JP5717238B2

JP5717238B2 - 杭穴根固め部のセメント量の推定方法

Info

Publication number: JP5717238B2
Application number: JP2010153377A
Authority: JP
Inventors: 木谷　好伸; 好伸木谷
Original assignee: Mitani Sekisan Co Ltd
Current assignee: Mitani Sekisan Co Ltd
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2030-07-05
Also published as: JP2011220092A

Description

この発明は、地盤を掘削して形成した杭穴内に既製杭を埋設して基礎杭構造を構成するに際して、杭穴の根固め部内に形成するソイルセメントの固化強度の推定する場合に適用する杭穴根固め部のセメント量の推定方法に関する。

地盤を掘削して形成した杭穴内に既製杭を埋設して基礎杭構造を構成するに際して、支持地盤に形成される根固め部にセメントミルクを注入し、杭穴残留物である泥土と混練してソイルセメントを生成して、既製杭の下端部を根固め部に定着させている。本来的に既製杭で地上構造物の荷重を受けて、支持地盤で支持する支持構造であるが、基礎杭構造に求められる鉛直支持力が大きくなるに連れて、ソイルセメントの固化強度を推定することが施工管理上、重要になっていた。とりわけ、支持地盤周辺の杭穴の根固め部のソイルセメントの強度が重要であった。

本来的には、既製杭を埋設して固化した後に、何らかの方法で、根固め部（通常は地上から１０ｍ〜７０ｍ程度）までボーリングして固化ソイルセメントからコアを採取して、そのコアを地上で通常の４週圧縮強度について試験を行うことがなされていた。コアを採取して試験する場合、それを採取するための機材を改めて調達したり、採取のために時間と場所を拘束したりするなど、工程とコストが加算されることとなる。

従って、コア採取に代わり、基礎杭施工時に根固め部等の未固結試料を採取し、その圧縮強度（１週や４週）を調べることで、根固め部の品質保証を行い、施工法の妥当性を確認する手法が提案されている。これは、根固め部の品質確認をなるべく早い段階で行い確認するものである。根固め部の未固結試料は、施工時又はその直後に根固め部内の支持層等の土砂と根固め液（セメントミルク等）の混合された試料を専用装置により採取して、地上に取り出し、袋やモールド缶、型枠にいれて、１週〜４週後に圧縮試験を実施してその強度を確認するものである。

よって、前記コアボーリングによる方法では、結果がでるまで、４週間かかり（早くて１週間）、対応策が取りにくい問題点があったので、結果がでるまでの長さを短縮するために、根固め部から採取した試料を固化する前に評価する方法も提案されている。例えば、肉眼で、色、混ざり具合（泥塊等の有無）を計る方法、あるいは関連分野であるが、粘性、比重等を測定する方法（特許文献２）なども提案されている。

未固結試料で評価する方法のうち、肉眼で評価する方法では、掘削した地盤の地質により色は大きく異なり、主観的な判断になり、問題を解決できなかった。

上記未固結試料の評価のうち、比重によるものは数値として算出できる可能性があった。即ち、プラントで作ったセメントミルクの原液試料の比重が１．７４程度であるのに対し、根固め部では土砂が混入するため、比重（密度）が変化することに着目したもので、原液試料に砂やレキなどの骨材となるもの（強度を低下させないもの）が混入していれば、１．７４より大きくなり、逆に１．７４より小さくなる場合には、シルトや粘土などの比重の小さいもの（これらは強度低下、根固め部の品質の悪化要因）が混入していると予想されることから、比重による確認も考えられた。

特開２００１−７３３６０号公報特開平７−１４３９号公報

前記未固結試料を比重で評価する方法は、比重が大きくても（砂やレキが混入していても）強度が小さい場合（粘土も混ざってしまっている）や、比重が小さくても（１．７以下でも）強度が出ているケースもあり（例えば、強度低下に影響が及ばない程度にシルトなどの軽量な成分が混入している場合等の理由が考えられる）、安定した評価を確認できない問題点があった。また、未固結試料の固化強度は、初期養生条件に大きく依存することが分かってきており、養生初期の温度条件などを管理する必要が生じていた。

一般に、試料中のセメント混入量が多い程、固化反応時に反応熱が高くなる傾向があるが、様々な混入物の影響で反応熱が上下するので、比較する温度に差が出るために、プラントのセメントミルク温度と、ソイルセメントの温度を比較したので、前記問題点を解決した。

すなわち、この発明は、地上のプラントでセメントミルクを生成し、該セメントミルクを掘削した杭穴内に注入し、前記杭穴内で残留している泥土と前記セメントミルクを混合して根固め部にソイルセメントを生成して基礎杭を構成する工法において以下のようにして、ソイルセメントのセメント量を判定することを特徴とする杭穴根固め部のセメント量の推定方法である。
(1) 前記プラントで、予め配合が分かっているセメントミルクを生成した際に採取したセメントミルクを「原液試料」として、プラントでセメントを投入した際の時刻を基準時刻とする。
(2)「原液試料」の温度を測定して、その時の基準時刻からの時間を計測し、時間−温度のグラフを作成する。
(3) 前記根固め部で生成したソイルセメントの一部を地上に取り出して、「未固結試料」とする。
(4) 前記「未固結試料」の温度を測定し、その時の基準時刻からの時間を計測し、時間−温度のグラフを作成する。
(5) 前記「未固結試料」の時間−温度のグラフと、「原液試料」の時間−温度グラフとの波形を比較し、かつ同時刻での温度の相違を比較することにより、「原液資料」と比較した「未固結試料」のセメントの配合の比率について、以下の（Ａ）又は（Ｂ）の推定をする。
（Ａ）時間−温度のグラフの形状がほぼ同じである場合には、「原液試料」と同じであると推定する。
（Ｂ）採取後の温度上昇が少ない場合には、「原液試料」より少ないと推定する。

また、前記において、原液試料及び未固結試料の養生は、移動可能でかつ密封可能な断熱容器内に、該原液試料及び未固結試料を収容し、前記断熱容器は、少なくとも温度及び／又は湿度を調節可能とし、かつ断熱容器内の温度、湿度及び必要な条件を感知するセンサーを内蔵する杭穴根固め部のセメント量の推定方法である。

また、前記において、現場内に生成されるセメントミルク類を任意容器に回収して、回収セメントミルクとして、断熱容器内に前記回収セメントミルクを入れた前記任意容器を設置して、前記回収セメントミルクの反応熱で前記断熱容器内を加温、及び／又は、加湿した杭穴根固め部のセメント量の推定方法である。

また、前記において、原液試料及び未固結試料は採取して型枠体に入れた時点から、少なくとも２４時間は採取現場の敷地内又は断熱容器内で所定の養生を行う杭穴根固め部のセメント量の推定方法である。

また、前記において、原液試料及び未固結試料は、前記原液試料及び未固結試料内に含まれるセメントミルクをプラントで作成した時点又はセメントミルクをプラントで作成して杭穴根固め部に注入した時点から、少なくとも２４時間は採取現場の敷地内又は断熱容器内で所定の養生を行う杭穴根固め部のセメント量の推定方法である。

また、前記において、外気温の影響を受けないように、原液試料を入れた型枠体、未固結試料を入れた型枠体を、断熱容器としてのクーラーボックスなどに入れて保管して温度変化を測定することが望ましい。

また、前記において、一般に杭穴掘削で使用する掘削水は、プラントで使用する水は同一であるので、水の温度の相違による影響は少ないと思われる。しかし、より精度を高める為に、反応が始まる前の水の温度の影響を少なくするために、セメントプラントで使用する水の温度を、杭穴内の泥水の温度（当該現場の地下水の温度）に一致させることが望ましい。あるいはセメントプラントで使用する水の温度と泥水の温度との相違を補正することが望ましい。

前記における「型枠体」は、未固結試料の固化後の使用目的に応じて選択する。例えば、圧縮試験などの各試験用では、テストピースの形状・大きさに合わせて構成される。

また、前記における「現場内に生成されるセメントミルク類」とは、セメントなどの水硬性材料の反応熱を使用する趣旨で、「地上のプラントで生成したセメントミルク」「施工中に杭穴内から溢れたセメントミルク」「施工に使用するコンクリートやセメントミルク、モルタル、ソイルセメント」「施工中に杭穴内から溢れたセメントミルクを含有した掘削泥土」等を指す。

この発明は、配合が分かっているプラントのセメントミルクを原液試料として、根固め部のソイルセメントを未固結試料として、両試料の反応熱を比較して、ソイルセメントのセメント量を推定するので、より簡易にかつ比較的精度の高い数値を示すことができる。また、セメント量を推定できるので、固化後の強度を高い精度で特定することが可能となる。

図１はこの発明の実施態様の概念を説明する図である。図２はこの発明の実施に使用する養生容器で（ａ）は供試体を収容する前の縦断面図、（ｂ）は供試体を収容した状態の縦断面図、（ｃ）は供試体を収容した状態の横断面図である。図３はこの発明の実施に使用する他の養生容器で、未固結試料を収容した状態の横断面図である。

１．比較方法（図１）
（１）地上１で、予め設計した配合で、水に、セメント、必要な混和剤を混ぜて、セメントミルクを生成するプラント２を設けてある。

（２）地上１から掘削ロッドを使用して、掘削水を注入しつつ杭穴４を掘削する。この状態で、杭穴４の底部には泥土５が溜まっている。

（３）プラント２で、セメントミルク３を生成し、このセメントミルク３の一部を採取して、型枠体に入れ、原液試料３ａとする。セメントミルクを生成した時から、セメントの固化反応が始まり、反応熱を発する。このときの時刻を基準時刻ｔ_０とし、原液試料３ａの温度を測定する。
以下、所定時間毎に、原液試料３ａの温度を測定して、その時の基準時刻ｔ_０からの時間を計測する。

（４）プラントで生成したセメントミルク（原液試料と同一物）を、掘削ロッドを通して、掘削ロッドの先端から杭穴４の底部に注入して、掘削ロッドを昇降回転して、セメントミルクと泥土とを撹拌混合してソイルセメント６を生成する。

（５）続いて、掘削ロッドにより、ソイルセメント６の一部を採取して、掘削ロッドともに採取したソイルセメント６の一部を地上に取り出す。採取したソイルセメント６の一部を地上で、型枠体に入れて、未固結試料６ａとする。
以下、所定時間毎に、未固結試料６ａの温度を測定し、その時の基準時刻ｔ_０からの時間を計測する。

（６）以降、原液試料３ａと未固結試料６ａの反応熱の測定は、例えば、３０分おきに行い、その時の「時間−温度」のグラフを作成する。

（７）添加物とセメントとの配合比率が同じであれば、「時間−温度」のグラフの形状はほぼ同じなり、セメント量が少なければ、同時刻の温度は低くなると考えられる。従って、未固結試料６ａでは、セメント分が多いほど、温度は原液試料３ａの温度に近くなる。
さらに、採取後２時間ほど両者の温度上昇傾向を計測・比較すれば、さらに明瞭となる。
未固結試料６ａの採取時の温度が原液試料３ａの温度と同じ様な場合でも、セメント分が少ないと、その後の温度上昇は少なく、原液試料３ａと異なる傾向を示すため、ソイルセメント６の出来栄えが悪いことがわかる。
（１８〜２０℃の場合は地下水の温度の場合が有り）地下水の温度は１８〜２０℃程度なので、原液試料の温度がそれ以上であれば、かなり精度は上がる。季節により、プラントの水温は大きく異なるため、必要があれば、プラントの水温を上げて使用する。このとき、地下水温に近づけることにより、地下水温による誤差を少なくできる。

（８）前記において、セメントミルクの注入は掘削ロッドの中空部を利用して行ったが、別途トレミー管などで注入することもできる。また、ソイルセメントの採取も掘削ロッドで行ったが、掘削ロッドとは別に、採取用機器を杭穴底部に下降させて、ソイルセメントを採取することもできる。

２．比較例１

上記方法に基づき、原液試料３ａと未固結試料６ａの温度を測定した結果を以下、表１に示す。この現場では、１時間後の温度は近いが、１６時間後には３℃の開きがあり、未固結試料６ａではセメント混入量が少なく、反応熱が続かなかったと考えられる。

この場合、実際の４週経過時の圧縮強度を測定すると、
（３２．４−２８．４）÷３２．４＝０．１２
であり、１２％ほど圧縮強度が小さいことが分かった。含有セメント量の大小により強度が異なることが分かる。

３．比較例２

上記方法に基づき、原液試料３ａと未固結試料６ａの温度を測定した結果を、以下、表２に示す。同様に実際の圧縮強度を測定すると、
（２４．５−２３．６）÷２４．５＝０．０３７
っとなった。

なお、この現場では、外気温の変化が９．８℃〜１２．℃であった。この現場では、温度差が１℃未満であり、とりわけ時間が経過した時点での温度差が少ないことから、泥水の混入量が少なく、セメントミルクの配合に近いと推定される。

４．養生方法

（１）前記における原液試料３ａ、未固結資料６ａの温度測定は、現場敷地内で常温の空気養生として行ったが、特殊な養生スペースで、温度・湿度・圧力などの条件を整えて、原液試料３ａ、未固結資料６ａの温度測定をすることもできる。

（２）前記における養生スペース５は、例えば、以下のような移動可能な養生容器１０内に、設ける。養生容器１０は、現場内（通常地面は泥状態である）で、プラントの近くで原料資料３ａを、杭穴周辺で未固結試料６ａを夫々収容したならば、すぐに養生を開始するためには、そのまま養生容器１０に入れて、養生場所（現場管理事務所内などの床が安定した場所）に移動することが望ましい。よって、養生容器１０は作業者１人で容易に持ち運べるような大きさにすると共に、肩掛けベルトを設けることが望ましい。

（３）断熱材料からなる蓋体１７で開口を覆うことができ、断熱壁材からなる容器本体１１内に、容器本体１１の壁より高さが低い中仕切り１２を設けて、一側を供試体収納部１３、他側を養生条件設定部１４とする。また、容器本体１１及び蓋体１７は、外部からの衝撃をある程度吸収できるような材料（例えば、発泡スチロールなど）を含んだ構成とする。なお、中仕切り１２を平面視環状に形成して、中心部と周辺部で、供試体収納部１３と養生条件設定部１４とを区分けすることもできる（図示していない）。また、供試体収納部１３と養生条件設定部１４とを区分けせずに容器本体１１内に混在させることもできる。
養生条件設定部１４は、温度、湿度、圧力等を設定できる各種装置を設置する。例えば、水を入れる中容器１５内に電気ヒータ１６を設けて、温度及び湿度を調節できる装置を構成する。電気ヒータ１６は容器本体１１外の熱源１８から電力が供給され、熱源１８の作動はパソコン１９で管理されている。尚、温度・湿度などの養生条件の管理・データの管理は、パソコン１９に限らず、外部に設置した又は容器本体１１や蓋体１７に組み込まれた同様の装置を使用することもできる。
供試体収納部１３は、型枠体に格納した原液試料３ａ、未固結試料６ａを所定数（例えば、２０個程度）並べる広さがあり、供試体収納部１３内には、温度、湿度、圧力、水量などのセンサーを設けてあり（図示していない）、センサーの情報は容器本体１１外（養生スペース５の外）のパソコン１９に接続されて管理される。

（４）以上のようにして養生容器１０を構成する（図２）。養生容器１０は容器本体１１及び蓋体１７をクーラーボックス同様の構成にすれば、持ち運びが容易であるので、型枠体に格納した原液試料３ａ、未固結試料６ａを生成した後に、直ぐに、容器本体１１内に収容できる。とりわけ、原液試料３ａ、未固結試料６ａに対して、生成後２４時間以内に大きな振動を与えた場合に、原液試料３ａ、未固結試料６ａの固化強度の著しい低下を招くことも報告されている。従って生成後２４時間以内は、原液試料３ａ、未固結試料６ａを現場から移動させずに、現場内で所定の特殊養生を開始できるので、現場にも容易に置けるこの養生容器１０は好ましい。
また、前記における生成後２４時間以内は、現場（現場敷地内又は現場敷地内に近接して、あるいはその他の場所）のプラントでセメントミルクを生成した後、あるいはプラントで生成したセメントミルクを杭穴の根固め部に注入した後、更には、根固め部のセメントミルクを地上で回収して型枠体に入れた後、のいずれかを状況に応じて選択して、その時点から２４時間以内とする。

（５）中容器１５内に水２０を入れ、熱源１８を作動させて、センサーの情報を採取して、養生容器１０内を「予め設定した温度・湿度」に近い状態となるように設定しておく。
原液試料３ａ、未固結試料６ａを型枠体に入れたならば、蓋体１７を開けて、型枠体にいれた原液試料３ａ、未固結試料６ａを供試体収納部１３内に並べ、蓋体１７を閉じて、予め設定した温度・湿度の条件となるように、パソコン１９で熱源１８を操作する。この発明では、養生条件を根固め部（高湿度、高温、高圧力）とするので、比較的狭い養生容器１０内であれば、養生条件を設定し易い。
所定の養生が完了したならば、蓋体１７を外して、容器本体１１から取り出して、型枠体から固化した原液試料３ａ、未固結試料６ａを取り出し、前記同様に取り扱う。

（６）前記において、水を張った中容器１５内に電気ヒータ１６で水を温めて、養生容器１０内の温度・湿度・圧力を調整したが、少なくとも温度・湿度が調節できる装置であれば任意である。
また、前記において、中仕切り１２で供試体収容部１３と養生条件設定部１４とを区分したが、中仕切り１２を省略して、供試体収容部１３のスペース中に電気ヒータ１６等を設置して、養生条件設定部１４とすることもできる（図示していない）。

（７）また、前記において、大きな発熱量を必要としない養生条件であれば、セメントミルクの固化時の反応熱を利用することもできる（図示していない）。例えば、「地上のプラントで生成したセメントミルク」や「施工中に杭穴内から溢れたセメントミルク」「施工に使用するコンクリートやセメントミルク、モルタル、ソイルセメント」または「施工中に杭穴内から溢れたセメントミルクを含有した掘削泥土」を任意のモルタル容器２１に入れて、供試体収容部１３のスペース中に、モルタル容器２１、２１を配置することもできる（図３）。なお、この場合、前記実施例のように、養生条件設定部１４にモルタル容器２１、２１を収容することもできる（図示していない）。なお、この場合に電気ヒータ１６を併用することもできる。
また、この場合、「施工中に杭穴内から溢れたセメントミルクを含有した掘削泥土」を使用すれば、廃物利用となるので、好ましい。

１地上
２セメントミルクプラント
３セメントミルク
３ａ原液試料
４杭穴
５泥水
６ソイルセメント
６ａ未固結試料
７既製杭
８基礎杭構造
１０養生容器
１１容器本体
１２中仕切り
１３供試体収容部
１４養生条件設定部
１５中容器
１６電気ヒータ
１７蓋体
１８熱源
１９パソコン
２０水
２１モルタル容器

Claims

地上のプラントでセメントミルクを生成し、該セメントミルクを掘削した杭穴内に注入し、前記杭穴内で残留している泥土と前記セメントミルクを混合して根固め部にソイルセメントを生成して基礎杭を構成する工法において以下のようにして、ソイルセメントのセメント量を判定することを特徴とする杭穴根固め部のセメント量の推定方法。
(1) 前記プラントで、予め配合が分かっているセメントミルクを生成した際に採取したセメントミルクを「原液試料」として、プラントでセメントを投入した際の時刻を基準時刻とする。
(2)「原液試料」の温度を測定して、その時の基準時刻からの時間を計測し、時間−温度のグラフを作成する。
(3) 前記根固め部で生成したソイルセメントの一部を地上に取り出して、「未固結試料」とする。
(4) 前記「未固結試料」の温度を測定し、その時の基準時刻からの時間を計測し、時間−温度のグラフを作成する。
(5) 前記「未固結試料」の時間−温度のグラフと、「原液試料」の時間−温度グラフとの波形を比較し、かつ同時刻での温度の相違を比較することにより、「原液資料」と比較した「未固結試料」のセメントの配合の比率について、以下の（Ａ）又は（Ｂ）の推定をする。
（Ａ）時間−温度のグラフの形状がほぼ同じである場合には、「原液試料」と同じであると推定する。
（Ｂ）採取後の温度上昇が少ない場合には、「原液試料」より少ないと推定する。
原液試料及び未固結試料の養生は、移動可能でかつ密封可能な断熱容器内に、該原液試料及び未固結試料を収容し、前記断熱容器は、少なくとも温度及び／又は湿度を調節可能とし、かつ断熱容器内の温度、湿度及び必要な条件を感知するセンサーを内蔵する請求項１記載の杭穴根固め部のセメント量の推定方法。
現場内に生成されるセメントミルク類を任意容器に回収して、回収セメントミルクとして、断熱容器内に前記回収セメントミルクを入れた前記任意容器を設置して、前記回収セメントミルクの反応熱で前記断熱容器内を加温、及び／又は、加湿した請求項２記載の杭穴根固め部のセメント量の推定方法。
原液試料及び未固結試料は採取して型枠体に入れた時点から、少なくとも２４時間は採取現場の敷地内又は断熱容器内で所定の養生を行う請求項１又は請求項２記載の杭穴根固め部のセメント量の推定方法。
原液試料及び未固結試料は、前記原液試料及び未固結試料内に含まれるセメントミルクをプラントで作成した時点又はセメントミルクをプラントで作成して杭穴根固め部に注入した時点から、少なくとも２４時間は採取現場の敷地内又は断熱容器内で所定の養生を行う請求項１又は請求項２記載の杭穴根固め部のセメント量の推定方法。