JP2017089226A - 基礎構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存構造物を改修する場合や既存構造物の上部に新設構造物を構築する場合に、構造物の設計自由度を高くする。【解決手段】基礎構築方法は、既存構造物（軌道１０）の下部地盤１６Ｂを横方向から掘り進めて下部地盤１６Ｂ中に筒体２６を設置する工程と、筒体２６の内部から下部地盤１６Ｂに杭４０を構築し、筒体２６を基礎梁２０とする工程と、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、基礎構築方法に関する。

下記特許文献１には、既存建物を増築するため、既存建物の下方の地盤中に支持杭を新設し、該支持杭の上に柱を新設して、既存建物の基礎を補強する工法が開示されている。

特開２００８−１３９２６号公報

しかし、上記特許文献１の工法によると、新設する柱位置が支持杭の直上のみに制限される。また、鉛直荷重が大きくなると、柱の断面積増加に伴って杭径を大きくしなければならない。したがって、増築建物の設計自由度には制限がある。

本発明は、上記事実を考慮して、既存構造物を改修する場合や既存構造物の上部に新設構造物を構築する場合に、構造物の設計自由度を高くすることを目的とする。

請求項１に係る基礎構築方法は、既存構造物の下部地盤を横方向から掘り進めて前記下部地盤中に筒体を設置する工程と、前記筒体の内部から前記下部地盤に杭を構築し、前記筒体を基礎梁とする工程と、を有する。

例えば道路や軌道のような既存構造物では、交通・運行を止めて既存構造物の下部地盤を開削して筒体を設置することは難しいが、請求項１に記載の基礎構築方法によれば、既存構造物の下部地盤を横方向から掘り進めることで、交通・運行を止めずに下部地盤中に筒体を設置することができる。同様に、建物などのような既存構造物では、床や基礎スラブをはつり取ることなく、下部地盤中に筒体を設置することができる。

そして、筒体の内部から下部地盤に杭を構築することで、筒体が柱等を支持できる支持強度を備えた基礎梁とすることができる。

このように基礎梁及び杭を既存構造物の下部地盤に設け、これを既存構造物又は既存構造物の上部等に構築する新設構造物の基礎とした場合、基礎梁を設けずに杭を打設して１杭１柱とする構造と比較すると、杭径を小さくしたり、構造物の規模を大きくすることができる。また、新設柱を設ける位置は必ずしも杭の直上である必要がないので、柱割りの自由度が大きくなる。したがって、構造物の設計自由度が高い。

請求項２に係る基礎構築方法は、請求項１に記載の基礎構築方法において、前記筒体は複数のボックスカルバートで構成され、前記ボックスカルバートの内部に鉄筋を配筋してコンクリートを打設する。

請求項２の基礎構築方法によると、ボックスカルバートの内部に鉄筋を配筋してコンクリートを打設することで、ボックスカルバートが一体化して基礎梁となり、また、基礎梁の強度も大きくすることができる。

また、例えば杭頭部とボックスカルバートを剛接することで杭に曲げモーメントを負担させることができる。或いは杭頭部とボックスカルバートを半剛接することで、曲げモーメントの伝達を少なくして、杭頭部の欠損を抑制することができる。

請求項３に係る基礎構築方法は、請求項１又は請求項２に記載の基礎構築方法において、前記筒体の下部に空間が設けられる。

請求項３の基礎構築方法によると、既存構造物を使用しながら、既存構造物の下部地盤中に、新たな空間を設けるための工事を行うことができる。このため、例えば道路の交通を止めずに立体交差道路を新設したり、電車の運行を止めずに地下街を新設することができる。

以上説明したように、本発明の基礎構築方法によると、既存構造物を改修する場合や既存構造物の上部に新設構造物を構築する場合に、構造物の設計自由度を高くすることができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る基礎構築方法においてパイプルーフを下部地盤に圧入した状態を示す正面断面図であり、（Ｂ）は側断面図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る基礎構築方法において下部地盤を横方向から掘り進めボックスカルバートを配置した状態を示す正面断面図であり、（Ｂ）は側断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に囲み線で示した、ボックスカルバートのジョイント部分の拡大図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る基礎構築方法においてボックスカルバートの下部に杭を構築した状態を示す正面断面図であり、（Ｂ）は杭を構築している状態を示す側断面図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る基礎構築方法においてボックスカルバートの内部に鉄筋を配筋し、ボックスカルバートの上部に柱を設置している状態を示す正面断面図であり、（Ｂ）は側断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に囲み線で示した、アンカーボルトの拡大図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る基礎構築方法においてコンクリートを打設した状態を示す正面断面図であり、（Ｂ）は側断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に囲み線で示した、アンカーボルト及び柱脚の拡大図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る基礎構築方法においてボックスカルバート内部及び側穴に鉄筋が配筋された状態を示す正面断面図であり、（Ｂ）は平面図である。 は本発明の第１実施形態に係る基礎構築方法において軌道の上部に建物が構築された状態を示す正面断面図である。

［第１実施形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る基礎構築方法について説明する。

まず、第１実施形態に係る基礎構築方法の概要について説明する。図７に示すように、第１実施形態に係る基礎構築方法は、軌道１０の上部に構築する建物１２の基礎構造１４を構築する方法である。基礎構造１４は、基礎梁２０と、杭４０と、を含んで構成される。なお、軌道１０は本発明における既存構造物の一例であり、鉄道車両が走行する軌条（レール）等が載置される路盤や、駅舎のプラットフォームなどを含むものとする。さらに、既存構造物としては、建物等の工作物のほか、道路、河川、水路などを含むものとする。

（筒体設置工程）
次に、第１実施形態に係る基礎構築方法について工程ごとに説明する。まず、軌道１０の下部地盤１６Ｂに筒体２６を設置する工程について説明する。図１（Ｂ）に示されるように、まず、地盤１６に立坑１６Ａを形成する。立坑１６Ａの開口部は、軌道１０付近の地盤面に設けることが望ましいが、軌道１０付近の地盤面１６Ｃが、建物や通路などのために使用されている場合は、軌道１０から離れた位置に設けてもよい。

そして立坑１６Ａから、軌道１０の下部地盤１６Ｂ（地盤１６の一部分）に向かって、パイプルーフ２２を横方向（水平方向）に圧入する。パイプルーフ２２は、後述するボックスカルバート２４を推進施工する際に、地盤１６の沈下を抑制し、地盤１６とボックスカルバート２４との摩擦を減らして施工性を向上させるための鋼製管体であり、地盤面１６Ｃから深さ２〜３ｍ程度の深度に施工される。なお、当該深度は、地盤１６の硬度や既存地下構造物の有無などの状況に合わせて、概ね１〜１０ｍ程度の範囲で調整することができる。

なお、パイプルーフ２２は、本実施形態においては、図１（Ａ）に示されるように、ボックスカルバート２４の上部に設置される門型配置とされているが、地盤変形に注意を要する場合などは、ボックスカルバート２４よりも広い範囲を覆うように一文字状に配置したり、ボックスカルバート２４の上板、側板、底板に沿って矩形状に配置してもよい。ボックスカルバート２４の上板に沿って配置されたパイプルーフは、地盤１６の沈下抑制に有効である。また、ボックスカルバート２４の側板に沿って配置されたパイプルーフは、地盤１６から受ける側土圧を抑制し、また地盤１６の沈下を抑制することにも有効である。さらに、ボックスカルバート２４の底板に沿って配置されたパイプルーフは、地下水による地盤１６のボイリングや盤ぶくれを抑制することに有効であり、本発明においては、これらのパイプルーフを適宜選択して用いることができる。また、下部地盤が強固な場合は、パイプルーフ２２は省略することもできる。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、パイプルーフ２２の圧入後、パイプルーフ２２の下部の地盤１６を少しずつ掘削しながら、パイプルーフ２２に摺接させてボックスカルバート２４を横方向（パイプルーフ２２の材軸方向）に推進施工する。ボックスカルバート２４は断面矩形状の筒状プレキャストコンクリート部材であり、筒軸方向がパイプルーフ２２の材軸方向と一致するように複数連結させることで、長尺の筒体２６が形成される。

なお、筒軸方向に互いに隣接するボックスカルバート２４同士は、図２（Ｃ）の拡大図に示されるように、一方のボックスカルバート２４の端面に埋設されたスリーブ２４Ａに、他方のボックスカルバート２４の端面から突出した差筋２４Ｂが挿入され、スリーブ２４Ａと差筋２４Ｂの間の隙間にグラウトが注入されて連結される。差筋２４Ｂは、ボックスカルバート２４の筒軸方向に沿って埋設されており、もう一方の端部が逆側の端面に埋設されたスリーブ２４Ａに挿入されている。これにより、差筋２４Ｂはボックスカルバート２４の主筋として機能し、連結したボックスカルバート２４が剛接されて、基礎梁２０として機能することができる。

なお、本実施形態では筒体２６を構成する部材として、ボックスカルバート２４を用いているが本発明の実施形態はこれに限られない。例えば断面がアーチ形状のアーチカルバートや、断面が円形状の鉄筋コンクリート管などを用いてもよい。

（杭構築工程）
次に、筒体２６の内部から下部地盤１６Ｂに杭４０を構築する。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、杭４０の構築にあたっては、まず、ボックスカルバート２４の底板に貫通孔２４Ｄを形成し、下部地盤１６Ｂを鉛直下向きに掘削して、支持層まで達する掘削孔４２を形成する。なお、貫通孔２４Ｄ及び掘削孔４２の形成は、ボックスカルバート２４の内部に設置及び動作可能な穿孔機を用いて行う。次いで掘削孔４２に根固め液、杭周固定液を適宜注入し、杭材４４を挿入する。杭材４４は、プレキャストコンクリートで予め形成された既成杭であり、杭材４４を機械的継手で上下方向に繋ぎ合わせながら掘削孔４２に挿入して杭４０が施工される。杭頭部に設置される杭材４４からは杭頭補強筋４８が突出しており、後述するコンクリートＣに定着される。これにより、杭４０の杭頭部は基礎梁２０に剛接合される。なお、杭材４４の軸方向長さは、ボックスカルバート２４の内部の空間の高さよりも短い。

なお、本実施形態においては穿孔機を用いて掘削孔４２を形成したが、必ずしも機械を使用する必要はなく下部地盤１６Ｂは手掘りで掘削してもよい。手掘りの掘削は、例えば、鋼製波板とリング枠等を用いて土留めを行う深礎工法に適用される。さらに、杭４０は既成の杭材４４を繋ぎ合わせて施工するものとしたが、鉄筋かごを現場で溶接しながら繋ぎ合わせて掘削孔４２に挿入し、コンクリートを掘削孔４２に流し込む現場打ち杭としてもよい。

（上部掘削工程）
次に、基礎梁２０の上面に建物１２の柱１２Ａを設置するために、筒体２６（ボックスカルバート２４）の上部の地盤１６を掘削する。建物１２は、軌道１０の上部に構築する新設構造物である。この工程では、図４（Ｃ）の拡大図に示されるように、柱１２Ａの設置場所の地盤面１６Ｃから地盤１６を鉛直下向きに掘り進み、露出したパイプルーフ２２を貫通して、ボックスカルバート２４の上部まで到達させる。

（配筋工程）
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、筒体２６の内部に、基礎梁２０の主筋及びあばら筋としての鉄筋２８を配筋する。

（柱設置工程）
次に、ベースプレート１２Ｃ及び直線状の（鉤型でない）アンカーボルト１２Ｂが一体となった柱１２Ａを、ボックスカルバート２４の上部に載置する。このとき、アンカーボルト１２Ｂを、ボックスカルバート２４の貫通孔２４Ｅへ通す。そして、アンカーボルト１２Ｂにボックスカルバート２４の内側からナットを捩じ込み、柱１２Ａをボックスカルバート２４に固定する。さらに、アンカーボルト１２Ｂの先端には定着金物を固定し、あるいは図５（Ｃ）に示したように、アンカーボルトの先端を鉤型に折り曲げておく。

なお、パイプルーフ２２の貫通孔とボックスカルバート２４の貫通孔２４Ｅを、柱１２Ａの外周よりも大きくして柱１２Ａを貫通させてもよい。この場合、柱１２Ａをボックスカルバート２４の底板に固定することで、柱の柱脚を固定度の高い埋め込み式とすることができる。

（コンクリート打設工程）
柱１２Ａの設置後、筒体２６の内部全体にコンクリートＣを打設する。コンクリートＣは筒体２６の立坑１６Ａ側の端部に図示しない型枠を配置して打設し、コンクリートＣの硬化後、立坑１６Ａを埋め戻す。

このようにコンクリートＣを打設することで、杭４０の柱脚が基礎梁２０に剛接合される。また、柱１２Ａを固定するためのベースプレート１２Ｃが、アンカーボルト１２Ｂを介して基礎梁２０に剛接合される。

本実施形態の基礎構築方法では、以上の工程により、軌道１０の下部地盤１６Ｂに、基礎梁２０及び杭４０からなる基礎構造１４が構築される。

（作用及び効果）
本実施形態に係る基礎構築方法によれば、パイプルーフ２２の下部地盤１６Ｂを立坑１６Ａから横方向へ掘削しながら、パイプルーフ２２に摺接させてボックスカルバート２４を推進施工する。下部地盤１６Ｂを掘削し、ボックスカルバート２４を掘削部分に推進させるまでは、掘削部分の上部にある地盤１６及び軌道１０を走る列車の荷重は、パイプルーフ２２によって支えられる。このため、軌道１０の下部地盤１６Ｂの沈下が抑制される。したがって、軌道１０における電車の運行を止めずに基礎梁２０を構築することができる。

また、トランシット等を用いて施工精度を確認しながらパイプルーフ２２を曲がり少なく施工することで、パイプルーフ２２をガイドとして推進施工するボックスカルバート２４の施工精度を向上させることができる。

また、本実施形態に係る基礎構築方法によれば、基礎梁２０及び杭４０を備えた基礎構造１４が、軌道１０の上部に新設する建物１２の基礎となる。また、杭４０の杭頭部は、基礎梁２０に剛接合されている。

これに対して、基礎梁２０を設けないで建物を新設する場合は、新設建物の柱の軸力を杭のみが支持する、一柱一杭形式の基礎構造となる。

例えば同じ規模の建物を新設する場合で比較すると、本実施形態における杭４０は、基礎梁２０によって杭頭部が連結固定されているので、一柱一杭形式の基礎構造と比較して耐力が大きく、杭径を小さくすることができる。あるいは、本実施形態における杭４０の杭径を、一柱一杭形式の基礎構造における杭径と等しくした場合で比較すると、本実施形態においては、新設する建物の規模を大きくすることができる。

また、例えば図７に示すように、ロングスパンの架構を新設する場合においては、本実施形態における杭４０は、ボックスカルバート２４内から構築するので、例えば深礎工法などによって大径の杭を施工することができる（３００ｍｍ〜∞ｍｍ）。つまり、杭径にあわせてボックスカルバート２４の断面寸法を大きくしたり、ボックスカルバート２４を筒軸方向と直交する方向に複数連結したりして、掘削孔の掘削面積を適宜確保することができる。これにより、ロングスパンの架構を支持するために十分な耐力を備えた基礎構造とすることができる。

これに対して、一柱一杭形式の基礎構造とした場合、図７に破線Ｇで示したように、杭は地盤面１６Ｃから掘削されるので、掘削孔とオーバーラップする部分の軌道は、工事中使用することができない。

また、本実施形態における基礎構築方法においては、杭４０と柱１２Ａとの間に、基礎梁２０が構築される。このため、柱１２Ａを設ける位置は必ずしも杭４０の直上である必要がない。したがって、柱位置が杭の直上に制限される一柱一杭形式の基礎構造と比較して、柱割りの自由度が大きくなる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る基礎構築方法について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同符号を付し、説明を適宜省略する。

まず、第２実施形態に係る基礎構築方法の概要について説明する。第２実施形態に係る基礎構築方法は、既存建物５２の基礎（既存杭５２Ｂ）を補強する基礎構造５４を構築する方法である。図６（Ａ）に示されるように、既存建物５２は、既存柱５２Ａを既存杭５２Ｂが支持する一柱一杭形式とされた基礎構造を備えている。そして、該基礎構造（既存杭５２Ｂ）を補強する基礎構造５４は、基礎梁６０と、杭８０と、既存杭５２Ｂと基礎梁６０とを連結するフーチング９０と、を含んで構成されている。

（筒体設置工程）
次に、第２実施形態に係る基礎構築方法について工程ごとに説明する。第１実施形態の基礎構築方法と同様、まず、既存建物５２の付近の地盤５６に図示しない立坑を形成し、該立坑から、既存建物５２の下部地盤５６Ｂ（地盤５６の一部分）に向かって、既存杭５２Ｂの配設方向Ｌに沿ってパイプルーフ６２を横方向（水平方向）に圧入する。
そして、パイプルーフ６２の圧入後、パイプルーフ６２の下部の地盤５６を掘削しながらボックスカルバート６４を推進施工し、ボックスカルバート６４を連結して筒体６６を構築する。このとき、ボックスカルバート６４は、パイプルーフ６２と同様、既存杭５２Ｂの配設方向Ｌに沿って施工される（図６（Ｂ）参照）。

（杭構築工程）
次いで、ボックスカルバート６４の底板に貫通孔６４Ｄを形成し、下部地盤５６Ｂを掘削して掘削孔８２を形成する。掘削孔８２に根固め液、杭周固定液を適宜注入し、プレキャストコンクリートで予め形成された杭材８４を挿入し、杭材８４を繋ぎ合わせて杭８０を形成する。図示は省略するが、杭頭部に設置される杭材８４からは杭頭補強筋が突出しており、後述するコンクリートＣに定着される。これにより、杭８０の杭頭部は基礎梁６０に剛接合される。

（側穴形成工程）
次に、既存杭５２Ｂと基礎梁６０とを連結するフーチング９０を形成するために、筒体６６の側壁に開口部６４Ｅを形成し、その後側穴９２を形成する工程について説明する。

まず、ボックスカルバート６４の側壁に図示しない穿孔を開け、該穿孔から地盤改良材を下部地盤５６Ｂに注入して、既存杭５２Ｂの周囲の地盤を改良する。なお、地盤改良する範囲は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、後述する側穴９２を包絡する範囲Ｍであり、注入に際しては穿孔から注入管を挿入して、既存杭５２Ｂの裏側まで地盤改良材を浸透させる。

地盤改良後、ボックスカルバート６４の側壁をはつり取って開口部６４Ｅを形成し、開口部６４Ｅから既存杭５２Ｂに向かって下部地盤５６Ｂを横方向（水平方向）に掘り進め、既存杭５２Ｂを包絡する範囲の土壌を取り除き、側穴９２を形成する。

（コンクリート打設工程）
次に、筒体６６及び側穴９２の内部にコンクリートを打設して基礎梁６０を構築する工程について説明する。図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、杭８０の構築後又は側穴９２の形成後、筒体６６の内部に、基礎梁６０の主筋及びあばら筋としての鉄筋６８を配筋する。さらに、側穴９２の内部に、フーチング９０の主筋としての鉄筋９８を配筋する。鉄筋６８、９８の配筋後、筒体６６及び側穴９２の内部全体にコンクリートＣを打設する。これにより、基礎梁６０及びフーチング９０が形成される。

このようにして既存建物５２の下部地盤５６Ｂに、基礎梁６０、杭８０及びフーチング９０を備え、既存建物５２の基礎（既存杭５２Ｂ）を補強する基礎構造５４が構築される。

（作用及び効果）
本実施形態に係る基礎構築方法によれば、既存建物５２の付近の地盤５６に形成した立坑から、パイプルーフ６２及びボックスカルバート６４を施工して、基礎梁６０を構築する。このため、既存建物５２の床や基礎スラブをはつり取り、基礎スラブに削孔機を設置して下部地盤５６Ｂを上部から開削する必要がない。したがって、例えば、既存建物５２を増築したり用途変更するための改修時、既存建物５２を使用しながら基礎構造の補強工事ができる。

［変形例］
次に、上記実施形態の変形例について説明する。第１実施形態においては、ボックスカルバート２４の下部には支持層に達した杭４０のみを構築するものとしたが、本発明の実施形態はこれに限られず、例えばボックスカルバート２４を軌道１０の下部地盤１６Ｂに敷き詰め、ボックスカルバート２４の下部に地下空間を形成してもよい。

このとき、杭４０に代えて、形成する地下空間の最下部に杭頭部が位置する杭を構築し、該杭には構真柱を立て込み根固めする。また、該構真柱がボックスカルバート２４の荷重を支えられるように、構真柱の柱頭部分にキャピタルを設け、ボックスカルバート２４と一体化させる。

その後、ボックスカルバート２４、６４の下部に山留を施工して土留めを行い、ボックスカルバート２４を施工するために形成した立坑をさらに下向きに掘り進め、該立坑からボックスカルバート２４の下部地盤１６Ｂを掘削する。このとき、適宜構真柱に梁、スラブを構築しながら地下空間を形成する。

このようにして、軌道１０及び既存建物５２を使用しながら、下部地盤１６Ｂ、５６Ｂに、新たな空間を設けるための工事を行うことができる。

また、第１、第２実施形態においては杭４０、８０にそれぞれ杭頭補強筋４８、８８が設けられ、基礎梁２０、６０と剛接合されているが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えば杭頭補強筋４８を設けずに、あるいは本数を少なくして、杭頭部と基礎梁２０、６０とを半剛接としてもよい。杭頭部と基礎梁２０、６０を半剛接することで、基礎梁２０、６０から杭４０、８０への曲げモーメントの伝達を少なくして、杭頭部の欠損を抑制することができる。このように、杭頭部の固定方法は適宜選択可能である。

また、第１、第２実施形態においてコンクリートＣは筒体２６、６６の内部全体に打設されているが本発明の実施形態はこれに限られない。例えば、基礎梁としての強度が確保できれば、筒体２６、６６の下側部分のみに打設すればよい。あるいは、図３に示された杭４０、８０の杭頭補強筋４８、８８の周辺部分を包絡するように型枠を配置して、杭頭部周囲のみにコンクリートＣを打設してもよい。さらに、上述したように杭４０、８０の基礎梁２０、６０に対する固定度を大きくする必要がない場合は、杭頭部にパイルキャップを設けて基礎梁２０、６０から杭頭部へ鉛直荷重を伝えればよく、コンクリートＣは必ずしも打設しなくてもよい。すなわち、第１、第２実施形態におけるコンクリートＣの打設量は適宜軽減可能である。
コンクリートＣの打設量を軽減することにより、筒体２６、６６の内部には空洞が形成されるので、該空洞部分を例えば地下通路や配管の共同溝として使用することができる。

このように、本発明はこうした上記の実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 軌道（既存構造物）
１６Ｂ、５６Ｂ 下部地盤
２０、６０ 基礎梁
２４、６４ ボックスカルバート
２６、６６ 筒体
２８、６８ 鉄筋
４０、８０ 杭
５２ 既存建物（既存構造物）
Ｃ コンクリート
Ｖ 地下空間（空間）

Claims (3)

1. 既存構造物の下部地盤を横方向から掘り進めて前記下部地盤中に筒体を設置する工程と、
   前記筒体の内部から前記下部地盤に杭を構築し、前記筒体を基礎梁とする工程と、を有する基礎構築方法。
2. 前記筒体は複数のボックスカルバートで構成され、
   前記ボックスカルバートの内部に鉄筋を配筋してコンクリートを打設した請求項１に記載の基礎構築方法。
3. 前記筒体の下部に空間が設けられる、請求項１又は請求項２に記載の基礎構築方法。

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