JP2016160700A - 基礎補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の基礎構造体の周囲の掘削や基礎構造体自体への加工を要せず、基礎を補強することができる基礎補強方法を提供する。
【解決手段】既設の基礎構造体１を補強する基礎補強方法であって、固化材注入部を基礎構造体１の外側縁に沿って鉛直方向に形成する注入部形成工程と、固化材注入部から固化材を注入することにより、少なくともその一部が基礎構造体１の直下に配置されるように補強構造体４を形成する補強構造体形成工程とを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基礎補強方法に関し、特に既存の基礎構造体の補強を行う基礎補強方法に関する。

建物等の構造物を建設する際には、建物等を支持する基礎を強固なものとして基礎及び基礎上の建物の沈み込みを防ぐ工夫として、フーチング基礎等の基礎構造体の下に複数の杭体を設けて補強することが行われている。

しかし、基礎構造体の上にさらに建物等の構造物を建設することとなった場合等には、既存の杭体だけでは荷重に耐えられなくなるおそれがある。また耐震補強を行うために、増杭をして基礎の強化を図りたい場合もあり、各種の基礎の補強が行われている。

図９及び図１０に基礎を補強するための従来工法の一例を図示する。図９は、従来の工法による基礎補強構造の側断面図であり、図１０は、図９における基礎補強構造を矢視X方向から見た平面図である。
図９及び図１０に示すように、従来の一般的な工法では、下方に既存杭体２が配置されている既存の基礎構造体１の外周を基礎構造体１の底面とほぼ同じ高さとなる深さまで掘削して掘削部５０１を形成し、この掘削部５０１内に新たな杭体（増杭５０２）を打設した後に、既存の基礎構造体１をこの増杭５０２を覆う位置まで増設した増設部５０３を形成する。

しかし都市部等においては、掘削部５０１を形成するための施工用地が既存の基礎構造体１の周囲に十分確保することができない場合がある。
そこで、例えば特許文献１には、既存の基礎構造体に上下に貫通する貫通孔を設けてこの貫通孔を用いて高圧噴射置換工法により既存の基礎構造体の直下に円柱状の地盤改良体を構築することが提案されている。
このような手法によれば、既存の基礎構造体の周囲に既設の建造物等があって掘削部を形成できない場合でも地盤の補強を行うことができる。

特開２００１−２７９６６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の手法では、既存の基礎構造体の上にすでに店舗等の建造物が存在している場合には、基礎構造体に貫通孔を設けて工事を行うのに支障となり、施工にあたって借地や移転等の協議が必要となる場合もある。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、既存の基礎構造体の周囲の掘削や基礎構造体自体への加工を要せずに、基礎を補強することができる基礎補強方法を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本出願の発明である基礎補強方法は、
既設の基礎構造体を補強する基礎補強方法であって、
固化材注入部を前記基礎構造体の外側縁に沿って鉛直方向に形成する注入部形成工程と、
前記固化材注入部から固化材を注入することにより、少なくともその一部が前記基礎構造体の直下に配置されるように補強構造体を形成する補強構造体形成工程と、
を含んでいる。
このように構成することで、既存の基礎構造体の周囲を掘削して掘削部を設けたり、基礎構造体自体に貫通孔を穿設する等の必要がなく、簡易かつ比較的短い工期で既存の基礎構造体を補強することができる。
補強構造体が鉛直方向にかかる力（軸力）を負担して既存の基礎構造体を支持することができるため、基礎構造体及びこの上に建築される構造物の軸方向における回転変形、歪み等を防止することができる。

また、前記補強構造体形成工程は、前記固化材注入部の軸中心を円中心とした円柱状に前記補強構造体を形成する。
このように構成することで、例えば、高圧噴射撹拌工法、機械撹拌工法、高圧噴射併用型機械攪拌工法等の既存の工法によって、補強構造体を簡易に形成することができる。

また、好ましくは、前記補強構造体形成工程は、前記固化材注入部の軸中心を円中心とした断面扇形となる柱状に前記補強構造体を形成する。
このように構成することで、基礎構造体の周囲への影響がより少なくなる。特に、補強構造体の全体が基礎構造体の直下に配置される場合には、基礎構造体の周囲の地盤にほとんどスペースが確保できないような場合でも補強構造体を設けることができ、基礎の補強を行うことができる。また、少ない量の固化材で補強構造体を形成することができ、コストを抑えつつ基礎の補強を行うことができる。

また、好ましくは、前記基礎構造体の周囲に、前記地盤の上に載置される盤状部と、前記盤状部から垂設されて前記地盤内に埋設される杭状部と、を備える基礎スラブを配置する基礎スラブ配置工程をさらに含んでいる。
このように構成することで、基礎スラブが水平方向にかかる力（水平力）を負担するため、基礎構造体及びこの上に建築される構造物の水平方向における変形等を防ぐことができる。

本発明によれば、基礎構造体の外側縁に沿って鉛直方向に形成された固化材注入部から固化材を注入することで補強構造体が形成される。
このため、基礎を補強するために既存の基礎構造体の周囲の掘削や基礎構造体自体への加工を要せず、簡易かつ短期の施工で基礎補強工事を行うことができる。
また、補強構造体は、その少なくとも一部が基礎構造体の直下に配置されるため、基礎構造体の直下に存在する既存の杭体とともに補強構造体が鉛直方向にかかる力（軸力）を負担して基礎構造体を支持する。これにより、基礎構造体及びこの上に建築される構造物の軸方向における回転変形、歪み等の発生を防止することができ、経時的な基礎の沈み込みを防ぐとともに、基礎構造体の上にさらに建物等の構造物を建設することとなった場合等でも、その荷重に耐えられる基礎とすることができる。また、地震等の際の回転変形にも耐えることができるようになるため、耐震補強としての効果も有する。
また、補強構造体を固化材注入部の軸中心を円中心とした円柱状に形成した場合には、既存の工法によって、補強構造体を簡易に形成することができるとともに、補強構造体により安定して基礎構造体を支えることができる。
また、補強構造体を固化材注入部の軸中心を円中心とした断面扇形となる柱状に形成した場合には、基礎構造体の周囲への影響がより少なくなる。特に、補強構造体の全体が基礎構造体の直下に配置される場合には、基礎構造体の周囲の地盤にほとんどスペースが確保できないような場合でも補強構造体を設けることができ、基礎の補強を行うことができる。また、補強構造体を形成する固化材の量が少なくて済み、より一層工期の短縮が図れるとともに、コストを削減することができる。
また、基礎構造体の周囲に、基礎スラブを配置した場合には、水平方向に負荷がかかった場合にも基礎スラブが水平力を負担することで対応することが可能となる。

第１の実施形態における基礎補強方法で形成された補強構造体及びこれが配置される基礎補強構造を示す側断面図である。。 図１における基礎補強構造を矢視II方向から見た平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態における補強構造体が負担する力を説明するための説明図である。 第２の実施形態における基礎補強方法で形成された補強構造体及びこれが配置される基礎補強構造を示す側断面図である。。 図４における基礎補強構造を矢視V方向から見た平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態における補強構造体が負担する力を説明するための説明図である。 第３の実施形態における基礎補強方法で形成された補強構造体及びこれが配置される基礎補強構造を示す側断面図である。。 （ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態における補強構造体が負担する力を説明するための説明図である。 従来の工法による基礎補強構造の側断面図である。 図９における基礎補強構造を矢視X方向から見た平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る基礎補強構造の実施形態について説明する。なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

［第１の実施形態］
まず、図１から図３を参照しつつ、本発明に係る基礎補強方法の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における基礎補強方法で形成された補強構造体及びこれが配置される基礎補強構造を示す側断面図であり、図２は、図１における基礎補強構造を矢視II方向から見た平面図である。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態における補強構造体が負担する力を説明するための説明図である。

本実施形態の基礎補強方法は、地盤Ｇに既設された基礎構造体１を補強するものである。
地盤Ｇに既存の基礎構造体１及びその直下に配置された既存杭体２が設置されている場合において、例えば、この基礎構造体の上にさらに建造物等を増設する場合や、耐震補強を行う等の必要が生じた場合には、本実施形態の基礎補強方法により補強構造体を設けることで基礎の補強を図ることができる。
なお、図１等では既存の基礎構造体１がフーチングを有する杭基礎である場合を例示しているが、既存の基礎構造体１はこれに限定されない。例えば基礎構造体１が直接基礎である場合やラーメン高架橋のように地中梁を有する構造である場合などにおいても本実施形態の基礎補強方法を適用して基礎の補強を図ることができる。

本実施形態の基礎補強方法では、まず、固化材を注入するための固化材注入部３を基礎構造体１の外側縁に沿って地盤Ｇの中に鉛直方向に形成する（注入部形成工程）。
固化材は、例えばセメントスラリー等であるが、これに限定されず、補強構造体４を形成する各種工法（後述）に適用可能なものを適宜用いることができる。
固化材注入部３は、例えば固化材圧送機の注入管（又はこれを挿通させるための孔）で構成されている。
固化材注入部３は、基礎構造体１の下面よりも深い位置であって形成したい補強構造体４の最下端にあたる位置まで設ける。
なお、本実施形態では、補強構造体４は既存杭体２と同じ長さ（深さ）に形成されていているが（図１及び図３参照）、補強構造体４の長さはこれに限定されない。補強構造体４は、既存杭体２よりも長くしてもよいし、短くてもよい。

固化材注入部３が形成されると、この固化材注入部３から固化材を注入することにより、地盤Ｇの中に、少なくともその一部が基礎構造体１の直下に配置されるように補強構造体４を形成する（補強構造体形成工程）。
補強構造体４の形状・大きさ等は特に限定されないが、本実施形態では、固化材注入部３の軸中心を円中心とした円柱状に補強構造体４が形成される。
また、補強構造体４において基礎構造体１の直下に配置される部分は少なくともその一部であればよいが、図２に示すように、本実施形態の補強構造体４は、円柱のほぼ半分が基礎構造体１の直下に配置される。
なお、補強構造体４は、基礎構造体１の下面に接触するが、基礎構造体１と一体化されるものではない。

補強構造体４を形成する数や配置は特に限定されないが、補強構造体４の数が多いほど基礎構造体１を支持する力が向上する。また、補強構造体４を基礎構造体１の下方にバランス良く配置する方が、基礎構造体１を下側から均一に支持することが期待でき、好ましい。
本実施形態では、図２に示すように、矩形状の基礎構造体１の各辺に沿って３つずつ、基礎構造体１の直下に配置された既存杭体２を取り囲むように、補強構造体４が形成される。

ここで、地盤Ｇの中に構造体を造成する手法としては、例えば、高圧噴射撹拌工法、機械撹拌工法、高圧噴射併用型機械攪拌工法等が知られており、補強構造体４は、これら周知の技術を利用して、地盤Ｇ中に鉛直方向に沿って形成することができる。なお、これらの工法に用いる固化材圧送機は周知のものと同様であるので、ここでは詳述しない。
以下各工法について具体的に説明する。

高圧噴射撹拌工法では、地盤Ｇ上に図示しない固化材圧送機を設置した後、固化材を注入するための固化材注入部３を形成する。具体的には、固化材圧送機の注入管を鉛直な姿勢で地盤Ｇ内に圧入し、注入管の先端が基礎構造体１の下面よりも深い所望の位置に達するまで挿入する。この注入管が固化材を注入するための固化材注入部３として機能する。なお、事前に地盤Ｇに孔を削孔した上で、その孔に注入管を挿入することで固化材注入部３を構成してもよい。
その後、注入管を回転させつつ徐々に引き上げる。その際に、注入管に固化材を高圧で供給して、注入管の先端部の噴射ノズルから径方向外方へ固化材を高圧噴射する。こうすることで、高圧噴射された固化材によって注入管の周囲の土砂を切削して地盤Ｇ中の孔の径を注入部３の軸中心を円中心として同心円状に広げるとともに、高圧噴射された固化材の旋回噴流によって固化材と土砂とを混合撹拌する。これにより、補強構造体４を下方から上方へ向かって鉛直に造成する。

機械撹拌工法では、地盤Ｇ上に固化材圧送機を設置し、鉛直な姿勢の注入管を回転させることによって、注入管の先端部に設けられたビット又は剣先等で地盤Ｇを切削しながら、注入管を地盤Ｇ内に鉛直に挿入する。注入管の先端部が基礎構造体１の下面よりも深い所望の位置に達するまで挿入したら、注入管を逆回転させつつ徐々に引き上げる。その際に、注入管に固化材を供給することによって注入管の先端部から固化材を吹き出し、注入管の先端部及び／又は外周面に設けられた撹拌羽根で固化材と土砂を混合撹拌する。これにより、補強構造体４を下方から上方へ向かって鉛直に造成する。なお、注入管を地中から引き上げる際に固化材を吹き出すのではなく、注入管を地盤Ｇ中に挿入する際に固化材を注入管の先端部から吹き出してもよい。

高圧噴射併用型機械攪拌工法は、上述の高圧噴射撹拌工法と機械撹拌工法を併用したものである。つまり、鉛直な姿勢の注入管を回転させることによって、注入管の先端部に設けられたビット又は剣先等で地盤Ｇを切削しながら、注入管を地盤Ｇ内に鉛直に挿入する。その際に、注入管に固化材を供給することによって注入管から固化材を吹き出し、注入管の先端部及び／又は外周面に設けられた撹拌羽根で固化材と土砂を混合撹拌する。注入管の先端部が基礎構造体１の下面よりも深い所望の位置に達するまで挿入したら、注入管を逆回転させつつ徐々に引き上げる。その際に、注入管に固化材を高圧で供給することによって、撹拌羽根に設けられた噴射ノズルから径方向外方へ固化材を高圧噴射する。注入管に近い中心部の土砂及び固化材は、撹拌羽根によって混合撹拌され、注入管から離れた周囲部の土砂及び固化材は、高圧噴射された固化材の旋回噴流によって混合撹拌される。これにより、補強構造体４を鉛直に造成する。

上記のようにして、地盤Ｇ内に注入された固化材と土砂の混合体を所定時間放置するように養生してその混合体を固化（硬化）させると、地盤Ｇ中に鉛直方向に沿った補強構造体４が形成される。

そして、基礎構造体１の外側縁に沿って造成位置（固化材注入部３を形成する位置、すなわち、地盤Ｇに固化材圧送機の注入管を挿入する位置）を変えながら上記した工程を複数回行うことによって、補強構造体４を基礎構造体１の各辺に沿って列を成すように形成する。これにより、基礎補強構造１００が完成する。

本実施形態における基礎補強方法で形成された補強構造体４が配置される基礎補強構造１００では、図３（ａ）及び図３（ｂ）において矢印で示すように、補強構造体４が鉛直方向にかかる力（軸力）を負担して基礎構造体１を支持し、基礎構造体１及びこの上に建築される構造物の回転変形（図３（ａ）参照）及び沈下（図３（ｂ）参照）等を抑えることができる。

以上のように、本実施形態によれば、基礎構造体１の外側縁に沿って鉛直方向に形成された固化材注入部３から固化材を注入することで補強構造体４が形成される。
このため、基礎を補強するために既存の基礎構造体１の周囲の掘削や基礎構造体１自体への加工を要せず、簡易かつ比較的短期間の施工で基礎の補強工事を行うことができる。
また、補強構造体４は、その少なくとも一部が基礎構造体１の直下に配置されるため、基礎構造体１の直下に存在する既存杭体２とともに補強構造体４が鉛直方向にかかる力（軸力）を負担して基礎構造体１を支持し、基礎構造体１及びこの上に建築される構造物の変形及び沈下等を抑えることができる。これにより、常時における基礎の変形や沈み込みを防ぐともに、地震等の際に、基礎が回転変形することを抑制することができる。
また、補強構造体４を固化材注入部３を円中心とした円柱状に形成しているため、既存の工法によって、補強構造体４を簡易に形成することができるとともに、補強構造体４により安定して基礎構造体１を支えることができる。

［第２の実施形態］
まず、図４から図６を参照しつつ、本発明に係る基礎補強方法の第２の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態における基礎補強方法で形成された補強構造体及びこれが配置される基礎補強構造を示す側断面図であり、図５は、図４における基礎補強構造を矢視V方向から見た平面図である。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施形態における補強構造体が負担する力を説明するための説明図である。

本実施形態の基礎補強方法は、第１の実施形態と同様に、固化材を注入するための固化材注入部３を基礎構造体１の外側縁に沿って地盤Ｇの中に鉛直方向に形成する注入部形成工程と、固化材注入部３から固化材を注入することにより、地盤Ｇの中に、少なくともその一部が基礎構造体１の直下に配置されるように補強構造体５を形成する補強構造体形成工程とを備えている。

本実施形態では、補強構造体形成工程において、固化材注入部３の軸中心を円中心としたほぼ半円柱状（すなわち、中心角がほぼ１８０度の扇形の断面形状となる柱状）に補強構造体５を形成する。
具体的には、第１の実施形態で説明したような地盤Ｇの中に構造体を造成する各種手法において、注入管を１８０度ずつ半回転させることにより、地盤Ｇの中に、図４及び図５に示すような、ほぼ全部が基礎構造体１の直下に配置されるほぼ半円柱状の補強構造体５を形成する。

なお、補強構造体形成工程において形成される補強構造体５は、その断面形状が、固化材注入部３の軸中心を円中心としたほぼ扇形となる柱状であればよく、その形状・大きさ等は図示例に限定されない。例えば補強構造体５は扇形の中心角が１８０度よりも小さくても大きくてもよい。
また、補強構造体５の全体が基礎構造体１の直下に配置される場合に限定されず、その一部が基礎構造体１の直下よりも外側にはみ出すように配置されていてもよい。

また、補強構造体５を形成する数や配置は特に限定されないが、補強構造体５の数が多いほど基礎構造体１を支持する力が向上する。また、補強構造体５を基礎構造体１の下方にバランス良く配置する方が、基礎構造体１を下側から均一に支持することが期待でき、好ましい。
本実施形態では、図５に示すように、矩形状の基礎構造体１の各辺に沿って３つずつ、基礎構造体１の直下に配置された既存杭体２を取り囲むように、補強構造体５が形成される。

なお、その他の点は、第１の実施形態と同様であるため、同一部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態における基礎補強方法で形成された補強構造体５が配置される基礎補強構造２００では、第１の実施形態と同様、図６（ａ）及び図６（ｂ）において矢印で示すように、補強構造体５が鉛直方向にかかる力（軸力）を負担して基礎構造体１を支持し、基礎構造体１及びこの上に建築される構造物の回転変形（図６（ａ）参照）及び沈下（図６（ｂ）参照）等を抑えることができる。

以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られる他、以下の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、補強構造体５が固化材注入部３の軸中心を円中心とした断面扇形となる柱状に形成されている。このため、基礎構造体１の周囲への影響がより少なくなる。特に本実施形態で図示したように、補強構造体５の全体が基礎構造体１の直下に配置される場合には、基礎構造体１の周囲の地盤Ｇにほとんどスペースが確保できないような場合でも補強構造体５を設けることができ、基礎の補強を行うことができる。
また、補強構造体５を形成する固化材の量が少なくて済むため、より一層工期の短縮が図れるとともに、コストを削減することができる。

［第３の実施形態］
まず、図７及び図８を参照しつつ、本発明に係る基礎補強方法の第３の実施形態について説明する。
図７は、本実施形態における基礎補強方法で形成された補強構造体及びこれが配置される基礎補強構造を示す側断面図であり、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本実施形態における補強構造体が負担する力を説明するための説明図である。

本実施形態の基礎補強方法は、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、固化材を注入するための固化材注入部３を基礎構造体１の外側縁に沿って地盤Ｇの中に鉛直方向に形成する注入部形成工程と、固化材注入部３から固化材を注入することにより、地盤Ｇの中に、少なくともその一部が基礎構造体１の直下に配置されるように補強構造体４を形成する補強構造体形成工程とを備えている。

本実施形態では、補強構造体形成工程において、第１の実施形態と同様に、固化材注入部３の軸中心を円中心とした円柱状に補強構造体４を形成する。
なお、補強構造体４を形成する手法や補強構造体４の構成等は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

また、本実施形態の基礎補強方法では、基礎構造体１の周囲に、地盤Ｇの上に載置される盤状部７１と、この盤状部７１から垂設されて地盤Ｇ内に埋設される杭状部７２とを備える基礎スラブ７が配置される（基礎スラブ配置工程）。なお、基礎スラブ７を構成する盤状部７１及び杭状部７２は一体的に構成されている。
具体的には、第１の実施形態で説明したような手法により地盤Ｇの中に補強構造体４を形成した後、基礎構造体１の周囲に基礎スラブ７を配置し、地盤Ｇの上に盤状部７１を残して、杭状部７２を地盤Ｇの中に埋め込む。

なお、その他の点は、第１の実施形態と同様であるため、同一部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態における基礎補強方法で形成された補強構造体４が配置される基礎補強構造３００では、第１の実施形態と同様、図８（ａ）及び図８（ｂ）において矢印で示すように、補強構造体４が鉛直方向にかかる力（軸力）を負担して基礎構造体１を支持し、基礎構造体１及びこの上に建築される構造物の回転変形（図８（ａ）参照）及び沈下（図８（ｂ）参照）等を抑えることができる。
さらに、基礎構造体１の周囲に基礎スラブ７が配置されていることにより、図８に示すように、基礎構造体１に対して水平方向に負荷がかかった場合にも基礎スラブ７が水平力を負担することで対応することができる。

以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られる他、以下の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、基礎構造体１の周囲に基礎スラブ７を配置することにより、基礎構造体１に対して水平方向に負荷がかかった場合にも基礎スラブ７が水平力を負担することで対応することができる。

なお、本実施形態では、補強構造体形成工程において、固化材注入部３の軸中心を円中心とした円柱状に補強構造体４を形成する場合を例としたが、補強構造体４の形状等はこれに限定されない。
例えば、第２の実施形態と同様に、固化材注入部３の軸中心を円中心とした断面扇形となる柱状の補強構造体５を形成し、さらに基礎構造体１の周囲に基礎スラブ７を配置しても同様の効果を得ることができる。

なお、以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であることは言うまでもない。

１ 基礎構造体
２ 既存杭体
３ 固化材注入部
４ 補強構造体
１００ 基礎補強構造

Claims (4)

1. 既設の基礎構造体を補強する基礎補強方法であって、
   固化材注入部を前記基礎構造体の外側縁に沿って鉛直方向に形成する注入部形成工程と、
   前記固化材注入部から固化材を注入することにより、少なくともその一部が前記基礎構造体の直下に配置されるように補強構造体を形成する補強構造体形成工程と、
   を含んでいることを特徴とする基礎補強方法。
2. 前記補強構造体形成工程は、前記固化材注入部の軸中心を円中心とした円柱状に前記補強構造体を形成することを特徴とする請求項１に記載の基礎補強方法。
3. 前記補強構造体形成工程は、前記固化材注入部の軸中心を円中心とした断面扇形となる柱状に前記補強構造体を形成することを特徴とする請求項１に記載の基礎補強方法。
4. 前記基礎構造体の周囲に、前記地盤の上に載置される盤状部と、前記盤状部から垂設されて前記地盤内に埋設される杭状部と、を備える基礎スラブを配置する基礎スラブ配置工程をさらに含んでいることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の基礎補強方法。

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