JP2007009505A - 基礎補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、既設構造物の基礎の耐力増強と液状化防止とを同時に達成できる基礎補強工法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の基礎補強工法は、既設基礎の直下にグラウトを注入する注入管兼用の鋼管杭を既設基礎を支圧体として圧入設置する工法であり、以下の工程に沿って施工する。
すなわち、本発明の基礎補強工法は、既設基礎１４の直下に補強杭２０を圧入する作業空間Ａ’を掘削形成する掘削工程と、既設基礎の底面１４ａを支圧面として補強杭２０を圧入する補強杭圧入工程と、補強杭２０の中空部を介してグラウトＧを注入するグラウト注入工程と、既設基礎１４を支持する支持部材３８を補強杭２０に接合する支持部材接合工程と、掘削した作業空間Ａ’に既設基礎を補強する補強基礎４０を形成して埋め戻す埋戻し工程とからなる。そして、補強杭２０はグラウト注入孔２８を備えるとともに、所定長さの複数の鋼管２２を順次継ぎ足して形成することを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、既設構造物の基礎を補強する基礎補強工法に関する。

既存の構造物などの基礎を補強する補強方法として、既設基礎の外周部からボーリングマシンで注入孔を掘削し、注入管を設置して水ガラス系などの薬液を注入することで既設杭周辺の地盤を強化する薬液注入工法や、部分的に高圧噴射攪拌工法により既設杭の周辺に拘束固化体を構築する方法などが知られている（例えば、特許文献１など）。

しかし、上記の薬液注入工法では地盤の強化しか実現できず、信頼性の高い均一な地盤強化は期待できなかった。また、既設杭の周辺に拘束固化体を構築する方法では、既設基礎周辺のスペースや地形などの施工条件によっては有効な拘束固化体を構築できない場合があるといった問題があった。
特開２００３−１５５７５２号公報

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、その課題は、既設構造物の基礎の耐力増強と液状化防止とを同時に達成できる基礎補強工法を提供することである。

本発明の基礎補強工法は、既設基礎の直下にグラウトを注入する注入管兼用の鋼管杭を既設基礎を支圧体として圧入設置する工法であり、以下の工程に沿って施工する。

すなわち、本発明の基礎補強工法は、既設基礎の直下に鋼管からなる補強杭を土中に圧入する作業空間を掘削形成する掘削工程と、既設基礎の底面を支圧面として補強杭を圧入する補強杭圧入工程と、補強杭の中空部を介して地盤中にグラウトを注入するグラウト注入工程と、既設基礎の底面を支持する支持部材を補強杭に接合する支持部材接合工程と、掘削した作業空間に既設基礎を補強する補強基礎を形成して埋め戻す埋戻し工程とからなる。そして、補強杭はグラウトを周辺地盤へ注入するグラウト注入孔を備えるとともに、所定長さの複数の鋼管を順次継ぎ足して形成することを特徴とする。

また、本発明の基礎補強工法において、グラウト注入孔は、鋼管の側部に軸心から放射状に穿設されていることが望ましく、また、このグラウト注入孔には、鋼管の中空部に挿設され補強杭の外部で開口するグラウト注入路が連通していることが好ましい。

本発明の基礎補強工法においては、既設杭に隣接して補強杭を設置することができる。

本発明の基礎補強工法によれば、既設基礎の直下に補強杭を設置することができるので、既設基礎の支持力を増大することができる。また、補強杭が鋼管であるのでグラウトを注入する注入管を兼ねることができるので、地盤強化のために注入するグラウトの注入管を新たに設置する必要がなく、また、的確に補強杭の周辺地盤にグラウトの注入固結部を形成することができる。従って、補強杭の周辺地盤を強化できるとともに、補強杭の摩擦抵抗を増大して補強杭の既設基礎に対する支持力をより大きなものとすることができる。

また、このような補強杭は既設基礎を支圧体として所定長さの鋼管を継ぎ足しながら圧入することで形成できる。従って、掘削形成する作業空間は小規模なものでよく、工期短縮とコスト低減が可能となる。また、グラウトの注入孔を穿設した鋼管を適宜の位置に継ぎ足すことで、地盤の任意の深度に効果的にグラウトを注入することができる。さらに、グラウトは鋼管の中空部に設けた注入孔に接続するホースなどの注入路を介して注入することができるので、注入路毎にグラウト材の種類を変更することが可能であり各グラウト注入孔の周辺地盤の性状によって好適なグラウト材を選択することができる。

さらに、補強杭を既設杭に隣接して設置することで、既設杭の周辺地盤を改良強化することができ、既設杭の座屈防止（耐震強化）を図るとともに既設杭の支持力を増大することが可能となる。

本発明の基礎強化工法によれば、杭のない既設基礎の直下に補強杭を設置して耐震性の高い杭基礎を構築することができる。

本発明の基礎補強工法は、上記のように既設基礎の直下にグラウトを注入する注入管兼用の鋼管杭を既設基礎を支圧体として圧入設置する工法であり、（１）掘削工程、（２）補強杭圧入工程、（３）グラウト注入工程、（４）支持部材接合工程、（５）埋め戻し工程の５工程からなっている。これらの工程を補強対象の既設基礎の要補強箇所に順次施すことで既設基礎を効果的に補強することができる。 本発明の基礎補強工法の好適な態様を図１に示す橋脚のフーチング基礎１０の補強を例に説明する。図１（ａ）は橋脚の基礎１０を側方からみた概要図であり、（ｂ）は対応する平面概要図である。図１において、地盤Ｆ１は例えば沖積砂層や細粒土が混じった砂層などを含む軟弱地盤であり、所定の深さに岩盤などの支持層Ｆ２が存在している。橋脚１２はこのような地盤Ｆ１上に構築され、地盤Ｆ１内には図１（ｂ）の平面図で示すように４本の杭１６がフーチング基礎１４から支持層Ｆ２に達するように打設されている。

本実施の形態では上記のような橋脚の基礎１０の要補強部Ａ〜Ｄを補強する補強工法を図２〜図６に示す各工程に沿って説明する。なお、各図において、（ａ）は橋脚の基礎１０を側方からみた右半分の概要図であり、（ｂ）は対応する右半分の平面概要図である。

（１）掘削工程（図２参照）
まず、フーチング基礎１４の隣り合う既設杭１６、１６の間の一次掘削部Ａをパワーシャベルなどの掘削機械を使用して掘り下げ、フーチング基礎１４の底面が露出するように作業空間Ａ’を掘削形成する。なお、この時、フーチング基礎１４の底面１４ａと作業空間Ａ’の底面１８までの深さｄは、後述する鋼管の長さよりも深く、かつこの鋼管を圧入する油圧ジャッキなどの押圧手段が設置できる深さに掘削する。

（２）補強杭圧入工程（図３参照）
次に、補強杭２０をフーチング基礎１４を支圧体として地盤Ｆ１中に圧入する。補強杭２０は所定長さの複数の鋼管２２を適宜に継ぎ足すことで形成する。鋼管２２は、所望の強度を有するものであればその材質や太さなどに制約はないが、例えば、ＳＴＫ４００の外径が５０〜３００ｍｍ、厚さが３〜１５ｍｍの鋼管などを好適に用いることができる。また、鋼管２２の長さについても特に限定はないが、既設基礎を支圧体として鋼管を圧入する押圧手段や圧入作業の作業性を考慮すると概ね３００〜２０００ｍｍとすることが好ましい。

鋼管２２は図８（ａ）、（ｂ）にそれぞれの断面を模式的に示すように、一般鋼管２２ａと注入鋼管２２ｂとからなる。一般鋼管２２ａは、外管２４の先端に内管２６を突出部２６ａを設けて嵌着したものであり、突出部２６ａを他の鋼管２２の他端側に挿入して接続することができる。

また、図８（ｂ）に示す注入鋼管２２ｂは、前記の一般鋼管２２ａと同様に外管２４と内管２６とからなり、さらに外管２４の側部に軸心から放射状に穿設された複数のグラウト注入孔２８を備えている。各グラウト注入孔２８には鋼管２２の中空部３０に設けたホースなどの注入路３２が連通しており、圧入された補強杭２０の外部からこの注入路３２を介してミルクセメントなどのグラウトＧを注入することができる。なお、ビニールシートやゴムシートなどのシール材３６を注入孔２８を封止するように巻回して、グラウト注入前の地下水や土砂などの侵入による注入孔２８の閉塞を防止するとよい。

注入鋼管２２ｂの外管２４の先端部外周には鉄棒などからなるパッカーリング３４が固着されており、注入鋼管２２ｂを圧入することで外管４の外周周りに隙間ｅを形成することができる。この隙間ｅにより注入鋼管２２ｂの圧入時の上記シール材３６の位置ズレや破損の生じることを防止できる。

以上のように構成される鋼管２２を既設基礎１４の直下の所定の位置（図３（ｂ）では既設杭１６、１６の中間部）に順次圧入して補強杭２０を形成する。まず、注入鋼管２２ｂの上端部に油圧ジャッキやポストハンマーあるいはバイブルハンマーなどの押圧手段Ｐを設置し、フーチング基礎１４の底面１４ａを支圧面として作業空間Ａ’の底面１８から地盤Ｆ１中へ注入鋼管２２ｂを圧入する。なお、最初に圧入される注入鋼管２２の先端部（内管突出部２６ａの開口部）は適宜の方法で封止されている。所定深さまで注入管２２ｂを圧入したら、一旦押圧手段Ｐを取り外し、注入鋼管２２ｂの上端部に一般鋼管２２ａの内管突出部２６ａを挿入して嵌合し、かつ嵌着部を溶接など適宜の方法で接合して、注入鋼管２２ｂと一般鋼管２２ａとを連結する。続いて一般鋼管２２ａの上端部に再度押圧手段Ｐを設置して連結された鋼管２２を圧入する。

以上のように一般鋼管２２ａと注入鋼管２２ｂとを適宜に継ぎ足して所望の深度、例えば支持層Ｆ２まで順々に圧入して補強杭２０を形成する。

（３）グラウト注入工程（図４参照）
この工程では、所定本数の鋼管２２を継ぎ足して圧入を完了した補強杭２０に、外部から注入路３２を介して補強杭２０の周辺地盤へグラウトＧを注入する。グラウト材としては、特に限定はないが、シリカコロイド、微粒子スラグ、微粒子セメントなどを主材として適宜の硬化剤や硬化促進剤などを混合した組成物や、セメントミルクなどを例示することができる。このようなグラウト材は補強杭２０を構成する注入鋼管２２ｂに穿設した各注入孔２８から周辺の地盤内へ注入される。

外部から注入路３２を介して注入孔２８に到達したグラウトＧは、巻回されているシール材３６を押圧して注入孔２８から噴出し隙間ｅに充満する。その後外部からの加圧力により半径方向に周辺の地盤へ侵入する。例えば、パッカーリングＲ１とＲ２との間に形成された隙間ｅ１では、補強杭２０の先端側に注入されたグラウトｇ１が注入孔２８から噴出すると、グラウトｇ１は隙間ｅ１内を矢印ｙに沿ってパッカーリングＲ２に遮られるまで上昇して隙間ｅ１に充満する。その後、加圧力によって矢印ｘのように放射状に周辺地盤へ侵入するので、隙間ｅ１の周辺を確実にグラウトｇ１で補強することができる。なお、このようなグラウト注入方法によれば、例えばグラウトｇ３の固結を待ってからグラウトｇ２を注入するなど地盤の性状によって、グラウトＧの種類のみならず注入のタイミングをも適宜調整することができる。

グラウトＧは、隣接する既設杭１６、１６を包含するように広範囲に注入することが好ましい。このように既設杭１６周辺の地盤を強化することで既設杭１６の支持力を増大して、耐震性を強化することができる。また、地下水の有無や土壌の性状に合わせて注入孔２８ごと（あるいは、注入鋼管２２ｂごと）に好適なグラウト材を選択することが望ましい。例えば、粘性土等の土壌では、懸濁型や溶液型の瞬結性のグラウト材ｇ１が好適であり、砂質土等の地盤には、超微粒子のセメントを懸濁させ優れた浸透性を有する長結性のグラウト材ｇ２を注入するとよい。

なお、補強杭２０周辺の土壌の性状がほぼ均一であったり、補強杭２０が小径の鋼管２２で構成される場合等では、注入孔２８に連通するホースなどの注入路３２を用いることなく鋼管２２（補強杭２０）の中空部３０を注入路３２として所望のグラウト材を直接注入してもよい。

（４）支持部材接合工程（図５参照）
上記のようにしてグラウトの注入を完了した補強杭２０の上端部と、フーチング基礎１４の底面１４ａとは、ほぼ押圧手段Ｐの長さ分だけ隔てられており、この状態では補強杭２０はフーチング基礎１４を支持していない。そこで補強杭２０の上端部に支持部材３８を接合し、支持部材３８をフーチング基礎１４の底面１４ａに密着させて補強杭２０でフーチング基礎１４を支持するようにする。支持部材３８は圧入した補強杭２０とフーチング基礎の底面１４ａとの空隙を充填できる鋼管２２と同等程度の強度を有するものであれば特に限定はないが、鋼管２２の外管２４と同一の鋼管を支持部材とし、この鋼管を補強杭２０の上端部に溶接などで固着することでフーチング基礎１４を支持することができる。

（５）埋め戻し工程（図６参照）
次に、作業空間Ａ’を埋め戻して一次掘削部Ａをもとの状態に戻すが、フーチング基礎１４を補強する補強基礎を形成してから埋め戻す。例えば、発泡モルタルやモルタル等の補強材を補強杭２０を包含し、かつフーチング基礎１４の一部を埋没させるように流し込んで固結させ補強基礎４０とする。なお、作業空間Ａ’の適宜の領域に鉄筋籠やアングルなどを組み込んで補強基礎４０としてもよい。

以上の（１）〜（５）の各工程を各既設杭１６、１６の間の要補強領域Ａ〜Ｄについて繰り返し、図７の平面図に示すように４本の補強杭２０Ａ〜２０Ｄを設置し、その周辺地盤をグラウトＧで強化することで橋脚１２の既設基礎１０全体を補強することができる。

このように補強された橋脚の基礎１０では、既設杭１６の中間位置に既設杭１６と同一深度（支持地盤Ｆ２に達する）まで補強杭２０が圧入形成されており、さらにグラウトＧを既設杭１６と補強杭２０とを一体的に包含するように注入して周辺地盤を固結強化した態様であるので、従来の薬液注入工法や高圧噴射攪拌工法などに比べてはるかに信頼性の高い均一な補強効果を得ることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することができる。

例えば、上記の実施の形態では、既設杭１６を有するフーチング基礎１４の補強について説明したが、図９（ａ）に示すように既設杭１６を有しないフーチング基礎１４のみの場合にも、（ｂ）に示すように本発明の基礎補強工法を適用して補強杭２０を有する杭基礎４２とすることができる。

また、図１０のように軟弱地盤Ｆ３が基礎構築地盤Ｆ１と支持地盤Ｆ２との間に存在する場合には、既設杭１６に隣接して補強杭２０を圧入し、軟弱地盤Ｆ３にグラウトＧを注入することで、補強杭２０の増し杭効果と、既設杭１６と補強杭２０の支持力増大とを図ることができる。

以上、フーチング基礎を例に実施の態様を説明したが、本発明の基礎補強工法はフーチング基礎など基礎の態様に限定されることなく、鋼管を圧入する際の支圧体として十分耐えうるものであれば、既設基礎がどのような種類の構造物や構築物を支持する態様の基礎（例えば、布基礎、ケーソン基礎など）であっても適用することができる。

本発明の基礎補強工法ば、軟弱地盤上に構築された構造物の基礎を補強する基礎補強工法として極めて有用であり、補強杭による既設基礎の支持力増強と、グラウト注入による地震発生時の地盤の液状化防止とを同時に達成することができる。本発明の基礎補強工法は、どのような種類の構造部や構築物を支持する態様の基礎であっても適用することができる。中でも橋脚のフーチング基礎や建物の基礎の補強には好適に用いることができる。

一実施の形態である橋脚の基礎の構成を説明する概要図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 図１の橋脚の基礎を補強する補強工法の掘削工程を示す説明図であり、（ａ）は側面模式図（片側のみ）、（ｂ）は平面模式図である。 図２に続く補強杭圧入工程を示す説明図である。 図３に続くグラウト注入工程を示す説明図である。 図４に続く支持部材接合工程を示す説明図である。 図５に続く埋め戻し工程を示す説明図である。 補強完了後の橋脚の基礎の平面模式図である。 補強杭の構成を説明する概要図である。（ａ）は一般鋼管の形状を説明する断面図、（ｂ）は注入鋼管の形状を説明する断面図である。 その他の態様であり、既設杭を有しないフーチング基礎のみを補強する場合である。（ａ）は補強前を示す側面概要図であり、（ｂ）は補強後を示す側面概要図である。 その他の態様であり、部分的に軟弱地盤Ｆ３が存在する場合の補強の一例を示す。（ａ）は補強前を示す側面概要図であり、（ｂ）は補強後を示す側面概要図である。

符号の説明

１０：橋脚の基礎 １２：橋脚 １４：フーチング基礎 １６：既設杭 １８：作業空間底面 ２０：補強杭 ２２：鋼管 ２２ａ：一般鋼管 ２２ｂ：注入鋼管 ２４：外管 ２６：内管 ２８：注入孔 ３２：注入路 ３４：パッカーリング ３６：シール ３８：支持部材 ４０：補強基礎 ４２：杭基礎
Ａ：一次掘削部 Ａ’：一次作業空間 Ｇ：グラウト（グラウト固結部） Ｆ１：基礎構築地盤 Ｆ２：支持地盤 Ｆ３：軟弱地盤

Claims (4)

1. 既設基礎の直下に鋼管からなる補強杭を土中に圧入する作業空間を掘削形成する掘削工程と、
   前記既設基礎の底面を支圧面として前記補強杭を圧入する補強杭圧入工程と、
   前記補強杭の中空部を介して地盤中にグラウトを注入するグラウト注入工程と、
   前記既設基礎の底面を支持する支持部材を前記補強杭に接合する支持部材接合工程と、
   掘削した前記作業空間に前記既設基礎を補強する補強基礎を形成して埋め戻す埋戻し工程とを有し、
   前記補強杭は前記グラウトを周辺地盤へ注入するグラウト注入孔を備えるとともに、所定長さの複数の鋼管を順次継ぎ足して形成することを特徴とする基礎補強工法。
2. 前記グラウト注入孔は前記鋼管の側部に軸心から放射状に穿設されている請求項１に記載の基礎補強工法。
3. 前記グラウト注入孔には前記鋼管の中空部に挿設され前記補強杭の外部で開口するグラウト注入路が連通している請求項１又は２に記載の基礎補強工法。
4. 既設杭に隣接して前記補強杭を設置する請求項１〜３のいずれかに記載の基礎補強工法。
   

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