JP4716955B2 - 沈下基礎修復用膨張型鋼管 - Google Patents

Description

本発明は、建物等を構築した基礎が沈下した際の建物等の基礎を元のレベルまでリフトアップして戻すための沈下基礎修復用の膨張型鋼管に関する。

例えば、後背湿地，臨海埋立地，三角洲低地，おぼれ谷，海岸砂洲等を構成する地盤は、泥炭質の地盤や圧密の進行の遅い地盤等によって形成されていることから、軟弱地盤となっている場合が多い。このような軟弱地盤は、地盤保持力が小さく、また引続き圧密沈下を生じやすいことから、軟弱地盤の上方に建物等の構造物を構築した場合には、構築された構造物に不同沈下（不等沈下）等の沈下が生じやすい。

建物等の構造物に沈下が生じた際の修復手段としては、例えば特許文献１に見られるように、沈下が生じた部分を基礎とともにジャッキを用いてリフトアップし、リフトアップすることにより生じた基礎と基礎地盤との間の隙間に、モルタルやグラウト等を充填固化する手法が採用されている。
しかしながら、この手法は、設置面積の狭い基礎に、設計時に想定していない過度の負荷を負わせるために、基礎を破壊するおそれがあるばかりでなく、作業そのものにも意外に手間を要している。
そこで、本出願人の一部は、予め扁平にプレスした鋼管を膨張させ、元の丸形状に戻る際の変位を利用して、沈下基礎を修復させる技術を特許文献２として提案した。
特開２０００−８３９８号公報 特願２００５−３５１９０６号

特許文献２で提案した手法は、基礎地盤の表層部分に設けた受圧盤と建物の基礎との間の建物の沈下が予想される部分に、予め扁平にプレスされた膨張型鋼管を配設し、この膨張型鋼管に膨張用流体を圧入して扁平化された断面形状から元の断面形状に戻るように前記膨張型鋼管を膨張変形させることにより前記基礎を押し上げて、建物の沈下を修復しようとするものである。
また、前記特許文献２では、扁平にプレスされた膨張型鋼管に代わって、本出願人の一人が特開２００３−２０６６９８号公報で提案している、中空内部に外周面の一部を折り込んだ凹型の断面形状を有する膨張型異形管からなる膨張型鋼管が用いられ得ることも紹介されている。

しかしながら、扁平にプレスされた断面形状を有するもの、或いは中空内部に外周面の一部を折り込んだ凹型の断面形状を有する膨張型鋼管を用いても、膨張量、すなわち鋼管の膨張に伴う沈下基礎の回復量には限界がある。高い回復高さを確保しようとすると、前記のような膨張型鋼管を、２段或いはそれ以上の段数に重ねて配設する必要があり、施工が難しくなり、結果的にコストも高くなってしまう。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、形状を工夫することにより、膨張量、すなわち沈下基礎の回復量を大きくすることが可能な沈下基礎修復用膨張型鋼管を提供することを目的とする。

本発明の沈下基礎修復用膨張型鋼管は、その目的を達成するため、両端に高水圧の付加によって変形することのない強度を有する円筒形のスリーブが装着された水密構造を有する異形の管体からなり、当該管体長手方向のいずれの断面においてもその周長がほぼ同じであり、かつ当該管体はスリーブに隣接する部位では凹型断面で、スリーブに隣接する部位を除いた部分では扁平化された断面で構成されているとともに、前記スリーブの一方に注入孔が設けられた構造を有し、前記注入孔からの高圧水の注入による前記扁平化断面部の円形断面への膨張変形時の管断面高さの増大を利用することを特徴とする。

本発明によれば、沈下基礎修復用膨張型鋼管を、その両端に水密構造とするためのスリーブが装着され、スリーブ間に膨張用の扁平化された断面を有する異形の鋼管から構成している。このため、前記スリーブの内の一方に設けられた注水孔から高圧水を注入することによって前記扁平化された断面部を円形断面へ膨張変形させる際に発現する管断面高さの増大を有効に活用することができ、従来のものと比べてリフトアップ高さ、すなわち、沈下基礎の修復高さを格段に高くすることができる。

先にも記載したように、本出願人の一部は、扁平にプレスされた断面形状を有する膨張型鋼管、或いは中空内部に外周面の一部を折り込んだ凹型の断面形状を有する膨張型鋼管を用いて当該膨張型鋼管を膨張させ、沈下基礎を修復する技術を提案した。しかしながら、当該技術を用いても、膨張量、すなわち鋼管の膨張に伴う沈下基礎の回復量には限界がある。
そこで、本発明者等は、沈下基礎修復用膨張型鋼管の膨張量、すなわち沈下基礎の回復量を大きくすることが可能な形状について種々検討を重ねてきた。
その結果、沈下基礎修復用膨張型鋼管として、膨張用凹部を有する異形管を予め膨張させた後にプレス成形により扁平化させた断面形状にしたものを用いれば、膨張量、すなわち鋼管の膨張に伴う沈下基礎の回復量を大幅に増大することができることを見出した。
以下にその詳細を説明する。

本出願人の一部は、一端に水密用スリーブが装着され、他端に高圧水供給源に連結するための注水孔を有するスリーブが装着され、軸方向に延びる膨張用凹部を１以上有する中空体からなるロックボルトを提案している。軸方向に延びる膨張用の凹部を、中空内部に外周面の一部を折り込んだ断面凹型形状を備えたものとし、中空の内部に高圧水を注入して凹部を元の断面形状に戻すように膨張変形させ、このときの膨張力により鋼管の外周面を岩盤に穿った孔の内壁面に押し当てて地山に拘束力を付与しようとするものである。

本発明も、基本的にはこの形状の膨張型異形管を用いるものではあるが、このままでは前記したように沈下基礎の回復量を大きくすることができない。
そこで、本発明は、前記した膨張型の異形管を一旦膨張させて径を拡大した後に、上下よりプレス圧を加えて扁平化した断面形状としたものである（図１参照）。このため、スリーブ間の形状は、管体長手方向のいずれの断面においてもその周長がほぼ同じであり、かつ当該管体の断面形状はスリーブに隣接する部位では異形管の断面である凹型のままであり、スリーブに隣接する部位を除いた部分は図２に示されるような扁平化された断面となっている。

ここで、「その周長がほぼ同じ」と記載した理由は、次の通りである。膨張用凹部を有する異形管は、その周長はどの断面でも同じである。そして完全に元の径の円形断面まで膨張させたときも、その周長はどの断面でも同じである。しかし、本発明では、元の径以上に膨張させた後に扁平化させたものでもよい。この場合、周長はどの断面でも同じにならず、膨張量の多い部分はスリーブ隣接部に比べて僅かに長くなっている。本発明は、このような態様をも包含するものである。
このように、膨張用凹部を有する異形管を一旦膨張させて円形断面にした後に、プレスにより扁平化した断面形状することにより、単に凹部を有する異形管を用いた場合と比べて膨張高さ、すなわち、沈下基礎の回復量を格段に大きくすることが可能になる。

次に、本発明膨張型鋼管と比較例としての膨張型異形管を膨張させたときの膨張高さの違いを、同一径の素管を用いた一例で紹介する。
板厚２ｍｍの鋼板を素材とし、高周波誘導溶接により外径５４ｍｍのパイプに成形した後、直ちに外径約３６ｍｍの凹型断面を有する異形鋼管を成形した。
この異形鋼管を長さ２ｍに切断し、両管端約１００ｍｍ分を縮管金型にて直径３３ｍｍに縮管した後、一端に封止側スリーブとして外径３８．１ｍｍ，肉厚２．５５ｍｍ，長さ７０ｍｍのパイプを被せ、さらにポンチ圧入箇所にポンチを圧入することによって管端部を封止側スリーブに沿った密着扁平状態に成形し、溶接により封止した。縮管した異形鋼管の他端にも、同様に注水側スリーブを形成するために外径４１ｍｍ，肉厚４ｍｍ，長さ７０ｍｍのパイプを被せ、さらに管端の開口にポンチを圧入することによりパイプ内壁に沿った密着扁平状態に形成し、溶接により封止した後、注水側スリーブ先端より約２５ｍｍの位置で異形管の凹部を避けて径約３ｍｍの高圧水注入孔をスリーブの肉厚４ｍｍ及び異形管の肉厚２ｍｍを貫通するように穿設して、本発明の膨張型鋼管を作製した。

比較例としては、上記で製造された膨張型異形管をそのまま用いた。
本発明例では、上記で製造された膨張型異形管の注水側スリーブから、膨張用の加圧水を付加し、最終的には２５ＭＰａにまで加圧して異形管の中ほど部を元の５４ｍｍの径まで膨張させた後に、膨張させた管の中ほど部をプレス装置に挟み、当該部分を厚さ１５ｍｍまで押圧し扁平化した。
両者を比較すると、本発明の円形断面に膨張された後に扁平化された膨張型鋼管では、膨張により、５４ｍｍ−１５ｍｍ＝３９ｍｍの膨張高さを確保することができるのに対して、比較例である断面凹型のままの膨張型異形管では、膨張により、５４ｍｍ−３６ｍｍ＝１８ｍｍの膨張高さしか確保することができない。

なお、本発明の膨張型異形管の素管としては、耐食性を向上させるために内外両面に金属めっきが施されためっき鋼管を使用することが好ましい。
金属めっきとしては、Ｚｎ系めっき，Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき（Ｚｎ−５％Ａｌめっき，Ｚｎ−５５％Ａｌ系めっき等），Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきされたものが好ましいが、特にＭｇ：０．０５〜１０質量％，Ａｌ：４〜２２質量％，残部Ｚｎ及び不可避的不純物からなるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが施されたものが好ましい。

上記事例では、一旦５４ｍｍの径の円形断面まで膨張させた後に、厚さ１５ｍｍまでの扁平断面に押圧している。この事例では、扁平化断面部の長径に対する短径の比率は５.３３になっている。この比率を大きくするほど、いわゆる基礎のリフトアップ高さを高くすることができるが、材料自身に対する変形時の負荷が大きくなって膨張時に破裂するおそれがある。また、この比率が小さいとリフトアップ効果は少ない。
両者を勘案すると、扁平化比率は４〜９程度とすることが好ましい。

次に、本発明の沈下基礎修復用膨張型鋼管を製造する方法について説明する。基本的には前記で説明したロックボルトと同様な方法で、まず膨張用の異形管が製造される。
中空内部に外周面の一部を折り込んだ断面凹型形状の所定長の異形管を素管とし、その両端に高水圧の付加によって変形することのない強度を有する円筒形のスリーブを装着して水密構造を有する膨張用の管体を作製する。一方のスリーブに高圧水注入孔を穿ち、この注水孔から高圧水を注入して前記凹型断面部を膨張させた後に、膨張させた管の中ほど部分を上下に平坦面を有するプレス型に挿入して押圧成形し、前記管体長手方向のいずれの断面においてもその周長がほぼ同じであり、かつスリーブに隣接する部位では凹型断面で、中央部では扁平化された断面で構成された管体を得る。

中空内部に外周面の一部を折り込んだ断面凹型形状の膨張用異形管は、ロール成形法や、プレス成形法と引抜き法を組み合わせた方法等により成形される。
ロール成形法を採用した場合には、例えば次のような工程を経て製造される。
図３に見られるように、まず、（ａ）例えば高周波溶接法等で溶接された鋼管を準備し、（ｂ）凹異形管の凹部の周方向長さと、凹部以外の周方向長さにほぼ適合するように円弧の半径並びに角度を設定した大小２種類の凸曲面よりなる断面にロール成形する（第一工程）。その後、（ｃ）前記２種類の凸曲面の内の曲率半径の大きい面の中央表面から円盤状ロールを当て前記曲率半径の大きい面を管の内側に窪ませるようにロール成形する（第二工程）。その後さらに、（ｄ）、（ｅ）中央が窪み樋状に湾曲した断面の両側にロールを当て樋状開口部を狭めて管外径を小さくロール成形して（第三工程）、半径方向に窪ませたくぼみを軸方向にわたって長く形成した膨張型異形管を製造する。

このような方法で得られる異形管は、所定の長さに切断されて製造される。そして異形管の両端には端部開口を封止するスリーブが装着され、かつその内の一方に高圧水を注入する高圧水注入孔が穿たれる。
異形管の両端にスリーブを装着して封止するためには、次のような態様を採ることが好ましい。すなわち、図４に示すように、膨張用凹部を有する中空異形管Ｍの両端に、円筒形のスリーブＳを圧入して装着する。装着するスリーブとしては、使用時の耐食性を考慮すると、素管と同様、耐食性が良好なＺｎ系めっき，Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき（Ｚｎ−５％Ａｌめっき，Ｚｎ−５５％Ａｌ系めっき等），Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが施されためっき鋼管を用いることが好ましい。

次に、円筒形のスリーブＳを圧入して膨張型鋼管を構成する異形管Ｍ端部の内面を変形させるために、図５に示すように、円柱形状部２と円錐形状部３が一体に組み合わされた形状の押圧金具Ｄを異形管の端部開口から圧入する。なお、この押圧金具Ｄとして、スリーブ内径寸法から板厚の４倍の寸法を差し引いた寸法の外径を有する円筒形状部２を有するものを用いると、円柱形状部２の作用により管端部の鋼管壁をスリーブ内壁に沿った密着状態に変形させることができる。

押圧金具Ｄを抜いた後も、異形管Ｍの内面同士が、平坦部を形成して密着しているとともに、異形管Ｍの外面はスリーブＳの内面に密着されている。この状態で、異形管Ｍ同士及び異形管Ｍの管端とスリーブＳの内面を、例えばＣＯ₂アーク溶接等で接合し、接合部Ｗを形成する。その後、一方のスリーブＳと異形管Ｍを貫通して高圧水注入孔Ｈをドリル等で穿設する。
なお、異形管端部とスリーブを溶接接合した後に高圧水注入孔Ｈを設けるとき、異形管やスリーブの寸法精度の影響により、あるいは密閉して溶接する際の加工や溶接の影響を受けた歪みの発生により、スリーブ内面と異形管外面とが密着せず、両者の間に空隙が生じている場合がある。このため、スリーブＳと異形管Ｍの両者を貫通する流体注入孔Ｈの内壁を覆うように、中空の円筒状ピン（図示せず）を挿し込むことが好ましい。

上記のような態様で得られた断面凹型の異形管からなり、両端に先端側スリーブと注水側スリーブが装着・封止された膨張型異形管の前記注水側スリーブから高圧水を注入し、断面凹型の異形管を膨張させ、本来の円形断面形状に戻す。
その後、一旦膨張させた異形管の、建築物の沈下基礎の修復に用いる部分を、上下に平坦面を有するプレス型内に配置し上下からプレス成形し、前記修復に用いる部分を扁平化して、本発明の扁平化された断面形状の膨張型異形管を得る。

最後に、本発明による扁平化された断面形状の膨張型異形管を、建物建築時に建築物の基礎に予め組込む態様、及び基礎が沈下した後、沈下基礎を修復させる態様について説明する。
図７，８に示すような住宅建築物１１を基礎地盤１２の表層部分に設けた受圧盤１３の上に構築する際、住宅建築物１１の基礎１１ａと受圧盤１３の間に、扁平化された断面形状の本発明の沈下基礎修復用膨張型鋼管２０を、扁平化面を上下にして予め敷設しておく。そして、沈下基礎修復用膨張型鋼管２０を介在させた基礎１１ａの上に、住宅建築物１１を構築する。なお、図７，８では、住宅建築物１１について、躯体部分を省略して基礎１１ａのみを示している。また、住宅建築物１１の基礎１１ａは略矩形の平面形状を備えるように簡略化して示している。

沈下基礎修復用膨張型鋼管２０を介在させる箇所としては、予め沈下が予測される軟弱地盤上に盛土を施した部分等が挙げられるが、住宅建築物１１の基礎１１ａ全域に沈下基礎修復用膨張型鋼管２０を介在させておき、沈下した基礎領域のみ後述の膨張回復を利用することが好ましい。
配置された沈下基礎修復用膨張型鋼管２０の上方に基礎１１ａ及び住宅建築物１１を構築した後に、構築された住宅建築物１１に沈下が生じた際に、膨張型鋼管２０の内部に膨張用の高圧水を注入して当該膨張型鋼管２０を膨張変形させる。図膨張時に扁平状態から断面円形に変形することにより、受圧盤１３から基礎１１ａを押し上げ、受圧盤１３の沈下を回復させる。住宅建築物１１に沈下が局所的に進行し、住宅建築物１１が傾いた際にあっても、沈下が進行した領域の膨張型鋼管２０のみを沈下量に合せて膨張させれば、住宅建築物の傾きを修復することができる。

ところで、住宅構造物に不同沈下が生じ、例えば、６／１０００程度の許容範囲の傾きを超えて住宅建築物が傾いた際の沈下修復を適正に行うためには、好ましくは１００ｍｍ或いはそれ以上のリフトアップ量を確保できる垂直方向への変形量で膨張変形できるような設計を施す、すなわち素材鋼管径や扁平化率の適切な選択を行うことが好ましい。
前記したような板厚２ｍｍで外径５４ｍｍのパイプを素管とした断面凹型の異形管を膨張後に１５ｍｍの厚さまで扁平化された膨張型鋼管では、約３９ｍｍの膨張高さしか確保することができない。
このような場合には、必要とするリフトアップ量を確保するために、扁平化された膨張型鋼管を２段又は３段以上で積み重ねることが好ましい。

本発明沈下基礎修復用膨張型鋼管の形状を説明する斜視図 本発明沈下基礎修復用膨張型鋼管のＡ−Ａ断面図 変形していく際の断面形状変化を説明する図 スリーブを装着した異形管端部の形状を説明する図 管端に押圧金具を押し込み、異形管端部を変形させる態様を説明する図 膨張型鋼管の端部構造を説明する図 本発明沈下基礎修復用膨張型鋼管を施設した建物の要部を示す略示斜視図 本発明沈下基礎修復用膨張型鋼管を施設した建物の要部を示す略示部分断面図

Claims (1)

1. 両端に高水圧の付加によって変形することのない強度を有する円筒形のスリーブが装着された水密構造を有する異形の管体からなり、当該管体長手方向のいずれの断面においてもその周長がほぼ同じであり、かつ当該管体はスリーブに隣接する部位では凹型断面で、スリーブに隣接する部位を除いた部分では扁平化された断面で構成されているとともに、前記スリーブの一方に注入孔が設けられた構造を有し、前記注入孔からの高圧水の注入による前記扁平化断面部の円形断面への膨張変形時の管断面高さの増大を利用することを特徴とする沈下基礎修復用膨張型鋼管。

Images