JP5281213B1 - 芯材およびそれを用いたソイルセメント連続壁工法 - Google Patents

Abstract

【課題】芯材を建て込むことができ芯材の挿入性の向上を図ることができ、しかもこのようにした場合であっても、芯材の建て込み精度および削孔精度を確保でき、さらに工期も短縮でき、バイブロハンマー併用の頻度を減少させることが可能であり、近隣環境に配慮した施工が可能になるソイルセメント連続壁の施工法およびそれに使用する芯材を提供する。
【解決手段】多軸混練オーガー機で地盤を掘削し、固結液と掘削土砂との混合物が入った掘削丸孔が地盤に数珠繋ぎ状に連続するエレメントを順次ラップさせて連続一体の壁体を造成する、もしくは、ベースマシンと接続するチェーンソー型のカッターポストで地盤を掘削し、横方向に移動させて、溝の掘削と固化液の注入、原位置土との混合・撹拌を行い、地中に連続したソイルセメント壁を造成するソイルセメント連続壁施工を行う場合において、エレメントの掘削丸孔に挿入する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼は、先端に向かい先細りとなるようにフランジ幅を順次縮径させたものを設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、土止め壁工法として、原位置土とセメント混合液を削孔〜注入〜混練し、応力材としてＨ形鋼を挿入して連続した地中壁を造成するソイルセメント連続壁工法およびそれに使用する芯材に関するものである。

ソイル柱壁の施工として、ソイルセメント連続壁工法である多軸掘削機による原位置土混合工法（Ｓｏｉｌ Ｍｉｘｉｎｇ Ｗａｌｌ、ＳＭＷ）が知られている。

このソイルセメント連続壁工法は、連続一体のソイルセメント連続壁として、多軸混練オーガー機を使用して、エレメント端の削孔混練軸を次エレメントに完全ラップさせてソイルセメント連続壁を造成していくものであり、ベースマシーンに３軸及び５軸の多軸オーガを搭載し、両端のオーガスクリューを完全ラップさせての削孔・混練を行うため止水性に優れた壁体の造成が可能である。

造成されたソイルセメント連続壁には、芯材としてＨ型鋼や鋼管等の鋼材を挿入する。

図６、図７に３軸の多軸混練オーガー機を示すが、油圧モータおよび減速機からなる駆動機構４に掘削軸５を下方に向けて連結し、かつ、この掘削軸５を複数本（図示では３本）並列させたものである。

掘削軸５は先端に掘削ヘッド５ａを設け、また、途中に断続するスクリュー羽根による攪拌翼兼用の掘削翼５ｂを設けたものである。また、図示は省略するが、この掘削軸５は中空軸で内部にセメントミルク等の固結液を通流させ、これを掘削ヘッド５ａの吐出口より注出できる。

前記駆動機構４は掘削軸５を連結した状態で、クローラ等のベースマシーン１に起立するリーダーマスト２のトップシーブ３からワイヤーで吊り支する。さらに、駆動機構４は背面に設けた湾曲ブラケット６をリーダーマスト２に沿設したリーダー７に係合させる。図中８はリーダーマスト２の下端に設けた首かせ状の振れ止めで、掘削軸５が上下に貫通する。

前記多軸混練オーガー機がこのような軸の場合、その施工手順は下記特許文献にもあるように、図８、図９に示すようにするのが一般である。
特公昭６２−５４９２９号公報

各エレメント１〜３は、駆動機構４により掘削軸５を回転駆動し、掘削ヘッド５ａで錐揉み状に掘削を行い、掘削時に掘削ヘッド５ａよりセメントミルク等の固結液を吐出させて、土中において原位置土と混合して造成したソイルセメント壁体であり、固結液と掘削土砂との混合物が入った掘削丸孔が地盤に数珠繋ぎ状に連続するもので、エレメント１（一次掘削溝）を形成し、次いでエレメント１（一次掘削溝）の長手方向延長線上に各掘削軸にて掘削丸孔を地盤に数珠繋ぎ状に連続させて穿設して掘削土砂と固結液との混合物が入ったエレメント２（二次掘削溝）を形成して一次及び二次掘削溝間に掘残し部を形成し、然るのち一次及び二次掘削溝内の固結液と掘削土砂との混合物が未硬化の状態の時に一次及び二次掘削溝の相隣接せる端部の掘削丸孔を案内孔とし、多軸掘削機の両端の掘削軸を案内孔となる端部の掘削丸孔内にそれぞれ挿入しつつ掘残し部を内側の掘削軸にて掘削すると共に固結液と掘削土砂とを混合してエレメント３（三次掘削溝）を形成する。

そして、かかるソイルセメント壁体を建築・土木の地下工事における土留め壁として使用する場合は、図１０に示すように応力負担材（芯材）としてＨ形鋼１０を建て込む。

なお、この応力負担材（芯材）であるＨ形鋼１０は図１１に示すように、掘削軸にての掘削丸孔のすべてではなく、１つ置きに建て込むこともある。

このＨ形鋼１０の建て込みは、セメントミルク等の固結液を吐出後、固結液が硬化する前にクレーンなどで吊り込むものであり、先行エレメントに芯材を建て込んだ後、後行エレメントの削孔を開始する。

深さ方向に山留めＨ形鋼杭の断面性能を変化させることを内容とするものとして、例えば下記特許文献がある。
特許第４４５０２４０号公報

この特許文献２は、山留めＨ形鋼杭の接合構造において、長さ方向に配置するＨ形鋼杭のうち、一方の杭のウェブ高さを他方の杭のウェブ高さに対して殆ど変化させない寸法とし、一方の杭のフランジ幅に対して他方の杭のフランジ幅を変化させた寸法とし、且つ長さ方向における両杭の各片側のフランジ同士を面位置に合わせ、両杭の端面同士を連結固定したものである。

さらに、山留めＨ形鋼杭の接合構造において、長さ方向の上下位に配置するＨ形鋼杭のうち、一方の杭を下杭とし、他方の杭を上杭とし、下杭のウェブ高さに対して上杭のウェブ高さをほぼ同じ寸法とし、下杭のフランジの幅に対して上のフランジの幅を短い寸法とし、且つ上下杭における片側のフランジ同士を面位置に合わせ、下杭と上杭の端面同士を連結固定したものである。

まず、エレメント１（一次掘削溝）の芯材とエレメント２（二次掘削溝）の芯材の建込精度が悪いと、エレメント３（三次掘削溝）の施工精度を確保することがむずかしい。特に、エレメント３（三次掘削溝）はエレメント１（一次掘削溝）の芯材とエレメント２（二次掘削溝）の間を掘削するので、精度が悪いと芯材に当り傷つけることになる。

また、従来のソイルセメント連続壁工法では、一般に施工深さで４５ｍ程度（根切り底レベルで３５ｍ程度）までが施工精度的に限界であった。それ以上の掘削深度まで施工するには以下の問題が生じていた。
（１）施工精度が悪くなる。従来の施工方法では１／１５０〜１／２５０以上の削孔精度の確保が困難なため、山留が不連続になる。
（２）削孔壁面と芯材との干渉発する。掘削壁面に芯材が接触し、芯材が高止まりする（引っかかる）。
（３）砂質土の沈降による芯材との高止まりがある。深く削孔すればするほど削孔壁面から土砂（細砂）の崩落が多く、また、芯材の建て込みにも時間を要するため、余計に細砂が底に沈殿する。
（４）多量の地下水の処理が必要となる。

図１２はその様子を示すもので、（ａ）は通常時、（ｂ）は削孔精度が悪い場合、（ｃ）は芯材と削孔壁干渉の場合、（ｄ）は建込み時に芯材高止まりがある場合である。

なお、前記特許文献２は、山留めＨ形鋼杭にかかるコストを低減することを目的とするものであり、深さ方向に山留めＨ形鋼杭の断面性能を変化させるとしても、芯材の先端部と削孔壁面との隙間は確保するというものではない。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、多少削孔精度が最深部で悪くても細径となった芯材の先端部と削孔壁面との隙間は確保され、芯材との干渉の可能性を低減でき、その結果、大深度の施工に対応できる、芯材およびそれを用いたソイルセメント連続壁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ソイルセメント連続壁工法に使用する芯材としては、ソイルセメント連続壁施工を行う場合において、掘削孔に挿入する応力負担材としての芯材であり、先端に向かい先細りとなるようにフランジ幅を順次縮径させたＨ形鋼からなること、および、ソイルセメント連続壁工法は、多軸混練オーガー機で地盤を掘削し、固結液と掘削土砂との混合物が入った掘削丸孔が地盤に数珠繋ぎ状に連続する先行エレメントのソイルセメント壁を造成する、次に同様な数珠繋ぎ状に連続する後行エレメントのソイルセメント壁を前記先行エレメントのソイルセメント壁に順次ラップさせて連続一体の壁体を造成するか、ベースマシンと接続するチェーンソー型のカッターポストで地盤を掘削し、横方向に移動させて、溝の掘削と固化液の注入、原位置土との混合・撹拌を行い、地中に連続したソイルセメント壁を造成するものであることを要旨とするものである。

ソイルセメント連続壁工法としては、多軸混練オーガー機で地盤を掘削し、固結液と掘削土砂との混合物が入った掘削丸孔が地盤に数珠繋ぎ状に連続する先行エレメントのソイルセメント壁を造成する、次に同様な数珠繋ぎ状に連続する後行エレメントのソイルセメント壁を前記先行エレメントのソイルセメント壁に順次ラップさせて連続一体の壁体を造成する連続壁施工を行う場合において、エレメントの掘削丸孔に挿入する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼は、先端に向かい先細りとなるようにフランジ幅を順次縮径させたものを設置すること、もしくは、ベースマシンと接続するチェーンソー型のカッターポストで地盤を掘削し、横方向に移動させて、溝の掘削と固化液の注入、原位置土との混合・撹拌を行い、地中に連続したソイルセメント壁を造成するソイルセメント連続壁施工を行う場合において、エレメントの掘削丸孔に挿入する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼は、先端に向かい先細りとなるようにフランジ幅を順次縮径させたものを設置することを要旨とするものである。

本発明によれば、Ｈ鋼の芯材のフランジをテーパー状に加工する、若しくは台形状のプレートをフランジとしたビルトＨ鋼により先端を細く加工する。芯材の最深部付近の先端が細径になる事により、多少掘削精度が最深部で悪くても細径となった芯材の先端部と削孔壁面との隙間は確保され、芯材との干渉の可能性を低減できる。

以上述べたように本発明の芯材およびそれを用いたソイルセメント連続壁工法は、多少削孔精度が最深部で悪くても細径となった芯材の先端部と削孔壁面との隙間は確保され、芯材との干渉の可能性を低減でき、その結果、大深度の施工に対応できるものである。

また、従来は、砂粒子の沈降等で芯材が高止まりした際に、バイブロハンマー併用建て込みを実施していが、本発明によりバイブロハンマー併用の頻度を減少させることが可能であり、近隣環境に配慮した施工が可能になるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、ソイルセメント柱列壁工法の場合で、本発明のソイルセメント連続壁工法の概要は基本的には前記従来例と変わらず、図６〜図１１で示した通りであり、連続一体のソイルセメント連続壁として、多軸混練オーガー機を使用して、エレメント端の削孔混練軸を次エレメントに完全ラップさせてソイルセメント連続壁を造成していくものであり、ベースマシーンに３軸及び５軸の多軸オーガを搭載し、両端のオーガスクリューを完全ラップさせての削孔・混練を行うもので、造成されたソイルセメント連続壁には、芯材としてＨ型鋼を挿入する。

図１〜図５は本発明のソイルセメント連続壁工法（連続連続壁施工）を行う場合において、エレメントの掘削丸孔に挿入する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼１０を示すもので、複数ピースを縦にボルトジョイントもしくは溶接ジョイントで接続して所定長さにしたものである。

本発明のＨ形鋼１０は、先端に向かい先細りとなるようにフランジ１０ａの幅を順次縮径αさせたものである。１０ｂはウェブを示すが、ウェブは縮径しない。

一例として全体の長さが４５．０ｍの芯材で、Ｈ−７００ｍｍ×３００ｍｍ×１３ｍｍ×２４ｍｍで、上杭１７０００ｍｍ、中杭１４０００ｍｍ、下杭１４０００ｍｍである。

このようにＨ形鋼１０は基本的にはＨ７００ｍｍ×３００ｍｍであり、図４に示す断面はこの寸法であり、図５に示す先端部分ではＨ７００ｍｍ×２００ｍｍ〜２５０ｍｍとした。

また、縮径αの長さ部分は前記下杭１４０００ｍｍよりさらに先の部分であり、芯材全体に対して床付用にマットスラブ以深として、長さ４０００ｍｍ〜６０００ｍｍである。

かかるＨ形鋼１０の先端に向かい先細りとなるようにフランジ１０ａの幅を順次縮径αする加工は、Ｈ形鋼１０の成型時の絞り加工時に行うこともできるが、台形のプレートをフランジとしたビルトＨとする方法も可能である。

他の実施形態として、本発明は、前記多軸混練オーガー機を使用して、エレメント端の削孔混練軸を次エレメントに完全ラップさせてソイルセメント連続壁を造成していくソイルセメント柱列壁工法の他に、地中に建て込んだチェーンソー型のカッターポストをベースマシンと接続し、横方向に移動させて、溝の掘削と固化液の注入、原位置土との混合・撹拌を行い、地中に連続した壁を造成する（トレーダー工法）にも適用可能である。

図１３にこの工法に使用する掘削を示す。図中１１はベースマシンであり、１２はカッターポスト、１３はカッターチェーンである。

Ｈ鋼などの芯材を建て込み、地下掘削時の土留め止水壁として適用できるが、掘削孔に挿入する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼は、先端に向かい先細りとなるようにフランジ幅を順次縮径させたものを設置する。

本発明のソイルセメント連続壁工法で使用する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼の正面図である。 本発明のソイルセメント連続壁工法で使用する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼の要部の正面図である。 本発明のソイルセメント連続壁工法で使用する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼の要部の側面図である。 図１のＡ−Ａ線端面図である。 図１のＢ−Ｂ線端面図である。 ソイルセメント連続壁工法で使用する多軸掘削機の側面図である。 ソイルセメント連続壁工法で使用する多軸掘削機の側面図である。 ソイルセメント連続壁工法の説明図である。 ソイルセメント連続壁工法の側面図である。 ソイルセメント連続壁工法の側面図である。 芯材にＨ形鋼を使用した場合の建て込み状態を示す平面図である。 大深度の場合の問題点を示す説明図である。 トレーダー工法に使用する掘削装置の説明図である。

１ ベースマシーン ２ リーダーマスト
３ トップシーブ ４ 駆動機構
５ 掘削軸 ５ａ 掘削ヘッド
５ｂ 掘削翼 ５ｃ ビット
６ 湾曲ブラケット
７ リーダー ８ 振れ止め
１０ Ｈ形鋼 １０ａ フランジ
１０ｂ ウェブ １１ ベースマシン
１２ カッターポスト １３ カッターチェーン

Claims (5)

1. ソイルセメント連続壁工法に使用する芯材であり、掘削孔に挿入する応力負担材としての芯材であり、先端に向かい先細りとなるようにフランジ幅を順次縮径させたＨ形鋼からなることを特徴とした芯材。
2. ソイルセメント連続壁工法は、多軸混練オーガー機で地盤を掘削し、固結液と掘削土砂との混合物が入った掘削丸孔が地盤に数珠繋ぎ状に連続する先行エレメントのソイルセメント壁を造成する、次に同様な数珠繋ぎ状に連続する後行エレメントのソイルセメント壁を前記先行エレメントのソイルセメント壁に順次ラップさせて連続一体の壁体を造成する請求項１記載の芯材。
3. ソイルセメント連続壁工法は、ベースマシンと接続するチェーンソー型のカッターポストで地盤を掘削し、横方向に移動させて、溝の掘削と固化液の注入、原位置土との混合・撹拌を行い、地中に連続したソイルセメント壁を造成する請求項１記載の芯材。
4. 多軸混練オーガー機で地盤を掘削し、固結液と掘削土砂との混合物が入った掘削丸孔が地盤に数珠繋ぎ状に連続する先行エレメントのソイルセメント壁を造成する、次に同様な数珠繋ぎ状に連続する後行エレメントのソイルセメント壁を前記先行エレメントのソイルセメント壁に順次ラップさせて連続一体の壁体を造成する連続壁施工を行う場合において、エレメントの掘削丸孔に挿入する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼は、先端に向かい先細りとなるようにフランジ幅を順次縮径させたものを設置することを特徴としたソイルセメント連続壁工法。
5. ベースマシンと接続するチェーンソー型のカッターポストで地盤を掘削し、横方向に移動させて、溝の掘削と固化液の注入、原位置土との混合・撹拌を行い、地中に連続したソイルセメント壁を造成するソイルセメント連続壁施工を行う場合において、掘削孔に挿入する応力負担材（芯材）であるＨ形鋼は、先端に向かい先細りとなるようにフランジ幅を順次縮径させたものを設置することを特徴としたソイルセメント連続壁工法。

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