JP6867664B1 - 構造物の基礎構造、基礎の施工方法、及び基礎に用いる支持管材 - Google Patents

Abstract

【課題】支柱を有する構造物を、高い鉛直支持力と水平支持力で支持可能な、構造物の基礎構造、基礎の施工方法、及び基礎に用いる支持管材を提供すること。【解決手段】本発明の基礎構造１は、柱状改良体１０と、柱状改良体１０内に埋入した支持管材２０と、支持板２２上に立設した支柱３０と、少なくとも管本体２１の内面と支柱３０の外面の間に設置した基礎コンクリート４１と、柱状改良体１０の上部と地表面との間に設置した根巻きコンクリート４２と、を備えることを特徴とする。本発明の基礎の施工方法は、削孔工程Ｓ１と、柱状改良工程Ｓ２と、建込み工程Ｓ３と、立設工程Ｓ４と、打設工程Ｓ５と、を備えることを特徴とする。本発明の支持管材２０は、管本体２１と、管本体２１の管内を横断方向に遮蔽した支持板２２と、支持板２２の周縁に配置した抜気孔２３と、抜気孔２３と連通する抜気管２４と、を備え、抜気管２４を管本体２１の内面に沿って付設した、アングル材、チャンネル材、又は半割り管によって構成したことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の基礎構造、基礎の施工方法、及び基礎に用いる支持管材に関し、特に支柱を有する構造物を、高い鉛直支持力と水平支持力で支持可能な、構造物の基礎構造、基礎の施工方法、及び基礎に用いる支持管材に関する。

コンビニエンスストアやガソリンスタンドの道路看板、中古車販売店の広告塔、道路標識、高尺フェンス等、比較的大型の上部構造を、支柱で支持する構造物が存在する。これらの構造物では、上部構造の鉛直荷重や地震や風圧による水平荷重を、支柱を介して地中に構築したフーチングで支持する。
しかしフーチングは施工範囲が広く、また大型の施工機械が必要となるため、住宅街や道路脇などの比較的狭隘な場所では施工が困難であった。そこでフーチングに替わり、縦穴内に配置した鋼管杭によって支柱を支持する特殊基礎工法が開発された。
特許文献１には、地盤に掘削した縦穴内に鋼管杭を配置し、縦穴の内壁と鋼管杭の間に水締め砂を充填し、鋼管杭の内部に砕石を充填して内部基礎を構築し、内部基礎上に支柱を立設し、鋼管杭の内部に中込めコンクリートを充填し、縦穴内における鋼管杭の上部を根巻きコンクリートで被覆して構築する、構造物の基礎構造が開示されている。

特開２００４−１９０２４１号公報

特許文献１の従来技術には以下のような問題点がある。
＜１＞鋼管杭設置用の縦穴を削孔する際、削孔後の孔壁が戻る（孕む）ことで周辺地盤を緩めてしまう。このため、鋼管杭の上部を根巻きコンクリートで固定しても、地盤自体が緩んでいるため地盤ばねが有効に機能せず、設計通りの水平支持力を発揮することができない。また、地盤を緩めることで、近接する住宅や構造物に沈下などの悪影響を与えるおそれがある。
＜２＞削孔に伴って孔壁が孔内に崩落することがあり、孔底に堆積した崩落土の上に内部基礎が構築されることで、支柱の荷重によって内部基礎が沈下する。また、砕石の圧密によって支柱が沈下し、鉛直支持力が低下するおそれがある。
＜３＞支柱を凸凹な砕石上に立設するため、支柱を鉛直かつ設計上の高さに設置するのが難しい。このため、施工性が悪く、施工精度が低い。
＜４＞削孔による排土量が多いため、排土の搬出に労力を要し、また、残土処理費が嵩む。
＜５＞建柱車のオーガーによって削孔するため、地盤の貫通力が十分でなく、硬質地盤では施工できない場合がある。

本発明の目的は、以上のような問題点を解決できる、構造物の基礎構造、基礎の施工方法、及び基礎に用いる支持管材を提供することにある。

本発明の構造物の基礎構造は、地中に形成した柱状改良体と、柱状改良体内に埋入した支持管材であって、上部が柱状改良体より上方に突出した管本体と、管本体の管内を横断方向に遮蔽した支持板と、支持板の両面を貫通した抜気孔と、を有する支持管材と、支持板上に立設した支柱と、管本体の内面と支柱の外面の間に設置した基礎コンクリートと、柱状改良体の上部と地表面との間に設置した根巻きコンクリートと、を備えることを特徴とする。

本発明の構造物の基礎構造は、支持板が、支持板の上面から上方に立設した抜気管を有し、抜気管の管路が抜気孔と連通していてもよい。

本発明の構造物の基礎構造は、抜気孔を支持板の周縁に配置し、抜気管を管本体の内面に沿って付設した、アングル材、チャンネル材、又は半割り管によって構成してもよい。

本発明の基礎の施工方法は、地盤に基礎孔を削孔する、削孔工程と、基礎孔の底面の中心から地中にわたって柱状改良体を構築する、柱状改良工程と、管本体と、管本体の管内を横断方向に遮蔽した支持板と、支持板の両面を貫通した抜気孔と、を有する支持管材を、柱状改良体内に埋入し、管本体の上部を改良体より上方に突出させる、建込み工程と、支持板上に構造物の支柱を立設する、立設工程と、管本体の内面と支柱の外面の間から基礎孔内にわたって 充填材を打設する、打設工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の基礎の施工方法は、支持管材が、支持板の上面から上方に立設した抜気管を有し、抜気管の管路が抜気孔と連通してもよい。

本発明の基礎の施工方法は、支持板の底面と、柱状改良体との間に空隙がある場合、立設工程より前に、抜気孔を通して、支持板の上方から空隙内にグラウト材を充填してもよい。

本発明の基礎の施工方法は、立設工程において、支柱と管本体とを、管本体の上部に掛け渡した支持材によって連結してもよい。

本発明の基礎の施工方法は、立設工程より前に、基礎孔上に柱状改良体の頭部を囲む、コンクリート枠体を配置してもよい。

本発明の支持管材は、管本体と、管本体の管内を横断方向に遮蔽した支持板と、支持板の周縁に配置した抜気孔であって、支持板の両面を貫通した抜気孔と、抜気孔と連通する抜気管であって、支持板の上面から上方に立設した抜気管と、を備え、抜気管を管本体の内面に沿って付設した、アングル材、チャンネル材、又は半割り管によって構成したことを特徴とする。

本発明の構造物の基礎構造、基礎の施工方法、及び基礎に用いる支持管材は、以上の構成を備えるため、次の効果のうち少なくとも一つを備える。
＜１＞地盤を削孔せず柱状改良するため、周辺地盤を緩めるおそれがない。また、柱状改良体の頭部を根巻きコンクリートで地盤と一体に固定することで、周辺地盤の地盤ばねを有効利用して、高い水平支持力を発揮することができる。
＜２＞支柱を高い周面摩擦力を有する柱状改良体で支持することによって、優れた鉛直支持力を発揮することができる。
＜３＞支柱の底面を水平な支持板に接面して立設することで、重心が高く不安定な支柱を、安定的かつ確実に支持することができる。
＜４＞設計上の立設位置に設置した水平な支持板上に支柱を載せるだけで、支柱を鉛直かつ設計通りの高さに立設することができる。このため、施工性がよく、施工精度が非常に高い。
＜５＞排土量が少ないため、残土処分費が安価である。
＜６＞柱状改良によるため、軟弱地盤にも設置できる。また、貫通力の高い施工機械によって施工するため、硬質地盤でも容易に施工ができる。このように地盤の適用条件が広く、汎用性が高い。

本発明の構造物の基礎構造の説明図。 支持管材の説明図。 本発明の基礎の施工方法の説明図（１）。 本発明の基礎の施工方法の説明図（２）。 本発明の基礎の施工方法の説明図（３）。 本発明の基礎の施工方法の説明図（４）。 本発明の基礎の施工方法の説明図（５）。 本発明の基礎の施工方法の説明図（６）。 実施例２の説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の構造物の基礎構造、基礎の施工方法、及び基礎に用いる支持管材について詳細に説明する。

[基礎構造]
＜１＞全体の構成（図１）。
本発明の基礎構造１は、支柱３０によって上部構造を支持する構造物Ａの基礎構造である。
基礎構造１は、地中に形成した柱状改良体１０と、柱状改良体内に埋入した支持管材２０と、支持管材２０内に立設した支柱３０と、支持管材２０の管内に設置した基礎コンクリート４１と、基礎孔Ｂ内に設置した根巻きコンクリート４２と、を少なくとも備える。

＜２＞柱状改良体。
柱状改良体１０は、地中に構築する柱状のソイルセメントコラムである。
柱状改良体１０は、施工機械Ｃを用いて、地中にセメントミルクを注入しつつ、原土とセメントミルクを攪拌混合して築造する。
本発明の基礎構造１は、原土と一体の柱状改良体１０が周囲の地盤と密着することで、高い周面摩擦力を発揮することができる。また支持管材２０の周囲を柱状改良体１０で包持することで、地盤バネを有効に利用して高い水平剛性を発揮することが可能となる。
柱状改良体１０のソイルセメントはアルカリ性であるため、柱状改良体１０内に埋入した支持管材２０が腐食しにくく、長期耐久性に優れる。

＜３＞支持管材。
支持管材２０は、支柱３０を支持する管材である。
管本体２１と、管本体２１の管内に配置した支持板２２と、支持板２２の両面を貫通した抜気孔２３と、を少なくとも備える。
本例では管本体２１として鋼管を採用する。
管本体２１内における支持板２２の設置深さは、設計上の支柱３０の下端部の高さに合わせる。
本例の支持管材２０は、柱状改良体１０内に埋入して管本体２１の鉛直調整を行うことで、柱状改良体１０内に水平な支持板２２からなる支柱３０の立設面を設置可能な点に一つの特徴を有する。
すなわち、支持管材２０によって、高い周面摩擦力を有する柱状改良体１０内に、支柱３０を安定的に立設して確実に固定し、構造物Ａを高い支持力で支持することができる。

＜３．１＞支持板。
支持板２２は、支柱３０を支持するための面材である。
支持板２２は、管本体２１の管内を横断方向に遮蔽する。
支持板２２は、管本体２１内における、支柱３０の下端部の高さに設置する。
本例では支持板２２として、管本体２１の管内に溶接した鋼製の円盤を採用する。
支持板２２には、両面を貫通する１つ又は複数の抜気孔２３を設ける。
本発明の基礎構造１は、支柱３０の底面を支持板２２の上面に接面した状態で支持することができるため、支柱３０の安定性が高い。

＜３．２＞抜気孔。
抜気孔２３は、主として管本体２１の埋入時に、支持板２２の下方の空気を抜くための孔である。
本例では抜気孔２３として、支持板２２の周縁３カ所に設けた切込みを採用する。ただし抜気孔２３の数や配置はこれに限らない。
抜気孔２３は、抜気の他、柱状改良体１０の観測孔、グラウト材の充填孔の機能も有する。詳細については後述する。

＜３．３＞抜気管。
抜気管２４は、抜気孔２３と連通する管路である。
本例では抜気管２４として、管本体２１の内面に沿って付設した３本のアングル材を採用する。
詳細には、まず３本のアングル材を、支持板２２の上面における抜気孔２３上に立て、アングル材の角部を支持板２２の中心に向けた向きで支持板２２に溶接して、逆鼎状に構成する。
逆鼎状に連結した支持板２２と３本の抜気管２４を、管本体２１内に支持板２２の設置深さまで挿入し、支持板２２の外周とアングル材の両側縁を管本体２１の内面に溶接して、管本体２１の内面とアングル材の２辺とで囲まれた平面視略扇型の管路を形成する。
本例の場合、抜気管２４の高さを支持板２２の設置深さに一致させることで、支持板２２の管本体２１内への位置決めと溶接が容易となる。

＜４＞支柱。
支柱３０は、構造物Ａを支持する柱材である。
支柱３０の下端は、支持管材２０内に配置し、支柱３０の底面が支持板２２の上面に接面する。
本例では、支柱３０は円柱であるがこれに限らず、構造物Ａの設計や意匠によって、四角柱や三角柱等を採用してもよい。

＜５＞基礎コンクリート。
基礎コンクリート４１は、支持管材２０内に打設した充填材４０によって構築するコンクリート構造体である。
基礎コンクリート４１は、管本体２１の内面、支持板２２の上面、及び支柱３０の外面との間に配置して、支柱３０の下部を管本体２１の管内に固定する。
基礎コンクリート４１は内部に鉄筋を配筋して鉄筋コンクリートとしてもよい。

＜６＞根巻きコンクリート。
根巻きコンクリート４２、基礎孔Ｂ内に打設した充填材４０によって構築するコンクリート構造体である。
根巻きコンクリート４２は、基礎孔Ｂ内、管本体２１の外面、及び支柱３０の外面との間に配置して、支持管材２０の頭部と支柱３０とを地盤に固定する。
柱状改良体１０の頭部を根巻きコンクリート４２で覆うことで、比較的曲げやせん断に弱い柱状改良体１０を補強し、高い水平抵抗力を発揮することができる。
根巻きコンクリート４２は内部に鉄筋を配筋して鉄筋コンクリートとしてもよい。
なお、基礎コンクリート４１と根巻きコンクリート４２の別は、構造上の区分にすぎず、後述する打設工程Ｓ５では両者を同時に打設する。

＜７＞基礎構造の特徴。
本発明の基礎構造１は、削孔に伴って孔壁が戻り地盤が緩むことを防ぐため、支持管材２０の埋設空間を、削孔ではなく柱状改良によって形成する。
これによって、周辺地盤の緩みを防止して、設計通りの支持力を発揮することができるとともに、柱状改良体１０が周囲の地盤と密着する高い周面摩擦力によって、優れた鉛直支持力を発揮することができる。
一方、柱状改良体１０内に、重心の高い支柱３０を直接据え付けるのは不安定であるため、柱状改良体１０と支柱３０の間に、水平な支持板２２を備える支持管材２０を介在させる。これによって、重心が高く安定性の低い支柱３０を柱状改良体１０内に安定的かつ確実に固定することができる。
また、曲げやせん断に弱い柱状改良体１０の頭部を、根巻きコンクリート４２で基礎孔Ｂ内に一体に固定することで、周辺の地盤ばねを有効利用し、構造物Ａに係る風圧力や地震力に対して、高い水平支持力を発揮することができる。
これらの構成の組合せによって、簡素な構造でありながら、高い鉛直支持力と高い水平支持力とを同時に達成することができる。

[施工方法]
＜１＞全体の構成。
本発明の基礎の施工方法は、削孔工程Ｓ１と、柱状改良工程Ｓ２と、建込み工程Ｓ３と、立設工程Ｓ４と、打設工程Ｓ５と、を少なくとも備える。
本例では、柱状改良工程Ｓ２及び建込み工程Ｓ３に用いる施工機械Ｃとして、鋼管杭回転圧入機を用いる。鋼管杭回転圧入機は、支持管材２０の建込みの他、ロッドの先端に攪拌翼やソイルセメント吐出口等を設けることで、柱状改良体１０の構築にも用いることができる。
また、鋼管杭回転圧入機の鉛直調整機能によって、建込み工程Ｓ３において支持管材２０の鉛直調整を自動的に行うことができる。

＜２＞削孔工程（図３Ａ）。
削孔工程Ｓ１では、地盤を掘削して、根巻きコンクリート４２充填用の基礎孔Ｂを形成する。
本例では基礎孔Ｂとして、一辺が柱状改良体１０の直径の２倍の平面視正方形の孔を削孔する。但し基礎孔Ｂの形状や幅はこれに限られず、例えば平面視円形であってもよい。
基礎孔Ｂの中央に柱状改良体１０用の浅い先孔Ｂ１を穿孔する。
先孔Ｂ１は、後述する柱状改良工程において柱状改良体１０を築造する際、セメント系固化材の注入量だけソイルセメントの量が増えるため、ソイルセメントの注入量に相当する土を予め排土しておくことで、ソイルセメントが基礎孔Ｂ内に溢れることを防ぐための孔である。
本発明の基礎の施工方法は、地盤の表層部のみを掘削するため、排土量が少なく、従来技術に比べて残土処分費を大幅に削減することができる。

＜３＞柱状改良工程（図３Ｂ）。
柱状改良工程Ｓ２では、基礎孔Ｂの中心から地中にわたって柱状改良体１０を構築する。
詳細には、施工機械Ｃのロッドを先孔Ｂ１の中央に合わせ、攪拌翼を回転させながら地中にセメント系固化材を注入し、攪拌翼によってセメント系固化材を原土と攪拌混合することで円柱状の柱状改良体１０を形成する。
設計に応じて柱状改良体１０の支持層への到達を確認する。
なお、硬質地盤の場合には、施工機械Ｃのロッドの先端に硬質地盤削孔用のヘッドを付設して先行掘削することで、柱状改良工程Ｓ２を施工できる。

＜４＞建込み工程（図３Ｃ）。
建込み工程Ｓ３では、支持管材２０を柱状改良体内１０に埋入する。
詳細には、施工機械Ｃによって支持管材２０の頭部を把持し、リーダーに沿って下ろすことで、支持管材２０を柱状改良体１０の内部に同心状に挿入する。
管本体２１の頭部は、柱状改良体１０より上方に突出させる。
支持管材２０の建込み時、施工機械Ｃの鉛直調整機能によって支持管材２０が鉛直になるように角度調整する。これによって同時に支持板２２の上面の水平性も確保することができる。
支持管材２０の建込み後、基礎孔Ｂ内に柱状改良体１０の頭部を囲むコンクリート枠体（不図示）を設置してもよい。

＜４．１＞抜気管を通した観測（図３Ｄ）。
支持管材２０の建込み後、抜気管２４を通じて支持板２２下の柱状改良体１０のソイルセメントを観測する。
ソイルセメントが抜気孔２３を通って抜気管２４内まで上がってきていれば、ソイルセメントが支持板２２の底面まで達していることが確認できる。
この場合は、ソイルセメントの硬化によって柱状改良体１０と支持管材２０が一体化する。
一方、抜気管２４内にソイルセメントが上がってきていなければ、支持板２２の底面と柱状改良体１０との間に空隙が生じている可能性がある。
この場合は、抜気管２４から抜気孔２３を通して支持板２２下部の空隙内にグラウト材を充填して支持板２２下の空隙を埋め、柱状改良体１０と支持管材２０を一体化させる。

＜５＞立設工程（図３Ｅ）。
立設工程Ｓ４では、支持管材２０内に支柱３０を立設する。
詳細には、構造物Ａをクレーン等で吊り上げ、支柱３０を支持管材２０内に差し入れて支柱３０の下端を支持板２２上に据え付ける。
本発明の基礎の施工方法は、支柱３０の底面を水平な支持板２２上に接面させて支持するため、安定性が高く、また支柱３０の立設位置の調整が容易である。
支柱３０の立設後、後続する打設工程Ｓ５の充填材４０が硬化するまで、構造物Ａをクレーンで保持する。
この他、管本体２１の上部にアングル材等の支持材（不図示）を架け渡して溶接し、管本体２１と支柱３０とを連結してもよい。

＜６＞打設工程（図３Ｆ）。
打設工程Ｓ５では、支持管材２０内から基礎孔Ｂ内にわたって充填材４０を打設する。
詳細には、管本体２１の上部から管内に充填材４０を打設する。
充填材４０は、管本体２１の内面と支柱３０の外面の間を満たした後、管本体２１の頭部から基礎孔Ｂ内に溢れて、基礎孔Ｂを満たす。
充填材４０の硬化によって、管本体２１内に基礎コンクリート４１が、基礎孔Ｂ内に根巻きコンクリート４２が、それぞれ構築される。
以上によって、構造物Ａの基礎構造１が完成する。

[支持管材のその他の構成]
本発明の支持管材２０は実施例１の構造に限らない。
例えば抜気管２４をチャンネル材（図４（ａ））、又は半割り管（図４（ｂ））で構成してもよい。
あるいは、支持管材２０に抜気管２４を設けず、支持板２２の中央に抜気孔２３を穿設してもよい（図４（ｃ））。
要は管本体２１内に支持板２２を備え、支持板２２が少なくとも抜気孔２３を備えていればよい。
なお、支持板２２に抜気管２４を設けない場合には、建込み工程Ｓ３において抜気孔２３から支持板２２上にソイルセメントが溢れ出たことを確認できたら、抜気孔２３を栓で塞ぐ等の手段でソイルセメントの漏出を止める。

１ 基礎構造
１０ 柱状改良体
２０ 支持管材
２１ 管本体
２２ 支持板
２３ 抜気孔
２４ 抜気管
３０ 支柱
４０ 充填材
４１ 基礎コンクリート
４２ 根巻きコンクリート
Ａ 構造物
Ｂ 基礎孔
Ｂ１ 先孔
Ｃ 施工機械

Claims (7)

1. 支柱を有する構造物の基礎構造であって、
   地中に形成した柱状改良体と、
   前記柱状改良体内に埋入した支持管材であって、上部が前記柱状改良体より上方に突出した管本体と、前記管本体の管内を横断方向に遮蔽した支持板と、前記支持板の両面を貫通した抜気孔と、を有する支持管材と、
   前記支持板上に立設した支柱と、
   前記管本体の内面と前記支柱の外面の間に設置した基礎コンクリートと、
   前記柱状改良体の上部と地表面との間に設置した根巻きコンクリートと、を備え、
   前記支持板が、前記支持板の上面から上方に立設した抜気管を有し、
   前記抜気管の管路が前記抜気孔と連通することを特徴とする、
   基礎構造。
2. 前記抜気孔を前記支持板の周縁に配置し、前記抜気管を前記管本体の内面に沿って付設した、アングル材、チャンネル材、又は半割り管によって構成したことを特徴とする、請求項１に記載の基礎構造。
3. 構造物の基礎の施工方法であって、
   地盤に基礎孔を削孔する、削孔工程と、
   前記基礎孔の底面の中心から地中にわたって柱状改良体を構築する、柱状改良工程と、
   管本体と、前記管本体の管内を横断方向に遮蔽した支持板と、前記支持板の両面を貫通した抜気孔と、を有する支持管材を、前記柱状改良体内に埋入し、前記管本体の上部を前記改良体より上方に突出させる、建込み工程と、
   前記支持板上に前記構造物の支柱を立設する、立設工程と、
   前記管本体の内面と前記支柱の外面の間から前記基礎孔内にわたって 充填材を打設する、打設工程と、を備え、
   前記支持管材が、前記支持板の上面から上方に立設した抜気管を有し、
   前記抜気管の管路が前記抜気孔と連通することを特徴とする、
   基礎の施工方法。
4. 前記支持板の底面と、前記柱状改良体との間に空隙がある場合、前記立設工程より前に、前記抜気孔を通して、前記支持板の上方から前記空隙内にグラウト材を充填することを特徴とする、請求項３に記載の基礎の施工方法。
5. 前記立設工程において、前記支柱と前記管本体とを、前記管本体の上部に掛け渡した支持材によって連結することを特徴とする、請求項３又は４に記載の基礎の施工方法。
6. 前記立設工程より前に、前記基礎孔上に前記柱状改良体の頭部を囲む、コンクリート枠体を配置することを特徴とする、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の基礎の施工方法。
7. 構造物の基礎構造において、地中に形成した柱状改良体内に埋入して、管内で前記構造物の支柱を支持する、支持管材であって、
   管本体と、
   前記管本体の管内を横断方向に遮蔽した支持板と、
   前記支持板の周縁に配置した抜気孔であって、前記支持板の両面を貫通した抜気孔と、
   前記抜気孔と連通する抜気管であって、前記支持板の上面から上方に立設した抜気管と、を備え、
   前記抜気管を前記管本体の内面に沿って付設した、アングル材、チャンネル材、又は半割り管によって構成したことを特徴とする、
   支持管材。

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