JP5066854B2

JP5066854B2 - 地中構造物の構築方法

Info

Publication number: JP5066854B2
Application number: JP2006189700A
Authority: JP
Inventors: 真弘佐藤; 昌美平田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: JP2008031628A

Description

本発明は、支持層を備える地盤において基礎として用いることのできるソイルセメントからなる地中構造物及びその構築方法に関する。また、本発明は、ソイルセメントからなる地中構造物を構築するために用いられる装置に関する。

従来より、建物の地下構造物を施工する場合は、地下構造物の外周に山留め壁を施工し、山留め壁で囲まれた内部を掘削していく工法が広く実施されている。山留め壁としては、ソイルセメント柱列壁や地中連続壁などが広く用いられており、これらの山留め壁は建物の構築後も撤去することなく、建物の外周の地中に埋設したまま残置している。このような山留め壁などの地下構造物を基礎構造の一部として利用する試みが行われている。（例えば、特許文献１参照）

地下構造物を構築する方法として、例えば特許文献２に記載されているように、掘削機により地盤を掘削したのち、掘削した土を搬出し、コンクリートなどの強度の高い材料に置き換える方法（以下、置換工法という）や、例えば特許文献３に記載されているように、掘削機により地盤を削孔攪拌しながら、原位置で削孔攪拌した土と液状のセメント系材料からなる注入液とを撹拌しながら硬化させる工法（以下、ソイルセメント撹拌工法という）が広く用いられている。
特許第２７３６５４２号公報特開平６―１４６３３５号公報特開平６―３３４５１号公報

上記の置換工法により構築される地中構造物は強度が優れるものの、コスト高である。このため、基礎の一部としてこの置換工法を用いた地中構造物を用いようとすると、基礎として充分な強度を得られるものの、コスト高になる。
また、ソイルセメント撹拌工法により構築される地中構造物は、コストが抑えられるものの、強度が低い。このため、基礎の一部としてこのソイルセメント撹拌工法を用いた地中構造物を用いようとすると、基礎として充分な強度が得られない。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、廉価で製造することができ、かつ、充分な強度を有する地中構造物の構築方法を提供することである。

本発明の地中構造物の構築方法は、地盤に埋設されるソイルセメントからなる地中構造物を構築するにあたり、地盤の一部を削孔攪拌し、前記削孔攪拌された対象土にセメント系材料からなる注入液を注入し、前記対象土と前記注入液とを混合攪拌し、前記対象土と前記注入液の混合物の一部を排出することにより、前記地中構造物を構成するソイルセメントの少なくとも一部を構築する地中構造物の構築方法において、前記対象土に注入液を注入し、前記対象土と前記注入液とを混合攪拌し、前記対象土と前記注入液の混合物の一部を排出する工程を繰り返すことによりソイルセメントの強度を調整することを特徴とする。
また、前記地中構造物を構成するソイルセメントの前記少なくとも一部を高強度ソイルセメントとしてもよい。

また、上記の地中構造物において、前記地盤は支持層を備え、前記地中構造物の少なくとも前記支持層にあたる部分を構成するソイルセメントを高強度ソイルセメントとしてもよい。また、前記地盤は支持層を備え、前記地中構造物の少なくとも前記支持層にあたる部分を構成するソイルセメントを高強度ソイルセメントとし、その他の部分を構成するソイルセメントはソイルセメント撹拌工法で構築してもよい。
本発明の地中構造物の構築方法によれば、削孔攪拌された土を外部に搬出しながら注入液を供給することにより、地中構造物の支持層にあたる部分を構成するソイルセメントを高強度ソイルセメントとすることができる。

また、上記の地中構造物の構築方法において、少なくとも前記支持層にあたる部分の表面に凸部を有する鉛直方向に延びる鉄骨部材からなる芯材を前記ソイルセメント内に埋設してもよい。

また、上記の地中構造物の構築方法において、横方向に並ぶように配置された、少なくとも前記支持層にあたる部分の表面に凸部を有する鉛直方向に延びる鉄骨部材と、少なくとも前記軟弱層にあたる部分でこれら鉄骨部材を連結する補強材とを備える芯材を前記ソイルセメント内に埋設してもよい。また、前記芯材は、少なくとも軟弱層に相当する位置に設けられた、これら鉄骨部材を連結する第２の補強材を備えてもよい。
また、上記の地中構造物の構築方法において、横方向に並ぶように配置された、少なくとも前記支持層にあたる部分の表面に凸部を有する鉛直方向に延びる鉄骨部材と、少なくとも前記支持層にあたる部分でこれら鉄骨部材を連結する横方向に延びる補強材とを備える芯材を前記ソイルセメント内に埋設してもよい。
また、上記の地中構造物の構築方法において、横方向に並ぶように配置された、ウェブの表面にスタッドが設けられた鉛直方向に延びる複数のＨ型鋼と、これらＨ型鋼を連結する補強材とを備える芯材を前記ソイルセメント内に埋設してもよい。

本発明によれば、セメント系材料からなる注入液を供給しながら削孔攪拌した土を外部に排出することにより、地中構造物を構成するソイルセメントの少なくても一部を高強度ソイルセメントとすることができるため、地中構造物の強度を向上させることができる。また、ソイルセメントで構成しているため、高強度の地中構造物を廉価で構築することができる。

以下、本発明の地中構造物の一実施形態を、ソイルセメント壁に適用した場合を例として、図面に基づき説明する。
図１は、ソイルセメント壁１０の配置を示す水平方向断面図であり、図２は、図１におけるII−II’断面図である。図３はソイルセメント壁１０の断面図であり、（Ａ）は、図１におけるIII−III’断面を、（Ｂ）は、図１におけるIV−IV’断面を、（Ｃ）は、図１におけるV−V’断面を示す。図１から図３に示すように、ソイルセメント壁１０は、建物２の地下部分の外周を囲むように設けられており、適宜間隔をあけて先端が支持層３まで到達する壁杭部２０を備える。ソイルセメント壁１０の壁杭部２０以外の部分は、通常のソイルセメント壁１０と同様に、ソイルセメント１３と、ソイルセメント１３に埋設されたＨ型鋼１２とで構成される。

図４は、壁杭部２０の詳細な構成を示す図であり、同図（Ａ）は水平方向断面図、同図（Ｂ）は鉛直方向断面図を示す。同図に示すように、壁杭部２０は、ソイルセメント１３と、ソイルセメント１３に埋設された芯材１１とで構成される。後に詳述するように、壁杭部２０の支持層３に相当する深さの部位を構成するソイルセメント１３は、地盤掘削装置により地盤を削孔攪拌したのち、セメント系材料からなる注入液を供給し、削孔攪拌された対象土と注入液を混合攪拌し、対象土と注入液の混合物の一部を排出することにより構築された高強度ソイルセメント１６で構成される。また、その他の部分は地盤を削孔攪拌しながら原位置で対象土と注入液とを撹拌しながら硬化させることにより構築された普通強度のソイルセメントにより構成される。高強度ソイルセメントは、普通強度のソイルセメントに比べて土砂に対するセメントの量の割合を増加させることにより形成され、４［Ｎ／ｍｍ^２］以上の強度を有するソイルセメントである。ただし、一般的には高強度ソイルセメントの強度の上限は２０［Ｎ／ｍｍ^２］程度である。

また、図４に示すように、芯材１１は、横方向に並べられた鉛直方向に延びる複数のＨ型鋼１２と、これら複数のＨ型鋼１２を軟弱層４にあたる部分で連結するように、Ｈ型鋼１２の両フランジ面１２Ａに取り付けられた第１の補強材１４と、Ｈ型鋼１２を支持層３にあたる部分で連結するように、Ｈ型鋼１２の両フランジ面１２Ａに取り付けられた第２の補強材１５とを備える。第１の補強材１４は、水平方向に対して傾斜した状態でH型鋼１２に取付けられており、傾斜の向きが交互に反転することでトラス状の構成を呈している。このように第１の補強材１４が傾斜して設けられることで、第１の補強材１４が筋かいのように働き、軟弱層４内での壁杭部２０の水平方向の耐力が向上されている。なお、図４（B)の例では、２本の補強材１４が中央のH型鋼１２への取付位置にて交差するようになっているが、これに限らず、例えば後述する図１２に示すような構成としてもよい。また、支持層３内の第２の補強材１５は、Ｈ型鋼１２に互いに離間する方向に力が作用した場合に、これに対して抵抗することができるように略水平方向に取り付けられている。第１の補強材１４や第２の補強材１５としては、アングル材や鋼板などを用いることができる。

図５は、芯材１１を構成するＨ型鋼１２を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は、鉛直方向断面図、（Ｃ）は正面図である。同図に示すように、Ｈ型鋼１２のウェブ１２Ｂの表面には、水平方向に延びるように凸部１８が形成されている。この凸部１８は、例えばアングル材をＨ型鋼１２のウェブ１２Ｂの表面に水平に溶接することにより形成することができる。このように形成された凸部１８は、その上方から頂部に向けて高さが次第に増加し、頂部から下方に向けて高さが次第に減少する構成となる。

以下、壁杭部２０を構築する方法を説明する。
図６は、壁杭部２０を構築する際に用いられる地盤掘削装置５０の模式図である。同図に示すように、地盤掘削装置５０は、装置の下部に取り付けられ、油圧モータなどにより駆動される一対のカッタードラム５１と、吐出口が装置の側方に設けられ、対象土にセメント系材料からなる注入液を供給する注入液供給装置５２と、吸入口が各カッタードラム５１の中央に設けられ、前記カッタードラム５１により削孔撹拌された対象土と注入液との混合物を外部に排出する本発明の排出手段としての排泥装置５３とを備える。なお、排泥装置１３としては、排泥ポンプやコンベア等の排泥可能な装置を用いることができる。

地盤掘削装置５０は、カッタードラム５１を回転させることにより地盤を断面長方形状に削孔攪拌することができる。また、地盤を削孔攪拌しながら、注入液供給装置５２により削孔攪拌された対象土に注入液を供給することにより、ソイルセメントを形成することができる。さらに、地盤を削孔攪拌し、削孔攪拌された対象土に注入液を供給し、対象土と注入液とを攪拌し、攪拌した対象土と注入液の混合物を外部に排出することにより、普通強度のソイルセメントに比べて注入液の割合を増やすことができる。このように、注入液の供給、対象土と注入液との撹拌、及び対象土と注入液の混合物の排出を繰り返すことによりソイルセメントの強度を高めていくことができ、高強度ソイルセメントを形成することができる。

図７は、壁杭部２０を構築する方法を説明するための図である。
まず、図７（Ａ）に示すように、揚重機により地盤掘削装置５０を揚重し、壁杭部２０の構築位置に地盤掘削装置５０を設置する。
次に、図７（Ｂ）に示すように、支持層３よりも上部の地盤を削孔攪拌する場合には、カッタードラム５１を回転させるとともに、注入液供給装置５２を作動させる。これにより、地盤を削孔攪拌するとともに、原位置で削孔攪拌された対象土と注入液とを撹拌し、普通強度のソイルセメント１３を造成することができる。

そして、図７（Ｃ）に示すように、削孔攪拌が支持層３まで進行すると、カッタードラム５１及び注入液供給装置５２に加えて排泥装置５３を作動させる。また、地盤掘削装置５０は、注入液供給装置５２の注入液の供給量を、排泥装置５３により排出される対象土と注入液との混合物の量と略等しくなるように調整する。これにより、削孔攪拌した対象土の一部が注入液に置換され、支持層３にあたる部分のソイルセメント１３を高強度ソイルセメント１６とすることできる。このようにして所定の深さまで削孔攪拌した後、地盤掘削装置５０を引き揚げる。

次に、上記のようにして形成されたソイルセメントが硬化する前に、図７（Ｄ）に示すように、ソイルセメント１３内に芯材１１を埋設する。なお、ソイルセメント壁１０内に埋設される芯材１１は、予め、地上において複数の凸部１８の設けられたＨ型鋼１２を第１の補強材１４及び第２の補強材１５により連結しておき、これをソイルセメント１３に挿入すればよい。

ここで、上述したように、Ｈ型鋼１２の凸部１８はその上下から頂部に向けて次第に高さが増加する形状であるため、芯材１１をソイルセメント１３内に挿入する際に抵抗とならず、容易に挿入することができるとともに、凸部１８の下部に空気が入り込むことを防止し、さらに、ソイルセメント１３が硬化する際に生じるブリージングやスライムが凸部１８の下部に残留するのを防止できる。

そして、図７（Ｅ）に示すように、ソイルセメント１３が硬化することにより、壁杭部２０が構築される。
このように、本実施形態によれば、壁杭部２０の支持層３にあたる部分のソイルセメントを、対象土を外部に排出しながら、略同量の注入液を供給することにより形成したため、高強度ソイルセメント１６とすることができる。なお、ソイルセメント壁１０の壁杭部２０以外の部分については、通常のソイルセメント壁と同様に構築すればよい。
なお、本実施形態では、地盤を削孔攪拌する工程、注入液を供給する工程、注入液と対象土とを混合撹拌する工程及び、注入液と対象土の混合物を排出する工程を同時に行っているが、必ずしも同時に行う必要はなく、別々の工程として行ってもよい。

図８は、壁杭部２０に作用する力が芯材１１により支持層３に伝達される力の流れを示す図である。同図に示すように、建物２の荷重は鉛直下向きに壁杭部２０の芯材１１のＨ型鋼１２に伝達される。この荷重により、表面に設けられた凸部１８と高強度ソイルセメント１６との間に支圧力が作用し、この支圧力により建物の鉛直荷重が高強度ソイルセメント１６に伝達される。高強度ソイルセメント１６は支持層３まで到達しているため、建物２の荷重は高強度ソイルセメント１６から支持層３に伝達される。

このように、本実施形態のソイルセメント壁１０は支持層３まで達する壁杭部２０を備えるとともに、この壁杭部２０に埋設されたＨ型鋼１２が凸部１８を有することで、基礎杭と同様に、建物２の荷重を支持層３に伝達することができる。なお、Ｈ型鋼１２には、支圧力により互いに離れる方向に力が作用するが、Ｈ型鋼１２同士が第２の補強材１５により連結されているため、この力に抵抗することができる。

また、地震動などにより周囲の地盤が振動すると、ソイルセメント壁１０の軟弱層にあたる部分には、面外方向に大きな荷重が作用する。これに対し、複数のＨ型鋼１２が軟弱層４にあたる位置で第１の補強材１４により連結されており、複数のＨ型鋼１２と第１の補強材１４とでトラス構造を構成しているため、複数のＨ型鋼１２が一体となってこの荷重に抵抗することができる。

以上説明したように、本実施形態のソイルセメント壁１０によれば基礎杭と同様に建物２の鉛直荷重を支持層３に伝達することができるため、基礎構造の一部として用いることができる。以下、本実施形態のソイルセメント壁１０を用いた基礎構造を説明する。

図９は、比較例として、従来の基礎構造３０を示す断面図である。また、図１０は、本実施形態のソイルセメント壁１０を用いた基礎構造４０を示す図である。図９に示すように、従来の基礎構造３０では、所定の間隔ごとに基礎杭３１が設けられており、これらの基礎杭３１を介して建物２の鉛直荷重を支持層３に伝達している。

これに対して、図９に示すように、本実施形態の基礎構造４０は、基礎杭４１に加えて、建物２の外周にソイルセメント壁１０を備える。上述したように、ソイルセメント壁１０の壁杭部２０は建物２の鉛直荷重を支持層３に伝達することができる。したがって、従来の基礎構造３０において、建物２の外周近傍の基礎杭３１が負担していた荷重をソイルセメント壁１０の壁杭部２０に負担させることができるため、建物２の外周近傍の基礎杭３１Ａを省略することができる。

このように、本実施形態のソイルセメント壁１０を備えた基礎構造４０によれば、従来の基礎構造３０における外周近傍の基礎杭を省略することができるため、費用の削減及び工期の短縮が可能となる。また、根切りを行う際は、ソイルセメント壁１０を山留め壁として用い、ソイルセメント壁１０の内部の掘削を行うことができる。そのため、仮設である山留め壁を再利用することができるため、工費を削減することが可能である。

なお、本実施形態では、凸部１８をＨ型鋼１２の表面にアングル材を溶接することにより形成するものとしたが、これに限らず、例えば、Ｈ型鋼１２の表面に溝形、等辺の山形、不等辺山形、不等辺不等圧、Ｉ型、その他の一般形鋼や波板などを取付けることにより凸部を設けても良く、要するに、高強度ソイルセメント１６との間で支圧力が働き、Ｈ型鋼１２に作用する鉛直方向荷重を高強度ソイルセメント１６に伝達することができればよい。

また、上記の実施形態では、芯材１１を、複数のＨ型鋼１２と、これらのＨ型鋼１２を連結する第１の補強材１４及び第２の補強材とから構成としたが、これに限らず、第１の補強材１４及び第２の補強材１５の何れか一方のみを取り付けた構成としてもよい。
また、ソイルセメント内に埋設する芯材に、横方向に並ぶように配置された、ウェブの表面にスタッドが設けられた鉛直方向に延びる複数のＨ型鋼と、これらＨ型鋼を連結する補強材とで構成される芯材を用いてもよい。このような芯材であっても、スタッドがソイルセメント内に埋設された状態でソイルセメントが硬化しているため、ソイルセメントと芯材とが一体となり、支持層に建物の荷重を確実に伝達することができる。

また、芯材を表面に凸部を有するＨ型鋼が連結されることなく独立した構成としてもよい。このような構成でも、凸部と高強度ソイルセメントとの間で支圧力が作用するため、Ｈ型鋼に作用する建物の荷重を高強度ソイルセメントに伝達することができる。

また、本実施形態では、本発明をソイルセメント壁の壁杭部に埋設した場合について説明したが、これに限らず、本発明は壁杭部が設けられていないソイルセメント壁、ソイルセメント柱列壁や、地中連続壁にも適用することができる。また、本発明は、ソイルセメント柱列壁杭、及びソイルセメント壁杭にも用いることができる。

さらに、本発明の芯材はソイルセメント柱列壁や地中連続壁に壁杭部を設けた場合にも用いることができ、壁杭部に本発明の芯材を埋設することにより、ソイルセメント柱列壁や地中連続壁を基礎構造の一部として用いることができる。

ソイルセメント壁１０の配置を示す水平方向断面図である。図１におけるII−II’断面図である。イルセメント壁１０の断面図であり、（Ａ）は、図１におけるIII−III’断面を、（Ｂ）は、図１におけるIV−IV’断面を、（Ｃ）は、図１におけるV−V’断面を示す。壁杭部の詳細な構成を示す図であり、同図（Ａ）は水平方向断面図であり、同図（Ｂ）は鉛直方向断面図である。芯材を構成するＨ型鋼を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は、鉛直方向断面図、（Ｃ）は正面図である。壁杭部を構築する際に用いられる地盤掘削装置の模式図である。壁杭部を構築する方法を説明するための図である。壁杭部に作用する力が芯材により支持層に伝達される力の流れを示す図である。従来の基礎構造を示す断面図である。本実施形態の基礎構造を示す断面図である。

符号の説明

２建物３支持層
１０ソイルセメント壁１１芯材
１２Ｈ型鋼１３ソイルセメント
１４第１の補強材１５第２の補強材
１６高強度ソイルセメント１８凸部
２０壁杭部３０従来の基礎構造
３１、４１基礎杭４０基礎構造
５０地盤掘削装置５１カッタードラム
５２注入液供給装置５３排泥装置

Claims

地盤に埋設されるソイルセメントからなる地中構造物を構築するにあたり、
地盤の一部を削孔攪拌し、前記削孔攪拌された対象土にセメント系材料からなる注入液を注入し、前記対象土と前記注入液とを混合攪拌し、前記対象土と前記注入液の混合物の一部を排出することにより、前記地中構造物を構成するソイルセメントの少なくとも一部を構築する地中構造物の構築方法において、
前記対象土に注入液を注入し、前記対象土と前記注入液とを混合攪拌し、前記対象土と前記注入液の混合物の一部を排出する工程を繰り返すことによりソイルセメントの強度を調整することを特徴とする地中構造物の構築方法。
前記地中構造物を構成するソイルセメントの前記少なくとも一部を高強度ソイルセメントとすることを特徴とする請求項１記載の地中構造物の構築方法。
請求項２記載の地中構造物の構築方法であって、
前記地中構造物は下部が地盤の支持層に到達し、
前記地中構造物の少なくとも前記支持層にあたる部分を構成するソイルセメントを高強度ソイルセメントとすることを特徴とする地中構造物の構築方法。
請求項２記載の地中構造物の構築方法であって、
前記地中構造物は下部が地盤の支持層に到達し、
前記地中構造物の少なくとも前記支持層にあたる部分を構成するソイルセメントを高強度ソイルセメントとし、その他の部分を構成するソイルセメントをソイルセメント撹拌工法で構築することを特徴とする地中構造物の構築方法。
請求項３又は４に記載の地中構造物の構築方法であって、
少なくとも前記支持層にあたる部分の表面に凸部を有する鉛直方向に延びる鉄骨部材からなる芯材を前記ソイルセメント内に埋設することを特徴とする地中構造物の構築方法。
請求項３又は４に記載の地中構造物の構築方法であって、
横方向に並ぶように配置された、少なくとも前記支持層にあたる部分の表面に凸部を有する鉛直方向に延びる鉄骨部材と、少なくとも前記軟弱層にあたる部分でこれら鉄骨部材を連結する補強材とを備える芯材を前記ソイルセメント内に埋設することを特徴とする地中構造物の構築方法。
請求項６記載の地中構造物の構築方法であって、
前記芯材は、少なくとも支持層に相当する位置に設けられた、これら鉄骨部材を連結する横方向に延びる第２の補強材を備えることを特徴とする地中構造物の構築方法。
請求項３又は４記載の地中構造物の構築方法であって、
横方向に並ぶように配置された、少なくとも前記支持層にあたる部分の表面に凸部を有する鉛直方向に延びる鉄骨部材と、少なくとも前記支持層にあたる部分でこれら鉄骨部材を連結する横方向に延びる補強材とを備える芯材を前記ソイルセメント内に埋設することを特徴とする地中構造物の構築方法。
請求項８記載の地中構造物の構築方法であって、
前記鉄骨部材はＨ型鋼であり、
前記鉄骨部材は、ウェブ表面にスタッドが設けられていることを特徴とする地中構造物の構築方法。
請求項２から４何れかに記載の地中構造物の構築方法であって、
横方向に並ぶように配置された、ウェブの表面にスタッドが設けられた鉛直方向に延びる複数のＨ型鋼と、これらＨ型鋼を連結する補強材とを備える芯材を前記ソイルセメント内に埋設することを特徴とする地中構造物の構築方法。