地盤支持力の増加補強土工法
【課題】地盤支持力の増加補強土工法を提供する。
【解決手段】地盤支持力の増加補強土工法は、構造物基礎１の周囲から下方に向けて複数の補強材２を斜めに打設し、上記基礎地盤の直下の地盤を該補強材により拘束して擬似基礎化領域４を形成させる。
【解決手段】地盤支持力の増加補強土工法は、構造物基礎１の周囲から下方に向けて複数の補強材２を斜めに打設し、上記基礎地盤の直下の地盤を該補強材により拘束して擬似基礎化領域４を形成させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロックボルトや鋼管等の線状の芯材と、該芯材の周囲をグラウト材などの定着材で一体化して成る補強材と、該補強材の頭部に定着された支圧板を組み合わせて使用した地盤支持力の増加補強土工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の地盤支持力の補強土工法（地盤改良工法）としては、セメントや石灰などの安定材と地盤の土とを原位置で攪拌混合し、柱状に固結させる「深層混合処理工法」や水ガラスなどの薬液を地盤中の所定箇所に圧入し、地盤の透水性を減少せしめたり強度増大を促す「薬液注入工法」が一般的であった。これらの工法は、主として軟弱地盤の補強に使用されることが多く、大型機械の使用や大規模な施工ヤードが必要とされてきた。
また、橋梁補強・鉄塔基礎補強などの新設構造物において、鉄筋挿入工を用いた「地盤支持力の強化工法」としては、特許文献１（特公平６−７４５９６号特許公報）や特許文献２（特開平９−３２８７４１号公開特許公報）などに開示されている先行技術があった。
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１、２の先行技術における地盤支持力の強化工法は、いずれも新設構造物を対象とするもので、既設構造物の基礎地盤の補強を目的とするものではなかった。補強理論も地盤の変形拘束、応力改善による擬似基礎の形成という概念も明確でなかった。また、施工においては、上記工法は、大型機械の使用、大規模な施工ヤードの確保、作業時間の制限、さらに、多額の工事費などの問題点が多く、それらの改善が要請されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−７４５９６号特許公報
【特許文献２】特開平９−３２８７４１号公開特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記先行技術の問題点を改善するために成されたもので、その課題とするところは、既設構造物を対象とし、その基礎地盤の支持力を強化し、コンパクトな機械で施工でき、工期や工費を節減することができる地盤支持力の増加補強土工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の地盤支持力の増加補強土工法は、既設構造物の基礎地盤の支持力を強化する工法であって、構造物基礎の周囲から下方に向けて複数の補強材を斜めに打設し、上記基礎地盤の直下の地盤を該補強材により拘束して擬似基礎化領域を形成させることを特徴とする。
また、前記補強材の頭部に支圧板を締付け固定して、該補強材にプレストレスを与えることも特徴とする。
さらに、向かい合う辺に打設された上記補強材の下方部を相互にクロスさせることも特徴とする。
又更に、上記構造物基礎の周囲から下方に向けて上記補強材の形成用の斜孔を形成し、続いて、該斜孔に芯材を挿入すると共にグラウト材などの定着材を注入・硬化せしめて補強材を形成し、該補強材の頭部に支圧板を締付け固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
１）補強材の地盤変形拘束および応力改善作用により一体化された地盤が連続した補強領域を形成し、擬似基礎化とすることで液状化の軽減、支持力の増加が図れる。
２）補強材にプレストレスを導入することで、補強材と支圧板の自己釣り合い作用により発生する軸力が補強材周囲の地盤の応力状態を改善させる作用を増大させる効果が期待できる。
３）構造物の増築による鉛直力の増加や地震による水平力に対しては、補強材が引張・圧縮として機能するため、地盤の変形拘束と破壊抑制が期待できる。
４）構造物基礎部と補強材・支圧板は連結しないため、外力が加わった際にも既設構造物が追随して変形することが少ない。
５）従来技術と比較して、補強材の打設数量が削減でき、施工性・コスト・工期を低減することができ、少ない作業スペースで施工可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の地盤支持力の増加補強土工法の概念イメージ図である。
【図１Ｂ】図１Ａの平面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの側面図である。
【図２】ロックボルトの施工手順の説明図である。
【図３】クロスしている補強材による基礎地盤の変形拘束機能の説明図（Ａ），地震時の基礎地盤の変形拘束機能の説明図（Ｂ）である。
【図４】補強材と支圧板の組合せた補強材の地盤変形拘束機能の説明図である。
【図５】支圧板と芯材の自己釣り合い作用の説明図である。
【図６】支圧板を有する補強材のプレストレスによる地盤の応力分布状態図である。
【図７】支圧板が無い（Ａ）か、小型の支圧板（Ｂ）による地盤の応力分布状態図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、本発明の地盤支持力の増加補強土工法の概念イメージの一例を示すもので、１は構造物基礎、２は補強材、３は支圧板および４は擬似基礎化領域である。なお、図１Ａでは、３および４を省略する。
【００１０】
上記構造物基礎１は、既設構造物（図示せず）を支持する基礎であって、その周囲の地表面から、上記構造物基礎１の下部に向けて、上記補強材２が斜めに打設されている。
【００１１】
図２は、上記補強材２の施工手順を説明するもので、まず、（Ａ）に示すように、クローラードリルなど削孔機械のアースオーガ５により、構造物基礎６の外側から下方に向けて、斜孔７を形成する。
【００１２】
削孔作業が終了したら、アースオーガ５を引き抜いてから、（Ｂ）に示すように、斜孔７に鉄筋や鋼管などの芯材８を挿入する。
【００１３】
上記芯材８を挿入したら、続いて、（Ｃ）に示すように、アースオーガ５により形成された上記斜孔７の空間と上記芯材８の周囲との空隙に、また、芯材８が鋼管の場合には鋼管内にも、注入ホース９によりグラウト材１０を注入・硬化せしめて、（Ｄ）に示すように、補強材２を形成する。
【００１４】
上記芯材８の頭部には、大型の支圧板３を一体的に定着せしめて頭部処理を行う。該支圧板３をナット（図示せず）などの固定部材により締め付けることにより、上記芯材８にプレストレスを与え、その結果、図１Ｂ，図１Ｃに示すように、上記補強材２の周囲の地盤に応力を生じさせて、上記擬似基礎化領域４を構築する。
【００１５】
図１Ａ、図１Ｂに示すように、上記補強材２は、上記構造物基礎１の各辺に沿って複数本ずつ打設され、各辺（特に向かい合う辺）の下方部は、図１Ａ，図１Ｃから明らかなように、相互にクロスするように打設されている。
【００１６】
図３は、上記補強材２の下方部のクロス配置による基礎地盤の変形拘束機能を説明するもので、（Ａ）に示すように、上記構造物基礎１の自重に対してクロスしている補強材２が引張材として効率よく機能し、地盤変形を拘束する。
【００１７】
また、図３の（Ｂ）に示すように、基礎地盤に地震力Ｐが水平方向に作用すると、その地震力に対してクロスしている補強材２が圧縮材と引張材として効率よく機能し、地盤変形を拘束する。
他の類似工法では、打設方向がランダムなため、2倍以上の補強材が必要になる。
【００１８】
図４は、上記補強材２と支圧板３の組合せた補強材の地盤変形拘束機能を説明する図であって、芯材８の引張り力と支圧板３の反力に対抗して、芯材８にせん断応力が生じ、地盤を連続した補強領域として構築し、擬似基礎化領域４が形成されることになる。
【００１９】
図５は、上記支圧板３と上記芯材８の自己釣り合い作用を説明するもので、支圧板３を反力板として使用し、芯材８に引張り力を導入または自己釣り合い作用により発生する軸力が地盤の応力状態を改善させる。引張力Ｔは、せん断力τｂと支圧板３の反力σiの合力とつり合う。引張力Ｔにより、発生するせん断力τｂと支圧板３の反力σｉが地盤に作用して、応力状態が改善される。
【００２０】
図６は、支圧板３を有する補強材２のプレストレスによる地盤の応力分布状態を示すもので、極めて広い応力幅を有することが理解できる。
【００２１】
図７（Ａ）は、支圧板を有しないで、その結果、プレストレスの無い場合のロックボルトによる地盤の応力分布状態を示すもので、図６に示す本発明のロックボルトの応力分布に比較して、応力の幅が極めて狭い。
【００２２】
図７（Ｂ）は、支圧板を有するが、プレストレスを与えない場合の補強材による地盤の応力分布状態を示すもので、図６に示す本発明のロックボルトの応力分布に比較して、応力の幅が狭い。
【００２３】
本発明は、上述の実施例に限定するものではなく、ロックボルトの打設配列や本数・間隔などは、既設構造物の大きさ、形状、地盤の状態などに応じて適宜決定することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１ 構造物基礎
２ 補強材
３ 支圧板
４ 擬似基礎化領域
５ アースオーガ
６ 構造物基礎
７ 斜孔
８ 芯材
９ 注入ホース
１０ グラウト材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロックボルトや鋼管等の線状の芯材と、該芯材の周囲をグラウト材などの定着材で一体化して成る補強材と、該補強材の頭部に定着された支圧板を組み合わせて使用した地盤支持力の増加補強土工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の地盤支持力の補強土工法（地盤改良工法）としては、セメントや石灰などの安定材と地盤の土とを原位置で攪拌混合し、柱状に固結させる「深層混合処理工法」や水ガラスなどの薬液を地盤中の所定箇所に圧入し、地盤の透水性を減少せしめたり強度増大を促す「薬液注入工法」が一般的であった。これらの工法は、主として軟弱地盤の補強に使用されることが多く、大型機械の使用や大規模な施工ヤードが必要とされてきた。
また、橋梁補強・鉄塔基礎補強などの新設構造物において、鉄筋挿入工を用いた「地盤支持力の強化工法」としては、特許文献１（特公平６−７４５９６号特許公報）や特許文献２（特開平９−３２８７４１号公開特許公報）などに開示されている先行技術があった。
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１、２の先行技術における地盤支持力の強化工法は、いずれも新設構造物を対象とするもので、既設構造物の基礎地盤の補強を目的とするものではなかった。補強理論も地盤の変形拘束、応力改善による擬似基礎の形成という概念も明確でなかった。また、施工においては、上記工法は、大型機械の使用、大規模な施工ヤードの確保、作業時間の制限、さらに、多額の工事費などの問題点が多く、それらの改善が要請されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−７４５９６号特許公報
【特許文献２】特開平９−３２８７４１号公開特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記先行技術の問題点を改善するために成されたもので、その課題とするところは、既設構造物を対象とし、その基礎地盤の支持力を強化し、コンパクトな機械で施工でき、工期や工費を節減することができる地盤支持力の増加補強土工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の地盤支持力の増加補強土工法は、既設構造物の基礎地盤の支持力を強化する工法であって、構造物基礎の周囲から下方に向けて複数の補強材を斜めに打設し、上記基礎地盤の直下の地盤を該補強材により拘束して擬似基礎化領域を形成させることを特徴とする。
また、前記補強材の頭部に支圧板を締付け固定して、該補強材にプレストレスを与えることも特徴とする。
さらに、向かい合う辺に打設された上記補強材の下方部を相互にクロスさせることも特徴とする。
又更に、上記構造物基礎の周囲から下方に向けて上記補強材の形成用の斜孔を形成し、続いて、該斜孔に芯材を挿入すると共にグラウト材などの定着材を注入・硬化せしめて補強材を形成し、該補強材の頭部に支圧板を締付け固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
１）補強材の地盤変形拘束および応力改善作用により一体化された地盤が連続した補強領域を形成し、擬似基礎化とすることで液状化の軽減、支持力の増加が図れる。
２）補強材にプレストレスを導入することで、補強材と支圧板の自己釣り合い作用により発生する軸力が補強材周囲の地盤の応力状態を改善させる作用を増大させる効果が期待できる。
３）構造物の増築による鉛直力の増加や地震による水平力に対しては、補強材が引張・圧縮として機能するため、地盤の変形拘束と破壊抑制が期待できる。
４）構造物基礎部と補強材・支圧板は連結しないため、外力が加わった際にも既設構造物が追随して変形することが少ない。
５）従来技術と比較して、補強材の打設数量が削減でき、施工性・コスト・工期を低減することができ、少ない作業スペースで施工可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の地盤支持力の増加補強土工法の概念イメージ図である。
【図１Ｂ】図１Ａの平面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの側面図である。
【図２】ロックボルトの施工手順の説明図である。
【図３】クロスしている補強材による基礎地盤の変形拘束機能の説明図（Ａ），地震時の基礎地盤の変形拘束機能の説明図（Ｂ）である。
【図４】補強材と支圧板の組合せた補強材の地盤変形拘束機能の説明図である。
【図５】支圧板と芯材の自己釣り合い作用の説明図である。
【図６】支圧板を有する補強材のプレストレスによる地盤の応力分布状態図である。
【図７】支圧板が無い（Ａ）か、小型の支圧板（Ｂ）による地盤の応力分布状態図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃは、本発明の地盤支持力の増加補強土工法の概念イメージの一例を示すもので、１は構造物基礎、２は補強材、３は支圧板および４は擬似基礎化領域である。なお、図１Ａでは、３および４を省略する。
【００１０】
上記構造物基礎１は、既設構造物（図示せず）を支持する基礎であって、その周囲の地表面から、上記構造物基礎１の下部に向けて、上記補強材２が斜めに打設されている。
【００１１】
図２は、上記補強材２の施工手順を説明するもので、まず、（Ａ）に示すように、クローラードリルなど削孔機械のアースオーガ５により、構造物基礎６の外側から下方に向けて、斜孔７を形成する。
【００１２】
削孔作業が終了したら、アースオーガ５を引き抜いてから、（Ｂ）に示すように、斜孔７に鉄筋や鋼管などの芯材８を挿入する。
【００１３】
上記芯材８を挿入したら、続いて、（Ｃ）に示すように、アースオーガ５により形成された上記斜孔７の空間と上記芯材８の周囲との空隙に、また、芯材８が鋼管の場合には鋼管内にも、注入ホース９によりグラウト材１０を注入・硬化せしめて、（Ｄ）に示すように、補強材２を形成する。
【００１４】
上記芯材８の頭部には、大型の支圧板３を一体的に定着せしめて頭部処理を行う。該支圧板３をナット（図示せず）などの固定部材により締め付けることにより、上記芯材８にプレストレスを与え、その結果、図１Ｂ，図１Ｃに示すように、上記補強材２の周囲の地盤に応力を生じさせて、上記擬似基礎化領域４を構築する。
【００１５】
図１Ａ、図１Ｂに示すように、上記補強材２は、上記構造物基礎１の各辺に沿って複数本ずつ打設され、各辺（特に向かい合う辺）の下方部は、図１Ａ，図１Ｃから明らかなように、相互にクロスするように打設されている。
【００１６】
図３は、上記補強材２の下方部のクロス配置による基礎地盤の変形拘束機能を説明するもので、（Ａ）に示すように、上記構造物基礎１の自重に対してクロスしている補強材２が引張材として効率よく機能し、地盤変形を拘束する。
【００１７】
また、図３の（Ｂ）に示すように、基礎地盤に地震力Ｐが水平方向に作用すると、その地震力に対してクロスしている補強材２が圧縮材と引張材として効率よく機能し、地盤変形を拘束する。
他の類似工法では、打設方向がランダムなため、2倍以上の補強材が必要になる。
【００１８】
図４は、上記補強材２と支圧板３の組合せた補強材の地盤変形拘束機能を説明する図であって、芯材８の引張り力と支圧板３の反力に対抗して、芯材８にせん断応力が生じ、地盤を連続した補強領域として構築し、擬似基礎化領域４が形成されることになる。
【００１９】
図５は、上記支圧板３と上記芯材８の自己釣り合い作用を説明するもので、支圧板３を反力板として使用し、芯材８に引張り力を導入または自己釣り合い作用により発生する軸力が地盤の応力状態を改善させる。引張力Ｔは、せん断力τｂと支圧板３の反力σiの合力とつり合う。引張力Ｔにより、発生するせん断力τｂと支圧板３の反力σｉが地盤に作用して、応力状態が改善される。
【００２０】
図６は、支圧板３を有する補強材２のプレストレスによる地盤の応力分布状態を示すもので、極めて広い応力幅を有することが理解できる。
【００２１】
図７（Ａ）は、支圧板を有しないで、その結果、プレストレスの無い場合のロックボルトによる地盤の応力分布状態を示すもので、図６に示す本発明のロックボルトの応力分布に比較して、応力の幅が極めて狭い。
【００２２】
図７（Ｂ）は、支圧板を有するが、プレストレスを与えない場合の補強材による地盤の応力分布状態を示すもので、図６に示す本発明のロックボルトの応力分布に比較して、応力の幅が狭い。
【００２３】
本発明は、上述の実施例に限定するものではなく、ロックボルトの打設配列や本数・間隔などは、既設構造物の大きさ、形状、地盤の状態などに応じて適宜決定することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１ 構造物基礎
２ 補強材
３ 支圧板
４ 擬似基礎化領域
５ アースオーガ
６ 構造物基礎
７ 斜孔
８ 芯材
９ 注入ホース
１０ グラウト材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設構造物の基礎地盤の支持力を強化する工法であって、構造物基礎の周囲から下方に向けて複数の補強材を斜めに打設し、上記基礎地盤の直下の地盤を該補強材により拘束して擬似基礎化領域を形成させることを特徴とする地盤支持力の増加補強土工法。
【請求項２】
前記補強材の頭部に支圧板を締付け固定して、該補強材にプレストレスを与えることを特徴とする請求項１に記載の地盤支持力の増加補強土工法。
【請求項３】
向かい合う辺に打設された上記補強材の下方部を相互にクロスさせることを特徴とする請求項１または２に記載の地盤支持力の増加補強土工法。
【請求項４】
上記構造物基礎の周囲から下方に向けて上記補強材の形成用の斜孔を形成し、続いて、該斜孔に芯材を挿入すると共にグラウト材などの定着材を注入・硬化せしめて補強材を形成し、該補強材の頭部に支圧板を締付け固定することを特徴とする請求項１、２または３に記載の地盤支持力の増加補強土工法。
【請求項１】
既設構造物の基礎地盤の支持力を強化する工法であって、構造物基礎の周囲から下方に向けて複数の補強材を斜めに打設し、上記基礎地盤の直下の地盤を該補強材により拘束して擬似基礎化領域を形成させることを特徴とする地盤支持力の増加補強土工法。
【請求項２】
前記補強材の頭部に支圧板を締付け固定して、該補強材にプレストレスを与えることを特徴とする請求項１に記載の地盤支持力の増加補強土工法。
【請求項３】
向かい合う辺に打設された上記補強材の下方部を相互にクロスさせることを特徴とする請求項１または２に記載の地盤支持力の増加補強土工法。
【請求項４】
上記構造物基礎の周囲から下方に向けて上記補強材の形成用の斜孔を形成し、続いて、該斜孔に芯材を挿入すると共にグラウト材などの定着材を注入・硬化せしめて補強材を形成し、該補強材の頭部に支圧板を締付け固定することを特徴とする請求項１、２または３に記載の地盤支持力の増加補強土工法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１０７４８１（Ｐ２０１２−１０７４８１Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９０１５（Ｐ２０１０−２５９０１５）
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【出願人】（５１０３０７３２５）
【出願人】（５０８３７７５５４）株式会社アートンシビルテクノ (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【出願人】（５１０３０７３２５）
【出願人】（５０８３７７５５４）株式会社アートンシビルテクノ (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]