JP3760343B2 - 掘削底面安定化工法と地下建造物の構築法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削底面安定化工法と地下建造物の構築法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市部を中心に地盤沈下抑制のための揚水規制が行われた結果、地下水位が上昇・回復してきている一方、大深度地下利用が増加し掘削工事の大深度化、大規模化が進んでいる。このため、被圧地下水位が高い地盤での掘削工事においては、掘削に伴う掘削底面の安定性確保、すなわち盤ぶくれ対策およびボイリング対策が大きな課題となっている。
【０００３】
掘削底面の安定性確保のための工法としては、例えば、特許３２０８７２９号公報に記載の盤ぶくれ防止杭を用いた盤ぶくれ防止工法が公知である。これは、図１３に示すように、土留め壁１００，１０１によって囲繞形成された地下建造物構築領域に、上部が透水層地盤１０２の表面付近に位置し、下部が難・不透水層地盤１０３を貫通するとともに被圧滞水層地盤１０４の所要深さに貫入する盤ぶくれ防止杭（対策杭）１０５を築造するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この工法は、難・不透水層地盤１０３の強度が比較的大きく、盤ぶくれ防止杭１０５との間の周面摩擦力が所要の大きさＦ以上となる場合でないと実施できないという欠点がある。すなわち、自然地盤は良質な地盤ばかりではなく、強度の小さい軟弱な地盤も少なくないが、盤ぶくれ防止杭１０５と難・不透水層地盤１０３との間の周面摩擦力の大きさが、所要の大きさＦに満たないときには、この工法によっては盤ぶくれを防止できない。
【０００５】
本発明の目的は、土留め壁に囲繞した地下建造物構築領域の下面を改良固結地盤体で締め切るとともに、そこに、上記盤ぶくれ防止杭に相当する対策杭を貫通打設することにより、当該地盤が、軟弱な難・不透水層地盤である場合はもちろん砂質土層地盤であっても、該改良固結地盤体と対策杭との間において十分な周面摩擦力を得ることができ、軟弱な難・不透水層地盤においては盤ぶくれを防止、砂質土層地盤においてはボイリングを防止できるようにし、上記従来の工法の欠点を解消することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の掘削底面安定化工法の構成は、次のとおりである。
（１−１）透水層地盤２、難・不透水層地盤１および砂質土等の被圧滞水層地盤３からなる互層地盤中に上記難・不透水層地盤１に到達する土留め壁４，５を構築設立して地下建造物構築領域ａを囲繞区画する。
（１−２）その領域内地盤ａ’の上記難・不透水層１地盤の部分に、セメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによって改良固結地盤体７を造成する。
（１−３）同領域内地盤ａ’に上記改良固結地盤体７を貫通し、その下端が上記被圧滞水層地盤３に位置する対策杭ｂを打設し、その対策杭ｂ周面と改良固結地盤体７の下方の上記被圧帯水層地盤３との間の周面摩擦力を上記改良固結地盤体７に作用する揚圧力に対する抵抗力とする。
【０００７】
請求項２記載の掘削底面安定化工法の構成は、次のとおりである。
（２−１）透水層地盤２、難・不透水層地盤１および砂質土等の被圧滞水層地盤３からなる互層地盤中に上記難・不透水層地盤１に到達する土留め壁４，５を構築設立して地下建造物構築領域ａを囲繞区画する。
（２−２）その領域内地盤ａ’に、下端が上記被圧滞水層地盤３に位置する対策杭ｂを打設する。
（２−３）同領域内地盤ａ’の上記難・不透水層地盤１の部分に、セメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによって、上記対策杭ｂが貫通状態となる改良固結地盤体７を造成し、上記対策杭ｂ周面と改良固結地盤体７の下方の上記被圧帯水層地盤３との間の周面摩擦力を上記改良固結地盤体７に作用する揚圧力に対する抵抗力とする。
【０００８】
請求項３記載の掘削底面安定化工法の構成は、次のとおりである。
（３−１）砂質土層地盤１４中に土留め壁４，５を構築設立して地下建造物構築領域ａを囲繞区画する。
（３−２）その領域内地盤ａ’の所要深さの部分に、セメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによって改良固結地盤体７を造成する。
（３−３）同領域内地盤ａ’に上記改良固結地盤体７を貫通し、その下端が上記砂質土層地盤１４に位置する対策杭ｂを打設し、その対策杭ｂ周面と上記改良固結地盤体７の下方の砂質土層地盤１４との間の周面摩擦力を上記改良固結地盤体７に作用する揚圧力に対する抵抗力とする。
【０００９】
請求項４記載の掘削底面安定化工法の構成は、次のとおりである。
（３−１）砂質土層地盤１４中に土留め壁４，５を構築設立して地下建造物構築領域ａを囲繞区画する。
（３−２）その領域内地盤ａ’に、下端が上記砂質土層地盤１４に位置する対策杭ｂを打設する。
（３−３）同領域内地盤ａ’の所要深さの部分に、セメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによって、上記対策杭ｂが貫通状態となる改良固結地盤体７を造成し、上記対策杭ｂ周面と上記改良固結地盤体７の下方の砂質土層地盤１４との間の周面摩擦力を上記改良固結地盤体７に作用する揚圧力に対する抵抗力とする。
【００１０】
請求項５記載の掘削底面安定化工法は、上記請求項１，２，３または４記載の工法において、対策杭ｂが拡底杭ｂ’であることを内容とする。
【００１１】
請求項６記載の掘削底面安定化工法は、上記請求項１，２，３，４または５記載の工法において、対策杭ｂを、Ｈ型鋼や鋼管等の鋼製杭材９を、削孔に注入充填されているモルタル、コンクリートまたはセメントミルク８に建て込んで打設することを内容とする。
【００１２】
請求項７記載の地下建造物の構築法の構成は、次のとおりである。
（１’）上記請求項１，２，３，４，５または６記載の掘削底面安定化工法により、改良固結地盤体７の造成および対策杭ｂの打設を行う。
（２’）領域内地盤ａ’の掘削と支保工１０の設置を繰り返し行うとともに、上記対策杭ｂの地表面付近に位置する上部に覆工板１１を施工する。
（３’）掘削底面に底版コンクリート１２を施工し、目的の建造物の躯体１３を構築する。
（４’）上記対策杭ｂを掘削底面のところで切断して掘削空間ｃ内に位置していた上記対策杭ｂの部分を取り除くとともに、上記掘削空間ｃに対し埋め戻し土施工を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を互層地盤に適用した第１実施形態に係る掘削底面安定化工法について、図１〜１０に基づいて説明する。
【００１４】
この第１実施形態における互層地盤は、Ｎ値が２未満であるような軟弱な粘性土等からなる、難透水層地盤もしくは不透水層地盤、すなわち、難・不透水層地盤１、この難・不透水層地盤１の上方に位置する透水層地盤２、同難・不透水層地盤１の下方に位置する砂質土等の被圧滞水層地盤３からなる。
４，５は、地下建造物構築領域ａを囲繞区画するのに必要な所要の間隔を置いて構築設立したＲＣ連続壁やＳＭＷ壁等の土留め壁であって、その各先端を上記難・不透水層地盤１に到達させている。また、ａ’は、土留め壁４，５に囲繞された地盤、すなわち、地下建造物構築領域ａ内の領域内地盤を示す（図１）。
【００１５】
本実施形態では、まず、上記領域内地盤ａ’の所要深さの部分について、地盤改良をし、改良固結地盤体を造成する。
それには、地盤改良機αを備えたベースマシンα’を領域内地盤ａ’上で位置決めし、その地盤改良機αのロッド下端の撹拌翼を難・不透水層地盤１に達する所定深さまで貫入させる。その後、この撹拌翼を回転させながら引き抜き、それと同時に地盤改良材吐出口からセメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入し、その地盤改良材と、難・不透水層地盤１の土とを撹拌混合して固結させ、その難・不透水層地盤１内に所要厚さｈの円形の改良体６を造成する（図２）。
なお、土質および地盤状況によっては、地盤改良材を撹拌翼の貫入時に注入してもよい。
【００１６】
次に、ベースマシンα’の位置をずらして上記と同様の円形の改良体６の造成を繰り返して改良体６を順次重ね合わせていくことにより、土留め壁４，５に内接する所要の厚さｈの改良固結地盤体７を造成する（図３）。
【００１７】
次に、領域内地盤ａ’に、所要本数の対策杭ｂを打設する。
それには、所定の位置に杭打ち機βをセットし、オーガースクリューにより、地表面から被圧滞水層地盤３の所要深さに達する削孔を行う（図４）。
【００１８】
削孔が予定深度に達したことを確認した後、オーガーシャフト中空軸を通じ、あらかじめ調合練り合わせしたモルタル、コンクリートまたはセメントミルク（以下、単に「モルタル」という。）をグラウトポンプで圧送し、オーガーの先端から注入することにより、削孔の少なくとも被圧滞水層地盤３、難・不透水層地盤１および改良固結地盤体７の部分に充填する。
この場合、オーガーヘッドを、モルタル面から離隔させることなく常時約１ｍ差し込んだ状態を維持したまま引き上げ、オーガースクリューを正回転させながら引き抜き、排土する。
【００１９】
オーガーを引き抜いた後、削孔に注入充填されているモルタル８中に、所要長さ、すなわち上部が上記透水層地盤２の地表面付近に位置するとともに下部が被圧滞水層地盤３の所要深さにまで達する長さを有するＨ型鋼や鋼管等の鋼製杭材９をただちに建て込み（図５）、モルタル８が硬化するまで静置する。 これによって、上部が上記透水層地盤２の地表面近くに位置し、下部が改良固結地盤体７および地盤改良されていない難・不透水層地盤１の部分を貫通するとともに、被圧滞水層地盤３に貫入し所要深さに達する対策杭ｂが打設される（図６）。
【００２０】
このようにして領域内地盤ａ’に打設した対策杭ｂは、鋼製杭材９とモルタル８とが強固に付着して一体化し、また、そのモルタル８の外周面（杭周面）は領域内地盤ａ’の孔壁面に対し圧着状態となる。
【００２１】
したがって、削孔に注入充填されたモルタル８は、領域内地盤ａ’と、鋼製杭材９との間を密閉するから、被圧地下水が削孔を通じて難・不透水層地盤１の上方に漏水するのを防止することになる。
換言すると、削孔のみで鋼製杭材９を建て込むとか、地盤に直接鋼製杭材９を打ち込むということでは、周囲の領域内地盤ａ’と鋼製杭材９との間に空隙を生じ、被圧地下水を難・不透水層地盤１の上方に漏水させるとともに周辺地盤との間に所期の摩擦力を得ることができないこととなるため適当でない。
【００２２】
対策杭ｂは、改良固結地盤体７および地盤改良されていない難・不透水層地盤１の部分を貫通し、その下方の被圧滞水層地盤３の所要深さに達する状態となるから、この対策杭ｂのモルタル８の外周面と被圧滞水層地盤３との間の周面摩擦力を反力とし、改良固結地盤体７との間の周面摩擦力および地盤改良されていない難・不透水層地盤１の部分との周面摩擦力を、該改良固結地盤体７を含む難・不透水層地盤１に作用する揚圧力Ｕに対する抵抗力とすることができる。
【００２３】
一般に、掘削幅が広い場合、土留め壁とこれに囲繞される地盤との周面摩擦力は揚圧力に対する抵抗力として考慮することが困難であるが、土留め壁４，５の間隔、すなわち掘削幅等に応じて上記のように所要本数の対策杭ｂを打設すれば、掘削幅が広い場合でも、改良固結地盤体７と土留め壁４，５との間の周面摩擦力を揚圧力Ｕに対する抵抗力とすることができる。
したがって、その分だけ改良固結地盤体７の厚さを薄くしつつ、掘削底面の曲げ破壊挙動を抑えることができる。
【００２４】
本工法によれば、上記のようにして掘削底面の浮き上がり、すなわち盤ぶくれを防止することができ、掘削底面の安定性確保の要請に対して合理的な対策を提供することができる。
また、対策杭ｂは、Ｈ型鋼等の鋼製杭材９とモルタル８により築造するようにしたので、引張力が作用したときにも、改良固結地盤体７とモルタル８の外周面との間の周面摩擦力を掘削底面の安定性確保のための抵抗力として活用できる。
【００２５】
上記のように所要本数の対策杭ｂを打設し、掘削底面を安定させた後に、領域内地盤ａ’の掘削と、Ｈ型鋼等よりなる切梁、腹起こし等の支保工１０の設置を繰り返し行うとともに、対策杭ｂの地表面付近に位置する上部に覆工板１１を施工し、掘削空間ｃの上面開口を仮閉鎖する（図７）。
【００２６】
このように、対策杭ｂは透水層地盤２の地表面付近に位置する上部で覆工板１１を支持する支持杭等として利用できるもので、このことは工程を簡素化し、工費の節減に多大な貢献をすることになる。
【００２７】
その後、掘削底面に底版コンクリート１２を施工敷設し（図８）、さらに支保工１０を除去しながら目的の地下建造物（トンネル、地下鉄駅舎等）の躯体１３を構築する（図９）。さらに、掘削空間ｃ内に位置していた対策杭ｂの部分を、掘削底面のところで切断して取り除くとともに、その掘削空間ｃに対し埋め戻し土施工をする（図１０）。
【００２８】
上記においては、改良固結地盤体７を造成した後に対策杭ｂを打設するようにしたが、難・不透水層地盤１の土質や強度、さらには必要となる改良固結地盤体７の厚さｈ等の条件によっては、対策杭ｂを打設した後に、改良固結地盤体７を造成してもよい。
すなわち、まず領域内地盤ａ’に、対策杭ｂを、難・不透水層地盤１を貫通させ、その下端がこの領域内地盤ａ’の下方の所要深さ、すなわち土留め壁４，５の下端よりも下方の所要深さに達するように打設する。その後、同領域内地盤ａ’の所要深さの部分に地盤改良材を注入することによって、対策杭ｂが貫通する状態となるとともに、上記土留め壁４，５に内接する改良固結地盤体７を造成するようにしてもよい。
【００２９】
次に、本発明を砂質土層地盤に適用した第２実施形態に係る掘削底面安定化工法を、図１１により説明する。
この第２実施形態は、地盤が互層地盤ではなく、地下水位の高い砂質土層地盤１４であることにおいて、上記第１実施形態と相違するだけであるので、以下には、同一部分に同一符号を使用して、簡略に説明する。
【００３０】
砂質土層地盤１４の、土留め壁４，５により囲繞された領域内地盤ａ’の所要深さの部分に地盤改良材を注入し、改良固結地盤体７を造成する。
その後、上部が上記砂質土層１４の地表面付近に位置し、下部が上記改良固結地盤体７を貫通し、その下方の砂質土層１４の所要深さに達するように対策杭ｂを打設する。
続いて、掘削、支保工１０の設置、覆工板１１の施工による掘削空間ｃの仮閉鎖、底版コンクリート１２の敷設、目的の地下建造物の躯体１３の構築、対策杭ｂの部分切除、埋め戻し土施工等を上記第１実施形態と同様に行う。
この第２実施形態の掘削底面安定化工法によれば、砂質系地盤におけるボイリングを防止することができる。
【００３１】
なお、上記各実施形態において、対策杭ｂは、これを拡底杭ｂ’とすることによって、すなわち、先端に拡幅部１５を形成したものとすることによって、周辺地盤との周面摩擦力を増大させることができる。
これにより、拡底杭ｂ’は、改良固結地盤体７の下方の地盤に貫入させる長さ、したがってまた、その全長を短くできるものであること明らかである（図１２）。
【００３２】
また、対策杭ｂおよび拡底杭ｂ’は、径、長さ、改良固結地盤体７の下方の地盤に貫入させる長さ、モルタル設計基準強度、あるいは鋼製杭材９等の変更を行うことによって、これらの周面摩擦力や引張応力を適宜増加させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明掘削底面安定化工法によれば領域内地盤に造成される改良固結地盤体と、この改良固結地盤体を貫通し下端を被圧滞水層地盤または砂質土層地盤に位置させた対策杭とを併用するので、対策杭は、その杭周面と上記改良固結地盤体の下方の地盤との間の周面摩擦力を反力とし、改良固結地盤体との間の周面摩擦力を該改良固結地盤体に作用する揚圧力に対する抵抗力とすることができる。
したがって、これにより盤ぶくれ、ボイリングを効果的に防止できる。
【００３４】
本発明地下建造物の構築法によれば、上記掘削底面安定化工法により、改良固結地盤体の造成および対策杭の打設を行った後において、領域内地盤の掘削と支保工の設置を繰り返し行うとともに、対策杭の地表面付近に位置する上部に覆工板を施工するから、対策杭を覆工板を支持する支持杭としても利用できることとなり、このことは工程を簡素化し、工費の節減に多大な貢献をすることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を互層地盤に適用した第１実施形態を示すもので、透水層地盤中に地下建造物構築領域を囲繞区画する土留め壁を設立構築した状態の断面図である。
【図２】 難・不透水層地盤中に、円形の改良体を造成した状態の断面図である。
【図３】 上記改良体の造成を繰り返し、改良固結地盤体を造成した状態の断面図である。
【図４】 対策杭を打設するための削孔を行っている状態の断面図である。
【図５】 上記削孔に注入充填したモルタル中に鋼製杭材を建て込んでいる状態の断面図である。
【図６】 上記対策杭の打設を終えた状態の断面図である。
【図７】 領域内地盤の掘削と支保工の設置を行い、覆工板を施工した状態の断面図である。
【図８】 掘削底面に底版コンクリートを施工敷設した状態の断面図である。
【図９】 地下建造物構築領域内の掘削空間に地下建造物の躯体を構築した状態の断面図である。
【図１０】 対策杭を切断するとともに埋め戻し土施工をした状態の、断面図である。
【図１１】 本発明を砂質土層地盤に適用した第２実施形態を示すもので、改良固結地盤体の造成および対策杭の打設を行った後に、掘削、支保工の設置、覆工板の施工等を行い、地下建造物の躯体を構築した状態の断面図である。
【図１２】 対策杭として拡底杭を打設した状態の断面図である。
【図１３】 従来公知の掘削底面安定化工法における盤ぶくれ防止杭と難・不透水層地盤との間の周面摩擦力を説明する説明図である。
【符号の説明】
ａ 地下建造物構築領域
ａ’ 領域内地盤
ｂ 対策杭
ｂ’ 拡底杭
ｃ 掘削空間
１ 難・不透水層地盤
２ 透水層地盤
３ 被圧滞水層地盤
４，５ 土留め壁
６ 改良体
７ 改良固結地盤体
８ モルタル
９ 鋼製杭材
１０ 支保工
１１ 覆工板
１２ 底版コンクリート
１３ 躯体
１４ 砂質土層地盤
１５ 拡幅部
α 地盤改良機
α’ ベースマシン
β 杭打ち機
Ｕ 揚圧力

Claims (7)

1. 透水層地盤、難・不透水層地盤、および砂質土等の被圧滞水層地盤からなる互層地盤中に上記難・不透水層地盤に到達する土留め壁を構築設立して地下建造物構築領域を囲繞区画し、その領域内地盤の上記難・不透水層地盤の部分に、セメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによって改良固結地盤体を造成するとともに、同領域内地盤に上記改良固結地盤体を貫通し、その下端が上記被圧滞水層地盤に位置する対策杭を打設し、その対策杭周面と改良固結地盤体の下方の上記被圧帯水層地盤との間の周面摩擦力を上記改良固結地盤体に作用する揚圧力に対する抵抗力とすることを特徴とする掘削底面安定化工法。
2. 透水層地盤、難・不透水層地盤、および砂質土等の被圧滞水層地盤からなる互層地盤中に上記難・不透水層地盤に到達する土留め壁を構築設立して地下建造物構築領域を囲繞区画し、その領域内地盤に、下端が上記被圧滞水層地盤に位置する対策杭を打設するとともに、同領域内地盤の上記難・不透水層地盤の部分に、セメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによって、上記対策杭が貫通状態となる改良固結地盤体を造成し、上記対策杭周面と改良固結地盤体の下方の上記被圧帯水層地盤との間の周面摩擦力を上記改良固結地盤体に作用する揚圧力に対する抵抗力とすることを特徴とする掘削底面安定化工法。
3. 砂質土層地盤中に土留め壁を構築設立して地下建造物構築領域を囲繞区画し、その領域内地盤の所要深さの部分に、セメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによって改良固結地盤体を造成するとともに、同領域内地盤に上記改良固結地盤体を貫通し、その下端が上記砂質土層地盤に位置する対策杭を打設し、その対策杭周面と上記改良固結地盤体の下方の砂質土層地盤との間の周面摩擦力を上記改良固結地盤体に作用する揚圧力に対する抵抗力とすることを特徴とする掘削底面安定化工法。
4. 砂質土層地盤中に土留め壁を構築設立して地下建造物構築領域を囲繞区画し、その領域内地盤に、下端が上記砂質土層地盤に位置する対策杭を打設するとともに、同領域内地盤の所要深さの部分に、セメント系固化材や薬液等の地盤改良材を注入することによって、上記対策杭が貫通状態となる改良固結地盤体を造成し、上記対策杭周面と上記改良固結地盤体の下方の砂質土層地盤との間の周面摩擦力を上記改良固結地盤体に作用する揚圧力に対する抵抗力とすることを特徴とする掘削底面安定化工法。
5. 対策杭が拡底杭であることを特徴とする請求項１，２，３または４記載の掘削底面安定化工法。
6. 対策杭を、Ｈ型鋼や鋼管等の鋼製杭材を、削孔に注入充填されているモルタル、コンクリートまたはセメントミルクに建て込んで打設することを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の掘削底面安定化工法。
7. 請求項１，２，３，４，５または６記載の掘削底面安定化工法により、改良固結地盤体の造成および対策杭の打設を行った後において、領域内地盤の掘削と支保工の設置を繰り返し行うとともに、上記対策杭の地表面付近に位置する上部に覆工板を施工し、掘削底面に底版コンクリートを施工し、目的の建造物の躯体を構築し、その後、上記対策杭を掘削底面のところで切断して掘削空間内に位置していた上記対策杭の部分を取り除くとともに、上記掘削空間に対し埋め戻し土施工を行うことを特徴とする地下建造物の構築法。

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