JP2004197373A - 既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法および耐震補強構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】工期短縮と工費縮減を図り、施工期間中の構造物の供用を阻害せず、また内空容積を変化させることのない既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法および耐震補強構造を提供すること。
【解決手段】側圧が作用している既設箱型コンクリート容器構造物１を構成する面版５の外側に沿って緊張部材３を備えたプレストレス導入装置２１を配置すると共に、各緊張部材３を面版に緊張定着させて、プレストレス導入装置２１の単位設置箇所当たりのプレストレス導入方向を２次元的または３次元的に多方向へ前記構造物１に作用させることで、前記構造物１に対してプレストレスを付与して耐震補強する。また、前記プレストレス導入装置２１を縦方向または横方向あるいは傾斜した方向に複数配置すると共に、各緊張部材を緊張させて、その両端部を面版に定着させて、前記構造物１における面版に対してプレストレスを付与して耐震補強する。
【選択図】 図１
【解決手段】側圧が作用している既設箱型コンクリート容器構造物１を構成する面版５の外側に沿って緊張部材３を備えたプレストレス導入装置２１を配置すると共に、各緊張部材３を面版に緊張定着させて、プレストレス導入装置２１の単位設置箇所当たりのプレストレス導入方向を２次元的または３次元的に多方向へ前記構造物１に作用させることで、前記構造物１に対してプレストレスを付与して耐震補強する。また、前記プレストレス導入装置２１を縦方向または横方向あるいは傾斜した方向に複数配置すると共に、各緊張部材を緊張させて、その両端部を面版に定着させて、前記構造物１における面版に対してプレストレスを付与して耐震補強する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設分野におけるコンクリート製配水池などの既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強方法および耐震補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既設箱型容器構造物として、コンクリート製の配水池が多く建造されていると共に、最近においては、コストダウンや工期短縮に伴い鋼製のプレハブ構造を有する既設箱型容器構造物もある。
【０００３】
従来、既設構造物のなかでも、既設コンクリート構造物の耐震補強方法は、▲１▼既設コンクリート構造物の壁厚を増大または耐震壁を増壁する方法、▲２▼既設コンクリート構造物の柱を増大または増設する方法、▲３▼緊張部材などで既設コンクリート構造物にプレストレスを付与する方法、および▲４▼既設コンクリート構造物の構造部材自体を改質する方法などが知られており、なかでも前記▲３▼の緊張部材などで既設コンクリート構造物にプレストレスを付与する方法については、（ａ）外ケーブル方式（構造物外部に設置）による方法、および（ｂ）内ケーブル方式（構造物内部に設置）による方法が多く採用されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２３５８８５号公報
【特許文献２】
特開平９−１５１６０９号公報
【特許文献３】
特開平５−２０２５１８号公報
【特許文献４】
特開平６−７３８９７号公報
【非特許文献１】
社団法人日本水道協会、「施設基準対応」水道施設設計指針２０００
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、土木構造物および建築構造物の設計は、大規模地震に対する耐性も考慮するようになっており、各種構造物の設計に関する指針や示方書などがレベル２地震動（大規模地震）に対応すべく改訂作業が行われている状況である。
【０００６】
つまり、過去に建造された構造物で旧来の設計に基づくものは、大規模地震に対する耐力面が懸念されおり、何らかの耐震補強手段を講じ、最新の設計基準に対応できるよう構造物の強度を引き上げる必要がある。
【０００７】
従来技術によれば、前記それぞれの方法が相応の施工用地を必要とし、また補修などを含む補強対象が構造物全体である場合には、必然、工期も長期間に及ぶほか施工量としても相当な規模に達する。特に、前記の▲１▼構造物の壁厚を増大または耐震壁を増壁する方法または前記▲２▼構造物の柱を増大または増設する方法にあっては、既に存在するひび割れなどを閉じることができず、また新旧コンクリートの一体化には施工がさらに大規模化する。
【０００８】
また、現存にて稼働している施設（構造物）については、施工期間中の供用を長期間に渡り停止する必要も生じ、このことは同規模の仮設備を先行して建造しなければならないなど、構造物の目的・種類によっては致命的な問題へと繋がる。
【０００９】
さらに、使用目的が容器であるような内空の確保を前提とする構造物に関しては、前述にある増壁や増柱のような手段を構造物内部において採用することが実質不可能となる。
【００１０】
したがって、これら既設コンクリート容器構造物の補強箇所数を低減させ施工規模の縮小を図る一方、既設コンクリート容器構造物に必要な補強を施し、工期・工費の面でも有利な、既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法および耐震補強構造を提供することが望まれる。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は既設コンクリート容器構造物の必要箇所に対して比較的安価な外ケーブル方式を利用したプレストレス導入手段により、該外ケーブルを緊張することで構造物に同時に多方向（緊張方向および偏向）の応力成分を付与し、かつプレストレスが必要のない部材には応力成分が相殺することで限りなく現存状態を維持することによって、工期短縮と工事規模の縮小に伴う工費縮減を可能とし、さらに施工期間中の構造物の供用を阻害せず、また内空容積を変化させることのない既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法および耐震補強構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を有利に解決するために、本発明においは、次のように構成されている。
【００１３】
第１発明では、側圧が作用している既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法であって、既設コンクリート容器構造物を構成する面版の外側に沿って緊張部材を備えたプレストレス導入装置を配置すると共に、前記各緊張部材を前記面版に緊張定着させて、プレストレス導入装置の単位設置箇所当たりのプレストレス導入方向を２次元的または３次元的に多方向へ前記箱型コンクリート容器構造物に作用させることで、既設コンクリート容器構造物に対してプレストレスを付与して耐震補強することを特徴とする。
【００１４】
第２発明では、前記既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法において、複数のプレストレス導入設備を配置する場合、複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置し、耐震補強の上で必要部分にのみ応力が作用し、その他の部分には付与するプレストレスが互いに相殺することで不必要な偏応力を既設コンクリート容器構造物内部に残留させないようにしたことを特徴とする。
【００１５】
第３発明では、第１発明または第２発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法において、プレストレス導入の際に外ケーブル方式による緊張部材を用い、前記緊張部材に緊張力を作用させると同時に、前記緊張部材と既設コンクリート容器構造物との間に、少なくとも１つ以上の応力偏向部材を既設コンクリート容器構造物に添設することで、既設コンクリート容器構造物に作用するモーメント分布を調節するようにしたことを特徴とする
【００１６】
第４発明では、第１発明から第３発明のいずれかの既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法において、前記既設コンクリート容器構造物は、側壁版に内水圧等の側圧が作用している既設箱型コンクリート容器構造物であることを特徴とする。
【００１７】
第５発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造においては、側圧が作用している既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造であって、既設コンクリート容器構造物を構成する面版の外側に沿って、緊張部材を備えたプレストレス導入装置を縦方向または横方向あるいは傾斜した方向に複数配置すると共に、前記各緊張部材を緊張させて、その両端部を面版に定着させて、既設コンクリート容器構造物における面版に対してプレストレスを付与して耐震補強することを特徴とする。
【００１８】
第６発明においては、第５発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造において、複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置されていることを特徴とする。
【００１９】
第７発明においては、第５発明または第６発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造において、複数のプレストレス導入装置における方向の異なる前記緊張部材の交差部には、外側に緊張部材支承部と内側に緊張部材挿通孔を備えた応力偏向部材が配置されていることを特徴とする。
【００２０】
第８発明においては、第５から第７発明のいずれかに記載の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造において、既設コンクリート容器構造物における周側壁版の端部に、端部から面版中央部側に向うと共に面版外側面に貫通する傾斜した貫通孔が設けられ、その貫通孔に緊張部材が挿通されて、緊張部材が面版の端部に定着されていることを特徴とする。
【００２１】
【作用】
本発明によると、既設コンクリート容器構造物の必要箇所に対して比較的安価な外ケーブル方式を利用したプレストレス導入手段により、外ケーブルを緊張することで構造物に多方向（緊張方向および偏向）の応力成分を同時に付与することによって、工期短縮と工事規模の縮小を伴う工費縮減を可能とし、さらに構造物の施工期間中の供用を阻害せず、また内空容積を変化させることのない既設コンクリート容器構造物の耐震補強を可能とする。また、構造物耐震補強後も経年変化による構造物の劣化は拒めないものの、既設コンクリート容器構造物がアルカリ骨材反応の反応過程に位置していれば、既設コンクリート容器構造物の耐震補強後も経時的に内部応力が増加する期間にあるため、結果としてコンクリート容器構造物耐震補強後の劣化度遅延措置に繋がることも期待できる。さらに、外ケーブルによるプレストレス導入により、当初に発生していたひび割れを閉じることを可能とし、容器として使用される構造物の気密性および水密性を向上させると伴に、地震荷重に対して復元力に富む構造を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、既設箱型コンクリート容器構造物が配水池として稼働している既設箱型コンクリート容器構造物の場合を例に採り、詳細に説明する。
【００２３】
ここで、配水池構造物は、水を常時一定量供給するために、浄水場やポンプ場で事故などの不都合が発生しても直ちに断水する事態に陥らないように貯水するための容器構造物であり、必要配水量が予め設定されている。また、配水池の特徴として、一箇所の配水池の給水区域の過大化を回避すべく、適当な大きさで区域割りをしていることから、その数も非常に多いものとなる。
【００２４】
これら旧構造物の配水池を最新の水道施設設計指針（前出、非特許文献１参照）に照らし合わせてみると、常時荷重やレベル１地震動についての安全性はおおむね確認されているものの、レベル２地震動に対しては、上床版を除く各部材の必要耐力を向上させる必要がある場合がある。
【００２５】
そこで、このような場合の既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強手順を、図面を参照しながら次の第１段階から第６段階の各段階に従い、以降それぞれについて説明する。
【００２６】
（第１段階）既設箱型コンクリート容器構造物１の底版部２の掘削＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞
（第２段階）緊張部材３の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞
（第３段階）応力偏向部材４の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞
（第４段階）緊張部材３、応力偏向部材４の設置＜既設コンクリート容器構造物１の平面長手方向、短手方向＞
（第５段階）緊張部材３の緊張定着
（第６段階）原形復旧
【００２７】
（第１段階）既設箱型コンクリート容器構造物１の底版部２の掘削＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞
図１４および図１５に示すように、既設箱型コンクリート容器構造物１の内部に多数の支柱１０を備えていると共に、内部に貯水されて、配水池としての既設箱型コンクリート容器構造物１の側壁版５等に水圧が作用している既設箱型コンクリート容器構造物１を現存状態で耐震補強するにあたって、図２に示すように、まず、既設箱型コンクリート容器構造物１に設置される緊張部材の下側定着部を施工するために、耐震補強目的の配水池となっている既設箱型コンクリート容器構造物１の底版部２の周縁部下面および側壁版５下部近傍地盤６および基礎７の必要箇所を所要深さ掘削し、作業用溝８を適宜間隔をおいて、または連続して形成する。
【００２８】
また、図示例の既設箱型コンクリート容器構造物１は、底板部２と、左右方向の各側壁版５ａ，５ｂと前後方向の側壁版５ｃ，５ｄと、上床版９と、上床版９を支持すべく底板部２に立設された多数の支柱１０とを備えている。なお、図中１１は、出入り用の人孔、１２は割栗層、１３は均しモルタル層である。
【００２９】
（第２段階）緊張部材３の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞：
次に、図３に示すように、配水池としての既設箱型コンクリート容器構造物１の底版部２端部および側壁版５下端部が共有している外側の張り出しフランジ部１４における基端側に、構造物建ち上がり方向に設置する緊張部材３の本数分、ＰＣ鋼材の外ケーブルからなる緊張部材３が挿通可能な大きさおよび角度に前記構造物１の横方向に間隔をおいて穿孔し、緊張部材３の挿通孔１５および定着座（必要に応じ支圧プレート等を埋め込み）を設ける。この挿通孔１５は、図示の形態では、底版部２または側壁版５等の端部に、側壁版端部から側壁中間側に向うと共に、側壁外側面に貫通する傾斜した貫通孔１５であり、側壁版５にプレストレスを導入する場合は、これに近接した位置であるとよい。なお、符号２０は隅部補強部で、下部の張り出しフランジ部１４，底版部２および側壁版５と一体化される部分補強部である。
【００３０】
前記のように貫通孔１５を設け、縦方向の緊張部材３の下端を貫通孔１５に挿通後、図１に示すように、底版部２の下側において、緊張部材３の下端定着部に、緊張部材固定用の緊張部材固定具１６を装着し、底板部２および側壁版５並びに張り出しフランジ１４の下端面に係合させて、これを固定端とする。
【００３１】
さらに、図１に示すように、配水池としての既設箱型コンクリート容器構造物１の上床版９および側壁版５上端部付近に、上床版９の端部から側壁版５の中間側に向うと共に、側壁版５の外側面に貫通する傾斜した貫通孔１７を設ける。図示の実施形態では、上部の張り出しフランジ部１９が適宜部分的に撤去されて、上床版９または側壁版５と一体に、隅部補強部２０が形成され、前記貫通孔１７は、緊張部材３の上端部が挿通可能な大きさおよび角度に構造物を穿孔され、前記下側と同様、必要本数分設け、フリーとなっている緊張部材３の上端側を挿通させ、緊張部材３の上側に緊張定着可能な定着金具１８を緊張端として仮止め装着して、プレストレス導入装置２１を設置する。なお、後記の偏向部材４が必要な場合には、これを含めてプレストレス導入装置とする。
【００３２】
（第３段階）応力偏向部材の縦方向の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞：
前記縦方向の緊張部材３と既設箱型コンクリート容器構造物１における側壁版との間に、図１に示すように、応力偏向部材４を挟装し、既設箱型コンクリート容器構造物１の側壁版５に添設する。図示の形態では、前記応力偏向部材４には、その外面側に上下方向に延長する外側支承溝を備えていると共に必要に応じ応力偏向部材４の本体に左右方向（または上下方向）に延長する緊張部材挿通用の横孔が形成されている応力偏向部材４である。なお、応力偏向部材４は、適宜、側壁版５に接着材等により固定してもよい。
【００３３】
（第４段階）緊張部材、応力偏向部材の横方向の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の平面長手方向（左右方向）および短手方向（前後方向）＞：
次に、図４，図５および図６〜図８に示すように、既設箱型コンクリート容器構造物１の平面長手方向（左右方向）および短手方向（前後方向）における、緊張部材３および応力偏向部材４の設置についても、前記第１段階〜第３段階と同様、側壁版５の横方向端部の定着部を、適宜、必要に応じ隅部補強部２０を設けて補強した上で、横方向に穿孔して、貫通孔２２を形成した後、緊張部材３の一端部を挿通して、側壁版５の外側に定着金具１６を装着して、これを固定端とし、前記緊張部材３の他端部に側壁版５の外側において、緊張定着可能な定着金具１８を緊張端として仮止め装着して、また、緊張部材３と側壁版との間に、応力偏向部材４を添設して、横方向のプレストレス導入装置２１を設置する。これらの一連の手順をもって、緊張部材３を備えた各プレストレス導入装置２１の準備を完了する。
【００３４】
なお、図示の実施形態のように、外側に向って傾斜した貫通孔１５にすると、緊張部材３を側壁版５の外面に近接した位置に配置することができ、緊張部材方向のプレストレス力を大きく、また、緊張部材３の緊張力による側壁版５に作用する曲げ力を極めて小さくでき、また、既設箱型コンクリート容器構造物１本体の外壁面に近い位置に貫通孔１５を設けることができ、既設箱型コンクリート容器構造物１の容器躯体本体の加工を極力小さなものとすることができる。
【００３５】
ここで、構造物建ち上がり方向に設置する緊張部材３と、構造物平面長手方向に設置する緊張部材３または構造物平面短手方向に設置する緊張部材３とが、交叉する部分については、それぞれの緊張部材３の損傷を回避すべく、前記のように、一方の緊張部材３が応力偏向部材４の内部を貫通させるなどの必要措置を講ずる。
【００３６】
（第５段階）緊張部材の緊張：
前記、第１段階〜第４段階によって準備された、各緊張部材３を所要緊張力で緊張する。緊張力は、構造物建ち上がり方向の緊張部材３には、一箇所当たり例えば、１５００ｋＮの導入プレストレス力が導入される。
【００３７】
なお、構造物平面長手方向（左右方向）および短手方向（前後方向）は、施工の単純化を図るため、緊張部材３が構造物四囲を同時に緊張可能とすべく連続した一本の緊張部材にて囲繞し、単位面積当たり０．５Ｎ／ｍｍ2の導入プレストレス量を既設箱型コンクリート容器構造物１に付与するようにしてもよい。
【００３８】
ただし、この緊張段階に先行して、既設箱型コンクリート容器構造物１の形状にもよるが、各緊張部材３の固定端および緊張端の保護ならびに貫通孔１５，１７，２２周辺の強度低下を補足するために、前記のように必要に応じて、貫通孔周辺の補強工（２０）を鋼製材料またはコンクリート製材料などで行い、既設箱型コンクリート容器構造物１に一体化させる。
【００３９】
また、第２段階もしくは第４段階で、緊張部材３の固定端および緊張端の施工には、直接構造物を穿孔し、貫通孔１５（１７，２２）を形成する方法の採用が困難な場合もあり、このような状況においては、図示のように、貫通孔周辺の補強工２０と併せて既設箱型コンクリート容器構造物１を補強した上で、貫通孔１５（１７，２２）の穿孔作業を行う。
【００４０】
（第６段階）原形復旧：
最後に、第１段階の緊張部材３を適宜防錆処理をした上で、図１に２点鎖線で示すように、構造物底版部２下面の基礎７の修復および掘削溝８を埋め戻して原形復旧する。
【００４１】
以上の各段階を経て得られる補強効果を、図９（ａ）〜（ｃ）にイメージ図として示すと、既設箱型コンクリート容器構造物１の耐震補強前の状態は、図９（ａ）に示すように、既設箱型コンクリート容器構造物１が配水池として常時稼働している施設であるため、内部に貯える水の総量が一日を通して変動するものの、最大水位で図９（ａ）のような三角形の圧力勾配で現される。
【００４２】
また、図９（ｂ）に示すように、側壁版５に応力偏向部材４を介在させて、プレストレスを導入すると、側壁版５に対して上下軸方向の応力成分Ｐとこれに偏向する横方向の応力成分Ｆとが作用し、側壁版５に作用する側圧および側壁版５と底版部２と上床版９とに作用する曲げ力を打ち消すように作用し、図９（ｃ）に示すように、既設箱型コンクリート容器構造物１が安定する。
【００４３】
そして、このように、既設箱型コンクリート容器構造物１にプレストレスを導入することにより、既設箱型コンクリート容器構造物１はレベル２地震動の耐震性能を満足するものとなる。
【００４４】
さらに、既設箱型コンクリート容器構造物１に作用する常時荷重、レベル１地震時、およびレベル２地震時に、レベル２地震動にて全ての部材の発生断面力を部材の耐力内に抑えることにより、その耐震補強効果は、常時荷重で側壁版５および支柱１０部で引張応力が発生しなくなり、既存のひび割れが閉じられ、例えば、２０％〜１００％の応力低減度が得られ、レベル１地震時においては、各部材の応力が改善され、例えば、２５％〜９９％の応力低減度が得られる。
【００４５】
前記実施形態において、緊張部材３の端部の定着金具１６，１８としては、既設箱型コンクリート容器構造物１側に、当接または埋め込み配置され、緊張部材３を嵌挿される鋼製環状の支圧プレートと、これに支承され、外側に向って拡径する緊張部材挿通孔を備えた楔受け金具と、複数の断面円弧状の分割型楔とにより、緊張部材３の端部を既設箱型コンクリート容器構造物１に定着することができる。なお、定着金具１６，１８としては、その他の公知の定着金具を使用するようにしてもよい。また、貫通孔１５，１７，２２を形成するために、鋼製管体または合成樹脂製短管等を使用するとよい。
【００４６】
次に、本発明を実施してプレストレスを導入した場合の作用を図１０および図１１を参照して説明する。なお、図１１（ａ）〜（ｄ）における矢印は、プレストレス導入による作用（応力発生方向）成分である。
【００４７】
図１０（ａ）の（イ）および（ロ）に示すように、側壁版５の上下方向に鉛直状態で緊張部材３を配置し、側壁版の上下両端部で緊張定着すると、図１１（ａ）の（イ）および（ロ）に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）にのみ、２次元的に、プレストレス力導入による作用（応力発生）成分を発生させることができる。なお、図１０および図１１の（ロ）において、丸印内の文字は、その軸方向にプレストレス力が作用していることを示している。
【００４８】
また、図１０（ｂ）の（イ）および（ロ）に示すように、側壁版５の上下方向に傾斜した状態で緊張部材３を配置し、側壁版５の上下両端部で緊張定着すると、図１１（ｂ）の（イ）および（ロ）に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）および前後方向（Ｘ軸方向）に、２次元的にプレストレス力導入による作用（応力発生）成分を発生させることができる。
【００４９】
また、図１０（ｃ）の（イ）および（ロ）に示すように、緊張部材３を側壁版５の鉛直（上下）方向に配置すると共に応力偏向部材４を介在させ、緊張部材３を側壁版５の上下両端部で緊張定着すると、図１１（ｃ）の（イ）および（ロ）に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）および左右方向（Ｙ軸方向）に、２次元的にプレストレス力導入による作用（応力発生）成分を発生させることができる。
【００５０】
また、図１０（ｄ）の（イ）および（ロ）に示すように、側壁版５の上下方向に緊張部材３を前後方向に傾斜した状態に配置し、応力偏向部材４を介在させ、緊張部材３を側壁版５の上下両端部で緊張定着すると、図１１（ｄ）の（イ）および（ロ）に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）および左右方向（Ｙ軸方向）並びに、前後方向（Ｘ軸方向）に、３次元の立体内において、プレストレス力導入による作用（応力発生）成分を発生させることができる。
【００５１】
次に、側壁部５にプレストレス力を作用させることにより、底板部２を補強するとになる場合について、図１２を参照しながら説明する。
【００５２】
本発明を実施する場合、例えば地上に立設する既設箱型コンクリート容器構造物１は、底版部２に直接、プレストレス導入装置２１を設置することが難しい場合がある。このような場合には、図１２に示すように、側壁版５の下端部における底版部２と近傍のレベルに、プレストレス導入装置２１を、左右方向の側壁版５または前後方向の側壁版５に横向きに設置し、緊張部材３を緊張して左右方向の側壁部５の左右方向両端部、または前後方向の側壁版５の前後方向両端部に定着してプレストレス力Ｆを導入すると、側壁版５を介して、底版部２にプレストレス力の一部のプレストレス力ｆを導入して、底版部２を補強することができる。
【００５３】
次に、複数のプレストレス導入設備を配置する場合、複数のプレストレス導入装置２１における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置し、耐震補強の上で必要部分にのみ応力が作用し、その他の部分には付与するプレストレスが互いに相殺することで、不必要な偏応力を既設箱型コンクリート容器構造物１の内部に残留させないようにする場合について、図１３を参照しながら説明する。
【００５４】
図１３（ａ）に示すように、例えば、左右方向の側壁版５の左側に変位した位置に、長尺の緊張部材３（３ａ）を備えたプレストレス導入装置２１を下方に向って左側に変位するように配置し、かつ同時に、図１３（ｂ）に示すように、左右方向の側壁版５の右側に変位した位置に、短尺の緊張部材３（３ｂ）を備えたプレストレス導入装置２１を下方に向って右側に変位するように対称な角度で配置し、それぞれの緊張部材３（３ａ，３ｂ）の両端部を、側壁版５に同じ緊張力で緊張して定着すると、図１３（ｃ）に示すように、水平方向の応力成分Ｔが互いに打ち消しあって釣り合いがとれ、上下方向のプレストレス力の合力Ｐを側壁版５に作用させることができる。
【００５５】
既設箱型コンクリート容器構造物１に構造的な特徴があって、水平方向の応力成分を付与させないようにするには、前記のようにすればよい。同様に各側壁版５にも同様に適用でき、また、例えば９０°配置を変えれば、上下方向の応力成分が互いに打ち消しあって釣り合いがとれ、水平方向のプレストレス力の合力を側壁版５に作用させることができる。なお、各緊張部材３（３ａ，３ｂ）の集合部Ｐは、側壁版５に水平方向の引張力が作用しないで、圧縮力が作用するように、右側（または下側）配置の緊張部材３は左側（上側）に、左側（または上側）配置の緊張部材３は右側（または下側）に多少変位して配置するとよい。また同様に、各緊張部材３（３ａ，３ｂ）の集合部は、側壁版５に鉛直方向の引張力が作用しないで、圧縮力が作用するように、下側配置の緊張部材３ｂは上側に、上側配置の緊張部材３ａは下側に多少変位して配置するとよい。
【００５６】
本発明を実施する場合、緊張部材３としては、例えば、ＰＣケーブルまたはＰＣ鋼棒等のＰＣ鋼材を使用するとよい。また、前記実施形態においては、緊張部材３の端部定着構造として、楔式の定着構造を示したが、楔式以外にも、適宜公知の定着手段を採用するようにしてもよい。また、既設コンクリート容器構造物としては、既設箱型コンクリート容器構造物以外にも、多角形あるいは円筒状の既設コンクリート容器構造物に適用するようにしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法によると、既設コンクリート容器構造物の部分的に緊張部材を備えたプレストレス導入装置を設置して耐震補強する形態であるので、既設コンクリート容器構造物の躯体全体を施工する場合に比べて、施工が容易であり、工期の短縮と工事規模の縮小が可能となり、したがって、耐震補強工費を縮減することができる。また、稼働施設となっている既設箱型コンクリート容器構造物については、稼動させながら耐震補強することができ、また、既設箱型コンクリート容器構造物の内空容積を変化させることなく、既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強が可能となることから、施工前の現状をそのまま維持することができる。また、構造物耐震補強後も経年変化による構造物の劣化は拒めないものの、既設箱型コンクリート容器構造物がアルカリ骨材反応の反応過程に位置していれば、既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強後も経時的に内部応力が増加する期間にあるため、結果としてコンクリート構造物耐震補強後の劣化度遅延措置に繋がることも期待できる。さらに、外ケーブルによるプレストレス導入により、当初に発生していたひび割れを閉じることを可能とし、容器として使用される構造物の気密性および水密性を向上させると共に、地震荷重に対して復元力に富む構造を有する。
【００５８】
また、請求項２のようにすると、複数のプレストレス導入設備を配置する場合に、複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置することにより、耐震補強の上で必要部分にのみ応力が作用し、その他の部分には付与するプレストレスが互いに相殺することで不必要な偏応力を既設箱型コンクリート容器構造物内部に残留させないようにすることができる。
【００５９】
また、請求項３または４のようにすると、緊張部材と既設箱型コンクリート容器構造物との間に、少なくとも１つ以上の応力偏向部材を既設箱型コンクリート容器構造物に添設することにより、既設箱型コンクリート容器構造物に作用するモーメント分布を調節するようにしたので、側壁版に水圧などによる曲げモーメントが作用していても、側壁版等に作用する曲げモーメントを軽減して、側壁版ひいては既設箱型コンクリート容器構造物全体の耐震性を向上させることができ、特に、既設箱型コンクリート容器構造物の側壁版に内水圧等の側圧が作用している既設箱型コンクリート容器構造物に適用すると効果的に耐震性を向上させることができる。
【００６０】
また、請求項５のようにすると、本発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造によると、既設コンクリート容器構造物を構成する面版の外側に沿って、緊張部材を備えたプレストレス導入装置を縦方向または横方向あるいは傾斜した方向に複数配置すると共に、前記各緊張部材を緊張させて、その両端部を面版に定着させて、既設コンクリート容器構造物における面版に対してプレストレスを付与するだけで、簡単な構造で、既設コンクリート容器構造物を容易に耐震補強することができる。
【００６１】
また、請求項６のようにすると、複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置されていると、既設コンクリート容器構造物に応力成分の一部を既設コンクリート容器構造物に作用させたくない場合にも、容易に打ち消した状態で作用させることができ、したがって、他の応力成分のみを効果的に作用させることができる。
【００６２】
また、請求項７のようにすると、複数の緊張部材を側壁版の外側に交叉するように配置する場合に、外側に緊張部材支承部と内側に緊張部材挿通孔を備えた応力偏向部材が配置されていると、交差配置される方向の異なる緊張部材相互を容易に所定の位置に配置することができる。
【００６３】
また、請求項８のようにすると、既設箱型コンクリート容器構造物における周側壁版の端部に、端部から面版中央部側に向うと共に面版外側面に貫通する傾斜した貫通孔が設けられ、その貫通孔に緊張部材が挿通されて、緊張部材が面版の端部に定着されているので、緊張部材を側壁版の外面に近接した位置に配置することができ、緊張部材方向のプレストレス力を大きく、また、緊張部材の緊張力による側壁版に作用する曲げ力を極めて小さくでき、また、既設箱型コンクリート容器構造物本体の壁中心側に近づくことなく、外壁面に近い位置に貫通孔を設けることができ、既設箱型コンクリート容器構造物の容器躯体本体の加工を極力小さなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施して既設箱型コンクリート容器構造物を耐震補強している状態を示す縦断側面図である。
【図２】本発明を実施するために、既設箱型コンクリート容器構造物の下部地盤を掘削した状態を示す縦断側面図である。
【図３】本発明を実施して、既設箱型コンクリート容器構造物の緊張部材定着部を補強すると共に、緊張部材挿通用の傾斜した挿通孔を形成した状態を示す縦断側面図である。
【図４】本発明を実施して、既設箱型コンクリート容器構造物の緊張部材定着部を補強すると共に、左右方向の緊張部材挿通用の傾斜した挿通孔を形成した状態を示す横断平面図である。
【図５】本発明を実施して、既設箱型コンクリート容器構造物の緊張部材定着部を補強すると共に、前後方向の緊張部材挿通用の傾斜した挿通孔を形成した状態を示す横断平面図である。
【図６】本発明を実施して、既設箱型コンクリート容器構造物を耐震補強した状態を示す概略縦断側面図である。
【図７】図６の一部横断概略平面図である。
【図８】横方向の緊張部材を定着部を示す一部切欠横断平面図である。
【図９】本発明における既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強方法の説明図であって、（ａ）は現状の既設箱型コンクリート容器構造物における側壁版に静水圧による曲げモーメントが作用し、側壁版に外向きの曲げ力が作用し、上床版と底版部に箱内側に内向きの曲げ力が作用していることを示す説明図、（ｂ）は側壁版に矢印で示すプレストレスを導入すると共に応力偏向部材を使用して、静水圧に対向する偏向力をさせることを示す説明図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）に示す作用状態に対応するために、本発明の耐震補強方法および耐震補強構造を側壁版に適用した状態を示す縦断側面図である。
【図１０】本発明を実施してプレストレスを導入した場合の作用を示す説明図である。
【図１１】本発明を実施してプレストレスを導入した場合の作用成分を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は本発明を実施して既設箱型コンクリート容器構造物の周側壁版を耐震補強した場合に底板部へ作用する場合の説明図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明を実施して、プレストレスが相殺する場合の例を示す説明図である。
【図１４】既設箱型コンクリート容器構造物の一例を示す縦断側面図である。
【図１５】既設箱型コンクリート容器構造物の一例を示す一部横断平面図である。
【符号の説明】
１ 既設箱型コンクリート容器構造物
２ 底版部
３ 緊張部材
４ 応力偏向部材
５（５ａ〜５ｄ） 側壁版
６ 地盤
７ 基礎
８ 作業用溝
９ 上床版
１０ 支柱
１１ 人孔
１２ 割栗層
１３ 均しモルタル
１４ 張り出しフランジ部
１５ 貫通孔
１６ 緊張部材固定具
１７ 貫通孔
１８ 定着金具
１９ 上部の張り出し部
２０ 隅部補強部
２１ プレストレス導入装置
２２ 貫通孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設分野におけるコンクリート製配水池などの既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強方法および耐震補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既設箱型容器構造物として、コンクリート製の配水池が多く建造されていると共に、最近においては、コストダウンや工期短縮に伴い鋼製のプレハブ構造を有する既設箱型容器構造物もある。
【０００３】
従来、既設構造物のなかでも、既設コンクリート構造物の耐震補強方法は、▲１▼既設コンクリート構造物の壁厚を増大または耐震壁を増壁する方法、▲２▼既設コンクリート構造物の柱を増大または増設する方法、▲３▼緊張部材などで既設コンクリート構造物にプレストレスを付与する方法、および▲４▼既設コンクリート構造物の構造部材自体を改質する方法などが知られており、なかでも前記▲３▼の緊張部材などで既設コンクリート構造物にプレストレスを付与する方法については、（ａ）外ケーブル方式（構造物外部に設置）による方法、および（ｂ）内ケーブル方式（構造物内部に設置）による方法が多く採用されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２３５８８５号公報
【特許文献２】
特開平９−１５１６０９号公報
【特許文献３】
特開平５−２０２５１８号公報
【特許文献４】
特開平６−７３８９７号公報
【非特許文献１】
社団法人日本水道協会、「施設基準対応」水道施設設計指針２０００
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、土木構造物および建築構造物の設計は、大規模地震に対する耐性も考慮するようになっており、各種構造物の設計に関する指針や示方書などがレベル２地震動（大規模地震）に対応すべく改訂作業が行われている状況である。
【０００６】
つまり、過去に建造された構造物で旧来の設計に基づくものは、大規模地震に対する耐力面が懸念されおり、何らかの耐震補強手段を講じ、最新の設計基準に対応できるよう構造物の強度を引き上げる必要がある。
【０００７】
従来技術によれば、前記それぞれの方法が相応の施工用地を必要とし、また補修などを含む補強対象が構造物全体である場合には、必然、工期も長期間に及ぶほか施工量としても相当な規模に達する。特に、前記の▲１▼構造物の壁厚を増大または耐震壁を増壁する方法または前記▲２▼構造物の柱を増大または増設する方法にあっては、既に存在するひび割れなどを閉じることができず、また新旧コンクリートの一体化には施工がさらに大規模化する。
【０００８】
また、現存にて稼働している施設（構造物）については、施工期間中の供用を長期間に渡り停止する必要も生じ、このことは同規模の仮設備を先行して建造しなければならないなど、構造物の目的・種類によっては致命的な問題へと繋がる。
【０００９】
さらに、使用目的が容器であるような内空の確保を前提とする構造物に関しては、前述にある増壁や増柱のような手段を構造物内部において採用することが実質不可能となる。
【００１０】
したがって、これら既設コンクリート容器構造物の補強箇所数を低減させ施工規模の縮小を図る一方、既設コンクリート容器構造物に必要な補強を施し、工期・工費の面でも有利な、既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法および耐震補強構造を提供することが望まれる。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は既設コンクリート容器構造物の必要箇所に対して比較的安価な外ケーブル方式を利用したプレストレス導入手段により、該外ケーブルを緊張することで構造物に同時に多方向（緊張方向および偏向）の応力成分を付与し、かつプレストレスが必要のない部材には応力成分が相殺することで限りなく現存状態を維持することによって、工期短縮と工事規模の縮小に伴う工費縮減を可能とし、さらに施工期間中の構造物の供用を阻害せず、また内空容積を変化させることのない既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法および耐震補強構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を有利に解決するために、本発明においは、次のように構成されている。
【００１３】
第１発明では、側圧が作用している既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法であって、既設コンクリート容器構造物を構成する面版の外側に沿って緊張部材を備えたプレストレス導入装置を配置すると共に、前記各緊張部材を前記面版に緊張定着させて、プレストレス導入装置の単位設置箇所当たりのプレストレス導入方向を２次元的または３次元的に多方向へ前記箱型コンクリート容器構造物に作用させることで、既設コンクリート容器構造物に対してプレストレスを付与して耐震補強することを特徴とする。
【００１４】
第２発明では、前記既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法において、複数のプレストレス導入設備を配置する場合、複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置し、耐震補強の上で必要部分にのみ応力が作用し、その他の部分には付与するプレストレスが互いに相殺することで不必要な偏応力を既設コンクリート容器構造物内部に残留させないようにしたことを特徴とする。
【００１５】
第３発明では、第１発明または第２発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法において、プレストレス導入の際に外ケーブル方式による緊張部材を用い、前記緊張部材に緊張力を作用させると同時に、前記緊張部材と既設コンクリート容器構造物との間に、少なくとも１つ以上の応力偏向部材を既設コンクリート容器構造物に添設することで、既設コンクリート容器構造物に作用するモーメント分布を調節するようにしたことを特徴とする
【００１６】
第４発明では、第１発明から第３発明のいずれかの既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法において、前記既設コンクリート容器構造物は、側壁版に内水圧等の側圧が作用している既設箱型コンクリート容器構造物であることを特徴とする。
【００１７】
第５発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造においては、側圧が作用している既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造であって、既設コンクリート容器構造物を構成する面版の外側に沿って、緊張部材を備えたプレストレス導入装置を縦方向または横方向あるいは傾斜した方向に複数配置すると共に、前記各緊張部材を緊張させて、その両端部を面版に定着させて、既設コンクリート容器構造物における面版に対してプレストレスを付与して耐震補強することを特徴とする。
【００１８】
第６発明においては、第５発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造において、複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置されていることを特徴とする。
【００１９】
第７発明においては、第５発明または第６発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造において、複数のプレストレス導入装置における方向の異なる前記緊張部材の交差部には、外側に緊張部材支承部と内側に緊張部材挿通孔を備えた応力偏向部材が配置されていることを特徴とする。
【００２０】
第８発明においては、第５から第７発明のいずれかに記載の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造において、既設コンクリート容器構造物における周側壁版の端部に、端部から面版中央部側に向うと共に面版外側面に貫通する傾斜した貫通孔が設けられ、その貫通孔に緊張部材が挿通されて、緊張部材が面版の端部に定着されていることを特徴とする。
【００２１】
【作用】
本発明によると、既設コンクリート容器構造物の必要箇所に対して比較的安価な外ケーブル方式を利用したプレストレス導入手段により、外ケーブルを緊張することで構造物に多方向（緊張方向および偏向）の応力成分を同時に付与することによって、工期短縮と工事規模の縮小を伴う工費縮減を可能とし、さらに構造物の施工期間中の供用を阻害せず、また内空容積を変化させることのない既設コンクリート容器構造物の耐震補強を可能とする。また、構造物耐震補強後も経年変化による構造物の劣化は拒めないものの、既設コンクリート容器構造物がアルカリ骨材反応の反応過程に位置していれば、既設コンクリート容器構造物の耐震補強後も経時的に内部応力が増加する期間にあるため、結果としてコンクリート容器構造物耐震補強後の劣化度遅延措置に繋がることも期待できる。さらに、外ケーブルによるプレストレス導入により、当初に発生していたひび割れを閉じることを可能とし、容器として使用される構造物の気密性および水密性を向上させると伴に、地震荷重に対して復元力に富む構造を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、既設箱型コンクリート容器構造物が配水池として稼働している既設箱型コンクリート容器構造物の場合を例に採り、詳細に説明する。
【００２３】
ここで、配水池構造物は、水を常時一定量供給するために、浄水場やポンプ場で事故などの不都合が発生しても直ちに断水する事態に陥らないように貯水するための容器構造物であり、必要配水量が予め設定されている。また、配水池の特徴として、一箇所の配水池の給水区域の過大化を回避すべく、適当な大きさで区域割りをしていることから、その数も非常に多いものとなる。
【００２４】
これら旧構造物の配水池を最新の水道施設設計指針（前出、非特許文献１参照）に照らし合わせてみると、常時荷重やレベル１地震動についての安全性はおおむね確認されているものの、レベル２地震動に対しては、上床版を除く各部材の必要耐力を向上させる必要がある場合がある。
【００２５】
そこで、このような場合の既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強手順を、図面を参照しながら次の第１段階から第６段階の各段階に従い、以降それぞれについて説明する。
【００２６】
（第１段階）既設箱型コンクリート容器構造物１の底版部２の掘削＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞
（第２段階）緊張部材３の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞
（第３段階）応力偏向部材４の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞
（第４段階）緊張部材３、応力偏向部材４の設置＜既設コンクリート容器構造物１の平面長手方向、短手方向＞
（第５段階）緊張部材３の緊張定着
（第６段階）原形復旧
【００２７】
（第１段階）既設箱型コンクリート容器構造物１の底版部２の掘削＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞
図１４および図１５に示すように、既設箱型コンクリート容器構造物１の内部に多数の支柱１０を備えていると共に、内部に貯水されて、配水池としての既設箱型コンクリート容器構造物１の側壁版５等に水圧が作用している既設箱型コンクリート容器構造物１を現存状態で耐震補強するにあたって、図２に示すように、まず、既設箱型コンクリート容器構造物１に設置される緊張部材の下側定着部を施工するために、耐震補強目的の配水池となっている既設箱型コンクリート容器構造物１の底版部２の周縁部下面および側壁版５下部近傍地盤６および基礎７の必要箇所を所要深さ掘削し、作業用溝８を適宜間隔をおいて、または連続して形成する。
【００２８】
また、図示例の既設箱型コンクリート容器構造物１は、底板部２と、左右方向の各側壁版５ａ，５ｂと前後方向の側壁版５ｃ，５ｄと、上床版９と、上床版９を支持すべく底板部２に立設された多数の支柱１０とを備えている。なお、図中１１は、出入り用の人孔、１２は割栗層、１３は均しモルタル層である。
【００２９】
（第２段階）緊張部材３の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞：
次に、図３に示すように、配水池としての既設箱型コンクリート容器構造物１の底版部２端部および側壁版５下端部が共有している外側の張り出しフランジ部１４における基端側に、構造物建ち上がり方向に設置する緊張部材３の本数分、ＰＣ鋼材の外ケーブルからなる緊張部材３が挿通可能な大きさおよび角度に前記構造物１の横方向に間隔をおいて穿孔し、緊張部材３の挿通孔１５および定着座（必要に応じ支圧プレート等を埋め込み）を設ける。この挿通孔１５は、図示の形態では、底版部２または側壁版５等の端部に、側壁版端部から側壁中間側に向うと共に、側壁外側面に貫通する傾斜した貫通孔１５であり、側壁版５にプレストレスを導入する場合は、これに近接した位置であるとよい。なお、符号２０は隅部補強部で、下部の張り出しフランジ部１４，底版部２および側壁版５と一体化される部分補強部である。
【００３０】
前記のように貫通孔１５を設け、縦方向の緊張部材３の下端を貫通孔１５に挿通後、図１に示すように、底版部２の下側において、緊張部材３の下端定着部に、緊張部材固定用の緊張部材固定具１６を装着し、底板部２および側壁版５並びに張り出しフランジ１４の下端面に係合させて、これを固定端とする。
【００３１】
さらに、図１に示すように、配水池としての既設箱型コンクリート容器構造物１の上床版９および側壁版５上端部付近に、上床版９の端部から側壁版５の中間側に向うと共に、側壁版５の外側面に貫通する傾斜した貫通孔１７を設ける。図示の実施形態では、上部の張り出しフランジ部１９が適宜部分的に撤去されて、上床版９または側壁版５と一体に、隅部補強部２０が形成され、前記貫通孔１７は、緊張部材３の上端部が挿通可能な大きさおよび角度に構造物を穿孔され、前記下側と同様、必要本数分設け、フリーとなっている緊張部材３の上端側を挿通させ、緊張部材３の上側に緊張定着可能な定着金具１８を緊張端として仮止め装着して、プレストレス導入装置２１を設置する。なお、後記の偏向部材４が必要な場合には、これを含めてプレストレス導入装置とする。
【００３２】
（第３段階）応力偏向部材の縦方向の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の建ち上がり方向＞：
前記縦方向の緊張部材３と既設箱型コンクリート容器構造物１における側壁版との間に、図１に示すように、応力偏向部材４を挟装し、既設箱型コンクリート容器構造物１の側壁版５に添設する。図示の形態では、前記応力偏向部材４には、その外面側に上下方向に延長する外側支承溝を備えていると共に必要に応じ応力偏向部材４の本体に左右方向（または上下方向）に延長する緊張部材挿通用の横孔が形成されている応力偏向部材４である。なお、応力偏向部材４は、適宜、側壁版５に接着材等により固定してもよい。
【００３３】
（第４段階）緊張部材、応力偏向部材の横方向の設置＜既設箱型コンクリート容器構造物１の平面長手方向（左右方向）および短手方向（前後方向）＞：
次に、図４，図５および図６〜図８に示すように、既設箱型コンクリート容器構造物１の平面長手方向（左右方向）および短手方向（前後方向）における、緊張部材３および応力偏向部材４の設置についても、前記第１段階〜第３段階と同様、側壁版５の横方向端部の定着部を、適宜、必要に応じ隅部補強部２０を設けて補強した上で、横方向に穿孔して、貫通孔２２を形成した後、緊張部材３の一端部を挿通して、側壁版５の外側に定着金具１６を装着して、これを固定端とし、前記緊張部材３の他端部に側壁版５の外側において、緊張定着可能な定着金具１８を緊張端として仮止め装着して、また、緊張部材３と側壁版との間に、応力偏向部材４を添設して、横方向のプレストレス導入装置２１を設置する。これらの一連の手順をもって、緊張部材３を備えた各プレストレス導入装置２１の準備を完了する。
【００３４】
なお、図示の実施形態のように、外側に向って傾斜した貫通孔１５にすると、緊張部材３を側壁版５の外面に近接した位置に配置することができ、緊張部材方向のプレストレス力を大きく、また、緊張部材３の緊張力による側壁版５に作用する曲げ力を極めて小さくでき、また、既設箱型コンクリート容器構造物１本体の外壁面に近い位置に貫通孔１５を設けることができ、既設箱型コンクリート容器構造物１の容器躯体本体の加工を極力小さなものとすることができる。
【００３５】
ここで、構造物建ち上がり方向に設置する緊張部材３と、構造物平面長手方向に設置する緊張部材３または構造物平面短手方向に設置する緊張部材３とが、交叉する部分については、それぞれの緊張部材３の損傷を回避すべく、前記のように、一方の緊張部材３が応力偏向部材４の内部を貫通させるなどの必要措置を講ずる。
【００３６】
（第５段階）緊張部材の緊張：
前記、第１段階〜第４段階によって準備された、各緊張部材３を所要緊張力で緊張する。緊張力は、構造物建ち上がり方向の緊張部材３には、一箇所当たり例えば、１５００ｋＮの導入プレストレス力が導入される。
【００３７】
なお、構造物平面長手方向（左右方向）および短手方向（前後方向）は、施工の単純化を図るため、緊張部材３が構造物四囲を同時に緊張可能とすべく連続した一本の緊張部材にて囲繞し、単位面積当たり０．５Ｎ／ｍｍ2の導入プレストレス量を既設箱型コンクリート容器構造物１に付与するようにしてもよい。
【００３８】
ただし、この緊張段階に先行して、既設箱型コンクリート容器構造物１の形状にもよるが、各緊張部材３の固定端および緊張端の保護ならびに貫通孔１５，１７，２２周辺の強度低下を補足するために、前記のように必要に応じて、貫通孔周辺の補強工（２０）を鋼製材料またはコンクリート製材料などで行い、既設箱型コンクリート容器構造物１に一体化させる。
【００３９】
また、第２段階もしくは第４段階で、緊張部材３の固定端および緊張端の施工には、直接構造物を穿孔し、貫通孔１５（１７，２２）を形成する方法の採用が困難な場合もあり、このような状況においては、図示のように、貫通孔周辺の補強工２０と併せて既設箱型コンクリート容器構造物１を補強した上で、貫通孔１５（１７，２２）の穿孔作業を行う。
【００４０】
（第６段階）原形復旧：
最後に、第１段階の緊張部材３を適宜防錆処理をした上で、図１に２点鎖線で示すように、構造物底版部２下面の基礎７の修復および掘削溝８を埋め戻して原形復旧する。
【００４１】
以上の各段階を経て得られる補強効果を、図９（ａ）〜（ｃ）にイメージ図として示すと、既設箱型コンクリート容器構造物１の耐震補強前の状態は、図９（ａ）に示すように、既設箱型コンクリート容器構造物１が配水池として常時稼働している施設であるため、内部に貯える水の総量が一日を通して変動するものの、最大水位で図９（ａ）のような三角形の圧力勾配で現される。
【００４２】
また、図９（ｂ）に示すように、側壁版５に応力偏向部材４を介在させて、プレストレスを導入すると、側壁版５に対して上下軸方向の応力成分Ｐとこれに偏向する横方向の応力成分Ｆとが作用し、側壁版５に作用する側圧および側壁版５と底版部２と上床版９とに作用する曲げ力を打ち消すように作用し、図９（ｃ）に示すように、既設箱型コンクリート容器構造物１が安定する。
【００４３】
そして、このように、既設箱型コンクリート容器構造物１にプレストレスを導入することにより、既設箱型コンクリート容器構造物１はレベル２地震動の耐震性能を満足するものとなる。
【００４４】
さらに、既設箱型コンクリート容器構造物１に作用する常時荷重、レベル１地震時、およびレベル２地震時に、レベル２地震動にて全ての部材の発生断面力を部材の耐力内に抑えることにより、その耐震補強効果は、常時荷重で側壁版５および支柱１０部で引張応力が発生しなくなり、既存のひび割れが閉じられ、例えば、２０％〜１００％の応力低減度が得られ、レベル１地震時においては、各部材の応力が改善され、例えば、２５％〜９９％の応力低減度が得られる。
【００４５】
前記実施形態において、緊張部材３の端部の定着金具１６，１８としては、既設箱型コンクリート容器構造物１側に、当接または埋め込み配置され、緊張部材３を嵌挿される鋼製環状の支圧プレートと、これに支承され、外側に向って拡径する緊張部材挿通孔を備えた楔受け金具と、複数の断面円弧状の分割型楔とにより、緊張部材３の端部を既設箱型コンクリート容器構造物１に定着することができる。なお、定着金具１６，１８としては、その他の公知の定着金具を使用するようにしてもよい。また、貫通孔１５，１７，２２を形成するために、鋼製管体または合成樹脂製短管等を使用するとよい。
【００４６】
次に、本発明を実施してプレストレスを導入した場合の作用を図１０および図１１を参照して説明する。なお、図１１（ａ）〜（ｄ）における矢印は、プレストレス導入による作用（応力発生方向）成分である。
【００４７】
図１０（ａ）の（イ）および（ロ）に示すように、側壁版５の上下方向に鉛直状態で緊張部材３を配置し、側壁版の上下両端部で緊張定着すると、図１１（ａ）の（イ）および（ロ）に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）にのみ、２次元的に、プレストレス力導入による作用（応力発生）成分を発生させることができる。なお、図１０および図１１の（ロ）において、丸印内の文字は、その軸方向にプレストレス力が作用していることを示している。
【００４８】
また、図１０（ｂ）の（イ）および（ロ）に示すように、側壁版５の上下方向に傾斜した状態で緊張部材３を配置し、側壁版５の上下両端部で緊張定着すると、図１１（ｂ）の（イ）および（ロ）に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）および前後方向（Ｘ軸方向）に、２次元的にプレストレス力導入による作用（応力発生）成分を発生させることができる。
【００４９】
また、図１０（ｃ）の（イ）および（ロ）に示すように、緊張部材３を側壁版５の鉛直（上下）方向に配置すると共に応力偏向部材４を介在させ、緊張部材３を側壁版５の上下両端部で緊張定着すると、図１１（ｃ）の（イ）および（ロ）に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）および左右方向（Ｙ軸方向）に、２次元的にプレストレス力導入による作用（応力発生）成分を発生させることができる。
【００５０】
また、図１０（ｄ）の（イ）および（ロ）に示すように、側壁版５の上下方向に緊張部材３を前後方向に傾斜した状態に配置し、応力偏向部材４を介在させ、緊張部材３を側壁版５の上下両端部で緊張定着すると、図１１（ｄ）の（イ）および（ロ）に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）および左右方向（Ｙ軸方向）並びに、前後方向（Ｘ軸方向）に、３次元の立体内において、プレストレス力導入による作用（応力発生）成分を発生させることができる。
【００５１】
次に、側壁部５にプレストレス力を作用させることにより、底板部２を補強するとになる場合について、図１２を参照しながら説明する。
【００５２】
本発明を実施する場合、例えば地上に立設する既設箱型コンクリート容器構造物１は、底版部２に直接、プレストレス導入装置２１を設置することが難しい場合がある。このような場合には、図１２に示すように、側壁版５の下端部における底版部２と近傍のレベルに、プレストレス導入装置２１を、左右方向の側壁版５または前後方向の側壁版５に横向きに設置し、緊張部材３を緊張して左右方向の側壁部５の左右方向両端部、または前後方向の側壁版５の前後方向両端部に定着してプレストレス力Ｆを導入すると、側壁版５を介して、底版部２にプレストレス力の一部のプレストレス力ｆを導入して、底版部２を補強することができる。
【００５３】
次に、複数のプレストレス導入設備を配置する場合、複数のプレストレス導入装置２１における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置し、耐震補強の上で必要部分にのみ応力が作用し、その他の部分には付与するプレストレスが互いに相殺することで、不必要な偏応力を既設箱型コンクリート容器構造物１の内部に残留させないようにする場合について、図１３を参照しながら説明する。
【００５４】
図１３（ａ）に示すように、例えば、左右方向の側壁版５の左側に変位した位置に、長尺の緊張部材３（３ａ）を備えたプレストレス導入装置２１を下方に向って左側に変位するように配置し、かつ同時に、図１３（ｂ）に示すように、左右方向の側壁版５の右側に変位した位置に、短尺の緊張部材３（３ｂ）を備えたプレストレス導入装置２１を下方に向って右側に変位するように対称な角度で配置し、それぞれの緊張部材３（３ａ，３ｂ）の両端部を、側壁版５に同じ緊張力で緊張して定着すると、図１３（ｃ）に示すように、水平方向の応力成分Ｔが互いに打ち消しあって釣り合いがとれ、上下方向のプレストレス力の合力Ｐを側壁版５に作用させることができる。
【００５５】
既設箱型コンクリート容器構造物１に構造的な特徴があって、水平方向の応力成分を付与させないようにするには、前記のようにすればよい。同様に各側壁版５にも同様に適用でき、また、例えば９０°配置を変えれば、上下方向の応力成分が互いに打ち消しあって釣り合いがとれ、水平方向のプレストレス力の合力を側壁版５に作用させることができる。なお、各緊張部材３（３ａ，３ｂ）の集合部Ｐは、側壁版５に水平方向の引張力が作用しないで、圧縮力が作用するように、右側（または下側）配置の緊張部材３は左側（上側）に、左側（または上側）配置の緊張部材３は右側（または下側）に多少変位して配置するとよい。また同様に、各緊張部材３（３ａ，３ｂ）の集合部は、側壁版５に鉛直方向の引張力が作用しないで、圧縮力が作用するように、下側配置の緊張部材３ｂは上側に、上側配置の緊張部材３ａは下側に多少変位して配置するとよい。
【００５６】
本発明を実施する場合、緊張部材３としては、例えば、ＰＣケーブルまたはＰＣ鋼棒等のＰＣ鋼材を使用するとよい。また、前記実施形態においては、緊張部材３の端部定着構造として、楔式の定着構造を示したが、楔式以外にも、適宜公知の定着手段を採用するようにしてもよい。また、既設コンクリート容器構造物としては、既設箱型コンクリート容器構造物以外にも、多角形あるいは円筒状の既設コンクリート容器構造物に適用するようにしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法によると、既設コンクリート容器構造物の部分的に緊張部材を備えたプレストレス導入装置を設置して耐震補強する形態であるので、既設コンクリート容器構造物の躯体全体を施工する場合に比べて、施工が容易であり、工期の短縮と工事規模の縮小が可能となり、したがって、耐震補強工費を縮減することができる。また、稼働施設となっている既設箱型コンクリート容器構造物については、稼動させながら耐震補強することができ、また、既設箱型コンクリート容器構造物の内空容積を変化させることなく、既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強が可能となることから、施工前の現状をそのまま維持することができる。また、構造物耐震補強後も経年変化による構造物の劣化は拒めないものの、既設箱型コンクリート容器構造物がアルカリ骨材反応の反応過程に位置していれば、既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強後も経時的に内部応力が増加する期間にあるため、結果としてコンクリート構造物耐震補強後の劣化度遅延措置に繋がることも期待できる。さらに、外ケーブルによるプレストレス導入により、当初に発生していたひび割れを閉じることを可能とし、容器として使用される構造物の気密性および水密性を向上させると共に、地震荷重に対して復元力に富む構造を有する。
【００５８】
また、請求項２のようにすると、複数のプレストレス導入設備を配置する場合に、複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置することにより、耐震補強の上で必要部分にのみ応力が作用し、その他の部分には付与するプレストレスが互いに相殺することで不必要な偏応力を既設箱型コンクリート容器構造物内部に残留させないようにすることができる。
【００５９】
また、請求項３または４のようにすると、緊張部材と既設箱型コンクリート容器構造物との間に、少なくとも１つ以上の応力偏向部材を既設箱型コンクリート容器構造物に添設することにより、既設箱型コンクリート容器構造物に作用するモーメント分布を調節するようにしたので、側壁版に水圧などによる曲げモーメントが作用していても、側壁版等に作用する曲げモーメントを軽減して、側壁版ひいては既設箱型コンクリート容器構造物全体の耐震性を向上させることができ、特に、既設箱型コンクリート容器構造物の側壁版に内水圧等の側圧が作用している既設箱型コンクリート容器構造物に適用すると効果的に耐震性を向上させることができる。
【００６０】
また、請求項５のようにすると、本発明の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造によると、既設コンクリート容器構造物を構成する面版の外側に沿って、緊張部材を備えたプレストレス導入装置を縦方向または横方向あるいは傾斜した方向に複数配置すると共に、前記各緊張部材を緊張させて、その両端部を面版に定着させて、既設コンクリート容器構造物における面版に対してプレストレスを付与するだけで、簡単な構造で、既設コンクリート容器構造物を容易に耐震補強することができる。
【００６１】
また、請求項６のようにすると、複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置されていると、既設コンクリート容器構造物に応力成分の一部を既設コンクリート容器構造物に作用させたくない場合にも、容易に打ち消した状態で作用させることができ、したがって、他の応力成分のみを効果的に作用させることができる。
【００６２】
また、請求項７のようにすると、複数の緊張部材を側壁版の外側に交叉するように配置する場合に、外側に緊張部材支承部と内側に緊張部材挿通孔を備えた応力偏向部材が配置されていると、交差配置される方向の異なる緊張部材相互を容易に所定の位置に配置することができる。
【００６３】
また、請求項８のようにすると、既設箱型コンクリート容器構造物における周側壁版の端部に、端部から面版中央部側に向うと共に面版外側面に貫通する傾斜した貫通孔が設けられ、その貫通孔に緊張部材が挿通されて、緊張部材が面版の端部に定着されているので、緊張部材を側壁版の外面に近接した位置に配置することができ、緊張部材方向のプレストレス力を大きく、また、緊張部材の緊張力による側壁版に作用する曲げ力を極めて小さくでき、また、既設箱型コンクリート容器構造物本体の壁中心側に近づくことなく、外壁面に近い位置に貫通孔を設けることができ、既設箱型コンクリート容器構造物の容器躯体本体の加工を極力小さなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施して既設箱型コンクリート容器構造物を耐震補強している状態を示す縦断側面図である。
【図２】本発明を実施するために、既設箱型コンクリート容器構造物の下部地盤を掘削した状態を示す縦断側面図である。
【図３】本発明を実施して、既設箱型コンクリート容器構造物の緊張部材定着部を補強すると共に、緊張部材挿通用の傾斜した挿通孔を形成した状態を示す縦断側面図である。
【図４】本発明を実施して、既設箱型コンクリート容器構造物の緊張部材定着部を補強すると共に、左右方向の緊張部材挿通用の傾斜した挿通孔を形成した状態を示す横断平面図である。
【図５】本発明を実施して、既設箱型コンクリート容器構造物の緊張部材定着部を補強すると共に、前後方向の緊張部材挿通用の傾斜した挿通孔を形成した状態を示す横断平面図である。
【図６】本発明を実施して、既設箱型コンクリート容器構造物を耐震補強した状態を示す概略縦断側面図である。
【図７】図６の一部横断概略平面図である。
【図８】横方向の緊張部材を定着部を示す一部切欠横断平面図である。
【図９】本発明における既設箱型コンクリート容器構造物の耐震補強方法の説明図であって、（ａ）は現状の既設箱型コンクリート容器構造物における側壁版に静水圧による曲げモーメントが作用し、側壁版に外向きの曲げ力が作用し、上床版と底版部に箱内側に内向きの曲げ力が作用していることを示す説明図、（ｂ）は側壁版に矢印で示すプレストレスを導入すると共に応力偏向部材を使用して、静水圧に対向する偏向力をさせることを示す説明図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）に示す作用状態に対応するために、本発明の耐震補強方法および耐震補強構造を側壁版に適用した状態を示す縦断側面図である。
【図１０】本発明を実施してプレストレスを導入した場合の作用を示す説明図である。
【図１１】本発明を実施してプレストレスを導入した場合の作用成分を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は本発明を実施して既設箱型コンクリート容器構造物の周側壁版を耐震補強した場合に底板部へ作用する場合の説明図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明を実施して、プレストレスが相殺する場合の例を示す説明図である。
【図１４】既設箱型コンクリート容器構造物の一例を示す縦断側面図である。
【図１５】既設箱型コンクリート容器構造物の一例を示す一部横断平面図である。
【符号の説明】
１ 既設箱型コンクリート容器構造物
２ 底版部
３ 緊張部材
４ 応力偏向部材
５（５ａ〜５ｄ） 側壁版
６ 地盤
７ 基礎
８ 作業用溝
９ 上床版
１０ 支柱
１１ 人孔
１２ 割栗層
１３ 均しモルタル
１４ 張り出しフランジ部
１５ 貫通孔
１６ 緊張部材固定具
１７ 貫通孔
１８ 定着金具
１９ 上部の張り出し部
２０ 隅部補強部
２１ プレストレス導入装置
２２ 貫通孔
Claims (8)
- 側圧が作用している既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法であって、既設コンクリート容器構造物を構成する面版の外側に沿って緊張部材を備えたプレストレス導入装置を配置すると共に、前記各緊張部材を前記面版に緊張定着させて、プレストレス導入装置の単位設置箇所当たりのプレストレス導入方向を２次元的または３次元的に多方向へ前記既設コンクリート容器構造物に作用させることで、既設コンクリート容器構造物に対してプレストレスを付与して耐震補強することを特徴とする既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法。
- 前記既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法において、複数のプレストレス導入設備を配置する場合、複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置し、耐震補強の上で必要部分にのみ応力が作用し、その他の部分には付与するプレストレスが互いに相殺することで不必要な偏応力を既設コンクリート容器構造物内部に残留させないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法。
- プレストレス導入の際に外ケーブル方式による緊張部材を用い、前記緊張部材に緊張力を作用させると同時に、前記緊張部材と既設コンクリート容器構造物との間に、少なくとも１つ以上の応力偏向部材を既設コンクリート容器構造物に添設することで、既設コンクリート容器構造物に作用するモーメント分布を調節するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法。
- 前記既設コンクリート容器構造物は、側壁版に内水圧等の側圧が作用している既設箱型コンクリート容器構造物であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の既設コンクリート容器構造物の耐震補強方法。
- 側圧が作用している既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造であって、既設コンクリート容器構造物を構成する面版の外側に沿って、緊張部材を備えたプレストレス導入装置を縦方向または横方向あるいは傾斜した方向に複数配置すると共に、前記各緊張部材を緊張させて、その両端部を面版に定着させて、既設コンクリート容器構造物における面版に対してプレストレスを付与して耐震補強することを特徴とする既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造。
- 複数のプレストレス導入装置における面版に作用する応力成分の一部が、互いに打ち消し合うように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造。
- 複数のプレストレス導入装置における方向の異なる前記緊張部材の交差部には、外側に緊張部材支承部と内側に緊張部材挿通孔を備えた応力偏向部材が配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造。
- 既設コンクリート容器構造物における周側壁版の端部に、端部から面版中央部側に向うと共に面版外側面に貫通する傾斜した貫通孔が設けられ、その貫通孔に緊張部材が挿通されて、緊張部材が面版の端部に定着されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の既設コンクリート容器構造物の耐震補強構造。
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