JP5157814B2 - 既成杭の設置方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚染層とその下方に非透水層とを備えた地盤における既成杭の設置方法に関する。

従来より、例えば、図４に示すように、地表から下方に向かって、汚染土１１を含んでなる汚染層１０と、粘土層などの非透水性の非透水層２０と、支持層３０と、を備える地盤１において杭を打設する場合には、地盤１を掘削して掘削孔を形成する際に、汚染層１０の汚染土１１が支持層３０に拡散しないように、オールケーシング工法（例えば、非特許文献１参照）を用いて場所打ち杭を構築することが行われている。

すなわち、図５Ａに示すように、ケーシング２１０を下端が非透水層２０内もしくはそれよりも深い位置まで到達するように地盤１に挿入し、図５Ｂに示すようにケーシング２１０内をバケット２２０で掘削し、下端が支持層に到達するまで掘削孔２２１を削孔する。次に、図５Ｃに示すように、掘削孔２２１内に鉄筋かご２２２を挿入する。次に、図５Ｄに示すように、掘削孔２２１内にトレミー管を挿入し、ケーシング２１０を引き上げながら掘削孔２２１内にコンクリート２２２を打設する。そして、打設したコンクリート２２２が硬化することで場所打ち杭２２３を構築することができる。かかる工法によれば、ケーシング２１０内を掘削するため、汚染層１０の汚染土１１が掘削孔２２１内を通じて支持層３０に落下することや、汚染土１１に含まれる汚染物質が溶け出した汚染水が支持層３０まで流れ出ることを防ぐことができ、汚染物質の拡散を防止できる。
公共建築協会、建築工事監理指針 平成１９年度版（上巻）、株式会社建築出版センター平成１９年９月２０日、ｐ．２５１

ところで、近年、施工コストを削減するため、杭基礎として既成杭を用いることが広く行われており、既成杭を汚染層が含まれる地盤においても用いることが望まれる。既成杭を設置する工法としては、現在、オーガー機を用いたプレボーリング工法が広く用いられており、オールケーシング工法と同様のケーシングを備えたオーガー機も存在する。しかし、このようなオーガー機は、下端が粘土層に到達した状態でケーシングを保持しながら、支持層まで掘削を行うことができない。このため、汚染層を備えた地盤において既成杭を用いることができなかった。

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、汚染層を有する地盤において既成杭を設置することができるようにすることである。

本発明の既成杭の設置方法は、汚染層と、当該汚染層の下方に位置する非透水層と、前記非透水層の下方に位置する支持層を備えた地盤に既成杭を設置する方法であって、前記非透水層の上面よりも下方の深さ位置まで前記地盤を掘削し、掘削した部分の土砂をアースオーガにより削孔可能な強度の貧配合のセメント系材料に置換する土砂置換ステップと、前記置換したセメント系材料が硬化した後、当該硬化したセメント系材料を貫通し、下端が前記支持層に到達するような掘削孔をアースオーガにより削孔する削孔ステップと、 前記掘削孔内に既成杭を設置する杭設置ステップと、を備えることを特徴とする。

上記の方法において、前記土砂置換ステップでは、全旋回掘削機により前記地盤を掘削してもよい。

また、本発明の既成杭の設置方法は、汚染層と、当該汚染層の下方に位置する非透水層と、前記非透水層の下方に位置する支持層を備えた地盤に既成杭を設置する方法であって、前記汚染層を貫通し、下端が前記非透水層の上面よりも下方まで到達するアースオーガにより削孔可能な強度のソイルセメント柱を構築するソイルセメント柱構築ステップと、前記ソイルセメント柱を貫通し、下端が前記支持層に到達するように掘削孔をアースオーガにより削孔する削孔ステップと、前記掘削孔内に既成杭を設置する杭設置ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、下端が非透水層に到達するように泥土モルタル又はソイルセメントからなる柱体を構築し、この柱体内に掘削孔を形成して、掘削孔内に既成杭を打設することとしたため、汚染層の汚染物質が支持層に落下することを防止でき、汚染物質が拡散するのを防止できる。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の既成杭の設置方法の第一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の既成杭の設置方法により設置された杭を示す鉛直断面図である。同図に示すように、既成杭の設置される地盤１は、表面から下方に向かって、汚染層１０、非透水層２０、支持層３０を備える。

汚染層１０は、少なくとも一部に汚染物質を含有する汚染土１１が含まれた地盤である。また、汚染層１０内には、例えば、岩盤や既存杭などの地中障害１２が存在している。

非透水層２０は、例えば、粘土層などの非透水性を有する地層である。非透水層２０が汚染層１０と支持層３０との間に介在することにより、汚染層１０内の汚染物質が地下水に溶け出したとしても、汚染物質が溶け出した地下水は非透水層２０により汚染層１０内に保持され、支持層３０まで到達することがない。

本実施形態の既成杭の設置方法は、このように汚染層１０を含む地盤において、汚染層１０の汚染土１１に含まれる汚染物質が支持層３０に拡散することなく、下端が支持層３０に到達するように既成杭７０を設置するための方法である。

以下、本実施形態の既成杭の設置方法を図２Ａ〜図２Ｅを参照しながら説明する。
まず、図２Ａに示すように、全旋回掘削機１００により下端が非透水層２０に到達するまで第１の掘削孔４０を削孔し、この部分の土砂を掘削する。この際、汚染層１０内に地中障害１２が存在するような場合であっても、全旋回掘削機１００は地中障害１２を切削する性能を有するため、地盤１を掘削して地中障害１２を掘り起こすことなく第１の掘削孔４０を削孔することができる。

次に、図２Ｂに示すように、地盤１を削孔することにより第１の掘削孔４０内に発生した掘削土を、硬化した状態での圧縮強度５〜１０ｋｇ／ｃｍ^２程度である泥土モルタル４１と置換する。置換した泥土モルタル４１が硬化することにより、汚染層１０を貫通し、下端が非透水層２０に到達するような、硬化した泥土モルタル４１からなる柱体４２が構築されることとなる。

泥土モルタル４１が硬化した後、プレボーリング工法により既成杭を設置する。すなわち、まず、図２Ｃに示すように、アースオーガ１０１により柱体４２を貫通し、下端が支持層３０に到達するように第２の掘削孔５０を掘削する。この際、柱体４２は下端が非透水層２０内に到達しており、この柱体４２を貫通するように第２の掘削孔５０を削孔するため、汚染層１０内の汚染土１１が支持層３０に落下するのを防止できる。また、汚染層１０の下方に非透水層２０が位置し、また、泥土モルタル４１が硬化すると遮水性を有し、硬化した泥土モルタル４１からなる柱体４２の下端が非透水層２０内に到達しているため、汚染土１１内の汚染物質が溶け出した地下水が第２の掘削孔５０内を通じて、支持層３０に流れ込むのを防止できる。

次に、図２Ｄに示すように、アースオーガ１０１の先端より第２の掘削孔５０内にセメントミルク６０を注入しながら、第２の掘削孔５０からアースオーガ１０１を引き上げる。

次に、図２Ｅに示すように、揚重機１０２により第２の掘削孔５０内に既成杭７０を挿入する。そして、第２の掘削孔５０内のセメントミルク６０が硬化することで、既成杭７０が地盤１に定着され、既成杭７０の設置が完了する。

本実施形態によれば、下端が非透水層２０に到達するように泥土モルタル４１を打設し、この泥土モルタル４１が硬化してなる柱体４２を貫通するように、第２の掘削孔５０を削孔することとしたため、第２の掘削孔５０を通じて、汚染土１１や、汚染土１１から汚染物質が溶け出した地下水が支持層３０に到達するのを防止した状態で既成杭７０の設置を行うことができる。

また、全旋回掘削機１００を用いて第１の掘削孔４０を削孔するため、地中に地中障害１２があるような場合でも、地中障害１２を切削して第１の掘削孔４０を削孔することができる。

なお、本実施形態では、硬化した泥土モルタル４１により柱体４２を構成することとしたが、これに限らず、アースオーガ１０１により削孔可能な強度（圧縮強度５〜１０ｋｇ／ｃｍ^２程度）である貧配合のセメント系材料であれば、泥土モルタル４１に代えて用いることができる。

また、本実施形態では、下端が非透水層２０に到達するような柱体４２を構築するものとしたが、これに限らず、柱体４２の下端はさらに深い位置まで延びてもよく、要するに、柱体４２の下端が非透水層２０の上面よりも深い位置まで到達していればよい。

＜第二実施形態＞
以下、本発明の既成杭の設置方法の第二実施形態を図面を参照しながら説明する。第１実施形態では、下端が非透水層２０に到達する第１の掘削孔４０を形成し、この第１の掘削孔４０内に泥土モルタル４１を打設することとしたが、本実施形態では、これに変えて下端が非透水層２０に到達するようにソイルセメント柱を構築する。なお、本実施形態における汚染層１０の内部に地中障害は存在しないものとする。

図３Ａ〜図３Ｅは、本実施形態の既成杭の設置方法を説明するための図である。
まず、図３Ａに示すように、例えば、３軸オーガー機などの掘削機１０３により地盤１に下端が非透水層に到達するような第１の掘削孔１４０を形成するとともに、地盤１を掘削することで第１の掘削孔１４０内に発生した掘削残土にセメントミルクを注入し、掘削残土とセメントミルクとを混合攪拌して第１の掘削孔１４０内にソイルセメント１４１を形成し、下端が非透水層２０に到達するようなソイルセメント柱１４２を構築する。なお、本実施形態のように３軸オーガー機を用いる場合には、図３Ａの左右方向に複数列にわたって掘削を行うことで、平面視で略正方形状のソイルセメント柱１４２を構築することができる。

次に、図３Ｂに示すように、アースオーガ１０１によりソイルセメント柱１４２を貫通し、下端が支持層３０まで到達するような第２の掘削孔５０を削孔する。この際、第２の掘削孔５０と汚染層１０との間にソイルセメント柱１４２が介在するため、第１実施形態と同様に、汚染層１０の汚染土１１が第２の掘削孔５０を通って支持層３０に到達したり、汚染土１１から汚染物質が溶け出した地下水が第２の掘削孔５０を通って支持層３０に流れ込んだりするのを防止できる。

ここで、第２の掘削孔５０を削孔する際に、ソイルセメント柱１４２を削孔することにより発生したソイルセメント１４１が第２の掘削孔５０内に落下してしまう。これらソイルセメント１４１は、第２の掘削孔５０を掘削する際に発生した掘削残土にセメントミルクを混合攪拌して形成してなるため、ソイルセメント１４１に汚染土１１が含まれている。しかしながら、ソイルセメント１４１が汚染物質を内部に包み込んだ状態でと一体に硬化しているため、汚染物質が支持層３０へ流出するのを防止できる。

次に、図３Ｃに示すように、アースオーガ１０１の先端より第２の掘削孔５０内にセメントミルク６０を注入しながら、第２の掘削孔５０からアースオーガ１０１を引き上げる。

次に、図３Ｄに示すように、第２の掘削孔５０内に既成杭７０を挿入する。そして、第２の掘削孔５０内のセメントミルク６０が硬化することで、図３Ｅに示すように、既成杭７０が地盤１に定着されることとなる。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られ、さらに、汚染層１０の汚染濃度が低い場合には、第２の掘削孔５０を削孔する際に発生したソイルセメント１４１からなる掘削土を産業廃棄物として処分することができる。このため、従来のように掘削土を汚染土として処分する場合に比べて、処分費用を削減することができる。

なお、本実施形態では、下端が非透水層２０に到達するようなソイルセメント柱１４２を構築するものとしたが、これに限らず、下端がさらに深い位置まで到達するようなソイルセメント柱１４２を掘削してもよく、要するに、ソイルセメント柱１４２の下端が非透水層２０の上面よりも深い位置まで到達していればよい。

また、上記の各実施形態では、非透水層２０が汚染層１０の直下にある場合について説明したが、これに限らず、汚染層１０よりも深い位置に非透水層２０が存在する場合であれば、非透水層２０に下端が到達するように、泥土モルタル４１を打設する又はソイルセメント１４１を構築すれば、本発明を適用できる。

また、上記の各実施形態では、汚染層１０が地盤１の表面にある場合について説明したが、これに限らず、汚染層１０が地中にある場合であっても、本発明を適用することができる。

第１実施形態の既成杭の設置方法により設置された杭を示す鉛直断面図である。 第１実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その１）である。 第１実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その２）である。 第１実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その３）である。 第１実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その４）である。 第１実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その５）である。 第２実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その１）である。 第２実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その２）である。 第２実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その３）である。 第２実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その４）である。 第２実施形態の既成杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その５）である。 汚染層を有する地盤を示す鉛直断面図である。 ケーシングを用いた杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その１）である。 ケーシングを用いた杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その２）である。 ケーシングを用いた杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その３）である。 ケーシングを用いた杭の設置方法を説明するための鉛直断面図（その４）である。

符号の説明

１ 地盤
１０ 汚染層
１１ 汚染土
１２ 地中障害
２０ 非透水層
３０ 支持層
４０ 第１の掘削孔
４１ 泥土モルタル
５０ 第２の掘削孔
６０ セメントミルク
７０ 既成杭
１００ 全旋回掘削機
１０１ アースオーガ
１０２ 揚重機
１０３ 掘削機
１４０ 掘削孔
１４１ ソイルセメント
１４２ 柱

Claims (3)

1. 汚染層と、当該汚染層の下方に位置する非透水層と、前記非透水層の下方に位置する支持層を備えた地盤に既成杭を設置する方法であって、
   前記非透水層の上面よりも下方の深さ位置まで前記地盤を掘削し、掘削した部分の土砂をアースオーガにより削孔可能な強度の貧配合のセメント系材料に置換する土砂置換ステップと、
   前記置換したセメント系材料が硬化した後、当該硬化したセメント系材料を貫通し、下端が前記支持層に到達するような掘削孔をアースオーガにより削孔する削孔ステップと、
   前記掘削孔内に既成杭を設置する杭設置ステップと、を備えることを特徴とする既成杭の設置方法。
2. 請求項１記載の既成杭の設置方法であって、
   前記土砂置換ステップでは、全旋回掘削機により前記地盤を掘削することを特徴とする既成杭の設置方法。
3. 汚染層と、当該汚染層の下方に位置する非透水層と、前記非透水層の下方に位置する支持層を備えた地盤に既成杭を設置する方法であって、
   前記汚染層を貫通し、下端が前記非透水層の上面よりも下方まで到達するアースオーガにより削孔可能な強度のソイルセメント柱を構築するソイルセメント柱構築ステップと、
   前記ソイルセメント柱を貫通し、下端が前記支持層に到達するように掘削孔をアースオーガにより削孔する削孔ステップと、
   前記掘削孔内に既成杭を設置する杭設置ステップと、を備えることを特徴とする既成杭の設置方法。