JP5613373B2 - 地中構造物の流動化基礎工法 - Google Patents

Description

本発明は、流動化処理土を用いて地中構造物を埋設する流動化基礎工法に関し、より詳しくは、例えば、地中へパイプライン等の地中構造物を設置する際に、その周囲に埋め戻すための流動化処理土を製造し、得られた流動化処理土を用いて該地中構造物を埋設する流動化基礎工法に関する。

従来、地中に埋設物を設置する際には、地面を掘削して埋設物を設置した後に、その埋設物の周囲に新たに土を埋め戻す必要があるが、単に、掘削した土をそのまま埋め戻すだけでは、隅々まで充填することができないため、流動性のある流動化処理土として埋め戻す方法が実施されている。

そして、この種の流動化処理土は、基本的には、現場で発生した土、セメント等の固化材、および水を混合することによって製造されるものであるため、従来、このような流動化処理土による埋め戻しを行う際には、専用の流動化処理土製造プラントや、該製造プラントを自走式とした車輌等を現場近くに設置し、掘削した土等を該製造プラント等に供給するとともに、該製造プラントで製造した流動化処理土を現場へ運び、打設するという方法が採用されている（下記特許文献１〜３等ご参照）。

特開２０００−８４０６号公報 特開２００４−１９１１８号公報 特開２０００−３４５５７８号公報

ところで、このような流動化処理土を長延長で地中構造物の埋設に適用する場合には、幅が狭く、しかも極めて長距離に亘る領域を埋め戻ししなければならないため、製造プラントで製造した流動化処理土を、ポンプで長距離圧送したり、又は車輌等で搬送することが必要となる。

しかしながら、ポンプによる長距離圧送では、配管の設置や撤去といった作業が必要となる上、配管内での材料の詰まりによるトラブルも生じやすい。また、詰まりを防止するべく事前に大きな粒子のガラなどを除去したり、配管内を洗浄した場合には、これによって生じる汚濁水を別途処理しなければならないといった問題もあり、不経済となりやすいという問題がある。
また、車輌による運搬打設方法では、現場までの運搬路を確保することが困難な場合があり、また、車輌が繰り返し往復することにより騒音や排ガスを発生させ、環境負荷が大きいという問題もある。

さらに、製造プラントを移設する場合には、固化材用のサイロ等を含めた重量物を、その都度解体・搬出し、再度、搬入・組み立てするとともに、配管や配線等の工事を行わなければならず、経済性や工事期間に及ぼす影響も大きいという問題がある。
また、自走式の製造プラントは高価である上、通常の製造プラントよりもコンパクトに各機器が配置されているためにメンテナンス作業が煩雑である上、車輌を用いる場合と同様に、現場までの運搬路を確保することが困難な場合には採用しにくいという問題がある。

このように、流動化処理工法は、現場発生土や水といった安価な材料を主体として使用しているにもかかわらず、さほど安価な工法とはなっておらず、このようなコスト面での問題から、広く普及するには至っていないのが現状であった。

そこで、本発明は、パイプラインや水路のように長距離に亘って埋設する地中構造物を設置するような場合にも、安価で且つ該地中構造物の規模に応じた適切な品質の流動化処理度土を供給しうるような流動化基礎工法を提供することを一の目的とする。
また、本発明は、上記のように安価に流動化処理度土を供給する場合にも、所定の流動特性を満たすような安定した品質の流動化処理土を供給しうるような流動化処理土の製造方法を提供することを他の目的とする。
さらに、本発明は、流動化処理土を用いて安価に地中構造物を埋設することのできる流動化基礎工法を提供することを他の課題とする。

上記のような課題を解決するべく、本発明者らが鋭意研究を行ったところ、従来のような撹拌装置を備えたような従来の製造プラントを使用しなくとも、現場地面を掘削する際に使用するような油圧ショベルを用いるだけで、簡易に流動化処理土を製造することができ、しかも、篩を用いた簡易な試験により所定の透過率を満たしさえすれば、本来、埋め戻し土として構造物基礎などに使用される地盤改良土の品質と同等に流動化処理土の品質を十分に担保することができ、安価に流動化処理土を提供しうることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、流動化処理土を用いて地中構造物を埋設する流動化基礎工法であって、現場発生土と固化材とを油圧ショベルにて予め混合撹拌して混合物とする第一撹拌工程と、該混合物と水とを油圧ショベルにて混合撹拌して流動化処理土とする第二撹拌工程と、該流動化処理土の少なくとも一部を篩に透過させて透過率を測定し、所定の透過率を満たさない場合には該流動化処理土を再度撹拌した後に再度透過率を測定し、所定の透過率を満たすようにする透過率測定工程と、を備えたことを特徴とする流動化基礎工法を提供する。

本発明に係る流動化基礎工法によれば、現場発生土、固化材、及び水を、油圧ショベルを用いて撹拌するようにしたことにより、専用の撹拌装置を備えた製造プラント等を使用することなく安価に流動化処理土を調製することができる。

また、現場発生土、固化材、及び水を油圧ショベルにて混合撹拌することによって調製された流動化処理土の少なくとも一部を篩に透過させて透過率を測定し、所定の透過率を満たさない場合には、該流動化処理土を前記油圧ショベルにて再度撹拌した後に再度透過率を測定し、所定の透過率を満たすようにすることにより、埋め戻しに必要な最低限の品質を備えた流動化処理土とすることができる。

このように、本発明に係る流動化基礎工法は、従来のような流動化処理土の製造プラントを要せず、地中構造物設置に際して地面を掘削した現場近傍にて実施しうるものである。よって、パイプラインや車輌等による長距離の搬送を行わなくとも、製造された流動化処理土を設置した地中構造物の周囲に埋め戻すことができ、しかも、埋め戻しに必要な最低限の品質を満たすものであるため、従来の流動化処理土と同じ作用を発揮することができる。

以上のように、本発明に係る流動化基礎工法よれば、パイプラインや水路のように長距離に亘って埋設するような地中構造物を設置する場合にも、流動化処理度土を安価に供給することができる流動化基礎工法が提供される。

本発明に係る流動化基礎工法の一実施形態において、掘削により生じた現場発生土を所定量採取して盛り土を行い、該盛り土の上に固化材を添加する状態を示した概略図である。 該実施形態において、固化材と現場発生土とを予め混合撹拌する第一撹拌工程を示した概略図である。 該実施形態において、工事用の簡易水槽にて所定量の水と、前記第一撹拌工程にて得られた混合物とを混合撹拌する第二撹拌工程を示した概略図である。 該実施形態において、透過率測定工程で使用する篩の概略を示した斜視図である。 該実施形態において、前記第二撹拌工程により得られた流動化処理土に対して、篩を用いた透過率測定を行う透過率測定工程を示した概略図である。 本発明に係る地中構造物の埋戻し方法の一実施形態を示したものであり、流動化処理土を埋設物の周囲に埋め戻す工程を示した概略図である。 本発明に係る地中構造物の埋戻し方法の他の実施形態を示した概略図であり、埋設物に沿って２機の油圧ショベルを用いて施工する状況を示したものである。

以下、本発明に係る流動化基礎工法の一実施形態について詳細に説明する。
図１〜６は、一実施形態としての流動化基礎工法を、その工程順に示した図である。
本実施形態の流動化基礎工法は、掘削により生じた現場発生土を所定量採取して盛り土を行い、該盛り土の上に所定量の固化材を添加する（図１）とともに、固化材と現場発生土とを予め混合撹拌する第一撹拌工程（図２）と、工事用の簡易水槽にて所定量の水と、前記第一撹拌工程にて得られた混合物とを混合撹拌する第二撹拌工程（図３）と、該第二撹拌工程によって得られた流動化処理土に対して篩（図４）を用いた透過率測定を行う透過率測定工程（図５）とを備えたものである。以下、各工程について具体的に説明する。

先ず、第一撹拌工程（図１）は、固化材３と現場発生土１とを予め混合撹拌しておくことにより、続く第二撹拌工程における均一な混合撹拌を容易に行いうるようにするものである。
具体的には、現場発生土１は、通常、現場の掘削等によって生じる現場発生土が一時的に貯留されていることが多いため、この貯留された現場発生土から容量既知のバケットを備えた油圧ショベル２を用いてこれを採取し、使用する。そして、採取された現場発生土１を所定の高さの台状に盛り上げて盛り土を行う。盛り土の高さは特に限定されるものではないが、油圧ショベルによる撹拌作業が容易であるという観点から、２０ｃｍ〜１ｍ程度とすることが好ましい。
容量既知のバケットを備えた油圧ショベル２を用いることにより、採取する回数を計数することで、現場発生土の使用量を容易に把握することができる。または、盛り土した高さと面積とを計測することによっても、同様に使用量を把握することができる。
バッチ処理により流動化処理土を製造する場合には、撹拌作業の効率化の観点から、油圧ショベル１機当たり、１０〜１００ｍ³の現場発生土を採取して混合することが好ましい。

一方、固化材３は、フレキシブルコンテナバッグ（フレコンバッグともいう）４に既知量の固化材が収容されたものや、市販の袋体入りの固化材を用いることが好ましく、これにより、油圧ショベル２を用いて添加した場合でも、使用した袋の数量を計数することにより、該固化材の添加量を容易に把握することができる。
固化材３の添加量は、従来の流動化処理土と同程度とすることができ、例えば、流動化処理土１ｍ³あたり５０〜２５０ｋｇ／ｍ³の添加量とすることが好ましい。

前記第一撹拌工程においては、図２に示すように、固化材と現場発生土とを、両者の色ムラが概ね目立たなくなる程度に混合撹拌することが好ましい。
該第一撹拌工程では、油圧ショベル２を用いて撹拌を行うことが好ましく、特に、ミキシングタイプのバケットや、スケルトンバケットなどを備えた油圧ショベルを用いることが好ましいが、通常のホウバケットを備えた油圧ショベルを用いることもできる。

また、第一撹拌工程では。現場発生土に含まれる土の塊が、直径１０ｃｍ程度以下となる程度に撹拌することが好ましい。

第二撹拌工程は、図３に示すように、工事用の簡易水槽６にて、所定量の水と、前記第一撹拌工程にて得られた混合物５とを混合撹拌するものである。より具体的には、前記第一撹拌工程にて得られた現場発生土と固化材との混合物５を工事用の簡易水槽６に移し替えた後、油圧ショベル２を用いて撹拌しながら所定量の水の添加を行うことが好ましい。また、予め少量の水を簡易水槽に入れから混合物を投入して、さらに水を添加しても良い。
このように、現場発生土と固化材との混合物５を撹拌しながら水の添加を行うことにより、該混合物中の土塊をより確実に解しながら流動性に優れた流動化処理土を調製することができる。

該第二撹拌工程では、ホウバケットや、ミキシングバケットなど、任意のアタッチメントを備えた油圧ショベルを用いて混合撹拌することができるが、中でも、ミキシングタイプのバケットや、スケルトンバケットを備えた油圧ショベルを用いることにより、水と前記混合物との迅速な混合が可能となる。

水の添加量は、従来の流動化処理土と同程度とすることができ、例えば、現場発生土に対して、３０〜３００重量％の添加量とすることが好ましい。
水の添加量を測定する方法としては、水の供給配管８に設置した流量計７を用いる方法や、水槽の下部に設置したロードセルを用いる方法等を採用することができる。

前記透過率測定工程は、図５に示すように、上記のようにして調製された流動化処理土に対し、篩９を用いた透過率測定を行うことにより、埋め戻しに必要となる流動化処理土の品質を確保するものである。より具体的には、パイプラインや水路、擁壁などの地中構造物に所定の均一で適切な土圧が作用し、安全な強度を発揮するよう、該地中構造物の規模に応じて篩の目開きを決定する。
該透過率測定工程において使用する篩は、地中構造物の規模に応じて調整するが、ふるい目の開きが７５〜３００ｍｍであるものを用いるようにし、好ましくは、例えば図４に示すように、該篩本体１１と、その周囲（より具体的には、四辺のうち三辺）に立設されたホッパ１０とを備えた篩９を使用する。具体的には、試験用の篩として、目開きが７５ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍの篩を用意しておき、掘削した地面と埋設物との隙間の大きさに応じてこの中から適宜選択するようにし、好ましくは、該隙間以下の目開きの篩を試験用篩として選択するものとする。例えば、地面と埋設物との隙間が１００ｍｍである場合には、目開きが７５ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍの篩の中から選択して使用する。
また、地面と埋設物との隙間が十分に大きい場合（例えば、３００ｍｍ以上）には、目開きが２００ｍｍの篩を標準的に使用するようにしてもよい。
例えば、直径が３０００ｍｍ程度の規模の大口径パイプラインに対しては、直径の３％から５％程度の篩目を使用することを標準として、製造される流動化処理土の流動性をも検証しながら、配合と透過率を調整する。
尚、地中構造物の形状や規模等に応じて要求される品質は、例えば、「流動化処理土利用技術マニュアル」（独立行政法人土木研究所／株式会社流動化処理工法総合監理 出版）等を参照して決定することができる。

該透過率測定工程は、図５に示すように、前記撹拌工程において使用した油圧ショベル２を用いて行うことが好ましく、例えば、油圧ショベル２に取り付けたホウバケットを用いて、その１／３乃至１／２の容量の流動化処理土５をすくい上げ、前記篩９の上に少しずつ落とし、篩本体１１を通過する割合を測定するようにして行うことができる。
よって、このような場合には、ホウバケットの幅よりも大きな幅を有する篩本体１１（例えば、ホウバケットの幅が１２０ｃｍであれば、幅１５０ｃｍ以上、長さ１００ｃｍ以上の篩本体）を使用するか、若しくは、図４のように、篩本体１１の上部にホウバケットの幅よりも大きな幅のホッパ１０を備えたものを使用することが好ましい。
また、これらの篩は、図５に示すように、流動化処理土の混合撹拌に使用する工事用の簡易水槽６の上に跨るように設置しうる構成のものが好ましい。

透過率測定では、篩９に供給した流動化処理土が９８重量％以上、好ましくは全量透過することを確認することにより、品質を満たすものとする。但し、該透過率測定では、現場発生土に含まれる粘性土塊をほぐして埋戻しに適した性状とすることを目的とするものであるため、礫やガラ、木片等が篩上に残った場合には、これらを透過率の計算には含めないものとする。
尚、測定する流動化処理土の場所および量は、作成した流動化処理土の量に応じて適宜決定することができるが、例えば、２５ｍ³の水槽を用いて作成した場合には、該水槽の中央部と端部の２箇所以上において、前記油圧ショベルのホウバケットにて上下方向に撹拌した後に該バケットの１／３乃至１／２の容量を掬い取った量とすることが好ましい。

さらに、流動化処理土が一様となった時点で流動化処理土の一般的な管理試験であるフロー試験及び単位体積重量を測定し、所定の管理値の範囲内であることを併せて確認することが好ましい。この透過率測定によって、所定の透過率を満たさない場合には、再度、流動化処理土を混合撹拌し、その後、再び透過率測定を行い、所定の透過率を満たすまでこれを繰り返すものとする。

図６は、上記のようにして製造した流動化処理土を用いて地中構造物を埋設する場合の一実施形態を示した概略図である。前記工事用の簡易水槽６にて製造された流動化処理土は、該水槽から、油圧ショベル２のホウバケットを用いて、直接地中構造物１３の周囲へと埋戻される。地中構造物の周囲に埋め戻された流動化処理土は、上記のような透過率測定によって埋戻しに必要な品質を満たすものとなっているため、該埋設物の下部にも隙間無く充填されることとなる。

尚、充填性が特に要求されないような地中構造物の上半分には、余剰の現場発生土や、流動化処理土の製造に際して除去された礫やガラ、木片等を埋戻してもよく、また、下半分と同様に、流動化処理土を埋め戻しても良い。

流動化処理土の埋戻し作業は、図５に示すように、簡易水槽６に設置された配管１２から打設するようにしても良いし、打設距離が長い場合には、ポンプによる圧送を行っても良い。
また、仮に、流動化処理土中に十分にほぐれていない土塊が混入しており、配管やポンプ等で打設できない場合であっても、前記油圧ショベル２や篩９によりこのような土塊を除去し、地中構造物の上部に埋戻すことができ、或いは次バッチの製造に於いて再度混合撹拌することにより解砕し、処理することもできる。

このように、本実施形態に係る流動化基礎工法によれば、主として、油圧ショベル、工事用の簡易水槽、及び透過率測定用の篩のみを用い、所定の品質を有する流動化処理土を簡易且つ安価に製造することができる。
より具体的には、上記の如き流動化基礎工法によれば、専用の流動化処理土製造プラントを使用しなくとも、油圧ショベルのオペレーターが客観的に粘性土塊の有無を管理して一定品質の流動化処理土を製造することができるため、安価に且つ安定して流動化処理土を製造しうるという利点がある。

また、使用する機材が主として油圧ショベル、工事用の簡易水槽、及び篩のみであるため、長距離に亘る地中構造物の埋設工事に際しても、埋設現場に沿ってこれらの機器のみを順次移動させるだけで良く、解体や組み立てといった煩雑な手間とそれに要するコストを削減し、簡易且つ安価に地中構造物の埋設を行いうるという利点がある。

尚、本発明の流動化処理土の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、現場発生土と固化材とを予め混合撹拌する第一撹拌工程と、さらに水を加えて混合撹拌する第二撹拌工程とにより、撹拌工程を実施するようにしたが、本発明はこのような場合に限定されず、直接、現場発生土と固化材と水とを混合撹拌するようにしてもよい。
また、上記実施形態とは異なる組合せ（例えば、現場発生土と水、固化材と水）にて予め混合撹拌する第一撹拌工程を実施した後、残る成分を加えて混合撹拌する第二撹拌工程を実施するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、採取した現場発生土を用いて盛り土を作成し、これに固化材を添加するようにしたが、盛り土を行わず、地面に所定の深さの穴（ピット）を掘り、その中で現場発生土と固化材等との撹拌を実施してもよく、或いは、水との混合撹拌に使用する工事用の簡易水槽を使用し、その中で現場発生土と固化材との撹拌を実施してもよい。

また、水と他の材料との混合撹拌においても同様であり、上記実施形態では、工事用の簡易水槽を使用してこれらの撹拌を行ったが、本発明はこのような実施形態に限定されず、例えば、地面に所定の深さの穴（ピット）を掘り、その中で水と、他の材料との撹拌を実施するようにしてもよい。

また、上記実施形態では特に言及していないが、同一の工程において複数の油圧ショベルを同時に使用してもよく、また、各工程毎に別々の油圧ショベルを使用し、流れ作業のようにして順次各工程を実施するようにしてもよい。
例えば、図７に示すように、設置する埋設物の長手方向に沿って複数の油圧ショベルを配置し、前方（図７において左側）の油圧ショベル２によって現場発生土１への固化材３の添加や、現場発生土１と固化材３との混合撹拌を行うとともに、後方（図７において右側）の油圧ショベル２によって該撹拌混合によって得られた混合物と水との撹拌混合や、得られた流動化処理土の埋戻しを行い、これらの作業を同時並行して実施しながら、下流側（図７において左側）へ順次施工するようにしてもよい。

さらに、本発明においては、流動化処理土の透過率を測定するようにしているが、これに加えて、流動化処理土の密度を測定するようにしても良い。

１ 現場発生土
２ 油圧ショベル
３ 固化材
４ フレコンバッグ
５ 現場発生土と固化材との混合物
６ 工事用の簡易水槽
７ 流量計
８ 水供給用配管
９ 透過率測定用の篩
１０ ホッパ
１１ 篩本体
１２ 埋め戻し用配管
１３ 地中構造物

Claims (3)

1. 流動化処理土を用いて地中構造物を埋設する流動化基礎工法であって、
   現場発生土と固化材とを油圧ショベルにて予め混合撹拌して混合物とする第一撹拌工程と、該混合物と水とを油圧ショベルにて混合撹拌して流動化処理土とする第二撹拌工程と、該流動化処理土の少なくとも一部を篩に透過させて透過率を測定し、所定の透過率を満たさない場合には該流動化処理土を再度撹拌した後に再度透過率を測定し、所定の透過率を満たすようにする透過率測定工程と、を備えたことを特徴とする流動化基礎工法。
2. 前記篩の目開きが前記地中構造物の規模に応じて決定されることにより、前記流動化処理土の品質が地中構造物の規模に応じて決定されることを特徴とする請求項１記載の流動化基礎工法。
3. 前記篩を透過させた後、該篩に残留する現場発生土を再度撹拌し、篩を透過させる循環工程を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の流動化基礎工法。

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