JP2011246981A - 構造物の基礎補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】狭小な場所であっても基礎補強を行うことができる構造物の基礎補強方法を提供する。
【解決手段】既設杭５１の周囲に増杭１を埋設し、増杭１に筒状の鞘管３を差し込み、増杭１の上方に既設躯体５１と一体化した新設躯体４を構築し、新設躯体４を介して伝達される既設躯体５１に作用する鉛直荷重を、油圧で作動するジャッキ９により増杭１に作用させ、鞘管３を上方に引き上げて、ジャッキ９を鞘管３で密封し、鞘管３と増杭１間にグラウトを注入する。
【選択図】図４

Description

本発明は、構造物の基礎を増杭によって補強する技術に関する。

プラントや建物等の構造物の改修や増設により構造物の重量が増加する場合には、既設躯体の鉛直支持力が不足するため、基礎を補強する必要がある。図１１を用いて、従来の基礎補強方法について説明する。構造物の基礎は、構造物を支える既設躯体５１と、既設躯体５１の下端から地中に埋設される複数の既設杭５２から構成される。既設杭５２の支持力により、建造物の沈下を防止している。従来の基礎補強では、既設杭５２の周囲に、増杭５７を多数埋設し、この増杭５７の上に、既設躯体５１と差筋５６で接続される新設躯体５５を設け、質量が増加した構造物の増加鉛直荷重を増杭５７に分散させることにより、既設杭５２の座屈や沈下を防止し、質量が増加した構造物の沈下を防止していた。このような基礎補強では、増加荷重が、増杭５７と既設杭５２の鉛直剛比に応じて分配されるため、既設杭５２の鉛直支持力に余裕が無く、既設杭５２が座屈や沈下する恐れがある場合には、増杭５７を多数埋設する必要があった。従来例では、１６本の既設杭５２で支える既設躯体５１に作用する荷重が９５０ｋN増加する場合には、増杭５７が２８本必要であった。増杭５７を多数埋設する基礎補強では、増杭５７を埋設するための広大なスペースが必要であり、スペースが限られている場合には、基礎補強を行うことができなかった。また、増杭５７を多数埋設すると、増杭５７の１本当たりの許容支持力（従来例では１２２０ｋN）に対して、増杭５７の１本当たりの負担荷重（従来例では１５０ｋN）にしか過ぎず、非効率的であった。

そこで、特許文献１に示されるように、増杭と新設躯体の間に油圧式ジャッキを配設し、この油圧式ジャッキで増杭と新設躯体間を拡げて増杭に作用する鉛直荷重を増加させたうえで、増杭と新設躯体の間に機械式ジャッキを配設し、機械式ジャッキで荷重を受け替えた後に、油圧式ジャッキを除去し、増杭と新設躯体間にグラウトを充填する基礎補強方法が提案されている。この方法であれば、既設躯体５１に作用する増加荷重を、強制的に増杭側に作用させることができ、少ない本数の増杭を埋設するだけで構造物の沈下を防止することができ、限られたスペースであっても基礎補強を行うことができる。なお、油圧式ジャッキで増杭と新設躯体間を拡げて増杭に作用する鉛直荷重を増加させた後で、油圧式ジャッキと機械式ジャッキを交換しているのは、油圧式ジャッキを恒久的に使用した場合に、ジャッキ油の漏洩により油圧式ジャッキ内の油圧が消失すると、増杭に作用する鉛直荷重を維持できないので、これを防止するためである。

特開２００５―２４０２９７号公報

しかしながら、特許文献１に示される基礎補強方法では、油圧式ジャッキと機械式ジャッキを並設するスペースや、油圧式ジャッキを機械式ジャッキに交換するためのスペースが必要であり、このスペースすら確保することができない狭小な場所では、基礎補強を行うことができないという問題があった。また、油圧式ジャッキを機械式ジャッキに交換する作業が大変手間であり、大きな交換費用が発生してしまうという問題があった。
本発明は、上記問題を解決し、狭小な場所であっても基礎補強を行うことができる構造物の基礎補強方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
構造物を支える既設躯体と、この既設躯体の下端から地中に埋設された既設杭から構成される構造物の基礎を補強する方法であって、
前記既設杭の周囲に増杭を埋設する工程と、
前記増杭に筒状の鞘管を差し込む工程と、
増杭の上方に既設躯体と一体化した新設躯体を構築する工程と、
新設躯体を介して伝達される既設躯体に作用する鉛直荷重を、油圧で作動するジャッキにより増杭に作用させる工程と、
前記鞘管を引き上げることにより、前記ジャッキを鞘管で密封し、鞘管と増杭とを接続させる工程とからなることを特徴とする構造物の基礎補強方法。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ジャッキを密封した鞘管にグラウトまたはコンクリートを充填することにより、鞘管と増杭とを接続させることを特徴とする。
これにより、新設躯体を介して伝達される既設躯体に作用する鉛直荷重が、確実に、増杭に作用し、増杭への前記垂直荷重の伝達不良に起因する、建造物の沈下を防止することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
増杭の外周面及び鞘管の少なくとも一方には、凹凸部が形成されていることを特徴とする。
これにより、鞘管の内周面とグラウト間又は、グラウトと増杭上部の外周面間に作用する付着力を向上することができる。このため、下鞘管に作用する鉛直荷重が、鞘管の内周面とグラウトの付着力、グラウトのせん断力、及びグラウトと増杭外周面の付着力により、確実に増杭に伝達される。また、水平荷重はグラウトの支圧強度により増杭に伝達され、曲げモーメントは鞘管の周方向の開きに対する鋼材の曲げ応力と増杭側面に作用するコンクリートの圧縮力により増杭へ伝達される。このため、既設杭への増加荷重の作用を防止し、構造物の沈下を防止することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、
新設躯体内に上部鞘管を埋設し、前記上部鞘管と鞘管を接合することによりジャッキを密封することを特徴とする。
これにより、新設躯体に作用する垂直荷重を、確実に、鞘管に伝達させることが可能となり、増杭への前記垂直荷重の伝達不良に起因する、建造物の沈下を防止することが可能となる。

本発明によれば、既設杭の周囲に増杭を埋設し、前記増杭に筒状の鞘管を差し込み、増杭の上方に既設躯体と一体化した新設躯体を構築し、新設躯体を介して伝達される既設躯体に作用する鉛直荷重を、油圧で作動するジャッキにより増杭に作用させ、前記鞘管を引き上げることにより、前記ジャッキを鞘管で密封し、鞘管と増杭とを接続させる。これにより、油圧式ジャッキの除去作業が不要となり、狭小な場所であっても基礎補強を行うことが可能となる。また、従来のように、ジャッキを交換・除去を行う必要が無いので、ジャッキの交換・除去交換費用が発生することが無く、工事費を低減させることが可能となる。

本発明の実施の形態を示す構造物の基礎補強方法の説明図である。 増杭の説明図である。 下鞘管の断面図である。 本発明の実施の形態を示す構造物の基礎補強方法の説明図である。 要部説明図である。 上鞘管の詳細図である。 要部説明図である。 図５の（Ｄ）のＣ−Ｃ断面図である。 構造物の基礎補強工事が完了した状態の基礎部分の説明図である。 別の実施形態の要部詳細図である。 従来の基礎補強の説明図である。 増杭の別例の説明図である。 グラウト注入の別例を表した説明図である。 グラウト注入の別例を表した説明図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態を示す。まず、図１の（Ａ）に示されるように、既設躯体５１の周囲に、鋼矢板等の土留め部材９１を埋設して土留めしたうえで、既設躯体５１の周囲を掘削して、土砂を除去する。次に、図１の（Ｂ）に示されるように、既設杭５２の周囲に、杭打ち機等により増杭１を埋設する。本実施形態では、４本の増杭１を既設杭５２の周囲に埋設している。図２に示されるように、増杭１の上端には、蓋板１ｂが取り付けられ、閉塞されている。また、本実施形態に使用される増杭１は、鋼管であり、その上部の外周面の全周に、上下方向複数のリブ１ａが形成されている。このリブ１ａの役割については後述する。次に、図１の（Ｃ）に示されるように、既設躯体５１の周面に複数穴をあけ、当該穴に差筋２を挿入するとともにエポキシ樹脂等の合成樹脂を注入して、既設躯体５１の周面に複数の差筋２を取り付ける。次に、図１の（Ｄ）に示されるように、下鞘管３を増杭１に差し込む。図３に示されるように、本実施形態で使用される下鞘管３は、その内面の全周に、上下方向複数のリブ３ａが形成されている。このリブ３ａの役割については後述する。

次に、図４の（Ａ）や図５の（Ａ）に示されるように、増杭１の蓋板１ｂ上に、油圧式ジャッキ９を設置し、更に、油圧式ジャッキ９に上鞘管５を差し込み、油圧式ジャッキ９上に上鞘管５のプレート５ｂを載置する。図６を用いて、上鞘管５の構造について説明する。なお、図６の（Ａ）は上鞘管５の側面図であり、図６の（Ｂ）は上鞘管５の縦断面図であり、図６の（Ｃ）は図６の（Ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、図６の（Ｄ）は図６の（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。上鞘管５は、主に、円筒形状の筒部５ａと、この筒部５ａ内を仕切るように筒部５ａ内に取り付けられたプレート５ｂとから構成されている。筒部５ａの、プレート５ｂよりも上側は脚部５ｃとなっている。脚部５ｃの外周面には、複数のリブ５ｄが全周に渡って突設されている。また、脚部５ｃの内周面には、複数のリブ５ｆが全周に渡って突設されている。図６の（Ｃ）に示されるように、プレート６ｂの外縁よりもやや内側位置には、３つの連通穴５ｅが連通形成されている。図６の（Ｂ）に示されるように、各連通穴５ｅには、それぞれ、注入管６、エア抜き管７、操作配管８が、脚部５ｃ内に挿通した状態で接続されている。注入管６、エア抜き管７、操作配管８は、脚部５ｃから上方に突出している。

次に図４の（Ｂ）に示されるように、既設躯体５１の周囲に、コンクリートにより新設躯体４を形成する。新設躯体４は、差筋２により、既設躯体５１と一体に接合される。勿論、新設躯体４内は、図示しない鉄筋により補強されている。図４の（Ｂ）に示されるように、新設躯体４には、外側に突出する突出部４ａが形成されている。図４の（Ｂ）や図５の（Ｂ）に示されるように突出部４ａ内には、上鞘管５の脚部５ｃ及び注入管６、エア抜き管７、操作配管８が埋め込まれている。図５の（Ｂ）に示されるように、突出部４ａの下端面と、プレート５ｂの上面が同一平面に位置している。言い換えると、プレート５ｂは、突出部４ａの下端面に貼設されて、取り付けられている。図５の（Ｂ）に示されるように、注入管６、エア抜き管７、操作配管８の上端は、突出部４ａの上端面に開口している。一方で、注入管６、エア抜き管７、操作配管８の下端は、油圧式ジャッキ９がある上鞘管５の筒部５ａ内に開口している。プレート５ｂと増杭１の蓋板１ｂは、互いに相対向し、所定寸法離間した状態となっていて、この位置に、油圧式ジャッキ９が挿入されている状態となっている。

次に、図５の（Ｃ）に示されるように、操作配管８内に、油圧式ジャッキ９の油圧ホース１０を挿入し、油圧式ジャッキ９に接続する。そして、油圧ホース１０内にジャッキ油を圧送して、プレート５ｂと増杭１の蓋板１ｂを離間させる方向に、油圧式ジャッキ９を作動させ、増杭１に鉛直方荷重を加える。この際に、全ての油圧ジャッキ９を均等に作動させ、全ての増杭１に均等に鉛直方向の荷重を加える。この際に、各増杭１の沈下量及び歪みを段階的に計測する。所定期間、設定された鉛直荷重を各増杭１に加えて沈下が収束した後に、油圧式ジャッキ９をロックする。

次に、図４の（Ｄ）及び図５の（Ｄ）に示されるように、予め各増杭１に差し込んであった下鞘管３を上方に引き上げて、上鞘管５の下端及び下鞘管３の上端を全周溶接する。そして、図５の（Ｄ）に示されるように、下鞘管３の下端側の開放部分を、受蓋部材１１を取り付けて閉塞する。図８に図５の（Ｄ）のＣ−Ｃ断面を示して、当該部分を説明する。図５の（Ｄ）や図８に示されるように、受蓋部材１１は、受板１１ｂと、補強部材１１ａとから構成されている。図８に示される実施形態では、受板１１ｂは円弧状であり、受板１１ｂの内縁は、増杭１の外周面に対応した形状となっている。また、補強部材１１ａは、Ｌ字形状の所謂アングル材である。図５の（Ｄ）に示されるように、まず、受板１１ｂと下鞘管３の下端及び、受板１１ｂと増杭１の外周面を全周溶接して、下鞘管３の下端開放部分を閉塞する。このようにして、油圧式ポンプ９の周囲に、プレート５ｂ、上下鞘管５、３、受蓋部材１１に囲まれた密封された閉空間が形成される。この状態では、図７の（Ｂ）に示されるように、下鞘管３の内周面と増杭１先端部外周面とが離間して対向する空間が形成されている。そして、増杭１の外周面に、周方向所定角度をおいて、補強部材１１ａを溶接し、更に、当該補強部材１１ａと受板１１ｂの下面を溶接する。このように、補強部材１１ａにより、後述するグラウト注入時に、受板１１ｂに作用する下方向の荷重により、受板１１ｂの変形を防止している。

次に、図７の（Ａ）に示されるように、注入管６から、上下鞘管５、３内にセメント系のグラウト１５を注入する。なお、グラウト１５は、膨張剤を含有し、拘束条件下で無収縮性が期待できる無収縮グラウトである。注入管６から、上下鞘管５、３内にグラウト１５が注入されると、上下鞘管５、３内の空気が、エア抜き管７から排出される。そして、図７の（Ａ）に示されるように、エア抜き管７からグラウト１５が排出されるのが確認されると、上下鞘管５、３内へグラウト１５が充填され、グラウトの注入作業が完了する。グラウトが固化し、土留め部材９１を除去して掘削した土砂を埋め戻すと、構造物の基礎補強工事が完了する。このように本発明の構造物の基礎補強方法では、油圧式ジャッキ９は、上下鞘管５、３内に埋設される。このため、油圧式ジャッキ９の除去作業が不要となり、狭小な場所であっても基礎補強を行うことが可能となる。

図７の（Ｂ）は、図７（Ａ）の上下鞘管５、３部分の拡大断面図である。
図９に示されるように、構造物の質量増により既設躯体５１に作用する増加鉛直荷重（図９の（１））は、新設躯体４に作用し（図９の（２））、上下鞘管５、３に伝達して作用する（図９の（３））。なお、図６や図７の（Ａ）に示されるように、脚部５ｃの内外周面には、リブ５ｄ、５ｆが形成されているので、脚部５ｃが新設躯体４に強固に固着され、新設躯体４に作用する鉛直荷重が確実に、内外鞘管５、３に伝達される。そして、図７の（Ｂ）に示されるように、上下鞘管５、３に伝達された鉛直荷重は（図７の（Ｂ）の（３））、下鞘管３と増杭１間に充填されたグラウト１５に伝達し（図７の（Ｂ）の（４））、そして、前記グラウトを介して、増杭１に伝達する（図７の（Ｂ）の（５））。このため、油圧式ジャッキ９内の油圧が消失したとしても、構造物の重量増により既設躯体５１に作用する増加鉛直荷重が増杭１に伝達する。更に、本発明では、油圧ジャッキ９で強制的に増杭１に鉛直荷重を加えてから、グラウト１５注入により固定化することにしたので、構造物の重量増により既設躯体５１に作用する増加鉛直荷重が、既設杭５２に座屈や沈下を生じさせること無く、増杭１に確実に分配し伝達するので既設杭５２に悪影響を及ぼさず基礎補強できる。

図７の（Ｂ）に示されるように、下鞘管３の内周面にはリブ３ａが形成され、増杭１上部の外周面にもリブ１ａが形成されているので、下鞘管３の内周面とグラウト１５間及び、グラウト１５と増杭１上部の外周面間が、強固に固着され、グラウト１５の剥離が防止される。このため、下鞘管３に作用する鉛直荷重が、確実に、増杭１に伝達されるようになっている。なお、下鞘管３の内周面及び増杭１上部の外周面に、リブ３ａ、１ａを形成する代わりに、当該部分に溝を形成する等により、下鞘管３の内周面及び増杭１先端部の外周面に凹凸部を形成し、下鞘管３の内周面とグラウト１５間及び、グラウト１５と増杭１上部の外周面間を、強固に固着することにしても差し支えない。

図１０を用いて、本発明の別の実施形態について以上説明した実施形態と異なる点について説明する。図１０に示される実施形態では、プレート５ｂの上面に、脚部５ｃが貼設されている。増杭１の蓋板１ｂ上に、油圧式ジャッキ９を設置し、新設躯体４を形成し、油圧式ジャッキ９で鉛直荷重を各増杭１に加えた後に、油圧式ジャッキ９をロックする。そして、予め各増杭１に差し込んであった下鞘管３を上方に引き上げて、下鞘管３の上端をプレート５ｂの下面に全周溶接し、下鞘管３の下端側の開放部分を、受蓋部材１１を取り付けて閉塞する。その後の工程は、前述した実施形態と同様である。

なお、以上の説明では、鋼管製の増杭１を使用した実施形態について本発明を説明したが、鋼管製の増杭１の代わりに、図１２に示されるような、ＰＨＣ杭等のコンクリート杭２１ａの杭頭上部に有底円筒状の金具２１ｂを取り付けた増杭２１を使用しても差し支えない。なお、ＰＨＣ杭（Ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｅｄ Ｓｐｕｎ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｃｏｎｃｒｅｔ Ｐｉｌｅｓ杭の略）とは、高強度コンクリートを遠心締固めによって製造したコンクリート杭である。金具２１ｂの上端には、蓋板２１ｄが取り付けられ、閉塞されている。また、金具２１ｂの外周面の全周に、上下方向複数のリブ２１ｃが形成されている。

なお、以上説明した実施形態では、上下鞘管５、３内へグラウト１５を充填しているが、グラウトの代わりに、更に砂を含む無収縮コンクリートを上下鞘管５、３内へ充填させても差し支えない。
また、以上説明した実施形態では、上下鞘管５、３内へグラウト１５や無収縮コンクリートを充填させる実施形態について本発明を説明したが、下鞘管３の内周面と増杭１先端部外周面とが離間して対向する空間のみに、グラウト１５や無収縮コンクリートを注入する実施形態であっても差し支えない。この実施形態であっても、上下鞘管５、３に伝達された鉛直荷重は、下鞘管３と増杭１間に注入されたグラウト１５や無収縮コンクリートを介して、増杭１に伝達する。

なお、図１３に示されるように、下鞘管３の下端に受蓋部材１１を取り付ける代わりに、下鞘管３の下部外周面及び増杭１の外周面をフレキシブル型枠２２で覆い、フレキシブル型枠２２内に連通する注入管２４からグラウト１５や無収縮コンクリートを注入することにしても差し支えない。この場合には、グラウト１５や無収縮コンクリートの漏洩を防止するために、フレキシブル型枠２２は、ワイヤー２３により、下鞘管３の下部外周面及び増杭１の外周面に縛られて固定されている。
或いは、図１４に示されるように、下鞘管３が上鞘管５内に連通する注入管２５からグラウト１５や無収縮コンクリートを注入することにしても差し支えない。

なお、以上説明した実施形態では、油圧式ジャッキ９で鉛直荷重を各増杭１に加えた後に、油圧ジャッキ９の代わりに、油圧式ジャッキと機械式ジャッキとが一体化したいわゆるニューキリンジャッキを使用して、鉛直荷重を各増杭１に加えることにしても差し支えない。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う構造物の基礎補強方法また技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

１ 増杭
１ａ リブ
１ｂ 蓋板
２ 差筋
３ 下鞘管
３ａ リブ
４ 新設躯体
４ａ 突出部
５ 上鞘管
５ａ 筒部
５ｂ プレート
５ｃ 脚部
５ｄ リブ
５ｅ 連通穴
５ｆ リブ
６ 注入管
７ エア抜き管
８ 操作配管
９ 油圧式ジャッキ
１０ 油圧ホース
１１ 受蓋部材
１１ｂ 受板
１１ａ 補強部材
１５ グラウト
２１ 増杭（コンクリート製）
２１ａ コンクリート杭
２１ｂ 金具
２１ｃ リブ
２１ｄ 蓋板
２２ フレキシブル型枠
２３ ワイヤー
２４ 注入管
２５ 注入管
５１ 既設躯体
５２ 既設杭
５５ 新設躯体
５６ 差筋
５７ 増杭
９１ 土留め部材

Claims (4)

1. 構造物を支える既設躯体と、この既設躯体の下端から地中に埋設された既設杭から構成される構造物の基礎を補強する方法であって、
   前記既設杭の周囲に増杭を埋設する工程と、
   前記増杭に筒状の鞘管を差し込む工程と、
   増杭の上方に既設躯体と一体化した新設躯体を構築する工程と、
   新設躯体を介して伝達される既設躯体に作用する鉛直荷重を、油圧で作動するジャッキにより増杭に作用させる工程と、
   前記鞘管を引き上げることにより、前記ジャッキを鞘管で密封し、鞘管と増杭とを接続させる工程とからなることを特徴とする構造物の基礎補強方法。
2. ジャッキを密封した鞘管にグラウトまたはコンクリートを充填することにより、鞘管と増杭とを接続させることを特徴とする請求項１記載の構造物の基礎補強方法。
3. 増杭の外周面及び鞘管の少なくとも一方には、凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の構造物の基礎補強方法。
4. 新設躯体内に上部鞘管を埋設し、前記上部鞘管と鞘管を接合することによりジャッキを密封することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の構造物の基礎補強方法。

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