JP6351063B2 - 仮支持方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、構造物で免震化する際に、この構造物を仮支持する仮支持方法に関する。

従来より、既存建物を基礎下で免震化する、基礎免震レトロフィット工事が知られている（特許文献１参照）。
この基礎免震レトロフィット工事により、杭のない基礎を有する既存建物を免震化する場合、例えば、以下の手順で施工する。

まず、基礎梁や耐圧版などの柱以外の部分の直下の地盤を掘削し、この掘削した空間に支保工を架設して、基礎を仮支持する。
次に、柱の直下の地盤を掘削し、この掘削した空間に積層ゴムなどの免震装置を取り付けて、その後、ジャッキを取り外す。これにより、免震装置で基礎を支持して、既存建物を免震化する（特許文献１参照）。

特開２００３−２５３９１１号公報

しかしながら、建物上層の鉛直荷重は主に柱を介して下層に伝達されるため、既存建物の基礎のうち柱の直下に位置する部分は、残りの部分に比べて大きな鉛直荷重がかかっている。よって、既存建物の基礎を仮支持する際に、基礎梁や耐圧版など柱から離れた部分を支持すると、この支持した部分に大きな負荷がかかることになる。したがって、柱に作用する鉛直荷重に対して、基礎梁や耐圧版の剛性が低い場合には、基礎にクラックが生じたり沈下したりする、という問題があった。

本発明は、基礎梁や耐圧版の剛性が低い既存建物であっても、効率良く確実に免震化できる基礎の仮支持方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の仮支持方法は、構造物（例えば、後述の既存建物１）を下から仮支持する仮支持方法であって、前記構造物の下の地盤（例えば、後述の地盤５）の少なくとも一部の土中の水分を凍結させて凍土部（例えば、後述の凍土壁４０）を設ける工程（例えば、後述のステップＳ４）と、当該凍土部で前記構造物を仮支持しながら、前記地盤を掘削して掘削空間（例えば、後述の掘削空間２１ａ）を形成する工程（例えば、後述のステップＳ５）と、当該掘削空間に支保工（例えば、後述の支保工５０）を設けて、当該支保工で前記構造物を仮支持する工程（例えば、後述のステップＳ６）と、を備えることを特徴とする。

本発明の仮支持方法は、前記凍土部は、前記構造物の柱（例えば、後述の柱４）の直下に設けられることが好ましい。

請求項１に記載の仮支持方法は、前記凍土部は、前記構造物の柱の通り芯に沿って土中に配設された凍結管（例えば、後述の凍結管４１）の周囲に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、基礎の下の地盤でかつ柱の直下の位置に凍土部を設けた。よって、既存建物の柱にかかる鉛直荷重をこの凍土部で仮支持できるから、基礎梁や耐圧版の剛性が低い既存建物であっても、基礎にクラックが生じたり沈下したりするのを防いで、効率良く確実に免震化できる。
また、地盤を掘削しても、掘削面の一部を凍土部で構成することで、掘削面が崩壊するのを防止できる。
また、既存建物の内部に入る必要がないので、既存建物をそのまま使用しながら施工できる。

ここで、地盤改良を行う方法としては、固化材を高圧で噴射して土と混合する方法（深層混合処理工法）、薬液を注入する薬液注入工法、本発明の凍結工法の３つが挙げられるが、本発明の凍結工法は、深層混合処理工法や薬液注入工法に対して以下のような効果がある。
すなわち、凍土部を構築する際に、深層混合処理工法や薬液注入などのようにセメント系の材料を使用しないため、凍土部を構成する土砂を産業廃棄物として処理する必要がなく、低コストとなる。

また、薬液注入では注入量を制御して地盤の強度を管理するのが困難であるが、本発明では、凍土部の凍結温度を管理することで、地盤の強度や安全性を確保できる。
また、薬液注入では風化岩などの岩質には対応できないが、本発明では、岩質に関係なく、含水比のみで凍土部を構築できるので、岩質を問わず対応できる。
また、深層混合処理工法では、土に高圧で固化材を噴射するため、既存建物にクラックが入ったり既存建物の基礎や耐圧版が持ち上がったりするおそれがあるが、本発明では、既存建物にこのような影響はほとんどない。

本発明の一実施形態に係る基礎の仮支持方法が適用される既存建物の基礎部分の断面図である。 前記実施形態に係る既存建物が免震化された状態を示す断面図である。 前記実施形態に係る既存建物を免震化する手順のフローチャートである。 前記実施形態に係る既存建物を免震化する手順を説明するための断面図（その１）である。 前記実施形態に係る既存建物を免震化する手順を説明するための平面図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 前記実施形態に係る既存建物を免震化する手順を説明するための断面図（その２）である。 前記実施形態に係る既存建物を免震化する手順を説明するための断面図（その３）である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る仮支持方法が適用される構造物としての既存建物１の基礎部分の断面図である。
既存建物１は、地下躯体２を有しており、この地下躯体２は、基礎３と、この基礎３から上方に延びる複数本の柱４と、を備えている。

基礎３は、地盤５の上に構築された杭のないべた基礎であり、この基礎３は、フーチング１０と、これらフーチング１０同士を連結する耐圧版１１と、を備える。
各柱４は、フーチング１０の中心部から上方に延びている。

以上の既存建物１は、図２に示すように、免震装置２０により基礎３を下から支持することで免震化される。

具体的には、既存建物１の基礎３の下には、免震装置２０を設置するための設置スペース２１が形成されている。この設置スペース２１の底面には、全面に亘って、鉄筋コンクリート造の底盤としてのマットスラブ２２が構築されている。このマットスラブ２２の上面のうち柱４の直下の位置には、鉄筋コンクリート造である免震基礎２３が設けられ、免震装置２０は、この免震基礎２３の上に設けられている。
免震装置２０は、免震基礎２３およびマットスラブ２２に反力をとって、基礎３の柱４の直下に位置する部分を下から支持しつつ、基礎３が水平方向に移動可能な状態を保持している。

また、既存建物１の地下躯体２の周囲には、周囲スペース３０が形成されており、この周囲スペース３０は、擁壁３１で囲まれている。この擁壁３１の下端は、マットスラブ２２に接合されている。また、擁壁３１の外側には、山留め壁３２が設けられている。

図３は、既存建物１の基礎３を免震化する手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１では、図４に示すように、一次掘削を行う。
すなわち、既存建物１に周囲に山留め壁３２を構築して、既存建物１と山留め壁３２との間の地盤５を、基礎３の下端の深さまで掘削する。この掘削により形成された空間は、周囲スペース３０の一部となる。

ステップＳ２では、図４に示すように、一次掘削した部分に先行躯体を構築する。
すなわち、この山留め壁３２の内側に、擁壁３１の一部を先行して構築するとともに、この擁壁３１と既存建物１の地下躯体２とを連結する仮設梁３３を構築する。この仮設梁３３は、土圧を支えて水平拘束する切梁などの山留支保工として機能する。
ここで、地盤５は、既存建物１の基礎３の直下の地層Ｍ１と、この地層Ｍ１の下の地層Ｍ２と、で構成されている。例えば、地層Ｍ１は軽石凝灰岩の層であり、地層Ｍ２は凝灰質シルト岩の層であり、地層Ｍ１よりも安定した地盤である。

ステップＳ３では、図５〜図７に示すように、二次掘削を行う。
すなわち、既存建物１と山留め壁３２との間の地盤５を、マットスラブ２２の下端となる深さまで掘削して、周囲スペース３０を完成させる。
この二次掘削により、基礎３の下に地盤５の法面５Ａが露出するので、この法面５Ａの表面にモルタルを吹き付けて保護する。

ステップＳ４では、図５〜図７に示すように、既存建物１の基礎３の下の地盤５に、凍土部としての凍土壁４０を構築する。
この凍土壁４０は、凍結工法により形成される。具体的には、まず、モルタルで保護した法面５Ａから、基礎３の下の地盤５に向かって、柱４の通り芯に沿って複数本の凍結管４１を略水平に打ち込む。これにより、凍結管４１は、土中に配設される。そして、この凍結管４１に冷却液を流通させることで、凍結管４１の周囲を冷却して土中の水分を凍結させる。これにより、これら凍結管４１を中心とする凍土壁４０が形成される。
これら凍土壁４０の高さは、地層Ｍ１と地層Ｍ２との境界部分から基礎３の下面までとなっている。

ステップＳ５では、図８に示すように、凍土壁４０により基礎３を支持しながら、既存建物１の基礎３の下の地盤５を掘削する。この掘削により形成された掘削空間２１ａは、設置スペース２１の一部となる。

ステップＳ６では、図８に示すように、掘削空間２１ａの底部に支保工５０を設置して、基礎３を仮支持する。この支保工５０は、極力、柱４の直下に設置される。具体的には、支保工５０は、凍土壁４０の近傍でかつフーチング１０の直下に設置される。
支保工５０は、マットスラブ２２の一部となる鉄筋コンクリート造の基部５１と、この基部５１から上方に延びてジャッキを内蔵する支柱５２と、を備える。

ステップＳ７では、図９に示すように、支保工５０により基礎３を仮支持しながら、凍土壁４０を撤去する。
すなわち、支保工５０のジャッキを駆動して、この支保工５０により基礎３を下から仮支持する。次に、凍結管４１による凍結を解除し、この凍結管４１を撤去する。その後、既存建物１の基礎３の下の残りの地盤５を掘削して、設置スペース２１を完成させる。

ステップＳ８では、図９に示すように、設置スペース２１の底部に配筋してコンクリートを打設し、マットスラブ２２を構築する。このとき、支保工５０の基部５１は、マットスラブ２２の一部となる。
また、擁壁３１の下部を構築して、擁壁３１とマットスラブ２２とを一体化させる。

ステップＳ９では、マットスラブ２２上に免震基礎２３を構築し、この免震基礎２３上に免震装置２０を設置して、この免震装置２０で基礎３の柱４の直下に位置する部分を支持する。

ステップＳ１０では、支保工５０による仮支持を解除して、この支保工５０を撤去する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）基礎３の下の地盤５でかつ柱４の直下の位置に凍土壁４０を設けた。よって、既存建物１の柱４にかかる鉛直荷重をこの凍土壁４０で仮支持できるので、基礎梁や耐圧版の剛性が低い既存建物１であっても、基礎３にクラックが生じたり沈下したりするのを防いで、確実に免震化できる。
また、地盤５を掘削しても、掘削面の一部を凍土壁４０で構成することで、掘削面が崩壊するのを防止できる。
また、既存建物１の内部に入る必要がないので、既存建物１をそのまま使用しながら施工できる。

凍土壁４０を構築する際に、深層混合処理工法や薬液注入などのようにセメント系の材料を使用しないため、凍土壁４０を構成する土砂を産業廃棄物として処理する必要がなく、自然環境に与える影響を軽減できるうえに、低コストとなる。

また、薬液注入では注入量を制御して地盤の強度を管理するのが困難であるが、本発明では、凍土壁４０の凍結温度を管理することで、地盤の強度や安全性を確保できる。
また、薬液注入では風化岩などの岩質には対応できないが、本発明では、岩質に関係なく、含水比のみで凍土壁４０を構築できるので、岩質を問わず対応できる。
また、深層混合処理工法では、土に高圧で固化材を噴射するため、既存建物１にクラックが入ったり既存建物の基礎や耐圧版が持ち上がったりするおそれがあるが、本発明では、既存建物１にこのような影響はほとんどない。

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、本実施形態では、凍土壁４０の高さを、地層Ｍ１と地層Ｍ２との境界部分から基礎３の下面までとしたが、これに限らず、凍土壁の高さをマットスラブ２２の下端近傍から基礎３の下面までとしてもよい。

また、本実施形態では、掘削空間２１ａの底部に支保工５０を設置し、この支保工５０の基部５１をマットスラブ２２の一部としたが、これに限らず、支保工５０を設置する際に、マットスラブ２２の一部を構築して、この構築したマットスラブの上に支保工を設けてもよい。

また、本実施形態では、既存建物１の外側の周囲スペース３０から掘削を開始したが、敷地に余裕のない場合には、既存建物１の耐圧版１１に開口を設けて、この開口から掘削を開始してもよい。

また、本実施形態では、基礎３の直下の地盤５の一部に壁状の凍土壁４０を形成したが、これに限らず、基礎３の直下の地盤５の全体を凍結させてもよい。

また、本実施形態では、本発明を杭のないべた基礎に適用したが、これに限らず、杭を有する杭基礎にも適用して、掘削時の杭耐力の不足を補うこともできる。
また、上述の各実施形態では、本発明を既存建物１に適用したが、これに限らず、擁壁などの構造物にも適用できる。

Ｍ１、Ｍ２…地層
１…既存建物（構造物）
２…地下躯体
３…基礎
４…柱
５…地盤
５Ａ…法面
１０…フーチング
１１…耐圧版
２０…免震装置
２１…設置スペース
２１ａ…掘削空間
２２…マットスラブ
２３…免震基礎
３０…周囲スペース
３１…擁壁
３２…山留め壁
３３…仮設梁
４０…凍土壁（凍土部）
４１…凍結管
５０…支保工
５１…基部
５２…支柱

Claims (1)

1. 構造物を下から仮支持する仮支持方法であって、
   前記構造物の下の地盤に当該構造物の柱の通り芯に沿って凍結管を配設し、当該凍結管の周囲の土中の水分を凍結させて凍土部を設ける工程と、
   当該凍土部で前記構造物を仮支持しながら、前記地盤を掘削して掘削空間を形成する工程と、
   当該掘削空間に支保工を設けて、当該支保工で前記構造物を仮支持する工程と、を備えることを特徴とする仮支持方法。

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