JP4044029B2 - 被膜材を形成した杭の打設方法及びその杭構造 - Google Patents

Description

本発明は、主として管理型廃棄物処分場の跡地に杭を打設する技術に係り、特に遮水機能を損なうことなく遮水基盤を貫通して杭基礎を構築するために杭周囲に被膜材を形成した杭の打設方法及びその杭構造に関するものである。

産業廃棄物や一般廃棄物を埋立処分する廃棄物処分場においては、埋立て・貯留されている廃棄物から汚染水や有害物質が滲出することがある。この汚染水や有害物質は、その処分場外の河川、海等の公共水域へ浸出し、又は地下水を汚染することがある。そこで、この汚染水の浸出を防止するために、埋立地の側面又は底面には、不透水性地層が存在することが必要であり、法律上これが無い場合には遮水シート等の遮水工を施さなければならない。

また、海面埋立処分場においては、沿岸部に自然状態で分布する沖積粘性土層を処分場底面の遮水基盤とすることが多い。例えば、透水係数１×１０⁻⁵ｃｍ／ｓｅｃの粘性土は、その厚さ５ｍ以上が必要である。

なお埋立完了後には、この遮水工の健全度を保ちつつ、処分場跡地の有効かつ高度な利用が図れることが望まれているが、処分場の廃止後においても遮水基盤を保全する必要があるため、遮水基盤を貫通して杭などを打設することが困難な状況にある。

廃棄物処分場の跡地の有効利用として、図６に示すように、ビル、橋梁等の新設の構造物５１を構築する場合、廃棄物処分場の跡地の基礎地盤の支持力不足から、杭基礎を必要とする場合がある。この場合、処分場内の廃棄物層Ａと遮水基盤層Ｂを貫通して杭５２が透水性地層Ｃまで打ち込まれると、杭５２の打設に伴い杭５２の周面に廃棄物及び汚染物質が付着して、遮水基盤Ｂ及び透水性地層Ｃへ有害物質が連れ込まれるおそれがある。

また、図７に示すように、杭５２を打設した後、杭本体と遮水基盤層Ｂとの間に隙間ができ、汚染水や有害物質Ｐがその隙間を通って処分場外へ浸出するおそれがある。

このために、廃棄物処分場の跡地に構造物５１を構築する場合には、杭を用いない構造物に限定されており、跡地そのものが緑地や駐車場などの利用に限定されるなど、跡地の高度かつ有効利用が図られていないのが現状である。

杭を打設する技術としては、特許文献１の「杭施工方法」に、不透水層地盤を貫通して下部透水層地盤に達する杭を打設する場合において、杭打設時又は杭打設後に、上部透水層地盤中の汚染地下水が下部透水層地盤中に流入することを防止する技術が提案されている。これは、置換材料を用いて杭施工領域内部の上部透水層地盤を置換し、杭施工領域中心部への汚染物質の浸入を防止することにより、杭周面の間隙部等を伝わって、汚染地下水中に含有される汚染物質が下部透水層地盤に浸透することを防止して、下部透水層地盤中に含まれる清浄な地下水の汚染を防止する方法である。

また特許文献２の「杭施工方法」に、汚染物質の下部透水層地盤への浸透を防止することが可能となり、打設された杭の間を上記各種の材料により充填することにより、杭打設後における汚染物質の杭施工領域中心部への浸入を防ぎ、下部透水層地盤中に含まれる清浄な地下水の汚染を防止することが可能になる技術が提案されている。この方法は、外挿管を設置することにより、汚染地下水の杭施工領域への浸入を防ぎ、杭打設時における汚染物質の下部透水層地盤への浸透を防止するものである。また、外挿管と打設された杭の間を充填材料により充填することにより、杭打設後における汚染物質の杭施工領域中心部への浸入を防ぎ、下部透水層地盤に含まれる清浄な地下水の汚染を防止するものである。
特開平１１−３３６０６０号公報 特開平１１−３３６０７３号公報

しかし、上記従来の杭施工方法では、杭施工の際に置換材料を用いて杭施工領域内部の上部透水層地盤を置換し、杭施工領域中心部への汚染物質の浸入を防止するような複雑な作業工程が必要であり、それらの作業工数が増大するという問題を有していた。

また、最初に外挿管を設置し、外挿管と打設された杭の間を充填材料により充填し、杭打設後における汚染物質の杭施工領域中心部への浸入を防いだ状態で、次に杭を打設時する杭施工方法でも、複雑な作業工程が必要であり、それらの作業工数が増大するという問題を有していた。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、杭の周囲に被膜を形成し、打設の際に外郭管を用いることにより、廃棄物層から有害物質を透水基盤層へ連れ込んだり、汚染水や有害物質の浸出を伴なうことなく杭打設を可能にし、打設後も所定の遮水機能を確保することができる被膜材を形成した杭の打設方法及びその杭構造を提供することにある。

本発明は、廃棄物処分場の跡地において、表層の廃棄物層（Ａ）から粘性土のような遮水基盤層（Ｂ）を貫通して支持地盤となる透水性地層（Ｃ）まで杭（１）を打ち込む打設方法であって、前記杭（１）の周囲に被膜材（２）を形成し、前記廃棄物層（Ａ）に前記杭（１）を打設する箇所に、予め中空の外郭管（３）を該廃棄物層（Ａ）の下端以深まで挿入し、次に、該外郭管（３）の内部から廃棄物を除去し内部洗浄してから、該外郭管（３）内部に遮水材料（４）を充填し、その後、前記杭（１）を該遮水材料（４）を押し退けるようにして前記外郭管（３）内に貫入し、さらに、前記杭（１）を前記遮水基盤層（Ｂ）内に貫通させる際には、前記外郭管（３）を前記廃棄物層（Ａ）に残留させ、かつ、前記杭（１）のみをその表面の被膜材（２）が剥離されることのないように前記遮水基盤層（Ｂ）内に貫入して前記透水性地層（Ｃ）まで打設する、ことを特徴とする被膜材を形成した杭の打設方法を提供する。

また本発明は、廃棄物処分場の跡地において、表層の廃棄物層（Ａ）から粘性土のような遮水基盤層（Ｂ）を貫通して支持地盤となる透水性地層（Ｃ）まで杭（１）を打ち込む打設方法であって、前記杭（１）の周囲に被膜材（２）を形成し、更に杭（１）の先端部外周に外郭管（３）を係止具（６）を用いて掛け止め、 前記杭（１）を前記廃棄物層（Ａ）に貫通させる際に、掛け止めた外郭管（３）が共に分離されず一体となって貫入されるように該杭（１）を打設し、次に、次に、前記杭（１）を前記外郭管（３）とともに前記廃棄物層（Ａ）を貫通させた後に前記係止具を取り去り、前記外郭管（３）を前記廃棄物層（Ａ）に残留させる一方前記杭（１）のみをその表面の被膜材（２）が剥離されることのないように前記遮水基盤層（Ｂ）内に貫入させ、前記透水性地層（Ｃ）まで打設する、ことを特徴とする被膜材を形成した杭の打設方法を提供する。

ここで、前記遮水基盤層（Ｂ）に貫入させた杭（１）表面の被膜材（２）を、該遮水基盤層（Ｂ）において吸水膨潤させる、ことが好ましい。

さらに本発明は、廃棄物処分場の跡地において、表層の廃棄物層（Ａ）から粘性土のような遮水基盤層（Ｂ）を貫通して支持地盤となる透水性地層（Ｃ）まで打ち込まれる杭であって、前記杭（１）の周囲に形成した被膜材（２）に重ねるようにして、挿抜自在な係止具（６）を用いて掛け止めた外郭管（３）を備え、前記被膜材（２）は、前記杭（１）が前記遮水基盤層（B）内に貫通し、前記透水性地層（C）まで打ち込まれるときには剥離しないで、圧密沈下のような非常に遅い変形速度に対しては容易に剥離されやすい材質を形成したものであり、前記外郭管（３）は、前記杭（１）と共に前記廃棄物層（Ａ）を貫通するが、前記遮水基盤層（Ｂ）面似深では前記係止具（６）を取り去ることで前記杭（１）から分離され、前記廃棄物層（Ａ）内に残留する、ことを特徴とする被膜材を形成した杭構造を提供する。

ここで、前記外郭管（３）に、その外郭管（３）の打設方向と反対側の筒状の周囲にフランジ形状の反力翼（５）を形成する、ことが好ましい。

なお、前記被膜材（２）は吸水ポリマーである。

上記発明によれば、表層の廃棄物層（Ａ）に挿入した外郭管（３）内に杭（１）を貫通させることにより、杭（１）が廃棄物層（Ａ）の汚染水や有害物質に接触することを回避して、この杭（１）がこの廃棄物層（Ａ）内の汚染水や有害物質を遮水基盤層（Ｂ）へ連込むことを防止することができる。

ここで、杭（１）の打設完了後は、遮水基盤層（Ｂ）内で水と反応して被膜材（２）が吸水して膨張し、杭（１）と遮水基盤層（Ｂ）との間に生じた隙間をうめることで、止水効果を奏することができる。更に、遮水基盤層（Ｂ）の圧密沈下のような非常に遅い変位に対しては、被膜材（２）が杭（１）への負の摩擦力（ネガティブフリクション）も除去することができる。

また、杭（１）の周囲に被膜材（２）を形成し、更にこの被膜材（２）に外郭管（３）を装着したものは、１本の杭（１）を打設するだけで外郭管（３）が共に分離されず一体となって廃棄物処分場の跡地に貫入することができる。その後は、杭（１）から分離した外郭管（３）を廃棄物層（Ａ）に残留させ、遮水基盤層（Ｂ）からは杭（１）の被膜材（２）を露出させて、廃棄物層（Ａ）から有害物質を遮水基盤層（Ｂ）へ連れ込み、汚染水や有害物質の浸出を伴なうことなく杭（１）を打設することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明の打設方法は、杭の周囲に粘性材又は粘性のある合成樹脂等の被膜材を形成し、この杭を打設するときに、この被膜材を保護しながら打設することができる外郭管を利用するものである。この杭は、廃棄物処分場の跡地において、表層の廃棄物層から粘性土のような遮水基盤層を貫通して支持地盤となる透水性地層まで打ち込まれるが、このとき被膜材を形成した杭を、外郭管で保護することにより、廃棄物層と粘性土層を貫通して杭を打設しても、廃棄物層内の汚染水や有害物質を遮水基盤層へ連込まないようにしたものである。

図１は本発明の被膜材を形成した杭構造の第一の実施例を示す断面図である。図２は本発明の被膜材を形成した杭の打設方法の第一の実施例を示す説明図である。
本発明の被膜材を形成した杭の打設方法は、廃棄物処分場の跡地において、廃棄物層Ａ及び粘性土のような遮水基盤層Ｂを貫通して支持地盤となる透水性地層Ｃまで杭１を打ち込む打設方法である。

本発明の杭１は、これを直接廃棄物処分場の跡地における表層の廃棄物層Ａに打ち込むのではなく、この廃棄物層Ａに予め筒形状の外郭管３を廃棄物層Ａの下端以深まで挿入した後に外郭管３の内部から廃棄物を除去して内部洗浄を行った後に、この外郭管３内に打設されるものである。
この杭１の全長は、廃棄物処分場の跡地における廃棄物層Ａから遮水基盤層Ｂ、透水性地層Ｃまでの深さに応じて決定されるものであり、例えば廃棄物層Ａが１５ｍ、遮水基盤層Ｂが１５ｍ〜３０ｍ、透水性地層Ｃへ数ｍの杭根入のときは約３０ｍ〜５０ｍ程度になる。また、杭１の直径は、６０ｃｍ〜１５０ｃｍ程度である。この杭１に周囲に被膜材２を全面に形成する。この杭１の周囲に対して被膜材２に対して部分的に形成することができる。但し、被膜材２は杭１の下端（打設方向先端）から形成する必要がある。

この筒形状の外郭管３は、例えば金属製又は合成樹脂製等の筒材である。外郭管３の長さは廃棄物層Ａの深さに応じて決定されるものであり、この廃棄物層Ａの深さよりやや長いものである。また、外郭管３の内径は、被膜材２を形成した杭１の外径よりやや大きい程度が好ましい。この外郭管３は、その内側に杭１を貫通させることにより、この杭１が廃棄物層Ａの汚染水や有害物質に接触することを回避させる機能を有する。

一方、被膜材２は、任意時間後には、水を吸収して膨張するようなものである。この被膜材２も、杭１の運搬、打設によっては剥がれない程度の強度を有することが必要である。この被膜材２の膜厚は、５ｍｍ程度に形成することが望ましい。但し、この膜厚に限定されないことは勿論である。

この被膜材２としては、例えば杭１の周囲に吸水ポリマーを塗布したものがある。この被膜材２は、打設している杭１が遮水基盤層Ｂ内を貫通し、透水性地層Ｃに打ち込まれるときに、剥離しない材質を形成したものであれば、このような吸水ポリマーに限定されず、合成樹脂材等のその他の材質のものを使用することができる。なお、透水性地層Ｃへ打設する際に、この被膜材２が剥離することは問題ではない。

次に、このように構成した被膜材を形成した杭の打設方法を説明する。
まず、図２のＳＴＥＰ１の「外郭管挿入」に示すように、廃棄物層Ａに杭１を打設する箇所に、予め中空の外郭管３をこの廃棄物層Ａの下端以深まで挿入する。この外郭管３の内部から廃棄物を除去して洗浄した後、例えば粘土、粘性土等の遮水材料４を充填する。なお、この充填する遮水材料４は遮水性を有するものであれば粘土、粘性土に限定されない。

図２のＳＴＥＰ２の「粘性土層打設中」に示すように、外郭管３内の遮水材料４を押し退けるように杭１を打設する。このときは、杭１周囲の外郭管３は、その位置に残留させ、内部の遮水材料４を押し退けると同時に杭１が遮水基盤層Ｂに貫入される。このとき杭１と被膜材２が共に剥離されず一体となって貫入される。杭１はこの外郭管３内において遮水材料４を押し退けながら、外郭管３の内側に杭１を貫通するので、この杭１は廃棄物層Ａの汚染水や有害物質に接触することがない。

最後に、図２のＳＴＥＰ３の「打設完了、圧密沈下時」に示すように、遮水基盤層Ｂが圧密し、廃棄物層Ａと遮水基盤層Ｂとが非常に遅い速度で沈下する際には、杭１と内側被膜材２との密着力により内側被膜材２と遮水基盤層Ｂ、廃棄物層Ａと外側被膜材３との摩擦（粘性）抵抗が勝って、杭１から内側被膜材２を剥離させ、杭１にネガティブフリクションを作用させない。

被膜材２に吸水ポリマーを塗布した場合は、遮水基盤層Ｂを抜けた杭１における被膜材２を、遮水基盤層Ｂにおいて吸水膨潤させる。これにより、杭１と遮水基盤層Ｂとの間に生じた隙間を生め、止水効果を奏することができる。

図３は本発明の被膜材を形成した杭構造の第二の実施例を示す断面図である。図４は本発明の被膜材を形成した杭の打設方法の第二の実施例を示す説明図である。上述した実施例１の杭の打設方法では、予め外郭管３を廃棄物層Ａに挿入し、この外郭管３に杭１を貫入させている。
しかし本実施例のように、杭１の周囲に被膜材２を形成し、更にこの被膜材２に外郭管３を装着して一体となったものを用いることも可能である。すなわち杭１を廃棄物層Ａに貫通させる際に、この杭１から外郭管３が分離されないように一体として貫入してやることもできる。

第二の実施例における杭１に装着する外郭管３には、杭１の打設方向と反対側の筒状の周囲にフランジ形状の反力翼５を形成する。この反力翼５は、この外郭管３を廃棄物層Ａに挿入するときに、ストッパの機能を奏する。これにより外郭管３が廃棄物層Ａに不必要に深く挿入されることを阻止することができる。

図５は、外郭管を杭に取り付けるための係止具等を断面図で示しており、杭１の先端には係止具６によって外郭管３を掛け止めることができるようになっている。
外郭管３を杭１と共に廃棄物層Ａに貫入させるときは、杭１の先端に開けた貫通孔７から、外郭管３にも開けた貫通孔８にピン状の係止具６を挿抜自在に挿入し、外郭管３が廃棄物層Ａの下端以深まで貫入したときに、この係止具６を抜くことで、外郭管３を廃棄物層Ａに残留させることができる。なお、この係止具６の形状や貫通孔７，８の配置状態は図示例に限定されないことは勿論である。

次に、このように構成した被膜材を形成した杭の打設方法を図４を用いてより詳細に説明する。
まず、図４のＳＴＥＰ１の「打設前」に示すように、周囲に被膜材２を形成した杭１に外郭管３を装着する。

そして図４のＳＴＥＰ２の「廃棄物層打設中」に示すように、この外郭管３を装着した杭１を外郭管３と被膜材２と共に廃棄物層Ａに打設する。このときは、外郭管３と杭１は一体となって廃棄物層Ａ内に貫入される。

次に、図４のＳＴＥＰ３の「粘性土層打設中」に示すように、係止具６を抜き去ることで被膜材２を形成した杭１のみを遮水基盤層Ｂ内に貫入させるように打設する。杭１周囲の外郭管３は、その位置に残留し、杭１のみが遮水基盤層Ｂに打設される。このとき被膜材２が杭１から剥離されず一体となって貫入される。杭１はこの外郭管３の内側を貫通するので、この杭１は廃棄物層Ａの汚染水や有害物質に接触することがない。

最後に、図４のＳＴＥＰ４の「打設完了、圧密沈下時」に示すように、遮水基盤層Ｂが圧密し、廃棄物層Ａと遮水基盤層Ｂとが非常に遅い速度で沈下する際には、杭１と内側被膜材２との密着力により内側被膜材２と遮水基盤層Ｂ、廃棄物層Ａと外側被膜材３との摩擦（粘性）抵抗が勝って、杭１から内側被膜材２を剥離させ、杭１にネガティブフリクションを作用させない。

被膜材２に吸水ポリマーを塗布した場合は、遮水基盤層Ｂを抜けた杭１における被膜材２を、遮水基盤層Ｂにおいて吸水膨潤させる。これにより、杭１と遮水基盤層Ｂとの間に生じた隙間を生め、止水効果を奏することができる。なお、この被膜材２を透水性地層Ｃにおいても吸水膨潤させることができる。

なお、本発明は、外郭管３を廃棄物層Ａに残留させ、この外郭管３内に杭１を貫通させることにより、この杭１が廃棄物層Ａの汚染水や有害物質に接触することを回避して、この杭１がこの廃棄物層Ａ内の汚染水や有害物質を遮水基盤層Ｂへ連れ込むことを防止する方法であれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明は、処分場跡地の廃棄物層と遮水基盤層を貫通して杭を打設しても、廃棄物層内の有害物質を連込むことがないので、この処分場の遮水工事の健全度を保ちつつ、処分場跡地の有効かつ高度な利用を図ることができる。

杭の打設完了後は、遮水基盤層内で水と反応して被膜材が吸水して膨張し、杭と遮水基盤層との間に生じた隙間を生め、止水効果を発揮することができるので、杭と遮水基盤層との間に隙間から汚染水が処分場外へ浸出することを防止することができるために、廃棄物処分場の跡地に構造物を構築する場合にも、杭を用いた構造物に構築することができ、跡地の高度かつ有効利用を図ることができる。

また、遮水基盤層の圧密沈下のような非常に遅い変位に対しては、被膜材が杭への負の摩擦力（ネガティブフリクション）も除去することができる。

本発明の被膜材を形成した杭構造の第一の実施例を示す断面図である。 本発明の被膜材を形成した杭の打設方法の第一の実施例を示す説明図である。 本発明の被膜材を形成した杭構造の第二の実施例を示す断面図である。 本発明の被膜材を形成した杭の打設方法の第二の実施例を示す説明図である。 外郭管を杭に取り付ける係止具を示す断面図である。 廃棄物処分場の跡地の有効利用としてビル、橋梁等の新設の構造物を構築する状態を示す説明断面図である。 廃棄物処分場の跡地において杭の打設に伴い杭周面に廃棄物及び汚染物質が付着して、遮水基盤及び遮水基盤外へ有害物質が連れ込まれる状態を示す説明断面図である。

符号の説明

１ 杭（杭構造）
２ 被膜材
３ 外郭管
４ 遮水材料（粘性土）
５ 反力翼
６ 係止具
Ａ 廃棄物層
Ｂ 遮水基盤層
Ｃ 透水性地層

Claims (6)

1. 廃棄物処分場の跡地において、表層の廃棄物層（Ａ）から粘性土のような遮水基盤層（Ｂ）を貫通して支持地盤となる透水性地層（Ｃ）まで杭（１）を打ち込む打設方法であって、
   前記杭（１）の周囲に被膜材（２）を形成し、
   前記廃棄物層（Ａ）に前記杭（１）を打設する箇所に、予め中空の外郭管（３）を該廃棄物層（Ａ）の下端以深まで挿入し、
   次に、該外郭管（３）の内部から廃棄物を除去し内部洗浄してから、該外郭管（３）内部に遮水材料（４）を充填し、
   その後、前記杭（１）を該遮水材料（４）を押し退けるようにして前記外郭管（３）内に貫入し、さらに、前記杭（１）を前記遮水基盤層（Ｂ）内に貫通させる際には、前記外郭管（３）を前記廃棄物層（Ａ）に残留させ、かつ、前記杭（１）のみをその表面の被膜材（２）が剥離されることのないように前記遮水基盤層（Ｂ）内に貫入して前記透水性地層（Ｃ）まで打設する、
   ことを特徴とする被膜材を形成した杭の打設方法。
2. 廃棄物処分場の跡地において、表層の廃棄物層（Ａ）から粘性土のような遮水基盤層（Ｂ）を貫通して支持地盤となる透水性地層（Ｃ）まで杭（１）を打ち込む打設方法であって、
   前記杭（１）の周囲に被膜材（２）を形成し、更に杭（１）の先端部外周に外郭管（３）を係止具（６）を用いて掛け止め、
   前記杭（１）を前記廃棄物層（Ａ）に貫通させる際に、掛け止めた外郭管（３）が共に分離されず一体となって貫入されるように該杭（１）を打設し、
   次に、前記杭（１）を前記外郭管（３）とともに前記廃棄物層（Ａ）を貫通させた後に前記係止具を取り去り、前記外郭管（３）を前記廃棄物層（Ａ）に残留させる一方前記杭（１）のみをその表面の被膜材（２）が剥離されることのないように前記遮水基盤層（Ｂ）内に貫入させ、前記透水性地層（Ｃ）まで打設する、
   ことを特徴とする被膜材を形成した杭の打設方法。
3. 前記遮水基盤層（Ｂ）に貫通させた杭（１）の被膜材（２）を、該遮水基盤層（Ｂ）において吸水膨潤させる、ことを特徴とする請求項１又は２の被膜材を形成した杭の打設方法。
4. 廃棄物処分場の跡地において、表層の廃棄物層（Ａ）から粘性土のような遮水基盤層（Ｂ）を貫通して支持地盤となる透水性地層（Ｃ）まで打ち込まれる杭であって、
   前記杭（１）の周囲に形成した被膜材（２）に重ねるようにして、挿抜自在な係止具（６）を用いて掛け止めた外郭管（３）を備え、
   前記被膜材（２）は、前記杭（１）が前記遮水基盤層（B）内に貫通し、前記透水性地層（Ｃ）まで打ち込まれるときには剥離しないで、圧密沈下のような非常に遅い変形速度に対しては容易に剥離されやすい材質を形成したものであり、
   前記外郭管（３）は、前記杭（１）と共に前記廃棄物層（Ａ）を貫通するが、前記遮水基盤層（Ｂ）面似深では前記係止具（６）を取り去ることで前記杭（１）から分離され、前記廃棄物層（Ａ）内に残留する、ことを特徴とする被膜材を形成した杭構造。
5. 前記外郭管（３）に、その外郭管（３）の打設方向と反対側の筒状の周囲にフランジ形状の反力翼（５）を形成した、ことを特徴とする請求項４の被膜材を形成した杭構造。
6. 前記被膜材（２）は吸水ポリマーである、ことを特徴とする請求項４の被膜材を形成した杭構造。

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