JP3851581B2 - 地盤の地耐力補強構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造体の荷重に対する地盤の地耐力を補強するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８〜図１０は、それぞれ深礎構造体を支持対象とする、従来の技術による地盤の地耐力補強構造を示すものである。なお、これらの図において、参照符号１０１は地下深いところに存在する比較的堅固な支持地盤、１０２は支持地盤１０１上にあって地下水に飽和された沖積層等からなる軟弱地盤、１０３はケーソンあるいはフーチング基礎等の深礎構造体である。
【０００３】
まず図８は、深礎延長によって地耐力を確保するための方法を示す縦断面図である。この方法は、深礎構造体１０３の底面地盤を掘り下げて、軟弱地盤１０２から支持地盤１０１内に達する深礎１０４を構築するものである。しかしながら、この方法によれば、掘削深度が深くなるので、下部工の設計照査が必要であり、しかも、堅固な土留めを構築して、施工の安全性に留意する必要がある。また、支持地盤１０１が吸水によるスレーキングが生じやすいような地質である場合では、スレーキングによる支持地盤１０１の劣化防止対策も必要である。
【０００４】
次に図９は、グラウト注入による地耐力補強方法を示す縦断面図である。この方法においては、深礎杭１０５による地耐力補強対象領域の地盤１０２ａを、超微粒子セメント（グラウト）の注入により改良するもので、深礎杭１０５の形状の変更や、図８のような及び深礎延長等を行わないため、上下部工の設計照査が不要であり、また、新たな掘削が生じないという利点がある。しかしながら、グラウトの注入量及び改良強度を決定するためには、予め試験注入を行う必要があり、支持力を確保できる深度までグラウトの注入を行う必要がある。しかも、グラウトの注入による地盤改良効果が試験施工での載荷試験からしか確認できないため、地耐力補強の確実性の点で問題がある。
【０００５】
図１０は、鉄筋補強工（ＧＲＦ工法）による地耐力補強方法を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。この方法は、深礎構造体１０３の側面部に、放射状に延びる多数の鉄筋補強材１０６を設置し、補強材１０６の剪断抵抗力によって、深礎構造体１０３に作用する荷重及び深礎構造体１０３の自重を懸垂状に支持するものである。この方法によれば、上述のグラウト注入による方法と同様、深礎構造体１０３の形状変更及び延長がないため、上下部工の設計照査が不要であり、また、新たな掘削を生じないという利点がある。しかしながら、設計法が確立されておらず、しかも、補強材１０６の曲げ方向の変形量が大きくなるおそれがあり、経済性及び信頼性に欠けるといった問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、地盤の地耐力補強において、施工の合理化、補強の信頼性の確保及び安全性の向上を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来の技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る地盤の地耐力補強構造は、構造体の下側地盤に削孔された所要数のボーリング孔内にそれぞれ補強杭が打設され、この補強杭は、前記構造体の底部に埋設された支圧板と、上端を前記支圧板に支承されて前記ボーリング孔内を延びると共にこのボーリング孔と非定着の鋼管と、この鋼管の内周に挿通され下端が前記ボーリング孔の下部に達する金属芯材と、前記鋼管の内周から前記ボーリング孔の下部に充填され前記ボーリング孔と定着された固結材からなり、前記支圧板と鋼管の上端部との間、又は前記鋼管の継手部分に、弾性体又は弾性体と塑性変形体の積層体からなる変形同調体が介在され、この変形同調体は、鉛直方向の変形によって地盤及び補強杭の分担荷重を均一化させるものである。補強杭は、ボーリング孔の削孔、ボーリング孔内の鋼管への金属芯材挿入、及び固結材の注入といった工法によって、容易に施工することができる。
【０００８】
請求項２の発明に係る地盤の地耐力補強構造は、請求項１に記載の構成において、構造体がフーチング基礎、ケーソン、又は深礎杭等、深礎構造体である。すなわち、フーチング基礎、ケーソン、又は深礎杭等の深礎構造体に対する地盤の支持力を有効に高める手段として実施される。
【０００９】
【００１０】
請求項３の発明に係る地盤の地耐力補強構造は、請求項１又は２に記載の構成において、補強杭が非鉛直に打設された斜杭を含むものである。このため、補強領域の拡大あるいは補強効率の向上が図られる。
【００１１】
【００１２】
請求項４の発明に係る地盤の地耐力補強構造は、請求項１に記載の構成において、鋼管が、下端に掘削ビットを有する削孔ケーシングからなる。すなわち、ボーリング孔の削孔に用いた削孔ケーシングを、そのまま補強杭の要素として転用したものである。
【００１３】
請求項５の発明に係る地盤の地耐力補強構造は、請求項１に記載の構成において、固結材が、セメント、グラウト又はモルタル等の無機材から選択される。このため、補強杭から地盤への荷重伝達機能を確実に得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る地盤の地耐力補強構造の好ましい実施の形態を示す縦断面斜視図である。この図１において、参照符号Ｇは岩盤等からなる補強地盤、参照符号１はフーチング基礎あるいはケーソン等の深礎構造体、参照符号２は深礎構造体１の底部１１から地盤Ｇに鉛直下方へ延びる補強杭としての口径杭を示している。
【００１５】
口径杭２は、鉄筋コンクリートで構築された深礎構造体１の底部１１に埋設された支圧板２１と、地盤Ｇに鉛直方向に削孔されたボーリング孔Ｇｈにその下部近傍まで挿入され、上端（杭頭）が深礎構造体１の底部１１に埋設されると共に支圧板２１の下面に支承された鋼管２２と、この鋼管２２の内周に挿通され下端部が鋼管２２の下端から突出してボーリング孔Ｇｈの下部に達する異形鉄筋あるいは鋼材等からなる金属芯材２３と、鋼管２２の内周及びボーリング孔Ｇｈの下部に充填され上端が鋼管２２の下部外周に回り込んだ状態にある固結材２４とで構成される。固結材２４は、セメントミルク、グラウトあるいはモルタル等の無機材が固化したものである。
【００１６】
鋼管２２は、地盤Ｇを削孔してボーリング孔Ｇｈを形成する削孔手段として用いられたものであって、鋼管継手２５を介して軸方向に複数連結され、下端には掘削ビット２６が残存している。
【００１７】
本形態の口径杭２によれば、鋼管２２の上端部及び支圧板２１は、杭頭定着部２ａを構成しており、この杭頭定着部２ａは、深礎構造体１の底部１１からの構造体の荷重を受け、これを支持する機能を有する。また、鋼管２２の上端部及び下端部を除く外周面は、ボーリング孔Ｇｈの内周面とは定着しておらず、非定着部２ｂとなっている。そして、固結材２４は、ボーリング孔Ｇｈの内周面すなわち地盤Ｇの掘削面に定着されることによって、杭下部定着部２ｃを構成しており、この杭下部定着部２ｃは、杭頭定着部２ａから非定着部２ｂを介して作用する軸荷重を、地盤Ｇの掘削面との摩擦により支持する機能、及び全長にわたって地盤Ｇに伝達する機能を有する。
【００１８】
したがって、本形態の口径杭２を所定の間隔で打設することによって、地盤Ｇの地耐力が著しく補強され、補強の信頼性が高いので、地盤Ｇへのセメント等の注入による改良や、下層支持地盤まで深掘りすることなく、深礎構造体１の底部１１からの荷重を確実に支持することができる。
【００１９】
杭頭定着部２ａには、ばね、ゴム、又は鉛とゴムの積層構造体等からなる変形同調体２７が装着されている。この変形同調体２７は、支圧板２１と鋼管２２の上端部との間に介在している。
【００２０】
変形同調体２７は、ばね、あるいはゴム等の弾性特性や、鉛の塑性変形特性によって、地盤Ｇと口径杭２の鉛直変形を同等とすることができる。これを詳しく説明すると、地盤Ｇと口径杭２は、変形係数が異なるため、同一面で上載荷重を受ける場合、地盤Ｇが荷重を受け持つ比率が小さく、口径杭２の荷重分担が大きくなる。そこで、口径杭２の鉛直変形度合を調整し、地盤Ｇと均等に荷重を分担させるために、変形同調体２７が設けられたものである。
【００２１】
図２〜図４は、口径杭２の施工状況を工程順に示す縦断面斜視図で、参照符号Ｇａは、図１に示されるフーチング基礎あるいはケーソン等の深礎構造体１の底部１１が施工される根切底面であり、すなわち予め、岩盤等からなる地盤Ｇが、前記深礎構造体１の構築に必要な深さに根切掘削される。
【００２２】
図１に示される実施の形態による口径杭２の施工においては、まず図２に示されるように、根切底面Ｇａから、ケーシング掘りによって、地盤Ｇにボーリング孔Ｇｈを削孔する。このケーシング掘りにおいては、下端に掘削ビット２６を有する鋼管２２をケーシングとして用い、削孔深さが深くなるのにしたがって、鋼管継手２５を介して鋼管２２を順次継ぎ足して延長して行く。
【００２３】
所定深さのボーリング孔Ｇｈの削孔が完了したら、図３に示されるように、根切底面Ｇａ上に突出した鋼管２２の上端開口２２ａから、異形鉄筋あるいは鋼材等からなる金属芯材２３をその下端がボーリング孔Ｇｈの底部に到達するまで挿入する。
【００２４】
更に、鋼管２２の上端開口２２ａから、セメントミルク、グラウトあるいはモルタル等の無機材からなる固結材２４を注入し、これに合わせて、鋼管２２を適当な高さまで引き上げる。そしてボーリング孔Ｇｈの下部へ注入されて行く固結材２４が、鋼管２２の下部外周へ廻り込むまで十分に充填されたら、根切底面Ｇａ上に突出した余分な鋼管２２を取り外す。
【００２５】
固結材２４は、経時的に固化することによって、所要の機械的強度を発生すると共に、鋼管２２及び金属芯材２３と一体化され、ボーリング孔Ｇｈの下部掘削面と定着される。なお、鋼管２２の下側でペデスタル状に拡散させるようにしても良い。
【００２６】
次に、図４に示されるように、根切底面Ｇａ上に突出した鋼管２２の上端に、ばね、ゴム、又は鉛とゴムの積層構造体等からなる変形同調体２７を装着し、その上に、鋼鈑等からなる支圧板２１を取り付ける。支圧板２１は、鋼管２２の断面積よりも十分に広い面積を持つものであって、その中央には、金属芯材２３を挿通可能な小孔２１ａが開設されている。支圧板２１の取り付けが完了したら、根切底面Ｇａ上に、コンクリートの打設によって図１に示される深礎構造体１を構築する。これによって、支圧板２１、変形同調体２７及び鋼管２２の上端部が、深礎構造体１の底部１１に埋設され、施工を完了する。
【００２７】
したがって、この地耐力補強構造は、根切底面Ｇａから、ボーリング孔Ｇｈの削孔、ボーリング孔Ｇｈ内の鋼管２２への金属芯材２３の挿入、及び固結材２４の注入といった手順で、所要数の口径杭２を打設することによって、容易に施工することができる。しかも、口径杭２を構成する鋼管２２は、下端に掘削ビット２６を設けてボーリング孔Ｇｈの削孔に用いたものをそのまま残したものであるため、削孔後に新たに鋼管を挿入するといった作業は不要であり、この点でも、施工を著しく容易にすることができる。
【００２８】
【００２９】
【００３０】
なお、図１においては、変形同調体２７を口径杭２における杭頭定着部２ａに設けたが、非定着部２ｂに設けても良い。この場合、変形同調体２７は例えば鋼管２２の継手部分に介在させる。
【００３１】
上述した図１〜図４においては、口径杭２を鉛直に打設するものとして説明したが、地耐力補強地盤を構築する杭には、その打設角度によって、直杭と斜杭がある。図５〜図７は、このような直杭又は斜杭の配置例を概略的に示すもので、各図における（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【００３２】
まず図５は、全ての口径杭２を直杭２Ａとして打設した場合の配置例である。すなわちこの配置例では、全ての口径杭２が、フーチング基礎又はケーソン等の深礎構造体１の底部１１から、その下の地盤Ｇへ鉛直に延びている。
【００３３】
次に図６は、外周側の口径杭２を斜杭２Ｂ、この斜杭２Ｂに包囲された領域の口径杭２を直杭２Ａとして打設した場合の配置例である。すなわちこの配置例では、最も外周側の口径杭２が、下端がフーチング基礎又はケーソン等の深礎構造体１を鉛直方向に投影した領域よりも外側へ延びるように傾斜して打設され、それ以外の口径杭２は鉛直に延びている。したがって、地盤Ｇにおける地耐力補強領域Ｇ’が、図中に破線で示されるように、深礎構造体１を鉛直方向に投影した領域よりも外側へ拡大されるという利点がある。
【００３４】
次に図７は、全ての口径杭２を斜杭２Ｂの組み杭として打設した場合の配置例である。すなわちこの配置例では、複数の口径杭２を一組として、下端が互いに開くように傾斜して打設されている。したがって、地盤Ｇにおける地耐力補強領域Ｇ’が、図中に破線で示されるように、深礎構造体１を鉛直方向に投影した領域よりも外側へ拡大されるばかりでなく、一種の筋交的な作用によって効率良く地耐力が補強されるため、図５及び図６の配置例に比較して、口径杭２の打設数を削減することができるという利点がある。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る地盤の地耐力補強構造によれば、構造体の下側地盤に削孔された所要数のボーリング孔内に打設された補強杭が、杭頭定着部から、地盤との非定着部を介して下部定着部から地盤へ、構造体の荷重を分散して伝達するため、補強杭の打設長さ及び打設数によって、適切な地耐力の補強を行うことができ、構造体の荷重に対する支持の信頼性を向上させることができ、従来の深礎延長による方法と異なり、施工の安全性を向上させることができる。しかも、弾性体又は弾性体と塑性変形体の積層体からなる変形同調体によって、補強杭と地盤の荷重分担が均一化されるので、補強杭自体の耐久性を高めることができ、ボーリング孔の削孔、ボーリング孔内の鋼管への金属芯材挿入、及び固結材の注入といった工法によって、補強杭を容易に施工することができるといった効果が実現される。
【００３６】
請求項２の発明に係る地盤の地耐力補強構造によれば、請求項１の発明による効果によって、フーチング基礎、ケーソン、又は深礎杭等の深礎構造体に対する地盤の支持力を有効に高めることができる。
【００３７】
【００３８】
請求項３の発明に係る地盤の地耐力補強構造によれば、補強杭が非鉛直に打設された斜杭を含むことによって、補強領域の拡大あるいは補強効率の向上が図られるため、請求項１の発明による効果に加え、構造体の荷重に対する支持の信頼性が一層向上するといった効果が実現される。
【００３９】
【００４０】
請求項４の発明に係る地盤の地耐力補強構造によれば、ボーリング孔の削孔に用いた削孔ケーシングを、そのまま補強杭の鋼管として転用したものであるため、請求項１の発明による効果に加え、ボーリング孔から削孔ケーシングを抜き取って鋼管を挿入するといった煩雑さがなく、補強杭の施工が一層容易になるといった効果が実現される。
【００４１】
請求項５の発明に係る地盤の地耐力補強構造によれば、固結材が、セメント、グラウト又はモルタル等の無機材からなるため、請求項１の発明による効果に加え、補強杭から地盤への荷重伝達機能を確実に得るといった効果が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る地盤の地耐力補強構造における実施の形態を示す縦断面斜視図である。
【図２】 図１の口径杭の施工において、地盤のボーリング状況を示す縦断面斜視図である。
【図３】 図１の口径杭の施工において、金属芯材の挿入及び固結材の注入状況を示す縦断面斜視図である。
【図４】 図１の口径杭の施工において、杭頭への変形同調体の装着状況を示す縦断面斜視図である。
【図５】 本発明に係る地盤の地耐力補強構造において、全ての口径杭を直杭として打設した場合の配置例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】 本発明に係る地盤の地耐力補強構造において、外周側の口径杭を斜杭、その内側の口径杭を直杭として打設した場合の配置例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図７】 本発明に係る地盤の地耐力補強構造において、全ての口径杭を斜杭の組み杭として打設した場合の配置例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図８】 従来の技術として、深礎延長によって地耐力を確保するための方法を示す縦断面図である。
【図９】 従来の技術として、グラウトの注入による地耐力補強方法を示す縦断面図である。
【図１０】 従来の技術として、鉄筋補強工による地耐力補強方法を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１ 深礎構造体
１１ 底部
２ 口径杭（補強杭）
２ａ 杭頭定着部
２ｂ 非定着部
２ｃ 杭下部定着部
２１ 支圧板
２２ 鋼管
２３ 金属芯材
２４ 固結材
２５ 鋼管継手
２６ 掘削ビット
２７ 変形同調体
Ｇ 地盤
Ｇａ 根切底面
Ｇｈ ボーリング孔

Claims (5)

1. 構造体の下側地盤に削孔された所要数のボーリング孔内にそれぞれ補強杭が打設され、この補強杭は、前記構造体の底部に埋設された支圧板と、上端を前記支圧板に支承されて前記ボーリング孔内を延びると共にこのボーリング孔と非定着の鋼管と、この鋼管の内周に挿通され下端が前記ボーリング孔の下部に達する金属芯材と、前記鋼管の内周から前記ボーリング孔の下部に充填され前記ボーリング孔と定着された固結材からなり、前記支圧板と鋼管の上端部との間、又は前記鋼管の継手部分に、弾性体又は弾性体と塑性変形体の積層体からなる変形同調体が介在され、この変形同調体は、鉛直方向の変形によって地盤及び補強杭の分担荷重を均一化させるものであることを特徴とする地盤の地耐力補強構造。
2. 構造体がフーチング基礎、ケーソン、又は深礎杭等、深礎構造体であることを特徴とする請求項１に記載の地盤の地耐力補強構造。
3. 補強杭が、非鉛直に打設された斜杭を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤の地耐力補強構造。
4. 鋼管が、下端に掘削ビットを有する削孔ケーシングからなることを特徴とする請求項１に記載の地盤の地耐力補強構造。
5. 固結材が、セメント、グラウト又はモルタル等の無機材から選択されることを特徴とする請求項１に記載の地盤の地耐力補強構造。

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