JP4313070B2

JP4313070B2 - 既製杭施工における汚泥処理方法および該処理方法により得られる地盤補強構造

Info

Publication number: JP4313070B2
Application number: JP2003094469A
Authority: JP
Inventors: 志翔林; 裕幸名波; 勝央高木; 一博梛野; 博社本; 好平薗部
Original assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp; Nippon Hume Corp; Toyo Asano Foundation Co Ltd
Current assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp; Nippon Hume Corp; Toyo Asano Foundation Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004003306A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、既製杭施工において発生する建設汚泥を、既製杭が施工される地盤の補強に有効利用することで埋立廃棄処理を必要としない、または最小限に抑えることができる汚泥処理方法および該処理方法により得られる地盤補強構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プレボーリング工法、中掘工法、回転圧入工法のような既製杭の埋込み施工法は、振動や騒音などの公害を軽減できることから、既製杭の施工方法として広く用いられている。
【０００３】
これらの施工法から排出される汚泥は、ベントナイトまたはセメントからなる掘削液、水とセメントからなる杭周固定液、地下水等が混ざっているため、一般的には、廃棄物処理法に規定する産業廃棄物である建設汚泥として取り扱わなければならない。そのため、膨大な廃棄処理費用がかかるだけでなく、近年、これらの産業廃棄物を処分する最終処分場の受入能力が逼迫している。
【０００４】
このような課題に対し、特許文献１には、建設汚泥の有効利用法として、建設汚泥にセメント系安定材を混入して加圧した後、５〜１００ｍｍ程度の大きさに造粒し、それを盛土、人工地盤、管渠の埋戻し材、サンドドレーン工法のドレーン材またはマット材などに有効利用する方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２や特許文献３には、その改良工法として、造粒時の破砕粉を前工程に戻して処理することや、造粒した改良土の表面にアルカリ性イオンの溶出を防ぐ表面処理を施すことが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０４−０４９３１５号公報
【特許文献２】
特許第３１２２９１３号公報
【特許文献３】
特許第３１２２９１４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した建設汚泥にセメント系安定材を混入して改良土を造粒する方法は、産業廃棄物である建設汚泥を廃棄せずに有効利用できるというメリットを有するが、造粒の工程において、セメント類の混入の他、加圧、脱水処理、その解砕、分級、さらに改良土の表面処理や破砕粉の処理が必要であり、それなりの処理設備と費用を要する。
【０００８】
また、大量処理のためには処理設備も大型化し、建設汚泥が発生する施工場所に設置することができず、建設汚泥の運搬や造粒化した改良土についても新たな施工現場への搬送が必要となり、コスト的には必ずしも経済的であるとは言えない。
【０００９】
また、既製杭による埋込み工法では、表層地盤が軟弱な場合、杭基礎の水平抵抗性が不十分となる。
【００１０】
本願発明は、このような課題の解決を図ったものであり、既製杭施工において発生する建設汚泥を、既製杭が施工される地盤の補強に用いることで、単に建設汚泥の有効利用だけでなく、全体の施工コストを低減し、かつ地盤補強、杭補強が可能な汚泥処理方法および地盤補強構造を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る汚泥処理方法は、既製杭を埋込み工法により施工する過程で排出される汚泥に硬化性材料を混合してなる改良土を、前記既製杭を埋め込むために掘削した孔（以下、「杭孔」という。）とは別に掘削した孔（以下、「柱孔」という。）に充填することにより、前記既製杭に加え地盤内に前記改良土による柱を築造し、該柱により前記既製杭が埋め込まれた近傍の地盤強度を高めることを特徴とするものである。
【００１２】
すなわち、排出される汚泥にセメント等の硬化性材料を混合することで、改良土（ソイルセメント）を製造し、これを用いて既製杭施工現場の地盤内にソイルセメント柱等の形で改良土による柱を築造し、その際、改良土による柱が既製杭施工現場の地盤の強度より高い強度となるようにして、既製杭近傍の地盤強度を高めることができる。
【００１３】
本願の請求項２に係る汚泥処理方法は、既製杭を埋込み工法により施工する際に、杭孔を掘削する初期の段階から硬化性材料を混和した掘削液を先端ビットから吐出させながら掘削を行うことで、施工の過程で排出される汚泥に硬化性材料が混合されているようにし、前記硬化性材料が混合された状態で排出されてくる汚泥を誘導するための流路を、前記既製杭を埋め込むための孔から該孔とは別に掘削した孔に向けて設け、この硬化性材料が混合されている汚泥を改良土として、前記杭孔とは別に掘削した柱孔に充填することにより、前記既製杭に加え地盤内に前記改良土による柱を築造し、該柱により前記既製杭が埋め込まれた近傍の地盤強度を高めることを特徴とするものである。
【００１４】
従来の埋込み工法においては、杭周の土砂の強度を高めるため、ある程度の深度まで掘削した段階、あるいはオーガー等の掘削機を引き上げる際に、セメントミルク等の形で硬化性材料を注入することがしばしば行われており、また先端根固め部については、通常、杭周より富配合とした硬化性材料が注入され、攪拌、混合により杭の周囲にソイルセメントが形成される。
【００１５】
しかし、従来の工法では、掘削初期の段階では、孔壁の崩壊を防止するためベントナイト等の安定液を使用するが、セメント等の硬化性材料は多く使用しないようにしている。
【００１６】
請求項１に係る発明では、汚泥にセメント等の硬化性材料を混合する時期は特に限定しておらず、地上に設置した攪拌混合のための設備を用いて排出された後の汚泥にセメント等の硬化性材料を混合する場合も含めているが、請求項２では上記従来の工法とは異なり杭孔を掘削する初期の段階から硬化性材料を混和した掘削液を先端ビットから吐出させながら掘削を行うことで、汚泥が既に硬化性材料と混合された状態で排出されるようにしたため、地上には攪拌混合のための設備を必要とせず、効率のよい安価な施工が可能となる。
【００１７】
なお、請求項２における硬化性材料は、例えばセメントに水等を加えたセメントミルクに必要に応じてベントナイトなどを添加したものであり、オーガー等の掘削機の先端部から吐出することができ、その場合掘削液としての機能も有する。
【００１９】
一般に埋め込み工法による既製杭の施工の際には、杭孔から排出されてくる汚泥は液体に近い非常に高い流動性を有するものであり、従来は杭孔周辺に汚泥が溜まらないように釜場と呼ばれる浅い窪みを掘り、杭孔上端から溢れ出す汚泥を釜場に一時的に貯留することで、汚泥が杭施工の障害とならないようにしている。
【００２０】
請求項２では杭孔から柱孔まで流路を設けることで、既に掘削時に硬化性材料が混合されて排出されてくる汚泥（改良土）をそのまま柱孔に誘導することができ、したがって掘削孔の周辺に汚泥が溜まり作業の支障となることを防ぐことができ、釜場も不要となるとともに、効率よく既製杭の近傍に改良土による柱が築造できる。
【００２１】
なお、請求項１および請求項２に係る汚泥処理方法において、改良土による柱により既製杭近傍の地盤強度を高める意義については、地盤そのものを補強する意義、液状化の恐れのあった軟弱地盤では液状化を防止する意義等があり、さらに地震時において地面に近い地盤の水平変位に対する抵抗性を向上する効果が得られる。
【００２２】
既製杭としては、ＰＨＣ杭、ＳＣ杭、ＰＲＣ杭、ＰＣ杭、ＳＴ杭、節杭や各種鋼管杭等が挙げられる。
【００２３】
硬化性材料としては、セメント、セメント組成物、スラグ系硬化材、石灰系硬化材、その他ソイルセメントを製造するのに用いられている硬化性材料等が挙げられ、中でもセメント系硬化材が一般的であるが、特に限定されない。
【００２４】
扱いやすさやコストを考えた場合、セメント系材料が好ましい。その場合に得られるソイルセメント柱は従来のものと同等のものである。
【００２５】
本願発明では、通常は、従来の技術の項で述べた従来技術のような複雑な処理工程による造粒は考えておらず、排出される汚泥について、必要に応じ脱水処理を施す程度で、そのままセメント等の硬化性材料を加え、掘削した孔に従来の方法で投入することでソイルセメント柱を築造できるので、基本的には施工現場で生じた汚泥は同じ施工現場内で簡単な設備により全て処理し得る。
【００２６】
汚泥と硬化性材料との配合割合は特に限定されないが、周辺地盤の強度より高くするために汚泥の含水比に応じて硬化性材料を５０〜５００ｋｇ／ｍ³添加することが好ましい。
【００２７】
本願発明はこのように、建設施工現場（建設汚泥発生現場）において建設汚泥を処理すると同時に、汚泥自体を有効利用して、該現場の地盤強度を高め、液状化を抑止し、あるいは杭基礎の水平変位に対する抵抗性を向上させるものである。
【００２８】
しかも、請求項１に係る発明で地上に排出された後の汚泥に硬化性材料を混ぜて改良土を製造する場合でも、汚泥と硬化性材料との混合設備以外は特別の設備を必要とせず、さらに請求項２に係る発明では地上の混合設備も必要とせず、経済性にも優れている。
【００２９】
汚泥に対する硬化性材料の混合、練り混ぜ方法としては、請求項１に係る発明で地上に排出された後の汚泥を用いて改良土を製造する場合、タンクに溜めた汚泥をミキサーによりセメント等の硬化性材料と混ぜる方法、汚泥を溜めたタンクに直接硬化性材料を加えて混ぜる方法、発生した汚泥をポンプを用いて柱孔に圧送し、その先端でセメントスラリー等と混合する方法、汚泥をポンプ等を用いて充填しながらセメント等の硬化性材料を添加し、オーガー等を用いて柱孔内で攪拌する方法等が考えられる。なお、請求項２に係る発明の場合は、前述のように既に硬化性材料が混合された状態で杭孔から排出されてくる。
【００３０】
改良土による柱の深さは、通常は浅くてよいため、他の特別な要因がなければベントナイト泥水などの掘削液を必要としない深さまでとすることで、安価に施工することができる。
【００３１】
既製杭を埋め込むために掘削した孔とは別に掘削する孔（柱孔）の掘削方法は特に限定されるものではないが、既製杭の施工に用いるオーガー等の掘削機を利用することができ、その際、水、ベントナイトやセメントなどからなる掘削液を使用せずに掘削することで、発生土はほとんどの場合、コーン指数が２００ｋＮ／ｍ²以上となり、一般発生残土として処理することができる。なお、ここで言うコーン指数は処理土の品質判定に用いられているものであり、地盤工学会基準の「締固めた土のコーン指数試験」（ＪＧＳＴ７１６）に準拠したものである。また、ケーシング方法による掘削方法を用いることもできる。
【００３３】
建物その他の上部構造の支持は基本的には構造物の形態に応じて、所定位置に配置される杭が支持し、本願発明の汚泥処理を兼ねた改良土の柱の位置や径は必ずしも限定されず、施工性の面や杭基礎の水平変位に対する抵抗性を向上させるといった地盤補強の観点からは既製杭より浅い方が有利である。
【００３４】
また、液状化の恐れのある部分は地盤の上層部である場合が多く、杭頭補強の観点からも地盤の上層部が補強されることが効果的である。
【００３５】
なお、施工現場の地盤の地質が不均一な場合や傾斜地である場合、構造物の形態が特殊な場合等、施工される杭の長さがその位置によって異なる場合もある。
【００３６】
具体的には、請求項１、２に係る汚泥処理方法において、改良土による柱を築造するための柱孔の深さは、１ｍ以上１０ｍ以下程度が望ましく、より望ましくは２ｍ以上６ｍ以下である。
【００３７】
改良土による柱が１ｍ未満では、汚泥処理の観点からは十分な容積が確保されず、汚泥の利用効率が悪い。また、１０ｍより深い場合、地下水が出やすく、土質によっては掘削液を使用しなければ孔壁が崩壊し、掘削し難くなる場合があり、改良土の充填にも問題を生ずる場合がある。また、掘削液を使用した場合は、前述の通り、一般発生土として処理し難くなる。
【００３９】
上述のように、一般的には改良土の柱の深さは既製杭の深さよりかなり浅い場合が多く、仮に既製杭の埋設過程で排出された汚泥を全て発生現場内で利用するためには、改良土の柱の径を大きくするか、本数を増やすか、またはその両方とする必要がある。汚泥の一部を発生現場外で利用する場合も基本的には同様である。
【００４０】
また、施工面では多数の孔を掘削するより大きい径の浅い孔を掘削する方が容易であるとともに、地盤補強効果も得られる。
【００４１】
この柱孔の径としては、４００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下が望ましい。杭径や杭長に応じて決まる発生汚泥の量にも関連するが、一般的に４００ｍｍ未満では１本当たりの汚泥を処理できる容積が小さく、同一量の汚泥を処理するため、かつ地盤補強のために必要な本数が増え、極端に効率が悪くなる。
【００４２】
一方、１２００ｍｍより大きくなると、従来の一般的な既製杭用機械での掘削が困難となる。ただし、掘削深さが浅く、バックホウなどを利用できる場合にはより大きな径の掘削も考えられるが、改良土の充填作業性や他の建設工事への影響の点から著しく大きな径にすることは好ましくない。
【００４３】
本願の請求項３に係る地盤補強構造は、複数の既製杭が施工された地盤内に、前記既製杭を埋め込むために孔を掘削した際に発生する汚泥に硬化性材料あるいは硬化性材料を含む掘削液を混合した改良土からなる柱が、前記既製杭の近傍や既製杭間に上述の条件で適宜混在する形で分散配置されていることを特徴とするものである。なお、ここでいう近傍について具体的な数値を挙げるとすると、地盤補強や地震時の水平抵抗力の向上を考えた場合、既製杭と柱の外周間の距離が２ｍ以内であることが望ましい。
【００４４】
分散配置の形態は特に限定されないが、地盤をできるだけ均一に補強するためにある程度均等に分散させる場合と、杭頭部の補強効果を向上させるためにできるだけ既製杭に近づけて配置する場合とが考えられる。
【００４５】
請求項４は、請求項６に係る地盤補強構造において、前記既製杭と前記改良土からなる柱が、既製杭を施工した地盤内に壁状に分散配置されている場合を限定したものである。
【００４６】
従来のソイルセメント柱による地盤改良形式としては、ソイルセメント柱に杭的な機能も期待して杭形式の配置とする場合、１列または複数列の壁状の配置とする場合、内側の地盤の取り囲む壁状の配置とする場合、格子状の壁配置とする場合等があり、また各柱を分散させる場合と、一部をオーバーラップさせる場合とがある。
【００４７】
しかし、何れもソイルセメント柱のみか、あるいは既製杭を補強するためにその周囲にソイルセメントを配したものである。本願発明では埋込み杭としての既製杭と改良土による柱が混在しており、請求項７はこれらを壁状に配置する場合を限定したものである。なと、改良土による柱が連続して一列に並べ場合は、各々をつなげて壁にすることもできる。
【００４８】
請求項５は、請求項３または４に係る地盤補強構造において、前記改良土による柱が近傍にある既製杭より短くかつ太いものである場合を限定したものである。
【００４９】
【発明の実施の形態】
図１は、本願の請求項１に係る汚泥処理方法の基本概念を示したもので、軟弱層Ａを貫通するようにコンクリート既製杭５等の埋込み杭が施工され、この埋込み施工の際に排出されるベントナイト泥水等の掘削液が混入した汚泥にセメント等の硬化性材料を混合し、それを施工現場内に、杭孔１とは別に掘削した杭孔１に比べて太径で短い柱孔６に充填することで、汚泥を施工現場外に出さずに処理することができる。
【００５０】
一方、柱孔６は浅いため、掘削液を使用しないで掘削することができ、この柱孔６の掘削で排出される土砂は一般発生土８としてそのまま再利用することができる。
【００５１】
なお、埋込み杭施工の際に排出される汚泥は、全て同じ施工現場の場内で有効利用の形で処理するのが理想であるが、種々の条件により一部を施工現場外に搬出して処理することもあり得る。また、逆に、汚泥が不足した場合は一般発生土８の一部を利用することもあり得る。
【００５２】
図２〜図６は、本願の請求項１に係る汚泥処理方法の具体的な一実施形態における施工手順を示したものであり、以下の手順で施工を行う。
【００５３】
オーガー２で杭孔１を掘削し、その際に排出される掘削液を含んだ汚泥３をタンク４に貯留する（図２参照）。
【００５４】
コンクリート杭などの既製杭５を杭孔１に沈設して行く。その際にも汚泥３が排出され、タンク４に貯留する（図３参照）。
【００５５】
埋設した既製杭５の近傍に杭孔１より径が大きく、浅い柱孔６をオーガー７で掘削する（図４参照）。このオーガー７は、図２の杭孔１を掘削するオーガー２を転用すればよく、必要に応じアタッチメント等を替える。
【００５６】
柱孔６の掘削は、掘削液を使用しないで行うことで、排出される土砂は一般発生土８として、再利用することができる。なお、図４は既製杭５を杭孔１に沈設した後に柱孔６の掘削を行うことを示すものではなく、状況によって一部同時進行もあり得る。
【００５７】
タンク４に貯留した汚泥３に、セメント等の硬化性材料を混合し、改良土９としてのソイルセメントを柱孔６に充填する（図５参照）。
【００５８】
柱孔６内で改良土９が硬化することで、既製杭５の近傍やこれらの間に地盤補強効果を有するソイルセメント柱１０が形成される（図６参照）。また、ソイルセメント柱１０は少なくとも既製杭５の近傍に配置されることで、既製杭５の頭部における水平抵抗力を増すことができ、その他地震時における地盤の液状化防止効果も期待できる。
【００５９】
図７〜図９は、本願の請求項２に係る汚泥処理方法の一実施形態における施工手順を示したものであり、以下の手順で施工を行う。
【００６０】
掘削する杭孔１の近傍に、オーガー７であらかじめソイルセメント柱孔６を掘削する（図７参照）。掘削液等を使用しない場合、掘削排土は一般発生土８として処理することができる。
【００６１】
硬化性材料を混合した掘削液（硬化性材料＋水、必要に応じてベントナイト添加）をオーガー２の先端ビット２ａ部分等から吐出しながら杭孔１を掘削するとともに、柱孔１から柱孔６に向けて溝２１を形成し、杭孔１からオーバーフローした硬化性材料を含む汚泥３を、流路としての溝２１を通して柱孔６に流し込む（図８参照）。
【００６２】
杭孔１に既製杭５を建て込み、オーバーフローした硬化性材料を含む汚泥３を、同様に流路としての溝２１を通して柱孔６に流し込む（図９参照）。
【００６３】
図１０は、上述した図７〜９の実施形態における施工手順をフローチャートとして示したものである。ただし、図１０に示したフローチャートはあくまで一具体例であり、本願の発明の趣旨から逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００６４】
図１０のフローチャートにおける掘削液、根固め液、杭周固定液は、それぞれセメント等の硬化性材料と水に必要に応じベントナイト等を添加したものであり、通常は根固め液については硬化性材料の添加量を多くする。
【００６５】
セメントミルク等の硬化性材料の量は、ソイルセメントとして硬化したものが周辺地盤より高強度となるように決定される。
【００６６】
図１１は、本願発明の地盤補強構造の一実施形態における既製杭とソイルセメント柱の配置例を示したものである。
【００６７】
図１１(a) の例では、上部構造物１１を支持する埋込み杭としての既製杭５の近傍や間にソイルセメント柱１０を格子状の壁状に並べ、格子壁構造的に地盤を補強しつつ、既製杭５の頭部における水平抵抗力を高めている。
【００６８】
図１１(b) の例では、上部構造物１１を支持する埋込み杭としての既製杭５の近傍や間にソイルセメント柱１０を壁状に並べ、壁構造的に地盤を補強しつつ、既製杭５の頭部における水平抵抗力を高めている。
【００６９】
図１１(c) の例では、上部構造物１１を支持する埋込み杭としての既製杭５の間にソイルセメント柱１０を杭状に並べ、杭構造的に地盤を補強しつつ、既製杭５の頭部における水平抵抗力を高めている。
【００７０】
その他、ソイルセメント柱１０の配置は地盤補強、液状化防止、杭頭における水平抵抗力の増大等の観点から種々の配置が考えられる。
【００７１】
【発明の効果】
本願発明の汚泥処理方法では、既製杭埋込み工法による建設施工現場において建設汚泥を処理すると同時に、汚泥自体をソイルセメント柱等の形で改良土として有効利用し、既製杭とソイルセメント柱からなる地盤補強構造を築造することにより、地盤強度を高め、液状化を抑止し、あるいは杭基礎の水平変形に対する抵抗性を向上させることができる。
【００７２】
汚泥処理や再利用のための複雑な工程や特別の設備を必要とせず、特に請求項２の場合は地上部に攪拌混合のための設備等も必要とせず、経済性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の既製杭施工における汚泥処理方法の基本概念を示す断面図である。
【図２】本願の請求項１に係る発明の一実施形態における施工手順を示す断面図である。
【図３】図２に続く施工手順を示す断面図である。
【図４】図３に続く施工手順を示す断面図である。
【図５】図４に続く施工手順を示す断面図である。
【図６】図５に続く施工手順を示す断面図である。
【図７】本願の請求項２に係る発明の一実施形態における施工手順の概要を示す断面図である。
【図８】図７に続く施工手順を示す断面図である。
【図９】図８に続く施工手順を示す断面図である。
【図１０】図７〜９の実施形態における施工手順の具体例を示すフローチャートである。
【図１１】本願発明の地盤補強構造の一実施形態における既製杭とソイルセメント柱の配置例を示す平面図である。
【符号の説明】
Ａ…軟弱層、Ｂ…支持層、
１…杭孔、２…オーガー、２ａ…先端ビット、３…汚泥、４…タンク、５…既製杭、６…柱孔、７…オーガー、８…一般発生土、９…改良土、１０…柱、１１…上部構造物、２１…溝

Claims

既製杭を埋込み工法により施工する過程で排出される汚泥に硬化性材料を混合してなる改良土を、前記既製杭を埋め込むために掘削した孔とは別に掘削した孔に充填することにより、前記既製杭に加え地盤内に前記改良土による柱を築造し、該柱により前記既製杭が埋め込まれた近傍の地盤強度を高めることを特徴とする既製杭施工における汚泥処理方法。
既製杭を埋込み工法により施工する際に、既製杭を埋め込むための孔を掘削する初期の段階から硬化性材料を混和した掘削液を先端ビットから吐出させながら掘削を行うことで、施工の過程で排出される汚泥に硬化性材料が混合されているようにし、前記硬化性材料が混合された状態で排出されてくる汚泥を誘導するための流路を、前記既製杭を埋め込むための孔から該孔とは別に掘削した孔に向けて設け、この硬化性材料が混合されている汚泥を改良土として、前記既製杭を埋め込むために掘削した孔とは別に掘削した孔に充填することにより、前記既製杭に加え地盤内に前記改良土による柱を築造し、該柱により前記既製杭が埋め込まれた近傍の地盤強度を高めることを特徴とする既製杭施工における汚泥処理方法。
複数の既製杭が施工された地盤内に、前記既製杭を埋め込むために孔を掘削した際に発生する汚泥に硬化性材料あるいは硬化性材料を含む掘削液を混合した改良土からなる柱が、前記既製杭の近傍に混在する形で分散配置されていることを特徴とする地盤補強構造。
前記既製杭と前記改良土からなる柱が、既製杭を施工した地盤内に壁状に分散配置されている請求項３記載の地盤補強構造。
前記改良土による柱は近傍にある前記既製杭より短くかつ太いものである請求項３または４記載の地盤補強構造。