JP6937205B2 - 地下構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下階を有する地下構造物を構築する際に、所定階の床躯体を先行して構築し、当該先行して構築した床躯体の上方で行う地下躯体工事と、当該先行して構築した床躯体の下方で行う掘削工事と、を同時に並行して行う逆打ち工法による、地下構造物の構築方法に関する。

従来より、地下躯体を有する構造物の施工手順としては、工期短縮や山留め架構の安全性の確保を目的として、順打ち工法に代えて、逆打ち工法を採用する場合がある（特許文献１〜３参照）。
逆打ち工法では、まず、掘削外周部に沿って山留壁を構築する。次に、本設杭を打設し、このとき、本設杭に構真柱を打ち込む。次に、例えば１階の床および梁を先行床として構築し、この先行床を構真柱に支持させる。次に、先行床の下方を掘削しながら地下躯体を上階から下階に向かって構築するとともに、先行床の上側の躯体を下階から上階に向かって構築する。地下躯体の施工では、地下を掘削して、地下各階毎に床および梁を構築する作業を繰り返す。

このように、逆打ち工法によれば、先行床を挟んで上下で同時に工事を行うので、短工期で建物を構築できる。また、各階の床が山留め壁の切梁としての役割を果たすので、工事の安全性を確保できる。
特許文献１〜３の逆打ち工法によれば、地下階の各階の床スラブを構築しながら、地下最下階まで掘削工事と地下躯体工事とを交互に繰り返し行うため、順打ち工法よりも工期を短縮できるが、さらに工期を短縮することが要請されている。

特開２００２−６１２１３号公報 特開昭６３−２７７３４１号公報 特許５１７１９０２号公報

本発明は、地下階の各階毎に床躯体を構築しながら地下最下階まで掘削工事と地下躯体工事とを繰り返し行う従来の逆打ち工法に比べて、さらに短工期で地下構造物を構築できる、地下構造物の構築方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、建物の地下躯体の構築方法として、地下階の各階毎に床躯体を構築しながら地下最下階まで掘削工事と地下躯体工事とを繰り返し行うのではなく、少なくとも１階置きに床躯体を構築しながら、地下最下階まで掘削工事と地下躯体工事とを繰り返し行うことで、短工期で地下躯体を構築できる点に着眼して、本発明に至った。

第１の発明の地下構造物の構築方法は、複数階を有する地下構造物（例えば、後述の地下躯体２）の構築方法であって、山留め壁（例えば、後述の山留め壁３０）で囲まれた地盤（例えば、後述の地盤４）を掘削する第１工程（例えば、後述のステップＳ３、Ｓ１１）と、掘削底面上に、所定階の床躯体（例えば、後述の１階床躯体２１）および当該床躯体に連続する一部の地下外周壁（例えば、後述の地下外周壁２０ａ）を先行構築躯体（例えば、後述の先行構築躯体４０）として構築し、当該先行構築躯体を前記山留め壁に接合する第２工程（ステップＳ４、Ｓ１２）と、前記先行構築躯体の上側の躯体を構築するとともに、前記掘削底面から下方に向かって複数階分の深さを掘削する第３工程（ステップＳ５、Ｓ１３、Ｓ１３ａ）と、前記第２工程および前記第３工程を繰り返す第４工程（例えば、後述のステップＳ６、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１５ａ、Ｓ１５ｂ、Ｓ１６、Ｓ１７、１７ａ、１７ｂ）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、躯体工事と掘削工事とを並行して同時に行う逆打ち工法において、掘削底面上に先行構築躯体を構築し、この先行構築躯体を山留め壁と接合することで、山留め支保工（切梁）を架設することなく、地下構造物を構築できる。また、地下躯体を構築する際、地下階を構成する各階毎に掘削するのではなく、地下複数階分を一度に掘削する。よって、地下各階毎に掘削する場合に比べて、掘削回数を削減でき、短工期で地下躯体を構築できる。

第２の発明の地下構造物の構築方法においては、前記第２工程では、前記先行構築躯体として、前記地下構造物の少なくとも１階置きの床躯体（例えば、後述の地下２階床躯体１７、地下４階床躯体１３）を構築することを特徴とする。

この発明によれば、従来の逆打ち工法のように、地下構造物の各階毎に床躯体を先行させて構築するのではなく、複数階毎つまり少なくとも１階置きに床躯体を先行して構築し、この床躯体を挟んで地下掘削工事と地下躯体工事とを同時に並行して実施することで、従来の逆打ち工法よりも短工期で地下構造物を構築できる。

第３の発明の地下構造物の構築方法においては、前記第３工程では、前記先行構築躯体の上面に、型枠材の上方からコンクリートを打設する順打ち工法により第１地下躯体（例えば、後述の地下２階立上がり躯体１８、地下１階床躯体１９、地下４階立上がり躯体１４、地下３階床躯体１５）を構築し、その後、当該第１地下躯体の上部に、型枠材の側面からコンクリートを圧入する圧入工法により第２地下躯体（例えば、後述の地下１階立上がり躯体２０の残り、地下３階立上がり躯体１６の残り）を構築することを特徴とする。

この発明によれば、先行構築躯体の上側の躯体を構築する際、まず、順打ち工法により第１地下躯体を構築し、その後、第１地下躯体の上部に圧入工法により第２地下躯体を構築する。順打ち工法によれば、圧入工法に比べて、簡易な型枠構造によってコンクリート躯体用の型枠を形成でき、かつ比較的容易にコンクリートを打設できる。また、先行構築躯体の上側の躯体の一部を順打ち工法で構築することで、この先行構築躯体の上側の躯体を短工期かつ低コストで構築できる。

本発明によれば、地下階の各階毎に床躯体を構築しながら、地下最下階まで掘削工事と地下躯体工事とを同時に並行して行う従来の逆打ち工法に比べて、さらに短工期で地下構造物を構築できる。

本発明の一実施形態に係る地下構造物の構築方法により構築される建物の地下階の縦断面図である。 建物の地下躯体の主要な構築手順のフローチャートである。 建物の地下躯体の詳細な構築手順のフローチャートである。 地下躯体の構築手順の説明図（その１：山留め壁および構真柱の構築工程）である。 地下躯体の構築手順の説明図（その２：１次掘削工程）である。 地下躯体の構築手順の説明図（その３：２次掘削工程および地下２階躯体の構築工程）である。 地下躯体の構築手順の説明図（その４：３次掘削工程および地下１、２階躯体の構築工程）である。 地下躯体の構築手順の説明図（その５：地下４階躯体の構築工程）である。 地下躯体の構築手順の説明図（その６：４次掘削工程および地下３、４階躯体の構築工程）である。 地下躯体の構築手順の説明図（その７：地下最下階の構築工程）である。

本発明は、複数階を有する地下構造物の構築方法として、一部の階（例えば地下１階および地下３階）の床躯体の構築工程を飛ばして、１階置き（例えば地下２階および地下４階）の床躯体を構築しながら、地下最下階まで掘削工事と地下躯体工事とを同時に並行して実施することで、従来の逆打ち工法よりも短工期を可能とするものである。
本発明の実施形態では、先行構築躯体によって山留め壁を支持することで、山留め壁に山留め支保工（切梁）を架設することなく、各掘削工程で掘削する掘削空間を支持する。
本発明の特徴は、各掘削工程における掘削深さと、各掘削工程における掘削空間を囲む山留め壁の支持方法と、の関係にある。各掘削工程では、山留め支保工としての先行構築躯体から下方に向かって、山留め壁の傾斜量を所定値以下に抑えることができる範囲内で、できる限り深く掘削する。その結果、各掘削工程での掘削深さが地下各階の階高を上回ることになり、これにより、床付面に至るまでの掘削工程数を削減して、短工期を実現できる。
また、各掘削空間に構築する先行構築躯体と山留め壁を接合することで、先行構築躯体が山留め支保工として機能し、仮設用の山留め支保工を設置する必要がない。よって、施工工程数を削減でき、地下構造物を短工期で構築できる。

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地下構造物の構築方法により構築される建物１の地下階の縦断面図である。
建物１は、地下に構築された地下躯体２と、この地下躯体２の上に構築された地上躯体３と、を備える。

地下躯体２は、地下５階（５層）までの鉄筋コンクリート構造である。地下躯体２は、杭１０、基礎躯体（耐圧版、基礎梁、地下５階床）１１、地下５階立上がり躯体（地下５階柱および外周壁）１２、地下４階床躯体（地下４階梁および床）１３、地下４階立上がり躯体（地下４階柱および外周壁）１４、地下３階床躯体（地下３階梁および床）１５、地下３階立上がり躯体（地下３階柱および外周壁）１６、地下２階床躯体（地下２階梁および床）１７、地下２階立上がり躯体（地下２階柱および外周壁）１８、地下１階床躯体（地下１階梁および床）１９、地下１階立上がり躯体（地下１階柱および外周壁）２０、１階床躯体（１階梁および床）２１を備える。

この建物１の地下躯体を逆打ち工法で構築する手順について、図２および図３のフローチャートを参照しながら説明する。図２は、地下躯体の主要な構築手順であり、図３は、地下躯体の詳細な構築手順である。
地下躯体の主要な構築手順は、山留め壁で囲まれた地盤を掘削する第１工程（後述のステップＳ３、Ｓ１１）と、掘削底面上に所定階の床躯体およびこの床躯体に連続する一部の地下外周壁からなる先行構築躯体を構築し、この先行構築躯体を山留め壁に接合する第２工程（ステップＳ４、Ｓ１２）と、先行構築躯体の上側の躯体を構築するとともに、掘削底面から下方に複数階分の深さを掘削する第３工程（ステップＳ５、Ｓ１３、Ｓ１３ａ）と、第２工程および第３工程を繰り返す第４工程（ステップＳ６、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１５ａ、Ｓ１５ｂ、Ｓ１６、Ｓ１７、１７ａ、１７ｂ）と、を含んで構成される。

まず、ステップＳ１では、図４に示すように、地盤４の地下躯体を囲む位置に山留め壁３０を構築する。この山留め壁は、ＳＭＷ連続壁であり、このＳＭＷ連続壁に、Ｈ形鋼を芯材３１として打ち込む。
ステップＳ２では、図４に示すように、杭１０を構築して、この杭１０に所定深さまで構真柱３２を打ち込む。
ステップＳ３では、山留め壁３０で囲まれた地盤４を掘削底面まで掘削する（図５参照）。

ステップＳ４では、掘削底面上に先行構築躯体を構築して、山留め壁３０に接合する（図５参照）。
ステップＳ５では、構築した先行構築躯体の上方で躯体を構築するとともに、構築した先行構築躯体の下方では、掘削底面まで掘削する（図６参照）。
ステップＳ６では、地盤を掘削底面が床付面であるか否かを判定する。この判定がＹｅｓである場合には、ステップＳ７に移り、Ｎｏである場合には、ステップＳ４に戻る。
ステップＳ７では、床付面上に基礎躯体を構築する。

次に、地下躯体２を構築する詳細な手順について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
地下躯体２を構築する手順では、１次掘削、２次掘削、３次掘削、４次掘削と行うが、２次における掘削底面３６、３次掘削における掘削底面３７、４次掘削における掘削底面（床付面）３４は、以下のようにして予め決定される。

２次掘削における掘削底面３６は、以下の２条件を満たすように決定される。
第１に、地下２階床躯体１７を容易に構築可能なことである。地下２階床躯体１７を容易に構築可能とは、地下２階床躯体１７のコンクリート型枠材を作業員が高所足場を使用することなく建て込むことができ、かつ、型枠内にコンクリートを比較的容易に打設可能なことである。具体的には、掘削底面３６の高さ位置は、地下２階床躯体１７と地下３階床躯体１５との間であり、地下２階床躯体１７上面から下方に２ｍ以内とすることが望ましい。
第２に、山留め壁３０の傾斜量を所定値以下に抑えることである。山留め壁の傾斜量は、この山留め壁を支持する上下の支保工間の距離が長くなると大きくなる。よって、２次掘削の掘削底面３６の１階床躯体２１上面からの深さａを、山留め壁３０の傾斜量が所定値以下になるように設定する（図６参照）。

３次掘削における掘削底面３７は、２次掘削における掘削底面３６と同様に、以下の２条件を満たすように決定される。
第１に、地下４階床躯体１３を容易に構築可能なことであり、地下４階床躯体１３上面から下方に２ｍ以内とすることが望ましい。第２に、山留め壁３０の傾斜量を所定値以下に抑えることであり、３次掘削の掘削底面３７の地下２階床躯体１７上面からの深さｂを、山留め壁３０の傾斜量が所定値以下になるように設定する（図７参照）。

４次掘削における床付面３４は、２次掘削における掘削底面３６と同様に、以下の２条件を満たすように決定される。
第１に、基礎躯体（基礎梁、耐圧版、地下５階床）１１を容易に構築可能なことである。第２に、山留め壁３０の傾斜量を所定値以下に抑えることであり、４次掘削の床付面３４の地下４階床躯体１３上面からの深さｃを、山留め壁３０の傾斜量が所定値以下になるように設定する（図９参照）。
以上より、実際には、２次掘削の掘削深さａを約１４．８ｍ、３次掘削の掘削深さｂを約１０．０ｍ、４次掘削の掘削深さｃを約９．６ｍとした。

ステップＳ１１では、図５に示すように、山留め壁３０で囲まれた地盤４を、１階床躯体２１を構築できる深さである掘削底面３５まで掘削する（１次掘削）。

ステップＳ１２では、図５に示すように、掘削底面３５上に１階床躯体（１階梁および床）２１を構築し、この１階床躯体２１の梁の下面に構真柱３２の上端を連結する。このとき、１階床躯体２１に加えて、一部の地下外周壁２０ａを含む地下１階立上がり躯体２０の上部を構築する。これら１階床躯体２１および地下１階立上がり躯体２０の上部を、第１先行構築躯体４０とする。
また、山留め壁３０の芯材３１の内壁面にスタッドボルト３３を打設して、山留め壁３０と地下外周壁２０ａとの食い付きを確保し、スタッドボルト３３を介して山留め壁３０と地下外周壁２０ａとを接合する。これにより、１階床躯体２１は、山留め壁３０および構真柱３２に支持される。ステップＳ１３以降、第１先行構築躯体４０を挟んで上下で同時に工事を行う。

ステップＳ１３では、図６に示すように、山留め壁３０で囲まれた地盤４を、地下２階床躯体１７を構築できる掘削底面３６まで掘削する（２次掘削）。図６に示すａは、１次掘削底を含む２次掘削終了時の掘削深さである。
ステップＳ１３ａでは、第１先行構築躯体４０の上方に地上躯体３を構築する。

ステップＳ１４では、図６に示すように、掘削底面３６上に地下２階床躯体（地下２階の梁および床）１７を構築し、この地下２階床躯体１７に構真柱３２を接合する。
このとき、地下２階床躯体１７に加えて、一部の地下外周壁１６ａを含む地下３階立上がり躯体１６の上部を構築して、第２先行構築躯体４１とする。また、山留め壁３０の芯材３１の内壁面にスタッドボルト３３を打設して、山留め壁３０と地下外周壁１６ａとを接合する。これにより、地下２階床躯体１７は、山留め壁３０および構真柱３２に支持される。ステップＳ１５以降、第２先行構築躯体４１を挟んで上下で同時に工事を行う。

ステップＳ１５では、図７に示すように、山留め壁３０で囲まれた地盤４を、地下４階床躯体１３を構築できる掘削底面３７まで掘削する（３次掘削）。図７に示すｂは、３次掘削終了時の掘削深さである。
ステップＳ１５ａでは、図７に示すように、型枠材の上方からコンクリートを打設する順打ち工法により、地下２階立上がり躯体（地下２階柱および外周壁）１８および地下１階床躯体（地下１階梁および床）１９を構築する。
ステップＳ１５ｂでは、図８に示すように、型枠材の側面からコンクリートを圧入する圧入工法により、地下１階立上がり躯体（地下１階柱および外周壁）２０の残り（図８中斜線で示す部分）を構築する。

ステップＳ１６では、図８に示すように、掘削底面３７上に地下４階床躯体（地下４階梁および床）１３を構築し、この地下４階床躯体１３に構真柱３２を接合する。
このとき、地下４階床躯体１３に加えて、一部の地下外周壁１２ａを含む地下５階立上がり躯体１２の上部を構築して、第３先行構築躯体４２とする。また、山留め壁３０の芯材３１の内壁面にスタッドボルト３３を打設して、山留め壁３０と地下外周壁１２ａとを接合する。これにより、地下４階床躯体１３は、山留め壁３０および構真柱３２に支持される。ステップＳ１７以降、第３先行構築躯体４２を挟んで上下で同時に工事を行う。

ステップＳ１７では、図９に示すように、山留め壁３０で囲まれた地盤４を床付面３４まで掘削する（４次掘削）。このステップＳ１７の４次掘削では、一度に複数階分の深さを掘削するのではなく、地下最下階分の深さを掘削する。図９に示すｃは、４次掘削終了時の掘削深さである。
ステップＳ１７ａでは、図９に示すように、型枠材の上方からコンクリートを打設する順打ち工法により、地下４階立上がり躯体（地下４階柱および外周壁）１４および地下３階床躯体（地下３階梁および床）１５を構築する。
ステップＳ１７ｂでは、図１０に示すように、型枠材の側面からコンクリートを圧入する圧入工法により、地下３階立上がり躯体（地下３階柱および外周壁）１６の残り（図１０中斜線で示す部分）を構築する。
ステップＳ１８では、図１０に示すように、床付面３４上に基礎躯体（基礎梁、耐圧版、地下５階床）１１を構築する。
ステップＳ１９では、圧入工法により、地下５階立上がり躯体（地下５階柱および外周壁）１２の残りを構築する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）躯体工事と掘削工事とを並行して同時に行う逆打ち工法において、掘削底面上に先行構築躯体４０、４１、４２として、１階床躯体２１、地下２階床躯体１７および地下４階床躯体１３を構築し、先行構築躯体４０、４１、４２を山留め壁３０の芯材３１に接合することで、山留め支保工（切梁）を架設することなく、地下躯体２を構築できる。
また、従来の逆打ち工法のように、地下構造物の各階の床躯体を先行して構築するのではなく、１階置きの地下２階床躯体１７および地下４階床躯体１３を先行して構築することで、従来の逆打ち工法よりも短工期で地下構造物を構築できる。

（２）先行構築躯体４１の上側の躯体を構築する際、順打ち工法により地下２階立上がり躯体１８および地下１階床躯体１９を構築し、その後、地下１階床躯体１９の上に圧入工法により地下１階立上がり躯体２０の残りを構築する。
また、先行構築躯体４２の上側の躯体を構築する際、順打ち工法により地下４階立上がり躯体１４および地下３階床躯体１５を構築し、その後、地下３階床躯体１５の上に圧入工法により地下３階立上がり躯体１６の残りを構築する。
順打ち工法によれば、圧入工法に比べて、簡易な型枠構造を採用できるうえに、コンクリートの打設が容易になる。よって、先行構築躯体４１、４２の上側の躯体の一部を順打ち工法で構築することで、先行構築躯体４１、４２の上側の躯体を短工期かつ低コストで構築できる。

（３）地下２階床躯体１７を先行して構築する際、この地下２階床躯体１７に取り付く地下外周壁１６ａを、スタッドボルト３３を介して、山留め壁３０に接合した。よって、地下２階床躯体１７を山留め壁３０で確実に支持できる。
また、地下４階床躯体１３を先行して構築する際、この地下４階床躯体１３に取り付く地下外周壁１２ａを、スタッドボルト３３を介して、山留め壁３０に接合した。よって、地下４階床躯体１３を山留め壁３０で確実に支持できる。

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、上記実施形態においては、図６〜図９に示すように、地下階の床躯体を１階置きに構築したが、これに限らず、地下階の床躯体を２階置きや３階置きに構築してもよい。このようにすれば、一度に複数階分の深さを掘削でき、本実施形態と同様に、地下構造物を短工期で構築できる。
また、上記実施形態では、山留め壁３０の芯材３１にスタッドボルト３３を打設し、このスタッドボルト３３を介して山留め壁３０と地下外周壁１２ａ、１６ａ、２０ａとを接合したが、これに限らない。例えば、山留め壁と地下外周梁とをスタッドボルトで接合してもよいし、山留め壁の芯材と地下外周梁の鉄骨材との間をブラケットやボルトで接合してもよい。

１…建物 ２…地下躯体（地下構造物） ３…地上躯体 ４…地盤
１０…杭 １１…基礎躯体 １２…地下５階立上がり躯体 １２ａ…地下外周壁
１３…地下４階床躯体 １４…地下４階立上がり躯体
１５…地下３階床躯体 １６…地下３階立上がり躯体 １６ａ…地下外周壁
１７…地下２階床躯体 １８…地下２階立上がり躯体
１９…地下１階床躯体 ２０…地下１階立上がり躯体 ２０ａ…地下外周壁
２１…１階床躯体
３０…山留め壁 ３１…芯材 ３２…構真柱 ３３…スタッドボルト ３４…床付面
３５、３６、３７…掘削底面 ａ、ｂ、ｃ…２次〜４次掘削における掘削深さ
４０、４１、４２…先行構築躯体

Claims (3)

1. 複数階を有する地下構造物の構築方法であって、
   山留め壁で囲まれた地盤を掘削する第１工程と、
   掘削底面上に、所定階の床躯体および当該床躯体に連続する一部の地下外周壁を先行構築躯体として構築し、当該先行構築躯体を前記山留め壁に接合する第２工程と、
   前記先行構築躯体の上側の躯体を構築するとともに、前記掘削底面から下方に向かって複数階分の深さを掘削する第３工程と、
   前記第２工程および前記第３工程を繰り返す第４工程と、を備えることを特徴とする地下構造物の構築方法。
2. 前記第２工程では、前記先行構築躯体として、前記地下構造物の少なくとも１階置きの床躯体を構築することを特徴とする請求項１に記載の地下構造物の構築方法。
3. 前記第３工程では、前記先行構築躯体の上に、型枠材の上方からコンクリートを打設する順打ち工法により第１地下躯体を構築し、その後、当該第１地下躯体の上に、型枠材の側面からコンクリートを圧入する圧入工法により第２地下躯体を構築することを特徴とする請求項１または２に記載の地下構造物の構築方法。

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