JP5940856B2 - 柱列壁築造工法及び柱状改良装置 - Google Patents

Description

本発明は、柱列壁築造工法及び柱状改良装置に関し、特に、住宅建築物等の小規模の建物が構築される敷地において採用される柱列壁築造工法及び柱状改良装置に関する。

従来より、例えば土木工事において、山留めと遮水とを兼ねた山留遮水壁を構築する工法として、ＳＭＷ工法（ソイルミキシングウォール工法）が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＳＭＷ工法は、多軸混練オーガー機で原地盤を削孔しつつ、その先端からセメントスラリーを吐出して混練することにより、各軸のオーガーによって各々造成されるソイルセメント柱体を相互にラップさせた状態で、１エレメントのソイルセメント壁体を造成する工法であり、造成したソイルセメント壁体を連続的に一体として形成することによって、山留遮水壁を構築するものである。ＳＭＷ工法において用いる多軸混練オーガー機としては、３軸式又は５軸式のものが一般に用いられている。

一方、例えば住宅建築物等の小規模の建物を構築する際の軟弱地盤対策として、柱状改良装置を用いたいわゆる湿式柱状改良工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。湿式柱状改良工法は、回動軸の先端部分に掘削翼や攪拌翼を備える撹拌装置によって、セメントミルク等の流動状態の固化材を掘削土砂と地中で攪拌混合することにより、例えば５００〜６００ｍｍ程度の杭径の柱状改良杭を個々に形成してゆく工法である。このような柱状改良装置を用いた湿式柱状改良工法によれば、住宅建築物等の建物の基礎地盤を補強したり、建物を支持する基礎杭として、複数本の柱状改良杭を、狭い敷地においても簡易に且つ効率良く形成することが可能である。

また、例えば建物の基礎構造として、工法名「ラインガード」（株式会社リアス製）が、基礎地盤の液状化対策として提案されている。「ラインガード」では、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように、建物の基礎地盤を、例えば４〜６ｍ程度の高さの壁体３０によって箱形に囲い込むと共に、べた基礎３１などで蓋をすることで、例えば液状化による住宅等の建物３２の傾き被害を、効果的に防ぐことを可能にした新たな耐震工法である。また「ラインガード」では、建物３２の直下部分の基礎地盤３３を囲い込む箱形の壁体３０は、例えば上述のＳＭＷ工法を用いて、ソイルセメント柱体を相互にラップさせつつ連続させた、柱列壁として築造することが可能である。

特開２００９−２３５６７６号公報 特開２００８−３０８８８７号公報

しかしながら、例えば建物の基礎構造として、ソイルセメント柱体等の柱状改良杭を地中に連続形成して柱列壁を築造する場合、建物の敷地が、住宅建築物等の小規模の建物を構築するための狭い敷地であると、ＳＭＷ工法では、多軸混練オーガー機のベースマシンが、例えば３０ｔ〜１２０ｔクラスの大型のマシンであるため、狭い敷地で施工することが困難になる。また、３軸式又は５軸式の多軸混練オーガー機を用いたＳＭＷ工法では、優れた品質の山留遮水壁を精度良く形成するために、後続エレメントを多軸混練オーガー機で形成する際に、先行して形成された先行エレメントの一部のソイルセメント柱体をガイドとして、３軸又は５軸のオーガー機の一部を、硬化する前の流動状態となっている当該先行エレメントの一部のソイルセメント柱体に重ねて挿入しながら、後続エレメントを形成してゆくことになる。このため、３軸又は５軸のオーガー機の一部が、セメントミルク等の固化材を再度注入しつつ先行エレメントの一部に重ねて挿入されることで、当該先行エレメントの一部のソイルセメント柱体から、セメント混じりの残土が多量に排出されることになって、その処理に多くの手間とコストがかかることになる。

これに対して、狭い敷地においても施工が容易な、例えば１０ｔクラスのベースマシンによる湿式柱状改良工法によって形成される柱状改良杭を、柱状固結体として地中に連続して設けることで、柱列壁を地中に築造することも考えられるが、湿式柱状改良工法による柱状改良杭は、個々に独立して形成されるものであることから、複数の柱状改良杭を、隙間無く且つ精度良く、連続させて地中に形成してゆくことは困難である。

本発明は、狭い敷地においても、複数の柱状改良杭を、隙間無く且つ精度良く、連続させて地中に容易に形成してゆくことのできる柱列壁築造工法及び柱状改良装置を提供することを目的とする。

本発明は、攪拌羽根が取り付けられた攪拌ロッドを所定の深さで地中に挿入し、セメント系固化材を噴射すると共に攪拌ロッドを回転して地中の土砂と混合することで、柱状固結体を地中に形成する柱状改良装置を用いた柱列壁築造工法であって、前記攪拌ロッドと平行に延設させて、先行して形成された柱状固結体の中央部分の、前記攪拌ロッドの中心軸部の抜き跡にのみ挿入可能な太さを備えるガイドロッドを、前記柱状改良装置に取り付けておき、該ガイドロッドを、先行して形成された柱状固結体の前記攪拌ロッドの中心軸部の抜き跡にのみ挿入することによりガイドさせて、前記攪拌ロッドによって、前記先行して形成された柱状固結体に隣接する次の柱状固結体を、セメント系固化材を噴射すると共に地中の土砂と混合することで地中に形成する工程を含む柱列壁築造工法を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の柱列壁築造工法は、前記ガイドロッドが、地中に形成される前記柱状固結体の直径よりも短い軸心間の間隔をおいて、前記攪拌ロッドと平行に延設して前記柱状改良装置に取り付けられており、前記先行して形成された柱状固結体と、これに隣接する前記次の柱状固結体とが、その側部をラップさせて連続した状態で形成されるようになっていることが好ましい。

また、本発明は、上述の柱列壁築造工法に用いる柱状改良装置であって、走行移動可能なベースマシンと、該ベースマシンに支持されて縦方向に延設するリーダー部と、該リーダー部に案内されて昇降可能な昇降装置と、該昇降装置に回転可能に支持されて該昇降装置と共に昇降することで、地中に圧入又は地中から抜き出される前記攪拌ロッドと、前記攪拌ロッドと所定の間隔をおいて平行に延設して、前記攪拌ロッドと一体として昇降可能に取り付けられた、前記攪拌ロッドの中心軸部の抜き跡にのみ挿入可能な太さを備える前記ガイドロッドとを含んで構成される柱状改良装置を提供することにより、上記目的を達成したものである。

本発明の柱列壁築造工法又は柱状改良装置によれば、狭い敷地においても、複数の柱状改良杭を、隙間無く且つ精度良く、連続させて地中に容易に形成してゆくことができる。

（ａ）、（ｂ）は、本発明の好ましい一実施形態に係る柱列壁築造工法及び柱状改良装置を説明する略示側面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の好ましい一実施形態に係る柱列壁築造工法を説明する略示側面図及び略示横断面図である。 本発明の好ましい一実施形態に係る柱列壁築造工法によって形成される箱形の壁体を説明する、（ａ）は略示断面図、（ｂ）は略示斜視図である。

本発明の好ましい一実施形態に係る柱列壁築造工法は、例えば住宅建築物等の小規模の建物が構築される狭い敷地において、例えば基礎地盤の液状化対策として、図３（ａ）、（ｂ）に示すような例えば４〜６ｍ程度の高さの箱形の壁体３０を、建物３２の基礎地盤３３に、複数の柱状改良杭２０（図１、図２参照）を柱状固結体として地中に連続して形成することで、矩形環状の平面形状を有する柱列壁として地中に築造することによって設置する際に採用されたものである。

ここで、建物３１の基礎地盤３３に形成された箱形の壁体３０は、建物３１の直下部分の当該基礎地盤３３を囲い込むと共に、建物３２のべた基礎３１などによって蓋がなされることで、地震時の荷重に対して壁面が一体として抵抗することになるので、基礎地盤３３の変形を効果的に抑制する機能を発揮することが可能になると共に、基礎地盤３３が液状化しやすい地盤であっても、壁体３０の内側の地盤を拘束することで、基礎地盤３３が液状化するのを効果的に抑制する機能を発揮することが可能になる。

また、本実施形態の柱列壁築造工法では、柱状改良杭を地中に形成する湿式柱状改良工法は、例えば３０ｔ〜１２０ｔクラスの大型のベースマシンによる多軸混練オーガー機を用いるＳＭＷ工法とは異なり、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば１０ｔクラスの小型のベースマシン１１による柱状改良装置１０を用いて柱状改良杭２０を形成することができるので、例えば住宅建築物等の小規模の建物が構築される狭い敷地においても、容易に施工することが可能になると共に、後述する所定の構成を備えることにより、このような小型のベースマシンを用いた場合でも、複数の柱状改良杭２０を、隙間無く且つ精度良く、連続させて形成し行くことが可能になる。

そして、本実施形態の柱列壁築造工法は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、攪拌羽根１２が取り付けられた攪拌ロッド１３を所定の深さで地中に挿入し、セメント系固化材を噴射すると共に攪拌ロッド１３を回転して地中の土砂と混合することで、柱状固結体（柱状改良杭）２０を地中に形成する柱状改良装置１０を用いた工法であって、攪拌ロッド１３と平行に延設させて、先行して形成された柱状固結体２０の中央部分の、攪拌ロッド１３の中心軸部１４の抜き跡２１にのみ挿入可能な太さを備えるガイドロッド１５を、柱状改良装置１０に取り付けておき、このガイドロッド１５を、先行して形成された柱状固結体２０の攪拌ロッド１３の中心軸部１４の抜き跡２１にのみ挿入することによりガイドさせて、攪拌ロッド１３によって、先行して形成された柱状固結体２０に隣接する次の柱状固結体２０’を、セメント系固化材を噴射すると共に地中の土砂と混合することで地中に形成する工程を含んでいる。

すなわち、本実施形態では、湿式柱状改良工法によって地中に形成される柱状固結体である柱状改良杭２０は、極めて高い精度が要求されると共に攪拌を何回も丁寧に繰り返して高品質に形成されるＳＭＷ工法によるエレメントと比較して、高品質であることはそれほど要求されておらず、またセメント系固化材の添加量は多くなっているものの、地中での攪拌は、ＳＭＷ工法ほど丁寧に行われないため、攪拌ロッド１３を地中から抜いた後に、攪拌ロッド１３の中心軸部１４の抜き跡２１が、先行して形成された柱状固結体２０の中央部分に、周囲よりも軟らかい部分として残っていることから、このような攪拌ロッド１３の中心軸部１４の抜き跡２１を有効に利用して、複数の柱状改良杭２０を、隙間無く且つ精度良く連続させて形成し行くことができるようにしたものである。

また、本実施形態の柱列壁築造工法では、ガイドロッド１５は、地中に形成される柱状固結体２０の直径ｄよりも短い軸心間の間隔ｐをおいて、攪拌ロッド１３と平行に延設して柱状改良装置１０に取り付けられており（図２（ｂ）参照）、これによって先行して形成された柱状固結体２０と、これに隣接する次の柱状固結体２０’とが、その側部をラップさせて連続した状態で形成されるようになっている。

本実施形態では、柱列壁築造工法に用いる柱状改良装置１０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、走行移動可能なベースマシン１１と、ベースマシン１１に支持されて縦方向に延設するリーダー部１６と、リーダー部１６に案内されて昇降可能な昇降装置１７と、昇降装置１７に回転可能に支持されて昇降装置１７と共に昇降することで、地中に圧入又は地中から抜き出される攪拌ロッド１３と、攪拌ロッド１３と所定の間隔をおいて平行に延設して、攪拌ロッド１３と一体として昇降可能に取り付けられた、攪拌ロッド１３の中心軸部１４の抜き跡２１にのみ挿入可能な太さを備えるガイドロッド１５とを含んで構成されている。

ベースマシン１１は、本実施形態では、例えば０．２ｍ²程度のバケットを備えるバックフォーのベースマシンと略同様の構成を備える、１０ｔクラスの公知のもので、キャタピラ形式の移動装置１１ａによって、走行移動可能となっている。ベースマシーン１１は、柱状固結体２０の各施工箇所において、当該ベースマシーン１１を動かないように安定した状態で設置させるための、アウトリガー部等を備えていることが好ましい。

リーダー部１６は、本実施形態では、従来の柱状改良装置と略同様に、ベースマシン１１に設けられた支持架台１１ｂから立設して、ベースマシン１１によって支持された状態で縦方向に延設して設けられる。

昇降装置１７は、本実施形態では、従来の柱状改良装置と略同様に、回転把持部１７ａと、昇降部１７ｂとを備える。回転把持部１７ａは、攪拌ロッド１３の中心軸部１４を把持して、攪拌ロッド１３を正方向又は逆方向に回転駆動できるようになっている。昇降部１７ｂは、リーダー部１６に上下にスライド移動可能に取り付けられており、リーダー部１６に沿って上下方向に駆動されることによって、回転把持部１７ａに把持された攪拌ロッド１３の先端部分に取り付けられた攪拌羽根１２を、回転させながら地中に押し込んだり、地中から引き上げたりできるようになっている。回転把持部１７ａは、攪拌ロッド１３の中心軸部１４を着脱可能に把持できるようになっており、これによって中心軸部１４を把持する上下方向の位置を換えつつ、攪拌ロッド１３を地中に圧入したり地中から抜き出したりできるようになっている。

また、本実施形態では、リーダー部１６の下端部から前方に張り出して、下方位置決めガイド部１６ａが、リーダー部１６に一体固定されて設けられており、リーダー部１６から上下方向にスライド移動可能に支持されて、上方位置決めガイド部１６ｂが、攪拌ロッド１３よりもさらに前方に張り出した状態で設けられている。昇降装置１７の回転把持部１７ａによって把持された攪拌ロッド１３は、昇降装置１７の下方及び上方において、これらの下方位置決めガイド部１６ａや上方位置決めガイド部１６ｂによって回転可能に位置決めされていることで、鉛直な上下方向に、さらに安定した状態で昇降することが可能になる。また後述するガイドロッド１５は、上方位置決めガイド部１６ｂの先端部に接合されて、攪拌ロッド１３の中心軸部１４と平行に延設して取り付けられている。

攪拌ロッド１３は、本実施形態では、従来の柱状改良装置と略同様に、中心軸部１４と、中心軸部１４の先端部分に取り付けられた攪拌羽根１２とを有している。中心軸部１４は、例えばφ１２０ｍｍ程度の中空の鋼管パイプからなり、例えば５〜１０ｍ程度の長さを備えている。中心軸部１４の上端部には、接続パイプ１４ａを介して、可撓性を有する固化材供給配管１８が接続されている。この固化材供給配管１８から、中心軸部１４の中空内部にセメント系固化材が圧送される。

攪拌羽根１２は、本実施形態では、図２（ａ）〜（ｃ）にも示すように、中心軸部１４の下端部分に一体として連設固定された、切削羽根１９ａを備える先端切削パイプ部１９の外周面に一体接合されることにより、先端切削パイプ部１９から外側に張り出して、好ましくは上下方向及び周方向の位置をずらした状態で、攪拌ロッド１３の下端部分に複数設けられている。攪拌羽根１２は、昇降装置１７の上下動による攪拌ロッド１３の下降及び上昇に伴って、例えば先端切削パイプ部１９の切削羽根１９ａによって切削された地中の土砂と、例えば先端切削パイプ部１９の周面に設けられた噴射孔から噴射されるセメント系固化材とを攪拌混合することで、例えばφ６００ｍｍ程度の大きさの柱状固結体２０を地中に形成するようになっている。

ガイドロッド１５は、本実施形態では、先行して形成された柱状固結体２０の中央部分の、攪拌ロッド１３の中心軸部１４の抜き跡２１に挿入可能な太さとして、例えばφ１００〜１２０ｍｍ程度の太さを有する先端が閉塞された中空の鋼管パイプからなり、攪拌ロッド１３の中心軸部１４と略同様の、例えば５〜１０ｍ程度の長さを有している。ガイドロッド１５は、これの上端部が、上述の上方位置決めガイド部１６ｂの先端部に、ネジ嵌合や溶着接合等による接合手段を介して着脱可能に接合されることで、攪拌ロッド１３の中心軸部１４と平行に延設して取り付けられている。

また、本実施形態では、ガイドロッド１５は、攪拌ロッド１３の中心軸部１４との間の軸心間の間隔ｐが、例えばφ６００ｍｍ程度の大きさの柱状固結体２０の直径ｄよりも短い、例えば５００ｍｍ程度となるように取り付けられている。これによって、先行して形成された柱状固結体２０と、これに隣接する次の柱状固結体２０’とが、その側部を例えば１００ｍｍ程度ラップさせて連続した状態で形成されるようになっている（図２（ｂ）参照）。

上述の構成を備える本実施形態の柱状改良装置１０を用いて、箱形の壁体３０を構成する柱列壁を築造するには、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、まず柱状改良装置１０にガイドロッド１５を取り付けていない状態で、従来の湿式柱状改良工法と同様に、攪拌ロッド１３を昇降させながら地中の土砂とセメント系固化材とを攪拌混合することで、柱状固結体２０を形成する（図２（ａ）参照）。しかる後に、ガイドロッド１５を柱状改良装置１０に取り付け、形成された固化する前の状態の柱状固結体２０を、先行して形成された柱状固結体２０として、これの中央部分の、周囲よりも軟らかい部分として残っている攪拌ロッド１３の中心軸部１４の抜き跡２１に、ガイドロッド１５を挿入してガイドさせながら、当該先行して形成された柱状固結体２０に隣接する次の柱状固結体２０’を、攪拌ロッド１３によって、セメント系固化材を噴射すると共に地中の土砂と攪拌混合することにより地中に形成する（図２（ｂ）参照）。

以後、同様にして、ガイドロッド１５が取り付けられた柱状改良装置１０を用いて、直前に形成された固化する前の状態の柱状固結体２０を、先行して形成された柱状固結体２０として、これの中央部分の攪拌ロッド１３の中心軸部１４の抜き跡２１に、ガイドロッド１５を挿入してガイドさせながら、当該先行して形成された柱状固結体２０に隣接する次の柱状固結体２０’を順次形成してゆくことで（図２（ｃ）参照）、複数の柱状固結体２０が、その側部をラップさせて連続した状態となって構成される柱列壁が築造される。

そして、上述の構成を備える本実施形態の柱列壁築造工法及び柱状改良装置によれば、狭い敷地においても、複数の柱状改良杭２０を、隙間無く且つ精度良く、連続させて地中に容易に形成してゆくことが可能になる。

すなわち、本実施形態によれば、攪拌ロッド１３と平行に延設させてガイドロッド１５を柱状改良装置１０に取り付けておき、このガイドロッド１５を、先行して形成された柱状固結体２０の攪拌ロッド１３の中心軸部１４の抜き跡２１に挿入することによりガイドさせて、攪拌ロッド１３によって、次の柱状固結体２０’を、セメント系固化材を噴射すると共に地中の土砂と混合することで地中に形成する工程を含んでいるので、柱状固結体２０を個々に形成してゆくことで、例えば１０ｔクラスの小型のベースマシン１１による柱状改良装置１０を用いて、狭い敷地においても容易に施工することが可能になると共に、ガイドロッド１５を抜き跡２１に挿入してガイドさせることで、複数の柱状固結体２０を、その側部を確実にラップさせて隙間無く連続させた状態で、精度良く柱列壁を築造してゆくことが可能になる。

また、本実施形態によれば、次の柱状固結体２０’を形成する際に、細長い形状のガイドロッド１５を、先行して形成された柱状固結体２０の中心軸部１４の抜き跡２１に挿入してゆくだけなので、ガイドロッド１５の挿入によって柱状固結体２０から排出される、セメント混じりの残土の量を効果的に抑制することが可能になり、これによって残土の処理費用の低減や、環境への負荷の低減を図ることが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、本発明の柱列壁築造工法は、狭い敷地に限定されることなく、例えば住宅建築物以外のその他の建物が構築される、広い敷地に柱列壁を築造して行く際にも採用することができる。また、柱状改良装置を構成するベースマシンは、例えば１０ｔクラスよりも大型のベースマシンであっても良い。柱状固結体の直径、ラップ長、深さ等は、適宜設計することができる。

１０ 柱状改良装置
１１ ベースマシン
１２ 攪拌羽根
１３ 攪拌ロッド
１４ 中心軸部
１５ ガイドロッド
１６ リーダー部
１６ａ 下方位置決めガイド部
１６ｂ 上方位置決めガイド部
１７ 昇降装置
１８ 固化材供給配管
１９ 先端切削パイプ部
２０ 柱状改良杭（柱状固結体）
２０’ 隣接する次の柱状固結体
２１ 抜き跡
３０ 箱形の壁体
３１ べた基礎
３２ 建物
３３ 基礎地盤
ｄ 柱状固結体の直径
ｐ ガイドロッドと攪拌ロッドの軸心間の間隔

Claims (3)

1. 攪拌羽根が取り付けられた攪拌ロッドを所定の深さで地中に挿入し、セメント系固化材を噴射すると共に攪拌ロッドを回転して地中の土砂と混合することで、柱状固結体を地中に形成する柱状改良装置を用いた柱列壁築造工法であって、
   前記攪拌ロッドと平行に延設させて、先行して形成された柱状固結体の中央部分の、前記攪拌ロッドの中心軸部の抜き跡にのみ挿入可能な太さを備えるガイドロッドを、前記柱状改良装置に取り付けておき、該ガイドロッドを、先行して形成された柱状固結体の前記攪拌ロッドの中心軸部の抜き跡にのみ挿入することによりガイドさせて、前記攪拌ロッドによって、前記先行して形成された柱状固結体に隣接する次の柱状固結体を、セメント系固化材を噴射すると共に地中の土砂と混合することで地中に形成する工程を含む柱列壁築造工法。
2. 前記ガイドロッドは、地中に形成される前記柱状固結体の直径よりも短い軸心間の間隔をおいて、前記攪拌ロッドと平行に延設して前記柱状改良装置に取り付けられており、前記先行して形成された柱状固結体と、これに隣接する前記次の柱状固結体とが、その側部をラップさせて連続した状態で形成される請求項１記載の柱列壁築造工法。
3. 請求項１又は２に記載の柱列壁築造工法に用いる柱状改良装置であって、
   走行移動可能なベースマシンと、該ベースマシンに支持されて縦方向に延設するリーダー部と、該リーダー部に案内されて昇降可能な昇降装置と、該昇降装置に回転可能に支持されて該昇降装置と共に昇降することで、地中に圧入又は地中から抜き出される前記攪拌ロッドと、前記攪拌ロッドと所定の間隔をおいて平行に延設して、前記攪拌ロッドと一体として昇降可能に取り付けられた、前記攪拌ロッドの中心軸部の抜き跡にのみ挿入可能な太さを備える前記ガイドロッドとを含んで構成される柱状改良装置。

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