JP5075094B2 - 構造物における基礎構造の施工方法および基礎構造 - Google Patents

Description

この発明は、構造物における基礎構造の施工方法および基礎構造、特に、構造物が構築される部分の軟弱地盤を全面的に地盤改良して改良地盤を構築し、この改良地盤内に場所打ち杭工法により杭本体を改良地盤と一体的に構築することによって、杭本体上に構築する基礎部材と杭本体との結合力の増大を図ることができ、しかも、杭本体の施工性の向上、杭本体径の縮小化による施工コストの低減、安定液の不使用による杭本体の品質向上、および、杭本体径の擬似的増加および軟弱地盤の全面地盤改良による耐震性、水平抵抗等の向上を図ることができる、構造物における基礎構造の施工方法、および、この施工方法により構築された基礎構造に関するものである。

従来、基礎構造として杭を採用する場合、杭の鉛直抵抗、曲げ抵抗、水平抵抗は十分であっても、杭上に構築される基礎部材としてのフーチングや地中梁と杭との結合力が不十分で、過大な剪断力に耐えられない恐れがあった。また、隣接する杭同士を一体化して抵抗させるために、剛な基礎部材を構築する必要があった。

これらの問題は、杭径を大きくすることにより解決できる。すなわち、杭径を大きくすれば、基礎部材と杭との結合力が十分となり、基礎部材も大幅に剛なものにする必要がなくなる。

しかしながら、杭径を大きくすると、施工性の低下、工期および施工コストの大幅増大につながる。なお、軟弱地盤に杭を構築する場合には、この問題はさらに顕著に現れる。

そこで、本願発明者等は、杭径を大きくすることなく、しかも、軟弱地盤であっても、杭本体上に構築する基礎部材と杭本体との結合力の向上を図ることができ、しかも、構造物の耐震性の向上、水平抵抗の向上を図ることができ、また、構造物が高架橋、橋脚、橋台である場合には、地震時の列車走行性の向上を図ることができる、構造物における基礎構造の施工方法、および、この施工方法により構築された基礎構造を得るべく鋭意検討を重ねた。この結果、杭基礎と軟弱地盤の全面改良地盤とを組み合わせれば、上記特徴を有する、構造物における基礎構造の施工方法、および、この施工方法により構築された基礎構造を得ることができるといった知見を得た。

この発明は、上記知見に基づきなされたものであり、構造物が構築される部分の軟弱地盤を全面的に地盤改良して改良地盤を構築し、この改良地盤内に場所打ち杭工法により杭本体を改良地盤と一体的に構築することによって、杭本体上に構築する基礎部材と杭本体との結合力の増大を図ることができ、しかも、杭本体の施工性の向上、杭本体径の縮小化による施工コストの低減、安定液の不使用による杭本体の品質向上、および、杭本体径の擬似的増加および軟弱地盤の全面地盤改良による耐震性、水平抵抗等の向上を図ることができる、構造物における基礎構造の施工方法、および、この施工方法により構築された基礎構造を提供することを目的とする。

この発明は、下記を特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、構造物が構築される部分の軟弱地盤を全面的に地盤改良して改良地盤を構築し、次いで、前記改良地盤に場所打ち杭工法により杭本体を前記改良地盤と一体的に構築する、構造物における、基礎構造の施工方法において、前記改良地盤内に鉄筋籠を構築し、この後、前記鉄筋籠の内側に前記杭本体を構築することに特徴を有するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、構造物における基礎構造の施工方法において、前記改良地盤の深さが同じにならないように、前記改良地盤を構築することに特徴を有するものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の、構造物における基礎構造の施工方法において、前記改良地盤上に基礎部材を、前記改良地盤と一体的に構築することに特徴を有するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の、構造物における基礎構造の施工方法において、前記杭本体の径寸法を、前記杭本体の長手方向において同一とすることに特徴を有するものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の、構造物における基礎構造の施工方法において、前記杭本体の径寸法を、前記杭本体の長手方向において部分的に異ならせることに特徴を有するものである。

請求項６に記載の発明は、構造物が構築される部分の軟弱地盤を全面的に地盤改良して構築された改良地盤と、前記改良地盤内に場所打ち杭工法により前記改良地盤と一体的に構築された杭本体とからなる、構造物における基礎構造において、前記改良地盤内に鉄筋籠が構築され、前記鉄筋籠の内側に前記杭本体が構築されていることに特徴を有するものである。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記改良地盤は、その深さが同じにならないように構築されていることに特徴を有するものである。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の発明において、前記改良地盤上に基礎部材が前記改良地盤と一体的に構築されていることに特徴を有するものである。

請求項９に記載の発明は、請求項６から８の何れか１つに記載の発明において、前記杭本体の径寸法は、前記杭本体の長手方向において同一であることに特徴を有するものである。

請求項１０に記載の発明は、請求項６から８の何れか１つに記載の発明において、前記杭本体の径寸法は、前記杭本体の長手方向において部分的に異なっていることに特徴を有するものである。

この発明によれば、構造物が構築される部分の軟弱地盤を全面的に地盤改良して改良地盤を構築し、この改良地盤内に場所打ち杭工法により杭本体を改良地盤と一体的に構築することによって、杭本体上に構築する基礎部材と杭本体との結合力の増大を図ることができ、しかも、杭本体の施工性の向上、杭本体径の縮小化による施工コストの低減、安定液の不使用による杭本体の品質向上、杭本体径の擬似的増加および軟弱地盤の全面地盤改良による耐震性、水平抵抗等の向上を図ることができる。

この発明の、構造物における基礎構造の施工方法の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。

図１は、構造物における基礎構造の施工方法による地盤改良工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、（ａ）図のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、改良地盤に鉄筋籠を構築した場合の（ａ）図のＡ−Ａ線断面図である。図２は、この発明の、構造物における基礎構造の施工方法による掘削工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、（ａ）図のＡ−Ａ線断面図である。図３は、この発明の、構造物における基礎構造の施工方法による構築された、構造物における基礎構造を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、（ａ）図のＡ−Ａ線断面図である。

この発明の、構造物における基礎構造の施工方法は、先ず、図１に示すように、構造物が構築される部分の軟弱地盤１を全面的に地盤改良して改良地盤２を構築する。改良地盤２は、例えば、トレンチャー式地盤改良装置により構築する。トレンチャー式地盤改良装置を、図面を参照しながら簡単に説明する。

図９は、トレンチャー式地盤改良装置により地盤改良を行っている状態を示す部分断面図、図１０は、トレンチャー式地盤改良装置のドライブチェーンを示す平面図である。

トレンチャー式地盤改良装置は、バックホー等の建設重機７のアーム８の先端に、トレンチャー式と称される攪拌混合装置９を支持させ、この攪拌混合装置９の駆動輪１０と従動輪１１との間に、外周に攪拌翼１２を備えたドライブチェーン１３を巻き掛け、ドライブチェーン１３を地中で周回駆動させることにより、攪拌翼１２により軟弱地盤１を掘削しながら攪拌混合するものである。なお、攪拌混合装置９は、セメント系固化材等の吐出手段を備えていて、上記の掘削および攪拌混合と並行して、攪拌混合した軟弱地盤１に固化材を投入して、地盤改良を行うようになっている。

上記トレンチャー式地盤改良装置によれば、図１に示すように、構造物が構築される部分の軟弱地盤１を全面的に地盤改良して改良地盤２を構築することができる。トレンチャー式地盤改良装置による一回の地盤改良幅は一定であるので、構造物が構築される部分の軟弱地盤を全面的に地盤改良するには、トレンチャー式地盤改良装置による地盤改良操作を地盤改良幅に応じて繰り返し行えば良い。

このようにして、構造物が構築される部分の軟弱地盤１を全面的に地盤改良して改良地盤２を構築したら、図２に示すように、改良地盤２内に掘削孔３を形成し、この後、図３に示すように、掘削孔３内に、鉄筋籠４により補強されたコンクリート５からなる杭本体６を改良地盤２と一体的に構築する。杭本体６は、例えば、場所打ち杭工法であるアースドリル工法により構築する。

以下、この発明で実施するアースドリル工法を、図面を参照しながら説明する。

なお、アースドリル工法は、低振動・低操音、設備が簡単で施工速度が速く経済的、狭い敷地内でも施工可能であるといった利点を有し、さらに、この発明で実施するアースドリル工法は、後述するように、安定液を使用する必要がないことから、安定液が打設コンクリートに混入することによる杭本体の品質低下の恐れはないといった利点を有している。

図４は、この発明で実施するアースドリル工法による改良地盤への場所打ち杭の構築工程を示す図であり、（ａ）は、掘削機の回転軸を改良地盤の所定位置に位置決めした状態を示す概略断面図、（ｂ）は、掘削機の回転軸に取り付けられた掘削刃により改良地盤を掘削している状態を示す概略断面図、（ｃ）は、掘削孔が形成された改良地盤を示す概略断面図、（ｄ）は、掘削孔内に鉄筋籠を挿入した状態を示す概略断面図、（ｅ）は、鉄筋籠が挿入された掘削孔内にコンクリートを打設した状態を示す概略断面図である。

先ず、図４（ａ）に示すように、掘削機（図示せず）の回転軸（ケリーバ）１４が改良地盤２の所定位置上に来るように位置決めする。次に、図４（ｂ）に示すように、回転軸１４の先端に掘削刃１５を取り付け、掘削刃１５を回転させて改良地盤２を掘削する。この際、改良地盤２を掘削することから、掘削孔壁の崩壊等はなく、安定液を使用する必要はない。この結果、安定液が打設コンクリートに混入することによる杭本体の品質の恐れはない。掘削刃１５による掘削深度は、改良地盤２の構築深さ範囲内とする。

このようにして、図４（ｃ）に示すように、改良地盤２に掘削孔３が形成されたら、図４（ｄ）に示すように、地上で予め組み立てた鉄筋籠４をクレーン１６により掘削孔３内に吊り下げて挿入する。そして、図４（ｅ）に示すように、鉄筋籠４が挿入された掘削孔３内にコンクリート５を打設し、コンクリート５を固化させれば、改良地盤２には、図３に示すように、円柱状の杭本体６が改良地盤２と一体的に構築される。

改良地盤２は、上記例のように、杭本体６の全長に亘って形成されるが、図５に示すように、杭本体６の下方部が軟弱地盤でない場合には、改良地盤２は、杭本体６の全長に亘って形成する必要はない。なお、図５中、左側に地盤深さと地盤強度との関係を示す。地盤強度は、図中、右に行くほど高いことを示す。

上記例のように、杭本体６の径寸法を杭本体６の長手方向において同一としても良いが、図６に示すように、改良地盤２内に形成する掘削孔３の径を、掘削孔３の長手方向において部分的に異ならせれば、すなわち、杭本体６の径寸法を、杭本体６の長手方向において部分的に異ならせれば、杭本体６が改良地盤２と、より一体的に構築される。掘削孔３の径を掘削孔３の長手方向において部分的に異ならせるには、径の異なる掘削刃１５を使用すれば良い。

上記例のように、改良地盤２は、その深さが同じになるように構築しても良いが、深さが同じにならないように構築しても良い。すなわち、図７に示すように、外周端を深く、中央部を浅く構築しても良く、これにより、地盤抵抗の向上を図ることができる。

図８に示すように、改良地盤２にフック付きアンカー鉄筋１７を埋め込み、高架橋の地中梁あるいは橋梁のフーチング等の基礎部材１８と一体化すれば、改良地盤２と基礎部材１８との結合力が大幅に増大する。

さらに、図１（ｃ）に示すように、改良地盤２内に円筒状鉄筋籠１９を改良地盤２と同心円状に構築し、鉄筋籠１９の内側に掘削孔３を形成すれば、杭本体４の構築時の掘削孔３の壁の崩落を確実に防止することができる。鉄筋籠１９は、可能ならば改良地盤２の全長に亘って構築しても良いが、図示のように上層のみでも良い。また、鉄筋籠１９の上部を掘削孔３から突出させて、杭本体４上に構築する構造物あるいはフーチングと鉄筋籠１９の上部とを一体化すれば、スムーズな応力伝達を図ることができる。なお、鉄筋籠１９を改良地盤２内に構築するには、改良地盤２の未硬化時に、バイブレーターによる振動工法により鉄筋籠１９を改良地盤２内に落とし込めば良い。

以上説明したように、この発明によれば、構造物が構築される部分の軟弱地盤１を全面的に地盤改良して改良地盤２を構築し、この改良地盤２内に場所打ち杭工法により杭本体６を改良地盤２と一体的に構築することによって、以下のような効果がもたらされる。

（１）杭本体６上に構築する地中梁やフーチング等の基礎部材１８と杭本体６との結合力の増大を図ることができる。
（２）掘削孔３の崩壊等の恐れが皆無なので、杭本体６の施工性が大幅に向上する。
（３）周辺地盤により掘削孔壁が押圧されることにより、掘削孔３の径が小さくなって、設計杭径を満足しないといった恐れは皆無である。
（４）安定液を使用する必要がないので、安定液がコンクリートに混入して杭本体６の品質が低下するといった恐れは皆無である。
（５）杭本体６は、改良地盤２により補強されるので、杭本体６の径を縮小化することができ、この結果、施工コストが低減する。
（６）改良地盤２により杭本体６の径が擬似的に増加すること、および、軟弱地盤を全面的に地盤改良することによって、耐震性、水平抵抗等の向上を図ることができる。

この発明の、構造物における基礎構造の施工方法による地盤改良工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、（ａ）図のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、鉄筋籠を構築した場合の（ａ）図のＡ−Ａ線断面図である。 この発明の、構造物における基礎構造の施工方法による掘削工程を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、（ａ）図のＡ−Ａ線断面図である。 この発明の、構造物における基礎構造の施工方法により構築された、構造物における基礎構造を示す図であり、（ａ）は、概略平面図、（ｂ）は、（ａ）図のＡ−Ａ線断面図である。 この発明で実施するアースドリル工法による改良地盤への場所打ち杭の構築工程を示す図であり、（ａ）は、掘削機の回転軸を改良地盤の所定位置に位置決めした状態を示す概略断面図、（ｂ）は、掘削機の回転軸に取り付けられた掘削刃により改良地盤を掘削している状態を示す概略断面図、（ｃ）は、掘削孔が形成された改良地盤を示す概略断面図、（ｄ）は、掘削孔内に鉄筋籠を挿入した状態を示す概略断面図、（ｅ）は、鉄筋籠が挿入された掘削孔内にコンクリートを打設して杭本体を構築した状態を示す概略断面図である。 軟弱地盤層のみに改良地盤を構築して掘削孔を形成した状態を示す概略断面図である。 改良地盤内に形成する掘削孔の径を、掘削孔の長手方向において部分的に異ならせた状態を示す概略断面図である。 深さが異なるように構築された改良地盤を示す概略断面図である。 改良地盤上に基礎部材としてのフーチングを固定した状態を示す概略断面図である。 トレンチャー式地盤改良装置により地盤改良を行っている状態を示す部分断面図である。 トレンチャー式地盤改良装置のドライブチェーンを示す平面図である。

符号の説明

１：軟弱地盤
２：改良地盤
３：掘削孔
４：鉄筋籠
５：コンクリート
６：杭本体
７：建設重機
８：アーム
９：攪拌混合装置
１０：駆動輪
１１：従動輪
１２：攪拌翼
１３：ドライブチェーン
１４：回転軸
１５：掘削刃
１６：クレーン
１７：アンカー鉄筋
１８：基礎部材
１９：鉄筋籠

Claims (10)

1. 構造物が構築される部分の軟弱地盤を全面的に地盤改良して改良地盤を構築し、次いで、前記改良地盤に場所打ち杭工法により杭本体を前記改良地盤と一体的に構築する、構造物における基礎構造の施工方法において、
   前記改良地盤内に鉄筋籠を構築し、この後、前記鉄筋籠の内側に前記杭本体を構築することを特徴とする、構造物における基礎構造の施工方法。
2. 前記改良地盤の深さが同じにならないように、前記改良地盤を構築することを特徴とする、請求項１に記載の、構造物における基礎構造の施工方法。
3. 前記改良地盤上に基礎部材を、前記改良地盤と一体的に構築することを特徴とする、請求項１または２に記載の、構造物における基礎構造の施工方法。
4. 前記杭本体の径寸法を、前記杭本体の長手方向において同一とすることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の、構造物における基礎構造の施工方法。
5. 前記杭本体の径寸法を、前記杭本体の長手方向において部分的に異ならせることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の、構造物における基礎構造の施工方法。
6. 構造物が構築される部分の軟弱地盤を全面的に地盤改良して構築された改良地盤と、前記改良地盤内に場所打ち杭工法により前記改良地盤と一体的に構築された杭本体とからなる、構造物における基礎構造において、
   前記改良地盤内に鉄筋籠が構築され、前記鉄筋籠の内側に前記杭本体が構築されていることを特徴とする、構造物における基礎構造。
7. 前記改良地盤は、その深さが同じにならないように構築されていることを特徴とする、請求項６に記載の、構造物における基礎構造。
8. 前記改良地盤上に基礎部材が前記改良地盤と一体的に構築されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の、構造物における基礎構造。
9. 前記杭本体の径寸法は、前記杭本体の長手方向において同一であることを特徴とする、請求項６から８の何れか１つに記載の、構造物における基礎構造。
10. 前記杭本体の径寸法は、前記杭本体の長手方向において部分的に異なっていることを特徴とする、請求項６から８の何れか１つに記載の、構造物における基礎構造。

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