特許 7136425 地盤補強工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-05

(45)【発行日】2022-09-13

(54)【発明の名称】地盤補強工法

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/34 20060101AFI20220906BHJP

   E02D 27/28 20060101ALI20220906BHJP

【ＦＩ】

E02D27/34 Z

E02D27/28

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019101360

(22)【出願日】2019-05-30

(65)【公開番号】P2020193535

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2021-11-11

(73)【特許権者】

【識別番号】598037569

【氏名又は名称】會澤高圧コンクリート株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147072

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 裕通

(74)【代理人】

【識別番号】100097696

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 嘉昭

(72)【発明者】

【氏名】長谷部 賀宣

(72)【発明者】

【氏名】青木 涼

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３６２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８０８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２９９００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３６３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４７－０５０５６８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１６－０６９９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５９９８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ２７／３４

Ｅ０２Ｄ ２７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤中に複数本のコンクリート柱を打設して不同沈下に対する耐性を大きくする地盤補強工法であって、
前記コンクリート柱は、所定長さの掘削ロッドを円筒状のケーシングに入れて前記掘削ロッドと前記ケーシングとを一体的に回転させると共に垂直方向に地盤に圧入して所定深さ貫入する貫入工程と、
貫入した前記ケーシングを地盤中に残して前記掘削ロッドを引き上げて前記ケーシング内に砕石、切込砕石、高炉スラグ骨材、コンクリートあるいはこれらの組み合わせからなる充填材を所定量投入する充填材投入工程と、
前記ケーシング内に前記掘削ロッドを挿入して前記掘削ロッドの先端によって前記充填材を下方に押し込む押し込み工程と、
前記掘削ロッドを引き上げて前記ケーシング内にコンクリートを打設するコンクリート打設工程と、
前記ケーシングを地盤中から引き抜くケーシング引抜工程とから形成することを特徴とする地盤補強工法。

【請求項2】

請求項１に記載の地盤補強工法において、前記ケーシング引抜工程は、前記掘削ロッドの先端を前記打設されたコンクリートの上面に押し当てて前記コンクリートに所定圧力を作用させながら実施することを特徴とする地盤補強工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建築物の建築に先立って不同沈下に対する耐性を大きくする地盤補強工法に関するものであって、限定するものではないが戸建て住宅等の比較的小規模な建築物を比較的軟弱な地盤に建築する場合に好適な地盤補強工法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

建築物は地盤に所定の基礎を施工し、その基礎の上に基礎に接続するようにして建築される。戸建て住宅等の比較的小規模な建築物の場合、ほとんどの場合布基礎かベタ基礎が採用されている。布基礎は、その断面形状が逆向きのＴ字状を呈した鉄筋コンクリートが、建築物の柱の位置に沿って連続的に形成された基礎からなり、比較的固い地盤に採用されることが多い。一方、ベタ基礎は柱等を支持する立ち上がり部だけでなく建築物全体に相当する底面も一体的に鉄筋コンクリートから形成されている基礎であり、地盤が十分に強固でなくても不同沈下しにくいという特徴を備えている。

【0003】

しかしながら、地盤が比較的軟弱で不同沈下の虞がある場合には、必要により基礎の施工前に地盤の強度を高める必要がある。地盤強度を強化する施工方法として、例えば特許文献１、２に記載されているように、地盤中に複数本の柱あるいは杭を打ち込んで地盤の沈下に対する耐性を大きくする、いわゆる杭状地盤補強工法が周知である。地盤中に打ち込む柱は、鋼管杭、工場等において予め製造された既設コンクリート杭等を利用してこれを施工現場において打ち込むこともできるし、オーガスクリュ等によって地盤を掘削し、コンクリートを打設して形成するいわゆる現場打ちの柱とすることもできる。杭状地盤補強工法において打ち込まれる柱は、その先端が固い岩盤層まで到達するまで深く打ち込まれることは一般的に少なく、軟弱地盤中に浮いている状態になっていることが多い。このような柱は、いわゆる摩擦杭と同様に、柱の外周面と地盤との摩擦力によって地盤中で位置が維持されるようになっている。つまり沈下が防止されるようになっている。前記した布基礎や、ベタ基礎は、このように杭状地盤補強工法等で強化された地盤の上に施工される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－２３６２４９号公報

【文献】特開２００８－２８０８２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

軟弱地盤であっても、従来の杭状地盤補強工法によって複数本の柱を打ち込めば、ある程度不同沈下を防止することはできる。従って、その上に布基礎、ベタ基礎を施工して建築物を建築することはできる。しかしながら、解決すべき課題も見受けられる。具体的には、軟弱地盤の場合には、柱の外周面の摩擦のみによっては十分に沈下が防止されない虞がある点である。すなわち地盤によっては摩擦力が十分に得られない可能性がある。住宅は長期間利用されるが長期間にわたって沈下が防止される保証がないと、高価な住宅を安心して建築できない。仮に、柱を強固な岩盤等に達するまで深く打ち込むようにすれば、沈下の問題は解決するかも知れない。しかしながら柱を深く打ち込むとコストが嵩み、戸建て住宅等の小規模の建築物のために実施する地盤補強工法としては適切でない。

【0006】

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたもので、具体的には、コストが小さい工法であるにも拘わらず、比較的軟弱な地盤であっても十分に強度を高めて不同沈下を確実に防止できる、地盤補強工法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記目的を達成するために、地盤中に複数本のコンクリート柱を打設して地盤を強化し、それによって不同沈下を防止する、いわゆる杭状地盤補強工法を対象とする。本発明においては、コンクリート柱は現場打ちのコンクリート柱とし、次の各工程から形成するようにする。まず、所定長さの掘削ロッドを円筒状のケーシングに入れてこれらを一体的に回転させると共に垂直方向に地盤に圧入して所定深さ貫入する貫入工程を実施する。次いで、ケーシングを地盤中に残して掘削ロッドを引き上げて、ケーシング内に所定量の充填材を投入する充填材投入工程を実施する。充填材は、砕石、高炉スラグ骨材、コンクリート等が利用できる。そして掘削ロッドの先端によって投入した充填材を下方に押し込む押し込み工程を実施する。その後、ケーシング内にコンクリートを打設する打設工程を実施し、ケーシングを地盤から引き抜く。このようにしてコンクリート柱を形成する。

【0008】

すなわち請求項１に記載の発明は、地盤中に複数本のコンクリート柱を打設して不同沈下に対する耐性を大きくする地盤補強工法であって、前記コンクリート柱は、所定長さの掘削ロッドを円筒状のケーシングに入れて前記掘削ロッドと前記ケーシングとを一体的に回転させると共に垂直方向に地盤に圧入して所定深さ貫入する貫入工程と、貫入した前記ケーシングを地盤中に残して前記掘削ロッドを引き上げて前記ケーシング内に砕石、切込砕石、高炉スラグ骨材、コンクリートあるいはこれらの組み合わせからなる充填材を所定量投入する充填材投入工程と、前記ケーシング内に前記掘削ロッドを挿入して前記掘削ロッドの先端によって前記充填材を下方に押し込む押し込み工程と、前記掘削ロッドを引き上げて前記ケーシング内にコンクリートを打設するコンクリート打設工程と、前記ケーシングを地盤中から引き抜くケーシング引抜工程とから形成することを特徴とする地盤補強工法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地盤補強工法において、前記ケーシング引抜工程は、前記掘削ロッドの先端を前記打設されたコンクリートの上面に押し当てて前記コンクリートに所定圧力を作用させながら実施することを特徴とする地盤補強工法として構成される。

【発明の効果】

【0009】

以上のように、本発明は、地盤中に複数本のコンクリート柱を打設して不同沈下に対する耐性を大きくする地盤補強工法を対象としている。つまり杭状地盤補強工法を対象としている。そして本発明によると、コンクリート柱は、所定長さの掘削ロッドを円筒状のケーシングに入れて掘削ロッドとケーシングとを一体的に回転させると共に垂直方向に地盤に圧入して所定深さ貫入する貫入工程と、貫入したケーシングを地盤中に残して掘削ロッドを引き上げてケーシング内に砕石、切込砕石、高炉スラグ骨材、コンクリートあるいはこれらの組み合わせからなる充填材を所定量投入する充填材投入工程と、ケーシング内に掘削ロッドを挿入して掘削ロッドの先端によって充填材を下方に押し込む押し込み工程と、掘削ロッドを引き上げてケーシング内にコンクリートを打設するコンクリート打設工程と、ケーシングを地盤中から引き抜くケーシング引抜工程とから形成するよう構成されている。そうすると、充填材は押し込み工程によってコンクリート柱の底面積より大きく押し広げられた状態で地盤中に形成され、コンクリート柱はこのように押し広げられた充填材に支持された状態で形成されることになる。従来の杭状地盤補強工法において打ち込まれるコンクリート柱は、その外周面と地盤の摩擦力によってある程度沈下しにくくなっているが、本発明によって形成されるコンクリート柱は外周面の摩擦力だけでなく充填材による支持力も得られるので、確実に沈下が防止される効果が得られる。さらにはコンクリート柱の外周面の摩擦力も工場等で予め製造されたコンクリート柱を打ち込む場合に比して大きい。工場等で製造されるコンクリート柱の外周面は滑らかであるが、現場打ちで形成されるコンクリート柱は打設されるコンクリートが地盤中の隙間にも入り込むので外周面が複雑に形成されるからである。本発明の工法によってコンクリート柱を形成するとき従来のコンクリート柱の形成と相違しているのは、コンクリートの打設に先立って充填材を投入しこれを下方に押し込む工程を実施するだけであり、コストは小さい。このようにコストが小さいにも拘わらず、地盤の不同沈下を確実に防止する効果が得られる。
他の発明によると、ケーシング引抜工程は、掘削ロッドの先端を打設されたコンクリートの上面に押し当ててコンクリートに所定圧力を作用させながら実施するように構成されている。そうすると打設されたコンクリートは、ケーシングが引き抜かれて生じる隙間に確実に充填されることになるし、さらには地盤中に存在する細かなクラックにも浸透する。これによってコンクリート柱の外周面は地盤中に複雑な形状で密着することになり、地盤との摩擦力が強く作用することになる。つまり地盤の不同沈下を防止する効果が高まる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係る施工機と、掘削ロッドとケーシングとを示す正面図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る地盤補強工法を模式的に示す図で、その（Ａ）～（Ｃ）はコンクリート柱を形成する各工程における本発明の実施の形態に係る施工機と、掘削ロッドとケーシングとを示す正面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る地盤補強工法を模式的に示す図で、その（Ａ）～（Ｃ）はコンクリート柱を形成する各工程における本発明の実施の形態に係る施工機と、掘削ロッドとケーシングとを示す正面図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る地盤補強工法を模式的に示す図で、その（Ａ）～（Ｃ）はコンクリート柱を形成する各工程における本発明の実施の形態に係る施工機と、掘削ロッドとケーシングとを示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る地盤補強工法は、本実施の形態に係る施工機１と、次に説明する掘削ロッド２とケーシング３とによって実施される。本実施の形態に係る施工機１は、図１に示されているように、比較的小型のいわゆる杭打ち機からなる。すなわち施工機１は、自走する車両５と、この車両５に垂直に設けられているリーダ６と、このリーダ６にガイドされてスライドするオーガ駆動装置８等から構成されている。

【0012】

本実施の形態に係る掘削ロッド２は、比較的長いロッド部１０と、このロッド部１０の先端に設けられている所定径の円柱状を呈する先端部１１とからなる。先端部１１の端面にはビッド１２、１２が設けられており、掘削ロッド２を下方に押しつけながら回転させると、地盤Ｇが切削されるようになっている。ケーシング３は鋼管からなり、その内径は掘削ロッド２の先端部１１の外径よりもわずかに大きくなっている。従ってケーシング３内に掘削ロッド２を挿入するときケーシング３と掘削ロッド２の先端部１１の隙間は十分小さくなる。このため掘削ロッド２とケーシング３とを地盤Ｇに貫入させるとき、この隙間からケーシング３内に侵入する土砂はほとんどない。あるいは侵入する土砂の量は少なくなることが保証されている。本実施の形態に係る施工機１は、ケーシング３に掘削ロッド２を挿入した状態で、オーガ駆動装置８によって掘削ロッド２とケーシング３とを一体的に保持して回転することができるようになっている。

【0013】

本実施の形態に係る地盤補強工法は、本実施の形態に係る施工機１、掘削ロッド２、ケーシング３によって実施され、比較的軟弱な地盤Ｇを対象として実施するいわゆる杭状地盤補強工法の一種である。ただし地盤Ｇにおいて複数本打ち込むコンクリート柱は、工場等で製造されたものではなく、現場打ちによって形成するようになっている。本実施の形態に係る地盤補強工法はこのような杭状地盤補強工法を改良したものになっている。図２～４によって本実施の形態に係る地盤補強工法の各工程を説明する。

【0014】

ケーシング３内に掘削ロッド２を挿入した状態で、オーガ駆動装置８に掘削ロッド２とケーシング３とを取り付ける。オーガ駆動装置８によって掘削ロッド２とケーシング３とを一体的に回転させながら地盤Ｇに対して押し込む。すなわち貫入工程を実施する。そうすると図２の（Ａ）に示されているように掘削ロッド２とケーシング３とが地盤Ｇに貫入される。図２の（Ｂ）に示されているように、所望の深さだけ掘削ロッド２とケーシング３とを貫入したら、掘削ロッド２とケーシング３の回転を停止し、オーガ駆動装置８からケーシング３を切り離す。オーガ駆動装置８を上方にスライドさせると共に、図２の（Ｃ）に示されているように掘削ロッド２を引き上げて、ケーシング３から完全に抜く。そうするとケーシング３内に円柱状の空間が形成される。地盤Ｇは比較的軟弱なので、ケーシング３の下方において露出している地面すなわち底面１５も比較的柔らかい。

【0015】

図３の（Ａ）に示されているように、ケーシング３内に所定量、例えば３０～４０Ｌの充填材１６を投入する。つまり充填材投入工程を実施する。充填材１６は砕石、切込砕石、高炉スラグ骨材、コンクリート、あるいはこれらの組み合わせ等から選定することができる。底面１５は比較的軟弱ではあるが充填材１６を投入しても底面１５には大きな変化はなく、充填材１６のほとんどはケーシング３内に留まっている。この充填材投入工程において投入する充填材の量は、後で説明するコンクリート打設工程において打設されるコンクリート量よりも少ない。次いで掘削ロッド２を再びケーシング３内に挿入する。そして掘削ロッド２の先端によって充填材１６を下方に押し込む。あるいは押しながら突き固める。つまり押し込み工程を実施する。充填材としてコンクリートが採用された場合であっても、その投入量は少量であるので、これを下方に押し込むとき大部分のモルタル分は底面１５に浸透して骨材が残った状態になる。そうすると充填材として砕石、切込砕石、高炉スラグ骨材を採用したときと同様に、実質的に粒状になる。このような充填材を下方に押し込む押し込み工程は、実質的に転圧を実施している転圧工程と同等であるということができる。充填材１６を下方に押し込むとき、掘削ロッド２を高所から落下させてその衝撃で実施してもよいし、オーガ駆動装置８によって強い突き力を発生させてもよい。押し込み工程によって、強い力で充填材１６を下方に押し固めると、充填材１６がケーシング３の下方から押し出される。そうすると底面１５が押し広げられる。つまり充填材１６はケーシング３の底面より広い面積で広がることになる。次に説明するコンクリート打設工程によって形成されるコンクリート柱はこの充填材１６によって支持されることになる。充填材１６は広い面積で広がっているので、コンクリート柱を支持する支持力は大きく、コンクリート柱の沈下に対する耐性が非常に大きくなることが保証される。押し込み工程が完了したら、図３の（Ｃ）に示されているように、掘削ロッド２をケーシング３から引き抜く。

【0016】

図４の（Ａ）に示されているように、ケーシング３内にコンクリート１８を注入する。すなわちコンクリート打設工程を実施する。本実施の形態に係る地盤補強工法によって形成するコンクリート柱は、完成したときに地盤Ｇ内に完全に埋設された状態になり、その上端は地面より低くなるが、コンクリート打設工程においては、コンクリート１８の表面が地面より若干高い位置になるようにコンクリート１８を注入する。これはケーシング３を引き抜くとき、ケーシング３の体積分だけコンクリート１８の表面が下がるからである。つまりコンクリート打設工程においては、ケーシング３の体積分だけあるいは体積分より多めに、余分にコンクリート１８を注入する必要がある。コンクリート１８を打設したら、オーガ駆動装置８を降下させてケーシング３をオーガ駆動装置８に固定する。そして、掘削ロッド２を降下させてその先端部１１をコンクリート１８の表面に押し当てる。掘削ロッド２によってコンクリート１８の表面に圧力をかけながら、オーガ駆動装置８を上方に引き上げて、図４の（Ｂ）に示されているようにケーシング３を引き抜く。すなわち、ケーシング引き抜き工程を実施する。掘削ロッド２によってコンクリート１８の表面を下方に押し当てて圧力をかけるのは、掘削ロッド２の自重のみにより実施してもいいし、オーガ駆動装置８の駆動力を追加してもよい。ケーシング引き抜き工程を実施すると、ケーシング３が引き抜かれて生じる隙間にコンクリート１８が入り込む。これによって図４の（Ｃ）に示されているように、完全にケーシング３が引き抜かれたとき、コンクリート１８の表面は地面より下方に下がる。コンクリート１８は圧力が印加されて隙間に充填されるので、地盤Ｇ中にクラック等の隙間が形成されていると、この隙間にも入り込む。またケーシング３によって形成される孔には表面に凹凸があるが、このような凹凸にもしっかりと密着するように充填される。その結果、コンクリート１８が固化して形成されるコンクリート柱は、その外周面が凹凸になるだけでなく、地盤Ｇに完全に密着する。従って、外周面と地盤Ｇとの間に作用する摩擦力が高まることになる。

【0017】

本実施の形態に係る地盤補強工法は色々な変形が可能である。例えば、砕石等の充填材を下方に押し込む押し込み工程は掘削ロッド２によって実施しているが、掘削ロッド２の先端部１１に転圧に適したアタッチメントを装着するようにしてもよい。本実施の形態において、ケーシング引き抜き工程は、コンクリート１８の表面を掘削ロッド２の先端部１１によって押し当てて、圧力を印加しながら実施しているが、圧力を印加しないでケーシング３を引き抜くこともできる。コンクリート１８の自重により、ある程度はコンクリート１８が流動してケーシング３が抜き取られた隙間にも充填されるからである。しかしながら、十分に隙間にコンクリート１８が充填されるよう、コンクリート１８の表面を何らかの部材、あるいは装置等によって押さえて圧力を印加した状態で、ケーシング引き抜き工程を実施することが推奨される。

【符号の説明】

【0018】

１ 施工機 ２ 掘削ロッド
３ ケーシング ５ 車両
６ リーダ ８ オーガ駆動装置
１０ ロッド部 １１ 先端部
１２ ビッド １５ 底面
１６ 充填材 １８ コンクリート
Ｇ 地盤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】