JP6209911B2 - 地下構造、及び地下躯体を有する建造物の建替え方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下躯体を有する建造物の建替時の地下構造、及び地下躯体を有する建造物の建替え方法に関する。

地下躯体を有する建造物を建替える方法として、既存の地下躯体の壁や耐圧盤を残置して新設の地下躯体を構築する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の方法では、既設の地下躯体の下方に位置する被圧帯水層からの水圧で既存の耐圧盤が浮き上がったり盤ぶくれ現象が生じたりすることを抑える目的で、既存の耐圧盤から下方に場所打ちコンクリート杭を打設して杭頭部と既存の耐圧盤とを一体化し、この状態で、既存の柱や梁を解体して新設の地下躯体を構築する。これにより、既存の耐圧盤に作用する水圧に対して、地下躯体の重量と杭の引抜き抵抗力とによってバランスがとられ、既存の耐圧盤の浮き上がりや盤ぶくれ現象の発生が抑えられる。

また、特許文献１に記載の方法では、杭の施工中に地下水が噴き上がって飛散することを防止するために、杭施工用のケーシングをその頭部が地下水位よりも高くなるように設置して、そのケーシングを通して場所打ちコンクリート杭を打設している。

特許第４８２０６４２号公報

特許文献１に記載の方法において、既製品のケーシングを用いる場合には、そのサイズが限られていることにより、場所打ちコンクリート杭の直径が制限される。また、場所打ちコンクリート杭の大径化を目的として専用品のケーシングを作製する場合には、コストが上昇する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、地下躯体を有する建造物を建替える際に、場所打ちコンクリート杭を打設して既存耐圧盤の浮き上がりや盤ぶくれ現象の発生を抑えるにあたって、場所打ちコンクリート杭の大径化を可能にすると共にコストを低減することを課題にするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る地下構造は、地下躯体を有する建造物の建替時の地下構造であって、解体されずに地下に残置された既存耐圧盤と、前記既存耐圧盤を貫通するように構築された新設場所打ちコンクリート杭と、前記既存耐圧盤上に前記新設場所打ちコンクリート杭の頭部と一体で構築され、前記新設場所打ちコンクリート杭及び前記既存耐圧盤の貫通孔よりも大径である拡径部と、前記既存耐圧盤上に前記拡径部を囲い地下水位以上まで延びるようにコンクリート壁で構成された筒状体とを備える。

前記地下構造において、前記新設場所打ちコンクリート杭の頭部には鋼管が埋設され、前記拡径部にはシアコネクター又はコッターが設けられてもよい。

また、本発明に係る建替え方法は、地下躯体を有する建造物を、既存耐圧盤を地下に残置して建替える方法であって、前記既存耐圧盤上に地下水位以上まで延びるようにコンクリート壁で構成される筒状体を構築する工程と、新設場所打ちコンクリート杭を、前記筒状体を通して前記既存耐圧盤を貫通するように打設する工程と、前記既存耐圧盤上に前記新設場所打ちコンクリート杭の頭部と一体で、前記新設場所打ちコンクリート杭及び前記既存耐圧盤の貫通孔よりも大径である拡径部を構築する工程とを備える。

前記建替え方法において、前記新設場所打ちコンクリート杭の頭部に鋼管を埋設し、前記拡径部にシアコネクター又はコッターを設けてもよい。

本発明によれば、地下躯体を有する建造物を建替える際に、場所打ちコンクリート杭を打設して既存耐圧盤の浮き上がりや盤ぶくれ現象の発生を抑えるのにあたって、場所打ちコンクリート杭の大径化を可能にすると共にコストを低減することができる。

一実施形態に係る地下構造の概略構成を示す立断面図である。 新設杭の頭部と既存耐圧盤との接合部を示す立断面図である。 地下部分を有するビルの建替えの手順を示す立断面図である。 地下部分を有するビルの建替えの手順を示す立断面図である。 地下部分を有するビルの建替えの手順を示す立断面図である。 地下部分を有するビルの建替えの手順を示す立断面図である。 地下部分を有するビルの建替えの手順を示す立断面図である。 地下部分を有するビルの建替えの手順を示す立断面図である。 他の実施形態に係る新設杭の頭部と既存耐圧盤との接合構造を示す立断面図である。 本実施形態に係る新設杭を打設する手順を示す立断面図である。 本実施形態に係る新設杭を打設する手順を示す立断面図である。 本実施形態に係る新設杭を打設する手順を示す立断面図である。 本実施形態に係る新設杭を打設する手順を示す立断面図である。 本実施形態に係る新設杭を打設する手順を示す立断面図である。 他の実施形態に係る新設杭の頭部と既存耐圧盤との接合構造を示す立断面図である。 （Ａ）は、本実施形態に係る新設杭を打設する手順を示す立断面図であり、（Ｂ）は、ＰＣａコンクリート部を示す斜視図である。 本実施形態に係る新設杭を打設する手順を示す立断面図である。 本実施形態に係る新設杭を打設する手順を示す立断面図である。 本実施形態に係る新設杭を打設する手順を示す立断面図である。 他の実施形態に係る新設杭の頭部と既存耐圧盤との接合構造を示す立断面図である。 逆打ち工法を実施する場合の新設杭の頭部と既存耐圧盤との接合構造を示す立断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る地下構造１０の概略構成を示す立断面図である。本実施形態に係る地下構造１０は、地下部分を有するビルの建替え時の地下部分の構造である。ここで、地下構造１０は帯水層に位置するため、地下構造１０には地下水圧による揚圧力が作用する。

地下構造１０は、解体されずに残置された既存地下躯体２０と、既存地下躯体２０の内側に構築された複数の筒状体３０と、既存地下躯体２０の下方の地盤に打設された複数の新設杭４０とを備えている。また、既存地下躯体２０は、既存耐圧盤２２と、既存壁２４と、既存柱２６と、既存梁２８とを備えている。

新設杭４０は、既存耐圧盤２２の下方の地盤中における既存柱２６及び既存梁２８とは平面的に重ならない位置に打設された場所打ち鋼管コンクリートであり、その頭部は鋼管４２が埋設されることで補強されている。なお、新設杭４０を、既存柱２６及び既存梁２８と平面的に重なる位置に打設してもよく、その場合には、筒状体３０が、地下既存躯体２０を補強するように設置された後に、既存柱２６及び既存梁２８が撤去される。また、新設杭４０には、鉄筋籠４４（図２参照）が埋設されており、この鉄筋籠４４の上部は、鋼管４２に挿通されている。さらに、新設杭４０は多段拡径杭であり、拡底部４０Ｂと、拡底部４０Ｂより上側に形成された複数段の拡径部４０Ｃとを備えている。

また、筒状体３０は、コンクリート壁により矩形筒状に構成された仮設の構造体であり、既存耐圧盤２２の上面から水頭（地下水位Ｗ．Ｌ）よりも高位まで延びるように各新設杭４０毎に構築されている。

図２は、新設杭４０の頭部と既存耐圧盤２２との接合部を示す立断面図である。この図に示すように、既存耐圧盤２２には、新設杭４０の頭部が貫通する孔２２Ａが形成されている。この孔２２Ａの直径は、新設杭４０の直径よりも僅かに大きくなっており、孔２２Ａと新設杭４０の頭部との間には泥土モルタル等の遮水材１２が充填されている。

また、筒状体３０の内径（矩形の中空部の各辺の長さ）は、孔２２Ａの直径よりも大きくなっており、平面視で筒状体３０が孔２２Ａを囲っている。ここで、新設杭４０の頭部には平面視で矩形状の拡径部４０Ａが形成されている。この拡径部４０Ａは、筒状体３０の下部にコンクリートを充填することにより構築されており、孔２２Ａから外径側に張り出して孔２２Ａの周縁部と係合している。

鋼管４２の天端は、拡径部４０Ａに配されている。ここで、鋼管４２の拡径部４０Ａに位置する部分の外周面には、スタッドジベル等のシアコネクター４６が打設されており、このシアコネクター４６が拡径部４０Ａに埋設されることで、鋼管４２が拡径部４０Ａに定着されている。

図１に示すように、地下構造１０では、地盤から既存耐圧盤２２に作用する揚圧力が、解体されることにより軽量化された既存地下躯体２０の重量を上回ることによって、既存耐圧盤２２に浮力Ｐが作用する。それに対して、新設杭４０には地盤から引抜き抵抗力Ｑが生じる。この引抜き抵抗力Ｑと浮力Ｐとのバランスが取れるように、新設杭４０の径、打設深さ、拡底部４０Ｂ及び拡径部４０Ｃを設けるか否か、設ける場合にはその寸法等が決められている。

図３〜図８は、地下部分を有するビルの建替えの手順を示す立断面図である。図３に示すように、既存建造物としてのビルの地下部分には、上記既存地下躯体２０の既存耐圧盤２２、既存壁２４、既存柱２６及び既存梁２８に加えて既存スラブ２９が存在する。

まず、図４に示すように、既存スラブ２９（図３参照）を解体する。そして、既存地下躯体２０の内側に複数の筒状体３０を構築する。ここで、筒状体３０は、新設杭４０の施工位置毎に、既存耐圧盤２２から地下水位Ｗ．Ｌを超えて地上まで延びるように構築する。なお、筒状体３０を構築した後に既存スラブ２９を解体してもよい。

次に、図５に示すように、既存耐圧盤２２に新設杭４０を貫通させるための孔２２Ａを空ける。この工程では、筒状体３０に全旋回掘削機のケーシング１を挿入し、該ケーシング１を回転させながら既存耐圧盤２２に圧入することにより、筒状体３０の内側において既存耐圧盤２２に孔２２Ａを空ける。

次に、図６に示すように、孔２２Ａを通して既存耐圧盤２２の天端から下方地盤の所定深さまで、土砂を泥土モルタル等の遮水性のある材料に置換することにより、止水部１４を構築する。ここで、止水部１４の既存耐圧盤２２の天端からの深さは、孔２２Ａからの地下水の漏出を防止できるように設定する。なお、止水部１４が地下水圧で浮き上がることが懸念される場合には、筒状体３０内に水又は安定液を入れることで、これを抑止する。

次に、図７に示すように、筒状体３０内に安定液を入れてアースドリル工法等により削孔する。この工程では、孔２２Ａと同軸に止水部１４の外周部（上述の遮水材１２）が残るように削孔する。なお、新設杭４０の打設時の位置決めのためにスタンドパイプが必要な場合には、これを筒状体３０内に建て込む。

次に、図８に示すように、鉄筋籠４４及び鋼管４２を杭孔４１に挿入して、杭孔４１にコンクリートを打設する。ここで、コンクリートを杭孔４１の天端まで打設した後、既存耐圧盤２２の上まで打設することにより拡径部４０Ａを構築する。なお、逆打ち工法を実施する場合には、逆打ち支柱をコンクリートが硬化する前の新設杭４０に挿入する。

以上説明したように、本実施形態に係る既存地下躯体２０を有するビルの建替時の地下構造１０は、解体されずに地下に残置された既存耐圧盤２２と、既存耐圧盤２２を貫通するように打設された新設杭（新設場所打ちコンクリート杭）４０と、既存耐圧盤２２上に新設杭４０の頭部と一体で構築され、新設杭４０及び既存耐圧盤２２の貫通孔２２Ａよりも大径である拡径部４０Ａとを備えている。即ち、新設杭４０の頭部と一体の拡径部４０Ａが、孔２２Ａから外径側に張り出して孔２２Ａの周縁部に上側から係合している。これによって、既存耐圧盤２２に作用する揚圧力が、解体されて軽量化された既存地下躯体２０の重量を上回ることにより、既存耐圧盤２２に浮力Ｐが作用した場合に、新設杭４０には地盤から引抜き抵抗力Ｑが生じ、この引抜き抵抗力Ｑと浮力Ｐとのバランスが取られる。従って、既存地下躯体２０の揚圧力による浮き上がりや、被圧水の水圧による地盤の盤ぶくれ現象を抑えた状態で、最下階まで既存地下躯体２０の解体作業と新設躯体の構築作業とを実施できる。

また、地下構造１０は、既存耐圧盤２２上に拡径部４０Ａを囲い地下水位以上まで延びるようにコンクリート壁で構成された筒状体３０を備えている。これによって、新設杭４０の施工時に地下水が既存耐圧盤２２の孔２２Ａから噴出して飛散することを防止できる。

ここで、筒状体３０をコンクリート壁で構成することにより、筒状体３０の断面形状や寸法を自由に設計することが可能である。従って、既製品のケーシングよりも大径の新設杭４０を設計し、該新設杭４０の直径に応じて筒状体３０の断面寸法を設計することができる。また、専用品のケーシングを作製する場合に比して施工コストを低減できる。

また、地下構造１０では、新設杭４０の頭部には鋼管４２が埋設され、該頭部と拡径部４０Ａとの境界にはこれらを一体化させるシアコネクター４６が設けられている。従って、鋼管４２により新設杭４０の頭部を補強すると共に、新設杭４０の頭部と拡径部４０Ａとの一体性を確保して、新設杭４０に有効に浮力Ｐに対して抵抗させることができる。

図９は、他の実施形態に係る新設杭１４０の頭部と既存耐圧盤２２との接合構造を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態では、拡径部１４０Ａが、新設杭１４０の直径と同径の先打ちコンクリート部１４０Ｂと、先打ちコンクリート部１４０Ｂの外径側に構築された後打ちコンクリート部１４０Ｃとにより構成されている。ここで、先打ちコンクリート部１４０Ｂと後打ちコンクリート部１４０Ｃとは、これらの境界に埋設されたシアコネクター１４６により一体化されている。

図１０〜図１４は、本実施形態に係る新設杭１４０を打設する手順を示す立断面図である。まず、図１０に示すように、新設杭１４０の施工位置に筒状体３０を構築し、筒状体３０内の下部を砂で埋める。そして、上述の実施形態と同様に、既存耐圧盤２２に新設杭１４０を貫通させるための孔２２Ａを空ける。

次に、図１１に示すように、孔２２Ａを通して既存耐圧盤２２の上側から下方地盤の所定深さまで、土砂を泥土モルタル等の遮水性のある材料に置換することにより、止水部１４を構築する。ここで、止水部１４の既存耐圧盤２２からの深さは、上述の実施形態と同様、孔２２Ａからの地下水の漏出を防止できるように設定する。

次に、図１２に示すように、筒状体３０内に安定液を入れてアースドリル工法等により削孔する。この工程では、孔２２Ａと同軸に止水部１４の外周部の遮水材１２が残るように削孔する。

次に、図１３に示すように、鉄筋籠４４及び鋼管４２を杭孔４１に挿入して、杭孔４１にその天端まで（即ち、遮水材１２の天端まで）コンクリートを打設する。そして、図１４に示すように、筒状体３０内の砂および遮水材１２を除去し、露出した先打ちコンクリート部１４０Ｂの周面にシアコネクター１４６を打設した後に、先打ちコンクリート部１４０Ｂの周囲にコンクリートを打設する。これにより、内周側の先打ちコンクリート部１４０Ｂと外周側の後打ちコンクリート部１４０Ｃとがシアコネクター１４６を介して一体化された拡径部１４０Ａが構築される。

図１５は、他の実施形態に係る新設杭２４０の頭部と既存耐圧盤２２との接合構造を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態では、拡径部２４０Ａが、新設杭４０の直径と同径の場所打ちコンクリート部２４０Ｂと、場所打ちコンクリート部２４０Ｂの外径側に設けられたＰＣａのコンクリート部２４０Ｃとにより構成されている。ここで、場所打ちコンクリート部２４０Ｂとコンクリート部２４０Ｃとは、これらの境界に形成されたコッター２４６により一体化されている。なお、場所打ちコンクリート部２４０Ｂの外周側のコンクリート部２４０ＣをＰＣａ（プレキャスト）にすることは必須ではなく、現場でコンクリートを打設して構築してもよい。

図１６〜図１９は、本実施形態に係る新設杭２４０を打設する手順を示す立断面図である。まず、図１６（Ａ）に示すように、新設杭２４０の施工位置に筒状体３０を構築し、筒状体３０内の下部にコンクリート部２４０Ｃを設置する。そして、上述の実施形態と同様に、既存耐圧盤２２に新設杭２４０を貫通させるための孔２２Ａを空ける。

ここで、図１６（Ｂ）に示すように、コンクリート部２４０Ｃは、直方体のコンクリートブロックであり、筒状体３０の下部に嵌め込まれる。また、コンクリート部２４０Ｃには、孔２２Ａと同軸に孔２２Ａと同径の円形の貫通孔２４０Ｄが形成されており、この貫通孔２４０Ｄを通して既存耐圧盤２２に孔２２Ａが空けられる。

次に、図１７に示すように、貫通孔２４０Ｄ及び孔２２Ａを通して既存耐圧盤２２の天端から下方地盤の所定深さまで、土砂を泥土モルタル等の遮水性のある材料に置換することにより、止水部１４を構築する。ここで、止水部１４の既存耐圧盤２２からの深さは、上述の実施形態と同様、孔２２Ａからの地下水の漏出を防止できるように設定する。

次に、図１８に示すように、筒状体３０内に安定液を入れてアースドリル工法等により削孔する。この工程では、孔２２Ａと同軸に止水部１４の外周部の遮水材１２が残るように削孔する。

次に、図１９に示すように、鉄筋籠４４及び鋼管４２を杭孔４１に挿入して、杭孔４１にその天端まで（即ち、コンクリート部２４０Ｃの天端まで）コンクリートを打設する。これにより、内周側の場所打ちコンクリート部２４０Ｂと外周側のコンクリート部２４０Ｃとがコッター２４６により一体化された拡径部２４０Ａが構築される。

図２０は、他の実施形態に係る新設杭３４０の頭部と既存耐圧盤２２との接合構造を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態では、近接して構築する複数の新設杭３４０に対して１個の筒状体３３０が構築される。また、複数の新設杭３４０の拡径部３４０Ａは一体となっている。ここで、筒状体３３０をコンクリート壁で構成することで、筒状体３３０の断面形状や寸法の設計自由度を高めたことにより、複数の新設杭３４０を近接して構築する場合でも、地下水が噴出して飛散することを防止するための仮設の構造体を設置できる。

図２１は、逆打ち工法を実施する場合の新設杭４０の頭部と既存耐圧盤２２との接合構造を示す立断面図である。この図に示すように、逆打ち工法を実施する場合には、逆打ち支柱２を新設杭４０に建て込む。これにより、新設躯体の荷重を押込み力として新設杭４０に作用させることができ、より効果的に、既存地下躯体２０の揚圧力による浮き上がりや、被圧水の水圧による地盤の盤ぶくれ現象を抑えることができる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、場所打ち鋼管コンクリート杭を例に挙げて本発明を説明したが、杭頭部を鋼管で補強することは必須ではない。さらに、上述の実施形態では、矩形筒状の筒状体３０、３３０を例に挙げて本発明を説明したが、筒状体の断面形状は円形状等の他の形状にしてもよい。

１ ケーシング、２ 逆打ち支柱、１０ 地下構造、１２ 遮水材、１４ 止水部、２０ 既存地下躯体、２２ 既存耐圧盤、２２Ａ 孔、２４ 既存壁、２６ 既存柱、２８ 既存梁、２９ 既存スラブ、３０ 筒状体、４０ 新設杭、４０Ａ 拡径部、４０Ｂ 拡底部、４０Ｃ 拡径部、４１ 杭孔、４２ 鋼管、４４ 鉄筋籠、４６ シアコネクター、１４０ 新設杭、１４０Ａ 拡径部、１４０Ｂ 先打ちコンクリート部、１４０Ｃ 後打ちコンクリート部、１４６ シアコネクター、２４０ 新設杭、２４０Ａ 拡径部、２４０Ｂ 場所打ちコンクリート部、２４０Ｃ コンクリート部、２４０Ｄ 貫通孔、２４６ コッター、３３０ 筒状体、３４０ 新設杭、３４０Ａ 拡径部

Claims (4)

1. 地下躯体を有する建造物の建替時の地下構造であって、
   解体されずに地下に残置された既存耐圧盤と、
   前記既存耐圧盤を貫通するように構築された新設場所打ちコンクリート杭と、
   前記既存耐圧盤上に前記新設場所打ちコンクリート杭の頭部と一体で構築され、前記新設場所打ちコンクリート杭及び前記既存耐圧盤の貫通孔よりも大径である拡径部と、
   前記既存耐圧盤上に前記拡径部を囲い地下水位以上まで延びるようにコンクリート壁で構成された筒状体と
   を備える地下構造。
2. 前記新設場所打ちコンクリート杭の頭部には鋼管が埋設され、前記拡径部にはシアコネクター又はコッターが設けられている請求項１に記載の地下構造。
3. 地下躯体を有する建造物を、既存耐圧盤を地下に残置して建替える方法であって、
   前記既存耐圧盤上に地下水位以上まで延びるようにコンクリート壁で構成される筒状体を構築する工程と、
   新設場所打ちコンクリート杭を、前記筒状体を通して前記既存耐圧盤を貫通するように打設する工程と、
   前記既存耐圧盤上に前記新設場所打ちコンクリート杭の頭部と一体で、前記新設場所打ちコンクリート杭及び前記既存耐圧盤の貫通孔よりも大径である拡径部を構築する工程と
   を備える建替え方法。
4. 前記新設場所打ちコンクリート杭の頭部に鋼管を埋設し、前記拡径部にシアコネクター又はコッターを設ける請求項３に記載の建替え方法。