JP5931126B2 - 基礎構築方法および基礎構築システム - Google Patents

Description

本発明は、構造物を支持するための基礎を構築する基礎構築方法および基礎構築システムに関する。

従来より、公園における遊具や東屋、フェンス、仮設住宅などの簡易な構造物の基礎として、以下のような簡易基礎が提案されている（特許文献１、２参照）。
すなわち、簡易基礎は、杭部材貫通部を有する中空で略球形の本体部材と、この本体部材の杭部材貫通部を通って地中に差し込まれた杭部材と、を備える。これら杭部材は、地表面に対して傾斜して延びている。

特開２００７−２４７２４９号公報 特開２０１４−３１７００号公報

しかしながら、上述のような簡易基礎を水田跡地などの軟弱地盤に設けようとすると、この簡易基礎の固定度を確保する必要がある。
つまり、簡易基礎を水田跡地などの軟弱地盤に設けた場合、風荷重の繰り返しの横荷重によって、杭部材と地盤との摩擦力が低下し、本体部材に引き抜き力や押し込み力が作用する。その結果、本体部材が杭部材に対して相対移動して、杭部材による十分な支持力を確保できないおそれがあった。

そこで、杭部材を長くして、この長い杭部材を軟弱地盤に打ち込むことが考えられるが、作業場所の足下が悪いため、長い杭部材を軟弱地盤に効率的かつ高精度で打ち込むことは困難であった。

本発明は、軟弱地盤においても、長い杭部材を効率的かつ高精度で安価に打ち込むことができる基礎構築方法および基礎構築システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の基礎構築方法は、筒部（例えば、後述の筒部１２）が設けられたガイド部材（例えば、後述のガイド部材１０）と、当該ガイド部材の筒部に挿通される少なくとも２本の杭部材（例えば、後述の杭部材２０）と、を備え、前記筒部の中心軸は、鉛直方向に対して傾斜してかつ互いに干渉することなく延びる基礎（例えば、後述の基礎１）を構築する基礎構築方法であって、前記ガイド部材を地表面に仮固定する工程（例えば、後述のステップＳ１、Ｓ２）と、前記ガイド部材の筒部に前記杭部材を差し込んで、当該杭部材の少なくとも先端部を地中に打ち込む工程（例えば、後述のステップＳ３〜Ｓ５）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、ガイド部材に設けた筒部に杭部材を挿通し、この杭部材の少なくとも一部を地中に打ち込んで、杭として機能させた。ここで、杭部材を打ち込む際、ガイド部材を地表面に仮固定したので、ガイド部材の位置ずれを防止できるから、軟弱地盤においても、長い杭部材を効率的かつ高精度で打ち込むことができる。
また、ガイド部材を地表面に仮固定するだけでよいので、杭部材を安価に打ち込むことができる。

本発明の基礎構築方法は、前記杭部材を地中に打ち込んだ後、当該杭部材を前記ガイド部材の筒部に固定する工程をさらに備えることが好ましい。

この発明によれば、杭部材を筒部に固定したので、ガイド部材に引き抜き力や押し込み力が作用しても、このガイド部材が杭部材に対して相対移動するのを防止できる。よって、軟弱地盤においても、杭部材による支持力を本体に確実に伝達できる。

請求項１に記載の基礎構築方法は、前記ガイド部材を地表面に仮固定する工程では、前記ガイド部材を囲む枠状の固定定規（例えば、後述の固定定規６０）を地表面に仮固定することで、前記ガイド部材を地表面に仮固定することを特徴とする。

この発明によれば、ガイド部材を囲む枠状の固定定規を地表面に仮固定することで、ガイド部材を地表面に仮固定した。したがって、ガイド部材自体を加工する必要がないので、施工コストを低減できる。また、固定定規は、容易に運搬でき、転用可能である。

請求項２に記載の基礎構築方法は、前記杭部材を地中に打ち込む工程では、前記杭部材のうち互いに対向するもの同士を同時に打ち込むことを特徴とする。

杭部材の打ち込み時には、ガイド部材に水平力が作用するが、この発明によれば、杭部材のうち互いに対向するもの同士を同時に打ち込んだので、水平力が相殺されるから、ガイド部材の位置ずれをより確実に防止できる。

請求項３に記載の基礎構築システム（例えば、後述の基礎構築システム４０）は、筒部が設けられたガイド部材と、当該ガイド部材の筒部に挿通される少なくとも２本の杭部材と、を備え、前記筒部の中心軸は、鉛直方向に対して傾斜してかつ互いに干渉することなく延びる基礎を構築する基礎構築システムであって、前記ガイド部材の位置を測定する位置測定手段（例えば、後述の位置測定手段５０）と、前記ガイド部材の筒部に前記杭部材を差し込んで、当該杭部材を地中に打ち込む打設手段（例えば、後述の打設装置４１）と、前記杭部材の打ち込みにかかる時間を測定し、当該測定した時間に基づいて前記杭部材の支持力を算定する支持力算定手段（例えば、後述の支持力算定手段５１）と、前記ガイド部材の位置および前記杭部材の支持力が所定の誤差の範囲内であるか否かを判定する判定手段（例えば、後述の判定手段５２）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、杭部材を打ち込む際、ガイド部材を地表面に仮固定したので、ガイド部材の位置ずれを防止できるから、基礎を高精度で構築できる。

本発明の一実施形態に係る基礎構築方法により構築された複数の基礎の斜視図。 本実施形態に係る基礎の拡大斜視図。 本実施形態に係る基礎の平面図。 本実施形態に係る基礎のガイド部材の平面図。 図４のＡ−Ａ断面図。 本実施形態に係るガイド部材の筒部の拡大断面図。 本発明の実施例および比較例の実験結果を示す図。 本実施形態に係る基礎構築システムの構成を示す模式図。 本実施形態に係る基礎を構築する手順のフローチャート。 本実施形態に係る基礎を構築する手順を説明するための図。 本実施形態に係る基礎を構築するための打設治具の平面図および側断面図。 前記実施形態に係る基礎構築システムの判定結果の具体例。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基礎構築方法により構築された複数の基礎１の斜視図である。図２は、基礎１の拡大斜視図である。図３は、基礎１の平面図である。
基礎１は、ここでは６個構築されており、これら６個の基礎１は、上部で構造物２を支持する。この基礎１は、ガイド部材１０と、このガイド部材１０に取り付けられた４本の杭部材２０と、を備える。

図４は、ガイド部材１０の平面図である。図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。
ガイド部材１０は、ダクタイル鋳鉄による鋳造物であり、椀状の本体１１と、この本体１１に設けられて杭部材２０が挿通される４つの筒状の筒部１２と、これら筒部１２に杭部材２０を固定する固定部材３０と、を備える。

本体１１は、平面視で矩形状であり、中心軸が略鉛直となるように地表面３に配置される（図５参照）。この本体１１は、伏せた椀状つまり中央部が上方に向かって膨出した形状であり、本体１１の四隅には、下方に向かって突出した脚部１３が形成されている。
また、本体１１の中央部には、構造物２を本体１１に連結するための貫通孔１４が形成されている。

４つの筒部１２は、円筒形状であり、本体１１の四隅に本体１１に一体に設けられ、４つの筒部１２の中心軸は、本体１１の軸方向に対して傾斜してかつ互いに干渉することなく延びている。

４本の杭部材２０は、それぞれ、円筒形状であり、筒部１２に挿通されている。これら杭部材２０は、本体１１が地表面３に設置された状態では、少なくとも一部が地中に打ち込まれており、杭として機能する。
本実施形態では、杭部材２０として鋼管を用いたので、使用条件に応じて必要な防食処理を鋼管に施したり、鋼管の板厚を耐用年数における腐食速度を考慮したものとしたりする。

図６は、筒部１２の拡大断面図である。この図６では、筒部１２の軸方向が図６中上下方向となるように表現している。
筒部１２の上端側には、この筒部１２を貫通する貫通孔１５Ａ、１５Ｂが形成されている。また、杭部材２０には、この杭部材２０を貫通する貫通孔２３Ａ、２３Ｂが形成されている。固定部材３０は、ボルト３１と、このボルト３１の先端に螺合されたナット３２と、を備える。

これら貫通孔１５Ａ、１５Ｂ、２３Ａ、２３Ｂには、ボルト３１が挿通されて、このボルト３１の先端側には、ナット３２が螺合されている。
また、杭部材２０の外面と筒部１２の内面との隙間には、シーリング剤Ｓが充填されており、この筒部１２には、この筒部１２の上端を覆うキャップ１６が被せられている。

以上のガイド部材１０では、ボルト３１を貫通孔１５Ａ、１５Ｂ、２３Ａ、２３Ｂに挿通してナット３２を螺合することで、杭部材２０を筒部１２に固定する。

以下、杭部材を固定した場合（実施例）と杭部材を固定しない場合（比較例）について、押し込み力、引抜き力、および水平荷重の３種類の実験を行った。なお、各実施例では、鋼管の長さを４ｍとした。

図７は、実施例および比較例の実験結果を示す図である。図７において、（ａ）は、押し込み力と押し込み量（沈下量）との関係を示しており、（ｂ）は、引抜き力と引抜き量（浮き上がり量）との関係を示しており、（ｃ）は、水平荷重と水平移動量（水平変位量）との関係を示している。いずれの実験についても、設計荷重以下の荷重では、実施例の方が比較例に比べて変位量が大幅に低減していることが判る。

以上の複数の基礎１は、基礎構築システム４０により構築される。
図８は、基礎構築システム４０の構成を示す模式図である。
基礎構築システム４０は、打設手段としての打設装置４１、ＧＰＳ装置４２、演算処理装置４３、表示装置４４、および記憶装置４５を備える。

演算処理装置４３は、例えばコンピュータであり、記憶装置４５に記憶されたプログラムを読み出して、動作制御を行うＯＳ上に展開して実行するものである。

打設装置４１は、ガイド部材１０の筒部１２に杭部材２０を差し込んで、この杭部材２０を地中に打ち込む。ＧＰＳ装置４２は、自己の三次元空間における位置を測定して、演算処理装置４３に送信する。演算処理装置４３は、位置測定手段５０、支持力算定手段５１、および判定手段５２を備える。

位置測定手段５０は、ＧＰＳ装置４２をガイド部材１０の上に載せて、この状態でＧＰＳ装置４２を作動させると、このＧＰＳ装置４２からの信号を受信し、ＧＰＳ装置４２の三次元空間における位置をガイド部材１０の三次元空間における位置として、表示装置４４に表示する。

支持力算定手段５１は、打設装置４１の駆動により杭部材２０の打ち込みにかかる時間を測定し、この測定した時間に基づいて杭部材２０の支持力を算定する。
判定手段５２は、ガイド部材１０の位置および杭部材２０の支持力が所定の誤差の範囲内であるか否かを判定し、その結果を表示装置４４に表示する。

次に、以上の基礎構築システム４０を用いて基礎１を構築する手順について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ１では、ガイド部材１０を位置決めする。すなわち、ガイド部材１０を地表面３に載置するとともに、このガイド部材１０を囲んで固定定規６０を地表面３に載置し、ガイド部材１０の上面にはＧＰＳ装置４２を取り付ける。
次に、ＧＰＳ装置４２を駆動して、位置測定手段５０がこのＧＰＳ装置４２の三次元空間における位置を測定して表示装置４４に表示する。したがって、作業員は、表示装置４４、ガイド部材１０の現在位置と予め決められた位置との誤差を確認しながら、ガイド部材１０を位置決めする。

ステップＳ２では、ガイド部材１０を地表面３に仮固定する。すなわち、図１０に示すように、山形鋼を組み合わせて製作した枠状の固定定規６０を用意する。この固定定規６０の四隅には、貫通孔６１が形成されている。
この固定定規６０を、ガイド部材１０を囲んで地表面３に載置し、固定定規６０の４箇所の貫通孔６１を貫通して棒状のくさび部材６２を地中に打ち込むことで、ガイド部材１０を仮固定する。

ステップＳ３では、打設治具７０をクレーンなどで吊り上げて、図１１に示すように、この打設治具７０をガイド部材１０の直上に設置する。すなわち、打設治具７０は、ガイド部材１０を挟んで互いに対向配置された一対の筒状の打設装置４１と、地表面３に設けられて一対の打設装置４１を支持する支持部７１と、を備える。
ここでは、一対の打設装置４１の先端を、互いに対向する一対の筒部１２に配置する。
支持部７１は、地表面３に設けられた支柱７２と、この支柱７２に支持されて打設装置４１の基端側を支持する円環状の環状部７３と、を備える。

ステップＳ４では、図１１に示すように、打設治具７０に一対の杭部材２０を取り付ける。すなわち、各打設装置４１に杭部材２０を挿通して保持させるとともに、杭部材２０の先端側をガイド部材１０の筒部１２に差し込む。これにより、一対の杭部材２０は、互いに対向配置されることになる。

ステップＳ５では、一対の杭部材２０を同時に地中に打ち込む。すなわち、一対の打設装置４１を同時に駆動して、杭部材２０のうち互いに対向するもの同士を、図１１中白抜き矢印方向に同時に打ち込む。このとき、支持力算定手段５１により、打設装置４１の駆動時間を打ち込み時間として測定する。

ステップＳ６では、全ての杭部材２０の打ち込みが完了したか否かを判定する。この判定がＮｏである場合には、ステップＳ７に移り、Ｙｅｓである場合には、ステップＳ８に移る。

ステップＳ７では、打設治具７０をクレーンなどで吊り上げて、この打設治具７０の向きを変更して再度設置し、一対の打設装置４１の先端を、まだ杭部材２０を打ち込んでいない筒部１２に配置し、ステップＳ４に戻る。
ステップＳ８では、支持力算定手段５１が、打設装置４１の打ち込み時間に基づいて杭部材２０の支持力を算定する。

ステップＳ９では、位置測定手段５０が、杭部材２０の打ち込み後のガイド部材１０の三次元空間における位置を測定し、判定手段５２が、この杭部材２０の打ち込み後のガイド部材１０の位置、および杭部材２０の支持力が、所定の誤差の範囲内であるか否かを判定して、表示装置４４に表示する。
この判定がＹｅｓである場合には、終了し、Ｎｏである場合には、ステップＳ１０に移る。

図１２は、判定手段５２による判定結果の具体例を示す図である。
図１２の最上段には、基盤整形、基礎位置出し測量、および杭打設の各施工日が表示されている。
また、中段には、４本の杭部材（杭）のそれぞれについて、打ち込み時間（打設時間）、この打ち込み時間に基づいて算定された極限鉛直支持力、および、極限鉛直支持力を必要極限鉛直支持力と比較した判定結果が表示されている。
また、下段には、基礎出来形つまり施工後のガイド部材１０の位置のずれと、この位置ずれの判定結果が表示されている。

ステップＳ１０では、既に打設した杭部材２０を撤去して、ステップＳ１に戻り、基礎１を再度構築する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）ガイド部材１０に設けた筒部１２に杭部材２０を挿通し、この杭部材２０を地中に打ち込んで、杭として機能させた。ここで、杭部材２０を打ち込む際、ガイド部材１０を地表面に仮固定したので、ガイド部材１０の位置ずれを防止できるから、軟弱地盤においても、長い杭部材２０を効率的かつ高精度で打ち込むことができる。
また、ガイド部材１０を地表面に仮固定するだけでよいので、杭部材２０を安価に打ち込むことができる。
（２）杭部材２０を筒部１２に固定したので、ガイド部材１０に引き抜き力や押し込み力が作用しても、このガイド部材１０が杭部材２０に対して相対移動するのを防止できるので、軟弱地盤においても、杭部材２０による支持力を本体１１に確実に伝達できる。

（３）ガイド部材１０を囲む枠状の固定定規６０を地表面に仮固定することで、ガイド部材１０を地表面に仮固定した。したがって、ガイド部材１０自体を加工する必要がないので、施工コストを低減できる。
また、固定定規６０は、容易に運搬でき、転用可能である。

（４）杭部材２０のうち互いに対向するもの同士を同時に打ち込んだ。杭部材２０の打ち込み時には、ガイド部材１０に水平力が作用するが、この水平力が相殺されるので、ガイド部材１０の位置ずれをより確実に防止できる。

（５）判定手段５２により、ガイド部材１０の位置および杭部材２０の支持力が所定の誤差の範囲内であるか否かを判定したので、基礎１の施工精度を容易に管理できる。

（６）ボルト３１を貫通孔１５Ａ、１５Ｂ、２３Ａ、２３Ｂに挿通して、このボルト３１にナット３２を螺合することで、ボルト３１が筒部１２および杭部材２０に係止するから、杭部材２０を筒部１２に確実に固定して、本体１１が杭部材２０に対して相対移動するのを容易に防止できる。

（７）杭部材２０の上端にキャップ１６を取り付けたので、空気中の塩分が杭部材２０の内部に入り込むのを防止して、杭部材２０の内部の腐食の進行を抑制できる。

（８）杭部材２０の外面と筒部１２の内面との間にシーリング剤Ｓを充填したので、空気中の塩分が杭部材２０の内部に浸入するのを確実に防止して、杭部材２０の腐食の進行を抑制できる。

（９）打設治具７０を用いて杭部材２０を打設したので、軟弱地盤など大型重機が走行できないような場所であっても、基礎１を構築できる。
（１０）ＧＰＳ装置４２によりガイド部材１０の位置を確認しながら杭部材２０を打設したので、高精度で杭部材２０を打設できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の実施形態では、固定部材３０により杭部材２０をガイド部材１０の筒部１２に固定したが、これに限らず、杭部材２０を筒部１２に嵌合させてもよい。

また、本実施形態では、ガイド部材１０を鋳造としたが、これに限らず、ガイド部材をコンクリート製やプラスチック製としてもよい。
また、本実施形態では、杭部材２０を鋼管としたが、これに限らず、鋼管を型枠として製作した鉄筋コンクリート杭、鉄筋棒鋼、硬質プラスチック杭としてもよい。

また、杭部材２０である鋼管内に、鉄筋棒およびコンクリートやモルタルを注入することにより、現場にて簡易な鉄筋コンクリート杭を構築してもよい。この場合、外側の鋼管が腐食しても、鉄筋コンクリート杭で長期的な安定性を確保できる。なお、これに限らず、鋼管の代わりに硬質塩ビ系パイプを用いてもよい。

また、杭部材２０には、腐食防止のため、溶融亜鉛めっき、溶融アルミめっき、その他耐塩基性金属による溶融めっきを施してもよい。

上述の基礎構築システム４０の演算処理装置４３から、基礎１の施工情報を他のパソコンやタブレットに転送してもよい。
また、上述の基礎構築システム４０を、ＣＩＭ（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）に組み込んで、施工品質および出来形精度を管理するだけでなく、工程管理および工事記録作成に必要な情報を施工と同時に作成してもよい。

１…基礎
２…構造物
３…地表面
１０…ガイド部材
１１…本体
１２…筒部
１３…脚部
１４…貫通孔
１５Ａ、１５Ｂ…貫通孔
１６…キャップ
２０…杭部材
２３Ａ、２３Ｂ…貫通孔
３０…固定部材
３１…ボルト
３２…ナット
４０…基礎構築システム
４１…打設装置（打設手段）
４２…ＧＰＳ装置
４３…演算処理装置
４４…表示装置
４５…記憶装置
５０…位置測定手段
５１…支持力算定手段
５２…判定手段
６０…固定定規
６１…貫通孔
６２…くさび部材
７０…打設治具
７１…支持部
７２…支柱
７３…環状部

Claims (3)

1. 筒部が設けられたガイド部材と、当該ガイド部材の筒部に挿通される少なくとも２本の杭部材と、を備え、前記筒部の中心軸は、鉛直方向に対して傾斜してかつ互いに干渉することなく延びる基礎を構築する基礎構築方法であって、
   前記ガイド部材を地表面に仮固定する工程と、
   前記ガイド部材の筒部に前記杭部材を差し込んで、当該杭部材の少なくとも先端部を地中に打ち込む工程と、を備え、
   前記ガイド部材を地表面に仮固定する工程では、前記ガイド部材を囲む枠状の固定定規を地表面に仮固定することで、前記ガイド部材を地表面に仮固定することを特徴とする基礎構築方法。
2. 前記杭部材を地中に打ち込む工程では、
   前記杭部材のうち互いに対向するもの同士を同時に打ち込むことを特徴とする請求項１に記載の基礎構築方法。
3. 筒部が設けられたガイド部材と、当該ガイド部材の筒部に挿通される少なくとも２本の杭部材と、を備え、前記筒部の中心軸は、鉛直方向に対して傾斜してかつ互いに干渉することなく延びる基礎を構築する基礎構築システムであって、
   前記ガイド部材の位置を測定する位置測定手段と、
   前記ガイド部材の筒部に前記杭部材を差し込んで、当該杭部材を地中に打ち込む打設手段と、
   前記杭部材の打ち込みにかかる時間を測定し、当該測定した時間に基づいて前記杭部材の支持力を算定する支持力算定手段と、
   前記ガイド部材の位置および前記杭部材の支持力が所定の誤差の範囲内であるか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする基礎構築システム。

Images