JP6903908B2

JP6903908B2 - 芯材の建て込み方法

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Publication number: JP6903908B2
Application number: JP2016245739A
Authority: JP
Inventors: 敏巳須藤; 金子　正; 正金子; 鈴木　剛; 鈴木　　剛; 正吉梅▲崎▼
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: JP2018100501A

Description

本発明は、地中に築造した未固結状態の地盤改良体に芯材を建て込むための、芯材の建て込み方法および芯材建込装置に関する。

従来より、地盤中にソイルセメント造の柱状体や壁体等の地盤改良体を築造し、これら地盤改良体が固結する前に芯材を建て込み、土留め壁等の地中構造物を構築する方法が知られている。

例えば、特許文献１では、地盤中に高圧噴射撹拌工法を採用して地盤改良杭を築造した後、芯材を、未固結状態の地盤改良杭の直上に吊り下げて位置決めし、回転させつつ自重により地盤改良杭に挿入させて建て込む。このような作業を順次繰り返し、複数の地盤改良杭を備えた土留め壁を構築するが、芯材に高止まりが生じる場合には、振動式の杭打機を現場に搬入し、これにより芯材に振動を加えつつ、芯材を建て込む方法が開示されている。

特開２０１５−１２４４７８号公報

しかし、振動式の杭打機を現場に搬入し据え付ける作業は、多大な手間や作業時間を要することとなり、施工期間の長期化を招くだけでなく、不経済となりやすい。また、芯材の建て込み作業時に振動を加えると、過大な騒音が生じることが想定され、防音対策を講じる必要が生じる。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、芯材を、未固結状態の地盤改良体に対して簡略な装備で精度よく建て込むことの可能な、芯材の建て込み方法および芯材建込装置を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の芯材の建て込み方法は、未固結状態の地盤改良体の直上で吊持されているＨ形鋼よりなる芯材に、水平方向に圧縮空気を噴射する噴射口を備えるエア噴射管を、前記噴射口が前記芯材の下端面より下方に位置するとともに前記芯材のフランジに直交する方向を向くように設置し、前記噴射口より圧縮空気を噴射しつつ、前記地盤改良体に前記芯材を自重により挿入し建て込むことを特徴とする。

本発明の芯材の建て込み方法によれば、未固結状態の地盤改良体に、芯材の下端面より下方に位置する噴射口から水平方向に圧縮空気を噴射するため、地盤改良体は平面視の広い範囲で撹拌された状態となり、芯材の下端面全体は、この撹拌された状態の地盤改良体に挿入される。これにより、芯材を静止状態の地盤改良体に挿入する場合と比較して、地盤改良体の天端と芯材の下端面との間に生じる挿入抵抗を大幅に低減でき、地盤改良体内に芯材を自重にて容易に挿入することができる。

また、地盤改良体に噴射された圧縮空気は、地盤改良体内を上昇移動するから、地盤改良体における天端から噴射口近傍の高さに至る範囲は、常に撹拌された状態となる。これにより、地盤改良体に芯材を挿入したのち、下降移動して所望の深度に到達するまでの間、芯材の側面と地盤改良体との間に生じる摩擦抵抗は、大幅に低減される。したがって、芯材を、自重にてスムーズに地盤改良体内を下降移動させることが可能となる。

さらに、芯材を建て込む直前の地盤改良体に、分離が生じて砕石等の粒状体成分の沈殿が生じている場合であっても、芯材の建て込み作業を実施しつつ圧縮空気により地盤改良体を撹拌することができる。これにより、芯材に高止まり等を生じさせることなく、所望の深度に到達させて精度よく芯材を建て込むことが可能となる。

したがって、芯材の建て込み作業時に振動式の杭打機を用いる必要がなく、建て込作業を大幅に簡略化することが可能となるとともに、芯材の建て込み後に固結した地盤改良体に、高い品質を確保することが可能となる。

本発明の芯材の建て込み方法は、前記噴射口を、前記圧縮空気の噴射により生じる反力を打ち消しあう方向に向けて、複数設けることを特徴とする。

本発明の芯材の建て込み方法によれば、複数の噴射口各々から圧縮空気が噴射されるため、沈殿が生じた地盤改良体を効率よく撹拌し、硬化後の地盤改良体の品質を向上させることが可能となるだけでなく、噴射される圧縮空気どうしで噴射により生じる反力を相殺するため、芯材の建て込み時における芯ズレや鉛直軸に対して傾斜することを抑制し、高い精度で芯材を建て込むことが可能となる。

また、噴射口から水平方向に圧縮空気を噴射するようエア噴射管を芯材に設置するのみの簡略な装備にて、芯材の建て込み作業を効率よく実施することが可能となる。

本発明によれば、未固結合状態の地盤改良体に対して水平方向に圧縮空気を噴射するのみの簡略な設備により、平面視の広い範囲の地盤改良体を撹拌状態にして芯材の地盤改良体への挿入抵抗を小さくするとともに高止まりを防止し、精度よく芯材を地盤改良体内へ建て込むことが可能となる。

本発明の芯材建込装置の概略を示す図である。本発明のエア噴出管の設置例を示す図である。本発明の芯材の建て込み方法を示す図である。本発明のエア噴出管の他の事例を示す図である。本発明の芯材に対するエア噴射管の配置位置を示す図である。

本発明の芯材の建て込み方法は、未固結状態にあるソイルセメント造の柱状体や壁体等の地盤改良体に、圧縮空気を利用して芯材を建て込む方法である。以下に、芯材としてＨ形鋼を採用するとともに、地盤改良体として柱状改良体を採用する場合を事例に挙げ、図１〜図５を参照しつつ芯材の建て込み方法を説明する。

図１（ａ）で示すように、未固結状態の地盤改良体７に建て込むべく、地盤改良体７の直上に吊持されている芯材１には、その下端にエア噴射管２が設置されている。エア噴射管２は、エア供給ホース３の先端に備えられており、エア供給ホース３を介して地上に設置されているエアコンプレッサー５に連結され、エアコンプレッサー５から圧縮空気Ａが供給される。なお、エア供給ホース３にはその中間部に、空気流量計６が設置されており、エア噴射管２に供給される圧縮空気Ａの流量が測定可能となっている。

また、エア噴射管２には、エア供給ホース３から供給された圧縮空気Ａを未固結状態の地盤改良体７に噴射するための噴射口４が、エア供給ホース３の管径より小さい口径に形成されて設置されている。これにより、エアコンプレッサー５から供給される圧縮空気Ａは、その圧力損失が最小限に抑えられた状態で効率よく、噴射口４より地盤改良体７に噴射される。したがって、過大な圧力にて圧縮空気Ａをエア噴射管２に供給する必要がない。

これら、エア噴射管２、エア供給ホース３、エアコンプレッサー５および空気流量計６を備える芯材建込装置１０を用いて、芯材１を未固結状態の地盤改良体７に挿入して建て込むが、エア噴射管２に対する噴射口４の設置位置を設定するにあたり、以下のような試験を行った。

試験方法は、噴射口４を側周面に２つ設置したエア噴射管２と、比較例として噴射口４を下端面に１つ設置した比較用エア噴射管とを用意し、それぞれをエア供給ホース３の先端に設置して、前述した空気流量計６にてエア供給ホース３内における圧縮空気Ａの流量を測定した。なお、エア供給ホース３には内径２５ｍｍのものを採用し、噴射口４の口径はいずれも６ｍｍに設定した。

そして、エア供給ホース３に対して、最高使用圧力が０．７Ｍｐａのエアコンプレッサー５にて５ｍ³／ｍｉｎの空気を供給したところ、エア噴射管２を備えたエア供給ホース３内の圧縮空気Ａの流量は２．２ｍ³／ｍｉｎであるのに対し、比較用エア噴射管を備えたエア供給ホース３内の圧縮空気Ａの流量は１ｍ³／ｍｉｎとなり、側周面に噴射口４を２つ設置したエア噴射管２を備えた方が、エア供給ホース３内の風量の低減を小さく抑えることができるとの知見を得た。

そこで、本実施の形態では、エア噴射管２に対する噴射口４の設置位置を側周面とし、噴射口４が芯材１の下端面より下方に位置するようにして、エア噴射管２を芯材１に設置することとした。なお、本実施の形態では図１（ｂ）で示すように、噴射口４をエア噴射管２の軸心を挟んで２か所に設けている。このように噴射口４を設置すると、圧縮空気Ａを、圧縮空気Ａの噴射により生じる反力を打ち消しあう方向に向けて噴射できるため、吊時されている芯材１が回転したり、鉛直軸に対して傾斜するといった不具合を生じることがない。

また、本実施の形態では、エア噴射管２に設けた２つの噴射口４の設置方向を選定するにあたり、噴射口４をＨ形鋼よりなる芯材１のフランジと平行な方向に向けて設置する場合と、図１（ｂ）で示すように、フランジに直交する方向に向けて設置する場合を想定し、芯材１の挿入試験を行った。

なお、芯材１を挿入する試料としては、水にベントナイトを１０％（重量比）添加し、ファンネル粘性を２８．８５ｓ、比重を１．０５に作泥したベントナイト泥水を採用した。また、芯材１として採用したＨ形鋼は、断面寸法が２５０×２５０ｍｍである。

まず、比較例として、エア噴射管２を備えない芯材１を、上記の試料に自重のみで挿入したところ、下端が試料内にわずかながら挿入したものの、それ以降は停止した状態で下方へ移動することはなかった。次に、芯材１にエア噴射管２を設置し、エア供給ホース３内の流量が２．２ｍ³／ｍｉｎの圧縮空気Ａを噴射口４より試料に噴射すると、芯材１が自重にて試料内に挿入し下方へ移動するものの、噴射口４をフランジと平行に向けて設置した場合と比較して、噴射口４をフランジに直交する方向に向けて設置した場合には、よりスムーズに芯材１が試料内を下方へ移動するとの知見を得た。

これは、噴射口４を芯材１のフランジに直交する方向に向けて配置すると、噴射口４より噴射された圧縮空気Ａにて、フランジの下端面と対向する試料の天端近傍を広い範囲で乱して撹拌させることができる。これにより、芯材１は、静止状態の試料に挿入する場合と異なり、その下端面と試料の天端との間に生じる挿入抵抗を最小限に抑えて、スムーズに試料の内方へ挿入できる。

また、芯材１が試料に挿入した後、エア噴射管２の噴射口４より噴射される圧縮空気Ａは、試料における天端から噴射口４の高さに至る範囲において、芯材１のフランジに沿うようにして地盤改良体７内を上昇し、また周辺の地盤改良体７は撹拌された状態となる。このため、試料に挿入されている芯材１の側面と試料との間に生じる摩擦抵抗は大幅に低減され、芯材１は、自重にてスムーズに試料体内を下方へ移動することが可能となる。

したがって、本実施の形態では、図１（ａ）（ｂ）で示すように、エア噴射管２の側周面に管軸を挟んで２つの噴射口４を設置し、噴射口４が、芯材１の下端面より下方に位置するとともに、芯材１のフランジに直交する方向に向くようにして、エア噴射管２を芯材１のウェブ中央に設置することとした。

なお、図２（ａ）（ｂ）で示すように、上記のエア噴射管２を、芯材１のウェブ中央であって、表裏面両方に設置する構造としてもよい。こうすると、芯材１のフランジの下端面と対向する試料のより広い範囲に圧縮空気Ａを噴射することが可能となる。

上述するようなエア噴射管２を装着した芯材１の、地盤改良体７への建て込み方法の手順を、以下に説明する。

まず、地中の所望位置に、地盤改良装置を用いて地盤改良体７を築造する。地盤改良体７はいずれの方法により構築してもよいが、本実施の形態では、下端部近傍に掘削ビットを備えるロッドに起振力を伝達する起振装置を接続し、ロッドに上下方向の起振力を付与しながら回転させつつ、ロッドの先端よりセメントミルクを吐出する地盤改良装置を採用し、ソイルセメント造の柱状体を築造している。

こうすると、地盤に硬質な領域が存在する場合や施工現場が低空頭である等、施工に様々な制約がある場合にも、効率よくセメントミルクと地盤とを掘削撹拌し、地盤中に地盤改良体７を築造することができる。

次に、図３（ａ）で示すように、構築した地盤改良体７の直上に、エア噴射管２を装着した芯材１を吊持する。このとき、芯材１はその軸心が、地盤改良体７の軸心と同軸上に位置するよう位置決めし、吊持するとよい。この後、図３（ｂ）で示すように、エア噴射管２の噴射口４を地盤改良体７中に所定深さまで挿入させたうえで、噴射口４より圧縮空気Ａを噴射する。

こうして、地盤改良体７の天端と芯材１の下端面との間に生じる初期挿入時の挿入抵抗を低減するよう、水平方向に噴射する圧縮空気Ａにより、地盤改良体７の天端近傍を広い範囲で撹拌状態としたところで、芯材１を吊り降ろしながら地盤改良体７に挿入する。

このまま図３（ｃ）で示すように、芯材１の挿入に先行して、地盤改良体７に挿入されているエア噴射管２の噴射口４から圧縮空気Ａを噴射し、地盤改良体７における天端からエア噴射管２の噴射口４までの高さ範囲を常時撹拌状態にして、芯材１の側面と地盤改良体７との間に生じる摩擦抵抗を低減させる。これにより、芯材１を自重により、地盤改良体７内でスムーズに下降移動させることができる。

また、上記のような芯材１の建て込み作業を実施するまでの間に、未固結状態の地盤改良材７に分離が生じたり、地盤改良体７に含有されている砕石等粒状体成分の沈殿が生じている場合にも、圧縮空気Ａにより地盤改良体７内で芯材１を下降移動させつつ、地盤改良体７の全体を撹拌することができる。

このため、芯材１に高止まり等を生じさせることなく、所望の深度に到達させて精度よく芯材１を建て込むことが可能となる。したがって、芯材１の建て込み作業時に振動式の杭打機を用いる必要がなく、建て込作業を大幅に簡略化することが可能となるとともに、芯材１の建て込み後に固結した地盤改良体７に、高い品質を確保することが可能となる。

なお、本発明の芯材の建て込み方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、本実施の形態では、芯材建込装置１０のエア噴射管２に、噴射口４を２つ設置しているが、その数量は必ずしもこれに限定されるものではない。圧縮空気Ａの噴射により生じる反力を打ち消しあう方向に向けて圧縮空気Ａを噴射できる位置、つまり等間隔の放射方向に配置されていれば、噴射口４をいくつ設けてもよい。

したがって、エア噴射管２に対して噴射口４を１つのみ設ける場合には、図４で示すように、芯材建込装置１０にエア噴射管２を複数備える構成とし、複数のエア噴射管２各々の噴射口４が、圧縮空気Ａの噴射により生じる反力を打ち消しあう方向に向くようにして、芯材１の下端部にエア噴射管２を設置するとよい。

また、本実施の形態では、芯材１にＨ型鋼を採用したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、角柱や円柱等の鋼管矢板や鋼矢板、ＰＣ矢板等、地盤改良体７の芯材１として一般に用いられるものであればいずれを採用してもよい。

芯材１として、例えば鋼管矢板８を採用し、この鋼管矢板８にエア噴射管２を設置する際には、以下のいずれかの方法を採用するとよい。図５（ａ）で示すように、噴射口４を１つだけ備えたエア噴射管２を、噴射口４が鋼管矢板８の軸心から見て、等間隔の放射状に位置するように複数配置する。

もしくは、図５（ｂ）で示すように、１つのエア噴射管２に複数の噴射口４を等間隔の放射状に配置し、平面視でエア噴射管２の軸心と鋼管矢板８の軸心とが合致する位置に、エア噴射管２を配置する。

または、図５（ｃ）で示すように、噴射口４を１つだけ備えた複数のエア噴射管２を、各々の噴射口４が等間隔の放射方向に向く状態にして束ね、これら複数のエア噴射管２の束の軸心と鋼管矢板８の軸芯とが合致する位置に、エア噴射管２の束を配置する。

さらに、芯材１に対するエア噴射管２の取り付け手段は、いずれでもよいが、本実施の形態では、図１（ｂ）および図２で示すように、板バネを用いたＣクリップ等の支持装置９を用いてエア噴射管２を着脱自在に挟持している。

こうすると、芯材１を所望の深さまで到達させたのち、エア供給ホース３を地上側へ牽引することにより、エア供給ホース３とともにエア噴出管２を回収でき、新たな芯材１を地盤改良体７へ建て込む際にエア噴射管２を再利用することが可能となる。

加えて、本実施の形態では、地盤改良体７にソイルセメント造の柱状体を採用したが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、ＴＲＤ工法等によるソイルセメント連続壁を採用し、これに芯材１を本発明の建て込み方法にて建て込んでもよい。

１芯材
２エア噴出管
３エア供給ホース
４噴射口
５エアコンプレッサー
６空気流量計
７地盤改良体
８鋼管矢板
９支持装置
１０芯材建込装置
Ａ圧縮空気

Claims

未固結状態の地盤改良体の直上で吊持されているＨ形鋼よりなる芯材に、水平方向に圧縮空気を噴射する噴射口を備えるエア噴射管を、前記噴射口が前記芯材の下端面より下方に位置するとともに前記芯材のフランジに直交する方向を向くように設置し、
前記噴射口より圧縮空気を噴射しつつ、前記地盤改良体に前記芯材を自重により挿入し建て込むことを特徴とする芯材の建て込み方法。
請求項１に記載の芯材の建て込み方法において、
前記噴射口を、前記圧縮空気の噴射により生じる反力を打ち消しあう方向に向けて、複数設けることを特徴とする芯材の建て込み方法。