JP5179636B1

JP5179636B1 - 鋼管杭付きベタ基礎の液状化対策構造、及び鋼管杭付きベタ基礎工法

Info

Publication number: JP5179636B1
Application number: JP2011220997A
Authority: JP
Inventors: 一司阪口; 隆男宮城
Original assignee: コングロエンジニアリング株式会社
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: JP2013079549A

Abstract

【課題】液状化を防ぎつつも、液状化により地盤が不同沈下を生じた場合であっても、コストを抑えて基礎を水平に修正可能な鋼管杭付きベタ基礎の液状化対策構造、及び鋼管杭付きベタ基礎工法を提供すること。
【解決手段】建物の柱や耐力壁の下端に沿って設けられた立上がり部２と、この立上がり部２の底部と連続して建物の全建築面に亘って設けられた底板部３と、を有するベタ基礎において、底板部３の下方に複数の鋼管杭５を設置し、底板部３に液状化により地盤が不同沈下した際に薬液を注入する注入孔３０を設けるとともに、注入した薬液が基礎から外部へ漏れ出さないように基礎外周に沿って底板部３から下方に突出する下がり壁部４を設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、戸建木造住宅などの小規模建築物における鋼管杭付きベタ基礎の液状化対策構造、及び鋼管杭付きベタ基礎工法に関するものである。

一部報道によれば、戸建住宅は、今回の東日本大震災により１７，０００戸が液状化の影響を受け、関東において同様の大地震が起きた場合、３３，０００戸を上回る液状化の被害を受けるという試算もあるとのことである。
主な原因は、このような戸建住宅などの小規模建築物の基礎は、法規上、液状化のおそれがある軟弱地盤に建てられる場合であっても、支持層となる強固な地盤まで到達する杭を構築することが求められず直接基礎で構わないこととなっているからであるが、小規模建築物にこのような支持層まで達する杭の構築を義務化するのは費用面から妥当でない。
そのため、今回の大震災を受け、戸建住宅などの小規模建築物でも安価で実効性のある液状化対策可能な基礎構造の提案が急務となっている。

従来、小規模建築物の基礎の不同沈下対策（液状化対策）として、バックホウなどの掘削重機で軟弱地盤の表層部分を一度掘削し、セメント系などの固化材と混ぜ合わせて埋め戻す地盤改良を行ってから直接基礎を構築することが知られているが、建築する範囲全面を地盤改良する場合、工期が長期化するとともに、固化材の材料費などが嵩むため、コストダウンが求められていた。

そこで、本出願人は、建築範囲を全面的に地盤改良するのではなく、軟弱地盤を碁盤の目状、かつ鉛直断面が溝底面より上方に向けて次第に大きくなるように地盤改良するとともに、その上にベタ基礎を構築する安定材付きベタ基礎工法（特許文献１参照）を提案した。

しかし、このような地盤改良＋ベタ基礎工法では、せいぜい地表から２ｍ程度までしか地盤改良することができず、埋立地などの軟弱地盤が数ｍ以上分布する地盤の液状化対策には採用できなかった。

また、特許文献２には、液状化により地盤とともに（相対的に）沈下した建物の沈下部分を基礎と一緒にジャッキアップし、このジャッキアップにより生じた基礎と地盤との隙間に、モルタルやグラウト等の流動固化材を充填して固化することにより基礎の傾きを矯正する不同沈下を生じた建物の矯正方法及び矯正装置（いわゆるジャッキアップ工法）が開示されている（特許文献２の図１等参照）。

しかし、特許文献２に記載の不同沈下を生じた建物の矯正方法では、ジャッキアップするためのジャッキの設置箇所が限られており、ジャッキアップにより基礎に不均等な想定外の力が加わり損傷してしまうという問題があった。特に、ベタ基礎の場合、ジャッキの設置箇所が建物の外周部分に限られているため前記問題が顕著となっていた。

そして、特許文献３には、建物１１の基礎地盤の表層部分に設けられる表層改良工法による基盤層１２と、基盤層１２の中央部分１２ａを支持して基礎地盤中に設けられる複数の柱状改良工法（ソイルセメント工法）による支持杭１３と、基盤層１２の上方に重ねて配置されるベタ基礎１４とからなり、基盤層１２は、支持杭１３によって支持される中央部分１２ａが一段高くなっていて、ベタ基礎１４の中央部分１４ａが載置されると共に、中央部分１２ａ，１４ａの周囲の基盤層１２とベタ基礎１４との間の隙間１５には、調整砂１６が充填されており、軟弱地盤の上方に建築される建物１１に不同沈下が生じた際に、建物１１の傾きを修正できるようにした軟弱地盤おける建物１１の基礎構造１０が開示されている（特許文献３の図１等参照）。

しかし、特許文献３に記載の軟弱地盤おける建物の基礎構造は、地表面付近の地盤改良とソイルセメント工法による地盤改良とを併用することで多少、液状化に抵抗できるものの、今回のような大震災に耐えられるものではなく、液状化により地盤が不同沈下し、基礎が傾斜した場合は、従来のジャッキアップ工法とあまり相違はなく、ジャッキアップによる基礎の損傷という問題を解決することができていない。

更に、特許文献４には、一端部１０ａ側から他端部１０ｂ側に向けて外径が縮径したテーパー形状部分１６を有する複数のテーパー杭１０を、上層部分１３に液状化層１４を含む建物１７の基礎地盤１１の表層部分１５に、外径の小さな他端部１０ｂ側を下方に向けて圧入用重機１８を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、群杭を形成するように所定のピッチで格子状に設置して、基礎地盤１１の表層部分１５を締め固める建物の基礎地盤の液状化対策構造が開示されている（特許文献４の図１等参照）。

しかし、特許文献４に記載の建物の基礎地盤の液状化対策構造は、基本的に群杭を圧入する際の地盤の締め固め効果により、液状化を防ぐものであり、今回のような大震災に耐えられるものか不明であり、液状化により地盤に不同沈下が起こり、基礎が傾斜した場合に対処できないという問題があった。

特開２００４−０６０２９０号公報特開２０００−００８３９８号公報特開２００７−１２０２４０号公報特開２００８−１９０１１６号公報

そこで、この発明は、前記従来の技術の問題を解決し、液状化を防ぎつつも、液状化により地盤が不同沈下を起こした場合であっても、コストを抑えて基礎を水平に修正可能な鋼管杭付きベタ基礎の液状化対策構造を提供すること、及び液状化対策の鋼管杭付きベタ基礎工法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、建物の柱や耐力壁の下端に沿って設けられた立上がり部と、この立上がり部の底部と連続して建物の全建築面に亘って設けられた底板部と、を有するベタ基礎において、前記底板部には、液状化により地盤が不同沈下した際に薬液を注入する注入孔が設けられ、この注入孔から注入した薬液が基礎から外部へ漏れ出さないように前記底板部から下方に突出する下がり壁部が前記ベタ基礎外周に沿って設けられ、前記立上がり部の下方には、前記底板部又は前記下がり壁部のいずれにも定着されていない群杭であり、且つ前記底板部又は前記下がり壁部の下端に当接して前記ベタ基礎及び建物の荷重を支える複数の鋼管杭が設置され、前記注入孔には、この注入孔内面に形成されたネジ溝と螺合して薬液を封止する封止キャップが取り付けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、建物の柱や耐力壁の下端に沿った立上がり部と、建物の全建築面に亘る鉄筋コンクリートのスラブからなる底板部と、を構築するベタ基礎工法において、前記立上がり部の下方となる地盤に群杭である基礎には定着されない複数の鋼管杭を貫入する工程と、前記底板部の外周に沿って下がり壁部を構築するために基礎底面となる地盤を掘り下げる工程と、液状化により地盤が不同沈下した際に薬液を注入する注入孔となる内周面にネジ溝が形成されたパイプを設置する工程と、を有することを特徴とする。

この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明によれば、建物の柱や耐力壁の下端に沿って設けられた立上がり部と、この立上がり部の底部と連続して建物の全建築面に亘って設けられた底板部と、を有するベタ基礎において、前記底板部には、液状化により地盤が不同沈下した際に薬液を注入する注入孔が設けられ、この注入孔から注入した薬液が基礎から外部へ漏れ出さないように前記底板部から下方に突出する下がり壁部が前記ベタ基礎外周に沿って設けられ、前記立上がり部の下方には、前記底板部又は前記下がり壁部のいずれにも定着されていない群杭であり、且つ前記底板部又は前記下がり壁部の下端に当接して前記ベタ基礎及び建物の荷重を支える複数の鋼管杭が設置され、前記注入孔には、この注入孔内面に形成されたネジ溝と螺合して薬液を封止する封止キャップが取り付けられているので、鋼管杭を貫入する際の振動で地盤を締め固めるとともに、鋼管杭の摩擦支持力により、液状化により基礎が傾くのを防ぎつつも、液状化により地盤が不同沈下を起こした場合であっても、沈下した基礎の注入孔から薬液を注入してその圧力で基礎の沈下部分を浮上させて基礎を水平にすることができ、従来のジャッキアップ工法のように、沈下部分の基礎の下を掘り下げてジャッキを設置する必要がなくコストを抑えて短時間で基礎を水平に修正可能であるとともに、ジャッキアップ時に基礎にかかる局所的な力を底板部全面にかかる均等な力でリフトアップすることができ、リフトアップ時に基礎にかかる負担を低減することができる。また、この基礎を水平に戻す工事は、建物に居住したまま行なえるため、工事期間中のクライアントの支出も削減することができる。
また、薬液注入の際に、薬液を注入する注入孔以外の注入孔から薬液が逆流噴射することがなく、室内を養生したりする必要がなく、薬液の無駄もない。
更に、薬液注入により基礎をリフトアップする際に、鋼管杭ごと持ち上げる必要がなく、より基礎にかかる負担を低減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、建物の柱や耐力壁の下端に沿った立上がり部と、建物の全建築面に亘る鉄筋コンクリートのスラブからなる底板部と、を構築するベタ基礎工法において、前記立上がり部の下方となる地盤に群杭である基礎には定着されない複数の鋼管杭を貫入する工程と、前記底板部の外周に沿って下がり壁部を構築するために基礎底面となる地盤を掘り下げる工程と、液状化により地盤が不同沈下した際に薬液を注入する注入孔となる内周面にネジ溝が形成されたパイプを設置する工程と、を有するので、鋼管杭を貫入する際の振動で地盤を締め固めるとともに、鋼管杭の摩擦支持力により、液状化を防ぎつつも、液状化により地盤が不同沈下を起こした場合であっても、沈下した部分の注入孔から薬液を注入してその圧力で基礎の沈下部分を浮上させて基礎を水平にすることができ、従来のジャッキアップ工法のように、沈下部分の基礎の下を掘り下げてジャッキを設置する必要がなくコストを抑えて短時間で基礎を水平に修正可能であるとともに、ジャッキアップ時に基礎にかかる局所的な力を底板部全面にかかる均等な力でリフトアップすることができ、リフトアップ時に基礎にかかる負担を低減することができる。また、この基礎を水平に戻す工事は、建物に居住したまま行なえるため、工事期間中のクライアントの支出も削減することができる。

実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎の基礎伏図である。同上の鋼管杭付きベタ基礎の外周部分を主に示す鉛直断面図である。実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎の注入孔を示す鉛直断面図である。同上の注入孔の平面図である。

この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

先ず、図１〜図４を用いて、この発明の実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎ついて説明する。
図中の符号１が、この発明の実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎であり、この鋼管杭付きベタ基礎１は、建物の外周及び平面内部の建物の柱や耐力壁の下端に沿って設けられた立上がり部２と、この立上がり部２の底部と連続して建物の全建築面に亘って設けられた底板部３と、基礎外周に沿って設けられ、この底板部３から下方に突出する下がり壁部４と、底板部３及び下がり壁部４の下方の地中に貫入された鋼管杭５と、から主に構成されている。

立上がり部２は、構造設計に応じた所定の配筋がなされた鉛直断面が縦長な長方形（図２参照）からなる鉄筋コンクリートの構造物であり、基礎に所定の曲げ剛性を与えて建物の荷重を底板部３に伝達する機能を有している。

底板部３は、構造設計に応じた所定の配筋がなされた鉄筋コンクリートスラブからなる構造物であり、建物の荷重を地盤に均等に伝達する機能を有している。また、この底板部３には、液状化により地盤が不同沈下した際に薬液を注入する注入孔３０が、均等となるように所定の割合で複数個設けられている。

この注入孔３０は、図３に示すように、ＰＶＣ樹脂（ポリ塩化ビニル）からなる直径５０ｍｍ（ＶＰ５０）程度のパイプ３１と、このパイプ３１の内周面に形成されたネジ溝と螺合するＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル(Acrylonitrile)、ブタジエン(Butadiene)、スチレン(Styrene)共重合合成樹脂）からなるキャップ３２とから主に構成され、薬液圧入時に注入を行なわない注入孔３０から薬液が逆流して噴出するのを防ぐ機能を有している。また、図４に示すように、キャップ３２の上面には、パイプ３１にネジ込む際の把手３２ａが上方に向け突設され、パイプ３１とキャップ３２との間には、薬液を密閉するニトリルゴム（ＮＢＲ）などの合成ゴムからなるＯリング３３が嵌着されている。

下がり壁部４は、構造設計に応じた所定の配筋がなされた鉄筋コンクリートの構造物であり、液状化により地盤が不同沈下した場合に注入孔３０から注入される薬液が基礎の外部へ漏れ出さないようにする機能を有している。なお、底板部３の下方の基礎内部には、型枠を設置できない関係上、図２に示すように、鉛直断面が逆台形となっているが、地盤を鉛直に掘削しても崩れない場合は、鉛直断面を矩形状としても構わない。

鋼管杭５は、一般構造用炭素鋼鋼管（JIS G 3444 STK400以上）からなる鋼管の厚さが４．２ｍｍ〜５．７ｍｍ程度、外径がφ１０１．６ｍｍ〜φ１６５．２ｍｍ程度の小口径の鋼管杭であり、図１、図２に示すように、立上がり部２の下方であって、杭の上部は基礎には定着されず、底板部３又は下がり壁部４の下端に鋼管杭５の天端が当接するよう設置され、複数の鋼管杭５が群杭として地盤との摩擦により基礎及び建物の荷重を支える機能を有している。

次に、実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎１を生産する方法であるこの発明の実施の形態に係る鋼管杭付きベタ基礎工法について図１及び図２を用いて工程順に説明する。

（鋼管杭圧入）
先ず、図１に示す所定の位置に、圧入機で鋼管杭５に振動を与えながら圧力をかけることで、天端（上端）が所定の深さに達するまで地盤に鋼管杭５を圧入する。実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎１の場合は、建物外周に位置する下がり壁部４の下方に設置される鋼管杭５が、下がり壁部４の高さ分深く設置され、平面上内側に位置する底板部３の下方に設置される鋼管杭５が、浅く設置される。
なお、このとき、振動を与えながら鋼管杭５を圧入するので、周囲の地盤も圧密されて締め固められるので、地盤が改良され、液状化に対抗できるようになる。

（外周掘り下げ）
次に、前述の鋼管杭５の天端が露出する深さまで建物外周に沿って下がり壁部４となる部分を掘り下げ、必要に応じて、掘り下げた部分の底面に、型枠設置位置の墨出し用に捨てコンクリートを打設する。なお、捨てコンクリートを打設する場合は、その厚さ分深く掘削する必要がある。

（基礎配筋）
そして、基礎の構造設計に応じて、立上がり部２、底板部３、下がり壁部４の所定の配筋を行い、注入孔３０の位置（図１参照）には、前述のパイプ３１をセットする。

（型枠設置、コンクリート打設）
次に、掘り下げた部分に下がり壁部４の外周に沿って型枠を設置し、底板部３の天端までコンクリートを打設する。コンクリートの硬化後、立上がり部２の両面の型枠を設置し、立上がり部２の天端までコンクリートを再度打設し、硬化後型枠を払して、掘り下げた基礎外周を設計ＧＬまで埋め戻すことで本実施の形態に係る鋼管杭付きベタ基礎工法が完了する。

なお、立上がり部２の高さが低い場合は、コンクリートを２段階に分けて打設するのではなく、下がり壁部４の下端から立上がり部２の天端までの高さの型枠を基礎外周に沿って設置し、内側の型枠、内部の通りの型枠を浮かし型枠として、立上がり部２の天端まで一体としてコンクリートを打設することも可能である。

次に、地震の際の液状化により地盤が不同沈下した場合の実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎１の修正方法について図１及び図２を用いて説明する。
先ず、基礎天端の高さを計測し、基礎の沈下している部分、及びリフトアップすべき高さ等を割り出す。

そして、割り出した値から薬液を注入する注入孔３０の位置、個数を特定して、その使用する注入孔３０のキャップ３２を外し、それ以外の注入孔３０は、キャップ３２を締めたままの状態で、圧力ポンプなどで薬液を徐々に圧入し、基礎の沈下部分を基礎が水平となるまでリフトアップする。

このとき、実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎１によれば、薬液の注入圧力を底板部３全体で均等に受けてリフトアップするので、従来のジャッキアップ工法のように、基礎に局所的な力が掛からず、基礎が損傷するおそれが少ない。また、使用しない注入孔３０には、キャップ３２が螺合されているので、薬液圧入の際に、注入孔から薬液が逆流して噴射することがない。このため、室内を養生したりする手間が省けるだけでなく、薬液の無駄も発生しない。

なお、注入する薬液は、セメント系、水ガラス系、樹脂系などの硬化前が流動体で、硬化後に所定の支持力を得ることができるものであれば使用可能であるが、本実施例では、いわゆる「水ガラス」製造用の原料であるNa_２O/nSiO_２又はK_２O/nSiO_２と、その硬化剤である無機塩類、有機塩類、金属酸化物、金属水酸化物、無機酸、有機酸、酸性塩、金属酸化物、金属水酸化物、塩基性塩等を組み合わせて調整したものが用いられる。

以上の説明した実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎の液状化対策構造によれば、鋼管杭を貫入する際の振動で地盤を締め固めるとともに、鋼管杭の摩擦支持力により、液状化により基礎が傾くのを防ぎつつも、液状化により地盤が不同沈下を起こした場合であっても、沈下した部分の注入孔から薬液を注入してその圧力で基礎の沈下部分を浮上させて基礎を水平にすることができ、従来のジャッキアップ工法のように、沈下部分の基礎の下を掘り下げてジャッキを設置する必要がなくコストを抑えて短時間で基礎を水平に修正可能であるとともに、ジャッキアップ時に基礎にかかる局所的な力を底板部全面にかかる均等な力でリフトアップすることができ、リフトアップ時に基礎にかかる負担を低減することができる。また、この基礎を水平に戻す工事は、建物に居住したまま行なえるため、工事期間中のクライアントの支出も削減することができる。

以上のように、この発明の実施例に係る鋼管杭付きベタ基礎、及び鋼管杭付きベタ基礎工法を説明したが、鋼管杭、注入孔の設置位置及び個数等は、あくまでも一例を示したに過ぎず、建物の間取りなどにより変化するものである。また、基礎の形状等の鋼管杭付きベタ基礎の図示形態も、一例を示したものであり、特許請求の範囲に記載した範囲内で変更可能であることは云うまでもない。

１ベタ基礎
２立上がり部
３底板部
３０注入孔
３１パイプ
３２キャップ
４下がり壁部
５鋼管杭

Claims

建物の柱や耐力壁の下端に沿って設けられた立上がり部と、この立上がり部の底部と連続して建物の全建築面に亘って設けられた底板部と、を有するベタ基礎において、
前記底板部には、液状化により地盤が不同沈下した際に薬液を注入する注入孔が設けられ、この注入孔から注入した薬液が基礎から外部へ漏れ出さないように前記底板部から下方に突出する下がり壁部が前記ベタ基礎外周に沿って設けられ、
前記立上がり部の下方には、前記底板部又は前記下がり壁部のいずれにも定着されていない群杭であり、且つ前記底板部又は前記下がり壁部の下端に当接して前記ベタ基礎及び建物の荷重を支える複数の鋼管杭が設置され、
前記注入孔には、この注入孔内面に形成されたネジ溝と螺合して薬液を封止する封止キャップが取り付けられていることを特徴とする鋼管杭付きベタ基礎の液状化対策構造。
建物の柱や耐力壁の下端に沿った立上がり部と、建物の全建築面に亘る鉄筋コンクリートのスラブからなる底板部と、を構築するベタ基礎工法において、
前記立上がり部の下方となる地盤に群杭である基礎には定着されない複数の鋼管杭を貫入する工程と、前記底板部の外周に沿って下がり壁部を構築するために基礎底面となる地盤を掘り下げる工程と、液状化により地盤が不同沈下した際に薬液を注入する注入孔となる内周面にネジ溝が形成されたパイプを設置する工程と、を有することを特徴とする鋼管杭付きベタ基礎工法。