JP5807995B2 - 杭穴根固め部の未固結試料の養生方法 - Google Patents

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工法おいて、根固め部の固化強度を推定するための杭穴根固め部の未固結試料の養生方法に関する。

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２０ｍ〜５０ｍ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、コア採取に代わる様々な提案がなされている。

そのひとつとして、根固め部から未固結のソイルセメントを未固結試料として採取して、地上で固化させ、圧縮強度試験などをおこない根固め部強度の確認をしていた（特許文献１、２）。

特開平７−１４３９号公報 特開２０１０−５９６１９号公報

一般に、固化セメントミルクやソイルセメントの強度を決める要因として、配合（水セメント比、各種添加剤など）、練り混ぜ、施工条件、養生条件（温度、湿度、空気、光など）など様々なものがある。とりわけ、養生条件は重要な要因となっている。

しかし、前記未固結試料の圧縮試験をするに際して、試料の強度は養生条件により大きく変化するが、養生の方法については特別な指針も無く、一般的には標準養生で行われることが多いが、現場毎で異なる方法で行われている場合もあった。

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。

そこで、根固め部に要求される耐力が高まるにつれて、より信頼性の高い圧縮強度の確認をするために、精度の高い養生条件の統一化が求められていた。

そこでこの発明では、養生方法を特定し管理することで、根固め部と略同一といえる強度を確認できる提案をした。

すなわち、この発明は、地上から掘削した杭穴底部に、セメントミルクを注入して掘削泥土と置換して根固め部を形成し、あるいはセメントミルクを注入して掘削泥土と撹拌混合して根固め部を形成して、杭穴内に既製杭を沈設して基礎杭を構成する工法において、前記根固め部から未固結試料を採取して、型枠体に格納して、以下のようにして養生することを特徴とする杭穴根固め部の未固結試料の養生方法である。
(1) 前記根固め部内に、温度センサーを配置して、前記根固め部の温度と、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。
(2) 前記未固結試料内に温度センサーを配置して、特殊養生の元で、前記未固結試料の温度と前記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) 前記未固結試料の前記特殊養生は、前記根固め部の養生条件と略同一となるように構成し、以下のＡ〜Ｅの１つ又は複数を組み合わせて適用する。
Ａ．前記根固め部と養生開始温度を略同一とする。
Ｂ．前記根固め部と、時間−温度のグラフの形状が略同一とする。
Ｃ．前記根固め部と湿度条件を略同一とする。
Ｄ．前記根固め部と、積算温度を略同一とする。
Ｅ．前記基準温度からの温度上昇傾向及び／又は温度下降傾向を略同一とする。

また、他の発明は、地上から掘削した杭穴底部に、セメントミルクを注入して掘削泥土と置換して根固め部を形成し、あるいはセメントミルクを注入して掘削泥土と撹拌混合して根固め部を形成して、杭穴内に既製杭を沈設して基礎杭を構成する工法において、前記根固め部から未固結試料を採取して、型枠体に格納して、以下のようにして養生することを特徴とする杭穴根固め部の未固結試料の養生方法である。
(1) 予め、根固め部設定条件として、
ａ．セメントミルク配合
ｂ．根固め部形状
ｃ．地盤性状
の条件毎に、杭穴を掘削して基準根固め部を形成して、前記基準根固め部内に、温度センサーを配置して、前記基準根固め部の温度と、基準時刻からの時間を計測し、前記基準根固め部のデータを取得して、時間−温度のグラフを作成する。
(2) 前記未固結試料内に温度センサーを配置して、特殊養生の元で、前記未固結試料の温度と前記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) 前記未固結試料の前記特殊養生は、前記根固め部設定条件から少なくとも２つの条件が一致した基準根固め部を選定して基準根固め部として、前記基準根固め部の養生条件と略同一となるように構成し、以下のＡ〜Ｅの１つ又は複数を組み合わせて適用する。
Ａ．前記基準根固め部と養生開始温度を同一とする。
Ｂ．前記基準根固め部と、時間−温度のグラフの形状が略同一とする。
Ｃ．前記基準根固め部と湿度条件を略同一とする。
Ｄ．前記基準根固め部と、積算温度を略同一とする。
Ｅ．前記基準基準温度から温度上昇傾向及び／又は温度下降傾向を略同一とする。

また、前記において、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未固結試料の養生方法である。

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未固結試料の養生方法である。

また、前記において、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未固結試料の養生方法である。

また、前記において、未固結試料は、前記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未固結試料の養生方法である。

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、根固め部の一部を地上に採取して未固結試料として、実際の根固め部と同様の特殊養生となるように、温度条件などを調整するので、固化した未固結試料は、実際に固化した根固め部と極めて近似した固化物となる。従って、固化した未固結試料を圧縮強度試験などをすれば、根固め部の固化強度を正確に推定できる。
また、予め多数の条件で根固め部を形成して、基準根固め部データを収集しておき、実際に未固結試料を採取する根固め部の構造に近似した基準根固め部データを選択して、特殊養生とすれば、現場で根固め部の温度を計測する手間を省き、同様の効果を得られる。

図１はこの発明の第１の実施態様を説明する図である。 図２はこの発明の第２の実施態様を説明する図である。 図３はこの発明の実施に使用する養生容器で（ａ）は未固結試料を収容する前の縦断面図、（ｂ）は未固結試料を収容した状態の縦断面図、（ｃ）は未固結試料を収容した状態の横断面図である。 図４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．現場の根固め部で実測する方法（図１）

（１） 地上１から掘削ロッドを使用して、杭穴２を掘削し、掘削ロッドを介して杭穴底部にセメントミルクを注入して、掘削泥土と置換して、ほぼセメントミルクからなる根固め部３を形成する。また、根固め部３に求める性能によっては、置換に変えて、セメントミルクと掘削泥土と撹拌混合してソイルセメントを生成して根固め部３とすることもできる。

（２） 続いて、掘削ロッドにより、根固め部３の充填物の一部を採取して、掘削ロッドとともに地上１に取り出す。採取した根固め部３の充填部の一部を地上１で、型枠体に入れて、未固化試料３ａとする。未固化試料３ａは、温度センサーを入れて、養生スペース５内に配置して、特殊養生条件下で養生をする。温度センサーからのデータを表示する温度表示具４を養生スペース５外に設ける（図１）。なお、根固め部３の充填物の一部の採取方法は、掘削ロッドを使用する場合の他、任意であり、掘削ロッドに付属する採取装置や掘削ロッドとは別途の装置を用いることもできる。
以下、所定時間毎に、未固化試料３ａの温度を測定し、基準時刻ｔ_０ からの時間を計測する。

（３） また、根固め部３内にも温度センサーを設けてあり、根固め部３内の温度センサーの温度表示具４を地上１に設ける。
以下、所定時間毎に、根固め部３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。

（４） 以降、根固め部３の温度と未固化試料３ａ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。

（５） 前記特殊養生条件は、根固め部３の養生条件と略同一となるように構成する。
例えば、以下のＡ〜Ｅの１つ又は複数を組み合わせて適用する。

Ａ．根固め部３と養生開始温度を略同一とする。温度ｔ_０ の時点で、測定した温度が相違する場合には、速やかに養生スペース５内の温度や湿度を高めるなどの処理をして、根固め部３の温度と略同一となるように調節する。
Ｂ．根固め部３と、時間−温度のグラフの形状が略同一とする。各測定時刻での温度で、測定した温度が相違する場合には、速やかに養生スペース５内の温度を高めるなどの処理をして、根固め部３の温度と略同一となるように調節する。
Ｃ．根固め部３と湿度条件を略同一とする。通常、根固め部２の周囲は地盤で覆われているので、地盤の地下水の状況などにより差はあるが、一般に１００％に近い湿度条件となる。
Ｄ．根固め部３と、積算温度を略同一とする。各測定時刻での温度は違いが生じても、温度ｔ_０ のからの「時刻−温度」グラフの面積が略同一となるように、養生スペース５内の温度を高めるなどの処理をして、根固め部３の温度と略同一となるように調節する。
Ｅ．基準温度３からの温度上昇傾向及び／又は温度下降傾向が、略同一とする。「時刻−温度」グラフは温度ｔ_０ から徐々に上昇してピークを示し、以降徐々に低下するように変化する。従って、この場合には、温度ｔ_０ からピークまでの温度の条件やピーク前後の温度条件に着目して、「上昇」及び／又は「下降」の傾きが略同一となるように、養生スペース５内の温度を高めるなどの処理をして、調節する。従って、この場合には、温度の値自体の高低は問題としない。

２．予め基準根固め部で測定してデータを蓄積する方法（図２）

前記実施態様では、同じ現場内で、根固め部３の温度と未固結試料３ａの温度を同時に測定したが、この実施態様では、予め根固め部の温度を測定しておき、現場では未固結試料３ａの温度のみを測定する実施態様である。

（１） まず、基準となる根固め部（基準根固め部）３Ａでの温度測定について説明する。
地上１から掘削ロッドを使用して、基準杭穴２Ａを掘削し、掘削ロッドを介して杭穴底部にセメントミルクを注入して、前記と同様に、置換又は撹拌混合して基準根固め部３Ａを形成する。基準根固め部３Ａ内に温度センサーを設けて、基準根固め部３Ａ内の温度センサーの温度表示具４を地上１に設け、所定時間毎に、基準根固め部３Ａ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（図２（ａ））。計測時間は例えば、３０分おきに行い、その時の「時間−温度」のグラフを作成する。この場合、基準時刻ｔ_０ は、注入するセメントミルクを生成する現場のプラントで、セメントを投入した時点を基準とする。

（２） （１）のデータの蓄積は、基準根固め部３Ａの以下のような条件で、様々なデータで行う。
ａ．セメントミルク配合
ｂ．根固め部形状
ｃ．地盤性状・深度
ｄ．必要ならば、埋設する杭種

（３） 上記（２）で蓄積したデータのうち、これから現場で構築する杭穴２の根固め部３に合致した
ａ．セメントミルク配合
ｂ．根固め部形状
ｃ．地盤性状・深度
ｄ．必要ならば、埋設する杭種
に見合う条件のデータを取りだし、基準根固め部３Ａデータとして、設定する。

（４） 前記実施態様と同様に、地上１から掘削ロッドを使用して、杭穴２を掘削し、掘削ロッドを介して杭穴底部にセメントミルクを注入して、置換又は撹拌混合して根固め部３を形成する。続いて、掘削ロッドにより、根固め部３の充填物の一部を採取して、掘削ロッドともに地上１に取り出し、型枠体に入れて未固化試料３ａとする。未固化試料３ａは、温度センサーを入れて、養生スペース５内に配置して、特殊養生条件下で養生をする。温度センサーからのデータを表示する温度表示具４を養生スペース５外に設ける（図２（ｂ））。なお、根固め部３の充填物の一部の採取方法は、掘削ロッドを使用する場合の他、任意であり、掘削ロッドに付属する採取装置や掘削ロッドとは別途の装置を用いることもできる。
以下、所定時間毎に、未固化試料３ａの温度を測定し、基準時刻ｔ_０ からの時間を計測する。この場合、基準時刻ｔ_０ は、前記基準根固め部３Ａと同様に、この現場で、注入するセメントミルクを生成する現場のプラントで、セメントを投入した時点を基準とする。

（５） 前記特殊養生条件は、前記実施態様と同様のＡ〜Ｅを採用して、選択した基準根固め部３Ａの養生条件と略同一となるように構成して、夫々養生スペース内の条件を調節しながら養生する。従って、この実施態様でも、同様に固化した根固め部と同様の強度で、未固化試料を固化させることができる。

３．養生スペース５

（１） 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、杭穴周辺で未固結試料３ａを収容したならば、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。

（２） 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、型枠体に格納した未固結試料３ａ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。

（３） 以上のようにして養生容器１０を構成する（図３）。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、型枠体に格納した未固結試料３ａ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、未固結試料３ａ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、未固結試料３ａ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、未固結試料３ａ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。

（４） 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。
未固結試料３ａを型枠体に入れたならば、蓋体１７を開けて、型枠体にいれた未固結試料３ａ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未固結試料３ａを取り出し、前記同様に取り扱う。

（５） 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。

（６） 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４）。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 杭穴
２Ａ 基準杭穴
３ 根固め部
３Ａ 基準根固め部
３ａ 未固結試料
４ 温度表示具
５ 養生スペース
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 (6)

1. 地上から掘削した杭穴底部に、セメントミルクを注入して掘削泥土と置換して根固め部を形成し、あるいはセメントミルクを注入して掘削泥土と撹拌混合して根固め部を形成して、杭穴内に既製杭を沈設して基礎杭を構成する工法において、前記根固め部から未固結試料を採取して、型枠体に格納して、以下のようにして養生することを特徴とする杭穴根固め部の未固結試料の養生方法。
   (1) 前記根固め部内に、温度センサーを配置して、前記根固め部の温度と、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。
   (2) 前記未固結試料内に温度センサーを配置して、特殊養生の元で、前記未固結試料の温度と前記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) 前記未固結試料の前記特殊養生は、前記根固め部の養生条件と略同一となるように構成し、以下のＡ〜Ｅの１つ又は複数を組み合わせて適用する。
   Ａ．前記根固め部と養生開始温度を略同一とする。
   Ｂ．前記根固め部と、時間−温度のグラフの形状が略同一とする。
   Ｃ．前記根固め部と湿度条件を略同一とする。
   Ｄ．前記根固め部と、積算温度を略同一とする。
   Ｅ．前記基準温度からの温度上昇傾向及び／又は温度下降傾向を略同一とする。
2. 地上から掘削した杭穴底部に、セメントミルクを注入して掘削泥土と置換して根固め部を形成し、あるいはセメントミルクを注入して掘削泥土と撹拌混合して根固め部を形成して、杭穴内に既製杭を沈設して基礎杭を構成する工法において、前記根固め部から未固結試料を採取して、型枠体に格納して、以下のようにして養生することを特徴とする杭穴根固め部の未固結試料の養生方法。
   (1) 予め、根固め部設定条件として、
   ａ．セメントミルク配合
   ｂ．根固め部形状
   ｃ．地盤性状
   の条件毎に、杭穴を掘削して基準根固め部を形成して、前記基準根固め部内に、温度センサーを配置して、前記基準根固め部の温度と、基準時刻からの時間を計測し、前記基準根固め部のデータを取得して、時間−温度のグラフを作成する。
   (2) 前記未固結試料内に温度センサーを配置して、特殊養生の元で、前記未固結試料の温度と前記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) 前記未固結試料の前記特殊養生は、前記根固め部設定条件から少なくとも２つの条件が一致した基準根固め部を選定して基準根固め部として、前記基準根固め部の養生条件と略同一となるように構成し、以下のＡ〜Ｅの１つ又は複数を組み合わせて適用する。
   Ａ．前記基準根固め部と養生開始温度を同一とする。
   Ｂ．前記基準根固め部と、時間−温度のグラフの形状が略同一とする。
   Ｃ．前記基準根固め部と湿度条件を略同一とする。
   Ｄ．前記基準根固め部と、積算温度を略同一とする。
   Ｅ．前記基準基準温度から温度上昇傾向及び／又は温度下降傾向を略同一とする。
3. 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または２記載の杭穴根固め部の未固結試料の養生方法。
4. 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３記載の杭穴根固め部の未固結試料の養生方法。
5. 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１〜３のいずれか１項記載の杭穴根固め部の未固結試料の養生方法。
6. 未固結試料は、前記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１〜３のいずれか１項記載の杭穴根固め部の未固結試料の養生方法。

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