JP4017766B2

JP4017766B2 - 中空筒状体およびその構築方法

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Publication number: JP4017766B2
Application number: JP29244998A
Authority: JP
Inventors: 和義佐藤
Original assignee: JFE Metal Products and Engineering Inc
Current assignee: JFE Metal Products and Engineering Inc
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: JP2000120080A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高層ビルや橋脚のなどの構造物の基礎として地中に構築される中空筒状体の構造、および該中空筒状体の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、高層ビルや橋脚などの構造物の基礎として、地中に中空筒状体を構築し、内部にコンクリートを打設する場合がある。この構築は、複数のピース部材を連結した中空筒状体を縦にして、上方から圧入力を加えて沈設し、且つ、中空筒状体の内部の地盤を掘削することによって行われる。あるいは、圧入力は加えずに、中空筒状体の内部の地盤を掘削し、その掘削した分だけ、中空筒状体の下端にピース部材を連結していく。
【０００３】
前者の構築を採用する工法として、アーバンリング工法、あるいはセグメント圧入工法などと呼ばれるものがある。圧入オープンケーソン工法もこのうちに入る。また、後者の構築を採用する工法として、ライナープレートを用いる深礎工法と呼ばれるものがある。
【０００４】
そして、構造物に対する外力として、地震による慣性力や風の力が加わった場合には、基礎としての中空筒状体には、水平方向の力や鉛直方向の力が加わる。このうち、鉛直方向の上向きの力、すなわち引き抜き力が加わった場合に、中空筒状体が地中から引き抜かれてしまわないか否かは、中空筒状体と周辺地盤との密着性に関係する。
【０００５】
従来は、この密着性を大きくするために、中空筒状体と周辺地盤との間に充填剤を注入していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この充填剤の効果は、地盤の性質など種々の条件によるものであり、一定していなかった。
特に、圧入オープンケーソン工法などの場合で、中空筒状体と周辺地盤との間に積極的に隙間を形成させ、これにより圧入力を軽減させる場合があるが、その場合には、充填剤の効果は、さらに小さくなることがある。
【０００７】
すなわち、中空筒状体の下端にフリクションカットと呼ばれる、外側へリング状に拡径した部分を形成し、これにより、中空筒状体を圧入する際には、この拡径の分だけ、中空筒状体と周辺地盤との間に隙間を積極的に形成することができる。この隙間により、周辺地盤に対する中空筒状体の摩擦は小さくなり、その分、圧入力は軽減されることになる。しかし、その形成された隙間の分だけ、充填剤が大量に必要になり、隙間が大きくなりすぎている場合などの部分には充填剤が効かず、効果が小さくなる。
【０００８】
従って、実際の施工工事における評価においても、一般的には、充填剤であるコンタクトグラウトを注入すれば、中空筒状体の周面摩擦力度の向上が見込めると評価されるものの、耐引き抜き力に関しては、中空筒状体と周辺地盤との密着性を簡便に評価することが難しく、中空筒状体と周辺地盤との間の摩擦力によって鉛直荷重、すなわち引き抜き力を分担支持することを設計に評価・反映できなかった。
【０００９】
そのため、摩擦力を大きくするために摩擦面を増大させ、あるいは全体の重量を増大させて引き抜き力を分担支持する必要があり、中空筒状体の径と深さが過大となる傾向があり、経済的に最適な材料設計とならなかったのみならず、費用、工期、周辺への影響などにおいて、工事に余分な負担がかかっていた。
【００１０】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、周辺地盤との密着性を安定的に向上させ、引き抜き力に対する十分な耐力を得ることができる中空筒状体およびその構築方向を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、第一の発明は、構造物の基礎として、複数のピース部材（３）を連結して地中に縦方向に構築する中空筒状体（１）において、前記中空筒状体に形成された複数の貫通孔（１７）と、この貫通孔を貫通して周辺地盤に挿入された複数の棒状体（１９）と、前記中空筒状体に引き抜き力が働いた場合に前記棒状体に働く曲げモーメントに対抗するため、前記棒状体の基部を前記中空筒状体に固定する曲げモーメント対抗手段と、を有することを特徴とする中空筒状体（１）である。
【００１２】
第二の発明は、さらに、前記曲げモーメント対抗手段は、前記棒状体（１９）の基部が埋め込まれ、中空筒状体（１）の内側に打設されたコンクリート、または鉄筋コンクリート（２９、３５）であることを特徴とする中空筒状体である。
【００１３】
第三の発明は、さらに、前記鉄筋は、中空筒状体の内側に略同心状に配置された鉄筋籠（２９）であり、この鉄筋籠に前記棒状体の基部が固定されていることを特徴とする中空筒状体である。
【００１４】
第四の発明は、さらに、前記棒状体（１９）は、地中に地盤改良剤を注入できるよう内径が８ｍｍ以上のバイプ状であることを特徴とする中空筒状体である。
【００１５】
第五の発明は、さらに、前記貫通孔（１７）は、ピース部材に予め形成されていることを特徴とする中空筒状体である。
【００１６】
第六の発明は、さらに、構造物の基礎として、複数のピース部材（３）を連結して地中に構築する中空筒状体（１）の構築方法において、縦穴を掘削しつつ中空筒状体を該縦穴内に順次配置する工程と、この配置が完了した後に前記中空筒状体の内側に鉄筋籠（２９）を略同心状に配置する工程と、前記中空筒状体に形成された貫通孔（１７）に棒状体（１９）を貫通させ周辺地盤に挿入する工程と、前記棒状体の基部を鉄筋籠に固定する工程と、前記鉄筋籠の内側に内型枠（３１）を配置する工程と、前記筒状体と内型枠との間にコンクリート（３５）を打設する工程と、を有してなることを特徴とする中空筒状体の構築方法である。
【００１７】
なお、以上の用語の末尾に付した（）内の番号は、発明の理解を容易にするために、発明の実施の形態における図中で対応する部分を示すものであるが、用語の解釈を、その番号の部分に限定するものではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を、図１乃至図６において説明する。
図１の全体図に示すように、この中空筒状体１は、鋼製セグメントであり、多数のピース部材３が連結されて構成される。すなわち、中空筒状体１を筒体の軸方向に複数のリング状に分割し、且つ、このリングを更に周方向に分割した形状を有するピース部材３を、周方向や軸方向に連結しながら中空筒状体１を構成し、地中への圧入や内部での掘削を行う。
【００１９】
図３に、このようなピース部材３の一種である鋼製セグメントピースを示す。この鋼製セグメントピースは、主桁５、継手板７、縦リブ９、スキンプレート１１を有して構成される。
【００２０】
すなわち主桁５は、筒体の周方向に長く、上下一対が略平行に配置される。この両主桁５の両端部を、左右一対が略平行に配置される継手板７によって接続する。更に、主桁５の中央部分には、複数の略平行な縦リブ９が接続される。そして、これら主桁５、継手板７、及び縦リブ９の外側にスキンプレート１１が張り渡される。これら各部材５、７、９、１１の接合は溶接によって行われる。
【００２１】
また、主桁５と継手板７とにはボルト孔１３が形成され、隣接する鋼製セグメントピース同士が前記ボルト孔１３を連通させボルト１４（図４）を締結することで連結される。
なお、図示の鋼製セグメントピースには、継手板７の中央部分を接続する補強桁１５が主桁５と平行に設けられる。
【００２２】
さて、図３、図４、図５、または図６に示すように、以上のような鋼製セグメントピースのスキンプレート１１には、所定の場所に予め貫通孔１７が形成される。この貫通孔１７には、スキンプレート１１の内側からシール用のキャップ２０が、予めピース部材３の出荷時から取り付けられている。貫通孔１７の内周面には、雌ネジ１７Ａが形成され、キャップ２０の外周面に形成された雄ネジ２０Ａと螺合する。キャップ２０のフランジ２０Ｂには、スキンプレート１１に面する側にＯリング２０Ｃが取り付けられ、周辺地盤からの地下水などを封じる構成になっている。
【００２３】
そして、現場において、キャップ２０が取り除かれた貫通孔１７を貫通して、周辺地盤に棒状体１９が挿入される。
すなわち、棒状体１９は、先端部側が貫通孔１７を貫通し、基部側には雄ネジ２１が形成されている。この基部は、ピース部材３のスキンプレート１１と同じ曲率のペアリングプレート２１、ベベルワッシャー２３、ナット２５に通され、ナット２５の締込みにより、固定される。この際、雄ネジ２１を形成した棒状体の基部は、後述するように鉄筋籠の鉄筋にとめて固定し、将来鉄筋コンクリートとなる部分に入れる。
【００２４】
また、棒状体１９は、内径が８ｍｍ以上のバイプ状であり、内部を通して地盤改良剤、例えば棒状体１９を地盤に定着するためのグラウトなどを注入できる。この実施形態における具体的な寸法は、長さが、１５００ｍｍで、外径が３５ｍｍで、地盤には長さ１０００ｍｍを略水平に挿入する。
【００２５】
（構築手順）
以上説明した中空筒状体１である鋼製セグメントを地中に構築する手順を、図２をもとにして、以下説明する。
【００２６】
まず、同図（Ａ）に示すように、縦穴２７を掘削しつつ中空筒状体１をその縦穴２７内に順次配置する。すなわち、ピース部材３をリング状に連結し、短い中空筒状体１にして地表に縦置きした後に、中空筒状体１の内部を掘削する。そして、上方から、中空筒状体１に圧入力を加え、地中に沈設する。次ぎに、この沈設した分だけ、中空筒状体１の上端に、次のピース部材３を連結し、中空筒状体１の長さを長くし、圧入力を加え、地中に沈設する。これを繰り返して、地中の所定の深さまで、中空筒状体１を長く延ばし配置する。
【００２７】
次に、同図（Ｂ）に示すように、配置が完了した中空筒状体１の内側に筒状の鉄筋籠２９を、中空筒状体１と同心状に配置する。配置した鉄筋籠２９は、中空筒状体１の内側に連結する。この連結は、主桁５、継手板７、縦リブ９、補強桁１５に対して行うことができるほか、後述するように棒状体１９の基部に対して行うことができる。
【００２８】
そして、中空筒状体１を構成するピース部材３に形成された貫通孔１７から、キャップ２０を外す。
貫通孔１７とキャップ２０は、予め多めに設けておくことができる。使わない貫通孔１７は、キャップ２０をしたままにする。地下水のある場所で、地下水や土砂の侵入が不都合な場合、事前に貫通孔１７にキャップ２０をしておく必要がある。
【００２９】
周辺地盤が固いなどの場合には、棒状体１９を挿入する前に、地盤に対し、キャップ２０を外した貫通孔１７を通して、ドリルなどにより穿孔作業を行い、この穿孔に棒状体１９を挿入する。地盤がある程度柔らかく、棒状体１９を直接に地盤に打込むことができる場合には、穿孔作業は不要である。
【００３０】
周辺地盤がかなり柔らかい場合には、パイプ状の棒状体１９を直接に打ち込み、パイプ状の中空部から、棒状体１９を地盤に定着するためのグラウトなどを注入する。また、中空筒状体１と周辺地盤の間に、コンタクトグラウトを注入することもできる。これらの注入のためにパイプ状の内径は８ｍｍ以上とし、地盤改良剤をさらに注入することにより周辺地盤との密着性をより向上できる。
【００３１】
なお、地盤改良剤には、セメントモルタル型、セメントミルクで急結剤併用型、樹脂型、発泡性の樹脂型などがある。
【００３２】
棒状体１９は貫通孔１７を貫通させ、周辺地盤に挿入した後に、基部を鉄筋籠２９に固定する。すなわち、基部を、鉄筋籠２９に接触あるいは近接する部分で、針金により固定する。スキンプレート１１には、ワッシャー２３およびナット２５で固定したので、この棒状体１９の基部は、二箇所で固定され、さらに後述するように打設されるコンクリートに埋め込まれるので、十分に固定され、大きな曲げモーメントにも対抗できる。なお、以上の固定により、鉄筋籠２９は棒状体１９を介して中空筒状体１に連結されることになる。
【００３３】
棒状体１９の基部の長さ寸法は、鉄筋籠２９を通ってコンクリート層の内面へ飛び出さないように、定めておく。この基部の寸法が長すぎると、後述する内型枠の設置などの作業の妨げになる。
棒状体１９本数は、ピース部材一つあたり２〜４本（この実施形態では４本）が望ましい。中空筒状体１全体では、略放射状に、あたかもハリネズミのように多数本が設けられることになる。
【００３４】
次に、同図（Ｃ）に示すように、配置した鉄筋籠２９の内側に、中空筒状の内型枠３１を配置する。この内型枠３１は、合板あるいは波形鋼板などを組み立て構成しても良い。鉄筋籠２９と内型枠３１は連結される。
【００３５】
そして、同図（Ｄ）に示すように、そして、中空筒状体１と内型枠３１との間に形成される空間３３にコンクリート３５を打設する。コンクリートが十分に養生されたら、内型枠３１を撤去する。もっとも、この撤去は行わなくても良い。このコンクリートの養生により、コンクリート製筒体３７（図６）が中空筒状体１と同心に一体的に設けられることになる。
【００３６】
（実施形態の効果）
以上の実施形態によれば、以下の作用効果を得る。
周辺地盤に挿入された複数の棒状体１９によって、中空筒状体１は周辺地盤との密着性を安定的に向上できる。
【００３７】
すなわち、現実問題としては、従来の充填剤を用いての中空筒状体と周辺地盤との直接の密着性は効果の評価が難しいとされるので、中空筒状体１と周辺地盤とを棒状体１９を介して積極的に密着させるものである。
【００３８】
特に、工法によっては、中空筒状体と周辺地盤との間に積極的に隙間を形成させ、これにより圧入力を軽減させる場合があるが、その場合にも、十分に長い棒状体１９を用いることで、密着性を向上できる。また、周辺地盤の性質など種々の条件にそれほど関わらず、中空筒状体は周辺地盤との密着性を安定的に向上できる。
【００３９】
また、中空筒状体１は、仮設構造物であっても、建物の基礎として設置後に撤去されないものとすることにより、構造体として有効な力学性能を有するものになるので、前記向上した密着性の効果は、最終構造物に作用する外力に対して有効に働く。さらに、中空筒状体１が仮設構造物でなく、本体構造物として使われる場合は本体構造体としての性能が加わり、前記向上した密着性の効果は、なおさら有効に働くものと評価されると考えられる。
【００４０】
また、棒状体１９は、スキンプレート１１にナット２５で固定するのみならず、鉄筋籠２９に固定し、よって、二箇所で固定することになり、また基部の全体がコンクリートによって固定されるので、大きな曲げモーメントにも対抗できる。
【００４１】
すなわち、中空筒状体１に上向きの引き抜き力Ｆ（図６）が働くと、周辺地盤から棒状体１９には下向きの大きな力が働くが、この下向きの力は、棒状体１９の基部に大きな曲げモーメントＭを生じる。そして、棒状体１９の基部は十分に固定されているので、この大きな曲げモーメントＭに耐えられ、斜めに傾いたりしない。このため、密着性を十分に維持できる。
【００４２】
また、棒状体１９の固定は、中空筒状体１の内側に打設されたコンクリート３５によって主に行われるので、あらたに曲げモーメント対抗する手段を設けなくても済み、よってコストを押さえられる。
【００４３】
また、棒状体１９が貫通する貫通孔１７は、ピース部材３に予め工場で形成されてくるので、現場での作業が容易となる。
【００４４】
（他の実施形態）
以上の実施形態においては、中空筒状体として鋼製セグメントが用いられ、地中に圧入されて構築されるものであったが、他の実施形態においては、中空筒状体を圧入力を加えずに地中に構築するものとしても良い。
【００４５】
すなわち、例えば、中空筒状体としてコンクリートセグメントを用い、コンクリートセグメントの自重により、地中に沈設されるものとしても良い。
【００４６】
あるいは、中空筒状体としてライナープレートを用い、圧入力は加えずに、中空筒状体の内部の地盤を掘削し、その掘削した分だけ、中空筒状体の下端に、ライナーピースと呼ばれるピース部材を連結していくものとしても良い。
【００４７】
以上の実施形態においては、内型枠３１を用いたが、他の実施形態において、中空筒状体１内にコンクリートを全面打設する場合には、内型枠３１は用いない。
以上の実施形態においては、棒状体１９を略水平方向に設けるものとしたが、他の実施形態では、この方向に限定するものではない。すなわち、斜め上方あるいは斜め下方であっても良い。中空筒状体１の引抜き抵抗力を向上するためには、棒状体１９は鉛直方向に一直線状に配置されない方が好ましい。
【００４８】
以上の実施形態においては、棒状体１９の形状はパイプ状であったが、他の実施形態では、その断面（水平方向の断面）が円形でなくとも、閉じた断面であればよい。すなわち、棒状体は地盤条件等によりきめられ、ツイスト棒鋼、異形棒鋼、全ねじ棒鋼を使うことができる。
【００４９】
また、棒状体１９にスエレックスボルト（市販品の名前）を使うことで、より効果的な定着をすることもできる。すなわち、ボルト（鋼管）を３００ｋｇ／ｃｍ２のような高圧水で膨張成形して、あらかじめ穿孔してある孔に定着するものを使用できる。
【００５０】
以上の実施形態においては、鉄筋籠２９は一重であったが、他の実施形態においては、二重とし、棒状体１９の基部は、二重の鉄筋籠に固定されることにすることもできる（図８）。二重に固定することで、引き抜き力によって棒状体１９に生じる大きな曲げモーメントＭに、より有効に耐えられる。
【００５１】
以上の実施形態においては、キャップ２０は単なる盲栓であったが、他の実施形態においては、逆止弁４１が設けられたキャップ２０（図７）を用いることができる。逆止弁４１の働きにより、中空筒状体１の内部に溜まった地下水は、外の地盤に排出でき、外の地下水等が内部に浸入するのは防止できる。
以上の実施形態においては、圧入時に貫通孔１７を仮に塞いでおくためにキャップ２０を用いたが、他の実施形態では、樹脂で仮に塞いでおき、後に樹脂をドリル等で破って開口させても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、第一乃至第九の発明のうちいずれか１つの発明によれば、周辺地盤に挿入された複数の棒状体によって、中空筒状体は周辺地盤との密着性を安定的に向上できる。また、各棒状体は、曲げモーメント対抗手段によって基部が中空筒状体に固定されているので、引き抜き力によって各棒状体に生じる大きな曲げモーメントに耐えられる。
【００５３】
また、第二の発明によれば、さらに、前記曲げモーメント対抗手段は、前記棒状体の基部が埋め込まれ、中空筒状体の内側に打設されたコンクリート、または鉄筋コンクリートであることから、コストを押さえられる。
【００５４】
また、第三の発明によれば、さらに、棒状体の基部は、鉄筋籠に固定されることになり、引き抜き力によって各棒状体に生じる大きな曲げモーメントに、より有効に耐えられる。
【００５５】
また、第四の発明によれば、さらに、前記棒状体は、内径が８ｍｍ以上のバイプ状とすることから、この棒状体の内部を通して、地中に地盤改良剤を注入でき、周辺地盤との密着性をより向上できる。
【００５６】
また、第五の発明によれば、さらに、棒状体が貫通する貫通孔は、ピース部材に予め形成されているので、現場での作業が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る中空筒状体の全体斜視図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は図１の中空筒状体を構築する構築手順を示す図である。
【図３】図１の中空筒状体を構成するピース部材１を示す斜視図である。
【図４】図３のピース部材に設けられた貫通孔の働きを説明するために、要部を拡大し一部を切り欠いて示す拡大斜視図である。
【図５】図４の貫通孔を塞ぐキャップを説明するものであり、
（Ａ）は縦断面図
（Ｂ）は（Ａ）のキャップのみの縦断面図
（Ｃ）は（Ｂ）のキャップの正面図である。
【図６】図４の棒状体の働きを示す縦断面側面図である。
【図７】図４の貫通孔を塞ぐキャップの他の変形例を示すものであり、
（Ａ）は縦断面図
（Ｂ）は（Ａ）のキャップのみの縦断面図
（Ｃ）は（Ｂ）のキャップの正面図である。
【図８】他の実施形態を示すもので、図６に対応する図である。
【符号の説明】
１中空筒状体３ピース部材
５主桁７継手板
９縦リブ１１スキンプレート
１３ボルト孔１４ボルト
１５補強桁１７貫通孔
１９棒状体２０キャップ
２１ペアリングプレート２３ベベルワッシャー
２５ナット２７縦穴
２９鉄筋籠３１内型枠
３３空間３５コンクリート
３７コンクリート製筒体

Claims

構造物の基礎として、複数のピース部材を連結して地中に縦方向に構築する中空筒状体において、
前記中空筒状体に形成された複数の貫通孔と、この貫通孔を貫通して周辺地盤に挿入された複数の棒状体と、前記中空筒状体に引き抜き力が働いた場合に前記棒状体に働く曲げモーメントに対抗するため、前記棒状体の基部を前記中空筒状体に固定する曲げモーメント対抗手段と、を有し、
前記曲げモーメント対抗手段は、中空筒状体の内側に略同心状に配置された鉄筋籠に前記棒状体の基部が固定されて成る鉄筋コンクリートであることを特徴とする中空筒状体。
前記棒状体は、地中に地盤改良剤を注入できるよう内径が８ｍｍ以上のパイプ状であることを特徴とする請求項１に記載の中空筒状体。
前記貫通孔は、ピース部材に予め形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の中空筒状体。
構造物の基礎として、複数のピース部材を連結して地中に構築する中空筒状体の構築方法において、縦穴を掘削しつつ中空筒状体を該縦穴内に順次配置する工程と、この配置が完了した後に前記中空筒状体の内側に鉄筋籠を略同心状に配置する工程と、前記中空筒状体に形成された貫通孔に棒状体を貫通させ周辺地盤に挿入する工程と、前記棒状体の基部を鉄筋籠に固定する工程と、前記鉄筋籠の内側に内型枠を配置する工程と、前記筒状体と内型枠との間にコンクリートを打設する工程と、を有してなることを特徴とする中空筒状体の構築方法。