JP4993131B2

JP4993131B2 - 既設構造物の基礎補強工法

Info

Publication number: JP4993131B2
Application number: JP2008052019A
Authority: JP
Inventors: 孝範木村; 良広高野; 祐輝山田; 恭平辻本; 博美市丸; 秀俊武方; 達廣古長
Original assignee: Nippon Steel Corp; Okumura Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Okumura Corp
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2028-03-03
Also published as: JP2009209547A

Description

本発明は、既設構造物の改修で構造物の重量が増大する場合等に必要になる基礎の補強に好適な既設構造物の基礎補強工法に関する。

既設構造物の改修で構造物の重量が増大し、既設の杭基礎の鉛直支持力が改修後の構造物の重量に対し不足する場合には、基礎の補強が必要になる。このような基礎の補強工法として従来一般的に採用されているのは、既設構造物の周辺の地盤に増し杭を打ち込み、既設構造物の底部外周に増し杭の上端に載る張り出し部を構築して、基礎を拡大する工法である（例えば、特許文献１参照）。

この工法は、構造物の荷重を張り出し部を介して増し杭に伝達することにより、構造物の重量増加分を増し杭で支持させるものである。然し、新たに構築する張り出し部を介して増し杭に的確に荷重を伝達することは困難であり、既設の基礎杭に過大な荷重が作用してしまう虞があって、信頼性に欠ける。また、既設構造物の周辺に杭打ち機を搬入して増し杭の打ち込み作業を行う関係で、既設構造物の使用が制限される。
特開２００５−２４０２９７号公報

本発明は、以上の点に鑑み、既設構造物の使用を制限することなく、構造物の重量増に確実に耐えられるように基礎を補強できるようにした既設構造物の基礎補強工法を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、既設構造物の基礎を補強する工法であって、既設構造物の基礎になっている複数本の既設の基礎杭から所定の１本以上の基礎杭を補強対象杭として選択し、既設構造物の直下の地盤に既設構造物の底面に沿って補強対象杭に達する横穴を掘削して、補強対象杭の上部を横穴内に露出させる工程と、補強対象杭の周囲の地盤を横穴から下方に掘り進めて、補強対象杭より大径の拡径穴を掘削する工程と、拡径穴と横穴内に露出する補強対象杭の上部周囲とにコンクリートを打設して、補強対象杭の周囲にコンクリートによる拡径補強部を構築する工程とを備え、拡径穴を掘削する工程では、補強対象杭の周囲の地盤に既設構造物の底面を反力受け面として筒状の支保材を圧入しつつ、支保材と補強対象杭との間の地盤を掘削することを特徴とする。

本発明によれば、補強対象杭を拡径補強部で補強して、その鉛直支持力を高めることができる。そして、補強対象杭は既設の基礎杭から選択されるため、構造物の荷重の補強対象杭への伝達不良は生じず、補強対象杭で構造物の重量増加分が確実に支持される。従って、構造物の重量増に耐えられるように基礎を確実に補強できる。また、基礎補強の殆どの作業は既設構造物の底面下で行われるため、既設構造物を基礎補強工事中も支障なく使用できる。

ここで、拡径穴の掘削時には、補強対象杭が地盤による周囲からの支持を失う。然し、本発明では、筒状の支保材の地盤への圧入反力が既設構造物の底面に作用するため、補強対象杭に作用する既設構造物からの荷重が軽減され、補強対象杭の座屈といった不具合は生じない。

更に、本発明によれば、拡径穴を補強対象杭の下端が打ち込まれている支持層まで掘り進めることにより、支持層を目視確認できる。従って、支持層が不均一で補強対象杭が支持層で十分に支持されていない場合には、支持力が高められるように適切な対策を講ずることができ、基礎補強の確実性が担保される。

また、本発明においては、支保材と補強対象杭との間に水を注入し、支保材と補強対象杭との間の地盤を水中掘削機を用いて水中掘削することが望ましい。これによれば、支保材と補強対象杭との間の地盤が軟らかくなって掘削しやすくなると共に、掘削土を泥水としてバキューム方式で掘削と同時に排出可能になる。その結果、拡径穴を能率良く掘削でき、工期の短縮を図ることができる。

この場合、水中掘削機は、補強対象杭をガイドにして上下動自在であることが望ましい。これによれば、水中掘削機を上下動させるためのガイドを別途設ける必要がなく、工費の削減を図ることができる。

また、本発明においては、拡径補強部を構築した後、横穴にコンクリートを打設して、地中梁を構築する工程を備えることが望ましい。これによれば、水平荷重に対する耐力が強化され、耐震性が向上する。

図１（ａ）（ｂ）を参照して、１は地盤Ｆ１に打ち込まれた鋼管杭等の基礎杭、２は基礎杭１を基礎としてその上に建造された既設構造物を示している。尚、基礎杭１は等ピッチで複数本設けられており、その下端は岩盤等の支持層Ｆ２に打ち込まれている。以下、この既設構造物２の改修で構造物２の重量が増加する場合に行う基礎補強工法について説明する。

この基礎補強工法では、複数本の既設の基礎杭１から重量配分を考慮して１本以上の基礎杭１を補強対象杭１Ｈとして選択し、補強対象杭１Ｈを拡径して補強する。本実施形態では、図１（ｂ）の＃１〜＃９の９本の基礎杭１が補強対象杭１Ｈとして選択されている。

基礎の補強に際しては、先ず、基礎杭１の既設範囲の一方の側部に隣接させて、既設構造物２の底面２ａよりも深い立穴３を掘削する。次に、既設構造物２の直下の基礎杭１の既設範囲の地盤Ｆ１を既設構造物２の底面２ａから所定深さの部分に亘り立穴３からの薬液注入により硬化させる。

次に、図２（ａ）に示す如く、既設構造物２の直下の薬液注入で硬化された地盤Ｆ１に既設構造物２の底面２ａに沿って立穴３から＃１の補強対象杭１Ｈに達する第１の横穴４_１を掘削し、＃１の補強対象杭１Ｈの上部を横穴４_１内に露出させる。尚、横穴４_１は、基礎杭１の実際の配列を目視確認できるように、＃２と＃３の補強対象杭１Ｈを含む複数の基礎杭１の脇を通るように掘削される。また、横穴４_１に隣接する基礎杭１に土圧による偏荷重が作用しないように横穴４_１の壁面に支保工（図示せず）を設置する。

次に、図２（ｂ）に示す如く、＃１の補強対象杭１Ｈの周囲の地盤Ｆ１を横穴４_１から下方に掘り進めて、補強対象杭１Ｈより大径の拡径穴５を支持層Ｆ２に達するように掘削する。

拡径穴５の掘削工程では、図３に示す如く、既設構造物２の底面に装着した複数のジャッキ６ａを備える圧入装置６により筒状の支保材７を既設構造物２の底面２ａを反力受け面として補強対象杭１Ｈの周囲の地盤に圧入しつつ、支保材７と補強対象杭１Ｈとの間に水を注入して、両者７，１Ｈの地盤Ｆ１を水中掘削機８を用いて水中掘削する。尚、支保材７はその構成単位となる短筒状のセグメント７ａを順に積み重ねながら地盤Ｆ１に圧入される。また、セグメント７ａは、周方向に分割された複数の鋼板を横穴４_１内に露出する補強対象杭１Ｈの上部を囲うように連結して組立てられる。

ところで、拡径穴５の掘削時には、補強対象杭１Ｈが地盤Ｆ１による周囲からの支持を失い、座屈しやすくなる。然し、本実施形態では、支保材７の地盤Ｆ１への圧入反力が既設構造物２の底面２ａに作用するため、補強対象杭１Ｈに作用する既設構造物２からの荷重が軽減され、補強対象杭１Ｈの座屈が防止される。

水中掘削機８は、上下方向に長手の機体８１と、機体８１の下端にシリンダ８２ａにより揺動されるように連結した揺動枠８２と、揺動枠８２にモータ８３ａで回転駆動されるように取付けた掘削ヘッド８３と、機体８１に挿通された、掘削土を泥水として吸い上げるバキュームパイプ８４とを備えている。そして、揺動枠８２の揺動により掘削ヘッド８３を首振り動作させて、所定範囲の掘削を行うことができるようになっている。

また、水中掘削機８は、補強対象杭１Ｈをガイドにして上下動する。この点を図３乃至図５を参照して詳述する。補強対象杭１Ｈには、シリンダ８５ａにより上下方向に接近離反動作される上下一対のリング状のフレーム８５，８５が外挿されている。各フレーム８５の周方向複数箇所には、補強対象杭１Ｈの外周面に圧接可能なグリッパジャッキ８５ｂが設けられている。図３に示す状態から上側のフレーム８５をそのグリッパジャッキ８６ｂの作動で補強対象杭１Ｈに拘束して、シリンダ８５ａにより下側のフレーム８５を下降させ、次に下側のフレーム８５をそのグリッパジャッキ８５ｂの作動で補強対象杭１Ｈに拘束して、シリンダ８５ａにより上側のフレーム８５を下降させる動作を繰り返すことにより、上下のフレーム８５，８５が対となって補強対象杭１Ｈに対し下方に歩進し、上記とは逆の動作を繰り返すことにより、上下のフレーム８５，８５が対となって補強対象杭１Ｈに対し上方に歩進する。

各フレーム８５には、各フレーム８５に搭載したモータ８６ａによりラックピニオン機構８６ｂを介して各フレーム８５に対し旋回する旋回リング８６が担持されている。そして、水中掘削機８の機体８１に上下方向に摺動自在に上下一対の支持リング８７，８７を外挿し、上側の支持リング８７を上側のフレーム８５に担持される上側の旋回リング８６に連結し、下側の支持リング８７を下側のフレーム８５に担持される下側の旋回リング８６に連結している。また、下側の支持リング８７に対し機体８１をシリンダ８１ａにより上下動自在としている。

尚、各フレーム８５と各旋回リング８６は夫々円弧状の２部材で構成されている。そして、２部材を両者の一端部でヒンジ結合し、補強対象杭１Ｈを２部材間に挟み込んだ後、２部材の他端部に設けたフランジ８５ｃ，８６ｃを結合することで、フレーム８５及び旋回フレーム８６が補強対象杭１Ｈに外挿されるようにしている。

水中掘削機８は、上下のフレーム８５，８５の下方への歩進動作によりが補強対象杭１Ｈをガイドにして下動する。そして、上下のフレーム８５，８５をグリッパジャッキ８５ｂの作動により補強対象杭１Ｈに拘束した状態で、下側の支持リング８７に対し機体８１をシリンダ８１ａで引き下げることにより、掘削ヘッド８３に下方への推進力が与えられ、地盤Ｆ１が下方に掘り進められる。また、上下の旋回フレーム８６，８６の旋回動作により水中掘削機８が補強対象杭１Ｈを中心にして旋回し、補強対象杭１Ｈの周囲全周に亘る掘削が行われる。

このように水中掘削機８を補強対象杭１Ｈをガイドにして上下動自在とすれば、水中掘削機８を上下動させるためのガイドを別途設ける必要がなく、工費の削減を図ることができる。また、水中掘削を行うことにより、支保材７と補強対象杭１Ｈとの間の地盤Ｆ１が軟らかくなって掘削しやすくなると共に、掘削土を泥水としてバキューム方式で掘削と同時に排出可能になる。その結果、拡径穴５を能率良く掘削でき、工期の短縮を図ることができる。

拡径穴５の掘削が完了したときは、支持層Ｆ２を目視確認する。そして、支持層Ｆ２が不均一で補強対象杭１Ｈが支持層Ｆ２で十分に支持されていない場合には、支持力が高められるように適切な対策を講ずる。また、補強対象杭１Ｈの状態を目視確認し、劣化が進行している場合等はその補修を行う。

次に、図２（ｃ）に示す如く、拡径穴５（図２（ｂ）参照）と横穴４_１内に露出する補強対象杭１Ｈの上部周囲とにコンクリートを打設して、補強対象杭１Ｈの周囲にコンクリートによる拡径補強部９を構築する。尚、拡径補強部９の最上端部は、既設構造物２の底面との間にジャッキを入れて拡径補強部９にプレストレスを加え、この状態で既設構造物２の底面との間にコンクリートを打設することにより形成される。これにより、既設構造物２の荷重が確実に拡径補強部９に伝達される。

拡径補強部９の構築が完了すると、横穴４_１に＃１の補強対象杭１Ｈの部分から＃２の補強対象杭１Ｈの手前の部分に亘りコンクリートを打設する。その後、横穴４_１を＃２の補強対象杭１Ｈ側に掘り進めて、＃２の補強対象杭１Ｈ用の枝穴４ａ（図２（ａ）参照）を掘削し、この枝穴４ａ内に＃２の補強対象杭１Ｈの上部を露出させる。そして、上記と同様の手順で＃２の補強対象杭１Ｈに対する拡径穴の掘削と拡径補強部９の構築とを行う。次に、横穴４_１に＃２の補強対象杭１Ｈの部分から＃３の補強対象杭１Ｈの手前の部分に亘りコンクリートを打設した後、横穴４_１を＃３の補強対象杭１Ｈ側に掘り進めて、＃３の補強対象杭１Ｈ用の枝穴４ｂ（図２（ａ）参照）を掘削し、この枝穴４ｂ内に＃３の補強対象杭１Ｈの上部を露出させる。そして、上記と同様の手順で＃３の補強対象杭１Ｈに対する拡径穴の掘削と拡径補強部９の構築とを行う。その後、横穴４_１に＃３の補強対象杭１Ｈの部分から立穴３側の入口部分に亘りコンクリートを打設する。これにより、＃１の補強対象杭１Ｈの拡径補強部９と＃２の補強対象杭１Ｈの拡径補強部９と＃３の補強対象杭１Ｈの拡径補強部９とを連結する地中梁１０_１（図２（ｄ）参照）が構築される。

次に、既設構造物２の直下の地盤Ｆ１に既設構造物２の底面２ａに沿って立穴３から＃６の補強対象杭１Ｈの脇と＃５の補強対象杭１Ｈの脇とを通って＃４の補強対象杭１Ｈに達する第２の横穴４_２（図２（ａ）参照）掘削する。そして、上記と同様の手順で＃４の補強対象杭１Ｈに対する拡径穴の掘削及び拡径補強部９の構築と、横穴４_２の＃４の補強対象杭１Ｈの部分から＃５の補強対象杭１Ｈの手前部分までのコンクリートの打設と、＃５の補強対象杭１Ｈの上部を露出させる枝穴４ｃの掘削と、＃５の補強対象杭１Ｈに対する拡径穴の掘削及び拡径補強部９の構築と、横穴４_２の＃５の補強対象杭１Ｈの部分から＃６の補強対象杭１Ｈの手前部分までのコンクリートの打設と、＃６の補強対象杭１Ｈの上部を露出させる枝穴４ｄの掘削と、＃６の補強対象杭１Ｈに対する拡径穴の掘削及び拡径補強部９の構築と、横穴４_２の＃６の補強対象杭１Ｈの部分から入口部分までのコンクリートの打設とを順に行う。これにより、＃４の補強対象杭１Ｈの拡径補強部９と＃５の補強対象杭１Ｈの拡径補強部９と＃６の補強対象杭１Ｈの拡径補強部９とを連結する地中梁１０_２（図２（ｄ）参照）が構築される。

次に、既設構造物２の直下の地盤Ｆ１に既設構造物２の底面２ａに沿って立穴３から＃９の補強対象杭１Ｈの脇と＃８の補強対象杭１Ｈの脇とを通って＃７の補強対象杭１Ｈに達する第３の横穴４_３（図２（ａ）参照）掘削する。そして、上記と同様の手順で＃７の補強対象杭１Ｈに対する拡径穴の掘削及び拡径補強部９の構築と、横穴４_３の＃７の補強対象杭１Ｈの部分から＃８の補強対象杭１Ｈの手前部分までのコンクリートの打設と、＃８の補強対象杭１Ｈの上部を露出させる枝穴４ｅの掘削と、＃８の補強対象杭１Ｈに対する拡径穴の掘削及び拡径補強部９の構築と、横穴４_３の＃８の補強対象杭１Ｈの部分から＃９の補強対象杭１Ｈの手前部分までのコンクリートの打設と、＃９の補強対象杭１Ｈの上部を露出させる枝穴４ｆの掘削と、＃９の補強対象杭１Ｈに対する拡径穴の掘削及び拡径補強部９の構築と、横穴４_３の＃９の補強対象杭１Ｈの部分から入口部分までのコンクリートの打設とを順に行う。これにより、＃７の補強対象杭１Ｈの拡径補強部９と＃８の補強対象杭１Ｈの拡径補強部９と＃９の補強対象杭１Ｈの拡径補強部９とを連結する地中梁１０_３（図２（ｄ）参照）が構築される。最後に立穴３を埋め戻して、基礎補強工事を完了する。

上述した基礎補強工法によれば、補強対象杭１Ｈを拡径補強部９で補強して、その鉛直支持力を高めることができる。そして、補強対象杭１Ｈは既設の基礎杭１から選択されるため、構造物２の荷重の補強対象杭１Ｈへの伝達不良は生じず、補強対象杭１Ｈで構造物２の重量増過分が確実に支持される。従って、構造物２の重量増に耐えられるように基礎を確実に補強できる。更に、各地中梁１０_１，１０_２，１０_３により各複数本の補強対象杭１Ｈが連結されるため、水平荷重を地中梁１０_１，１０_２，１０_３を介してこれら補強対象杭１Ｈに良好に負担させることができる。その結果、水平荷重に対する耐力が強化され、耐震性が向上する。また、基礎補強の殆どの作業は既設構造物２の底面下で行われるため、既設構造物２を基礎補強工事中も支障なく使用できる。

（ａ）既設構造物の基礎部分の縦断面図、（ｂ）既設構造物の基礎部分の切断平面図。本発明の実施形態の基礎補強工法の工程を示す説明図。実施形態の基礎補強工法における拡径穴の掘削工程を示す縦断面図。図３のＩＶ−ＩＶ線で切断した切断平面図。図４のＶ−Ｖ線で切断した切断側面図。

符号の説明

Ｆ１…地盤、１…基礎杭、１Ｈ…補強対象杭、２…既設構造物、２ａ…既設構造物の底面、４_１，４_２，４_３…横穴、５…拡径穴、７…支保材、８…水中掘削機、９…拡径補強部、１０_１，１０_２，１０_３…地中梁。

Claims

既設構造物の基礎を補強する工法であって、
既設構造物の基礎になっている複数本の既設の基礎杭から所定の１本以上の基礎杭を補強対象杭として選択し、既設構造物の直下の地盤に既設構造物の底面に沿って補強対象杭に達する横穴を掘削して、補強対象杭の上部を横穴内に露出させる工程と、
補強対象杭の周囲の地盤を横穴から下方に掘り進めて、補強対象杭より大径の拡径穴を掘削する工程と、
拡径穴と横穴内に露出する補強対象杭の上部周囲とにコンクリートを打設して、補強対象杭の周囲にコンクリートによる拡径補強部を構築する工程とを備え、
拡径穴を掘削する工程では、既設構造物の底面を反力受け面として補強対象杭の周囲の地盤に筒状の支保材を圧入しつつ、支保材と補強対象杭との間の地盤を掘削することを特徴とする既設構造物の基礎補強工法。
前記支保材と前記補強対象杭との間に水を注入し、支保材と補強対象杭との間の地盤を水中掘削機を用いて水中掘削することを特徴とする請求項１記載の既設構造物の基礎補強工法。
前記水中掘削機は、前記補強対象杭をガイドにして上下動自在であることを特徴とする請求項２記載の既設構造物の基礎補強工法。
前記拡径補強部を構築した後、前記横穴にコンクリートを打設して、地中梁を構築する工程を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の既設構造物の基礎補強工法。