JP6229294B2 - 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底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底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、既存の底盤から下方に杭を打設してその上部にメガトラスの柱を取り付け、メガトラスの梁と既存の底盤との間に突っ張り部材としての逆打ち支柱を設置し、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、底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、既存の底盤の浮き上がりや盤ぶくれ現象の発生が抑えられる。

特許第３７６１３０７号公報

特許文献１に記載の方法では、逆打ち支柱が既存の柱の間に設置されるため、逆打ち支柱の荷重が、既存の底盤のスラブ等の低強度の箇所に作用する。そのため、既存の底盤に対して大掛かりな補強をする必要があり、施工コストが増加する。

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、既存の地下躯体の底盤の浮き上がりや盤ぶくれ現象の発生を抑えると共に、施工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の底盤及び地中壁と、上側の一部を除いて解体されずに地下に残置された既存の柱と、前記既存の底盤から下方に打設された新設の杭と、前記新設の杭に下端が埋設された新設の逆打ち支柱と、前記既存の柱と前記新設の逆打ち支柱とを力の伝達ができるように連結する力伝達部材とを備え、前記力伝達部材は、前記既存の柱の上端と前記新設の逆打ち支柱との間に仮設された仮設方づえであることを特徴とする。

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、既存の底盤及び地中壁を地下に残置して建替える方法であって、既存の柱を上側の一部を除いて解体せずに地下に残置し、新設の杭を前記既存の底盤から下方に打設し、新設の逆打ち支柱をその下端が前記新設の杭に埋設されるように建入れ、前記既存の柱と前記新設の逆打ち支柱とを力伝達部材で力の伝達ができるように連結し、前記力伝達部材としての仮設方づえを、前記既存の柱の上端と前記新設の逆打ち支柱との間に仮設することを特徴とする。

また、前記建替え方法において、少なくとも前記地下躯体の解体開始から前記力伝達部材で前記既存の柱と前記新設の逆打ち支柱とを連結するまでの間、前記地下躯体の内側に、地下水の揚圧力に抵抗する重量物を入れてもよい。

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、既存の地下躯体の底盤の浮き上がりや盤ぶくれ現象の発生を抑えると共に、施工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。 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。 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。

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。この図に示すように、地下構造１０は帯水層１に位置するため、地下構造１０には揚圧力Ｐが作用する。また、地下構造１０の下方には粘土層２を介して被圧帯水層３が存在するため、地下構造１０の下方の地盤には被圧水の水圧が作用している。

地下構造１０は、解体されずに残置された既存躯体２０と、既存躯体２０の内側に構築された新設躯体３０とを備えている。既存躯体２０は、既存底盤２２と、既存壁２４と、既存柱２６とを備えている。また、新設躯体３０は、逆打ち支柱３４と、新設梁３６と、新設スラブ３７とを備えている。逆打ち支柱３４は、新設の杭３２に支持されている。

既存底盤２２は、基礎スラブ２２Ａと、基礎スラブ２２Ａ上に縦横に構築された基礎梁２２Ｂと、基礎梁２２Ｂ上に構築されたスラブ２２Ｃとを備えている。また、既存壁２４は、地下構造１０を構築する地下空間の全周を囲った地中壁であり、周囲の地盤の土圧を受けている。既存柱２６は、グランドレベルＧＬから所定長さだけ解体されてその下側は残置されている。ここで、既存柱２６は、縦横の基礎梁２２Ｂが交差した部分（仕口部）に接合されており、当該部分に既存柱２６から荷重が作用している。

杭３２は、鉄筋コンクリート造の多段拡径杭であり、基礎底盤２２のスラブ２２Ｃ及び基礎スラブ２２Ａを貫通して被圧帯水層３まで打設されている。この杭３２の被圧帯水層３に位置する部分に拡底部３２Ａ及び複数段の拡径部３２Ｂが設けられており、これらにより杭３２の引抜き抵抗力Ｒが増大されている。また、逆打ち支柱３４は、杭３２に下端が埋設されて地上まで延びる鉄骨の柱であり、杭３２に逆打ち支柱３４から荷重が作用している。また、新設梁３６は、逆打ち支柱３４間に架設された鉄骨の梁である。

また、既存柱２６の上端と、逆打ち支柱３４と新設梁３６との仕口部との間には、架設方づえ４０が設置されている。この仮設方づえ４０は、各既存柱２６毎に複数ずつ設けられた鉄骨部材であり、各仮設方づえ４０は、既存柱２６の上端と、逆打ち支柱３４と新設梁３６との仕口部との間に両者間で力を伝達できるように設けられている。本実施形態では、既存柱２６の上端に新設梁３６がモルタルで結合され、当該新設梁３６と仮設方づえ４０の一端、仮設方づえ４０の他端と上記仕口部は、ボルト等で結合されている。

以上のような構成の地下構造１０では、解体されることにより軽量化された既存躯体２０の重量が揚圧力Ｐより小さいことによって、既存底盤２２、既存柱２６及び仮設方づえ４０を介して逆打ち支柱３４に引抜力Ｑが作用する。それに対して、杭３２には地盤から引抜き抵抗力Ｒが生じる。この引抜き抵抗力Ｒと引抜力Ｑとのバランスが取れるように、杭３２の径、打設深さや拡底部３２Ａ及び多段の拡径部３２Ｂの寸法等が設定されている。

図２〜図９は、地下部分を有するビル１００の建替えの手順を示す立断面図である。図２に示すように、既存建造物としてのビル１００の地下部分には、上記既存躯体２０の既存底盤２２、既存壁２４、及び既存柱２６に加えて既存梁２７及び既存スラブ２８が存在する。

まず、図３に示すように、既存スラブ２８（図２参照）を解体する。また、既存躯体２０の内側を土砂で埋める。そして、既存底盤２２に杭３２を貫通させるための孔をあける。ここで、既存底盤２２の基礎スラブ２２Ａ、基礎梁２２Ｂ、スラブ２２Ｃで囲まれた空間には鉄筋が配筋され、コンクリートが充填されており、開口周辺の補強が行われている。図４に示すように、杭３２を打設して逆打ち支柱３４を建入れする。杭３２を打設する工程では、下部に拡底部３２Ａ及び複数段の拡径部３２Ｂを構築する。また、逆打ち支柱３４を建入れする工程では、逆打ち支柱３４の下端をコンクリートが硬化前の杭３２の頭部に挿入する。

次に、図５及び図６に示すように、既存躯体２０を地上側から解体すると共に、逆打ち工法により新設躯体３０を地上側から構築する。この工程では、既存躯体２０の内側を各階の既存梁２７が表出するまで掘り起こし、表出した既存梁２７を既存柱２６から切断し、既存柱２６の表出した部分を切断する。ここで、既存壁２４は解体せずに残置して山留め壁とする。そして、解体が終了した階に新設梁３６を架設し、新設スラブ３７を構築する。このような解体作業と、逆打ち工法による新設躯体３０の構築作業とを所定階まで繰り返す。

ここで、既存躯体２０の内側の土砂は、揚圧力Ｐに対してバランスを取るためのウエイトであり、解体作業を進める上記所定階、即ち既存躯体２０の内側の土砂を掘り起こす深さは、解体途中の既存躯体２０の重量と揚圧力Ｐとの差を考慮して設定する。

次に、図７に示すように、各既存柱２６毎に複数の仮設方づえ４０を設置する。この工程では、新設梁３６を既存柱２６の上端にモルタルで結合し、当該新設梁２６に各仮設方づえ４０の一端を、各仮設方づえ４０の他端を逆打ち支柱３４と新設梁３６との仕口部にボルト等で接続する。これにより、逆打ち支柱３４に作用する引抜力Ｑと杭３２に地盤から作用する引抜き抵抗力Ｒとのバランスが取れ、既存躯体２０の揚圧力Ｐ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が抑えられる。

そこで、図８に示すように、上記所定階から最下階までの既存躯体２０の解体作業と新設躯体３０の構築作業とを実施する。この工程では、新設底盤３８を構築して該新設底盤３８と杭３２の頭部と接合する。これにより、既存底盤２２を介して新設躯体３０に作用する揚圧力Ｐと、それに抵抗する新設躯体３０等の重量及び杭３２に地盤から作用する引抜き抵抗力Ｒとのバランスが取れ、新設躯体３０の揚圧力Ｐ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が抑えられる。そのため、図９に示すように、仮設方づえ４０の撤去と既存柱２６の解体とが可能になる。

以上説明したように、本実施形態に係る建替え方法では、既存柱２６を上側の一部を除いて解体せずに地下に残置し、新設の杭３２を既存底盤２２から下方に打設し、新設の逆打ち支柱３４をその下端が新設の杭３２に埋設されるように建入れ、既存柱２６と新設の逆打ち支柱３４とを仮設方づえ４０で力の伝達ができるように連結する。これによって、既存躯体２０に作用する揚圧力Ｐと、それに抵抗する既存躯体２０の重量及び杭３２に地盤から作用する引抜き抵抗力Ｒとのバランスを取ることができる。従って、既存躯体２０の揚圧力Ｐ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、最下階まで既存躯体２０の解体作業と新設躯体３０の構築作業とを実施できる。

ここで、既存柱２６を介して既存底盤２２から逆打ち支柱３４に荷重が伝達されるように構成したことによって、既存柱２６と既存底盤２２との接合部には大きな耐力が要求されるが、当該部分は、縦横の基礎梁２２Ｂと既存柱２６とが交差した仕口部であり、元々大きな荷重に耐えるように構築されている。従って、既存底盤２２の補強を不要もしくは減らすことができ、施工コストを低減できる。

また、既存躯体２０の浮き上がりや盤ぶくれ現象の抑制を目的として、既存躯体２０に揚圧力Ｐが作用しないように、既存躯体２０の下方の地盤を遮水壁で囲むという方法が知られている。この方法では、薬液注入工法等により遮水壁を構築するため、施工コストが高くなる。それに対して、本実施形態に係る方法では、解体する既存柱２６、本設の杭３２、逆打ち支柱３４や仮設方づえ４０によって、既存躯体２０の浮き上がりや盤ぶくれ現象を抑制することができるため、遮水壁を構築する方法に比して施工コストを低減できる。特に、仮設材は仮設方づえ４０のみであり、その他は、解体する既存柱２６、本設の杭３２、逆打ち支柱３４であるため、施工コストの低減の効果は大きい。

また、本実施形態に係る建替え方法では、少なくとも既存躯体２０の解体開始から仮設方づえ４０で既存柱２６と逆打ち支柱３４とを連結するまでの間、既存躯体２０の内側に、地下水の揚圧力Ｐに抵抗する重量物たる土砂を入れる。これによって、既存躯体２０の解体開始から仮設方づえ４０で既存柱２６と逆打ち支柱３４とを連結するまでの間、揚水力Ｐによる既存躯体２０の浮き上がりや盤ぶくれ現象の発生を抑制できる。

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、仮設方づえ４０を用いたが、既存柱２６と逆打ち支柱３４との間で荷重を伝達できるものであれば、ブレース等の他の部材、構造を用いることができる。

１ 帯水層、２ 粘土層、３ 被圧帯水層、１０ 地下構造、２０ 既存躯体、２２ 既存底盤、２２Ａ 基礎スラブ、２２Ｂ 基礎梁、２２Ｃ スラブ、２４ 既存壁、２６ 既存柱、２７ 既存梁、２８ 既存スラブ、３０ 新設躯体、３２ 杭、３２Ａ 拡底部、３２Ｂ 拡径部、３４ 逆打ち支柱、３６ 新設梁、３７ 新設スラブ、３８ 新設底盤、４０ 仮設方づえ、１００ ビル

Claims (3)

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の底盤及び地中壁と、
   上側の一部を除いて解体されずに地下に残置された既存の柱と、
   前記既存の底盤から下方に打設された新設の杭と、
   前記新設の杭に下端が埋設された新設の逆打ち支柱と、
   前記既存の柱と前記新設の逆打ち支柱とを力の伝達ができるように連結する力伝達部材と
   を備え、
   前記力伝達部材は、前記既存の柱の上端と前記新設の逆打ち支柱との間に仮設された仮設方づえである地下構造。
2. 地下躯体を有する建造物を、既存の底盤及び地中壁を地下に残置して建替える方法であって、
   既存の柱を上側の一部を除いて解体せずに地下に残置し、
   新設の杭を前記既存の底盤から下方に打設し、
   新設の逆打ち支柱をその下端が前記新設の杭に埋設されるように建入れ、
   前記既存の柱と前記新設の逆打ち支柱とを力伝達部材で力の伝達ができるように連結し、
   前記力伝達部材としての仮設方づえを、前記既存の柱の上端と前記新設の逆打ち支柱との間に仮設する建替え方法。
3. 少なくとも前記地下躯体の解体開始から前記力伝達部材で前記既存の柱と前記新設の逆打ち支柱とを連結するまでの間、前記地下躯体の内側に、地下水の揚圧力に抵抗する重量物を入れる請求項２に記載の建替え方法。