JP6441029B2 - 地下施設増設方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下施設増設方法に関する。

既存建物に地下階を増設する場合や、既存建物を既設基礎体下で免震化する場合には、増設する地下階や免震装置等の新設地下施設の下方に新設基礎体を増設し、既設基礎体の作用荷重を新設基礎体に受け替える必要がある。

例えば、特許文献１には、既設杭の周囲に複数の仮設杭を配置した後、既設杭の杭頭部周辺を掘削して作業ピットを形成し、上部構造の自重を仮設杭に受け替えた後に、既設基礎体と既設杭との間に免震装置を設置する方法が開示されている。

また、特許文献２には、既設基礎体の下方を掘削して既設杭の杭頭部を露出させ、露出した杭頭部を削孔して設置孔を形成し、この設置孔内に設置した仮受け支柱と仮受けジャッキで既設杭に作用する力を受ける方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、既設基礎体の下方を掘削するとともに掘削底にフラットスラブを形成し、このフラットスラブに立設した仮受けジャッキにより既設基礎体を支持した状態で既設杭の上端部を撤去し、既設杭の上部を巻き込んだ状態で支柱を形成した後、この支柱と既設基礎体との間に免震装置を設置する方法が開示されている。

特開２０１３−１８１３２２号公報 特許第５４８５０８５号公報 特許第２８１９００８号公報

特許文献１に記載の方法では、複数の仮設杭の施工が必要なため、工期短縮化の妨げになる場合があった。
また、特許文献２に記載の方法は、既設杭が仮受け支柱を設置するために必要な杭径を有していない場合には、施工できない。
また、特許文献３に記載の方法を一つの柱の荷重を一つの杭で支える構造に適用する場合には、柱の荷重を受け替えるための仮設の受桁を柱の直下に設置するのが困難なため、既設基礎体を大幅に補強する必要がある。

このような観点から、本発明は、比較的簡易かつ短期間に施工をすることが可能な地下施設増設方法を提案することを課題とする。

本発明は、既設杭と既設基礎体とを備える既存建物に新設地下施設を増設する地下施設増設方法であって、前記既設基礎体の下方を掘削して前記既設杭の杭頭部を露出させる掘削工程と、前記既設基礎体の下方に新設基礎体を形成する基礎体新設工程と、前記杭頭部の上部に貫通孔を形成する削孔工程と、前記貫通孔に受桁を挿通するとともに、前記新設基礎体に立設させた仮支持材により前記受桁の両端部を支持する受桁設置工程と、前記既設杭の軸力を、前記受桁を介して前記仮支持材に受け替える第一の受替工程と、前記既設杭の露出部分を撤去する既設杭撤去工程と、前記新設基礎体と前記既設基礎体との間に新設地下施設を増設する地下施設増設工程と、前記仮支持材の軸力を、前記新設地下施設に受け替える第二の受替工程と、前記仮支持材を撤去する仮支持材撤去工程とを備えていることを特徴としている。

かかる地下施設増設方法によれば、既設杭に形成した貫通孔に受け桁を設けて、既設杭の軸力を受け替えるため、一つの柱の荷重を一つの杭で支える場合であっても、大幅な補強工事を要することなく、既設杭の軸力を受け替えることができる。
また、受桁を挿通可能な杭径の既設杭を有した既存建物であれば適用することが可能である。
さらに、比較的簡易な仮受け構造（受桁および仮支持材）を採用しているため、施工期間の短縮化を図ることもできる。

前記既設杭の露出部分にアンカーを植設するアンカー植設工程を備えていて、前記基礎体新設工程では、前記アンカーを巻き込んだ状態で前記新設基礎体を形成すれば、新設基礎体がアンカーを介して既設杭に連結されるため、仮支持材により受け替えた軸力を新設基礎体を介して既設杭に伝達することができる。

前記掘削工程において、前記既設杭の周囲が他の領域よりも低くなるように掘削してピットを形成し、前記アンカー植設工程において、前記ピット内で前記アンカーを植設してもよい。
また、前記仮支持材としてジャッキを使用するのが望ましい。

本発明の地下施設増設方法によれば、比較的簡易かつ短期間で既存建物に地下施設を増設することが可能となる。

第一の実施形態の掘削工程およびアンカー植設工程を示す断面図である。 同基礎体新設工程を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は同削孔工程、受桁設置工程および第一の受替工程を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図である。 （ａ）および（ｂ）は同既設杭撤去工程を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は同補強梁増設工程を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図である。 同地下施設増設工程および第二の受替工程を示す断面図である。 同仮支持材撤去工程を示す断面図である。 （ａ）は第二の実施形態の既設杭と既設基礎体を示す断面図、（ｂ）は同斜視図である。 （ａ）は第二の実施形態の掘削工程およびアンカー植設工程を示す断面図、（ｂ）は同基礎体新設工程、同削孔工程、受桁設置工程および第一の受替工程を示す断面図、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図である。 同地下施設増設工程および第二の受替工程を示す断面図である。 同仮支持材撤去工程を示す断面図である。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態では、既設杭１と既設基礎体２とを備える既存建物について、免震装置（新設地下施設）を増設して免震化改修を行う場合を例示する。
本実施形態の地下施設増設方法は、掘削工程と、アンカー植設工程と、基礎体新設工程と、削孔工程と、受桁設置工程と、第一の受替工程と、既設杭撤去工程と、補強梁増設工程と、地下施設増設工程と、第二受け替え工程と、仮支持材撤去工程とを備えている。

掘削工程は、図１に示すように、既設基礎体２の下方を掘削して作業空間３を形成し、既設杭１の杭頭部（上部）１０を露出させる工程である。
掘削工程では、既設杭１の周囲を他の領域よりも低くなるように掘削してピット３１を形成する。すなわち、杭頭部１０の周囲の床付け面は、後記する新設基礎体４の下面（床付け面）よりも低いところに位置している。

本実施形態では、既設杭１の中心軸の延長線上に既設柱２１が形成されている既存建物について説明するが、既設杭１と既設柱２１との位置関係は限定されない。

なお、作業空間３の高さ（掘削深さ）は限定されるものではない。また、ピット３１の形状（深さや平面積等）は限定されるものではないが、後記するアンカー５を植設することが可能な大きさを有している。ピット３１は、必要に応じて形成すればよい。

作業空間３の掘削が完了したら、床付け面（ピット３１の床付け面も含む）に砕石３２を敷き均すとともに、捨てコンクリート（均しコンクリート）３３を打設する。
なお、砕石３２および捨てコンクリート３３の層厚は、適宜設定すればよい。また、砕石３２および捨てコンクリート３３は、必要に応じて施工すればよい。

アンカー植設工程は、図１に示すように、杭頭部１０に複数本のアンカー５を植設する工程である。
本実施形態では、ピット３１内において、アンカー５を杭頭部１０に植設する。アンカー５は、後記する新設基礎体４内に埋め込むことが可能であれば、必ずしもピット３１内に配置する必要はない。

本実施形態では、縦方向に５段のアンカー５が設けられている。また、アンカー５は、杭頭部１０の周方向に対しても所定の間隔をあけて複数本設けられている。
なお、アンカー５の本数や配設ピッチは限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

基礎体新設工程は、図２に示すように、既設基礎体２の下方に、新設基礎体４を形成する工程である。
新設基礎体４は、図示しない鉄筋を配筋した後、コンクリートを打設することにより形成する。
コンクリートは、ピット３１内にも打設する。新設基礎体４は、複数本のアンカー５を巻き込んだ状態で形成する。

なお、新設基礎体４の厚さは限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
また、鉄筋の配筋ピッチや鉄筋径も適宜設定すればよい。また、鉄筋は必要に応じて配筋すればよく、省略してもよい。

削孔工程は、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、杭頭部１０の上部に貫通孔１１を形成する工程である。
貫通孔１１は、既設杭１の軸方向と直交する向きに形成する。本実施形態では、矩形状の貫通孔１１の上面が既設基礎体１の下面に接するように貫通孔１１を形成する。

なお、貫通孔１１の形状は矩形に限定されるものではなく、例えば円形であってもよい。また、貫通孔１１の大きさは、後記する受桁６を挿通することが可能であれば限定されない。

受桁設置工程は、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、貫通孔１１を利用して受桁６を設置する工程である。
受桁６は、図３の（ａ）に示すように、貫通孔１１に挿通する。受桁６の両端部は、新設基礎体４に立設された仮支持材７に載置する。

本実施形態の受桁６は、図３の（ｃ）に示すように、横方向に並設された一対の桁材６１，６１により形成されている。
本実施形態では桁部材６１として、上下のフランジと両フランジを連結するウェブとからなるＩ形鋼を採用する。

なお、桁部材６１を構成する材料限定されるものではなく、例えばＨ形鋼や溝型鋼等であってもよい。また、受桁６は、一対（２本）の桁部材６１により形成する必要はなく、１本の桁部材６１であってもよいし、３本以上の桁部材を組み合わせていてもよい。
桁部材６１同士は、必要に応じて互い固定してもよい。

各桁部材６１は、上側のフランジが既設基礎体２の下面に当接した状態で配設する。本実施形態では、受桁６の上面（フランジの上面）と既設基礎体２との間に間詰材６２が介設されているが、受桁６は既設基礎体２に直接接していてもよい。なお、間詰材６２を構成する材料は限定されるものではなく、例えばグラウトを使用すればよい。

仮支持材７は、新設基礎体４と受桁６との間に介設されており、受桁６を下方から支持している。本実施形態では、仮支持材７を新設基礎体４の増厚部分（ピット３１の上方）に配置する。
本実施形態では、仮支持材７として、ジャッキを採用している。なお、仮支持材７の構成はジャッキに限定されるものではなく、例えば仮設の支柱であってもよいし、ジャッキと支柱とを組み合わせたものであってもよい。

第一の受替工程は、図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、既設基礎体２を、受桁６を介して仮支持材７で支持する工程である。
本実施形態では、仮支持材７を伸長させることで、受桁６の上面を既設基礎体２に押し付ける。こうして、既設杭１に作用する力（既設基礎体２）を仮支持材７に受替える。

既設杭撤去工程は、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、既設杭１の露出部分（杭頭部１０）を撤去する工程である。
本実施形態では、作業空間３の床付け面よりも上側の部分、すなわち、ピット３１の上面よりも上側に位置する部分を撤去する。

杭頭部１０の撤去方法は限定されるものではなく、例えば、ブレーカー等で破砕してもよいし、コンクリートカッター等で切削してもよい。
杭頭部１０の撤去に伴い、新設基礎体４に形成された凹部４１には、コンクリートを充填（打設）する。このとき、凹部４１には、必要に応じて鉄筋を配筋しておく。

補強梁増設工程は、図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、補強梁８を形成する工程である。
補強梁８は、既設基礎体２の下面に沿って鉄筋および型枠を設置し、当該型枠内にコンクリートを打設することにより形成する。

本実施形態では、複数の補強梁８を、上部構造の柱２１の中心位置を交点とする格子状に形成する。
補強梁８は、受桁６を巻き込んだ状態で形成する。なお、本実施形態では、受桁６の下側のフランジが補強梁８の下面から露出しているが、補強梁８は、受桁６の全体を巻き込むように形成してもよい。

補強梁８は、必ずしも格子状に形成する必要はない。
また、本実施形態では、既設基礎体２の下面に沿って補強梁８を形成することで既設基礎体２を補強するが、補強梁８に代えて、既設基礎体２を増厚させてもよい。また、補強梁８の部材高や位置は限定されるものではない。さらに、補強梁８は、必要な強度を有した材料で形成することで、既設基礎体２の剛性や耐力を上げるための補強であればよく、例えば鋼材等で形成してもよい。

地下施設増設工程は、図６に示すように、既設基礎体２と新設基礎体４との間に免震装置（新設地下施設）９を増設する工程である。
免震装置９は、免震装置本体９ａと、上部コンクリート９ｂと、下部コンクリート９ｃとを備えている。本実施形態の免震装置本体９ａは、積層ゴムにより構成されているが、免震装置９の構造は限定されなく、例えばすべり支承を採用してもよい。

上部コンクリート９ｂは、免震装置本体９ａと補強梁８との間に介設される鉄筋コンクリート部材であって、補強梁８の下面に形成する。
なお、上部コンクリート９ｂは、既設基礎体２の下面に形成してもよい。

下部コンクリート９ｃは、免震装置本体９ａと新設基礎体４との間に介設される鉄筋コンクリート部材であって、新設基礎体４の上面に形成する。
下部コンクリート９ｃは、凹部４１にコンクリートを打設する際に、当該コンクリートの打設部分と一体に形成してもよい。

第二の受替工程は、既設基礎体２を免震装置（新設地下施設）９で支持する工程である。
ジャッキである仮支持材７を収縮すると、仮支持材７に作用する力が免震装置９に受け替えられるため、免震装置９により既設基礎体２を支持する状態となる。

仮支持材撤去工程は、図７に示すように、仮支持材７を撤去する工程である。
すなわち、仮支持材７に作用する力（既設基礎体２）が免震装置９に受け替えたら、仮支持材７を撤去する。

本実施形態の地下施設増設方法によれば、仮設杭を施工することなく、免震装置９を配設することができるため、工期短縮化および施工費の低減化を図ることができる。
既設杭１に形成した貫通孔１１に受け桁６を設けて、既設杭１に作用する軸力を受け替えるため、既存建物が一つの柱２１の荷重を一つの杭１で支える構造であっても、大幅な補強工事を要することなく、既設杭１の軸力を免震装置９に受け替えることができる。

また、本実施形態の地下施設増設方法は、受桁６を挿通可能な杭径の既設杭１を有した既存建物であれば適用することが可能である。
また、比較的簡易な仮受け構造（受桁６および仮支持材７）を採用しているため、施工期間の短縮化を図ることもできる。

新設基礎体４は、アンカー５を介して既設杭１に連結されているため、仮支持材７により受け替えた軸力を新設基礎体４を介して既設杭１に伝達することができる。
既設杭１の頭部１０を、新設基礎体４の下面よりも下の位置で切断することで、既設基礎体２の下方に版状の新設基礎体４を形成することができる。

また、仮支持材７としてジャッキを使用することで、既設杭１に作用する力（既設基礎体２）の受け替え（第一受替え工程および第二受替え工程）を容易に行うことができる。

また、免震装置９を、既設杭１の中心軸の延長線上に設置するため、既設杭１同士の間隔が狭く、免震装置９を既設杭１同士の間に設置することができない場合であっても、既存建物に免震化改修を行うことができる。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態では、図８の（ａ）および（ｂ）に示す既設杭１と既設基礎体２とを備える既存建物について、免震装置（新設地下施設）を増設して免震化改修を行う場合を例示する。
本実施形態の既設基礎体２は、基礎梁２２、耐圧盤２３およびフーチング２４とを備えている。なお、既設基礎体２の構成は限定されるものではなく、例えば、版状部材であってもよい。

基礎梁２２は、既設杭１の中心軸の延長線上において交差するように形成された、鉄筋コンクリート製の格子状部材である。なお、基礎梁２２の構成は限定されない。
耐圧盤２３は、既設杭１の上端と基礎梁２２の下面との間に介設された鉄筋コンクリート製の盤状部材である。なお、耐圧盤２３の構成は限定されない。
フーチング２４は、耐圧盤２３上に形成されていて、既設柱２１の下端が接続された鉄筋コンクリート製部材である。なお、フーチング２４の構成は限定されない。

第二の実施形態の地下施設増設方法は、掘削工程と、アンカー植設工程と、基礎体新設工程と、削孔工程と、受桁設置工程と、第一の受替工程と、既設杭撤去工程と、地下施設増設工程と、第二受け替え工程と、仮支持材撤去工程とを備えている。

掘削工程は、図９の（ａ）に示すように、既設基礎体２の下方を掘削して作業空間３を形成し、既設杭１の杭頭部（上部）１０を露出させる工程である。
掘削工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

アンカー植設工程は、図９の（ａ）に示すように、杭頭部１０に複数本のアンカー５を植設する工程である。
アンカー植設工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

基礎体新設工程は、図９の（ｂ）に示すように、既設基礎体２の下方に、新設基礎体４を形成する工程である。
基礎体新設工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

削孔工程は、図９の（ｂ）および（ｃ）に示すように、杭頭部１０の上部に貫通孔１１を形成する工程である。
貫通孔１１は、既設杭１の軸方向と直交する向きに形成する。本実施形態では、矩形状の貫通孔１１の上面が既設基礎体１の下面に接するように貫通孔１１を形成する。

なお、貫通孔１１の形状は矩形に限定されるものではなく、例えば円形であってもよい。また、貫通孔１１の大きさは、後記する受桁６を挿通することが可能であれば限定されない。

受桁設置工程は、図９の（ｂ）および（ｃ）に示すように、貫通孔１１を利用して受桁６を設置する工程である。
受桁６は、図９の（ｂ）に示すように、貫通孔１１に挿通する。受桁６の両端部は、新設基礎体４に立設された仮支持材７に載置する。

本実施形態の受桁６には、図９の（ｃ）に示すように、上下のフランジと両フランジを連結するウェブとからなるＩ形鋼を採用する。
なお、受桁６を構成する材料限定されるものではなく、例えばＨ形鋼や溝型鋼等であってもよい。また、受桁６は、複数の桁部材を組み合わせて構成してもよい。

受桁６は、上側のフランジが既設基礎体２の下面に当接した状態で配設する。本実施形態では、受桁６の上面（フランジの上面）と既設基礎体２との間に間詰材６２が介設されているが、受桁６は既設基礎体２に直接接していてもよい。なお、間詰材６２を構成する材料は限定されるものではなく、例えばグラウトを使用すればよい。

仮支持材７は、新設基礎体４と受桁６との間に介設されており、受桁６を下方から支持している。本実施形態では、仮支持材７を新設基礎体４の増厚部分（ピット３１の上方）に配置する。
本実施形態では、仮支持材７として、ジャッキを採用している。なお、仮支持材７の構成はジャッキに限定されるものではなく、例えば仮設の支柱であってもよいし、ジャッキと支柱とを組み合わせたものであってもよい。

第一の受替工程は、図９の（ｂ）に示すように、既設基礎体２を、受桁６を介して仮支持材７で支持する工程である。
本実施形態では、仮支持材７を伸長させることで、受桁６の上面を既設基礎体２に押し付ける。こうして、既設杭１に作用する力（既設基礎体２）を仮支持材７に受替える。

既設杭撤去工程は、既設杭１の露出部分（杭頭部１０）を撤去する工程である。
本実施形態では、作業空間３の床付け面よりも上側の部分、すなわち、ピット３１の上面よりも上側に位置する部分を撤去する。
なお、既設杭撤去工程の詳細は、第一の実施係他で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

地下施設増設工程は、図１０に示すように、既設基礎体２と新設基礎体４との間に免震装置（新設地下施設）９を増設する工程である。
免震装置９は、免震装置本体９ａと、上部コンクリート９ｂと、下部コンクリート９ｃとを備えている。本実施形態の免震装置本体９ａは、積層ゴムにより構成されているが、免震装置９の構造は限定されなく、例えばすべり支承を採用してもよい。

上部コンクリート９ｂは、既設基礎体２と免震装置本体９ａとの間に介設される鉄筋コンクリート部材であって、既設基礎体２（耐圧盤２３）の下面に、受桁６を巻き込んだ状態で形成する。
下部コンクリート９ｃは、免震装置本体９ａと新設基礎体４との間に介設される鉄筋コンクリート部材であって、新設基礎体４の上面に形成する。

第二の受替工程は、既設基礎体２を免震装置（新設地下施設）９で支持する工程である。
ジャッキである仮支持材７を収縮すると、仮支持材７に作用する力が免震装置９に受け替えられるため、免震装置９により既設基礎体２を支持する状態となる。

仮支持材撤去工程は、図１１に示すように、仮支持材７を撤去する工程である。
すなわち、仮支持材７に作用する力（既設基礎体２）が免震装置９に受け替えたら、仮支持材７を撤去する。

本実施形態の地下施設増設方法によれば、第一の実施形態の地下施設増設方法と同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、新設地下施設として、免震装置を設置する場合について説明したが、新設地下施設は、例えば、新設の地下階等、免震装置に限定されるものではない。
また、既存建物の構成や使用目的等も限定されるものではない。
また、既設基礎体の上面に補強梁を形成することや既設基礎体を増厚することにより、既設基礎体を補強してもよい。

１ 既設杭
１０ 杭頭部
１１ 貫通孔
２ 既設基礎体
３ 地下空間
３１ ピット
４ 新設基礎体
５ アンカー
６ 受桁
７ 仮支持材
８ 補強梁
９ 免震装置（新設地下施設）

Claims (4)

1. 既設杭と既設基礎体とを備える既存建物に新設地下施設を増設する地下施設増設方法であって、
   前記既設基礎体の下方を掘削して前記既設杭の杭頭部を露出させる掘削工程と、
   前記既設基礎体の下方に新設基礎体を形成する基礎体新設工程と、
   前記杭頭部の上部に貫通孔を形成する削孔工程と、
   前記貫通孔に受桁を設置するとともに、前記新設基礎体に立設させた仮支持材により前記受桁の両端部を支持する受桁設置工程と、
   前記既設基礎体を、前記受桁を介して前記仮支持材で支持する第一の受替工程と、
   前記既設杭の露出部分を撤去する既設杭撤去工程と、
   前記新設基礎体と前記既設基礎体との間に新設地下施設を増設する地下施設増設工程と、
   前記既設基礎体を、前記新設地下施設で支持する第二の受替工程と、
   前記仮支持材を撤去する仮支持材撤去工程と、を備えていることを特徴とする、地下施設増設方法。
2. 前記既設杭の露出部分にアンカーを植設するアンカー植設工程を備えており、
   前記基礎体新設工程では、前記アンカーを巻き込んだ状態で前記新設基礎体を形成することを特徴とする、請求項１に記載の地下施設増設方法。
3. 前記掘削工程において、前記既設杭の周囲が他の領域よりも低くなるように掘削してピットを形成し、
   前記アンカー植設工程において、前記ピット内で前記アンカーを植設することを特徴とする、請求項２に記載の地下施設増設方法。
4. 前記仮支持材としてジャッキを設置することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地下施設増設方法。

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