JP5842299B2 - 芯材が配置された水硬性固化材液置換コラムの築造方法 - Google Patents

Description

本発明は、戸建て住宅や低層建築物、土間スラブ等の比較的軽微な構造物の基礎に用いられる水硬性固化材液置換コラムの築造方法および水硬性固化材液置換コラムを築造する比較的小型の施工装置に関する。

従来、軟弱地盤において戸建て住宅や低層建築物、土間スラブ等の比較的軽微な構造物の基礎として適するものが、種々開発されてきた。
例えば、深層混合処理工法のように、セメントスラリーやセメント粉体を原地盤と攪拌混合して地盤中に円柱状のソイルセメント固化体を築造して、構造物の基礎としている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−２４７２２８

しかし、上記で示す一般的な深層混合処理工法では、施工対象地盤の土質が有機質土やピートの場合、地盤に含まれる有害成分による固化不良が発生しやすいため、多量の固化材スラリーの注入が必要となる。地盤が粘性の高い粘性土の場合は、掘削した粘土塊が攪拌装置に付着して、攪拌混合がうまく行かず、いわゆる共回り現象を起こし、土塊が残存する低品質のソイルセメントになり易い。また、地盤が有機質土の場合は、多量の固化材スラリーを注入すれば、所要の強度・品質を得ることはできるが、多量の発生残土が生じ、環境への負荷を増大させるのみならず、残土処理費も増大し不経済となる。

本発明は、このような課題を解決せんと提案されたものであり、その目的は、置換コラム中に土塊の混入が少なく、対象地盤の土質性状にも左右されることなく、安定した出来形および品質の置換コラムを築造し、しかも置換コラムの下端部から上端部までほぼ均一な径の水硬性固化材液置換コラムを築造する方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に示す芯材が配置された水硬性固化材液置換コラムの築造方法は、内部に水硬性固化材液の供給通路を有する掘削オーガの先端部に、少なくとも掘削爪と該水硬性固化材液の吐出口を備え、該掘削オーガをオーガモータを備えた施工装置で回転（正回転または逆回転）させながら所定深度まで掘進し、水硬性固化材液を該吐出口から吐出しつつ、該掘削オーガを回転（正回転または逆回転）させながら、または回転させないで引上げ、掘削部の所定区間を水硬性固化材液で充填して水硬性固化材液置換コラムを築造し、その後該水硬性固化材液置換コラムに芯材を配置する水硬性固化材液置換コラムの築造方法において、水硬性固化材液にブリーディングの終息時間を早めるために炭酸マグネシウムを混和させ、そのブリーディング終息時間を早めたことを特徴とする。

この構成により水硬性固化材液からなる置換コラムを築造することができ、この築造された水硬性固化材液置換コラムは、掘削オーガを回転させながら排土させつつ、あるいは掘削オーガの形状によっては無排土乃至極めて低排土で所定深度まで掘進した後、該掘削オーガを回転させながら、または回転させないで引上げつつ掘削部の所定区間にブリーディングを低減しブリーディングの終息時間を早める炭酸マグネシウムを混和した水硬性固化材液を供給し充填して築造する。従って深層混合処理工法とは異なり、原位置土との攪拌混合を伴わないので、土質やその性状を選ぶことなく、常にミキシングプラントで作製した水硬性固化材液と同様乃至近い品質のコラムとなる。
なお、本発明で「無排土」とは、排土が全くないことは当然であるが、排土はあるもののその量が完全排土に較べて極めて少ない場合も包含する用語として使用している。

また、水硬性固化材液は、置換コラムの打設終了後から必ずブリーディングを生じる。水硬性固化材液の注ぎ足し作業が必要となるような大きなブリーディングを生じると、置換コラムの出来形が不足するので、水硬性固化材液の注ぎ足し作業をしなければならないし、継ぎ足し量も極めて大きくなる。しかも、注ぎ足し作業はブリーディングが終了するまで待たねばならず、そのため施工の効率が大きく低下し、手間がかかるのみならず、継ぎ足した水硬性固化材液が許容できない程度のブリーディングを生じる場合もある。それらの対策を講じるために工期も延び、ひいてはコストアップの要因となる。本発明では、ブリーディングを抑え、ブリーディングの終息時間を早める炭酸マグネシウム（塩基性炭酸マグネシウム）を混和しているので、ブリーディング量を注ぎ足し作業が不要になるほど小さな量に低減でき、かつブリーディングの終息時間を早めることができ、上記問題を解決することができる。
ブリーディング低減材としてのベントナイトは入手が容易でかつ比較的安価であるという利点はあるが、添加量を比較的多くしなければならないこと、およびミキシングプラントへの投入順序により吸水・膨潤効果が低下するという問題がある。炭酸マグネシウムは比較的高価であるが、比較的少量をセメントスラリーに混和してその粘性を高め、かつブリーディングを低減するのみならず、ベントナイトを使用する場合よりもブリーディングの終息時間を短縮することができる。なお、ここでいう炭酸マグネシウムは、塩基性炭酸マグネシウムを含むものとして定義している。

水硬性固化材液置換コラムの築造用の前記掘削オーガは、スパイラル型スクリューオーガ、あるいは掘削土砂を孔壁側方に押出し、掘削土砂を地上へ排出する機構がない掘削ロッドの両方とも含まれる。このスクリューオーガタイプを使用する場合は、スクリューオーガを回転させて、掘削土を地上に排土しながら掘削し、あるいはスクリューオーガを逆回転させて、掘削土を孔壁側に押し込みながら掘削し、所定の深度に到達した後、水硬性固化材液を吐出口より吐出しつつ、該掘削オーガを正回転させながら、または回転させないで、引上げ、掘削部の所定区間を該水硬性固化液で充填して築造する。スクリューオーガとは異なり、少なくともオーガ側面にスクリュー状の翼を有さない単なる円筒状の部分を有する掘削ロッドタイプを使用する場合は、掘削ロッドを掘削時に回転させても、先端部の掘削爪で掘削した土砂を地上に排出せず孔壁側方に押し出し、地上に排出される発生残土は無いか極めて少ない。また、孔壁が掘削ロッドによって押し付けられるため、孔壁が強固になり、孔壁崩壊が起きにくく好ましい。

また、この構成により芯材を配置した水硬性固化材液からなる置換コラムを築造することができる。本発明の水硬性固化材液置換コラムは、鉛直荷重（下向き荷重）を支持することができるが、本発明のコラムは引張強度が低い為に、引抜荷重（上向き荷重）を支持することは出来ない。本発明のコラムに芯材を挿入することによって、引抜き抵抗力を実用レベルまで大幅に向上させることができる。芯材としては、鉄筋、鉄棒、型鋼、鋼管、ＦＲＰ等を使用することができる。形状としてはストレートタイプでも可能であるが、アンカー効果の高い異形タイプのものを使用したりアンカープレートを取付ける等の芯材自体の付着力向上やアンカー効果増大対策を講ずることがより好ましい。

芯材を配置する方法としては、掘削部の所定区間を水硬性固化材液で充填した後に、該水硬性固化材液の置換コラムが未硬化の内に、手動又は機械により該置換コラムに芯材を挿入する方法、および予め掘削オーガ内に芯材を挿入しておき、掘削オーガを回転させながら、または回転させないで、水硬性固化材液を吐出口より吐出しつつ引き上げて掘削部の所定区間に充填された水硬性固化材液中に芯材を残置して設ける方法、等を挙げることができる。

また、請求項２に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法は、掘削オーガの全部の周側面が平坦な円筒状であり、その外径が１００ｍｍ〜３００ｍｍであることを特徴とする。
掘削オーガの外径が１００ｍｍ未満だと築造されるコラムの外径も１００ｍｍ未満となりコラムとしての鉛直支持力性能が小さく、また、その連続性に対する信頼性が低くなるため、上部構造の荷重を支持する基礎構造として不適である。掘削オーガの外径が３００ｍｍを超えると、掘削ロッドタイプを使用した場合は、無排土施工が困難となるのみならず、地盤を側方へ変位させる力が大きくなるため、隣接する周辺構造物を変状させたり、近傍の施工直後の置換コラムを変形させたり、孔壁崩壊させるという問題を生じさせる可能性が高くなる。掘削土の排出を伴うスクリューオーガタイプの場合は、掘削土砂の重量がオーガ引上げ時の負荷に加わるために、小型施工機には負担が増大する。

また、請求項３に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法は、掘削オーガの全部の周側面が平坦な円筒状であり、掘削爪の回転径が該掘削オーガの回転径以下であり、掘削オーガの外径よりはみ出さないことを特徴とする。
掘削爪の回転径が掘削オーガの回転径以上の場合は、掘削オーガの掘進性は向上するが、掘削オーガ周側面が掘削土を孔壁へ押し付ける効果が減少する。そのため、孔壁が強化されずに孔壁崩壊の可能性が高まる。また、該掘削オーガを回転（正回転または逆回転）させながら、または回転させないで引上げるときに、掘削爪のオーガ回転径よりはみ出ている部分が孔壁を削り取るため、置換コラム中にその削り取られた土塊が残存したり、コラム出来形径がばらつくなどコラムの品質が低下することになる。一方、掘削爪の回転径を掘削オーガの回転径より小さくしすぎると掘削オーガの掘進性が低下し、施工能率が低下する。したがって、掘削爪の回転径は掘削オーガの回転径以下であり、かつ掘削オーガの回転径と略同一のものが更に望ましい。

水硬性固化材液置換コラム築造方法で使用する掘削オーガを図４に基づいて説明する。なお、本図に示す掘削オーガの爪は総て図２（ｂ）に示すような鏃状で回転体が逆円錐状になるものにしているが、単なる例示であり特に意味はない。
（ａ）通常スパイラルオーガ（図４（ａ））：スパイラルスクリュー翼の排土機構により、掘削土を積極的に地上に排出する機能を有する掘削オーガ。掘進掘削性は良いが、排土量が最も多い。また孔壁の強さは最も弱い。
（ｂ）軸太スパイラルオーガ（図４（ｂ））：オーガ軸径をスパイラルスクリュー翼の外径に対して相対的に大きくすることにより、スパイラルスクリュー翼の掘進性を保持しつつ、掘削土砂を孔壁側へ押し付ける機能を強化し、排土量は（ａ）より少なく、（ｃ）より多い。孔壁の強さは（ａ）と（ｃ）の中間である。
（ｃ）円筒状掘削オーガ（図４（ｃ））：スパイラルスクリュー翼を完全に除去し、掘削爪により掘削した土砂をほとんど総て孔壁側へ押し付けることにより、孔壁の強化と無排土の機能を有する掘削オーガ。掘進掘削性は掘削爪の機能のみであり、排土機能がないため、（ａ）、（ｂ）より劣るが、排土量は最も少なく、かつ孔壁の強さは最も強い。掘削オーガの製作費が（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の中では最も安価である。
（ｄ）先端部スパイラル付き円筒状掘削オーガ（図４（ｄ））：先端部にスパイラルスクリュー翼を配置することにより（ｃ）の掘進掘削性を改善したもの。したがって、先端部は（ａ）の機能を、それ以外は（ｃ）の機能を有する。排土量は（ｃ）より多いが、（ａ）、（ｂ）より少ない。孔壁の強さは、先端部のスパイラルスクリュー翼部分は相対的に弱いが、円筒部分は強い。したがって、強い部分と弱い部分が混在する。
（ｅ）短尺円筒状掘削オーガ（図４（ｅ））：（ｃ）の円筒状部分を短尺にし、その上方にオーガモータに接続可能な小径のロッドをレデューサーを介して接続したもの。太径の円筒部分を必要最小限の長さとし、施工時の取り扱いを容易にしたもの。（ｃ）と同様に排土機能が無いため、排土量が少ない。
本発明で置換コラムを築造する上で根幹をなす技術は、置換コラムの出来形を制する孔壁の強さを確実に達成することである。孔壁の強さは（ａ）、（ｂ）で示すスパイラルスクリュー翼を使用する場合より、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）で示す円筒状掘削オーガを使用する場合の方が強い。

前記請求項２および３においては、掘削オーガは全部の周側面が平坦な円筒状であるため、先端部の掘削爪で掘削した土砂を地上に排出せず、孔壁方向に押し出し地上に排出される発生残土が無いか極めて少ない。また、周辺地盤が掘削オーガによって常に押し付けられているため、孔壁が強固になり孔壁崩壊が起きにくい。前記の円筒状の掘削オーガは、引上げ時には、孔壁と掘削オーガの周側面が平坦で滑らかなので、掘削オーガと孔壁の摩擦力がそれほど大きくなく、回転停止の状態で引上げても孔壁崩壊が起こらず、また掘削オーガの引き上げの体積に見合った水硬性固化材液を該掘削オーガ先端部から吐出するので、孔壁を崩壊させるようなサクション（負圧）を発生させることもなく、水硬性固化材液置換コラムを築造することができる。このように孔壁崩壊が起きにくいので、充填した水硬性固化材液に土塊が混入することが無いか極めて少なく、その結果、築造された置換コラムの品質も良好となり、ミキシングプラントで作製した水硬性固化液と同品質乃至近い品質の置換コラムを築造できる。

その中で特に、請求項４に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法での掘削爪は、掘削爪の掘削対象地盤と回転接面する底面が平坦な水平面を構成する湾曲板状またはスパイラル状であることを特徴とする。
掘削爪としては、湾曲板状（図２（ｄ））あるいはスパイラル状（図２（ｅ））等のものを例示することができる。
掘削爪の掘削対象地盤と回転接面する底面が平坦な水平面を構成する湾曲板状またはスパイラル状であれば、掘進時の鉛直性が向上し、掘進速度を大きくしても鉛直度を確保しやすい。そのため、置換コラム１本当りの施工時間を短縮できる。
また、たとえ掘削土砂の一部がコラム底部に沈降し堆積したとしても、底面で分散されるため、先端支持力に与える悪影響を小さくすることが出来て好ましい。
また、掘削爪を湾曲板状やスパイラル状にすれば、掘削ロッドの引上げ時に掘削孔最深部で掘削爪によりほぐされた掘削土砂を地上まで持ち上げる効果があるので更に好ましい。

また、請求項５に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法は、水硬性固化材液はポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、セメント系固化材のいずれかを主成分とし、その水セメント比が５０〜１５０％であり、炭酸マグネシウムの混和量がセメント重量に対し１重量％〜４重量％であることを特徴とする。
本発明に使用する水硬性固化材液は、我が国の建設工事で一般的に使用されているセメントを主成分とすればよく、また、その水セメント比は５０〜１５０％で、材料強度の目安は３〜１０Ｎ／ｍｍ^２である。水セメント比が５０％より小さいと、置換コラムの単位体積当りのセメント使用量が大きくなり不経済となるばかりか、施工時には小型施工機で使用する小型のミキシングプラントで混練するには、粘性が高くプラントに作用する負荷が大きくなり、好ましくない。一方、水セメント比が１５０％を超えると、置換コラムの打設終了後から生じる水硬性固化材液のブリーディング量が大きくなり出来形が不足するので、水硬性固化材液の注ぎ足し作業をしなければならないし、注ぎ足し量も極めて大きくなる。しかも、注ぎ足し作業はブリーディングが終了するまで待たねばならず、そのため施工の効率が大きく低下し、手間がかかるのみならず、注ぎ足した水硬性固化材液が許容できない程度のブリーディングを生じる場合もある。それらの対策を講じるために工期も延び、ひいてはコストアップの要因となる。しかしながら、ミキシングプラントの負荷やブリーディングの程度を考慮すれば、実用的には水セメント比は６０％〜１２０％が好ましい。
また、炭酸マグネシウムの混和量は、セメント重量に対し１重量％〜４重量％と少量で済み、ブリーディングの終息時間を早めることができる。

本発明の水硬性固化材液置換コラムの築造方法によれば、次のような効果を奏する。
（１）請求項１に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法は、水硬性固化材液と原地盤（原位置土）を攪拌混合しないため、従来技術である深層混合処理工法と異なり、有機質土のように地盤の土質の影響を受けることなく、常にミキシングプラントで作製した水硬性固化材液と同様乃至近い高品質のコラムを築造できる。
請求項１に示す水硬性固化材液置換コラムの製造方法は、水硬性固化材液置換コラムに芯材を配置することを特徴としている。これによりコラムに芯材を挿入（配置）することによって引抜き抵抗力を大幅に向上した水硬性固化材液置換コラムとすることができる。
また、請求項１に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法では、水硬性固化材液に炭酸マグネシウムを混和しているので、ブリーディング量を小さく抑え、かつブリーディングの終息時間を早めての置換コラムの築造ができる。炭酸マグネシウムは比較的高価であるが、ベントナイトと比べて比較的少量の混和量でブリーディング低減の効果を奏するのみならず、ブリーディングがベントナイトを使用する場合よりも比較的短時間で終息する。そのため、一日の作業時間内で、実働時間を大きく取ることができるという利点がある。
なお、炭酸マグネシウムは、水硬性固化材液の増粘効果があるので、その使用にあたっては、ポンパビリティ等の施工性を勘案して、水硬性固化材液の水セメント比やブリーディング低減材の混和量等を定める必要がある。
（２）請求項２に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法は、掘削オーガの外径を１００〜３００ｍｍの範囲にしたことで、貫入抵抗を低減し、小型施工機での掘削オーガの貫入を可能にした。また、掘削オーガ径を小さくしたことで、掘削オーガを無排土貫入した場合でも地中の地盤変位の影響が小さいために、隣接構造物の変状や近傍の築造コラムの変形や孔壁崩壊を防止できる。掘削オーガが径を１００ｍｍ以上としたことで置換コラムの連続性を確実にし、支持コラムとしての信頼性が向上する。また、施工装置も小型のもので対応できるので狭隘地でも搬入・施工が可能となる。

（３）請求項３に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法に関しては、従来技術（当業界で一般的に実施されている技術）では、掘削オーガはその掘進性を向上させるために、掘削爪の回転径を掘削オーガ径以上として、掘削オーガ周側面に作用する地盤抵抗力を低減させる方法が一般的に知られている。掘削爪の回転径を小さくしていくと掘削オーガの掘削性能が低下するため、掘削爪の回転径は掘削オーガ径と略同一とすることが好ましい。また、掘削爪の回転径を掘削オーガ径よりも大きくすると、掘削爪により掘削オーガ引上げ時に孔壁の土砂を削り取ってしまうため、置換コラム中に切削土塊が残存することになり、置換コラムの品質が低下する。本発明は、掘削爪の回転径を全部の周側面が平坦な円筒状の掘削オーガの外径よりはみ出さないことによって、以上の問題を解決することができる。
（４）水硬性固化材液置換コラムの築造方法は、掘削オーガの全部の周側面が平坦な円筒状の掘削ロッドタイプのものを使用することにより、掘削土砂を孔壁側方に押出し、掘削土砂を地上へ排出する機構がないので、削孔による発生残土が無いか少ない。また、掘削ロッドの平坦な周側面によって孔壁面が側方に押し付けられるために、孔壁が強固になり、孔壁崩壊が起きにくいので、土塊混入の少ない高品質の置換コラムが築造できる。また、スパイラルスクリュー翼が必要ないので、掘削ロッドタイプは安価で製作できる。請求項２および３の水硬性固化材液置換コラム築造方法では、掘削オーガの全部の周側面が平坦な円筒状であるので、このような作用、効果も奏する。
さらに、掘削オーガの先端の掘削爪を湾曲させたり、スパイラル状に加工することで、先端部で掘削されほぐされた掘削土砂を掘削爪に抱き込み、該土砂を掘削オーガと共に地上に引上げられることにより、置換コラムの先端部の品質を向上させることができる。したがって、置換コラムのコラムとしての鉛直支持力を増大させることができる。

（５）請求項４に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法は、掘削爪が、掘削爪の掘削対象地盤と回転接面する底面が平坦な水平面を構成する湾曲板状またはスパイラル状であることにより、掘進速度を増大させた場合でも掘進時の鉛直性が確保されやすく、そのために施工効率が向上し、ひいては工期を短縮することが可能になる。また、置換コラムの底部が平坦になることにより、仮に掘削土塊が置換した水硬性固化材液中を沈降して置換コラム底部に堆積したとしても逆円錐状の先端形状の場合のように一点に集中することがないので、先端支持力の低下を防ぐことができ、ひいては置換コラムの先端支持力を増大させることができる。
（６）請求項５に示す水硬性固化材液置換コラムの築造方法は、該水硬性固化材液はポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、セメント系固化材のいずれかを主成分とし、その水セメント比が５０％〜１５０％であり、炭酸マグネシウムの混和量がセメント重量に対して１重量％〜４重量％であることを特徴とする。
水セメント比が５０％未満であると、水硬性固化材液の粘度が高くなり、小型施工機用の比較的軽微なミキシングプラントでは、混練時の攪拌抵抗による負荷が大きくなるため、およびグラウトポンプの圧送抵抗が大きくなるため実施工では、使用することが困難である。また、実質的な固化材使用量が増大するため、コストアップになる。また、水セメント比が大きくなると置換コラム築造後には、水硬性固化材液はブリーディングするが、そのブリーディング量が大きくなり、出来形が所要の長さの許容差を満足できなくなると水硬性固化材液の追加填充等の補修を要する。水セメント比１５０％を超えると、許容できなくなる程のブリーディングが生じることは無論であるが、追加填充した水硬性固化液部分もまた、許容できなくなる程のブリーディングをするため、再度補修を要するという問題がある。その上、追加填充はブリーディングがほぼ終了した後でしか実施できないため、追加填充の補修に時間が掛かるのみならず、補修工程を翌日にせざるを得なくなれば、工期遅延となり、大幅な施工コスト上昇が発生する。本発明は、上記水硬性固化材液の水セメント比を５０％〜１５０％にすることにより、上記問題を解決できる。しかしながら、ミキシングプラントの負荷やブリーディングの程度を考慮すれば、実用的には水セメント比は６０％〜１２０％が好ましい。
また、炭酸マグネシウムは、セメント重量に対し１重量％〜４重量％と少量の混和でもブリーディングの終息時間を短くすることができる。

本発明の水硬性固化材液置換コラムの築造方法を実施する施工装置を示す正面図である。 本発明の実施の形態を示す掘削ロッドタイプの掘削オーガの先端を底面側より見て拡大して示す斜視図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）である。 本発明の実施の形態を示す掘削ロッドタイプの他の掘削オーガの先端を底面側より見て拡大して示す斜視図（ｆ）および本発明では使用しない不適な形態を示す斜視図（ｇ）である。 本発明の実施形態を示す掘削オーガを示す正面図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）である。 本発明の水硬性固化材液置換コラム築造方法の施工手順を、工程順（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す説明図である。 芯材を配置する施工方法を示す説明図で、芯材を機械で配置する様子を示す説明図（ｅ）および芯材の配置が完了した状態を示す断面説明図（ｆ）である。 本発明の実施例１で使用する掘削オーガを示す正面図である。 実施例１のプラント採取の水硬性固化材液（塩基性炭酸マグネシウム添加）のブリーディング率の経時変化を示すグラフ図である。 本発明の実施例１、及び実施例２の施工仕様を示す説明図である。 実施例１のコラム長３ｍの場合のコラムの出来形を示すグラフ図である。 実施例１のコラム長４ｍの場合のコラムの出来形を示すグラフ図である。 実施例１の試験コラムの支持力性能のグラフ図（Ａ）（Ｂ）で、（Ａ）はコラム長５．５ｍの場合、（Ｂ）はコラム長６．５ｍの場合である。 実施例２のプラント採取の水硬性固化材液（塩基性炭酸マグネシウム添加）のブリーディング率の経時変化を示すグラフ図である。 実施例２のコラム長４ｍの場合のコラムの出来形を示すグラフ図である。 実施例２の試験コラムの支持力性能のグラフ図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）で、（Ａ）はコラム長４．２ｍの場合、（Ｂ）はコラム長５ｍの場合、（Ｃ）はコラム長８ｍの場合である。 ベントナイト添加率とブリーディング量の関係を示すグラフ図である。 炭酸マグネシウム添加率とブリーディング量の関係を示すグラフ図である。 水硬性固化材液（プレーン）のブリーディング率の経時変化を示すグラフ図である。 ベントナイト添加の水硬性固化材液のブリーディング率の経時変化を示すグラフ図である。 塩基性炭酸マグネシウム添加の水硬性固化材液のブリーディング率の経時変化を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態を、図１乃至図６に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の水硬性固化材液置換コラムの築造方法を実施する施工装置を示す正面図、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および図３（ｆ）は本発明の実施の形態を示す掘削ロッドタイプの掘削オーガを横にして、その先端部を底面側より見て拡大して示す斜視図、図３（ｇ）は本発明で使用しない不適な形態を示す斜視図である。図２（ａ）は掘削オーガ先端部の回転時形状の底部が平坦である掘削爪を、（ｂ）は、掘削オーガ先端部の回転時形状が円錐状である掘削爪を、（ｃ）は掘削オーガ先端部の回転時形状の底部が略平坦である掘削爪を、且つ施工時にコラム心位置合わせが容易になるように掘削爪先端の掘削オーガ軸心位置に切り込みを入れた掘削爪を、（ｄ）は湾曲板状で、底部が平坦な水平面を示す掘削爪を、（ｅ）はスパイラル状で底部が平坦な水平面を示す掘削爪を、図３（ｆ）は、図２（ａ）タイプの変形で、掘削爪の回転径が掘削ロッドの回転径より小にした掘削爪を、（ｇ）は同じく図２（ａ）タイプの変形で側面より外出部分を設け、掘削ロッドの外径よりはみ出した掘削爪を示した斜視図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は本発明の実施形態を示す掘削オーガの正面図。（ａ）は、スパイラルオーガ、（ｂ）は、軸太スパイラルオーガ、（ｃ）は、円筒状掘削オーガ、（ｄ）は先端部スパイラル付き円筒状掘削オーガ、（ｅ）は、短尺円筒状掘削オーガを示す。

本発明の掘削オーガ１は、中空で、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および図３（ｆ）に示すように中空内が水硬性固化材液の供給通路５となっている。掘削オーガ外径が比較的小さい場合は該中空内を直接の供給通路としてもよいが、掘削オーガ外径が比較的大きい場合は図２（ｅ）に示すように供給通路専用の内管５ａを設ける方が好ましい。これは、掘削ロッドの本体部と継手部で中空部の径が変化することによって水硬性固化材液の流れが阻害されることを防ぐため、および施工終了後の洗浄作業を容易にするためである。この掘削オーガ１は先端に掘削爪２と前記水硬性固化材液の供給通路５に連通する吐出口４を備える。吐出口４は掘削オーガの先端部周側面に設けることもできるが、掘削オーガの先端部底面に設けることが好ましい。これは、掘削オーガを引き上げる際に該吐出口から水硬性固化材液を吐出して置換するため、掘削オーガ引上げ時のサクション（吸引現象）を緩和しやすいこと、および周側面に吐出口を設けると水硬性固化材液吐出時に吐出圧により孔壁を崩壊させる可能性があるためである。そして、この掘削オーガ１を、図１に示すようにオーガモータ８を備えた施工装置６で回転させつつ排土しながら、或いは無排土で所定深度まで掘進した後、掘削オーガ１を回転させながら、または回転させないで引き上げつつ水硬性固化材液の供給通路５より水硬性固化材液を供給し、吐出口４より吐出し、掘削部の所定区間を該水硬性固化材液で充填して水硬性固化材液の置換コラムを築造する。
なお、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す掘削オーガ１の上方部が掘削オーガ外径より細く示している。これは、掘削オーガ外径はコラム径乃至施工性から決定されるのに対して、掘削オーガ１の上方部はオーガモータ８と接続される必要があるので、貫通タイプのオーガモータ８がチャックできる径を例示しているためである。
掘削オーガを図４に基づいて詳細に説明する。なお、本図に示す掘削オーガの爪は総て鏃状で回転体が逆円錐状になるものにしているが、単なる例示であり特に意味はない。
図４（ａ）：通常スパイラルオーガ。スパイラルスクリュー翼の排土機構により、掘削土を積極的に地上に排出する機能を有する掘削オーガ。掘進掘削性は良いが、排土量が最も多い。また孔壁の強さは最も弱い。
図４（ｂ）：軸太スパイラルオーガ。軸をスパイラルスクリュー翼の外径に対して相対的に大きくすることにより、スパイラルスクリュー翼の掘進性を保持しつつ、掘削土砂を孔壁側へ押し付ける機能を強化している。排土量は図４（ａ）より少なく、図４（ｃ）より多い。孔壁の強さは図４（ａ）と図４（ｃ）の中間である。
図４（ｃ）：円筒状掘削オーガ。スパイラルスクリュー翼を完全に除去し、掘削爪により掘削した土砂をほとんど総て孔壁側へ押し付けることにより、孔壁の強化と無排土の機能を有する掘削オーガ。掘進掘削性は掘削爪の機能のみであるため、図４（ａ）図４（ｂ）より劣るが、排土量は最も少なく、かつ孔壁の強さは最も強い。
図４（ｄ）：先端部スパイラル付き円筒状掘削オーガ。先端部にスパイラルスクリュー翼を配置することにより図４（ｃ）の掘進掘削性を改善したもの。したがって、先端部は図４（ａ）の機能を、それ以外は図４（ｃ）の機能を有する。排土量は図４（ｃ）より多いが、図４（ａ）図４（ｂ）より少ない。孔壁の強さは、先端部のスパイラルスクリュー翼部分は相対的に弱いが、円筒部分は強い。したがって、強い部分と弱い部分が混在する。
図４（ｅ）：短尺円筒状掘削オーガ。図４（ｃ）の円筒状部分を短尺にし、その上方にオーガモータに接続可能な小径のロッドをレデューサーを介して接続したもの。太径の円筒部分を必要最小限の長さとし、施工時の取り扱いを容易にしたもの。図４（ｃ）と同様に排土機能が無いため、排土量が少ない。孔壁の強さは図４（ａ）図４（ｂ）で示すスパイラルスクリュー翼を使用する場合より強いが、図４（ｃ）図４（ｄ）で示す円筒状掘削オーガを使用する場合の方が強い。

施工装置６の一例を図１について説明する。施工装置６は、起伏自在のリーダ７を備え、このリーダ７には、スライド板１０がリーダ７に沿って摺動自在に設けられ、このスライド板１０にオーガモータ８が固設され、このオーガモータ８に接続された掘削オーガ１の上端にはスイベル９が連結されて構成されている。スライド板１０には給進装置（図示省略）が連結され、リーダ７に沿って進退移動できるようになっている。掘削オーガ１は、オーガモータ８に接続されて取り付けられる。したがって、掘削オーガ１には、オーガモータ８の駆動で回転を与えることができ、また、スライド板１０にはオーガモータ８が固設されているので、給進装置（図示省略）でスライド板１０をリーダ７に沿って進退させることで、掘削オーガ１はオーガモータ８と共に進退させることができる。給進装置としては、リーダ７の上端乃至下端に設けられたスプロケットに懸回されて駆動するチェーンまたはシリンダを例示でき、このチェーンやシリンダのロッドをスライド板１０に連結することでスライド板１０の進退が可能になる。一回の給進作業で所定深度に到達しない場合は、掘削オーガのチャック部を掴み替えたり、掘削オーガを継ぎ足すことで対応する。

これにより掘削オーガ１は、スライド板１０をリーダ７に沿って下方移動させることで、地盤中に回転させながら掘進することができ、所定深度まで掘進した後は、スライド板１０をリーダ７に沿って上方移動させることで、回転させながら引き上げることができ、また、スイベル９を介し掘削オーガ１の供給通路５には、水硬性固化材液を供給することができる。
なお、掘削オーガ１は、オーガモータ８を駆動させたり、停止させることで、回転させたり回転を停止させたりすることができるので、掘削オーガ１を回転させながら掘進または引き上げたり、回転させずに掘進または引き上げることを適宜選択して施工することができる。

しかして、前記施工装置６によれば、掘削オーガ１をオーガモータ８に取り付け、所定深度まで掘進した後、該掘削オーガ１を回転させながら、または回転させないで引き上げつつ水硬性固化材液の供給通路５より炭酸マグネシウムを混和した水硬性固化材液を供給し、吐出口４より吐出し、掘削部の所定区間を該炭酸マグネシウムを混和した水硬性固化材液で充填する水硬性固化材液置換コラムの築造方法を実施することが可能となる。

次に、掘削オーガの実施の形態を図２乃至図４について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および図３（ｆ）に示す実施の形態の掘削オーガ１は、中空で、該中空内が水硬性固化材液の供給通路５となっている。掘削オーガの外径が比較的大きい場合は、図２（ｅ）に示すように別途内管５ａを配置して供給通路とする。この掘削オーガ１の先端には、掘削爪２と前記水硬性固化材液の供給通路５に連通する吐出口４が設けられている。吐出口４は、例えば図２（ａ）に示すように掘削オーガ１の先端部底面に円弧側が固設された２枚の半円形の合成ゴムシート１４、１４で閉塞され、この２枚の合成ゴムシート１４、１４が中央で接合１４ａし、合成ゴムシート１４、１４の可撓性による変形で開閉可能となっている。したがって、掘削オーガ掘進時、吐出口４は合成ゴムシート１４、１４で閉塞されているが、供給通路５より水硬性固化材液が供給され、加圧されると合成ゴムシート１４、１４が開いて水硬性固化材液が吐出されるようになっている。これにより水硬性固化材液は、吐出口４より吐出できるが、掘進時には吐出口４より掘削土砂が侵入することを防止できる。なお、掘進時の土砂侵入防止の効果を高めるために、半円形の合成ゴムシート１４、１４の接合部分を鋼材で当て木１４ｂをして剛性を高めることが好ましい。

この掘削オーガ１は、図４（ａ）に示すようなスパイラルスクリュー型の掘削オーガでも本発明を実施可能であるが、掘削オーガとしてスパイラルスクリュー型オーガを使用すると、正回転では、掘削土砂をその構造上積極的に地上に排出するため残土が発生し、その量は置換コラムの体積とほぼ同量となる。また、掘削土砂を地上に排出するため、孔壁を側方に押し付ける力が弱く、したがって、他の掘削オーガと比較して孔壁が強化されず崩壊しやすくなるという欠点が生じる。スパイラルスクリュー型オーガを使用し、排土を抑え、且つ孔壁強化のためには、逆回転で、スパイラルスクリュー型オーガにより孔壁を側方に加圧しながら地盤を掘削する方法がある。所定の深度に掘進した後、水硬性固化材液を該吐出口より吐出しつつ、該掘削オーガを正回転させながら又は回転させないで引上げ、掘削部の所定区間を該水硬性固化材液で充填して水硬性固化材液置換コラムを築造するのが掘削した土砂を置換した水硬性固化材液中に落下させないので好ましい。
その方法によって、充填した水硬性固化材液に孔壁地盤土が落ち込むことを防止できるので、その結果、ミキシングプラントで作製した水硬性固化材液とほぼ同品質の置換コラムを築造でき、品質良好なコラムとなる。

さらに、掘削オーガ１は、外径が１００ｍｍ〜３００ｍｍであるのが好ましい。外径が１００ｍｍ〜３００ｍｍの掘削オーガ１を使用して水硬性固化材液置換コラムを築造すると、築造される置換コラムは掘削オーガ１の外径とほぼ等しい１００ｍｍ〜３００ｍｍの外径となる。しかしながら、図４（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、掘削排土性の小さな掘削オーガを使用すると、特に粘性土地盤においては、掘削孔が弾性もどりを生じて、掘削孔径が掘削オーガの回転径の外径より小さくなる現象がある。
掘削オーガ１の外径が１００ｍｍ未満の場合は、築造される置換コラムの外径、断面積が小さいため、掘削孔の弾性もどりを考慮するとコラムとしての置換コラムの連続性に対する信頼性が低くなる。また、芯材を挿入しない置換コラムは無筋体であるため、外径が小さくなると径長さ比が大きくなり、コラムとしての信頼性が低くなる。また、外径が１００ｍｍ未満の場合、同一構造物を支持させるためには相対的に多数の置換コラムを打設する必要があり、施工に手間がかかる。
掘削オーガ１の外径が３００ｍｍを超える場合は、掘進抵抗が増大するため小型施工機による周側面が平坦な掘削オーガを使用して無排土掘削することが困難となる。また、仮に無排土掘削が可能になったとしても、大量の土砂を側方に押し付けるため、周辺地盤を変位させ、擁壁等の周辺構造物を変状させる虞がある。
以上より、本発明の水硬性固化材液置換コラムの築造方法に使用する掘削オーガ１としては、外径が１００ｍｍ〜３００ｍｍであるのが好ましい。

また、掘削オーガ１の先端に設ける掘削爪としては、鏃（やじり）状、平板状、湾曲板状およびスパイラル状のものを例示できる。掘削爪を鏃状とすれば、回転体形状は円錐状となる。本発明の先端爪形状は図２（ｂ）に示すように鏃状でもよいが、掘削土砂等が置換コラム中に残存し沈降すると先端部に堆積し、円錐状の最下端部に集積しやすい。そうなると先端部が品質不良となりやすいので、置換コラムとしての先端支持力が低下する恐れがある。掘削爪先端の回転体形状を、回転時に平面でかつ水平面となるようにすれば、残存・混入した掘削土砂がコラム下端の一点に集中することを防ぐことができるので好ましい。また、掘削爪を湾曲板状やスパイラル状に加工すると、最下端深度における掘削土砂を掘削爪上に抱え込むことが可能になり、該掘削土砂を地上に排出しやすくなるので好ましい。
図２（ａ）では平板状の掘削爪２を示している。この掘削爪２の最下端部２ａが回転して形成する掘削孔底面が、平坦な水平面を形成し、かつ掘削爪２の回転径が掘削オーガ１の回転径以下であり、掘削オーガ１の外径よりはみ出さない構成としている。図３（ｇ）に示すように掘削爪２が掘削オーガ１より大径部分３を有し掘削オーガ１の外径よりはみ出すと、掘進時には掘削オーガ周側面による孔壁への押し付け効果が減少乃至消滅し、孔壁が強化されない。また、掘削オーガ引上げ時には掘削爪が孔壁を削り取り、削り取られた土砂が充填した水硬性固化材液中に残存し、置換コラムの品質が低下する。反対に、掘削爪２の回転径を掘削オーガ１の回転径より過小にすると、掘進性能が低下する。したがって、掘削爪２の周面方向の末端は、掘進性能を確保する意味からも掘削オーガ１本体の周面とほぼ一致させて配置することがより好ましい。

図２（ｄ）、（ｅ）の掘削オーガ１は、先端に備える掘削爪２がそれぞれ湾曲板状、スパイラル状の場合であり、両者ともにその掘削爪２の掘削対象地盤と回転接面する底面２ｂが平坦な水平面を構成する。
本例のように掘削爪２が湾曲板状あるいはスパイラル状であると、先端部でほぐされた掘削土砂を掘削爪に抱き込み、該掘削土砂が掘削オーガと共に地上に引き上げられることにより、置換コラムの先端部の土塊混入を防ぎ、品質を向上させることができる。したがって、置換コラムのコラムとしての鉛直支持力を向上させることができる利点があり好ましい。

次に、本発明の水硬性固化材液置換コラム築造方法の施工手順を、図５について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように施工装置６のオーガモータ８に掘削オーガ１を取り付け、掘削オーガ１をリーダ７に沿って鉛直に据え、掘削オーガ１の掘削爪中心と削孔位置（コラム心）が一致するように合わせてセットする。
次に図５（ｂ）に示すように掘削オーガ１を回転（正回転または逆回転）させながら掘進する。これはオーガモータ８の駆動で回転させ、スライド板１０（図１参照）をリーダ７に沿って下方向に移動させることで実施される。図５（ｂ）に示すように掘進が所定深度に達したら、もしくは所定深度近傍から、水硬性固化材液を吐出口４より吐出を開始する。掘削オーガ１が所定の深度に達した時点で、吐出口４から水硬性固化材液が吐出されるのを確認するための間、掘削オーガ１の上下移動を停止して、回転のみ続けて孔壁の強化と先端部の置換を確実にさせることは好ましい。

次に、前記吐出を開始した後、図５（ｃ）に示すように掘削オーガ１を回転（正回転または逆回転）させながら、または回転させないで、水硬性固化材液を吐出しながら掘削オーガ１を引き上げ、所定区間の水硬性固化材液充填が終了すると、さらに掘削オーガ１を引上げ、水硬性固化材液置換コラムの築造を完了する。ここでいう所定区間とは、築造する置換コラム長であるが、水硬性固化材液のブリーディング量を考慮した水硬性固化材液の充填区間としてもよい。掘削オーガ１の引上げは、スライド板１０をリーダ７に沿って上方に移動させることでオーガモータ８が一緒に引き上げられることで行われる。このとき、単位時間当りに掘削オーガ１引上げによる掘削爪２の下に生ずる孔容積に対し、水硬性固化材液の吐出量（体積）が１．０〜１．５倍になるように引上げ速度を調整する。これは掘削オーガ１の引上げにより掘削爪２の下に空隙が生じないように、常に水硬性固化材液で充満するようにするためである。水硬性固化材液の吐出量が少ないと、サクションを誘発し、サクションが生じるとサクションを解消するために孔壁崩壊を誘発し、置換コラム中に土塊が混入するのみならず、場合によっては、所要のコラム形状を確保できなくなることもあり、置換コラムの品質が低下し好ましくない。

掘削オーガ１を引上げ、水硬性固化材液を吐出して所定区間の水硬性固化材液充填が終了したら、水硬性固化材液の吐出を停止し、さらに掘削オーガ１を地上まで引き上げる。図５（ｄ）は、施工が完了した状態を示している。なお、図５（ｃ）（ｄ）において符号１２は、掘削孔に充填された水硬性固化材液の部分を示している。この充填された水硬性固化材液が固化することによって置換コラムとなる。

更に、置換コラムに芯材を配置する場合は、手動または機械で施工することができる。実施の形態の一例を図６（ｅ）（ｆ）について説明する。図６（ｅ）は、芯材を機械で配置する様子を示す説明図で、（ｆ）は芯材の配置が完了した状態を示す断面説明図である。
前記図５（ａ）〜（ｄ）に示す施工方法によって掘削部の所定区間を水硬性固化材液１２で充填した後に、該水硬性固化材液１２の置換コラムが未硬化の内に、図６（ｅ）に示すように施工装置６を使用して該置換コラム（未硬化の水硬性固化材液１２）に心材１１を挿入して施工する。これにより図６（ｆ）に示すように心材１１を配置した置換コラムが築造できる。

施工後に、水硬性固化材液が逸水したり、もしくはブリーディングして、水硬性固化材液が固化した後の置換コラム頭部の位置が所定深度（位置）よりも低くなる場合、あるいは低くなった場合は、該掘削孔に水硬性固化材液を追加充填する。水硬性固化材液を追加充填する場合は、施工機によって実施しても良いが、別途バケツなどを使用して人力で充填してもよい。

水硬性固化材液がブリーディングや逸水を生じると、後で補修する必要があり、手間がかかる。また、ブリーディングが終了するまでの時間が長いと、補修作業を翌日以降に繰り延べなければならない場合もあるので、工期遅延となり、コストアップとなるのみならず、基礎スラブ打設等の後工程に迷惑をかけることになる。このような事態を避けるために、水硬性固化材液にブリーディング低減材を混和するとよい。ブリーディング低減材として本例では、ブリーディングを抑え、かつブリーディングの終息時間を早める炭酸マグネシウム（塩基性炭酸マグネシウム）を使用する。ベントナイトも知られているがベントナイトは市場で容易に入手可能であり、品種によっては比較的安価であるが、混和量を比較的多く必要とし、混和量が増えると硬化後の圧縮強度が低下する。またミキサーへの投入順序によりブリーディング低減効果が低下するという特徴がある。一方、炭酸マグネシウム（塩基性炭酸マグネシウム）はベントナイトと比較すると、比較的小さな混和量で同等の効果を発揮するため、ブリーディング量を低減した水硬性固化材液を作製するための作業性が向上する。また、炭酸マグネシウム（塩基性炭酸マグネシウム）を混和した水硬性固化材液のブリーディング終息時間はベントナイトの場合よりも短いので作業性が良い。

次に、本発明の実施例を挙げて更に詳細に説明する。

１．地盤Ｇ３：
地盤Ｇ３は、表土１ｍが粘性土による盛土で、その下方にはＮ値１〜４の粘土が約３ｍの層厚で堆積し、さらにその下方にはＮ値２〜３の砂が約２ｍの層厚で堆積している。
２．掘削オーガ：
掘削オーガは、図７、及び表１に示す円筒形掘削オーガを使用した。本オーガの円筒部直径は２１６．３ｍｍ、先端は鏃形状の掘削爪を取付けた。

３．水硬性固化材液
（ａ）使用材料
使用材料は、早強ポルトランドセメント（Ｃ）及び塩基性炭酸マグネシウム（Ｍ）とした。塩基性炭酸マグネシウムは、施工後の水硬性固化材液（スラリー）のブリーディングによる硬化体上面の沈降を防ぐ目的で混和している。
（ｂ）配合
水硬性固化材液の配合は、表２に示すように、Ｗ／Ｃは８０％、Ｍ／Ｃは２％とした。なお、Ｗは水を指す。

（ｃ）ブリーディング量
プラントから採取した水硬性固化材液（スラリー）のブリーディング量は、図８に示すように、混練から２０時間後で０％であった。ブリーディング防止材を添加しない場合、Ｗ／Ｃ＝８０％のセメントスラリーでは２０％程度のブリーディングが生じることから、塩基性炭酸マグネシウムがブリーディング防止材としての機能を十分に果たしていることがわかった。
（ｄ）圧縮強度
水硬性固化材液（スラリー）の材齢２８日の圧縮強度は、表３に示すとおり、プラント採取では１３．５Ｎ／ｍｍ^２、試験コラム採取では１２．５Ｎ／ｍｍ^２であり、両者はほとんど同じ強度を示した。この値はＷ／Ｃの違いはあるもののブリーディング低減材としてベントナイトを使用する場合よりも高強度であった。

４．試験コラム築造明細
試験コラムは、表４に示すように、コラム長３ｍ、４ｍを各々２本、コラム長５．５ｍ、６．５ｍを各々１本、計６本築造した。
コラム長３．０ｍ、及び４．０ｍのものについては、コラム築造直後に、芯材としてコラム全長より若干長めの支圧板付き鋼棒（支圧板直径１５０ｍｍ、支圧板厚さ６ｍｍ、鋼棒直径３５ｍｍ）をコラム下端まで人力で挿入した。

５．施工仕様
試験コラム築造は、図９に示すように、正回転させながら掘進速度２．０ｍ／分で掘進し、所定深度に達したら水硬性固化材液を吐出しながら３０秒間正回転のまま停止し、この後正回転させながら引上げ速度１．２ｍ／分で水硬性固化材液を吐出しながら引上げた。水硬性固化材の吐出量は、４５〜５０ｌ／分とした。これは孔体積に対し１．０〜１．１倍の吐出量である。地上まで掘削オーガを引上げ、完了した。

６．試験コラムの出来形
コラムの出来形として、築造したコラムを引抜き、その直径を計測して、コラム長毎に比較したものを図１０、図１１に示す。コラムには、引抜いて出来形調査を行うために、施工直後に異形棒鋼をコラム先端部まで挿入した。
いずれのコラムについても、地表（上端）部で径がやや大きくなる傾向があるが、それ以深では径のバラツキは小さく、「出来形径／施工径」は１．０に近い。安定した出来形のコラムが築造できる。

７．引抜き荷重
試験コラム引抜き時の引抜き荷重を表５に示す。コラム長３ｍ、４ｍの場合、６０〜７０ｋＮ程度の引抜き荷重となった。

８．支持力性能
試験コラムの支持力性能把握のため、表４のコラム長５．５ｍ、６．５ｍのものについて実施した押込み試験の結果を図１２（Ａ）（Ｂ）に示す。コラム頭部の変位量がコラム径（約２００ｍｍ）の１０％（２０ｍｍ）に至るまでの最大荷重を極限支持力とすると、極限支持力はコラム長５．５ｍの場合１７４．１ｋＮ、コラム長６．５ｍの場合２２５．０ｋＮとなった。

１．地盤Ｇ４：
地盤Ｇ４は、Ｎ値３〜６のローム層が約５ｍの層厚で堆積し、その下方にはＮ値３〜４の砂層が続いている。
２．掘削オーガ：
掘削オーガは、実施例１と同じ円筒形掘削オーガを使用した。本オーガの円筒部直径は２１６．３ｍｍ、先端は鏃形状の掘削爪を取付けた。
３．水硬性固化材液
（ａ）使用材料
使用材料は、実施例１と同様に、早強ポルトランドセメント（Ｃ）及び塩基性炭酸マグネシウム（Ｍ）とした。塩基性炭酸マグネシウムは、施工後の水硬性固化材液（スラリー）のブリーディングによる硬化体上面の沈降を防ぐ目的で混和している。
（ｂ）配合
水硬性固化材液の配合は、表６に示すように、Ｗ／Ｃは８０％、Ｍ／Ｃは１％とした。なお、Ｗは水を指す。

（ｃ）ブリーディング量
プラントから採取した水硬性固化材液（スラリー）のブリーディング量は、図１３に示すように、混練から２０時間後でほぼ０％であった。ブリーディング防止材を添加しない場合、Ｗ／Ｃ＝８０％のセメントスラリーでは２０％程度のブリーディングが生じることから、塩基性炭酸マグネシウムがブリーディング防止材としての機能を十分に果たしていることがわかった。
（ｄ）圧縮強度
水硬性固化材液（スラリー）の材齢２８日の圧縮強度は、表７に示すとおり、プラント採取では１４．１４Ｎ／ｍｍ^２、試験コラム採取では１４．０８Ｎ／ｍｍ^２であり、実施例と同様に両者はほとんど同じ強度を示した。この値は実施例１と同様にブリーディング低減材としてベントナイトを使用する場合よりも高強度であった。

４．試験コラム築造明細
試験コラムは、表８に示すように、コラム長４ｍを２本、コラム長４．２ｍ、コラム長５ｍ、コラム長８ｍを各々１本、計５本築造した。
コラム長４ｍのものについては、コラム築造直後に、芯材としてコラム全長より若干長めの支圧板付き鋼棒（支圧板直径１５０ｍｍ、支圧板厚さ６ｍｍ、鋼棒直径３５ｍｍ）ををコラム下端まで人力で挿入した。

５．施工仕様
試験コラム築造は、実施例１と同様に、図９に示すように、正回転させながら掘進速度２．０ｍ／分で掘進し、所定深度に達したら水硬性固化材液を吐出しながら３０秒間正回転のまま停止し、この後正回転させながら引上げ速度１．２ｍ／分で水硬性固化材液を吐出しながら引上げた。水硬性固化材の吐出量は、４５〜５０ｌ／分とした。地上まで掘削オーガを引上げ、完了した。

６．試験コラムの出来形
コラムの出来形として、築造したコラムを引抜き、その直径を計測して、コラム長毎に比較したものを図１４に示す。コラムには、引抜いて出来形調査を行うために、施工直後に異形棒鋼をコラム先端部まで挿入した。
いずれのコラムについても、地表（上端）部で径がやや大きくなる傾向があるが、それ以深では径のバラツキは小さく、「出来形径／施工径」は１．０に近い。安定した出来形のコラムが築造できる。

７．引抜き荷重
試験コラムの引抜き荷重は、コラム長４ｍのもので７０．６５ｋＮ、８３．７５ｋＮとなった。

８．支持力性能
試験コラムの支持力性能把握のため、コラム長４．２ｍ、５ｍ、８ｍのものについて実施した押込み試験の結果を図１５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す。コラム頭部の変位量がコラム径（約２００ｍｍ）の１０％（２０ｍｍ）に至るまでの最大荷重を極限支持力とすると、極限支持力はコラム長４．２ｍの場合１３５．４ｋＮ、コラム長５ｍの場合１９０．３ｋＮ、コラム長８．０ｍの場合２４５．５ｋＮとなった。

水硬性固化材液に対するブリーディング低減材（剤）の性能を調べるために、ブリーディング低減材（剤）種、水セメント比（Ｗ／Ｃ）、添加量等を変化させて試験を実施した。ブリーディング低減材種は塩基性炭酸マグネシウムと比較例としてのベントナイトの２水準。水セメント比（Ｗ／Ｃ）は６０％から２０％刻みで１２０％までの４水準、添加率はブリーディング低減材（剤）種により変化させているが、無添加のプレーンを除いてそれぞれ３水準とした。ブリーディング試験の因子と水準を表９に示す。

ブリーディング試験の結果として最終ブリーディング率とその９０％に達するまでの到達時間を表１０に示す。

ブリーディング低減材を添加しないプレーンのブリーディング率は、Ｗ／Ｃ＝６０％で１１．０％、Ｗ／Ｃ＝１２０％で４４．９％とＷ／Ｃが大きくなるにしたがってブリーディング率も大きくなっている。本発明による置換コラムをブリーディング低減材を添加しない水硬性固化材液を用いたならば、施工後に無視できないほどのコラム頭部面の沈下が生じるため、水硬性固化材液の追加補充が必要となり、無駄な作業やコストが増える。
ブリーディング低減材としてベントナイトを使用した場合のブリーディング率は、Ｗ／Ｃ＝６０％、Ｂ／Ｃ＝５％で４．１％、Ｂ／Ｃ＝２０％で０．０％であり、Ｗ／Ｃ＝１２０％、Ｂ／Ｃ＝５％で２５．０％、Ｂ／Ｃ＝２０％で３．７％と、やはりＷ／Ｃが大きくなるにしたがってブリーディング率も大きくなっているが、その絶対値はプレーンに較べて大幅に低下している。図１６にベントナイトの添加率とブリーディング率の関係を示している。
ブリーディング低減材として塩基性炭酸マグネシウムを使用した場合のブリーディング率は、Ｗ／Ｃ＝６０％、Ｍ／Ｃ＝１％で２．２％、Ｍ／Ｃ＝４％で０．０％であり、Ｗ／Ｃ＝１２０％、Ｍ／Ｃ＝１％で２２．８％、Ｍ／Ｃ＝４％で４．１％と、やはりＷ／Ｃが大きくなるにしたがってブリーディング率も大きくなっているが、その絶対値はプレーンに較べて大幅に低下している。図１７に塩基性炭酸マグネシウムの添加率とブリーディング率の関係を示している。また、ベントナイトと塩基性炭酸マグネシウムでは添加率が５：１であるが、ブリーディング低減効果はほぼ同一である。言い換えれば、塩基性炭酸マグネシウムはベントナイトの５分の１の添加量で同等のブリーディング低減効果を発揮する。

水硬性固化材液のブリーディング率の経時変化を調べた結果について、図１８にプレーンを、図１９にベントナイト添加を、図２０に塩基性炭酸マグネシウム添加の場合を示す。
プレーンは図１８に示すように、Ｗ／Ｃが６０％から１２０％までいづれのＷ／Ｃにおいても、水硬性固化材液混練後から直線的に増加して、ブリージングはほぼ３時間で終息している。
ベントナイト添加は図１９に示すように、Ｗ／Ｃが６０％及び８０％の添加率２０％を除いて、いづれのＷ／Ｃ、Ｂ／Ｃにおいても、水硬性固化材液混練後から増加してほぼ２時間半から３時間で終息する。プレーンの場合よりもブリージングの終息時間がやや短くなっているが、それほど終息時間の短縮は見込めない。Ｗ／Ｃが６０％及び８０％の添加率２０％についてはブリーディングは発生しなかった。
塩基性炭酸マグネシウム添加は図２０に示すように、Ｗ／Ｃが比較的大きく（１００〜１２０％）、かつ添加率の小さい（１〜２％）ものは３０分から１時間未満でブリーディングが終息する。それ以外のＷ／Ｃや添加率ではブリーディングが発生しないか、発生してもブリージング率は０．０５（５％）程度以下の小さな値である。
水硬性固化材液にブリーディング低減材を添加しない場合は、ブリーディング率はＷ／Ｃと共に増加し、その値は０．１（１０％）〜０．４５（４５％）と非常に大きなブリーディングが発生する。そのため、置換コラム打設終了後に水硬性固化材液の固化面がブリーディングにより低下するので、水硬性固化材液の追加補充が必要となり、手間が増える。また、ブリーディングが終息するのに３時間程度の時間を要するため、補充作業を翌日に行わなければならなく、工期が延び、ひいては工事費のコストアップ等の問題が生じる。さらに、ブリーディング率が大きな水硬性固化材液の場合は、補充した水硬性固化材液そのものが再びブリーディングを生じるという問題もある。
ブリーディング低減材としてベントナイトを使用する場合は、Ｗ／Ｃを比較的小さくし、添加率を１０〜２０％とすれば、水硬性固化材液の追加補充が不要なブリーディング率に抑えることが可能となる。添加量が塩基性炭酸マグネシウムに較べて多いため、施工現場での取扱いに手間がかかる等の問題もある。また、ベントナイトはミキシングプラントでのセメントとの混合順序によりブリーディング低減効果にばらつきが生じたり、ブリーディング終息時間が長いため、１日の作業終了間際に施工した置換コラムが翌日にブリーディングが大きく発生していることが判明して、追加補充しなければならないという問題もある。
ブリーディング低減材として塩基性炭酸マグネシウムを使用する場合は、Ｗ／Ｃを比較的小さくし、添加率を１〜２％とすれば、水硬性固化材液の追加補充が不要なブリーディング率に抑えることが可能となる。ベントナイトに較べて、添加量が少量で済むため、施工現場での取扱いが簡単であるという利点がある。また、ブリーディングの終息時間が短いため、ベントナイトで記述したような種々の問題が生じないという利点もある。

本発明は、置換コラムの中に土塊の混入がなく、対象地盤の性状に左右されず、安定した品質の置換コラムが築造でき、しかも置換コラムの先端部から末端部まで均一な径の水硬性固化材液置換コラムが築造できるので、構造物の基礎として有用である。

１ 掘削オーガ
２ 掘削爪
３ 突起
４ 吐出口
５ 供給通路
５ａ 内管
６ 施工装置
７ リーダ
８ オーガモータ
９ スイベル
１０ スライド板
１１ 芯材
１２ 充填した水硬性固化材液
１４ ゴムシート

Claims (5)

1. 内部に水硬性固化材液の供給通路を有する掘削オーガの先端部に、少なくとも掘削爪と該水硬性固化材液の吐出口を備え、該掘削オーガをオーガモータを備えた施工装置で回転（正回転または逆回転）させながら所定深度まで掘進し、水硬性固化材液を該吐出口から吐出しつつ、該掘削オーガを回転（正回転または逆回転）させながら、または回転させないで引上げ、掘削部の所定区間を水硬性固化材液で充填して水硬性固化材液置換コラムを築造し、その後該水硬性固化材液置換コラムに芯材を配置する水硬性固化材液置換コラムの築造方法において、水硬性固化材液にブリーディングの終息時間を早めるために炭酸マグネシウムを混和させ、そのブリーディング終息時間を早めたことを特徴とする芯材が配置された水硬性固化材液置換コラムの築造方法。
2. 掘削オーガは全部の周側面が平坦な円筒状であり、その外径が１００ｍｍ〜３００ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の芯材が配置された水硬性固化材液置換コラムの築造方法。
3. 掘削オーガは全部の周側面が平坦な円筒状であり、掘削爪の回転径が該掘削オーガの回転径以下であり、該掘削オーガの外径よりはみ出さないことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の芯材が配置された水硬性固化材液置換コラムの築造方法。
4. 掘削爪は、掘削爪の掘削対象地盤と回転接面する底面が平坦な水平面を構成する湾曲板状またはスパイラル状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の芯材が配置された水硬性固化材液置換コラムの築造方法。
5. 水硬性固化材液はポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、セメント系固化材のいずれかを主成分とし、その水セメント比が５０〜１５０％であり、炭酸マグネシウムの混和量がセメント重量に対して１重量％〜４重量％であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の芯材が配置された水硬性固化材液置換コラムの築造方法。

Images