JP4688214B2 - コンクリート基礎工法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート基礎工法に係り、具体的には、オーガー掘削により円柱状の基礎柱又は基礎杭用の削孔を施工するのに好適なコンクリート基礎工法に関する。

例えば、送電線の鉄塔等に用いる円柱状のコンクリート基礎は、一般に、支持力等を持たせるなどの理由から、円柱状の基礎柱の径よりも大きな径のフーティングと称する基礎底部を設けて、逆Ｔ字型の断面を有する形状になっている。このような、逆Ｔ字型基礎を施工する典型的な従来工法は、基礎底部よりも大きな形状の掘削孔を人力又は機械掘削により形成し、孔壁が崩れないように山留などの手当てをし、その掘削孔内に鉄筋及びコンクリート型枠を組み立て、コンクリートを打設するようにしている。

一方、工事費の削減及び工期短縮の狙いから、回転軸周りにらせん状の掘削翼を設けたオーガー工具を回転させて地中にねじ込んで、掘削土を排出させながら立孔を穿設し、その立孔に籠鉄筋を配置した後コンクリート等を打設して基礎杭を施工する工法が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

特開平７−３０１０７４号公報 特開平８−２６９９７０号公報 特開平９−８８０６２号公報

しかしながら、オーガー掘削により基礎柱又は基礎杭用の削孔を掘削する工法は、掘削する地盤や土質による制約を受けることが多い。例えば、軟弱地盤や砂礫層などの場合は、粘着力がほとんど期待できなから、掘削した孔壁が崩壊しやすいので、そのままでは適用できない。また、小石などの礫が混ざった礫混じり土は、Ｎ値によって適否が異なってくる。さらに、地下水系があると湧水によって孔壁が崩壊するから、オーガー工法をそのままでは適用することができない。また、通常、オーガー工法は、削孔位置に近接して重機を配置して作業を行うから、振動によって孔壁が崩壊するおそれがある。

本発明は、地盤や土質の制約を減らしてオーガー工法の適用範囲を拡大することを課題とする。

本発明のコンクリート基礎工法は、上記課題を解決するため、施工対象の円柱状のコンクリート基礎柱又は基礎杭の径よりも大きい径の円柱状の土質改良範囲を設定し、該土質改良範囲内に小径の掘削オーガーにより掘削土を地上に排出しながら複数本の補助掘削孔を穿設する第１工程と、第１工程の掘削土にセメントを混合して前記補助掘削孔に埋め戻す第２工程と、前記土質改良範囲の径に相当する外径を有する攪拌オーガーにより、前記土質改良範囲内の地層を掘削するとともに、該掘削土と前記セメントが混合された掘削土とを攪拌しながら前記土質改良範囲内に土質改良剤の水溶液を注入する第３工程と、前記攪拌オーガーを引き上げて設定時間後、前記コンクリート基礎柱又は基礎杭の径に相当する大径の掘削オーガーにより掘削土を地上に排出しながら円柱状の本掘削孔を穿設する第４工程を備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、削孔する範囲よりも大きな範囲に土質改良範囲を設定し、その範囲内に複数本の補助掘削孔を穿設し、その掘削土にセメントを混合して埋め戻した後、攪拌オーガーにより土質改良剤を注入しながら、補助掘削孔を含む土質改良範囲内の地層を掘削するとともに、セメントが混合された掘削土とを攪拌することにより、土質改良剤の水溶液と土質改良範囲内のセメントと掘削土とが比較的均一に混合される。そして、攪拌オーガーを引き上げて時間が経過すると、土質改良剤の水溶液とセメントの固化作用により土質改良範囲内の土が固化される。つまり、土質改良剤の作用によってセメント溶解成分が土粒子間に行きわたり、セメントの水和物が土粒子間を連結する。また、土質改良範囲に隣接する周辺の地盤に土質改良剤の水溶液とセメントの混合液が浸潤して、周辺の地盤を固化することができる。

このようにして固化された土質改良範囲に、掘削オーガーにより円柱状の本掘削孔を穿設することにより、砂礫層などの軟弱地盤や礫混じり土の地層であっても、あるいは湧水、又は重機の振動などによって、掘削した孔壁が崩壊するのを防ぐことができる。その結果、本発明の基礎工法によれば、地盤や土質の制約を減らしてオーガー工法の適用範囲を拡大することができる。

ここで、本発明に適用する土質改良剤としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム等の無機金属塩類と、クエン酸とを含んでなる薬剤であることが好ましい。この土質改良剤は、無機質成分であるから、自然環境を守ることができる。また、有害物質等の溶出を防止できるから、環境負荷がない。

また、本発明の基礎工法で用いる攪拌オーガーは、軸状部材の先端部に放射状に設けられた複数の掘削翼及び該掘削翼から後端側に位置させて放射状に多段に設けられ複数の攪拌翼を有してなる攪拌ヘッドと、該攪拌ヘッドの後端に順次連結される複数の連結ロッドと、該連結ロッドの後端に連結され前記攪拌ヘッドを回転駆動する油圧モータと、該油圧モータを揺動自在に吊下げ支持する支持部材を備え、前記攪拌ヘッド及び前記連結ロッドの内部に液体の土質改良剤が流通される流路が形成され、前記攪拌ヘッドの先端に前記土質改良剤の吐出口が形成されてなる構成のものを用いることができる。

本発明によれば、地盤や土質の制約を減らしてオーガー工法の適用範囲を拡大することができる。

以下、本発明のコンクリート基礎工法を、一実施形態に基づいて説明する。図１Ａ（ａ）〜（ｃ）、図１Ｂ（ｄ）〜（ｆ）に一実施形態のコンクリート基礎工法の工程を示す。本実施形態は、送電線の鉄塔等に用いる円柱状のコンクリート基礎に適用して説明する。鉄塔等のコンクリート基礎は、逆Ｔ字型の断面を有する形状、つまり、円柱状の基礎柱の底部に、基礎柱の径よりも大きな径のフーティングと称する基礎底部が設けられる。

［第１工程］
まず、図１Ａ（ａ）に示すように、施工対象の円柱状のコンクリート基礎柱の径（例えば、７５０ｍｍ）よりも大きい径（例えば、１４００ｍｍ）の円柱状の土質改良範囲１を、施工場所である軟弱土等の地層３に設定する。そして、土質改良範囲１内に小径（例えば、３００ｍｍ）の掘削オーガーにより複数本（図示例では、４本）の補助掘削孔２を穿設する。このときの掘削土は、地上に排出して仮置きしておく。ここで、補助掘削孔２は、土質改良範囲１の内周面に接するように掘削するのが好ましい。また、補助掘削孔２の本数は、土質改良範囲１の大きさ、及び土質に応じて適宜追加する。

掘削オーガーは、周知のものであるが、軸周りにらせん状に掘削翼を巻き付けて形成され、バックホーと称される自走式のバスケット重機のバスケット取付け部分に吊り下げられた油圧モータに接続される。つまり、油圧モータは、バスケット取付け部分にピンにより結合された支持部材に揺動自在に吊下げ支持される。

［第２工程］
図１Ａ（ｂ）に示すように、第１工程の掘削土にセメントを混合し、セメント混合土４を補助掘削孔に埋め戻す。セメントは、土質改良範囲１の土量に対して一定の割合となるように混合量を調整する。例えば、土質改良範囲１の土量に対してセメント４〜５体積％とすることができる。

［第３工程］
次に、図１Ａ（ｃ）に示すように、土質改良範囲１内のセメント混合土４と、新たな掘削土を攪拌混合する。この際、攪拌オーガーにより土質改良範囲１内の地層を掘削するとともに、その掘削土とセメント混合土とを攪拌しながら、土質改良範囲１内に土質改良剤の水溶液を注入する。

ここで、攪拌オーガー１０は、図２、図３に示すように、軸状部材１１の先端部に放射状に設けられた複数の掘削翼１２、及び掘削翼１２から後端側に位置させて放射状に多段に設けられ複数の攪拌翼１３を有してなる攪拌ヘッド１４を備えて構成される。本実施形態の攪拌ヘッド１４には、図３に示すように、軸状部材１１に対して２枚の掘削翼１２が軸対称に取り付けられている。掘削翼１２は、図示矢印１５の回転方向の前方に向けて複数の掘削刃１６が列設され、各掘削刃１６は先端を下方に傾けて取り付けられている。これにより、掘削翼１２を矢印１５方向に回転すると、土質改良範囲１内の土を掘削して掘り進むようになっている。また、攪拌翼１３は、軸状部材１１に対して２枚の攪拌翼１３が軸対称に取り付けられ、かつ２段設けられている。また、各攪拌翼１３は、回転軸に対して角度を持って取り付けられており、これにより攪拌を効率よく行えるようになっている。これらの掘削翼１２と攪拌翼１３の外径は、土質改良範囲１の径に相当する径に設定されている。

また、攪拌ヘッド１４の軸心部には、土質改良剤の水溶液が流通される流路１７が穿設され、この流路１７は攪拌ヘッド１４の先端に形成された吐出口１８に連通されている。この吐出口１８の開口は、切刃１９によりガードされている。

このように構成される攪拌ヘッド１４の上端（後端）に複数の連結ロッド２０が順次連結可能に構成されている。各連結ロッド２０の軸心部には、攪拌ヘッド１４の流路１７に連通される土質改良剤の水溶液の流路１７が穿設されている。連結ロッド２０の本数は、土質改良範囲１の深さに応じて適宜調整可能になっている。最上端の連結ロッド２０の上端（後端）には、攪拌ヘッド１４を回転駆動する油圧モータ２１が連結可能に形成されている。また、油圧モータ２１は、第一工程の掘削オーガーに用いたバックホーのバスケット取付け部分にピンにより結合された支持部材２２に、揺動自在に吊下げ支持させる。

このように構成される攪拌オーガー１０の攪拌ヘッド１４を、図１（ｃ）に示すように、土質改良範囲１の地表部に位置させた後、攪拌ヘッド１４を回転駆動しながら土質改良範囲１の深さ方向に押しつける。これにより、掘削翼１２によって土質改良範囲１内の地層が掘削されるとともに、攪拌翼１３によって掘削土が攪拌される。その際に、攪拌ヘッド１４の先端の吐出口１８から土質改良剤の水溶液５が攪拌土中に散布される。その結果、補助掘削孔２のセメント混合土４を含む土質改良範囲１内の土が攪拌され、土質改良剤の水溶液と土質改良範囲１内のセメントと土が比較的均一に混合される。

そして、攪拌オーガー１０を引き上げて時間（例えば、２４時間）が経過すると、図１Ｂ（ｄ）に示すように、土質改良剤の水溶液とセメントの固化作用により土質改良範囲１内の土が固化された改良地層６が形成される。つまり、土質改良剤の作用によってセメント溶解成分が土粒子間に行きわたり、セメントの水和物が土粒子間を連結する。このとき、土質改良範囲１に隣接する周辺の地層３に土質改良剤の水溶液とセメントの混合液が浸潤して、周辺の軟弱な地層の一部７を固化する。

ここで、本実施形態に適用する土質改良剤としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム等の無機金属塩類と、クエン酸とを含んでなる薬剤であることが好ましい。さらに、塩化第二鉄や硫酸ナトリウムを含めることができる。この土質改良剤は、無機質成分であるから、自然環境を守ることができる。また、有害物質等の溶出を防止できるから、環境負荷がない。しかし、無機系の土質改良剤に限られるものではなく、有機系の土質改良剤を適用することができる。

［第４工程］
第１〜第３工程を実施することにより、掘削対象の土質改良範囲１の土質が改良されるから、従来の掘削オーガーにより必要な孔径の掘削孔を掘っても、孔壁が崩壊するのを防止することができる。

つまり、図１Ｂ（ｅ）に示すように、コンクリート基礎柱の径に相当する大径の掘削オーガーにより、掘削土を地上に排出しながら円柱状の本掘削孔８を穿設する。このとき用いる掘削オーガーは、第一工程で用いた掘削オーガーよりも大径のものを用いる。このようにして、逆Ｔ字型のコンクリート基礎の基礎柱部分の掘削孔を形成することができる。

さらに、逆Ｔ字型のコンクリート基礎の基礎底部に対応した形状の掘削孔を形成する場合は、図５に示すように、バックホー４２のブーム４３の先端に揺動自在に取り付けられた油圧モータ４４に、拡底オーガー４５のシャフト４６を連結して用いる。拡底オーガー４５は、図５に示すように、シャフト４６の先端にピン４７を介して２枚の掘削羽根４８が揺動可能に取り付けられている。２枚の掘削羽根４８は、ホルダー４９内に収納可能に形成されている。ホルダー４９内には、揺動アーム５０の一端が回転可能に係止され、揺動アーム５０の先端が一方の掘削羽根４８の中程にピンで固定されている。また、ホルダー４９の上端は油圧ジャッキ５１に連結され、油圧ジャッキ５１はシャフト４６に同軸に固定して設けられたガイドパイプ４７内に、固定して設けられている。

このように構成されることから、油圧ジャッキ５１によりシャフト４６をＡ位置に引き上げると２枚の掘削羽根４８は図示のように開き、シャフト４６をＢ位置に押し下げると２枚の掘削羽根４８はホルダー４９内に収納される。シャフト４６の位置を調整することによって、２枚の掘削羽根４８の開き角度を可変できるようになっている。

第三工程によって掘削孔８を支持層まで掘り下げたとき、拡底オーガー４１に付け替え、油圧モータ４４を回転するとともに、２枚の掘削羽根４８を徐々に開きながら、図１Ｂ（ｆ）に示すような切頭円錐状の基礎底部９に対応した掘削孔を形成する。これにより、逆Ｔ字型のコンクリート基礎に対応した形状の掘削孔を施工することができる。そして、図示していないが、籠型の鉄筋を本掘削孔８と基礎底部９に設置してコンクリートを打設することにより、所望形状のコンクリート基礎を形成することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、削孔する範囲よりも大きな範囲に土質改良範囲１を設定し、その範囲内に複数本の補助掘削孔２を穿設し、その掘削土にセメントを混合して埋め戻した後、攪拌オーガー１０により土質改良剤を注入しながら、土質改良範囲内の土を掘削及び攪拌して土質改良剤の水溶液と土質改良範囲内のセメントと土とを均一に混合していることから、土質改良剤の水溶液とセメントの固化作用により土質改良範囲１内の土を固化した改良地層６を形成できる。

その結果、改良地層６内に掘削オーガーにより円柱状の本掘削孔８を穿設することにより、砂礫層などの軟弱地盤や礫混じり土の地層であっても、あるいは湧水、又は重機の振動などによって、掘削した孔壁が崩壊するのを防ぐことができる。したがって、地盤や土質の制約を減らしてオーガー工法の適用範囲を拡大することができる。

また、孔壁の自立性を確保及び向上することができ、土壌や地下水に対して安全な工法を提供できる。また、残土などの産業廃棄物の発生を抑えるとともに、工費節減及び工期短縮に寄与することができる。

本発明のコンクリート基礎工法の一実施形態の工程の一部を示す図である。 本発明のコンクリート基礎工法の一実施形態の工程の残りを示す図である。 本発明の攪拌オーガーの一実施形態の構成を示す図である。 図３の攪拌オーガーの要部拡大図である。 バックホーに拡底オーガーを取り付けて切頭円錐状の基礎底部を掘削する説明図である。 拡底オーガーの一例の構成図である。

符号の説明

１ 土質改良範囲
２ 補助掘削孔
３ 地層
４ セメント混合土
５ 土質改良剤の水溶液
６ 改良地層
８ 本掘削孔
９ 基礎底部

Claims (2)

1. 施工対象の円柱状のコンクリート基礎柱又は基礎杭の径よりも大きい径の円柱状の土質改良範囲を設定し、該土質改良範囲内に小径の掘削オーガーにより掘削土を地上に排出しながら複数本の補助掘削孔を穿設する第１工程と、
   第１工程の掘削土にセメントを混合して前記補助掘削孔に埋め戻す第２工程と、
   前記土質改良範囲の径に相当する外径を有する攪拌オーガーにより、前記土質改良範囲内の地層を掘削するとともに、該掘削土と前記セメントが混合された掘削土とを攪拌しながら前記土質改良範囲内に土質改良剤の水溶液を注入する第３工程と、
   前記攪拌オーガーを引き上げて設定時間後、前記コンクリート基礎柱又は基礎杭の径に相当する大径の掘削オーガーにより掘削土を地上に排出しながら円柱状の本掘削孔を穿設する第４工程を備えてなるコンクリート基礎工法。
2. 請求項１に記載のコンクリート基礎工法において、
   前記土質改良剤は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム等の無機金属塩類と、クエン酸とを含んでなることを特徴とするコンクリート基礎工法。

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