JP2013023978A

JP2013023978A - 小規模建築物用基礎の補強工法

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Publication number: JP2013023978A
Application number: JP2011162150A
Authority: JP
Inventors: Takeo Harada; 剛男原田; Noriyuki Kawabata; 規之川端; Akihiko Hirooka; 明彦廣岡
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Metal Products Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Metal Products Co Ltd
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-02-04
Anticipated expiration: 2031-07-25
Also published as: JP5777435B2

Abstract

【課題】軟弱地盤上へ戸建て住宅を建設する際に同軟弱地盤を補強する工法であり、液状化現象が生じても常に安定した支持力を発揮する小規模建築物用基礎の補強工法を提供する。
【解決手段】軟弱地盤Ｎ上へ直接基礎８による戸建て住宅を建設する際に、同軟弱地盤を補強する工法は、直接基礎の直下において、軟弱地盤内にコルゲートパイプ３を埋設し、同埋設したコルゲートパイプの中空部内へ砂利又は砕石で成る充填材５を同コルゲートパイプの上端位置まで充填して締め固めて成る。
【選択図】図１

Description

この発明は、高さ１３ｍ以下の一般的な戸建住宅程度の小規模建築物を支持力の不足している軟弱地盤上へ建設する際に、べた基礎や布基礎といった同直接基礎の支持力を補強する技術分野に属し、更に云うと、液状化現象が生じても常に安定した支持力を発揮する小規模建築物用基礎の補強工法に関する。

従来から、軟弱地盤上に鉛直荷重が比較的低い小規模建築物を建設する際には、建物の不同沈下を防止するために杭を打設する方法や地盤を改良する等の基礎構造の支持力を補強する対策を講じている。そうした基礎の補強工法として、近年、環境負荷の小さく経済的な「砕石を用いた地盤改良工法」が増加しており、例えば下記の特許文献１に記載されている。
上記特許文献１に記載されている補強工法は、ドレーン杭の埋設装置のケーシングにより軟弱地盤を所定の深度まで掘削し、同ケーシングを順次引き上げる毎に同ケーシング内へ装備した砕石で成る中込材を順次落下させ、水平方向と鉛直方向へ押し込み締め固める作業を繰り返し行うことで、中込材で成るドレーン杭を形成して地盤を改良して支持力を補強する方法である。特許文献１では特に前記埋設装置のケーシングが改良されて、掘削時には掘削孔の壁面に掘削土砂を押し付けて締め固め、壁面の崩壊を防止すること、中込材の締め固め力を適切に調整してドレーン杭全体を均一に締め固めることが特長として記載されている。

特開２００９−６２７６２号公報

上記特許文献１には、軟弱地盤に有効な支持力を発揮し且つ環境負荷の小さい砕石から成るドレーン杭により軟弱地盤を改良していること、また、ドレーン杭及びその外周土を締め固めている点は認められる。
しかし、この補強工法は、ドレーン杭の周辺地盤からの土圧によりドレーン杭の形状が保持されている工法である
したがって、一旦液状化現象が生じてしまうと周辺地盤が緩くなり、砕石を締め固めて成るドレーン杭は、その形状を保持できなる。すると、支持力が著しく低下し結局不同沈下してしまう虞がある。因みにドレーン杭を保持するために、鋼管等で外殻を形成することが考えられるが、この場合杭上端部に荷重が作用すると、外殻に軸力が発生し、外殻が面外座屈を起こす虞があり、結局ドレーン杭の形状を保持できない。したがって、依然として不同沈下を効果的に防止する「砕石を用いた地盤補強工法」は無い。

本発明の目的は、上記問題点を解決することであり、液状化現象が生じても地盤の補強箇所に損傷を及ぼす虞が無く、補強箇所が座屈することを効果的に抑制でき、支持力を充分に且つ安定して確保して不同沈下を防止する砕石を用いた小規模建築物用基礎の補強工法を提供することにある。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る小規模建築物用基礎の補強工法は、
軟弱地盤上へ直接基礎により小規模建築物を建設する際に、直接基礎の支持力を補強する工法であって、
前記直接基礎の直下の、軟弱地盤中にコルゲートパイプを埋設し、埋設したコルゲートパイプの中空部内へ砂利又は砕石で成る充填材を同コルゲートパイプの上端位置まで充填して締め固めて成ることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
軟弱地盤内に埋設されるコルゲートパイプは、上記小規模建築物に対する支持力を充分に発揮する深さまで埋設することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
コルゲートパイプの中空部内へ充填する、充填材の粒径は６号であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
充填材を充填したコルゲートパイプの上端面に、ぐり石を載置したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
コルゲートパイプは、鋼製であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
コルゲートパイプは、複数に分割された円弧状のセクションの接合箇所がコルゲートパイプの中心から放射状に加わる力に対して変形可能に重ね合わせ接合されて成ることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
コルゲートパイプは、複数に分割された円弧状の各セクションの両端部にフランジ片を設け、対峙するそれぞれのセクションのフランジ片同士を付き合わせて接合し、同コルゲートパイプの中心から放射状に加わる力に対して前記フランジ片が開いて変形を許容する構成とされていることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
コルゲートパイプは、樹脂製であることを特徴とする。

請求項１〜８に記載した小規模建築物用基礎の補強工法は、以下の効果を奏する。
直接基礎の直下において、支持力の不足している軟弱地盤内にコルゲートパイプを、小規模建築物に対して十分に支持力を発揮する深さまで埋設し、同埋設したコルゲートパイプの中空部内へ砂利又は砕石で成る充填材を同コルゲートパイプの上端位置まで充填して締め固めている。つまり、上記した「砕石を用いた地盤補強方法」としてコルゲートパイプを使用して補強したことを特長としている。よって、液状化現象が生じた際にもコルゲートパイプによって中空部内の充填材が外へ流れ出ることがないので、地盤の補強箇所に損傷を及ぼす虞が無く安定した支持力を得ることができる。また、コルゲートパイプは波形である故に、外周の軟弱地盤層との接触面積が鋼管に比して増え摩擦抵抗が大きくなり軸力に対する支持力を十分に期待できる。

また、前記コルゲートパイプは、縦断面形状が波形であるため鉛直剛性が低く容易に変形する特性を有している。
したがって、このコルゲートパイプに、その上端に構築される直接基礎及び戸建て住宅の荷重が作用すると、コルゲートパイプの外殻には軸力が殆ど発生せず、外殻が面外に座屈することがなく、中空部内の充填材に軸力の殆どが作用することになる。すると、充填材が圧縮変形すると共にコルゲートパイプの内壁面を中心から放射方向に押す力が作用して、コルゲートパイプを外側へ膨らませる所謂ちょうちん変形が生じる。斯くすると、充填材の剪断破壊（座屈）を防ぎ、作用した軸力を確実に下層地盤（支持層）へ伝達することができる。のみならず、上記のようにちょうちん変形することで前記軟弱地盤層（外周土）を押し付けることにより摩擦力が増加し、支持力を充分に確保して不同沈下を効果的に防止することができる。

前記コルゲートパイプの中空部内へ充填される充填材の砕石の粒径を６号としたので、同パイプ管内の砕石の詰まり具合が均一になり軸力を効果的に支持層へ伝達できる。
また、コルゲートパイプは、複数に分割された円弧状のセクション接合箇所がコルゲートパイプの中心から放射状に加わる力に対して容易に変形可能に重ね合わせ接合される構成とされている。又は、各セクションの両端部にフランジ片を設け、対峙するそれぞれのセクションのフランジ片同士を付き合わせて接合し、同コルゲートパイプの中心から放射状に加わる力に対して前記フランジ片が開いて変形を許容する構成とされている。
上記のごとく構成したので、コルゲートパイプの中心から放射方向に力が加わる際に、重ね合わせた部分の水平移動、又はフランジ片同士の開きにより変形を許容するため、同パイプの外側への膨らみを最大限許容するので、周辺地盤を押し付けることにより摩擦力が増大し、大きな支持力が期待できる。
更に、コルゲートパイプを鉛直剛性が更に低い樹脂製とすることにより、軸力に対して充填材の放射方向への変形力が高まり、同パイプ管の外側への膨らみが増すことになる。斯くすると、コルゲートパイプの外周が軟弱地盤層を押し付けることにより摩擦力が増し大きな支持力を期待することができる。

Ａ〜Ｆは、本発明に係る小規模建築物用基礎の補強工法の手順を示す図である。Ａは、本発明に係る小規模建築物用基礎の補強工法を実施した一箇所の補強状態を示す図である。Ｂはコルゲートパイプの平面図である。ＣはＡのＩ−Ｉ矢視断面図である。コルゲートパイプ内に充填された充填材の詰まり具合を示す部分拡大図である。本発明の小規模建築物用基礎の補強工法により完成した戸建て住宅を示す参考図である。布基礎と地盤補強が実施される位置関係を示す平面図である。鉛直荷重が作用した際の応力作用を示した図である。Ａ、Ｂは、異なるコルゲートパイプを使用して実施した一例を示す参考図である。Ａ、Ｂは、異なるコルゲートパイプを使用して実施した一例を示す参考図である。Ａは、小規模建築物用の基礎としてべた基礎の場合の補強工法を実施した一例を示す参考図である。Ｂは、Ａの平面図である。

本発明は、軟弱地盤上Ｎへ直接基礎８（１１）により小規模建築物Ｈを建設する際に、同直接基礎８の支持力を補強する工法である。
前記直接基礎８の直下の、軟弱地盤Ｎ中にコルゲートパイプ３を上記小規模建築物Ｈに対する支持力を充分に発揮する深さまで埋設する。前記コルゲートパイプ３は、複数に分割されたセクション３０、３０を組み合わせて成る。
埋設したコルゲートパイプ３の中空部内へサイズは６号の砕石で成る充填材５を同コルゲートパイプ３の上端位置まで充填して締め固める。
前記充填材５を充填したコルゲートパイプ３の上端面に、ぐり石７を載置して布基礎８を構築する。しかる後に、その上部へ戸建て住宅Ｈを建設する。

以下に、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
本発明は、図４に示すように、鉛直荷重が比較的低い戸建て住宅やコンビニエンスストアなどのような小規模建築物を建築する際に好適に実施されるものである。したがって、特に小規模建築物おいて実施されている直接基礎を補強することを前提に、以下、地盤補強工法を説明する。因みに、直接基礎として布基礎やべた基礎において同様の工法で本実施例を実施できる。
本発明の小規模建築物用基礎の補強工法の大きな特長は、効果にも記載したように、コルゲートパイプを使用し、その中空部内へ砕石を充填する補強工法である。

先ず、図１Ａに示すように、支持力の不足している軟弱地盤Ｎの所定位置に掘削装置１をセットする。この所定の位置とは、図５の平面図に示すように、布基礎の補強において必要であると算出された複数箇所である。図示上では符号３の部分である。以下、一箇所に実施される地盤補強工法を説明するが、当然他の箇所においても同様の工法で実施される。また、上記掘削装置１とは、一般的に地盤の掘削に使用されるケーシング１０を有する装置であり、特に特許文献１のようなケーシングに特別な構成を具備する高価な装置である必要はない。

次に、図１Ｂに示すように、上記掘削装置１のケーシング１０を回転させながら所定位置の軟弱地盤Ｎを支持層Ｓに到達するまで掘削して、掘削孔２を形成する。掘削孔２の深度Ｌは、例えば３ｍである。本実施例では、掘削孔２を形成して実施する工法で説明するが、勿論、中堀をしつつ、以下に記載する工法を同様の技術的思想に基づいて実施することもできる。
上記のように形成された掘削孔２内へ、同掘削孔２の深度よりも若干浅く（低く）なる高さを有するコルゲートパイプ３が挿入される。そして、掘削孔２とコルゲートパイプ３の外周との隙間に掘削残土をしっかり埋め戻して、外周土からの土圧を期待できるようにコルゲートパイプ３を埋設する。当然、コルゲートパイプ３の下端は支持層Ｓへ到達する深さで埋設されており、その上端は現段階においては露出する程度に埋設されている。因みに、地盤又は小規模建築物Ｈの重量によっては、掘削孔２及びコルゲートパイプ３は支持層Ｓに到達させる必要はない。所謂コルゲートパイプ３を摩擦杭の如くに構成して実施することもできる。
つまり、本実施例ではコルゲートパイプ３を支持層Ｓに到達する深さに埋設した状態を示したが、小規模建築物においては、その荷重量、基礎形式、地盤の程度によりコルゲートパイプ３が有する摩擦力などで十分に支持力を発揮できる場合には、支持層Ｓに到達せずとも、軟弱地盤Ｎ内であっても上記小規模建築物に対する支持力を充分に発揮する深さに埋設して同様に実施できる。

ここで、本発明に実施されるコルゲートパイプ３について図２から説明する。コルゲートパイプ３は薄鋼板製で非常に軽量であり、図２Ｃの縦断面図が示すように波形形状とされ、鉛直剛性が低く容易に変形する特性を有している。そして、複数に分割したセクション３０、３０を組み合わせて、両者をボルト接合して形成している（図２Ｂ）。
本実施例の場合、図２Ｂの平面図に示すように、平面視が２つのセクション３０を連結して成る半割型であり、両セクション３０、３０の両端部に設けられた両フランジ片３１、３１をそれぞれ突き合わせ、同フランジ片３１に設けられたボルト孔（図示省略）へボルト４を差し込みナットで締め付けて接合されている。前記フランジ片３１、３１同士は溶接接合はされずボルト接合であるため、後述するがコルゲートパイプ３の中心から放射方向に力が加わる際に、波形による変形許容量に加えて、同フランジ片３１、３１が開き同パイプ管３の外側への膨らみを最大限許容できる構成とされている。

上記構成のコルゲートパイプ３を掘削孔２内へ埋設した後、図１Ｄに示すように、同コルゲートパイプ３の中空部内へ砕石で成る充填材５を充填する。図示例では土砂ホッパー６を用いて充填しているがこの限りではない。充填される充填材５の粒径は１３〜５ｍｍとされる６号であることが好ましい。これは、図３に示すように、波の１ピッチが６８ｍｍ、深さが１３ｍｍとするコルゲートパイプ３において、その波部に略均一に充填できる粒径である。勿論、粒径が６号程度の砂利を使用しても良い。

そして、図１Ｅに示すように、前記充填材５の充填作業は適宜締め固めをしながら行われ、コルゲートパイプ３の上端部に達するまで充填される。そして、その上部へぐり石７を載置することで、充填材５を突き固め強固にすると共に、図１Ｆに示すように布基礎８を構築する慣らし作業が行える。図示することは省略したが、ぐり石７の上は平滑にするために捨てコンクリート打つことが好適になされる。
次に、図１Ｆにおいて直接基礎８を構築するが、特には図２Ａに示すように、スラブ筋８０、あばら筋８１、主筋８２、腹筋８３を配筋しコンクリートを打設して構築される。その後、布基礎８の下端が隠れるまで埋め戻しが行われる。上記作業を図５の符号３の箇所すべてに行い、しかる後に、図４に示すように、地盤補強を行った布基礎８の上部へ小規模建築物Ｈが建設される。したがって、前記小規模建築物Ｈに必要十分な支持力が確保でき、且つ液状現象が生じても充填材５が流れ出で補強した箇所が損傷する虞が一切無く安定した支持力を恒久的に期待できるのである。
上記コルゲートパイプ３の設置位置は、図５に示した限りではなく千鳥配置として実施することも適宜行われる。

以下に、コルゲートパイプ３及び充填材５に作用する応力を図６から説明する。
先ず、図６の作用図に示すように、上記布基礎８から荷重が作用すると、充填材５は圧縮変形すると同時に水平方向にも変形する。しかし、コルゲートパイプ３の外殻により拘束され所謂フープ張力が発生する。コルゲートパイプ３は上記したように波形であり且つ複数のセクションの連結箇所であるフランジ片３１が開いてコルゲートパイプを外側への膨らみを許容して所謂ちょうちん変形を生じさせる。これにより、充填材５が剪断破壊（座屈）することを防ぎ、作用した軸力を支持層Ｓまで確実に伝達することができる。また、上記のようにちょうちん変形することで周辺地盤（軟弱地盤層Ｎ）を押し付けることにより摩擦力が増加し、支持力を充分に確保して不同沈下を効果的に防止することができるのである。

実施例１では、フランジ片３１を有するコルゲートパイプ３を使用した工法を説明したが、この限りではなく、図７に示すタイプのコルゲートパイプ３Ｒを使用して実施することもできる。
即ち、このコルゲートパイプ３Ｒは、フランジ片を有さないタイプである。したがって、各セクション３０Ｒ、３０Ｒ同士は両端部において、一定のラップ長さＲで重ね合わせて、その端部に設けられたボルト孔（図示省略）へボルトを挿入しナットで締め付けて組み合わされている。このタイプの場合、コルゲートパイプ３Ｒの中心から放射方向に加わる力に対して前記ラップ部Ｒが水平移動して許容するべく、ボルト孔を長孔にして実施することが望ましい。

本発明の実施例として、図８に示したコルゲートパイプ３Ｐを使用して同様の地盤補強工法を実施できる。
即ち、コルゲートパイプ３Ｐは例えばポリエチレンで成る樹脂製であり、その外殻の形状は、拡大図に示したように凹凸形状とされている。
したがって、伸縮性が非常に高く鉛直剛性をかなり低くすることができ、外殻の外側への膨らみも相当に期待できるため、充填材５の剪断破壊（座屈）を防いで、作用した軸力を支持層Ｓまで確実に伝達できるし、外周土（軟弱地盤層Ｎ）との接触面積が更に増して軟弱地盤層Ｎを押し付けることにより摩擦力が増加し、大きな支持力を常に安定して確保できる利点がある。

本発明を特に直接基礎８を補強する工法として説明したが、勿論この限りではない。即ち、図９Ａに示す、べた基礎１１を補強する際にも同様の技術的思想に基づいて実施できる。図９Ｂはべた基礎１１とコルゲートパイプ３の配置の一例を示す平面図である。
以下、実施例１〜３の相違点のみ説明する。コルゲートパイプ３を埋設し、同コルゲートパイプ３の上端にぐり石７を設置することは上記したとおりである。同ぐり石７の上面に砕石１０を敷く。砕石１０としては例えば割栗石を使用する。その上でスラブ筋１１ａ、あばら筋１１ｂ、主筋１１ｃ、腹筋１１ｄを配筋しコンクリートを打設してべた基礎１１を構築して実施できる。

以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施例の構成に限定されない。その目的と要旨を逸脱しない範囲において、当業者が必要に応じて行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のため言及する。例えば、コルゲートパイプ３としてスパイラル管を使用して同様に実施できることを付言する。

１掘削機
２掘削孔
３、３Ｒ、３Ｐコルゲートパイプ
３０セクション
３１フランジ片
４ボルト
５充填材
６土砂ホッパー
７ぐり石
８直接基礎
１１べた基礎
Ｈ戸建て住宅

Claims

軟弱地盤上へ直接基礎により小規模建築物を建設する際に、直接基礎の支持力を補強する工法であって、
前記直接基礎の直下の、軟弱地盤中にコルゲートパイプを埋設し、埋設したコルゲートパイプの中空部内へ砂利又は砕石で成る充填材を同コルゲートパイプの上端位置まで充填して締め固めて成ることを特徴とする、小規模建築物用基礎の補強工法。
軟弱地盤内に埋設されるコルゲートパイプは、上記小規模建築物に対する支持力を充分に発揮する深さまで埋設することを特徴とする、請求項１に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。
コルゲートパイプの中空部内へ充填する、充填材の粒径は６号であることを特徴とする、請求項１又は２に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。
充填材を充填したコルゲートパイプの上端面に、ぐり石を載置したことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。
コルゲートパイプは、鋼製であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。
コルゲートパイプは、複数に分割された円弧状のセクションの接合箇所がコルゲートパイプの中心から放射状に加わる力に対して変形可能に重ね合わせ接合されて成ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。
コルゲートパイプは、複数に分割された円弧状の各セクションの両端部にフランジ片を設け、対峙するそれぞれのセクションのフランジ片同士を付き合わせて接合し、同コルゲートパイプの中心から放射状に加わる力に対して前記フランジ片が開いて変形を許容する構成とされていることを特徴とする、請求項１〜５記載のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。
コルゲートパイプは、樹脂製であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。