JP7230455B2

JP7230455B2 - 地中構造物の構築方法

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Publication number: JP7230455B2
Application number: JP2018219052A
Authority: JP
Inventors: 剛鈴木; 大己幸山; 正吉梅▲崎▼; 忠久山本; 賢治村上
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2023-03-01
Anticipated expiration: 2038-11-22
Also published as: JP2020084524A

Description

本発明は、地盤改良体を用いた地中構造物を構築するための地中構造物の構築方法に関する。

従来より、地中にソイルセメントよりなる地盤改良体を造成し、これを利用して仮設の山留壁等を構築する方法が広く知られている。例えば特許文献１では、ソイルセメント構造物を構成する地盤改良体を、小型の地盤改良装置にて造成する方法が開示されている。

具体的には、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ることにより地盤を削孔しつつロッドの先端よりセメントミルクを吐出し、掘削土とセメントミルクを混合撹拌して地盤中にソイルセメントよりなる地盤改良体を造成する。

特許第５４４３９２８号公報

上記特許文献１の方法は、小型の地盤改良装置を使用して地盤改良体を造成できることから、施工対象領域が狭隘な敷地に位置する場合に適した方法であるといえる。

しかし、地盤を削孔しながらセメントミルクを吐出するため、セメントミルクと掘削土の混合物は撹拌終了直後から硬化が始まる。したがって、例えば、地盤改良体に芯材を備える地中構造物を構築しようとする場合、セメントミルクと掘削土との混合物に対して速やかに芯材を貫入して建て込まなければならず、建て込み作業が煩雑となりやすい。

さらに、地中構造物が深度方向に長大である場合には、芯材の建て込み作業に時間を要することからソイルセメントの硬化が進行して所定の深さまで貫入できずに高止まりが生じることも想定され、地中構造物に高い品質を確保することが困難となりやすい。

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、地盤改良体を用いた地中構造物を効率よく構築することの可能な、地中構造物の構築方法を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の地中構造物の構築方法は、地盤改良体を用いた地中構造物を構築する地中構造物の構築方法であって、調整液を供給しながら、回転させた削孔撹拌装置の掘削撹拌部にて地盤を削孔し、掘削土混じりの調整液で満たされた地中孔を構築する工程と、該地中孔に、エア噴射管と固化液吐出管を備えた芯材を建て込む工程と、前記地中孔を満たす前記掘削土混じりの調整液の一部を、前記固化液吐出管より供給したセメント系固化液で置換する工程と、孔底にて圧縮空気を前記エア噴射管より噴射して前記地中孔内に上昇流を生じさせ、前記セメント系固化液と前記掘削土混じりの調整液とを混合撹拌する工程と、を備えることを特徴とする。

上述する本発明の地中構造物の構築方法によれば、芯材を、セメント系固化液が混合されていない状態の掘削土混じりの調整液で満たされた地中孔に建て込むことができる。これにより、セメント系固化液の硬化に起因する作業時間の制約を受けることなく芯材を建て込むことができるため、芯材の建て込み作業に係る自由度を高めることが可能となる。また、不慮の事態に対応して芯材の建て込み作業を中断することもでき、地中構造物の施工性を大幅に向上することが可能となる。

また、孔底にて圧縮空気を噴射して前記地中孔内に上昇流を生じさせることにより、地中孔内で掘削土混じりの調整液とセメント系固化液とを混合撹拌する。これにより、地中孔には高さ方向に均質な混合物が作製することができ、硬化後の地盤改良体に高い品質を確保することが可能となる。

本発明の地中構造物の構築方法は、前記芯材を建て込む工程では、前記掘削土混じりの調整液で満たされた地中孔内で、複数の芯材分割体を継ぎ足すことにより芯材を構築し建て込むことを特徴とする。

上述する本発明の地中構造物の構築方法によれば、施工対象領域が空頭制限のある敷地に位置していても、深度方向に長大な地中構造物を効率よく構築することが可能となる。

本発明によれば、芯材を、セメント系固化液が混合されていない状態の掘削土混じりの調整液で満たされた地中孔に建て込むことから、セメント系固化液の硬化に起因する作業時間の制約を受けることなく芯材を建て込むことができる。これにより、芯材の建て込み作業に係る自由度を高めて施工性を大幅に向上でき、効率よく地中構造物を構築することが可能となる。

本発明の実施の形態における地中構造物の概略を示す図である。本発明の実施の形態における地盤に地中孔を構築する様子を示す図である（その１）。本発明の実施の形態における地盤に地中孔を構築する様子を示す図である（その２）。本発明の実施の形態における地中孔に芯材を建て込む様子を示す図である（その１）。本発明の実施の形態における地中孔に芯材を建て込む様子を示す図である（その２）。本発明の実施の形態における地中孔を満たす掘削土まじりの調整液の一部をセメント系固化液に置換する様子を示す図である。本発明の実施の形態における地中孔を満たす掘削土まじりの調整液とセメント系固化液とを混合撹拌する様子を示す図である。本発明の実施の形態における地中構造物の構築方法により試験施工した山留杭の芯材の構築手順を示す図である。本発明の実施の形態における地中構造物の構築方法により試験施工した山留杭の一軸圧縮試験で求めた一軸圧縮強さの結果を示す図である。

本発明は、地盤改良体を用いた山留杭や支持杭等の地中構造物を構築するための方法であり、なかでも、施工対象領域が空頭制限のある敷地に位置する場合に好適な方法である。本実施の形態では、地中構造物として、地盤改良体に芯材を貫入した山留杭を事例に挙げ、その詳細を説明する。

図１（ａ）（ｂ）で示すように、山留杭１は、円柱状に形成された地中構造物であり、本実施の形態では、断面径４００ｍｍ～８００ｍｍ程度の地中孔Ｈに建て込まれた芯材２と、芯材２を内包するように地中孔Ｈに造成される地盤改良体３とにより構成され、芯材２には、エア供給ホース４と固化液供給ホース５が固定されている。なお、地中孔Ｈの断面径は、必ずしも限定されるものではなく、例えば８００ｍｍ以上の断面径を採用してよい。

芯材２は、複数の芯材分割体２１を長手方向に直列に連結することにより構成されており、芯材分割体２１としては、本実施の形態では、２５０～４００ｍｍ程度の断面幅を備えるＨ形鋼等の長尺鋼材を採用している。これらは、長手方向に直列に配置した状態で隣り合うフランジに跨るように配置されるガセットプレート２２を介して、ボルト結合により着脱自在に連結される。なお、芯材分割体２１の断面幅は、必ずしも限定されるものではなく、例えば４００ｍｍ以上の断面幅を採用してよい。

芯材分割体２１は、必ずしも長尺鋼材に限定されるものではなく、山留杭１の芯材として機能できる程度の剛性を有する材料であれば、いずれの長尺材を採用してもよい。また、芯材分割体２１は、その部材長をいずれに設定してもよく、例えば、施工対象領域に空頭制限がある場合には、その高さに応じて適したものを適宜設定すればよい。

さらに、芯材２を構成するべく用いる芯材分割体２１の数量も、芯材２の必要長さに応じて適宜決定すればよい。したがって、構築予定の山留杭１の全長が短く、芯材分割体２１を複数連結する必要がない場合には、芯材２として１本の芯材分割体２１のみを使用してもよい。

また、芯材分割体２１には、２本のエア供給ホース４と１本の固化液供給ホース５を保持するべく、図１および図４で示すように、ウェブの一方の面にエア供給ホース４を固定するためのエア供給ホース把持具４１と固化液供給ホース５を固定するための固化液供給ホース把持具５１が設置されている。また、他方の面にエア供給ホース４を固定するためのエア供給ホース把持具４１のみが設置されている。

なお、エア供給ホース把持具４１および固化液供給ホース把持具５１は、エア供給ホース４および固化液供給ホース５をそれぞれ把持可能であれば、その形状はいずれに形成されたものであってもよい。

エア供給ホース４は、図４で示すように、圧縮空気Ａが流動可能な管部材よりなり、基端部が地上に設置されているエアコンプレッサ８１に連結され、先端部にはエア噴射管６が設置される。なお、エア供給ホース４の形状および材質は、気体を通すことの可能な中空材料であればいずれを採用してもよい。また、エア供給ホース４とエアコンプレッサ８１との間には空気流量計８２が設置されており、エア噴射管６に供給される圧縮空気Ａの流量を測定可能となっている。

一方、固化液供給ホース５は、セメント系固化液Ｃが流動可能な管部材よりなり、基端部が地上に設置されている固化液供給装置９１に連結され、先端部には固化液吐出管７が設置される。固化液供給装置９１では、固化液供給ホース５に供給するセメント系固化液Ｃの配合および流量を管理し所定量のセメント系固化液を供給する。なお、固化液供給ホース５の形状および材質は、液体を通すことの可能な中空材料であればいずれを採用してもよい。

これらエア供給ホース４に設置したエア噴射管６および固化液供給ホース５に設置した固化液吐出管７にはそれぞれ、図１（ｂ）で示すようにエア噴射口６１および固化液吐出口７１が設けられている。エア噴射口６１および固化液吐出口７１の数量は、例えば２カ所もしくは４カ所のように対となる数量とすればいずれでもよいが、本実施の形態ではともに２カ所設けており、これらエア噴射口６１および固化液吐出口７１が、芯材２の最下端を構成する芯材分割体２１の下端より下方に位置するように、エア噴射管６および固化液吐出管７が配置されている。

そして、２本のエア供給ホース４各々に設置したエア噴射管６は、図７（ｂ）で示すように、合計４つのエア噴射口６１が地中孔Ｈの平面視で四方に向けて圧縮空気Ａを噴射できるよう、それぞれ噴射方向を調整して配置されている。また、１本の固化液供給ホース５に設置した固化液吐出管７は、図６（ｂ）で示すように、２つの固化液吐出口７１が芯材２のウェブと平行な方向にセメント系固化液を吐出できるよう、向きを調整して配置されている。

地盤改良体３は、図６（ａ）および図７（ａ）で示すように、地中孔Ｈを構築するべく地中を削孔した際の掘削土を含む掘削土混じりの調整液Ｗ１と、所定量のセメント系固化液Ｃとを、混合撹拌した後に硬化させたソイルセメント硬化体よりなるものであり、円柱状に造成されている。

ここで、掘削土混じりの調整液Ｗ１は、調整液Ｗを用いて地盤を削孔した際、削孔時に発生する掘削土と調整液Ｗが混じり合ったものであり、調整液Ｗは、地中孔Ｈの孔壁を保護する機能と、地盤を削孔した際の掘削土を排出する機能と、セメント系固化液Ｃと混合撹拌されて硬化する機能とを併せ持つよう、施工対象領域の地盤性状に応じて、比重および粘度を調整管理された液体よりなる。

したがって、調整液Ｗは、上記の３つの機能を有する液体であれば、例えば、ベントナイト泥水や分散剤が添加されたポリマー系水溶液等、いずれを採用するものであってもよい。

上記の構成を有する山留杭１を含む地中構造物の構築方法を、施工時に使用する削孔撹拌装置１０、門型クレーン２０および芯材把持装置３０の詳細と併せて、以下に詳述する。

≪第１の工程≫
図２で示すように、山留杭１の施工対象領域の所定位置に後述する削孔撹拌装置１０を据え付け、調整液Ｗを供給しながら削孔撹拌装置１０を介して地盤を所定の深度に達するまで削孔し、図３で示すような、孔内が掘削土混じりの調整液Ｗ１で満たされた地中孔Ｈを構築する。

なお、山留杭１の構築予定位置には、削孔撹拌装置１０にて削孔を開始する前に、孔壁保護のため地表面から口元管Ｐを貫入したうえで、口元管Ｐ内をあらかじめ余掘りをしておく。なお、必ずしも口元管Ｐを適用する必要はなく、例えば作業地盤が強固であれば、素掘りおよび敷き鉄板等による整備のみでもよい。また、地中孔Ｈを構築するべく削孔作業を開始する際には、調整液Ｗを利用して削孔により発生した掘削土を排泥するための排泥管Ｓを、地中孔Ｈの孔口近傍に設置しておく。

＜削孔撹拌装置１０＞
施工対象領域の地盤中を削孔する際に使用する削孔撹拌装置１０は、図２で示すように、キャタピラからなる移動機構１１と、移動機構１１によって移動可能な台座部１２と、台座部１２により鉛直方向に延びるように支持されたリーダー１３と、リーダー１３に沿って上下方向に移動可能に設置された起振装置１４と、頭部が起振装置１４に接続されたロッド１５と、ロッド１５の先端に取り付けられた掘削撹拌部１６と、掘削撹拌部１６の先端から吐出される調整液Ｗをロッド１５の内部に供給する調整液供給装置１７と、ロッド１５に回転力を付与する回転装置１８と、を備えている。

起振装置１４は、偏芯重錘を回転させることで上下方向の起振力を発生させる装置であり、リーダー１３に沿って鉛直移動可能に設置されている。なお、起振装置１４は、ロッド１５に対して上下方向又は横方向のうち少なくとも何れかの成分を含む振動を伝達可能な起振力を発生できる装置であればいずれを用いてもよい。

回転装置１８は、その内方に備えられた図示しないロッド把持部にてロッド１５の周面を把持し、ロッド１５に対してその軸を中心とした正方向もしくは逆方向の回転力を付与する装置であり、起振装置１４の下側に位置し、起振装置１４とともにリーダー１３に沿って鉛直移動可能に設置されている。

ロッド１５は、中空を備える一重管よりなり、起振装置１４にて頭部を支持された状態で立設され、中間部に設置されたスイベル１５１を介して調整液供給装置１７に接続されるとともに、先端部に掘削撹拌部１６が接続されている。

掘削撹拌部１６は、ロッド１５に接続される軸部１６１と、軸部１６１の先端部近傍であって側方に延びるように取り付けられた掘削翼本体１６２と、掘削翼本体１６２に取り付けられた掘削ビット１６３と、を備える。また、軸部１６１の先端には、先端ビット１６４が取り付けられるとともに、調整液吐出口（図示せず）が設けられている。

調整液供給装置１７は、前述した調整液Ｗを製造するプラント１７１と、製造された調整液Ｗをロッドに供給するための調整液供給管１７２とを備える。本実施の形態では、地中孔Ｈを満たす掘削土混じりの調整液Ｗ１が比重１．５程度となるよう、調整液Ｗの比重を地盤の性状等を考慮しつつ調整管理している。

上記の構成により削孔撹拌装置１０の掘削撹拌部１６は、余掘りした口元管Ｐ内に貫入させた状態で作動させると、起振装置１４により上下方向の振動を付与されつつ回転装置１８によりロッド１５の軸を中心に正回転する。これと同時に、掘削撹拌部１６の軸部１６１先端に設けられた調整液吐出口より、調整液供給装置１７から供給されロッド１５の中空部を流下した調整液Ｗが吐出される。

これにより、図３で示すように、掘削撹拌部１６に備えた掘削ビット１６３および先端ビット１６４にて、地盤が回転掘削されて地中孔Ｈが構築されるとともに、地中孔Ｈ内で掘削土と調整液Ｗが混合撹拌され、地中孔Ｈ内は掘削土混じりの調整液Ｗ１で満たされる。

なお、上記の削孔撹拌装置１０を用いた削孔作業は、余剰な掘削土混じりの調整液Ｗ１とともに排泥管Ｓを介して排泥しつつ行う。また、地中孔Ｈの構築後に掘削撹拌部１６を撤去する際には、孔底に貯留する掘削土を流動させるとともにまき上げ、地中孔Ｈ内の高さ方向で掘削土混じりの調整液Ｗ１の比重が均一になるよう、図３で示すように、掘削時と同様にロッド１５の軸を中心に回転させつつ引き抜く。

≪第２の工程≫
次に、図４および図５で示すように、掘削土混じり調整液Ｗ１で満たされた地中孔Ｈ内で、芯材分割体２１を吊り降ろしつつ継ぎ足しながら芯材２を構築し、地中孔Ｈの所定位置に芯材２を建て込む。

本実施の形態では、芯材２の建て込み作業に、芯材分割体２１を揚重可能な門型クレーン２０と、地中孔Ｈに挿入された状態の芯材分割体２１を把持可能な芯材把持装置３０とを用いる。

＜門型クレーンおよび芯材把持装置＞
図４で示すように、門型クレーン２０は、間隔を有して並列配置される一対の脚部２０１と、脚部２０１の上端部どうしを連結する梁部２０２とを備えている。脚部２０１は、その下端にホイール等の走行手段２０３を備えるとともに、例えば油圧ジャッキ等の伸縮装置２０４を備えており、図４および５で示すように、高さ方向に伸縮自在な構成となっている。

また、梁部２０２には、ワイヤー等を介して芯材分割体２１を吊持可能な、例えばホイスト等の揚重機２０５が備えられており、この揚重機２０５は、梁部２０２の長さ方向（水平方向）に移動自在に設置されている。

したがって、門型クレーン２０を梁部２０２の軸線が地中孔Ｈの直径方向と鉛直面内で平行となるように据え付け、揚重機２０５を梁部２０２に適宜移動させることにより、揚重機２０５に吊持された状態の芯材分割体２１は、その軸心を地中孔Ｈの軸心と合致させることが可能となる。また、揚重機２０５に吊持された状態の芯材分割体２１は、伸縮装置２０４による一対の脚部２０１の伸縮と揚重機２０５に備えたワイヤーの巻上げもしくは巻き戻しにより、地中孔Ｈ内への吊上げもしくは吊下ろしが可能となる。

一方、芯材把持装置３０は、地表面に設置され、中央に地中孔Ｈより大径の孔を備える架台３０１と、貫通孔に挿入された芯材分割体２１を挟持および解放することの可能なチャック部材３０２とを備える。なお、芯材把持装置３０は、芯材２０を把持可能であれば、その形状はいずれに形成されたものであってもよい。

上記の門型クレーン２０と芯材把持装置３０とを用いた芯材２の構築方法および建て込み方法は、以下のとおりである。図４および５で示すように、まず、地表面上で地中孔Ｈを囲うようにして芯材把持装置３０を据え付けるとともに、梁部２０２の軸線が地中孔Ｈの直径方向と鉛直平面内で平行となるように、門型クレーン２０を据え付ける。

次に、門型クレーン２０の揚重機２０５に芯材分割体２１を吊持させ、芯材分割体２１と地中孔Ｈの軸心合わせを行うとともに、地中孔Ｈ内に吊り下ろす。この後、芯材分割体２１の上端部近傍を、芯材把持装置３０のチャック部材３０２にて把持させたうえで、芯材分割体２１を揚重機２０５から取り外す。

そして、門型クレーン２０の揚重機２０５に新たな芯材分割体２１を吊持させ、その下端が、芯材把持装置３０に把持させた芯材分割体２１の上端と対向するよう位置調整を行ったうえで、両者を突き合わせてガセットプレート２２を用いてボルト接合により連結する。なお、芯材分割体２１どうしの連結は例えば溶接等、いずれの接合手段を採用してもよい。

この後、連結した芯材分割体２１を門型クレーン２０にて吊持するとともに芯材把持装置３０による把持を開放し、連結した芯材分割体２１を所定深さまで吊り下ろしたところで、連結した芯材分割体２１の上端部近傍を芯材把持装置３０で把持し、上記の手順により新たな芯材分割体２１を継ぎ足す。

上記の芯材分割体２１を継ぎ足す作業を、芯材分割体２１が連結されることで構築される芯材２が必要長さとなるまで繰り返す。なお、芯材分割体２１を継ぎ足す作業と併せて、エア供給ホース４および固化液供給ホース５をそれぞれ、エア供給ホース把持具４１および固化液供給ホース把持具５１を利用して芯材分割体２１に固定する。これらの作業により、所望の長さを有する芯材２が地中孔Ｈに、エア供給ホース４および固化液供給ホース５を設置された状態で建て込まれることとなる。

なお、芯材２を建て込むにあたり、地中孔Ｈに貯留している掘削土混じりの調整液Ｗ１の粘性が高く、芯材２に貫入抵抗が作用する際には、エアコンプレッサ８１からエア供給ホース４を介してエア噴射管６より圧縮空気Ａを噴射させ、芯材２に作用する貫入抵抗を低減させるとよい。また、施工対象領域に空頭制限がない場合には、地上で芯材分割体２１を継ぎ足して形成した芯材２を地中孔Ｈに建て込んでもよく、芯材２の建て込み方法は、施工環境に応じて適宜好適な方法を選択すればよい。

≪第３の工程≫
掘削土混じりの調整液Ｗ１で満たされた地中孔Ｈに芯材２を建て込んだ後、図６（ａ）（ｂ）で示すように、地中孔Ｈを満たす掘削土混じりの調整液Ｗ１の一部を、セメント系固化液Ｃに置換する。

セメント系固化液Ｃは、固化液供給装置９１から芯材２に沿って設置されている固化液供給ホース５を介して固化液吐出管７に供給され、固化液吐出管７の固化液吐出口７１から地中孔Ｈの孔底近傍に吐出する。

また、セメント系固化液Ｃの供給と併せて、セメント系固化液Ｃの供給量に対応した掘削土混じり調整液Ｗ１を排泥管Ｓを介して排泥する。このとき、固化液吐出管７は前述したように芯材２の下端に配置されているため、地中孔Ｈの孔口から排泥される掘削土混じり調整液Ｗ１に、セメント系固化液Ｃがほとんど混在することはない。

なお、固化液吐出管７の設置位置は、セメント系固化液Ｃを地中孔Ｈに吐出する際、地中孔Ｈの孔口から排泥される掘削土混じり調整液Ｗ１に、セメント系固化液Ｃがほぼ混在しない高さであれば、必ずしも芯材２の下端でなくてもよい。

≪第４の工程≫
地中孔Ｈに所定量のセメント系固化液Ｃを吐出した後、図７（ａ）（ｂ）で示すように、圧縮空気Ａを地中孔Ｈの孔底近傍にて孔壁に向けて噴射し、これにより地中孔Ｈ内に生じる上昇流を利用して、セメント系固化液Ｃと掘削土混じりの調整液Ｗ１とを混合撹拌する。

圧縮空気Ａは、エアコンプレッサ８１から芯材２に沿って設置されているエア供給ホース４を介してエア噴射管６に供給され、エア噴射管６のエア噴射口６１から地中孔Ｈの孔底近傍で孔壁に向けて噴射される。噴射した圧縮空気Ａは、連続する気泡となって上昇し、地中孔Ｈ内に上昇流を生じさせる。これにより、地中孔Ｈ内で分離した状態のセメント系固化液Ｃと掘削土混じりの調整液Ｗ１は、高さ方向に混合撹拌され、地中孔Ｈの高さ方向に均質に混じり合った混合物となる。

なお、圧縮空気Ａの噴射量および噴射時間は、地中孔Ｈ内でセメント系固化液Ｃと掘削土混じりの調整液Ｗ１とが均質に混じり合うよう、両者の粘性に応じて適宜調整すればよい。なお、噴射量は、５００Ｌ／ｍｉｎ以上２０００Ｌ／ｍｉｎ以下、噴射時間は５分以上２０分以下程度が好適である。

セメント系固化液Ｃと掘削土混じりの調整液Ｗ１とが地中孔Ｈの高さ方向に均質に混じり合い混合物が作成されたところで圧縮空気Ａの噴射を停止し、混合物を硬化させてソイルセメント硬化体である地盤改良体３を造成する。これにより、従来の方法で構築した地盤改良体、つまり、セメント系固化液を吐出しつつ地盤を削孔して掘削土とセメント系固化液を混合撹拌した混合物を硬化させたソイルセメント硬化体と同様の地盤改良体３を造成することが可能となり、図１で示すような、地盤改良体３に芯材２を備えた山留杭１が構築される。

上記の地中構造物の構築方法によれば、芯材２を、セメント系固化液Ｃが混合される前の掘削土混じりの調整液Ｗ１で満たされた地中孔Ｈに建て込むことから、芯材２の建て込み作業時間は、セメント系固化液Ｃの硬化に起因する作業時間の制約を受けることがない。したがって、山留杭１に複数の芯材分割体２１よりなる芯材２を採用し、地中孔Ｈを利用して芯材分割体２１を継ぎ足しながら芯材２を構築し建て込むことができる。

これにより、山留杭１の施工対象領域が空頭制限のある敷地であっても、深度方向に長大な山留杭１を高品質に構築することが可能となる。また、不慮の事態に対応して、芯材２の建て込み作業を中断することも可能となり、山留杭１の施工性を大幅に向上することが可能となる。

≪地中構造物の一軸圧縮強度試験≫
上述する地中構造物の構築方法の施工性を確認するために構築した山留杭１に対して実施した圧縮強度試験結果を、以下に説明する。試験対象は、断面径が７５０ｍｍ、設計体長が１３．５ｍ、地盤改良体３の設計強度が１．０ｋＮ/ｍ²の山留杭１とした。なお、上述の地中構造物の施工対象領域は空頭制限のある敷地を想定しているが、下記の施工性確認のための山留杭１は空頭制限の無い施工対象領域で施工を行っている。

試験対象の山留杭１を製造するにあたっては、まず、調整液Ｗを供給しつつ地盤を削孔し、断面径が約７５０ｍｍで全長が約１４ｍの地中孔Ｈを構築した。地盤の削孔時に用いる調整液Ｗには、構築後の地中孔Ｈに貯留する掘削土混じりの調整液Ｗ１が比重約１．５程度（孔内平均）となるよう、比重を１．０１に調整管理したベントナイト泥水を採用した。また、掘削土混じりの調整液Ｗ１は、約２０～３０重量％程度の掘削土が混じった状態となっている。

次に、掘削土混じりの調整液Ｗ１が貯留する地中孔Ｈ内に、予め地上で連結した部材長が１３．５ｍの芯材２を構築し、これを揚重機にて地中孔Ｈに建て込んだ。芯材２は、断面幅が約４００ｍｍのＨ形鋼を採用した。なお、空頭制限のある施工対象領域下での地中孔Ｈ内での芯材分割体２１の継ぎ足し作業は、例えば図８（ａ）～（ｃ）で示すように、３日間にわたって実施し、１日目に３本、２日目に２本、４日目に２本の合計７本を継ぎ足す施工手順を想定している。

その後、芯材２が建て込まれた地中孔Ｈにおいて、貯留する掘削土混じりの調整液Ｗ１の一部をセメント系固化液Ｃに置換した。セメント系固化液Ｃには、高炉セメントＢ種を主材とするセメント系固化液を採用した。

そして、噴射量を約１０００Ｌ/ｍｉｎに調整した圧縮空気Ａを、地中孔Ｈの孔底近傍において孔壁に向けて２方向に噴射し、孔底から孔口に向けて上昇する気泡を連続的に発生させた。この気泡により生じる上昇流により、掘削土混じりの調整液Ｗ１とセメント系固化液Ｃとを、約１０分間混合撹拌した。

地中孔Ｈ内で掘削土混じりの調整液Ｗ１とセメント系固化液Ｃとの混合物を作製した後、この混合物から未固結試料とコア抜きによる試料を採取し、未固結試料は材令２８日、コア抜きによる試料は材令５６日の時点で一軸圧縮強度試験を実施した。

未固結試料は、地盤改良体３に対して地表面から深さ方向に向かって０ｍ、６ｍ、１０ｍ、１４ｍの各範囲毎に３体づつコア採取し、合せて１２体の試験体各々について一軸圧縮試験を実施するとともに、前記４つの範囲各々で一軸圧縮強さの平均値を算出した。コア抜き試料は、地盤改良体３に対して地表面から深さ方向に向かって２～４ｍ、５～７ｍ、９～１１ｍ、１１～１４ｍの各範囲毎に３体づつコア採取し、合せて１２体の試験体各々について一軸圧縮試験を実施するとともに、前記４つの範囲各々で一軸圧縮強さの平均値を算出した。

図９（ａ）（ｂ）を見ると、未固結試料とコア抜きによる試料ともに、前記４つの範囲各々で一軸圧縮強さの平均値が設計強度の１．０ｋＮ/ｍ²を上回る強度を発現している様子がわかる。これにより、掘削土混じりの調整液Ｗ１が満たされた状態の地中孔Ｈに芯材２を建て込んだ後、掘削土混じりの調整液Ｗ１の一部をセメント系固化液Ｃに置換した場合にも、圧縮空気Ａを噴射することにより地中孔Ｈ内に生じる上昇流を利用して、掘削土混じりの調整液Ｗ１とセメント系固化液Ｃとを混合撹拌することで、高さ方向に均質かつ健全な地盤改良体３を造成することが可能であることが見て取れる。

また、芯材２の建て込み作業を数日にわたって実施することも可能であり、施工性を向上しつつ設計強度を満足する健全な山留杭１を構築することが可能となる。

なお、本発明の地中構造物の構築方法は、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、地盤改良体３を用いた地中構造物として山留杭１を事例に挙げたが、地盤改良体３を用いた地中構造物であればいずれを採用してもよい。例えば、地中構造物として支持杭を構築する場合には、地盤改良体３の設計強度、芯材２の先端部の構造等を適宜変更し、所望の鉛直支持力を確保すればよい。

また、本実施の形態では、芯材分割体２１にＨ形鋼を採用し、ガセットプレート２２を用いたボルト接合によりこれらを複数連結して芯材２を構築したが、芯材分割体２１およびその連結方法はいずれでもよい。例えば、芯材分割体２１に鋼管を採用した場合には、鋼管ネジ継手にて連結してもよく、構築しようとする地中構造物に適した芯材分割体２１および接合方法を採用して、好適な芯材２を構築すればよい。

さらに、本実施の形態では、芯材２に対して２本のエア供給ホース４と１本の固化液供給ホース５を設置したが、その数量はこれに限定されるものではなく、適宜増減させてもよい。また、エア供給ホース４および固化液供給ホース５を芯材２に対して固定し、構築後の山留杭１に残置する構成としたが、芯材２に対して着脱自在に設置して、エア供給ホース４および固化液供給ホース５を再利用可能な構成としてもよい。

したがって、エア供給ホース４と固化液供給ホース５を、芯材２とは別体とし、芯材２を建て込む前後の適宜のタイミングで地中孔Ｈにそれぞれ挿入してもよく、この場合には、エア供給ホース４および固化液供給ホース５を地中孔Ｈに挿入するための補助具を用いるとよい。補助具としては、例えば棒材や単管等よりなる補助棒材を採用し、この補助棒材にエア供給ホース４および固化液供給ホース５を沿わせて、地中孔Ｈに挿入するとよい。

また、本実施の形態では、掘削土まじりの調整液Ｗ１が充填された地中孔Ｈに芯材２を建て込む際、芯材２をスムーズに建て込むべくエア供給ホース４のエア噴射管６より圧縮空気Ａを噴射させた。しかし、例えば、固化液供給ホース５をエアコンプレッサ８１に接続し、固化液供給ホース５の固化液吐出管７から圧縮空気Ａを噴射させてもよい。

さらに、本実施の形態では、削孔撹拌装置１０を用いて地中孔Ｈを構築したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、調整液Ｗを供給しつつ地盤を削孔し、掘削土混じりの調整液Ｗ１で満たされた地中孔Ｈを構築可能であれば、いずれの掘削装置を採用してもよい。

１山留杭（地中構造物）
２芯材
２１芯材分割体
２２ガセットプレート
３地盤改良体
４エア供給ホース
５固化液供給ホース
６エア噴射管
６１エア噴射口
７固化液吐出管
７１固化液吐出口
８１エアコンプレッサ
８２空気流量計
９１固化液供給装置
１０削孔撹拌装置
１１移動機構
１２台座部
１３リーダー
１４起振装置
１５ロッド
１５１スイベル
１６掘削撹拌部
１６１軸部
１６２掘削翼本体
１６３掘削ビット
１６４先端ビット
１７調整液供給装置
１８回転装置
２０門型クレーン
２０１脚部
２０２梁部
２０３走行手段
２０４伸縮装置
２０５揚重機
３０芯材把持装置
３０１架台
３０２チャック部材

Ａ圧縮空気
Ｓ排泥管
Ｐ孔壁保護管
Ｗ調整液
Ｗ１掘削土混じりの調整液

Claims

地盤改良体を用いた地中構造物を構築する地中構造物の構築方法であって、
調整液を供給しながら、回転させた削孔撹拌装置の掘削撹拌部にて地盤を削孔し、掘削土混じりの調整液で満たされた地中孔を構築する工程と、
該地中孔に、エア噴射管と固化液吐出管を備えた芯材を建て込む工程と、
前記地中孔を満たす前記掘削土混じりの調整液の一部を、前記固化液吐出管より供給したセメント系固化液で置換する工程と、
孔底にて圧縮空気を前記エア噴射管より噴射して前記地中孔内に上昇流を生じさせ、前記セメント系固化液と前記掘削土混じりの調整液とを混合撹拌する工程と、
を備えることを特徴とする地中構造物の構築方法。
請求項１に記載の地中構造物の構築方法において、
前記芯材を建て込む工程では、前記掘削土混じりの調整液で満たされた前記地中孔内で、複数の芯材分割体を継ぎ足すことにより、前記芯材を構築し建て込むことを特徴とする地中構造物の構築方法。