JP2023104993A - 地下構造体の基礎の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一部に大きな鉛直荷重が作用する場合であっても、低コストで構築できる、地下構造体の基礎の構築方法を提供すること。【解決手段】地下構造体の基礎の構築方法は、中央エリア２０Ａにて地盤２中に構真柱２１を打ち込んで杭１２を構築し、外周エリア２０Ｂにて外側山留め壁３０および内側山留め壁３１を構築するステップと、中央エリア２０Ａにて構真柱２１に支持させて１階床躯体１５Ａを構築し、外周エリア２０Ｂにて支保工３２を架設しながら地盤２を掘削するステップと、外周エリア２０Ｂにて、べた基礎１３の一部を構築して鉄骨柱２２の建方を行い、この鉄骨柱２２に支持させて１階床躯体１５Ｂを構築するステップと、中央エリア２０Ａにて、地盤２を掘削して残りの躯体を構築するとともに、外周エリア２０Ｂにて、内側山留め壁３１および支保工３２を解体しながら残りの躯体を構築するステップと、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、地下構造体の基礎の構築方法に関する。

従来より、地下躯体を有する建物の構築方法として、逆打ち工法が知られている（特許文献１参照）。
この逆打ち工法では、地中に杭を打設するとともにこの杭に構真柱を建て込んで、構真柱を杭に一体化させる。次に、構真柱の上端付近に例えば１階の床および梁を先行床として構築する。次に、先行床より下の地下躯体を構築するとともに、先行床より上の地上躯体を構築する。よって、先行床を挟んで上下の躯体を同時に構築できるから、工期を大幅に短縮できる。
ところで、地上躯体の外周部の剛性が高いアウトブレース構造の建物が知られている（特許文献２、３参照）。このような建物では、地上躯体の外周部の重量が大きくなるため、地下躯体の外周部に大きな鉛直荷重が作用する。
このような地下躯体を逆打ち工法により構築すると、大きな荷重が作用する外周部の杭の本数を多くしたり、杭の支持力を増大させたりする必要が生じて、施工コストが増大する、という問題があった。

特許第６１０３６６７号公報 特開２０１８－４８４５６号公報 特開２０１０－２８５７９７号公報

本発明は、一部に大きな鉛直荷重が作用する場合であっても、低コストで構築できる、地下構造体の基礎の構築方法を提供することを目的とする。

本発明の地下構造体（例えば、後述の地下躯体１０）は、平面視で、杭基礎を有する内側構造体（例えば、後述の中央部１０Ａ）と、当該内側構造体の外側に構築されて直接基礎を有する外側構造体（例えば、後述の外周部１０Ｂ）と、を備えることが好ましい。

ここで、杭基礎には、直接基礎に必要最小限の摩擦杭を併用するパイルドラフト基礎が含まれる。
この発明によれば、地下構造体のうち大きな鉛直荷重が作用する部分を、直接基礎を有する外側構造体とすることで、杭の本数を削減して、施工コストを低減できる。

本発明の建物（例えば、後述の建物１）は、地下構造体（例えば、後述の地下躯体１０）と、当該地下構造体の上に構築された地上構造体（例えば、後述の地上躯体１１）と、を備え、当該地上構造体は、アウトブレース構造であり、前記地下構造体は、平面視で、内側構造体と、当該内側構造体の周囲に環状に構築されて直接基礎を有する外側構造体と、を備えることが好ましい。

この発明によれば、地上構造体がアウトブレース構造であるため、地下構造体の外周部に大きな鉛直荷重が作用するが、この外周部に位置する外側構造体を直接基礎としたので、杭の本数を削減して、施工コストを低減できる。

本発明の地下構造体の構築方法は、地下構造体（例えば、後述の地下躯体１０）の構築方法であって、当該地下構造体を、平面視で、内側エリア（例えば、後述の中央エリア２０Ａ）に構築されて杭基礎を有する内側構造体（例えば、後述の中央部１０Ａ）と、外側エリア（例えば、後述の外周エリア２０Ｂ）に構築されて直接基礎を有する外側構造体（例えば、後述の外周部１０Ｂ）と、を含んで構成し、前記内側エリアにおいて、前記内側構造体を逆打ち工法により構築し、前記外側エリアにおいて、前記外側構造体を順打ち工法により構築することが好ましい。

この発明によれば、地下構造体のうち大きな鉛直荷重が作用する部分を、直接基礎を有する外側構造体とすることで、杭の本数を削減して、施工コストを低減できる。
ここで、外側構造体を順打ち工法で構築したので、外側構造体の基礎を、杭基礎ではなく、直接基礎とすることができる。

請求項１に記載の地下構造体の基礎の構築方法は、地下構造体（例えば、後述の地下躯体１０）の基礎の構築方法であって、前記地下構造体を、平面視で、内側エリア（例えば、後述の中央エリア２０Ａ）に構築される内側構造体（例えば、後述の中央部１０Ａ）と、前記内側エリアの外側の外側エリア（例えば、後述の外周エリア２０Ｂ）に構築される外側構造体（例えば、後述の外周部１０Ｂ）と、を含んで構成し、外側山留め壁（例えば、後述の外側山留め壁３０）を構築するとともに、前記内側エリアにおいて、地盤（例えば、後述の地盤２）中に構真柱（例えば、後述の構真柱２１）を有する杭（例えば、後述の杭１２）を構築し、前記外側エリアにおいて、前記内側エリアとの境界に内側山留め壁（例えば、後述の内側山留め壁３１）を構築する第１工程（例えば、後述のステップＳ１）と、前記内側エリアにおいて、前記構真柱に支持させて所定階（例えば、後述の１階）の床躯体（例えば、後述の床躯体１５Ａ）を構築し、前記外側エリアにおいて、前記外側山留め壁と前記内側山留め壁との間に支保工（例えば、後述の支保工３２）を架設しながら床付面（例えば、後述の床付面３３）まで地盤を掘削する第２工程（例えば、後述のステップＳ２）と、前記外側エリアにおいて、直接基礎体（例えば、後述のべた基礎１３の下部）を構築し、当該直接基礎体上に柱体（例えば、後述の鉄骨柱２２）を構築し、当該柱体に支持させて前記内側エリアの所定階の床躯体（例えば、後述の床躯体１５Ａ）に連続する床躯体（例えば、後述の床躯体１５Ｂ）を構築する第３工程（例えば、後述のステップＳ３）と、前記内側エリアにおいて、地盤を掘削して前記内側構造体の残りの躯体を構築するとともに、前記外側エリアにおいて、前記内側山留め壁および前記支保工を解体しながら前記外側構造体の残りの躯体を構築する第４工程（例えば、後述のステップＳ４）と、を備えることを特徴とする。

本発明は、地上構造体が超高層であって、地上構造体の構築を早期に開始する必要があり、かつ、地下構造体の深さが深く、地下構造体の底面が硬質地盤上にあって直接基礎を採用できる場合に、特に有効である。
ここで、構真柱を有する杭としては、例えば、プレボーリング杭、場所打ち杭が挙げられる。
また、外側山留め壁としては、例えば、親杭横矢板、鋼矢板、ソイルセメント柱列壁、鋼製あるいは鉄筋コンクリート造の地中連続壁が挙げられる。また、本発明には、地下構造体の外周壁の外側に外側山留め壁を別体として構築する場合だけではなく、地下構造体の外周壁の一部あるいは全部を外側山留め壁として利用する場合も含まれる。
また、内側山留め壁としては、例えば、親杭横矢板、鋼矢板、ソイルセメント柱列壁が挙げられる。
また、直接基礎体は、本設の直接基礎の一部あるいは全部でもよいし、仮設のコンクリートブロックでもよい。
また、柱体は、所定階の床躯体を支持できる構造であればよく、仮設柱でもよいし、複数本の本設柱のうちの一部あるいは全部でもよい。あるいは、柱体を、鉄骨鉄筋コンクリート造の本設柱に埋設されるクロスＨ形鋼などの鉄骨柱とし、所定階の床躯体を構築した後、この鉄骨柱の周囲に配筋してコンクリートを打設してもよい。

この発明によれば、地下構造体のうち大きな鉛直荷重が作用する部分を、直接基礎を有する外側構造体とすることで、杭の本数を削減して、施工コストを低減できる。
また、本発明では、内側エリアでは、杭および構真柱に支持させて所定階の床躯体を構築する（逆打ち工法）。一方、外側エリアでは、外側山留め壁と内側山留め壁との間に支保工を架設しながら床付面まで地盤を掘削し、次に、直接基礎体を構築して、この直接基礎体上に所定階レベルまでの柱体の構築を一気に行い、この柱体に支持させて所定階の床躯体を構築する（順打ち工法）。これにより、内側エリアおよび外側エリアの所定階の床躯体が完成し、地下と地上とが床躯体で仕切られる。よって、地下躯体工事を行いつつ、地上躯体工事を開始できるので、建物を短工期で構築できる。
また、第２工程では、外側エリアにおいて、外側山留め壁と内側山留め壁との間に支保工を架設しながら地盤を掘削する。このとき、掘削対象である外側エリアが帯状となるので、外側エリアを複数の工区に適宜分割して、工区毎に順次掘削を進めることで、効率的に掘削できる。また、外側エリアが帯状となるため、外側山留め壁と内側山留め壁との狭い範囲に、比較的短い切梁を架設すればよいので、仮設材のコストを低減できる。

請求項２に記載の地下構造体の基礎の構築方法は、前記第４工程では、前記内側エリアにおいて、上層から下層に向かって掘削しながら前記内側構造体の残りの躯体を構築するとともに、前記外側エリアにおいて、前記内側構造体の構築時期に合わせて、上層から下層に向かって前記内側山留め壁および前記支保工を解体しながら前記外側構造体の残りの躯体を構築することを特徴とする。

この発明によれば、地下と地上とを所定階の床躯体で仕切った後、内側エリアでは、逆打ち工法により内側構造体の残りの躯体を構築し、この逆打ち工法による躯体の構築時期に合わせて、外側エリアでは、内側山留め壁および支保工を解体しながら、外側構造体の残りの躯体を構築する。これにより、地下構造体をフロア毎に効率良く構築できる。

請求項３に記載の地下構造体の基礎の構築方法は、前記外側エリアは、前記内側エリアの周囲の環状のエリアであり、前記第４工程では、前記外側エリアにおいて、前記外側構造体の地下各階の床躯体を構築し、その後、前記内側エリアにおいて、地盤を床付面まで掘削して、下層から上層に向かって前記内側構造体の残りの躯体を構築することを特徴とする。

この発明によれば、地下と地上とを所定階の床躯体で仕切った後、外側エリアにおいて、地下各階の床躯体を構築して、これら床躯体を環状の迫り持ち切梁として機能させる。これにより、中央の内側エリアの地盤に側圧が作用しなくなるので、内側エリアにおいて、地盤を床付面まで一気に掘削し、残りの躯体を下層から上層に向かって順打ちで構築する。よって、内側構造体の残りの躯体を効率良く構築できる。

本発明によれば、一部に大きな鉛直荷重が作用する場合であっても、低コストで構築できる、地下構造体の基礎の構築方法を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る建物の模式的な縦断面図である。 前記実施形態に係る建物の地下構造体の模式的な横断面図である。 前記実施形態に係る地下構造体を構築する手順のフローチャートである。 前記実施形態に係る地下構造体の構築手順の説明図（その１）である。 前記実施形態に係る地下構造体の構築手順の説明図（その２）である。 前記実施形態に係る地下構造体の構築手順の説明図（その３）である。 前記実施形態に係る地下構造体の構築手順の説明図（その４）である。 前記実施形態に係る地下構造体の構築手順の説明図（その５）である。 本発明の第２実施形態に係る地下構造体の構築手順の説明図である。 本発明の変形例に係る地下構造体の模式的な横断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る建物１の模式的な縦断面図である。図２は、建物１の地下躯体１０の模式的な横断面図である。
建物１は、鉄骨鉄筋コンクリート造の地下構造体としての地下躯体１０と、この地下躯体１０の上に構築される地上構造体としての地上躯体１１と、を備える。
この地上躯体１１は、外周部の剛性が高いアウトブレース構造で鉄骨造の超高層であり、地上躯体１１の構築を早期に開始することが要請されている。

地下躯体１０は、平面視で、内側構造体としての中央部１０Ａと、この中央部１０Ａの周囲（外側）に環状に構築された外側構造体としての外周部１０Ｂと、を備える。また、この地下躯体１０は、縦断面視で、中央部１０Ａの杭基礎としての杭１２、外周部１０Ｂの直接基礎としてのべた基礎１３、各階の柱１４、および、各階の床躯体（床スラブおよび梁）１５を備えている。この地下躯体１０の深さは深く、地下躯体１０の底面が硬質地盤上にあって、直接基礎を採用可能となっている。
地上躯体１１がアウトブレース構造であるため、地下躯体１０の外周部１０Ｂに作用する鉛直荷重は、中央部１０Ａに作用する鉛直荷重よりも大きくなっている。

以下、建物１の地下躯体１０を構築する手順について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、平面視で、地下躯体１０の中央部１０Ａが構築されるエリアを内側エリアとしての中央エリア２０Ａとし、外周部１０Ｂが構築されるエリアを外側エリアとしての外周エリア２０Ｂとする（図２参照）。この外周エリア２０Ｂは、中央エリア２０Ａを囲む環状である。

ステップＳ１では、図４に示すように、中央エリア２０Ａにおいて、地盤２中に構真柱２１を有する場所打ち杭としての杭１２を構築する。また、外周エリア２０Ｂにおいて、地下躯体１０の外周面に沿って外側山留め壁３０を構築するとともに、中央エリア２０Ａとの境界に内側山留め壁３１を構築する。
ステップＳ２では、図５および図６に示すように、中央エリア２０Ａにおいて、杭１２および構真柱２１に支持させて１階床躯体１５Ａを構築し、外周エリア２０Ｂにおいて、外側山留め壁３０と内側山留め壁３１との間に支保工３２を架設しながら床付面３３まで地盤２を掘削する。

ステップＳ３では、図７に示すように、外周エリア２０Ｂにおいて、床付面３３の上に直接基礎体としてのべた基礎１３の下部を構築し、このべた基礎１３の下部の上に下層から上層に向かって、外周部１０Ｂの一部の柱体としての鉄骨柱２２の建方を行う。次に、この外周部１０Ｂの鉄骨柱２２に支持させて、中央エリア２０Ａの１階床躯体１５Ａに連続する１階床躯体１５Ｂを構築して、１階床躯体１５を完成させる。この１階床躯体１５により、地下と地上とが仕切られるので、以降、地下躯体１０の構築と地上躯体１１の構築とを同時に進めることができる。

ステップＳ４では、地上では、地上躯体１１の構築を開始する。一方、地下では、図８に示すように、中央エリア２０Ａにおいて、地盤２を掘削して中央部１０Ａの残りの躯体を構築するとともに、外周エリア２０Ｂにおいて、内側山留め壁３１および支保工３２を解体しながら、外周部１０Ｂの残りの躯体を構築する。
具体的には、中央エリア２０Ａにおいて、上層から下層に向かって掘削しながら中央部１０Ａの残りの躯体を構築する。一方、外周エリア２０Ｂにおいて、中央部１０Ａの躯体の構築時期に合わせて、上層から下層に向かって内側山留め壁３１および支保工３２を解体しながら、外周部１０Ｂの残りの躯体を構築する。これにより、各階の床躯体１５を上層から下層に向かって構築し、各階の床躯体１５が支保工の役割を果たす。なお、図８では、地下２階床レベルまで柱１４および床躯体１５を構築した状態を示している。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）地上躯体１１がアウトブレース構造であるため、地下躯体１０の外周部１０Ｂに大きな鉛直荷重が作用するが、この外周部１０Ｂを直接基礎としたので、杭の本数を削減して、施工コストを低減できる。
（２）中央エリア２０Ａでは、杭１２および構真柱２１に支持させて１階の床躯体１５Ａを構築する（逆打ち工法）。一方、外周エリア２０Ｂでは、外側山留め壁３０と内側山留め壁３１との間に支保工３２を架設しながら床付面３３まで地盤を掘削し、次に、べた基礎１３の一部を構築し、このべた基礎１３の上に１階レベルまでの一部の鉄骨柱２２の建方を一気に行い、この鉄骨柱２２に支持させて１階の床躯体１５Ｂを構築する（順打ち工法）。これにより、中央エリア２０Ａおよび外周エリア２０Ｂの１階床躯体１５が完成し、地下と地上とが１階床躯体１５で仕切られる。よって、地下躯体工事を行いつつ、地上躯体工事を開始でき、建物１を短工期で構築できる。
また、ステップＳ２では、外周エリア２０Ｂにおいて、外側山留め壁３０と内側山留め壁３１との間に支保工３２を架設しながら地盤２を掘削する。このとき、図６に示すように、掘削対象である外周エリア２０Ｂが帯状であるので、外周エリア２０Ｂを複数の工区に適宜分割して、工区毎に順次掘削を進めることで、効率的に掘削できる。また、外周エリア２０Ｂが帯状となるため、外側山留め壁３０と内側山留め壁３１との狭い範囲に、比較的短い切梁を架設すればよいので、仮設材のコストを低減できる。

（３）地下と地上とを１階床躯体１５で仕切った後、中央エリア２０Ａでは、逆打ち工法により中央部１０Ａの残りの躯体を構築し、この逆打ち工法による中央部１０Ａの躯体の構築に同期して、外周エリア２０Ｂでは、内側山留め壁３１および支保工３２を解体しながら、外周部１０Ｂの残りの躯体を構築する。これにより、地下躯体１０をフロア毎に効率良く構築できる。

〔第２実施形態〕
本実施形態では、ステップＳ４の内容が第１実施形態と異なり、その他のステップＳ１～Ｓ３は、第１実施形態と同様の構成である。
すなわち、本実施形態のステップＳ４では、地上では、地上躯体１１の構築を開始する。一方、地下では、まず、図９に示すように、外周エリア２０Ｂにおいて、地下各階の床躯体１５を構築する。これにより、床躯体１５を環状の迫り持ち切梁として機能させる。次に、中央エリア２０Ａにおいて、地盤２を床付面３３まで掘削して、下層から上層に向かって中央部１０Ａの残りの躯体を構築する。また、外周エリア２０Ｂにおいて、内側山留め壁３１および支保工３２を解体しながら、外周部１０Ｂの残りの躯体を構築する。

本実施形態によれば、上述の（１）、（２）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（４）地下と地上とを１階床躯体１５で仕切った後、外周エリア２０Ｂにおいて、地下各階の床躯体１５を構築して、これら床躯体１５を環状の迫り持ち切梁として機能させる。これにより、中央エリア２０Ａの地盤２に側圧が作用しなくなるので、中央エリア２０Ａにおいて、地盤２を床付面まで一気に掘削し、中央部１０Ａの残りの躯体を下層から上層に向かって順打ちで構築する。よって、中央部１０Ａの残りの躯体を効率良く構築できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、既存の地下構造物が存在しない地盤２に地下躯体１０を構築したが、これに限らず、既存の地下構造物が存在する地盤についても、本発明を適用できる。
また、上述の各実施形態では、外側構造体としての外周部１０Ｂを、内側構造体としての中央部１０Ａの四方を囲む環状としたが、これに限らない。例えば、図１０（ａ）に示すように、外側構造体４０Ｂを、内側構造体４０Ａの三方を囲むように設けてもよいし、図１０（ｂ）に示すように、外側構造体５０Ｂを、内側構造体５０Ａを両側から挟むように設けてもよい。

１…建物 ２…地盤
１０…地下躯体（地下構造体） １０Ａ…中央部（内側構造体）
１０Ｂ…外周部（外側構造体）
１１…地上躯体（地上構造体） １２…杭（杭基礎） １３…べた基礎（直接基礎）
１４…柱 １５…床躯体
１５Ａ…中央部の床躯体 １５Ｂ…外周部の床躯体
２０Ａ…中央エリア（内側エリア） ２０Ｂ…外周エリア（外側エリア）
２１…構真柱 ２２…鉄骨柱（柱体）
３０…外側山留め壁 ３１…内側山留め壁 ３２…支保工 ３３…床付面
４０Ａ、５０Ａ…内側構造体 ４０Ｂ、５０Ｂ…外側構造体

Claims (3)

1. 地下構造体の基礎の構築方法であって、
   前記地下構造体を、平面視で、内側エリアに構築される内側構造体と、前記内側エリアの外側の外側エリアに構築される外側構造体と、を含んで構成し、
   外側山留め壁を構築するとともに、前記内側エリアにおいて、地盤中に構真柱を有する杭を構築し、前記外側エリアにおいて、前記内側エリアとの境界に内側山留め壁を構築する第１工程と、
   前記内側エリアにおいて、前記構真柱に支持させて所定階の床躯体を構築し、前記外側エリアにおいて、前記外側山留め壁と前記内側山留め壁との間に支保工を架設しながら床付面まで地盤を掘削する第２工程と、
   前記外側エリアにおいて、直接基礎体を構築し、当該直接基礎体上に柱体を構築し、当該柱体に支持させて前記内側エリアの所定階の床躯体に連続する床躯体を構築する第３工程と、
   前記内側エリアにおいて、地盤を掘削して前記内側構造体の残りの躯体を構築するとともに、前記外側エリアにおいて、前記内側山留め壁および前記支保工を解体しながら前記外側構造体の残りの躯体を構築する第４工程と、を備えることを特徴とする地下構造体の基礎の構築方法。
2. 前記第４工程では、前記内側エリアにおいて、上層から下層に向かって掘削しながら前記内側構造体の残りの躯体を構築するとともに、前記外側エリアにおいて、前記内側構造体の躯体の構築時期に合わせて、上層から下層に向かって前記内側山留め壁および前記支保工を解体しながら前記外側構造体の残りの躯体を構築することを特徴とする請求項１に記載の地下構造体の基礎の構築方法。
3. 前記外側エリアは、前記内側エリアの周囲の環状のエリアであり、
   前記第４工程では、前記外側エリアにおいて、前記外側構造体の地下各階の床躯体を構築し、その後、前記内側エリアにおいて、地盤を床付面まで掘削して、下層から上層に向かって前記内側構造体の残りの躯体を構築することを特徴とする請求項１に記載の地下構造体の基礎の構築方法。

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