JP3265061B2 - 地下構造物の構築方法 - Google Patents

地下構造物の構築方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、地下建設工事におい
て、地上でのコンクリート打ちによる躯体工事と、地下
の掘削工事とが並行して行えるようにした地下構造物の
構築方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】地下階の建設工事などで、一般的には、
地下を掘削してから、基礎を含む躯体のコンクリート打
ちを行っており、例えば、通常の場合とは逆に上階から
下階へとコンクリートを打ち下げてゆく逆打ち工法もあ
る。また、基礎工法の一つとして、筒円状または箱状の
ケーソン、あるいは地下室全体を地上で築造し、下部を
掘り下げて沈設するケーソン工法もある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般的な地下
建設工事や逆打ち工法では、地下を掘削してから、コン
クリート打ちするため、工期が長いものとなっていた。
また、ケーソン工法の場合は、地上で躯体工事ができる
利点はあるが、大がかりな工事となり、工期も長いとい
う欠点があった。
【0004】そこで、本発明の目的は、地上での躯体工
事と並行して地下の掘削工事が行えるようにして、工期
短縮が図れるようにした地下構造物の構築方法を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべく
本発明は、下方のものより上方のものの径を大きくした
複数の筒部材を伸縮自在に組み付けてなる気密性を有す
るケーシングを用い、このケーシングを地中に明けた杭
孔に伸張状態で挿入して、最上部の筒部材を除いてケー
シング内にコンクリートを打ち込んでコンクリート杭を
形成した後、前記最上部の筒部材内への液体の注入と、
地上での前記最上部の筒部材の上端を含んでコンクリー
トの打ち込みによるコンクリート基礎の形成とを行って
から、前記最上部の筒部材内の液体を凍結させることに
よって氷柱を形成し、この氷柱を形成した状態で、地中
の地下空間部分の掘削と、地上での前記コンクリート基
礎の上へのコンクリートの打ち込みによるコンクリート
構造物の形成とを並行して行った後、前記氷柱を解かし
て液体に戻し、その液体を前記最上部の筒部材内から徐
々に排出することにより、前記最上部の筒部材を徐々に
沈めていって、前記地下空間に前記コンクリート基礎お
よび前記コンクリート構造物からなる地下構造物を沈埋
させる工法としている。
【0006】
【作用】コンクリート杭のケーシングを、下方のものよ
り上方のものの径を大きくした複数の筒部材を伸縮自在
に組み付けてなる気密性を有するものとして、その最上
部の筒部材を含んだ地上でのコンクリート基礎の形成
と、最上部の筒部材内への液体の注入とを行って、その
最上部の筒部材内へ注入した液体を凍結させて氷柱とす
ることにより、コンクリート基礎を氷柱で支持できるの
で、地下空間部分を掘削できる。従って、地下空間部分
の掘削と並行して、地上での地下構造物の形成が行え
る。
【0007】そして、氷柱を解かして戻した液体を最上
部の筒部材内から徐々に排出していくことにより、その
最上部の筒部材が地下構造物の荷重で徐々に沈んでいく
ので、地下空間に地下構造物を沈埋させられる。従っ
て、地上で建設する地下構造物をジャッキアップさせて
おくための設備の撤去が一切不要であり、ケーシングを
そのまま埋めておける。
【0008】
【実施例】以下に、本発明に係る地下構造物の構築方法
の実施例を図1乃至図9に基づいて説明する。
【0009】先ず、図1は本発明を適用した一例として
のコンクリート杭の施工状態を示すもので、GLはグラ
ンドレベル、1は杭孔、2は本発明に使用するケーシン
グ、7はコンクリート杭である。図示のように、例え
ば、アースドリル等により地中に明けた杭孔1にケーシ
ング2が挿入され、このケーシング2内の所定位置まで
コンクリート杭7が打設されている。
【0010】ケーシング2は、例えば、図2に示すよう
に、鋼管による3本の円筒部材3,4,5からなる伸縮
自在で、互いの継手構造部が気密性を有するものであ
る。即ち、径が最も大きい最上部の円筒部材3に、これ
よりも径の小さい中間部の円筒部材4を摺動自在に組み
込んで、さらに、この円筒部材4に、最も径の小さい最
下部の円筒部材5を摺動自在に組み込むことによって、
伸縮自在なケーシング2を構成する。なお、ケーシング
2としては、少なくとも2本の円筒部材3,4からなる
ものでもよく、勿論、4本以上の円筒部材からなるもの
でもよい。
【0011】そして、少なくとも最上部の円筒部材3と
その下の円筒部材4との継手部に関しては、例えば、図
3に示すような気密構造を有している。即ち、図3
(a)の例では、上方の円筒部材3の下端を下方の円筒
部材4の外周に摺接する小径部3aとすると共に、下方
の円筒部材4の上端を上方の円筒部材3の内周に摺接す
る大径部4aとして、その間にシールリング6を介設す
る。また、図3(b)の例では、上方の円筒部材3の内
周に下方の円筒部材4の外周が摺接するようにした上
で、上方の円筒部材3の下端に内周環状溝3bを形成す
ると共に、下方の円筒部材4の上端に外周環状溝4bを
形成して、その間にシールリング6を介設する。なお、
他の継手部に同様の気密構造を採用してもよい。
【0012】本発明は、このような伸縮自在で気密性を
有するハウジング2を使用して、地下構造物を構築する
方法を特徴とするものであり、先ず、第1の工程では、
3本の円筒部材3,4,5を互いに引き伸ばした状態で
ケーシング2をクレーンで引き上げて、例えば、アース
ドリル等により地中に明けた杭孔1に、その伸張状態の
ケーシング2を挿入してから、このケーシング2内の最
上部の円筒部材3を除いた所定位置までコンクリートを
打ち込んで、コンクリート杭7を施工する。
【0013】次に、第2の工程では、図4に示すよう
に、地上に突出した円筒部材3の上端をハッチ8で閉塞
してから、所定の型枠工事を行い、コンクリートを打ち
込んで、所定のコンクリート基礎9を施工する。このコ
ンクリート基礎9は、所定のフーチング、地中梁、耐圧
盤を含むものであり、このように、地上での安全作業に
よりコンクリート基礎9を施工する。なお、このコンク
リート基礎9の打設の際に、ハッチ8を貫通して円筒部
材3内と基礎上とをつなぐ導水管11を埋設しておく。
この導水管11は上部に弁12を備える。
【0014】そして、次の第3の工程では、導水管11
から円筒部材3内に液体を注入する。即ち、図5に示す
ように、円筒部材3内に水13を満たす。この場合、円
筒部材3,4間の接続部はシールリング6により気密に
保たれているので、水漏れは無い。また、このように水
13を満水状態とした円筒部材3の周りを適宜掘削して
凍結用掘削空間14を形成し、円筒部材3内に満水状態
の水13を凍結させる。その凍結は、例えば、円筒部材
3の周りをフリージングジャケット15にて覆うことに
より行う。
【0015】このフリージングジャケット15は、例え
ば、図6に示すように、円筒形を縦方向に半割してつな
いだジャケット半体16,16からなるもので、そのジ
ャケット半体16,16内には、冷媒通路17,17が
張り巡らされている。このフリージングジャケット15
に、例えば、地上に別置きしたフリージング装置18の
接続管を接続して、フリージング装置18の運転により
冷媒を循環させることによって、図7に示すように、氷
柱21を造る。この氷柱21によって、コンクリート基
礎9の荷重を支持することができる。また、横方向の揺
れは鋼管による円筒部材3で持たせている。
【0016】次に、第4の工程では、フリージング装置
18の常時運転または間欠運転により氷柱21の状態を
維持したままで、図7に示すように、コンクリート基礎
9の下方において、さらに広く深くする所定の地下空間
22の掘削工事を行うと共に、その掘削工事と並行し
て、地上では、コンクリート基礎9上に、所定の型枠工
事を行い、コンクリートを打ち込んで、所定のコンクリ
ート壁23,23およびスラブ24を施工する。こうし
て、所定の地下構造物25を地上で建設する。
【0017】そして、このような並行した地下空間22
の掘削工事と地上での地下構造物25の建設が終わった
なら、次の第5の工程では、フリージング装置18の運
転を止めてフリージングジャケット15を外し、氷柱2
1の解凍を開始する。この氷柱21の解凍は、常温での
解凍によっても、適宜の解凍装置や暖房装置を使用する
等して積極的に解凍させるようにしてもよい。
【0018】また、このような氷柱21の解凍と並行し
て、導水管11の弁12を開けることより、円筒部材3
内で解けた水の排出を行う。即ち、円筒部材3には、コ
ンクリート基礎9が接続されていて、地下構造物25の
荷重がかかっているので、図8に示すように、円筒部材
3内からの水の導水管11を通した排出と、円筒部材3
の下方の円筒部材4の外周に沿った摺動による沈み込み
が徐々に行われる。なお、耐圧の弁12を使用して、そ
の弁12の開閉を制御することで、排出水量を制御し
て、円筒部材3の沈み込む速度を緩やかに制御できる。
【0019】こうして、地下構造物25を徐々に下降さ
せて、図9に示すように、地下空間22に沈埋させた
後、導水管11から円筒部材3内の隙間にグラウト26
を流し込む。このグラウト26の固化によって、コンク
リート杭7とコンクリート基礎9を互いに接合する。
【0020】ところで、図9に示したように、1階フロ
アレベル1FL上には、1階コンクリート壁27,27
等の地上構造物が打設される。この地上構造物について
は、以上の地下構造物25の沈埋完了後において、スラ
ブ24上に打設しても、あるいは、前記第4の工程での
地下構造物25の建設に連続して打設してもよい。
【0021】以上の通り、本発明は、ケーシング3の内
部に氷柱21を造って、地下空間の掘削工事と地上での
躯体工事を行うものであり、ケーソン工法のような大が
かりな工事を必要とせずに、工期を短縮することができ
る。
【0022】なお、以上の実施例においては、建物全体
を示すような図面を基に説明したが、平面が広い場合、
即ち、何スパンもある平面を持つ広い建物では、各柱と
基礎の杭に本発明を適用すればよい。その場合、全体の
氷柱の解凍や排水をコントロールして、広い平面全体を
均一に下降させるようにする。
【0023】さらに、実施例では、地下室を有する建物
としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、地
下に少なくとも一部を埋設する建造物であってもよい。
また、ケーシングの継手部の気密構造やフリージング装
置の構成等も任意であり、例えば、液体窒素を利用して
液体を氷柱にする手法等も考えられる。その他、ケーシ
ング内に注入する液体は水以外の液体でもよく、具体的
な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿
論である。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る地下構造物
の構築方法によれば、コンクリート杭のケーシングを、
下方のものより上方のものの径を大きくした複数の筒部
材を伸縮自在に組み付けてなる気密性を有するものとし
て、特に、その最上部の筒部材内へ注入した液体を凍結
させた氷柱により、地上のコンクリート基礎を支持でき
るため、地下空間部分の掘削と並行して、地上で地下構
造物を建設することができる。
【0025】さらに、その氷柱を解かして戻した液体を
最上部の筒部材内から徐々に排出すると、その最上部の
筒部材が地下構造物の荷重で徐々に沈んでいって、地下
空間に地下構造物を沈埋させられるため、地上で建設す
る地下構造物をジャッキアップさせておくための設備の
撤去が一切不要であり、ケーシングをそのまま埋めてお
ける。
【0026】従って、ケーソン工法のような大がかりな
工事を必要とすることなく、地上での躯体工事と地下の
掘削工事が並行して行えるので、工期を短縮することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した一例としてのコンクリート杭
の施工状態を示す概略縦断面図である。
【図2】本発明に使用するケーシングを示す概略斜視図
である。
【図3】同じくケーシングの気密性を有する継手構造部
を示すもので、(a)および(b)ともに気密構造の相
違を示した拡大縦断面図である。
【図4】本発明による地上でのコンクリート基礎の施工
状態を示す概略縦断面図である。
【図5】同じくケーシング内への液体の注入を示す概略
縦断面図である。
【図6】凍結に使用するフリージング装置の一例を示す
概略斜視図である。
【図7】本発明による氷柱の形成による地下空間の掘削
と地上での地下構造物の建設を示す概略縦断面図であ
る。
【図8】本発明による氷柱を解かして液体を排出するこ
とによりケーシングおよび地下構造物が沈んでいく過程
を示す概略縦断面図である。
【図9】同じく地下構造物の沈埋完了状態を示す概略縦
断面図である。
【符号の説明】
1 杭孔 2 ケーシング 3,4,5 筒部材 6 シールリング 7 コンクリート杭 8 ハッチ 9 コンクリート基礎 11 導水管 12 弁 13 液体 14 凍結用掘削空間 15 フリージング用ジャケット 16 ジャケット半体 17 冷媒通路 18 フリージング装置 19 接続管 21 氷柱 22 地下空間 23 コンクリート壁 24 スラブ 25 地下構造物 26 グラウト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E02D 29/045 E21D 13/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下方のものより上方のものの径を大きく
    した複数の筒部材を伸縮自在に組み付けてなる気密性を
    有するケーシングを用い、 このケーシングを地中に明けた杭孔に伸張状態で挿入し
    て、最上部の筒部材を除いてケーシング内にコンクリー
    トを打ち込んでコンクリート杭を形成した後、 前記最上部の筒部材内への液体の注入と、地上での前記
    最上部の筒部材の上端を含んでコンクリートの打ち込み
    によるコンクリート基礎の形成とを行ってから、 前記最上部の筒部材内の液体を凍結させることによって
    氷柱を形成し、 この氷柱を形成した状態で、地中の地下空間部分の掘削
    と、地上での前記コンクリート基礎の上へのコンクリー
    トの打ち込みによるコンクリート構造物の形成とを並行
    して行った後、 前記氷柱を解かして液体に戻し、その液体を前記最上部
    の筒部材内から徐々に排出することにより、前記最上部
    の筒部材を徐々に沈めていって、 前記地下空間に前記コンクリート基礎および前記コンク
    リート構造物からなる地下構造物を沈埋させることを特
    徴とする地下構造物の構築方法。
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