説明

地下構造物構築方法

【課題】掘削深度が大きくなっても、山留め壁の変形を抑制するための鋼製斜梁や鋼製切梁を必要としない、地下構造物構築方法を提供する。
【解決手段】地下構造物構築方法は、地下構造物が構築される掘削部の周囲に山留め壁24を構築する山留め壁構築工程と、地下の最上階から予め設定した基準階まで、地盤20を掘削排土しながら、本設躯体の床及び梁となる床梁躯体26、28、30を順次構築する床梁躯体構築工程と、基準階の床梁躯体30を構築した後、山留め壁24と一体化させて基準階の本設躯体の立上り外壁46を構築する立上り外壁構築工程と、基準階下の山留め壁部分を先行掘削し、山留め壁24と一体化させて、床梁躯体の下面から立下り外壁48を構築する立下り外壁構築工程と、立上り外壁46及び立下り外壁48の強度出現後、基準階下を掘削し、基準階下の床梁躯体を構築する基準階下床梁躯体構築工程と、を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地下構造物構築方法に関する。
【背景技術】
【0002】
大深度掘削を伴う地下工事においては、工期短縮や周辺への影響低減を目的として、逆打ち工法が採用されるケースが多い。ここに逆打ち工法は、山留め壁を設けた後、本体構造の1階床を築造し、これで山留壁を支えながら順次下位階へ掘削と躯体の構築を繰り返していくものであり、その際、地下構造物の本設躯体である床と梁(床梁躯体)を支保工として利用する工法である。
床梁躯体を支保工として利用する場合、地下の作業空間において、シアーコネクター等の接合金具を用いて山留め壁と床梁躯体の端部を接合している。しかし、この接合作業は手間を要し、コストアップを招来するという問題がある。
【0003】
そこで、地下の作業空間における床梁躯体の端部の支持を容易にする工法が提案されている(特許文献1)。
特許文献1の方法は、床梁躯体(床スラブ)の端部の支持方法として吊り下げ具を用いる方法である。即ち、先ず、地下構造物の中の最上階の床スラブの端部を、吊り下げ具を介して山留め壁の上端部に支持させる。そして、以下順次、吊り下げ具を介して下階の床スラブの端部を上階の床スラブに吊り下げ支持させる。
【0004】
ここに、逆打ち工法においては、掘削深度が大きくなると、床梁躯体を支保工として利用するのみでは、山留め壁に変形が生じる場合がある。この変形を抑制するため、例えば、鋼製斜梁や鋼製切梁等の支保工が広く使用されている。しかし、地下の作業空間における鋼製斜梁や鋼製切梁等の使用は作業性が悪く、手間を要するという問題がある。
【0005】
特許文献1は、支保工として床スラブを利用する構成である。このため、掘削深度が大きくなると、山留め壁の変形を抑制するために鋼製斜梁や鋼製切梁等の支保工が別途必要となるという課題は解決されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭63−181831号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記事実に鑑み、掘削深度が大きくなっても、山留め壁の変形を抑制するための鋼製斜梁や鋼製切梁を必要としない、地下構造物構築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】
請求項1に記載の発明に係る地下構造物構築方法は、地下構造物が構築される掘削部の周囲に山留め壁を構築する山留め壁構築工程と、地下の最上階から予め設定した基準階まで、地盤を掘削排土しながら、本設躯体の床及び梁となる床梁躯体を順次構築する床梁躯体構築工程と、前記基準階の床梁躯体を構築した後、前記山留め壁と一体化させて前記基準階の本設躯体の地下外壁を構築する立上り外壁構築工程と、前記基準階下の山留め壁部分を先行掘削し、前記山留め壁と一体化させて、前記床梁躯体の下面から立下り外壁を構築する立下り外壁構築工程と、前記立上り外壁及び前記立下り外壁の強度出現後、前記基準階下を掘削し、前記基準階下の床梁躯体を構築する基準階下床梁躯体構築工程と、を有することを特徴としている。
【0009】
請求項1に記載の発明によれば、先ず、山留め壁構築工程により、地下構造物が構築される掘削部の周囲に山留め壁が構築される。次に、床梁躯体構築工程により、地上階から予め設定した基準階まで、地盤を掘削排土しながら、本設躯体の床及び梁となる床梁躯体が順次構築される。次に、立上り外壁構築工程により、地下の基準階の床梁躯体が構築された後、山留め壁と一体化させて基準階の本設躯体の外壁が構築される。次に、立下り壁構築工程により、基準階下の山留め壁部分が先行掘削され、山留め壁と一体化させて、床梁躯体の下面から立下り壁が構築される。最後に、基準階下床梁躯体構築工程により、立上り外壁及び立下り外壁の強度出現後、基準階下が掘削され、基準階下の床梁躯体が構築される。
【0010】
請求項1に記載の発明を用いることにより、基準階の床梁躯体に加え、基準階の立上り外壁及び基準階下の立下り外壁が支保工として作用する。このため、鋼製斜梁や鋼製切梁を用いなくても山留め壁の変形を抑制できる。また、鋼製斜梁や鋼製切梁の解体作業も不要となる。これにより、作業性が改善される。
即ち、掘削深度が大きくなっても、山留め壁の変形を抑制するための鋼製斜梁や鋼製切梁を必要としない、地下構造物構築方法を提供できる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の地下構造物構築方法において、前記山留め壁は芯材が挿入されたソイルセメント柱列壁であり、前記芯材には根切り後にスタッドが打ち込まれ、前記山留め壁と前記立上り外壁、前記床梁躯体及び前記立下り外壁が前記スタッドでそれぞれ一体化されていることを特徴としている。
【0012】
請求項2に記載の発明によれば、山留め壁には芯材が挿入され、芯材には根切り後にスタッドが打ち込まれる。このスタッドにより山留め壁と立上り外壁、山留め壁と床梁躯体及び山留め壁と立下り外壁がそれぞれ一体化されている。
これにより、山留め壁と立上り外壁、床梁躯体及び立下り壁が強く接合され、床梁躯体のみでなく、立上り外壁と立下り外壁を支保工として利用することができる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の地下構造物構築方法において、前記最終根切りの部位における前記基準階下床梁躯体は、基礎梁及び耐圧版が構築されていることを特徴としている。
即ち、根切り深さが大きい最終根切りの部位においても、山留め壁の変形を抑制するための鋼製斜梁や鋼製切梁を必要とせず、基礎梁と耐圧版を構築できる。
【発明の効果】
【0014】
本発明は、上記構成としてあるので、掘削深度が大きくなっても、山留め壁の変形を抑制するための鋼製斜梁や鋼製切梁を必要としない、地下構造物構築方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の実施の形態に係る地下構造物構築方法により構築された床スラブと外壁の基本構成を示す断面図である。
【図2】従来の地下構造物構築方法において専用の支保工を用いた掘削部の基本構成を示す断面図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る地下構造物構築方法のフローチャートである。
【図4】本発明の実施の形態に係る地下構造物構築方法の施工工程を示す断面図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る地下構造物構築方法のスタッドによる接合状態を示す図である。
【図6】本発明の実施の形態に係る地下構造物構築方法の立下り壁の変形量の解析モデルを示す断面図である。
【図7】本発明の実施の形態に係る地下構造物構築方法の立下り壁の変形量の解析モデルの土壌の物性値等を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態に係る地下構造物構築方法の山留め壁の背面側側圧の解析モデルを示す断面図である。
【図9】本発明の実施の形態に係る地下構造物構築方法の立下り壁の変形量の解析モデルを示す断面図である。
【図10】本発明の解析結果を示す山留め壁の変形量を示す特性図である。
【図11】本発明の解析結果を示す変位抑制率を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図1の断面図に示すように、本実施の形態に係る地下構造物構築方法により構築された床スラブ26、28、30、梁27、29、31及び地下外壁46、48は、後述する施工工程に従い施工される。逆打工法において、掘削部22の上部から順次下方へ構築された床スラブ26、28、30、梁27、29、31及び地下外壁46、48は支保工として利用される。
【0017】
図1において、地盤20が掘削された掘削部22の周囲には、山留め壁24が構築されている。山留め壁24は、最終根切り位置44より深い位置まで構築され、山留め壁24の側壁には梁27が接合されている。梁27により、地上階(地下最上階)の床スラブ26の周囲が支持されている。
床スラブ26の下方には、地下1階の床スラブ28が構築されている。床スラブ28の周囲は、山留め壁24に接合された梁29で支持されている。
【0018】
床スラブ28の下方には、地下2階の床スラブ30が構築されている。床スラブ30は、山留め壁24に接合された梁31で、周囲が支持されている。
床スラブ30は、後述する基準階の床スラブであり、床スラブ30と梁29の間には、本設躯体の地下外壁を構築する立上り外壁46が、山留め壁24と一体化されて設けられている。
また、床スラブ30の下の階には、立下り外壁48が山留め壁24と一体化されて構築されている。立下り外壁48は、梁31の下面と最終根切り位置44との中間程度の高さまで構築されている。
【0019】
床スラブ30の以深の掘削において、従来は山留め壁24の変形を抑制するために、図2(A)に示す鋼製斜梁54や、図2(B)に示す鋼製切梁56が採用されていた。
しかし、図1の構成とすることで、これらを必要とせずに、最終根切り面44が深くても、最終根切り面44まで掘削することができる。
【0020】
次に、地下構造物構築方法について説明する。
本実施の形態に係る地下構造物構築方法は、図3のフローチャートに示す工程を経て実現される。以下、フローチャートに従い説明する。
先ず、山留め壁構築工程10を実行する。
具体的には、図4(A)に示すように、地盤20に地盤表面から深さHYまで、山留め壁24を構築する。山留め壁24は、地下構造物が構築される掘削部の周囲に、地下構造物の最深部より深い位置まで、ソイルセメント柱列壁で構築されている。
【0021】
ここに、ソイルセメント柱列壁は、図示しないオーガで原地盤(地盤20)を掘削し、掘削土とセメントミルクとを混合攪拌して柱状の地盤改良体を形成し、地盤改良体の外周面同士を一部オーバラップさせて、連続した壁状に構築されている。山留め壁24には、図示しない芯材となるH形鋼が挿入されている。H形鋼のフランジ表面には、根切り後にスタッドが打ち込まれる。
【0022】
次に、床梁躯体構築工程12を実行する。
具体的には、図4(B)〜(D)に示すように、地下の最上階から予め設定した基準階まで、地盤20を掘削排土しながら、本設躯体の床スラブ及び梁を、山留め壁24を利用して順次構築する。
即ち、先ず、地盤20を、地盤表面から深さH1の1次根切り面38まで掘削排土する(図4(B)参照)。
【0023】
その後、掘削排土された掘削部22に、最上階の床スラブ26を構築する。床スラブ26は鉄筋コンクリート製とされ、端部は山留め壁24の外周面と接合されている。床スラブ26は鉄筋コンクリート製の梁27で周囲を支持されている。梁27は、山留め壁24の側壁と接合されている(図4(B)(C)参照)。
なお、床スラブ26には、図示しない作業用の開口部が設けられており、作業用の開口部を利用して、1次根切り面38以深の地下掘削作業が行われる。
【0024】
梁27及び床スラブ26の構築後、地盤表面から深さH2の2次根切り面40まで、続いて掘削排土する。その後、掘削部22に、地下1階の床スラブ28を構築する(図4(C)参照)。
【0025】
掘削部22に、梁29及び床スラブ28を構築した後、地盤表面から深さH3の3次根切り面42まで、続いて掘削排土する。その後、掘削部22に、地下2階の床スラブ30を構築する(図4(D)参照)。
【0026】
次に、立上り外壁構築工程14を実行する。
具体的には、図4(E)に示すように、梁31及び床スラブ30を構築した後、山留め壁24と一体化させて本設躯体の地下外壁46を構築する。ここに、床スラブ30は、本実施の形態が適用する際の基準階となる。
【0027】
即ち、床スラブ30以深は、後述するように、地盤20から掘削部22側に加えられる土圧が大きくなり、山留め壁24に大きな変形が生じる。このため、山留め壁24の変形を抑制させる目的で、地下外壁(立上げ外壁)46を山留め壁24に沿って構築する。
【0028】
ここに、図5の断面図に示すように、山留め壁24は、根切り後に、掘削部22側のソイルセメントがH形鋼50のフラン表面位置まで切除され、フランジ表面が露出されている。このH形鋼50のフランジにはスタッド52が埋め込まれている。スタッド52により、山留め壁24と立上げ外壁46、及び山留め壁24と梁31が一体化される。
【0029】
次に、立下り外壁構築工程16を実行する。
具体的には、図4(E)に示すように、基準階下の山留め壁部分(山留め壁24の周囲)を先行掘削し、山留め壁24と一体化させて、床スラブ30の下面から、下方へ向けて立下り外壁48を構築する。
立下り外壁48は、鉄筋コンクリート製とされている。立下り外壁48の高さは、床スラブ30と根切り底面44との距離の半分位が望ましい。少な過ぎては効果が期待できず、多過ぎては、立下り外壁48を構築するための先行掘削段階における山留め壁24の変位が大きくなってしまうためである。
これにより、立下げ外壁48を支保工として利用することが可能となり、山留め壁24の変形を抑制できる。
【0030】
また、図5に示すように、スタッド52により、立下げ外壁48と山留め壁24が接合される。即ち、山留め壁24には、芯材であるH形鋼50が挿入され、H形鋼50には根切り後にスタッド52が打ち込まれている。このスタッド52により、上述したように、山留め壁24と、立上り外壁46、梁31、床スラブ30及び立下り壁48が一体化されている。
これにより、梁31と床スラブ30のみでなく、立上り外壁46及び立下り壁48を支保工として利用することができる。
【0031】
最後に、基準階下床梁躯体構築工程18を実行する。
具体的には、図4(E)に示すように、立上り外壁46及び立下り外壁48の強度出現後、基準階30の下を掘削し、基準階下の床梁躯体を構築する。
上述の工程を経て、図1で説明した地下構造物が構築される。
【0032】
なお、本実施の形態では、地下2階の床スラブ30を基準階として説明した。しかし、これに限定されることはなく、地下掘削が更に継続される場合には、新たな基準階を従来の基準階の下の階(例えば地下3階)に移動させる。
これにより、上述と同様の手順を経て、新たな基準階の床スラブ、梁を構築し、立上り壁、立下り壁を構築した後に基準階下を掘削すればよい。更に、地下掘削が継続される場合にも、同様に基準階を順次移動させればよい。
また、立上り外壁46及び立下り外壁48の構築順序は、どちらを先に構築してもよいし、両者を同時に構築してもよい。
【0033】
また、最終根切り面44には、基礎梁34及び耐圧版36が構築される。ここに、基礎梁34及び耐圧版36の施工においては、耐圧版36の構築後に基礎梁34が構築され、構築後、基礎梁34と耐圧版36が一体化される。
かかる、根切り深さが大きい最終根切りの部位においても、山留め壁の変形を抑制するための鋼製斜梁54や鋼製切梁56を必要とせず、基礎梁34と耐圧版36を構築することができる。
【0034】
以上説明したように、本施工方法を用いることにより、基準階30の立上り外壁46、及び基準階下の立下り壁48を支保工として利用することができる。このため、鋼製斜梁54や鋼製切梁56を用いなくても山留め壁24の変形を抑制することができる。これにより、作業性が改善される。
即ち、掘削深度が大きくなっても、山留め壁24の変形を抑制するための鋼製斜梁54や鋼製切梁56を必要としない、地下構造物構築方法を提供できる。
【0035】
次に、立下り外壁の効果検証について説明する。
効果検証は、立下り壁48の変形量の解析により行った。図6に、解析に用いた立下り壁48の断面形状を示す。立下り壁48は、床スラブ30を支持する梁31の下に、梁31の底面と上端部を接して設けられている。立下り壁48の側面は、山留め壁24の側面と接合されている。
図6において、立下り壁48の長さLは、梁31の底面から立下り壁48の底面までの長さであり、根切り深さHは、梁31の底面から掘削底44までの深さである。
【0036】
図7には、解析に用いた地盤定数及び山留め壁24の物性値等を示す。なお、山留め壁24の掘削深度は、本実施の形態に対応させた。即ち、山留め壁24の深さは22mであり、掘削深度は、1次根切りが1m、2次根切りが6m、3次根切りが10m、4次根切りが17mである。地盤20の地層は、地表から10mの位置でN値が変化している。
【0037】
図8に、山留め壁の解析モデルを示す。山留め壁24の変形量の計算においては、山留め壁24の根入れ部の地盤20を弾塑性と仮定し、山留め壁24の長さを有限として梁ばねモデルに基づいて解析した。
山留め壁24の背面側側圧は、上載荷重q(t/m)を考慮した下記(1)式で示すランキン・レザール式により主働側圧Pを用いた。
【0038】
=(γ・Z−P+q)・tan(45°−Φ/2)
−2・C・tan(45°−Φ/2)+P・・・(1)式
ここで、
:主働側圧(tf/m)(但し、P≧Pとする)
γ :土の単位体積重量(tf/m
Z :地表面からの深さ(m)
Z’ :掘削底からの深さ(m)
:深さZにおける背面側の水圧(tf/m
q :上載荷重(t/m
Φ :土の内部摩擦角(度)
C :土の粘着力(tf/m
wp :掘削底地盤の間隙水圧(tf/m
【0039】
また、山留め壁24の根入れ部の地盤20は、弾性領域を塑性領域に分けて考え、弾性領域では、平衡側圧と山留め壁24の変位に1次的に比例する弾性反力が、塑性領域では極限の受働抵抗が山留め壁24に作用するものとする。極限の受働抵抗は、ランキン・レザール式による受働側圧Pを用いた。
【0040】
図9の模式図に示すように、立下り壁48は弾性バネと仮定してモデル化し、バネ定数Kは、下記(2)式により求めた。
=1/((1/Kp1)+(1/Kp2))・・・(2)式
ここに、
p1 :梁31及び床スラブ30を支保工として評価した時のバネ定数
p2 :立下り外壁48を片持ち梁として評価した時のバネ定数
p1=2A/L
p2=3E/L
ここに、
:梁31及び床スラブ30の単位幅当りの断面積(m/m)
:梁31及び床スラブ30のヤング率(t/m
:立下り壁48と山留め壁24を合成構造とした時のヤング率(t/m
L :立下り壁48の長さ(m)
:梁31及び床スラブ30の長さ(m)
:立下り壁48と山留め壁24を合成構造とした時の単位当りの断面2次モーメント(m/m)
【0041】
図10に解析結果の一例を示す。図10には、山留め壁24の深さ方向に算出した、山留め壁24の変形量が示されている。
図10(A)の実線で示す特性60は、床スラブ26、28、30と梁27、29、31以外には補強がされていない状態での山留め壁24の変形量yの変化を示している。
一方、図10(B)の実線で示す特性62は、床スラブ26、28、30と梁27、29、31に加えて、立下り壁48で補強された山留め壁24の変形量yの変化を示している。
【0042】
即ち、床スラブ26から床スラブ28の間においては、まだ、掘削深度が浅いため、地盤20から掘削部22側へ加えられる土圧は小さい。このため、図10(A)(B)のいずれにおいても、山留め壁24には大きな変形は生じていない。
床スラブ28から床スラブ30の間においては、まだ、掘削深度がそれほど深くないため、地盤から掘削部22側に加えられる土圧は大きくはない。しかし、床スラブ30の近くでは急激に大きくなってきている。結果として、山留め壁24は、図10(A)(B)のいずれにおいても、大きな変形を伴わずに耐えることができる。
【0043】
床スラブ30から最終根切り面44の間においては、山留め壁24の変形が大きくなっている。特に、図10(A)における変形量yが大きくなっている。一方、図10(B)における変形量yは、図10(A)に比べるとさほど大きくなってはいない。これは、立下り壁48の補強の効果といえる。即ち、立下り壁48を設けることにより、山留め壁24の変形を抑制することができる。
【0044】
次に、図11の解析結果を用いて、立下り壁48の望ましい形状について説明する。
図11は、横軸に、立下り壁の長さLと立下り壁48の構築後の根切り深さHの比L/Hをとり、縦軸に、補強がされないときの山留め壁24の変形量yと補強がさたときの山留め壁24の変形量yとの比y/yをとっている。
図11には、立下り壁48の長さLと厚さBの比L/Bを変化させたときの特性がプロットされている。特性64は、L/B=2.0の条件での特性であり、特性66は、L/B=4.0の条件での特性であり、特性68は、L/B=6.0の条件での特性である。
【0045】
結果から、立下り壁48の長さLと掘削深度Hの比L/Hが0.5前後で、山留め壁24の変形量の比y/yが最も小さくなる傾向が見られる。即ち、掘削深度Hの半分程度まで立下り壁46を構築すれば、山留め壁24の変形量を抑制する効果が大きくなるといえる。
また、立下り壁48の長さLと厚さBの比L/Bにおいて、厚さBが大きいほど山留め壁24の変形量を抑制する効果が大きい。即ち、立下り壁46の厚さBは、山留め壁24の変形を吸収することができる厚さが必要といえる。
【符号の説明】
【0046】
10 山留め壁構築工程
12 床梁躯体構築工程
14 立上り外壁構築工程
16 立下り外壁構築工程
18 基準階下床梁躯体構築工程
20 地盤
22 掘削部
24 山留め壁
26 床スラブ(床梁躯体)
28 床スラブ(床梁躯体)
30 床スラブ(床梁躯体)
34 床スラブ(床梁躯体)
36 耐圧版
46 地下外壁(立上り外壁)
48 地下外壁(立下り外壁)
50 H形鋼(芯材)
52 スタッド

【特許請求の範囲】
【請求項1】
地下構造物が構築される掘削部の周囲に山留め壁を構築する山留め壁構築工程と、
地下の最上階から予め設定した基準階まで、地盤を掘削排土しながら、本設躯体の床及び梁となる床梁躯体を順次構築する床梁躯体構築工程と、
前記基準階の床梁躯体を構築した後、前記山留め壁と一体化させて前記基準階の本設躯体の立上り外壁を構築する立上り外壁構築工程と、
前記基準階下の山留め壁部分を先行掘削し、前記山留め壁と一体化させて、前記床梁躯体の下面から立下り外壁を構築する立下り外壁構築工程と、
前記立上り外壁及び前記立下り外壁の強度出現後、前記基準階下を掘削し、前記基準階下の床梁躯体を構築する基準階下床梁躯体構築工程と、
を有する地下構造物構築方法。

【請求項2】
前記山留め壁は芯材が挿入されたソイルセメント柱列壁であり、前記芯材には根切り後にスタッドが打ち込まれ、前記山留め壁と前記立上り外壁、前記床梁躯体及び前記立下り外壁が前記スタッドでそれぞれ一体化されている請求項1に記載の地下構造物構築方法。

【請求項3】
前記最終根切りの部位における前記基準階下床梁躯体には、基礎梁及び耐圧版が構築されている請求項1又は2に記載の地下構造物構築方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2013−57218(P2013−57218A)
【公開日】平成25年3月28日(2013.3.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−197415(P2011−197415)
【出願日】平成23年9月9日(2011.9.9)
【出願人】(000003621)株式会社竹中工務店 (1,669)
【Fターム(参考)】