JP7538022B2

JP7538022B2 - 掘削工法

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Publication number: JP7538022B2
Application number: JP2020207885A
Authority: JP
Inventors: 豊上枝; 明俊濱田; 和範若松
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2024-08-21
Anticipated expiration: 2040-12-15
Also published as: JP2022094798A

Description

本発明は、既存柱の直下の掘削対象範囲を掘削する掘削工法に関する。

特許文献１には、既存柱（上部柱１６ａ,１６ｂ）の直下の掘削対象範囲から外れた地盤から既存柱を支持自在なオイルジャッキ２４を設置し、既存柱の直下の掘削対象範囲を掘削する掘削工法が示されている。

特開２００７－００９６５８号公報

しかし、このようにオイルジャッキ２４が既存柱を支持する構成では、地震等によって生じた短期荷重をオイルジャッキ２４が負担できないので、既存柱を掘削期間に亘って適切に支持できない虞がある。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、既存柱を長期に亘って適切に支持しながら掘削できる掘削工法を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、既存柱の直下から外れた地盤部分から前記既存柱を支持自在な受け替え構造体を設置する設置工程と、前記設置工程の後に前記既存柱の直下の掘削対象範囲を掘削する掘削工程とを実行し、前記受け替え構造体は、地盤に固定される複数の仮設柱と、当該仮設柱の柱頭部と前記既存柱とを接続する受け替えフレームとを有して、前記既存柱から伝達される長期荷重及び短期荷重を負担自在に構成され、平面視で隣り合う２本の前記既存柱が並ぶ方向を第２方向とし、平面視で前記第２方向と直交する方向を第１方向として、前記受け替えフレームは、前記第２方向に沿う水平姿勢の第１鉄骨フレーム部と前記第１方向に沿う水平姿勢の第２鉄骨フレーム部とで形成された平面視で矩形状のフレーム部分を有し、前記矩形状のフレーム部分の四隅に前記仮設柱が接続されると共に前記矩形状のフレーム部分の前記第１方向の中間部で前記第２方向の両端部に前記既存柱が接続されるように、前記第１鉄骨フレーム部が前記第２方向に並ぶ前記複数の仮設柱の柱頭部どうしを接続し、前記第２鉄骨フレーム部が前記第１方向に並ぶ前記仮設柱の柱頭部と前記既存柱の柱脚部とを接続している点にある。

本構成によれば、複数の仮設柱を地盤に固定すると共に仮設柱の柱頭部と既存柱とを受け替えフレームによって接続して受け替え構造体を構成するため、既存柱を支持する受け替え構造体の強度を高くし易い。そのため、受け替え構造体を、既存柱の長期荷重だけでなく既存梁の短期荷重も負担自在に構成し易く、このように受け替え構造体を既存柱の短期荷重を負担自在に構成することで受け替え構造体によって長期に亘って既存柱を適切に支持できる。
また、本構成によれば、受け替えフレームに第１鉄骨フレーム部を備えることで、複数の仮設柱どうしを強固に接続することができ、受け替えフレームの強度を高めることができる。
更に、本構成によれば、受け替えフレームに第２鉄骨フレーム部を備えることで、仮設柱と既存柱とを強固に接続することができ、受け替えフレームの強度を高めることができる。

本発明の第２特徴構成は、前記仮設柱は、平面視で前記掘削対象範囲から外れた地盤に固定される点にある。

本構成によれば、仮設柱を平面視で掘削対象範囲から外れた地盤に固定することで、既存柱の下方側に大きな空間を形成し易くなるため、掘削対象範囲の掘削作業が行い易くなる。

本発明の第３特徴構成は、前記受け替えフレームは、前記仮設柱の柱頭部と前記既存柱の柱脚部の上方側とを斜めに接続する斜め姿勢の第３鉄骨フレーム部を有する点にある。

本特徴によれば、受け替えフレームに第３鉄骨フレームを備えることで、既存柱が柱脚部に対して傾倒することを防止し易くなり、受け替えフレームの強度を高めることができる。
本発明の第４特徴構成は、前記設置工程では、前記既存柱の直下から外れた地盤部分に基礎構造体を構築し、
前記仮設柱を、アンカーボルトを用いて前記基礎構造体に連結する点にある。

支柱と地盤とを示す側面図第１実施形態の受け替え構造体の斜視図第１実施形態の受け替え構造体を設置した状態を示す側面図第１実施形態の掘削対象範囲を掘削した状態を示す側面図第１実施形態の掘削対象範囲を補強した状態を示す側面図第１実施形態の受け替え構造体を撤去した状態を示す側面図第２実施形態の受け替え構造体を設置した状態を示す側面図第２実施形態の掘削対象範囲を掘削した状態を示す側面図第２実施形態の掘削対象範囲を補強した状態を示す側面図第２実施形態の受け替え構造体を撤去した状態を示す側面図

〔第１実施形態〕
本発明に係る第１実施形態の掘削工法の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の掘削工法は、図１に示すように既存柱１が立設されている地盤２を掘削し、図６に示すように基礎構造体３を補強する場合に用いる掘削工法である。既存柱１は、建築物の一部を構成するものであり、地盤２に埋設された基礎構造体３上に立設されている。既存柱１は、鉄骨、詳しくはＨ型鋼によって構成されている。基礎構造体３は、鉄筋コンクリートによって構成されている。

掘削工法では、図３に示すように、既存柱１の直下から外れた地盤部分２Ｂから既存柱１を支持自在な受け替え構造体４を設置する設置工程と、図４に示すように、設置工程の後に既存柱１の直下の掘削対象範囲２Ａを掘削する掘削工程とを実行する。そして、掘削工法によって掘削した後、図５に示すように、掘削対象範囲２Ａに新たな基礎構造体（基礎スラブ）１８を構築する補強工程と、図６に示すように、補強工程の後に設置工程で設置した受け替え構造体４を撤去する撤去工程と、を実行する。

次に、掘削工法で用いる受け替え構造体４や、掘削工法及びその後に実行する工程について説明するが、図１において左右方向となる方向を第１方向Ｘと称し、図１において奥行き方向となる方向を第２方向Ｙと称し、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと直交する方向を上下方向Ｚと称して説明する。

図２に示すように、受け替え構造体４は、地盤２に固定される複数の仮設柱６と、当該仮設柱６の柱頭部６Ａと既存柱１とを接続する受け替えフレーム９とを有して、既存柱１から伝達される長期荷重及び短期荷重を負担自在に構成されている。本実施形態では、受け替え構造体４は、仮設柱６を４本有すると共に、受け替えフレーム９によって４本の仮設柱６と第２方向Ｙに並ぶ２本の既存柱１とを接続しており、第２方向Ｙに並ぶ２本の既存柱１から伝達される長期荷重及び短期荷重を負担自在に構成されている。尚、受け替え構造体４は、既存の基礎構造体３と同等又はそれ以上の荷重を負担自在に構成されている。

仮設柱６は、２本の既存柱１に対して第１方向Ｘの一方側にある２本の第１仮設柱７と、２本の既存柱１に対して第１方向Ｘの他方側にある２本の第２仮設柱８とがあり、２本の第１仮設柱７及び２本の第２仮設柱８の夫々は、２本の既存柱１と同じ間隔で受け替え構造体４に備えられている。

掘削対象範囲２Ａは、地盤２における既存柱１の直下の範囲を含む範囲であり、掘削工程において掘削する範囲である。また、掘削対象範囲２Ａは、補強工程において補強する範囲となる。
仮設柱６は、平面視で掘削対象範囲２Ａから外れた地盤２に固定される。本実施形態では、第１仮設柱７は、掘削対象範囲２Ａに対して第１方向Ｘの一方側の地盤２に固定され、第２仮設柱８は、掘削対象範囲２Ａに対して第１方向Ｘの他方側の地盤２に固定される。このように、仮設柱６は、地盤２における掘削対象範囲２Ａから第１方向Ｘに外れた地盤部分２Ｂに固定される。

＜受け替えフレーム＞
図２に示すように、受け替えフレーム９は、複数の仮設柱６の柱頭部６Ａどうしを接続する水平姿勢の第１鉄骨フレーム部１１を有する。詳しくは、受け替えフレーム９は、２本の第１仮設柱７の柱頭部６Ａどうしを接続する１本の第１鉄骨フレーム部１１と、２本の第２仮設柱８の柱頭部６Ａどうしを接続する１本の第１鉄骨フレーム部１１との、計２本の第１鉄骨フレーム部１１を有している。

また、受け替えフレーム９は、仮設柱６の柱頭部６Ａと既存柱１の柱脚部１Ｂを接続する水平姿勢の第２鉄骨フレーム部１２を有する。詳しくは、受け替えフレーム９は、第１仮設柱７の柱頭部６Ａと既存柱１の柱脚部１Ｂとを接続する２本の第２鉄骨フレーム部１２と、第２仮設柱８の柱頭部６Ａと既存柱１の柱脚部１Ｂとを接続する２本の第２鉄骨フレーム部１２との、計４本の第２鉄骨フレーム部１２を有している。

また、受け替えフレーム９は、仮設柱６の柱頭部６Ａと既存柱１の柱脚部１Ｂの上方側とを斜めに接続する斜め姿勢の第３鉄骨フレーム部１３を有する。詳しくは、受け替えフレーム９は、第１仮設柱７の柱頭部６Ａと既存柱１の柱脚部１Ｂの上方側とを接続する２本の第３鉄骨フレーム部１３と、第２仮設柱８の柱頭部６Ａと既存柱１の柱脚部１Ｂの上方側とを接続する２本の第３鉄骨フレーム部１３との、計４本の第３鉄骨フレーム部１３を有している。

また、受け替えフレーム９は、第１鉄骨フレーム部１１と第２鉄骨フレーム部１２とで囲まれる構面を補強する第４鉄骨フレーム部１４を有する。詳しくは、受け替えフレーム９は、２本の第１仮設柱７の柱脚部６Ｂと２本の第１鉄骨フレーム部１１とを接続する平面視でＸ字状に形成された第４鉄骨フレーム部１４と、２本の第２仮設柱８の柱脚部６Ｂと２本の第１鉄骨フレーム部１１とを接続する平面視でＸ字状に形成された第４鉄骨フレーム部１４との、計２組の第４鉄骨フレーム部１４を有している。

また、受け替えフレーム９は、仮設柱６と第１鉄骨フレーム部１１とで囲まれる構面を補強する第５鉄骨フレーム部１５を有する。詳しくは、受け替えフレーム９は、２本の第１仮設柱７の柱脚部６Ｂと第１鉄骨フレーム部１１とを接続する２本の第５鉄骨フレーム部１５と、２本の第２仮設柱８の柱脚部６Ｂと第１鉄骨フレーム部１１とを接続する２本の第５鉄骨フレーム部１５との、計４本の第５鉄骨フレーム部１５を有している。

＜設置工程＞
設置工程では、既存柱１を支持自在な受け替え構造体４を設置する工程である。設置工程では、図３に示すように、地盤２に第１仮設柱用基礎構造体１６を構築してその第１仮設柱用基礎構造体１６上に受け替え構造体４を設置する。つまり、まず、地盤２における掘削対象範囲２Ａから第１方向Ｘに外れた地盤部分２Ｂであって掘削対象範囲２Ａに隣接する部分を掘削して第１仮設柱用基礎構造体１６を打設する。次に、受け替え構造体４の仮設柱６をアンカーボルト等の部材を用いて第１仮設柱用基礎構造体１６に連結すると共に、受け替え構造体４の受け替えフレーム９を仮設柱６及び既存柱１に連結して、受け替え構造体４を設置する。

なお、例えば、図３において掘削対象範囲２Ａの右側に示すように、受け替え構造体４の仮設柱６を立設する基礎とするために仮設柱６の近傍のみにコンクリートを打設して第１仮設柱用基礎構造体１６を構築してもよく、図３において掘削対象範囲２Ａの左側に示すように、既存柱１を有する建築物（図示せず）の基礎とするために仮設柱６の近傍を含む広範囲に亘ってコンクリートを打設して第１仮設柱用基礎構造体１６としても機能する第１基礎構造体１７を構築してもよい。

＜掘削工程＞
掘削工程では、掘削対象範囲２Ａを掘削する工程である。掘削工程では、図４に示すように、掘削対象範囲２Ａを掘削して掘削対象範囲２Ａの土砂や岩石を掘り取ると共に、掘削対象範囲２Ａに打設されている基礎構造体３を除去する。このように、掘削対象範囲２Ａを掘削することで、既存柱１から伝達される荷重が受け替え構造体４によって負担される状態となり、受け替え構造体４にて荷重を適切に負担しながら掘削することができる。

＜補強工程＞
補強工程では、掘削対象範囲２Ａにコンクリートを打設して建築物の基礎として機能する新たな基礎構造体（以下、第２基礎構造体と称する）１８を構築する工程である。補強工程では、図５に示すように、掘削工程において掘削されている掘削対象範囲２Ａにコンクリートを打設して第２基礎構造体１８を構築し、既存柱１をアンカーボルト等の部材を用いて第２基礎構造体１８に連結する。そして、第２基礎構造体１８は、第１基礎構造体１７と隣接する掘削対象範囲２Ａに構築されるため、建築物の基礎として機能する第２基礎構造体１８と第１基礎構造体１７とが一体化される。

＜撤去工程＞
撤去工程では、受け替え構造体４を撤去する工程である。撤去工程では、図６に示すように、受け替えフレーム９を既存柱１及び仮設柱６から外すと共に仮設柱６を第１仮設柱用基礎構造体１６から外して受け替え構造体４を撤去する。このように、受け替え構造体４を撤去することで、既存柱１から伝達される荷重が第２基礎構造体１８によって負担される状態となる。

〔第２実施形態〕
第２実施形態では、受け替え構造体４の構成や、地盤２における受け替え構造体４を支持する箇所が、第１実施形態と異なる。第２実施形態では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、同じ構成については説明を省略する場合がある。

掘削対象範囲２Ａは、地盤２における既存柱１の直下の範囲を含む範囲であり、掘削工程において掘削する範囲である。また、掘削対象範囲２Ａは、補強工程において既存の基礎構造体３を補強する範囲となる。本実施形態では、第１仮設柱７及び第２仮設柱８は、平面視で掘削対象範囲２Ａに囲まれた第２仮設柱用基礎構造体２１に固定される。

＜受け替えフレーム＞
図７に示すように、受け替えフレーム９は、第２方向Ｙに並ぶ仮設柱６の柱頭部６Ａどうしを接続する水平姿勢の第６鉄骨フレーム部（図示せず）と、第６鉄骨フレームの中間部と既存柱１の柱脚部１Ｂとを接続する水平姿勢の第７鉄骨フレーム部２０とを有する。

＜設置工程＞
設置工程では、図７に示すように、地盤２における既存柱１の直下から外れた部分を掘削対象範囲２Ａの下端よりも下方側まで掘削し、その掘削した穴に第２仮設柱用基礎構造体２１を構築するためのコンクリートを打設した後に仮設柱６を挿入して仮設柱６を地盤２に固定する。図７に示す例では、第２仮設柱用基礎構造体２１は、掘削対象範囲２Ａの下端より下方側に構築されている。そして、受け替えフレーム９を仮設柱６及び既存柱１に連結して、受け替え構造体４を設置する。

＜掘削工程＞
掘削工程では、図８に示すように、掘削対象範囲２Ａを掘削して掘削対象範囲２Ａの土砂や岩石を掘り取ると共に、掘削対象範囲２Ａにある基礎構造体３を除去し、既存柱１を受け替え構造体４のみで支持するようにする。
また、本実施形態では、掘削工程において、図８において掘削対象範囲２Ａの左側に示すように、既存柱１を有する建築物の基礎として広範囲に亘ってコンクリートを打設するために、掘削対象範囲２Ａに隣接する部分も掘削している。

＜補強工程＞
補強工程では、図９に示すように、掘削対象範囲２Ａにコンクリートを打設して第２基礎構造体１８を構築し、既存柱１をアンカーボルト等の部材を用いて第２基礎構造体１８に連結する。また、補強工程では、掘削工程において掘削した穴における第２仮設柱用基礎構造体２１を打設していない部分にもコンクリートを打設する。

＜撤去工程＞
撤去工程では、図１０に示すように、受け替えフレーム９を既存柱１や仮設柱６から取り外すと共に仮設柱６における掘削対象範囲２Ａから上方に突出している部分を切断して、仮設柱６の一部を第２基礎構造体１８内や第２仮設柱用基礎構造体２１内に残した状態で受け替えフレーム９を撤去する。このように、受け替え構造体４を撤去することで、既存柱１から伝達される荷重が第２基礎構造体１８によって負担される状態となる。

〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記第１実施形態では、受け替えフレーム９に、第１鉄骨フレーム部１１と第２鉄骨フレーム部１２と第３鉄骨フレーム部１３とを備える構成を例として説明した。しかし、このような構成に限定されない。例えば、受け替えフレーム９に、第１鉄骨フレーム部１１と第２鉄骨フレーム部１２と第３鉄骨フレーム部１３とのうちの一部又は全部を備えなくてもよい。

１既存柱
１Ｂ柱脚部
２Ａ掘削対象範囲
４受け替え構造体
６仮設柱
６Ａ柱頭部
９受け替えフレーム
１１第１鉄骨フレーム部
１２第２鉄骨フレーム部
１３第３鉄骨フレーム部

Claims

既存柱の直下から外れた地盤部分から前記既存柱を支持自在な受け替え構造体を設置する設置工程と、前記設置工程の後に前記既存柱の直下の掘削対象範囲を掘削する掘削工程とを実行し、
前記受け替え構造体は、地盤に固定される複数の仮設柱と、当該仮設柱の柱頭部と前記既存柱とを接続する受け替えフレームとを有して、前記既存柱から伝達される長期荷重及び短期荷重を負担自在に構成され、
平面視で隣り合う２本の前記既存柱が並ぶ方向を第２方向とし、平面視で前記第２方向と直交する方向を第１方向として、
前記受け替えフレームは、前記第２方向に沿う水平姿勢の第１鉄骨フレーム部と前記第１方向に沿う水平姿勢の第２鉄骨フレーム部とで形成された平面視で矩形状のフレーム部分を有し、
前記矩形状のフレーム部分の四隅に前記仮設柱が接続されると共に前記矩形状のフレーム部分の前記第１方向の中間部で前記第２方向の両端部に前記既存柱が接続されるように、前記第１鉄骨フレーム部が前記第２方向に並ぶ前記複数の仮設柱の柱頭部どうしを接続し、前記第２鉄骨フレーム部が前記第１方向に並ぶ前記仮設柱の柱頭部と前記既存柱の柱脚部とを接続している掘削工法。
前記仮設柱は、平面視で前記掘削対象範囲から外れた地盤に固定される請求項１に記載の掘削工法。
前記受け替えフレームは、前記仮設柱の柱頭部と前記既存柱の柱脚部の上方側とを斜めに接続する斜め姿勢の第３鉄骨フレーム部を有する請求項１又は２に記載の掘削工法。
前記設置工程では、前記既存柱の直下から外れた地盤部分に基礎構造体を構築し、
前記仮設柱を、アンカーボルトを用いて前記基礎構造体に連結する請求項１から３の何れか一項に記載の掘削工法。