JP5348781B2

JP5348781B2 - 基礎構造体の修復方法

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Publication number: JP5348781B2
Application number: JP2009276128A
Authority: JP
Inventors: 智晴大西; 肇一田中; 保明根岸; 雅則岡戸; 末男鈴木; 幸一川村
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: JP2011117211A

Description

本発明は、地盤上のコンクリート床版やスラブなどに生じた段差や傾きなどの変形部位を修復する基礎構造体の修復方法に関する。特に、基礎構造体に生じた変形部位を当該基礎構造やその上の建築構造物を解体することなく、しかも恒久的に修正する上で好適な修復方法に関する。

例えば、地盤沈下などに起因して基礎構造体に段差などの変形部位が生じた場合、その修復方法としては操業を一時停止して、基礎構造体および必要に応じてその上の建築構造物を含めて解体した後、再構築すると経費および時間が嵩む。そこで、基礎構造体を解体しない、一時的な対策としては、基礎構造体の変形部位をはつり取り、新たなコンクリートなどを打設するなどの打替え方法などがある。但し、この修復方法では下部地盤そのものは軟弱であるため、恒久的な修正とはなり得ない。

また、特許文献１に開示の修復方法では、基礎構造体の変形部位に貫通孔を穿設し、この貫通孔から発泡性樹脂を注入し、変形部位を樹脂の発泡に応じた膨張により床下から押上げて修復させる。この修復方法にあっては、発泡性樹脂が地盤の軟弱部分ないしは隙間を指向して樹枝状に注入されて発泡硬化し、施工から最終強度発現までの時間が極めて短く工期短縮を図ることができ、既設のコンクリート床版やスラブなどの撤去に伴う騒音、手間、産業廃棄物が発生しないなどの各種利点がある。

特開２００６−１４４２６９号公報

しかしながら、特許文献１の修復方法では、地盤に反力をとって発泡膨張により床版の不陸を修正したり元の高さに復元させるものであるため、地盤そのものが軟弱であると多量の発泡性材料が必要とるだけではなく、あくまでも一時的な修正に他ならない。このため、特に倉庫など上載荷重の大きなコンクリート床版などの基礎構造体に適用すると、修復後も定期的なメンテナンスを必要とし信頼性に欠けるものとなる。

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本発明は以上のような課題を解決するものである。その目的は、解体などの大掛りな工事を伴うことなく、経費を抑えて基礎構造体の変形部位をより恒久的に修復できるようにすることにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、地盤上の基礎構造体に生じた段差や傾きなどの変形部位を、当該変形部位の下方へ発泡性材料を注入して発泡膨張により復元する基礎構造体の修復方法において、前記変形部位に貫入及び噴射用ロッドを通す挿通孔を設ける孔形成工程と、前記ロッドを前記挿通孔を通じ地盤中に貫入したり引き抜くとともに、固化材をロッド先端側より噴射して前記変形部位の直下に固化体を造成する固化体造成工程と、前記発泡性材料を前記変形部位と前記固化体との間に設定された隙間に注入して、前記固化体上部に反力をとってその発泡性材料の発泡に応じた膨張により前記変形部位を非変形部位と略同一面まで復元させる修正工程とを経ることを特徴としている。

これに対し、請求項２の発明は、地盤上の基礎構造体に生じた段差や傾きなどの変形部位を、当該変形部位の下方へ注入材料を注入して注入圧により復元する基礎構造体の修復方法において、前記変形部位に貫入及び噴射用ロッドを通す挿通孔を設ける孔形成工程と、前記ロッドを前記挿通孔を通じ地盤中に貫入したり引き抜くとともに、固化材をロッド先端側より噴射して前記変形部位の直下に固化体を造成する固化体造成工程と、前記注入材料を前記変形部位と前記固化体との間に設定された隙間に注入して、前記固化体上部に反力をとってその注入材料の注入圧に応じ前記変形部位を非変形部位と略同一面まで復元させる修正工程とを経ることを特徴としている。

以上の各発明において、基礎構造体としては、コンクリート床版、スラブ、舗装などを含む。変形部位は段差、傾き、窪みなどである。孔形成工程では、使用する貫入及び噴射用ロッドに応じた大きさの挿通孔を形成する。貫入及び噴射用ロッドは、高圧噴射工法などと称されている工法に用いられるロッドであり、ロッド下側に設けられた噴射ノズルを有している。具体的には、特公昭６２−１８６９０号公報に例示されるごとく固化材を噴射ノズルから噴射するとともに、貫入時などに掘削水も噴射する構成、さらに特許第２８７９５９８号公報に例示されるごとく噴射部とともに補助翼を有している構成でもよい。固化体は、基礎構造体の変形部位の広さに応じた大きさおよび必要本数が造成されて、変形部位およびその付近の下方地盤を改良して地盤支持力を増大する。固化体は、その上面が変形部位に対し所定の隙間、つまり請求項１の発泡性材料や請求項２の注入材料を所定量注入する上で必要となる隙間を保つよう造成される。

修正工程では、請求項１の発泡性材料としては特許文献１に挙げられているような発泡性樹脂（ポリオールおよびイソシアネートからなる発泡性樹脂）材料が好ましい。請求項２の注入材料としては、発泡性材料以外であれば特に制約されないが、好ましくは地盤改良用として用いられている材料である。また、修正工程では、発泡性材料や注入材料を専用の注入装置を用いて注入する。その場合、通常は、発泡性材料や注入材料を注入装置の注入管から基礎構造体の変形部位下方へ噴射し注入するが、その注入管を孔形成工程で形成した挿通孔から挿入した状態で行うことが好ましい。

以上の各発明は、次のように展開することがより好ましいものとなる。すなわち
（１）前記修正工程では、前記変形部位を覆うように敷板を配置して、その敷板により前記変形部位を非変形部位より上昇しないよう規制する構成である（請求項３）。
（２）前記固化体造成工程又は／及び修正工程では、前記変形部位を覆うように配置された敷板と、前記敷板に設けられた貫通孔と前記挿通孔とを連通する連結管とを用いる構成である（請求項４）。
（３）前記敷板上には、前記連結管を通じて地盤中より上昇し流出する排泥を溜める排泥槽が設置されている構成である（請求項５）。

請求項１，２の各発明では、基礎構造体の解体を伴わずに固化体を建て込むことによって地盤そのものを改良するとともに、固化体と変形部位との間に設定された隙間にレベル調整剤として請求項１の発泡性材料、又は、請求項２の注入材料を注入充填することによって、解体などの大掛りな工事を伴うことなく、変形部位を恒久的に修復できる。すなわち、請求項１の発明では、発泡性材料が主として固化体上部に反力をとって発泡膨張し、発泡に応じた膨張により変形部位を押し上げるため、発泡性材料の使用量も削減可能となる。請求項２の発明では、注入材料の注入圧、つまり注入量に比例した注入圧に応じた力で変形部位を押し上げるため、注入材料の使用量も削減可能となる。

請求項３の発明では、基礎構造体の変形部位が請求項１の発泡膨張、又は、請求項２の注入圧に応じた力で押し上げられて修復される。その際、本発明では、変形部位を覆うように配置された敷板の存在（敷板の荷重及びその上に配される部材等の荷重）により過剰に押し上げられないよう規制して、非変形部位と同一レベルに修復可能にする。換言すると、修正工程では、その修復程度がレベル計などで計測しながら管理されるが、本発明ではそのような管理を緩和したとしても変形部位の過剰な上昇を確実に規制できる点で優れている。

請求項４の発明では、基礎構造物の変形部位を覆う敷板により変形部位に固化体造成用機器類などの過剰な負荷を変形部位に与え難くできる。また、変形部位に設けられた挿通孔と敷板の貫通孔とを連通管で連通することで、例えば固化体造成工程で上昇してくる排泥などを集めやすくしたり、修正工程で注入作業を行いやすくできる。

請求項５の発明では、固化体造成工程において、連結管を通じて地盤中より上昇し流出する排泥を排泥槽に集めることで排泥処理を容易にし、それにより施工効率を向上できる。

（ａ）は本発明方法の孔形成工程を示す概念図、（ｂ）は挿通孔を形成した後に行われる準備作業（敷板および排泥槽の設置）を示す概念図である。本発明の固化体造成工程の初期段階を模式的に示し、（ａ）は側面から見た概念図、（ｂ）は（ａ）の右側つまり正面から見た概念図である。（ａ）から（ｃ）は固化体造成工程の初期段階から最終段階までを模式的に示す概念図である。（ａ）および（ｂ）は修正工程の流れを示す概念図である。（ａ）および（ｂ）は修正工程後の処理を示す拡大した概念図である。変形例を示し、（ａ）は図４（ｂ）に対応した概念図、（ｂ）は図５（ｂ）に対応した概念図である。

以下、本発明方法を適用した形態を図面を参照しながら説明する。この説明では、基礎構造体、孔形成工程、固化体造成工程、修正工程、図６の変形例の順に詳述する。なお、図面では、作図上の制約から一部を省略したり模式化している。

（基礎構造体）図１の基礎構造体１は、実際に試験的に実施された大型倉庫、工場などを想定した建物の床版構成の例である。この基礎構造体１は、地盤Ｅ上の地表面に敷設された砕石や砂利などの敷砂利２と、その上面に盛られた捨てコンクリート３と、その上部に打設されたコンクリート床版４とを備えている。コンクリート床版４は、基礎構造体１の骨材となり、その一部が地盤沈下などに起因して段差（以下、これを変形部位４０という）となっている。符号４ａはその変形部位４０の沈下に起因したクラックである。なお、敷砂利２および捨てコンクリート３の段差付近のものは、不整列状態であり変形部位４０の凹みに応じて乱れている。また、本発明の基礎構造体としては、コンクリート床版４で構成されており、敷砂利２および捨てコンクリート３をコンクリート床版４の副材として捉えることもできる。

（孔形成工程）この工程では、変形部位４０の適位置に対し後述する高圧噴射工法に用いられる貫入及び噴射用ロッド７を通す挿通孔４０ａが穿設される。この場合、挿通孔４０ａは、既存のドリルなどによりロッド７を余裕を持って通す大きさの孔径に設けられる。その場合、孔位置は段差４０のほぼ中心に設けることが好ましい。なお、この例では、単一の挿通孔４０ａとなっているが、段差などの変形部位が広域に渡る場合には複数箇所つまり固化体に要求される地盤支持力を満たす数および箇所に穿設されることになる。

挿通孔４０ａを形成した後は、図１（ｂ）に示されるごとく段差４０を覆うように敷板１５が配置されるとともに、排泥槽１０が敷板１５上に設置される。ここで、敷板１５は、平坦な剛板からなり、固化体造成工程や修正工程の各作業をこの上で行う作業台としての役目と、排泥槽１０を保持する支持部としての役目と、修正工程において変形部位４０が過剰に上昇されないよう規制する作用も兼ねる。この敷板１５には挿通孔４０ａに対応した貫通孔１５ａが設けられる。貫通孔１５ａは挿通孔４０ａの軸線上に位置している。また、排泥槽１０は、概略矩形の容器状となっているとともに、図１（ｂ）の左側つまり背面側が正面側より一段低く形成されている。排泥槽１０の底面には、挿通孔４０ａおよび貫通孔１５ａと同軸線上に設けられた接続孔１０ａが設けられている。

そして、この例では、排泥槽１０が敷板１５上に位置決め配置された状態で、接続孔１０ａと挿通孔４０ａとが連結管５により貫通孔１５ａを介して連通されている。連通管５は、例えばゴム製の筒形状となっていて、接続孔１０ａから挿通孔４０ａへ向けて抜け止め状態に装着される。挿通管５の上周囲は、抜け止め用のフランジ部を有しており、フランジ部が排泥槽１０の内底面に当接することで接続孔１０ａに対してシール可能となる。

（固化体造成工程）この工程では、図２に示されるごとく貫入及び噴射用ロッド７を回転を伴って連通管５を通じ地盤中に貫入したり引き抜くとともに、固化材をロッド７の先端側より噴射して変形部位４０の直下に固化体８を造成する。この高圧噴射工法に用いられる機器類としては、ボーリングマシン６と、ボーリングマシン６により昇降される貫入及び噴射用ロッド７と、高圧ポンプ１３と、発泡性材料又は他の注入材料を貯蔵する不図示の材料貯留槽などを備えている。このうち、ボーリングマシン６は、前側が排泥槽１０内に設けられた支持部材１６に保持され、後側が敷板１５上に保持された状態に設置されている。ロッド７は、二重管構造となっているとともに、ロッド内に沿って配置されて固化材や掘削水を送る配管、及びロッド下端及び下側周囲に設けられて前記配管に接続されている複数のノズル１７を有し、ボーリングマシン６の前側に設けられた駆動機構により昇降駆動される。高圧ポンプ１３は、不図示の水溜槽から掘削水と、材料溜槽から固化材とを、高圧ホースなどの配管１２およびロッド先端側に設けられたスイベル７ａを介してロッド７内の配管へ選択的に供給する。なお、配管１２は掘削水および固化材を兼ねる構成と、図３（ｂ），（ｃ）に示したごとく掘削水用および固化材用の２つの配管１２，１４で構成する場合もある。これらは公知である。

次に、固化体造成の具体的手順例について説明する。ここでは、例えば、図２に示されるごとく、ロッド７が上記連結管５を通って変形部位４０の直下の地中へ回転しながら貫入される。貫入過程では、掘削水（又は固化材としてセメントミルクやソイルセメントなど）が高圧ポンプ１３から配管１２およびスイベル７ａを介してロッド内に設けられた配管に供給されてノズル１７より噴射されつつ削孔する。この削孔過程では、泥水などがロッド７に沿って上昇して排泥槽１０に一時貯留されるとともに、ポンプ１１により系外に排出される。

また、ロッド７は、図３（ａ）のごとく予め設定された深さまに到達した後、逆転されながら引き抜かれる。引抜過程では、予め製造された固化材（セメントミルクやソイルセメント）が高圧ポンプ１３から配管１２およびスイベル７ａを介してロッド内に設けられた配管に供給されてノズル１７より噴射される。この場合は、例えば固化材を圧縮空気に同伴してノズル１７から高圧噴射しつつロッド７を引き抜いて、目的大の固化体８を造成することが好ましい。なお、固化体８は、その上面８ａが変形部位４０に対し所定の隙間、例えば１０〜８０ｃｍ程度の隙間を保つよう造成される。この隙間は、次の修正工程で行う発泡性材料や他の注入材料を注入する上で好適な大きさである。造成作業完了後は、使用したボーリングマシン６およびロッド７などの設備が撤去される。但し、敷板１５および排泥槽１０は、撤去してもよいが、修正工程を完了するまで残しておくことが好ましい。

（修正工程）この工程では、図４に示されるごとく発泡性材料として市販の発泡性ウレタン樹脂を連通管５、又は、専用に形成した孔から変形部位４０と固化体８との間に確保された隙間に注入して、設計支持力を発現した固化体８の上部側に反力をとってその発泡に応じた膨張により変形部位４０を非変形部位（コンクリート床版４の床面レベルＦＬ）と略同一面まで復元させる。なお、請求項２の場合は、図示を省いたが、発泡性材料以外の予め選択される注入材料を使用し、その注入材料を連通管５、又は、専用に形成した孔から変形部位４０と固化体８との間に確保された隙間に注入して、固化体８の上部側に反力をとってその注入材料の注入圧に応じ変形部位４０を非変形部位と略同一面まで復元させる。すなわち、発泡性材料や他の注入材料は、固化体８と変形部位４０との間に確保された隙間を埋めると同時に変形部位４０を膨張圧や注入圧により上昇し修復するレベル調整用である。

この修正作業では、貯留槽２３に収容された発泡性材料や注入材料がホース２４を介して注入装置２０に吸引され、連結管５に差し込まれる注入管であるノズル２２から変形部位４０と固化体８との間に確保された隙間に注入操作される。注入装置２０は、据え置きタイプであり、ノズル２２が固定管２１に対し伸縮調整可能となっている。この注入操作では、不図示のレベル計にて変形部位４０の高さが計測されて、その計測値により発泡性材料や注入材料の注入終了時を判断する。しかし、実際は、例えば、発泡性材料の場合だと、注入完了時と膨張完了時とは必ずしも一致しないため、変形部位４０がコンクリート床版４の床面レベルＦＬよりも押し上げられて、床版４にひび割れなどを生じる虞もある。この例では、敷板１５の存在（敷板の荷重及び排泥槽等のごとく敷板上に配される他の部材の荷重）により変形部位４０の過剰な押し上げをそれら敷板等の荷重で規制し、そのような虞を確実に解消すべく工夫されている。

また、上記隙間ないしは固化体８の上部空間は、変形部位４０側に上記した敷砂利２および捨てコンクリート３があり、その下側にスライムや排泥などが混ざり合った軟弱な組成となっている。このため、発泡性ウレタン樹脂９は、ノズル２２より噴射されると、その軟弱部分に浸透して短時間に発泡硬化しつつ膨張し、その発泡圧により図４（ｂ）に示されるごとく、固化体８ａの上面８ａに反力をとってコンクリート床版４を押し上げる。なお、図４では、注入箇所を模式的に描いているが、注入されたウレタン樹脂は、密度の粗な箇所を指向して枝状に分岐しつつ、上記隙間の全体に広がって充填発泡されるものとなる。

図５（ａ）は以上の修正工程を終えた修復状態を示している。本発明の修復方法では、地盤深さ方向が固化体８の上面８ａにて規制支持されているため、注入されたウレタン樹脂９の膨張ないしは膨張圧は支持力の弱い上方および水平方向へ作用し（但し、水平方向の隙間が限られているため専ら上方向へ作用する）、それにより変形部位０の真下で沈下に起因して乱れていた敷砂利２および捨てコンクリート３がほぼ元の位置まで持ち上げられている。図５（ｂ）は後処理として、例えば、連結管５を引き抜いた後の挿通孔４ａの内部にコンクリートなどを注入して塞いだ状態を示している。勿論、連結管５は引き抜かなくてもよい。その場合は連結管５内をコンクリートなどで埋めるようにする。

（変形例）図６は請求項２に対応して上記発泡性材料（発泡性ウレタン樹脂９）に代えて、非発泡性の注入材料を用いた例である。図６（ａ）は図４（ｂ）に対応し、図６（ｂ）は図５（ｂ）に対応して示している。以上の修復方法では、修正工程において非発泡性の注入材料１９を用いる場合だと、以下のような点が変更される。

すなわち、固化体造成工程では、固化体８の上面８ａの高さ、つまり変形部位４０と固化体８との間に設定される隙間が注入材料の性状などにより最適な寸法に設定される。一般的には、上記隙間として、発泡性材料（発泡性ウレタン樹脂９）の場合よりも多少狭くなるよう設定される。これは、変形部位４０を非発泡性注入材料の注入量に比例した注入圧により押し上げやすくするためである。

なお、以上のように本発明は、請求項で特定される構成を実質的に備えておればよく、細部は以上の形態及び変形例を参考にして種々変更可能なものである。

１…基礎構造体（２は敷き砂利、３は捨てコンリート、４はコンクリート床版）
５…連結管
６…ボーリングマシン
７…貫入及び噴射用ロッド（７ａはスイベル、１７はノズル）
８…固化体
９…発泡性ウレタン樹脂（発泡性材料）
１０…排泥槽（１０ａは接続孔）
１１…排泥ポンプ
１２…配管
１３…高圧ポンプ
１５…敷板
１６…支持部材
１９…非発泡性材料
２０…注入装置（２１は固定管、２２は調整ノズル）

Claims

地盤上の基礎構造体に生じた段差や傾きなどの変形部位を、当該変形部位の下方へ発泡性材料を注入して発泡膨張により復元する基礎構造体の修復方法において、
前記変形部位に貫入及び噴射用ロッドを通す挿通孔を設ける孔形成工程と、
前記ロッドを前記挿通孔から地盤中に貫入したり引き抜くとともに、固化材をロッド先端側より噴射して前記変形部位の直下に固化体を造成する固化体造成工程と、
前記発泡性材料を前記変形部位と前記固化体との間に設定された隙間に注入して、前記固化体上部に反力をとってその発泡性材料の発泡に応じた膨張により前記変形部位を非変形部位と略同一面まで復元させる修正工程
とを経ることを特徴とする基礎構造体の修復方法。
地盤上の基礎構造体に生じた段差や傾きなどの変形部位を、当該変形部位の下方へ注入材料を注入して注入圧により復元する基礎構造体の修復方法において、
前記変形部位に貫入及び噴射用ロッドを通す挿通孔を設ける孔形成工程と、
前記ロッドを前記挿通孔を通じ地盤中に貫入したり引き抜くとともに、固化材をロッド先端側より噴射して前記変形部位の直下に固化体を造成する固化体造成工程と、
前記注入材料を前記変形部位と前記固化体との間に設定された隙間に注入して、前記固化体上部に反力をとってその注入材料の注入圧に応じ前記変形部位を非変形部位と略同一面まで復元させる修正工程
とを経ることを特徴とする基礎構造体の修復方法。
請求項１又は２において、前記修正工程では、前記変形部位を覆うように配置された敷板により、前記変形部位を非変形部位より上昇しないよう規制することを特徴とする基礎構造体の修復方法。
請求項１又は２において、前記固化体造成工程又は／及び修正工程では、前記変形部位を覆うように配置された敷板と、前記敷板に設けられた貫通孔と前記挿通孔とを連通する連結管とを用いることを特徴とする基礎構造体の修復方法。
前記敷板上には、前記連結管を通じて地盤中より上昇し流出する排泥を溜める排泥槽が設置されていることを特徴とする請求項４に記載の基礎構造体の修復方法。