JP6381741B1 - 硬質地盤の改質方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤に長尺物を設置するにあたり、中間層が硬質地盤であっても施工を大幅に短縮することができる、硬質地盤の改質方法を提供する。
【解決手段】先端にビット１４が設けられたケーシング１５と、ケーシング１５内に挿入されたスクリューオーガー１７とを用い、ケーシング１５及びスクリューオーガー１７を互いに逆方向に回転させて、長尺物が設置される領域の硬質地盤１３の下端まで掘削することにより、該硬質地盤をもみほぐした後、ケーシング１５及びスクリューオーガー１７を掘削時とは逆方向に回転させて引き上げながら、もみほぐしによって形成される空隙にスクリューオーガー１７の先端から粘土鉱物系のゲルを注入する。
【選択図】図２

Description

この発明は、硬質地盤の改質方法に関し、より詳細には地盤に鋼管矢板や鋼管杭などの長尺物を設置するにあたり、中間層が硬質地盤であるときの対処技術に関する。

例えば、河川の護岸工事などに使用される土留壁材として、断面性能、曲げ剛性に優れた鋼管矢板が広く知られている。この鋼管矢板は外周に継手部を有し、隣接する鋼管矢板の継手部どうしをかみ合わせて連結しながら、多数本が地盤に打設・圧入される。

このような鋼管矢板の施工において、支持層に至るまでの中間層に礫層、砂礫層、厚い締まりやすい砂層などＮ値の高い硬質地盤があると、特に継手部が硬質地盤を通過困難となって、締固め、高止まりなどの打設障害が生じ、工期遅延の原因となる。

この打設障害を回避するための補助工法として、従来、オールケーシング工法によりケーシングを建て込みながら地盤を先行掘削して土砂を排出した後、ケーシング内に寸法の均一な砂を充填する置換工法が広く採用されている。

しかしながら、この従来の砂置換による補助工法は次のような問題点がある。
すなわち、オールケーシング工法で用いられるケーシングは大口径のものに限られ、したがって掘削孔径も大径となり、掘削・砂置換に要する時間が長くならざるを得ない。このため、施工に必要な鋼管矢板の本数が多い場合や、硬質地盤の深度が３０ｍを越えるような深い場合など、工期が長期化する。その結果、先行掘削・砂置換による補助工法だけで河川工事に許容された１渇水期を費やしてしまうことがあり、本工法である鋼管矢板の打設工程を次期の渇水期まで待たなければならないという事態が生じる。

また、置換された砂が適切な粒度を持たない場合、鋼管矢板の打設時の衝撃で砂が締め固まり、砂置換前の硬質地盤の場合と同様に打設障害の原因となる。

なお、この発明の先行技術文献として特許文献１を挙げることができる。特許文献１記載の発明は、硬質地盤によって引き起こされる鋼管矢板の打設障害の問題点を解決するものであるが、鋼管矢板の継手部対応位置に掘削刃を設けたものであり、この発明とは解決手段が異なる。

特開２００６−９４６８号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、地盤に長尺物を設置するにあたり、中間層が硬質地盤であっても施工期間を大幅に短縮することができる、硬質地盤の改質方法を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、地盤に所要の深度まで長尺物を設置するにあたり、地表面よりも下方の深度範囲にあってかつ地表面を含まない中間層が前記長尺物の貫入が困難な礫層、砂礫層、厚い締まりやすい砂層などのＮ値の高い硬質地盤であるときの当該中間層を構成する硬質地盤の改質方法であって、
前記長尺物が設置される領域の前記中間層を構成する硬質地盤をもみほぐした後、もみほぐしによって形成された土粒子間の空隙に締め固まりを防止するために粘土鉱物系のゲルを注入することにより、前記中間層を構成する硬質地盤のみを改質することを特徴とする硬質地盤の改質方法にある。

また、この発明は、地盤に所要の深度まで長尺物を設置するにあたり、地表面よりも下方の深度範囲にあってかつ地表面を含まない中間層が前記長尺物の貫入が困難な礫層、砂礫層、厚い締まりやすい砂層などのＮ値の高い硬質地盤であるときの当該中間層を構成する硬質地盤の改質方法であって、
先端にビットが設けられたケーシングと、このケーシング内に挿入されたスクリューオーガーとを用い、
前記ケーシング及び前記スクリューオーガーを互いに逆方向に回転させて、前記長尺物が設置される領域の前記中間層を構成する硬質地盤の下端まで掘削することにより、該硬質地盤をもみほぐした後、
前記ケーシング及び前記スクリューオーガーを掘削時とは逆方向に回転させて引き上げながら、もみほぐしによって形成された土粒子間の空隙に締め固まりを防止するために前記スクリューオーガーの先端から粘土鉱物系のゲルを注入することにより、前記中間層を構成する硬質地盤のみを改質することを特徴とする硬質地盤の改質方法にある。

前記長尺物は、例えば隣接するものどうしを連結するために鋼管矢板の外周に設けられる継手部であり、この継手部が埋設される領域の前記中間層を構成する硬質地盤を改質する。また、前記長尺物は、例えば鋼管杭であり、この鋼管杭が設置される領域の前記中間層を構成する硬質地盤を改質する。

前記粘土鉱物系のゲルとして、例えば、ベントナイトゲルを用いることができる。

この発明によれば、地盤に長尺物を設置するにあたり、中間層が硬質地盤であっても施工期間を大幅に短縮することができる。

鋼管矢板が地盤に設置された状態を示し、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は継手部の拡大断面図である。 硬質地盤の改質施工を示す鉛直断面図である。 （ａ）はもみほぐされた地盤に空隙が形成された状態、（ｂ）は空隙に粘土鉱物系ゲルが充填された状態をそれぞれ示す断面図である。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図示の実施形態は、鋼管矢板が設置される地盤の中間層が硬質地盤であるときの例である。図１は鋼管矢板が地盤に設置された状態を示し、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は継手部の拡大断面図、図２は硬質地盤の改質施工を示す鉛直断面図である。

図１に示すように、鋼管矢板１０は鋼管本体１１の周面に軸方向に延びる２つの継手部１１ａ、１１ｂが１８０度の角度間隔を置いて設けられている。鋼管矢板１０は圧入や打撃により多数本が隣接して地盤に順次設置され、その際、先行する鋼管矢板１０の継手部１１ａに後行する鋼管矢板の継手部１１ｂをかみ合わせながら、後行する鋼管矢板１０が地盤に打撃や圧入により所要深度まで設置される。

継手部の形式にはＰ−Ｐ型、Ｌ−Ｔ型、Ｐ−Ｔ型等があり、図１には小径の鋼管に軸方向に延びるスリット１２が形成されたＰ−Ｐ型の継手部１１ａ、１１ｂが例示され、両者のスリット１２を介して継手部１１ａ、１１ｂが互いにかみ合わされる。

硬質地盤の改質施工は、継手部１１ａ、１１ｂが地盤に埋設されることとなる領域Ｒの硬質地盤に対して実施される。領域Ｒは後述するようにケーシングを用いて掘削することから、継手部１１ａ、１１ｂの全体を包含する円形領域である。

図２は硬質地盤の改質施工の手順を示している。図において符号１３で示される中間層が、礫層、砂礫層、厚い締まりやすい砂層などＮ値の高い硬質地盤である。施工には先端にビット１４が設けられたケーシング１５と、先端にオーガーヘッド１６が設けられ、ケーシング１５内に挿入されるスクリューオーガー１７とを用いる。ケーシング１５は図１に示した円形領域Ｒの大きさに対応した径のものである。スクリューオーガー１７の軸１７ａは中空軸であり、この軸１７に掘削水や後述する粘土鉱物系のゲルを供給してオーガーヘッド１６から注出することが可能となっている。

ケーシング１５及びスクリューオーガー１７の上端には回転駆動装置１８、１９がそれぞれ連結され、これらの回転駆動装置１８，１９は図示しない三点式杭打ち機などの施工機械のリーダーに昇降自在に搭載されている。

図１に示した領域Ｒの位置においてケーシング１５の芯出しを行い、図２（ａ）に示すように、ケーシング１５及びスクリューオーガー１７を互いに逆方向に回転させて地盤を掘削する。掘削は図２（ｂ）に示すように中間層である硬質地盤１３の下端に達するまで行う。この硬質地盤１３でのスクリューオーガー１７による掘削によって、地盤がもみほぐされる。

すなわち、硬質地盤の土質が例えば大径の礫や玉石の場合には破砕されて破砕片となり、密にかみ合った小径の礫の場合には分離し、また締め固められた状態にある砂であれば小径の塊状にあるいは個々の砂粒子に分離し、図３（ａ）に示すように、破砕されて形成された若しくは分離して形成された土粒子間に空隙Ｇが形成される。そして、これら土粒子はスクリューオーガー１７のスパイラル翼１７ｂの回転により撹拌された状態にあるので、空隙Ｇが形成された状態が維持される。

ケーシング１５及びスクリューオーガー１７による掘削が硬質地盤１３の下端に達したら、図２（ｃ）に示すように、ケーシング１５及びスクリューオーガー１７を掘削時とは逆方向に回転させて引き上げる。そして、この引き上げに伴って、スクリューオーガー１７の軸１７ａに図示しない供給装置から粘土鉱物系のゲルを高圧供給し、このゲルを軸先端のオーガーヘッド１６からもみほぐされた硬質地盤１３に注入する。

これにより、図３（ｂ）に示すように、土粒子間の空隙Ｇにはゲル２０が充填される。ケーシング１５及びスクリューオーガー１７の引き上げ時には、前記のようにケーシング１５及びスクリューオーガー１７が掘削時と逆方向に回転されるので、破砕により若しくは分離により形成された土粒子群は掘削孔に残置されるが（図２（ｄ））、土粒子間にはゲル２０が充填されているので土粒子が締め固まることのない状態が維持される。なお、中間層１３の深度範囲において、ケーシング１５及びスクリューオーガー１７を回転させながら昇降を複数回繰り返し、ゲルを複数回にわたって注入するようにしてもよい。

ここで、空隙Ｇに充填される粘土鉱物系のゲル２０としては、例えばベントナイトゲルを使用することができる。ベントナイト以外にも、アタパルジャイトやセピオライトなどの粘土鉱物を使用することができ、これら粘土鉱物のゲルはチキソトロピー性を示すという特徴を有しており、ゲル注入時の揺動により粘度が低下することから、ゲルの注入が容易になると共に、注入後の時間の経過と共にゲルの粘度が上昇することから、もみほぐされた地盤が再度締め固まるのを防ぐ効果が高い。ゲルは対象とする硬質地盤の含水量によっても異なるが、例えば、粘土鉱物の粉末もしくは顆粒を水に対して３〜４０部分散させて作製することができる。

以下、上記と同様の改質施工を図１に示した領域Ｒごとに実施し、その後、鋼管矢板１０、１０・・・が圧入により若しくは打撃により地盤に設置される。この鋼管矢板１０の設置に際して、継手部１１ａ、１１ｂが改質された中間層１３に貫入することになるが、土粒子間にはゲルが充填されて締め固まりが防がれているため、継手部１１ａ、１１ｂは中間層１３に難なく貫入することなり、高止まりなどの打設障害が起こることはない。

また、上記のような補助工法としての改質施工は、先行掘削と同時に充填材であるゲルを注入するため、従来の先行掘削及び砂置換のような２工程と異なり、先行掘削の１工程で対応でき、工期を大幅に短縮することができる。

また、上記改質施工は、硬質地盤である中間層１３についてのみ部分的にゲルを注入して改質するため、砂で全置換する従来工法に比べて作業が容易であるだけでなく経済的である。

上記実施形態では、鋼管矢板の継手部が埋設される領域の硬質地盤を改質対象とした例を示したが、これに限らず鋼管杭などその他の長尺物を地盤に設置するにあたって、中間層が硬質地盤である場合にもこの発明を適用できる。

また、上記実施形態では硬質地盤である中間層が１層の場合を示したが、２層以上の複数層の場合にもこの発明を適用できる。

１０：鋼管矢板
１１：鋼管本体
１１ａ、１１ｂ：継手部
１３：中間層（硬質地盤）
１４：ビット
１５：ケーシング
１６：オーガーヘッド
１７：スクリューオーガー
１８、１９：回転駆動装置
２０：粘土鉱物系ゲル
Ｇ：空隙

Claims (5)

1. 地盤に所要の深度まで長尺物を設置するにあたり、地表面よりも下方の深度範囲にあってかつ地表面を含まない中間層が前記長尺物の貫入が困難な礫層、砂礫層、厚い締まりやすい砂層などのＮ値の高い硬質地盤であるときの当該中間層を構成する硬質地盤の改質方法であって、
   前記長尺物が設置される領域の前記中間層を構成する硬質地盤をもみほぐした後、もみほぐしによって形成された土粒子間の空隙に締め固まりを防止するために粘土鉱物系のゲルを注入することにより、前記中間層を構成する硬質地盤のみを改質することを特徴とする硬質地盤の改質方法。
2. 地盤に所要の深度まで長尺物を設置するにあたり、地表面よりも下方の深度範囲にあってかつ地表面を含まない中間層が前記長尺物の貫入が困難な礫層、砂礫層、厚い締まりやすい砂層などのＮ値の高い硬質地盤であるときの当該中間層を構成する硬質地盤の改質方法であって、
   先端にビットが設けられたケーシングと、このケーシング内に挿入されたスクリューオーガーとを用い、
   前記ケーシング及び前記スクリューオーガーを互いに逆方向に回転させて、前記長尺物が設置される領域の前記中間層を構成する硬質地盤の下端まで掘削することにより、該硬質地盤をもみほぐした後、
   前記ケーシング及び前記スクリューオーガーを掘削時とは逆方向に回転させて引き上げながら、もみほぐしによって形成された土粒子間の空隙に締め固まりを防止するために前記スクリューオーガーの先端から粘土鉱物系のゲルを注入することにより、前記中間層を構成する硬質地盤のみを改質することを特徴とする硬質地盤の改質方法。
3. 前記長尺物は隣接するものどうしを連結するために鋼管矢板の外周に設けられる継手部であり、この継手部が埋設される領域の前記中間層を構成する硬質地盤を改質することを特徴とする請求項１又は２記載の硬質地盤の改質方法。
4. 前記長尺物は鋼管杭であり、この鋼管杭が設置される領域の前記中間層を構成する硬質地盤を改質することを特徴とする請求項１又は２記載の硬質地盤の改質方法。
5. 前記粘土鉱物系のゲルは、ベントナイトゲルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の硬質地盤の改質方法。

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