JP2005299271A

JP2005299271A - 建造物の鉄骨柱立設工法

Info

Publication number: JP2005299271A
Application number: JP2004118868A
Authority: JP
Inventors: Toru Nakajima; 徹中島
Original assignee: Elf Inc
Current assignee: Elf Inc
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】従来の鉄骨柱立設工法では、地盤を掘削して形成した空所内にコンクリート基礎を構築し、該基礎のアンカーボルトに鉄骨柱を連結させた後、空所の余剰空間に埋め戻し土壌を充填していたが、コスト面、強度面、精度の面、作業性の面等で種々の欠点があった。
【解決手段】鉄骨柱５を立設すべき位置の地盤の土壌を掘削・排土して空所１を形成し、空所１内に掘削した掘削土２を用いた固化材・土壌混合スラリー３を充填し、固化材・土壌混合スラリー３が軟質状態である間に鉄骨柱５の下部を固化材・土壌混合スラリー３中に挿入し、鉄骨柱５を保持具６で所定位置に保持した状態で固化材・土壌混合スラリー３を固化させる、ことにより、安価で、高強度で、高精度で、且つ作業性よく鉄骨柱を立設できるようにした。
【選択図】図１

Description

本願発明は、建造物の支柱となる鉄骨柱を立設するための工法に関し、さらに詳しくは建造物からの大きな荷重を支持し得る構造の鉄骨柱立設工法に関するものである。

建造物を地盤上に複数本の鉄骨柱で支持する構造では、鉄骨柱を立設する位置の地盤を高強度（高支持力）にしておく必要がある。そして、この種の建造物の鉄骨柱を立設するのに、従来から図２に示す工法が一般に行われている。この図２の鉄骨柱立設工法は、（ａ）〜（ｆ）の順序で行われる。

まず、図２（ａ）では、建造物の鉄骨柱が立設される位置の地盤の土壌２２を掘削機（バックホウ）で掘削・排土して、所定開口面積で所定深さの空所２１を形成する。尚、この空所２１は、建造物を支持するのに必要な鉄骨柱の本数分だけ形成される。掘削された土壌（掘削土）２２は、締め固めができないために、図２（ｆ）で示す埋め戻し土壌３３としては使用できない。又、この空所２１内には、図２（ｂ）で示すようにコンクリート基礎構築用の型枠２３を組立てる必要があることから、該空所２１内に作業員が入って型枠組立作業が行えるだけのスペースを確保する必要がある。従って、この空所２１の大きさは、空所内に構築されるコンクリート基礎２６の大きさよりかなり大きくする必要がある。

次に、図２（ｂ）に示すように、空所２１内の底部の所定位置に鉄骨柱を接続するための複数本のアンカーボルト２４を据付け、該各アンカーボルト２４の外側にコンクリート基礎用の型枠２３を組立てた後、該型枠２３内に生コンクリート２５を充填する。そして、型枠２３内の生コンクリート２５が固化した後、型枠２３を解体すれば、図２（ｃ）に示すように空所２１内にコンクリート基礎２６を構築できる。尚、このコンクリート基礎２６の構築作業は、必要数の空所２１内でそれぞれ行われるが、該各空所２１内に構築された各コンクリート基礎２６の上面高さは、生コンクリート充填量や生コンクリートが硬化するときの収縮率の差等により不揃いになる。

次に、図２（ｃ）に示すように、コンクリート基礎２６の上面における各アンカーボルト２４間に、高さ調整用のモルタル２７を所定厚さ載置し、該コンクリート基礎２６の上面高さのレベル出しをする（各コンクリート基礎２６の上面高さを揃える）。尚、各アンカーボルト２４の上端部のボルト部分は、高さ調整用モルタル２７の上面より所定長さだけ突出している。又、アンカーボルト２４に接続させる鉄骨柱２８の下端部には外方に張り出すフランジ（鋼板）２９が取付けられており、このフランジ２９部分に各アンカーボルト２４の上端部をそれぞれ挿通させる複数の穴が形成されている。

次に、コンクリート基礎２６の上面のモルタル２７が固化した後に、図２（ｄ）に示すように鉄骨柱２８のフランジ２９下面をコンクリート基礎２６のモルタル２７の上面に接合させ（このとき各アンカーボルト２４のボルト部分がフランジ２９の各穴に嵌入する）、各アンカーボルト２４のボルト部分にそれぞれナット３０を螺合緊締することにより、鉄骨柱２８をコンクリート基礎２６上に緊結する。尚、この後、鉄骨柱２８のフランジ２９下面とコンクリート基礎２６の上面との間の余剰空間にモルタル（グラウト）を充填しておく。

次に、図２（ｅ）に示すように、アンカーボルト２４の露出部分や鉄骨柱２８の下部寄り部分が埋め戻し土壌に接触するのを防止するために（腐食防止のために）、鉄骨柱２８の下部寄り部分の外周に型枠３１を組立て、該型枠３１内に生コンクリート３２を充填する。

そして、該生コンクリート３２が固化した後に型枠３１を取外し、図２（ｆ）に示すように、空所２１の余剰空間に埋め戻し土壌３３を充填して締め固めると、鉄骨柱２８の立設作業は完了する。

因みに、図２の従来例において、コンクリート基礎２６の底面の大きさが一辺１００cmの正方形で、アンカーボルト２４の長さが９０cmである場合、掘削される空所２１の大きさは、空所底面の一辺が１４０〜１６０cm程度（中間値１５０cm）必要で、且つ空所内壁面の土壌の崩落を防止するために該内壁面を外広がり状に傾斜させる必要から空所の上部開口の一辺が２３０〜２５０cm程度（中間値２４０cm）必要であり、さらに空所深さが１２０〜１４０cm程度（中間値１３０cm）必要となる。従って、該空所２１の１つ当たりの容積は各中間値で５.０３ｍ³になる。

尚、図２に示す従来の鉄骨柱立設工法の特許文献としては、適当なものが見当たらなかったが、建造物のコンクリート基礎を構築する工法として、本出願人は、特開平７−３１７０５５号公報（特許文献１）に示す地盤改良工法を提案している。この特開平７−３１７０５５号公報の地盤改良工法は、建造物の基礎を構築すべき位置の地盤の土壌を掘削・排土して空所を形成し、該空所内に掘削された掘削土とセメント等の固化材と水とを混合・撹拌して固化材・土壌混合スラリーを充填して、該固化材・土壌混合スラリーを固化させることにより空所内に地盤改良体を形成するようにしたものである。そして、該地盤改良体の上部に型枠を組立て、該型枠内に生コンクリートを充填・固化させて建造物の基礎となるコンクリート基礎を構築するようにしている。

特開平７−３１７０５５号公報（図１、図２）

ところで、上記した図２（従来例）の鉄骨柱立設工法では、次のような欠点があった。

(1) 図２（ａ）において、空所形成用に掘削した掘削土２２（特に粘性土質の場合）は、転圧（締め固め）が十分にできないので、図２（ｆ）の埋め戻し土壌３３として利用できず、場外廃棄処分するしかない。従って、掘削土２２の廃棄処分費用が多く必要であるとともに、残土廃棄による環境悪化が生じる。

(2) 図２（ｂ）において、空所２１内に作業員が入って型枠２３を組立てる必要があることから、該空所２１を大きく形成する必要があり（空所１つ当たりの容積が約５.０３ｍ³）、排土量及び場外廃棄処分量が多くなってそれらのコストが高くなる。

(3) 図２（ｂ）において、アンカーボルト２４及び型枠２３が必要であり、且つ該アンカーボルト２４の据付け作業及び型枠２３の組立・解体作業が必要となる。

(4) 図２（ｂ）において、型枠２３内に複数本のアンカーボルト２４を立て込んだ状態で、該型枠２３内に生コンクリート２５を流し込むが、そのときアンカーボルト２４の位置がずれ易くなる。尚、各アンカーボルト２４の位置決めは、数ミリ単位の精度が要求され、該各アンカーボルト２４が許容誤差以上位置ずれした状態で固定されると、鉄骨柱２８の取付けが困難になる。

(5) 各空所２１内で構築された各コンクリート基礎２６の上面高さは不揃いになっているので、図２（ｃ）のように硬化したコンクリート基礎２６の上面にレベル出し用（高さ調節用）のモルタル２７を施工する必要があり、そのモルタル施工が面倒であるとともに、該モルタル２７が固化するまで次の作業が行えない（作業待ち時間が生じる）。

(6) 図２（ｆ）において、空所２１内の余剰空間に埋め戻し土壌３３を充填して転圧するが、この埋め戻し土壌３３に図２（ａ）の掘削土２２は使用できないので、該埋め戻し土壌３３のための費用がかかる。

又、上記特許文献１（特開平７−３１７０５５号公報）の地盤改良工法は、掘削した掘削土を利用した固化材・土壌混合スラリーを空所内に充填し、該固化材・土壌混合スラリーを固化させて空所内に地盤改良体を形成し、その地盤改良体の上にコンクリート基礎（建造物の基礎となる）を構築するようにしたものであるが、本願が対象にしている建造物の鉄骨柱立設工法ではない。

そこで、本願発明は、上記した従来の鉄骨柱立設工法の各欠点を改善するためになされたものである。

本願発明は、上記課題を解決するための手段として次の構成を有している。尚、本願発明は、建造物の支柱となる鉄骨柱の下部を地盤中に埋め込んだ状態で立設するための鉄骨柱立設工法を対象にしている。そして、本願発明の建造物の鉄骨柱立設工法は、次の各工程が行われる。

まず、建造物の支柱（鉄骨柱）を立設すべき位置の地盤の土壌を掘削・排土して所定開口面積で所定深さの空所を形成する。この空所は、後述するように空所内に人が入って作業する必要がないので、比較的小容積に形成できる。因に、該空所の大きさは、図２の従来例と同規模の荷重を支持する場合には、空所の底面積が１００cm×１００cm程度で深さが１２０cm程度で十分であり、図２の従来例の空所に比して、半分以下の容積でよい。

次に、上記空所内に、掘削した掘削土とセメント等の固化材と水とを適量づつ混合し撹拌してなる固化材・土壌混合スラリーを充填する。掘削土と固化材と水との混合割合は、特に限定するものではないが、体積比で掘削土が７０％、固化材が１７％、水が１３％程度が適当である。又、この固化材・土壌混合スラリーは、地上で生成（混合・撹拌）したものを該空所内に充填してもよく、あるいは空所内に上記スラリー材料（掘削土、固化材、水）を所定割合づつ投入して該空所内で生成（混合・撹拌）したものでもよい。

次に、空所内の固化材・土壌混合スラリーが軟質状態である間（硬化する前）に、鉄骨柱の下部を固化材・土壌混合スラリー中に挿入し、該鉄骨柱を保持具で所定位置に保持する。保持具で鉄骨柱を位置保持する際には、該鉄骨柱を水平方向（前後・左右）の正確な位置に位置決めし、且つ鉄骨柱上面高さを正確にレベル出しした状態で固定する。尚、鉄骨柱は、必要長さの長尺１本物でもよいが、全長を上下に２分割してその下部鉄骨柱の下部側を固化材・土壌混合スラリー中に埋め込み、後で下部鉄骨柱の上部に上部鉄骨柱を連結させるようにしてもよい。

そして、鉄骨柱を保持具で位置保持させた状態で、固化材・土壌混合スラリーを固化させて、鉄骨柱を固化した地盤改良体で保持させる。固化材・土壌混合スラリーを固化させた地盤改良体は、鉄骨柱を保持するのに十分な強度がある。

その後、保持具を取り外し、空所内の上部に余剰空間がある場合には、該余剰空間に生コンクリート等を打設すれば、この鉄骨柱立設工法は完了する。

本願発明の鉄骨柱立設工法には、次のような効果がある。

第１に、掘削・排土した空所内に鉄骨柱保持用の固化材・土壌混合スラリーを直接充填するようにしているので、空所内に図２の従来例のような型枠組立用のスペースが不要になり、掘削すべき空所の容積が小さくてよい。従って、空所形成のための掘削・排土量が少なくて済むので、空所形成コストが安価になるという効果がある。

第２に、アンカーボルトや型枠等が不要となり且つアンカーボルトの据付け作業や型枠の組立・解体作業が不要なので、それらの資材コストが不要になるとともに工期の短縮を図ることができるという効果がある。

第３に、鉄骨柱を保持具により固化材・土壌混合スラリー中の所定位置に保持させた状態で、固化材・土壌混合スラリーを固化させるようにしているので、固化材・土壌混合スラリーが固化後にも鉄骨柱を正確に位置決めできており、特別な調整作業（例えば、図２の従来例のようにコンクリート基礎上面のレベル出しのためのモルタル施工作業）が不要となるという効果がある。

第４に、鉄骨柱自体が地盤改良体（固化材・土壌混合スラリーが固化したもの）で直接保持されているので、該鉄骨柱の保持力が強固になるという効果がある。

第５に、地盤改良体となる固化材・土壌混合スラリーに空所の掘削土を利用しているので、場外廃棄処分する掘削土量を大幅に減量でき、掘削土の廃棄処分費用を低減できるとともに、掘削土廃棄による環境悪化も軽減できるという効果がある。

図１には、本願実施例の建造物の鉄骨柱立設工法を示している。尚、この実施例の鉄骨柱立設工法は、建造物を支持するのに必要な高支持力の地盤（例えば岩盤）が比較的浅い部分にある場合に適しているが、支柱１本当たりの負担荷重が比較的軽量な場合には、比較的支持力の弱い地盤でも本願を適用できる。

この実施例の鉄骨柱立設工法では、図１の（Ａ）〜（Ｇ）の各工程を順次行って鉄骨柱を立設させる。尚、この実施例では、立設すべき鉄骨柱として、図１（Ｅ）〜図１（Ｇ）に示すように支柱としての必要長さを上下に２分割し（下部鉄骨柱５と上部鉄骨柱８）、その下部鉄骨柱５の下部側を地盤改良体７中に埋設した後、該下部鉄骨柱５の上端部に上部鉄骨柱８を連続させるようにしている。下部鉄骨柱５は、長さが９０〜１００cm程度のものが使用されており、且つ下部鉄骨柱５の上端部には、鋼板５ａが取付けられている。この鋼板５ａは、鉄骨柱主体部の外方に張り出すフランジ部を有している。尚、この実施例では、単に鉄骨柱と表現するのは下部鉄骨柱５のことであり、上部側の鉄骨柱８は上部鉄骨柱と表現する。

まず、図１（Ａ）に示すように、建造物の支柱（鉄骨柱５）を立設すべき位置の地盤の土壌２を掘削機（バックホウ）で掘削・排土して所定開口面積で所定深さの空所１を形成する。尚、掘削した掘削土２は、後で空所１内に投入するので、該空所１の近傍位置に積み上げておけばよい。

空所１の大きさは、図１（Ｇ）に示すように、１本の支柱（下部鉄骨柱５及び上部鉄骨柱８）で受け持つ建造物の荷重を支持できる地盤改良体７（この実施例では埋め戻しコンクリート９を含む）を構築し得るものであればよい。又、この空所１は、内部に人が入って作業する必要がないので、比較的小容積に形成できる。因みに、この実施例の空所１の大きさは、底面積が１００cm×１００cm程度で深さが１２０cm程度であり、且つ底面から約７０cmの高さ位置から上部を外広がり状の傾斜面としている。そして、この場合の空所１の容積は約１.７ｍ³となり、図２の従来例の空所の容積（５.０３ｍ³）に比して３０〜３５％となる。

次に、図１（Ｂ）に示すように、空所１内に、掘削した掘削土２とセメント等の固化材と水とを適量づつ混合し撹拌してなる固化材・土壌混合スラリー３を充填する。この時点での固化材・土壌混合スラリー３の充填量は、空所の深さの６０〜７０％程度でよい。固化材・土壌混合スラリー３を生成する各材料（掘削土２と固化材と水）の混合割合は、特に限定するものではないが、体積比で掘削土２が７０％、固化材が１７％、水が１３％程度が適当である。又、この固化材・土壌混合スラリー３は、地上で生成（混合・撹拌）したものを該空所２内に充填（投入）してもよく、あるいは空所２内に上記スラリー材料（掘削土、固化材、水）を所定割合づつ投入して該空所２内で生成（混合・撹拌）したものでもよい。尚、この固化材・土壌混合スラリー３を生成するのに、スラリー材料として補強用の繊維を加えてもよい。

又、この実施例では、空所１内の固化材・土壌混合スラリー３が軟質状態であるうちに、図１（Ｂ）〜（Ｃ）に示すように、該固化材・土壌混合スラリー３中に補強組鉄筋４を配置させる。尚、この補強組鉄筋４の中心部には、鉄骨柱５を挿通させるための穴を有している。

次に、図１（Ｃ）に示すように、空所１の開口部分に鉄骨柱５を保持するための保持具６を設置する。この保持具６は、鉄骨柱５を上方から吊下げて挿入する挿入穴を有し、且つ鉄骨柱５の上部（例えば鋼板５ａのフランジ）を支持し得る支持部を有している。そして、この保持具６は、鉄骨柱５を水平面内の前後・左右に位置調整し得るとともに、鉄骨柱５を上下に位置調整するための手段（例えば、調整ボルト等の上下調整具６ａ）を有している。尚、この保持具６は、鉄骨柱５を所定位置で保持し得るものであれば適宜の構成のものが採用できる。

次に、図１の（Ｃ）〜（Ｄ）に示すように、空所１内の固化材・土壌混合スラリー３が軟質状態である間（硬化する前）に、鉄骨柱５の下部を固化材・土壌混合スラリー３中に挿入し、該鉄骨柱５を保持具６で所定位置に保持する。鉄骨柱５の挿入作業は、鉄骨柱５を上方から吊下げて、該鉄骨柱５の下部を保持具６の挿入穴に挿通させた後、固化材・土壌混合スラリー３中に挿入する。尚、そのとき鉄骨柱５の下部を固化材・土壌混合スラリー３中の補強組鉄筋４の中心穴にも挿通させる。そして、鉄骨柱５を水平方向の所定位置に位置合わせするとともに鉄骨柱上面のレベル出しをした状態で、該鉄骨柱５を保持具６で位置保持させる。鉄骨柱５の保持位置は、計測器等を使用して立設すべき位置に正確に合致させる。尚、鉄骨柱５の位置保持状態では、鉄骨柱５の上面（鋼板５ａ部分）が地表面下で固化材・土壌混合スラリー３の上面から所定高さ（例えば３０cm）離間した位置にある。

次に、図１（Ｄ）の状態（鉄骨柱５の位置保持状態）で、空所１内の固化材・土壌混合スラリー３が固化するまで維持させる。尚、空所１内の固化材・土壌混合スラリー３は、１０時間程度で固化する。そして、図１（Ｄ）の状態で、固化材・土壌混合スラリー３が固化した後（図１（Ｅ）の地盤改良体７となる）、保持具６を解体する。図１（Ｅ）の状態では、鉄骨柱５が正規の位置において地盤改良体７で強固に保持されている。

次に、図１（Ｅ）〜（Ｆ）に示すように、上部鉄骨柱８の下端部を地盤改良体７で保持されている鉄骨柱５の上面（鋼板５ａの上面）に位置合わせして、その接合部を溶接により連結する。尚、下部鉄骨柱５の上端部と上部鉄骨柱８の下端部とを溶接により連結する場合は、下部鉄骨柱５が正規の位置から僅かに位置ずれした状態で固定されていても、上部鉄骨柱８の位置合わせの自由度がある。

その後、図１（Ｆ）〜（Ｇ）に示すように、空所１内の余剰空間（地盤改良体７の上部空間）に生コンクリート９を打設し固化させれば、この鉄骨柱立設工法は完了する。尚、図１（Ｇ）において、空所１内の余剰空間に生コンクリート９を打設するのは、鉄骨柱における余剰空間部に位置する部分（下部鉄骨柱５の上部、上部鉄骨柱８の下部）が腐食するのを防止するためのものであるが、該生コンクリート９の打設部分は図２（従来例）の（ｅ）〜（ｆ）のように鉄骨柱周囲の小範囲だけであってもよい（その場合には、空所１の余剰空間に埋め戻し土壌を充填する。又、空所１の余剰空間に生コンクリート９を充填すると、下部鉄骨柱５の上部鋼板５ａのフランジ部下方にも該生コンクリート９が回り込み、該フランジ部下方に回り込んだ生コンクリート９によっても、上部鉄骨柱８からの加わる荷重を支持し得る。

このように、本願実施例の鉄骨柱立設工法は、空所形成用に掘削した掘削土２を地盤改良体７（固化材・土壌混合スラリー３）の材料として有効利用していること、空所１内に固化材・土壌混合スラリー３を充填し固化させることで地盤改良体７を構築すること、空所１内の固化材・土壌混合スラリー３が軟質状態にあるときに（固化する前に）該固化材・土壌混合スラリー３中に鉄骨柱５の下部を挿入して該鉄骨柱５を保持具６で所定位置に保持させること、保持具で鉄骨柱５を保持した状態で固化材・土壌混合スラリー３を固化させること、等を特徴にしている。従って、本願実施例の鉄骨柱立設工法でも、上記した本願発明の効果を達成できる。

本願実施例の鉄骨柱立設工法の工程図である。従来の鉄骨柱立設工法の工程図である。

符号の説明

１は空所、２は掘削土、３は固化材・土壌混合スラリー、５は鉄骨柱、６は保持具、７は地盤改良体、８は上部鉄骨柱である。

Claims

建造物の支柱となる鉄骨柱（５）を立設すべき位置の地盤の土壌を掘削・排土して所定開口面積で所定深さの空所（１）を形成し、
該空所（１）内に掘削した掘削土（２）とセメント等の固化材と水とを混合・撹拌してなる固化材・土壌混合スラリー（３）を充填し、
該固化材・土壌混合スラリー（３）が軟質状態である間に、前記鉄骨柱（５）の下部を固化材・土壌混合スラリー（３）中に挿入して、該鉄骨柱（５）を保持具（６）で所定位置に保持し、
該鉄骨柱（５）を保持した状態で固化材・土壌混合スラリー（３）を固化させて、鉄骨柱（５）を固化した地盤改良体（７）で保持させる、
ことを特徴とする建造物の鉄骨柱立設工法。