JP7418638B2

JP7418638B2 - 固化処理杭造成工法

Info

Publication number: JP7418638B2
Application number: JP2023065470A
Authority: JP
Inventors: 洋仁田尾; 雅大永石; 祐司山下; 直利新川; 修二磯谷
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2023-04-13
Publication date: 2024-01-19
Anticipated expiration: 2038-11-09
Also published as: JP2023080264A; JP2020076276A

Description

本発明は、プレジェットを行う高圧噴射による固化処理杭造成工法に関するものである。

地盤の改良工法のひとつに高圧噴射による固化処理杭造成工法がある。この高圧噴射による固化処理杭造成工法は、例えば、中空のロッド本体とロッド本体の先端部に横方向に固化材（切削液）を高圧噴射する噴射ノズルを付設した高圧噴射装置を用いて次のような施工手順で行う工法が知られている。高圧噴射装置を計画位置にセットし、地質条件に応じたロッド回転数とストローク速度で、計画深度まで削孔する。計画深度まで削孔できていることを、施工基面からのロッドの残尺により確認する。次に、スチールボール投入後、引き上げステップ等を設定し、スラリー噴射を開始する。次に、ロッドを回転しながら引き上げ、水平２流線式・超高圧噴射撹拌を行い、固化杭を造成する。なお、上記施工手順に先行して、ケーシング削孔によるガイドホール削孔を行うことがある。

通常、高圧噴射時には、高圧エアや高圧水を併用させる。一方、硬質粘土層を有する地盤や大深度での固化杭造成では、高圧噴射による造成時に地盤の排泥が十分に行われないため、造成杭の品質が確保できないという問題がある。

これを解決するものとして、固化材を噴射する前の貫入工程において、切削水を使用したプレジェットにより地盤を予め緩めておき、引き上げ工程において、固化材噴射ノズルから固化材をスパイラルジェット流を形成しつつ原位置土と攪拌混合しながら均質な固化杭を造成することが行われる。通常、プレジェットで使用する切削水としては、水が使用されるが、より排泥効果を高めるために、添加剤を添加することも行われている。

特開２００１－２１４４３０号公報には、切削水を用いて地盤改良を行う際に生じるスライムの粘性を低下する方法において、切削水にＣＭＣ等の増粘剤である凝集剤を添加する方法が開示されている（請求項１、段落番号００１０）。この切削水を使用すれば、凝集剤による凝集作用がなされ、土粒子のフロックが形成され、このフロックの形成により、セメントミルクと混合しても土粒子とセメント粒子との接触面積が少なくなり、フリーな水の比率が増えてスライムの粘性が低下するというものである（段落番号００１１）。

特開平４－３１９１１３号公報には、安定化させようとする地盤内に薬液を注入する際に、低圧注入工法と切削液を高圧噴射させる高圧噴射注入工法を適宜組み合わせて施工する複式グラウト注入工法が開示されている（段落番号０００９）。切削液としては、水その他の一般にボーリング工程で用いられる掘削液、切削液の高圧噴射注入処理を行う前に地盤内に注入していた薬液よりの硬化時間が長い地盤安定化用薬液が開示されている（段落番号００１３）。また、切削液には、地盤への浸透性・土粒子との撹拌混合性を高めるため、陰イオン性、陽イオン性、非イオン性、両性の各種界面活性剤、減水剤、分散剤、流動化剤などが添加できると記載されている（段落番号００２９）。また、これらの使用量は、切削液１ｍ3当たり０．１～５０ｋｇの範囲と記載されている。
特開平６－４９８３４号（請求項１、図２）特開２００１－２１４４３０号（請求項１、段落番号００１０）特開平４－３１９１１３号

しかしながら、特開２００１－２１４４３０号公報の凝集剤は、添加量の加減が難しい。凝集剤を多く添加すると逆に凝集が促進され、スライムの流動性を却って低下させる恐れがある。適正な添加量は地盤の状況により異なるため、適正な添加量をその都度求め、過大に添加しないよう注意する必要があるという問題がある。また、特開２００１－２１４４３０号公報には、プレジェットで分散剤を使用することについては記載がない。

特開平４－３１９１１３号公報の切削液は、陰イオン性界面活性剤を含んでよいとの記載はあるものの、陰イオン性界面活性剤が分散性を有することの記載はない。また、実施例で使用した切削液は、水ガラス系薬液「ニトロック５号」のみであり、界面活性剤の作用効果については、不明である。従って、高圧噴射による固化処理杭を造成する固化処理杭造成工法におけるプレジェットにおいて、有効成分の比較的少ない配合で、硬質粘土層を効果的に切削し、排泥を高める新たな切削液の開発が望まれていた。

従って、本発明の目的は、有効成分の比較的少ない配合で、硬質粘土層を効果的に切削し、排泥を高める新たな切削液を使用するプレジェットを行う高圧噴射による固化処理杭造成工法を提供することにある。

すなわち、本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、固化材噴射ノズルから固化材を噴射させて固化処理杭を造成する固化処理杭造成工法において、固化材噴射ノズルから固化材を噴射させる前に、陰イオン性分散剤を含有する切削液で予め地盤を緩めるプレジェットを行うことを特徴とする固化処理杭造成工法を提供するものである。

また、本発明は、該陰イオン性分散剤は、ポリカルボン酸塩であることを特徴とする前記固化処理杭造成工法を提供するものである。

また、本発明は、該ポリカルボン酸塩は、ポリアクリル酸ナトリウム又はポリアクリルアミドであることを特徴とする前記固化処理杭造成工法を提供するものである。

また、本発明は、該切削液は、水にポリカルボン酸塩を添加したものであることを特徴とする前記固化処理杭造成工法を提供するものである。

また、本発明は、該切削液の使用量は、プレジェット切削対象土量１ｍ³に対して、０．１～４.０ｋｇであることを特徴とする前記固化処理杭造成工法を提供するものである。

また、本発明は、貫入工程でプレジェットを行い、引き抜き工程で固化材を噴射させることを特徴とする前記固化処理杭造成工法を提供するものである。

また、本発明は、該地盤が、硬質粘土層を有することを特徴とする前記固化処理杭造成工法を提供するものである。

本発明によれば、プレジェットで使用する切削液は、有効成分の比較的少ない配合で、硬質粘土層を効果的に切削し、排泥を高めることができる。このため、高圧噴射による固化処理杭造成工法の工期を短縮できる。

本発明における陰イオン性分散剤の土粒子分散作用を説明する図である。

本発明において、固化処理杭造成工法で使用する施工機としては、中空ロッド本体である回転軸、固化材噴射ノズル、切削液噴射ノズルを有するものが挙げられ、撹拌翼を有していてもよい。固化材噴射ノズルとしては、１個または２個以上であってもよく、また、切削液噴射ノズルは、固化材噴射ノズルとは別個に、１個または２個以上であってもよい。また、固化材噴射ノズルは、切削液噴射ノズルを兼用してもよい。

本発明において、固化処理杭造成工法としては、回転軸を回転させながら、貫入時又は引き上げ時、回転軸の所定の位置に付設された固化材噴射ノズルから固化材を噴射させ、原位置土と撹拌混合して固化処理杭を造成する方法であって、公知の方法が適用できる。

本発明において、プレジェットは、固化処理杭造成工法において、固化材噴射ノズルから固化材を噴射させる前に、切削液で予め地盤を緩め、排泥を促進する目的で行われる。プレジェットは、固化処理杭造成工法の貫入時に実施してもよく、貫入・引き上げの区別なく固化処理杭造成工法の前工程として、実施してもよい。すなわち、プレジェット終了後、施工機を引き上げ、次いで、施工機を貫入して、貫入時又は引き抜き時に固化材を噴射するものであってもよい。貫入時にプレジェットを行う場合、引き抜き時に固化材を噴射すればよい。

プレジェットで使用する切削液としては、陰イオン性分散剤を含有するものが挙げられ、水に陰イオン性分散剤を添加したものが使用できる。陰イオン性分散剤は、通常、疎水基を有している。この中、疎水基が土粒子に吸着する性質を有する陰イオン性分散剤を使用する。切削液には、その他、流動化剤などの任意成分を含有することができる。

本発明において、陰イオン性分散剤としては、ポリカルボン酸塩が挙げられ、ポリアクリル酸塩が好ましく、特に、ポリアクリル酸ナトリウム又はポリアクリルアミドが好ましく、この中、特に、ポリアクリル酸ナトリウムが好ましい。切削液は、プレジェット切削土量１ｍ³に対して、０．１～４.０ｋｇ、好ましくは１～２ｋｇである。切削対象土量と同量の切削液を噴射する場合、つまり切削土量１ｍ³に対して切削水１ｍ³を噴射する場合、０．１～４.０ｋｇ、好ましくは１～２ｋｇの切削液を使用することになる。従って、切削水に添加する陰イオン性分散剤（原液）の量は、切削対象土量と地中に噴射する切削液の量により決定される。使用する切削液量が少ない場合は切削液の原液濃度を高くすればよく、使用する切削液量が多い場合は、切削液の原液濃度を低くすればよい。

本発明において、陰イオン性分散剤の土粒子分散作用を、図１を参照して説明する。土粒子１はマイナスの電位を有しているため、地下水のプラスの電位を有する水素と結合し、土粒子１の周りに電気二重層を形成している。電気二重層の表面は地下水のマイナスの電位を有する酸素とプラスの電位を有する水素が存在し、他の土粒子１の電気二重層と引き合い結合する（図１（Ａ））。ここにおいて、陰イオン性分散剤を含有する切削液が噴射され、土粒子周りに陰イオン性分散剤が存在する条件では、陰イオン性分散剤２の疎水基３が、地下水から離れようとして、土粒子１に取り付き、マイナスの電位を与える。そして、土粒子１がマイナス側の電位を持つようになったため、互いに反発しあい、土粒子同士が結合できなくなり、土粒子が分散されて流動性が増し、十分な排泥が行われることになる（図１（Ｂ））。

本発明において、プレジェットが適用される地盤としては、硬質粘土層を有する地盤、礫等を有する地盤、大深度地盤などが挙げられ、この中、硬質粘土層を有する地盤において、本発明の効果が顕著に表れる。

次に、本発明の固化処理杭造成工法の一例を説明する。対象地盤のボーリング調査を行い、例えば硬質粘土層などの存在を確認する。次に、固化処理杭造成工法を実施する施工機を使用し、回転軸を回転させながら、貫入工程で陰イオン性分散剤を含む切削液を用いてプレジェットを行う。すなわち、施工機を対象地盤上に設置し、回転軸又は撹拌翼に付設された切削液噴射ノズルから切削液を高圧で噴射しつつ、回転軸を回転させながら貫入していく。この際、高圧で噴射された切削液は、硬質粘土層を破壊し、解砕して、排泥を促進する。硬質粘土層の破壊、解砕においては、前述の如く、陰イオン性分散剤の土粒子分散作用により、十分な排泥が行われる。排泥は、回転軸周りの隙間を通って地表に溢れ、排泥搬送管により排出される。切削液は、切削対象土量１ｍ³に対して、０．１～４.０ｋｇである。

排泥の確認は、例えば、地表に排泥されるか否か、排泥搬送管の詰まりの有無、排泥中の塊状物の存在の有無などにより判断される。本発明のプレジェットによれば、地表に切削対象土量と略同量の排泥が確認でき、排泥搬送管の詰まりはなく、排泥中に塊状物はなく、排泥は細かく解砕されている。また、陰イオン性分散剤として、ポリカルボン酸塩を使用すれば、ポリカルボン酸塩は浸透力が高く、水だけでは浸透できない地盤中に浸透することが可能であり、更に解泥効果を高めることができる。

貫入工程が終了することで、プレジェットは完了する。次に、回転軸を回転させながら、固化材噴射ノズルから固化材を噴射しながら、引き抜きを行い、固化材を原位置土と撹拌混合して、固化杭の造成を行う。引き抜き工程においても排泥は行われ、この際、貫入時に使用した切削液の残部は、排泥となって地表に排出される。このため、地盤中に造成された固化杭中に、陰イオン性分散剤は実質的に残存せず、固化杭の品質に悪影響を及ぼすことはない。

本発明において、プレジェットは、固化材の噴射前であれば、貫入工程のみに限定されず、例えば、貫入工程及び引き抜き工程の両工程において実施し、その引き抜き後、回転軸を貫入する際又は引く抜く際に、固化材を噴射してもよい。また、本発明のプレジェットを行う前に、切削液として水を用いた従来のプレジェットを実施してもよい。

施工例
次に、本発明を下記の施工例に基づいて、具体的に説明する。
（工事概要）
ｉ工事場所；大阪市Ａ地区
ii 工事期間；平成３０年某月某日から７週間
iii 工法；高圧噴射撹拌工法
iv 施工機；中空のロッド本体（切削軸）を有するボーリングマシン型
ｖ規模；改良径１２００ｍｍ、改良長さ３２.５ｍ、２９本

（ボーリング土質柱状図）
ｉ施工地盤は、下記に示す土質柱状図で表される地盤である。改良長は３０ｍを超える大深度であって、深度方向の中間に、層厚み８ｍ～９ｍの硬質粘土層が存在する。
＜土質柱状図＞
（表層部）
深度；０～２．６ｍ
土質区分；礫、シルト混じり砂からなる盛土
（砂質土層）
深度；２．６ｍ～１４．０ｍ
土質区分；上層から下層に向けて、シルト混じり砂、砂、礫混じり粘土質砂、砂混じり粘土
（硬質粘土層）
深度；１４．０ｍ～２３．０ｍ
土質区分；粘土
（砂質土層）
深度；２３．０ｍ～３５.０ｍ
土質区分；上層から下層に向けて、粘土混じり砂、礫混じり粘土質砂、砂混じり粘土、粘土混じり砂、砂礫

（プレジェットで使用した切削液）
ｉＡ切削液として、水に対して、キャリボンＬ-４００（三洋化成社製）を、２ｋｇ/ｍ³で添加したものを作製した。キャリボンＬ-４００は、主原料であるポリアクリル酸ナトリウムの４０％水溶液である。
ii Ｂ切削液として、水を使用した。すなわち、Ｂ切削液は、Ａ切削液のキャリボンＬ-４００無添加のものである。

（固化杭造成工法（１））
ｉ施工地盤に対して、固化材を噴射する前工程として、施工地盤の硬質粘土層を破壊し、解泥する目的でプレジェットを行った。プレジェットは、Ｂ切削液を使用し、噴射ノズルから噴射圧力２３ＭＰａ、噴射流量３００Ｌ/分、深度１４ｍ～深度２３.５ｍまでを、施工速度４．０分/ｍで噴射することで実施した。その結果、十分な排泥を行うことが出来なかった。また、地表面に上がった排泥を調べると、塊状であった。また、地表の排泥搬送管内での詰まりも観察された。これは、Ｂ切削液である水では、硬質粘土層を排泥できる程度に、破壊、解泥することができなかったためである。なお、更に時間をかけてプレジェットを行えば、排泥できる程度に硬質粘土層を粉砕することが可能と予想されるものの、実施工において、これ以上の時間をかけてプレジェットを行うことは、コスト増となり、現実的ではない。結局、固化材の噴射は行わなかった。

（固化杭造成工法（２））
ｉ固化杭造成工法（１）と同じ施工地盤に対して、別の固化杭を造成した。固化材を噴射する前工程として、施工地盤の硬質粘土層を破壊し、解泥する目的でプレジェットを行った。プレジェットは、Ａ切削液を使用し、噴射ノズルから噴射圧力２３ＭＰａ、噴射流量３００Ｌ/分、深度１４ｍ～深度２３.５ｍまでを、施工速度３．０分/ｍで噴射することで実施した。なお、Ａ切削液は、キャリボンＬ-４００の量として、プレジェット対象土量に対して１．５ｋｇ使用した。その結果、十分な排泥を行うことができた。また、地表面に上がった排泥を調べると、排泥は細かく解泥されていた。また、地表の排泥搬送管内での詰まりも観察されなかった。十分な排泥を確認後、噴射ノズルから固化材の噴射を行い、固化杭を造成した。固化杭は、良好な品質のものであった。

固化杭造成工法（１）において、硬質粘土層の破壊が十分に行われず、固化杭造成工法（２）において、硬質粘土層の破壊が十分に行われた理由を、図１を参照して説明する。前述の通り、粘土粒子はマイナスの電位を有しているため、地下水のプラスの電位を有する水素と結合し、粘土粒子の周りに電気二重層を構成している。電気二重層の表面は地下水のマイナスの電位を有する酸素とプラスの電位を有する水素が存在し、他の粘土粒子の電気二重層と引き合い結合する（図１（Ａ））。このように、水と粘土粒子を破壊しても、電気的に引き合い結合するので、水だけでは効果的な排泥を行うことが困難であると考えられる。一方、Ａ切削液を使用した固化杭造成工法（２）において、ポリアクリル酸ナトリウムは疎水基を有しているため、地下水から離れようとして、粘土粒子に取り付き、マイナスの電位を与える。粘土粒子がマイナス側の電位を持つようになったため、互いに反発しあい、粘土粒子同士が結合できなくなり、流動性が増し、十分は排泥が行われるようになったものと考えられる（図１（Ｂ））。また、ポリアクリル酸ナトリウムは浸透力が高く、水だけでは浸透できない地盤中に浸透することが可能であり、更に解泥効果を高めることができる。

本発明のプレジェットは、従来の切削液に比べて、有効成分の比較的少ない配合で、硬質粘土層を効果的に切削し、排泥を高めることができる。また、固化処理杭造成工法の工期を短縮できる。

１土粒子
２陰イオン性分散剤
３疎水基

Claims

攪拌翼を有さない施工機を使用し、固化材噴射ノズルから固化材を噴射させて固化処理杭を造成する硬質粘土層を有する地盤の固化処理杭造成工法において、固化材噴射ノズルから固化材を噴射させる前に、陰イオン性分散剤を含有すると共に、切削対象土量と同量の切削液で予め硬質地盤を切削破壊し、解砕して、排泥を促進する高圧噴射のプレジェットを行うことを特徴とする固化処理杭造成工法。
該陰イオン性分散剤は、ポリカルボン酸塩であることを特徴とする請求項１記載の固化処理杭造成工法。
該ポリカルボン酸塩は、ポリアクリル酸ナトリウム又はポリアクリルアミドであることを特徴とする請求項２記載の固化処理杭造成工法。
該切削液は、水にポリカルボン酸塩を添加したものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の固化処理杭造成工法。
該切削液の使用量は、プレジェット切削対象土量１ｍ^３に対して、０．１～４.０ｋｇであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の固化処理杭造成工法。
貫入工程でプレジェットを行い、引き抜き工程で固化材を噴射させることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の固化処理杭造成工法。