JP4473400B2 - 構築物の基礎及びその施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送電線を高架支持する鉄塔等、各種構築物を支持するための基礎構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄塔等の柱脚を地山上に支持する基礎構造としては、従来から、例えば図１３に示されるような基礎杭によるものが知られている。まず図（Ａ）に示される基礎構造１００Ａは、地山Ｇに打設された鋼杭あるいは場所打ちコンクリート杭等からなる基礎杭１０２と、その杭頭１０２ａと結合一体化されたコンクリートからなるフーチング１０３で構成され、柱脚１０１が前記フーチング１０３の上に構築されている。前記基礎杭１０２は通常、一つのフーチング１０３あたり、それぞれ１本乃至複数本、鉛直に打設される。
【０００３】
また、図１３（Ｂ）に示される基礎構造１００Ｂは、地山Ｇに大径の場所打ちコンクリート杭からなる基礎杭１０２を鉛直に施工し、その杭頭に、柱脚１０１の下端部を埋め込んで結合したものである。前記基礎杭１０２は、鉄筋コンクリートで形成された鉛直な躯体部１０２ｂと、その頭部から地山Ｇ上に露出するように延びる鋼管１０２ｃ内に打設され、柱脚１０１の下部を補強・保護する柱体部１０２ｄとからなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、例えば送電路の鉄塔の場合、電力需要の増大に伴う送電線の重量増大に起因する送電線の弛み量の増大を補償するためには、送電線の支持高さを高くする必要があり、このため鉄塔の高さが高くなる傾向にある。その結果、鉄塔の重量が増大し、これを支持する基礎構造の支持力を向上させることが要求されている。しかしながら、上記図１３に示される従来技術によれば、基礎構造の支持力を向上させるには、フーチング１０３の面積を大きくしたり、基礎杭１０２を大径化する必要があるため、それ自体の施工コストが高額になるばかりでなく、面積の大きい土地を確保しなければならないといった問題があった。
【０００５】
また、大径の基礎杭を施工するには大型の施工機械が必要になるため、例えば山岳の傾斜地等に建てられる鉄塔の場合、施工機械の足場を確保するための切土面積を大きくしたり、足場の仮設工事も大掛かりになり、施工の困難性や施工コストの上昇を来していた。
【０００６】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その主な技術的課題とするところは、構築物の荷重に対する耐力が大きく、しかも施工が容易な基礎構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る構築物の基礎は、構築物の柱の下部に一体的に設けられた基礎材と、前記基礎材の下面に敷設され、この基礎材の軸方向投影面積より面積の大きな鉄板と、杭頭が前記基礎材に結合され、前記鉄板に開設された基礎杭挿通孔を介して地盤へ前記柱と平行な方向に打設された一本乃至複数本の基礎杭、又は杭頭が前記基礎材に結合され、前記基礎杭挿通孔を介して地盤へ前記柱の軸心の延長線を中心として等角度で開いた方向に打設された複数本の基礎杭と、からなるものである。すなわち、基礎杭が柱と平行な方向、又は柱の軸心を中心に等角度で開いた方向へ打設されることによって、構築物の荷重の軸力のみ支持することになり、またフーチング等を構築しないので、施工が容易になると共に、施工面積も小さくすることができる。
【０００８】
本発明において、基礎材は、予め柱の下部に一体的に設けられ前記柱の軸心方向に延びる複数のリブと、予め前記柱の下部及び前記リブに一体的に設けられ前記柱の軸心と直交する面をなす本体フランジと、基礎杭の杭頭を前記本体フランジに結合する結合部材群と、からなる構成とすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る構築物の基礎の施工方法は、杭頭との結合手段を備える基礎材を柱の下部に一体的に設ける工程と、地盤上における施工予定位置に、前記基礎材の軸方向投影面積より面積が大きく基礎杭挿通孔が開設された鉄板を敷設する工程と、地盤上における前記柱の施工予定位置から、前記鉄板の基礎杭挿通孔を介して前記地盤内へ前記柱の軸心と平行な方向又は前記柱の建て込み予定角度を中心として等角度で開いた方向へ、複数の基礎杭を打設する工程と、前記地盤上の施工予定位置に前記柱を建て込むと共に、その下部に一体的に設けられた前記基礎材を、前記鉄板の基礎杭挿通孔から突出した前記基礎杭の杭頭に前記結合手段を介して結合する工程とからなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る構築物の基礎の好適な実施の形態を、図１乃至図６を参照しながら説明する。まず図１は、本発明の基礎構造を、その上に構築された電力用鉄塔の一部と共に概略的に示すもので、図中の参照符号１０は鉄塔の柱脚、２０はこの柱脚１０の下端に鍔状に接合された鋼材等からなる基礎材、３０は杭頭３０ａが前記基礎材２０に結合され地山Ｇへ前記柱脚１０と平行な方向に打設された基礎杭である。
【００１１】
基礎材２０は、柱脚１０の下部外周に、その軸心を通る平面状をなすように、周方向所定間隔（図示の例では９０°間隔）で溶接により矢羽状に一体接合された鋼板からなる複数のリブ２１と、前記柱脚１０の下部外周に、その軸心と直交する平面をなすように溶接により一体接合された鋼板からなる正方形状の本体フランジ２２と、前記各リブ２１で四分割された領域に位置して、前記本体フランジ２２に設けられた結合部材群２３を備える。前記各リブ２１は、その下端が柱脚１０の下端位置に達しており、それぞれ前記本体フランジ２２に直交して接合されている。また、基礎材２０を構成するこれらの部材は、めっきあるいは施工後の塗装や吹き付け等によって防錆される。
【００１２】
上記基礎材２０は、柱脚１０の下部と基礎杭３０の杭頭とを結合するものであると共に、柱脚１０からの鉄塔の荷重を、地山Ｇ及び基礎杭３０に伝達するものである。また、鉄塔の柱脚１０は、水平面に対して所定の傾斜角度をなすように建てられるが、前記基礎杭３０は、この柱脚１０と平行になるように打設されるので、柱脚１０と基礎杭３０との間に鉄塔の荷重による曲げ応力が作用しにくい構造となり、荷重に対する優れた耐力が得られる。
【００１３】
また、基礎材２０の下面には、後述する図１０に示されるように、本体フランジ２２より面積の大きな鉄板４を敷設することによって、一層大きな荷重を支持可能とすることができる。
【００１４】
一方、基礎杭３０としては、公知の構造を有する比較的小径（例えば３００ｍｍ以下）の、かつ高耐力を有するものが好適に用いられる。すなわち、この基礎杭３０は、図３に示されるように、地山Ｇにおける軟弱層Ｇ１の下端深さまで挿入されると共に、頭部を基礎材２０の本体フランジ２２にそれぞれ結合部材群２３を介して結合された鋼管３１と、この鋼管３１の内周に挿通され、下端が前記軟弱層Ｇ１より下層にある堅固な支持層Ｇ２内へ達すると共に頭部が前記本体フランジ２２にそれぞれ前記結合部材群２３を介して結合された芯材としての異形鉄筋３２と、前記鋼管３１及び地山Ｇと異形鉄筋３２との間に充填された固結材としてのグラウト３３とからなるものである。グラウト３３は、鋼管３１の下側（支持層Ｇ２内）ではペデスタル状に拡散されており、また、このグラウト３３の一部は鋼管３１の外周側に回り込んで、地山Ｇの削孔面に定着されている。
【００１５】
図４乃至図６に、基礎材２０と基礎杭３０との種々の結合構造が例示されるように、基礎材２０における本体フランジ２２の、各リブ２１で四分割された領域には、それぞれ基礎杭３０の鋼管３１を、適当な遊びをもって挿通可能な結合用孔２２ａが開設されている。
【００１６】
このうち、図４に示される例においては、結合部材群２３は、本体フランジ２２の下側に位置するように、基礎杭３０における鋼管３１の頭部近傍の外周に溶接等により固定される鋼製の下部フランジ２３１と、前記結合用孔２２ａから本体フランジ２２の上側へ突出した前記鋼管３１の頭部外周に、溶接等により固定される鋼製の上部フランジ２３２と、この上部フランジ２３２の上に配置され、複数の螺子部材２３３の緊結によって、前記本体フランジ２２との間に上部フランジ２３２を挟着した状態で基礎杭３０の杭頭を押さえる鋼製の支圧板２３４とで構成される。支圧板２３４の中央には螺子孔２３４ａが開設されており、基礎杭３０における異形鉄筋３２の頭部が、この螺子孔２３４ａに螺合されることによって、前記支圧板２３４に結合されるようになっている。
【００１７】
また、図５に示される例においては、結合部材群２３は、本体フランジ２２の下側に位置するように、基礎杭３０における鋼管３１の頭部近傍の外周に溶接等により固定される鋼製の下部フランジ２３１と、前記結合用孔２２ａから本体フランジ２２の上側へ突出した前記鋼管３１の頭部を覆うと共に外周下面が前記本体フランジ２２に当接するように配置され、溶接等により前記本体フランジ２２に固定される鋼製の支圧キャップ２３５と、前記支圧キャップ２３５の上部中央に開設した鉄筋挿通孔２３５ａに、基礎杭３０における異形鉄筋３２の頭部を挿通状態に結合する一対のナット２３６，２３６とで構成される。
【００１８】
また、図６に示される例においては、結合部材群２３は、本体フランジ２２の下側に位置するように、基礎杭３０における鋼管３１の頭部近傍の外周に溶接等により固定される鋼製の下部フランジ２３１と、前記結合用孔２２ａから本体フランジ２２の上側へ突出した前記鋼管３１の頭部外周に、溶接等により固定される鋼製の上部フランジ２３２と、この上部フランジ２３２の上に配置され、複数のボルト２３７によって、前記本体フランジ２２との間に上部フランジ２３２を挟着した状態で基礎杭３０の杭頭を押さえる鋼製の支圧板２３４と、この支圧板２３４の中央に開設された鉄筋挿通孔２３４ｂに、基礎杭３０における異形鉄筋３２の頭部を挿通状態に結合する一対のナット２３６，２３６とで構成される。
【００１９】
次に、上記基礎構造を採用した鉄塔を、山岳部の傾斜地に構築する場合の施工手順を、図７乃至図１０を参照しながら説明する。
【００２０】
まず図７に示されるように、地山Ｇの斜面１の切土及び足場２の構築を行う。すなわち、鉄塔の基礎が施工される地山Ｇの斜面１を切土して、柱脚１０の傾斜角度と直交する勾配をなす切土面１ａを形成し、その下側の斜面に構築した仮設足場２との間に、前記切土により発生した土材３を、前記切土面１ａと連続した高さとなるように盛土する。本発明においては、図１３に示される従来技術のようなフーチング１０３は施工しないため、前記切土面１ａは比較的面積の小さなもので良い。
【００２１】
次に、図８に示されるように、切土により形成した切土面１ａ上における、基礎の施工位置に、鉄板４を敷設する。この鉄板４は、先の図２及び図３等に示される柱脚１０の軸方向投影面積、言い換えれば本体フランジ２２の面積よりも面積が大きいもので、前記本体フランジ２２の各結合用孔２２ａと対応して、各基礎杭３０の鋼管３１を適当な遊びをもって挿通可能な基礎杭挿通孔４ａが開設されているので、基礎杭３０の打設箇所を容易に決定することができる。
【００２２】
次に、図９に示されるように、施工機械５によって、鉄板４の基礎杭挿通孔４ａから地山Ｇ内へ向けて、前記切土面１ａに対して垂直な方向、言い換えれば、前記切土面１ａ上に建てられる鉄塔の柱脚１０の軸心と平行な方向へ、杭打ちを行う。先に説明したように、基礎杭３０は比較的小径のものであるため、小型の施工機械５によって杭打ちを行うことができる。またこのため、仮設足場２や盛土の面積も小さくすることができる。
【００２３】
各基礎杭３０の打設作業においては、よく知られているように、まず基礎杭３０の鋼管３１よりも適宜大径のケーシングを用いてボーリング（ケーシング掘り）を行い、地山Ｇにおける支持層Ｇ２内に達する削孔を形成する。その時、前記鋼管３１は、ボーリングに合わせて前記ケーシングと共に地山Ｇの支持層Ｇ２まで一緒に挿入される。削孔が形成されたら、前記鋼管３１を地山Ｇ内に残し、ケーシングだけを引き抜く。次に異形鉄筋３２を鋼管３１内に挿入するが、この異形鉄筋３２にはグラウト３３を圧入する装置が取り付けられていて、一緒に挿入される。挿入が完了したら、この圧入装置を用い、前記削孔内にグラウト３３を圧入し、これに合わせて鋼管３１を所定の高さまで引き上げる。グラウト３３が十分に充填されたら再度鋼管３１を挿入し、同時にグラウト３３も圧入する。そして、この時の加圧力によって、グラウト３３が鋼管３１の下側でペデスタル状に拡散される。
【００２４】
基礎杭３０の打設が終わったら、図１０に示されるように、鉄板４の上に柱脚１０を建て込む。柱脚１０は、予めその下部に、結合部材群２０におけるリブ２１及び本体フランジ２２が溶接等により一体的に接合された状態で、現場に搬入され、建て込まれる。また、基礎杭３０の鋼管３１の上端部には、先の図３乃至図５のように、結合部材群２３の一部である下部フランジ２３１が予め溶接等により接合される。
【００２５】
柱脚１０の建て込みに際しては、その下部に接合された本体フランジ２２の各結合用孔２２ａに、地山Ｇ上の鉄板４の基礎杭挿通孔４ａから突出した各基礎杭３０の杭頭を通し、これを結合部材群２３によって、図３乃至図５に示されるような方法で結合する。その後は、必要に応じて、塗装や吹き付け等によって、防錆加工を施してから、土材３を切土面１ａ上に埋戻す。
【００２６】
上記実施形態においては、基礎杭３０を、柱脚１０の軸心と平行に、すなわち各基礎杭３０が互いに平行になるように打設したが、図１１に本発明の他の実施形態として示されるように、柱脚１０の軸心Ｏの延長線を中心として互いに等角度で開いた方向に打設することもできる。
【００２７】
この場合、基礎材２０の本体フランジ２２は、図１２の斜視図に示されるように、各リブ２１で四分割された領域が、それぞれ各基礎杭３０の打設方向と直交する面をなすように傾斜した状態に設けられる。これによって、柱脚１０からの荷重を、各基礎杭３０の軸心方向へ伝達することができる。
【００２８】
なお、本発明において用いられる基礎杭３０としては、基礎材２０と結合可能で、所要の耐力を発揮するものであれば良い。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る基礎構造によれば、基礎杭が柱と平行な方向、又は柱の軸心を中心に等角度で開いた方向へ打設されることによって、構築物の荷重に対する大きな耐力が得られる。またフーチング等を構築せず、柱と基礎杭を基礎材を用いて結合するため、施工面積が小さくなり、したがって小型の施工機械でも施工可能となるので、山岳部の傾斜地等での施工も容易になり、工期の短縮及び施工コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基礎構造を、その上に構築された電力用鉄塔の一部と共に概略的に示す説明図である。
【図２】上記実施形態における基礎材の概略構成を示す斜視図である。
【図３】上記実施形態における基礎杭の概略構成を示す断面図である。
【図４】上記実施形態における基礎材と基礎杭との結合構造の一例を示す要部断面図である。
【図５】上記実施形態における基礎材と基礎杭との結合構造の他の例を示す要部断面図である。
【図６】上記実施形態における基礎材と基礎杭との結合構造の他の例を示す要部断面図である。
【図７】上記実施形態に係る基礎構造を採用した構築物の施工において、切土及び足場構築状態を概略的に示す説明図である。
【図８】上記実施形態に係る基礎構造を採用した構築物の施工において、切土面に鉄板を敷設した状態を示す説明図である。
【図９】上記実施形態に係る基礎構造を採用した構築物の施工において、杭打ち作業を示す説明図である。
【図１０】上記実施形態に係る基礎構造を採用した構築物の施工において、基礎杭の杭頭と柱脚との結合状態を概略的に示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における基礎材の概略構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る基礎構造を、その上に構築された電力用鉄塔の一部と共に概略的に示す説明図である。
【図１３】従来技術による基礎構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 柱脚
２０ 基礎材
２１ リブ
２２ 本体フランジ
２３ 結合部材群
３０ 基礎杭

Claims (4)

1. 構築物の柱の下部に一体的に設けられた基礎材と、
   前記基礎材の下面に敷設され、この基礎材の軸方向投影面積より面積の大きな鉄板と、
   杭頭が前記基礎材に結合され、前記鉄板に開設された基礎杭挿通孔を介して地盤へ前記柱と平行な方向に打設された一本乃至複数本の基礎杭と、
   からなることを特徴とする構築物の基礎。
2. 構築物の柱の下部に一体的に設けられた基礎材と、
   前記基礎材の下面に敷設され、この基礎材の軸方向投影面積より面積の大きな鉄板と、
   杭頭が前記基礎材に結合され、前記鉄板に開設された基礎杭挿通孔を介して地盤へ前記柱の軸心の延長線を中心として等角度で開いた方向に打設された複数本の基礎杭と、
   からなることを特徴とする構築物の基礎。
3. 基礎材が、
   予め柱の下部に一体的に設けられ前記柱の軸心方向に延びる複数のリブと、
   予め前記柱の下部及び前記リブに一体的に設けられ前記柱の軸心と直交する面をなす本体フランジと、
   基礎杭の杭頭を前記本体フランジに結合する結合部材群と、
   からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の構築物の基礎。
4. 杭頭との結合手段を備える基礎材を柱の下部に一体的に設ける工程と、
   地盤上における施工予定位置に、前記基礎材の軸方向投影面積より面積が大きく基礎杭挿通孔が開設された鉄板を敷設する工程と、
   地盤上における前記柱の施工予定位置から、前記鉄板の基礎杭挿通孔を介して前記地盤内へ前記柱の軸心と平行な方向又は前記柱の建て込み予定角度を中心として等角度で開いた方向へ、複数の基礎杭を打設する工程と、
   前記地盤上の施工予定位置に前記柱を建て込むと共に、その下部に一体的に設けられた前記基礎材を、前記鉄板の基礎杭挿通孔から突出した前記基礎杭の杭頭に前記結合手段を介して結合する工程と、
   からなることを特徴とする構築物の基礎の施工方法。

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