JP5468980B2

JP5468980B2 - 先やり防水工法

Info

Publication number: JP5468980B2
Application number: JP2010108446A
Authority: JP
Inventors: 昇坂田; 吾郎坂井; 行博中谷; 信男板橋; 満治小土井; 守宏沼口; 史朗草薙; 大介林
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: JP2011236623A

Description

本発明は、地中構造物の地下接合面に外部から地下水等の水分が構造物内部へ浸入することを防止する、さらに詳しくは、地中構造物を構築しようとする際に、予め、地下外周部のコンクリート打継部や接合部等地下水の浸入が予測されるような箇所を防水する先やり防水工法に関するものである。

従来、地下埋設部を少なくとも一部に有する構造物、すなわち地中構造物を構築する場合に、水分が浸入することを防止するための防水処置を施すことが一般的に行われている。

この防水処置には、構造物地下外壁を構築した後に地下外壁外面に防水処置を施す「後やり工法」と、構造物地下外壁を構築する以前に山留め壁またはコンクリート型枠に防水層を設置せしめ、次いで地下外壁を防水層と密着するように構築する「先やり工法」とに区分することができる。

先やり工法は、後やり工法に比して、地下外壁の外側に防水施工を行う作業スペースが必要ないのが特徴である。

下記特許文献は先やり工法としての一例であり、図３に示すように、地中に構築した土留壁１の内方を掘削し、掘削により露出した凹凸を有する該土留壁１の壁面や掘削底面の内側にコンクリートを打設してコンクリート製の地下構造物の躯体２を構築する方法において、掘削後、前記コンクリートの打設に際し、該土留壁１の壁面や該掘削底面に、繊維素材からなる補強用布材をベースに防水性材料を用いて形成された伸展性を有する防水シート３を配設して防水層４を形成するとともに、該防水層４に、セメント系水和反応性組成物からなり、該防水層４を通して侵入しようとする水と水和反応を生じて水を吸収しつつ膨潤して止水する止水層５を形成する。
特許第３８４３５４４号公報

この特許文献１では、防水シート３の配設に際し、該防水シート３の表面に予め前記止水層５を一体的に形成しておくものであり、また、防水シート３は、前記防水性材料にゴムアスファルト系材料を用いて形成されている。止水層５は、前記セメント系水和反応性組成物にポリマーセメントを用いて形成される。

下記特許文献は先やり工法としての他例であり、地下室設置予定地の周囲にシートパイル工法又は親杭横矢板工法により山留枠状体を構成し、この山留枠状体内の地盤を堀削した後、山留枠状体の壁面に防水層を形成し、この防水山留枠状体を外型枠としてその内側に設けた内型枠間にコンクリートを打設して地下室の躯体を構成する。
特開平８−２６９９８４号公報

防水層は、山留枠状体の壁面にラスモルタルを塗り、防水シートを貼り保護モルタルを塗ることにより形成する。

下記特許文献は先やり工法としての第三例であり、所定間隔で打ち込まれた鋼材と、これらの鋼材の間隙に打設されたソイルセメントと、前記鋼材面から突出するセパレータとで構成され、かつ、前記鋼材面と前記ソイルセメント面とが交互に露出した山留壁面に対する防水工法において、前記セパレータに対応する部分に開口を有する可撓性膜体を用いて、前記鋼材面及び前記ソイルセメント面を覆うように被覆すると共に、該開口からセパレータを突出させ、かつ、前記可撓性膜体を前記ソイルセメント面に固定具により固定した後、前記可撓性膜体の上からポリウレタン系防水材を塗布し、硬化させることにより、前記開口を通して前記鋼材面に接合したポリウレタン系防水層を形成する。
特開２００１−１５９１３６号公報

可撓性膜体は、合成樹脂フィルム、合成樹脂シート、不織布、織布及び合成樹脂フィルム又は合成樹脂シートと不織布又は織布との積層シートから選ばれた１種である。

前記特許文献１〜３に示される従来の先やり防水工法の課題として、以下に示すことが挙げられる。

山留め壁面に凹凸があるため、山留め壁にシートを密着させることができず、水の経路（水みち）が形成されてしまう。

また、現場でシートに汚れが付着することとなどにより、シートとシートの継ぎ目の接着性を確保することが難しく、確実な止水が難しい。

さらに防水後の躯体構築の作業により、シートが破損することがある。

なお、セメント系材料による防水材として、通常の吹き付けコンクリートや、吹き付けモルタルを適用することも考えられるが、乾燥収縮や、山留め壁の切梁を撤去する際に生じる変位などによって、ひび割れが発生してしまい、止水性を確保できなくなる可能性が高い。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、地中構造物躯体を構築する前に、掘削した山留め壁面に防水工を施す先やり工法において、山留め壁の凹凸に対して、完全に密着させることができ、水みちの形成を防ぐことができ、シートのような継ぎ目がないため、防水上の弱点が形成されず、コンクリートやモルタルなどと同様のセメント系材料であることから、躯体構築の作業の際に破損することがない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記載の本発明は、地中構造物躯体を構築する前に、掘削した山留め壁面に防水工として、材齢２８日で１％以上の引張歪みを示すクラック分散型の、繊維径０.０５ｍｍ以下、繊維引張強度１５００〜２５００ＭＰａ、繊維長５〜２０ｍｍのＰＶＡ（ビニロン）短繊維を１〜３体積％含有するものであるＨＰＦＲＣＣ（複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料）を厚さ５〜１５０ｍｍに吹き付け施工して止水層を形成することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、ＨＰＦＲＣＣ（複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料）は、引張力が加わってひび割れが発生する場合でも、短繊維の架橋によって、ひび割れ幅を繊細な範囲に制御し、止水性を確保することができる材料である。このＨＰＦＲＣＣを厚さ５〜１５０ｍｍに吹き付け施工して止水層を形成することで、外防水の先やり防水工法として、山留め壁との密着性に優れ、かつ、破損などが生じることのない確実性の高い防水を実現することができる。

また、ＨＰＦＲＣＣの代表的な材料であるＥＣＣを使用するもので、吹き付け工法に適するものである。

請求項２記載の本発明は、止水層の上に防水シートを貼設することを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、山留め壁面に防水シートを貼り付ける際には、壁面の凹凸によって密着させることができないが、ＨＰＦＲＣＣによって平滑な平面に仕上げることにより、防水シートが密着し、より、防水性が高くなる。

請求項３記載の本発明は、止水層の上に防水シートを貼設し、この防水シート上にクラック分散型のＨＰＦＲＣＣ（複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料）を吹き付け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、防水シートにクラック分散型のＨＰＦＲＣＣ（複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料）を吹き付けることにより、より一層、防水性を高めることができる。

以上述べたように本発明の先やり工法は、地中構造物躯体を構築する前に、掘削した山留め壁面に防水工を施す場合において、山留め壁の凹凸に対して、完全に密着させることができ、水みちの形成を防ぐことができ、シートのような継ぎ目がないため、防水上の弱点が形成されず、コンクリートやモルタルなどと同様のセメント系材料であることから、躯体構築の作業の際に破損することがないものである。

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。図１は本発明の先やり工法の第１実施形態を示す斜視図で、図中１は地中に構築した土留壁である。

土留壁１の内方を掘削し、地中構造物躯体２を構築する前に、掘削により露出した凹凸を有する該土留壁１の壁面に、防水工として、材齢２８日で１％以上の引張歪みを示すクラック分散型のＨＰＦＲＣＣ（複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料；High Performance Fiber Reinforced Cement Composite）６を厚さ５〜１５０ｍｍに吹き付け施工して止水層７を形成した。

前記ＨＰＦＲＣＣとしては、例えば繊維径０.０５ｍｍ以下、繊維引張強度１５００〜２５００ＭＰａ、繊維長５〜２０ｍｍのＰＶＡ（ビニロン）短繊維を１〜３体積％含有するものが挙げられる。

本発明で使用するＨＰＦＲＣＣは、材齢２８日において１％以上の引張歪みを示す性質を有するクラック分散型の高靱性セメント系材料である。例えば特許文献４に開示されるようなＰＶＡ（ビニロン）短繊維を含有する吹き付けに適した配合の材料が好適である。これは、高靱性繊維補強セメント（ＥＣＣ）を基本とした配合を有するものであり、具体的には以下の組成を挙げることができる。すなわち、下記〔Ｍ〕の条件を満たすセメント調合材料に、下記〔Ｆ〕の条件を満たすＰＶＡ短繊維を１〜３体積％（質量換算では例えば１３〜３９ｋｇ／ｍ³）含有させたものが好適な対象として挙げられる。

〔Ｍ〕（セメント系調合材料）
水結合材質量比：２５％以上
砂結合材質量比：０〜１５０％
骨材最大粒径：０.８ｍｍ以下
骨材平均粒径：０.４ｍｍ以下
単位水量：２５０〜４５０ｋｇ／ｍ³
練り上がり時の空気量：３.５〜２０％
高性能ＡＥ減水剤：３０ｋｇ／ｍ³未満
増粘剤：０.０３〜３０ｋｇ／ｍ³

〔Ｆ〕（ＰＶＡ繊維）
繊維径：０.０５ｍｍ以下
繊維引張強度：１５００〜２４００ＭＰａ
繊維長：５〜２０ｍｍ

このような配合のＨＰＦＲＣＣ組成物を調合し、例えば特許文献４に開示されるような手法で十分に撹拌混練して短繊維を均一に分散させた後、型枠の内側（打設側）に例えば圧搾空気を用いた吹付けガンを用いて吹き付ける。吹き付け後のＨＰＦＲＣＣ層の厚さは、想定される温度応力ひび割れの規模に応じて平均厚さ５〜１５０ｍｍの範囲とすればよい。５０ｍｍ以上あるいは１００ｍｍ以下の厚さを確保するように管理してもよい。

図３はかかる吹き付け工法の適用を示すもので、吹付けガン１２はコンプレッサ１３による圧搾空気を用いる。図中９は専用ミキサーで、ここからホッパ１０に材料を投入し、スクイズポンプ１１で吹付けガン１２に材料を送る。図中１４は発電機、１５は配電盤、１６はインバータである。

ＨＰＦＲＣＣは、図４に示すとおり、セメント系材料を短繊維により補強した複合材料（繊維補強セメント複合材料、FRCC；Fiber Reinforced Cementitious Composite)に属するもののうち、一軸直接引張応力下において擬似ひずみ硬化特性を示す材料と定義される。

一軸直接引張応力下における擬似ひずみ硬化特性は、微細で高密度の複数ひび割れを形成することによりもたらされ、ＨＰＦＲＣＣの代表的な材料としては、ミシガン大学のVictor C.Liによりマイクロメカニクスと破壊力学を設計原理としたＥＣＣ（Engineered Cementitious Composite）が知られているのは前記の通りである。

図５は、ＨＰＦＲＣＣの一軸直接引張応力下における擬似ひずみ硬化の概念図であり、初期ひび割れ発生後において引張応力が上昇するという挙動（３）を指す．金属材料が降伏後に示す「ひずみ硬化」とはメカニズムが異なるために、（金属材料の）ひずみ硬化と区別して擬似ひずみ硬化と呼ぶ。

一方、ＦＲＣＣに属するものの中でも一般的な繊維補強コンクリート（ＦＲＣ）では、セメント、モルタル、コンクリートなどの一般的セメント系材料と同様に、ひび割れ発生直後において引張応力が下降する挙動（１）（２）を示し、これをひずみ軟化と呼ぶ．ＨＰＦＲＣＣが属する高靭性繊維補強セメント複合材料（DFRCC；Cuctile Fiber Reinforced Cementitious Composite)の中には、擬似ひずみ硬化特性を示さないが、曲げ応力下において曲げ変形とともに曲げ応力が増加するというたわみ硬化特性を示す材料が含まれており、超高強度繊維補強コンクリートはたわみ硬化特性を有する材料に分類される。

たわみ硬化特性の材料は、荷重条件や部材の断面条件によっては変形が比較的小さい段階で損傷の局所化が生じ、ひび割れ幅を抑制することが難しい。

これは、材料単体で擬似ひずみ硬化特性を示し変形が増大してもひび割れ幅の抑制機能を有しているＨＰＦＲＣＣとは明らかに異なる材料特性の違いであり、特に、環境作用に対する抵抗性の照査において取扱いが異なる。

また、引張終局ひずみ．および平均ひび割れ幅の値は、ＨＰＦＲＣＣにおける擬似ひずみ硬化性の発現の源となる複数ひび割れ現象が確実に生じること、およびＨＰＦＲＣＣを適用するにあたっての大きな利点のひとつである高い耐久性を確保するために最低限必要な性能と考えられる。

本発明の効果を確認するため、ＨＰＦＲＣＣの代表的な材料であるＥＣＣと、水セメント比が５０％で、セメントと細骨材の比が１：３のモルタルの２種類の材料についてφ１００ｍｍ×厚さ１５ｍｍの供試体を作製し、割裂試験でひび割れを発生させた。

ここで、割裂試験の際、ＥＣＣ供試体についてはパイ型ゲージを取り付け、ひずみが１０００μ、２０００μおよび５０００μに達するまでの３通りの載荷を行った。

その結果、これらの供試体には複数の微細ひび割れが発生し、マイクロスコープによって確認された平均ひび割れ幅は、それぞれ０．０２３ｍｍ、０．０３３ｍｍおよび０．０５４ｍｍであった。

また、モルタル供試体については、割裂後、上記の１０００μ、２０００μおよび５０００μの各ひずみに相当する幅０．０４ｍｍ、０．０８ｍｍおよび０．２０ｍｍのひび割れが確保されるように供試体を作製した。その後、１５ｋＰａの圧力を作用させて透水試験を行った。

ＥＣＣ供試体およびモルタル供試体の時間当たりの透水量と経過時間の関係を、図６に示す。ここで、モルタルについては、供試体間の透水量の差が大きいため、縦軸を対数で表示した。これらの図より、モルタルに比べてＥＣＣの透水量は、微量であり、止水性を確保できることが分かる。

この透水量の低下については、図７の写真に示すとおりであり、ひび割れが白色の析出物で充てんされるという自己治癒効果によるものである。

図２は本発明の第２実施形態を示すもので、ＨＰＦＲＣＣによる止水層の上に防水シート８を貼設するようにした。

この防水シート８は従来のものと同じでよく、特に種類を問わない。

山留め壁面に防水シート８を貼り付ける際には、壁面の凹凸によって密着させることができないが、ＨＰＦＲＣＣによって平滑な平面に仕上げることにより、防水シートが密着し、より、防水性が高くなる。

さらに他の実施形態として、図示は省略するが、前記防水シート８を貼設した上に、前記材齢２８日で１％以上の引張歪みを示すクラック分散型のＨＰＦＲＣＣ（複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料；High Performance Fiber Reinforced Cement Composite）を吹き付けるようにしてもよい。

その際クラック分散型のＨＰＦＲＣＣの厚さは防水シート８が平滑に覆われる程度であれば特に問わないが、このようにクラック分散型のＨＰＦＲＣＣを防水シート８に吹き付けることで、より一層、防水性を高めることができる。

本発明の先やり工法の第１実施形態を示す斜視図である。本発明の先やり工法の第２実施形態を示す斜視図である。吹き付け工法の説明図である。繊維補強セメント複合材料の分類図である。引張応力下におけるひずみ硬化および軟化特性の概念図である。試験結果を示すグラフである。本発明を適用した止水層表面の微細化されたひび割れ開口部の様子を示す外観写真である。従来例を示す縦断側面図である。

１…土留壁２…躯体
３…防水シート４…防水層
５…止水層
６…ＨＰＦＲＣＣ（複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料）
７…止水層８…防水シート
９…専用ミキサー
１０…ホッパ１１…スクイズポンプ
１２…吹付けガン１３…コンプレッサ
１４…発電機１５…配電盤
１６…インバータ

Claims

地中構造物躯体を構築する前に、掘削した山留め壁面に防水工として、材齢２８日で１％以上の引張歪みを示すクラック分散型の、繊維径０.０５ｍｍ以下、繊維引張強度１５００〜２５００ＭＰａ、繊維長５〜２０ｍｍのＰＶＡ（ビニロン）短繊維を１〜３体積％含有するものであるＨＰＦＲＣＣ（複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料）を厚さ５〜１５０ｍｍに吹き付け施工して止水層を形成することを特徴とした先やり防水工法。
止水層の上に防水シートを貼設する請求項１記載の先やり防水工法。
止水層の上に防水シートを貼設し、この防水シート上にクラック分散型のＨＰＦＲＣＣ（複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料）を吹き付ける請求項１または請求項２記載に記載の先やり防水工法。