JP2012162968A - 構造物の支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】施工コストの上昇を抑制できる構造物の支持構造を提供する。
【解決手段】構造物の支持構造１０は山留壁１２を有している。地山１６側の地中には、ソイルセメント柱のアンカー体１４が設けられている。ソイルセメント柱は、オーガで地盤１６を掘削し、原地盤とセメントミルクを攪拌混合して円柱状に構築される。アンカー体１４の内部には補強用の繊維２２が混入され、アンカー体１４の上方の掘削部１５は土砂で埋め戻されている。アンカー体１４と山留壁１２は、アンカーボルト１８で連結されている。アンカーボルト１８の一方の端部には、抜け止め金具２４が取り付けられ、アンカーボルト１８の他方の接合部は、山留壁１２にボルト接合されている。アンカーボルト１８は、アンカー体１４側が山留壁１２側より低い方向に傾斜して取り付けられ、角度θだけ水平面より下方に引張力を作用させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の支持構造に関する。

構造物の支持構造として、例えば、構造物を支持するアンカー体を地中に埋め込み、構造物とアンカー体を連結部材で連結する構造が用いられている。このとき、高い支持強度が要求される場合には、アンカー体の周囲にセメントペーストを注入して、セメントペーストで一体化された新たなアンカー体で構造物を支持している。しかし、アンカー体の周囲にセメントペーストを注入するには、アンカー体の周囲から土砂を除去した後、セメントペーストを注入して一体化しなければならず、施工に手間を要していた。このため、簡易なアンカー体の補強技術が求められていた。

そこで、アンカー体の周囲に地盤改良体を構築し、アンカー体と地盤改良体とを一体化させて新たなアンカー体とする技術が開示されている（特許文献１）。
即ち、特許文献１は、山留壁の地山側の地中に地盤改良体を構築し、地盤改良体の内部にアンカー体を埋め込んで、地盤改良体とアンカー体を一体化させて新たなアンカー体とする構成である。これにより、山留壁の支持強度を高くすることができる。

ここに、地盤改良体は、原地盤の土壌とセメントミルクを攪拌混合して構築される。このため、土砂を除去する必要がなくなり、セメントペーストで補強する場合よりも施工性が向上する。

しかし、地盤改良体の強度は、土壌とセメントペースト固化体の中間の値となる。この結果、地盤改良体が、アンカー体に加えられる引張力を上回る引張耐力を確保するには、応力集中を避けるため、アンカー体と地盤改良体との接触面積をセメントペースト固化体の場合より広くする必要があり、施工コストが上昇する。

特開２００１−３４８８７３号

本発明は、上記事実に鑑み、施工コストの上昇を抑制できる構造物の支持構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る構造物の支持構造は、構造物と、地盤改良して地中に構築され、内部に補強用の繊維が混入された繊維混入改良体と、前記構造物と前記繊維混入改良体を連結し、前記構造物に作用する力を前記繊維混入改良体へ伝達する連結部材と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、内部に補強用の繊維が混入された繊維混入改良体が地中に構築され、連結部材により、構造物と繊維混入改良体が連結されている。
これにより、混入された繊維が繊維混入改良体の変形を抑制し、繊維混入改良体の引張耐力を増大させる。この結果、繊維混入改良体と、繊維混入改良体に挿入された連結部材の挿入部との接触面積を小さくすることができ、施工コストの上昇を抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構造物の支持構造において、前記構造物は山留壁であり、前記繊維混入改良体は、前記山留壁の地山側の地中に構築されたアンカー体であり、前記連結部材は前記アンカー体と前記山留壁を連結し、前記山留壁の掘削部側への傾きを抑制するアンカーボルト、鉄筋又はＰＣ鋼線であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、アンカーボルト、鉄筋又はＰＣ鋼線により、山留壁と、地山側の地中に埋め込まれたアンカー体が連結され、アンカー体で山留壁が地山側から支持され、山留壁の掘削部側への傾きが抑制される。ここにアンカー体は、繊維で機械的強度が高められた繊維混入改良体で構築され、挿入されたアンカーボルト、鉄筋又はＰＣ鋼線の先端部と一体化されている。この結果、繊維混入改良体で構築されたアンカー体と、アンカー体に挿入されたアンカーボルト、鉄筋又はＰＣ鋼線の先端部との接合部の接触面積を小さくすることができ、施工コストの上昇を抑制できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の構造物の支持構造において、前記構造物は地盤上に構築された建物であり、前記繊維混入改良体は、前記建物の直下の地中に構築されたアンカー体であり、前記連結部材は前記アンカー体と前記建物を連結し、前記建物の浮き上がりを抑制する鋼管杭であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、建物の直下の地中にアンカー体が設けられ、鋼管杭により、アンカー体と地盤上に構築された建物が連結されている。これにより、地震等の水平力を受けた時の建物の浮き上がりがアンカー体により抑制される。
ここに、アンカー体は、繊維で機械的強度が高められた繊維混入改良体で形成されている。この結果、繊維混入改良体で構築されたアンカー体と、アンカー体に挿入された鋼管杭の先端部との接合部の接触面積を小さくすることができ、施工コストの上昇を抑制できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の構造物の支持構造において、前記構造物は、逆打ち工法で構築される建物であり、前記連結部材は、前記建物に設けられた構真柱であり、前記繊維混入改良体は、前記構真柱の下端部の地中に構築され前記構真柱を支持する構真台柱であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、逆打ち工法で構築される建物の構真柱の下端部を、繊維混入改良体で構築された構真台柱が支持している。
これにより、構真柱と、繊維混入改良体で支持強度を高くした構真台柱との接合部の接触面積を小さくすることができ、施工コストの上昇を抑制できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維混入改良体において、前記繊維は、繊維素材の太さに対する長さの比率が１０００以上に調整されたポリプロピレン繊維であり、前記ポリプロピレン繊維が前記繊維混入改良体に、体積比で０．４〜２．０％の範囲内で混入されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、繊維素材の太さに対する長さの比率が１０００以上に調整されたポリプロピレン繊維が、体積比で０．４〜２．０％の範囲内で繊維混入改良体に混入されている。
適切な寸法で、適切な量が混入されたポリプロピレン繊維が引張力に抵抗する。これにより、繊維混入改良体の変形を抑制することができる。この結果、繊維混入改良体で構築されたアンカー体と、アンカー体に挿入された連結部材の先端部との接合部の接触面積を小さくすることができ、施工コストの上昇を抑制できる。

本発明は、上記構成としてあるので、施工コストを抑えた構造物の支持構造を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る構造物の支持構造の基本構成を示す側面図である。 地盤改良体に繊維を混入させた状態を示す模式図である。 地盤改良体に繊維を混入させる掘削装置の構成図である。 繊維を混入させた地盤改良体の特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る構造物の支持構造の基本構成を示す側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る構造物の支持構造の基本構成を示す側面図である。

（第１の実施の形態）
図１の側面図に示すように、第１の実施の形態に係る構造物の支持構造１０は、地盤１６に構築された山留壁１２を有している。

山留壁１２は、断面形状が平板状若しくは台形状にコンクリートで構築され、構築後に掘削部２０が掘削面まで掘削される。山留壁１２は、地盤（地山）１６側からの土圧に耐え、掘削部２０側への土砂の崩落を防止する。

地山１６側の地中には、地盤改良して構築されたソイルセメント柱のアンカー体１４が設けられている。ここに、ソイルセメント柱は、後述するオーガで地盤１６を掘削し、掘削された原地盤とセメントミルクを攪拌混合して円柱状に構築される。アンカー体１４は、地中に角度θだけ水平面より下方に傾斜させて高さＨで構築され、内部には、補強用の繊維２２が混入されている。アンカー体１４の上方の掘削部（破線１５で囲まれた部分）は土砂で埋め戻されている。

アンカー体１４と山留壁１２は、アンカーボルト１８で連結されている。アンカーボルト１８のアンカー体１４側の端部には抜け止め金具２４が取り付けられている。抜け止め金具２４は、アンカー体１４の内部に埋め込まれ、アンカーボルト１８とアンカー体１４を接合している。これにより、アンカーボルト１８とアンカー体１４が強く接合される。一方、山留壁１２とアンカーボルト１８の接合部はボルト接合とされ、アンカーボルト１８側のオネジとナット２８が螺合されている。これにより、ナット２８の締め付け強度の調節により、地山１６側への引張強度を調節できる。

アンカーボルト１８のアンカー体１４側の端部は、山留壁１２側の端部より低い方向に傾斜して設けられ、水平面より角度θだけ下方に引張力を作用させている。これにより、地山側からの土圧による、山留壁１２の掘削部２０側への傾きＫを抑制できる。同時に、山留壁１２の浮き上がりを抑制できる。
なお、アンカー体１４と山留壁１２の連結部材として、アンカーボルト１８を例にとり説明した。しかし、これに限定されることはなく、図示は省略するが、鉄筋やＰＣ鋼線をアンカーボルト１８の代わりに使用してもよい。更には、鉄筋やＰＣ鋼線と同等程度の強度でアンカー体１４と山留壁１２を連結できれば、他の連結部材であってもよい。

次に、混入する繊維について図２〜図４を用いて説明する。
図２に示すように、ソイルセメント柱列壁１４に混入する繊維２２は、破断強度が２００〜１２００ＭＰａでヤング係数が２〜１５ＧＰａの機械的性質を有するものが望ましい。例えば、ポリプロピレン繊維が該当する。

また、繊維２２の直径は１０〜５０μｍの範囲内が望ましい。これは、ソイルセメント柱列壁１４と繊維２２の接触を十分に確保するためには、ある程度の大きさが必要なこと、一方、繊維２２の直径が大きくなり過ぎると、繊維２２を屈曲させて相互に絡み合わせるのが困難になるため、大きさに限界があるためである。

なお、直径が適切な大きさであっても、図２（Ｃ）に示すように、形状が直線状の繊維２３では、繊維２３と繊維２３が相互に絡み合うことはない。このため、ソイルセメント柱列壁１４と繊維２３の間に十分大きな摩擦抵抗を得ることはできない。この結果、図２（Ｄ）に示すように、繊維２３が混入されていても、ソイルセメント柱列壁１４の表面でのクラック３６の発生、クラック３６の成長を抑制できない。

一方、図２（Ａ）に示すように、屈曲された形状の繊維２２では、繊維２２と繊維２２が相互に絡み合うことが容易となり、摩擦抵抗を増すことができる。この結果、図２（Ｂ）に示すように、ソイルセメント柱列壁１４と繊維２３の間に十分大きな摩擦抵抗が作用する。この摩擦抵抗により、ソイルセメント柱列壁１４の表面でのクラック３６の発生、クラック３６の成長を抑制できる。

なお、繊維２２が屈曲された形状となり、ソイルセメント柱列壁１４と繊維２２の間に十分大きな摩擦抵抗を作用させるためには、アスペクト比（繊維の太さに対する長さの比）は大きいほど有利である。具体的には、アスペクト比は１０００以上が望ましい。
更に、繊維２２の両端部に、繊維の径より１０ミクロン以上大きい、こぶ状又は塊状のアンカー部を設ければ、ソイルセメント柱列壁１４と繊維２３の間の摩擦抵抗を、更に増大できる。

ソイルセメント柱列壁１４と繊維２２の混合割合は、アスペクト比を１０００以上に調整した繊維２２を、ソイルセメント柱列壁１４との体積比にして０．４〜２．０％の範囲内で混入するのが望ましい。これにより、繊維２２が引張力に抵抗し、ソイルセメント柱列壁１４の表面でのクラック３６の発生、成長を抑制できる。

次に、繊維２２が混入されたソイルセメント柱列壁１４の構築方法について説明する。
図３に示すように、掘削装置６０は、下端にオーガ部６２が取り付けられた２本のロッド６４Ａ、６４Ｂを有し、２本のロッド６４Ａ、６４Ｂの間には、繊維２２を供給する供給管６１が取り付けられている。なお、掘削装置６０は、一般的に広く使用されている掘削装置に供給管６１の部分を追加した構成である。

２本のロッド６４Ａ、６４Ｂの間に取り付けられた供給管６１の内部には、繊維２２を送る貫通孔が設けられ、供給管６１の上端部は図示しない繊維供給部に接続され、供給管６１の下端部には噴射口６１Ｅが開口され、噴射口６１Ｅから、繊維２２を空気圧で噴射する。

ロッド６４Ａ、６４Ｂの下端部には、セメントミルクを吐出する吐出口６５Ａ、６５Ｂが形成されている。セメントミルクは、ロッド６４Ａ、６４Ｂの内部を流下して、吐出口６５Ａ、６５Ｂに供給される。

ロッド６４Ａ、６４Ｂは、上下２箇所に配置された固定部材６６Ｕ、６６Ｌにより所定距離を設け回転可能に保持されている。また、ロッド６４Ａ、６４Ｂの側壁から半径方向外側に向けて、傾斜面を有する複数の攪拌翼６７と、複数の掘削翼６８が設けられている。掘削翼６８には、ロッド６４Ａ、６４Ｂの回転時に地盤１９を掘削するための刃部を備えた掘削ビット６９が設けられている。

掘削装置６０を用いた地盤１６の掘削時に、ゼメントミルクと共に供給管６１から繊維２２を噴射させ、オーガ部６２で、繊維２２とセメントミルクと原地盤１６の土壌を攪拌混合させれば、ソイルセメント柱列壁１４に繊維２２を混入させることができる。

なお、上述した掘削装置６０を用いた方法は一例であり、他の方法でソイルセメント柱列壁１４に繊維２２を混入させてもよい。

次に、繊維２２の混入効果について説明する。
効果の確認方法は、繊維２２を混入させた３つの試験体と、繊維２２を混入していない３つの試験体を、同じ条件で構築したソイルセメント柱から切り出し、それぞれに１軸圧縮試験を行い、試験結果に基づいて評価した。

即ち、繊維２２を混入させた試験体は、原地盤の掘削を行いながら、繊維混じり砂とセメントミルクを投入し、繊維２２、セメントミルク及び土壌を混合攪拌してソイルセメント柱を構築した。一方、繊維２２を混入していない試験体は、繊維を投入せず、セメントミルク及び土壌のみを攪拌混合してソイルセメント柱を構築した。

図４には１軸圧縮試験の結果を示している。横軸はひずみ（％）であり、縦軸は１軸圧縮強度（kgｆ／cm^２）である。
図４（Ａ）に示す特性Ａ、Ｂ、Ｃは、繊維２２を混入させた３つの試験体のそれぞれの特性であり、図４（Ｂ）に示す特性ＡＮ、ＢＮ、ＣＮは、繊維２２が混入されていない３つの試験体のそれぞれの特性を示している。

図４（Ａ）と図４（Ｂ）を比較すると、繊維２２を混入させた試験体の方が、繊維２２が混入されていない試験体より、いずれの試験体においても、１軸圧縮強度が５kgｆ／cm^２程度高くなっている。また、ひずみも１．０％程度大きい範囲まで計測されている。このことから、１軸圧縮強度が増していると共に、靭性も増強されている。この差が繊維２２によるソイルセメント柱列壁の改良効果であることが分かる。即ち、ソイルセメント柱列壁の機械的強度が向上したといえる。

また、３つの試験体のバラツキについて検討すると、いずれも、概ね同じ傾向を示していることから、中央に投入した繊維２２が、ソイルセメント柱にほぼ一様に混入されていることが分かる。

以上説明した構成とすることにより、混入された繊維２２がアンカー体１４の変形を抑制し、アンカー体１４の引張耐力を増大させる。この結果、アンカー体１４と、アンカー体１４に挿入された抜け止め金具２４との接触面積を小さくすることができ、施工コストの上昇を抑制できる。
なお、山留壁１２は、コンクリートで構築された場合を例にとり説明したが、これに拘束されることはなく、例えば、地盤改良体で構築された山留壁でもよい。

また、アンカー体１４は、アンカーボルト１８と同じ方向に傾斜させ、アンカーボルト１８の軸線に傾斜させて構築する構成について説明したが、アンカー体１４を地表面から鉛直方向に掘削して構築してもよい。この場合には、アンカーボルト１８は、アンカー体１４の側壁へ水平方向と角度θで傾斜させて挿入されることとなる。

（第２の実施の形態）
図５に示すように、第２の実施の形態に係る構造物の支持構造３０は、地盤１６上に構築された建物３２を有している。
建物３２の下方の直下の地中には、地盤改良して構築されたソイルセメント柱のアンカー体３４が設けられている。アンカー体３４の内部には、補強用の繊維２２が混入されている。アンカー体１４の上方の掘削部（破線３５で囲まれた部分）は土砂で埋め戻されている。

アンカー体３４と建物３２は、鉛直方向に埋設された鋼管杭３８で連結されている。鋼管杭３８のアンカー体３４側は、アンカー体３４の内部に挿入されて固定されている。また、鋼管杭３８の建物３２側は、建物３２の基礎部の底面に固定されている。鋼管杭３８とアンカー体３４は、側面視において、建物３２の中心線５０から側壁側へ距離Ｗだけ離されて、２個が対称的に設けられている。

この結果、繊維混入改良体で構築されたアンカー体３４と、アンカー体３４に挿入された鋼管杭３８の先端部との接合部の接触面積を小さくすることができ、施工コストの上昇を抑制できる。

この構成とすることにより、例えば、地震時の水平力Ｐ１が建物３２に作用したとき、水平力Ｐ１が作用した側の建物３２の下端部が、上向きの力Ｆ１で浮き上がろうとする。このとき、直下に埋設されたアンカー体３４が、下向きの力Ｒ１を発生させて建物３２の浮き上がりを抑制する。

なお、建物３２の反対側から水平力Ｐ２が作用したときには、同様に、水平力Ｐ２が作用した側の建物３２の下端部が、上向きの力Ｆ２で浮き上がろうとする。このとき、直下に埋設されたアンカー体３４が、下向きの力Ｒ２を発生させて建物３２の浮き上がりを抑制する。
また、アンカー体３４と建物３２の連結は、鋼管３８を例にとり説明したが、これに限定されることはなく、要求される引張強度を有する鋼材やワイヤー等の他の連結部材でもよい。

（第３の実施の形態）
図６に示すように、第３の実施の形態に係る構造物の支持構造４０は、地盤１６に建て込まれた構真柱４６を有している。

構真柱４６は、逆打ち工法で構築される建物４２を支持する柱であり、下端部は、建物４２の直下の地中に設けられた構真台柱４４に根入れされている。逆打ち工法においては、建物４２のスラブ、梁等の重量を構真柱４６に支持させた状態で、地盤１６の掘削部４８を掘削しながら、地表面側から下方へ向けて、順次建物４２の地下部が構築される。

構真台柱４４は地盤改良体で構築され、内部には補強用の繊維２２が混入されている。構真台柱４４の上方の掘削部（破線４５で囲まれた部分）は土砂で埋め戻されている。
これにより、構真柱４６と、繊維混入改良体で支持強度を高くした構真台柱との接合部の接触面積を小さくすることができ、施工コストの上昇を抑制できる。

１０ 構造物の支持構造
１２ 山留壁（構造物）
１４ アンカー体（繊維混入改良体）
１６ 地盤
１８ アンカーボルト（連結部材）
２２ 繊維
３２ 建物（構造物）
３４ アンカー体（繊維混入改良体）
３８ 鋼管杭（連結部材）
４２ 建物（構造物）
４４ 構真台柱（繊維混入改良体）
４６ 構真柱（連結部材）

Claims (5)

1. 構造物と、
   地盤改良して地中に構築され、内部に補強用の繊維が混入された繊維混入改良体と、
   前記構造物と前記繊維混入改良体を連結し、前記構造物に作用する力を前記繊維混入改良体へ伝達する連結部材と、
   を有する構造物の支持構造。
2. 前記構造物は山留壁であり、
   前記繊維混入改良体は、前記山留壁の地山側の地中に構築されたアンカー体であり、
   前記連結部材は前記アンカー体と前記山留壁を連結し、前記山留壁の掘削部側への傾きを抑制するアンカーボルト、鉄筋又はＰＣ鋼線である請求項１に記載の構造物の支持構造。
3. 前記構造物は地盤上に構築された建物であり、
   前記繊維混入改良体は、前記建物の直下の地中に構築されたアンカー体であり、
   前記連結部材は前記アンカー体と前記建物を連結し、前記建物の浮き上がりを抑制する鋼管杭である請求項１に記載の構造物の支持構造。
4. 前記構造物は、逆打ち工法で構築される建物であり、
   前記連結部材は、前記建物に設けられた構真柱であり、
   前記繊維混入改良体は、前記構真柱の下端部の地中に構築され前記構真柱を支持する構真台柱である請求項１に記載の構造物の支持構造。
5. 前記繊維は、繊維素材の太さに対する長さの比率が１０００以上に調整されたポリプロピレン繊維であり、前記ポリプロピレン繊維が前記繊維混入改良体に、体積比で０．４〜２．０％の範囲内で混入されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造物の支持構造。

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