JP2017166294A

JP2017166294A - 地中構造物の構築方法

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Publication number: JP2017166294A
Application number: JP2016055400A
Authority: JP
Inventors: 経一山下; Kyoichi Yamashita
Original assignee: Koyo Automatic Machine Co Ltd
Current assignee: Koyo Automatic Machine Co Ltd
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: JP6043006B1; US20170268219A1

Abstract

【課題】簡易な手法で以て地中構造物の水平性を確保しつつ、低コストで効率よく施工できる地中構造物の構築方法を提供すること。
【解決手段】地盤を開削してすり鉢状の作業孔４１を形成する工程と、作業孔４１の底部周縁に水平基準面４２を形成する工程と、水平基準面４２上に載置して底部フレーム１１を組立てる工程と、底部フレーム上に地中構造物１０の躯体を構築する工程と、作業孔の環状空間４１ｂ内を埋戻土４３で埋め戻す工程とを具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は地下式立体駐輪場、地下式立体駐車場、又は有害物質埋設施設等の地中構造物の構築方法に関し、特に複数の掘削装置により地中構造物の底部の直下地盤を掘削しながら地中構造物を沈設する、地中構造物の構築方法に関するものである。

出願人はこの種の用途に用いる自走式の掘削装置を先に提案した(特許文献１，２)。
この掘削装置は、走行可能な走行体と、走行体に搭載した回転カッタとを具備している。
複数の掘削装置は地中構造物の底部フレームに間隔を隔てて往復移動可能に配備され、底部フレームに沿って一斉に水平移動をすることで、地中構造物の底部の直下地盤を掘削しつつ内方へ排土し得る構造になっている。
回転カッタは底部フレームの横幅又は地中構造物の躯体厚を越えた余掘り掘削が可能である。

図６を参照して説明すると、地中構造物１０の沈設に際し、地上に配置した複数の沈下制御装置２０を用いて地中構造物１０の水平性を維持することが知られている(特許文献３，４)。
この沈下制御装置２０は、先端を地中構造物１０の躯体に接続したロープ２１と、ロープ２１を繰出ドラムに巻き取ったウインチ２２と、複数の滑車を介してロープ２１を係留するポスト２３と、ロープ２１の張力検知手段と、張力検知手段の検知情報に基づいてウインチ２２を制御する制御部と、を具備している。
複数のウインチ２２から延びる各ロープ２１の先端を地中構造物１０の躯体に接続し、制御部は張力検知手段で検知したロープ２１の張力が均等になるように、各ウインチ２２によるロープ２１の繰出し量を制御する。

従来はつぎの工程を経て地中構造物１０を沈設している。
＜１＞掘削施設の組立て
ａ．沈下制御装置の設置工程
沈下制御装置２０の設置予定位置に基礎杭２４を構築すると共に、基礎杭２４の地表側にコンクリート基礎２５を構築する。
コンクリート基礎２５上にはウインチ２２を搭載すると共に、ポスト２３を立設する。
ｂ．底部フレームの設置工程
沈下制御装置２０のセット作業と並行して、地中構造物１０の平面形状に合わせてＨ鋼等の鋼材の底部フレーム１１を地表に配置する。各鋼材の両端を接合して底部フレーム１１を閉鎖形状に形成する。
ｃ．掘削装置の組付け工程
底部フレーム１１に間隔を隔てて複数の掘削装置３０を組み付ける。
底部フレーム１１の下方に掘削装置３０の回転カッタ３１を介挿し得るように、地面の一部を予め掘削しておく。
ｄ．地中構造物の構築工程
底部フレーム１１上に配筋すると共に相対向して型枠を組み立て、型枠内にコンクリートを打設して２〜３ｍ程度の高さの地中構造物１０を構築する。
この際、複数の沈下制御装置２０から引き出したロープ２１を地中構造物１０に埋設して接続する。

＜２＞掘削工と地中構造物の増設工の繰り返し
複数の掘削装置３０を往復動させて地中構造物１０の直下地盤を掘削する。
地中構造物１０の内方に排土した掘削土砂は地中構造物１０の内方地盤の掘削土砂とともにクラムシェル等の排土手段を用いて作業を繰り返し行う。
掘削装置３０は地中構造物１０の躯体幅を越えて掘削することで地中構造物１０の外面と孔壁との間が非接触の関係になるので、地中構造物１０は自重で沈下する。
地中構造物１０の沈下と並行して又は沈下後において、地中構造物１０の上部に延長用の躯体を増設する。

＜３＞掘削と沈下の自動制御工程
既設構造物１０を沈下する際に、ロープ２１の張力検知情報に基づき、地中構造物１０の複数箇所に接続したロープ２１の張力が均等になるように、各ウインチ２２におけるロープ２１の繰出し量の制御と、掘削装置３０による回転カッタ３１の回転方向、回転速度、移動速度、回転方向等の自動制御を並行して行うことで、地中構造物１０の水平性を維持する。

＜４＞細粒骨材の充填工程
必要に応じて、拡張して掘削した孔壁と地中構造物の外壁面との間に形成された隙間内に細粒骨材を充填して壁面間の摩擦抵抗を低減する。

特開２０１１−１７１６１号公報特開２０１１−５２４８４号公報特開２００６−１４４３８７号公報特開２０１０−１５０８１１号公報

従来の地中構造物の構築技術にはつぎのような改善すべき点がある。
＜１＞高価な沈下制御装置２０を複数配備する必要があるだけでなく、沈下制御装置２０を支持するために基礎杭２４やコンクリート基礎２５を構築しなければならず、施工コストが高くなる。
＜２＞沈下途中で地中構造物１０の水平性が失われると、水平性の修正が極めて難しいことから、地中構造物１０の水平性を維持するためには、地中構造物１０の沈下速度を低速に抑えなければならず、施工性に改善の余地がある。
＜３＞地上に沈下制御装置２０を設置するには地中構造物１０の外方に広い設置スペースが必要であり、設置スペースを確保できない現場では施工することができない。

本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは、簡易な手法で以て地中構造物の高い水平性を維持しつつ、低コストで効率よく沈設できる地中構造物の構築方法を提供することにある。

本発明は、閉鎖形状を呈するコンクリート製の地中構造物の底部フレームに往復移動可能に係合した複数の掘削装置を使用し、複数の掘削装置が往復移動することで地中構造物の底部の直下地盤を掘削する工程と、地中構造物の内方地盤の掘削土砂を地表へ排出工程と、地中構造物の上部に地中構造物の躯体を延長する工程とにより地中構造物を沈設する、地中構造物の構築方法であって、地盤を開削して地中構造物より大形ですり鉢状の作業孔を形成する工程と、前記作業孔の底部周縁地盤に閉鎖形状を呈する水平基準面を形成する工程と、前記作業孔内で水平基準面上に底部フレームを載置して閉鎖形状に組立てる工程と、前記作業孔内で底部フレーム上に地中構造物の一段目の躯体を構築する工程と、作業孔を地中構造物により内外に二分した空間のうちの外方の環状空間内を埋戻土で埋め戻す工程とを具備し、前記水平基準面を掘削開始面として前記複数の掘削装置により地中構造物の底部の直下地盤を均等に掘削することを特徴とする。
他の形態において、前記底部フレームは連続した下位フランジを有し、下位フランジの下面全面を介して地中構造物の自重を地中構造物の底部の直下地盤に支持させる。
他の形態において、前記底部フレームに係合した複数の掘削装置による地中構造物の底部の直下地盤を均等に掘削する作業と並行して、地中構造物の内方地盤を掘削して地上へ排土する。
他の形態において、前記底部フレームに係合した複数の掘削装置が地中構造物の躯体幅を越えた拡張掘削を行い、拡張掘削した孔壁と地中構造物の外壁面との間に隙間を形成して絶縁しながら地中構造物を沈設する。
他の形態において、前記掘削装置が底部フレームに係合して自走可能な走行体と、走行体に鉛直軸を中心に回転可能に搭載した回転カッタとを具備し、前記回転カッタの回転と底部フレームに沿った走行により地中構造物の底部の直下地盤を掘削する。

本発明はつぎの何れかひとつの効果を奏する。
＜１＞作業孔の底部に予め高い水平性を保って形成した水平基準面を、地中構造物の載置基準面として沈設するだけの簡易な手法で以て沈下中における地中構造物の高い水平性を維持しつつ、低コストで効率よく沈設することが可能となる。
＜２＞本発明では高い水平性を維持した状態で地中構造物を沈設できるので、従来工法で用いた高価な沈下制御装置やこれを支える基礎杭やコンクリート基礎が一切不要となる。
そのため、工期の短縮と施工コストの大幅削減を実現できる。
＜３＞地中構造物の躯体厚を越えた拡張掘削が可能であるため、拡張掘削した孔壁と地中構造物の外壁面との間に隙間を形成して絶縁できる。
したがって、従来工法で行っていた、摩擦抵抗を低減するため隙間内に細粒骨材を充填する作業も省略できる。
＜４＞地中構造物の沈下初期だけでなく沈下中においても、地中構造物の自重を底部レールの全面を介して地中構造物の底部の直下地盤に均等に支持させることができるので、地中構造物の高い水平性を維持できる。
＜５＞作業孔が地中構造物の外形より大きく形成してあるので、作業孔の空間を活用して鉄筋の組立て、型枠の組立て作業、型枠の解体作業といった一段目の地中構造物の構築作業を円滑に効率よく行える。

地中構造物の縦断面図地中構造物の底部の縦断面図地中構造物の施工方法の説明図で、（ａ）は作業孔の開削工程の説明図、（ｂ）は底部フレームの設置工と地中構造物の構築工の説明図、（ｃ）は環状空間の埋戻し工の説明図底部フレームの設置工の拡大説明図型枠内にコンクリートを打設した地中構造物の底部の断面図地中構造物を構築する従来工法の説明図

以下に図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。

＜１＞地中構造物
図１，２を参照して説明すると、地中構造物１０はその水平断面形状が例えば矩形、多角形、円形、楕円形等を呈するコンクリート製の函体で、その躯体厚や全体寸法は地中構造物１０の使途に応じて適宜選択する。

＜１．１＞底部フレーム
地中構造物１０の下端部には底部フレーム１１が位置し、地中構造物１０は底部フレーム１１を介して地盤に接面して支持される。
本例では上下一対のフランジ１２，１３間をウェブ１４で接続したＨ形鋼で底部フレーム１１を構成する場合について説明するが、上下一対のフランジ１２，１３間に間隔を隔てて２つのウェブ１４を接続した構造でもよい。
底部フレーム１１は連続した下位フランジ１３を有していればよく、下位フランジ１３の下面全面を介して地中構造物１０の自重を地中構造物１０の底部の直下地盤に支持できる接面構造であればよい。

＜１．２＞底部フレームの付帯設備
図２，４を参照して説明すると、上下フランジ１２，１３の内側内面には、掘削装置３０を誘導する一対のガイドレール１５，１５が相対向して設けてある。ウェブ１４の内側内面の中央には、掘削装置３０の自走反力を得るための直線歯車等の反力受け具１６が連続して設けてある。

＜２＞掘削装置
地中構造物１０の直下地盤を掘削する掘削装置３０は公知の装置を適用できる。
図２に例示した掘削装置３０について説明すると、掘削装置３０は、地中構造物１０の下端部の直下地盤を掻き出し掘削する機能と、掘削土を地中構造物１０の内側へ排出する機能を併有した自走式の装置である。
掘削装置３０は、地中構造物１０の下端部２１のガイドレール１５，１５に係合して走行可能な走行体３５と、走行体３５の走行手段と、走行体３５に搭載した回転カッタ３１と、回転カッタ３１の回転手段とを具備する。

＜２．１＞走行体
走行体３５は回転カッタ３１を搭載した状態で底部フレーム１１に走行自在に係留させた水平架台である。
走行体３５は複数の空転式ローラ３６を有し、空転式ローラ３６を介してガイドレール１５，１５と係合可能である。
走行体３５は、モータ等の駆動源３２と歯車状の走行輪３３を具備している。
走行輪３３は底部フレーム１１の反力受け具１６と噛合していて、走行体３５に搭載した駆動源３２の駆動を受けて走行輪３３が正逆転することで掘削装置３０が底部フレーム１１に沿って自走する。

＜２．２＞回転カッタ
回転カッタ３１は、少なくとも走行体３５を縦方向に貫通して軸支した回転軸３１ａと、回転軸に配設した板状の水平ロータ３１ｂとを具備し、水平ロータ３１ｂの下面と先端に複数の掘削ビットを有する。
回転カッタ３１は走行体３５に搭載したモータ等の駆動源３４の回転を受けて正逆転する。
回転カッタ３１はその掘削半径を変更することで、地中構造物１０の躯体幅を越えた拡張掘削が可能である。

＜２．３＞掘削装置の運行制御
複数の掘削装置３０は地中構造物１０の底部の直下地盤を均等掘削し得るように制御が可能である。
均等掘削とは、地中構造物１０の良好な水平を維持できるように、複数の掘削装置３０を移動させて掘削することである。
具体的には、地中構造物１０の平面形状が長方形である場合、長辺に配置した掘削装置３０と、短辺に配置した掘削装置３０とが始点位置から同時期に掘削を開始し、同時期に折返し地点に達するように各掘削装置３０を運行させることである。
各掘削装置３０の運行は自動制御または主動操作の何れも可能である。

［地中構造物の施工方法］
つぎに地中構造物１０の構築方法について説明する。

＜１＞開削工と基準水平面の形成
図３（ａ）を参照して説明すると、地中構造物１０の沈下予定の地盤４０を開削してすり鉢状の作業孔４１を形成する。
作業孔４１はその地上部の横幅Ｌ_１が底部の横幅Ｌ_２より大きい寸法関係にあり、かつ作業孔４１の底部の横幅Ｌ_２が地中構造物１０の横幅Ｌ_３より大きい寸法関係にある。
作業孔４１の深さＨは地中構造物１０の１スパン分程度の高さ（３〜６ｍ程度）で十分である。
作業孔４１の形成に際し、作業孔４１の底部の周縁地盤を水平に整地して連続した閉鎖形状を呈する水平基準面４２を形成する。
水平基準面４２は底部フレーム１１を着床させて地中構造物１０を沈設する際の掘削開始面となるので、十分に締め固めて高精度に仕上げておくことが肝要である。

＜２＞底部フレームの組立て
図３（ａ）と図４を参照して説明すると、作業孔４１内にＨ鋼等の鋼材を吊り降ろし、水平基準面４２上で閉鎖形状に底部フレーム１１を組み立てる。
水平基準面４２に載置する際、各鋼材の水平レベルを確認しながら底部フレーム１１を組み立てる。
連続した水平基準面４２がその全長に亘って予め高い水平精度に形成してあることと、水平基準面４２が下フランジ１３と面接触して底部フレーム１１の重量を均等に分散して支持することにより、底部フレーム１１は高い水平性を維持できる。

＜３＞掘削装置の組付け
図２と図３（ｂ）を参照して説明すると、作業孔４１内において、水平に設置した底部フレーム１１に間隔を隔てて複数の掘削装置３０を組み付ける。
各掘削装置３０は底部フレーム１１の内側に組み付ける。

＜４＞地中構造物の構築
図３（ｂ）と図５を参照して地中構造物１０の１スパン分（高さ約５〜６ｍ）の構築工程について説明する。底部フレーム１１の上フランジ１２上に鉄筋５０を組み立てると共に、相対向して型枠５１を組み立てる。

底部フレーム１１の全長に亘る型枠５１の組立てを完了したら、型枠５１内へ複数箇所からコンクリート５３を均等に充填する。
コンクリート５３の打設により底部フレーム１１への載荷重が増すことになるが、底部フレーム１１の連続した下フランジ１３が連続した水平基準面４２に接面して載荷重が均等に分散されるので、底部フレーム１１は高い水平性を維持できる。
コンクリート５３の硬化を待って型枠５１を解体撤去する。
作業孔４１が地中構造物１０の外形より大きく形成してあるので、鉄筋５０の組立て、型枠５１の組立て作業、型枠５１の解体作業といった一連の作業を円滑に効率よく行える。

＜５＞環状空間の埋戻し
図３（ｃ）に示すように、地中構造物１０を間に挟んで作業孔４１の空間が内外に二分され、地中構造物１０の内部空間４１ａと、地中構造物１０の外方の環状空間４１ｂを形成する。
環状空間４１ｂの全域に埋戻土４３を投入して地表レベルまで埋め戻す。

＜６＞地中構造物の自重沈下
図１を参照して説明すると、複数の掘削装置３０を用いた底部レール１１の直下地盤の掘削作業と、地中構造物１０の内方地盤４３の掘削排土作業を繰り返し行うことで、地中構造物１０が自重で沈下する。

＜６．１＞掘削装置による均等掘削
各掘削装置３０は底部レール１１に沿った往復移動を繰り返しながら、図５に示した連続した水平基準面４２の均等掘削を開始する。掘削した土砂は地中構造物１０の内部空間４１ａへ排出する。
このように複数の掘削装置３０が地中構造物１０の底部の直下地盤を均等に掘削するため、地中構造物１０は沈下当初の良好な水平性を保持したまま自重で沈下する。
沈下当初において、地中構造物１０の外周面に埋戻土４３による土圧が作用するものの、土圧に対して地中構造物１０の重量が卓越するため、埋戻土４３が地中構造物１０の沈下の妨げになることはない。
地中構造物１０の外周面に接する埋戻土４３は、地中構造物１０の沈設初期における地中構造物１０全体の横移動や傾斜の防止に大きく役立つ。
換言すれば、埋戻土４３は高い水平性を保った地中構造物１０の沈下に大きく貢献する。
従来工法では、拡張して掘削した孔壁と地中構造物１０の外壁面との間に形成された隙間４４内に、摩擦抵抗を低減するための細粒骨材を充填していた。
掘削装置３０は地中構造物１０の躯体幅を越えて直下地盤を掘削することで、拡張掘削した孔壁と地中構造物１０の外壁面との間に隙間４４ができて絶縁構造となるため、本工法ではこの隙間４４内に細粒骨材を充填する作業は不要である。

＜６．２＞内方地盤の掘削と土砂の排出
地中構造物１０の内方地盤４３を公知の掘削装置材を用いて掘削する。
ここで掘削装置３０の排土性をよくするため、地中構造物１０の近傍を地中構造物１０に沿って環状溝を掘削しておく。すなわち、掘削装置３０で掘削する際は、溝底が地中構造物１０の底部の直下地盤に対して下位に位置するように環状溝を先行掘削することが望ましい。
地中構造物１０の内方の掘削土砂は、クラムシェルバケット４４やコンベア搬送、ダンプカー等の公知の排土手段により地上へ排出する。

＜６．３＞地中構造物の延長
地中構造物１０の沈下と並行して又は沈下後において、地中構造物１０の上部に躯体を増設して延長する。
必要に応じて地中構造物１０の内部にスラブ１７を水平に構築する。
スラブ１７を形成する場合、スラブ１７の一部に開口１７ａを設け、この開口１７ａを通じて地上へ排土してもよい。
スラブ１７は掘削装置３０へ給電するための発電設備１８の設置床として活用する。

＜６．４＞掘削装置の撤去
地中構造物１０を所定の深度まで沈設したら、底部フレーム１１から掘削装置３０を撤去する。撤去した掘削装置３０は再使用する。
地中構造物１０はその底部にスラブを構築して様々な用途に用いる。

＜７＞地中構造物の水平性について
地中構造物１０の躯体の延長に伴い、底部レール１１の上載荷重が増大するが、本発明では以下の理由により、地中構造物１０の水平性を維持しながら沈設できる。
底部レール１１の全長に対して掘削装置３０が占める領域の割合が非常に小さいため、地中構造物１０の自重は底部レール１１の全長に亘り、水平性を保った直下地盤に分散して均等に支持される。
そのため、地中構造物１０の自重が掘削装置３０に直接作用することはなく、掘削装置３０は地中構造物１０の自重により硬く締め固められた直下地盤を効率よく掘削することができる。
このように、本工法では高い水平性を維持しながら地中構造物１０を沈設できるので、従来工法で用いた高価な沈下制御装置やこれを支える基礎杭やコンクリート基礎が一切不要となることから、工期の短縮と施工コストの大幅削減を実現することができる。

１０・・・・・地中構造物
１１・・・・・底部フレーム
２０・・・・・沈下制御装置
３０・・・・・掘削装置
３１・・・・・回転カッタ
４０・・・・・地盤
４１・・・・・作業孔
４１ａ・・・・内部空間
４１ｂ・・・・環状空間
４２・・・・・水平基準面

Claims

閉鎖形状を呈するコンクリート製の地中構造物の底部フレームに往復移動可能に係合した複数の掘削装置を使用し、複数の掘削装置が往復移動することで地中構造物の底部の直下地盤を掘削する工程と、地中構造物の内方地盤の掘削土砂を地表へ排出工程と、地中構造物の上部に地中構造物の躯体を延長する工程とにより地中構造物を沈設する、地中構造物の構築方法であって、
地盤を開削して地中構造物より大形ですり鉢状の作業孔を形成する工程と、
前記作業孔の底部周縁地盤に閉鎖形状を呈する水平基準面を形成する工程と、
前記作業孔内で水平基準面上に底部フレームを載置して閉鎖形状に組立てる工程と、
前記作業孔内で底部フレーム上に地中構造物の一段目の躯体を構築する工程と、
作業孔を地中構造物により内外に二分した空間のうちの外方の環状空間内を埋戻土で埋め戻す工程とを具備し、
前記水平基準面を掘削開始面として前記複数の掘削装置により地中構造物の底部の直下地盤を均等に掘削することを特徴とする、
地中構造物の構築方法。
前記底部フレームが連続した下位フランジを有し、下位フランジの下面全面を介して地中構造物の自重を地中構造物の底部の直下地盤に支持させたことを特徴とする、請求項１に記載の地中構造物の構築方法。
前記底部フレームに係合した複数の掘削装置による地中構造物の底部の直下地盤を均等に掘削する作業と並行して、地中構造物の内方地盤を掘削して地上へ排土することを特徴とする、請求項１に記載の地中構造物の構築方法。
前記底部フレームに係合した複数の掘削装置が地中構造物の躯体幅を越えた拡張掘削を行い、拡張掘削した孔壁と地中構造物の外壁面との間に隙間を形成して絶縁しながら地中構造物を沈設することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の地中構造物の構築方法。
前記掘削装置が底部フレームに係合して自走可能な走行体と、走行体に鉛直軸を中心に回転可能に搭載した回転カッタとを具備し、前記回転カッタの回転と底部フレームに沿った走行により地中構造物の底部の直下地盤を掘削することを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の地中構造物の構築方法。