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公開番号2024180708
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2024187050,2021111726
出願日2024-10-24,2021-07-05
発明の名称地下壁杭構造
出願人大成建設株式会社
代理人弁理士法人お茶の水内外特許事務所
主分類E02D 5/44 20060101AFI20241219BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】壁状体の底部が壁厚方向に拡底された地下壁杭構造において、地盤との摩擦強度を向上させることができる地下壁杭構造を開発する。
【解決手段】壁状体の底部が壁厚方向に拡底された地下壁杭構造であって、壁厚方向に一定の壁厚を有する壁状体本体と、底部が壁厚方向に拡底された拡底部と、を備え、拡底部は、底が壁厚方向にアーチ形状であり、拡底部の側面は弧状を有する拡翼指に形成されており、拡翼指は、単独あるいは複数が連続して設けられている地下壁杭構造。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
壁状体の底部が壁厚方向に拡底された地下壁杭構造であって、
壁厚方向に一定の壁厚を有する壁状体本体と、
底部が壁厚方向に拡底された拡底部と、を備え、
拡底部は、底が壁厚方向にアーチ形状であり、拡底部の側面は弧状を有する拡翼指に形成されており、
拡翼指は、単独あるいは複数が連続して設けられていることを特徴とする地下壁杭構造。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
拡翼指の底面は、凸型曲面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の地下壁杭構造。
【請求項３】
拡底部は、壁状体の長手方向に部分的、断続的あるいは全長に渡って形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の地下壁杭構造。
【請求項４】
拡底部は、壁状体の両面あるいは片面に形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の地下壁杭構造。
【請求項５】
壁状体の側面の中間部に、周面を曲面とする膨出部が形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の地下壁杭構造。
【請求項６】
拡底部は、下方に突軸部を有することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の地下壁杭構造。
【請求項７】
地下壁杭構造の拡底部の形状に掘削する掘削装置であって、
フレーム躯体とフレーム躯体の下方に設けられた回転揺動掘削体を備えており、
フレーム躯体は、上部に地盤に圧接する上部スタビライザー、下部に地盤に圧接する下部スタビライザーが設けられており、
回転揺動掘削体は、フレームに水平に設けられた取付軸に、周面にビットが取り付けられたシャフトが回転と揺動可能に取り付けられていることを特徴とする地下壁杭構造の拡底部を形成する拡翼掘削装置。
【請求項８】
シャフトの揺動に伴う傾斜を計測する傾斜計が設けられていることを特徴とする請求項７記載の拡翼掘削装置。
【請求項９】
フレーム躯体には排泥管が装着されており、シャフトは先端が開放された中空パイプで形成されており、シャフトの後端が排泥管に接続した排泥機能を備えたことを特徴とする請求項７又は８記載の拡翼掘削装置。
【請求項１０】
回転揺動掘削体には、シャフトが複数設けられており、
シャフトは隣接する回転軌跡が重複しないように配置されていることを特徴とする請求項７～９のいずれかに記載の拡翼掘削装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下壁杭構造に関する。特に、建築構造物の基礎杭の機能を果たす壁杭などに利用される地下壁杭構造に関する。
続きを表示（約 6,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の地下壁杭は深さ方向に同じ壁厚を有していた。その後、深さ方向に掘削断面形状（壁厚）が異なる地下壁杭を構築して、基礎の先端での支持力を確保するか、それとも全体の剛性を大きくして変形量を小さくする等の理由により、深さ方向に異なる壁厚を有する地下壁杭が開発されている。山留め用の連壁でも水圧や土圧は深さ方向によって変化するので、深さ方向に応じて壁厚が異なるものが使用される。
拡底部や途中に拡幅部を設ける従来例として、次のような提案がなされている。
特許文献１（特開平９－２２８３９８号公報）には、建物の基礎杭として先端部分の杭径を拡大した拡底杭を用いて、支持力を増大させることが開示されている。
特許文献２（特開平６－３３６７２５号公報）には、拡底部を有する地下壁杭が開示されている。掘削機として、水平に配置されたロータリーカッタを用い、拡底部では、ロータリーカッタを下部では増やして拡底部の掘削する掘削機を使用すること
が開示されている。
特許文献３（特開２００９－２１５６号公報）には、拡底部と中間に拡幅部を設けた壁杭が開示されている。鉛直方向を軸として回転可能なケリーバーと、ケリーバーの下端部に取り付けられるバケット部とを備えた掘削機を用いることが開示されている。
本出願人は、アーチ状の底面を有する拡底部を備えた地下壁杭を特許文献４（特開２０１９－１００１２４号公報）として提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平０９－２２８３９８号公報
特開平０６－３３６７２５号公報
特開２００９－００２１５６号公報
特開２０１９－１００１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、壁状体の底部が壁厚方向に拡底された地下壁杭構造において、地盤との摩擦強度を向上させることができる地下壁杭構造を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１．壁状体の底部が壁厚方向に拡底された地下壁杭構造であって、
壁厚方向に一定の壁厚を有する壁状体本体と、
底部が壁厚方向に拡底された拡底部と、を備え、
拡底部は、底が壁厚方向にアーチ形状であり、拡底部の側面は弧状を有する拡翼指に形成されており、
拡翼指は、単独あるいは複数が連続して設けられていることを特徴とする地下壁杭構造。
２．拡翼指の底面は、凸型曲面に形成されていることを特徴とする１．記載の地下壁杭構造。
３．拡底部は、壁状体の長手方向に部分的、断続的あるいは全長に渡って形成されていることを特徴とする１．又は２．記載の地下壁杭構造。
４．拡底部は、壁状体の両面あるいは片面に形成されていることを特徴とする１．～３．のいずれかに記載の地下壁杭構造。
５．壁状体の側面の中間部に、周面を曲面とする膨出部が形成されていることを特徴とする１．～４．のいずれかに記載の地下壁杭構造。
６．拡底部は、下方に突軸部を有することを特徴とする１．～５．のいずれかに記載の地下壁杭構造。
７．地下壁杭構造の拡底部の形状に掘削する掘削装置であって、
フレーム躯体とフレーム躯体の下方に設けられた回転揺動掘削体を備えており、
フレーム躯体は、上部に地盤に圧接する上部スタビライザー、下部に地盤に圧接する下部スタビライザーが設けられており、
回転揺動掘削体は、フレームに水平に設けられた取付軸に、周面にビットが取り付けられたシャフトが回転と揺動可能に取り付けられていることを特徴とする地下壁杭構造の拡底部を形成する拡翼掘削装置。
８．シャフトの揺動に伴う傾斜を計測する傾斜計が設けられていることを特徴とする７．記載の拡翼掘削装置。
９．フレーム躯体には排泥管が装着されており、シャフトは先端が開放された中空パイプで形成されており、シャフトの後端が排泥管に接続した排泥機能を備えたことを特徴とする７．又は８．記載の拡翼掘削装置。
１０．回転揺動掘削体には、シャフトが複数設けられており、
シャフトは隣接する回転軌跡が重複しないように配置されていることを特徴とする７．～９．のいずれかに記載の拡翼掘削装置。
１１．回転シャフトの先端に、先端に向かって縮径するビットが設けられていることを特徴とする７．～１０．のいずれかに記載の拡翼掘削装置。
【発明の効果】
【０００６】
１．アーチ状の底面を有する拡底部を備えた地下壁杭構造は、アーチ状の拡底部の曲面に沿って地盤反力が働くので、フラットの拡底部に比べて、地盤反力が偏在しないので、ひび割れなどの損傷が抑制された高支持力の地下壁杭を形成することができる。
そして、拡底部の側面には弧状曲面を備えた拡翼指を設けたので、拡底部側面に形成された凸凹と地盤の摩擦が大きくなる。
上部躯体の柱部分など高軸力が作用する箇所の直下に重点的に拡底部を備えた地下壁杭を形成する。
拡底部を設けることにより、地震による引き抜き抵抗や剪断抵抗を向上させることができる。
２．拡翼指の底部に凸型曲面を設けることにより、凸型曲面が支持地盤内に突出して支持地盤に固定された状態となり、さらに、地下壁杭構造を支持地盤に強固に支持させることができる。さらに、拡底部から下方に突軸部を設けることにより、地下壁杭構造が支持地盤に強固に支持させることができる。
３．拡底部は、壁状体の長手方向に全長、部分的、あるいは断続的に形成することができる。また、拡底部を壁状体の両面あるいは片面に形成することができる。さらに、大きさの異なる拡底部を設けることができる。このように、拡底部の形成箇所、大きさを設定することにより、躯体の部分に応じた支持力を負担する地下壁部分を設計することができる。あるいは、地盤強度に応じた地下壁杭を設計することができる。さらに、隣接地や隣接建物との関係で、外側への張り出しが制限される場合は、外側の拡底部を小さくする、あるいは、設けずに内側にのみ設けることができる。例えば、地下掘削時の山留め壁に使用できる。
さらに、壁状体の壁面に中間に膨出部を設けることにより、地盤の支持力及び地盤との摩擦を向上させることができる。
４．拡底部の下方に突軸部を備えた地下壁杭は鉛直性が確保され、せん断抵抗が向上した壁杭構造が実現できる。
５．拡底部は、０°以上９０°以下の間で、必要な支持力に応じて設定することができる。好ましくは、４０°以内に形成される。
６．これらの拡底部は、軸が回転し、シャフトが揺動する回転揺動掘削体を備えた拡翼掘削機を用いることにより、高精度に製造することができる。
地盤に設けた削孔壁面を押圧することができるスタビライザーを掘削機の本体フレームの上部と下部に設けたので、掘削機本体を安定して固定することができ、下部の回転揺動掘削体の制動精度向上させることができ、掘削壁面の正確性が向上した。傾斜計を設けて、シャフトが揺動する角度を計測して拡底部の張り出し量をコントロールできる。
その結果、拡翼の張り出し角度、拡翼指の弧状の曲面形状の精度が向上し、設計に応じた施工ができるようになった。試験施工した地下壁杭を掘り出して、実物確認をしたところ、本発明の拡底部を備えた地下壁杭は設計精度を十分に満足していることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
拡底部付き地下壁杭の例を示す図。
拡底部付き地下壁杭の基本三面を示す図。
拡翼指の凸状底面の例を示す図。
拡底部の張り出し形態を示す図。（ａ）両側同張出拡底、（ｂ）左右偏張出拡底、（ｃ）片側拡底。
壁の中間に膨出部が形成された状態を示す図。（ａ）両側同張出拡底、（ｂ）左右偏張出拡底、（ｃ）片側拡底。
地下壁杭の拡底部の平面的配置の例を示す図。（ａ）全長両側拡底、（ｂ）全長片側拡底、（ｃ）部分拡底。
地下壁の配置と拡底部形成例を示す図。（ａ）田の字配置地下壁の例、（ｂ）Ｔ字部割付例、（ｃ）Ｌ字部割付例、（ｄ）十字部割付例。
壁杭の配置例（碁盤目、多重郭）を示す図。
拡底部を備えた地下壁杭の実例を示す図。（ａ）拡底部の下半部、（ｂ）拡底部の上半部。
拡底部掘削装置の例を示す図。（ａ）拡翼掘削機、（ｂ）平面図、（ｃ）底面図、（ｄ）側面図、（ｅ）先端ビットの例。
掘削工程を示す図。（ａ）地下壁軸部掘削工程、（ｂ）拡底部粗掘削工程、（ｃ）底部掘削残土排出工程、（ｄ）拡底部仕上掘削工程、（ｅ）底部掘削残土排出工程。
【０００８】
本発明は、壁状体の下部が広がった拡底部を有し、底面がアーチ状である拡底部を備えた地下壁杭構造であって、拡底部の側面に弧状の曲面を備えた拡翼指を形成した地下壁構造である。拡底部のアーチ状の底面は、アーチ状の曲面に沿って地盤反力が作用するために、フラットな拡底部で生じる地盤反力等の偏在はなく、ひび割れなどの損傷が抑制された高支持力の地中連壁となり、さらに、拡底部の側面には弧状の曲面によって形成された凸凹が地盤としっかり密着して摩擦抵抗が大きくなり、安定性が向上する。本発明の拡底部を備えた地下壁杭は、大きな支持力と引き抜き抵抗を得ることができる。
拡底部の設定は、壁状体に対して、左右に連続、片方、部分的、あるいは断続的に設けることができる。また、拡底部の大きさである張り出しは、左右対称、左右非対称とすることができる。また、壁状体の途中側面に膨出部を設けることもできる。
拡底部の設置箇所、設置長さ、大きさ、中間高さの膨出部と組み合わせることにより、各種多様な地下壁杭を設計することができる。
本発明の地下壁杭は、場所打ち杭であり、この多様な地下壁杭を施工するために掘削孔を正確に掘削できる掘削装置を開発することによって、建築設計に実用できる施工方法を開発し、本発明を実用できるレベルに完成させた。
【０００９】
本発明の地下壁杭は、建物などの建築構造物の壁杭などの基礎支持構造あるいは、山留
め用の連壁などに使用できる。
本発明で開発した拡底部を有する場所打ち連続地中壁杭構築工法は、大きな支持力や引抜き抵抗を得るため、連続地中壁の先端部にアーチ形の底面を備えた拡底部を設ける工法であり、拡底部の側面に弧状の曲面を備えた指状に凸凹を設ける工法である。
連続した壁状の杭機能を発揮するので本発明の地下壁杭は、単独杭を配置する場合に比べて、高い地盤支持力が確保できる。特に高層建物では、建物重量も増加するために、地下壁杭による杭構造が適している。また、建物を連続した面で支えるので安定性も向上する。拡底部の底面がアーチ状に湾曲しているので、壁杭本体の建物厚さを一様に増加させることなく、壁杭先端に拡底部を設けることで、支持地盤の支持面積が増加されるために、地下壁杭の荷重耐力が向上する。そして、拡幅部が無筋であっても、アーチ状のアーチ面にそって荷重が分散するが、平坦面を有する拡幅部を備えた壁杭では、荷重が面的に偏在するので、ひび割れなど損傷のリスクがあって、底面積に比べて設定荷重耐力に限界がある。そして、拡底部の側面の弧状の凹凸によって、地盤との摩擦抵抗が大きくすることができた。
本発明は、掘削用ビット付きシャフトを軸が振り子のように揺動するので、拡底部の底面がアーチ状になり、壁杭の支配面積を増大できる。そして、回転するビット付きのシャフトによる隔壁掘削部の側面は、弧状に仕上げられる。本発明では、掘削機の固定性を向上させることと、シャフトの揺動角度を測定して、掘削孔の形状管理精度を向上させることができたので、本発明の特殊な形状の拡底部付きの地下壁構造を実現することができた。加えて、拡底部の掘削装置に排泥機能を持たせたので、掘削土砂を速やかに排出することができ、掘削土砂が散乱して、掘削壁面を壊すリスクを減らすことができたので、更に、拡底部の出来形精度を向上させることができている。
【００１０】
＜地下壁杭＞
本発明の地下壁杭構造である壁杭の例を図１に示す。
壁杭１０は、建物の基礎などに沿って長く伸びる壁状体２とその下側に拡底部３を有し、その拡底部の底面がアーチ形底面３４となっており、拡底部の側面３２の表面は弧状にいくつか連なっていて指状の拡翼指３１を形成している。壁杭１０の下部には突軸部４が設けられている。この突軸部４は設けられない場合もある。
拡底部３は、壁杭１０の鉛直方向に対して拡底角度θを有する扇形の断面を備えており、壁状体２の両面あるいは片面に設けられている。図示では、右拡底部３ａ、左拡底部３ｂが設けられ、拡翼指３１、弧状の側面３２を備えた３つ（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）が連続して形成されている。
拡底部の底面がアーチ形であることにより、上部構造の負荷（鉛直荷重、特に圧縮軸力）を安定して支持することができ、平らな底面に比べて、大きな鉛直荷重を負担でき、高い支持力を発揮することができる。あるいは、壁圧を薄くすることができる。弧状の側面は地盤との摩擦が大きくなり壁杭の長手方向のせん断抵抗が大きくなる。また、壁杭の長手方向に斜めに働く引き抜き抵抗も大きくなり、建物をひねるような地震荷重に対して抵抗性を発揮することができる。
また、拡底部において、壁状部よりも拡幅している部分は、配筋することが難しいので、無筋とすることにより、地震などで大きな負荷がかかると、ひび割れなどが入って損傷しやすく、拡底部を大きくすることが難しい。本発明は拡底部の底面をアーチ形とすることにより、拡底部が安定し、耐荷重が向上する。
鉄筋は、本地下壁杭構造の形に地盤を掘削した孔に壁状部の厚さに沿う組鉄筋を挿入する。壁状体から広がった部分には鉄筋を配筋することは難しく、無筋になることが多い。
この地下壁杭構造は、建物の壁状の基礎構造や山留め壁を兼用する壁杭などに適している。
（【００１１】以降は省略されています）

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