コラムの置換築造方法及び置換コラム
【課題】 従来の深層混合処理工法、流動化処理土工法、ＰＩＰ杭工法およびＲＧパイル工法等における課題を解決し、地上のミキサーで混練したときとほぼ同じ品質の置換コラムを得るコラムの築造方法を提供する。
【解決手段】 先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げる。
【解決手段】 先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、土木・建築構造物の基礎工法としてのコラムの置換築造方法および置換コラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
土木・建築構造物の基礎工法として、従来、深層混合処理工法、流動化処理土工法、ＰＩＰ杭工法およびＲＧパイル工法等が提案されている。
深層混合処理工法は、地盤中に掘削撹拌混合装置を挿入し、固化材を填充しながら同時に原地盤と撹拌混合することにより、地盤中に円柱状の地盤改良体を築造する工法（例えば、特許文献１参照）であり、掘削撹拌混合装置を地盤中に掘進させる時に固化材を填充する方法と、逆に上方へ引上げるときに固化材を填充する方法がある。また、固化材は水と撹拌混合してスラリー状にして使用する方法と、固化材を粉末状のまま使用する方法とがある。
流動化処理土工法は、連続スパイラルオーガにより掘削排土した土砂を地上のミキサーで固化材と混合し、ソイルセメントとした後、該ソイルセメントを掘削した場所に再び戻すことにより地盤改良を行うものである（例えば、特許文献２および３参照）。
ＰＩＰ杭工法は、連続したフライトをもつオーガの中空のシャフトの頭部に駆動装置を取り付け、この装置全体を櫓に吊り下げ、地中に回転させながら所定の深さまで掘削し、所定の深さに達したら、シャフト先端部よりモルタルを圧入しながら徐々に引上げることによってモルタル杭を造成し、オーガ引上げ後ただちに鉄筋篭または形鋼をモルタル杭の中に建て込むものである（例えば、特許文献４および非特許文献１参照）。
また、ＲＧパイル工法は、中空軸を有するアースオーガの回転により土砂を上方に排除しながら所定の深さまで掘削し、次にオーガを引上げつつ、中空軸先端オーガヘッドの噴出口からモルタルを圧入して地中に場所打パイルを造成するものである（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４７２２８号公報（請求項３、０００２）
【特許文献２】特開平８−２６０４５０号公報（請求項１）
【特許文献３】特許第３２８０７１０号公報（請求項１）
【特許文献４】特許第３３０６４６０号公報（０００２）
【非特許文献１】地下連続壁工法 設計・施工ハンドブック 社団法人日本建設機械化協会編 技報堂出版株式会社発行(第４２７頁〜第４３０頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記深層混合処理工法においては、次のような課題がある。
（１）固化材を填充しながら同時に原地盤と撹拌混合することにより、地盤中に地盤改良体を築造する工法であるため、改良対象地盤の土質の構成や物性が一定でないことに起因して、改良土の品質は特に一軸圧縮強度のバラツキが大きいという欠点がある。そのため、改良する目標強度をバラツキに相応する分だけ設計強度よりも大きくしなければならず、固化材添加量が増え、不経済であった。
（２）深層混合処理工法においては、粘着力の大きな粘性土地盤では共回り現象の発生により混合不良が発生し、目標とする品質を確保出来ないことがあった。
（３）有機質土やピート等の有機質分が多量に含まれている土層やロームや赤ボク黒ボク等の火山灰質粘性土では固化材の硬化不良が発生したりして、目標とする品質を確保出来ないことが多かった。
（４）有機質分が多量に含まれている地盤では、固化材添加量を多く必要とするため、不経済であった。
（５）地盤が複数の土層で構成されている場合は、強度発現が最も低い土層に必要な固化材添加量で全深度範囲に吐出するため、他の土層部分には必要以上の量の固化材を添加しなければならず、不経済であった。また、その分だけ建設発生土（残土）量が増え、環境に対する負荷が大きかった。
（６）撹拌混合が確実に行われたとしても、ソイルセメントの発現強度は改良対象の土質に依存するため、事前に予想していない土質が出現した場合には改良強度が目標値に達せず不良工事になる恐れがあった。
（７）建築基礎に使用される深層混合処理工法では改良強度が１〜３Ｎ／ｍｍ２程度であり、これに起因して、ラップルコンクリートに比較して同一荷重を支持するのにより広い面積を改良する必要があった。これに伴い、地盤改良に要する改良対象土量が増えるのみならず、基礎のフーチング体積も増えるため、建設コストが増大していた。
【０００４】
また、前記流動化処理土工法にも次のような課題がある。
（１）地上のミキサーで現地の土砂と固化材を混合するため、現地発生土砂を使用するので、施工対象地盤の土質の物性に起因して、改良後の品質は施工対象地盤毎にバラツキが大きいという欠点がある。また、現地発生土砂を使用するため、特に現地土砂が有機質土の場合、所望の一軸圧縮強度を得るために多量のセメントを必要とし、不経済となる場合がある。
（２）掘削土砂を地上へ排出し、それを地上のミキサーで固化材と混合してスラリー状のセメントミルクとし、再び元の位置へ戻す工程であるため、施工工程が増え、コストが高い。
（３）一時的とはいえ、改良すべき箇所の土砂を掘削し除去するため、それまでの上載荷重による応力バランスが崩れて支持地盤が緩む。そのため、掘削底地盤の支持力が低下する。
（４）土砂を除去した底面の処理を丁寧にしないと、場所打ち杭の先端スライムと同様な初期沈下の問題が発生する。
【０００５】
さらに、ＰＩＰ杭工法およびＲＧパイル工法にも次のような課題がある。
（１）モルタル製造に用いる細骨材の水分管理が必要であり、現実的に品質のバラツキが生ずる。
（２）モルタルは細骨材を含有しているため、モルタルはフロー値が１８〜２０秒の流動性の高いものを使用せざるを得なく、ブリージングが発生しやすくなるばかりか、掘削土砂等がモルタル中に落ち込み、モルタル中に土砂等が塊状に混入される。
（３）砂質、砂質シルト層などでは、湧水、地下水圧を伴い孔壁崩壊が起る可能性があるので、掘削に際しベントナイト泥水、またはこれに少量のセメントを混合したものを用いる必要がある。また、ベントナイトは産業廃棄物に指定されている汚泥となるため後の処理に莫大な費用が発生する。
（４）その結果、モルタル柱底面と支持地盤との間にスライム層が形成されるため、スライム処理工程が必要となる。
（５）また、ＰＩＰ杭工法およびＲＧパイル工法では、モルタル充填後、鉄筋篭等を挿入するため、基礎スラブ底面以浅までモルタルを注入し、結果として根切り時の頭部整形が困難となる。
この発明の目的は、このような課題を解決することであり、対象地盤の性状に左右されず、安定した品質のコラムの築造方法を提供することであり、安定した品質のコラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、このような課題を解決せんと提案されたものであり、この発明のコラムの置換築造方法は、先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げることにより、地盤土が填充材で置換されたコラムとすることを特徴とする。
この発明でスクリューオーガの正回転とは、地盤の掘削土がスクリューオーガで地上側に排土される回転を指す。また、実質的に無回転という表現は、回転させていない状態や実質的に回転しないとみなせる非常に低速な回転数で正回転や逆回転する状態を含む表現である。
【０００７】
このコラムの置換築造方法によれば、原地盤と填充材を撹拌混合することがないので地上のミキサーで混練したものとほぼ同じ品質の固化体（コラム）を得ることができるし、深層混合処理工法によるコラムに比べて品質のバラツキを非常に小さくすることができるし、また、固化体（コラム）の強度を任意に設定し、それを実現することが容易に出来るし、所定の置換範囲内を置換しその上方の非置換範囲の土砂を排土せずにそのまま残置することが可能となる。特に、填充材は、練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーが、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍであるのは、１５０ｍｍ未満では、施工時に時間がかかりすぎるか、施工不能になり、４００ｍｍを超えると置換した未硬化の固化体中に土砂が多く混入される可能性が高くなるためである。上記した範囲のテーブルフロー値を有する填充材であれば、掘削孔内における流動充填性を確保し、また孔壁崩壊を防ぎ、さらに置換された填充材中に置換範囲上方の土砂が落ち込むことを防ぐことが出来る。なお、上記の現象が非常に少なくなり、高品位のコラムとするためには、填充材のコンシステンシーが、テーブルフロー値で１５０ｍｍ〜３３０ｍｍとすることがさらに好ましい。また、この填充材として使用する混合物が水硬性を有する粉体の他に添加材や添加剤を加えた混合物であっても上記したコンシステンシーの範囲内であれば填充材として使用できる。添加剤等を加えることにより填充材の配合を調整して任意の強度を発現するようにすることが可能になるし、例えば、安価なフライアッシュや高炉スラグ粉体を混和材として填充材に使用することにより、填充材のコストを下げることが出来る。なお、水硬性を有する粉体としては、例えばポルトランドセメント（普通、早強、中庸熱）、高炉セメント、フライアッシュセメント、セメント系固化材等の所謂セメントが例示できる。
【０００８】
また、この発明のコラムの置換築造方法で使用可能なスクリューオーガとして、スパイラル翼が連続スパイラルスクリューであるオーガ、スパイラル翼が断続スパイラルスクリューであるオーガ、オーガが少なくともコラム築造長に相当する長さの円筒形のケーシングに覆われているオーガおよびスパイラル翼が複数の断続スパイラルスクリューからなり、かつ該断続スパイラルスクリューのうち少なくともコラム築造に直接関わる部分には外周に円筒状のリングが固設してあるオーガ、等を挙げることができる。
【０００９】
スパイラル翼が連続スパイラルスクリューであるオーガによれば、汎用的なスパイラルスクリューオーガを使用することにより、容易に置換作業が出来る。
スパイラル翼が断続スパイラルスクリューであるオーガによれば、砂質地盤や礫質地盤のような崩壊性の地盤では、連続スパイラルスクリューで掘進すると、必要以上に掘削土を排出する可能性があるので、断続スパイラルスクリューオーガを使用することにより排土量を低下させ、周辺地盛の乱れを少なくすることが出来る。その結果として支持地盤の乱れや緩みを少なくすることができる。また、断続スパイラルスクリューの外径は掘削翼径と同一である必要はなく、小径にすればさらに排土量を低下させることが可能になる。
【００１０】
また、オーガが少なくともコラム築造長に相当する長さの円筒形のケーシングに覆われているオーガによれば、削孔周辺部の土砂をスパイラルスクリューにより過剰に引き込むことを防ぐため、周辺地盤を緩めることなく、原地盤との置換がより確実になる。それと共に支持地盤が緩められることなく、置換したコラムの支持力が低下することがない。前記円筒形のケーシングは、スクリューオーガと同軸的に、かつ相対的に正逆回転可能に装着されていてもよい。
さらに、スパイラル翼が複数の断続スパイラルスクリューからなり、かつ該断続スパイラルスクリューのうち少なくともコラム築造に直接関わる部分には外周に円筒状のリングが固設してあるオーガによれば、簡便な装置でケーシングを使用するときと同様に確実な原地盤との置換ができる。また、地上に引上げたオーガの土砂落とし作業がケーシングを使用するときに比べて容易に出来る。
【００１１】
また、スクリューオーガの先端に有する掘削部として、スクリューオーガ先端に設けられた掘削翼およびスクリューオーガ先端に位置するスパイラル翼先端に設けられた掘削爪を例示できる。この掘削翼の掘削爪およびスパイラル翼先端の掘削爪は、掘削（特に硬質地盤）において威力を発揮するが、これは平爪であってもよい。
掘削部の存在で掘削効率が向上する。また、掘削爪を設けたスパイラル翼先端または掘削爪を突設した掘削翼で填充材置換上端部を整形すると、上端部は爪の形状通りに整形されるため、填充材が固結したときに凹凸ができる。したがって、後工程で置換コラム上端面の再整形作業が必要となる。平爪を用いることにより、置換工程で平面状に仕上げることが出来るので再整形作業が不要となる。
【００１２】
また、この発明の置換コラムは、先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げることによって築造されている。
また、コラムの置換予定上端位置が地表面以深である場合（即ち、地表側に空掘り部を残して築造する置換コラムの場合）、この発明の置換コラムは、正回転または実質的に無回転で引上げる際、該オーガ先端部がコラムの置換予定上端位置に達したら、該オーガーの吐出口からの該填充材の吐出を停止し、さらに該オーガを逆回転乃至正回転させながら地上へ引上げることにより築造されている。
【００１３】
この置換コラムは、原地盤と填充材とが撹拌混合される工程がないので、地上のミキサーで混練したものとほぼ同じ状態の品質であるし、品質にばらつきが少ない。
また、置換範囲上方に土砂が残置された場合でも、填充材のテーブルフロー値が小さいため土砂が、填充材中に落ち込み混入されていないので品質のよい置換コラムとなる。
この置換コラムは、水硬性を有する粉体を原料とするコラムであっても、水硬性を有する粉体の他に添加材や添加剤を加えた混合物からなるコラムであってもよく、上記したコンシステンシーの範囲内である填充材とすることが可能であれば、添加剤等を加えることにより填充材の配合を調整して任意の強度を発現するコラムにすることが容易に提供できるし、例えば、安価なフライアッシュや高炉スラグ粉体を混和材として填充材に使用することにより、コストを下げることが出来る。
【００１４】
なお、逆回転乃至正回転という表現には実質的に無回転の場合も含んだ表現である。
また、填充材を吐出しつつ、スクリューオーガを正回転で引上げると、オーガのスパイラル翼上にある土砂や土塊が落下しにくいので、填充材と原位置土との置換がより確実に行なわれやすい。特に原位置土が粘着力の小さな砂質系地盤のときに効果がある。
一方、原位置土が粘着力の大きな粘性土のように落下の虞がないような地盤の場合には、実質的に無回転で引上げても土塊が殆ど含まれない置換コラムの築造が可能となる。しかし、原位置土が粘性土の場合であっても正回転でオーガを引上げる方が、思わぬ地層の出現にも対応できるので好ましい。
また、置換コラムの周辺地盤が堅固であれば、吐出圧力をスクリューオーガ引上げの補助手段として利用することも可能である。
更に、空掘り部を設ける場合、スクリューオーガを逆回転させながら引上げると、空掘り部に掘削土を残置させ得るが、空掘り部に掘削土を残置させる必要がない場合、もしくは粘性土のように掘削土がオーガに付着して逆回転しても落下しないような場合には、オーガを実質的に無回転状態、もしくは正回転で引上げてもよい。このとき、オーガを無回転で引上げると、オーガ先端部に負圧が発生する可能性が無いとは言えないので、引上げ速度は遅くした方がよい。ただし、回転させた場合には無回転の場合に比べると負圧が発生しにくい。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のコラムの置換築造方法および置換コラムによれば、次のような効果を奏する。
（１）原地盤と填充材を撹拌混合することがないので地上のミキサーで混練したときとほぼ同じ状態（品質）の固化体（コラム）を得ることができる（請求項１）。
（２）同様の理由から、深層混合処理工法によるコラムに比べて品質のバラツキを非常に小さくすることができる（請求項１）。
（３）練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定することで、置換コラムの施工中などに上方の土砂が置換された填充材中に落ち込むことを防ぐことが出来る（請求項１）。従って、地上のミキサーで混練した状態とほぼ同じ品質のコラムが築造でき、一軸圧縮強度のバラツキの小さい置換コラムの築造ができる。
（４）練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定することで、置換コラムの施工中などに上方の土砂が置換された填充材中に落ち込むことを防ぐことが出来るので、所定の置換範囲内を置換しその上方の非置換範囲の土砂を排土せずにそのまま残すことが可能となる。即ち、置換コラムの上方に空堀部を存在させることが可能となる。
【００１６】
（５）また、この発明の置換コラムは、原地盤と填充材が撹拌混合されておらず、地上のミキサーで混練したときと同じ状態のもので置換されているので高品質であるし、品質にばらつきが少ない（請求項２）。
（６）練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定して得た置換コラムなので、填充材で置換された未硬化の固化体（コラム）中に土砂が混入されていない品質の高いものとなる（請求項２）。
この発明の置換コラムは高い品質のものとすることができるので、従来の地盤改良コラムに比して同一荷重を支持するために少ない面積のコラムで充分となる。そのため基礎のフーチング体積も小さくなり、フーチングのコンクリート量の低減のみならず、フーチング構築に伴う建設発生土の減少を図ることが可能となり、建設コストを大幅に縮減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を図面と共に詳細に説明する。
図１はこの発明の第１の実施の形態を施工工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す正面説明図である。
先ず、図１（ａ）に示すようにスクリューオーガ６を地盤Ｇの杭心位置にセットし、スクリューオーガ６を正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置まで掘進する。この掘進抵抗が大きく掘進が困難な場合は、エヤーや少量の水などを補助手段をして吐出しながら掘進してもよい。この時のスクリューオーガ６は正回転であるので、スクリューオーガ６により地盤Ｇの掘削土が地上に排出されつつ掘削される。
図１（ｂ）はスクリューオーガ６が掘進しコラムの置換底位置（以下、所定深度という）に到達した状態を示している。
スクリューオーガ６がコラムの所定深度に到達したら、掘進を停止し、次に図１（ｃ）に示すようにオーガ先端部７ａの吐出口１１より填充材を吐出しつつ、スクリューオーガ６を正回転で引上げる。この場合、正回転する代わりに実質的に無回転で引上げてもよい。
スクリューオーガ６の先端部７ａより下方に形成された空間に填充材が吐出され空洞が発生しないように引上げ速度と吐出量をバランスさせながら充填しつつ引上げれば、スクリューオーガ６の下方に置換コラム１４が形成される。
【００１８】
なお、填充材を吐出しつつ、スクリューオーガ６を、図１（ｃ）に示すように、正回転で引上げると、オーガのスパイラル翼上にある土砂や土塊が落下しにくいので、填充材と原位置土との置換がより確実に行なわれやすい。特に原位置土が粘着力の小さな砂質系地盤のときに効果がある。一方、原位置土が粘着力の大きな粘性土のように落下の虞がないような地盤の場合には、実質的に無回転引上げても土塊が殆ど含まれない置換コラムの築造が可能となる。しかし、原位置土が粘性土の場合であっても正回転でオーガを引上げる方が、思わぬ地層の出現にも対応できるので好ましい。
また、置換コラムの周辺地盤が堅固であれば、吐出圧力をスクリューオーガ引上げの補助手段として利用することも可能である。つまり、吐出圧を掘削部９の下面で受けることにより、引上力を得ることができる。
次に、前記スクリューオーガ６の引上げが、図１（ｄ）に示すようにコラムの置換予定上端位置、図１に示した例では地表面に到達したら、スクリューオーガ６の駆動と填充材の吐出を停止する。これにより所定長の置換コラム１４が築造される。
図１（ｄ）では、地表面まで置換コラム１４が築造されているが、任意の位置で填充材の吐出を停止し、上部に填充材が存在しないようにしてもよい。
【００１９】
上記図１に示したスクリューオーガ６は、図２に正面図で示した連続スクリューオーガ６である。このスクリューオーガ６は、オーガ軸７にスパイラル翼８が連続して設けられたスクリューオーガ６であり、先端７ａに掘削部９および吐出口１１が設けられている。この図では、スクリューオーガ６の先端に位置するスパイラル翼の先端部が該掘削部９に該当し、先端部には複数の掘削爪１０が突設されている。なお、オーガ軸７の先端に設けられた掘削爪も掘削部９の一部であるといえる。また、吐出口１１はオーガ軸７の先端部７ａに下向きに開口しているものでも、オーガ軸７の先端周面部に横向きに開口したものでもよい。この連続スクリューオーガ６は、スパイラル翼８が連続しているので、掘削の際の掘削土の排出の能力は高くなる。また、地上での連続スクリューオーガからの土砂落としは通常の方法（例えば、バックホウ等を用いる方法）で容易に実施できる。
【００２０】
図３は、上記図１に示した置換コラム築造時のプラント設備等も例示した施工模式図である。即ち、この発明の置換コラムの築造においては、図３に示すように施工機１とプラント設備２０を用いて施工される。施工機１には、リーダ３が起倒自在に立設されており、このリーダ３にスイベルを備えるオーガモータ４が摺動自在に設けられて構成される。図３においては施工機１としてクローラタイプの台車部２を有しているものを示しているが、車輪を有する台車式でも、台車部が存在しない載置式であってもよい。オーガモータ４は、給進装置５が連結されて進退する。給進装置５としては、吊り上げ、引き込み可能なウインチを挙げることができるが、これは他の手段であってもよい。例えば、駆動モータからのスプロケットを介して駆動伝達されるフィールドチェーン又は油圧シリンダ等を例示できる。図示しないが施工機１をクレーン式施工機として、リーダ３を吊す方式のものでもよい。
【００２１】
また、オーガモータ４は、オーガモータ４に連結したスクリューオーガ６を正逆回転駆動させる駆動機構を内蔵する。従って、オーガモータ４に連結されたスクリューオーガ６には、給進装置５で掘進力および引抜力が付与され、オーガモータ４の駆動機構で正逆の回転力が付与される。従って、オーガモータ４に連結されたスクリューオーガ６は、正回転させながら掘進させることも、正転させながら引上げることも、また、逆回転させながら掘進させることも、逆転させながら引上げることもできるし、実質的に無回転で引き上げることもできるし、更に、掘進及び引上げるとき任意の位置で停止させることもできる。
なお、定速制御装置を有する施工管理機器により掘進速度と引上速度を一定に保つことができる。また、流量計２６により吐出量を一定に保つことができる。従って、空洞部が発生しないように引き上げ速度と吐出量をバランスさせながら原地盤土を填充材に置換することができる。
【００２２】
一方、プラント設備２０は、図３に示すようにミキサー２１、サイロ２２、水槽２３およびポンプ２４等を備え、填充材を水と共にミキサー２１（図３ではグラウトミキサーが示されている。）で撹拌・混合してスラリー乃至モルタル化したものを、ポンプ２４（図３ではでチューブポンプが示されている。）でグラウトホース２５を介して供給するものである。ポンプの吐出口近傍乃至このグラウトホース２５の途中には、流量計２６が配置される。ポンプの吐出口近傍乃至このグラウトホース２５の途中に配置した流量計２６により、填充材の供給量が判り、オーガ引上げにより生ずる空隙量に見合うように填充材の供給量を管理する。
【００２３】
また、図４中に示したプラント設備２０ではグラウトミキサーの代わりにパン式強制練りミキサー２１（なお、図示しないがパン式強制練りミキサーの代わりに二軸強制撹拌式ミキサーも使用できる。）が示され、チューブポンプの代わりにスネーク式ポンプ（スクリューポンプ）２４が示されている。スネーク式ポンプ（スクリューポンプ）２４は、２条の内ねじを持つステータの中をステータの半分のピッチを持つ１条のねじのロータの回転によって、一定容積が脈動することなく押し出される機構のものである。
また、ポンプとしての能力があればプランジャー式のポンプも使用できるが、図４に示すようにポンプ２４をスネーク式ポンプ（スクリューポンプ）とすると、練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーが低い（硬い）もの（例えば、テーブルフロー値で１５０〜２６０ｍｍのもの）でも填充材を該オーガ先端部に供給し、該填充材を該オーガ先端部から吐出するようにして施工できるので特に好ましい。このようにコンシステンシーが低いものでも図４に示したパン式強制練りミキサーや図示しない二軸強制撹拌式ミキサーを用いることにより混練可能である。
【００２４】
一方、スクリューオーガ６は、中空のオーガ軸７にスパイラル翼８を設けた構成であって、オーガ先端部７ａに掘削部９および吐出口１１を有する。オーガ軸７の中空部もしくは該中心部に設けた管路は、填充材の通路となる。填充材はプラント設備２０において作られ、グラウトホース２５を介し圧送されオーガモータ４のスイベルを介しオーガ軸７の中空部（通路）を通り、先端の吐出口１１から吐出される。
なお、吐出口１１は、オーガ軸７の下端面乃至下端部側面に設けることができるが、下端面に設ける方が先端部の置換性の点から好ましい。
【００２５】
スクリューオーガとしてスパイラル翼８が連続する連続スクリューオーガ６を、図１や図２に示すように、代表例で示している。しかしスクリューオーガ６としては種々のタイプのものが存在し、実施可能なものであれば特に限定されるものではない。
即ち、図２に示すスクリューオーガ６を図５乃至図９に示す等の他のスクリューオーガに代えても同様に実施できることはいうまでもない。また、実施の形態では施工機１は省略してあるが、前記図３および図４に示した実施の形態のようにスクリューオーガ６は施工機１に連結されて施工されるものである。
また、使用する填充材は、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材である。
【００２６】
次に図２を用いて説明済みの連続スクリューオーガ以外のスクリューオーガについて図面を用いて説明する。
図５は断続スクリューオーガの正面図で、オーガ軸７に１枚羽根８ａのスパイラル翼８が断続（間欠的）して設けられたスクリューオーガ６であり、この図では、下端のスクリュー部分が掘削翼であるともいえる部分であり、先端７ａに掘削部９および吐出口１１が設けられている。この図では、スクリューオーガ６の先端に位置するスパイラル翼の先端部が該掘削部９に該当し、先端部には複数の掘削爪１０が突設されている。なお、ロッド部の先端に設けられた爪も掘削部９の一部である。この点は以下の図でも同じである。
【００２７】
図６は他の断続スクリューオーガの正面図で、オーガ軸７に２枚羽根８ｂ、８ｂのスパイラル翼８が断続（間欠的）して設けられたスクリューオーガ６であり、この図でも、下端のスクリュー部分が掘削翼であるともいえる部分であり、先端７ａに掘削部９および吐出口１１が設けられている。またこの図でも、スクリューオーガ６の先端部が掘削部９に該当する。この図５および図６に示す断続スクリューオーガ６は、掘削の際の掘削土の排土量を低下させることができ、周辺地盤の乱れを少なくすることができる。それ故に、支持地盤も乱れの少ないものとすることができる。
この図５や図６に示すスクリューオーガや後述するスクリューオーガでも地上でのスクリューオーガからの土砂落としは通常の方法（例えば、バックホウ等を用いる方法）で容易に実施できる。
【００２８】
図７はケーシングオーガの正面図（ａ）および断面図（ｂ）で、スクリューオーガ６が円筒状のケーシング１２内に同軸的に、かつ相対的に正逆回転可能に挿入されているものである。このケーシングオーガによればケーシング１２を備えているので、原地盤の掘削土の排出が確実となるし、填充材に周辺地盤からの地盤土の混入が防止される。それにより原地盤との置換がより確実となり、より品質のよい置換コラムが築造できる。図に示すようにケーシング１２の先端には掘削爪１２ａを設けてもよい。ケーシング１２の先端に掘削爪１２ａを設けると、掘削効率が向上するし、硬質地盤でも威力を発揮する。なお、円筒形のケーシング１２はスクリューオーガ６との間で同期回転してもよく、同期回転しなくともよい。また、スクリューオーガ６とケーシング１２とが各々独立に回転してもよく、ケーシング１２は無回転であってもよい。
なお、本ケーシング１２での地上での土砂落としは、側面に複数個の開口部を設けて地上部で排土する方法が用いられている。しかし砂質地盤に比べて粘性地盤では排土性が低下するという問題がある。
【００２９】
図８はリング付き断続スクリューオーガの正面図（ａ）およびリング部分を断面で示す側面図（ｂ）で、断続（間欠的）して設けられたスパイラル翼８の外周に円筒状のリング１３が固設されたものである。このリング１３は、断続して設けられた全てのスパイラル翼８の外周に固設する必要はなく、少なくともコラム築造に直接関わる部分のスパイラル翼８の外周に固設されていればよい。このリング付き断続スクリューオーガでは、少なくともコラム築造に直接関わる部分のスパイラル翼８の外周に円筒状のリング１３が固設されているので、掘削土の排土量を低下させ周辺地盤の乱れを少なくし、填充材への周辺地盤からの地盤土の混入も抑えられるので、原地盤との置換が確実となり、品質のよい置換コラムが築造できる。また、地上に引き上げたオーガの土砂落とし作業も、図７に示したケーシング１２を使用するときに比べて、容易となる。なお、リング部に閉じ込められた土砂は次のコラム施工時に容易に排出することができる。また、円筒状のリング１３におけるスパイラル翼は１枚である必要はなく、複数枚にすることもできるが、図６に見られるような複数枚にすることにより、円筒状リング１３の高さを小さくすることができる。
最下端部の円筒状のリング１３には下端周縁に掘削爪１３ａを設けることが好ましい。少なくとも最下端部のリング１３の下端部に掘削爪１３ａを設けると掘削効率が向上するし、硬質地盤でも威力を発揮する。また、最上部の円筒状のリング１３の上端周縁に掘削爪１３ａを設けて引き上げ時の抵抗を少なくしてもよい。なお、図８では最下端のスパイラル翼８の下端に平爪１０ａを設けた場合を示している。この図８では平爪１０ａの下端位置がリングの掘削爪１３ａの下端より上方に位置しているが、各々の位置を逆にしてもよい。
【００３０】
図９は上部小径スクリューオーガを示す正面図（ａ）および側面図（ｂ）で、スパイラル翼８の上部が小径となっているスクリューオーガ６である。即ち、スパイラル翼８の下部は大径Ｒ１であり、上部は小径Ｒ２となっている。この上部小径スクリューオーガ６によれば、連続スパイラル翼でありながら、掘削土の排出量を少なくすることができる。また、地上部での土砂落としは連続スクリューの場合と同様容易である。
【００３１】
また、スクリューオーガ６の先端部７ａに設けられる掘削部９としては、図１０に示すようなスクリューオーガ先端に位置するスパイラル翼８の先端に掘削爪１０を設ける構成を例示することができる。図２に例示したようなスクリューオーガ先端に掘削爪１０を突設した構造の掘削部としたり、図５や図６のようにスパイラル翼８の先端に掘削爪１０を設けた構造の掘削部として、この掘削爪１０で填充材置換上端部を整形すると、上端部は爪の形状通りに整形されるため、填充材が固結したときに凹凸ができる。従って、後工程で置換コラム上端面の再整形作業が必要となる。このことにより掘削爪１０としては、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すような平爪１０ａとすると平面状に仕上げることができるので再整形作業が不要となり好ましい。
【００３２】
填充材は、前記したとおり、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材である。
前記填充材は、セメント単独でもよく、他に混和材や混和剤を含んでいるものでもよく、填充材は特に制限されるものではないが、土砂や骨材を含まない填充材であることが望ましい。なお、骨材とはコンクリートでいう細骨材や祖骨材を意味し、高炉スラグやフライアシュ等の粉体は骨材ではない。土砂や骨材を含む填充材を使用すると従来技術に付いて記載したような欠点が生じる。特に好ましい填充材として水硬性を有する粉体とポゾラン性を有する粉体と水を主成分とする混合物からなり、練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を経済的かつ置換性において好ましいものとして例示することができる。
この特に好ましい填充材によれば、安価なフライアッシュや高炉スラグ粉体を填充材に使用することにより、填充材のコストを下げることが出来るし、填充材の配合を調整することにより、任意の強度を発現するようにすることが可能になる。
なお、填充材には、増粘材（例えば、塩基性炭酸マグネシウム、ベントナイト、メチルセルロースやカルボキシメチルセルロースなど）、減水剤および流動化剤などを添加してもよい。
【００３３】
また、練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定することで、掘削孔内における流動充填性を確保し、また孔壁崩壊を防ぎ、さらに置換範囲上方の土砂が置換されて填充材中に落ち込むことを防ぐことが出来る。練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０ｍｍ〜４００ｍｍとするのは、１５０ｍｍ未満では、施工時に時間がかかりすぎるか、施工不能になり、４００ｍｍを超えると置換された填充材（固化体）中に土砂が多く混入される可能性が高くなるためである。
【００３４】
この填充材の練り上がり時乃至施工時のコンシステンシー（軟らかさの程度、粘性）を、テーブルフロー値で１５０ｍｍ〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定すると、填充材で置換された未硬化の固化体（コラム）中に置換範囲上方の土砂が落ち込むことを防ぐことができる。１５０ｍｍ未満では粘度が高すぎてポンプで供給することが困難となり、今のところ施工不可であり、４００ｍｍを超えると粘度が低すぎて土砂の落ち込みを防ぐのに不充分であるからである。
ここでテーブルフロー値とは、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に示すセメントの物理試験方法のフロー値の測り方により測定した値である。
ただし、ＪＩＳにおいては、フローテーブルの直径は３００ｍｍであるが、この発明では直径３００ｍｍのテーブルの上に直径５００ｍｍの板を固定してフロー値を測定した。
【００３５】
そして、この発明によれば先端に掘削部９を有するスクリューオーガ６を正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該スクリューオーガ６の先端部７ａから吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該スクリューオーガ６を引上げ、コラムの置換予定上端位置に達したら、該オーガ６の引上げと該填充材の吐出を停止させ、その後スクリューオーガ６を引上げることによって置換コラムを築造することができる。なお、填充材の吐出を停止させるときに該スクリューオーガの引上げを一時停止すると、置換コラムの頭部形成上好ましい。
【００３６】
図１１はこの発明の第２の実施の形態を施工工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示す正面説明図である。
先ず、図１１（ａ）に示すようにスクリューオーガ６を地盤Ｇの杭心位置にセットし、スクリューオーガ６を正回転させながらコラムの所定深度まで掘進する。図１１（ｂ）に示すようにスクリューオーガ６が所定深度に到達したら掘進を停止し、スクリューオーガ６の先端部７ａの吐出口１１より填充材を吐出しつつ、図１１（ｃ）に示すようにスクリューオーガ６を正回転で引上げる。この場合、正回転する代わりに実質的に無回転で引上げてもよい。なお、この時の填充材の吐出量を、スクリューオーガ６の引上げ量に見合う（相当量）量とすることが、オーガ６の引上げ時にオーガ６の下部に空隙が生ずることなく置換できるので好ましい。
このスクリューオーガ６の正回転での引上げが、図１１（ｄ）に示すように置換予定上端位置、本例では空掘り部１５を残す位置、まで到達したらスクリューオーガ６の引上げと填充材の吐出を停止させ、その後スクリューオーガ６を逆回転させながら引上げる。この場合、正回転で引上げても実質的に無回転で引き上げることも可能である。スクリューオーガ６の逆回転では、掘削土は排出されないので、この第２の実施の形態では図１１（ｅ）に示すように地上側に空掘り部１５を残した所定長の置換コラム１４が築造される。
このように、空掘り部を設ける場合、スクリューオーガを逆回転させながら引上げると、空掘り部に掘削土を残置させ得るが、空掘り部に掘削土を残置させる必要がない場合、もしくは粘性土のように掘削土がオーガに付着して逆回転しても落下しないような場合には、オーガを実質的に無回転状態、もしくは正回転で引上げてもよい。このとき、オーガを無回転で引上げると、オーガ先端部に負圧が発生する可能性が無いとは言えないので、引上げ速度は遅くした方がよい。ただし、回転させた場合には無回転の場合に比べると負圧が発生しにくい。
【００３７】
次に、実施例、比較例を示す。なお、実施例１および比較例において、使用材料および試験方法は次の通りである。Ｗは水、Ｃは普通ポルトランドセメントを示し、増粘剤は、塩基性炭酸マグネシウム（以下、ＭＣと表記する）を使用した。
使用材料
（１）普通ポルトランドセメント
（２）塩基性炭酸マグネシウム（ＭＣ）
試験方法
（１）一軸圧縮試験方法：ＪＩＳ Ａ １２１６
（２）フロー値：ＪＩＳ Ｒ ５２０１
（３）供試体の作製方法：ＪＧＳ ０８２１
【実施例１】
【００３８】
造成された埋土地盤で、施工機を用いて前記図１１に示す第２の実施の形態の施工方法、即ち、先端に掘削部９を有するスクリューオーガ６を正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、土砂や骨材を含まない填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、該スクリューオーガ６を正回転で引き上げ、コラムの置換底位置予定上端位置に達したら、該オーガ６の引上げと該填充材の吐出を停止させ、その後スクリューオーガ６を逆回転させながら引き上げることによって地上側に空掘り部１５を残した置換コラムを築造する施工方法において、表１および表２に示す施工仕様および施工条件により置換コラムを築造した。
置換コラムNo.２〜５が実施例１である。
【比較例】
【００３９】
前記実施例１と同様に築造した置換コラムNo.１およびNo.６が比較例である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
この実施例１および比較例においては、
（１）埋土地盤は砂質土主体の緩い地盤であった。また、地下水位は埋土層には存在しなかった。
（２）置換コラムは、配合条件をＷ／Ｃ＝３０〜６０％、ＭＣ／Ｃ＝０．０％として５本（No.１、２、３、５、６）、配合条件をＷ／Ｃ＝４０％、ＭＣ／Ｃ＝０．５％として１本（No.４）、計６本を築造した。No.１とNo.６は比較例である。
（３）いずれも置換コラムの直径は０．７ｍとし、地表面から１．０ｍの空掘り部を存在させ、置換コラムの長さは２．０ｍとした。
（４）同じ試験No.において施工時の填充材のコンシステンシーとプラントから採取した填充材のコンシステンシーは殆ど同じであるとみなせる範囲内の値を示し、表１と後述の表３とを比較すると、施工可能であるときの施工時の填充材のコンシステンシーはフロー値で２１２〜４３０ｍｍでありＷ／Ｃが小さくなるほど大きくなった。
後述の表３でフロー値として示したのは、施工時にプラントから採取した填充材をＪＩＳ Ｒ ５２０１に示すセメントの物理試験方法のフロー値の測り方により測定したテーブルフロー値である。なお、ＪＩＳ Ｒ ５２０１によるテーブルフロー値の測定では、フロー試験器の計測範囲が最大３００ｍｍまでなので、３００ｍｍ以上のフロー値の測定では、フロー試験器のフローテーブルに、径の大きいテーブル板を接合して計測を行った。
【００４３】
（５）施工可能な填充材の２８日強度は、プラントから採取した填充材を紙製モールドに詰めて作製した供試体(表３ではプラントコアと表記する。)で２１.３〜３７.６Ｎ／ｍｍ２であった。置換コラムの硬化後にコアマシンを用いて採取した抜き取りコア（表３では抜き取りコアと表記する。）で１２.１〜３９.０Ｎ／ｍｍ２であった。
（６）No.６の配合条件をＷ／Ｃ＝３０％、ＭＣ／Ｃ＝０．０％とした填充材は、粘性が高く安定したポンプ圧送が困難であったため、置換コラムを築造することが出来なかった。この配合条件におけるコンシステンシー（粘度）はテーブルフロー値（表中ではフロー値と表記）で１３５ｍｍであった。
（７）施工機は、８０トンクラスのクローラ型三点支持式杭打ち機を使用した。
（８）填充材を供給するためのポンプとして、表２に表示したように、置換コラムNo.１、２では、チューブ式ポンプを使用し、置換コラムNo.３、４、５、６ではスネーク式ポンプを使用した。
（９）ミキサーとして、表２に表示したように、置換コラムNo.１、２ではグラウトミキサーを使用し、置換コラムNo.３、４、５、６では、二軸強制練りミキサーを使用した。
【００４４】
また、この実施例１および比較例の施工試験結果は、表３の通りである。
【００４５】
【表３】
【００４６】
この試験結果によれば、比較例であるNo.１の填充材のテーブルフロー値が４３０ｍｍの置換コラム断面には多くの土塊が混入しており、材齢２８日の抜き取りコア供試体の強度も１２.１Ｎ／ｍｍ２であり、実施例であるコラムNo.２〜５に比べて最も小さな強度であった。また、比較例であるNo.１の抜き取りコア供試体の強度は、材令７日で８.５Ｎ／ｍｍ２、材令２８日で１２.１Ｎ／ｍｍ２であり、プラントコア供試体の材令７日強度の１２.７Ｎ／ｍｍ２、材令２８日強度の２１．３Ｎ／ｍｍ２に比べて、材令７日で約６７％、材令２８日で約５７％と小さい強度であった。因みに抜き取りコア供試体には多くの土塊が混入しており、プラントコア供試体には土塊の混入はなかった。
填充材のテーブルフロー値１３５ｍｍとしたNo.６の比較例では粘性が高すぎてポンプでの送給が不可であり、実施例であるコラムNo.２〜５のテーブルフロー値が２１２〜３１６ｍｍのものが土塊の混入量も少なく、強度も高く好ましいことを示している。また、実施例のコラムNo.２〜５では、プラントコア供試体と抜き取りコア供試体とを比較しても、強度に差はなくほぼ同じ品質のコラムであり、この発明の効果の高いことが理解できる。
【実施例２】
【００４７】
次に実施例２として普通ポルトランドセメント（下記の配合ではＣと表記する）、フライアッシュII種（下記の配合例では、Ｆと表記する）および水（下記の配合例ではＷと表記する）とを使用し、填充材の配合条件を下記のようにした。
Ｗ／（Ｃ＋Ｆ）＝４０％ Ｆ／Ｃ＝４．０
このようにして得た填充材を用いて、図１１に示す施工方法に基づいて施工した。なお、コラム径は７００ｍｍとし、空掘り長さを１．０ｍ、置換コラム長さを２．０ｍとした。
この填充材の練り上がり時のコンシステンシー（即ち、施工時の填充材のコンシステンシー）はテーブルフロー値で２１２ｍｍであった。
なお、施工時の回転数、施工速度、吐出量、置換体積等は、表２の試験コラム４と同じ条件で施工した。
施工後に置換コラムを掘り出したが、土塊の混入量は少なく、２８日後の一軸圧縮強度は８．６Ｎ／ｍｍ２であり、優れた置換コラムとなっていた。
【００４８】
なお、前記実施の形態および実施例は、この発明を制限するものではなく、この発明は要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が許容される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の第１の実施の形態を施工工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す正面説明図である。
【図２】連続スクリューオーガの正面図である。
【図３】置換コラム築造時のプラント設備等も例示した施工模式図である。
【図４】置換コラム築造時の図３とは異なるプラント設備等も例示した施工模式図である。
【図５】断続スクリューオーガの正面図である。
【図６】他の断続スクリューオーガの正面図である。
【図７】ケーシングオーガの正面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図８】リング付き断続スクリューオーガの正面図（ａ）およびリング部分を断面で示す側面図（ｂ）である。
【図９】上部小径スクリューオーガの正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図１０】スクリューオーガの掘削部の構成を例示（ａ）（ｂ）する正面図である。
【図１１】この発明の第２の実施の形態を施工工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示す正面説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 施工機
３ リーダ
４ オーガモータ
５ 給進装置
６ スクリューオーガ
７ オーガ軸
７ａ オーガの先端部（先端）
８ スパイラル翼
８ａ ｌ枚羽根のスパイラル翼
８ｂ ２枚羽根のスパイラル翼
９ 掘削部
１０ 掘削爪
１０ａ 平爪
１１ 吐出口
１２ ケーシング
１２ａ 掘削爪
１３ リング
１４ コラム
１５ 空掘り部
２０ プラント設備
２１ ミキサー
２２ サイロ
２３ 水槽
２４ ポンプ
２５ グラウトホース
２６ 流量計
【技術分野】
【０００１】
この発明は、土木・建築構造物の基礎工法としてのコラムの置換築造方法および置換コラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
土木・建築構造物の基礎工法として、従来、深層混合処理工法、流動化処理土工法、ＰＩＰ杭工法およびＲＧパイル工法等が提案されている。
深層混合処理工法は、地盤中に掘削撹拌混合装置を挿入し、固化材を填充しながら同時に原地盤と撹拌混合することにより、地盤中に円柱状の地盤改良体を築造する工法（例えば、特許文献１参照）であり、掘削撹拌混合装置を地盤中に掘進させる時に固化材を填充する方法と、逆に上方へ引上げるときに固化材を填充する方法がある。また、固化材は水と撹拌混合してスラリー状にして使用する方法と、固化材を粉末状のまま使用する方法とがある。
流動化処理土工法は、連続スパイラルオーガにより掘削排土した土砂を地上のミキサーで固化材と混合し、ソイルセメントとした後、該ソイルセメントを掘削した場所に再び戻すことにより地盤改良を行うものである（例えば、特許文献２および３参照）。
ＰＩＰ杭工法は、連続したフライトをもつオーガの中空のシャフトの頭部に駆動装置を取り付け、この装置全体を櫓に吊り下げ、地中に回転させながら所定の深さまで掘削し、所定の深さに達したら、シャフト先端部よりモルタルを圧入しながら徐々に引上げることによってモルタル杭を造成し、オーガ引上げ後ただちに鉄筋篭または形鋼をモルタル杭の中に建て込むものである（例えば、特許文献４および非特許文献１参照）。
また、ＲＧパイル工法は、中空軸を有するアースオーガの回転により土砂を上方に排除しながら所定の深さまで掘削し、次にオーガを引上げつつ、中空軸先端オーガヘッドの噴出口からモルタルを圧入して地中に場所打パイルを造成するものである（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４７２２８号公報（請求項３、０００２）
【特許文献２】特開平８−２６０４５０号公報（請求項１）
【特許文献３】特許第３２８０７１０号公報（請求項１）
【特許文献４】特許第３３０６４６０号公報（０００２）
【非特許文献１】地下連続壁工法 設計・施工ハンドブック 社団法人日本建設機械化協会編 技報堂出版株式会社発行(第４２７頁〜第４３０頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記深層混合処理工法においては、次のような課題がある。
（１）固化材を填充しながら同時に原地盤と撹拌混合することにより、地盤中に地盤改良体を築造する工法であるため、改良対象地盤の土質の構成や物性が一定でないことに起因して、改良土の品質は特に一軸圧縮強度のバラツキが大きいという欠点がある。そのため、改良する目標強度をバラツキに相応する分だけ設計強度よりも大きくしなければならず、固化材添加量が増え、不経済であった。
（２）深層混合処理工法においては、粘着力の大きな粘性土地盤では共回り現象の発生により混合不良が発生し、目標とする品質を確保出来ないことがあった。
（３）有機質土やピート等の有機質分が多量に含まれている土層やロームや赤ボク黒ボク等の火山灰質粘性土では固化材の硬化不良が発生したりして、目標とする品質を確保出来ないことが多かった。
（４）有機質分が多量に含まれている地盤では、固化材添加量を多く必要とするため、不経済であった。
（５）地盤が複数の土層で構成されている場合は、強度発現が最も低い土層に必要な固化材添加量で全深度範囲に吐出するため、他の土層部分には必要以上の量の固化材を添加しなければならず、不経済であった。また、その分だけ建設発生土（残土）量が増え、環境に対する負荷が大きかった。
（６）撹拌混合が確実に行われたとしても、ソイルセメントの発現強度は改良対象の土質に依存するため、事前に予想していない土質が出現した場合には改良強度が目標値に達せず不良工事になる恐れがあった。
（７）建築基礎に使用される深層混合処理工法では改良強度が１〜３Ｎ／ｍｍ２程度であり、これに起因して、ラップルコンクリートに比較して同一荷重を支持するのにより広い面積を改良する必要があった。これに伴い、地盤改良に要する改良対象土量が増えるのみならず、基礎のフーチング体積も増えるため、建設コストが増大していた。
【０００４】
また、前記流動化処理土工法にも次のような課題がある。
（１）地上のミキサーで現地の土砂と固化材を混合するため、現地発生土砂を使用するので、施工対象地盤の土質の物性に起因して、改良後の品質は施工対象地盤毎にバラツキが大きいという欠点がある。また、現地発生土砂を使用するため、特に現地土砂が有機質土の場合、所望の一軸圧縮強度を得るために多量のセメントを必要とし、不経済となる場合がある。
（２）掘削土砂を地上へ排出し、それを地上のミキサーで固化材と混合してスラリー状のセメントミルクとし、再び元の位置へ戻す工程であるため、施工工程が増え、コストが高い。
（３）一時的とはいえ、改良すべき箇所の土砂を掘削し除去するため、それまでの上載荷重による応力バランスが崩れて支持地盤が緩む。そのため、掘削底地盤の支持力が低下する。
（４）土砂を除去した底面の処理を丁寧にしないと、場所打ち杭の先端スライムと同様な初期沈下の問題が発生する。
【０００５】
さらに、ＰＩＰ杭工法およびＲＧパイル工法にも次のような課題がある。
（１）モルタル製造に用いる細骨材の水分管理が必要であり、現実的に品質のバラツキが生ずる。
（２）モルタルは細骨材を含有しているため、モルタルはフロー値が１８〜２０秒の流動性の高いものを使用せざるを得なく、ブリージングが発生しやすくなるばかりか、掘削土砂等がモルタル中に落ち込み、モルタル中に土砂等が塊状に混入される。
（３）砂質、砂質シルト層などでは、湧水、地下水圧を伴い孔壁崩壊が起る可能性があるので、掘削に際しベントナイト泥水、またはこれに少量のセメントを混合したものを用いる必要がある。また、ベントナイトは産業廃棄物に指定されている汚泥となるため後の処理に莫大な費用が発生する。
（４）その結果、モルタル柱底面と支持地盤との間にスライム層が形成されるため、スライム処理工程が必要となる。
（５）また、ＰＩＰ杭工法およびＲＧパイル工法では、モルタル充填後、鉄筋篭等を挿入するため、基礎スラブ底面以浅までモルタルを注入し、結果として根切り時の頭部整形が困難となる。
この発明の目的は、このような課題を解決することであり、対象地盤の性状に左右されず、安定した品質のコラムの築造方法を提供することであり、安定した品質のコラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、このような課題を解決せんと提案されたものであり、この発明のコラムの置換築造方法は、先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げることにより、地盤土が填充材で置換されたコラムとすることを特徴とする。
この発明でスクリューオーガの正回転とは、地盤の掘削土がスクリューオーガで地上側に排土される回転を指す。また、実質的に無回転という表現は、回転させていない状態や実質的に回転しないとみなせる非常に低速な回転数で正回転や逆回転する状態を含む表現である。
【０００７】
このコラムの置換築造方法によれば、原地盤と填充材を撹拌混合することがないので地上のミキサーで混練したものとほぼ同じ品質の固化体（コラム）を得ることができるし、深層混合処理工法によるコラムに比べて品質のバラツキを非常に小さくすることができるし、また、固化体（コラム）の強度を任意に設定し、それを実現することが容易に出来るし、所定の置換範囲内を置換しその上方の非置換範囲の土砂を排土せずにそのまま残置することが可能となる。特に、填充材は、練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーが、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍであるのは、１５０ｍｍ未満では、施工時に時間がかかりすぎるか、施工不能になり、４００ｍｍを超えると置換した未硬化の固化体中に土砂が多く混入される可能性が高くなるためである。上記した範囲のテーブルフロー値を有する填充材であれば、掘削孔内における流動充填性を確保し、また孔壁崩壊を防ぎ、さらに置換された填充材中に置換範囲上方の土砂が落ち込むことを防ぐことが出来る。なお、上記の現象が非常に少なくなり、高品位のコラムとするためには、填充材のコンシステンシーが、テーブルフロー値で１５０ｍｍ〜３３０ｍｍとすることがさらに好ましい。また、この填充材として使用する混合物が水硬性を有する粉体の他に添加材や添加剤を加えた混合物であっても上記したコンシステンシーの範囲内であれば填充材として使用できる。添加剤等を加えることにより填充材の配合を調整して任意の強度を発現するようにすることが可能になるし、例えば、安価なフライアッシュや高炉スラグ粉体を混和材として填充材に使用することにより、填充材のコストを下げることが出来る。なお、水硬性を有する粉体としては、例えばポルトランドセメント（普通、早強、中庸熱）、高炉セメント、フライアッシュセメント、セメント系固化材等の所謂セメントが例示できる。
【０００８】
また、この発明のコラムの置換築造方法で使用可能なスクリューオーガとして、スパイラル翼が連続スパイラルスクリューであるオーガ、スパイラル翼が断続スパイラルスクリューであるオーガ、オーガが少なくともコラム築造長に相当する長さの円筒形のケーシングに覆われているオーガおよびスパイラル翼が複数の断続スパイラルスクリューからなり、かつ該断続スパイラルスクリューのうち少なくともコラム築造に直接関わる部分には外周に円筒状のリングが固設してあるオーガ、等を挙げることができる。
【０００９】
スパイラル翼が連続スパイラルスクリューであるオーガによれば、汎用的なスパイラルスクリューオーガを使用することにより、容易に置換作業が出来る。
スパイラル翼が断続スパイラルスクリューであるオーガによれば、砂質地盤や礫質地盤のような崩壊性の地盤では、連続スパイラルスクリューで掘進すると、必要以上に掘削土を排出する可能性があるので、断続スパイラルスクリューオーガを使用することにより排土量を低下させ、周辺地盛の乱れを少なくすることが出来る。その結果として支持地盤の乱れや緩みを少なくすることができる。また、断続スパイラルスクリューの外径は掘削翼径と同一である必要はなく、小径にすればさらに排土量を低下させることが可能になる。
【００１０】
また、オーガが少なくともコラム築造長に相当する長さの円筒形のケーシングに覆われているオーガによれば、削孔周辺部の土砂をスパイラルスクリューにより過剰に引き込むことを防ぐため、周辺地盤を緩めることなく、原地盤との置換がより確実になる。それと共に支持地盤が緩められることなく、置換したコラムの支持力が低下することがない。前記円筒形のケーシングは、スクリューオーガと同軸的に、かつ相対的に正逆回転可能に装着されていてもよい。
さらに、スパイラル翼が複数の断続スパイラルスクリューからなり、かつ該断続スパイラルスクリューのうち少なくともコラム築造に直接関わる部分には外周に円筒状のリングが固設してあるオーガによれば、簡便な装置でケーシングを使用するときと同様に確実な原地盤との置換ができる。また、地上に引上げたオーガの土砂落とし作業がケーシングを使用するときに比べて容易に出来る。
【００１１】
また、スクリューオーガの先端に有する掘削部として、スクリューオーガ先端に設けられた掘削翼およびスクリューオーガ先端に位置するスパイラル翼先端に設けられた掘削爪を例示できる。この掘削翼の掘削爪およびスパイラル翼先端の掘削爪は、掘削（特に硬質地盤）において威力を発揮するが、これは平爪であってもよい。
掘削部の存在で掘削効率が向上する。また、掘削爪を設けたスパイラル翼先端または掘削爪を突設した掘削翼で填充材置換上端部を整形すると、上端部は爪の形状通りに整形されるため、填充材が固結したときに凹凸ができる。したがって、後工程で置換コラム上端面の再整形作業が必要となる。平爪を用いることにより、置換工程で平面状に仕上げることが出来るので再整形作業が不要となる。
【００１２】
また、この発明の置換コラムは、先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げることによって築造されている。
また、コラムの置換予定上端位置が地表面以深である場合（即ち、地表側に空掘り部を残して築造する置換コラムの場合）、この発明の置換コラムは、正回転または実質的に無回転で引上げる際、該オーガ先端部がコラムの置換予定上端位置に達したら、該オーガーの吐出口からの該填充材の吐出を停止し、さらに該オーガを逆回転乃至正回転させながら地上へ引上げることにより築造されている。
【００１３】
この置換コラムは、原地盤と填充材とが撹拌混合される工程がないので、地上のミキサーで混練したものとほぼ同じ状態の品質であるし、品質にばらつきが少ない。
また、置換範囲上方に土砂が残置された場合でも、填充材のテーブルフロー値が小さいため土砂が、填充材中に落ち込み混入されていないので品質のよい置換コラムとなる。
この置換コラムは、水硬性を有する粉体を原料とするコラムであっても、水硬性を有する粉体の他に添加材や添加剤を加えた混合物からなるコラムであってもよく、上記したコンシステンシーの範囲内である填充材とすることが可能であれば、添加剤等を加えることにより填充材の配合を調整して任意の強度を発現するコラムにすることが容易に提供できるし、例えば、安価なフライアッシュや高炉スラグ粉体を混和材として填充材に使用することにより、コストを下げることが出来る。
【００１４】
なお、逆回転乃至正回転という表現には実質的に無回転の場合も含んだ表現である。
また、填充材を吐出しつつ、スクリューオーガを正回転で引上げると、オーガのスパイラル翼上にある土砂や土塊が落下しにくいので、填充材と原位置土との置換がより確実に行なわれやすい。特に原位置土が粘着力の小さな砂質系地盤のときに効果がある。
一方、原位置土が粘着力の大きな粘性土のように落下の虞がないような地盤の場合には、実質的に無回転で引上げても土塊が殆ど含まれない置換コラムの築造が可能となる。しかし、原位置土が粘性土の場合であっても正回転でオーガを引上げる方が、思わぬ地層の出現にも対応できるので好ましい。
また、置換コラムの周辺地盤が堅固であれば、吐出圧力をスクリューオーガ引上げの補助手段として利用することも可能である。
更に、空掘り部を設ける場合、スクリューオーガを逆回転させながら引上げると、空掘り部に掘削土を残置させ得るが、空掘り部に掘削土を残置させる必要がない場合、もしくは粘性土のように掘削土がオーガに付着して逆回転しても落下しないような場合には、オーガを実質的に無回転状態、もしくは正回転で引上げてもよい。このとき、オーガを無回転で引上げると、オーガ先端部に負圧が発生する可能性が無いとは言えないので、引上げ速度は遅くした方がよい。ただし、回転させた場合には無回転の場合に比べると負圧が発生しにくい。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のコラムの置換築造方法および置換コラムによれば、次のような効果を奏する。
（１）原地盤と填充材を撹拌混合することがないので地上のミキサーで混練したときとほぼ同じ状態（品質）の固化体（コラム）を得ることができる（請求項１）。
（２）同様の理由から、深層混合処理工法によるコラムに比べて品質のバラツキを非常に小さくすることができる（請求項１）。
（３）練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定することで、置換コラムの施工中などに上方の土砂が置換された填充材中に落ち込むことを防ぐことが出来る（請求項１）。従って、地上のミキサーで混練した状態とほぼ同じ品質のコラムが築造でき、一軸圧縮強度のバラツキの小さい置換コラムの築造ができる。
（４）練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定することで、置換コラムの施工中などに上方の土砂が置換された填充材中に落ち込むことを防ぐことが出来るので、所定の置換範囲内を置換しその上方の非置換範囲の土砂を排土せずにそのまま残すことが可能となる。即ち、置換コラムの上方に空堀部を存在させることが可能となる。
【００１６】
（５）また、この発明の置換コラムは、原地盤と填充材が撹拌混合されておらず、地上のミキサーで混練したときと同じ状態のもので置換されているので高品質であるし、品質にばらつきが少ない（請求項２）。
（６）練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定して得た置換コラムなので、填充材で置換された未硬化の固化体（コラム）中に土砂が混入されていない品質の高いものとなる（請求項２）。
この発明の置換コラムは高い品質のものとすることができるので、従来の地盤改良コラムに比して同一荷重を支持するために少ない面積のコラムで充分となる。そのため基礎のフーチング体積も小さくなり、フーチングのコンクリート量の低減のみならず、フーチング構築に伴う建設発生土の減少を図ることが可能となり、建設コストを大幅に縮減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を図面と共に詳細に説明する。
図１はこの発明の第１の実施の形態を施工工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す正面説明図である。
先ず、図１（ａ）に示すようにスクリューオーガ６を地盤Ｇの杭心位置にセットし、スクリューオーガ６を正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置まで掘進する。この掘進抵抗が大きく掘進が困難な場合は、エヤーや少量の水などを補助手段をして吐出しながら掘進してもよい。この時のスクリューオーガ６は正回転であるので、スクリューオーガ６により地盤Ｇの掘削土が地上に排出されつつ掘削される。
図１（ｂ）はスクリューオーガ６が掘進しコラムの置換底位置（以下、所定深度という）に到達した状態を示している。
スクリューオーガ６がコラムの所定深度に到達したら、掘進を停止し、次に図１（ｃ）に示すようにオーガ先端部７ａの吐出口１１より填充材を吐出しつつ、スクリューオーガ６を正回転で引上げる。この場合、正回転する代わりに実質的に無回転で引上げてもよい。
スクリューオーガ６の先端部７ａより下方に形成された空間に填充材が吐出され空洞が発生しないように引上げ速度と吐出量をバランスさせながら充填しつつ引上げれば、スクリューオーガ６の下方に置換コラム１４が形成される。
【００１８】
なお、填充材を吐出しつつ、スクリューオーガ６を、図１（ｃ）に示すように、正回転で引上げると、オーガのスパイラル翼上にある土砂や土塊が落下しにくいので、填充材と原位置土との置換がより確実に行なわれやすい。特に原位置土が粘着力の小さな砂質系地盤のときに効果がある。一方、原位置土が粘着力の大きな粘性土のように落下の虞がないような地盤の場合には、実質的に無回転引上げても土塊が殆ど含まれない置換コラムの築造が可能となる。しかし、原位置土が粘性土の場合であっても正回転でオーガを引上げる方が、思わぬ地層の出現にも対応できるので好ましい。
また、置換コラムの周辺地盤が堅固であれば、吐出圧力をスクリューオーガ引上げの補助手段として利用することも可能である。つまり、吐出圧を掘削部９の下面で受けることにより、引上力を得ることができる。
次に、前記スクリューオーガ６の引上げが、図１（ｄ）に示すようにコラムの置換予定上端位置、図１に示した例では地表面に到達したら、スクリューオーガ６の駆動と填充材の吐出を停止する。これにより所定長の置換コラム１４が築造される。
図１（ｄ）では、地表面まで置換コラム１４が築造されているが、任意の位置で填充材の吐出を停止し、上部に填充材が存在しないようにしてもよい。
【００１９】
上記図１に示したスクリューオーガ６は、図２に正面図で示した連続スクリューオーガ６である。このスクリューオーガ６は、オーガ軸７にスパイラル翼８が連続して設けられたスクリューオーガ６であり、先端７ａに掘削部９および吐出口１１が設けられている。この図では、スクリューオーガ６の先端に位置するスパイラル翼の先端部が該掘削部９に該当し、先端部には複数の掘削爪１０が突設されている。なお、オーガ軸７の先端に設けられた掘削爪も掘削部９の一部であるといえる。また、吐出口１１はオーガ軸７の先端部７ａに下向きに開口しているものでも、オーガ軸７の先端周面部に横向きに開口したものでもよい。この連続スクリューオーガ６は、スパイラル翼８が連続しているので、掘削の際の掘削土の排出の能力は高くなる。また、地上での連続スクリューオーガからの土砂落としは通常の方法（例えば、バックホウ等を用いる方法）で容易に実施できる。
【００２０】
図３は、上記図１に示した置換コラム築造時のプラント設備等も例示した施工模式図である。即ち、この発明の置換コラムの築造においては、図３に示すように施工機１とプラント設備２０を用いて施工される。施工機１には、リーダ３が起倒自在に立設されており、このリーダ３にスイベルを備えるオーガモータ４が摺動自在に設けられて構成される。図３においては施工機１としてクローラタイプの台車部２を有しているものを示しているが、車輪を有する台車式でも、台車部が存在しない載置式であってもよい。オーガモータ４は、給進装置５が連結されて進退する。給進装置５としては、吊り上げ、引き込み可能なウインチを挙げることができるが、これは他の手段であってもよい。例えば、駆動モータからのスプロケットを介して駆動伝達されるフィールドチェーン又は油圧シリンダ等を例示できる。図示しないが施工機１をクレーン式施工機として、リーダ３を吊す方式のものでもよい。
【００２１】
また、オーガモータ４は、オーガモータ４に連結したスクリューオーガ６を正逆回転駆動させる駆動機構を内蔵する。従って、オーガモータ４に連結されたスクリューオーガ６には、給進装置５で掘進力および引抜力が付与され、オーガモータ４の駆動機構で正逆の回転力が付与される。従って、オーガモータ４に連結されたスクリューオーガ６は、正回転させながら掘進させることも、正転させながら引上げることも、また、逆回転させながら掘進させることも、逆転させながら引上げることもできるし、実質的に無回転で引き上げることもできるし、更に、掘進及び引上げるとき任意の位置で停止させることもできる。
なお、定速制御装置を有する施工管理機器により掘進速度と引上速度を一定に保つことができる。また、流量計２６により吐出量を一定に保つことができる。従って、空洞部が発生しないように引き上げ速度と吐出量をバランスさせながら原地盤土を填充材に置換することができる。
【００２２】
一方、プラント設備２０は、図３に示すようにミキサー２１、サイロ２２、水槽２３およびポンプ２４等を備え、填充材を水と共にミキサー２１（図３ではグラウトミキサーが示されている。）で撹拌・混合してスラリー乃至モルタル化したものを、ポンプ２４（図３ではでチューブポンプが示されている。）でグラウトホース２５を介して供給するものである。ポンプの吐出口近傍乃至このグラウトホース２５の途中には、流量計２６が配置される。ポンプの吐出口近傍乃至このグラウトホース２５の途中に配置した流量計２６により、填充材の供給量が判り、オーガ引上げにより生ずる空隙量に見合うように填充材の供給量を管理する。
【００２３】
また、図４中に示したプラント設備２０ではグラウトミキサーの代わりにパン式強制練りミキサー２１（なお、図示しないがパン式強制練りミキサーの代わりに二軸強制撹拌式ミキサーも使用できる。）が示され、チューブポンプの代わりにスネーク式ポンプ（スクリューポンプ）２４が示されている。スネーク式ポンプ（スクリューポンプ）２４は、２条の内ねじを持つステータの中をステータの半分のピッチを持つ１条のねじのロータの回転によって、一定容積が脈動することなく押し出される機構のものである。
また、ポンプとしての能力があればプランジャー式のポンプも使用できるが、図４に示すようにポンプ２４をスネーク式ポンプ（スクリューポンプ）とすると、練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーが低い（硬い）もの（例えば、テーブルフロー値で１５０〜２６０ｍｍのもの）でも填充材を該オーガ先端部に供給し、該填充材を該オーガ先端部から吐出するようにして施工できるので特に好ましい。このようにコンシステンシーが低いものでも図４に示したパン式強制練りミキサーや図示しない二軸強制撹拌式ミキサーを用いることにより混練可能である。
【００２４】
一方、スクリューオーガ６は、中空のオーガ軸７にスパイラル翼８を設けた構成であって、オーガ先端部７ａに掘削部９および吐出口１１を有する。オーガ軸７の中空部もしくは該中心部に設けた管路は、填充材の通路となる。填充材はプラント設備２０において作られ、グラウトホース２５を介し圧送されオーガモータ４のスイベルを介しオーガ軸７の中空部（通路）を通り、先端の吐出口１１から吐出される。
なお、吐出口１１は、オーガ軸７の下端面乃至下端部側面に設けることができるが、下端面に設ける方が先端部の置換性の点から好ましい。
【００２５】
スクリューオーガとしてスパイラル翼８が連続する連続スクリューオーガ６を、図１や図２に示すように、代表例で示している。しかしスクリューオーガ６としては種々のタイプのものが存在し、実施可能なものであれば特に限定されるものではない。
即ち、図２に示すスクリューオーガ６を図５乃至図９に示す等の他のスクリューオーガに代えても同様に実施できることはいうまでもない。また、実施の形態では施工機１は省略してあるが、前記図３および図４に示した実施の形態のようにスクリューオーガ６は施工機１に連結されて施工されるものである。
また、使用する填充材は、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材である。
【００２６】
次に図２を用いて説明済みの連続スクリューオーガ以外のスクリューオーガについて図面を用いて説明する。
図５は断続スクリューオーガの正面図で、オーガ軸７に１枚羽根８ａのスパイラル翼８が断続（間欠的）して設けられたスクリューオーガ６であり、この図では、下端のスクリュー部分が掘削翼であるともいえる部分であり、先端７ａに掘削部９および吐出口１１が設けられている。この図では、スクリューオーガ６の先端に位置するスパイラル翼の先端部が該掘削部９に該当し、先端部には複数の掘削爪１０が突設されている。なお、ロッド部の先端に設けられた爪も掘削部９の一部である。この点は以下の図でも同じである。
【００２７】
図６は他の断続スクリューオーガの正面図で、オーガ軸７に２枚羽根８ｂ、８ｂのスパイラル翼８が断続（間欠的）して設けられたスクリューオーガ６であり、この図でも、下端のスクリュー部分が掘削翼であるともいえる部分であり、先端７ａに掘削部９および吐出口１１が設けられている。またこの図でも、スクリューオーガ６の先端部が掘削部９に該当する。この図５および図６に示す断続スクリューオーガ６は、掘削の際の掘削土の排土量を低下させることができ、周辺地盤の乱れを少なくすることができる。それ故に、支持地盤も乱れの少ないものとすることができる。
この図５や図６に示すスクリューオーガや後述するスクリューオーガでも地上でのスクリューオーガからの土砂落としは通常の方法（例えば、バックホウ等を用いる方法）で容易に実施できる。
【００２８】
図７はケーシングオーガの正面図（ａ）および断面図（ｂ）で、スクリューオーガ６が円筒状のケーシング１２内に同軸的に、かつ相対的に正逆回転可能に挿入されているものである。このケーシングオーガによればケーシング１２を備えているので、原地盤の掘削土の排出が確実となるし、填充材に周辺地盤からの地盤土の混入が防止される。それにより原地盤との置換がより確実となり、より品質のよい置換コラムが築造できる。図に示すようにケーシング１２の先端には掘削爪１２ａを設けてもよい。ケーシング１２の先端に掘削爪１２ａを設けると、掘削効率が向上するし、硬質地盤でも威力を発揮する。なお、円筒形のケーシング１２はスクリューオーガ６との間で同期回転してもよく、同期回転しなくともよい。また、スクリューオーガ６とケーシング１２とが各々独立に回転してもよく、ケーシング１２は無回転であってもよい。
なお、本ケーシング１２での地上での土砂落としは、側面に複数個の開口部を設けて地上部で排土する方法が用いられている。しかし砂質地盤に比べて粘性地盤では排土性が低下するという問題がある。
【００２９】
図８はリング付き断続スクリューオーガの正面図（ａ）およびリング部分を断面で示す側面図（ｂ）で、断続（間欠的）して設けられたスパイラル翼８の外周に円筒状のリング１３が固設されたものである。このリング１３は、断続して設けられた全てのスパイラル翼８の外周に固設する必要はなく、少なくともコラム築造に直接関わる部分のスパイラル翼８の外周に固設されていればよい。このリング付き断続スクリューオーガでは、少なくともコラム築造に直接関わる部分のスパイラル翼８の外周に円筒状のリング１３が固設されているので、掘削土の排土量を低下させ周辺地盤の乱れを少なくし、填充材への周辺地盤からの地盤土の混入も抑えられるので、原地盤との置換が確実となり、品質のよい置換コラムが築造できる。また、地上に引き上げたオーガの土砂落とし作業も、図７に示したケーシング１２を使用するときに比べて、容易となる。なお、リング部に閉じ込められた土砂は次のコラム施工時に容易に排出することができる。また、円筒状のリング１３におけるスパイラル翼は１枚である必要はなく、複数枚にすることもできるが、図６に見られるような複数枚にすることにより、円筒状リング１３の高さを小さくすることができる。
最下端部の円筒状のリング１３には下端周縁に掘削爪１３ａを設けることが好ましい。少なくとも最下端部のリング１３の下端部に掘削爪１３ａを設けると掘削効率が向上するし、硬質地盤でも威力を発揮する。また、最上部の円筒状のリング１３の上端周縁に掘削爪１３ａを設けて引き上げ時の抵抗を少なくしてもよい。なお、図８では最下端のスパイラル翼８の下端に平爪１０ａを設けた場合を示している。この図８では平爪１０ａの下端位置がリングの掘削爪１３ａの下端より上方に位置しているが、各々の位置を逆にしてもよい。
【００３０】
図９は上部小径スクリューオーガを示す正面図（ａ）および側面図（ｂ）で、スパイラル翼８の上部が小径となっているスクリューオーガ６である。即ち、スパイラル翼８の下部は大径Ｒ１であり、上部は小径Ｒ２となっている。この上部小径スクリューオーガ６によれば、連続スパイラル翼でありながら、掘削土の排出量を少なくすることができる。また、地上部での土砂落としは連続スクリューの場合と同様容易である。
【００３１】
また、スクリューオーガ６の先端部７ａに設けられる掘削部９としては、図１０に示すようなスクリューオーガ先端に位置するスパイラル翼８の先端に掘削爪１０を設ける構成を例示することができる。図２に例示したようなスクリューオーガ先端に掘削爪１０を突設した構造の掘削部としたり、図５や図６のようにスパイラル翼８の先端に掘削爪１０を設けた構造の掘削部として、この掘削爪１０で填充材置換上端部を整形すると、上端部は爪の形状通りに整形されるため、填充材が固結したときに凹凸ができる。従って、後工程で置換コラム上端面の再整形作業が必要となる。このことにより掘削爪１０としては、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すような平爪１０ａとすると平面状に仕上げることができるので再整形作業が不要となり好ましい。
【００３２】
填充材は、前記したとおり、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材である。
前記填充材は、セメント単独でもよく、他に混和材や混和剤を含んでいるものでもよく、填充材は特に制限されるものではないが、土砂や骨材を含まない填充材であることが望ましい。なお、骨材とはコンクリートでいう細骨材や祖骨材を意味し、高炉スラグやフライアシュ等の粉体は骨材ではない。土砂や骨材を含む填充材を使用すると従来技術に付いて記載したような欠点が生じる。特に好ましい填充材として水硬性を有する粉体とポゾラン性を有する粉体と水を主成分とする混合物からなり、練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を経済的かつ置換性において好ましいものとして例示することができる。
この特に好ましい填充材によれば、安価なフライアッシュや高炉スラグ粉体を填充材に使用することにより、填充材のコストを下げることが出来るし、填充材の配合を調整することにより、任意の強度を発現するようにすることが可能になる。
なお、填充材には、増粘材（例えば、塩基性炭酸マグネシウム、ベントナイト、メチルセルロースやカルボキシメチルセルロースなど）、減水剤および流動化剤などを添加してもよい。
【００３３】
また、練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定することで、掘削孔内における流動充填性を確保し、また孔壁崩壊を防ぎ、さらに置換範囲上方の土砂が置換されて填充材中に落ち込むことを防ぐことが出来る。練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーを、テーブルフロー値で１５０ｍｍ〜４００ｍｍとするのは、１５０ｍｍ未満では、施工時に時間がかかりすぎるか、施工不能になり、４００ｍｍを超えると置換された填充材（固化体）中に土砂が多く混入される可能性が高くなるためである。
【００３４】
この填充材の練り上がり時乃至施工時のコンシステンシー（軟らかさの程度、粘性）を、テーブルフロー値で１５０ｍｍ〜４００ｍｍ、好ましくは１５０〜３３０ｍｍに設定すると、填充材で置換された未硬化の固化体（コラム）中に置換範囲上方の土砂が落ち込むことを防ぐことができる。１５０ｍｍ未満では粘度が高すぎてポンプで供給することが困難となり、今のところ施工不可であり、４００ｍｍを超えると粘度が低すぎて土砂の落ち込みを防ぐのに不充分であるからである。
ここでテーブルフロー値とは、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に示すセメントの物理試験方法のフロー値の測り方により測定した値である。
ただし、ＪＩＳにおいては、フローテーブルの直径は３００ｍｍであるが、この発明では直径３００ｍｍのテーブルの上に直径５００ｍｍの板を固定してフロー値を測定した。
【００３５】
そして、この発明によれば先端に掘削部９を有するスクリューオーガ６を正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該スクリューオーガ６の先端部７ａから吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該スクリューオーガ６を引上げ、コラムの置換予定上端位置に達したら、該オーガ６の引上げと該填充材の吐出を停止させ、その後スクリューオーガ６を引上げることによって置換コラムを築造することができる。なお、填充材の吐出を停止させるときに該スクリューオーガの引上げを一時停止すると、置換コラムの頭部形成上好ましい。
【００３６】
図１１はこの発明の第２の実施の形態を施工工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示す正面説明図である。
先ず、図１１（ａ）に示すようにスクリューオーガ６を地盤Ｇの杭心位置にセットし、スクリューオーガ６を正回転させながらコラムの所定深度まで掘進する。図１１（ｂ）に示すようにスクリューオーガ６が所定深度に到達したら掘進を停止し、スクリューオーガ６の先端部７ａの吐出口１１より填充材を吐出しつつ、図１１（ｃ）に示すようにスクリューオーガ６を正回転で引上げる。この場合、正回転する代わりに実質的に無回転で引上げてもよい。なお、この時の填充材の吐出量を、スクリューオーガ６の引上げ量に見合う（相当量）量とすることが、オーガ６の引上げ時にオーガ６の下部に空隙が生ずることなく置換できるので好ましい。
このスクリューオーガ６の正回転での引上げが、図１１（ｄ）に示すように置換予定上端位置、本例では空掘り部１５を残す位置、まで到達したらスクリューオーガ６の引上げと填充材の吐出を停止させ、その後スクリューオーガ６を逆回転させながら引上げる。この場合、正回転で引上げても実質的に無回転で引き上げることも可能である。スクリューオーガ６の逆回転では、掘削土は排出されないので、この第２の実施の形態では図１１（ｅ）に示すように地上側に空掘り部１５を残した所定長の置換コラム１４が築造される。
このように、空掘り部を設ける場合、スクリューオーガを逆回転させながら引上げると、空掘り部に掘削土を残置させ得るが、空掘り部に掘削土を残置させる必要がない場合、もしくは粘性土のように掘削土がオーガに付着して逆回転しても落下しないような場合には、オーガを実質的に無回転状態、もしくは正回転で引上げてもよい。このとき、オーガを無回転で引上げると、オーガ先端部に負圧が発生する可能性が無いとは言えないので、引上げ速度は遅くした方がよい。ただし、回転させた場合には無回転の場合に比べると負圧が発生しにくい。
【００３７】
次に、実施例、比較例を示す。なお、実施例１および比較例において、使用材料および試験方法は次の通りである。Ｗは水、Ｃは普通ポルトランドセメントを示し、増粘剤は、塩基性炭酸マグネシウム（以下、ＭＣと表記する）を使用した。
使用材料
（１）普通ポルトランドセメント
（２）塩基性炭酸マグネシウム（ＭＣ）
試験方法
（１）一軸圧縮試験方法：ＪＩＳ Ａ １２１６
（２）フロー値：ＪＩＳ Ｒ ５２０１
（３）供試体の作製方法：ＪＧＳ ０８２１
【実施例１】
【００３８】
造成された埋土地盤で、施工機を用いて前記図１１に示す第２の実施の形態の施工方法、即ち、先端に掘削部９を有するスクリューオーガ６を正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、土砂や骨材を含まない填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、該スクリューオーガ６を正回転で引き上げ、コラムの置換底位置予定上端位置に達したら、該オーガ６の引上げと該填充材の吐出を停止させ、その後スクリューオーガ６を逆回転させながら引き上げることによって地上側に空掘り部１５を残した置換コラムを築造する施工方法において、表１および表２に示す施工仕様および施工条件により置換コラムを築造した。
置換コラムNo.２〜５が実施例１である。
【比較例】
【００３９】
前記実施例１と同様に築造した置換コラムNo.１およびNo.６が比較例である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
この実施例１および比較例においては、
（１）埋土地盤は砂質土主体の緩い地盤であった。また、地下水位は埋土層には存在しなかった。
（２）置換コラムは、配合条件をＷ／Ｃ＝３０〜６０％、ＭＣ／Ｃ＝０．０％として５本（No.１、２、３、５、６）、配合条件をＷ／Ｃ＝４０％、ＭＣ／Ｃ＝０．５％として１本（No.４）、計６本を築造した。No.１とNo.６は比較例である。
（３）いずれも置換コラムの直径は０．７ｍとし、地表面から１．０ｍの空掘り部を存在させ、置換コラムの長さは２．０ｍとした。
（４）同じ試験No.において施工時の填充材のコンシステンシーとプラントから採取した填充材のコンシステンシーは殆ど同じであるとみなせる範囲内の値を示し、表１と後述の表３とを比較すると、施工可能であるときの施工時の填充材のコンシステンシーはフロー値で２１２〜４３０ｍｍでありＷ／Ｃが小さくなるほど大きくなった。
後述の表３でフロー値として示したのは、施工時にプラントから採取した填充材をＪＩＳ Ｒ ５２０１に示すセメントの物理試験方法のフロー値の測り方により測定したテーブルフロー値である。なお、ＪＩＳ Ｒ ５２０１によるテーブルフロー値の測定では、フロー試験器の計測範囲が最大３００ｍｍまでなので、３００ｍｍ以上のフロー値の測定では、フロー試験器のフローテーブルに、径の大きいテーブル板を接合して計測を行った。
【００４３】
（５）施工可能な填充材の２８日強度は、プラントから採取した填充材を紙製モールドに詰めて作製した供試体(表３ではプラントコアと表記する。)で２１.３〜３７.６Ｎ／ｍｍ２であった。置換コラムの硬化後にコアマシンを用いて採取した抜き取りコア（表３では抜き取りコアと表記する。）で１２.１〜３９.０Ｎ／ｍｍ２であった。
（６）No.６の配合条件をＷ／Ｃ＝３０％、ＭＣ／Ｃ＝０．０％とした填充材は、粘性が高く安定したポンプ圧送が困難であったため、置換コラムを築造することが出来なかった。この配合条件におけるコンシステンシー（粘度）はテーブルフロー値（表中ではフロー値と表記）で１３５ｍｍであった。
（７）施工機は、８０トンクラスのクローラ型三点支持式杭打ち機を使用した。
（８）填充材を供給するためのポンプとして、表２に表示したように、置換コラムNo.１、２では、チューブ式ポンプを使用し、置換コラムNo.３、４、５、６ではスネーク式ポンプを使用した。
（９）ミキサーとして、表２に表示したように、置換コラムNo.１、２ではグラウトミキサーを使用し、置換コラムNo.３、４、５、６では、二軸強制練りミキサーを使用した。
【００４４】
また、この実施例１および比較例の施工試験結果は、表３の通りである。
【００４５】
【表３】
【００４６】
この試験結果によれば、比較例であるNo.１の填充材のテーブルフロー値が４３０ｍｍの置換コラム断面には多くの土塊が混入しており、材齢２８日の抜き取りコア供試体の強度も１２.１Ｎ／ｍｍ２であり、実施例であるコラムNo.２〜５に比べて最も小さな強度であった。また、比較例であるNo.１の抜き取りコア供試体の強度は、材令７日で８.５Ｎ／ｍｍ２、材令２８日で１２.１Ｎ／ｍｍ２であり、プラントコア供試体の材令７日強度の１２.７Ｎ／ｍｍ２、材令２８日強度の２１．３Ｎ／ｍｍ２に比べて、材令７日で約６７％、材令２８日で約５７％と小さい強度であった。因みに抜き取りコア供試体には多くの土塊が混入しており、プラントコア供試体には土塊の混入はなかった。
填充材のテーブルフロー値１３５ｍｍとしたNo.６の比較例では粘性が高すぎてポンプでの送給が不可であり、実施例であるコラムNo.２〜５のテーブルフロー値が２１２〜３１６ｍｍのものが土塊の混入量も少なく、強度も高く好ましいことを示している。また、実施例のコラムNo.２〜５では、プラントコア供試体と抜き取りコア供試体とを比較しても、強度に差はなくほぼ同じ品質のコラムであり、この発明の効果の高いことが理解できる。
【実施例２】
【００４７】
次に実施例２として普通ポルトランドセメント（下記の配合ではＣと表記する）、フライアッシュII種（下記の配合例では、Ｆと表記する）および水（下記の配合例ではＷと表記する）とを使用し、填充材の配合条件を下記のようにした。
Ｗ／（Ｃ＋Ｆ）＝４０％ Ｆ／Ｃ＝４．０
このようにして得た填充材を用いて、図１１に示す施工方法に基づいて施工した。なお、コラム径は７００ｍｍとし、空掘り長さを１．０ｍ、置換コラム長さを２．０ｍとした。
この填充材の練り上がり時のコンシステンシー（即ち、施工時の填充材のコンシステンシー）はテーブルフロー値で２１２ｍｍであった。
なお、施工時の回転数、施工速度、吐出量、置換体積等は、表２の試験コラム４と同じ条件で施工した。
施工後に置換コラムを掘り出したが、土塊の混入量は少なく、２８日後の一軸圧縮強度は８．６Ｎ／ｍｍ２であり、優れた置換コラムとなっていた。
【００４８】
なお、前記実施の形態および実施例は、この発明を制限するものではなく、この発明は要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が許容される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の第１の実施の形態を施工工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す正面説明図である。
【図２】連続スクリューオーガの正面図である。
【図３】置換コラム築造時のプラント設備等も例示した施工模式図である。
【図４】置換コラム築造時の図３とは異なるプラント設備等も例示した施工模式図である。
【図５】断続スクリューオーガの正面図である。
【図６】他の断続スクリューオーガの正面図である。
【図７】ケーシングオーガの正面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図８】リング付き断続スクリューオーガの正面図（ａ）およびリング部分を断面で示す側面図（ｂ）である。
【図９】上部小径スクリューオーガの正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図１０】スクリューオーガの掘削部の構成を例示（ａ）（ｂ）する正面図である。
【図１１】この発明の第２の実施の形態を施工工程順（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示す正面説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 施工機
３ リーダ
４ オーガモータ
５ 給進装置
６ スクリューオーガ
７ オーガ軸
７ａ オーガの先端部（先端）
８ スパイラル翼
８ａ ｌ枚羽根のスパイラル翼
８ｂ ２枚羽根のスパイラル翼
９ 掘削部
１０ 掘削爪
１０ａ 平爪
１１ 吐出口
１２ ケーシング
１２ａ 掘削爪
１３ リング
１４ コラム
１５ 空掘り部
２０ プラント設備
２１ ミキサー
２２ サイロ
２３ 水槽
２４ ポンプ
２５ グラウトホース
２６ 流量計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げることにより、地盤土が填充材で置換されたコラムとすることを特徴とするコラムの置換築造方法。
【請求項２】
先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げることにより築造されたことを特徴とする置換コラム。
【請求項１】
先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げることにより、地盤土が填充材で置換されたコラムとすることを特徴とするコラムの置換築造方法。
【請求項２】
先端に掘削部を有するオーガを正回転させながら掘進し、コラムの置換底位置に達した後、少なくとも水硬性を有する粉体と水との混合物からなり、かつ練り上がり時乃至施工時の填充材のコンシステンシーがテーブルフロー値で１５０〜４００ｍｍである填充材を該オーガ先端部から吐出しつつ、正回転または実質的に無回転で該オーガを引上げることにより築造されたことを特徴とする置換コラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３１２８６５（Ｐ２００６−３１２８６５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６９９６２（Ｐ２００５−３６９９６２）
【出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（０００１３３８８１）株式会社テノックス (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（０００１３３８８１）株式会社テノックス (62)
【Ｆターム（参考）】
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