JP5648085B2

JP5648085B2 - 杭の構築方法

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Publication number: JP5648085B2
Application number: JP2013109202A
Authority: JP
Inventors: 金子　正; 正金子; 敏己須藤; 伴師横山
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: JP2013177808A

Description

本発明は、狭隘な敷地において杭を構築する方法に関する。

従来より、狭隘な敷地において場所打ち杭を構築する場合には、深礎工法が用いられている。深礎工法では、人力又は小型の掘削装置により地盤を円筒状に掘削するとともに、掘削の進行に合わせて孔壁面に沿うように円弧状のライナープレートを周方向及び上下方向に接続していく。このライナープレートにより周囲の地盤が支持され、地盤の崩壊を防止できる（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。

特開平６−３３６８２号公報

建築施工法編集研究会編集、「最新建築施工法事典」初版、産業調査会事典出版センター、２００４年７月１５日、ｐ．１５３−１５５

ところで、ライナープレートを用いた方法では、ライナープレートの背面側に地盤との隙間を塞ぐために、グラウト等を注入する必要があり、施工に手間がかかるという問題がある。また、地下水位が高い場所では、予め、地盤に薬液注入を行って地盤改良をする必要があるため、手間とコストがかかる。

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、狭隘な敷地において、手間やコストをかけずに杭を構築する方法を提供することである。

本発明の杭の構築方法は、杭を構築するべく地盤を掘削するために、前記杭の外周に相当する位置に、複数のソイルセメント柱を環状に連結することにより、ソイルセメント壁を下端が地下水位よりも低い深さまで到達し、前記杭の下端に相当する深さまでは到達しないように構築するソイルセメント壁構築ステップと、前記ソイルセメント壁の内部を通して前記杭の下端に相当する深さまでＴＢＨ工法で用いられる掘削機により孔内に安定液を満たした状態で地盤を掘削して掘削孔を形成する地盤掘削ステップと、前記掘削孔内に鉄筋かごを配置する鉄筋かご配置ステップと、前記掘削孔内にコンクリートを打設するコンクリート打設ステップと、を備え、ソイルセメント壁構築ステップは、ロッドの先端に掘削翼が設けられ前記ロッドの先端からセメントミルクを排出可能な単軸のボーリングマシーンを用いて地盤を削孔攪拌することにより、隣接する前記ソイルセメント柱のうち一方を構築する第１のステップと、前記ボーリングマシーンを用いて地盤を削孔攪拌することにより、隣接する前記ソイルセメント柱のうち他方を構築する第２のステップとを備え、前記第１のステップでは、前記ソイルセメント柱を一つおきに構築し、前記第２のステップでは、構築済みの前記ソイルセメント柱の側部を前記掘削翼で切削しながら掘削し、掘削した孔内で削孔攪拌して残りのソイルセメント柱を一つずつ構築することにより、隣接するソイルセメント柱同士を互いに重なり合わせて連結することを特徴とする。

本発明によれば、ソイルセメント柱が環状に連結されてなるソイルセメント壁を設け、このソイルセメント壁の内部を掘削して掘削孔を形成するため、グラウト等の注入作業が不要となり、手間やコストを削減できる。また、ソイルセメント壁は止水性を有するため、掘削孔内に地下水が内部に浸透するのを防止できる。

場所打ち杭の構築方法を説明するための図（その１）であり、（Ａ）は鉛直断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。場所打ち杭の構築方法を説明するための図（その２）であり、鉛直断面図である。場所打ち杭の構築方法を説明するための図（その３）であり、鉛直断面図である。場所打ち杭の構築方法を説明するための図（その４）であり、鉛直断面図である。ソイルセメント壁を構築する方法を説明するための図である。ソイルセメント壁を構築する際に用いられる掘削機の回転掘削翼を示す図である。ソイルセメント壁を構築する方法を説明するための図であり、（Ａ１）、（Ｂ１）は平面図、（Ａ２）、（Ｂ２）は鉛直断面を拡大して示す図である。別の実施形態の方法により構築された場所打ち杭を構築するためのソイルセメント壁を示す平面図である。

以下、本発明の場所打ち杭の構築方法の一実施形態を、既存の鉄道の駅の狭隘な敷地において場所打ち杭を構築する場合を例として説明する。なお、本実施形態では、地下水位が場所打ち杭の下端よりも高い位置に位置しているものとする。

図１〜図４は、本実施形態の場所打ち杭の構築方法を説明するための図である。なお、図１（Ａ）及び図２〜図４は鉛直断面図、図１（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。
まず、図１に示すように、場所打ち杭の構築位置の周囲に円筒状のソイルセメント壁１０を構築する。ソイルセメント壁１０は、複数の円柱状のソイルセメント柱１１が環状に連結されてなる。これらソイルセメント柱１１は、隣接するソイルセメント柱１１の中心間の距離がソイルセメント柱１１の直径よりも小さく、各ソイルセメント柱の両側部が隣接するソイルセメント柱１１と部分的に重なり合うように構築されている。また、ソイルセメント壁１０は、下端が地下水位よりも低い深さまで到達している。

なお、ソイルセメント柱１１としては、例えば、直径２５００ｍｍ程度の場所打ち杭を構築する場合には、直径６００ｍｍ程度とすればよい。また、後述するように、ソイルセメント壁１０に周囲の地盤から圧縮荷重が作用した際に、ソイルセメント柱１１同士の間でこの圧縮荷重を伝達することができるように、隣接するソイルセメント柱１１の互いに重なり合う部分の幅（図５（Ｂ）におけるＤ）を、例えば、１５０ｍｍ程度としてもよい。ただし、ソイルセメント柱１１の直径や重なり合う部分の幅はこれらに限定されるものではない。

以下、ソイルセメント壁１０の構築方法を説明する。
図５は、ソイルセメント壁１０を構築する方法を説明するための図である。まず、図５（Ａ）に示すように、ソイルセメント壁１０を構成するソイルセメント柱１１を一つおきに構築していく。ソイルセメント柱１１は、例えば、先端に地盤を掘削するための掘削翼が接続されたロッドを備え、このロッドの先端からセメントミルクを排出可能なボーリングマシーンを用い、ボーリングマシーンにより地盤を掘削して円柱状の掘削孔を形成した後、ロッドを回転したまま引き上げながら、ロッド先端からセメントミルクを掘削土内に排出し、掘削土とセメントミルクを混合攪拌することで構築できる。

なお、本実施形態では、掘削翼を回転させて地盤を回転攪拌することにより地盤を削孔攪拌するものとしたが、これに限らず、掘削翼を回転させるとともに掘削翼を上下に振動させることで地盤を削孔攪拌してもよいし、下方に向かって水又はセメントミルクを噴射することにより地盤を攪拌してもよい。さらに、これらの方法を組み合わせてもよく、地盤を削孔攪拌する方法については地盤の状況に応じて適宜選択すればよい。

次に、図５（Ｂ）に示すように、間を空けて構築されたソイルセメント柱１１Ａの間に新たにソイルセメント柱１１Ｂを構築する。なお、新たにソイルセメント柱１１Ｂを構築すべく地盤を掘削する際に、既に構築が完了した隣接するソイルセメント柱１１Ａの側部を切削する。そして、掘削孔内においてセメントミルクを掘削土と混合攪拌することで、隣接するソイルセメント柱１１同士が連結される。なお、ソイルセメント柱１１Ａの側部を切削する際に、ソイルセメントが硬く掘削翼を回転させる方法を適用することが困難な場合には、上記説明した掘削翼を上下に振動させる方法や、下方に向かって水又はセメントミルクを噴射する方法を組み合わせて用いればよい。
なお、図１に示すように、ソイルセメント柱１１の上端部が地表面よりも低い場合には、孔壁面を保護するため、ソイルセメント柱１１の上部に環状のライナープレート１２を取り付けてもよい。

このようにして環状のソイルセメント壁１０を構築した後、図２に示すように、ソイルセメント壁１０の内側を、掘削機２０により所定深さまで地盤を掘削して掘削孔１３を形成する。掘削機２０としては、狭隘な敷地でも掘削可能な、例えば、ＴＢＨ工法に用いられる掘削機などが適している。この際、内部に掘削孔１３内に安定液を満たすこととなるが、ソイルセメント壁１０が掘削孔１３の周囲を囲繞しており、ソイルセメント壁１０が止水性を有するため、安定液が周囲に漏れ出すのを防止できる。すなわち、場所打ち杭３０の構築の対象となる敷地の周囲に地下構造物などがある場合には、掘削孔１３から安定液が漏れ出すと地下構造物内に安定液が侵入してしまい問題となるが、本実施形態ではこれを防止できる。また、ソイルセメント壁１０が止水性を有するため、地下水が内部へ染み出すのも防止することができる。

地盤１を掘削すると、ソイルセメント壁１０には周囲の地盤１から土水圧が作用するが、ソイルセメント壁１０が環状に形成されているため、リングコンプレッション効果によりこの土水圧に対して抵抗することができる。また、ソイルセメント壁１０は止水性を有するため、地下水が内部へ染み出すのを防止できる。

次に、図３に示すように、掘削孔１３内に鉄筋かご１４を建て込む。なお、鉄筋かご１４は、予め、長さ方向に複数に分割されたものを、建て込みながら連結するとよい。
次に、図４に示すように、掘削孔１３内にトレミー管２１を挿入し、トレミー管２１を通して掘削孔１３内にコンクリート１５を打設する。打設したコンクリート１５が硬化することで場所打ち杭の構築が完了する。

本実施形態によれば、ソイルセメント柱１１を環状に連結することで、リングコンプレッション効果により土水圧に抵抗することで地盤を支持することができ、また、ソイルセメント柱１１を下端が地下水位よりも深い位置まで到達するようにしたため、周囲の地盤１から掘削孔１３内に地下水が内部に浸透するのを防止できるとともに、掘削孔１３内に安定液を満たす場合には、安定液が周囲に染み出すのを防止できる。

また、従来のように、ライナープレートを連結して地盤を支持する方法では、地盤への薬液注入作業、ライナープレートの設置作業、及びグラウトの注入作業を行わなければならず、手間とコストがかかっていたが、本実施形態ではソイルセメント柱１１を環状に構築するのみでよいので、施工にかかる手間とコストを削減できる。

また、ソイルセメント壁１０も鉛直荷重を負担することができるのでソイルセメント壁１０も杭として機能させることができ、ソイルセメント壁１０が場所打ち杭３０と一体となることで、場所打ち杭１０の鉛直方向支持力を向上することができる。さらに、ソイルセメント壁１０を構成する全ての又は一部のソイルセメント柱１１の内部にＨ型鋼や鋼管などの芯材を埋設することとすれば、ソイルセメント壁１０の強度が向上され、場所打ち杭３０の支持力がさらに向上される。

なお、本実施形態では、各ソイルセメント柱１１を、その端部が隣接するソイルセメント柱１１と重なるように構築することで、ソイルセメント柱１１同士を連結したが、ソイルセメント柱１１の連結方法はこれに限られない。

以下、ソイルセメント柱１１の連結方法が異なる別の実施形態について説明する。
本実施形態では、図６に示すように、ロッド１１０の先端に回転掘削翼１００が取り付けられた掘削機２００を用いる。この掘削機２００は、地上から圧送されたセメントミルクを回転掘削翼１００の下部から下方へ噴射する状態と、回転掘削翼１００の先端から側方へ噴射する状態とを切換可能に構成されている。また、掘削機２００はロッド１１０の回転角度を所定の角度範囲に限定することにより、回転掘削翼１００の先端から側方へセメントミルクを噴射する範囲を限定することができる。

図７はかかる掘削機を用いてソイルセメント壁を構築する方法を説明するための図であり、（Ａ１）、（Ｂ１）は平面図、（Ａ２）、（Ｂ２）は鉛直断面を拡大して示す図である。まず、図７（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、水平方向に環状に所定の間隔をあけて、回転掘削翼１００から下方に向けてセメントミルクを噴射した状態で回転掘削翼１００を全周回転させて円柱状の掘削孔１２０を形成する。これにより、掘削孔１２０内の掘削土とセメントミルクとが混合攪拌され、ソイルセメント柱１３０を構築することができる。なお、掘削孔１２０の間隔は、掘削孔１２０の間に後述する掘削孔１４０と掘削孔１２０とをつなげる接続部１４１を掘削できる間隔とする。

次に、図７（Ｂ１）に示すように、上記の工程で形成したソイルセメント柱１３０の間に、掘削孔１４０を形成する。この際、まず、図７（Ａ２）を参照して説明した掘削孔１２０の場合と同様に、回転掘削翼１００から下方に向けてセメントミルクを噴射した状態で回転掘削翼１００を全周回転させて、所定の深さまで地盤を掘削する。

次に、図７（Ｂ２）に示すように、セメントミルクを回転掘削翼１００の先端から側方へ噴射する状態に切り換えて、ロッド１１０を所定の角度範囲で繰り返し往復回転させることにより回転掘削翼１００を揺動させながら、回転掘削翼１００を引き上げる。これにより、図７（Ｂ１）に示すように、隣接するソイルセメント柱１３０との間のセメントミルクが噴射された部分の地盤が回転掘削翼１００の揺動範囲に対応した扇状に掘削され（以下、この扇状の部分を接続部１４１という）、隣接するソイルセメント柱１３０の外周面の一部が露出する。なお、回転掘削翼１００を揺動させる角度範囲（つまり、ロッド１１０の回転範囲）は、後述するよう接続部１４１に構築されたソイルセメント１３２が、隣接するソイルセメント柱１３０、１３１間に作用する圧縮荷重を伝達可能となるような幅を有するように設置すればよい。

また、上記のようにセメントミルクを噴射して接続部１４１を掘削することで、接続部１４１内の掘削土とセメントミルクとが混合攪拌されて、接続部１４１内にソイルセメント１３２が形成される。これにより、図８に示すように、掘削孔１４０内にソイルセメント柱１３１が構築されるとともに、隣接するソイルセメント柱１３０、１３１の間が接続部１４１のソイルセメント１３２により連結されることとなり、ソイルセメント柱１３０、１３１が環状に接続されたソイルセメント壁１５０が構築される。このように円柱状のソイルセメント柱１３０、１３１が環状に接続されることで、上記の実施形態と同様に周囲の地盤から作用する土水圧に対して、リングコンプレッション効果により抵抗することができる。また、ソイルセメント柱１３０、１３１が接続部１４１のソイルセメント１３２により連結されているため、周囲の地盤からの地下水の内部へ流れこむことや、場所打ち杭に相当する部分を掘削する際に安定液が周囲の地盤に染み出すことを防止できる。
そして、上記第１実施形態と同様にこのソイルセメント壁１５０の内部を掘削して、場所打ち杭を構築することができる。
本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様に、従来のライナープレートを連結して地盤を支持する方法に比べて、施工にかかる手間とコストを削減できる。

なお、第２実施形態では、掘削孔１４０を掘削する際には、回転掘削翼１００から下方へセメントミルクを噴射し、接続部１４１を掘削する際には、回転掘削翼１００の先端から側方へセメントミルクを噴射することとしたが、これに限らず、回転掘削翼１００から水や安定液を噴射することとしてもよい。このような場合には、掘削孔１４０及び接続部１４１を掘削した後、掘削孔内にセメントミルクを注入するとともにセメントミルクと掘削土とを混合攪拌可能な装置を用いて、これら掘削孔１４０及び接続部１４１内にソイルセメントを構築してもよい。

また、第２実施形態では、掘削機として回転掘削翼１００から下方へセメントミルクを噴射した状態と、回転掘削翼１００の先端から側方へセメントミルクを噴射した状態とを切換可能な装置を用いたが、これに限らず、少なくとも側方へセメントミルクを噴射可能であればよい。また、本実施形態では、回転掘削翼１００の全体から下方へセメントミルクを噴射しているが、中心のみ又は周辺のみとしてもよい。

また、第２実施形態では、回転掘削翼１００を回転させるとともに回転掘削翼１００から下方へセメントミルクを噴射することで掘削孔１４０を削孔するものとしたが、これに限らず、掘削孔１４０を削孔する方法としては、回転掘削翼１００を回転させる方法、回転掘削翼１００を上下方向に振動を加える方法、下方へセメントミルクを噴射する方法を適宜組み合わせて行ってもよい。

また、第２実施形態では、まず、回転掘削翼１００を回転させながら下方へ降下させることで掘削孔１２０を形成し、回転掘削翼１００の先端から側方へセメントミルクを噴射させるとともに揺動させながら上方へ引き上げることで地盤の接続部１４１相当摺る部分を掘削することとしたが、これに限らず、回転掘削翼１００を揺動させるとともに先端から側方へセメントミルクを噴射しながら、下方へ降下させることで、掘削孔１２０及び接続部１４１を掘削してもよい。

また、第２実施形態では、回転掘削翼１００の先端から側方へセメントミルクを噴射しながら回転掘削翼１００を揺動させることで、接続部１４１を掘削するとともにセメントミルクを形成して、ソイルセメント柱１３０、１３１を連結することとしたが、ソイルセメント柱１３０、１３１を連結する方法はこれに限らない。例えば、ソイルセメント１３０、１３１の間に、これらソイルセメント１３０、１３１と側部が重なり合うように地表から小径のソイルセメント柱を構築し、この小径のソイルセメント柱によりソイルセメント柱１３０、１３１を連結してもよい。

また、上記の各実施形態では既存の駅において場所打ち杭を構築する場合について説明したが、これに限らず、本発明は狭隘な敷地で場所打ち杭を構築する場合であれば好適である。

また、上記の実施形態では、地盤の場所打ち杭に相当する部分を掘削する作業は、掘削機２０を用いて行ったが、これに限らず、作業員が掘削孔１３内に入って行ってもよい。この際、周囲に環状のソイルセメント壁３０が構築されており、ソイルセメント壁３０が止水性を有するため、掘削孔１３内への地下水の侵入を防止できる。

また、本発明は、必ずしも、地下水位が構築すべき場所打ち杭の下端よりも高い場所に限らず、地下水位が場所打ち杭の下端よりも低い場所での施工においても適用可能であり、施工の手間と費用を削減できる。

１０ソイルセメント柱１１ソイルセメント壁
１２ライナープレート１３掘削孔
１５コンクリート２０掘削機
２１トレミー管３０場所打ち杭
４０アンカーボルト４１鉄骨柱
１００回転掘削翼１１０ロッド
１２０、１４０掘削孔１３０、１３１ソイルセメント柱
１３２ソイルセメント１４１扇形部
１５０ソイルセメント壁

Claims

杭を構築するべく地盤を掘削するために、前記杭の外周に相当する位置に、複数のソイルセメント柱を環状に連結することにより、ソイルセメント壁を下端が地下水位よりも低い深さまで到達し、前記杭の下端に相当する深さまでは到達しないように構築するソイルセメント壁構築ステップと、
前記ソイルセメント壁の内部を通して前記杭の下端に相当する深さまでＴＢＨ工法で用いられる掘削機により孔内に安定液を満たした状態で地盤を掘削して掘削孔を形成する地盤掘削ステップと、
前記掘削孔内に鉄筋かごを配置する鉄筋かご配置ステップと、
前記掘削孔内にコンクリートを打設するコンクリート打設ステップと、
を備え、
ソイルセメント壁構築ステップは、
ロッドの先端に掘削翼が設けられ前記ロッドの先端からセメントミルクを排出可能な単軸のボーリングマシーンを用いて地盤を削孔攪拌することにより、隣接する前記ソイルセメント柱のうち一方を構築する第１のステップと、
前記ボーリングマシーンを用いて地盤を削孔攪拌することにより、隣接する前記ソイルセメント柱のうち他方を構築する第２のステップとを備え、
前記第１のステップでは、前記ソイルセメント柱を一つおきに構築し、
前記第２のステップでは、構築済みの前記ソイルセメント柱の側部を前記掘削翼で切削しながら掘削し、掘削した孔内で削孔攪拌して残りのソイルセメント柱を一つずつ構築することにより、隣接するソイルセメント柱同士を互いに重なり合わせて連結することを特徴とする杭の構築方法。