JP5829720B2 - セメント系ソイル杭の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメント系ソイル杭の施工方法に関する。すなわち、掘削土とセメントミルクを攪拌混合して、セメント系ソイル杭を地中に成柱する、柱状地盤改良工法に関する。

セメント系ソイル杭の施工方法では、掘削と同時にセメントミルクを注入し、もって、掘削土とセメントミルクとを攪拌混合して、地盤の地中に、セメント系ソイル杭を成柱する。
すなわち、この施工方法では、掘削機による地盤の掘削，削穴の進行と併行して、セメントミルクが掘削穴内に注入，充填される。そして、掘削に伴い発生する掘削土とセメントミルクとの攪拌混合を、繰り返し，進行せしめることにより、地盤にセメント系ソイル杭を成柱する。
もって、このようなセメント系ソイル杭を多数本、施工することにより、地盤に柱状，杭状の支持体が形成され、建物等を支える地盤が補強され、基礎が構築される。

このようなセメント系ソイル杭の施工方法としては、例えば次の特許文献１に示されたものが、挙げられる。
特開平９−７８５７１号公報

ところで、従来のセメント系ソイル杭の施工方法については、次の課題が指摘されていた。
《第１の問題点》
第１に、掘削土とセメントミルクとの攪拌混合効率が悪い、という問題が指摘されていた。
すなわち掘削土が、掘削穴内から地上に排土される、という指摘があった。掘削により発生した掘削土が、押上荷重を伴って掘削穴内から地上へと噴き上げられ、地上に排土されていた。
掘削土について、セメントミルクと攪拌混合されることなく、地上に排土される分や、セメントミルクと攪拌混合された後に、地上に排土される分が、多量に発生していた。そしてその分だけ、所期の通りセメントミルクと攪拌混合されて、掘削穴内に止まる掘削土が少なっていた。
このように、従来のセメント系ソイル杭の施工方法については、掘削土が地上に排土されて残土となると共に、その分、セメントミルクとの攪拌混合効率が悪かった。

《第２の問題点》
第２に、もってセメントミルクの材料費が嵩む、という問題が指摘されていた。上述したように掘削土とセメントミルクとの攪拌混合効率が悪いので、その分だけ余計に、セメントミルクが必要となっていた。
すなわち、掘削土と攪拌混合されても、そのまま掘削穴中に止まることなく、掘削土と共に地上に排土されてしまうセメントミルクも多かった。
もって、従来のセメント系ソイル杭の施工方法については、材料費そして工費が嵩む、という問題が指摘されていた。

《第３の問題点》
第３に、セメントミルクと攪拌混合されて地上に排土，残土された掘削土は、環境に有害であり、産業廃棄物として処分することが必要となる。
従来のセメント系ソイル杭の施工方法では、このような掘削土が多量に発生し、産業廃棄物としての処理費用が嵩み、もってこの面からも工費面に問題が指摘されていた。

本発明のセメント系ソイル杭の施工方法は、このような実情に鑑み、上記従来技術の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第１に、掘削土とセメントミルクとの攪拌効率が向上し、第２に、もって材料費が削減され、第３に、産業廃棄物の発生も抑制される、セメント系ソイル杭の施工方法を提案すること、を目的とする。

《請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、特許請求の範囲に記載したように、次のとおりである。
このセメント系ソイル杭の施工方法は、掘削と同時にセメントミルクを注入し、掘削土と該セメントミルクとを攪拌混合して、セメント系ソイル杭を地中に成柱する施工方法に関する。
掘削に使用される掘削機は、回転駆動されるパイプ軸と、該パイプ軸下端に取付けられる掘削ヘッドとを、少なくとも備えている。

そしてまず、予備掘削が実施される。すなわち該掘削ヘッドが、対象地盤の地中へと降下すると共に該パイプ軸にて回転駆動され、もって地中を予備的に若干掘削する。発生した予備掘削掘削土は、地上に撤去される。
それから次に、予備掘削にて該対象地盤に形成された掘削穴の開口を、掘削および注入に支障のない限り地上側から排土押え板で覆って閉鎖する。該排土押え板は、該パイプ軸が回動可能に縦に密貫挿される軸穴と、地上側の不動部への取付固定用のブラケットとを、備えている。

それから本掘削が実施される。すなわち、該掘削ヘッドが該パイプ軸と共に降下しつつ回転駆動される掘削そして削穴の進行と併行して、該セメントミルクが、該パイプ軸内を供給，通過されて該掘削ヘッドから掘削穴内に注入，充填される。もって、発生する該掘削土と該セメントミルクとの攪拌混合が進行する。
該排土押え板は、本掘削に際し該ブラケットにて該不動部に取付固定されている。そして、本掘削による該掘削土生成や該セメントミルク注入に伴い、該掘削穴内にて発生する地上に向けた押上荷重を、押え込む形状，寸法，構造よりなる。
もって該排土押え板は、該掘削穴内の該掘削土や、該掘削穴内で該セメントミルクと攪拌混合された該掘削土が、排土となって地上に排出されることを抑制し、該掘削土と該セメントミルクとの攪拌混合効率を向上せしめること、を特徴とする。

《第１の効果》
第１に、掘削土とセメントミルクとの攪拌混合効率が、向上する。すなわち、本発明のセメント系ソイル杭の施工方法では、掘削に際し、掘削穴の開口を地上側から排土押え板で覆って閉鎖する。
もって、前述した従来技術のように、掘削土が掘削穴内から地上に排土されることは、排土押え板の採用により抑制される。
従来技術のように掘削土が、セメントミルクと攪拌混合されることなく、地上に残土として排土されたり、セメントミルクとの攪拌混合された後に、地上に残土として排土されてしまうことは、抑制される。
従って本発明によると、掘削土とセメントミルクとの攪拌混合効率が向上するようになる。掘削土は、所期の通りその発生場所に止まると共に、掘削穴内のその場所でセメントミルクと確実に攪拌混合され、十分にまじり合うようになる。

《第２の効果》
第２に、そこで材料費が削減される。すなわち、本発明のセメント系ソイル杭の施工方法では、排土押え板を採用したことにより、上述したように、掘削土のセメントミルクとの攪拌混合効率が向上する。
そこでその分、セメントミルクの使用量が少なくて済むようになる。前述した従来技術に比し、セメントおよび水の使用比率が低減され、その分、工費が削減される。

《第３の効果》
第３に、産業廃棄物の発生も抑制される。すなわち、本発明のセメント系ソイル杭の施工方法では、セメントミルクと攪拌混合された掘削土が、地上に排土されて残土となることは、抑制される。
そこで、前述した従来技術のように、セメントミルクと攪拌混合された掘削土が、排土，残土となって多量に発生し、環境対策費用つまり産業廃棄物としての処理費用が嵩むことは、防止される。もって、この面からも工費面に優れている。
このように、従来技術に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。

本発明に係るセメント系ソイル杭の施工方法について、発明を実施するための形態の説明に供し、（１）図〜（６）図は、各工程の断面説明図である。 同発明を実施するための形態の説明に供し、（１）図〜（５）図は、排土押え板の各例の斜視図である。 同発明を実施するための形態の説明に供し、（１）図は、排土押え板や掘削機の正面図、（２）図は、排土押え板や掘削機の斜視図である。 同発明を実施するための形態の説明に供し、ベース車輌，リーダマスト，掘削機，排土押え板等を示す、全体の正面説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図１〜図４参照して詳細に説明する。
《本発明の概要》
まず、本発明の概要について、図１を参照して説明する。このセメント系ソイル杭Ａの施工方法は、掘削と同時にセメントミルクＢを注入し、掘削土ＣとセメントミルクＢとを攪拌混合して、セメント系ソイル杭Ａを地盤Ｄの地中に成柱する。
そして、本発明のセメント系ソイル杭Ａの施工方法は、排土押え板１を採用してなり、掘削穴Ｅの開口を、掘削と注入に支障ない限り、地上Ｆ側から閉鎖する。
もって、掘削穴Ｅ内の掘削土Ｃや、セメントミルクＢと攪拌混合された掘削土Ｃが、排土となって地上Ｆに排出されることが、確実に抑制されるようになる。
本発明の概要は、以上のとおり。
以下、このような本発明について、更に詳述する。

《掘削機２等について》
まず、本発明の前提となる掘削機２やベース車輌３について、図３，図４を参照して、説明する。
このセメント系ソイル杭Ａの施工方法では、掘削に掘削機２が使用される。そして掘削機２は、回転駆動されるパイプ軸４と、パイプ軸４下部に取付けられる攪拌翼５および静止翼６と、パイプ軸４下端に取付けられる掘削ヘッド７とを、少なくとも備えている。

掘削機２について、更に詳述する。まず、掘削機２のパイプ軸４は、施工時において、ベース車輌３に縦向き姿勢で搭載されたリーダマスト８にて、縦に保持されている。
すなわちパイプ軸４は、掘削施工時においては、その回転駆動用の油圧モータ９と共に、縦向き姿勢とされたリーダマスト８に対し、上下にスライド移動可能に、チャッキング取付け保持されている。そしてパイプ軸４は、昇降機構（図示せず）により、リーダマスト８に沿って昇降動される。
又、硬化材としてセメントミルク（セメント＋水）Ｂが、パイプ軸４内を供給，通過されて、掘削ヘッド７から掘削穴Ｅ内に注入される。なお、図１中の１０は、セメントミルクＢの供給部であるが、図３，図４中では、セメントミルクＢの供給関係の図示は、省略されている。
ベース車輌３は、キャタピラ１１走行されると共に、アウトリガー１２を備えている。そして搭載されたリーダマスト８は、走行時等の非施工時は、横向き姿勢とされ（パイプ軸４本体も、横向きでリーダマスト８に保持されており）、施工時において、起伏用の油圧シリンダ１３にて縦向き姿勢とされる。
リーダマスト８は、縦向き姿勢において、昇降用の油圧シリンダ１３にて昇降動可能となっており、例えばベース車輌３の車台高と地面との間で、昇降動できるようになっている。

パイプ軸４は、施工時以外は、その端部４´が取外されており、施工時において、パイプ軸４本体に対し一体接続される。
そして、このようなパイプ軸４の端部（下端部）４´に、掘削機２の攪拌翼５，静止翼６，掘削ヘッド７等が、上から順に取付けられている。つまり、掘削機２の攪拌翼５，静止翼６，掘削ヘッド７等は、施工に際し、端部４´の一体接続に伴い、パイプ軸４本体に取付けられる。
掘削ヘッド７は、掘削刃（ビット）を備えており、掘削対象の地盤Ｄの地中に圧入されて，回転駆動される。もって、降下しつつ地盤Ｄの地中を垂直に掘削して、垂直方向に掘削穴Ｅを円筒状に形成すると共に、掘削された掘削穴Ｅ内に、掘削された地盤Ｄの土砂にて掘削土Ｃを生成せしめる。
掘削ヘッド７の先端（下端）には、パイプ軸４内を供給，通過されたセメントミルクＢの投入，吐出口が、設けられている。
攪拌翼５および静止翼６は、掘削穴Ｅ内において、掘削に伴い生成された掘削土Ｃと充填されたセメントミルクＢとを、攪拌混合する。
掘削機２等については、以上のとおり。

《排土押え板１の概要について》
次に、本発明で採用された排土押え板１について、図２，更には図１，図３，図４等を参照して、説明する。
本発明に係るセメント系ソイル杭Ａの施工方法では、掘削穴Ｅの閉鎖に、排土押え板１が用いられる。この排土押え板１は、掘削やセメントミルクＢ注入に伴い掘削穴Ｅ内にて発生する押上荷重を、押え込む形状、寸法，構造よりなる。
そして排土押え板１は、掘削機２による掘削とセメントミルクＢの注入とに支障がない限り、地上Ｆ側から掘削穴Ｅの開口を、蓋して押え込む。
排土押え板の概要については、以上のとおり。

《排土押え板１の形状，寸法，その他について》
このような排土押え板１について、更に詳述する。排土押え板１は、代表的には鉄板，その他の金属製よりなる。そして、その形状，寸法は、形成される掘削穴Ｅの開口を、蓋をして閉鎖するに足る設定よりなる。
例えば、図２の（１）図〜（３）図に示した略円形の排土押え板１は、径２００ｍｍ〜３，０００ｍｍ程度、代表的には径５００ｍｍ〜１，５００ｍｍ程度よりなる。つまり排土押え板１は、掘削穴Ｅの開口径より大径とされる。
図２の（４）図，（５）図に示した長方形の排土押え板１も、勿論、各掘削穴Ｅの開口を蓋して閉鎖可能な、形状，寸法よりなる。

そして排土押え板１は、掘削機２のパイプ軸４が回動可能に縦に密貫挿される軸穴１４と、地上Ｆ側の不動部への取付固定用のブラケット１５とを、備えている。
まず掘削機２には、単軸機と多軸機とがある。そこで、単軸機が使用される場合は、図２の（１）図〜（３）図に示したように、単数１軸の軸穴１４を備えた排土押え板１が用いられる。
多軸機が使用される場合は、図２の（４）図に示したように３軸用や、図２の（５）図に示したように２軸用等に、複数の軸穴１４を備えた排土押え板１が用いられる。

又、図示例の排土押え板１は、左右に２分割された板部材１６，１７製よりなる。そして掘削に際し、ブラケット１５による不動部への取付固定と共に、両部材１６，１７が一体化されるようになっている。なお軸穴１４は、両部材１６，１７の２分割ライン１８上に、形成，設定されている。
このような図示例は、非掘削時における取扱いの利便性を考慮したものである。勿論、図示例によらず、分割されない一体型の排土押え板１も、可能である。なお、軸穴１４の内周面には、パイプ軸４の密貫挿用にパッキンが添装される。
排土押え板１の形状，寸法，その他については、以上のとおり。

《排土押え板１の構造について》
排土押え板１は、掘削やセメントミルクＢ注入に伴い掘削穴Ｅ内で発生する押上荷重を、押え込むに足る構造よりなる。
このような押え込み構造の実現方式としては、例えば次の（イ），（ロ），（ハ），（ニ），（ホ），（ヘ）等、各種可能である。
（イ）排土押え板１の重量のみによる方式が、まず考えられる。すなわち、排土押え板１の自重だけで押上荷重を押え込むことになるが、その非掘削時における運搬等、取扱に若干難点が存すると思われる。

（ロ）図示例では、排土押え板１は掘削作業に際し、ベース車輌３側で縦向き姿勢とされたリーダマスト８下に、ブラケット１５にて取付固定される。
そしで図示例では、排土押え板１の自重に加え、リーダマスト８の重量等による支え保持力も加わって、押上荷重を押え込む方式よりなる。
（ハ）勿論これによらず、リーダマスト８へのブラケット１５による取付固定は、排土押え板１の位置決めだけの機能とし、依然として上述したＡのように、排土押え板１の重量によって、押上荷重を押え込むようにした方式も可能である。
（ニ）逆に、主にリーダマスト８の重量等による支え保持力によって、押上荷重を押え込み、ブラケット１５にて取付固定された排土押え板１は、主として蓋としての機能に止める方式も可能である。

（ホ）排土押え板１を、図示例によらず、リーダマスト８以外の不動部に、取付固定する方式も考えられる。
例えば、掘削作業に際しベース車輌３からステーを水平方向に延出すると共に、該ステーに縦に取付けられた油圧シリンダのピストンロッド下端に、排土押え板１をブラケット１５にて取付固定する方式も、考えられる。
（ヘ）その他、ベース車輌３以外の地上Ｆ側の不動部に対して、排土押え板１を取付固定することも、可能である。
これらの場合の押上荷重の押え込みについては、リーダマスト８下への取付固定について上述した、（ロ），（ハ），（ニ）に準じる。
排土押え板１の構造については、以上のとおり。

《本発明の施工方法》
本発明に係るセメント系ソイル杭Ａの施工方法は、上述した掘削機２や排土押え板１を使用して、次の各工程を辿って実施される。
以下、本発明の各工程（１）〜（１０）について、図１〜図４、特に図１を参照して、その作業内容を順に説明する。

（１）まず、施工対象とされた地盤Ｄの現場では、排土押え板１が、不動部に取付固定される。図示例では、排土押え板１は、ベース車輌３の縦姿勢のリーダマスト８下に、ブラケット１５にて取付固定される（図３，図４を参照）。

（２）これと共に、掘削機２について、パイプ軸４下に、掘削ヘッド７等が取付けられる。
図示例では、リーダマスト８に沿って縦に保持されていたパイプ軸４の本体下に、パイプ軸４の（下）端部４´が、一体接続される。もって、掘削機２の攪拌翼５，静止翼６，掘削ヘッド７等が、パイプ軸４本体下に取付けられる（図３，図４を参照）。

（３）それから掘削機２が、杭芯にセットされた後、地面まで降下される（図１の（１）図を参照）。
すなわち、掘削機２のパイプ軸４，掘削ヘッド７等が、施工対象の地盤Ｄについて予め設定された杭芯ポイント上に、セットされた後、パイプ軸４が降下され、掘削ヘッド７が、対象地盤Ｄの地面まで降下せしめられる。

（４）しかる後、本掘削に先立ち予備掘削が実施され、もって発生した掘削土Ｃが地上下に撤去される（図１の（２）図を参照）。
すなわち、掘削機２の掘削ヘッド７が、対象地盤Ｄの地中へと降下すると共に、パイプ軸４にて回転駆動される。もって、地中を予備的に若干掘削する。
なお、このような予備掘削による掘削土Ｃ´は、地上Ｆに押上げられるが、これは一般排土，一般残土であり、再利用も可能である。つまり、この掘削土Ｃ´は、セメントミルクＢは混入されておらず、産業廃棄物ではない。

（５）それから、この予備掘削にて対象地盤Ｄに形成された掘削穴Ｅが、排土押え板１にて、地上Ｆ側から閉鎖される（図１の（３）図を参照）。
図示例では、リーダマスト８が降下され、もって、その下端に取付固定された排土押え板１が、掘削穴Ｅの開口を覆って閉鎖する。

（６）それから対象地盤Ｄに対し本掘削が実施される。すなわち、掘削進行と併行して、セメントミルクＢが掘削穴Ｅ内に注入され、もって、発生する掘削土ＣとセメントミルクＢの攪拌混合が、機械的に進行する（図１の（３）図，（４）図を参照）。
掘削機２の掘削ヘッド７が、パイプ軸４と共に降下しつつ回転駆動されて、対象地盤Ｄについて掘削穴Ｅの掘削，削穴が、地中下方に向け順次進行すると共に、セメントミルクＢが、掘削ヘッド７から掘削穴Ｅ内に注入，充填される。
そして、攪拌翼５や静止翼６により、本掘削に伴い生成される掘削土ＣとセメントミルクＢとの攪拌混合が、掘削穴Ｅ内にて繰り返される。

（７）さて、このような本掘削による掘削土Ｃの生成や、セメントミルクＢの注入に伴い、掘削穴Ｅ内には、地上Ｆに向け押上荷重が発生する。
そして、このような押上荷重は、掘削穴Ｅを地上Ｆ側から覆って閉鎖する排土押え板１にて、押え込まれる。
もって、掘削土Ｃや、セメントミルクＢと攪拌混合された掘削土Ｃが、地上Ｆに残土となって排土されることは、抑制される（図１の（３）図，（４）図，（５）図を参照）。完全に阻止することも、勿論可能である。

（８）掘削ヘッド７が所定深さまで到達すると、つまり、所定杭長の掘削穴Ｅが掘削形成されると、掘削機２のパイプ軸４そして掘削ヘッド７が、降下を停止する。それから事後、地上Ｆに向け上昇する（図１の（５）図を参照）。

（９）そして、パイプ軸４や掘削ヘッド７が、地上Ｆに引き上げられる。又、リーダマスト８が上昇されて、排土押え板１による掘削穴Ｅの閉鎖が、解除される。
このようにして、対象地盤Ｄの地中に、セメント系ソイル杭Ａが成柱される（図１の（６）図を参照）。

（１０）なお、地盤Ｄの地中に成柱されたセメント系ソイル杭Ａについては、そのセメントミルクＢが硬化しない内に、鋼管，形鋼，その他の芯材を、補強のため挿入し建て込むようにしてもよい。
本発明の施工方法については、以上のとおり。

Ａ セメント系ソイル杭
Ｂ セメントミルク
Ｃ 掘削土
Ｃ´掘削土
Ｄ 地盤
Ｅ 掘削穴
Ｆ 地上
１ 排土押え板
２ 掘削機
３ ベース車輌
４ パイプ軸
４´端部
５ 攪拌翼
６ 静止翼
７ 掘削ヘッド
８ リーダマスト
９ 油圧モータ
１０ 供給部
１１ キャタピラ
１２ アウトリガー
１３ シリンダ
１４ 軸穴
１５ ブラケット
１６ 板部材
１７ 板部材
１８ 分割ライン

Claims (1)

1. 掘削と同時にセメントミルクを注入し、掘削土と該セメントミルクとを攪拌混合して、セメント系ソイル杭を地中に成柱する施工方法において、
   掘削に使用される掘削機は、回転駆動されるパイプ軸と、該パイプ軸下端に取付けられる掘削ヘッドとを、少なくとも備えており、
   まず、予備掘削が実施され、該掘削ヘッドが、対象地盤の地中へと降下すると共に該パイプ軸にて回転駆動され、もって地中を予備的に若干掘削し、発生した予備掘削掘削土を地上に撤去してから、
   次に、予備掘削にて該対象地盤に形成された掘削穴の開口を、掘削および注入に支障のない限り地上側から排土押え板で覆って閉鎖し、該排土押え板は、該パイプ軸が回動可能に縦に密貫挿される軸穴と、地上側の不動部への取付固定用のブラケットとを、備えており、
   それから、本掘削が実施され、該掘削ヘッドが該パイプ軸と共に降下しつつ回転駆動される掘削そして削穴の進行と併行して、該セメントミルクが、該パイプ軸内を供給，通過されて該掘削ヘッドから該掘削穴内に注入，充填され、もって、発生する該掘削土と該セメントミルクとの攪拌混合が進行するが、
   該排土押え板は、本掘削に際し該ブラケットにて該不動部に取付固定されており、本掘削による該掘削土生成や該セメントミルク注入に伴い、該掘削穴内にて発生する地上に向けた押上荷重を、押え込む形状，寸法，構造よりなり、
   もって該排土押え板は、該掘削穴内の該掘削土や、該掘削穴内で該セメントミルクと攪拌混合された該掘削土が、排土となって地上に排出されることを抑制し、該掘削土と該セメントミルクとの攪拌混合効率を向上せしめること、を特徴とするセメント系ソイル杭の施工方法。

Images