JP4148554B2

JP4148554B2 - ケーソン沈設工法

Info

Publication number: JP4148554B2
Application number: JP04831498A
Authority: JP
Inventors: 金次今井; 義正近藤
Original assignee: Maguma Co Ltd
Current assignee: Maguma Co Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JPH11247200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、ケーソン沈設工法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、地盤が硬すぎたり軟らかすぎるといった硬軟条件が不適切な場合におけるケーソン沈設や、平面形状が非対称なケーソンを沈設させる場合等に有用な、新しいケーソン沈設工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、建築構造物の基礎工事や、地下構造物の築造等においてはケーソン沈設工法がしばしば行われている。
この工法は、沈設計画位置の上にケーソンを構築し、ケーソン内部および刃先の土を掘削しつつ、地盤中にケーソンを沈設する工法であって、ケーソンの沈設には、ケーソンを沈下させる力である沈下力と、その沈下に抵抗する力である沈下抵抗力とのバランスが考慮されている。
【０００３】
しかしながら、ケーソン沈設工法は、基礎工法として、あるいは地下室の構築法として経済性や止水性等の点で優れた工法であると評価されているものの、対象地盤の硬軟条件の制約や、ケーソンの平面形状の制約が多く、実際的には汎用的な工法とはなっていないのが実情である。
例えば、対象地盤の硬軟条件による制約としては、良く締まった砂礫地盤や洪積粘土層等の硬固な地盤においては、沈下抵抗力が大きく、自重のみによる沈下は困難であり、逆に、沖積粘土層や腐植土層等などの軟弱な地盤においては、沈下抵抗力がケーソンの自重よりも少ないために、過大な沈下が生じる結果となり、いずれの場合もケーソンの施工に支障をきたすこととなる。
【０００４】
このような問題に対処するために、硬固な地盤の場合には、ケーソンの壁厚を必要以上に厚くしたり、載荷重をのせて沈下力を増加させる等の対策がとられているものの、そのための労力、時間、そしてコストの増大は極めて大きなものになる。
一方、軟弱な地盤の場合には、ケーソンの自重が沈下抵抗力より大きいために、例えばケミコパイル工法や薬液注入工法等の地盤改良により、地盤の強度を増加させ、沈下抵抗力を増加させることにより対応しているが、この場合においても、手間がかかり、しかもコスト増になる等の問題がある。
【０００５】
さらに、実際の対象地盤は硬い地層と軟弱な地層とが互層をなしていることも多く、このような場合には、ケーソン沈設工法の適応は非常に難しいものとなる。また、ケーソンの平面形状の制約という問題もある。
ケーソンはあらかじめ地上部においてコンクリートにより壁体を構築した後に、正確に垂直に沈下させることが必要であるが、ケーソンの沈下力の重心位置と沈下抵抗力の合力位置とが一致しない場合には、ケーソンがうまく垂直に沈下されない。
【０００６】
このようなケーソンの沈下力の重心位置と沈下抵抗力の合力位置との不一致は、ケーソンの平面形状が、正方形または正方形に近い長方形ではない場合に生じる。
そのため、ケーソンの平面形状は正方形に近い長方形がよいとされており、平面形状が対象でない場合や、短辺と長辺の比が４以上の場合は垂直に沈設するのは難しく、このような場合は、ケーソン沈設工法の適用外となっていた。
【０００７】
この出願の発明は、以上の通りの従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、対象地盤の硬軟条件が不適切な場合やケーソン平面形状が非対称な場合でも、ケーソンを容易に垂直に沈設することのできる、新しいケーソン沈設工法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この出願は、上記のとおりの課題を解決するために、第１の発明として、ケーソン壁体の外部に水平方向に浮力対抗壁を張り出させたケーソンを地盤中に沈設するケーソン沈設工法であって、地盤中のケーソンの沈設部に、あらかじめ、軟泥化した壁体を造成し、ケーソンを支力装置で支え、ケーソンの沈下量を支力装置で制御しながら、ケーソンをその軟泥化した壁体中に沈下させることを特徴とするケーソン沈設工法を提供する。
【０００９】
さらに、この出願においては、前記のケーソン沈設工法について、第二の発明として、ケーソン沈設部に、あらかじめ、水または泥水と、気泡材および／または高吸水性ポリマーとを混合攪拌して、軟泥化した壁体を造成する請求項１のケーソン沈設工法を、第３の発明として、水または泥水とともに土および／または粘土も混合攪拌するのケーソンの沈設工法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そして、この出願は、以上の第１〜第３の発明について、さらに第４の発明として、軟泥化した壁体の厚さをケーソンの壁体厚さよりも厚くするケーソン沈設工法を、第５の発明として、天端より刃口まで貫通した貫通孔をケーソンにあらかじめ設け、ケーソン沈設の完了後に、この貫通孔より固化材を注入し、ケーソン先端部を固化させるケーソン沈設工法を、第６の発明として、天端より刃口まで貫通した貫通孔をケーソンにあらかじめ設け、ケーソン沈設の完了後に、この貫通孔より固化材を軟泥化した壁体中に注入して攪拌し、ケーソン外周部を固化させ、その外周部を止水層化するケーソン沈設工法を、第７の発明として、外壁に断熱材を取り付けたケーソンを沈下させるケーソン沈設工法をも提供する。
【００１１】
さらに、この出願においては、以上のケーソン沈設工法において、第８の発明として、軟泥化した壁体を造成するために、対象土が粘性土の場合には、高吸水ポリマー液と気泡材の混合水液、またはベントナイト液と気泡材との混合水液を、対象土が砂質土の場合には、高吸水ポリマー液と気泡材との混合水液を用いるケーソン沈設工法をも提供する。
【００１２】
以上のとおりの工法によって、従来のケーソン沈設工法の適用が困難であった対象地盤の硬軟条件が不適切な場合や、ケーソンの平面形状が非対称な場合においても、ケーソンを容易に沈設することが可能となる。
また、この発明においては、従来のケーソン沈設工法と比べて、垂直沈下性を格段に向上させることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明のケーソン沈設工法は、例えば添付した図面の図１から図６に例示した手順によって施工を行うことができる。
すなわち、まずはじめに、例えば図１に例示したように、対象地盤（１）に対して、ケーソン壁体の沈設部分の現状土を壁体の厚さと同じ、あるいはより厚く軟泥化させて軟泥化壁体（２）を形成する。この軟泥化壁体は、築造する構造物により形状がことなるが、この例の場合には矩形をなしており、図１においては、施工完了部分（２１）と、施工未完了部分（２２）とが平面図として示してある。
【００１４】
このケーソン沈設部分の現状土を軟泥化させる方法としては、例えば、削孔混練機等に代表されるソイルミキシングウォールまたはソイルミキシングパイル等の超泥土施工機（３）により行うことができる。
すなわち、その軟泥化壁体の造成は、削孔混練機により原位置土を削孔しつつ、その先端部より土、粘土、泥水、気泡材、高吸水ポリマー等を吐出しつつ混合・攪拌し、均一にそれらの土、粘土、泥水、気泡材、高吸水ポリマー等を混練し軟泥化させる。
【００１５】
例えばチキソトロピー性の大きい土の場合には、粘土泥水と微少粒の気泡材を適宜同時に混入させると程度の良い軟泥化壁体が得られる。
軟泥化壁体は原位置土よりも比重が小さくなる。通常は比重を０．８〜１．３程度に調整するのがよい。比重を１以下にするには、微少粒の気泡材の混入量を上げることにより容易に達成できる。また気泡材に代わり、スチレンビーズのような軽量な材料を混入することによっても得られる。
【００１６】
その後、例えば図２に例示したように、ケーソン壁体（４）を地上に形成し、そのケーソン壁体（４）を複数のジャッキなどの支力装置（５）により支える。このとき、支力装置（５）によるケーソン壁体（４）の支え方としては、例えばＨ鋼などの支柱（１０）を水平に位置させ、その支柱（１０）を介して、支力装置（５）とケーソン壁体（４）とを接続してもよい。
【００１７】
次に、例えば図３に例示したように、ジャッキなどの支力装置（５）により、ケーソン壁体（４）の沈下量を均等に制御しながら、ケーソン壁体（４）を軟泥化壁体（２）中に沈設する。このとき、ケーソン壁体（４）は、対象地盤（１）の硬軟条件の影響や、ケーソンの重心と反力位置の不一致による影響などを受けることなく、垂直にかつ容易に軟泥化壁体（２）中に沈設させることができる。
【００１８】
次に、例えば図４に例示したように、ケーソンの沈設が完了後にジャッキ等を撤去するとき、ケーソンの自沈が生じるほど原地盤が軟弱な場合には、グラウト管（６）を、ケーソンの天端より刃口まで貫通させておき、そのグラウト管（６）の先端部よりセメントミルクなどの固化材（７）を注入し、ケーソンの先端部およびその周辺部を固化させて、ケーソンの自沈を止めることもできる。
【００１９】
またさらに、このとき、ケーソンのアップリフト防止のために、アースアンカーなどを打設してもよい。
続いては、例えば図５に例示したように、ケーソン壁体（４）を沈設したのち、その内部を掘削機（８）を用いて掘削する。この掘削機は、ケーソンの形状や地盤の性状によって、自在に選定することができる。
【００２０】
最後に、例えば図６に例示したように、底盤コンクリート（９）や基礎杭を打設する。
なお、この発明のケーソン沈設工法により地下室の構築を行う場合には、地下室の結露が問題となる。このような場合には、前記ケーソン壁体（４）の外壁部に、ポリスチレンフォーム板やポリウレタン板等の適切な厚さの断熱材を貼り付け、沈設することにより、ケーソン内部の結露を防止することができる。
【００２１】
従来のケーソン沈設工法では、ケーソン外壁部にこのような断熱材を貼り付けてから、ケーソンを沈設すると、断熱材と周辺の土との摩擦により断熱材が破断してしまい、結果として、このような工法は採用できなかったが、この発明のケーソン沈設工法においては、ケーソン周辺の土は軟泥化しているので、断熱材が破断することはない。
【００２２】
また、この発明においては、断熱材だけではなく、例えば、前記ケーソン壁体（４）の外部に水平方向に浮力対抗壁を張り出させて沈下させることもできる。さらに、前記図４において、軟泥化中に固化材を注入・混合攪拌し固化させることにより、止水層を容易に造成できる。
この発明のケーソン沈設工法においては、ケーソンの沈設を終了後にケーソン内部の土砂の掘削を一度期に行うので、効率の良い施工ができ、さらに、ケーソンの側壁の厚さは常に強度上最適な厚さでよく、沈下力を増大させるために強度上必要な厚さ以上に厚くする必要はない、などの付加的なメリットも存在する。
【００２３】
さらに、この発明においては、例えば図７（Ａ）に例示したように、支力装置の一例としてスクリュージャッキ（５１）を用いることができ、そのスクリュージャッキ（５１）によるケーソン壁体（４）の支え方として、例えばＨ鋼などの支柱（１０）を水平に位置させ、その支柱（１０）とスクリュージャッキの稼働部（５２）とはボルトにより固定し、その支柱とケーソン壁体とは、ＰＣ棒（１１）などを介して、固定してもよい。
【００２４】
そして、図７（Ｂ）に例示したように、スクリュージャッキ（５１）を稼働させることにより、支柱（１０）を低下させて、ケーソン壁体（４）を軟泥化壁体（２）内に沈設することができる。
以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。
【００２５】
【実施例】
実施例１
この発明のケーソン沈設工法を、実際に茨城県つくば市内の工事に用いた。
ケーソンの形状は矩形であり、その有効寸法は、４．１×１２．０ｍであり、沈設深さは３．２ｍ、壁厚は０．２５ｍであった。
【００２６】
地盤は関東ローム層（０〜２．７ｍ）および帯水砂層（２．７〜３．２ｍ）であった。
まずはじめに、ソイルセメントパイル機械でケーソンの周辺に直径０．６０ｍの軟泥化壁体の柱を造成した。
その後、ケーソン壁体を複数のジャッキにより支えた。ジャッキはスクリュージャッキで、形式Ｊ４Ａ、要領２０ｔ／本、動力４ｋＷ／台、速度は２０〜５０ｍｍ／分のものを用いた。
【００２７】
そのジャッキにより、ケーソン壁体の沈下量を均等に制御しながら、ケーソン壁体を沈設させた。
このとき、ケーソン壁体は、対象地盤の硬軟条件の影響や、ケーソンの重心と反力位置の不一致による影響などを受けることなく、垂直にかつ容易に軟泥化壁体中に沈設させることができた。
実施例２
この発明のケーソン沈設工法において、対象土と泥水・気泡材を混合・攪拌し軟泥化壁体をつくったとき、軟泥化壁体の性状、すなわち、対象土が分離、沈降しないか、さらに、軟泥化壁体の硬さはケーソンの沈設に問題がないかを調べるために、室内予備試験を行った。
【００２８】
メスシリンダー中にて、現状土（対象土）を５．０リットルと、泥水、気泡材液の混合液２．５リットルを混合・攪拌し、ア）対象土が分離または沈降しないか、イ）軟泥化壁体の固さがケーソンの沈設に適しているかを調べた。
現状土は砂質土および粘性土の２種類を使用し、混合液は各土に対し、表１に例示したように４種類を使用した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
この表１において、ワップ液は高吸水ポリマーの一種であり、気泡材としてはパリックＦＡ１００を用いた。
その試験結果は表２に例示した通りであった。表中の「固い」の意味は、対象土に沈降または分離を生じたことを示し、すなわち、この場合、この軟泥化壁体となる混合液はケーソンの沈設には適さない。
【００３１】
また、「良好」、「良」、「やや良」の意味は、対象土に分離または沈降が生じず、かつ、対象土がケーソンの沈降に適した柔らかさを保持していることを示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
この実験により、対象土が粘性土の場合には、ワップ液＋気泡材、または、ベントナイト液＋気泡材が最適であり、対象土が砂質土の場合には、ワップ液＋気泡材が最適であった。
実施例３
原位置で直径６００ｍｍの削孔混練機を使用し、深さ３．２ｍの軟泥化した溝を３本を１組とし、２組造成した。
【００３４】
その軟泥化溝構築のための混合液は、Ａ）高吸水性ポリマー＋気泡材、Ｂ）ベントナイト＋気泡材とし、現状土１ｍ³当たりにそれらの混合液を０．４ｍ³を混合・攪拌した。
このＡ）の混合液の場合、高吸水性ポリマーとして、ワップ液１，５００ｋｇを用い、気泡材としてパリックＦＡ１００、３，３００ｋｇを用い、これらを水２５０リットルに混合して混合液を作成した。
【００３５】
また、Ｂ）の混合液の場合、＃２５０ベントナイト、０．４００ｋｇ、気泡材としてのパリックＦＡ１００、３，３００ｋｇを水２５０リットルに混合して混合液を作成した。
現状土は土質調査の結果、表層１ｍは盛上、それ以深はＮ値＜５の締まっていない帯水した砂層であり、孔壁の安定の困難な土層と言える。
【００３６】
掘削後７日の状態では、孔壁の崩壊は全く見られず安定していた。また、直径１６ｍｍの異形鉄筋（Ｄ−１６）を貫入させたところ、各軟泥化壁体とも、１．５〜２ｍは自沈をし、それ以深は軽く押すだけで貫入した。
このことより使用した混合液は、本発明の工法に使用できるものであることが判明した。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳しく述べた通り、この発明により、対象地盤が硬すぎたり軟らかすぎるといった硬軟条件が不適切な場合や、ケーソン平面形状が非対称な場合でも、ケーソンを容易に沈設させることが可能となる。
さらに、地下室の構築が容易となり、安価にかつ良質の地下室を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の施工手順としての軟泥化壁体（２）の造成を例示した縦断面図と平面図である。
【図２】施工手順としてのケーソン壁体（４）の地上での形成を例示した縦断面図である。
【図３】ケーソン壁体（４）の軟泥化壁体（２）中への沈下を例示した縦断面図である。
【図４】固化材の注入を例示した縦断面図である。
【図５】掘削について例示した縦断面図である。
【図６】底盤コンクリートの打設を例示した縦断面図である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）はスクリュージャッキを用いた場合の例を示した概略断面図である。
【符号の説明】
１対象地盤
２軟泥化壁体
２１施工完了部分
２２施工未完了部分
３超泥土施工機
４ケーソン壁体
５支力装置
５１スクリュージャッキ
５２スクリュージャッキの稼働部
６グラウト管
７固化材
８掘削機
９底盤コンクリート
１０支柱
１１ＰＣ棒

Claims

ケーソン壁体の外部に水平方向に浮力対抗壁を張り出させたケーソンを地盤中に沈設するケーソン沈設工法であって、地盤中のケーソンの沈設部に、あらかじめ、軟泥化した壁体を造成し、ケーソンを支力装置で支え、ケーソンの沈下量を支力装置で制御しながら、ケーソンをその軟泥化した壁体中に沈下させることを特徴とするケーソン沈設工法。
ケーソン沈設部に、あらかじめ、水または泥水と、気泡材および／または高吸水性ポリマーとを混合攪拌して、軟泥化した壁体を造成する請求項１のケーソン沈設工法。
水または泥水とともに土および／または粘土も混合攪拌する請求項２のケーソン沈設工法。
軟泥化した壁体の厚さをケーソンの壁体厚さよりも厚くする請求項１ないし３のいずれかのケーソン沈設工法。
請求項１ないし４のいずれかのケーソン沈設工法において、天端より刃口まで貫通した貫通孔をケーソンにあらかじめ設け、ケーソン沈設の完了後に、この貫通孔より固化材を注入し、ケーソン先端部を固化させることを特徴とするケーソン沈設工法。
請求項１ないし５のいずれかのケーソン沈設工法において、天端より刃口まで貫通した貫通孔をケーソンにあらかじめ設け、ケーソン沈設の完了後に、この貫通孔より固化材を軟泥化した壁体中に注入して攪拌し、ケーソン外周部を固化させ、その外周部を止水層化することを特徴とするケーソン沈設工法。
請求項１ないし６のいずれかのケーソン沈設工法において、外壁に断熱材を取り付けたケーソンを沈下させることを特徴とするケーソン沈設工法。
請求項１ないし７のいずれかのケーソン沈設工法において、対象土が粘性土の場合には高吸水ポリマー液と気泡材の混合水液、またはベントナイト液と気泡材との混合水液を、対象土が砂質土の場合には、高吸水ポリマー液と気泡材との混合水液を混合攪拌して軟泥化した壁体を造成することを特徴とするケーソン沈設工法。