JP2000120080A

JP2000120080A - 中空筒状体およびその構築方法

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Publication number: JP2000120080A
Application number: JP10292449A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Sato; 和義佐藤
Original assignee: Nippon Kokan Light Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Kokan Light Steel Co Ltd
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2000-04-25
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: JP4017766B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高層ビルや橋脚のなどの構造物の基礎とし
て、地中に構築される中空筒状体１には、構造物に対す
る外力として、地震による慣性力や風の力が加わった場
合に、水平方向の力のみならず鉛直方向の力、すなわち
引き抜き力が加わる。そのとき、中空筒状体が地中から
引き抜かれてしまわないよう、周辺地盤との密着性を大
きくする。【解決手段】中空筒状体１に予め形成された複数の貫
通孔を貫通して、複数の棒状体１９を周辺地盤に挿入す
る。棒状体１９の基部は、中空筒状体の内側に打設され
る鉄筋コンクリートに、埋め込まれ、固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高層ビルや橋脚
のなどの構造物の基礎として地中に構築される中空筒状
体の構造、および該中空筒状体の構築方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、高層ビルや橋脚などの構造物
の基礎として、地中に中空筒状体を構築し、内部にコン
クリートを打設する場合がある。この構築は、複数のピ
ース部材を連結した中空筒状体を縦にして、上方から圧
入力を加えて沈設し、且つ、中空筒状体の内部の地盤を
掘削することによって行われる。あるいは、圧入力は加
えずに、中空筒状体の内部の地盤を掘削し、その掘削し
た分だけ、中空筒状体の下端にピース部材を連結してい
く。

【０００３】前者の構築を採用する工法として、アーバ
ンリング工法、あるいはセグメント圧入工法などと呼ば
れるものがある。圧入オープンケーソン工法もこのうち
に入る。また、後者の構築を採用する工法として、ライ
ナープレートを用いる深礎工法と呼ばれるものがある。

【０００４】そして、構造物に対する外力として、地震
による慣性力や風の力が加わった場合には、基礎として
の中空筒状体には、水平方向の力や鉛直方向の力が加わ
る。このうち、鉛直方向の上向きの力、すなわち引き抜
き力が加わった場合に、中空筒状体が地中から引き抜か
れてしまわないか否かは、中空筒状体と周辺地盤との密
着性に関係する。

【０００５】従来は、この密着性を大きくするために、
中空筒状体と周辺地盤との間に充填剤を注入していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この充填剤の
効果は、地盤の性質など種々の条件によるものであり、
一定していなかった。特に、圧入オープンケーソン工法
などの場合で、中空筒状体と周辺地盤との間に積極的に
隙間を形成させ、これにより圧入力を軽減させる場合が
あるが、その場合には、充填剤の効果は、さらに小さく
なることがある。

【０００７】すなわち、中空筒状体の下端にフリクショ
ンカットと呼ばれる、外側へリング状に拡径した部分を
形成し、これにより、中空筒状体を圧入する際には、こ
の拡径の分だけ、中空筒状体と周辺地盤との間に隙間を
積極的に形成することができる。この隙間により、周辺
地盤に対する中空筒状体の摩擦は小さくなり、その分、
圧入力は軽減されることになる。しかし、その形成され
た隙間の分だけ、充填剤が大量に必要になり、隙間が大
きくなりすぎている場合などの部分には充填剤が効か
ず、効果が小さくなる。

【０００８】従って、実際の施工工事における評価にお
いても、一般的には、充填剤であるコンタクトグラウト
を注入すれば、中空筒状体の周面摩擦力度の向上が見込
めると評価されるものの、耐引き抜き力に関しては、中
空筒状体と周辺地盤との密着性を簡便に評価することが
難しく、中空筒状体と周辺地盤との間の摩擦力によって
鉛直荷重、すなわち引き抜き力を分担支持することを設
計に評価・反映できなかった。

【０００９】そのため、摩擦力を大きくするために摩擦
面を増大させ、あるいは全体の重量を増大させて引き抜
き力を分担支持する必要があり、中空筒状体の径と深さ
が過大となる傾向があり、経済的に最適な材料設計とな
らなかったのみならず、費用、工期、周辺への影響など
において、工事に余分な負担がかかっていた。

【００１０】この発明は、以上の課題を解決するために
なされたもので、周辺地盤との密着性を安定的に向上さ
せ、引き抜き力に対する十分な耐力を得ることができる
中空筒状体およびその構築方向を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、第一の発明は、構造物の基礎として、複数のピー
ス部材（３）を連結して地中に縦方向に構築する中空筒
状体（１）において、前記中空筒状体に形成された複数
の貫通孔（１７）と、この貫通孔を貫通して周辺地盤に
挿入された複数の棒状体（１９）と、前記中空筒状体に
引き抜き力が働いた場合に前記棒状体に働く曲げモーメ
ントに対抗するため、前記棒状体の基部を前記中空筒状
体に固定する曲げモーメント対抗手段と、を有すること
を特徴とする中空筒状体（１）である。

【００１２】第二の発明は、さらに、前記曲げモーメン
ト対抗手段は、前記棒状体（１９）の基部が埋め込ま
れ、中空筒状体（１）の内側に打設されたコンクリー
ト、または鉄筋コンクリート（２９、３５）であること
を特徴とする中空筒状体である。

【００１３】第三の発明は、さらに、前記鉄筋は、中空
筒状体の内側に略同心状に配置された鉄筋籠（２９）で
あり、この鉄筋籠に前記棒状体の基部が固定されている
ことを特徴とする中空筒状体である。

【００１４】第四の発明は、さらに、前記棒状体（１
９）は、地中に地盤改良剤を注入できるよう内径が８ｍ
ｍ以上のバイプ状であることを特徴とする中空筒状体で
ある。

【００１５】第五の発明は、さらに、前記貫通孔（１
７）は、ピース部材に予め形成されていることを特徴と
する中空筒状体である。

【００１６】第六の発明は、さらに、構造物の基礎とし
て、複数のピース部材（３）を連結して地中に構築する
中空筒状体（１）の構築方法において、縦穴を掘削しつ
つ中空筒状体を該縦穴内に順次配置する工程と、この配
置が完了した後に前記中空筒状体の内側に鉄筋籠（２
９）を略同心状に配置する工程と、前記中空筒状体に形
成された貫通孔（１７）に棒状体（１９）を貫通させ周
辺地盤に挿入する工程と、前記棒状体の基部を鉄筋籠に
固定する工程と、前記鉄筋籠の内側に内型枠（３１）を
配置する工程と、前記筒状体と内型枠との間にコンクリ
ート（３５）を打設する工程と、を有してなることを特
徴とする中空筒状体の構築方法である。

【００１７】なお、以上の用語の末尾に付した（）内
の番号は、発明の理解を容易にするために、発明の実施
の形態における図中で対応する部分を示すものである
が、用語の解釈を、その番号の部分に限定するものでは
ない。

【００１８】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を、図１乃
至図６において説明する。図１の全体図に示すように、
この中空筒状体１は、鋼製セグメントであり、多数のピ
ース部材３が連結されて構成される。すなわち、中空筒
状体１を筒体の軸方向に複数のリング状に分割し、且
つ、このリングを更に周方向に分割した形状を有するピ
ース部材３を、周方向や軸方向に連結しながら中空筒状
体１を構成し、地中への圧入や内部での掘削を行う。

【００１９】図３に、このようなピース部材３の一種で
ある鋼製セグメントピースを示す。この鋼製セグメント
ピースは、主桁５、継手板７、縦リブ９、スキンプレー
ト１１を有して構成される。

【００２０】すなわち主桁５は、筒体の周方向に長く、
上下一対が略平行に配置される。この両主桁５の両端部
を、左右一対が略平行に配置される継手板７によって接
続する。更に、主桁５の中央部分には、複数の略平行な
縦リブ９が接続される。そして、これら主桁５、継手板
７、及び縦リブ９の外側にスキンプレート１１が張り渡
される。これら各部材５、７、９、１１の接合は溶接に
よって行われる。

【００２１】また、主桁５と継手板７とにはボルト孔１
３が形成され、隣接する鋼製セグメントピース同士が前
記ボルト孔１３を連通させボルト１４（図４）を締結す
ることで連結される。なお、図示の鋼製セグメントピー
スには、継手板７の中央部分を接続する補強桁１５が主
桁５と平行に設けられる。

【００２２】さて、図３、図４、図５、または図６に示
すように、以上のような鋼製セグメントピースのスキン
プレート１１には、所定の場所に予め貫通孔１７が形成
される。この貫通孔１７には、スキンプレート１１の内
側からシール用のキャップ２０が、予めピース部材３の
出荷時から取り付けられている。貫通孔１７の内周面に
は、雌ネジ１７Ａが形成され、キャップ２０の外周面に
形成された雄ネジ２０Ａと螺合する。キャップ２０のフ
ランジ２０Ｂには、スキンプレート１１に面する側にＯ
リング２０Ｃが取り付けられ、周辺地盤からの地下水な
どを封じる構成になっている。

【００２３】そして、現場において、キャップ２０が取
り除かれた貫通孔１７を貫通して、周辺地盤に棒状体１
９が挿入される。すなわち、棒状体１９は、先端部側が
貫通孔１７を貫通し、基部側には雄ネジ２１が形成され
ている。この基部は、ピース部材３のスキンプレート１
１と同じ曲率のペアリングプレート２１、ベベルワッシ
ャー２３、ナット２５に通され、ナット２５の締込みに
より、固定される。この際、雄ネジ２１を形成した棒状
体の基部は、後述するように鉄筋籠の鉄筋にとめて固定
し、将来鉄筋コンクリートとなる部分に入れる。

【００２４】また、棒状体１９は、内径が８ｍｍ以上の
バイプ状であり、内部を通して地盤改良剤、例えば棒状
体１９を地盤に定着するためのグラウトなどを注入でき
る。この実施形態における具体的な寸法は、長さが、１
５００ｍｍで、外径が３５ｍｍで、地盤には長さ１００
０ｍｍを略水平に挿入する。

【００２５】（構築手順）以上説明した中空筒状体１で
ある鋼製セグメントを地中に構築する手順を、図２をも
とにして、以下説明する。

【００２６】まず、同図（Ａ）に示すように、縦穴２７
を掘削しつつ中空筒状体１をその縦穴２７内に順次配置
する。すなわち、ピース部材３をリング状に連結し、短
い中空筒状体１にして地表に縦置きした後に、中空筒状
体１の内部を掘削する。そして、上方から、中空筒状体
１に圧入力を加え、地中に沈設する。次ぎに、この沈設
した分だけ、中空筒状体１の上端に、次のピース部材３
を連結し、中空筒状体１の長さを長くし、圧入力を加
え、地中に沈設する。これを繰り返して、地中の所定の
深さまで、中空筒状体１を長く延ばし配置する。

【００２７】次に、同図（Ｂ）に示すように、配置が完
了した中空筒状体１の内側に筒状の鉄筋籠２９を、中空
筒状体１と同心状に配置する。配置した鉄筋籠２９は、
中空筒状体１の内側に連結する。この連結は、主桁５、
継手板７、縦リブ９、補強桁１５に対して行うことがで
きるほか、後述するように棒状体１９の基部に対して行
うことができる。

【００２８】そして、中空筒状体１を構成するピース部
材３に形成された貫通孔１７から、キャップ２０を外
す。貫通孔１７とキャップ２０は、予め多めに設けてお
くことができる。使わない貫通孔１７は、キャップ２０
をしたままにする。地下水のある場所で、地下水や土砂
の侵入が不都合な場合、事前に貫通孔１７にキャップ２
０をしておく必要がある。

【００２９】周辺地盤が固いなどの場合には、棒状体１
９を挿入する前に、地盤に対し、キャップ２０を外した
貫通孔１７を通して、ドリルなどにより穿孔作業を行
い、この穿孔に棒状体１９を挿入する。地盤がある程度
柔らかく、棒状体１９を直接に地盤に打込むことができ
る場合には、穿孔作業は不要である。

【００３０】周辺地盤がかなり柔らかい場合には、パイ
プ状の棒状体１９を直接に打ち込み、パイプ状の中空部
から、棒状体１９を地盤に定着するためのグラウトなど
を注入する。また、中空筒状体１と周辺地盤の間に、コ
ンタクトグラウトを注入することもできる。これらの注
入のためにパイプ状の内径は８ｍｍ以上とし、地盤改

【００３１】なお、地盤改良剤には、セメントモルタル
型、セメントミルクで急結剤併用型、樹脂型、発泡性の
樹脂型などがある。

【００３２】棒状体１９は貫通孔１７を貫通させ、周辺
地盤に挿入した後に、基部を鉄筋籠２９に固定する。す
なわち、基部を、鉄筋籠２９に接触あるいは近接する部
分で、針金により固定する。スキンプレート１１には、
ワッシャー２３およびナット２５で固定したので、この
棒状体１９の基部は、二箇所で固定され、さらに後述す
るように打設されるコンクリートに埋め込まれるので、
十分に固定され、大きな曲げモーメントにも対抗でき
る。なお、以上の固定により、鉄筋籠２９は棒状体１９
を介して中空筒状体１に連結されることになる。

【００３３】棒状体１９の基部の長さ寸法は、鉄筋籠２
９を通ってコンクリート層の内面へ飛び出さないよう
に、定めておく。この基部の寸法が長すぎると、後述す
る内型枠の設置などの作業の妨げになる。棒状体１９本
数は、ピース部材一つあたり２〜４本（この実施形態で
は４本）が望ましい。中空筒状体１全体では、略放射状
に、あたかもハリネズミのように多数本が設けられるこ
とになる。

【００３４】次に、同図（Ｃ）に示すように、配置した
鉄筋籠２９の内側に、中空筒状の内型枠３１を配置す
る。この内型枠３１は、合板あるいは波形鋼板などを組
み立て構成しても良い。鉄筋籠２９と内型枠３１は連結
される。

【００３５】そして、同図（Ｄ）に示すように、そし
て、中空筒状体１と内型枠３１との間に形成される空間
３３にコンクリート３５を打設する。コンクリートが十
分に養生されたら、内型枠３１を撤去する。もっとも、
この撤去は行わなくても良い。このコンクリートの養生
により、コンクリート製筒体３７（図６）が中空筒状体
１と同心に一体的に設けられることになる。

【００３６】（実施形態の効果）以上の実施形態によれ
ば、以下の作用効果を得る。周辺地盤に挿入された複数
の棒状体１９によって、中空筒状体１は周辺地盤との密
着性を安定的に向上できる。

【００３７】すなわち、現実問題としては、従来の充填
剤を用いての中空筒状体と周辺地盤との直接の密着性は
効果の評価が難しいとされるので、中空筒状体１と周辺
地盤とを棒状体１９を介して積極的に密着させるもので
ある。

【００３８】特に、工法によっては、中空筒状体と周辺
地盤との間に積極的に隙間を形成させ、これにより圧入
力を軽減させる場合があるが、その場合にも、十分に長
い棒状体１９を用いることで、密着性を向上できる。ま
た、周辺地盤の性質など種々の条件にそれほど関わら
ず、中空筒状体は周辺地盤との密着性を安定的に向上で
きる。

【００３９】また、中空筒状体１は、仮設構造物であっ
ても、建物の基礎として設置後に撤去されないものとす
ることにより、構造体として有効な力学性能を有するも
のになるので、前記向上した密着性の効果は、最終構造
物に作用する外力に対して有効に働く。さらに、中空筒
状体１が仮設構造物でなく、本体構造物として使われる
場合は本体構造体としての性能が加わり、前記向上した
密着性の効果は、なおさら有効に働くものと評価される
と考えられる。

【００４０】また、棒状体１９は、スキンプレート１１
にナット２５で固定するのみならず、鉄筋籠２９に固定
し、よって、二箇所で固定することになり、また基部の
全体がコンクリートによって固定されるので、大きな曲
げモーメントにも対抗できる。

【００４１】すなわち、中空筒状体１に上向きの引き抜
き力Ｆ（図６）が働くと、周辺地盤から棒状体１９には
下向きの大きな力が働くが、この下向きの力は、棒状体
１９の基部に大きな曲げモーメントＭを生じる。そし
て、棒状体１９の基部は十分に固定されているので、こ
の大きな曲げモーメントＭに耐えられ、斜めに傾いたり
しない。このため、密着性を十分に維持できる。

【００４２】また、棒状体１９の固定は、中空筒状体１
の内側に打設されたコンクリート３５によって主に行わ
れるので、あらたに曲げモーメント対抗する手段を設け
なくても済み、よってコストを押さえられる。

【００４３】また、棒状体１９が貫通する貫通孔１７
は、ピース部材３に予め工場で形成されてくるので、現
場での作業が容易となる。

【００４４】（他の実施形態）以上の実施形態において
は、中空筒状体として鋼製セグメントが用いられ、地中
に圧入されて構築されるものであったが、他の実施形態
においては、中空筒状体を圧入力を加えずに地中に構築
するものとしても良い。

【００４５】すなわち、例えば、中空筒状体としてコン
クリートセグメントを用い、コンクリートセグメントの
自重により、地中に沈設されるものとしても良い。

【００４６】あるいは、中空筒状体としてライナープレ
ートを用い、圧入力は加えずに、中空筒状体の内部の地
盤を掘削し、その掘削した分だけ、中空筒状体の下端
に、ライナーピースと呼ばれるピース部材を連結してい
くものとしても良い。

【００４７】以上の実施形態においては、内型枠３１を
用いたが、他の実施形態において、中空筒状体１内にコ
ンクリートを全面打設する場合には、内型枠３１は用い
ない。以上の実施形態においては、棒状体１９を略水平
方向に設けるものとしたが、他の実施形態では、この方
向に限定するものではない。すなわち、斜め上方あるい
は斜め下方であっても良い。中空筒状体１の引抜き抵抗
力を向上するためには、棒状体１９は鉛直方向に一直線
状に配置されない方が好ましい。

【００４８】以上の実施形態においては、棒状体１９の
形状はパイプ状であったが、他の実施形態では、その断
面（水平方向の断面）が円形でなくとも、閉じた断面で
あればよい。すなわち、棒状体は地盤条件等によりきめ
られ、ツイスト棒鋼、異形棒鋼、全ねじ棒鋼を使うこと
ができる。

【００４９】また、棒状体１９にスエレックスボルト
（市販品の名前）を使うことで、より効果的な定着をす
ることもできる。すなわち、ボルト（鋼管）を３００ｋ
ｇ／ｃｍ２のような高圧水で膨張成形して、あらかじめ
穿孔してある孔に定着するものを使用できる。

【００５０】以上の実施形態においては、鉄筋籠２９は
一重であったが、他の実施形態においては、二重とし、
棒状体１９の基部は、二重の鉄筋籠に固定されることに
することもできる（図８）。二重に固定することで、引
き抜き力によって棒状体１９に生じる大きな曲げモーメ
ントＭに、より有効に耐えられる。

【００５１】以上の実施形態においては、キャップ２０
は単なる盲栓であったが、他の実施形態においては、逆
止弁４１が設けられたキャップ２０（図７）を用いるこ
とができる。逆止弁４１の働きにより、中空筒状体１の
内部に溜まった地下水は、外の地盤に排出でき、外の地
下水等が内部に浸入するのは防止できる。以上の実施形
態においては、圧入時に貫通孔１７を仮に塞いでおくた
めにキャップ２０を用いたが、他の実施形態では、樹脂
で仮に塞いでおき、後に樹脂をドリル等で破って開口さ
せても良い。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、第一乃至第九の発
明のうちいずれか１つの発明によれば、周辺地盤に挿入
された複数の棒状体によって、中空筒状体は周辺地盤と
の密着性を安定的に向上できる。また、各棒状体は、曲
げモーメント対抗手段によって基部が中空筒状体に固定
されているので、引き抜き力によって各棒状体に生じる
大きな曲げモーメントに耐えられる。

【００５３】また、第二の発明によれば、さらに、前記
曲げモーメント対抗手段は、前記棒状体の基部が埋め込
まれ、中空筒状体の内側に打設されたコンクリート、ま
たは鉄筋コンクリートであることから、コストを押さえ
られる。

【００５４】また、第三の発明によれば、さらに、棒状
体の基部は、鉄筋籠に固定されることになり、引き抜き
力によって各棒状体に生じる大きな曲げモーメントに、
より有効に耐えられる。

【００５５】また、第四の発明によれば、さらに、前記
棒状体は、内径が８ｍｍ以上のバイプ状とすることか
ら、この棒状体の内部を通して、地中に地盤改良剤を注
入でき、周辺地盤との密着性をより向上できる。

【００５６】また、第五の発明によれば、さらに、棒状
体が貫通する貫通孔は、ピース部材に予め形成されてい
るので、現場での作業が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る中空筒状体の全体
斜視図である。

【図２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は図１の中空筒状体
を構築する構築手順を示す図である。

【図３】図１の中空筒状体を構成するピース部材１を示
す斜視図である。

【図４】図３のピース部材に設けられた貫通孔の働きを
説明するために、要部を拡大し一部を切り欠いて示す拡
大斜視図である。

【図５】図４の貫通孔を塞ぐキャップを説明するもので
あり、（Ａ）は縦断面図（Ｂ）は（Ａ）のキャップのみの縦断面図（Ｃ）は（Ｂ）のキャップの正面図である。

【図６】図４の棒状体の働きを示す縦断面側面図であ
る。

【図７】図４の貫通孔を塞ぐキャップの他の変形例を示
すものであり、（Ａ）は縦断面図（Ｂ）は（Ａ）のキャップのみの縦断面図（Ｃ）は（Ｂ）のキャップの正面図である。

【図８】他の実施形態を示すもので、図６に対応する図
である。

【符号の説明】

１中空筒状体３ピース部材５主桁７継手板９縦リブ１１スキンプレート１３ボルト孔１４ボルト１５補強桁１７貫通孔１９棒状体２０キャップ２１ペアリングプレート２３ベベルワッシャー２５ナット２７縦穴２９鉄筋籠３１内型枠３３空間３５コンクリート３７コンクリート製筒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物の基礎として、複数のピース部材
を連結して地中に縦方向に構築する中空筒状体におい
て、前記中空筒状体に形成された複数の貫通孔と、この貫通
孔を貫通して周辺地盤に挿入された複数の棒状体と、前
記中空筒状体に引き抜き力が働いた場合に前記棒状体に
働く曲げモーメントに対抗するため、前記棒状体の基部
を前記中空筒状体に固定する曲げモーメント対抗手段
と、を有することを特徴とする中空筒状体。
【請求項２】前記曲げモーメント対抗手段は、前記棒
状体の基部が埋め込まれ、中空筒状体の内側に打設され
たコンクリート、または鉄筋コンクリートであることを
特徴とする請求項１に記載の中空筒状体。
【請求項３】前記鉄筋は、中空筒状体の内側に略同心
状に配置された鉄筋籠であり、この鉄筋籠に前記棒状体
の基部が固定されていることを特徴とする請求項２に記
載の中空筒状体。
【請求項４】前記棒状体は、地中に地盤改良剤を注入
できるよう内径が８ｍｍ以上のパイプ状であることを特
徴とする請求項１、２、または３に記載の中空筒状体。
【請求項５】前記貫通孔は、ピース部材に予め形成さ
れていることを特徴とする請求項１、２、３、または４
に記載の中空筒状体。
【請求項６】構造物の基礎として、複数のピース部材
を連結して地中に構築する中空筒状体の構築方法におい
て、縦穴を掘削しつつ中空筒状体を該縦穴内に順次配置する
工程と、この配置が完了した後に前記中空筒状体の内側
に鉄筋籠を略同心状に配置する工程と、前記中空筒状体
に形成された貫通孔に棒状体を貫通させ周辺地盤に挿入
する工程と、前記棒状体の基部を鉄筋籠に固定する工程
と、前記鉄筋籠の内側に内型枠を配置する工程と、前記
筒状体と内型枠との間にコンクリートを打設する工程
と、を有してなることを特徴とする中空筒状体の構築方
法。