JP4830589B2 - 芯材、ソイルセメント壁、ソイルセメント壁杭、ソイルセメント壁の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、建物の基礎構造の一部として用いることのできる地中連続壁、ソイルセメント壁、地中連続壁杭、ソイルセメント壁杭、場所打ちコンクリート杭及びこれらに埋設される芯材に関する。

従来より、建物の地下構造物を施工する場合は、地下構造物の外周に山留め壁を施工し、山留め壁で囲まれた内部を掘削していく工法が広く実施されている。山留め壁としては、ソイルセメント柱列壁や地中連続壁などが広く用いられており、これらの山留め壁は建物の構築後も撤去することなく、建物の外周の地中に埋設したまま残置している。

ところで、従来、このような山留め壁には基礎としての機能を期待していない。このため、建物の外周には山留め壁とは別に基礎杭を設けなければならず、これは非効率である。そこで、例えば特許文献１には、建物外周の要所位置において、山留め壁であるソイルセメント柱列壁のＨ鋼芯材の下端を支持層に到達するように形成し、ソイルセメント柱列壁の一部を基礎構造として用いる方法が記載されている。
特許第２７３６５４２号公報

特許文献１記載の方法では、ソイルセメント柱列壁の掘削孔一つ分のソイルを支持層まで到達させ、その中心に一本のＨ型鋼を埋設することで、ソイルセメントの柱を形成し、基礎杭の代わりとして用いている。しかし、上記の構成では、Ｈ型鋼に伝達された建物の荷重をソイルセメントに伝達する機構が設けられておらず、また、ソイルセメントの柱では鉛直荷重に対する強度が不十分であるため、建物の鉛直荷重を負担するために十分な鉛直方向及び水平方向の強度を得ることは難しい。

そこで、本発明の目的は、経済性、施工性がよく、基礎構造の一部として鉛直方向荷重を負担させることの可能なソイルセメント壁及びこれらに用いられる芯材を提供することである。

本発明の芯材は、ソイルセメント壁に埋設されて用いられる芯材であって、
鉛直方向に延びるＨ型鋼のウェブの両面にアングル材の断面く字状両端部を、該アングル材により形成される凸部が、その上方から頂部に向けて高さが次第に増加し、頂部から下方に向けて高さが次第に減少するように取り付けたことを特徴とする。また、本発明の芯材は、ソイルセメント壁に埋設されて用いられる芯材であって、横方向に並ぶように配置された、鉛直方向に延びる複数のＨ型鋼と、これらＨ型鋼を壁面両側で連結する横方向に延びる鋼材とを備え、前記Ｈ型鋼のウェブの両面にアングル材の断面く字状両端部を、該アングル材により形成される凸部が、その上方から頂部に向けて高さが次第に増加し、頂部から下方に向けて高さが次第に減少するように取り付けたことを特徴とする。

上記の芯材において、前記凸部は、前記鉄骨部材の支持層に相当する位置に設けられていてもよい。
上記の芯材をソイルセメント壁に用いることにより、芯材の凸部に支圧力が作用するため、芯材に作用する建物の荷重を確実に、支持層に伝達することができる。このため、この芯材を用いたソイルセメント壁を基礎構造の一部として用いることができる。

本発明のソイルセメント壁は、上記の芯材が埋設されていることを特徴とする。また、本発明のソイルセメント壁杭は、上記の芯材が埋設され、下端が支持層まで到達し、支持層内のソイルセメントが高強度ソイルセメントで構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、ソイルセメント壁の構築方法であって、地盤中にソイルセメントを形成し、このソイルセメントが硬化する前に、上記芯材を前記ソイルセメントに挿入することを特徴とする。

本発明によれば、芯材に伝達された建物の荷重をソイルセメントに確実に伝達することができるため、この芯材を用いることで地中壁を基礎構造の一部として用いることができる。これにより、建物の外周近傍の基礎杭の一部を減らすことができ、基礎杭の施工にかかっていたコストや施工期間を減らすことができる。

以下、本発明に係る芯材の一実施形態を、ソイルセメント壁が備える壁杭部の芯材として用いた場合を例として図面を参照しながら説明する。
図１は、ソイルセメント壁１０の配置を示す水平方向断面図であり、図２は、図１におけるII−II’断面図であり、図３は、図１におけるIII−III’断面図である。図１〜図３に示すように、ソイルセメント壁１０は、建物２の地下部分の外周を囲むように設けられており、適宜間隔をあけて先端が支持層３まで到達する壁杭部２０を備える。ソイルセメント壁１０の壁杭部２０以外の部分は、通常のソイルセメント壁１０と同様に、ソイルセメント１３と、ソイルセメント１３に埋設されたＨ型鋼１２とで構成される。

図４は、壁杭部２０の詳細構成を示す水平方向断面図である。同図に示すように、壁杭部２０は、ソイルセメント１３と、ソイルセメント１３に埋設された芯材１１とで構成される。壁杭部２０の支持層３に相当する深さの部位のソイルセメント１３は高強度ソイルセメント１６からなり、その他の部分は普通強度のソイルセメントにより構成されている。なお、高強度ソイルセメント１６は、普通強度のソイルセメントに比べて土砂に対するセメント量の割合を増加させることにより形成され、４［Ｎ／ｍｍ^２］〜２０［Ｎ／ｍｍ^２］程度の強度を有するソイルセメントである。

図５は、壁杭部２０に埋設された芯材１１を示す図であり、同図（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図である。同図に示すように、芯材１１は、横方向に並べられた鉛直方向に延びる複数のＨ型鋼１２と、これら複数のＨ型鋼１２を連結するようにＨ型鋼１２の両フランジ面１２Ａに取り付けられた鋼板１４とを備える。

図６は、芯材１１を構成するＨ型鋼１２を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は、鉛直方向断面図、（Ｃ）は正面図である。同図に示すように、Ｈ型鋼１２のウェブ１２Ｂの表面には、水平方向に延びる凸部１５が形成されている。この凸部１５は、例えばアングル材をＨ型鋼１２のウェブ１２Ｂの表面に水平向きに溶接することにより形成することができる。このように形成された凸部１５は、その上方から頂部に向けて高さが次第に増加し、頂部から下方に向けて高さが次第に減少する構成となる。なお、この凸部１５はＨ型鋼１２のウェブ１２Ｂの表面の少なくとも支持層３に相当する部分に取り付けられていればよいが、図３では凸部１５が支持層３より上方の地盤内にも設けた例を示している。

通常のソイルセメント壁（つまりソイルセメント壁１０の２０以外の部分）は、地盤を掘削することで発生した掘削土に掘削機の先端より噴出されたセメントミルクを混合撹拌してソイルセメントを形成し、このソイルセメントが硬化する前に芯材となるＨ型鋼を挿入することにより構築される。
本実施形態のソイルセメント壁１０の壁杭部２０を構築する場合には、支持層３に相当する部分の土砂を掘削する際に、掘削した土砂に混合するセメントミルクのセメント量を増加させる。これにより、壁杭部２０の支持層３に相当する部分のソイルセメントを高強度ソイルセメントとすることができる。なお、芯材１１は、予め、地上において、複数のＨ型鋼１２を鋼鈑１４により連結しておき、これをソイルセメント１３に埋設すればよい。

ここで、上述したように、Ｈ型鋼１２の凸部１５はその上下から頂部に向けて次第に高さが増加する形状であるため、芯材１１をソイルセメント１３内に挿入する際に抵抗とならず、容易に挿入することができるとともに、凸部１５の下部に空気が入り込むことを防止し、さらに、ソイルセメント１３が硬化する際に生じるブリージングやスライムが凸部１５の下部に残留するのを防止できる。

図７は、壁杭部２０に作用する力が芯材１１により支持層３に伝達される力の流れを示す図である。同図に示すように、建物２の荷重は鉛直下向きに壁杭部２０の芯材１１のＨ型鋼１２に伝達される。この荷重により、表面に設けられた凸部１５と高強度ソイルセメント１６との間に支圧力が作用し、この支圧力により建物の鉛直荷重が高強度ソイルセメント１６に伝達される。高強度ソイルセメント１６は支持層３まで到達しているため、建物２の荷重は高強度ソイルセメント１６から支持層３に伝達される。

このように、本実施形態のソイルセメント壁１０は支持層３まで達する壁杭部２０を備えるとともに、この壁杭部２０に埋設されたＨ型鋼１２が凸部１５を有することで、基礎杭と同様に、建物２の荷重を支持層３に伝達することができる。なお、Ｈ型鋼１２には、支圧力により互いに離れる方向に力が作用するが、Ｈ型鋼１２同士が鋼板１４により連結されているため、この力に抵抗することができる。

以上説明したように、本実施形態のソイルセメント壁１０によれば基礎杭と同様に建物２の鉛直荷重を支持層３に伝達することができるため、基礎構造の一部として用いることができる。以下、本実施形態のソイルセメント壁１０を用いた基礎構造を説明する。
図８は、比較例として、従来の基礎構造３０を示す断面図である。また、図９は、本実施形態のソイルセメント壁１０を用いた基礎構造４０を示す図である。図８に示すように、従来の基礎構造３０では、所定の間隔ごとに基礎杭３１が設けられており、これらの基礎杭３１を介して建物２の鉛直荷重を支持層３に伝達している。

これに対して、図９に示すように、本実施形態の基礎構造４０は、基礎杭４１に加えて、建物２の外周にソイルセメント壁１０を備える。上述したように、ソイルセメント壁１０の壁杭部２０は建物２の鉛直荷重を支持層３に伝達することができる。したがって、従来の基礎構造３０において、建物２の外周近傍の基礎杭３１が負担していた荷重をソイルセメント壁１０の壁杭部２０に負担させることができるため、建物２の外周近傍の基礎杭４１を省略することができる。
このように、本実施形態のソイルセメント壁１０を備えた基礎構造４０によれば、従来の基礎構造３０における外周近傍の基礎杭を省略することができるため、費用の削減及び工期の短縮が可能となる。また、根切りを行う際は、ソイルセメント壁１０を山留め壁として用い、ソイルセメント壁１０の内部の掘削を行うことができる。そのため、仮設である山留め壁を再利用することができるため、工費を削減することが可能である。

なお、上記の実施形態では、Ｈ型鋼１２の表面に凸部１５のみを設ける構成としたが、これに加えて、図１０に示すように、スタッド１７を打設してもよい。上述したように、Ｈ型鋼１２の凸部１５において支圧力が発生し、この支圧力によりＨ型鋼１２と高強度ソイルセメント１６とを離間させる方向に力が作用するが、スタッド１７によりＨ型鋼１２と高強度ソイルセメント１６とが一体化することで、この力に抵抗することができる。すなわち、スタッド１７を設けることにより、凸部１５の支圧力によってＨ型鋼１２と高強度ソイルセメント１６を離間させる向きの力を打ち消すことができる。

また、上記の実施形態では、芯材１１を構成する鉄骨部材としてＨ型鋼１２を用いているが、これに限らず、鋼管などを用いてもよく、鋼管の表面に凸部を設けることにより同様の効果が得られる。

また、上記の実施形態では、芯材１１が複数のＨ型鋼１２を鋼板１４で連結した構成としたが、これに限らず、表面に凸部を有するＨ型鋼が連結されることなく独立した構成としてもよい。このような構成でも、凸部と高強度ソイルセメントとの間で支圧力が作用するため、Ｈ型鋼に作用する建物の荷重を高強度ソイルセメントに伝達することができる。

また、本実施形態では、本発明の芯材をソイルセメント壁の壁杭部に埋設した場合について説明したが、これに限らず、本発明の芯材は壁杭部が設けられていないソイルセメント壁に埋設してもよい。また、本発明の芯材が適用できるのは上述したソイルセメント壁に限られず、ソイルセメント柱列壁にも用いることができる。
さらに、本発明の芯材はソイルセメント柱列壁に壁杭部を設けた場合にも用いることができ、壁杭部に本発明の芯材を埋設することにより、ソイルセメント柱列壁を基礎構造の一部として用いることができる。

本実施形態のソイルセメント壁の配置を示す水平方向断面図である。 図１におけるII−II´断面図である。 図１におけるIII−III´断面図である。 壁杭部の構成を示す断面図である。 壁杭部に埋設された芯材を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図である。 芯材に用いられているＨ型鋼を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は正面図である。 芯材による荷重の伝達を示す図である。 従来の基礎構造を示す断面図である。 本実施形態の基礎構造を示す断面図である。 芯材に用いられる、表面にスタッドの取り付けられたＨ型鋼を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は正面図である。

符号の説明

２ 建物 ３ 支持層
１０ ソイルセメント壁 １１ 芯材
１２ Ｈ型鋼 １３ ソイルセメント
１４ 鋼板 １５ 凸部
１６ 高強度ソイルセメント １７ スタッド
２０ 壁杭部 ３０ 従来の基礎構造
３１ 基礎杭 ４０ 基礎構造
４１ 基礎杭

Claims (6)

1. ソイルセメント壁に埋設されて用いられる芯材であって、
   鉛直方向に延びるＨ型鋼のウェブの両面にアングル材の断面く字状の両端部を、該アングル材により形成される凸部が、その上方から頂部に向けて高さが次第に増加し、頂部から下方に向けて高さが次第に減少するように取り付けたことを特徴とする芯材。
2. ソイルセメント壁に埋設されて用いられる芯材であって、
   横方向に並ぶように配置された、鉛直方向に延びる複数のＨ型鋼と、
   これらＨ型鋼を壁面両側で連結する横方向に延びる鋼材とを備え、
   前記Ｈ型鋼のウェブの両面にアングル材の断面く字状両端部を、該アングル材により形成される凸部が、その上方から頂部に向けて高さが次第に増加し、頂部から下方に向けて高さが次第に減少するように取り付けたことを特徴とする芯材。
3. 前記凸部は、前記Ｈ型鋼の支持層に相当する位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の芯材。
4. 請求項１から３何れかに記載の芯材が埋設されたソイルセメント壁。
5. 請求項１から３何れかに記載の芯材が埋設され、下端が支持層まで到達し、支持層内のソイルセメントが高強度ソイルセメントで構成されていることを特徴とするソイルセメント壁杭。
6. 地盤中にソイルセメントを形成し、このソイルセメントが硬化する前に、請求項１〜３何れかに記載の芯材を前記ソイルセメントに挿入することを特徴とするソイルセメント壁の構築方法。