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技術 地下躯体の施工方法

出願人 鹿島建設株式会社
発明者 安永正道永山功二
出願日 2019年12月19日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2019-229029
公開日 2021年6月24日 (8ヶ月経過) 公開番号 2021-095811
状態 未査定
技術分野 地盤の調査及び圧密・排水による地盤強化
主要キーワード 吸水装置 ドライ状 ヘッドロス スパイラル管 格子点状 ライザー管 ウェルポイント 平行線群
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2021年6月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

周辺地下水位より深い位置に地下躯体基礎スラブ)を構築する場合に、ウェルポイント上手に利用して、地下水位を低下させつつ、掘削、及び、コンクリート造躯体構築を行うことができる、地下躯体の施工方法を提供する。

解決手段

施工領域(躯体構築のための掘削予定領域)内に、複数のウェルポイント10をそれぞれのライザー管11と共に平面視で格子点状に配置して、複数の並列ヘッダー管12と接続する。複数のウェルポイントで地下水位を床付地盤3以下に低下させながら、床付地盤まで掘削する。掘削完了後に、引き続き地下水位を低下させながら、床付地盤上にコンクリート造の基礎スラブ4を構築する。

概要

背景

地下水位下げる方法としては、ウェルポイント工法ディープウェル工法の2種類がある。

ウェルポイント工法は、ウェルポイントストレーナ付き吸水装置)を内径60mm程度のライザー管の先端に取付けて、地中に建て込み、地上側でライザー管の頭部をヘッダー管つなぎ、ヘッダー管を真空ポンプつなぐことで、地下水を汲み上げる。理論的にはヘッダー管の高さから10m下まで地下水位を下げることが可能であるが、実際には漏気などのヘッドロスがあり、5〜6m程度が地下水位低下能力となる。また、その地下水位低下範囲は、ウェルポイントを中心とする直径3m程度の範囲である。

従って、ウェルポイント工法は、溝状に2〜4m深度掘削を行う水道管埋設工事などに使用されることが多い。この場合、ウェルポイントは掘削予定ラインの両側に1〜3m間隔で直線的に配置される。

例えば特許文献1には、自然の地下水位よりも低い位置にある既存地下躯体改修補修を行う場合に、既存地下躯体直下の地盤から揚水して地下水位を低下させドライワークを可能にする、ウェルポイント利用地下水位低下工法が開示されている。
特許文献1では、ウェルポイントは既存地下躯体の耐圧盤を貫通させて設置されているが、ここでも、ウェルポイントは直線的に配置されている。

ディープウェル工法は、内径500mm程度のストレーナ管鋼管の外周にスリット又は孔が設けられている)を深度20〜50mまで建て込み、ストレーナ管の下端部に設置した揚水ポンプによって、ストレーナ管内部の水を排水し、管内部を低水位に保つ。これにより、周辺地盤から地下水が流入し、周辺地下水位を広範囲に低下させることが可能となる。

従って、ディープウェル工法は、大規模、大深度掘削などにおいて、使用されることが多い。

概要

周辺地下水位より深い位置に地下躯体基礎スラブ)を構築する場合に、ウェルポイントを上手に利用して、地下水位を低下させつつ、掘削、及び、コンクリート造躯体構築を行うことができる、地下躯体の施工方法を提供する。施工領域(躯体構築のための掘削予定領域)内に、複数のウェルポイント10をそれぞれのライザー管11と共に平面視で格子点状に配置して、複数の並列なヘッダー管12と接続する。複数のウェルポイントで地下水位を床付地盤3以下に低下させながら、床付地盤まで掘削する。掘削完了後に、引き続き地下水位を低下させながら、床付地盤上にコンクリート造の基礎スラブ4を構築する。

目的

本発明は、このような実状に鑑み、比較的浅く、広い領域に地下躯体を構築する場合に、ウェルポイントを上手に利用して、地下水位を低下させつつ、掘削、及び、コンクリート造の躯体構築を行うことができる、地下躯体の施工方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

地下水位を低下させながら、地下に躯体施工する方法であって、施工領域内に、複数のウェルポイントをそれぞれのライザー管と共に平面視で格子点状に配置するウェルポイント配置工程と、前記複数のウェルポイントで地下水位を低下させながら、床付地盤まで掘削する掘削工程と、掘削完了後に、引き続き地下水位を低下させながら、前記床付地盤上にコンクリート造の躯体を構築する躯体構築工程と、を含む、地下躯体施工方法

請求項2

前記ウェルポイント配置工程では、複数のウェルポイントをそれぞれのライザー管と共に平面視で互いに平行な複数の仮想線上に振り分けて配置し、同じ仮想線上の複数のライザー管に対し、地上側で、同じ仮想線に沿って延びるヘッダー管を接続する、請求項1記載の地下躯体の施工方法。

請求項3

掘削完了後、躯体構築のためのコンクリート打設前に、前記ウェルポイントのライザー管回りに鞘管を設置する鞘管設置工程と、コンクリート打設による躯体構築後に、前記ウェルポイント及び前記ライザー管を撤去するウェルポイント撤去工程と、を更に含む、請求項1又は請求項2記載の地下躯体の施工方法。

請求項4

前記ウェルポイント及び前記ライザー管の撤去後に、前記鞘管内モルタル充填するモルタル充填工程を更に含む、請求項3記載の地下躯体の施工方法。

請求項5

コンクリート打設による躯体構築後に、前記ライザー管のコンクリート上面より露出する頭部を切断除去し、コンクリート内に残置されたライザー管内にモルタルを充填するライザー管処理工程を更に含む、請求項1又は請求項2記載の地下躯体の施工方法。

請求項6

前記ウェルポイント配置工程に先立って、前記施工領域を地下水位付近まで掘削する先行掘削工程を更に含む、請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の地下躯体の施工方法。

技術分野

0001

本発明は、地下躯体(例えば基礎スラブなど)の施工方法に関し、特に周辺地下水位より深い位置に地下躯体を構築する場合に、地下水位を低下させて、地盤ドライ地下水の無い)状態にして、掘削、及び、コンクリート造躯体構築を行う方法に関する。

背景技術

0002

地下水位を下げる方法としては、ウェルポイント工法ディープウェル工法の2種類がある。

0003

ウェルポイント工法は、ウェルポイントストレーナ付き吸水装置)を内径60mm程度のライザー管の先端に取付けて、地中に建て込み、地上側でライザー管の頭部をヘッダー管つなぎ、ヘッダー管を真空ポンプつなぐことで、地下水を汲み上げる。理論的にはヘッダー管の高さから10m下まで地下水位を下げることが可能であるが、実際には漏気などのヘッドロスがあり、5〜6m程度が地下水位低下能力となる。また、その地下水位低下範囲は、ウェルポイントを中心とする直径3m程度の範囲である。

0004

従って、ウェルポイント工法は、溝状に2〜4m深度の掘削を行う水道管埋設工事などに使用されることが多い。この場合、ウェルポイントは掘削予定ラインの両側に1〜3m間隔で直線的に配置される。

0005

例えば特許文献1には、自然の地下水位よりも低い位置にある既存地下躯体改修補修を行う場合に、既存地下躯体直下の地盤から揚水して地下水位を低下させドライワークを可能にする、ウェルポイント利用地下水位低下工法が開示されている。
特許文献1では、ウェルポイントは既存地下躯体の耐圧盤を貫通させて設置されているが、ここでも、ウェルポイントは直線的に配置されている。

0006

ディープウェル工法は、内径500mm程度のストレーナ管鋼管の外周にスリット又は孔が設けられている)を深度20〜50mまで建て込み、ストレーナ管の下端部に設置した揚水ポンプによって、ストレーナ管内部の水を排水し、管内部を低水位に保つ。これにより、周辺地盤から地下水が流入し、周辺地下水位を広範囲に低下させることが可能となる。

0007

従って、ディープウェル工法は、大規模、大深度掘削などにおいて、使用されることが多い。

先行技術

0008

特許第5528200号(特開2011−236615号)公報

発明が解決しようとする課題

0009

ところで、本発明者らは、周辺地下水位よりは深いものの、比較的浅く(深度3〜4m)、広い領域(例えば矩形の場合、一辺が30〜50m)に基礎スラブを構築するという具体的課題に直面し、このような場合に好適な地下水位低下工法として、従来のウェルポイント工法とディープウェル工法を検討するに至った。

0010

ウェルポイント工法については、ウェルポイントの地下水位低下範囲は直径3m程度であり、幅5〜6mの構造物のための掘削であれば、両側に直線的に配置することで対応できるが、その幅を超える場合には幅方向中央部で地下水を下げることができず、従来工法のままでは適用できない。

0011

ディープウェル工法については、広い範囲の水位を低下させることができるものの、もともと大深度用のものなので、浅い深度の場合には、設置費、ランニングコストが大となる。また、撤去が難しく、転用できない。

0012

本発明は、このような実状に鑑み、比較的浅く、広い領域に地下躯体を構築する場合に、ウェルポイントを上手に利用して、地下水位を低下させつつ、掘削、及び、コンクリート造の躯体構築を行うことができる、地下躯体の施工方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0013

本発明は、地下水位を低下させながら、地下に躯体施工する方法であって、
施工領域(躯体構築のための掘削予定領域)内に、複数のウェルポイントをそれぞれのライザー管と共に平面視で格子点状に配置するウェルポイント配置工程と、
前記複数のウェルポイントで地下水位を低下させながら、床付地盤まで掘削する掘削工程と、
掘削完了後に、引き続き地下水位を低下させながら、前記床付地盤上にコンクリート造の躯体を構築する躯体構築工程と、
を含むことを特徴とする。

発明の効果

0014

本発明によれば、施工領域内の全域に複数のウェルポイントを格子点状に配置することで、施工領域内の全域で地下水位を下げることができ、ドライ状体で掘削、躯体構築ができる。また、ウェルポイントの設置には特別な重機などを必要とせず、容易に採用できるため、低コスト化工期短縮などに有利となる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の一実施形態としてウェルポイント配置例を示す断面図及び平面図
ウェルポイント配列方法の説明図
ウェルポイント配置までの工程図
ウェルポイント配置後の工程図
基礎工事完了状態を示す断面図
本発明の他の実施形態でのウェルポイント配置後の工程図

実施例

0016

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態として地下躯体(基礎スラブ)の施工工事におけるウェルポイントの配置例を示すもので、(A)は断面図、(B)は平面図である。

0017

本実施形態は、施工地盤1から比較的浅い、例えば深度3〜4mの位置に、例えば一辺が30〜50m程度の平面視で矩形の基礎スラブ4を構築し、更に、基礎スラブ4上の適当な位置に、図示しない地上側の構造物を支持するためのペデスタル(柱)5を立設する工事例とする。なお、基礎スラブ4は、矩形でなくてもよく、例えば円形などであってもよい。

0018

このため、施工地盤1を掘削計画線2に沿って床付地盤3まで掘削し、床付地盤3上にコンクリート造の基礎スラブ4を構築し、ペデスタル5の立設後、基礎スラブ4回りを埋め戻す工事となる。

0019

本工事では、周辺の地下水位WLが床付地盤3より高い。従って、施工地盤1を掘削計画線2に沿って床付地盤3まで掘削する間、及び、掘削後に床付地盤3上にコンクリート造の基礎スラブ4を構築する間、多数のウェルポイント10を利用して、地下水位を少なくとも床付地盤3以下に低下させる必要がある。

0020

ウェルポイント10は、地中に鉛直方向に建て込まれるライザー管11の先端(下端)に装備されるストレーナ付き吸水装置である。従って、ウェルポイント10と同数のライザー管11がある。
ウェルポイント10(及びライザー管11)は、複数本ずつ、地上側のヘッダー管12、及び、ヘッダー管12の一端部に装備される真空ポンプ13と一緒に使用される。なお、1列のヘッダー管12に1つの真空ポンプ13を設置する場合と、複数列のヘッダー管12にこれらをまとめて1つの真空ポンプ13を設置する場合とがある。

0021

ここにおいて、ウェルポイント10(及びライザー管11)は、平面視で、施工領域(躯体構築のための掘削予定領域、すなわち、掘削計画線2の内側の領域であり、更には必要によりその外側の隣接領域を含む。言い換えれば、掘削時の法肩線を最外側とする領域ということもできる。)に、格子点状(碁盤の目状)に配置される。より具体的には、縦横に、例えば3m×3m間隔で、配置される。また、縦方向m個、横方向にn個とすると、全体でm×n個配置される。

0022

ウェルポイント10(及びライザー管11)の配置例について、図2により、もう少し説明する。

0023

図2(A)は最も単純な配置例で、ウェルポイント10は、平面視で、2つの平行線群が交差する格子点(すなわち、第1の平行線群PL1と、これに交差する第2の平行線群PL2との多数の交点)上に配置する。

0024

なお、図2(A)では第1の平行線群PL1と第2の平行線群PL2とは直角に交差しているが、必ずしも直角でなくてもよく、角度をもって斜めに交差し、その交点上に、ウェルポイント10を配置するようにしてもよい。

0025

図2(B)はウェルポイント10を三角格子の格子点上に配置した例であり、このように配置してもよい。

0026

いずれの配置例でも、複数のウェルポイント10(及びライザー管11)は、平面視で互いに平行な複数の仮想線上に振り分けられて配置されている。すなわち、図2(A)の例では、例えば第1の平行線群PL1を構成する線(仮想線)上に振り分けられており、図2(B)の例でも、例えば第1の平行線群PL1を構成する線(仮想線)上に振り分けられている。

0027

地上側で、上記の複数の仮想線のそれぞれに沿わせて、ヘッダー管12を配置することにより、同じ仮想線上の複数のライザー管11に対し、同じ仮想線に沿って延びるヘッダー管12を接続することができる。

0028

従って、図1(B)において、ウェルポイント10(及びライザー管11)が縦方向にm個、横方向にn個あるとすると、縦方向に延在するヘッダー管12がn本用いられ、各ヘッダー管12は縦方向に並ぶm個のライザー管11と連通する。

0029

ウェルポイント10(及びライザー管11)の建て込み深さについては、地下水位を床付地盤3以下に低下させることができるように、ウェルポイント10が少なくとも床付地盤3より深い位置となるようにする。

0030

次に、上記配置のウェルポイントを用いて行う、地下躯体の施工方法について、図3及び図4により、工程順に説明する。

0031

図3(A)は施工前の地盤(施工地盤1)を示している。図3(A)にはまた、掘削計画線2、掘削予定の床付地盤3、構築予定の基礎スラブ4及びペデスタル5を点線で示している。

0032

先行掘削工程〕
図3(B)に示すように、ウェルポイント10の配置に先立って、施工領域(掘削計画線2の内側)を地下水位WL付近(詳しくは地下水位WLと同じ高さ位置か、これより高い位置)まで掘削する。ウェルポイント10が配置されていない状態の方が掘削が容易なため、地下水が漏出する恐れのない深さまで、先行して掘削するのである。

0033

〔ウェルポイント配置工程〕
図3(C)に示すように、ウェルポイント10及びライザー管11を床付地盤3より深い位置まで建て込み、地上側でライザー管11の頭部(上端)にヘッダー管12を接続する。このとき、図1で説明したように、多数のウェルポイント10(及びライザー管11)を、施工領域の全域に、平面視で格子点状に配置する。

0034

なお、ウェルポイント10及びライザー管11は、ウェルポイント10からのジェット水によって人力で建て込むことが一般的であり、建て込みは容易である。地中に下孔をあけてから、挿入してもよい。

0035

〔掘削工程〕
図4(A)に示すように、多数のウェルポイント10で地下水位を床付地盤3以下に低下させながら、床付地盤3まで掘削する。

0036

鞘管設置工程〕
図4(B)に示すように、掘削により床付地盤3上に露出したライザー管11の回り(基礎スラブ4構築のためのコンクリート打設によりコンクリートに覆われる部分)に鞘管20を設置する。

0037

鞘管20の内径は、例えば、直径60mmのライザー管11に対し、150mm程度とする。鞘管20としては、鋼管の他、塩ビ管スパイラル管などを使用できる。また、鞘管20は、半割分割構造として、両側から挟み込むように設置すると、設置が容易となる。

0038

コンクリート躯体構築工程〕
同じく図4(B)に示すように、床付地盤3上にコンクリートを打設して、基礎スラブ(地下躯体)4を構築する。このとき、ライザー管11は鞘管20により覆われているので、その後のライザー管11及びウェルポイント10の回収が可能となる。なお、基礎スラブ4の構築に先立って、床付地盤3上に、基礎砕石、均しコンを施す。

0039

かかる鞘管設置工程及びコンクリート躯体構築工程中も、引き続き、多数のウェルポイント10で地下水位を床付地盤3以下に低下させながら、作業を行う。
基礎スラブ4の構築後は、地盤が安定するので、ウェルポイント10による地下水位低下を終了させて、地下水位を戻すことが可能となる。

0040

〔ウェルポイント撤去工程〕
図4(C)に示すように、コンクリート打設による基礎スラブ4の構築後に、鞘管20内から、ライザー管11及びウェルポイント10を引き抜いて、撤去・回収する。

0041

鞘管内モルタル充填工程〕
同じく図4(C)に示すように、ライザー管11及びウェルポイント10の撤去・回収後に、鞘管20内にモルタル22を充填する。

0042

その後は、図5に基礎工事完了状態を示すように、基礎スラブ4上にペデスタル(柱)5を立設し、基礎スラブ4の回りを元の施工地盤1の高さまで埋め戻す。

0043

本実施形態によれば、施工領域内の全域に複数のウェルポイント10を格子点状に配置することで、施工領域内の全域で地下水位を下げることができ、ドライ状体で掘削、躯体構築ができる。また、ウェルポイント10の設置には特別な重機などを必要とせず、容易に採用できるため、低コスト化、工期短縮などに有利となる。

0044

また、本実施形態によれば、ウェルポイント配置工程では、複数のウェルポイント10をそれぞれのライザー管11と共に平面視で互いに平行な複数の仮想線上に振り分けて配置し、同じ仮想線上の複数のライザー管11に対し、地上側で、同じ仮想線に沿って延びるヘッダー管12を接続する。従って、ヘッダー管12の配置や、ライザー管11との接続も、1列ごとに、効率的に行うことができる。

0045

また、本実施形態によれば、鞘管20を用いることで、ウェルポイント10及びライザー管11の撤去、回収そして転用が可能となる。そして、ウェルポイント10及びライザー管11の撤去後の鞘管20内にはモルタル22を充填することで、高品質の躯体を構築することができる。

0046

また、本実施形態によれば、ウェルポイント配置工程に先立って、施工領域を地下水位付近まで掘削する先行掘削工程を更に含むことにより、掘削効率の悪化を極力抑制することができる。

0047

次に本発明の他の実施形態について図6により説明する。本実施形態は、コンクリート内に埋設されるウェルポイントを回収せず、残置するようにしたものである。

0048

図6は他の実施形態でのウェルポイント配置後の工程図である。従って、ウェルポイント配置までの工程は、図3(A)〜(C)と同じであり、説明を省略する。

0049

〔掘削工程〕
図6(A)に示すように、図4(A)と同様、多数のウェルポイント10で地下水位を床付地盤3以下に低下させながら、床付地盤3まで掘削する。

0050

〔コンクリート躯体構築工程〕
図6(B)に示すように、引き続き、多数のウェルポイント10で地下水位を床付地盤以下に低下させながら、床付地盤3上にコンクリートを打設して、基礎スラブ(地下躯体)4を構築する。本実施形態では、鞘管を使用しないので、ライザー管11は頭部を除いて埋設される。

0051

基礎スラブ4の構築後は、地盤が安定するので、ウェルポイント10による地下水位低下を終了させて、地下水位を戻すことが可能となる。

0052

〔ライザー管処理工程〕
図6(C)に示すように、コンクリート打設による基礎スラブ4の構築後に、ウェルポイント10のライザー管11のコンクリート上面より露出する頭部を切断除去し、その後、コンクリート内に残置されたライザー管11内にモルタルを充填する。
但し、地下躯体内に埋設されない外側のウェルポイント10及びライザー管11については回収する。

0053

その後は、図5に基礎工事完了状態を示したように、基礎スラブ4上にペデスタル(柱)5を立設し、基礎スラブ4の回りを元の施工地盤1の高さまで埋め戻す。

0054

本実施形態によれば、鞘管を用いないので、その設置作業の分、作業効率を向上できる。また、ウェルポイントを回収しないので、その回収作業の分も、作業効率を向上できる。よって工期を短縮できる。

0055

また、本実施形態によれば、コンクリート打設による躯体構築後に、ライザー管11のコンクリート上面より露出する頭部を切断除去し、コンクリート内に残置されたライザー管11内にモルタルを充填するライザー管処理工程を更に含むことにより、高品質の躯体を構築することができる。

0056

なお、図示の実施形態はあくまで本発明を概略的に例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

0057

また、本明細書でいう「平行」とは、土木分野での「平行」である。従って、実際の土木作業において当然に生じ、また許容される、傾き等の誤差を含んでもよいことは言うまでもない。

0058

1施工地盤
2掘削計画線
3 床付地盤
4基礎スラブ(地下躯体)
5ペデスタル
10ウェルポイント
11ライザー管
12ヘッダー管
13真空ポンプ
20鞘管
22 モルタル

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