JP6718767B2 - 土構造物とコンクリート構造物の複合体とその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、土構造物とコンクリート構造物の複合体とその施工方法に関するものである。

軟弱な地盤にコンクリート構造物を施工するに当たり、この軟弱地盤を多様な方法で地盤改良してコンクリート構造物を支持できる地盤に改良する施工がおこなわれることが多い。

この地盤改良工法としては、軟弱地盤が表層２ｍ程度以浅の場合には、軟弱地盤と固化材を攪拌混合して改良材を造成し、重機やローラ等で締め固める表層改良工法があり、軟弱地盤が２ｍ以深でたとえば１０ｍ程度かそれ以上に亘る場合には、攪拌翼で地盤を攪拌しながらその先端から固化材を地盤内に注入し、地盤と固化材を攪拌混合して柱状の地盤改良体を造成する深層改良工法（深層混合処理工法）がある。

ここで、特許文献１には、地盤と固化材を攪拌混合して重力式擁壁状の土構造物を掘削域の外側の地盤内に造成し、この改良地盤である土構造物を土留め壁として機能させることで掘削域周辺地盤の崩壊を土構造物で防止しながら掘削域の掘削をおこなう、重力式擁壁状土構造物による土留め工法が開示されている。

特開平２−２５２８１７号公報

特許文献１に記載の重力式擁壁状土構造物による土留め工法によれば、掘削域の広さに関係なく施工性が良好となり、また、掘削深度が大きな場合でも所期の安全性を容易に確保できるとしている。

しかしながら、特許文献１に記載の重力式擁壁状土構造物は土留めとしての機能しか有しておらず、掘削域の掘削時の周辺地盤崩壊防止が期待できるのみである。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、複数の機能を奏する地盤改良体である土構造物を造成することで、効率的な施工と堅固なコンクリート構造物の支持を実現することのできる、土構造物とコンクリート構造物の複合体とその施工方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による土構造物とコンクリート構造物の複合体の施工方法は、原地盤と固化材を攪拌混合して柱列地盤改良体を造成し、該柱列地盤改良体を並べて造成することで重力式擁壁状の土構造物を造成する第一のステップ、前記土構造物のＡ部を土留め壁として土留めをおこないながら、該土構造物のＢ部をコンクリート構造物の支持体として該土構造物の該Ｂ部の上に該コンクリート構造物を設置する第二のステップ、前記コンクリート構造物の側方と上方に埋戻しをおこなって土構造物とコンクリート構造物の複合体を施工する第三のステップからなるものである。

本発明の土構造物とコンクリート構造物の複合体の施工方法は、柱列地盤改良体を並べて重力式擁壁状の土構造物を造成し、土構造物のＡ部を土留め壁として土留めをおこないながら、土構造物のＢ部をコンクリート構造物の支持体として土構造物のＢ部の上にコンクリート構造物を設置することにより、土構造物に土留め壁としての機能とコンクリート構造物の支持体としての機能をもたせるようにした施工方法である。

ここで、「重力式擁壁状の土構造物」とは、併設された複数の柱列地盤改良体が一塊となって土圧に抵抗する構造物のことであり、特に、土構造物を構成する土留め壁にて土圧に直接抵抗するものの、土構造物全体としても土圧に対して滑動や転倒のない、安定した構造物であることを意味している。また、「Ａ部」、「Ｂ部」とは、いずれも土構造物の一部であって互いに異なる部分であることを意味しており、また、Ａ部、Ｂ部ともに土構造物内において複数箇所存在している。

まず、第一のステップでは複数の柱列地盤改良体を併設するように造成して重力式擁壁状の土構造物としたことで、複数の柱列地盤改良体を一塊の構造物と見なすことができ、各柱列地盤改良体に対してたとえば鋼製の芯材を配設することを解消できる。なお、従来の土留め壁用の深層混合処理工法では、このような設計思想に基づかないことから鋼製の芯材が構成要素となっている。

第一のステップでは、土構造物の造成においては、たとえば原地盤面から深層混合処理を施して複数の柱列地盤改良体を並べて造成することにより、土留め壁となる部分（Ａ部）とコンクリート構造体の支持体となる部分（Ｂ部）を連続的に施工して土構造物の全体を造成するのがよい。

土構造物は、その一部（Ａ部）が土留め壁であり、他部（Ｂ部）がコンクリート構造物の支持体であり、全体としては重力式擁壁状の土構造物となっている。たとえば、土構造物の一部である土留め壁の上端レベルに対し、土構造物の他部であるコンクリート構造物の支持体の上端レベルを低く設定した土構造物とすることで、土構造物の一部である土留め壁によって土留めがなされた内側のコンクリート構造物の支持体上に、コンクリート構造物の施工をおこなうことができる。

したがって、第二のステップでは、土構造物のＡ部の土留め壁で土留めをおこないながら、既に造成されている土構造物のＢ部であるコンクリート構造物の支持体上にコンクリート構造物を施工できることから、土留めからコンクリート構造物の施工までの全工程を従来の施工方法に比して格段に短縮することが可能になる。

また、たとえば、このような土構造物の一部からなる土留め壁がない場合にコンクリート構造物の支持体を造成しようとした際には、コンクリート構造物の支持体から所定勾配の掘削法面を施工することが必要になり、この掘削法面によって有効スペースが小さくなるといった課題、言い換えれば施工エリアが広くなるといった課題が生じ得る。

しかしながら、本発明の施工方法では、第一のステップにて造成された重力式擁壁状の土構造物が土留め壁となる部分とコンクリート構造物の支持体となる部分の連続体であることから、土留め壁の側方（近傍）にコンクリート構造物を施工できるため、結果として狭い施工エリア内で所定寸法のコンクリート構造物を施工することが可能になる。

また、重力式擁壁状の土構造物の一部を土留め壁とし、この土留め壁の内側で施工が可能になることから、施工安全性の確保にも繋がる。

土構造物の全体が施工されたら、土構造物の土留め壁となるＡ部の背面側にある重機にて土留め壁の内側の掘削領域を掘削し、土構造物のＢ部にあるコンクリート構造体の支持体の天端面を露出させる。

露出したコンクリート構造体の支持体の天端面にコンクリート構造物を施工した後、第三のステップではコンクリート構造物の側方と上方に埋戻しをおこなうことにより、土構造物とコンクリート構造物の複合体が施工される。

ここで、コンクリート構造物の施工は、土留め壁の内側の支持体上でコンクリート構造物を基礎から順に上方へ順次施工していく方法であってもよいし、工場等で製作されているプレキャスト構造物を支持体上に重機にて設置する方法であってもよい。

前記第一のステップでは、少なくとも、前記土構造物の前記Ｂ部を構成する前記柱列地盤改良体の下端を原地盤の支持層に到達させるのが好ましい。

土構造物を構成する柱列地盤改良体のうち、コンクリート構造物の支持体を構成する柱列地盤改良体の下端を支持層まで到達させておくことで、コンクリート構造物の沈下等の問題を生じさせることなく、コンクリート構造物を堅固に支持することができる。

また、本発明による土構造物とコンクリート構造物の複合体の施工方法の実施の形態として、前記コンクリート構造物は門型カルバートであり、前記第一のステップでは、前記門型カルバートの二脚に対応する位置にそれぞれ前記土構造物を造成し、前記第二のステップでは、それぞれの前記土構造物の前記Ｂ部に前記門型カルバートの二脚を設置する形態を挙げることができる。

本実施の形態では、たとえば二箇所のＢ部の上に、プレキャスト製もしくは現場施工された門型カルバートの二脚をそれぞれ設置し、門型カルバートの側方と上方に埋戻しをおこなう方法である。

門型カルバートを設置することにより、門型カルバートの内側を道路トンネルとし、門型カルバートの上床版を道路橋と見立てた立体交差道路を施工することができる。

この立体交差道路の施工に際し、本発明の施工方法を適用することで、門型カルバートの側方と上方に埋戻しをおこなって上方の道路を施工するのに先行して、門型カルバートの内側の道路を速やかに供用することが可能になる。たとえば、門型カルバートの上方に高速道路、門型カルバートの内側に一般道路を施工する場合に、高速道路の供用に先行して一般道路の供用を開始することができる。

また、本発明は土構造物とコンクリート構造物の複合体にも及ぶものであり、この複合体は、原地盤と固化材からなる複数の柱列地盤改良体が併設されてなる重力式擁壁状の土構造物であって、該土構造物のＡ部は土留め壁であり、該土構造物のＢ部はコンクリート構造物の支持体である、土構造物と、前記土構造物の前記Ｂ部の上に配設されるコンクリート構造物と、前記コンクリート構造物の側方と上方の埋戻し土と、を備えたものである。

本発明の土構造物とコンクリート構造物の複合体では、その構成要素である重力式擁壁状の土構造物が土留め壁となるＡ部とコンクリート構造物の支持体となるＢ部を有していることから、土留め壁で土留めをおこないながらコンクリート構造物の支持体上にコンクリート構造物を施工することが可能となる。

ここで、この複合体においても、土構造物の前記Ｂ部を構成する前記柱列地盤改良体の下端が原地盤の支持層に到達しているのが好ましい。

また、土構造物とコンクリート構造物の複合体の実施の形態として、前記コンクリート構造物は門型カルバートであり、前記門型カルバートの二脚に対応する位置にそれぞれ前記土構造物が配設されており、前記土構造物の前記Ｂ部に前記門型カルバートの二脚が配設されている形態を挙げることができる。

本発明の土構造物とコンクリート構造物の複合体とその施工方法によれば、造成される重力式擁壁状の土構造物が土留め壁として機能する部分とコンクリート構造物の支持体として機能する部分を有していることから、土留め壁にて土留めをおこないながらコンクリート構造物の支持体上にコンクリート構造物を設置することにより、効率的に土構造物とコンクリート構造物の複合体を施工することができ、コンクリート構造物が強固に支持された複合体を施工することができる。

本発明の施工方法の第一のステップを説明した縦断面図である。 図１のII−II矢視図である。 本発明の施工方法の第二のステップを説明した縦断面図である。 図３に続いて施工方法の第二のステップを説明した縦断面図である。 本発明の施工方法の第三のステップを説明した縦断面図であって、本発明の土構造物とコンクリート構造物の複合体を示した図である。 立体交差道路を供用している状況を説明した図である。

以下、図面を参照して本発明の土構造物とコンクリート構造物の複合体とその施工方法の実施の形態を説明する。なお、図示例は、コンクリート構造物が立体交差道路に供される門型カルバートであるが、コンクリート構造物が門型カルバートに限定されるものでないことは勿論のことである。

（土構造物とコンクリート構造物の複合体とその施工方法の実施の形態）
図１は本発明の施工方法の第一のステップを説明した縦断面図であり、図２は図１のII−II矢視図であり、図３，４はその順に本発明の施工方法の第二のステップを説明した縦断面図である。また、図５は本発明の施工方法の第三のステップを説明した縦断面図であって、本発明の土構造物とコンクリート構造物の複合体を示した図であり、図６は立体交差道路を供用している状況を説明した図である。

地表面に不図示の固化材（改良材）プラントを設置し、不図示のベースマシンに搭載された攪拌翼を原地盤Ｇ１内に回転圧入し、攪拌翼にて原地盤Ｇ１をほぐしながら固化材を地盤内に注入し、原地盤Ｇ１と固化材を攪拌混合することにより、図１，２で示す柱列地盤改良体１Ａ，１Ｂを造成する。

図示例では、原地盤Ｇ１は比較的軟弱な地盤であり、原地盤Ｇ１の所定深度には硬質な支持層Ｇ２が存在している。

支持層Ｇ２まで到達していない複数の柱列地盤改良体１Ａは土留め壁２を構成し、支持層Ｇ２まで到達している複数の柱列地盤改良体１Ｂはコンクリート構造物の支持体３を構成し、土留め壁２と支持体３は一塊で重力式擁壁状の土構造物１０を構成する。

すなわち、土構造物１０は、その一部（Ａ部）が土留め壁２であり、他部（Ｂ部）がコンクリート構造物の支持体３であり、全体としては重力式擁壁状の土構造物１０となっている。

後述するように、土留め壁２を構成する柱列地盤改良体１Ａは、土圧に抵抗すればよいことから支持層Ｇ２に到達させる必要は必ずしもない。その一方で、コンクリート構造物の支持体３を構成する柱列地盤改良体１Ｂは、コンクリート構造物の荷重を支持し、沈下等を生じさせないために支持層Ｇ２に到達させるのが望ましく、本実施の形態でも柱列地盤改良体１Ｂは支持層Ｇ２に到達させている。尤も、土構造物１０の有する土圧抵抗力、滑動安定性等を勘案し、必要に応じて、柱列地盤改良体１Ａも柱列地盤改良体１Ｂと同様に支持層Ｇ２に到達させてもよい。

図１，２で示す実施の形態では、土留め壁２と支持体３が一体となっている重力式擁壁状の土構造物１０が間隔を置いて二基造成される（以上、第一のステップ）。

次に、図３で示すように、二基の土構造物１０の間の原地盤Ｇ１を掘削する。より具体的には、土留め壁２の背面にある不図示のクラムシェル等の重機や、掘削領域内に吊り下された不図示のバックホー等の重機を併用し、また、必要に応じて二基の土留め壁２間に仮桟橋等を架設し、この仮桟橋上の重機を使用する等して掘削をおこなう。

図３で示すように、土構造物１０を構成する土留め壁２が主働土圧Ｐａに直接抵抗し、背面地盤の崩壊を防止しながら掘削がおこなわれる。

この掘削を土構造物１０を構成する支持体３の天端面３ａが露出するまでおこなうことにより、二基の土構造物１０の間に掘削領域Ｅが形成される。

ここで、支持体３の前面からは受働土圧Ｐｐが作用しており、主働土圧Ｐａによる土構造物１０の滑動安定性に関しては、この受働土圧Ｐｐと、土構造物１０と地盤との間の摩擦抵抗力Ｆとの合力を、主働土圧Ｐａに起因する滑動力で除した値が所定の安全率以上を満足することにより保証されている。

掘削領域Ｅが形成されたら、図４で示すように、コンクリート構造物である門型カルバート２０を支持体３上に設置する。

より具体的には、門型カルバート２０を構成する二つの脚２０ａを対応する土構造物１０の支持体３上に設置する。ここで、門型カルバート２０の設置とは、プレキャスト製の門型カルバート２０を重機で吊り下し設置する方法や、現場にて門型カルバート２０を直接施工する方法があり、工期と工費を勘案していずれか一方の方法が選定される（以上、第二のステップ）。

図４で示すように、それぞれの脚２０ａから支持体３に直接作用する荷重Ｗは、支持体３内で分散し（図示例では分散角度３０°）、荷重分散にて低減された分散荷重Ｗ’が支持層Ｇ２に載荷され、支持層Ｇ２にてこの分散荷重Ｗ’を支持する。なお、最終的には盛土荷重までを含めたトータルの分散荷重が支持層Ｇ２に載荷され、支持層Ｇ２でこれを支持することになる。

門型カルバート２０の設置が完了したら、図５で示すように、門型カルバート２０の側方と上方に埋戻しをおこない（埋戻し土３０の造成）、土構造物１０とコンクリート構造物２０の複合体１００が施工される。

門型カルバート２０の内側空間２０ｂの下方に路盤４０を施工して道路トンネルとし、一般道路として供用する。なお、この路盤４０の施工と道路の供用は、門型カルバート２０の設置後、埋戻しに先行しておこなってもよい。

さらに、図６で示すように門型カルバート２０の上方の埋戻し土３０の上にも路盤５０を施工し、一般道路もしくは高速道路として供用する。

図示する土構造物とコンクリート構造物の複合体１００の施工方法によれば、造成される重力式擁壁状の土構造物１０が土留め壁２とコンクリート構造物の支持体３の双方を有していることから、土留め壁２にて土留めをおこないながらコンクリート構造物の支持体３上にコンクリート構造物２０を設置することにより、効率的に土構造物とコンクリート構造物の複合体１００を施工することができ、工期の大幅な短縮を図ることが可能になる。

また、土留め壁２は土構造物１０の構成要素であることから埋戻し土３０の一部と見なすことができ、したがって土留め壁２を仮設物として扱う必要がなく、そのまま残置することができる。そのため、本施工方法では、仮設の土留め壁を撤去する撤去作業が不要となり、このことも工期短縮に寄与する。

さらに、重力式擁壁状の土構造物１０により、作用する土圧に対する滑動安定性に優れ、コンクリート構造物２０および埋戻し土３０の重量を安定的に支持することができる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１Ａ，１Ｂ…柱列地盤改良体、２…土留め壁（Ａ部）、３…支持体（コンクリート構造物の支持体、Ｂ部）、３ａ…天端面、１０…土構造物、２０…コンクリート構造物（門型カルバート）、２０ａ…脚、２０ｂ…内側空間、３０…埋戻し土、４０，５０…路盤、１００…複合体（土構造物とコンクリート構造物の複合体）、Ｇ１…原地盤、Ｇ２…支持層

Claims (4)

1. 原地盤と固化材を攪拌混合して柱列地盤改良体を造成し、該柱列地盤改良体を並べて造成することにより重力式擁壁状の土構造物を造成し、この際、該土構造物は、土留め壁となるＡ部と、該Ａ部の上端レベルよりも低い上端レベルを備えてコンクリート構造物である門型カルバートの支持体となるＢ部と、が一体となっており、二基の該土構造物を、それぞれの該Ｂ部を相互に間隔を置いて内側に配設して造成する、第一のステップ、
   前記土構造物の前記Ａ部を土留め壁として土留めをおこないながら、二基の該Ａ部の内側面から二基の前記Ｂ部の天端面に沿って掘削を行い、該Ｂ部の前記天端面より下方の前記間隔にある前記原地盤を掘削せずに残し、前記門型カルバートの二脚を二基の該Ｂ部の該天端面にそれぞれ設置する、第二のステップ、
   前記コンクリート構造物の側方と上方に埋戻しをおこなって土構造物とコンクリート構造物の複合体を施工する第三のステップからなり、
   前記第二のステップでは、前記Ａ部の背面側である外側から作用する主働土圧に対して、前記間隔に存在する前記原地盤から前記Ｂ部に作用する受働土圧と、前記土構造物と前記原地盤の間の摩擦抵抗力との合力により対抗させる、土構造物とコンクリート構造物の複合体の施工方法。
2. 前記第一のステップにおいて、少なくとも、前記土構造物の前記Ｂ部を構成する前記柱列地盤改良体の下端は原地盤の支持層に到達させる請求項１に記載の土構造物とコンクリート構造物の複合体の施工方法。
3. 原地盤と固化材からなる複数の柱列地盤改良体が併設されてなる重力式擁壁状の土構造物であって、該土構造物のＡ部は土留め壁であり、該土構造物のＢ部は該Ａ部の上端レベルよりも低い上端レベルを備えてコンクリート構造物である門型カルバートの支持体である、土構造物と、
   前記土構造物の前記Ｂ部の上に配設されるコンクリート構造物と、
   前記コンクリート構造物の側方と上方の埋戻し土と、を備え、
   二基の前記土構造物は、それぞれの前記Ｂ部が相互に間隔を置いて内側に配設されるようにして設けられており、
   前記門型カルバートの二脚は、二基の前記Ｂ部の天端面にそれぞれ設置されており、
   二基の前記Ａ部の内側面から二基の前記Ｂ部の前記天端面に亘る掘削ラインの上方において、前記コンクリート構造物が設けられ、かつ前記埋戻し土が設けられており、二基の前記Ｂ部の間の前記間隔には前記原地盤が存在している、土構造物とコンクリート構造物の複合体。
4. 前記土構造物の前記Ｂ部を構成する前記柱列地盤改良体の下端が原地盤の支持層に到達している、請求項３に記載の土構造物とコンクリート構造物の複合体。

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