JP6344753B2 - 地下式構造物及びその築造工法 - Google Patents

Description

本発明は、防災用避難用の地下式構造物及びその築造工法に関する。

地震が発生したとき、津波の被害を回避するために、直ちに自治体等の定めた高台の学校や公民館等の公共施設へ避難することが推奨されている。しかし、地震発生から津波到達までの時間か短い場合は、高台から離れた場所に居住する住民は避難が間に合わず、逃げ遅れて津波に飲み込まれてしまう可能性が高かった。東日本大震災などに於いては、海岸近くの住民は、短時間で高台まで避難することが困難となり、多数の犠牲者を出すこととなった。

このような事態に対応するため、津波発生時に短時間で避難することができる簡易な地下式避難用シェルターが種々提案されている。

特許文献１によれば、建築コンクリート基礎４に固着した地下シェルターであって、上方には脱出エントランス６を有し、下方には非コンクリート製の繊維強化プラスチック、カーボン繊維、ケプラー繊維、ポリカーボネートコンクリート、金属の内の１種または２種以上からなるシェルター本体１を備え、脱出エントランス６とシェルター本体１の間には脱出ハッチ５と脱出チューブ２０によってつながる地下シェルターを構成する発明が提案されている。

特許文献２によれば、鉄骨で略球状の多面体に成すべき枠体11を形成し、該枠体11の周囲を多数の面材12を取付けるとともに開閉可能なドア13を取付けた密閉可能なシェルター本体１が構成され、該シェルター本体１の半分以上を地面５に埋設し、且つ、少なくともシェルター本体１に給排気手段３を備えたシェルターであって、そのシェルター本体１の下部に支持脚部２を固着させ、シェルター本体１の周囲に砂利６を充填させて埋設した構成とする発明が提案されている。

特許文献３によれば、内容量が６ｍ^３以上を要した円筒状ホーロータンクを、タンク上面が地面より一段下げた所まで地中に埋設し、その一段下げた空間にタンクを水圧から保護するための鉄筋コンクリートを施行し、その鉄筋コンクリート上に水耐圧気密構造の出入口用ハッチを設けた考案が提案されている。

特許文献４によれば、防災用地下シェルター１は、内部に避難空間３が形成され、地中Ｇに埋設されて使用されるのに必要な水密性と耐圧性を有する本体部５と、該本体部５に対して接続され、避難空間３と地上ＧＵとを連絡する連絡部７とを備える。連絡部７は一つまたは複数設けられており、連絡部７のうち少なくとも出口用として利用される連絡部７Ｂは、本体部５に対して上下方向Ｚに所定ストロークＳ昇降し得るように可動状態で設けられる考案が提案されている。

特開２０１４−８０８４７号公報 特開２０１４−１３６９１２号公報 実用新案登録第３１７７０４７号 実用新案登録第３１７８１３０号

地下式構造物を地中に埋設するためには、掘削、掘削底面の不陸整正（掘削底面の砕石敷設・転圧）、本体の据え付け、据え付け姿勢の調整、埋め戻し等の多岐にわたる作業が必要である。また掘削底面の不陸整正（掘削底面の砕石敷設・転圧）作業は、掘削穴の中での作業を要し、作業員は掘削斜面の崩落の危険にさらされることとなる。特許文献１から４は、この埋設作業を効率的、かつ安全に行う対策について開示も示唆もされていない。

本発明の課題は、埋設作業を効率的、かつ安全に行うことができる地下式構造物を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、地下式構造物であって、内部空間を有する本体と、本体から径方向の外側に延びる複数の横管と前記複数の横管を支持する複数の縦管と、前記横管を前記縦管にスライド可能に固定する緊結金具と、を備え、前記縦管は、縦穴に充填された第１コンクリート体を介して地中に固定されていることを特徴とする。

掘削した穴（掘削穴）の底面は不陸があるため、地下式構造物の本体を直接掘削穴の中に据え付けると、本体の水平姿勢を保つことが困難となり、また、重量を底面に均等に分散することもできない。そのため、本体を据え付ける前に、掘削穴の底面に砕石を敷設し、転圧をしておくのが通常である。この敷設・転圧作業は、作業員が掘削穴の中に入ることが必要であり、作業員は掘削斜面の崩落の危険にさらされることとなる。また、掘削穴内で湧水が発生した場合は、足場がぬかるみ、作業は著しく困難となる。しかし、この構成によれば、地下式構造物は、本体から径方向に延びる複数の横管を備えており、この横管を利用して、以下のようにして、本体を地中に効率的に、かつ安全に埋設することができる。なお、ここでいう地下式構造物は、地中に埋設される構造物の他に、半地下式構造物も含まれる。

所定の深さまで掘削し、横管が地面上に位置する状態で、本体を掘削穴の中に仮設置する。地面上に位置する横管を上下方向、左右方向に移動することで掘削穴の中に仮設置した本体の水平姿勢を調整する。その後、掘削穴の中にコンクリートを充填することによって本体を地中に埋設する。これにより、掘削穴の中での砕石の敷設・転圧作業が不要となり、地上からの作業のみで本体を地中に埋設することができる。

複数の横管を支持する複数の縦管と、横管を縦管にスライド可能に固定する緊結金具をさらに備えるので、横管を縦管に沿ってスライドし、固定することによって本体を所定の姿勢および高さに簡単に据え付けることができる。

また、縦管は地中に固定されているので、本体を強固に所定の位置に固定することができる。

さらに、縦管は、縦穴に充填された第１コンクリート体を介して地中に固定されているので、本体をさらに強固に地中に固定することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の地下式構造物において、縦管は、第１コンクリート体との縦ずれを防止するためのずれ止め金具を有することを特徴とする。

この構成によれば、縦管は、第１コンクリート体との縦ずれを防止するためのずれ止め金具を有しているので、第１コンクリート体と縦管との縦ずれを防止することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の地下式構造物において、本体は、掘削穴に充填された第２コンクリート体を介して地中に固定されていることを特徴とする。

この構成によれば、本体は、掘削穴に充填された第２コンクリート体を介して地中に固定されているので、地震荷重および津波荷重に十分に耐えうる強固な基礎構造とすることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の地下式構造物において、本体は、鋼製の内壁と鉄筋コンクリート製の外壁とからなることを特徴とする。

この構成によれば、本体は、鋼製の内壁と鉄筋コンクリート製の外壁とからなる２層構造であるので、津波の波力、漂流物の衝突等に耐えうる強固な構造とすることができる。

請求項５に係る発明は、地下式構造物の築造工法であって、複数の縦管を地中に固定する縦管固定工程と、本体から径方向に延びる複数の横管と複数の縦管を固定装置で仮止めすることによって、本体を掘削穴に仮固定する仮止め工程と、横管の高さを調整することにより本体を所定の位置に据え付ける高さ調整工程と、掘削穴と本体との間に形成される空間にコンクリートを打設する基礎築造工程を備えることを特徴とする。

この構成によれば、地上からの作業で地下式構造物を埋設することができるので、作業が著しく効率化され、工期の短縮を図ることができる。また、作業の安全を確保することができる。

本発明実施形態の地下式構造物の正面縦断面図である。 本発明実施形態の地下式構造物の側面縦断面図である。 本発明実施形態の地下式構造物の平面横断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明実施形態の地下式構造物の扉部の外扉の背面図、側面図、正面図、平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明実施形態の地下式構造物の扉部の内扉の背面図、側面図、正面図、平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明実施形態の地下式構造物の扉部の縦断面図、透視図、横断面図である。 同扉部の分解断面図である。 本発明実施形態の地下式構造物の築造工法の縦管３配置工程と縦管３固定工程とを示す説明図である。 本発明実施形態の地下式構造物の築造工法の仮止め工程と高さ調整工程を示す説明図である。 本発明実施形態の地下式構造物の築造工法の基礎築造工程を示す説明図である。

以下、この発明の実施形態の半地下構造物１（以下、構造物１という。）について、図面を参照して説明する。構造物１は、本体５と、本体５から径方向に延び出す複数の横管６と、複数の縦管３と、縦管３と横管６をスライド可能に固定するクランプ７（緊結金具）を備えている。本体５は地中に形成された穴Ｈ（掘削穴）に充填された第２コンクリート体８を介して地中に固定されており、縦管３は、地中に形成された縦穴Ｖに充填された第１コンクリート体４を介して地中に固定されている。また、縦管３は、第１コンクリート体４との縦ずれを防止するためのクランプ９（ずれ止め金具）を有している。

地中２に、すり鉢状の穴Ｈが形成されている。この穴Ｈに本体５が据え付けられ、周囲に第２コンクリート体８が充填されている。すなわち、本体５は、第２コンクリート体８を介して地中２に固定されている。穴Ｈの掘削斜面の傾斜角度は、掘削斜面が安定する最大の角度を超えないことが好ましい。これにより、掘削斜面の崩壊を防止できるとともに、掘削土量を少なくすることができる。また、本体５の底面は穴Ｈの掘削底面から第２コンクリート体を確実に充填することができる間隔を確保して据え付けることが好ましい。この間隔を確保することにより、本体５の底面と穴Ｈの底面の間に第２コンクリート体を隙間なく充填することができる。その結果、本体を地中により強固に固定することができる。なお、掘削底面の不陸が十分に小さい状態に成形できる場合は、本体５の底面を穴Ｈの底面に密着させてもよい。第２コンクリート体８の材料は、コンクリートであることが好ましい。

本体５は、有底、有天井の円筒体であり、災害時に避難空間となる内部空間５０を有している。内部空間５０には、空間内を上下に分割する床材５４が水平に配置されている。床材５４には、上下の連絡通路となる開口部が形成されており、開口部には開閉可能とするスライド扉５７がスライド可能に設けられている。また、すり鉢状の穴Ｈの底面の外径は、円筒体である本体５の外径よりも若干大きいことが好ましい。これにより、本体５の穴Ｈ内への据え付け、および水平姿勢の調整が容易となる。

本体５は、内壁５２と外壁５１の２層構造となっており、内壁５２は円筒形の鋼板であり、外壁５１はスラブ筋（図示略）、フープ筋（図示略）、ベース筋（図示略）、縦筋（図示略）が配筋されている鉄筋コンクリート製である。これにより、津波の波力、漂流物の衝突等に耐えうる強固な構造とすることができる。

本体５の上部に扉部５３が設けられている。扉部５３は内部が空洞であり、開閉可能な鉄製の外扉５３１と、開閉可能な鉄製の内扉５３２の二重構造である。外扉５３１と内扉５３２は丁番５３６ａ，５３６ｂで開閉可能に枠５３３に固定されている。枠５３３の内部はコンクリート体５３４が充填されている。外扉５３１、内扉５３２は、緊急時に外部と連絡可能となるように取り外し可能な蓋５３９ａ，５３９ｂが設けられている。

外扉５３１および内扉５３２の対向する面の外周に、シール材５３７、パッキン材５３８が環状に設けられている。またシール材５３７、パッキン材５３８は突出部５３７ａ、５３８ａによって保持されている。これにより、扉部５３の気密性、水密性を向上させることができる。

外扉５３１の裏面に、４つの取り付け部５３５ａが固定されている。取り付け部５３５ａに形成された孔（図示略）に、カムロック５３５の軸部が回転およびスライド可能に取り付けられている。カムロック５３５のレバーハンドルを回転させることにより、カムロック受け５４０はカムロック５３５のカム部に押圧される状態となる。これにより、外扉５３１は枠５３３に押圧され遮蔽された状態となる。

天井面には、突っ張り棒５８に取り付けられたベースジャッキ５５が、上下方向に昇降可能に吊り下げられている。突っ張り棒５８を下降し、ベースジャッキ５５を回転することにより、ベースジャッキ５５は内扉５３２押圧するとともに、突っ張り棒５８が対向する壁面を押圧する。これにより、内扉５３２は遮蔽された状態となる。

穴Ｈの上部外周面から径方向外側に向かって、４箇所の外周表層部Ｕ（以下、表層部Ｕという）が形成されており、横管６が配設されている。４本の横管６は内壁５２に溶接等で固定され、円周方向に等間隔で配置されるとともに、径方向の外側に向かって水平方向に延びている。横管６の基部は火打ち金物５６によって補強されているとともに、外壁５１で覆われている。横管６は、仮設足場材として多用される単管パイプまたは角パイプを所定の長さで切断したものであることが好ましい。汎用のものを用いることによって製作費用のコストダウンを図ることができる。

４箇所の表層部Ｕのそれぞれの底面から垂直に下方に延びる円筒状の縦穴Ｖが形成されている。縦管３は、先端部が地中２に貫入している状態で縦穴Ｖに垂直に立建されており、周囲に第１コンクリート体４が充填されている。すなわち、縦管３は、第１コンクリート体４を介して地中２に固定されているとともに、地中２に直接固定されている。また、第１コンクリート体４と接する範囲に３つのクランプ９（ずれ止め金具）が縦管３の外周面から突出した状態で固定されている。この突出効果により、第１コンクリート体４がせん断破壊をしない限り縦管３との縦ずれは生じなくなる。その結果、縦管３と第１コンクリート体は、強固に固定された状態となり、縦ずれを防止することができる。クランプ９は汎用の２連式クランプ、または単クランプであることが好ましい。単クランプは、単管パイプまたは角パイプを把持するために用いられる汎用のものであり、２連式クランプは単管パイプまたは角パイプを相互に連結するために用いられる汎用のものである。第１コンクリート体４の材料は、コンクリート、モルタルまたはセメントミルクであることが好ましい。

縦管３と横管６はクランプ７によって固定されている。クランプ７は、単管パイプまたは角パイプを相互に連結する汎用の２連式クランプであり、縦管３と横管６をスライド可能に貫通させ保持するとともに、所定位置または所望位置において、ネジにより、縦管３に横管６を固定している。

縦管３に横管６を固定した後、表層部Ｕは土砂で埋め戻しても、またコンクリートを充填してもよい。

なお、本実施形態では、本体５から径方向に延びる４本の横管６を縦管３に固定する構造としたが、横管および縦管は３本としてもよく、また、５本以上としてもよい。

つぎに地下式構造物の築造工法について説明する。

本体５を半地下式で埋めるための穴Ｈと、縦管３を固定するための縦穴Ｖ（ここでは４箇所）を掘削する。それぞれの縦穴Ｖに縦管３を立設し、単管打機で縦管３を垂直に地中２に打ち込む

縦管３と縦穴Ｖの隙間（縦管３の周囲の空間）にコンクリートを打設し、第１コンクリート体４を形成することで、縦管３が固定される（縦管固定工程）。また、縦管３の上部は、第１コンクリート体４の上方に突出している。

本体５をクレーン等で吊り下げて、穴Ｈに据え付け、径方向に十字状に延び出す複数の横管６を、クランプ７で縦管３の上部に仮固定し、本体５を穴Ｈ内に仮止めする（仮止め工程）。

本体５が所定の位置に来るように、クランプ７を縦管３に沿って移動し横管６の高さ、および水平姿勢を調整する。横管６と表層部Ｕの底面の間に、高さ調整用のジャッキを据え付け、クランプ７を縦管３に沿って上下方向に移動してもよい。高さ、および水平姿勢の調整後、クランプ７に取り付けられているネジを締め付け、縦管３と横管６を固定する（高さ調整工程）。

穴Ｈと本体５との間にコンクリートを打設し、第２コンクリート体８を形成し、縦管３の上部分は適宜の長さで切断し蓋をする（基礎築造工程）。表層部Ｕは、穴Ｈにコンクリートを打設するとき、同時にコンクリートで充填してもよいし、土を埋め戻してもよい。これにより、縦管３と横管６の地上への突出を無くすることができる。

穴Ｈに注入される固化前のコンクリートは、水の２．５倍の比重があり、コンクリートから本体５に働く浮力が大きい。したがって、本体５の容積が大きければ大きいほど、より一層、大きな浮力が働き、縦管３とクランプ７に大きな負荷がかかり、クランプ７が抜ける、または破損する可能性がある。その対策として、本体５の内部空間５０の下部に水を張る。この水の重量により、本体５が上方に浮上する力を低減することができる。コンクリートの固化後、ポンプ（図示略）で、内部空間５０に張った水を抜く。

構造物１の埋設完了後、地上部にウッドデッキ、衝突防止柵等を設けてもよい。例えば、縦管３を上方に余分に突出させて打設し、縦管３を、ウッドデッキを取り付けるための支持部材、あるいは、衝突防止柵として利用してもよい。さらには、縦管３の地表部を、扉部５３を開放した時の固定部材として、ロックで取り付け可能とすれば、震災時に扉部５３がその重さで不意に動くことを防止でき、安全性を高めるような態様での利用が可能である。縦管３の内部にコンクリートを充填しておけば、強度を増すことができる。

災害時に人間が構造物１に避難する場合、外扉５３１を開け、内部空間５０に避難し、外扉５３１を閉じてからカムロック５３５をロックし、内扉５３２を閉じる。天井から突っ張り棒５８を降ろし、ネジで長さを伸ばし、他端を対向する壁面に支持させるとともに、ベースジャッキ５５の一端部に嵌合させ、ベースジャッキ５５を回動させて、ロックさせ、突っ張り状態とする。これにより、扉部５３に外力が加わった場合でも扉部５３の破壊、または不意の開閉を防止できる。

本発明は、シェルターのほか、マンホール、住宅の別棟、地下室、農業用容器、通信設備用容器、上下水道用容器（ます）等にも適用できる。

１ ：構造物
２ ：地中
３ ：縦管
４ ：第１コンクリート体
５ ：本体
６ ：横管
７ ：クランプ（緊結金具）
８ ：第２コンクリート体
９ ：クランプ（ずれ止め金具）
５０ ：内部空間
５１ ：外壁
５２ ：内壁
５３ ：扉部
５４ ：床材
５５ ：ベースジャッキ
５６ ：火打ち金物
５７ ：スライド扉
５８ ：突っ張り棒
５３１ ：外扉
５３２ ：内扉
５３３ ：枠
５３４ ：コンクリート体
５３５ ：カムロック
５３５ａ ：取り付け部
５３６ａ、５３６ｂ ：丁番
５３７ ：シール材
５３７ａ ：突出部
５３８ ：パッキン材
５３８ａ ：突出部
５３９ａ、５３９ｂ ：蓋
５４０ ：カムロック受け
Ｈ ：穴（掘削穴）
Ｕ ：表層部
Ｖ ：縦穴

Claims (5)

1. 内部空間を有する本体と、
   前記本体から径方向の外側に延びる複数の横管と、
   前記複数の横管を支持する複数の縦管と、
   前記横管を前記縦管にスライド可能に固定する緊結金具と、
   を備え、
   前記縦管は、縦穴に充填された第１コンクリート体を介して地中に固定されていることを特徴とする地下式構造物。
2. 前記縦管は、前記第１コンクリート体との縦ずれを防止するためのずれ止め金具を有することを特徴とする請求項１に記載の地下式構造物。
3. 前記本体は、掘削穴に充填された第２コンクリート体を介して地中に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の地下式構造物。
4. 前記本体は、鋼製の内壁と、鉄筋コンクリート製の外壁と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の地下式構造物。
5. 複数の縦管を地中に固定する縦管固定工程と、
   本体から径方向に延びる複数の横管と前記複数の縦管を固定装置で仮止めすることによって、前記本体を掘削穴に仮固定する仮止め工程と、
   前記横管の高さを調整することにより前記本体を所定の位置に据え付ける高さ調整工程と、
   前記掘削穴と前記本体との間に形成される空間にコンクリートを打設する基礎築造工程と、
   を備えることを特徴とする地下式構造物築造工法。

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