JP4414325B2

JP4414325B2 - 連結鋼管山留工法

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Publication number: JP4414325B2
Application number: JP2004345961A
Authority: JP
Inventors: 嘉一西山; 亮木村
Original assignee: 株式会社データ・トゥ
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: JP2006152701A

Description

本発明は、連結鋼管による連結鋼管山留工法に関するものである。

今日、締切り工や土留め・山留工に使用される山留支保工として、複数の鋼管を並べて配置する鋼管山留工法が広く使用されている。このような鋼管山留工法や、鋼管矢板工法に関して、例えば以下の技術が知られている。
特開２００４−２１１３７９号公報

締切り工等に使用される鋼管矢板１は通常並べ、かつ、連続させるものであり、図８に示すように、鋼管２の左右周側に継手３、４を形成して、この継手３と継手４とを接続することで順次連続させる。なお、この継手３、４の形状はＣ字形であり、それを相互に組み合わせる形式（Ｃ字形相互）であるが、ボックス形とＴ字形、並びにＣ字形とＴ字形等々組み合わせは様々であり、ここでの図示は一例である。

また、前記鋼管矢板１の建て込みに関してはディーゼルパイルハンマによる打設（杭打）機で打ち込む場合もあるが、これは打設にともなう騒音振動が大きく建設公害となる。そこで、無騒音、無騒音工法として、アースオーガ掘削等の掘削機により先行削孔した孔に嵌入抵抗を低減しながら、油圧ジャッキやバイブロハンマにより圧入する方法も採用される。いずれの場合も鋼管２を一本ずつ打設し、セットしていくものである。

ところで、構造物の大型化と共に大口径鋼管の計画が多くなり、又、スパイラル鋼管の技術の進化により、益々大口径の需要が増している。それらの施工に於いては打設機械の大型化が進み、大口径設計と施工機械のハーモニーが設計上あたかも確立されているように思える。ただし、海上と陸上とでは環境対策上、その施工方法はおのずと異なる。海上施工の場合、水中での作業がほとんどであり、大型の４５０ｔ〜１０００ｔ台船及び大型のバイブロハンマにて、長さが５０ｍ〜７０ｍ程度である大口径の鋼管を１本物で打設可能である。

しかし、陸上部においての施工は、確立された施工方法がないのが現状であるにもかかわらず、設計上の要求事項が優先されて設計されている。高剛性・高耐力性を求める設計において、大口径の鋼管矢板は山留めとして優位に考えられるが、陸上部の施工に於ける条件、震動や騒音などの環境問題をクリアするには至っていない。

図７に示すように大口径の鋼管矢板として、直径１５００ｍｍ、厚さ１８ｍｍの大口径の鋼管矢板１０を使用する場合、大口径の鋼管矢板１０はその外側に、突出部分の長さが２４７．８ｍｍであるＬ字形の雄継手７ａ及び雌継手７ｂが互いに反対側に設けられており、隣接する大口径の鋼管矢板１０の雄継手７ａと雌継手７ｂとを組み合わせながら、大口径の鋼管矢板１０を順次打設していく。

このような大口径の鋼管矢板１０を打設するために削孔する際、大口径の鋼管矢板１０が入るスペースを充分に確保しつつ、継手部分も収まる大きさの孔にするためには、大口径の鋼管矢板１０同士の中心間の距離を１７４７．８ｍｍとする必要があり、削孔する孔の直径は２０００ｍｍ程度と、相当大きくする必要がある。

そしてこのような大口径の孔を掘削するためには大型の機械が必要となり、削孔時の震動や騒音も大きなものとなってしまう。また、大口径の鋼管矢板１０の質量は６５８ｋｇ／ｍ程度と大きくなるため、運搬のコストも大きくなる。なお、径が大き過ぎるとそれに見合う掘削機自体が存在しないことにもなる。

また、削孔した孔をベントナイトで安定させて、そこに大口径の鋼管矢板１０を自重により落とし込んで打設する方法が一般的に使用されているが、継手部分を見越して鋼管径より大幅に大径で掘削するため、大口径の鋼管矢板１０の周辺土砂が陥没して、必要とする土留めの効果を得るどころか周辺の構築物に影響を与える場合もあった。

また、大口径の鋼管矢板の無振動挿入の為、直径２０００ｍｍで削孔すると、１ｍ当り３．１４ｍ^３の残土が出る。この残土はベントナイトを含む産業廃棄物となり、産業廃棄物としての廃棄処分が必要となる。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、技術の確立している小口径の鋼管用の施工機械で施工できて、産業廃棄物の発生を少なく抑え、剛性・耐力性に優れる土留め、山留め、締め切り工等を効率良く施工できる連結鋼管山留工法を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、請求項１または請求項２記載の発明は、複数の鋼管を隣り合わせて配置し土留め等を行う連結鋼管山留工法において、鋼管は、並列させた鋼管相互を、Ｈ形鋼のつなぎ部材でこのＨ形鋼のフランジ端を鋼管外周面長方向に溶接して鋼管相互を一体的に連結し束状とした連結鋼管であって、連結鋼管を配置する位置を先行削孔し、固化材をその孔の内部に充填し、固化材が固化する前に、連結鋼管をその孔に落とし込むことにより、隣り合う連結鋼管の水平方向長手面を対峙させ、かつ、短手面が荷重を受ける方向を向くように、間隔を存して配置し、隣り合う連結鋼管のつなぎ部材間に止水用鋼材を配設したこと、または、隣り合う連結鋼管間の該打設用孔が形成されない部分を地盤改良することを要旨とするものである。

請求項１および請求項２記載の本発明によれば、鋼管相互をつなぎ部材で一体的に連結した連結鋼管を使用するようにしたから、１本のみの鋼管よりも強度を増すことができる。特に鋼管相互を直列させる方向ではつなぎ部材で一体的となることで、これが強軸方向となる。また、隣り合う連結鋼管の長手面を対峙させて配置するようにしたから、これにより得られる土留め等の厚みを大口径の鋼管矢板を用いた土留め等の厚みと同等にすることができ、剛性・耐力性に優れる土留め等を作ることが出来る。さらに、小口径の単管を１本ずつ２列にして配置するのではなく、予め連結されている連結鋼管を使用するから、打設の回数を少なくしてこのような土留め等を効率良く作ることが出来る。また、隣り合う連結鋼管とは間隔を存して配置するようにしたから、先に打設した連結鋼管が次の連結鋼管の打設の妨げにならない。

しかも、鋼管径に応じた小型の掘削機ですみ、大口径の鋼管に対応した大型の施工機械を必要とせず、技術の確立している小口径の鋼管用の施工機械で施工することができる。また、従来に比べ削孔の口径を小さく出来るから、施工範囲の単位長さ当りで発生する残土を削減し、産業廃棄物の発生を少なく抑えることが出来る。

また、連結鋼管のつなぎ部材としてＨ形鋼を使用するようにしたから、この連結Ｈ形鋼のウエブの存在で、鋼管矢板のつなぎ部分の強度を上げることができ、施工時の連結鋼管の取り扱いの利便性が向上する。

特に、Ｈ形鋼により連結した連結鋼管と、１枚の板状部材により連結した連結鋼管とを比較した場合、長手面より力を加えられた際（以下、並列押し）の水平支持力はさほど変わらないものの、短手面より力を加えられた際（以下、直列押し）の水平支持力が向上することが、実験により明らかになった（図９）。並列させた鋼管相互をつなぎ部材で一体的して束状となるとともに、つなぎ部材としてＨ形鋼の弱軸方向が作用する。

これにより、Ｈ形鋼で連結した連結鋼管を、短手面が荷重を受ける方向を向くように配置（すなわち、隣接する連結鋼管の長手面が対峙するように配置）することにより、従来に比べ更に荷重に耐え得るものとすることができることがわかった。

さらに、固化材を充填した孔に、固化材が固化する前に、連結鋼管をその孔に落とし込むことにより連結鋼管を打設するようにしたから、固化前の固化材とスラリーとの混合物が騒音のもととなる打設時の震動を吸収し、震動や騒音などの環境被害を抑えることが出来る。また、これにより、施工現場周辺に既設の構造物に影響を与えることを防ぐことが出来る。

しかも、建て込む連結鋼管の周囲に残る固化材は止水部材として作用し、隣接する連結鋼管の周囲の固化材が重なり合うか接合することで連続する止水壁が得られる。

請求項１記載の本発明によれば、連結鋼管間の最も離間位置に止水用鋼材を配設するようにしたから、削孔の際に一般的に使用される多軸の削孔装置を使用して円柱状の孔を連結鋼管の長手方向に連ねて連結鋼管の打設用孔を形成した場合であっても、連結鋼管間の打設用孔が形成されない部分を止水用鋼材で効率良く塞いで止水することができる。また、配設する鋼材にシートパイル等の板状部材を使用すれば、先に打設した連結鋼管に大きな負荷をかけることがなく打設でき、連結鋼管が位置ずれしてしまうことがない。

請求項２記載の本発明によれば、削孔の際に一般的に使用される多軸の削孔装置を使用して円柱状の孔を連結鋼管の長手方向に連ねて連結鋼管の打設用孔を形成した場合であっても、連結鋼管間の打設用孔が形成されない部分を容易に固化材で地盤改良して塞ぎ、止水することができる。

請求項３記載の発明は、固化材は、セメントのスラリーと、掘削により生じた土砂とを混合して作るソイルセメントであることを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、掘削により生じた土砂を固化材としてそのまま利用できるから、施工の効率が良い。

以上述べたように本発明の連結鋼管山留工法は、技術の確立している小口径の鋼管用の施工機械で施工できて、産業廃棄物の発生を少なく抑え、剛性・耐力性に優れる土留め、山留め、締め切り工等を効率良く施工できる。

以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の連結鋼管山留工法の１実施形態を示す説明図である。

本発明で使用する連結鋼管１１は、図３に示すように、並列させた２本の鋼管２の相互を各鋼管２の周面にフランジ端縁が結合するつなぎ部材としてＨ形鋼１４でこのＨ形鋼１４の幅分だけ間隔を存して一体的に連結したものである。

このＨ形鋼１４は形鋼圧延によるものでも、また適宜溶接により工場等で独自に組み立てたものでもよい。形鋼圧延を利用する場合はフランジ１４ａの左右端縁を鋼管周面に溶接することになり、これら平行するフランジ１４ａと鋼管２、２とで四方を囲んだ密閉空間５を形成する。図中１４ｂはウエブである。

かかる連結鋼管１１の製作は工場加工材で行うことで、精度よく連結され、施工精度に優れ、少ない材料で曲げ剛性を発揮できる。

連結鋼管１１を構成する鋼管２は、例えば直径７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍであり、つなぎ部材となるＨ形鋼１４は、フランジ１４ａ及びウエブ１４ｂの長さがいずれも４００ｍｍである。

このような連結鋼管１１を、図１に示すように、隣り合う連結鋼管１１の長手面を対峙させて配置する。また、連結鋼管１１の打設時に、先に打設した連結鋼管１１に接触しないよう、連結鋼管１１の鋼管２の中心から隣接する連結鋼管１１の鋼管２の中心までの長さが１０００ｍｍとなるように間隔を存して配置する。これにより、連結鋼管１１相互間の距離は、最も近接する部分で３００ｍｍとなる。

連結鋼管１１を打設するために削孔する場合は、図中左下に示すように、中心を６００ｍｍずつずらして掘削部分が重なるようにしながら直径８５０ｍｍの孔を３つ並べるように削孔しても良いし、図中右下に示すように、中心を９００ｍｍずつずらして掘削部分が重なるようにしながら直径１１００ｍｍの孔を２つ並べるように削孔しても良い。

いずれにしても、孔は小径であるから、大型の機械は不用であり、震動や騒音も抑えることが出来る。また、連結鋼管１１の質量は５１０ｋｇ／ｍ程度と比較的小さくなるため、運搬のコストも抑えられる。

また、連結鋼管１１は継手を有さないため、実際の連結鋼管１１の大きさよりも大幅に大きく削孔する必要が無く、土砂崩れの危険性を回避することが出来る。

更に、図７に示すような大口径の鋼管矢板１０を使用した場合と連結鋼管１１を使用した場合の、長さ１ｍ当りの断面二次モーメントを比較すると、大口径の鋼管矢板１０を使用した場合には１３２００００ｃｍ４／ｍであるのに対して、連結鋼管１１を使用した場合には１３６８０００ｃｍ４／ｍと増加しており、連結鋼管１１を使用した方が水平方向の剛性力が大きいことがわかる。

なお、１つの連結鋼管１１を打設するにあたって、断面が円形である複数の孔を掘削部分を重ねるようにして削孔する場合には、単軸の削孔装置を使用して複数回削孔してもよいが、図３及び図４に示すように、２軸式のソイルセメント杭打設機を用いるとより効率が良い。

このソイルセメント杭打設機は、自走可能なクローラ型のベースマシン２１にその前部の支持部２２とステー２３とにより直立状態に立設されるリーダマスト２４の前面側のガイドレール２５に駆動部２６が昇降自在に支持されてリーダマスト２４の上端のトップシーブ２７を経由するワイヤロープ２８により吊持され、ベースマシン２１に搭載のウインチ（図示省略）による巻上げ巻下げにより昇降されるようになっており、この駆動部２６の出力軸に２本のロッド２９が連結される。

ロッド２９の下端の掘削撹拌ヘッド３０により地盤を掘削しつつセメント等の固結剤を含むスラリーを供給し、掘削土砂とスラリーとを撹拌混合しつつロッド２９を引き抜くことにより掘削地盤を硬化させてソイルセメント杭の打設を行える。なお３１はロッド２９を拘束する振止めである。

前記掘削撹拌ヘッド３０は、所要長さのロッド部３４と、多数の掘削ビット３５ａを有する掘削ヘッド３５と、前記ロッド部３４の外周に直径方向にかつ上下のものが９０°方向を異にして突設された撹拌羽根３６とで構成する。なお前記ヘッド３５は隣位のものと上下位置でずらせて回転軌跡が重なり合うことで、隣位の掘削ヘッド３５の掘削範囲を重ね合わせつつ、互いに衝突しないようにする。隣位の撹拌羽根３６についても同様にする。

前記ロッド部３４内には前記ロッド２９内を通りセメントミルク等の固結剤を含むスラリーを供給する供給通路が設けられており、前記掘削ヘッド３５の吐出口（図示せず）から掘削地盤中にスラリーを吐出するようになっている。

施工手順を説明すると、まず、掘削する場所の位置決めを行い、当該位置に掘削撹拌ヘッド３０を貫入して削孔を開始する。そして目的とする深さまで削孔すると、掘削ヘッド３５の吐出口から掘削地盤中にセメント系のスラリーを吐出しながら掘削撹拌ヘッド３０を引き抜く。このとき、削孔により生じた土砂とスラリーとが撹拌羽根３６により攪拌されて、固化材としてのソイルセメント３９となる。なお、掘削撹拌ヘッド３０が形成する孔の直径は一例として、１０００ｍｍ、各ロッド２９の中心間の距離は８５０ｍｍとする。

次に、ソイルセメント３９が固化する前に、この削孔された孔に連結鋼管１１を挿入打設する。孔の上に吊るした連結鋼管１１に震動を加えながらこの孔に落とし込むようにして挿入していくと、固化する前の軟らかな状態のスラリーの中に連結鋼管１１をスムーズに挿入できる上、ソイルセメント３９が震動を吸収するから騒音が小さくなり、周囲に与える震動を軽減することが出来る。これにより、既設の周辺構造物に影響を与えることなく施工することが出来る。

そして連結鋼管１１の挿入中または挿入後に、その隣接位置において長手面が対峙するように位置決めを行い、次の削孔を行う。これを繰り返すことにより、隣接する連結鋼管１１の長手面を対峙させた状態で連結鋼管１１を連続配置する。

ここで削孔を行う際、先に打設した連結鋼管１１に当らないように、例えば、先の削孔の中心から１０００ｍｍ離れた位置を中心として削孔を行うようにすると、隣接する連結鋼管１１の周囲の間の特につなぎ部分の周囲のソイルセメント３９に隙間が生じる。つなぎ部分において連結鋼管１１同士は最も離間しており、その距離は６５０ｍｍ程度となる。

このソイルセメント３９間の隙間を埋めるため、図６に示すように、隙間部分にジェットグラウト工法により地盤改良３７を施す。すなわち、隙間部分に挿入する三重管（コラム）３８の先端から超高圧水を圧縮空気と同時に噴射し地盤を切削するとともに固化材を同時充填して固結体を造成する。これにより、隙間を残すことなく隣接する連結鋼管１１間を固化材により固化することが出来る。なお、地盤改良３７としてはこのジェットグラウト工法の他に深層混合処理工法の種々の工法が採用できる。

または、他の実施形態として、図７に示すように、隙間部分に止水用鋼材を配設してこれで塞ぐようにしても良い。止水用鋼材としては板状の鋼材が好ましく、シートパイル６を使用した。シートパイル６は６５０ｍｍ幅のＵ形鋼矢板であり、鋼矢板として従来からもっとも多用される堅牢なものである。

このシートパイル６を、スラリーが固まる前に震動を加えながら打設する。シートパイル６は厚みの少ない板状であり体積が少ないから、打設することにより多量の土砂やスラリーを押しのけて先に打設した連結鋼管１１に大きな負荷をかけることがなく、連結鋼管１１が位置ずれしてしまうことがない。なお、この場合、シートパイル６のＵ字型の底側を、地山側に向けるようにする。

シートパイル６は予め連結鋼管１１のつなぎ部材となるＨ形鋼１４に接合用の突片４０または継手を設けておき、建て込みの際にこれと接合させる。

このようにして連結鋼管１１間を塞ぐようにしたから、容易な方法で確実に土留めをすることができる。

また、短手面から加わる荷重（直列押し）に対して大きな水平支持力を発揮するという、Ｈ型鋼で連結した連結鋼管の特性を生かして、剛性・耐力性に優れる土留めを作ることが出来る。

本発明の連結鋼管山留工法の１実施形態を示す説明図である。本発明の連結鋼管山留工法で使用する連結鋼管の正面図である。２軸式の深層混合処理装置の側面図である。図３の深層混合処理装置を簡略して示す平面図である。連結鋼管間を地盤改良により塞ぐ場合の説明図である。連結鋼管間を止水用鋼材により塞ぐ場合の説明図である。従来の大口径の鋼管矢板を使用した状態を示す説明図である。従来の鋼管矢板の一例を示す断面図である。本実施例で使用する連結鋼管と従来の連結鋼管との水平支持力を比較した実験結果を示すグラフである。

１鋼管矢板２鋼管
３、４継手５密閉空間
６シートパイル７ａ雄継手
７ｂ雌継手１０大口径の鋼管矢板
１１連結鋼管１４Ｈ形鋼
１４ａフランジ１４ｂウエブ
２１ベースマシン２２支持部
２３ステー２４リーダマスト
２５ガイドレール２６駆動部
２７トップシーブ２８ワイヤロープ
２９ロッド３０掘削撹拌ヘッド
３１振止め３４ロッド部
３５掘削ヘッド３５ａ掘削ビット
３６撹拌羽根３７地盤改良
３８三重管（コラム）３９ソイルセメント
４０接合用の突片

Claims

複数の鋼管を隣り合わせて配置し土留め等を行う連結鋼管山留工法において、鋼管は、並列させた鋼管相互を、Ｈ形鋼のつなぎ部材でこのＨ形鋼のフランジ端を鋼管外周面長方向に溶接して鋼管相互を一体的に連結し束状とした連結鋼管であって、連結鋼管を配置する位置を先行削孔し、固化材をその孔の内部に充填し、固化材が固化する前に、連結鋼管をその孔に落とし込むことにより、隣り合う連結鋼管の水平方向長手面を対峙させ、かつ、短手面が荷重を受ける方向を向くように、間隔を存して配置し、隣り合う連結鋼管のつなぎ部材間に止水用鋼材を配設したことを特徴とする連結鋼管山留工法。
複数の鋼管を隣り合わせて配置し土留め等を行う連結鋼管山留工法において、鋼管は、並列させた鋼管相互を、Ｈ形鋼のつなぎ部材でこのＨ形鋼のフランジ端を鋼管外周面長方向に溶接して鋼管相互を一体的に連結し束状とした連結鋼管であって、連結鋼管を配置する位置を先行削孔し、固化材をその孔の内部に充填し、固化材が固化する前に、連結鋼管をその孔に落とし込むことにより、隣り合う連結鋼管の水平方向長手面を対峙させ、かつ、短手面が荷重を受ける方向を向くように、間隔を存して配置し、隣り合う連結鋼管間の該打設用孔が形成されない部分を地盤改良することを特徴とする連結鋼管山留工法。
固化材は、セメントのスラリーと、掘削により生じた土砂とを混合して作るソイルセメントである請求項１記載の連結鋼管山留工法。