JP7321919B2 - 地下躯体の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下躯体（例えば基礎スラブなど）の施工方法に関し、特に周辺地下水位より深い位置に地下躯体を構築する場合に、地下水位を低下させて、地盤をドライ（地下水の無い）状態にして、掘削、及び、コンクリート造の躯体構築を行う方法に関する。

地下水位を下げる方法としては、ウェルポイント工法、ディープウェル工法の２種類がある。

ウェルポイント工法は、ウェルポイント（ストレーナ付き吸水装置）を内径６０ｍｍ程度のライザー管の先端に取付けて、地中に建て込み、地上側でライザー管の頭部をヘッダー管につなぎ、ヘッダー管を真空ポンプにつなぐことで、地下水を汲み上げる。理論的にはヘッダー管の高さから１０ｍ下まで地下水位を下げることが可能であるが、実際には漏気などのヘッドロスがあり、５～６ｍ程度が地下水位低下能力となる。また、その地下水位低下範囲は、ウェルポイントを中心とする直径３ｍ程度の範囲である。

従って、ウェルポイント工法は、溝状に２～４ｍ深度の掘削を行う水道管の埋設工事などに使用されることが多い。この場合、ウェルポイントは掘削予定ラインの両側に１～３ｍ間隔で直線的に配置される。

例えば特許文献１には、自然の地下水位よりも低い位置にある既存地下躯体の改修や補修を行う場合に、既存地下躯体直下の地盤から揚水して地下水位を低下させドライワークを可能にする、ウェルポイント利用の地下水位低下工法が開示されている。
特許文献１では、ウェルポイントは既存地下躯体の耐圧盤を貫通させて設置されているが、ここでも、ウェルポイントは直線的に配置されている。

ディープウェル工法は、内径５００ｍｍ程度のストレーナ管（鋼管の外周にスリット又は孔が設けられている）を深度２０～５０ｍまで建て込み、ストレーナ管の下端部に設置した揚水ポンプによって、ストレーナ管内部の水を排水し、管内部を低水位に保つ。これにより、周辺地盤から地下水が流入し、周辺地下水位を広範囲に低下させることが可能となる。

従って、ディープウェル工法は、大規模、大深度掘削などにおいて、使用されることが多い。

特許第５５２８２００号（特開２０１１－２３６６１５号）公報

ところで、本発明者らは、周辺地下水位よりは深いものの、比較的浅く（深度３～４ｍ）、広い領域（例えば矩形の場合、一辺が３０～５０ｍ）に基礎スラブを構築するという具体的課題に直面し、このような場合に好適な地下水位低下工法として、従来のウェルポイント工法とディープウェル工法を検討するに至った。

ウェルポイント工法については、ウェルポイントの地下水位低下範囲は直径３ｍ程度であり、幅５～６ｍの構造物のための掘削であれば、両側に直線的に配置することで対応できるが、その幅を超える場合には幅方向中央部で地下水を下げることができず、従来工法のままでは適用できない。

ディープウェル工法については、広い範囲の水位を低下させることができるものの、もともと大深度用のものなので、浅い深度の場合には、設置費、ランニングコストが大となる。また、撤去が難しく、転用できない。

本発明は、このような実状に鑑み、比較的浅く、広い領域に地下躯体を構築する場合に、ウェルポイントを上手に利用して、地下水位を低下させつつ、掘削、及び、コンクリート造の躯体構築を行うことができる、地下躯体の施工方法を提供することを課題とする。

本発明は、地下水位を低下させながら、地下に躯体を施工する方法であって、
施工領域（躯体構築のための掘削予定領域）内に、複数のウェルポイントをそれぞれのライザー管と共に平面視で格子点状に配置するウェルポイント配置工程と、
前記複数のウェルポイントで地下水位を低下させながら、床付地盤まで掘削する掘削工程と、
前記掘削の完了後に、引き続き地下水位を低下させながら、前記ウェルポイントのライザー管回りに鞘管を設置する鞘管設置工程と、
前記鞘管の設置後に、引き続き地下水位を低下させながら、前記鞘管を巻き込むようにコンクリートを打設することで、前記床付地盤上にコンクリート造の躯体を構築する躯体構築工程と、
前記躯体の構築後に、前記鞘管内から、前記ウェルポイント及び前記ライザー管を引き抜いて撤去するウェルポイント撤去工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、施工領域内の全域に複数のウェルポイントを格子点状に配置することで、施工領域内の全域で地下水位を下げることができ、ドライ状体で掘削、躯体構築ができる。また、ウェルポイントの設置には特別な重機などを必要とせず、容易に採用できるため、低コスト化、工期短縮などに有利となる。

本発明の一実施形態としてウェルポイント配置例を示す断面図及び平面図 ウェルポイント配列方法の説明図 ウェルポイント配置までの工程図 ウェルポイント配置後の工程図 基礎工事完了状態を示す断面図 本発明の他の実施形態でのウェルポイント配置後の工程図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態として地下躯体（基礎スラブ）の施工工事におけるウェルポイントの配置例を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。

本実施形態は、施工地盤１から比較的浅い、例えば深度３～４ｍの位置に、例えば一辺が３０～５０ｍ程度の平面視で矩形の基礎スラブ４を構築し、更に、基礎スラブ４上の適当な位置に、図示しない地上側の構造物を支持するためのペデスタル（柱）５を立設する工事例とする。なお、基礎スラブ４は、矩形でなくてもよく、例えば円形などであってもよい。

このため、施工地盤１を掘削計画線２に沿って床付地盤３まで掘削し、床付地盤３上にコンクリート造の基礎スラブ４を構築し、ペデスタル５の立設後、基礎スラブ４回りを埋め戻す工事となる。

本工事では、周辺の地下水位ＷＬが床付地盤３より高い。従って、施工地盤１を掘削計画線２に沿って床付地盤３まで掘削する間、及び、掘削後に床付地盤３上にコンクリート造の基礎スラブ４を構築する間、多数のウェルポイント１０を利用して、地下水位を少なくとも床付地盤３以下に低下させる必要がある。

ウェルポイント１０は、地中に鉛直方向に建て込まれるライザー管１１の先端（下端）に装備されるストレーナ付き吸水装置である。従って、ウェルポイント１０と同数のライザー管１１がある。
ウェルポイント１０（及びライザー管１１）は、複数本ずつ、地上側のヘッダー管１２、及び、ヘッダー管１２の一端部に装備される真空ポンプ１３と一緒に使用される。なお、１列のヘッダー管１２に１つの真空ポンプ１３を設置する場合と、複数列のヘッダー管１２にこれらをまとめて１つの真空ポンプ１３を設置する場合とがある。

ここにおいて、ウェルポイント１０（及びライザー管１１）は、平面視で、施工領域（躯体構築のための掘削予定領域、すなわち、掘削計画線２の内側の領域であり、更には必要によりその外側の隣接領域を含む。言い換えれば、掘削時の法肩線を最外側とする領域ということもできる。）に、格子点状（碁盤の目状）に配置される。より具体的には、縦横に、例えば３ｍ×３ｍ間隔で、配置される。また、縦方向にｍ個、横方向にｎ個とすると、全体でｍ×ｎ個配置される。

ウェルポイント１０（及びライザー管１１）の配置例について、図２により、もう少し説明する。

図２（Ａ）は最も単純な配置例で、ウェルポイント１０は、平面視で、２つの平行線群が交差する格子点（すなわち、第１の平行線群ＰＬ１と、これに交差する第２の平行線群ＰＬ２との多数の交点）上に配置する。

なお、図２（Ａ）では第１の平行線群ＰＬ１と第２の平行線群ＰＬ２とは直角に交差しているが、必ずしも直角でなくてもよく、角度をもって斜めに交差し、その交点上に、ウェルポイント１０を配置するようにしてもよい。

図２（Ｂ）はウェルポイント１０を三角格子の格子点上に配置した例であり、このように配置してもよい。

いずれの配置例でも、複数のウェルポイント１０（及びライザー管１１）は、平面視で互いに平行な複数の仮想線上に振り分けられて配置されている。すなわち、図２（Ａ）の例では、例えば第１の平行線群ＰＬ１を構成する線（仮想線）上に振り分けられており、図２（Ｂ）の例でも、例えば第１の平行線群ＰＬ１を構成する線（仮想線）上に振り分けられている。

地上側で、上記の複数の仮想線のそれぞれに沿わせて、ヘッダー管１２を配置することにより、同じ仮想線上の複数のライザー管１１に対し、同じ仮想線に沿って延びるヘッダー管１２を接続することができる。

従って、図１（Ｂ）において、ウェルポイント１０（及びライザー管１１）が縦方向にｍ個、横方向にｎ個あるとすると、縦方向に延在するヘッダー管１２がｎ本用いられ、各ヘッダー管１２は縦方向に並ぶｍ個のライザー管１１と連通する。

ウェルポイント１０（及びライザー管１１）の建て込み深さについては、地下水位を床付地盤３以下に低下させることができるように、ウェルポイント１０が少なくとも床付地盤３より深い位置となるようにする。

次に、上記配置のウェルポイントを用いて行う、地下躯体の施工方法について、図３及び図４により、工程順に説明する。

図３（Ａ）は施工前の地盤（施工地盤１）を示している。図３（Ａ）にはまた、掘削計画線２、掘削予定の床付地盤３、構築予定の基礎スラブ４及びペデスタル５を点線で示している。

〔先行掘削工程〕
図３（Ｂ）に示すように、ウェルポイント１０の配置に先立って、施工領域（掘削計画線２の内側）を地下水位ＷＬ付近（詳しくは地下水位ＷＬと同じ高さ位置か、これより高い位置）まで掘削する。ウェルポイント１０が配置されていない状態の方が掘削が容易なため、地下水が漏出する恐れのない深さまで、先行して掘削するのである。

〔ウェルポイント配置工程〕
図３（Ｃ）に示すように、ウェルポイント１０及びライザー管１１を床付地盤３より深い位置まで建て込み、地上側でライザー管１１の頭部（上端）にヘッダー管１２を接続する。このとき、図１で説明したように、多数のウェルポイント１０（及びライザー管１１）を、施工領域の全域に、平面視で格子点状に配置する。

なお、ウェルポイント１０及びライザー管１１は、ウェルポイント１０からのジェット水によって人力で建て込むことが一般的であり、建て込みは容易である。地中に下孔をあけてから、挿入してもよい。

〔掘削工程〕
図４（Ａ）に示すように、多数のウェルポイント１０で地下水位を床付地盤３以下に低下させながら、床付地盤３まで掘削する。

〔鞘管設置工程〕
図４（Ｂ）に示すように、掘削により床付地盤３上に露出したライザー管１１の回り（基礎スラブ４構築のためのコンクリート打設によりコンクリートに覆われる部分）に鞘管２０を設置する。

鞘管２０の内径は、例えば、直径６０ｍｍのライザー管１１に対し、１５０ｍｍ程度とする。鞘管２０としては、鋼管の他、塩ビ管、スパイラル管などを使用できる。また、鞘管２０は、半割の分割構造として、両側から挟み込むように設置すると、設置が容易となる。

〔コンクリート躯体構築工程〕
同じく図４（Ｂ）に示すように、床付地盤３上にコンクリートを打設して、基礎スラブ（地下躯体）４を構築する。このとき、ライザー管１１は鞘管２０により覆われているので、その後のライザー管１１及びウェルポイント１０の回収が可能となる。なお、基礎スラブ４の構築に先立って、床付地盤３上に、基礎砕石、均しコンを施す。

かかる鞘管設置工程及びコンクリート躯体構築工程中も、引き続き、多数のウェルポイント１０で地下水位を床付地盤３以下に低下させながら、作業を行う。
基礎スラブ４の構築後は、地盤が安定するので、ウェルポイント１０による地下水位低下を終了させて、地下水位を戻すことが可能となる。

〔ウェルポイント撤去工程〕
図４（Ｃ）に示すように、コンクリート打設による基礎スラブ４の構築後に、鞘管２０内から、ライザー管１１及びウェルポイント１０を引き抜いて、撤去・回収する。

〔鞘管内モルタル充填工程〕
同じく図４（Ｃ）に示すように、ライザー管１１及びウェルポイント１０の撤去・回収後に、鞘管２０内にモルタル２２を充填する。

その後は、図５に基礎工事完了状態を示すように、基礎スラブ４上にペデスタル（柱）５を立設し、基礎スラブ４の回りを元の施工地盤１の高さまで埋め戻す。

本実施形態によれば、施工領域内の全域に複数のウェルポイント１０を格子点状に配置することで、施工領域内の全域で地下水位を下げることができ、ドライ状体で掘削、躯体構築ができる。また、ウェルポイント１０の設置には特別な重機などを必要とせず、容易に採用できるため、低コスト化、工期短縮などに有利となる。

また、本実施形態によれば、ウェルポイント配置工程では、複数のウェルポイント１０をそれぞれのライザー管１１と共に平面視で互いに平行な複数の仮想線上に振り分けて配置し、同じ仮想線上の複数のライザー管１１に対し、地上側で、同じ仮想線に沿って延びるヘッダー管１２を接続する。従って、ヘッダー管１２の配置や、ライザー管１１との接続も、１列ごとに、効率的に行うことができる。

また、本実施形態によれば、鞘管２０を用いることで、ウェルポイント１０及びライザー管１１の撤去、回収そして転用が可能となる。そして、ウェルポイント１０及びライザー管１１の撤去後の鞘管２０内にはモルタル２２を充填することで、高品質の躯体を構築することができる。

また、本実施形態によれば、ウェルポイント配置工程に先立って、施工領域を地下水位付近まで掘削する先行掘削工程を更に含むことにより、掘削効率の悪化を極力抑制することができる。

次に本発明の他の実施形態について図６により説明する。本実施形態は、コンクリート内に埋設されるウェルポイントを回収せず、残置するようにしたものである。

図６は他の実施形態でのウェルポイント配置後の工程図である。従って、ウェルポイント配置までの工程は、図３（Ａ）～（Ｃ）と同じであり、説明を省略する。

〔掘削工程〕
図６（Ａ）に示すように、図４（Ａ）と同様、多数のウェルポイント１０で地下水位を床付地盤３以下に低下させながら、床付地盤３まで掘削する。

〔コンクリート躯体構築工程〕
図６（Ｂ）に示すように、引き続き、多数のウェルポイント１０で地下水位を床付地盤以下に低下させながら、床付地盤３上にコンクリートを打設して、基礎スラブ（地下躯体）４を構築する。本実施形態では、鞘管を使用しないので、ライザー管１１は頭部を除いて埋設される。

基礎スラブ４の構築後は、地盤が安定するので、ウェルポイント１０による地下水位低下を終了させて、地下水位を戻すことが可能となる。

〔ライザー管処理工程〕
図６（Ｃ）に示すように、コンクリート打設による基礎スラブ４の構築後に、ウェルポイント１０のライザー管１１のコンクリート上面より露出する頭部を切断除去し、その後、コンクリート内に残置されたライザー管１１内にモルタルを充填する。
但し、地下躯体内に埋設されない外側のウェルポイント１０及びライザー管１１については回収する。

その後は、図５に基礎工事完了状態を示したように、基礎スラブ４上にペデスタル（柱）５を立設し、基礎スラブ４の回りを元の施工地盤１の高さまで埋め戻す。

本実施形態によれば、鞘管を用いないので、その設置作業の分、作業効率を向上できる。また、ウェルポイントを回収しないので、その回収作業の分も、作業効率を向上できる。よって工期を短縮できる。

また、本実施形態によれば、コンクリート打設による躯体構築後に、ライザー管１１のコンクリート上面より露出する頭部を切断除去し、コンクリート内に残置されたライザー管１１内にモルタルを充填するライザー管処理工程を更に含むことにより、高品質の躯体を構築することができる。

なお、図示の実施形態はあくまで本発明を概略的に例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

また、本明細書でいう「平行」とは、土木分野での「平行」である。従って、実際の土木作業において当然に生じ、また許容される、傾き等の誤差を含んでもよいことは言うまでもない。
なお、出願当初の請求項は以下のとおりであった。
［請求項１］
地下水位を低下させながら、地下に躯体を施工する方法であって、
施工領域内に、複数のウェルポイントをそれぞれのライザー管と共に平面視で格子点状に配置するウェルポイント配置工程と、
前記複数のウェルポイントで地下水位を低下させながら、床付地盤まで掘削する掘削工程と、
掘削完了後に、引き続き地下水位を低下させながら、前記床付地盤上にコンクリート造の躯体を構築する躯体構築工程と、
を含む、地下躯体の施工方法。
［請求項２］
前記ウェルポイント配置工程では、複数のウェルポイントをそれぞれのライザー管と共に平面視で互いに平行な複数の仮想線上に振り分けて配置し、同じ仮想線上の複数のライザー管に対し、地上側で、同じ仮想線に沿って延びるヘッダー管を接続する、請求項１記載の地下躯体の施工方法。
［請求項３］
掘削完了後、躯体構築のためのコンクリート打設前に、前記ウェルポイントのライザー管回りに鞘管を設置する鞘管設置工程と、
コンクリート打設による躯体構築後に、前記ウェルポイント及び前記ライザー管を撤去するウェルポイント撤去工程と、
を更に含む、請求項１又は請求項２記載の地下躯体の施工方法。
［請求項４］
前記ウェルポイント及び前記ライザー管の撤去後に、前記鞘管内にモルタルを充填するモルタル充填工程を更に含む、請求項３記載の地下躯体の施工方法。
［請求項５］
コンクリート打設による躯体構築後に、前記ライザー管のコンクリート上面より露出する頭部を切断除去し、コンクリート内に残置されたライザー管内にモルタルを充填するライザー管処理工程を更に含む、請求項１又は請求項２記載の地下躯体の施工方法。
［請求項６］
前記ウェルポイント配置工程に先立って、前記施工領域を地下水位付近まで掘削する先行掘削工程を更に含む、請求項１～請求項５のいずれか１つに記載の地下躯体の施工方法。

１ 施工地盤
２ 掘削計画線
３ 床付地盤
４ 基礎スラブ（地下躯体）
５ ペデスタル
１０ ウェルポイント
１１ ライザー管
１２ ヘッダー管
１３ 真空ポンプ
２０ 鞘管
２２ モルタル

Claims (6)

1. 地下水位を低下させながら、地下に躯体を施工する方法であって、
   施工領域内に、複数のウェルポイントをそれぞれのライザー管と共に平面視で格子点状に配置するウェルポイント配置工程と、
   前記複数のウェルポイントで地下水位を低下させながら、床付地盤まで掘削する掘削工程と、
   前記掘削の完了後に、引き続き地下水位を低下させながら、前記ウェルポイントのライザー管回りに鞘管を設置する鞘管設置工程と、
   前記鞘管の設置後に、引き続き地下水位を低下させながら、前記鞘管を巻き込むようにコンクリートを打設することで、前記床付地盤上にコンクリート造の躯体を構築する躯体構築工程と、
   前記躯体の構築後に、前記鞘管内から、前記ウェルポイント及び前記ライザー管を引き抜いて撤去するウェルポイント撤去工程と、
   を含む、地下躯体の施工方法。
2. 前記鞘管設置工程では、半割構造の前記鞘管により前記ライザー管を両側から挟み込むようにして、前記鞘管を前記ライザー管回りに設置する、請求項１に記載の地下躯体の施工方法。
3. 前記鞘管が鋼管又は塩化ビニル管である、請求項１又は請求項２に記載の地下躯体の施工方法。
4. 前記ウェルポイント及び前記ライザー管の撤去後に、前記鞘管内にモルタルを充填するモルタル充填工程を更に含む、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載の地下躯体の施工方法。
5. 前記ウェルポイント配置工程では、複数のウェルポイントをそれぞれのライザー管と共に平面視で互いに平行な複数の仮想線上に振り分けて配置し、同じ仮想線上の複数のライザー管に対し、地上側で、同じ仮想線に沿って延びるヘッダー管を接続する、請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の地下躯体の施工方法。
6. 前記ウェルポイント配置工程に先立って、前記施工領域を地下水位付近まで掘削する先行掘削工程を更に含む、請求項１～請求項５のいずれか１つに記載の地下躯体の施工方法。