水性エマルジョンの前記配合量が５０〜５００重量％である請求項４の方法。
上記グラウトが、更にエトリンガイト生成作用を有するセメント固化剤をそれぞれの固形分換算で１０〜５０重量％配合混和されてなる請求項４または５の方法。
上記セメント固化剤の前記配合量が１３〜２０重量％である請求項６の方法。
ピット形成後に更にその内面に防水加工を施す工程を含む請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
上記の互いに対向した根入れ部分の間を差し渡した直線が、互いに交叉する少なくとも２本の直線を含む請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
前記請求項１の方法により構築されたピットの連続壁の内側に該連続壁面と所定間隔を隔てて内側型枠を対設し、連続壁と内側型枠との間にコンクリートを打設することにより地下室のコンクリート周壁をピットの壁面に膚接して築くことを特徴とする構造物の構築方法。