JP4275437B2

JP4275437B2 - 構造物の浮力抑制構造

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Publication number: JP4275437B2
Application number: JP2003078471A
Authority: JP
Inventors: 茂雄秋山; 紘一森; 計規矢澤; 勝巳小林
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004285678A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物及び地中構造物等の構造物直下の地下水圧を減圧することにより構造物に働く浮力を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下部分を有するビル等の建物や、地下鉄や地下街等に代表される地下構造物を含めた建物等の構造物直下の地下水位が高い場合には、図４に示すように、水圧に基づく大きな浮力が構造物に作用する。地中部分１ａを有する建物１を地下水位２が高い地盤に建設しようとすると、基礎底部３に水圧が作用することから、建物１が浮き上がろうとする力、いわゆる浮力が発生する。この浮力が建物１の自重より大きな力になる場合には、建物１が不安定な状態になるため何らかの対策が必要となる。
【０００３】
従来の浮力対策には、▲１▼重りのためのコンクリートを増し打ちする方法、▲２▼地盤アンカーによって抵抗する方法、▲３▼杭の周面の摩擦抵抗によって抵抗する方法等がある。
【０００４】
図５（Ａ）にはコンクリートの増し打ちによりコンクリート重り４を設ける構成を、（Ｂ）には地盤アンカー５により建物１の浮きを抑える構成を、（Ｃ）には杭６を用いて浮力に抵抗する構成をそれぞれ示した。
【０００５】
これらの浮力対策は、いずれも、建物等の構造物を浮き上がらせようとする浮力に抵抗する要素、例えば重り、地盤アンカー、杭等を設置する構成である。
【０００６】
かかる従来の浮力対策においては、以下のような問題点がある。すなわち、▲１▼重りのためのコンクリートを増し打ちする方法においては、掘削土が増え、多くのコンクリートが必要となる。そのため、地下掘削工事とコンクリート工事のために工期が延びる。併せて、掘削残土が増えることとコンクリートを多く使用することから、環境負荷が増加するという問題もある。さらに、建物等の地中部分が大きく地下水位が浅い場合には、重りのためのコンクリートが多量に必要となり、上記の問題点が増大する。
【０００７】
また、▲２▼地盤アンカーによって抵抗する方法では、▲１▼の方法より掘削土は少ないが、建設コストが高い。構造物の地中部分が大きく、且つ、地下水位が浅い場合には、多数の地盤アンカーが必要となり、さらに建設コストが高くなり、上記問題点が増大する。
【０００８】
一方、▲３▼杭の周面の摩擦抵抗によって抵抗する方法では、杭の支持層である硬い層の摩擦抵抗を期待するため、硬い層に杭を造成する必要がある。したがって、通常の杭工事よりも長い工期が必要であり、建設コストが増大する。また、杭の造成による掘削機が増えることから、環境負荷が増大する問題もある。建物等の地中部分が大きくかつ地下水位が浅い場合には、多数の杭あるいは長い杭を造成する必要があり、上記の問題点が増大する。
【０００９】
このように▲１▼〜▲３▼に挙げた従来技術においては、大きな浮力が作用する場合には、浮力に対する抵抗要素（重りのためのコンクリート、地盤アンカー、杭）を増やす必要があり、建設コストが増大する等の共通の問題点がある。かかる技術は、構造物に対する浮力自体を抑制するものではなく、浮力に抗する技術と言える。
【００１０】
かかる浮力に抗する技術に対して、浮力自体を抑制しようとする技術が提案されている。例えば、地下水の水圧を減圧することで浮力対策を行うものであり、建物等の基礎底が不透水性土層間に挟まれた帯水層に設置される場合に適用できる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
かかる技術は、建物等に大きな浮力が作用する場合においても、上記抵抗要素を用いないため、前記問題点となる建設コストの削減と、掘削土量やコンクリートの削減による環境負荷の低減を図ることができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平０９−３２８７７０（図１参照）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる特許文献１に開示の技術は、建物等に大きな浮力が作用する場合においても、上記抵抗要素を用いないため、建設コストの削減と、掘削土量やコンクリートの削減による環境負荷の低減とを図ることができる有効な技術である。
【００１４】
しかし、特許文献１の方法では、建物等の基礎底が不透水性土層間に挟まれた帯水層に設置される場合に限定されている。また、かかる技術では、上層の不透水性土層の上方にシールドトンネルを設けて、シールドトンネルの内部からの帯水層の水量を低減して浮力の低減を図るもので、シールドトンネルの構成が必須の要件となっている。
【００１５】
従って、かかる技術では、基礎底よりも上にシールドトンネルを造成するか、あるいは公共的に設けたシールドトンネルの利用を許可してもらう必要が生じ、一般的な建物においては適用できない場合が多い。
【００１６】
本発明の目的は、建物等の構造物に作用する浮力の抑制技術で、基礎底が不透水性土層間に挟まれていなくても適用でき、かつシールドトンネルを不要とする技術を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、地下水により構造物の地中部分に働く浮力を抑制する構造物の浮力抑制方法であって、前記地中部分を、下端を不透水性土層あるいは難透水性土層に通した止水壁で囲み、前記止水壁で囲まれた地中部分下の地下水を抜いて水圧を低減することを特徴とする。かかる構造物の浮力抑制方法において、前記止水壁は、前記構造物の地下外壁が兼用されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、地下水により構造物の地中部分に働く浮力を抑制する構造物の浮力抑制構造であって、前記地中部分を囲み、下端を不透水性土層あるいは難透水性土層に通した止水壁と、前記地中部分に設けた地下水集水空間と、前記地下水集水空間に地下水を集める集水手段と、前記地下水集水空間から地下水を排出する排水手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
上記構造物の浮力抑制構造において、前記集水手段は、前記構造物の地中部分が設けられた地盤と、前記地下水集水空間との間に介在させられ、前記地下水を通す通水空間を有する透水層と、前記透水層に埋設され、管壁に透水孔を有し、前記地下水集水空間に通じる集水管とを有することを特徴とする。
【００２０】
上記いずれかの構成を有する構造物の浮力抑制構造において、前記排水手段は、前記地下水集水空間に設けた水位探知機と、前記水位探知機で検知された設定水位で排水を行う排水ポンプとを有することを特徴とする。
【００２１】
上記いずれかの構成を有する構造物の浮力抑制構造において、前記止水壁は、前記構造物の地下外壁が兼用されていることを特徴とする。
【００２２】
尚、上記構成で述べる構造物は、例えば地中部分を有するビル等の建物、例えば地下鉄や地下街等の地中構造物等の構造物がその適用対象となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１（Ａ）は本発明の基本構成をビル等の建物に適用した場合を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は本発明の基本構成を地下鉄等に代表される地下構造物に適用した場合を模式的に示す断面図である。
【００２５】
図１（Ａ）に示す構成では、構造物１０は地中部分１１を有する建物１０ａ（１０）に形成され、その基礎底盤１２側が所定深度で地中内に設けられている。建物１０ａの地中部分１１は、その周囲が止水壁１３で囲まれている。
【００２６】
かかる止水壁１３は、その下端１３ａ側が、不透水性土層１４内に根入れさせられている。このようにして建物１０ａの基礎底盤１２直下の地盤１５ａは、止水壁１３により、止水壁１３の外の地盤１５ｂと隔てられ、基本的には地盤１５ａ、１５ｂ間での地下水の行き来は極めて発生しにくい状態となっている。
【００２７】
尚、図１（Ａ）では、止水壁１３を不透水性土層１４内に根入れさせた場合を示しているが、本発明の構成は、不透水性土層１４以外にも、難透水性土層に適用しても構わない。
【００２８】
このように地中部分１１の基礎底盤１２直下の地盤１５ａを周囲の地盤１５ｂから隔離した状態で、地盤１５ａ内の地下水を排水する等して抜くことにより、地下水の水圧を減圧し、地盤１５ａの地下水位１６ａを周囲の地盤１５ｂの地下水位１６ｂより下げ、結果として構造物１０に作用する地下水の浮力を低減することができる。
【００２９】
地盤１５ａ内の地下水を排水し浮力を低減する上記構成においては、次のようにして地下水の排水を行えばよい。地中部分１１を有する建物１０ａを施工する場合には、先ず止水壁１３を構築し、その後止水壁１３内の地盤を掘削して建物１０ａの地中部分１１を施工するが、この止水壁１３内の地盤掘削時に水中ポンプ等で排水を行えばよい。
【００３０】
上記説明の図１（Ａ）に示す構成の適用例としては、例えば、地中部分１１として地下駐車場、店舗等の地下フロアーを併設するビル等の建物１０ａを挙げることができる。
【００３１】
図１（Ｂ）に示す場合には、構造物１０として、地下鉄等の地中構造物１０ｂ（１０）に本発明を適用した場合を示す。地中構造物１０ｂは、図１（Ｂ）に示すように、完全に地盤１５ｂ内に埋設された状態になっている。止水壁１３をその下端１３ａが不透水性土層１４内に根入れするようにして、地中構造物１０ｂの周囲に設けられている。
【００３２】
地中構造物１０ｂの基礎底盤１２直下の地盤１５ａ内の地下水を排水することにより、止水壁１３内に囲まれた地盤１５ａの地下水位１６ａを、止水壁１３より外の地盤１５ｂの地下水位１６ｂより低くして、結果として地中構造物１０ｂとしての構造物１０に作用する地下水の浮力を低減することができる。
【００３３】
かかる構成においても、例えば、地盤１５ａ中の地下水の排水は開削工法で地下構造物を構築する場合には、土留支保工を施工する際に、土留支保工をそのまま残し止水壁１３とするようにして、止水壁１３として使用する土留支保工内の地盤１５ａの掘削時に併せて地下水の排水を行えばよい。
【００３４】
（実施の形態２）
前記実施の形態では、構造物１０としての建物１０ａの地中部分１１、あるいは地中構造物１０ｂの周囲を、別体に設けた止水壁１３で囲う構成について示したが、本実施の形態では、構造物１０の地下外壁をそのまま止水壁として兼用させる構成について説明する。
【００３５】
図２（Ａ）に示すように、建物１０ａで例示する構造物１０の地中部分１１の周囲に止水壁１３を設けておけば、原理的には構造物１０にはその安定度に影響を与える程の浮力は作用しない筈である。
【００３６】
しかし、止水壁１３は、構造物１０とは別体に施工されているため、長い間には、図２（Ａ）に示すように、止水壁１３と地中部分１１との間に隙間等が発生し、雨水等が地盤１５ａ内に浸入して構造物１０の安定度に影響を与える場合も想定される。かかる雨水浸入の状況を、図中Ａで説明した。
【００３７】
あるいは、止水壁１３は、上下に継足して形成された場合も当然に考えられ、かかる構成の場合には、止水壁壁間鉛直継手部などから、止水壁１３の周囲の地盤１５ｂから、地盤１５ａ内に地下水が浸入することも当然に考えられる。かかる場合を、図中Ｂで説明した。
【００３８】
かかる図中Ａ、Ｂに説明する問題は、止水壁１３が構造物１０とは別体に形成されることから生ずる問題である。すなわち、別体に形成することにより、その間に水が浸入する隙間が発生し易いことが原因である。そこで、建物１０ａ等の構造物１０の地下外壁を、止水壁として兼用するようにすればよいと本発明者は考えた。
【００３９】
すなわち、図２（Ｂ）に示すように、地下外壁１７の下端を地中部分１１より深い不透水性土層１４内まで一体に通して、根入れをしておけばよい。かかる構成では、上下壁壁間鉛直継手部等の継ぎ目や、地中部分１１を構成する構造物１０側の壁と止水壁１３との壁間空隙も発生する心配なく、図中Ａ、Ｂで説明したような地盤１５ａ内の地下水位１６ａを上昇させることがない。
【００４０】
また、かかる地下外壁１７を止水壁として兼用する構成を採用すれば、地下外壁１７とは別に止水壁１３を別体に施工する場合に比べて施工の手間がかからず、格段に施工コストの低減が図れる。
【００４１】
地下外壁１７を止水壁として兼用させる構成は、勿論、図１（Ｂ）で示した地中構造物１０ｂにも同様に適用できる構成であり、地中構造物１０ｂの地下外壁を不透水性土層１４に根入れするまで一体に延長施工すればよい。かかる場合にも、建物１０ａで説明したと同様の効果が得られる。
【００４２】
本実施の形態で説明した構成は、止水壁と地下外壁とを兼用させる構成であるため、浮力抑制に必須の止水壁を確実に且つ効率的に施工することが可能な構成ということができる。
【００４３】
（実施の形態３）
前記実施の形態１では、構造物１０に作用する浮力を抑制するために、直下の地盤１５ａからの地下水の排水を建物１０ａの地中部分１１の施工時に、あるいは、地下構造物１０ｂの施工時に、土壌掘削と併せて行う場合を示したが、構造物１０施工後に必要に応じて、浮力抑制を行う必要がある場合も十分に想定される。
【００４４】
例えば、図２（Ａ）のＣで説明するように、止水壁１３の不透水性土層１４内に根入れしてある下端１３ａを地下水が回り込む等して地盤１５ａ内の地下水位１６ａが上昇し、構造物１０の安定度を脅かす浮力が作用する場合も十分に想定される。特に、根入れ部分が難透水性土層の場合には、不透水性土層１４に比べて、より地下水の回り込みが発生する可能性は大きい。
【００４５】
また、地震等により不透水性土層１４内に亀裂が入り、帯水層から地下水が侵入するようになる場合も、十分に想定される。かかる場合にも、構造物１０に対する浮力対策は求められる。
【００４６】
かかる場合には、構造物１０の施工後の地盤１５ａ内の浮力を抑制する技術が必要となる。図３（Ａ）に示す構成では、建物１０ａである構造物１０は、その地下外壁１７を不透水性土層１４内まで一体に延長施工して、止水壁兼用の構成となっている。
【００４７】
さらに、地中部分１１の基礎底盤直下には、地下水集水空間２０が設けられている。地下水集水空間２０としては、周囲を壁に囲まれた地下ピット２０ａに構成されている。
【００４８】
ピット２０ａは、底面側に凹部２１が設けられ、コンクリート底部２２を介して人工的に設けた透水層２３に接している。透水層２３は、ピット２０ａの底部に沿って砂利等を敷き詰めることにより、所定層厚で設けられている。すなわち、地中部分１１を設けた地盤１５ａと、ピット２０ａとの間に介在させるように設けることとなる。
【００４９】
さらに、かかる構成の透水層２３内には、集水管２４が埋設配管されている。集水管２４は、管壁に多数の地下水が管内に侵入することができるように透水孔が設けられている。さらに、管端は、図３（Ａ）に示すように、凹部２１内に開口されている。
【００５０】
集水手段として、上記透水層２３と集水管２４を利用する構成を示したが、より集水力を高めるために、毛細管現象により地下水を積極的に吸水できるように微細な中空糸膜やグラスフィルター等を砂利の間に介在させるようにしてもよい。
【００５１】
かかる構成のピット２０ａ内には、水位探知機３１と、かかる水位探知機３１からの信号により作動する排水ポンプ３２とが、地下水集水空間２０としてのピット２０ａ内に集水された地下水の排水手段として設けられている。
【００５２】
かかる構成の浮力抑制構造では、次のようにして地盤１５ａ内の浮力の低減を行う。止水壁兼用の地下外壁１７に囲まれた地盤１５ａ内に、周囲の地盤１５ｂから、地下外壁１７の不透水性土層１４内の下端１７ａから回り込んで地下水が浸透してくる場合を想定する。
【００５３】
浸透した地下水は、浸透量が増えるにしたがって地下水位が上昇し、透水層２３に至る。透水層２３は、砂利等を敷き詰めて構成されているため、砂利と砂利との間に地下水を通す通水空間として機能する小空隙が形成されており、かかる小空隙を通して地下水が透水層２３内に侵入してくる。
【００５４】
一方、透水層２３内には、管壁に多数の透水孔を有した集水管２４が埋設されているため、透水層２３内に入った地下水は集水管２４内に入る。集水管２４内に入った地下水は、ピット２０ａ内に設けた凹部２１内に開く管端から、凹部２１内に入る。
【００５５】
このようにして、地下水が地盤１５ａ内からピット２０ａ内に入り、所定水位になるまで地下水が溜まると、図３（Ｂ）に示すように、水位探知機３１が予め設定した水位に地下水が達したことを探知し、水位探知機３１からの信号等により水中ポンプ３２が作動してピット２０ａ内に溜まった地下水を排水する。
【００５６】
建物１０ａの安定度に影響を与える地盤１５ａ内の地下水の上昇を、地下水をピット２０ａ内に所定量溜めた状態で、水中ポンプ３２を必要に応じて作動させることにより排水することで、地盤１５ａ内の浮力を建物１０ａの安定度を脅かす程にならないように抑制することができる。
【００５７】
本説明では、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、構造物１０として地中部分１１を有する建物１０ａの例を挙げて説明したが、勿論、地下鉄等の地中構造物１０ｂに適用できることは言うまでもない。
【００５８】
本実施の形態で説明した構成は、構造物１０の施工後に必要に応じて浮力抑制が行える技術であるため、長期的にも信頼性があり確実な浮力対策と言える。
【００５９】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で必要に応じて変更してもよい。
【００６０】
例えば、前記説明では、水中ポンプを水位探知機からの信号で定期的に作動させる方式を示したが、ピット内への入水が継続的にある程度の量で発生する場合等には、水中ポンプを連続作動させる構成でも勿論構わない。
【００６１】
また、前記実施の形態の説明では、砂利等で構成した透水層内に集水管を埋設して、集水管をピット内に通じさせることにより地下水を集水管を介して集める構成を示したが、ピット内の一部を開口して、その開口部を土壌を通過させない程度の目の細かさを有した網等のフィルタを介して透水層に接触させ、透水層内に侵入した地下水を集水管を介さずにピット内に溜めるようにしても構わない。
【００６２】
また、止水壁は、地中連続壁工法によって造成しても構わない。地中連続壁工法は、平面視した場合にほぼ長方形の鉄筋コンクリート製のエレメントを地中に造成し、エレメント同士を接続しながら連続した地中壁を構築する工法であり、本工法を用いれば、確実な止水壁を効率的に造成することが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、大きな浮力を受ける建物あるいは地中構造物等の構造物に対する浮力を、重りのためのコンクリート、あるいは地盤アンカー、あるいは杭を用いずに、且つ、地下水を抜くためのシールドトンネルを必要とすることなく、抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明を建物に適用した場合を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は本発明を地中構造物に適用した場合を模式的に示す断面図である。
【図２】（Ａ）止水壁を地下外壁と別体に設けた場合の雨水等の浸入を示す説明図であり、（Ｂ）は地下外壁を止水壁と兼用させた構成を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は地下水集水用のピットを設けた浮力抑制構造を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の機能状況を示す断面説明図である。
【図４】地下水の水圧による建物に与える浮力の作用状況を示す説明図である。
【図５】構造物に対しての浮力対策としての従来法のうち、（Ａ）は重りのためのコンクリートを増し打ちする方法、（Ｂ）は地盤アンカーによる方法、（Ｃ）は杭による方法をそれぞれ模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１建物
１ａ地中部分
２地下水位
３基礎底部
４コンクリートの重り
５地盤アンカー
６杭
１０構造物
１０ａ建物
１１地中部分
１２基礎底盤
１３止水壁
１４不透水性土層
１５ａ地盤
１５ｂ地盤
１６ａ地下水位
１６ｂ地下水位
１７地下外壁
２０地下水集水空間
２０ａピット
２１凹部
２２コンクリート底部
２３透水層
２４集水管
３１水位探知機
３２水中ポンプ

Claims

地下水により構造物の地中部分に働く浮力を抑制する構造物の浮力抑制構造であって、
前記構造物は地上部分と地中部分とを有し、
前記地中部分を囲み、下端を不透水性土層あるいは難透水性土層に通した止水壁に兼用される同一の壁厚で一体に延長される前記構造物の地下外壁と、
前記地下外壁に囲まれた前記地中部分に設けられ、且つ前記構造物の基礎底盤の直下に設けられ直上に前記地中部分を有する前記地下水を溜められる凹部を有した地下水集水空間としての地下ピットと、
前記地下ピットの底面は、前記地下ピットと地盤との間に介在させられた人工的な透水層に接し、前記人工的な透水層内には管壁に透水孔を有する集水管が管端を前記凹部内に開口させて埋設配管され、前記透水層と前記集水管とを利用して前記地下ピット内に集水する集水手段と、
前記地下水集水空間としての地下ピット内に溜められた地下水を排出する排水手段とを有することを特徴とする構造物の浮力抑制構造。
請求項１記載の構造物の浮力抑制構造において、
前記排水手段は、前記地下水集水空間に設けた水位探知機と、前記水位探知機で検知された設定水位で排水を行う排水ポンプとを有することを特徴とする構造物の浮力抑制構造。