JP6175624B2 - 地盤改良基礎作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤を改良できると同時に、建造物の骨組みと連結できる基礎を作成する地盤改良基礎作成方法に関する。

従来は、地中に地盤改良のための柱状体を形成してから、柱状体の上に基礎を作成し、その基礎に鉄骨を連結していた。従来の地盤改良段階では、まず、オーガーを使用して、地表から鉛直方向に縦穴を掘る。その縦穴に、セメント系固化剤を投入して固めることで、セメントの柱状体を作成する。次の基礎作成段階では、柱状体を形成した土壌の上に、鉄骨を使用した基礎を構築している。

特開平８−１８４０２９

従来の方法では、地盤改良と基礎の構築を別工程にする必要があるので手間がかかる。

地盤改良用のコンクリート製の柱状体に鉄骨を入れると、一見、地盤改良と基礎の両方の機能を同時に果たせるように思えるが、実際はそうではない。まず、コンクリートを流し込んだだけの柱状体は、鉄骨により強度が強くなるが、周辺土壌に対する圧力が弱いので圧密の効果が薄く地盤改良を行えないことに加えて、縦方向の抜けに弱い。

また、掘削土とセメント系固化剤とを混合した改良土を使用して、従来の地盤改良工法で柱状体を形成し、その柱状体が柔らかいうちに鉄骨を入れることも考えられる。しかし、実際には、従来の地盤改良工法で作られる柱状体は、周辺土壌に対する圧力が弱いので圧密の効果が薄く地盤改良を行えないことに加え、縦方向の安定性が弱い。また、改良土と鉄骨との結合力が経験的に証明されていない。

地盤改良と基礎の構築を短期間で行うことが求められていることから、本発明は、地盤改良の能力が高いと同時に、曲げ、せん断および上下方向の抜けに強い地盤改良基礎を作成する地盤改良基礎作成方法を提供することを目的とする。

本発明の地盤改良基礎作成方法は、地面に、所定方向に延在する独立した縦穴を掘削する工程と、掘削により排出される掘削土とセメント系固化剤とを混合して改良土を作成する工程と、略円筒状のオーガー軸と、オーガー軸の周囲に螺旋状に配設されて逆回転時に改良土を縦穴の下方奥に向けて搬送する螺旋搬送部と、オーガー軸よりも縦穴の下方奥に位置して下方奥に向けて径が小さくなる略円錐台形の中継部と、中継部から所定方向に沿って縦穴の下方奥に向けて径が小さくなる略円錐径のヘッドと、ヘッドの外周面から所定方向に略直交する方向において互いに逆方向に突設された第１のブレードと第２のブレードとを備えるオーガーを逆回転させながら縦穴に改良土を入れることにより、第２のブレードよりも縦穴の下方奥にずれて位置する第１のブレードの下押圧面により縦穴の下方奥に改良土を押しつけて締め固めることと、第１のブレードの第１の横押圧面により縦穴の側面に改良土を押しつけて締め固めることと、第２のブレードの第２の横押圧面により縦穴の側面に改良土を押しつけて締め固めることと、を行う締め固める工程と、縦穴内の改良土を固化させて独立した柱状体を形成する工程と、柱状体の一端から所定方向に延在する内部穴を形成する工程と、内部穴に金属製のＨ鋼である芯材と、掘削土を含まないセメントと、を入れる工程と、セメントを固化させる工程と、を含み、中継部が、所定方向に沿った中心軸をもつ円錐台形であり、所定方向に対する中継部の母線の傾斜角度が、所定方向に対するヘッドの母線の傾斜角度より大きい。

本発明によれば、改良土により柱状体を形成するときに、周辺土壌を締め固めて圧密するので、柱状体の円筒状の周面と周辺土壌との摩擦力が大きくなり、鉛直方向の力を下端だけでなく広い周辺面で受けることができる。したがって、鉛直方向のずれや抜けに強くなる。

本発明によれば、周辺土壌に向けて締め固めしながら柱状体を作成するので、水や気泡を排除して密度を高めることができる。したがって、柱状体が、せん断、曲げなどに対して強くなる。

本発明によれば、金属芯材を入れるので、地盤改良基礎全体が曲げやせん断に強くなる。改良土による柱状体と金属芯材との間に、掘削土を含まないセメントを入れるので、改良土で作られた柱状体から金属芯材が抜けにくくなる。

本実施形態の地盤改良基礎作成方法の複数の工程を示す図である。

本実施形態の地盤改良基礎作成方法について、図１を参照しながら説明する。なお、実際に地盤改良基礎を作成する際には、本明細書に記載されている工程以外の工程が適宜含まれてもよい。図１Ａに示すように、まず、地盤１００に、オーガー２００を正回転させることにより、鉛直方向に延在する縦穴１１０を掘削する。

オーガー２００の円筒形のオーガー軸２１０を正回転させると、下方に尖った円錐形のヘッド２２０が一体となって回転する。オーガー軸２１０とヘッド２２０との間には、下方に向けて直径の小さくなる円錐台形の中継部２３０が設けられている。ヘッド２２０が回転すると、ヘッド２２０の水平方向両側に設けられた第１のブレード２４０と第２のブレード２５０とが一体的に回転して地盤１００を掘削する。掘削された掘削土は、螺旋搬送部２６０によって上方に搬送され、縦穴１１０から外に排出される。

次に、掘削により排出される掘削土と、粒径の異なる砂と、セメント系固化剤と、を混合して改良土を作成する。

次に、図１Ｂに示すように、オーガー２００を逆回転させることで、螺旋搬送部２６０にのせた改良土を縦穴１１０の下方のヘッド２２０周辺に搬送する。オーガー２００の第１のブレード２４０には、下押圧面２４１と第１の横押圧面２４２とが設けられている。下押圧面２４１は、図１Ｂにおいて上側が手前にあり、下側が奥にある斜面であり、最下端は概ね水平面に沿った直線状となっている。第１の横押圧面２４２は、図１Ｂにおいて、中心側が手前にあり、外側が奥にある斜面であり、最左端は概ね鉛直方向に沿っている。第２のブレード２５０には、第２の横押圧面２５１が設けられている。第２の横押圧面２５１は、図１Ａにおいて、中心側が手前にあり、外側が奥にある斜面であり、左端は概ね鉛直方向に沿っている。図１Ｂは、ある一瞬のオーガー２００の状態を示しており、逆回転とは、第１のブレード２４０が図１Ｂの状態から手前に向かい、第２のブレード２５０が図１Ｂの状態から奥に向かう回転である。

新たに投入された改良土は、縦穴１１０の下方奥にすでに存在する改良土柱３００と下押圧面２４１との間、縦穴１１０の水平方向の内面にすでに存在する改良土と第１の横押圧面２４２との間、および、縦穴１１０の水平方向の内面にすでに存在する改良土と第２の横押圧面２５１との間に送り込まれ、こてのような作用によって締め固められる。改良土をさらに投入して締め固めが進むと、オーガー２００は改良土柱３００の抵抗によって上に押し上げられる。所定の高さまで改良土柱３００を作る。

次に、図１（Ｂ）の縦穴１１０の改良土柱３００を固化させて、図１（Ｃ）に示す柱状体３１０を形成する。従来の押圧部のないオーガー２００を使用して柱状体を形成する場合に比べると、本実施形態は、締め固めるようにして図１（Ｂ）の改良土柱３００が形成されているので、固化した図１（Ｃ）の柱状体３１０は、水分や気泡が十分に排除されて高密度となっている。図１（Ｃ）の柱状体３１０は、高密度であるので外周曲面と周辺土壌との押し合う圧力が強い。その結果、外周曲面と周辺土との間にかかる鉛直方向の摩擦力が強く、鉛直方向に力が加わっても安定する。

次に、図１（Ｄ）に示すように、柱状体３１０の上端から鉛直下方に延在する内部穴３２０を形成する。水平面に平行な断面でみた場合、柱状体３１０の直径よりも内部穴３２０の直径の方が小さく、柱状体３１０の略中央に内部穴３２０が配置される。内部穴３２０の鉛直方向の深さは、柱状体３１０の鉛直方向の深さよりも浅い。

次に、図１（Ｅ）に示すように、内部穴３２０に長尺の金属製の芯材３３０を入れて、長手方向が鉛直方向に沿うように配置する。金属製の芯材３３０は、内部穴３２０の内壁から離して配置される。本実施形態の芯材は、Ｈ鋼であるが、鉛直方向に長い他の部材であってもよい。次に、内部穴３２０にセメント３４０を入れて、柱状体３１０と金属製の芯材３３０との間を埋める。内部穴３２０に入れるセメント３４０には、掘削土が含まれない。その後、内部穴３２０のセメント３４０を固化させる。これにより、地盤改良基礎４００が完成する。

本実施形態によれば、柱状体３１０の配合と、内部穴３２０に入れるセメント３４０の配合とを独立して決定することができる。すなわち、柱状体３１０の配合は、周辺土壌の圧密に適するように決定でき、金属製の芯材３３０の固定に適しているかどうかとは無関係に決定できる。その一方で、内部穴３２０に入れるセメント３４０の配合は、金属製の芯材３３０の固定に適するように決定でき、地盤改良用の柱状体３１０の形成に適しているかとは無関係に決定できる。さらに、柱状体３１０と、内部穴３２０に入れるセメント３４０とが、共にセメント系であるので、両者は強固に結合される。結果として、柱状体３１０に対して金属製の芯材３３０を強固に固定することができる。

本実施形態により作成される地盤改良基礎４００は、地盤改良を行う能力をもつと同時に、曲げやせん断に強い基礎としての機能ももつ。したがて、構造を簡素化できるとともに、全体としての工程を短くすることができる。

従来、改良土とセメントとの結合力が弱いと考えられていたので、本実施形態のように柱状体３１０内にセメント３４０を入れることは考えられてこなかった。しかし、発明者らの実験によれば、金属製の芯材３３０部分を強い力で引っ張っても柱状体３１０とセメント３４０部分が離れることはなかった。少なくとも、セメント３４０を使用せずに柱状体３１０と直接金属製の芯材３３０を入れた場合よりも、本実施形態の方が強い力に耐えることができた。

１００ 地盤
１１０ 縦穴
２００ オーガー
２１０ オーガー軸
２２０ ヘッド
２３０ 中継部
２４０ 第１のブレード
２４１ 下押圧面
２４２ 第１の横押圧面
２５０ 第２のブレード
２５１ 第２の横押圧面
２６０ 螺旋搬送部
３００ 改良土柱
３１０ 柱状体
３２０ 内部穴
３３０ 金属製の芯材
３４０ セメント

Claims (1)

1. 地面に、所定方向に延在する独立した縦穴を掘削する工程と、
   掘削により排出される掘削土とセメント系固化剤とを混合して改良土を作成する工程と、
   略円筒状のオーガー軸と、前記オーガー軸の周囲に螺旋状に配設されて逆回転時に前記改良土を前記縦穴の下方奥に向けて搬送する螺旋搬送部と、前記オーガー軸よりも前記縦穴の下方奥に位置して下方奥に向けて径が小さくなる略円錐台形の中継部と、前記中継部から前記所定方向に沿って前記縦穴の下方奥に向けて径が小さくなる略円錐径のヘッドと、前記ヘッドの外周面から前記所定方向に略直交する方向において互いに逆方向に突設された第１のブレードと第２のブレードとを備えるオーガーを逆回転させながら前記縦穴に前記改良土を入れることにより、前記第２のブレードよりも前記縦穴の下方奥にずれて位置する前記第１のブレードの下押圧面により前記縦穴の下方奥に前記改良土を押しつけて締め固めることと、前記第１のブレードの第１の横押圧面により前記縦穴の側面に前記改良土を押しつけて締め固めることと、前記第２のブレードの第２の横押圧面により前記縦穴の側面に前記改良土を押しつけて締め固めることと、を行う締め固める工程と、
   前記縦穴内の前記改良土を固化させて独立した柱状体を形成する工程と、
   前記柱状体の一端から前記所定方向に延在する内部穴を形成する工程と、
   前記内部穴に金属製のＨ鋼である芯材と、前記掘削土を含まないセメントと、を入れる工程と、
   前記セメントを固化させる工程と、を含み、
   前記中継部が、前記所定方向に沿った中心軸をもつ円錐台形であり、
   前記所定方向に対する前記中継部の母線の傾斜角度が、前記所定方向に対する前記ヘッドの母線の傾斜角度より大きい、
   地盤改良基礎作成方法。

Images