特開 2025-26219 ３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造及び基礎の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025026219

(43)【公開日】2025-02-21

(54)【発明の名称】３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造及び基礎の製造方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/01 20060101AFI20250214BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20250214BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20250214BHJP

【ＦＩ】

E02D27/01 D

B33Y10/00

B33Y80/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023131678

(22)【出願日】2023-08-10

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(71)【出願人】

【識別番号】000229667

【氏名又は名称】日本ヒューム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100197848

【弁理士】

【氏名又は名称】石塚 良一

(72)【発明者】

【氏名】井上 昭生

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 隆

(72)【発明者】

【氏名】高橋 敏樹

(72)【発明者】

【氏名】西村 俊亮

(72)【発明者】

【氏名】堀内 康平

(72)【発明者】

【氏名】石関 嘉一

(72)【発明者】

【氏名】坂上 肇

(72)【発明者】

【氏名】北村 勇斗

(72)【発明者】

【氏名】田口 拓望

(72)【発明者】

【氏名】郷 富雄

【テーマコード（参考）】

2D046

【Ｆターム（参考）】

2D046BA12

2D046BA16

(57)【要約】

【課題】３Ｄプリンタ技術を利用して基礎構造物の周面摩擦を増大させ、当該基礎構造物の支持性能を効果的に向上させることが可能な、３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造及び基礎の製造方法を提供する。
【解決手段】積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠１０と、該３Ｄプリント埋設型枠１０によって区画された範囲に充填される充填コンクリート２０と、を少なくとも有する３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造１００であって、前記３Ｄプリント埋設型枠１０は、上方に積層される複数の積層材層１２からなる隔壁１１を有し、前記積層材層１２は凹凸形状を構成するとともに、該凹凸形状の縦横比が調整されて成ることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠と、該３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填される充填コンクリートと、を少なくとも有する３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造であって、
前記３Ｄプリント埋設型枠は、上方に積層される複数の積層材層からなる隔壁を有し、
前記積層材層は凹凸形状を構成するとともに、該凹凸形状の縦横比が調整されて成る
ことを特徴とする３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造。

【請求項2】

前記凹凸形状の縦横比（Ｈ／Ｖ） は０．１３～０．４４である
請求項１に記載の３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造。

【請求項3】

積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠と、該３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填される充填コンクリートと、を少なくとも有する３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造であって、
前記３Ｄプリント埋設型枠は、上方に積層される複数の積層材層からなる隔壁を有し、
前記積層材層の外側端部は、上方及び／又は下方に隣接する積層材層の外側端部よりも、前記隔壁の外側方向に突出する突出部を備える
ことを特徴とする３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造。

【請求項4】

積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠と、該３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填される充填コンクリートと、を少なくとも有する３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造であって、
前記３Ｄプリント埋設型枠は、上方に積層される複数の積層材層からなる隔壁を有し、
前記積層材層の内側端部は、上方及び／又は下方に隣接する積層材層の内側端部よりも、前記隔壁の内側方向に突出する突出部を備える
ことを特徴とする３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造。

【請求項5】

前記突出部は、前記隔壁の水平断面において所定間隔にて複数箇所に形成される
請求項３又は４に記載の３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造。

【請求項6】

前記基礎構造は、柱状体基礎又は杭基礎である
請求項１乃至４のいずれかに記載の３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造。

【請求項7】

前記基礎構造は、柱状体基礎又は杭基礎である
請求項５に記載の３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造。

【請求項8】

積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠と、該３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填される充填コンクリートと、を少なくとも有する３Ｄプリント埋設型枠による基礎の製造方法であって、
複数の積層材層を上方に積層して隔壁を形成し、３Ｄプリント埋設型枠を製造するステップと、
前記３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填コンクリートを充填するステップと、を少なくとも有し、
前記３Ｄプリント埋設型枠を製造するステップでは、前記積層材層を凹凸形状にて積層するとともに、該凹凸形状の縦横比を調整する
ことを特徴とする３Ｄプリント埋設型枠による基礎の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄプリンタによって形成された埋設型枠を基礎構造物に適用した、３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造及び基礎の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１には、３Ｄプリンタによってフーチングの隔壁を形成し、隔壁内にコンクリートを充填するようにして、効率的に構造物を構築する技術が開示されている。

【0003】

また特許文献２には、モルタルを吐出する３Ｄプリンタによって積層構造物を作製し、当該積層構造物を型枠として利用し、コンクリートを充填して壁や柱を構築することが記載されている。

【0004】

近年、上記したような３Ｄプリンタの適用が盛んに行われ、自動化・省力化技術として様々な検討が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１９９９３９

【特許文献2】特開２０２２－１７４８７９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、基礎構造物、特に柱状体基礎や杭基礎などでは、支持力の計算、及び、設計に用いる地盤反力係数や地盤反力度の上限値は、基準通りの値しか見ることができず、基礎を小さくすることができない。そうなると、他の埋設物や重要構造物が近傍にあるような場所では、基礎構造の成立案が得られない場合がある。

【0007】

そこで本願発明は、上記した問題点等に鑑み、前述した３Ｄプリンタ技術を利用して基礎構造物の周面摩擦を増大させ、当該基礎構造物の支持性能を効果的に向上させることが可能な、３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造及び基礎の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）に係る発明は、積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠と、該３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填される充填コンクリートと、を少なくとも有する３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造であって、前記３Ｄプリント埋設型枠は、上方に積層される複数の積層材層からなる隔壁を有し、前記積層材層は凹凸形状を構成するとともに、該凹凸形状の縦横比が調整されて成ることを特徴とする３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造である。

【0009】

（２）に係る発明は、前記凹凸形状の縦横比（Ｈ／Ｖ） は０．１３～０．４４である上記（１）に記載の３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造である。

【0010】

（３）に係る発明は、積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠と、該３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填される充填コンクリートと、を少なくとも有する３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造であって、前記３Ｄプリント埋設型枠は、上方に積層される複数の積層材層からなる隔壁を有し、前記積層材層の外側端部は、上方及び／又は下方に隣接する積層材層の外側端部よりも、前記隔壁の外側方向に突出する突出部を備えることを特徴とする３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造である。

【0011】

（４）に係る発明は、積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠と、該３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填される充填コンクリートと、を少なくとも有する３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造であって、前記３Ｄプリント埋設型枠は、上方に積層される複数の積層材層からなる隔壁を有し、前記積層材層の内側端部は、上方及び／又は下方に隣接する積層材層の内側端部よりも、前記隔壁の内側方向に突出する突出部を備えることを特徴とする３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造である。

【0012】

（５）に係る発明は、前記突出部は、前記隔壁の水平断面において所定間隔にて複数箇所に形成される上記（３）又は（４）に記載の３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造である。

【0013】

（６）及び（７）に係る発明は、前記基礎構造は、柱状体基礎又は杭基礎である上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造である。

【0014】

（８）に係る発明は、積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠と、該３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填される充填コンクリートと、を少なくとも有する３Ｄプリント埋設型枠による基礎の製造方法であって、複数の積層材層を上方に積層して隔壁を形成し、３Ｄプリント埋設型枠を製造するステップと、前記３Ｄプリント埋設型枠によって区画された範囲に充填コンクリートを充填するステップと、を少なくとも有し、前記３Ｄプリント埋設型枠を製造するステップでは、前記積層材層を凹凸形状にて積層するとともに、該凹凸形状の縦横比を調整することを特徴とする３Ｄプリント埋設型枠による基礎の製造方法である。

【発明の効果】

【0015】

上記（１）及び（２）、（８）に係る発明によれば、３Ｄプリント埋設型枠の積層材層に凹凸形状を構成するとともに、当該凹凸形状の縦横比を調整することで、凹凸形状の縦横比を調整していなかった従来構造よりも、基礎の周面摩擦を増加させてその支持性能の向上を図ることが可能となる。また、特に凹凸形状の縦横比（Ｈ／Ｖ）を０．１３～０．４４とすることで、表面が平滑なコンクリート板に比べて、摩擦角の正接（ｔａｎφ）を約１．４９倍まで増加させることが可能となり、基礎の周面摩擦を増加させてその支持性能の向上を図ることが可能となる。

【0016】

より詳細には、支持力算出に使用する周面摩擦力度や、地盤のせん断抵抗（例えば、基礎側面の水平方向せん断地盤反力係数およびその地盤反力度の上限値、基礎周面の鉛直方向せん断地盤反力係数およびその地盤反力度の上限値）を従来より大きく取ることができ、その結果、従来より基礎の断面寸法を小さくしたり、基礎を深さ方向に短くすることが可能になる。

【0017】

上記（３）及び（４）に係る発明によれば、３Ｄプリント埋設型枠における積層材層の外側端部又は内側端部を、上方及び／又は下方に隣接する積層材層の外側端部又は内側端部よりも突出させることにより、基礎の周面摩擦を増加させてその支持性能の向上を図ることが可能となる。

【0018】

上記（５）に係る発明によれば、３Ｄプリント埋設型枠における積層材層で形成された突出部は、３Ｄプリント埋設型枠の水平断面において所定間隔にて複数箇所に形成されることで、基礎の周面摩擦を増加させつつ周面摩擦及び支持性能を調整（設定）することが可能となる。

【0019】

上記（６）及び（７）に係る発明によれば、前述した３Ｄプリント埋設型枠の断面構成を柱状体基礎又は杭基礎に適用した場合は、周面摩擦を増加させて支持性能の向上を図ることができることに加え、例えば、埋設物や重要構造物が近傍にある場合などには、基礎を小さく（短く）して施工条件をクリアすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第一実施形態における、柱状体基礎の斜視図である。

【図2】（ａ）は図１のａ部における上面視平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ－Ａ断面図である。

【図3】（ａ）は本発明の第二実施形態における、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図であり、（ｂ）は本発明の第三実施形態における、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図4】本発明の第四実施形態における、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図5】（ａ）は本発明の第四実施形態における、３Ｄプリント埋設型枠の平断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ－Ａ断面図とＢ－Ｂ断面図である。

【図6】一面せん断試験機を使用した摩擦試験について説明する断面図である。

【図7】粘性土における摩擦試験で得られた鉛直応力と最大せん断応力との関係を、本実施形態の３Ｄプリント埋設型枠とコンクリート板とで比較したグラフである。

【図8】各土質における摩擦試験の結果を示した表である。

【図9】摩擦試験で使用された３Ｄプリント埋設型枠における、凹凸形状の縦横比（Ｈ／Ｖ）を示した表である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照しつつ、本発明の３Ｄプリント埋設型枠による基礎構造の各実施形態について説明する。

【0022】

図１には、本発明の第一実施形態として柱状体基礎の基礎構造１００を示す斜視図が図示されており、当該基礎構造１００は、柱状体基礎の外殻に、積層型の３Ｄプリンタにより形成された３Ｄプリント埋設型枠１０を有し、当該３Ｄプリント埋設型枠１０によって区画された範囲に充填される充填コンクリート２０を少なくとも備えた構成となっている。

【0023】

図２（ａ）には上記図１のａ部における上面視平面図が示され、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ－Ａ断面図が示されている。本実施形態では、例えば、３Ｄプリンタ用プレミックスモルタルを図２（ｂ）に示されるように鉛直方向に積層し、３Ｄプリント埋設型枠１０の隔壁１１を形成している。

【0024】

本実施形態では３Ｄプリンタ用プレミックスモルタルを使用しており、当該３Ｄプリンタ用プレミックスモルタルは、ポルトランドセメント、細骨材、硬化促進剤、チキソ性調整剤、有機繊維を混合して積層材としたものであるが、このような積層材はあくまでも一例であって適宜変更することも可能である。そして、複数の積層材層１２を上方に積層して隔壁１１を形成している。なお、本実施形態では積層の間隔を５ｍｍ程度、形成される凹凸の高さは１ｍｍ程度となっている。

【0025】

積層材層１２の積層に際しては、図２（ｂ）に示されるように、各積層材層１２の外側端部１２１が凹凸形状を構成するとともに、縦横比（Ｈ／Ｖ）０．１３～０．４４の範囲で凹凸形状を成すように調整して積層している。

【0026】

より詳細に説明すると、図９には、上記のようにして形成された３Ｄプリント埋設型枠１０において、各積層材層１２が形成する凹凸の縦寸法すなわち凸部の幅（Ｖ）と、横寸法すなわち凸部の高さ（Ｈ）、さらにこれらから求められる縦横比（Ｈ／Ｖ）が示されている。そして図７には、粘性土における摩擦試験で得られた鉛直応力と最大せん断応力との関係を、上記３Ｄプリント埋設型枠とコンクリート板とで比較したグラフが示されている。

【0027】

図７に示される摩擦試験の結果から明らかなように、上記した縦横比（Ｈ／Ｖ）０．１３～０．４４の範囲で凹凸形状を形成することで、表面が平滑なコンクリート板に比べて、摩擦角の正接（ｔａｎφ）を約１．４９倍まで増加させることが可能となる。

【0028】

このような摩擦抵抗の向上効果により、特に柱状体基礎や杭基礎では周面摩擦を増加させて支持性能の向上を図ることができる。したがって、例えば、埋設物や重要構造物が近傍にある場合など、基礎を小さく（短く）して施工することが可能となる。

【0029】

続いて、図３（ａ）には、本発明の第二実施形態における図２（ａ）のＡ－Ａ断面図が示され、図３（ｂ）には、本発明の第三実施形態にける図２（ａ）のＡ－Ａ断面図が示されている。

【0030】

すなわち、図３（ａ）の第二実施形態、及び図３（ｂ）の第三実施形態では、積層材層１２の外側端部１２１は、上方及び下方に隣接する積層材層１２の外側端部１２１よりも、隔壁１１の外側方向に突出する突出部１１１を備えるように構成されている。これにより、基礎の周面摩擦を増加させてその支持性能の向上を図ることが可能となる。

【0031】

また、図４には、本発明の第四実施形態にける図２（ａ）のＡ－Ａ断面図が示されており、当該第四実施形態では、積層材層１２の外側端部１２１は、上方又は下方に隣接する積層材層１２の外側端部１２１よりも、隔壁１１の外側方向に突出する突出部１１１を備えるように構成されている。これにより、基礎の周面摩擦を増加させてその支持性能の向上を図ることが可能となる。

【0032】

続いて、図５（ａ）には、本発明の第五実施形態における、３Ｄプリント埋設型枠１０の平断面図が示され、図５（ｂ）には図５（ａ）におけるＡ－Ａ断面図とＢ－Ｂ断面図が示されている。

【0033】

すなわち、第五実施形態では、図５（ａ）の平断面図に示されるように、突出部１１１は、３Ｄプリント埋設型枠１０の隔壁１１の水平断面において所定間隔にて複数箇所に設けられるように構成されている。これにより、基礎の周面摩擦を増加させつつ周面摩擦及び支持性能を調整（設定）することが可能となる。

【0034】

以上、本発明の第二実施形態から第五実施形態について説明したところであるが、第五実施形態の図５（ｂ）のＡ－Ａ断面において、第二実施形態や第三実施形態、第四実施形態の断面構成を適用することも可能である。

【0035】

また、上記した第二実施形態から第五実施形態では、３Ｄプリント埋設型枠１０の外側に突出部１１１を設けた例を示したが、当該突出部１１１を３Ｄプリント埋設型枠１０の内側に設けることも可能であり、これによっても基礎の周面摩擦を増加させてその支持性能の向上を図ることが可能である。

【0036】

また、突出部１１１において形成される各積層材層１２の傾斜角度は、未硬化の積層材が安定して自立することを考慮すると、図示されるように４５°以上で形成するのが好ましい。ただし、別途支保工などを用いることにより、傾斜角度４５°以下で突出部１１１を形成することも可能である。

【0037】

（摩擦試験による検証結果）
本発明における３Ｄプリント埋設型枠に対して、図６に示されるような一面せん断試験機を使用して摩擦試験を実施した。すなわち、標準型一面せん断試験機を使用し、下せん断箱の代わりに平滑な表面を有するコンクリート板、及び、３Ｄプリント埋設型枠を固定して、それぞれの摩擦試験を行った。

【0038】

図６に示される例では、３Ｄプリント埋設型枠の上にせん断箱の上半分を置き、中に直径６０ｍｍ、厚さ１ｃｍの粘性土試料を配置して拘束圧をかけ、圧密が完了するまで２日程静置している。なお、本検証試験では粘性土に笠岡粘土を使用し、柔らかい沖積粘土層をイメージして含水比を６０％に調整している。

【0039】

試験時は３Ｄプリント埋設型枠を水平方向に動かすわけであるが、拘束圧を変えて６回（１０、２０、４０、５０、１００、２００ｋＰａの６種類）の試験を行い、得られた鉛直応力σと最大せん断応力τとの関係より、最小二乗法にて摩擦角φを求めた。

【0040】

上記拘束圧の決定方法は、静止土圧係数Ｋ_ｈ＝０．５及び土の湿潤単位体積重量γ_ｔ＝１９ｋＮ／ｍ^３を用い、σ’＝Ｋ_ｈγ_ｔの式により、地中２０ｍでの水平静止土圧を想定して５０、１００、２００ｋＰａとした。そして、これら拘束圧のもと、一度試験を行い、摩擦角φ及び粘着力ｃを得た。

【0041】

上記した試験の結果、図７に示される摩擦試験の結果から明らかなように、前述した縦横比（Ｈ／Ｖ）０．１３～０．４４の範囲で凹凸形状を有する３Ｄプリント埋設型枠は、表面が平滑なコンクリート板に比べて、摩擦角の正接（ｔａｎφ）を約１．４９倍まで増加させることが可能となる。当然ながら、縦横比（Ｈ／Ｖ）０．１３～０．４４の範囲で凹凸形状を有する３Ｄプリント埋設型枠よりも大きな突出部１１１を有する第二実施形態から第五実施形態の３Ｄプリント埋設型枠では、更に大きな周面摩擦力を得ることが可能となる。

【0042】

さらに図８には、粘性土以外の乾燥細砂、飽和細砂、乾燥粗砂、飽和粗砂における摩擦試験の結果が示されている。いずれも摩擦角ｔａｎφは、コンクリート板に比べて１．１２倍から１．２８倍まで増加しており、いずれの土質においても基礎の周面摩擦を増加させてその支持性能の向上を図ることが可能である。

【0043】

以上、本発明の各実施形態や検証実験の結果について説明したが、本発明によれば、３Ｄプリント埋設型枠１０に形成した特徴的な凹凸形状によって、地盤との周面摩擦を効果的に大きくすることができる。これにより、支持力算出に使用する周面摩擦力度や、地盤のせん断抵抗（例えば、基礎側面の水平方向せん断地盤反力係数およびその地盤反力度の上限値、基礎周面の鉛直方向せん断地盤反力係数およびその地盤反力度の上限値）を従来より大きく取ることができる。その結果、従来より基礎の断面寸法を小さくしたり、基礎の鉄筋量を抑えることが可能となる。さらに、基礎を深さ方向に短くすることも可能となる。

【0044】

また、前述の各実施形態では、積層材層１２の積層の間隔を５ｍｍ程度、形成される凹凸の高さを１ｍｍ程度としたが、必ずしもこのような寸法に限定されるものではなく、例えば、積層の間隔を１０ｍｍ程度とすることも可能である。このように積層の間隔（厚さ）を大きくすることで、同時に凹凸の高さも大きくなり、これにより基礎の周面摩擦をさらに大きくすることが可能となる。

【0045】

本発明の範囲は、上記した各実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。また、上記実施形態に記載された具体的な材質、寸法形状等は本発明の課題を解決する範囲において、変更が可能である。

【符号の説明】

【0046】

１０ ３Ｄプリント埋設型枠
１１ 隔壁
１１１ 突出部
１２ 積層材層
１２１ 外側端部
１２２ 内側端部
２０ 充填コンクリート
１００ 基礎構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】