JP6481840B2 - 環境にやさしい土留め壁及びその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、建築構造物の基礎工事のために掘削された地盤が崩壊するか、地下水が流入されることを防ぐために、掘削面に仮施設として設置される土留め壁(retaining wall)または遮水壁と、その 土留め壁を製造するための施工方法に関する。

建築構造物の基礎工事をするためには地盤を掘削しなければならなく、その掘削面が崩壊することを防ぐためには、土留め壁を設置するのが一般的である。土留め壁は、さらに、地下水が流入されることを防止するための遮水壁としても働く。

このような土留め壁の構造は、従来から非常に多様な形態で発展してきており、土留め壁の構造に応じて様々な施工方法が提示されている。例えば、矢板(sheet pile)を用いる方式が提示される。しかし、矢板は、土砂層や風化作用を長期間に亘って受けて脆くなった風化岩の近くには挿入可能であるが、軟岩層や硬岩層の近くには挿入することができない問題点があった。このような問題を解決するために、図1に示されたように、H型パイル(H-pile)を、先ず岩盤層の近くまでに挿入した後、その背面に矢板を設置する方式が使用されることもあった。矢板工法をさらに説明すると、H型パイルの前面には胴縁(furring strip)を掛け渡してH型パイルを一体化し、図面には示されていないが、互いに対向している壁面に設置された胴縁を相互連結するストラト及びアンカーを設置することもある。

最近では、矢板の代わりに、セメント壁体(ソイルセメントまたはコンクリート壁体)を用いる方式が使用されている。セメント壁体を用いた方法においては、オーガスクリューを用いて岩盤層まで穿孔ホールを形成する。穿孔ホールは、基礎工事が必要な領域の境界線に沿って連続的に形成する。穿孔ホールにセメント(グラウト材)を注入し、H型パイルを挿入した後、セメントが硬化すると、H型パイルを内包するセメント連続壁体が形成される。このセメント連続壁体は、土留め及び遮水の機能を果たす。

しかし、従来の工法は、土留め及び遮水において制限的な適用性を見せ、仮施設として基礎工事が完了する時点で構造物を撤去しなければならない時には弱点を露呈する。

即ち、従来の工法は、適用対象が主として軟弱な粘土層に制限され、透水係数の高い土質、河川の近辺及び海岸においては、材料の水中分離及び溶脱などのため適用が困難であるだけではなく、施工後においても品質に大きな問題点が発生して、耐久性(強度及び遮水)の確保が困難である。また、H型パイルは、既製品であって、一定の高さに製作されることから、穿孔ホールが深い場合には、複数のH型パイルを直列に連結して使用しなければならない。ところで、H型パイルを相互連結するために別の鋼材をH型パイルの外面に裏打ちすることになるため、全体的に見たとき、H型パイルの中間部分が突出するように形成される。この突出部分が段部として働いて、その後に硬化したセメント壁体からH型パイルを引き出すのが困難であるという問題点が発生する。 土留め壁を永久施設として設置する場合には問題がないが、仮施設として後で撤去しなければならない場合においては、撤去が容易でないという問題点が発生する。これは、H型パイルを再使用しなければならない側面からも、困難さを生じる。

一方、既存のセメントを使用する場合は、環境問題がさらなるイシューとして作用する。セメントは、強いアルカリ性を帯びて重金属を含むことが多く、このセメントが地下水に出会って有害な成分が流出される。その有害な成分は、地下水に沿って移動する中に、周辺の水系と生態系に影響を及ぼすため、それに対する対備策も必要となる。

本発明は、前記した問題点を解決するためになされたものであって、土質に拘わらず広範囲な適用性を有し、強度、遮水性、変形率などの耐久性及び塩害防止性能が向上するだけではなく、設置及び撤去が容易であるため経済的であり、グラウト材の組成を改めて、重金属の汚染及び汚染の防止において有利な環境に優しい(環境親和的な）土留め壁 及びその施工方法を提供することに目的がある。

前記目的を達成するための本発明による 土留め壁の施工方法は、(a)建築物が築造される領域の境界線に沿って地盤を掘削して、相互離隔するように複数の穿孔ホールを形成し、前記穿孔ホールに鋼材を貫入する鋼材設置段階と; (b)前記鋼材が配置された領域の後方に、セメント連続壁体を形成する段階であって、掘削装備を設計深度まで地中に貫入した後、引き抜く過程のうちのいずれか一つの過程においてセメント安定材を注入して、掘削された地盤の土壌と混合(mixing)することにより、前記セメント安定材が硬化して前記セメント連続壁体を形成する壁体形成段階と; (c)前記鋼材を相互連結する胴縁を設置する胴縁設置段階と;を含んでなることに特徴がある。

本発明においては、前記セメント安定材と土砂とを混合する時、前記セメント安定材とともに重金属吸着剤を注入する。そして、前記セメント安定材と土砂とを混合する時、圧縮空気を噴射して、前記圧縮空気により前記重金属吸着剤を連行して注入するのが望ましい。

特に、前記重金属吸着剤は、C4〜C8の炭素を含有する複数のアルキルメタクリレートと2-ジメチルアミノエチルメタクリレートとを共重合させた樹脂に、1〜3個の酸官能基を有する複数のモノマーを添加して二次乳化重合反応させて形成した高分子物質と、カルボキシルメタル基が含まれたキレート樹脂とを混合して使用する。

一方、本発明の一実施例においては、胴縁とセメント連続壁体との間を隙間埋めする工程を含むことができる。隙間埋め工程は、上段部の前面に、前記胴縁に連結可能な連結部が形成され、下部が上部よりも広い断面積を有するように、背面が傾斜して形成されて、前記胴縁の背面とセメント連続壁体の前面との間の空間に設置される第1のブロックを、前記胴縁に掛け渡し、上部が下部よりも広い断面積を有するように、前記第1のブロックの背面傾斜に対応するように前面が傾斜して形成され、背面は前記セメント連続壁体の外面形状に対応するように形成されて、前記セメント連続壁体に密着される第2のブロックを、前記第1のブロックとセメント連続壁体との間に挿入して行う。

そして、胴縁とセメント連続壁体との間の間隔が広い場合においては、前記第1のブロックと第2のブロックとの間には、前面と背面の両方が前記第1のブロックの背面傾斜と対応するように形成されて、第1のブロックと第2のブロックとの間に挿入される少なくとも一つの連結ブロックを、さらに設置することができる。

また、本発明において、隙間埋め工程は、コンクリート、鋼材、木材、 プラスチックなどの様々な埋込材を使用して行うこともできる。本発明においては、コンクリートの現場打設を通じて隙間埋めを行う時には、ユニークな構成の支持台を使用することができる。即ち、前記支持台は、前記胴縁に分離可能に設置される取付部と、前記取付部にヒンジ可能に結合されて、一方向に回転する時、前記胴縁とセメント連続壁体との間の空間の下側に水平に配置される支持バーを備えることに特徴がある。

そして、セメント壁体の耐久性の増進のために、炭素繊維、鋼繊維、土木繊維などの補強材を混合して使用することができる。

本発明は、掘削面に作用する土圧に安定的に耐えられる構造からなる 土留め壁と、この土留め壁を施工することのできる方法を提供する。

また、本発明においては、仮施設として機能する土留め壁を非常に容易に撤去して再使用することのできる土留め壁と、その施工方法を提供する。具体的には、H型パイルをセメント連続壁体内に挿入せずに別に分離設置し、隙間埋込材として複数のブロックを使用することにより、このような利点が発現する。

また、本発明においては、セメント連続壁体を形成する材料として、セメント安定材とともに重金属吸着剤を使用することにより、地下水の流入に伴って重金属が溶出されて、周辺の水系と生態系を撹乱するという環境問題を引き起こすことがなく、セメント連続壁体の形成時に生じるスライムをリサイクルすることができるという利点がある。

そして、本発明は、従来の工法では施工が困難であった場所、例えば透水係数の高い川辺や海岸においても施工が可能であり、広範囲でかつ優れた適用性及び耐久性を有するという長所がある。特に、本発明による土留め壁は、セメント安定材の特性上、耐塩害性を有するため、海岸に施工する場合に塩害防止効果がある。

従来の土留め壁の施工方法を説明するための概略的斜視図である。 本発明の一例による土留め壁の施工方法の概略的フローチャートである。 図2に示された施工方法によって製造された土留め壁の概略的斜視図である。 壁体形成段階を実行するための2つの方法を示したものであって、貫入噴出方式を説明するための図である。 壁体形成段階を実行するための2つの方法を示したものであって、引抜噴出方式を説明するための図である。 重金属吸着剤の注入管に対する概略図である。 本発明において使用する第1のブロック、第2のブロック及び連結ブロックの概略的斜視図である。 ブロックが胴縁とセメント連続壁体との間に隙間埋めされた時の状態を示すものであって、図7のa-a線の断面図である。 ブロックが胴縁とセメント連続壁体との間に隙間埋めされた時の状態を示すものであって、図7のb-b線の断面図である。 本発明の一実施例において使用する支持台の構成を示す概略的斜視図である。 図10のc-c線の概略的断面図である。 本発明において使用するセメント安定材と重金属吸着剤とを混合した混合物を実験するための基準が示されている表である。 本発明において使用するセメント安定材と重金属吸着剤とを混合した混合物試料と、比較例の試料の配合表である。 図13の配合表を用いた実験結果であって、結果値が示されている表である。 図13の配合表を用いた実験結果であって、体積変化率を示している写真である。 本発明において使用するセメント安定材と重金属吸着剤と土砂とを混合した混合物試料と、比較例の試料の配合表である。 図16の配合表を用いた実験結果であって、結果値が示されている表である。 図16の配合表を用いた実験結果であって、体積変化率を示している写真である。 本発明による重金属吸着剤が添加されたセメント安定材に対する水中分離実験の結果が示されている写真である。

本発明による土留め壁の施工方法は、大きく 2つの長所を有する。

第一の長所は、土留め壁が仮施設であるという点に起因する。つまり、建物の基礎工事のような本工事を施行した後、仮施設である土留め壁を撤去しなければならないが、本発明による施工方法においては、H型パイル、埋込材などの資材を非常に容易に分離することができるという利点がある。従来の施工方法においては、セメント壁体の内部に鋼材を設置する方法を採択していたが、本発明においては、鋼材とセメント壁体とを相互分離しているという点と、組立式埋込材を使用するという点から、そのような利点が得られる。

第二の長所は、本発明は、親環境的である(環境に優しい)という点にある。土留め壁の施工方法においてセメント連続壁体を使用すると、セメント内の有害成分のために周辺の水系と生態系が撹乱される問題点が持続的に生じられるが、本発明においては、ユニークでかつ親環境的な組成のセメントを使用することにより、環境問題が起こらず、かつ、セメント連続壁体の剛性を補強することができるようになる。

上述した長所のうち、第一の長所である施工及び撤去の容易性は、土留め壁の構造的側面に起因することから、最初に、土留め壁の構造及び施工方法について先ず説明し、第二の長所であるセメント連続壁体の構造的剛性及び親環境性は、セメントの材料的特性に起因することから、それについては後で述べることにする。

本発明の一例による土留め壁の施工方法と、この施工方法によって製造される土留め壁の構造について、添付する図面を参考して説明する。

図2は、本発明の一例による土留め壁の施工方法の概略的フローチャートであり、図3は、図2に示された施工方法によって製造された土留め壁の概略的斜視図である。

図2及び図3を参考すると、本発明の一例による土留め壁の施工方法は、大きく分けて、鋼材設置段階(M10)と、壁体形成段階(M20)と、胴縁設置段階(M30)とを備える。

鋼材設置段階(M10)は、既存の土留め壁の施工方法と同様に、地盤を一定の間隔で掘削して、複数の穿孔ホール(h)を形成する。例えば、横と縦の長さがそれぞれ30mである正方形領域の境界線に沿って、一定の間隔をあけて穿孔ホール(h)を形成する。そして、穿孔ホール(h)に鋼材、例えば H型パイル(10)を挿入する。H型パイル(10)が挿入される深度は、土砂層を通り岩盤層(r)までにつながる。鋼材が岩盤層の近くまで挿入されると、周辺の土圧に対する支持力が増大することになる。但し、地盤条件や施工条件に応じて、鋼材が土砂層の近くまでのみに挿入されることもできる。穿孔ホール(h)の深度が深い場合においては、複数の鋼材を連結して設置することができる。鋼材は、既製品であって、一定の規格に製造されるため、複数の鋼材を連結する必要が生じる。H型パイルを例として挙げると、2本の鋼材を直列に配置した後、2本の鋼材の外側面に連結板(図示せず)を裏打ちして繋ぎ合わせる。

従来においては、複数のH型パイルを繋ぎ合わせた状態で、セメントが養生される前に H型パイルを挿入していたが、セメントが養生され基礎工事が完了した時点において、セメント連続壁体からH型パイルを引き抜こうとすれば、繋合板部分が係止段部として働いて、H型パイルを引き出すのが非常に困難であった。

しかし、本発明においては、従来とは異なり、H型パイルをセメント壁体内に挿入して設置するのではなく、地盤に別に施工することにより、前記したような問題点を解決した。但し、このようにセメント壁体とH型パイルとを別に施工する場合、施工がより一層複雑になってしまう恐れはある。しかし、このような短所は、本発明のような施工方法を採択することにより、土留め壁の剛性及び支持力の増大を通じて十分に相殺され得る。これは、土留め壁において最も基礎的でかつ重要な機能は、土圧に対する抵抗力にあるためである。本発明のように、H型パイルとセメント壁体とを二重に設置すると、土圧に対する抵抗力が向上する利点がある。

上述したように、H型パイル(10)のような鋼材を設置した後には、壁体形成段階(M20)を実行する。壁体(20)は、H型パイル(10)の裏側に連続的に形成して、基礎工事がなされる領域に地下水が流入されることを防止し、土圧に耐える機能を果たす。

壁体形成段階(M20)においては、オーガスクリューのような掘削及び混合(ミキシング)装備を使用して実行する。図4には、二軸(rod)オーガスクリュー(s)が示されている。オーガスクリュー(s)は、一軸から四軸まで、その軸の本数に応じて様々な形態があり、本発明においても、壁体の条件に応じてオーガスクリューを選択することができる。オーガスクリュー(s)の軸は、回転しながら地盤に貫入することができる。また、軸は中空型に形成され、軸の上端部を通じてセメント安定材及び重金属吸着剤などを供給すると、軸の下端部を通じてセメント安定材が地盤に注入される。そして、各軸には、横方向に複数の羽根が形成されて、セメント安定材と掘削土とを相互撹拌することができる。

より具体的に、壁体形成段階(M20)は、貫入、混合(ミキシング)、引抜き及び養生の手順で行われる。図4の一番目から三番目の図面までに示されたように、オーガスクリュー(s)を設計深度まで地盤(g)に貫入する。オーガスクリュー(s)が設計深度までに貫入されると、オーガスクリューを引き抜く。

混合(ミキシング)は、貫入噴出式または引抜噴出式に応じて異なってくる。つまり、図4に示されたように、貫入噴出式を採る場合、オーガスクリュー(s)を地盤に貫入する過程において、セメント安定材と重金属吸着剤とを一緒に注入して混合する。しかし、 図5に示されたように、引抜噴出式を採る場合は、オーガスクリュー(s)を引抜く過程においてセメント安定材を注入して、土砂と混合する。もちろん、貫入過程及び引抜き過程の両方において、セメント安定材と重金属吸着剤とを注入して、掘削土と撹拌することもできる。

本発明においては、セメント安定材とともに重金属吸着剤を一緒に供給して、セメント壁体(20)を形成する。セメント安定材は、供給管(不図示)によってオーガスクリュー軸の内部注入路に流入され、重金属吸着剤の場合は、図6に示されたように、別の注入管を通じて、オーガスクリュー軸の内部注入路に移送される。特に、本発明においては、重金属吸着剤を供給するための注入管に高圧の圧縮空気を供給し得るエア(Air)供給管が取り付けられる。

液体状または粉末状の重金属吸着剤を注入管に供給し、高圧の圧縮空気を吹き込んで、重金属吸着剤が、圧縮空気によりロッド(軸)の内部(上端部または下端部)へ連行される構造である。特に、本実施例においては、重金属吸着剤注入管は、ロッドの下端部に連結される構造となっており、圧縮空気は5〜15kgf/cm²の圧力で噴出される。そして、重金属吸着剤注入管には、逆流止めバルブが設けられて、重金属吸着剤が逆流されることを防止する。

重金属吸着剤とセメント安定材と掘削土とは、地盤内で一緒に撹拌されてスライムを形成しており、圧縮空気は、気泡(air bubble)を提供して、セメント安定材と重金属吸着剤と掘削土との混合性能を向上させる働きをする。

そして、本発明の一実施例においては、セメント安定材に炭素繊維や鋼繊維などの補強繊維を混合して、セメント壁体の強度(特に、引張り強度)を向上させて、ひび割れ(クラック)の低減を図ることができる。

オーガスクリューの引抜きが完了すると、セメント安定材と土とが混合されたスライム状態となり、このような状態で一定の時間が経過すると、スライムが養生されてセメント連続壁体(20)が形成される。

前記のように、構造物が築造される領域の境界に沿って鋼材(10)とセメント連続壁体(20)とを形成して、地盤を補強した後には、境界領域の内部、つまりセメント連続壁体(20)によって取り囲まれた領域を掘削する。境界領域の内部を掘削すると、図3に示されたように、H型パイル(10)とセメント連続壁体(20)の一側面が外部に露出される。そして、境界領域の内部を下方へ掘削していく過程において、H型パイル(10)の前面に胴縁(30)を設置する胴縁設置段階(M30)を行う。胴縁(30)は、H型鋼材を水平に配置して、垂直に設置されているH型パイル(10)を相互に拘束することで、一体に形成されるようにする。胴縁によって複数のH型パイル(10)は、全体が一つとして挙動するため、掘削断面の土圧に耐える。また、互いに対向している掘削面に設置された胴縁を相互に連結するストラト(不図示)やジャック(不図示)を設置することができる。

前記のように、仮施設としての土留め壁のメイン構造が完成した後には、隙間埋め段階(M40)を行う。隙間埋めは、胴縁(30)とセメント連続壁体(20)との間の空間を埋込材で埋め込んで、土留め壁の支持力及び剛性を補強するためのものである。

本発明の一実施例においては、仮施設である土留め壁の設置及び撤去が容易になるように、ブロックを埋込材として使用する。本発明において使用するブロックが、図7乃至図9に示されている。図7は、本発明において使用する第1のブロック、第2のブロック及び連結ブロックの概略的斜視図であり、図8 及び図9は、ブロックが胴縁とセメント連続壁体との間に隙間埋めされた時の状態を示すものであって、図8は図7のa-a線の断面図であり、図9は図7のb-b線の断面図である。

図7乃至図9を参考すると、第1のブロック(41)は、胴縁(30)に引っ掛かって支持される部分であって、全体的には六面体の形状をなしている。より具体的に説明すれば、第1のブロック(41)において胴縁(30)と向かい合う前面(411)は、垂直に形成されるが、セメント連続壁体(20)に向かっている背面(412)は、傾斜して形成されて、上部の断面積が下部よりも狭く形成される。

そして、第1のブロック(41)の上部には胴縁として使用されるH型パイルの一側面(31)の上側を挿入可能な引掛け部(413)が設けられる。引掛け部(413)の挿入溝部(414)の幅は、胴縁(30)の厚さとほぼ一致するように形成されるので、第1のブロック(41)は、垂直に配置されて、胴縁(30)に安定的に支持されることができる。

第2のブロック(42)は、第1のブロック(41)とセメント連続壁体(20)との間に挿入されることにより、第1のブロック(41)と第2のブロック(42)とによって、胴縁(30)とセメント連続壁体(20)との間の空間が充填される。但し、胴縁(30)とセメント連続壁体(20)との間の間隔が広い場合には、図7に示されたように、第1のブロック(41)と第2のブロック(42)との間に、連結ブロック(43)を介在することもできる。

第2のブロック(42)の前面(421)は、セメント連続壁体(20)の外面形状に対応するように曲面で形成され、背面(422)は、第1のブロック(41)の前面または連結ブロック(43、連結ブロックが介在される場合)の前面に対応するように傾斜して形成される。それによって、第2のブロック(42)は、第1のブロック(41)とは逆に、上部の断面積が下部よりも大きく形成される。

連結ブロック(43)の前面(431)は、第1のブロック(41)に密着しており、背面(432)は、第2のブロック(42)に密着している。連結ブロック(43)の前面(431)と背面(432)は共に傾斜して形成される。

連結ブロック(43)を設けることなく、第1のブロック(41)と第2のブロック(42)によって胴縁(30)とセメント連続壁体(20)との間の空間を隙間埋めする時は、第1のブロック(41)が胴縁(41)に引っ掛かって支持された状態において、第2のブロック(42)を第1のブロック(41)とセメント連続壁体(20)との間に挿入すると、第2のブロック(42)は、第1ブロック(41)の傾斜した背面(412)に支持されるので、第2のブロック(41)が下部に離脱しない。

連結ブロック(43)が介在された場合においても同様である。第1のブロック(41)が胴縁に支持され、連結ブロック(43)と第2のブロック(42)も、順次に傾斜した背面に支持されるので、連結ブロック(43)と第2のブロック(42)とが下部に離脱することなく、胴縁(30)とセメント連続壁体(20)との間に設置されることができる。

ここで、重要な点は、ブロックに形成された傾斜面の角度にある。傾斜面の角度が緩いほど、ブロックはさらに良好に支持される。しかし、傾斜が緩ければ、セメント連続壁体(20)に作用する土圧を、胴縁(30)によって一体化したH型パイル(10)に伝達するための隙間埋込材の基本的機能が疎かになってしまう。つまり、掘削面の土圧は、水平方向に作用しており、第2のブロック(42)または連結ブロック(43)は、傾斜面に支持されているので、水平方向に土圧を受けると、この土圧を胴縁(30)側へ完全に伝達することができなく、むしろ、土圧によって第2のブロック(42)または連結ブロック(43)が、傾斜面に沿って上部へ離脱してしまうためである。

即ち、ブロックの傾斜面は、ブロックが下部へ離脱しないようにする側面からは、緩く形成されなければならないが、隙間埋込材としての基本的機能に充実するためには、急峻に形成されなければならないという、一種の矛盾点を有している。本発明においては、このような二つの機能の両方を解決するために、ほぼ70゜〜90゜の範囲で傾斜面を形成する。

そして、前記したような範囲で傾斜を形成しても、ブロックは安定的に支持され得るが、ブロック間の支持力をさらに向上するために、本発明の一実施例においては、ブロックの下部に、受け部と嵌合部とを形成する。

即ち、第1のブロック(41)の下部には、背面(412)に対して突出するように、メイン受け部(415)が形成され、それに対応して、第2のブロック(42)の前面(421)の下部には、メイン受け部(415)が挿入され得るように、凹状にメイン嵌合部(423)が形成される。メイン受け部(415)がメイン嵌合部(423)に嵌合されることにより、第2のブロック(42)が第1のブロック(41)によってさらに安定的に支持可能である。

連結ブロック(43)が介在される場合でも同様である。連結ブロック(43)が介在される場合の例においては、連結ブロック(43)の前面(431)には、第1のブロック(41)のメイン受け部(415)が嵌合される嵌合部(433)が形成され、連結ブロック(43)の背面(432)には、第2のブロック(42)のメイン嵌合部(423)に挿入される受け部(434)が形成され得る。また、連結ブロックが複数個介在される場合においても、受け部と嵌合部とが各連結ブロックに設置されて、第1のブロックから複数の連結ブロックを介して第2のブロックまで相互に連続的に嵌合される構造で、隙間埋めを行うこともできる。

前記のような受け部と嵌合部との構成は、第1のブロックと第2のブロックとの間または第1のブロックと連結ブロックと第2のブロックとの間で、安定的な支持構造を作製するためのものであった。このような支持構造は、相互に隣接する第1のブロック間、第2のブロック間及び連結ブロック間でも、同様に適用することができる。つまり、本発明において隙間埋めを実施する時、第1のブロックが胴縁の長手方向に沿って連続して配置され、同じく、第2のブロックも連続して配置される。それによって、ブロックの下部には、一側面に対して突出するように形成される補助受け部(416、424、435)が形成される。補助受け部(416、424、435)に対応しては、ブロックの他側面に、補助嵌合部(417、425、436)が凹状に形成される。補助受け部と補助嵌合部とによって、長手方向に沿って相互に隣接しているブロックが、相互に支持する構造に安定化される。

今までは、隙間埋めを実施する時にブロックを使用する方法について説明してきた。本発明において、隙間埋め方法は、ブロックを使用することに限定されるものではなく、既存(従来)と同様に、セメントやコンクリートのような埋込材を打設する方法を採択することもできる。但し、本発明においては、埋込材を打設する時でも、施工の便宜性のために、図10に示されたようなユニークな構成の支持台を使用するという点に特徴がある。

図10は、本発明の一実施例において使用する支持台の構成を示す概略的斜視図であり、図11は、図10のc-c線の概略的断面図である。

図10を参考すると、支持台(50)は、垂直方向に沿って配置される取付部(51)を備える。取付部(51)の上部には、胴縁(30)の側面板(32)に引っ掛けられる引掛け部(511)が形成される。引掛け部(511)が胴縁(30)の側面板(32)に単純に引っ掛かる方式で設置されることにより、支持台(50)は、胴縁(30)に対し容易に設置及び分離することができる。また、引掛け部(511)には、支柱(52)が結合される。支柱(52)は、水平方向に配置されて、引掛け部(511)と胴縁の一側面(31)の間に設置される。

支柱(52)は、長さが伸び縮みすることのできる伸縮構造となっている。例えば、図10 及び図11に示されたように、支柱(52)は、中空型の固定台(521)と、この固定台(521)の内部への沒入及び外部への引出しが可能な移動台(522)を備える。そして、移動台(522)には、バネ(53、またはスクリュー)が挟み込まれて支持される。圧縮されているバネ(53)は、弾性復元力によって、引掛け部(511)を胴縁(30)の側面板(32)の方に加圧する。それによって、取付部(51)が胴縁(30)の側面板(32)に密着して、より安定的に支持されるようにすることができる。

そして、取付部(51)には、支持バー(54)が回動ピン(541)によってヒンジ可能に結合される。一側に回動する時、支持バー(54)は、胴縁(30)とセメント連続壁体(20)の下部に、水平に配置される。支持バー(54)を固定するために、一端部は支持バー(54)に結合され他端部は取付部(54)に結合される連結台(55)を備える。特に、連結台(55)は、取付部(54)にネジ(551)やボルトなどによって分離可能に結合されるため、支持バー(54)を回動させようとする時には、ネジ(551)を分離すればよい。そして、連結台(55)にも、前記の支柱(52)と同様に、固定台(不図示)、移動台(不図示)及びバネ(不図示)の構造で製作して、連結台(55)が支持バー(54)を弾性加圧するようにすることができる。つまり、支持バー(54)が、胴縁(30)とセメント連続壁体(20)との間の下部空間に、水平に配置されることを補助することができる。

前記した構造からなる複数の支持台(50)を、胴縁(30)に掛け渡して簡単に設置した後、複数の支持台(50)上に受け板を設置し、ビニールを塗布した後、その上にコンクリートを打設して、隙間埋めを行うことができる。また、現場打設の際には、必要に応じて、ワイヤメッシュや補強材を一緒に(共に)使用することができる。コンクリート打設は、一定の区間ずつ連続して実行しなければならないが、従来には、区域別に鋳型を設置及び分離する多大な時間と努力が必要であったが、本発明においては、非常に簡単に支持台(50)を設置及び分離することができるため、隙間埋め工程を手軽に進行することができるという利点がある。

以上、説明したように、本発明においては、H型パイルをセメント連続壁体内に設置することではなく、セメント連続壁体とは分離されるように別に設置することにより、後でH型パイルを分離して再使用するのが容易であるのみならず、H型パイルとセメント連続壁体とが二重に掘削面を支持するため、土圧により掘削面が崩壊することを効果的に防止することができるという利点がある。また、本発明においては、ブロックまたは支持台を使用することにより、隙間埋め工程を非常に簡単に進行することができ、特に、ブロックを使用する場合は、工事が完了した時点で隙間埋込材を簡単に撤去することができるという利点がある。

以下では、本発明のさらに他の利点として作用するセメント連続壁体について説明する。本発明においては、親環境性と強度増大のために、セメント連続壁体の材料として、ユニークな組成のセメント安定材と重金属吸着剤とを使用することに特徴がある。

本発明において、セメント安定材は、掘削土の重量を100であると基準した時、15〜35重量部の範囲で混合され、重金属吸着剤は、セメント安定材の重量を100であると基準した時、0.01〜10重量部の範囲で混合される。そして、水は、全粉体の重量を100であると見た時、50〜200重量部の範囲で混合される。

セメント安定材は、セメント単独からなることもでき、ポゾラン系混合材、急結性混和材及び収縮低減材を選択的に含むこともできる。本実施例においては、急結性混和材と収縮低減材とを含む形態が使用される。

セメントは、普通、ポルトランドセメント、スラグセメント、ポゾランセメントのうちのいずれか一つ、またはそれらを混合したものを使用することができる。そして、セメントのポゾラン反応を向上させるための混合材として、フライアッシュやスラグパウダーを添加することができる。フライアッシュやスラグパウダーを共に使用する場合、セメントは全粉体の40〜80重量％、フライアッシュは全粉体の5〜20重量％、スラグパウダーは全粉体の10〜40重量％の割合で配合される。ポゾラン反応を向上させるための混合材は、セメント安定材の比重を減少させて、同じ重量で大きい体積を有する空洞の充填及び補強ができるようにし、硬化していない状態でセメント安定材のブリージングを低減させる効果があり、硬化した状態では、硬化体の化学抵抗性及び耐久性を向上させ、長期強度を増加させる効果がある。

急結性混和材としては、ボーキサイトを原料にして製造されるカルシウムアルミネート粉末、カルシウムスルホアルミネート粉末、アルミナセメントなどを使用することができる。

セメントは、水と水和反応して、カルシウムシリケート水和物(CSH)と水酸化カルシウム(Ca(OH)₂)水和物とを形成し、それにカルシウムアルミネートまたはカルシウムスルホアルミネートのようなカルシウム塩と硫酸塩粉末が混入されると、針状の結晶体であるエトリンガイト(Ettringite; 3CaOAl₂O₃3CaSO₄32H₂O)を急激に形成する。エトリンガイトは、重金属吸着剤との反応を向上させて、混合物の体積変化を減少させ、粘性を増加させ、ブリージング水の発生を防止する。

本実施例において、急結性混和材の混合量は、全粉体量の1〜10重量％である。急結性混和材は、セメント安定材の水粉体比が高いほど、それに比例して添加量が高くなるのが望ましい。急結性混和材は、エトリンガイトを形成する過程で水と多量結合して、グラウト材(セメント安定材＋水)の自由水を減らす効果を発揮するためである。

また、本実施例において、セメント安定材には収縮低減材が添加される。本実施例において、収縮低減材としては、α型半水石膏(CaSO₄・1/2H₂O type α)と無水石膏(CaSO₄)のうちのいずれか、またはそれらを混合して使用する。α型半水石膏と無水石膏とは、粉末も200〜600m²/kgの範囲内のものであり、混合量は総粉体量の0.5〜5重量％である。

一方、本発明においては、重金属吸着剤をセメント安定材とともに注入して、セメントより発生する重金属(Cr⁶⁺、Pb、Cd、Hg)を吸着し固定化させることにより、施工中及び施工後においてセメント安定材から重金属が溶出することを防止する。

また、重金属吸着剤がセメント安定材と共に供給されて、混合物の粘性を増加させることにより、混合物が地下水によって流失されることを防止するだけではなく、混合物の体積変化が無いように誘導する。

そして、先でも述べたように、気泡発生(Air bubbling)された重金属吸着剤を適用することにより、掘削土とセメント安定材との間の混合性能が向上され、セメント安定材と掘削土との間の粘着力が弱化して、オーガスクリューの掘進及び引抜きを容易にする。 これは、その間、セメント安定材と土砂とを撹拌して杭を形成する工法が、一般土砂ではない砂が主をなす海岸のみに適用されるという限界を克服することにおいて、非常に有利に作用する。

本発明において使用する重金属吸着剤は、C4〜C8の炭素を含む 2種以上のアルキルメタクリレートと、2-ジメチルアミノエチルメタクリレートとを主成分として共重合させた樹脂であって、1個〜3個の酸官能基を有する2種以上のモノマーを添加して、二次乳化重合反応(80℃で8時間反応)させて高分子物質を製造した後、カルボキシルメチル基が含まれたキレート樹脂、その他のキレート樹脂などを混合して製造する。 前記モノマーは、ブチルアクリレート、スタジエン、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸のうちで、2種以上が使用され得る。

この重金属吸着剤は、液体状または粉末状に製造するのが可能であり、Cr⁶⁺のような重金属を吸着する性質を持ち、アルカリ成分を持つ液体状に対して強力な増粘効果を呈する。

本発明においては、前記したように、重金属吸着剤を用いてセメント安定材から重金属が溶出されることを防止する働きをするので、施工中に排出されたスライム(土砂＋ セメント安定材＋重金属吸着剤)を埋立土として活用することができる。例えば、施工敷地周辺の道路建設において凍傷防止層を形成する土砂としてリサイクルすることができる。

以下では、本発明において使用するセメント安定材と重金属吸着剤に対する性能実験を行った。実験基準は、図12の表に示した基準を適用した。

図13の表には、本発明において使用するセメント安定材と重金属吸着剤との配合比を異ならせて組成した実施例1〜4の配合比が記載されており、一般セメントのみを使用した2つの例に対する配合比が示されている。

本発明において使用するセメント安定材と重金属吸着剤との混合物に対する実験を行った。本実験においては、土砂を混合させない形態で進行しており、材料別の混合費は、図13の表の通り配合した。その結果は、図14の表及び図15の写真に示されている。

先ず、図15の写真を参考すると、一般セメントを使用した場合(左側)と、本発明に従って重金属吸着剤が添加されたセメント安定材を使用した場合において、収縮量で著しい差が生じることを分かる。図14の表を参考すると、比較例1 及び比較例2の場合、体積変化率がそれぞれ55%及び38%と現われている反面、本発明による実施例1〜4においては、2%程度で体積変化がほとんど無かった。

また、図14の表を参考すると、前記したように、比較例-1と比較例-2において重金属吸着剤を使用しない場合は、ブリージング率(体積変化率と同じ)が非常に大きいのみならず、Cr⁶⁺の溶出量が8.6 ppm、8.8ppmと多量検出されており、濁度も高く現われた。その反面、重金属吸着剤を使用した実施例1〜4においては、濁度は非常に低い結果を現しており、Cr⁶⁺は全く検出されなかった。

圧縮強度は、比較例1、2において体積収縮が余りに大きく発生されて、強度用試料成形ができなかった。しかし、実施例1〜4においては、体積収縮が非常に少なくて、強度用試料成形が可能であったし、全ての場合において類似した結果を示した。

一方、本発明において使用するセメント安定材と重金属吸着剤との混合物に土砂を混合して、実験を行った。そして、図16の表には、図13に示された配合比に掘削土を混合した形態の配合比が示されている。

本実験においては、土砂を混合させた形態で、材料別の混合費は、図11の表の通り配合した。その結果は、図17の表及び図18の写真に示されている。

先ず、図18の写真を参考すると、一般セメントを使用した場合(左側)と、本発明によって重金属吸着剤が添加されたセメント安定材を使用した場合において、収縮量で差が発生することが分かる。土砂を混合した形態では、土砂を混合していない形態に比べて、一般セメントを使用した場合において合体積変化率が小さく現われたが、重金属吸着剤を使用した本発明においては、直接肉眼で確認することができる水準で体積変化率が大きく現われた。

図17の表を参考すると、比較例1 及び比較例2の場合、体積変化率がそれぞれ9%及び5%と現われる反面、本発明による実施例1〜4においては、体積変化が無いことが分かる。

6価クロムの溶出に対しても、比較例の場合は、2.6ppm、1.05ppmの濃度で溶出が確認されたが、本発明による実施例においては、検出されなかった。濁度も、比較例の場合は高く現われたが、本発明による実施例においては、低く現われることが確認できる。圧縮強度では、比較例と実施例とが同様な水準で現われた。

一方、図19は、本発明において使用するセメント安定材(右側)と、一般セメント(左側)に対する水中分離試験結果を示す写真である。一般セメント安定材は、流動性が非常に大きいため、水に投入した時、直ちに溶けて周辺を汚染させて、安定材としての機能を失うが、本発明において使用する重金属吸着剤が添加されたセメント安定材の場合は、周辺の水と分離されて、周辺へ広がっていないことが確認できる。つまり、本発明において使用するセメント安定材は、周辺環境を汚染させることなく、セメント安定材の硬化に伴って耐久性及び遮水性が維持され得ることを示している。

以上の実験から明らかなように、本発明においては、重金属吸着剤をセメント安定材に混合して使用することにより、重金属の溶出がほとんど発生しないだけではなく、セメント安定材そのものの流動性が小さいため、周辺の地下水に沿って流出される可能性も無いことから、セメント安定材による汚染が誘発されないということを確認した。

また、重金属吸着剤を圧縮空気により押送することにより、混合物内に気泡が混入されて、セメント安定材と重金属吸着剤と土砂との混合率が増大され、混合物の粘着力が小さくなるため、オーガスクリューの貫入及び引抜きが容易になる。

加えて、施工が完了した後には、混合土の粘性が増加して、混合物が地下水によって遺失されるか体積減少が生じないことから、耐久性及び強度が保障されるという利点がある。

以上で説明したように、本発明においては、セメント連続壁体を組成する材料として、セメント安定材とともに重金属吸着剤を使用することにより、重金属が固定されて外部へ流出されないため、環境に悪影響を及ぼすことなく、セメント連続壁体の剛性も増大するという利点がある。

本発明において、セメント、モルタル、コンクリートという表現が混用されているが、これはセメントそのものや、セメント及び砂が混ざったモルタル、またはモルタルに粗骨材が混ざったコンクリートを全て含む概念として使用したものである。又は、セメントと現場で掘削された土壌とを混合する場合、及び、土壌と骨材(粗骨材及び/又は細骨材)をセメントに混合する場合も、全て含まれる。例えば、本明細書において「セメント壁体」と言う時、セメントとは、セメントと土壌とが混合されるか、セメントと砂と土壌(骨材も含まれ得る)とが混合された形態を全て含めて意味するものである。

一方、本発明において、符号53は、バネを表すものとしているが、バネのほかにも、スクリューを緩めたり締めたりするという方式で、長さの調節をすることができる。このことは、符号55で表している連結台に対しても同様に適用可能である。

本発明は、添付する図面に示された一実施例を参照にして説明されてきたが、それは例示的な事項に過ぎず、当該技術の分野における通常の知識を有する者であれば、それから各種の変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解することができる。よって、本発明の真正な保護範囲は、添付する特許請求の範囲のみによって特定されるべきである。

10…H型パイル(鋼材)
20…セメント連続壁体
30…胴縁
41…第1のブロック
42…第2のブロック
43…連結ブロック
50…支持台

Claims (14)

1. （ａ）建築物が築造される領域の境界線に沿って地盤を掘削して、相互離隔するように複数の穿孔ホールを形成し、前記穿孔ホールに鋼材を貫入する鋼材設置段階と；
   （ｂ）前記鋼材が配置された領域の後方に、セメント連続壁体を形成する段階であって、掘削装備を設計深度まで地中に貫入する過程、前記貫入後に前記掘削装備を引き抜く過程のうちの少なくともいずれか一つの過程においてセメント安定材を注入して、掘削された地盤の土壌と混合（ｍｉｘｉｎｇ）することにより、前記セメント安定材が硬化して前記セメント連続壁体を形成する壁体形成段階と；
   （ｃ）前記鋼材を相互連結する胴縁を設置する胴縁設置段階と；を含んでなり、
   前記セメント安定材と土砂とを混合する時、前記セメント安定材とともに重金属吸着剤を注入し、
   前記重金属吸着剤は、
   Ｃ４〜Ｃ８の炭素を含有する複数のアルキルメタクリレートと２−ジメチルアミノエチルメタクリレートとを共重合させた樹脂に、１〜３個の酸官能基を有する複数のモノマーを添加して
   二次乳化重合反応させて形成した高分子物質と、カルボキシルメタル基が含まれたキレート樹脂とを混合したものであることを特徴とする、土留め壁の施工方法。
   
2. 前記セメント安定材と土砂とを混合する時、圧縮空気を噴射して、前記圧縮空気により前記重金属吸着剤を連行して注入することを特徴とする、請求項１に記載の土留め壁の施工方法。
3. 前記セメント安定材は、掘削された土壌100重量部に対して、15〜35重量部の範囲で配合され、
   前記重金属吸着剤は、前記セメント安定材100重量部に対して、0.01〜10重量部の範囲で配合されることを特徴とする、請求項１に記載の土留め壁の施工方法。
4. 前記セメント安定材は、炭素繊維、鋼繊維のうちの少なくとも一つを含む補強材をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の土留め壁の施工方法。
5. 上段部の前面に、前記胴縁に連結可能な連結部が形成され、下部が上部よりも広い断面積を有するように、背面が傾斜して形成されて、前記胴縁の背面とセメント連続壁体の前面との間の空間に設置される第1のブロックを、前記胴縁に掛け渡し、
   上部が下部よりも広い断面積を有するように、前記第1のブロックの背面傾斜に対応するように前面が傾斜して形成され、背面は前記セメント連続壁体の外面形状に対応するように形成されて、前記セメント連続壁体に密着する第2のブロックを、前記第1のブロックとセメント連続壁体との間に挿入して、
   前記セメント連続壁体と胴縁との間の空間を隙間埋めする段階；をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の土留め壁の施工方法。
6. 前記第1のブロックと第2のブロックとの間には、前面と背面の両方が前記第1のブロックの背面傾斜と対応するように形成されて、第1のブロックと第2のブロックとの間に挿入される少なくとも一つの連結ブロックをさらに設置し、
   前記連結ブロックは、前記第2のブロックと前記セメント連続壁体との間に挿入されることを特徴とする、請求項５に記載の土留め壁の施工方法。
7. 前記第1のブロックの連結部は、前記胴縁が挿入されて、前記第1のブロックが前記胴縁に引っ掛かって支持され得るようにする引掛け部であることを特徴とする、請求項５に記載の土留め壁の施工方法。
8. 前記第1のブロックの下部には、前記第1のブロックの背面に対して突出するように形成されるメイン受け部が形成され、前記第2のブロックの下部の前面には、前記第1のブロックのメイン受け部が挿入され得るメイン嵌合部が形成されて、前記第2のブロックは、前記第1のブロック上に支持されることを特徴とする、請求項５に記載の土留め壁の施工方法。
9. 前記胴縁の長手方向に沿って前記第1のブロックを連続して設置しており、前記第1のブロックの下部には、一側面に対して突出するように形成される補助受け部が形成され、前記第1のブロックの下部の他側面には、相互に隣接する前記第1のブロックの補助受け部が挿入され得る補助嵌合部が形成されて、連続的に配置される前記第1のブロックを相互連結することを特徴とする、請求項５に記載の土留め壁の施工方法。
10. 前記胴縁とセメント連続壁体との間の空間の下側に支持台を取り付け、前記支持台上に受け板を載置した後、前記受け板上に埋込材を打設して、前記胴縁とセメント連続壁体との間の空間の隙間埋めを行い、
    前記支持台は、前記胴縁に分離可能に設置される取付部と、前記取付部にヒンジ可能に結合されて、一方向に回転する時、前記胴縁とセメント連続壁体との間の空間の下側に、水平に配置される支持バーと、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の土留め壁の施工方法。
11. 前記支持バーと取付部との間には、弾性的に圧縮及び伸張可能であり、前記支持バーを前記胴縁とセメント連続壁体との間の空間の下側に弾性加圧する連結台が設置されることを特徴とする、請求項１０に記載の土留め壁の施工方法。
12. 前記取付部は、上下方向に配置され、
    前記取付部の上端部には、前記胴縁に引っ掛けられる引掛け部が形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の土留め壁の施工方法。
13. 前記引掛け部には、弾性的に圧縮及び伸張可能な支柱が設置され、
    前記支柱は、前記引掛け部と前記胴縁の一側面の間に支持され、前記支柱は、前記引掛け部を前記胴縁の他側面の方に弾性加圧することを特徴とする、請求項１２に記載の土留め壁の施工方法。
14. 請求項1乃至請求項 13のいずれか一項に記載の施工方法によって製造されたことを特徴とする、土留め壁。
    
    

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