JP5777435B2 - 小規模建築物用基礎の補強工法 - Google Patents

Description

この発明は、高さが１３ｍ以下の一般的な戸建住宅程度の小規模建築物を、支持力が不足している軟弱地盤上へ建設する際に、べた基礎や布基礎といった直接基礎の支持力を補強する技術分野に属し、更に云うと、液状化現象が生じても常に安定した支持力を発揮する小規模建築物用基礎の補強工法に関する。

従来から、軟弱地盤上に鉛直荷重が比較的小さい小規模建築物を建設する際には、建物の不同沈下を防止するために杭を打設する方法や地盤を改良する、等の基礎構造の支持力を補強する対策を講じている。そうした基礎の補強工法として、近年、環境負荷が小さく経済的な「砕石を用いた地盤改良工法」の実施が増加しており、例えば下記の特許文献１に記載されて公知に属する。
上記特許文献１に記載されている補強工法は、ドレーン杭の埋設装置のケーシングにより軟弱地盤を所定の深度まで掘削し、同ケーシングを順次引き上げる毎に同ケーシング内へ装備した砕石で成る中込材を順次落下させ、水平方向と鉛直方向へ押し込み締め固める作業を繰り返し行うことで、中込材で成るドレーン杭を形成して地盤を改良して支持力を補強する方法である。特許文献１では特に前記埋設装置のケーシングが改良されて、掘削時には掘削孔の壁面に掘削土砂を押し付けて締め固め、壁面の崩壊を防止すること、中込材の締め固め力を適切に調整してドレーン杭全体を均一に締め固めることが特長として記載されている。

特開２００９−６２７６２号公報

上記特許文献１には、軟弱地盤に有効な支持力を発揮し且つ環境負荷の小さい砕石から成るドレーン杭により軟弱地盤を改良していること、及びドレーン杭及びその外周土を締め固めている点が認められる。
しかし、この補強工法は、ドレーン杭の周辺地盤からの土圧によりドレーン杭の形状が保持されている工法である
したがって、一旦液状化現象が生じてしまうと周辺地盤が緩くなり、砕石を締め固めて成るドレーン杭は、その形状を保持できず、支持力が著しく低下し結局不同沈下してしまう虞がある。
因みにドレーン杭を保持するために、鋼管等で外殻を形成することも考えられる。しかし、この場合は杭上端部に荷重が作用すると、外殻に軸力が発生し、外殻が面外座屈を起こす虞があり、結局ドレーン杭の形状を保持できない。したがって、依然として不同沈下を効果的に防止する「砕石を用いた地盤補強工法」は見当たらない。

本発明の目的は、上記課題を解決することであり、液状化現象が生じても地盤の補強箇所に損傷を及ぼす虞が無く、補強箇所が座屈することを効果的に抑制でき、支持力を充分に且つ安定して確保して不同沈下を防止する、砕石を用いた小規模建築物用基礎の補強工法を提供することにある。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る小規模建築物用基礎の補強工法は、
軟弱地盤上へ直接基礎８を構築して小規模建築物１１を建設するに際し、直接基礎８の支持力を補強する工法であって、
前記直接基礎８の直下の軟弱地盤中へコルゲートパイプ３を埋設し、埋設したコルゲートパイプ３の中空部内へ砂利又は砕石で成る充填材５を同コルゲートパイプ３の上端位置まで充填して締め固めること、
前記コルゲートパイプ３は、円周を縦方向へ複数に分割された円弧状の各セクション３０の両端部の縦縁に沿って外向きにフランジ片３１を設け、相対峙する各セクション３０、３０のフランジ片３１同士を突き合わせてボルト接合し、同コルゲートパイプ３の中心から放射状方向外向きに加わる力に対しては、前記フランジ片３１、３１間が開いて膨張する変形を許容する構成とされていることをそれぞれ特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
軟弱地盤内に埋設されるコルゲートパイプ３は、上記小規模建築物１１に対する支持力を充分に発揮する深さまで埋設することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
コルゲートパイプ３の中空部内へ充填する充填材５の粒径は６号であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
充填材５を充填したコルゲートパイプ３の上端面に、ぐり石７を載置したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法において、
コルゲートパイプ３は、鋼製であることを特徴とする。

請求項１〜５に記載した小規模建築物用基礎の補強工法は、以下の効果を奏する。
直接基礎の直下において、支持力が不足している軟弱地盤中に、コルゲートパイプ３を、小規模建築物に対して十分な支持力を発揮する深さまで埋設し、同埋設したコルゲートパイプ３の中空部内へ砂利又は砕石で成る充填材５を同コルゲートパイプ３の上端位置まで充填して締め固め、上記した「砕石を用いた地盤補強方法」にコルゲートパイプを使用して補強することを特長としている。よって、液状化現象が生じた際にもコルゲートパイプによってパイプ内部の充填材が拘束されて外へ流れ出ることを拘束されるので、地盤の補強箇所に損傷を及ぼす虞が無く、安定した支持力を得ることができる。また、コルゲートパイプは波形断面であるが故に、外周の軟弱地盤層との接触面積が鋼管に比して拡大され摩擦抵抗が大きく、軸力に対する支持力も十分に期待できる。

また、前記コルゲートパイプ３は、縦断面形状が波形であるため鉛直剛性が低く縦方向に容易に変形する特性を有している。
したがって、このコルゲートパイプ３の上端に構築された直接基礎及び戸建て住宅の荷重が作用すると、コルゲートパイプ３の外殻には軸力が殆ど発生せず、外殻が面外に座屈することがなく、中空部内の充填材５に軸力の殆どが作用することになる。よって、充填材５が圧縮変形すると共にコルゲートパイプ３の内壁面を中心から放射方向外方へ押す力が作用して、コルゲートパイプを外側へ膨らませる所謂ちょうちん変形が生じる。このときコルゲートパイプ３を構成する各セクション３０は円周を縦方向に分割された構成で、その両端部の縦縁に沿って直角外向きにフランジ片３１を設けて、各セクション３０は前記フランジ片３１同士を突き合わせてボルト接合し、コルゲートパイプ３の中心から放射状方向外向きに加わる力に対しては、前記フランジ片３１、３１間が開いて膨張する変形を許容する構成であるため、充填材の剪断破壊（座屈）を防ぎ、作用した軸力を確実に下層地盤（支持層）へ伝達することができる。
のみならず、コルゲートパイプ３が上記のようにちょうちん変形することで、外周の軟弱地盤層（外周土）を押し付ける現象により摩擦力が一層増加し、支持力を更に大きく確保して不同沈下を効果的に防止することができる。

前記コルゲートパイプ３の中空部内へ充填される充填材５の砕石の粒径を６号（請求項３）としたので、同管内の砕石の詰まり具合が均一になり軸力を効果的に支持層へ伝達できる。

Ａ〜Ｆは、本発明に係る小規模建築物用基礎の補強工法の手順を示す説明図である。 Ａは、本発明に係る小規模建築物用基礎の補強工法を実施した一箇所の補強状態を示す図である。Ｂはコルゲートパイプの平面図である。ＣはＡのＩ−Ｉ矢視断面図である。 コルゲートパイプ内に充填された充填材の詰まり具合を示す部分拡大図である。 本発明の小規模建築物用基礎の補強工法により完成した基礎上の戸建て住宅を示す参考図である。 布基礎と地盤補強基礎が実施される位置関係を示す平面図である。 基礎に鉛直荷重が作用した際の応力作用を示した図である。 Ａは小規模建築物用べた基礎の補強工法を実施した一例を示す参考図である。ＢはＡの平面図である。

本発明は、軟弱地盤Ｎ上へ直接基礎８（１１）を構築して小規模建築物Ｈを建設する際に、同直接基礎８の支持力を補強する工法として実施される。
前記直接基礎８の直下の軟弱地盤Ｎ中へコルゲートパイプ３を埋設する。埋設したコルゲートパイプ３の中空部内へ砂利又は砕石で成る充填材５を同コルゲートパイプ３の上端位置まで充填して締め固める。
前記コルゲートパイプ３は、円周を縦方向へ複数に分割された円弧状の各セクション３０の両端部の縦辺に沿って外向きにフランジ片３１を設け、相対峙する各セクション３０、３０のフランジ片３１同士を突き合わせてボルト接合し、同コルゲートパイプ３の中心から放射状方向外向きに加わる力に対しては、前記フランジ片３１、３１の間が開いて膨張する変形を許容する構成とされている。

以下に、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
本発明は、図４に示すように、鉛直荷重が比較的小さい戸建て住宅やコンビニエンスストアなどのような小規模建築物を建築する際に好適に実施される基礎の補強工法である。したがって、特に小規模建築物において実施されている直接基礎を補強することを前提に、以下、本発明による小規模建築物用基礎の補強工法の実施例を説明する。但し、直接基礎と称する布基礎やべた基礎においても同様に本発明を実施できることを申し添える（図９を参照）。
本発明の小規模建築物用基礎の補強工法の大きな特長は、効果の項に記載したように、コルゲートパイプを使用し、その中空部内へ砕石等を充填する補強工法の点にある。

先ず、図１Ａに示すように、支持力が不足している軟弱地盤Ｎの所定位置に掘削装置１をセットする。所定の位置とは、図５の平面図に示すように、布基礎の補強が必要であると算出された複数箇所である。図示上では符号３で示す部分である。
以下、一箇所に実施される地盤補強工法を説明するが、当然、他の箇所にも同様の工法が実施される。
上記の掘削装置１とは、一般的に地盤の掘削に使用されるケーシング１０を有する装置であり、特に特許文献１のようなケーシングに特別な構成を具備する高価な装置である必要はない。

次に、図１Ｂに示すように、上記掘削装置１のケーシング１０を回転させながら所定位置の軟弱地盤Ｎを支持層Ｓへ到達するまで掘削して、掘削孔２を形成する。掘削孔２の深度Ｌは、例えば３ｍである。本実施例では、掘削孔２を形成して実施する工法で説明するが、勿論、中堀をしつつ、以下に記載する工法を同様の技術的思想に基づいて実施することもできる。
上記のように形成された掘削孔２内へ、同掘削孔２の深度よりも若干浅い高さを有するコルゲートパイプ３が挿入される。そして、掘削孔２とコルゲートパイプ３の外周との隙間に掘削残土をしっかり埋め戻して、外周土からの土圧を期待できるようにコルゲートパイプ３を埋設する。当然、コルゲートパイプ３の下端は支持層Ｓへ到達する深さで埋設されており、その上端は現段階においては露出する程度に埋設されている。因みに、地盤又は小規模建築物Ｈの重量によっては、掘削孔２及びコルゲートパイプ３は支持層Ｓに到達させる必要はない。所謂コルゲートパイプ３を摩擦杭の如くに構成して実施することもできる。
つまり、本実施例ではコルゲートパイプ３を支持層Ｓに到達する深さに埋設した状態を示したが、小規模建築物においては、その荷重量、基礎形式、地盤の程度によりコルゲートパイプ３が有する摩擦力などで十分に支持力を発揮できる場合には、支持層Ｓに到達せずとも、軟弱地盤Ｎ内であっても上記小規模建築物に対する支持力を充分に発揮する深さに埋設して同様に実施できる。

ここで、本発明に使用されるコルゲートパイプ３を図２で説明する。コルゲートパイプ３は薄鋼板製で非常に軽量であり、図２Ｃの縦断面図が示すように波形形状とされ、鉛直剛性が低く容易に変形する特性を有している。そして、円周（円弧）を縦方向に複数に分割したセクション３０、３０を組み合わせて、両者の縦辺に沿って直角外向き（但し、直角には限らない。）にフランジ片３１を設け、相対峙するフランジ片同士を突き合わせ、ボルト接合して形成している（図２Ｂ）。
本実施例の場合、図２Ｂの平面図に示すように、平面視が２つのセクション３０を連結して成る半割型であり、両セクション３０、３０の両端部へ直角外向きに取り付けられた各フランジ片３１、３１同士をそれぞれ突き合わせ、同フランジ片３１に設けられたボルト孔（図示省略）へボルト４を差し込みナットを締め付けて接合されている。前記フランジ片３１、３１同士は溶接接合はされずボルト接合であるため、後述するようにコルゲートパイプ３の中心から放射方向外方への力が加わった際には、波形による変形許容量に加えて、各フランジ片３１、３１の間が開き、同コルゲートパイプ３が外側へ膨らむちょうちん変形を最大限許容できる構成とされている。

上記構成のコルゲートパイプ３を掘削孔２内へ埋設した後、図１Ｄに示すように、同コルゲートパイプ３の中空部内へ砕石で成る充填材５を充填する。図示例では土砂ホッパー６を用いて充填しているがこの限りではない。充填される充填材５の粒径は１３〜５ｍｍとされる６号であることが好ましい。これは図３に示すように、コルゲートパイプ３の波形の１ピッチが６８ｍｍ、深さが１３ｍｍである場合において、その波形部に略均一に充填できる粒径である。勿論、粒径が６号程度の砂利を使用しても良い。

そして、図１Ｅに示すように、前記充填材５の充填作業は適宜締め固めをしながら行われ、コルゲートパイプ３の上端部に達するまで充填される。そして、その上部へぐり石７を載置することで、充填材５を突き固め強固にすると共に、図１Ｆに示すように布基礎８を構築する均し作業が行える。図示することは省略したが、ぐり石７の上は平滑にするために捨てコンクリートを打つことが好適である。
次に、図１Ｆに示す直接基礎８を構築するが、具体的には図２Ａに示すように、スラブ筋８０、あばら筋８１、主筋８２、腹筋８３を配筋しコンクリートを打設して構築される。その後、布基礎８の下端が隠れるまで埋め戻しが行われる。上記作業を図５の符号３の箇所すべてに行う。しかる後に、図４に示すように、地盤補強を行った布基礎８の上部へ小規模建築物Ｈが建設される。したがって、前記小規模建築物Ｈに必要十分な支持力を確保でき、且つ液状化現象が生じても充填材５が流れ出で補強した箇所が損傷する虞が一切無く安定した支持力を恒久的に期待できるのである。
上記コルゲートパイプ３の設置位置は、図５に示した限りではなく、千鳥配置として実施することも適宜行われる。

以下に、コルゲートパイプ３及び充填材５に作用する応力を図６から説明する。
先ず、図６の作用図に示すように、上記布基礎８から荷重が作用すると、充填材５は圧縮変形すると同時に水平方向へ膨張する変形もする。しかし、コルゲートパイプ３の外殻により拘束されて所謂フープ張力が発生する。コルゲートパイプ３は上記したように断面が波形構造であり、しかも複数のセクション３０の縦の連結箇所であるフランジ片３１、３１間が開いてコルゲートパイプ３の外側への膨らみを許容し、所謂ちょうちん変形を生じさせる。これにより充填材５が剪断破壊（座屈）することを防ぎ、作用した軸力を支持層Ｓまで確実に伝達することができる。また、上記のようにちょうちん変形することで周辺地盤（軟弱地盤層Ｎ）を外方へ押し付けることにより摩擦力が増加し、支持力を充分に確保して不同沈下を効果的に防止することができるのである。

以上に、本発明を特に直接基礎８を補強する工法として説明したが、勿論この限りではない。即ち、図７Ａに示すべた基礎１１を補強する際にも同様の技術的思想に基づいて実施できる。図７Ｂはべた基礎１１とコルゲートパイプ３の配置の一例を示す平面図である。
以下には、上記実施例１との相違点のみ説明する。
コルゲートパイプ３を埋設し、同コルゲートパイプ３の上端にぐり石７を設置することまでは上記した実施例１のとおりである。前記ぐり石７の上面に砕石１０を敷く点が異なる。砕石１０としては、例えば割栗石を使用する。その上でスラブ筋１１ａ、あばら筋１１ｂ、主筋１１ｃ、腹筋１１ｄを配筋し、コンクリートを打設してべた基礎１１を構築して実施される。

以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施例の構成に限定されない。発明の目的と要旨を逸脱しない範囲において、当業者が必要に応じて行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のため言及する。例えば、コルゲートパイプ３としてスパイラル管を使用して同様に実施できることを付言する。

１ 掘削機
２ 掘削孔
３ コルゲートパイプ
３０ セクション
３１ フランジ片
４ ボルト
５ 充填材
６ 土砂ホッパー
７ ぐり石
８ 直接基礎
１１ べた基礎
Ｈ 戸建て住宅

Claims (5)

1. 軟弱地盤上へ直接基礎を構築して小規模建築物を建設するに際し、直接基礎の支持力を補強する工法であって、
   前記直接基礎の直下の軟弱地盤中へコルゲートパイプを埋設し、埋設したコルゲートパイプの中空部内へ砂利又は砕石で成る充填材を同コルゲートパイプの上端位置まで充填して締め固めること、
   前記コルゲートパイプは、円周を縦方向へ複数に分割された円弧状の各セクションの両端部の縦辺に沿って外向きにフランジ片を設け、相対峙する各セクションのフランジ片同士を突き合わせてボルト接合し、同コルゲートパイプの中心から放射状方向外向きに加わる力に対しては、前記フランジ片間が開いて膨張する変形を許容する構成とされていることをそれぞれ特徴とする、小規模建築物用基礎の補強工法。
2. 軟弱地盤内に埋設されるコルゲートパイプは、上記小規模建築物に対する支持力を充分に発揮する深さまで埋設することを特徴とする、請求項１に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。
3. コルゲートパイプの中空部内へ充填する充填材の粒径は６号であることを特徴とする、請求項１又は２に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。
4. 充填材を充填したコルゲートパイプの上端面に、ぐり石を載置したことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。
5. コルゲートパイプは、鋼製であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載した小規模建築物用基礎の補強工法。

Images