JP4134215B2

JP4134215B2 - 水平骨組み構造とこれを用いた地下土止め支保工法

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Publication number: JP4134215B2
Application number: JP2006262283A
Authority: JP
Inventors: クァン−マン・キム
Original assignee: Baro Construction Key Technology Co Ltd
Current assignee: Baro Construction Key Technology Co Ltd
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: JP2008081998A

Description

本発明は、建築物などの水平骨組み構造の形態と上記水平骨組み構造を、地下層を建設するための穴堀り工事の途中、掘削された地盤の土砂が崩壊されることを防止するための土止め工事に用いられる水平支保棒に関するもので、具体的には地下の水平骨組み構造を土圧に抵抗できるように、挫屈性能が優れた水平骨組み構造を用いて、仮設垂直部材を最小化し、永久垂直部材(柱)との連結時点を土止め工事が終わった後にできるようにし、上記水平骨組み構造を土圧に対する水平支保棒を用いて地下穴堀り工事及び地下構造物工事をより単純化し、より早くてより経済的に遂行することができる水平支保棒を兼ねた水平骨組み構造とその工法に関する。

一般的に、地下構造物を構築する方法中、代表的な方法が三種類ある。地下構造物が築造される地盤に土止め壁を形成し、その土止め壁の土圧に抵抗する仮設水平支保棒を設置し、穴堀り及び水平支保棒を順に作業して地下土止めが仮設工事を完了した後、地下の一番深い部分から地上まで仮設構造物を解体しながら、本構造物を設置する順打設工法と、地下構造物が築造される地盤に土止め壁を形成し、永久垂直部材を設置した後、穴堀り及び水平骨組み構造の設置を順に作業して地下の一番深い所まで掘削されると、骨組みで形成された垂直部材と水平骨組み構造を除いたスラブ、柱のコンクリート部分及び壁体などを完了しながら地上部分まで設置する方法であるSPS(Strut as a Permanent System)工法と、地下構造物が築造される地盤に土止め壁でありながら永久構造壁体であるスラリーウォ―ルを設置して永久垂直部材を設置した後、地上1階の水平骨組み構造及びスラブが完成されると、穴堀り及び本構造を順に設置すると共に、地上にはその次の地上階を形成する方法である逆打設工法(Top-down 工法)がそれである。

順打設工法は、建築物が築造される地盤の周りに、H-パイルを設置した後、掘削と同時に板杭の間に土留板を据置した後、横木を設置し、水平面の横と縦に仮設水平支保棒を当てて土圧を支持する工法である。このような水平支保工法は、仮設水平支保棒は通常H-BEAMが使われ、土圧によって H-BEAMが挫屈されないようにH-BEAMと繋がれるようにセンターパイルと言う仮設垂直部材を穴堀りの前に設置する。掘削が進行されるに従って、2、3段に水平支保棒を設置して毎階ごとにセンターパイルと連結する。

SPS工法は、永久スラスト工法ともいい、先に土止め壁を施工した後、穴堀り工事の前、永久垂直部材でありながら、地下工事作業期間の間の荷重を耐えられるように設計された基礎パイルが繋がれた鉄骨部材(PRD基礎)を設置する。その次、各層ごとに水平骨組み構造をH-BEAMを用いて設置し、これは土圧を耐える水平支保棒の役割及び永久水平骨組み構造になる。この際、永久水平骨組み構造は、土止め土圧を耐えられるように部材の大きさが決まらなければならないし、既設置された永久垂直部材に連結しなければならなく、地下の一番深い所まで掘削されると、骨組みで形成された垂直部材と水平骨組み構造を除いたスラブ、柱のコンクリート部分及び壁体などを完了しながら地上部分まで設置する。この際、地下マットスラブが完成されると、地上に鉄骨構造を築造することができる。

逆打設工法は、スラリーウォ―ルの工事とともに、基礎が形成されるが、基礎は大型穿孔をした後、地下垂直部材(RCD基礎)用でH-BEAMを挿入し、基礎部分に基礎用コンクリートを打設した後、1階の水平骨組み構造を含んだ構造を形成し、その上部と下部は、それぞれ順打と逆打とで各階を形成する工法である。

しかし、上記のような順打設工法とSPS工法、又逆打設工法は次のような問題点がある。

順打設工法の場合、土止め壁は仮設物として建築物の地下構造物工事段階で解体されなければならないが、解体過程で土止め壁の突然の応力不均衡を起こすことになる。また、解体する過程で、危険が発生することがあり、上記構造体との相互干渉によって施工が容易でなく、これによる資材の損失が発生されるだけでなく、解体工事に所定の期間が所要されるとの短所がある。これだけでなく、周辺地盤の変形が発生するおそれがあって、周辺構造物の欠点影響が多く、水平支保棒の挫屈を防止するセンターパイルの間隔が狭くて装備によって成る地下穴堀り作業に差し支えが多く、骨組作業の途中、仮設材の干渉によって工期が長くなる。

SPS工法の場合、永久垂直部材である柱(PRD基礎)を、地下を掘削する前に先に施工するので、柱の間隔が狭くて地下穴堀り作業が難しく、永久水平骨組み構造としてH-BEAMを柱に連結して水平支保棒の役目をすることになるが、この際、柱の施工誤差があるので、H-BEAMを実測した後、製作しなければならないので工期が長くなり、柱鉄骨との連結を現場熔接しなければならないので、品質管理に困難がある。また、水平支保棒としてのH-BEAMは強い土圧に耐えなければならないが、上記H-BEAMは強軸と弱軸を持っていて、弱軸方向の挫屈によって部材の大きさが決まって、幅が広い形状のH-BEAMを別途に製作しなければならないなどの部材が非経済的に大きくなって、水平骨組み構造としてのH-BEAMが、幅が広くなるので、鉄骨鉄筋コンクリート造で形成される柱の鉄筋の設置及び鋳型設置が容易ではない。

逆打設工法の場合、スラリーウォ―ル及びRCD基礎の作業が大型装備にのみ可能であるので、敷地が狭いとか進入が困難な所では使用が難しく、永久垂直部材である柱(RCD基礎)を、地下を掘削する前に先に施工するので、柱の間隔が狭くて地下穴堀り作業に難しく、逆打設であるので、既打設された上部のコンクリートとその下部に打設されるコンクリートの連結が難しい。また、鉄筋コンクリートで構成される水平骨組み構造の鉄筋が既設置された垂直構造の H-BEAMに干渉されるので、これの連結または処理が難しく、又品質管理が難しく、穴堀りの前に設置される垂直部材の施工誤差があってこれを補正する作業が難しい。

従って、本発明は、上述した諸般の問題点を解決するためのものであって、水平骨組み構造を先に設置し、水平骨組み構造が完了した後、垂直部材が形成できるようにするので、垂直部材と水平骨組み構造との干渉を最小化して工事を容易で、かつ品質も向上するようにし、地下穴堀り際、仮設垂直部材の間隔を広く形成して穴堀り作業を容易にするにその目的がある。

また、上記水平骨組み構造を穴堀りを進行するための水平支保棒構造の役目を兼ねるようにするので、仮設構造物を最小化し、又水平骨組み構造の形状を挫屈に效率的な形状として土圧を有效に抵抗できるようにし、永久垂直部材の選択が自由にできるようにするに更に他の目的がある。

さらに、上記の方法で工事費を減らし、工期も短縮させることができ、品質を向上することができる水平骨組み構造とこれを用いた土止め構造物及びその工法を提供することにある。

また、垂直部材の使用を最小化して、土止め構造物内部空間を拡張することができるので、穴堀り作業が容易であり、また上記水平支保棒を仮設構造物ではない永久構造物として使うことから、永久構造物によって設置する必要がないので、作業量を減らすことができ、仮設構造物と永久構造物の重複による工事の不便さをとり除くことができる。

さらに、地下構造物を築造するための一般的な方法である順打設工法と逆打設工法いずれに適用可能であり、工期を短縮することができて経済的である。

上述したような目的を果たすための本発明水平骨組み構造は、一対の単位部材が少なくても１つのプレートによってお互いに繋がれて一体化された直線部材と、前記直線部材が他の直線部材と交差する箇所に配置され、対応する直線部材を連結して一体化する"#"形状の連結部材を含んで構成される。

また、前記水平骨組み構造を用いた土止め支保工法は、地下構造物が築造される地盤の周りに土止め壁とセンターパイルを設置する第１段階と、所定深みだけ
地盤を掘削し、土砂を排出する第２段階と、土止め壁内側に枠梁を打設する第３段階と、前記水平骨組み構造が、前記センターパイルに据置されるように前記枠梁に設置する第４段階と、一個階深みだけ地盤を更に掘削し、土砂を搬出する第５段階と、前記第３、４、５段階を順に繰り返して所望の深みだけ地盤を掘削し、
前記水平骨組み構造を多段で設置する第６段階と、前記過程を経て掘削された地盤の底にマットスラブを設置する第７段階と、多段で設置された前記水平骨組み構造の連結部材との間に垂直補強部材を設置する第８段階と、前記センターパイルをとり除く第９段階と、前記垂直補強部材に柱を築造し、前記水平骨組み構造を、永久構造物を用いて地下構造物を形成する第１０段階と、から成る。

以上のように、本発明の水平骨組み構造とこれを用いた地下土止め支保工法は、弱軸が存在しない水平部材を使うので、x軸、y軸及びz軸方向に対する挫屈信頼性が非常に高く、これによって土止め構造物設置の際、仮設垂直部材の使用を最小化することができる。

以下、本発明による実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明による水平骨組み構造の第1実施の形態を示す斜視図であり、図2は、前記の第1実施の形態中、直線部材を示す斜視図であり、図3は、前記の第1実施の形態中、連結部材を示す斜視図である。
図1に示したように、本発明の水平骨組み構造10の第1実施の形態は、土止め壁を支持し、土圧によって掘削面や斜面が崩壊されることを防止するためのものであって、複数の直線部材100と、前記直線部材100が交差する支点に結合される連結部材200と、で構成される。

図2を参照すると、前記直線部材100は水平方向に所定距離だけ離間される一対のパイプ110、120と、前記一対のパイプ110、120が一体に形成されるように連結するプレート130で構成される。また、前記一対のパイプ110、120の両端部には、連結部材(図1の200)または他の直線部材と結合可能にフランジ140が形成される。

図3を参照すると、前記連結部材200は、4個のパイプ210〜240が平面上"#"形状で形成され、お互いに水平を成すように交差形成される。前記4個のパイプ210〜240中、お互いに平行に位置した一対のパイプ210及び220たは230及び240の間には、プレート250が設けられるが、中心には貫通孔260が形成される。また、前記貫通孔260には平面上"+"字形状を有する結合部材270が形成され、これは、水平骨組み構造10を支持する柱との結合のためである。又、前記連結部材200の各端部には直線部材(図1の100)または他の連結部材と結合可能にフランジ280が形成される。この際、お互いに平行に位置した一対のパイプ210及び220または230及び240は前記直線部材100と結合可能に、直線部材100のパイプ110, 120と同一の離間距離を有する。

ここで、前記直線部材100と連結部材200は、隣合う直線部材または連結部材との結合の際、端部に形成されたフランジ140、280がお互いに接するように結合され、着脱可能にボルトで締結され、このため前記フランジ140、280には複数個の締結孔142、282が形成される。

一方、前記直線部材100と連結部材200を構成する単位部材である、パイプ110, 120, 210〜240は、弱軸が存在しない円形断面のパイプであって、 X軸、Y軸及びZ軸などすべての方向に対して非常に大きい剛性を有する。また、前記水平骨組み構造10の設置の際、その仕上げで前記直線部材100と連結部材200の内部に無収縮モルタルを注入することで、すべての方向に対する挫屈剛性を一層更に増加させることができる。この際、本実施の形態では、単位部材で円形断面のパイプ110、120、210〜240を例示しているが,必ずこれに限定されるのではなく、使用者の必要によって多角形を含んだ多様な断面形状のパイプを使うことができる.

図4は、前記の第1実施の形態中、直線部材の他の実施の形態を示す斜視図である。
図4に示したように、前記の他の実施の形態300は、図2に示した直線部材100と同一形状及び構成で形成され、一対のパイプを連結するプレート310、320を連結するプレート330は、2つ以上の単位プレート332〜338からなって、お互いに離間、形成される。この際、前記単位プレート332〜338を複数の単位プレート332〜338として使用する理由は、直線部材(100)の重量を減少させるためであるが、前記の一対のパイプ310, 320で印加される荷重の大きさによって増減して使うことができる。

図5は、本発明による水平骨組み構造の第2実施の形態を示す斜視図であり、図6は、前記の第1実施の形態中、直線部材を示す斜視図であり、図7は、前記の第1実施の形態中、連結部材を示す斜視図である。

図5〜7に示したように、本発明の水平骨組み構造10の第2実施の形態は、複数の直線部材400と、前記直線部材400が交差する支点に結合される複数の連結部材500で構成される。すなわち、第2実施の形態は、第1実施の形態と同一の構成及び構造でなるが、前記直線部材400と連結部材500を構成する単位部材410、420、510〜540だけがお互いに相異なっている。これに本実施の形態では、前記第1実施の形態との差異点である単位部材に対してのみ説明することにする。

前記直線部材400と連結部材500を構成する単位部材410、420、510〜540は、H形鋼である。前記のようなH形鋼は、X軸及びY軸に比べるとZ軸方向の剛性が弱いが、図面に示したように、プレート430を使用して、Z軸をお互いに連結することで、前記のような欠点を補完するようになる。従って、X軸、Y軸及びZ軸などすべての方向に対して円形断面パイプと類似な剛性を有する。

ここで、本実施の形態には、単位部材としてH形鋼を例示しているが、必ずこれに限定されるのではなく、I形鋼、T形鋼、□形鋼なども適用可能なことは勿論である。ただ、H形鋼が小さな断面積に大きい断面二次モーメント値を有するので、経済的であり、これによって、H形鋼を使用するのが一番望ましい。

一方、H形鋼を単位部材410、420、510〜540として使用する第2実施の形態は、直線部材400と直線部材400との結合の際、直線部材400と連結部材500との結合の際または連結部材500と連結部材500との結合の際、所定厚さの継ぎ板610と複数のボルト620を使用する。しかし、前述したように、継ぎ板610と複数のボルト620を使用して形鋼を結合する方法は、もう公知した技術であるので、これに対する詳細な説明は省略することにする。

図8〜14は、本発明の水平骨組み構造を用いた土止め支保工事の工程図であり、図面を参照して詳細に調べて見ると次の通りである。この際、工程図に適用される水平骨組み構造は第1実施の形態の水平骨組み構造である。

穴堀り工事の際、土砂が崩壊されないように、図8のように、地下構造物が築造される地盤20の周りに土止め壁30を設置する。また、基礎地盤の強度を高めて、その上に設置される水平骨組み構造を支持するためのセンターパイル40を設置する。土止め壁30とセンターパイル40の設置が完了されると、図9のように、地上1階下部の深みだけ掘削し、土砂を排出する。その次、土止め壁30の内壁面に沿って水平に枠梁50を打設し、対向して設置される前記枠梁50の間に水平骨組み構造10aを設置するが、前記水平骨組み構造10aが前記センターパイル40に据置されるように設置する。

この際、前記枠梁50には、垂直面と水平面を有する係止鍔52が形成される。前記係止鍔(52)は、水平骨組み構造10aの長さに誤差が発生する場合、これを補完するためのものである。すなわち、一対の枠梁50に形成された係止鍔52の垂直面の離間距離は、常に前記水平骨組み構造10aの長さより長く設定して、製作の際、発生される水平骨組み構造10aの長さの誤差を補完することができる。例えば、前記係止鍔52の間に前記水平骨組み構造10aを安着させると、係止鍔52の垂直面と水平骨組み構造10aの端部面の間には所定のギャップが形成される。そのギャップを無収縮モルタル54で充填した後、アンカーボルト56を用いて水平骨組み構造10aを固定させると、前記水平骨組み構造10aの長さの誤差を補正すると共に、水平骨組み構造10aを固定させることができる。

前記のような過程を経って、水平骨組み構造10aの設置が完了されると、図11のように、地下1階下部深みだけ掘削し、土砂を排出する。そして、掘削された地盤の土止め壁30内壁面に新しい枠梁50bと水平骨組み構造10bを打設及び設置する。この際、前記枠梁50bと水平骨組み構造10bは、地上1階下部に設置された枠梁50a及び水平骨組み構造10aと垂直方向に所定距離離間されるように設置される。

前記のような過程を繰り返して、図12のように、地下3階下部まで掘削し、水平骨組み構造10cが設置されると、鉄筋コンクリートを用いてその地盤20の底にマットスラブ60を打設する。その次、水平骨組み構造10a、10b、10cの連結部材200a、200b、200cの間に垂直補強部材70を設置し、図13に示したように、センターパイル40をとり除く。この際、前記垂直補強補材70を設置する理由は、水平骨組み構造10a、10b、10cの垂れ下がることを防止するためであり、また後に永久構造物の柱として使うためである。

最後に、図14のように、前記垂直補強部材70に柱80を築造し、前記水平骨組み構造10a、10b、10cを永久構造物として利用して、地下構造物を形成するとすべての工程が完了する。

上述したような、本発明の望ましい実施の形態による水平骨組み構造と、これを用いた地下土止め支保工法の構成及び工程を前記した説明及び図面に従って図示したが、これは例えば説明に過ぎなく、本発明の技術的思想を外れない範囲内において、多様な変化及び変更が可能であることは、この分野の通常的な技術者等は容易に理解できるだろう。

本発明による水平骨組み構造の第1実施の形態を示す斜視図である。前記の第1実施の形態中、直線部材を示す斜視図である。前記の第1実施の形態中、連結部材を示す斜視図である。前記の第1実施の形態中、直線部材の他の実施の形態を示す斜視図である。本発明による水平骨組み構造の第2実施の形態を示す斜視図である。前記の第1実施の形態中、直線部材を示す斜視図である。前記の第1実施の形態中、連結部材を示す斜視図である。

本発明水平骨組み構造を用いた土止め支保工事の工程図である。本発明水平骨組み構造を用いた土止め支保工事の工程図である。本発明水平骨組み構造を用いた土止め支保工事の工程図である。本発明水平骨組み構造を用いた土止め支保工事の工程図である。本発明水平骨組み構造を用いた土止め支保工事の工程図である。本発明水平骨組み構造を用いた土止め支保工事の工程図である。本発明水平骨組み構造を用いた土止め支保工事の工程図である。

符号の説明

10 水平骨組み構造
100 直線部材
200 連結部材
110,120,210〜 240 パイプ
130,250 プレート
140,280 フランジ
142,282 締結孔
260 貫通孔
270 結合部材

Claims

建築物の水平骨組み構造において、
前記水平骨組み構造が、
一対の単位部材が少なくとも１つのプレートによってお互いに繋がれて一体化された直線部材と、
前記直線部材が他の直線部材と交差する箇所に配置され、対応する直線部材を連結して一体化する"#"形状の連結部材で構成され、
前記単位部材は、それぞれ中空のパイプ、Ｈ型鋼、Ｉ型鋼、Ｔ型鋼または□型鋼から構成されることを特徴とする、前記水平骨組み構造。
直線部材と連結部材を構成する単位部材が、その内部が中空のパイプであることを特徴とする、請求項１に記載の水平骨組み構造。
パイプの内部が無収縮モルタルが充填されることを特徴とする、請求項２に記載の水平骨組み構造。
直線部材と連結部材の端部に、ねじ結合が可能な複数個の貫通孔を有するフランジが形成されることを特徴とする、請求項２に記載の水平骨組み構造。
直線部材と連結部材を構成する単位部材がH形鋼であることを特徴とする、請求項１に記載の水平骨組み構造。
連結部材が、その中心に前記水平骨組み構造を支持する柱との結合のための"+"字形状の結合部材が垂直方向に形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の水平骨組み構造。
水平骨組み構造が、穴堀り工程中、毎階ごとに設置されて土止め壁を支持する支保構造で使用されることを特徴とする、請求項６に記載の水平骨組み構造。
地下構造物が築造される地盤の周りに土止め壁とセンターパイルを設置する第１段階と、
所定深みだけ地盤を掘削し、土砂を排出する第２段階と、
土止め壁内側に枠梁を打設する第３段階と、
請求項１〜７のいずれかに記載の水平骨組み構造が、前記センターパイルに据置されるように前記枠梁に設置する第４段階と、
一個階深みだけ地盤を更に掘削し、土砂を搬出する第５段階と、
前記第３、４、５段階を順に繰り返して所望の深みだけ地盤を掘削し、前記水平骨組み構造を多段で設置する第６段階と、
前記過程を経て掘削された地盤の底にマットスラブを設置する第７段階と、
多段で設置された上記水平骨組み構造の連結部材の間に垂直補強部材を設置する第８段階と、
前記センターパイルをとり除く第９段階と、
前記垂直補強部材に柱を築造し、前記水平骨組み構造を永久構造物として利用して地下構造物を形成する第１０段階と、
からなることを特徴とする地下土止め支保工法。
第４段階で設置される水平骨組み構造の長さの誤差を補正するため、第３段階の枠梁打設の際、所定の溝が枠梁の一面に形成されるようにすることを特徴とする、請求項８に記載の地下土止め支保工法。