特開 2023-108823 地中構造物の構築方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023108823

(43)【公開日】2023-08-07

(54)【発明の名称】地中構造物の構築方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/20 20060101AFI20230731BHJP

   E02D 5/36 20060101ALI20230731BHJP

【ＦＩ】

E02D5/20 101

E02D5/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022010072

(22)【出願日】2022-01-26

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(71)【出願人】

【識別番号】509235545

【氏名又は名称】株式会社ＳＥＥＴ

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 剛

(72)【発明者】

【氏名】幸山 大己

(72)【発明者】

【氏名】古賀 翔平

(72)【発明者】

【氏名】白子 将則

(72)【発明者】

【氏名】三浦 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】秋山 仁

【テーマコード（参考）】

2D041

2D049

【Ｆターム（参考）】

2D041AA01

2D041BA52

2D041CA01

2D041CB01

2D041CB05

2D041DA01

2D041EA04

2D049EA08

2D049GA12

2D049GA17

2D049GB06

2D049GB09

2D049GC11

2D049GC13

2D049GE01

(57)【要約】

【課題】作業時間や作業空間に制約がある場合にも効率よく、高品質な地盤改良体を利用した地中構造物を構築することである。
【解決手段】原位置で築造した地盤改良体を利用して地中構造物を構築する地中構造物の構築方法であって、セメント系固化液及び硬化遅延剤を含む遅硬性固化液を供給しながら地盤を削孔する削孔工程と、前記遅硬性固化液と掘削土砂が混じった地盤改良液で満たされた前記地中孔内に、芯材を建込む建込み工程と、を備え、前記遅硬性固化液により、前記地盤改良液が前記芯材を挿入可能な流動性を維持する期間を、前記芯材の建込み時期に応じて調整する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原位置で築造した地盤改良体を利用して地中構造物を構築する地中構造物の構築方法であって、
セメント系固化液及び硬化遅延剤を含む遅硬性固化液を供給しながら地盤を削孔する削孔工程と、
前記遅硬性固化液と掘削土砂が混じった地盤改良液で満たされた前記地中孔内に、芯材を建込む建込み工程と、を備え、
前記遅硬性固化液により、前記地盤改良液が前記芯材を挿入可能な流動性を維持する期間を、前記芯材の建込み時期に応じて調整することを特徴とする地中構造物の構築方法。

【請求項2】

請求項１に記載の地中構造物の構築方法において、
前記地中孔内に建込んだのちの前記芯材を、位置支持手段を利用して保持することを特徴とする地中構造物の構築方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の地中構造物の構築方法において、
前記建込み工程ののち、前記地中孔内に硬化助剤を追加注入する追加注入工程と、
を備えることを特徴とする地中構造物の構築方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤改良体により地中構造物を構築する地中構造物の構築方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、地中に地盤改良体を築造し、これを利用して地中構造物を構築する方法が広く知られている。例えば特許文献１のソイルセメント構造物の構築方法では、小型の地盤改良装置を用いて複数のソイルセメント柱を築造し、これらを連結してソイルセメント構造物を構築している。

【0003】

特許文献１では、下端部近傍に掘削ビットを備えるロッドとこのロッドに起振力を伝達する起振装置を備えた小型の地盤改良装置を採用し、ロッドに上下方向の起振力を付与しながら回転させることにより地盤を削孔ビットで削孔しつつ、ロッドの先端よりセメントミルクを吐出する。すると、掘削土とセメントミルクが混合撹拌されて、地盤中にソイルセメント柱が築造される。このような小型の地盤改良装置を用いると、地中構造物の施工対象領域が狭隘であったり低空頭な環境下にある場合にも、効率よく地盤を削孔撹拌して地盤改良体を築造できる。

【0004】

ところが、特許文献１はあらかじめ地盤を揉みほぐす工程（以降、１次削孔という）を実施しない。このため、地盤に粘性土層があると、掘削土とセメントミルクを混合撹拌した際に撹拌不良による土のダマを生じやすく、ソイルセメントの品質に課題が生じる。また、地盤に礫層などの硬質地盤があると、削孔に時間を要するため削孔中にソイルセメントの凝結が進行する。このため、ソイルセメント中に芯材を建込む場合、高止まりを生じる恐れがある。

【0005】

そこで、特許文献２の地中構造物の構築方法では、特許文献１と同様に小型の地盤改良装置を利用して、まずは孔壁保護機能を有する調整液を吐出しつつ１次削孔を実施し、地中孔を設ける。次に、地中孔内に芯材を先行して建込んだのち、セメント系固化液を注入する。地中孔は掘削土砂と調整液の混じった掘削泥水で満たされているから、この掘削泥水と注入したセメント系固化液とを撹拌混合し、ソイルセメントよりなる地盤改良体を構築する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５４４３９２８号公報

【特許文献2】特開２０２０－８４５２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献２によれば、芯材を掘削泥水中にスムーズに建込むことができ、高止まりを生じることがない。しかし、１次削孔に用いる調整液として例えばベントナイト溶液を採用すると、掘削泥水中の土粒子とベントナイトによる泥膜が、芯材や孔壁を被覆するように形成される。これら泥膜は強度発現せず、また、地中孔内で掘削泥水とセメント系固化液とをエア噴射などしながら混合撹拌している最中も、剥がれ落ちない。このため、残存する泥膜に起因して、築造後の地盤改良体と芯材及び孔壁との摩擦力を確保できない、といった課題を生じていた。

【0008】

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、作業時間や作業空間に制約がある場合にも効率よく、高品質な地盤改良体を利用した地中構造物を構築することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

かかる目的を達成するため、本発明の地中構造物の構築方法は、原位置で築造した地盤改良体を利用して地中構造物を構築する地中構造物の構築方法であって、セメント系固化液及び硬化遅延剤を含む遅硬性固化液を供給しながら地盤を削孔する削孔工程と、前記遅硬性固化液と掘削土砂が混じった地盤改良液で満たされた前記地中孔内に、芯材を建込む建込み工程と、を備え、前記遅硬性固化液により、前記地盤改良液が前記芯材を挿入可能な流動性を維持する期間を、前記芯材の建込み時期に応じて調整することを特徴とする。また、前記地中孔内に建込んだのちの前記芯材を、位置支持手段を利用して保持することを特徴とする。

【0010】

上述する本発明の地中構造物の構築方法によれば、地中孔の孔壁や芯材のまわりに形成される泥膜にセメント成分が含有しているため、この泥膜を地盤改良液とともに凝結・硬化させて強度発現させることができる。これにより、構築後の地中構造物に鉛直方向の外力が作用した際、この外力に対して地盤改良体と芯材及び地盤との間で生じる摩擦力により抵抗させることが可能となる。

【0011】

また、遅硬性固化液の配合や注入量を適宜調整することで、地盤改良液の流動性維持期間（芯材を建込むことの可能な流動性を維持する期間）を制御することが可能となる。したがって、作業スペースが狭隘、かつ電車用給電線のため空頭に制限ある低空頭の環境下などでは、芯材の必要長さによって継ぎ足し作業の回数が増加し、多大な作業時間を要することとなる。しかし、これらの作業期間を考慮して流動性維持期間を設定し、遅硬性固化液を調整管理すれば、芯材建込み作業に支障をきたすことはない。

【0012】

また、鉄道の軌道近傍での工事では、作業時間が終電始電列車間の夜間作業かつ短時間に限定される等の理由で、地盤の削孔から地中孔に芯材を挿入するまでの一連の作業を連続して実施できない場合がある。しかし、作業の休止期間を考慮して流動性維持期間を設定し、遅硬性固化液を制御すれば、適時のタイミングで作業を中断するとともに日を改めて芯材を挿入する作業を再開することができる。

【0013】

本発明の地中構造物の構築方法は、前記建込み工程ののち、前記地中孔内に硬化助剤を追加注入する追加注入工程と、を備えることを特徴とする。

【0014】

本発明の地中構造物の構築方法によれば、硬化助剤の種類や添加量を適宜調整することで、流動性維持期間の経過後に地盤改良液が凝結を開始する時期や硬化後の発現強度を制御することが可能となる。したがって、作業時間や作業空間に制約がある場合にも、経済的かつ効率よく地盤改良体を利用した地中構造物を構築することが可能となる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、セメント系固化液及び硬化遅延剤を含む遅硬性固化液を供給しながら地盤を削孔したのち、芯材を建込むことで、地中構造物の作業工程全体に高い自由度をもたらしつつ高品質な地盤改良体を築造でき、作業時間や作業空間に制約がある場合にも効率よく地中構造物を構築することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施の形態における地中構造物の概略を示す図である。

【図2】本実施の形態における地中構造物の構築方法の概略を示す図である（その１）。

【図3】本実施の形態における地中構造物の構築方法の概略を示す図である（その２）。

【図4】本実施の形態における地中構造物の構築方法を示す図である（第１実施形態）。

【図5】本実施の形態における地中構造物の構築方法を示す図である（第１実施形態）。

【図6】本実施の形態における地盤改良液のフロー試験及び地盤改良体の一軸圧縮強度試験の結果を示す図である（第１実施形態）。

【図7】本実施の形態における地中構造物の構築方法を示す図である（第２実施形態）。

【図8】本実施の形態における地中構造物の構築方法の示す図である（第２実施形態）。

【図9】本実施の形態における地盤改良液のフロー試験及び地盤改良体の一軸圧縮強度試験の結果を示す図である（第２実施形態）。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の地中構造物の構築方法について、低空頭の環境下で地盤改良体を利用して支持杭を構築する場合を事例に挙げ、図１～図９を参照しつつ、その詳細を以下に説明する。

【0018】

≪≪地中構造物≫≫
図１で示すように、支持杭１は円柱状に形成された地中構造物であり、地中孔Ｈに建込まれた芯材２と、芯材２を内包するように地中孔Ｈに築造される地盤改良体３とにより構成されている。

【0019】

その構築方法の概略を図２及び図３で示すと、まず、遅硬性固化液Ｗ１を注入しつつ地盤を削孔し地中孔Ｈを構築するとともに、地中孔Ｈ内を遅硬性固化液Ｗ１に掘削土砂Ｇが混じった地盤改良液Ｗ２で満たす。次に、図３（ａ）で示すように、地中孔Ｈに芯材２を建込み養生して、地盤改良液Ｗ２を凝結・硬化させて地盤改良体３を築造する。もしくは、図３（ｂ）で示すように、芯材２を建込んだのち、地盤改良液Ｗ２に硬化助剤Ｗ３を追加注入（追加注入）して養生し、これらを凝結・硬化させて地盤改良体３を築造する。

【0020】

このような手順で構築される支持杭１を構成する芯材２は、いずれの鋼材を採用してもよいが、本実施の形態では図１で示すように、複数のＨ形鋼２１を継ぎ足す構造を採用している。また、掘削土砂Ｇが混じって地盤改良液Ｗ２となる遅硬性固化液Ｗ１、及び地盤改良液Ｗ２に追加注入する硬化助剤Ｗ３は、次に示す材料により構成されている。

【0021】

≪遅硬性固化液Ｗ１≫
遅硬性固化液Ｗ１は、図２で示すように、少なくともセメント系固化液Ｃと硬化遅延剤Ｒとを含む。もしくは、セメント系固化液Ｃと硬化遅延剤Ｒと凝結調整剤Ｓとを含む。

【0022】

セメント系固化液Ｃは、セメント系硬化剤と水を含み、セメント系硬化剤は、普通、早強、超早強、低熱、中庸熱等の各種ポルトランドセメント、エコセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント等の公知のセメントを使用できる。その他、反応性を有するＡｌ_２Ｏ_３を含有する材料として、高炉スラグ微粉末、フライアッシュ、メタカオリン等の非晶質Ａｌ_２Ｏ_３を含む材料のうち１つあるいは複数種類を組み合わせて使用できる。

【0023】

硬化遅延剤Ｒは、クエン酸、グルコン酸、酒石酸、及びリンゴ酸等の有機酸類、又はそのナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等のアルカリ金属塩、またはグルコースルコース、マルトース等の糖類等が挙げられ、１種または２種以上を使用できる。

【0024】

凝結調整剤Ｓは、セメント系硬化剤に含まれるクリンカーが水と混練りするとすぐ凝結を開始することから、このような凝結を調整緩和するべく用いる材料であり、硫酸カルシウム２水和物（石こう）、硫酸カルシウム１／２水和物、硫酸ナトリウム１０水和物、硫酸第一鉄７水和物、硫酸マンガン５水和物、硫酸カルシウム無水和物、硫酸マグネシウム７水和物等が挙げられる。これらは、１つあるいは複数種類を組み合わせて使用できる。

【0025】

遅硬性固化液Ｗ１は、上記の材料に加えて、主に流動性の向上を目的として、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸、メラミンスルホン酸を主成分とする高性能ＡＥ減水剤、もしくはリグニンスルホン酸を主成分とするＡＥ減水剤のうち１つあるいは複数種類を組合せて使用できる。

【0026】

≪硬化助剤Ｗ３≫
硬化助剤Ｗ３は、図３（ｂ）で示すように、地盤改良液Ｗ２の凝結を促進できる材料、及び/または硬化後の強度発現を促進できる材料であれば、いずれを採用してもよい。例えば、遅硬性固化液Ｗ１に含まれるセメント系固化液Ｃと同様の材料であって配合を適宜変更したもの、もしくは珪酸ナトリウムなどの急硬剤などを採用できる。

【0027】

≪≪地中構造物の構築方法≫≫
以下に、第１実施形態として上記の遅硬性固化液Ｗ１のみを採用して地盤改良体３を築造し、支持杭１を構築する手順の詳細を、第２実施形態として遅硬性固化液Ｗ１と硬化助剤Ｗ３とを採用して地盤改良体３を築造し、支持杭１を構築する手順の詳細を、それぞれ説明する。

【0028】

≪≪第１実施形態≫≫
上記の遅硬性固化液Ｗ１のみを採用して地盤改良体３を築造し、支持杭１を構築する手順の詳細を、以下に説明する。

【0029】

≪地中構造物の構築方法：削孔工程≫
まず、図４（ａ）で示すように、支持杭１の施工対象領域の所定位置に据え付けた削孔撹拌装置１０を用いて遅硬性固化液Ｗ１を吐出しながら地盤を削孔する。これにより、地中孔Ｈが構築され、地中孔Ｈは図４（ｂ）で示すように、遅硬性固化液Ｗ１に掘削土砂Ｇが混じった地盤改良液Ｗ２で満たされた状態となる。

【0030】

＜遅硬性固化液Ｗ１の配合及び注入量の管理＞
このとき、遅硬性固化液Ｗ１が吐出されることで余剰となる掘削土砂Ｇは、地中孔Ｈの孔口近傍に設けられた排泥管Ｔを介して排泥する。また、遅硬性固化液Ｗ１の配合及び注入量は、地中孔Ｈを満たす地盤改良液Ｗ２が比重１．５程度、少なくとも芯材２の建込み作業を終了する予定期日まで地盤改良液Ｗ２が芯材２を建込むことの可能な流動性を維持、かつ、芯材２を建込んだのちには所望の一軸強度を発現するよう、調整管理する。

【0031】

遅硬性固化液Ｗ１の調整管理にあたり、遅硬性固化液Ｗ１に含まれるセメント系硬化剤Ｃの水セメント比は、２００％以上３００％以下、好ましくは２００％以上２５０％以下の範囲で調整するとよい。こうすると、遅硬性固化液Ｗ１の注入量を増大させる必要が生じ、これに伴い排泥管Ｔを介して排出される掘削土砂Ｇも増大する。

【0032】

よって、対象地盤に粘性土層が存在する場合には、地盤改良液Ｗ２に含まれる粘性土が大幅に排出されるため、セメント系硬化剤による硬化が阻害されにくく、また、地中孔Ｈの孔壁や芯材２のまわりに形成される泥膜Ｍの膜厚を低減することが可能となる。さらに、掘削土砂Ｇに対する使用水量が多くなるため、掘削土砂Ｇと混合撹拌した際に撹拌不良による土のダマが生じにくく、高品質な地盤改良液Ｗ２を作成することができる。

【0033】

＜削孔撹拌装置＞
また、地盤削孔に用いる削孔撹拌装置１０は、図４（ａ）で示すように、キャタピラからなる移動機構１１と、移動機構１１に搭載された台座部１２と、台座部１２から鉛直方向に延びるように支持されたリーダー１３とを備える。また、リーダー１３に沿って上下方向に移動可能な起振装置１４と、頭部が起振装置１４に接続されたロッド１５と、ロッド１５の先端に取り付けられた掘削撹拌部１６とを備える。さらには、掘削撹拌部１６の先端から吐出される遅硬性固化液Ｗ１をロッド１５の内部に供給する固化液供給装置１７と、ロッド１５に回転力を付与する回転装置１８と、を備える。

【0034】

起振装置１４は、ロッド１５に起振力を発生させる装置であり、ロッド１５に上下方向又は横方向のうち少なくとも何れかの成分を含む振動を伝達可能な起振力を発生できれば、その機構はいずれでもよい。回転装置１８は、内方に備えたロッド把持部にてロッド１５の周面を把持し、ロッド１５の軸を中心とした正方向もしくは逆方向の回転力を付与する。その配置位置は、起振装置１４の下側に位置し、起振装置１４とともにリーダー１３に沿って鉛直移動可能に設置されている。

【0035】

ロッド１５は中空の一重管よりなり、起振装置１４にて頭部を支持された状態で立設している。中間部にはスイベル１５１が設置され、これを介して遅硬性固化液Ｗ１を供給する固化液供給装置１７に接続されている。固化液供給装置１７は、遅硬性固化液Ｗ１を製造するプラント１７１と、遅硬性固化液Ｗ１をロッド１５に供給する固化液供給管１７２とを備える。また、ロッド１５の先端部に接続された掘削撹拌部１６は、ロッド１５に接続される軸部１６１と、軸部１６１の先端部近傍であって側方に延びる掘削翼本体１６２と、掘削翼本体１６２に取り付けられた掘削ビット１６３とを備える。また、軸部１６１の先端には、先端ビット１６４と吐出口が設けられている。

【0036】

上記の削孔撹拌装置１０は、掘削撹拌部１６を、地中を余掘りした孔壁保護管Ｐ内に貫入させた状態で作動させると、起振装置１４により上下方向の振動を付与されつつ回転装置１８によりロッド１５の軸を中心に正回転する。これと同時に、固化液供給装置１７から供給され遅硬性固化液Ｗ１が、ロッド１５を介して掘削撹拌部１６の軸部１６１先端に設けられた吐出口より吐出される。これにより、図４（ｂ）で示すように、掘削ビット１６３および先端ビット１６４にて地盤が削孔されることにより掘削土砂Ｇと遅硬性固化液Ｗ１が混合撹拌され、地中孔Ｈ内は掘削土砂Ｇが混じった地盤改良液Ｗ２で満たされる。

【0037】

≪地中構造物の構築方法：建込み工程≫
こうして、地中孔Ｈ内を地盤改良液Ｗ２で満たしたのち、図５（ａ）（ｂ）で示すように、地盤改良液Ｗ２が満たされた地中孔Ｈへ、芯材２の建込み作業を行う。本実施の形態では、施工対象領域が低空頭な環境下にある場合を事例とし、芯材２の建込み作業に門型リフター２０を採用している。なお、空頭に制限がない場合には、クレーン等の揚重機を芯材２の建込み作業に採用してもよい。

【0038】

＜門型リフター＞
門型リフター２０は、図５（ａ）で示すように、間隔を有して並列配置される一対の脚部２０１と、脚部２０１の上端部どうしを連結する梁部２０２とを備えている。脚部２０１は、油圧ジャッキ等の伸縮装置２０４を備え、高さ方向に伸縮自在となっている。また、その下端にはホイール等の走行手段２０３が設けられている。そして、梁部２０２には、長さ方向（水平方向）に移動自在なフック２０５が設けられ、このフック２０５に取り付けられたワイヤーを介してＨ形鋼２１が支持されている。

【0039】

したがって、上記の門型リフター２０を用いて芯材２を建込む際には、まず、図５（ａ）で示すように、門型リフター２０を梁部２０２の軸線が地中孔Ｈの直径方向と鉛直面内で平行となるように据え付けておく。また、先行して地中孔Ｈに挿入したＨ形鋼２１は、上端が地中孔Ｈより突出する態様で保持部材３０により保持しておく。次に、門型リフター２０を操作して、フック２０５を梁部２０２上で適宜移動させる。これにより、フック２０５に吊持されたＨ形鋼２１の軸心を、地中孔Ｈの軸心と合致させることができる。

【0040】

そして、図５（ｂ）で示すように、Ｈ形鋼２１を吊り下ろし、これを保持部材３０で保持した先行のＨ形鋼２１に接合する。本実施の形態では、スプライスプレート２２と高力ボルトを用いた高力ボルト接合を例示した。しかし、Ｈ形鋼２１どうしを接合可能であれば、溶接接合等いずれの手段を採用してもよい。こののち、保持部材３０を開放して、Ｈ形鋼２１が継ぎ足された芯材２を自重により地盤改良液Ｗ２中に沈降させる。このような作業を芯材２が所望の長さとなるまで繰り返し行ったのち、地盤改良液Ｗ２が凝結・硬化するまで芯材２が建込み位置を維持できるよう、門型リフター２０もしくは保持部材３０を芯材２の位置支持手段として利用し、これらに芯材２を保持させておく。

【0041】

上記のとおり、遅硬性固化液Ｗ１を供給しつつ地盤を削孔し地中孔Ｈを設けると、一定時間の経過後には図１で示すように、地中孔Ｈの孔壁や芯材２のまわりに泥膜Ｍが形成される。しかし、泥膜Ｍにセメント成分が含有しているため、この泥膜Ｍを地盤改良液Ｗ２とともに凝結・硬化させて強度発現させることができる。これにより、構築後の支持杭１に鉛直方向の外力が作用した際、この外力に対して地盤改良体３と芯材２及び地盤との間で生じる摩擦力により抵抗できる。

【0042】

また、遅硬性固化液Ｗ１の配合や注入量を適宜調整することで、地盤改良液Ｗ２の流動性維持期間（芯材２を建込むことの可能な流動性を維持する期間）を制御することが可能となる。例えば、低空頭の環境下では、芯材２の必要長さによってＨ形鋼２１の継ぎ足し作業の回数が増加し、多大な作業時間を要することとなる。しかし、これらの作業期間を考慮して流動性維持期間を設定し、遅硬性固化液Ｗ１を調整管理すれば、芯材２建込み作業に支障をきたすことはない。

【0043】

また、鉄道の軌道近傍での工事では、作業時間が終電始電列車間の夜間作業かつ短時間に限定される等の理由で、地盤の削孔から地中孔に芯材を挿入するまでの一連の作業を連続して実施できない場合がある。しかし、作業の休止期間を考慮して流動性維持期間を設定し、遅硬性固化液Ｗ１を制御すれば、適時のタイミングで作業を中断するとともに日を改めて芯材２を挿入する作業を再開することができる。

【0044】

≪地盤改良液のフロー試験及び地盤改良体の一軸圧縮強度試験≫
上記の地中構造物の構築方法を採用した場合の、地盤改良液Ｗ２の流動性、及び地盤改良液Ｗ２を硬化させた地盤改良体３の一軸圧縮強度を確認する試験を行った。試験結果を図６に示す。

【0045】

試験は、セメント系固化液Ｃ、硬化遅延剤Ｒ、及び凝結調整剤Ｓを含む遅硬性固化液Ｗ１と掘削土砂Ｇに見立てた試料土を混合撹拌して地盤改良液Ｗ２を作液した。こののち、地盤改良液Ｗ２のテーブルフロー値（以降、ＴＦ値という）を、作成直後、２４時間、７２時間、及び１６８時間経過時に測定した。また、地盤改良液Ｗ２が硬化した地盤改良体３の材齢５６日及び９１日における一軸圧縮強度を測定した。

【0046】

≪遅硬性固化液Ｗ１、試料土、及び地盤改良液Ｗ２の作液≫
実施例１では、高炉セメントＢ種に凝結調整剤Ｓを添加し、水セメント比２００％に調整したセメント系固化液Ｃに、硬化遅延剤Ｒを添加した遅硬性固化液Ｗ１を採用した。セメント系固化液Ｃは、１ｍ^３の試料土に対して７００Ｌ、硬化遅延剤Ｒは１５．０Ｌ添加した。

【0047】

実施例２では、高炉セメントＢ種に凝結調整剤Ｓを添加し、水セメント比２５０％に調整したセメント系固化液Ｃに、硬化遅延剤Ｒを添加した遅硬性固化液Ｗ１を採用した。セメント系固化液Ｃは、１ｍ^３の試料土に対して７００Ｌ、硬化遅延剤Ｒは１５．０Ｌ添加した。実施例１及び実施例２で作液された地盤改良液Ｗ２の比重はいずれも、１．５前後に調整した。

【0048】

一般に、ＴＦ値は１６０mm以上であれば、芯材２が地盤改良液Ｗ２に対して良好に挿入できる。そこで、実施例１では７２時間（３日）経過後、実施例２では１６８時間（７日）経過後に、ＴＦ値１６０mm以上を維持していることを目標に設定した。また、地盤改良体３の一軸圧縮強度は、実施例１及び２は材齢５６日で１０００kN/m^２を満足することを目標に設定している。

【0049】

≪試験方法≫
実施例１及び実施例２ともに、地盤改良液Ｗ２が硬化した地盤改良体３の一軸圧縮強度は、「ＪＩＳ Ａ １１０８ コンクリートの圧縮強度試験方法」に準じて試験を行った。また、地盤改良液Ｗ２のＴＦ値は、「ＪＩＳ Ｒ５２０１ ２０１５ セメントの物理試験方法」に規定された「１２．フロー試験」に準じた試験を実施した。ＴＦ値の測定方法は、フローテーブルを１５秒間に１５回上下させ規定量のモルタルの広がり（直径）を測定するというものである。

【0050】

なお、ＴＦ値１６０mmは、等厚式ソイルセメント地中連続壁工法（以降、ＴＲＤ工法という）において、固化液混合スラリーに芯材を建込む際に必要な最小のＴＦ値が１５０mmと規定されていることを参考に設定した。ＴＲＤ工法における固化液混合スラリーとは、掘削泥水にセメント系固化液を混合撹拌して作成したものである（「ＴＲＤ工法（等厚式ソイルセメント地中連続壁工法） 技術資料」 平成２０年７月 ＴＲＤ工法協会発行より）。

【0051】

≪試験結果≫
図６の試験結果を見ると、実施例１では７２時間（３日）経過後のＴＦ値が１６４mm、材齢５６日の一軸圧縮強度が２４３５kN/m^２であり、実施例２では、１６８時間（７日）経過後のＴＦ値が２００mm、材齢５６日の一軸圧縮強度が１２４１kN/m^２と、いずれも設定した目標をＴＦ値及び一軸圧縮強度ともに満足していることがわかる。

【0052】

≪≪第２実施形態≫≫
次に、遅硬性固化液Ｗ１と硬化助剤Ｗ３とを採用して地盤改良体３を築造し、支持杭１を構築する手順の詳細を、以下に示す。

【0053】

≪地中構造物の構築方法：削孔工程及び建込み工程≫
削孔撹拌装置１０を利用して、遅硬性固化液Ｗ１を注入しつつ地盤を削孔する削孔工程から門型リフター２０を利用して地中孔Ｈに芯材２を建込む建込み工程までは、第１実施形態と同様である。しかし、第２実施形態では建込み工程で、図７（ａ）（ｂ）で示すように、芯材２とともにエア供給ホース４及びエア噴射管６を地中孔Ｈへ配置する作業が追加される。エア供給ホース４と硬化助剤供給ホース５は、芯材２に取り付けられており、後述する硬化助剤Ｗ３を追加注入する追加注入工程で用いる。

【0054】

＜エア供給ホース４及びエア噴射管６＞
エア供給ホース４は、基端部が地上に設置されているエアコンプレッサ８１に連結され、先端部にはエア噴射管６が設置される。エア供給ホース４とエアコンプレッサ８１との間には空気流量計８２が設置し、供給する圧縮空気Ａの流量が測定可能である。また、硬化助剤供給ホース５は、基端部が地上に設置されている硬化助剤供給装置９１に連結され、先端部には硬化助剤吐出管７が設置される。硬化助剤供給装置９１では、硬化助剤Ｗ３の配合および流量を管理している。

【0055】

これらは、図７（ａ）で示すように、エア噴射管６及び固化液吐出管７を芯材２の先端部となるＨ形鋼２１に取り付けたのち、図７（ｂ）で示すように、Ｈ形鋼２１を継ぎ足すごとに、継ぎ足されたＨ形鋼２１に設置された把持具４１、５１にエア供給ホース４及び硬化助剤供給ホース５を把持させる。これにより、芯材２とともにエア供給ホース４及び硬化助剤供給ホース５を地中孔Ｈ内に配置することができる。

【0056】

≪追加注入工程≫
上記の手順で、芯材２とともにエア供給ホース４及び固化液供給ホースを地中孔Ｈに配置したのち、地中孔Ｈを満たす地盤改良液Ｗ２に硬化助剤Ｗ３を追加注入し、地盤改良液Ｗ２と硬化助剤Ｗ３とを混合撹拌する。このとき、芯材２は門型リフター２０のフック２０５に取り付けたワイヤーを介して保持されて、建込み位置を維持した状態にある。

【0057】

まず、図８（ａ）で示すように、硬化助剤供給装置９１から硬化助剤供給ホース５及び硬化助剤吐出管７を介して地中孔Ｈの孔底近傍に、硬化助剤Ｗ３を吐出する。併せて、硬化助剤Ｗ３の供給量に対応した地盤改良液Ｗ２を、排泥管Ｔを介して排泥する。硬化助剤吐出管７は芯材２の下端に配置されているため、地中孔Ｈの孔口から排泥される地盤改良液Ｗ２に、硬化助剤Ｗ３が混在することはない。こののち、図８（ｂ）で示すように、エアコンプレッサ８１からエア供給ホース４及びエア噴射管６を介して地中孔Ｈの孔底近傍から孔壁に向けて圧縮空気Ａを噴射する。すると、圧縮空気Ａは連続する気泡となって上昇し、地中孔Ｈ内に上昇流を生じさせる。

【0058】

これにより、硬化助剤Ｗ３と地盤改良液Ｗ２は混合撹拌されて、地中孔Ｈの高さ方向に均質に混じり合った混合物となる。均質に混じり合ったところで圧縮空気Ａの供給を停止し、作業を終了する。なお、硬化助剤Ｗ３を追加注入する手段、及び地盤改良液Ｗ２と硬化助剤Ｗ３とを混合撹拌する手段は、上記のエア供給ホース４及び硬化助剤供給ホース５に限定されるものではない。また、硬化助剤吐出管７の設置位置も、排泥される地盤改良材Ｗ２に硬化助剤Ｗ３が混在しなければ、必ずしも芯材２の下端でなくてもよい。

【0059】

≪地盤改良液のフロー試験及び地盤改良体の一軸圧縮強度試験≫
第２実施形態で例示した地中構造物の構築方法を採用した場合の、地盤改良液Ｗ２の流動性、及び地盤改良液Ｗ２と硬化助剤Ｗ３との混合物を硬化させた地盤改良体３の一軸圧縮強度を確認する試験を行った。図９に試験結果を示す。

【0060】

試験は、第１実施形態と同様に、セメント系固化液Ｃに含まれるセメント材料、硬化遅延剤、及び凝結調整剤の配合量を適宜調整した遅硬性固化液Ｗ１と掘削土砂Ｇに見立てた試料土を混合撹拌して地盤改良液Ｗ２を作液した。こののち、地盤改良液Ｗ２に硬化助剤Ｗ３を添加した直後のＴＦ値を測定した。また、硬化助剤Ｗ３を追加注入した地盤改良液Ｗ２が硬化した地盤改良体３の材齢２８日及び５６日における一軸圧縮強度を測定した。

【0061】

≪遅硬性固化液Ｗ１、掘削土砂Ｇ、及び地盤改良液Ｗ２の作成≫
実施例３～６では、高炉セメントＢ種と凝結調整剤を添加した遅硬性固化液Ｗ１を準備採用した。

【0062】

実施例３及び４の遅硬性固化液Ｗ１は、１ｍ^３の試料土に対して水セメント比２００％のセメント系固化液Ｃを７００Ｌ使用し、硬化遅延剤Ｒを２０．０Ｌ添加した。実施例５及び６の遅硬性固化液Ｗ１は、１ｍ^３の試料土に対して水セメント比２５０％のセメント系固化液Ｃを７００Ｌ使用し、硬化遅延剤Ｒを１６．５Ｌ添加した。

【0063】

上記の実施例３～６で作液された地盤改良液Ｗ２の比重はいずれも、１．５前後に調整した。また、第２実施形態では、硬化助剤Ｗ３を追加注入する際、強度発現時期や一軸圧縮強度を調整できるため、実施例３及び４では７２時間以上（３日以上）、実施例５及び６については、１６８時間以上（７日以上）経過後にＴＦ値１６０mm以上を維持していることを目標に設定した。

【0064】

≪硬化助剤Ｗ３の作成≫
硬化助剤Ｗ３は、実施例３及び５では急硬剤を採用し、実施例４及び６ではセメントミルクを採用した。セメントミルクは、遅硬性固化液Ｗ１を作液する際に用いたセメント系固化液Ｃと同様の材料で配合を変えたものを採用した。したがって、実施例４及び６では、高炉セメントＢ種に凝結調整剤Ｓを添加したセメントミルクを採用した。

【0065】

硬化助剤Ｗ３は、硬化助剤供給装置９１に応じて容易に供給可能な範囲で水セメント比を小さく設定し（実施例４及び６では、７０％）、配合設計を行った。これは、水セメント比をできるだけ小さく設定することで地盤改良液Ｗ２へ添加する量を少量とすることにより、地盤改良液Ｗ２の排出量を抑制するためである。また、実施例３及び５で採用した急硬剤は、水急硬剤比を１００％に設定し、配合設計を行った。

【0066】

≪試験結果≫
図９の試験結果をみると、実施例３～６のすべてにおいて、地盤改良液Ｗ２に硬化助剤Ｗ３を添加した直後のＴＦ値が１６０mmを超え、かつ材齢５６日の一軸圧縮強度も１０００kN/m^２を超えており、設定した目標を満足していることがわかる。特に、添加後のＴＦ値が２４時間後には急激に低下し、材齢２８日の時点で一軸圧縮強度が１０００kN/m^２を超えていることがわかる。

【0067】

つまり、遅硬性固化液Ｗ１に、凝結調整剤Ｓを添加したうえで硬化助剤Ｗ３を追加注入すると、効果的に凝結を促進し早期に一軸圧縮強度を発現させることができる。このように、硬化助剤Ｗ３を追加注入することにより、芯材２を建込んだのちの地盤改良液Ｗ２について、強度発現の時期や発現強度を制御することも可能となる。

【0068】

上記のとおり、地中構造物の構築方法によれば、地中構造物の作業工程全体に高い自由度をもたらしつつ高品質な地盤改良体を築造でき、作業時間や作業空間に制約がある場合にも効率よく地中構造物を構築することが可能となる。

【0069】

なお、本発明の地中構造物の構築方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることはいうまでもない。

【0070】

例えば、本実施の形態では、硬化助剤Ｗ３としてセメントミルクを採用する際、遅硬性固化液Ｗ１を作液する際に用いたセメント系固化液Ｃと同様の材料を採用し、配合を変えて追加注入した。しかし、これに限定するものではなく、使用するセメント系硬化剤を遅硬性固化液Ｗ１に使用したものと異なる材料としてもよい。

【符号の説明】

【0071】

１ 支持杭（地中構造物）
２ 芯材
２１ Ｈ形鋼
２２ スプライスプレート
３ 地盤改良体
４ エア供給ホース
４１ 把持具
５ 硬化助剤供給ホース
５１ 把持具
６ エア噴射管
７ 硬化助剤吐出管
８１ エアコンプレッサ
８２ 空気流量計
９１ 硬化助剤供給装置
１０ 削孔撹拌装置
１１ 移動機構
１２ 台座部
１３ リーダー
１４ 起振装置
１５ ロッド
１５１ スイベル
１６ 掘削撹拌部
１６１ 軸部
１６２ 掘削翼本体
１６３ 掘削ビット
１６４ 先端ビット
１７ 固化液供給装置
１７１ プラント
１７２ 固化液供給管
１８ 回転装置
２０ 門型リフター
２０１ 脚部
２０２ 梁部
２０３ 走行手段
２０４ 伸縮装置
２０５ フック
３０ 保持部材
Ｗ１ 遅硬性固化液
Ｗ２ 地盤改良液
Ｗ３ 硬化助剤
Ｇ 掘削土砂
Ｃ セメント系固化液（セメントミルク）
Ｒ 硬化遅延剤
Ｓ 凝結調整剤
Ｈ 地中孔
Ｔ 排泥管
Ｐ 孔壁保護管
Ｍ 泥膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】