JP3769637B2 - 斜面の安定化工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、斜面特に切土法面を安定化するための安定化工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斜面の安定化工法としては、地盤に削孔した孔内に鉄筋を挿入すると共に、硬化材グラウトを注入して鉄筋を地盤に定着させる鉄筋補強土工法、ケーシングを用いて地盤に削孔した後、ケーシング内にアンカーを挿入して、前記ケーシングを引抜き、しかる後に孔内に硬化材グラウトを注入してアンカーを地盤に定着させるグランドアンカー工法、鋼管を打設してこれを抑止杭とする抑止杭工法等が従来より用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記鉄筋補強土工法によれば、小径（Ｄ20〜30程度）の鉄筋を使用することに加え、削孔径、削孔長共にかなり小さく（削孔径：40〜60ｍｍ程度、削孔長：５ｍ程度）、グラウト定着層の厚さもわずかとなり、引張り、曲げ、せん断等に対する耐力はそれほど期待できず、小規模の斜面安定化対策に限定されるという問題があった。
また、上記グランドアンカー工法によれば、アンカーに大きなプレストレスを付与するため、受圧盤として剛性の高い大型の法枠や十字ブロックが必要となり、それらの打設に多くの工数と時間とを要して施工が面倒になる、という問題があった。また、このように打設されたアンカーは引張りに対する耐力は十分となるものの、曲げおよびせん断に対する耐力が小さく、地すべりに対する抑止効果はあまり期待できない、という問題もあった。
一方、上記抑止杭工法によれば、大口径の鋼管の使用により地すべりに対する抑止効果は十分となるものの、大口径の鋼管使用による材料コストの負担が大きく、大型の施工機械も必要になって、道路等の切土法面のような小規模乃至中規模の斜面の安定化に適用するには経済性の面で問題が多いところとなっていた。
【０００４】
ところで、直径が100〜300mmの鋼管を地盤に削孔した孔内に挿入した後、該鋼管の周りの空隙に硬化材グラウトを加圧注入して該鋼管を地盤に定着させるマイクロパイル工法が従来より知られている。このマイクロパイル工法によれば、施工が簡単である上、強度の大きい鋼管と厚肉のグラウト定着層とが一体となって大きな支持力を発揮するので、これを斜面安定化工法に適用すれば、上記した在来工法のもつ諸問題を解決できるものと期待される。
しかしながら、このマイクロパイルは、一般には引張り耐力に比べて曲げ耐力（水平方向支持力）が不足し、これを単に斜面に打設したのでは、地すべりに対する十分なる抑止効果が得られない虞があり、この不安を解消するには、斜面に対して小ピッチ（１ｍ程度）で多数のマイクロパイルを打設しなければならず、上記したマイクロパイル工法が有するせっかくの利点（経済性）が失われてしまうことになる。
【０００５】
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、斜面の安定化に対するマイクロパイル工法の適用性を高め、もって施工性、経済性の面で利するところの大きい斜面の安定化工法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、切土法面の途中の小段に対してこれとほぼ垂直をなす方向に鉛直杭状に、鋼管とその周りのグラウト定着層とからなるマイクロパイルを一列に打設すると共に、該小段の直上部分の斜面に対してこれとほぼ垂直をなす方向に斜杭状に、前記同様の構造のマイクロパイルを一列に打設し、しかる後、前記各列間および各列内のマイクロパイルの杭頭部同士を基礎梁により剛結することを特徴とする。
このように行う斜面の安定化工法においては、小段に対してほぼ垂直をなす鉛直杭状のマイクロパイルと斜面に対してほぼ垂直をなす斜杭状のマイクロパイルとが組杭となって、引張り、曲げ、せん断等に対して大きな耐力を発揮し、地すべりに対する抑止効果も十分となる。また、斜面途中に二列をなすようにマイクロパイルを打設するので、マイクロパイルの打設数も大幅に削減することができ、しかも、切土法面の途中の小段を利用して効率よくマイクロパイルを打設できる。
この場合、上記鉛直杭状のマイクロパイルと斜杭状のマイクロパイルとを相互に千鳥状に配置することにより、各列のマイクロパイルの打設ピッチを大きく設定しても、実質的に地すべりに対する抑止効果が減殺されることはなく、マイクロパイルの打設数をより削減することができるようになる。
【０００７】
本発明は、マイクロパイルの打設に先行して、地盤中に高圧噴射攪拌工法により改良柱を造成し、該改良柱内に前記マイクロパイルを打設するようにしてもよいものである。この場合は、大径の改良柱とマイクロパイルとが一体となって大きな支持力を発揮することに加え、改良柱が地盤の安定化に大きく寄与するので、崩壊性土砂を含む地山を対象にしても十分に安定化できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態により安定化された斜面の状態を示したものである。本第１の実施の形態としての安定化工法は、道路（計画道路）１を造成すべく既存の地山２を掘削して形成された切土法面３を対象になされたもので、切土法面３は、ここでは２つの小段４、５により分割された３つの斜面６、７、８とを含んでいる。
【０００９】
本第１の実施の形態においては、上記２つの小段４、５とこれら小段の直上部分の斜面６、７とを対象に、各小段４、５に対してこれとほぼ垂直方向をなすように（鉛直杭状に）第１マイクロパイル１１を、各斜面６、７に対してこれとほぼ垂直方向をなすように（斜杭状に）第２マイクロパイル１２をそれぞれ打設している。第１マイクロパイル１１は各小段４、５上に所定のピッチで一列に打設され、一方、第２マイクロパイル１２は各小段４、５に沿って所定のピッチで一列に打設されている。また、第１、第２マイクロパイル１１、１２は切土法面２の背後のすべり面Ａ、Ｂよりも十分深く打設されている。すなわち、鉛直杭状の第１マイクロパイル１１と斜杭状の第２マイクロパイル１２とは、切土法面３の途中に二列をなすようにかつ背後のすべり面Ａ、Ｂに達するように打設されている。しかして、第１、第２のマイクロパイル１１、１２は、各列間および各列内でそれぞれの杭頭部同士が相互に基礎梁１３により剛結されている。この基礎梁１３は、例えば鉄筋コンクリートを現場打ちしてなるもので、この基礎梁１３により第１、第２のマイクロパイル１１、１２は組杭として構成されている。なお、上段の斜面６に対するすべり面Ｃはかなり浅いので、ここでは、この斜面６に対して、複数の鉄筋１４を打設する汎用の鉄筋補強土工法を施工している。
【００１０】
道路１の切土法面３は、通常、計画道路１に隣接する地山２を上部側から下部側へ段階的に掘削することにより形成される。この場合、各段の境界は、図１に示すように小段４、５を含む面上に設定されるのが通例で、したがって、ここでは３つの領域I、II、IIIに分けて地山２の掘削が行われることになる。
【００１１】
そこで、本実施の形態においては、上記した地山２の掘削に合せて段階的に施工を行うようにする。具体的には、先ず、地山２の上部側から上側の小段４までの上段領域Iの掘削を終了した段階で、該小段４を含む掘削底面上に施工機械を乗り入れ、小段４およびその直上部分の斜面６に対して上記したように鉛直杭状の第１マイクロパイル１１と斜杭状の第２マイクロパイル１２とを各一列となるように打設し、これらマイクロパイル１１、１２の杭頭部同士を基礎梁１３により剛結して組杭を完成させる。次に、上側の小段４から下側の小段５までの中段領域IIの掘削を行い、再び掘削底面上に施工機械を乗り入れて、該小段５およびその直上部分の斜面７に対して上記したように鉛直杭状の第１マイクロパイル１１と斜杭状の第２マイクロパイル１２とを各一列となるように打設し、これらマイクロパイル１１、１２の杭頭部同士を基礎梁１３により剛結して組杭を完成させる。その後は、下側の小段５から計画道路１までの下段領域IIIの掘削を行い、これにて、組杭により補強され、地すべりに対する抑止効果も十分な切土法面３が完成する。
【００１２】
ここで、鉛直杭状の第１マイクロパイル１１と斜杭状の第２マイクロパイル１２とは、図２に示すように、相互に千鳥状に配置するのが望ましい。この場合、第１マイクロパイル１１の打設ピッチＰ１と第２マイクロパイル１２の打設ピッチＰ２は、一例として１〜２ｍ程度、第１マイクロパイル１１の列と第２マイクロパイル１２の列との間隔Ｓは、一例として０.５〜１ｍ程度に設定する。マイクロパイルを抑止杭として用いる場合は、通常その打設ピッチを１ｍ程度とする必要があるが、このように千鳥状に配置した場合は、前記したように各列のマイクロパイル１１、１２を大きく（１〜２ｍ）設定しても十分なる抑止効果を発揮し、その分、マイクロパイル１１、１２の打設数をより削減することができる。
【００１３】
また、上記マイクロパイル１１、１２を打設するための施工手順を具体的に説明すると、先ず、図３（Ａ）および図４▲１▼に示すように、管壁に複数の逆止弁２０を有する鋼管２１を用意し、この鋼管２１内に、偏心拡径ビット２２とダウンザホールハンマー２３とを連設してなる削孔ツール２４を先端に有する削孔ロッド２５を挿入する。そして、これら鋼管２１と削孔ロッド２５とを、図示を略す施工機械（削孔機械）に一体的に支持させ、鋼管２１をケーシングとして用いて削孔ロッド２５を回転させながら、前記斜面６、７（または小段４、５）に対してほぼ垂直となるよう削孔を行い、鋼管（ケーシング）２１を地盤に貫入させる。ダウンザホールハンマー２３は空気圧によりハンマー部を作動させて偏心拡径ビット２２に衝撃荷重を加える機能を有するもので、このダウンザホールハンマー２３と偏心拡径ビット２２との併用により地盤には、鋼管２１よりも大径の孔２６が高能率に削孔されるようになる。この時、削孔により生じた掘削ずりは、偏心拡径ビット２２に貫設された流通孔（図示略）からケーシング２１と削孔ロッド２５との間の環状通路２７を経て外部へ排出される。なお、鋼管２１としては、一例として外径200〜300mm程度のものが用いられる。
上記削孔は、鋼管２１を継足しながら予定深度まで行い、削孔終了後、上記削孔ロッド２５を削孔ツール２４と一緒に鋼管２１から引抜き、鋼管２１のみを孔２６内に残す。
【００１４】
次に、図３（Ｂ）および図４▲２▼に示すように、前記鋼管２１内に注入機３０を挿入する。この注入機３０は、シングルパッカーと呼称されるもので、空気圧により膨出する１つの膨出体３１と吐出ノズル３２とを備えており、膨出体３１には地上の圧縮空気源から延ばしたエアホース３３が、吐出ノズル３２には地上のグラウト供給源から延ばしたグラウト管３４がそれぞれ接続されている。
上記注入機３０は、最初、鋼管２１の最深位置まで挿入し、その位置でエアホース３３を通じて膨出体３１に圧縮空気を送ってこれを膨出させ、鋼管２１に対してその位置を固定する。続いて、グラウト管３４を通じて吐出ノズル３２にグラウトセメントミルク、セメントモルタル等の硬化材グラウトを圧送する。すると、この硬化材グラウトは、吐出ノズル３２から吐出して鋼管２１の先端開口から前方の地盤内に加圧注入され、その一部は鋼管２１の先端部の外側にも回り、さらに鋼管２１内の、膨出体３１より前方域にフィルアップする。そして、鋼管２１内へのフィルアップにより内圧が高まると、逆止弁２０が開いて硬化材グラウトが鋼管２１の周辺へ放射状に噴出し、鋼管２１の周りの地盤内に加圧注入される。吐出ノズル３２からの硬化材グラウトの吐出圧力は、一例として、１〜２MPa（10〜20kgf/cm²）程度とかなりの高圧に設定されており、これにより、硬化材グラウトは地盤中に浸透し、特に、地盤が玉石混じり礫や崖錘性堆積層あるいは崩壊し易い岩盤などからなっている場合は、これらの中に十分に浸透する。
【００１５】
このようにして、鋼管２１の前方領域および周辺領域には、土砂を含む厚肉のグラウト層３５が形成され、このグラウト層３５は、注入機３０を、逆止弁２０の配列ピッチに相当するピッチで引上げながら、前記硬化材グラウトの吐出を繰返すことで、図４▲３▼に示すように次第に上方へ拡大する。そして、このグラウト層３５が前記小段４、５または斜面６、７の近傍まで拡大したら、注入機３０からの硬化材グラウトの吐出を停止し、これと同時に膨出体３１に接続するエアホース３３を大気側に切換えて、膨出体３１を縮径させ、鋼管２１から注入機３０を引抜く。
上記グラウト層３５は、所定時間経過することで硬化して、図４▲４▼に示すように定着層３６に変質し、鋼管２１と定着層３６とが一体となったマイクロパイル１１、１２（図１）が打設される。
なお、上記注入機３０としては、上記したシングルパッカーに代えて、一対の膨出体を備えたダブルパッカーを用いてもよいことはもちろんである。ただし、この場合は、鋼管２１の内部が空洞となるので、鋼管２１内に鉄筋、Ｈ形鋼、小口径鋼管等の補強用心材を装入するのが望ましい。
【００１６】
図５は、本発明の第２の実施の形態としての斜面の補強工法を示したものである。本第２の実施の形態の特徴とするところは、上記第１、第２のマイクロパイル１１、１２の打設に先行して、前記小段４、５または斜面６、７下の地盤中に高圧噴射攪拌工法により改良柱４０を造成し、この改良柱４０内に各マイクロパイル１１、１２を打設する点にある。
【００１７】
高圧噴射攪拌工法により改良柱４０を造成するには、予め前記図４▲１▼および図３に示したように、鋼管（ここでは逆止弁２０付きでなくてもよい）２１および削孔ロッド２５を用いて削孔を行った後、この削孔により形成された孔２６内に、図５▲１▼に示すように、先端に噴射ノズル４１を有する注入ロッド（単管または二重管）４２を挿入する。そして、この注入ロッド４２を回転および下降させ、その先端の噴射ノズル４１が所定深さに達したら、注入ロッド４２内に超高圧（30〜40ＭＰa 程度）の水を供給し（圧縮空気を併用する場合もある）、その噴射ノズル４１から水平方向へ超高圧水を噴射させる。この超高圧水の噴射により地盤が広範囲に切削攪拌（プレカッティング）され、地盤内には大径の切削攪拌層４３が形成され、この切削攪拌層４３は、注入ロッド４２の回転および下降に応じて下方へ拡大する。なお、この時発生する余剰スライムは注入ロッド４２の周りの空隙を通して地上へ排出される。
【００１８】
そして、マイクロパイル１１、１２の打設深度よりもわずか深い位置までのプレカッティングを終えたら、前記超高圧水をグラウト（セメントミルク：水セメント比W/C ＝60〜70程度）に切替え、噴射ノズル４１から超高圧（40ＭＰa 程度）のグラウトを水平方向へ噴射させながら（圧縮空気を併用する場合もある）、図５▲２▼に示すように注入ロッド４２を回転および上昇させる。このグラウトの高圧噴射により、前記切削攪拌層４３内の土砂はグラウトと攪拌混合されてグラウト混合層４４に変質し、このグラウト混合層４４は注入ロッド４２の回転および上昇に応じて上方へ拡大する。この時、余剰スライムは地上へ誘導排出されるが、この段階では水の噴射が停止されているので、その誘導排出の程度はわずかであり、グラウトの無駄な消費が抑えられる。このようにしてグラウト混合層４４の形成が計画改良域の上限に達したら、注入ロッド４２に対するグラウトの供給を停止し、注入ロッド４２を地盤から引抜き、そのまま養生させる。この養生によりグラウト混合層４４が硬化し、地盤内には、図５▲３▼に示すように前記した大径の改良柱４０が造成される。
【００１９】
次に、図５▲３▼に示すように、上記のように造成された改良柱４０に、例えばアースオーガー４５を用いて前記縦穴４６を掘削する。この縦穴４６の掘削は、改良柱４０の底面近傍まで行い、掘削終了後、アースオーガー４５を改良柱４０から引抜く。その後、図５▲４▼に示すように、この縦穴４６内に、上記した逆止弁２０を備えた鋼管２１を挿入し、さらにこの鋼管２１内に前記注入機３０を挿入して、前記図４▲３▼および図３に示したように逆止弁２０を通して鋼管２１の周りに硬化材グラウトを加圧注入し、これにより鋼管２１と定着層３６とが一体となったマイクロパイル１１、１２が打設される。
なお、上記鋼管２１としては、図５▲４▼に示したように軸方向に多数の節４７を有する節付き鋼管を用いるようにしてもよく、これによりマイクロパイル１１、１２の支持力はより一層向上する。
【００２０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る斜面安定化工法によれば、小段に対してほぼ垂直をなす鉛直杭状のマイクロパイルと斜面に対してほぼ垂直をなす斜杭状のマイクロパイルとの杭頭部同士を剛結して組杭とするので、引張り、曲げ、せん断等に対して大きな耐力を発揮し、地すべりに対する抑止効果も十分となって、斜面の安定化に対するマイクロパイル工法の適用性が著しく向上するようになる。また、斜面途中に二列をなすようにマイクロパイルを打設するので、マイクロパイルの打設数も最小限に抑えることができ、しかも切土法面の途中の小段を利用して効率よくマイクロパイルを打設できるので、マイクロパイル工法のもつ施工性、経済性の良さを十分に活かすことができ、総じて本発明の利用価値は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態により安定化された斜面の状態を模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態におけるマイクロパイル打設の打設状態を模式的に示す平面図である。
【図３】マイクロパイル打設における削孔工程とグラウト注入工程とを示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態におけるマイクロパイル打設工程を順を追って示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における改良柱造成工程とマイクロパイル打設工程とを順を追って示す断面図である。
【符号の説明】
１ 道路
２ 地山
３ 切土法面
４、５ 小段
６、７、８ 斜面
１１ 第１マイクロパイル（鉛直杭状のマイクロパイル）
１２ 第２マイクロパイル（斜杭状のマイクロパイル）
１３ 基礎梁
４３ 改良柱

Claims (3)

1. 切土法面の途中の小段に対してこれとほぼ垂直をなす方向に鉛直杭状に、鋼管とその周りのグラウト定着層とからなるマイクロパイルを一列に打設すると共に、該小段の直上部分の斜面に対してこれとほぼ垂直をなす方向に斜杭状に、前記同様の構造のマイクロパイルを一列に打設し、しかる後、前記各列間および各列内のマイクロパイルの杭頭部同士を基礎梁により剛結することを特徴とする斜面の安定化工法。
2. 鉛直杭状のマイクロパイルと斜杭状のマイクロパイルとを相互に千鳥状に配置することを特徴とする請求項１に記載の斜面の安定化工法。
3. マイクロパイルの打設に先行して、地盤中に高圧噴射攪拌工法により改良柱を造成し、該改良柱内に前記マイクロパイルを打設することを特徴とする請求項１または２に記載の斜面の安定化工法。

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