JP4243520B2 - 基礎梁構築用中空エレメント及びこの中空エレメントによる基礎構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、基礎梁構築用中空エレメント及びこの中空エレメントの連結によって基礎構造物を構築する方法に関する。

高架式道路等の基礎構造としては、従来から、例えば下記の特許文献１に開示されたような杭基礎によるものが知られている。
特開２００１−４９６１７号公報

図７は、特許文献１と同種の、杭基礎による高架式道路の基礎構造を示す断面図で、すなわち、参照符号１００は地盤、１０１は地盤１００上に形成された道路、１０２は高架式道路本体を構成する橋梁、１０３はこの橋梁１０２を地盤１００上に支持する橋脚柱である。杭基礎による基礎構造は、橋脚柱１０３の下端と、地中に打設した基礎杭１０４の杭頭との間を、フーチング１０５を介して接合している。また、図示の従来構造においては、フーチング１０５，１０５間を地中梁１０６によって水平方向に連結している。なお、図中の参照符号１１０は、地上道路１０１あるいは橋梁（高架式道路本体）１０２上を通行する車両を示している。

また、このような杭基礎によるもののほか、比較的地盤１００の支持力が大きい場合に採用される直接基礎によるものも知られている。図８は、直接基礎による高架式道路の基礎構造を示す断面図で、すなわちこの基礎構造では、橋脚柱１０３の下端に形成したフーチング１０５及びこのフーチング１０５を水平方向に連結している地中梁１０６を、地盤１００を5ｍ程度の深さに掘削して固結剤等を混合した改良地盤１００ａ上に支持している。

しかし、上述した従来の技術によれば、いずれの場合も、基礎工事には大規模な地盤開削を伴うため、例えば既存の地上道路１０１上に高架式道路を建設する場合は、作業区間となる既存の地上道路１０１の通行が大規模な車線規制を余儀なくされ、工事中の交通渋滞が避けられなくなるといった問題がある。

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、基礎構造物の施工において大規模な地盤開削を必要とせず、しかも既存の道路又は軌道上に高架構造物を構築する場合に、道路又は軌道における交通への影響を軽微に抑えて、安全かつ容易に基礎構造物の施工を可能とすることにある。

上述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の発明に係る基礎梁構築用中空エレメントは、円筒状の壁面及びこの壁面の一部が溝状に凹んだ嵌合部が長手方向に連続して形成され、前記嵌合部及びこの嵌合部と対向する円筒状壁面に複数の連結孔が開設され、この連結孔が、除去可能な蓋体で予め閉塞されたものである。

請求項２の発明に係る基礎構造物の構築方法は、請求項１に記載の基礎梁構築用中空エレメントを長手方向に接続した複数の基礎梁を、地中の任意の深さに略水平に、かつ互いに平行に埋設し、長手方向に対して直交する方向に隣接する基礎梁構築用中空エレメントを、一方の中空エレメントに形成された溝状の嵌合部と、他方の中空エレメントの円筒面状の壁面を嵌め込んだ状態で、蓋体の除去により連結孔を開口させ、この連結孔を介して互いに連結することにより基礎構造物を構築し、この基礎構造物を地上に構築される地上構造物と連結するものである。

請求項３の発明に係る基礎構造物の構築方法は、請求項２に記載された方法において、基礎梁が、推進工法によって基礎梁構築用中空エレメントを地中推進させ、所定距離だけ推進する都度、既設の基礎梁構築用エレメントの後端に新設の基礎梁構築用エレメントを連結することによって構築されるものである。

請求項４の発明に係る基礎構造物の構築方法は、請求項２に記載された方法において、複数の基礎梁を連結した連続壁で取り囲んだ地下空間を形成し、この地下空間の上面壁をなす基礎梁に、地上に構築される地上構造物を連結して施工するものである。

請求項１の発明に係る基礎梁構築用中空エレメントによれば、長手方向に対して直交方向に隣接する中空エレメント同士を、一方の中空エレメントに形成された溝状の嵌合部と、他方の中空エレメントにおける円筒面状の壁面を嵌め込んだ状態で、鉄筋や金具等による連結手段を、蓋体で閉塞された双方の連結孔を蓋体の除去により開口させてこの連結孔に跨って挿通し、コンクリートを、コンクリート充填孔や連結孔を介して中空エレメント内に充填することによって、互いに接続することができる。

請求項２の発明に係る基礎構造物の構築方法によれば、請求項１に記載の基礎梁構築用中空エレメントを長手方向に接続した複数の基礎梁を、地中の任意の深さに略水平に、かつ互いに平行に埋設し、長手方向に対して直交する方向に隣接する基礎梁構築用中空エレメントを、連結孔を介して互いに連結することによって、地上構造物を支持する基礎構造物とするものであるため、大規模な地盤開削を必要とせず、容易に施工することができる。しかも、一方の中空エレメントに形成された溝状嵌合部と、他方の中空エレメントの円筒面状の壁面を互いに嵌合状態で連結することができ、開削面積が少なくて済むため、例えば地上道路上に建設する高架式道路の基礎構造物の場合、既存の地上道路の交通規制を最小限に抑えることができる。また、基礎梁の内部はコンクリートやモルタルを充填しても良いし、電力線、通信線、ガス管、上下水道管などを通す共同溝として利用することもできる。

請求項３の発明に係る基礎構造物の構築方法によれば、請求項２に記載された方法において、基礎梁が、地中を掘進する掘進機によって、推進トンネルの施工と同様にして地中に構築されるものであるため、工事に必要な開削面積を著しく少なくすることができ、例えば地上道路上に建設する高架式道路の基礎構造物の場合、既存の地上道路の交通規制を最小限に抑えることができる。

請求項４の発明に係る基礎構造物の構築方法によれば、請求項２に記載された方法において、基礎構造物を複数の基礎梁による連続壁で地下空間を形成した構造とすることによって、この基礎構造物に地中で浮力が作用するので地上構造物の死荷重（静荷重）をキャンセルすることができる。

以下、本発明に係る基礎構造物の構築方法を、高架式道路の基礎構造物４の構築に適用した好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図１は、第一の形態を示す構築完了状態の説明図、図２は、この形態で用いられる基礎梁構築用中空エレメントの斜視図である。

図１において、参照符号１０は地盤、１は地盤１０上に形成された既存の地上道路、２は高架式道路本体を構成する橋梁、３はこの橋梁２を支持する橋脚柱、４は本発明により地中に構築され橋脚柱３を介して橋梁２の荷重を受ける基礎構造物である。なお、図中の参照符号５は、地上道路１あるいは橋梁（高架式道路本体）２上を通行する車両を示している。

図１において、橋梁２及び橋脚柱３からなる高架式道路の上部構造体を支持する地中の基礎構造物４は、複数の基礎梁４１を、地上道路１の延長方向へ延びるように略水平に、かつ側面同士が密接した状態に配置し、これら基礎梁４１，４１，…を、図示されていない鉄筋や金具等による連結手段を介して互いに連結したものである。そして、各基礎梁４１を構成する中空エレメント４１２は、図２に示されるような異形断面のものであり、すなわち円筒の一部を矩形状に凹ませた形状を呈する。

また、基礎梁４１のうち、橋脚柱３と直接連結された基礎梁４１_１は、他の基礎梁４１に比較して断面径が大きいものとなっている。そしてこれによって、橋脚柱３からの上部構造体の荷重を直接受ける基礎梁４１_１の強度を十分に大きくしたものである。

各基礎梁４１は、図２に示される中空エレメント４１２を、その開口方向（長手方向）へ直線的に連結したものである。この中空エレメント４１２は、鉄筋コンクリートあるいは鋼管等からなるものであって、長手方向に連続して形成された矩形状に凹んだ溝状の嵌合部４１２ａと、これに対向する円筒面状の壁面には、連結用の金具や鋼材を挿通するための複数の連結孔４１２ｂ及びそれより大径のコンクリート充填孔４１２ｃが開設されている。なお、基礎構造物４を構成する複数の基礎梁４１のうちの一部は、図１に参照符号４１’で示されるもののように、単純な円形断面のものを用いることができる。また、中空エレメント４１２の長手方向の接続は、この中空エレメント４１２が鋼管等からなるものにおいては突合せ溶接により接合し、コンクリート管からなるものの場合は、入れ子式の嵌合方法によって、モルタル等を介して接合することができる。

連結孔４１２ｂ及びコンクリート充填孔４１２ｃは、中空エレメント４１２の埋設過程で内部に土砂が入らないように、不図示の蓋体により閉塞されている。この蓋体は、中空エレメント４１２（基礎梁４１）の埋設後に、その内部に入った作業員がハンマーで叩いたりするだけで容易に取り外すことができるように、連結孔４１２ｂ及びコンクリート充填孔４１２ｃに金属キャップを嵌め込んだものや、あるいは金属板をスポット溶接などで仮止めしたもの等が好ましい。また、中空エレメント４１２（基礎梁４１）の内部は、作業員が通ることができる広さ（幅及び高さ）を有するものである。

長手方向に対して直交方向に隣接する中空エレメント４１２，４１２，…は、一方の中空エレメント４１２の側面に形成された溝状嵌合部４１２ａと、図２に点線で示される他方の中空エレメント４１２における円筒面状の側面が嵌め込まれた状態で、双方の連結孔４１２ｂに跨って挿通された不図示の鉄筋や金具等による連結手段を介して互いに連結される。また、一方の中空エレメント４１２の側面に形成された溝状嵌合部４１２ａと、他方の中空エレメント４１２における円筒面状の側面との間の空間に、中空エレメント４１２，４１２，…内に充填されるコンクリートＣの一部が、コンクリート充填孔４１２ｃや連結孔４１２ｂを介して充填されることによって、一層強固な接続状態を得ることができるようになっている。

図３は、このような断面形状をもつ中空エレメント４１２によって、基礎梁４１を図１のように埋設する工程を示す説明図である。すなわち、図３（Ａ）に示されるように、まず地盤１０に発進立坑１１が設けられ、この発進立坑１１内に掘進機８及び後続機械８１を配置する。そして、図３（Ｂ）に示されるように、推進用ジャッキ８２により掘進機８及び後続機械８１を発進立坑１１の発進坑口１１ａから押し出し、掘進機８による水平方向への地中掘進を開始する。

発進立坑１１では、掘進機８が中空エレメント４１２の一個分の長さに相当する距離だけ地中を掘進した時点で、後続機械８１の後端に中空エレメント４１２を連結し、推進用ジャッキ８２により発進坑口１１ａから押し出して行く。掘進機８は、この推進用ジャッキ８２によって、中空エレメント４１２及び後続機械８１を介して推進力を与えられる。そして、掘進機８が更に中空エレメント４１２の一個分の長さに相当する距離だけ地中を掘進した時点で、前記中空エレメント４１２の後端に、次の（二個目の）中空エレメント４１２を連結し、推進用ジャッキ８２により押し出して行く。なお、先行する既設の中空エレメント４１２と、その後方に継ぎ足される新設の中空エレメント４１２は、この中空エレメント４１２が鋼管等からなるものにおいては突合せ溶接により接合し、コンクリート管からなるものの場合は、入れ子式の嵌合方法によって、モルタル等を介して接合する。

一方、発進立坑１１から掘進機８の掘進方向所定の距離の位置には、地盤１０に到達立坑１２を設けておく。そして、上述のようにして、掘進機８の掘進に伴って、中空エレメント４１２を順次連結して押し出して行くことにより、やがて図３（Ｃ）に示されるように、掘進機８が、到達立坑１２に開設した到達坑口１２ａから到達立坑１２内に到達し、更に後続機械８１が到達立坑１２内に到達したら、到達立坑１２内で掘進機８及び後続機械８１を中空エレメント４１２から取り外す。このようにして、地盤１０内には、長手方向に互いに連結された複数の中空エレメント４１２からなる基礎梁４１が構築されることになる。なお、取り外した掘進機８及び後続機械８１は、次の基礎梁の構築に使用するために、発進立坑１１へ搬入する。

次に、図３(Ｄ)に示されるように、発進立坑１１に、次の基礎梁４１を埋設するための発進坑口１１ｂを開設し、発進立坑１１内に掘進機８及び後続機械８１を配置して駆動させ、推進用ジャッキ８２により発進坑口１１ｂから押し出して掘進させる。その後は、先に説明したのと同様の手順で、掘進機８が中空エレメント４１２の一個分の長さに相当する距離だけ掘進する都度、中空エレメント４１２を連結して、推進用ジャッキ８２により押し出して行く。そして図３(Ｅ)に示されるように、掘進機８及び後続機械８１が到達立坑１２内に到達したら、到達立坑１２内で掘進機８及び後続機械８１を中空エレメント４１２から取り外す。

なお、中空エレメント４１２は、その溝状嵌合部４１２ａが長手方向に対して直交方向に隣接する中空エレメント４１２側を向くようにすることは言うまでもない。そしてこの場合、掘進機８が既設の基礎梁４１に沿って地中を直進しやすいように、溝状嵌合部４１２ａには、図２に参照符号１０ｂで示されるように、中空エレメント４１２の円筒面状の側面と連続した円筒面をなすように、改良土等を充填しておくことが好ましい。すなわち、このようにすれば、次の基礎梁４１を打設する際に、掘進機８が受ける掘削抵抗が円周方向均一となるので、直進しやすくなる。

また、図３に示される掘進機８による中空エレメント４１２の打設過程で、長手方向に対して直交方向に隣接する一方の中空エレメント４１２の溝状嵌合部４１２ａと、他方の中空エレメント４１２における円筒面状の側面との間の空間に残存する土砂（改良土１０ｂ）は、例えば図３に示される発進立坑１１から到達立坑１２へ向けて、あるいは逆に到達立坑１２から発進立坑１１へ向けて高圧水を噴射することによって除去する。次に、基礎梁４１の内部へ作業員が入り込み、連結孔４１２ｂ及びコンクリート充填孔４１２ｃの蓋体を除去して開口させ、不図示の鉄筋、Ｈ形鋼等の補強材を、連結孔４１２ｂを介して、互いに隣接する基礎梁４１，４１に跨って挿通し、これら補強材同士を継手金具等で連結する。そして、これらの作業が終わったら、基礎梁４１，４１，…の内部にコンクリートを充填する。このコンクリートの一部は、コンクリート充填孔４１２ｃ等を介して、長手方向に対して直交方向に隣接する一方の中空エレメント４１２の溝状嵌合部４１２ａと、他方の中空エレメント４１２における円筒面状の側面との間の空間にも充填されることになる。

このようにして基礎梁４１，４１，…による基礎構造物４の構築が完了したら、橋脚柱３の施工予定箇所の地盤１０を開削する。そして、この場合の開削は、橋脚柱施工予定箇所のみで行われるため、確保すべき作業領域は比較的狭いもので良く、したがって、この作業においても車線規制を小規模なものに抑えることができる。次に、上述の開削箇所に橋脚柱３を施工する。この場合、基礎構造物４の基礎梁４１における橋脚柱３の施工位置には、予め柱結合孔（図示省略）を設けておき、ここに鉄筋等を通して、橋脚柱３との結合を行うようにする。そして、この場合の柱結合孔は、基礎梁４１の内部から作業員がハンマーなどで叩いたりするだけで、簡単に開口させることのできる蓋体で閉塞した構造とすることが好ましい。以上のような工程を経て、順次橋脚柱３を施工し、その上に、図１に示される橋梁２を構築し、既存の地上道路１上への高架式道路の建設を行う。そして、上述の方法により構築された基礎構造物４は、橋脚柱３の直下にある基礎梁４１に作用する荷重が、基礎構造物４全体に伝達されるので、優れた支持力を得ることができる。なお、基礎構造物４を構成する基礎梁４１のうち、一部の基礎梁４１にはコンクリートＣを充填せず、中空とすることができる。そしてこのような中空の基礎梁４１の内部空間は、例えば電力線、通信線、ガス管、上下水道管などを通す共同溝として利用することができる。

図４は、本発明に係る基礎構造物の構築方法を、高架式道路の基礎構造物４の構築に適用した第二の形態を示す構築完了状態の説明図である。この形態においては、基礎構造物４の基礎梁４１に、先に説明した図２と同様の、異形断面の中空エレメント４１２を用いている。詳しくは、中空エレメント４１２を長手方向に接続した複数の基礎梁４１が、橋梁２の延長方向へ互いに平行に、かつ互いに隣接して埋設され、各基礎梁４１は、細径杭４２の杭頭に結合されている。

橋梁２の延長方向に対する直交方向に隣接する中空エレメント４１２，４１２，…は、先に説明した図２に示されるように、一方の中空エレメント４１２の溝状嵌合部４１２ａと、他方の中空エレメント４１２における円筒面状の側面が嵌め込まれ、双方の連結孔４１２ｂに跨って挿通された不図示の鉄筋や金具等による連結手段や、双方の内部空間にコンクリート充填孔４１２ｃや連結孔４１２ｂを介して連続して充填されたコンクリートを介して一体化され、しかも、それぞれ細径杭４２に結合されているので、地盤１０が含水量の多い比較的軟弱な地盤であっても、大きな支持力を確保することができる。

なお、この形態による基礎構造物４の施工においては、中空エレメント４１２に、予め杭挿通孔（不図示）を開設し、図２に示される連結孔４１２ｂ及びコンクリート充填孔４１２ｃと同様、容易に除去可能な蓋体で閉塞しておく。そして、図３に示される掘進機８による基礎梁４１（中空エレメント４１２）の埋設後、その杭打設位置のみ地盤１０の開削を行い、杭挿通孔を通して、基礎梁４１の下部の地盤へ細径杭４２を打設する。細径杭４２の打設後は、基礎梁４１の内部にコンクリートを充填することで、基礎梁４１と細径杭４２とを一体接合することができる。また、基礎構造物４を構成する複数の基礎梁４１のうちの一部は、図４に参照符号４１’で示されるもののように、単純な円形断面の中空エレメントを用いることができる。

図５は、本発明に係る基礎構造物の構築方法を、高架式道路の基礎構造物４の構築に適用した第三の形態を示す構築完了状態の説明図である。この形態による基礎構造物４においては、相対的に大径の中空エレメント４１２を長手方向に接続しコンクリートＣを充填した上側の基礎梁４１_Ｈと、相対的に小径の中空エレメント４１３を長手方向に接続しコンクリートＣを充填した下側の基礎梁４１_Ｌが、上下に重合した状態で、橋脚柱３の真下を通って橋梁２の延長方向へ延び、これらの基礎梁４１_Ｈ，４１_Ｌが、それぞれ細径杭４２の杭頭に結合されている。

上側の基礎梁４１Ｈを構成する大径の中空エレメント４１２は、図２に示されるような異形断面のものであり、下側の基礎梁４１Ｌを構成する小径の中空エレメント４１３は、円形断面のものである。中空エレメント４１３は、その上の中空エレメント４１２に長手方向に連続して形成された溝状の嵌合部４１２ａに嵌め込まれた状態で重合し、その結合構造は、図２において説明したものと基本的には同様である。また、細径杭４２の杭頭との結合や、橋脚柱３との結合に際しては、中空エレメント４１２，４１３に除去可能な蓋体で閉塞された不図示の柱結合孔及び杭挿通孔を通して、基礎梁４１の下部の地盤へ細径杭４２を打設し、その後、基礎梁４１の内部にコンクリートを充填することで、基礎梁４１と細径杭４２とを一体接合することができる。また、柱結合孔の蓋体を除去して鉄筋等を通すことによって、橋脚柱３との結合を行うことができる。

更に、図６は、本発明に係る基礎構造物の構築方法を、高架式道路の基礎構造物４の構築に適用した第四の形態を示す構築完了状態の説明図である。この形態による基礎構造物４においては、図２に示されるような異形断面の中空エレメント４１２を長手方向に接続しコンクリートを充填した複数の基礎梁４１を連結した連続壁４１_Ｗによって、車両５の通行が可能な地下空間４Ｓを形成したものである。中空エレメント４１２の互いの接合構造は、先に図２において説明したものと基本的には同様である。地上構造物である高架式道路の橋脚柱３は、前記地下空間４Ｓの上面壁４１_ＵＷをなす基礎梁４１に結合して構築される。

なお、図示の例では、地下空間４Ｓを画成する連続壁４１_Ｗのうち、橋梁２の橋脚柱３と接合される最上部の上面壁４１_ＵＷは、一部を細径杭４２の杭頭と結合させた構造としている。

この形態によれば、地下空間４Ｓによって、基礎構造物４全体としての比重が低下し、この基礎構造物４に地中で浮力が作用するので、橋梁２及び橋脚柱３による死荷重（静荷重）をキャンセルすることができ、このため、地盤１０が比較的軟弱であっても、図４のような多数の細径杭４２などの施工を省略することができる。また、地下空間４Ｓは車道や鉄道などに有効利用することができるので、例えば図示の例のように、車線の増加を橋梁２と地下空間４Ｓの双方で分担して、地上部分の車線増加を抑えることができる。また、基礎梁４１による地下空間４Ｓの上面壁４１_ＵＷの施工と同時に橋脚柱３等の地上構造物を施工することができる。

本発明に係る基礎構造物の構築方法を、高架式道路の基礎構造物４の構築に適用した第一の形態を示す構築完了状態の説明図である。 第一の形態において用いられるエレメント４１２の斜視図である。 第一の形態において、基礎梁４１，４１，…を地中に埋設する工程を示す説明図である。 本発明に係る基礎構造物の構築方法を、高架式道路の基礎構造物４の構築に適用した第二の形態を示す構築完了状態の説明図である。 本発明に係る基礎構造物の構築方法を、高架式道路の基礎構造物４の構築に適用した第三の形態を示す構築完了状態の説明図である。 本発明に係る基礎構造物の構築方法を、高架式道路の基礎構造物４の構築に適用した第四の形態を示す構築完了状態の説明図である。 杭基礎による高架式道路の基礎構造を示す断面図である。（従来技術） 直接基礎による高架式道路の基礎構造を示す断面図である。（従来技術）

符号の説明

１ 地上道路
２ 橋梁
３ 橋脚柱
４ 基礎構造物
４Ｓ 地下空間
４１，４１_Ｈ，４１_Ｌ 基礎梁
４１_Ｗ 連続壁
４１２，４１３ 中空エレメント
４１２ｂ 連結孔
４１２ｃ コンクリート充填孔
４１２ｄ，４１３ｃ 接続部
４１３ａ 柱結合孔
４１２ａ 嵌合部
４１３ｂ 杭挿通孔
４２ 細径杭
５ 車両
８ 掘進機
１０ 地盤
１１ 発進立坑
１２ 到達立坑

Claims (4)

1. 円筒状の壁面及びこの壁面の一部が溝状に凹んだ嵌合部が長手方向に連続して形成され、前記嵌合部及びこの嵌合部と対向する円筒状壁面に複数の連結孔が開設され、この連結孔が、除去可能な蓋体で予め閉塞されたことを特徴とする基礎梁構築用中空エレメント。
   
2. 請求項１に記載の基礎梁構築用中空エレメントを長手方向に接続した複数の基礎梁を、地中の任意の深さに略水平に、かつ互いに平行に埋設し、長手方向に対して直交する方向に隣接する基礎梁構築用中空エレメントを、一方の中空エレメントに形成された溝状の嵌合部と、他方の中空エレメントの円筒面状の壁面を嵌め込んだ状態で、蓋体の除去により連結孔を開口させ、この連結孔を介して互いに連結することにより基礎構造物を構築し、この基礎構造物を地上に構築される地上構造物と連結することを特徴とする基礎構造物の構築方法。
   
3. 基礎梁が、推進工法によって基礎梁構築用中空エレメントを地中推進させ、所定距離だけ推進する都度、既設の基礎梁構築用エレメントの後端に新設の基礎梁構築用エレメントを連結することによって構築されることを特徴とする請求項２に記載の基礎構造物の構築方法。
4. 複数の基礎梁を連結した連続壁で取り囲んだ地下空間を形成し、この地下空間の上面壁をなす基礎梁に、地上に構築される地上構造物を連結して施工することを特徴とする請求項２に記載の基礎構造物の構築方法。
   

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