JP2007120104A - マンホールの補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間に、効率良く、地中に埋設されたマンホールを道路を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力の向上が得られるようにすることのできるマンホールの補強構造を提供する。
【解決手段】函体２の頂版２ａに開口用首部３を接続したマンホールの前記首部３の周りの前記頂版２ａの下面に繊維強化プラスチック製の円弧形補強材１８を首部３を囲むように配置して接着し、側版２ｂ、２ｃと前記頂版２ａとで成す前記内部空間側の隅角部８に補強用ブロック１９、２０を横並びで函体２の長手方向に配設した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地中に埋設されたコンクリート構造物であるマンホールの補強構造に関するものであり、特に、簡単な方法で短時間で補強が可能となり、道路上を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力を向上させることができるマンホールの補強構造に関するものである。

従来、例えば、地中に埋設されている通信ケーブルの分岐、接続部の収容のための空間、及び作業者が入坑してケーブルの建設、保守作業を行う空間を確保するために、マンホール（人孔）が地中に埋設されている。

マンホールの容量、形状は、ルート上の管路の条数、収容するケーブルの条数、或いは分岐方向などによって決定され、適用管路条数に応じて容量の異なる複数種類が規格されている。いずれのマンホールも、次のような基本的な構成を有する。

図２６に示すように、マンホール１は、矩形の躯体部分である鉄筋コンクリート製の函体２の頂版２ａに開口用首部３を接続した。この開口用首部３は函体２に連通する開口部４を有する円筒状のもので、蓋５を頂部に頂く。

又、函体２の側部には、ダクトスリーブ６が形成され、管路７が接続されている。そして、管路７内を通して通信ケーブルなどが敷設される。

図２６における寸法は、直線形３号の規格によるもので、一例を示したものに過ぎない。

前記マンホール１は、現場で鉄筋コンクリートを打設する現場打ち方式、或いはプレキャスト製品を現場に運搬、据え付けるブロック方式で地中に配設され、当初、側方土圧、路面荷重などに耐え得る強度設計になっているが、土かぶりとの関係で、車両等の通行による輪荷重（道路設計荷重の増大）による劣化が起こる。又、コンクリートの経年による劣化が、多くのマンホール１で見られる。実際にマンホール１の内部から観察すると、コンクリートのひびわれ（亀裂）、鉄筋の露出（爆裂）が観察される。このため、補修・補強が必要である。

従来、マンホール１の補修としては、鉄筋が腐食して膨張し、かぶりコンクリート部分が剥落した箇所などの劣化部分をはつり落とし、防錆処理した後に断面修復することしか行われていなかった、しかしながら、斯かる補修方法は、施工に時間がかかり、又、補強効果は限定的なものであった。

一方、図２７に、出入り口のマンホール１の地中内の函体２の単位断面２Ｓについて、応力・ひずみの関係を略示する。この単位断面は幅狭い門型であり、地面における載荷重による上下方向の応力またその応力の分圧として左右横方向の応力により隅角部にはマイナス（−）の曲げモーメントが、上下及び左右側面の壁面にはプラス（＋）の曲げモーメントが強く影響（内部鉄筋により変化する）を受けている。このため、とくに隅角部８の補強が必要である。

又、マンホール１はその内部の幅が小さく、そこに電気ケーブルが束になって輻輳しており、補修作業が極めて小さい狭隘なスペースしかない悪条件のもとでこれを克服して行われる必要がある。

このようなマンホールの補強に関しては下記特許文献があり、とくにその隅角部とその壁面の補強を目的とした老朽マンホールの狭隘箇所対応補修・補強工法である。
特開２００５−１５５２７３（老朽マンホールの狭隘箇所対応補修・補強工法）

この特許文献１の工法は、図２８に示すように、隅角部８から直近の隣接する２つの面に、かつその奥行き方向の適当間隔毎に、アンカーボルト９を打ち込み、該ボルトの頭部を介して同様の奥行き方向の適当間隔毎に異型鉄筋１０を緊結し、これらの部材を含浸させるよう樹脂モルタル１１を手詰めにより打設して左官仕上げを行って、隅角部８を補強するものである。

又、上下壁面及び又は左右壁面について下地処理を施した上で、含浸接着剤を使って炭素繊維シート１２を貼り付け、表面仕上げを行って、コンクリート壁を補強する。

しかし、この特許文献１では異型鉄筋の配設や樹脂モルタルを手詰めにより打設して左官仕上げを行うことなどで、やはり時間と労力がかかる。施工に時間がかかると、マンホール１は、道路の下の地中に埋設されているため、交通規制が長時間におよび、補修・補強工事が難しいという問題がある。

さらに、含浸接着剤を使っての炭素繊維シートを貼り付けに関しては、図２９に示すように下地ケレン１３による処理、プライマー１４による処理、不陸修正材１５による不陸修正処理、含浸接着剤（下塗）１６ａ、炭素繊維１７、含浸接着剤（下塗）１６ｂによる繊維シート接着処理（樹脂含浸、硬化）などのいくつもの工程を要するため、施工に時間がかかる。

前記炭素繊維１７による炭素繊維シート１２は、補強繊維が直線であり、マンホール１の開口用首部３の周りを効率的に補強することは難しい。更に、詳しくは後述するが、斯かる工法では、函体２の頂版２ａの上面端部に発生する引張力に対しては、補強することができない。

本発明の目的は、前記従来例の不都合を解消し、短時間に、効率良く、地中に埋設されたマンホールを道路を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力の向上が得られるようにすることのできるマンホールの補強構造を提供することである。

前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、函体の頂版に開口用の首部を接続したマンホールの前記首部の周りの前記頂版の下面に繊維強化プラスチック製の円弧形補強材を首部による開口部を囲むように配置して接着し、函体の側版と頂版とで成す隅角部に補強用ブロックを横並びで函体長手方向に配設したことを要旨とするものである。

函体の頂版に開口用首部を接続したマンホールは、頂版に首部からの輪荷重がかかると、頂版下面の開口部の周りには引張応力が作用し、コンクリートは、圧縮力には強く、引張力には弱い。すなわち、頂版下面には、開口部の周辺で、強い引張応力が発生している。

請求項１記載の本発明によれば、地中に埋設されたマンホールの開口部の周りの頂板下面に、繊維強化プラスチック製の円弧形補強材を首部を囲むように接着樹脂を用いて接着することで、開口部の周りの頂版下面に作用する引張応力に対して、円弧形補強材が応力を分担することができ、マンホールの構造を補強することができる。

特に、既に硬化された円弧形補強材をマンホール内に運び入れ、これを所定箇所に貼り付けるといった極めて簡単な作業にて、作業性良くマンホールを補強することができる。従って、短時間に高率良くマンホールの補強工事を施工することができる。特に、プライマー、接着樹脂として速硬化型の接着樹脂を使用することで、極めて短時間に作業を完了することができる。

又、隅角部の補強も取り扱いが簡単で取り付け易い補強用ブロックを函体長手方向に配設することで、短時間にかつ効果的に行うことができる。

請求項２記載の本発明は、補強用ブロックは、中央に位置する数個は角部が内部空間側の隅角部と非接触とすることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、補強用ブロックは、中央に位置する数個は角部が隅角部と非接触とすることで火打ち的なものとなり、函体の頂版と側版とへの荷重の分散を図り、無理のない支持補強とすることができる。

請求項３記載の本発明は、補強用ブロックは、中央に位置する数個で繊維強化プラスチック製の円弧形補強材を頂版に対して押さえ込むことを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、円弧形補強材を接着するのに、補強用ブロックを押さえとすることができ、他の押さえを必要としないで、円弧形補強材の貼り付けが可能となる。

請求項４記載の本発明は、繊維強化プラスチック製の円弧形補強材は、半円形であり、端部の突合せ部分を補強用ブロックで押さえ込むことを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、円弧形補強材は、半円形であり、首部３の開口部４を通して函体２内に運び入れることのできる可能な限りの大きさである。頂版２ａの下面に作用する引張応力に対する補強の観点からは、円弧形補強材は、長手方向中心線に対し両側９０°の範囲にわたり連続するもので実用上十分の補強効果を得ることができる。しかも、端部の突合せ部分を補強用ブロックで押さえ込むことで円として連続させ、又、接着の際の端部の突合せ部分の押さえを補強用ブロックを利用して行うことができる。

請求項５記載の本発明は、補強用ブロックは、接着により固定することを要旨とするものである。

請求項５記載の本発明によれば、補強用ブロックは接着により固定することにより簡単に設置できる。特に、補強用ブロックをレジンコンクリートで作成した場合は軽量で、取り扱い易いものとなるが、接着によりコンクリート製の函体２の固定が可能である。

請求項６記載の本発明は、補強用ブロックは箱抜きとし、相互にボルトで結合することを要旨とするものである。

請求項６記載の本発明によれば、補強用ブロックは箱抜きとし、相互にボルトで結合することで、横一列に連結固定した梁状のものとすることができ、より補強強度を上げることができる。

請求項７記載の本発明は、円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有することを要旨とするものである。

請求項７記載の本発明によれば、円弧形補強材に対し、円弧形状の周方向の引張強度を持たせ、函体の頂版の上面端部に発生する引張力に対して効果的に対応できる。

以上述べたように本発明のマンホールの補強構造は、短時間に効率良くマンホールを補強することができるものである。更に、本発明によれば、道路を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力が向上した、補強されたマンホールを提供することができる。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のマンホールの補強構造の１実施形態を示す縦断側面図、図２は同上横断平面図、図３は同上縦断面図、図４は同上要部の斜視図である。

本実施例にて本発明を適用するマンホール１は前記図２６で説明した通りであり、矩形の躯体部分（コンクリートボックス）である函体２、円筒状の首部３、及び蓋５を有する。函体２は、頂版２ａと、函体２の長手方向に沿う側版（長手方向側版）２ｂと、底版２ｄと、函体２の短手方向（長手方向に直交する方向）に沿う側版（短手方向側版）２ｃとで矩形の内部空間を形成する。首部３は、頂版２ａに接続され、函体２の内部空間に連通する開口部４を有する。又、函体２の短手方向側版２ｃには、ダクトスリーブ６が形成され、管路7が接続される。

道路を通行する車両などから地中に埋設されたマンホール１への輪荷重の主要なものとして、蓋５、首部３を経て頂版２ａに伝達されるものが挙げられる。そこで、本発明者は、地中に埋設されたマンホール１に車両の輪荷重がかかった場合の頂版２ａの応力を、ＦＥＭ（finite element method：有限要素法）を用いて頂版２ａの下面（内部空間側）と、上面（道路側）とについて解析した。

ここでは、一例として、直線形の３号マンホール（標準規格）の頂版２ａをモデル化して解析を行った。３号マンホールの寸法は次の通りである。
長手方向長さ（長さ）Ｌ（内法寸法）：２．３ｍ
短手方向長さ（幅）Ｗ（内法寸法）：１．３ｍ
高さＨ（内法寸法）：１．５ｍ
版厚：１５０〜２００ｍｍ
開口部の径ｄ：７５０ｍｍ

そして、図２に示すように、このマンホール１の頂版２ａに輪荷重が直接作用するものとしてＦＥＭ解析を行った。図１３は、函体２の長手方向に沿い開口部４の中心を通る軸線（以下「長手方向中心線」という。）Ａ、及び、函体２の短手方向に沿い開口部４の中心を通る軸線（以下「短手方向中心線」という。）Ｂで切り取った４分の１サイズの頂版を示す。

円弧状部分が首部３の接続部である円弧状部分がり、この部分に矢印方向の輪荷重がかかる。ＦＥＭ解析は、次の条件で行った。つまり、コンクリートは等方性材料として、３次元ソリッド要素でモデル化した。周辺２辺（図１３及び図１４中の長手方向・短手方向の各中心線の反対側の辺）は完全拘束し、長手方向・短手方向の各中心線は対称境界条件とした。又、解析は、弾性解析とした。

結果を図１４及び図１５に示す。図１４は、函体２の内部空間側の頂版２ａの下面（以下「頂版下面という。）に作用する応力の分布を示す。又、図１５は、函体２の外側の頂版２ａの上面（以下「頂版上面」という。）に作用する応力の分布を示す。なお、図１４及び図１５は、長手方向中心線Ａ及び短手方向中心線Ｂで切り取った４分の１サイズの頂版２ａについての結果を示す。但し、解析結果は、他の４分の１サイズ部分についても同様である。即ち、頂版２ａの応力は、長手方向中心線Ａ、短手方向中心線Ｂに対し略対称に現れた。

図１４及び図１５に示すパターン凡例に併記した応力値（単位：Ｎ／ｍｍ²）が負であれば圧縮応力、正であれば引張応力が作用していることを示す。又、図１４及び図１５中に示す矢印は、応力の作用方向を示している。

図１４示す結果から、頂版２ａに首部３からの輪荷重がかかると、頂版２ａの下面の開口部４の周りには引張応力が作用していることが分かる。コンクリートは、圧縮力には強く、引張力には弱い。

頂版の下面には、開口部４の周辺で、長手方向中心線Ａを基準（０°）として±６０°の範囲、より詳細には±４５°の範囲、特に、±３０°の範囲に強い引張応力が発生している。

本発明は、開口部４の周りの頂板２ａの下面ａに、円弧形の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の補強材（以下「円弧形補強材」という。）１８を、接着樹脂を用いて接着する。

円弧形補強材１８は、開口部４を通るマンホール１の長手方向中心線Ａを基準（０°）として±９０°の半円形として、２つが組み合わされて円形となるものとするが、これに限定されず、±６０°以上（即ち、長手方向中心線Ａに対し両側３０°以上）の範囲にわたる連続した円弧形であればよい。

円弧形補強材１８は、所定幅を有するように作成され、上記の如く開口部４の周りに配置されることから、当然、その幅方向の最内周の曲率半径は、開口部４の曲率半径以上である。円弧形補強材１８は、開口部４の周により近接して取り付けることが好ましい。しかし、頂版２ａの下面のコンクリート面の状態などに応じて、開口部４の周から所定距離を隔てて円弧形補強材１８を取り付けることができる。開口部４の周りに作用する引張応力に対する補強効果などの点から、距離は、１００ｍｍ以下とするのが好ましい。より好ましくは５０ｍｍ以下とする。一方、通常、距離は、５ｍｍ以上とされる。

なお、マンホール１が直線形ではない場合、例えば、分岐Ｌ形、分岐Ｔ形、分岐十字形である場合にも、首部３が設けられた、分岐部を除いた基本となる躯体（函体）を矩形と擬制して上記同様に考えればよい。

マンホール１の首部３の高さは、通常、５０ｃｍ〜１ｍであり、又、開口部４の内径は６０〜９０ｃｍである。そして、既に硬化された、所定幅を有する円弧形補強材１８を、この首部３の開口部４を通して函体２内に運び入れる。

図１１は、本発明で使用し得る円弧形補強材１８の一実施例を示す。円弧形補強材１８は、少なくとも、当該円弧形補強材１８の円弧形状に沿って一方向に引き揃えられた（即ち、円弧形補強材１８の円周方向に配列された）連続繊維である強化繊維ｆ１の層（以下「円弧状一方向繊維層」という。）Ｆ１を有することが好ましい。そして、強化繊維ｆ１にマトリクス樹脂が含浸され、硬化されることで円弧形補強材１８が形成される。

一方向に配列される強化繊維ｆ１は、多数本のフィラメントを平行に或いは緩く撚りを掛けて集束して作製されるストランド、或いはこのストランドを更に複数本平行に或いは緩く撚りを掛けて集束したもの（ロービング、ヤーン）とされる。これにより、円弧形補強材１８の円弧状一方向繊維層Ｆ１は、フィラメントが複数層に積層され一方向に配向された状態でマトリクス樹脂により接着された一方向配列繊維組織を有することになる。

強化繊維ｆ１としては、炭素繊維(ＣFRP)、ガラス繊維、セラミック繊維、ボロン繊維を含む無機繊維；チタン、スチールを含む金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、高強度ポリプロピレンを含む有機繊維；から選択されるいずれかの繊維、或いは、これらの繊維を複数種類混入したハイブリッドタイプの繊維を使用することができる。

強化繊維ｆ１としては、所望の補強強度などに応じて上記の如き繊維から選択して使用することができるが、典型的には、炭素繊維を好適に使用することができる。炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系、その他、いずれのタイプの炭素繊維であっても構わない。好ましくは、引張強度が１００Ｋｇｆ／ｍｍ²（９８０Ｎ／ｍｍ²）以上、又引張弾性率が１０Ｔｏｎｆ／ｍｍ²（９８，０００Ｎ／ｍｍ²）以上の高強度、高弾性率のものを使用する。

円弧形補強材１８を構成する円弧状一方向繊維層Ｆ１としては、強化繊維ｆ１を略均一に互いに密に一方向に配置した一方向配列強化繊維シートを用いてもよい。なお、円弧形補強材１８は、同種若しくは異種の強化繊維ｆ１から成る実質的に複数層の円弧状一方向繊維層Ｆ１を有していてよい。

又、円弧状一方向繊維層Ｆ１の他に、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び／又は第２面（裏面）に、補助層を設けることができる。

例えば、補助層として、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１と同種又は異種の強化繊維から成るマット、クロス或いはニットの層（以下「補助層」という。）を、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び／又は第２面（裏面）に、単層若しくは複数層積み重ねることができる。これにより、所望に応じて円弧形補強材１８の断面剛性を向上させたり、所望の表面性状を与えることができる。

或いは、補助層として、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１と同種又は異種の強化繊維から成る、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１と交差する方向に引き揃えられた強化繊維の層（典型的には、円弧形の半径方向に引き揃えられた強化繊維の層）を、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び／又は第２面（裏面）に、単層若しくは複数層積み重ねることができる。これにより、円弧形補強材１に対し、円弧形状の周方向の引張強度に加えて、それに交差する方向（例えば、直交方向）の強度を付与することができる。

補助層を構成する強化繊維は、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１と同様に上述の群より選択されるものを使用することができる。円弧形補強材１は、円弧状一方向繊維層Ｆ１と補助層とが交互に複数層積層された構成を有していてもよい。又、円弧形補強材１８は、円弧状一方向繊維層Ｆ１に対し、同種又は異種の補助層を複数組み合わせて設けてもよい。

ここで、マットは、製織によらずに作製される不織布状の任意のものであってよく、例えば、切断されたストランドを無方向に略均一な厚さに積み結合剤で固めたチョッブドストランドマット、連続ストランドを無方向に略均一な厚さに積み結合剤で固めたコンティニュアスストランドマットなどが挙げられる。クロスは、平織、朱子織など任意の織物組織を有する製織により作製される織物であり、ロービングクロスであってもよい。ニットは、縦編み、横編みいずれの編み物組織を有するものであってもよい。

又、補助層として、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１と交差する方向に引き揃えられた強化繊維の層（交差繊維層）を設ける場合、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１と組み合わせて２方向、若しくは交差繊維層を多層設けることで更に多方向に強化繊維を配置することができる。

円弧形補強材１８は、図１２に示すように、断面中心部に円弧状一方向繊維層Ｆ１として導電性を有する強化繊維ｆ１の層を有する。更に、この円弧形補強材１は、この円弧状一方向繊維層Ｆ１の外側、ここでは、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び第２面（裏面）に、電気絶縁性を有する強化繊維ｆ２の層（補助層）Ｆ２を積層した断面構造（サンドイッチ構造）を有する。

好ましくは、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１として導電性を有する繊維である炭素繊維を用いる場合に、補助層Ｆ２の電気絶縁性を有する強化繊維ｆ２としてガラス繊維を好適に用いることができる。又、ガラス繊維ｆ２から成る補助層Ｆ２の組織としては、マットを好適に採用し得る。

このように、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１が導電性繊維である場合に、その少なくとも一面（マンホールに適用した際に函体２の内部空間に面する側）に電気絶縁性を有する強化繊維ｆ２を配置することによって、マンホール１内での万一の漏電などに対する安全性を高める効果がある。

なお、円弧状一方向繊維層Ｆ１として炭素繊維などの導電性を有する繊維を用いる際に、円弧形補強材１８の表面に絶縁層を設ける目的のためには、補助層として、補強繊維を含有しない電気絶縁性の樹脂層を円弧形補強材１８を設けてもよい。

マトリクス樹脂としては、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、アクリル樹脂（ＭＭＡ（メチルメタクリレート）樹脂等）、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などのラジカル反応系樹脂（ラジカル重合樹脂）を少なくとも１種類以上含むものを使用することができる。

又、円弧形補強材１８の強化繊維の体積含有率は、所望の引張強度が得られ、又樹脂含浸性も良好であるように、通常、２０〜７０体積％とされる。

円弧形補強材１８の作製方法は、特に制限されるものではなく、利用可能な任意の成形方法を採用することができる。生産性や、製品の寸法精度の安定性の点から、引き抜き成形法が好適である。引き抜き成形法は当業者には周知の通りのものであり、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１（場合によっては更にマット、クロス、ニットなどの補助層Ｆ２を構成する強化繊維ｆ２）の供給、マトリクス樹脂の含浸、金型による賦形・硬化、引っ張り、切断などを含む一連の工程を連続して行うことができる。

円弧形補強材１の断面構成は、要求性能に応じて適宜変更可能である。通常、引張強度が１，９００〜５，０００Ｎ／ｍｍ²、引張弾性率が０．６×１０⁵〜６．５×１０⁵Ｎ／ｍｍ²のものが好ましく使用される。

円弧形補強材１８の設計厚さｔ、円弧形補強材１８の幅（強化繊維ｆ１の配向方向に略直交する方向の長さ）ωは、補強されるマンホール１の寸法、強化繊維ｆ１の種類などに応じて適宜決定する。通常、円弧形補強材１８の厚さｔは２〜５ｍｍ、幅ｗは２０〜１００ｍｍとされる。

例えば、円弧形補強材１８の円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆとして炭素繊維を用いる場合、７μｍφのモノフィラメントを、例えば、約２４，０００本集束したストランドを５０本集束したロービング、即ち、強化繊維ｆ１を使用することができる。この強化繊維ｆ１を、繊維目付３００〜５，０００ｇ／ｍ²にて、均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列することができる。これにより、例えば、図１１に示すように円弧形補強材１８が円弧状一方向繊維層Ｆ１のみから成る場合、マトリクス樹脂を含浸して硬化させた後の厚さｔは、０．５〜１５ｍｍとされる。

又、例えば、図１２に示すように、円弧形補強材１の外側にガラス繊維マットから成る補助層Ｆ２を設ける場合、ガラス繊維マットの繊維目付は３００〜２，０００ｇ／ｍ²とすることができる。これにより、マトリクス樹脂を含浸して硬化させた後の円弧形補強材１８（円弧状一方向繊維層Ｆ１及び補助層Ｆ２を含む）の厚さｔは、１〜２０ｍｍとされる。

更に、マンホール１においては、図１４及び図１５に示す結果から分かるように、頂版２ａに首部３からの輪荷重がかかると、首部３付近の長手方向側版２ｃと頂板２ａとの接合部において、頂板２ａの上面に引張応力が作用している。コンクリートは、圧縮力には強く、引張力には弱い。又、マンホール１の補強工事を短時間で高率的に行うためには、この頂板２ａの上面に対する補強を函体２の内部空間から補強することが求められる。

短手方向中心線を中心として、開口部４の径の約１．５倍の範囲において、長手方向側版２ｂと頂板２ａとの接合部の頂板２ａの上面に強い引張応力が発生している。

そこで、本発明は、頂板２ａの下面と長手方向側版２ｃとで成す函体２の内部空間側の隅角部８に補強用ブロック１９、２０を横並びで函体２の長手方向に配設する。

この補強用ブロックは隅角部８がハンチ形状であるので、これに見合う台形状の立体であるが、補強用ブロック１９は中央に位置するブロック、補強用ブロック２０は左右に位置するブロックである。

補強用ブロック２０は、図８〜図１０に示すように、隅角部８のハンチ形状と合致するもので、ハンチの傾斜面８ａに接合する天端面２０ａがあり、この天端面２０ａから連続する側面２０ｂ、２０ｃは頂板２ａと側版２ｂに接合する面である。

補強用ブロック１９隅角部８のハンチの傾斜面８ａに接合しない天端面１９ａを有するものとし、設置の際に、角部が内部空間側の隅角部８と非接触で隙間α（図４参照）を確保するものとする。天端面１９ａから連続する側面１９ｂ、１９ｃは頂板２ａと側版２ｂに接合する面である点は補強用ブロック２０と同じである。

補強用ブロック１９、２０ともに箱抜きとし、ボルト貫通孔２２を設けて相互にボルト２３（及びナット）で結合するものとする。又、天端面１９ａ、２０ａを貫通するアンカーボルト用貫通孔２４を形成し、把手取付用の埋め込みナット２５を側面１９ｂ、２０ｂ、１９ｃ、２０ｃと反対側の箱抜き内面に埋設した。なお、前記アンカーボルト用貫通孔２４はすべての補強用ブロック１９、２０に設ける必要はなく、これを設けるものと、設けないものとを併存させてもよい。前記把手取付用の埋め込みナット２５に対しては、図示は省略するが、コ字形の把手の根元部に設けた板体を蝶ボルトでこの埋め込みナット２５に固定する。このようにすれば、コ字形の把手を補強用ブロック１９、２０の裏側左右に設けることができ、嵌め込みの際の支持を行うことができる。

補強用ブロック１９、２０を構成する材質としては、コンクリート、レジンコンクリート、アルミダイガスト等の鋳物等特に限定はないが、セメントの代わりに酸に強い不飽和ポリエステル樹脂を使用。骨材、充填材、鉄筋を遠心力により一体成形したレジンコンクリートが好適であり、素材となるレジンコンクリートは、セメントコンクリートに比べて引張り強さや圧縮強さが大きく、しかも軽量化できる。

レジンコンクリートは、各種薬品に対して優れた耐食性を示し、特に、硫化水素による腐食には抜群の強さを示す。樹脂だけでなく、骨材や充填材にも耐摩耗性の大きな材料を使用しているため摩耗作用に対しても大きな抵抗を有し、耐久性に優れる。吸収率が非常に小さく、凍結融解による強度劣化がない。又、表面がなめらかで水理特性に優れる。

次に、円弧形補強材１８を頂版２ａの下面に貼り付ける工程、補強用ブロック１９、２０の設置について更に説明する。本発明に従う円弧形補強材１８の貼り付け工程は、次の各工程の全て或いはいずれかの組み合わせを有する。

（１）ケレン処理工程
頂板２ａの下面における円弧形補強材１８を貼り付ける部分の下地コンクリートをケレン処理する。下地ケレン処理１３（図１６参照）は、ディスクサンダー、サンドブラストなどの任意の手段により行うことができる。

（２）プライマー塗布工程
次に、ケレン処理した頂板２ａの下面にプライマー１４を塗布して下地処理する。プライマー１４は、次に接着樹脂２１にて接着する円弧形補強材１８とコンクリート面との馴染み馴染みを向上させる。プライマーとしては、次に塗布する接着樹脂２１との親和性が良く、又、円弧形補強材１８と共に使用することが許容される任意のものを用いることができる。プライマー１４としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの室温硬化樹脂、又は、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などのラジカル反応系樹脂（ラジカル重合樹脂）を用いることができる。又、プライマーとしては、特に、硬化の早い速硬化型のラジカル反応系樹脂、例えばアクリル樹脂が好ましい。より具体的には、速硬化型のアクリル樹脂としては、日鉄コンポジット（株）製ＦＰ−Ｍを好適に用いることができる。プライマー１４の塗布量は、好ましくは、円弧形補強材１８の表面積当たり０．１〜０．４ｋｇ／ｍ²である。

（３）接着樹脂塗布工程
次に、接着樹脂２１を頂板２ａの下面のコンクリート面（プライマー１４を適用する場合はプライマー塗布面）に塗布する。接着樹脂としては、円弧形補強材１８と共に使用することが許容される任意のものを用いることができる。接着樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの室温硬化樹脂、又は、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などのラジカル反応系樹脂（ラジカル重合樹脂）を用いることができる。特に、硬化の早い速硬化型のラジカル反応系樹脂、例えばアクリル樹脂が好ましい。より具体的には、速硬化型のアクリル樹脂としては、日鉄コンポジット（株）製ＦＲ−ＭＩＰを好適に用いることができる。接着樹脂の塗布量は、好ましくは、円弧形補強材１８の表面積当たり０．５〜５．０ｋｇ／ｍ²である。

（４）円弧形補強材貼着工程
次に、円弧形補強材１８を接着樹脂２１（プライマーを適用する場合は更にプライマー）を介して頂板２ａの下面に付着させる。

同時に、補強用ブロック１９、２０を接着樹脂２１により接着させて配設するが、円弧形補強材１８はこの補強用ブロック１９(補強用ブロック２０を加える場合もある)で、押さえ込むようにする。円弧形補強材１８の端部の突合せ部分を補強用ブロック１９で押さえ込むことで円として連続させ、又、接着の際の端部の突合せ部分の押さえを補強用ブロックを利用して行うことができる。

補強用ブロック１９、２０の取付は、図示は省略するが、埋め込みナット２５にねじ込みで取り付けた把手をもって接着を行い、横並びになった補強用ブロック１９、２０は、ボルト２３（ナット）で相互に締結する。

前記補強用ブロック１９、２０は取り付けの際にアンカーボルト用貫通孔２４を介してアンカーボルトで仮固定を行うが、このアンカーボルトの固定は両端や数個置き等適宜に選定できる。

接着樹脂２１が硬化することにより、円弧形補強材１８や補強用ブロック１９、２０へのマンホール１への適用は終了する。なお、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を用いた円弧形補強材１８を用いる場合は、エポキシ樹脂接着剤で接着することが好ましい。又、マトリクス樹脂としてアクリル樹脂を用いた円弧形補強材１８を用いる場合は、アクリル樹脂接着剤で接着することが好ましい。

本発明の好ましい実施例によれば、円弧形補強材１８を頂板２ａの下面に貼り付ける工程は、上記工程（１）〜（４）の全てを有する。但し、上記工程（２）のプライマー塗布工程、更には上記工程（１）のケレン処理工程は、場合によっては省くことができる。又、上記工程（３）の接着樹脂塗布工程においては、接着樹脂２を円弧形補強材１８の面に塗布してもよい。又、上記工程（１）〜（４）の他、公知のコンクリートのひび割れ補修工程など、任意の工程を適宜追加してもよい。

なお、図１６に示すように、必要に応じて、例えば、直線形の一方向繊維強化プラスチック製の補強材２６を頂板２ａの下面の任意の箇所に、任意の配向にて貼り付けることができる。この追加の補強材２６は、特に一方向強化繊維が円弧状に配列されていないことを除けば、上述の円弧形補強材１８と同様の構成とすることができる。又、その頂板２ａの下面への貼り付け工程も、上記円弧形補強材１８と同様とすることができる。好ましくは、この追加の補強材２６は、頂板２ａの下面において引張応力が作用している箇所に、その引張応力の作用方向に沿って一方向連続強化繊維が配向するように貼り付ける。

前記のように、円弧形補強材１８を頂板２ａの下面に貼り付けることによって、開口部４の周りの頂版下面に作用する引張応力（図１４）に対して、円弧形補強材１８が応力を分担することができ、マンホール１構造を補強することができる。又、既に硬化された円弧形補強材１８をマンホール１内に運び入れ、これを所定箇所に貼り付けるといった極めて簡単な作業にて、作業性良くマンホール１を補強することができる。従って、短時間に高率良くマンホール１の補強工事を施工することができる。特に、プライマー１４、接着樹脂２１として速硬化型の接着樹脂を使用することで、極めて短時間に補強工事を完了することができる。これにより、地中に埋設されたマンホール１の補強工事のための交通規制時間を短縮することができる。

更に、マンホール１においては、図１４及び図１５に示す結果から分かるように、頂版２ａに首部３からの輪荷重がかかると、頂版２ａの短手方向中心線を中心として、開口部４の径の約１．５倍の範囲において、長手方向側版２ｃと頂板２ａとの接合部の頂板上面に強い引張応力が発生している。

この頂板上面の端部に作用する引張応力（図１５）に対しては、前記所定の範囲において頂板下面と長手方向側版内面とに固定された補強用ブロック１９、２０を設けることによって応力を緩和することができる。又、補強用ブロック１９、２０をマンホール１内に運び入れ、これを所定箇所に接着剤、ボルトなどで固定するといった極めて簡単な作業にて、作業性良くマンホール１を補強することができる。従って、短時間に高率良く補強工事を施工することができる。これにより、地中に埋設されたマンホール１の補強工事のための交通規制時間を短縮することができる。

以上説明したように、地中に埋設されたマンホール１は、円弧形補強材１８と補強用ブロック１９、２０との双方を所定箇所に取り付けることによって、開口部４の周りの頂版２ａの下面に作用する引張応力、頂版２ａの上面の端部に作用する引張応力の両方、即ち、首部３を介して函体２に作用する輪荷重によってマンホール１に発生する主要な引張応力に対して、マンホール１の内側から短時間に効率良く補強を施すことができる。

次に、本発明の効果を確認する試験結果について説明する。試験目的は、鉄筋コンクリート製マンホールの上床版（頂版２ａ）の開口部４の下面に炭素繊維補強プレート（ＣFRP）[円弧形補強材１８]を接着した時に期待される補強効果及び上床版の破壊性状を調査すると共に、補強プレートの取り付け作業時間、品質及び美観性も確認し、本発明の有効性を総括的に検証するものである。

試験体は図１７に示すような直線形３号マンホール（標準規格）に円弧形補強材１８を適用したものであり、この円弧形補強材１８の仕様は下記の通りである。

・円弧形補強材 ２枚
強化繊維：高強度炭素繊維（ＣＦＲＰ）
マトリクス樹脂：アクリル樹脂［日鉄コンポジット（株）製ＦＲ−ＭＩＰ］
形状：
幅ω ５０ｍｍ
厚さｔ ５ｍｍ
長手方向中心線に対し±１５０°にわたる円弧形状
使用強化繊維の機械的特性：
引張強度：４９００Ｎ／ｍｍ²（炭素繊維断面積ベース）
引張弾性率：２．３９×１０⁵Ｎ／ｍｍ²（炭素繊維断面積ベース）
この円弧形補強材１８を、開口部４の周からの距離ｇが１０ｍｍとなる位置に、頂版２ａの下面をケレン処理した後、次のプライマー、接着樹脂を用いて接着した。
プライマー：速硬化型アクリル樹脂［日鉄コンポジット（株）製ＦＲ−Ｍ］
接着樹脂：速硬化型アクリル樹脂［日鉄コンポジット（株）製ＦＲ−ＭＩＰ］

実験ケースは下記の通りである。
Ｔｅｓｔ０：予備載荷
Ｔｅｓｔ１：無補強試験体を終局までに載荷
Ｔｅｓｔ２：健全時に補強した試験体を終局まで載荷
Ｔｅｓｔ３−１：無補強試験体を初期ひび割れ発生まで載荷
Ｔｅｓｔ３−２：Ｔｅｓｔ３−１を補強し終局まで載荷

実験方法は図１８に示す載荷装置による。図中２７は反力フレーム、２８は反力床、２９は支承フレーム、３０はジャッキ、３１はロードセル、３２はＭＨ鉄蓋、３３は試験体、３４は荷重フレームである。
載荷：片押し
荷重：上床版開口部に等分布（鉄蓋使用）
載荷手順：１０〜２０Ｎ刻みの段荷重

図１９に沈込み量の変化を示す
Ｆｃ２１ピン支持の荷重〜変形曲線（縦軸太数字：ピン支承）
注）縦軸細数字：ピン支承の０．７倍（ローラー支承の推定値）

測定内容は下記の通りである。
ひずみ測定：鉄筋・コンクリート面・鐵蓋
変位測定：沈み込み量（変位計・傾斜計）
ひび割れ：画像処理（ファイバースコープ）
荷重：載荷荷重（ロードセル）
温度：コンクリート表面・内部・裏側（屋外実験につき、温度補償の押さえのため）

図２０に鉄筋ひずみ測定点（全実験ケース共通）、図２１に試験体表面 変形測定点（全実験ケース共通）、図２２に試験体裏面 コンクリートひずみ測定点（Ｔｅｓｔ３−１）を示す。

又、図２３に荷重〜変位関係（未補正）、図２４に荷重と平均変位の関係［Ｐ〜Δ（未補正）］、図２５に荷重と平均変位の関係［Ｐ〜δ（ゴム支承のオフセット補正後）］を示す。

なお、前記実施例では、コンクリート構造物は、通信ケーブルの分岐スペース等として使用されるマンホールであるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、前記マンホールにて極めて有効に作用するものであるが、躯体部分と、この躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部とを有し、地中に埋設されて使用される任意のコンクリート構造物に対して等しく適用し得るものである。

本発明のマンホールの補強構造の１実施形態を示す縦断側面図（図３のＡ−Ａ線断面図）である。 本発明のマンホールの補強構造の１実施形態を示す横断平面図（図３のＢ−Ｂ線断面図）である。 本発明のマンホールの補強構造の１実施形態を示す縦断面図である。 本発明のマンホールの補強構造の１実施形態を示す要部の斜視図である。 補強用ブロックの第１例を示す底面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 補強用ブロックの第２例を示す底面図である。 図８のＡ−Ａ線断面図である。 図８のＢ−Ｂ線断面図である。 円弧形補強材の一実施例の斜視図である。 円弧形補強材の他の実施例の断面図である。 ＦＥＭ解析の荷重条件のコンピュータ出力を示す図である。 ＦＥＭ解析による頂版下面の応力分布のコンピュータ出力を示す図である。 ＦＥＭ解析による頂版上面の応力分布のコンピュータ出力を示す図である。 円弧形補強材の他の適用例を示す頂版下面の模式図である。 効果確認試験での試験体の説明図である。 効果確認試験での載荷装置の側面図である。 効果確認試験での沈込み量を示すグラフである。 鉄筋ひずみ測定点（全実験ケース共通）を示す模式図である。 試験体表面 変形測定点（全実験ケース共通）を示す模式図である。 試験体裏面 コンクリートひずみ測定点（Ｔｅｓｔ３−１）を示す模式図である。 荷重〜変位関係（未補正）を示すグラフである。 荷重と平均変位の関係［Ｐ〜Δ（未補正）］を示すグラフである。 荷重と平均変位の関係［Ｐ〜δ（ゴム支承のオフセット補正後）］を示すグラフである。 マンホールの一例の模式図である。 マンホールの応力・ひずみの関係を示す説明図である。 従来例を示す要部の断面図である。 他の従来例を示す説明図である。

符号の説明

１…マンホール ２…函体
２ａ…頂版 ２ｂ、２ｃ…側版
２ｄ…底版 ３…首部
４…開口部 ５…蓋
６…ダクトスリーブ ７…管路
８…隅角部 ８ａ…傾斜面
９…アンカーボルト １０…異型鉄筋
１１…樹脂モルタル １２…炭素繊維シート
１３…下地ケレン １４…プライマー
１５…不陸修正材 １６ａ、１６ｂ…含浸接着剤
１７…炭素繊維 １８…円弧形補強材
１９、２０…補強用ブロック １９ａ、２０ａ…天端面
１９ｂ、１９ｃ、２０ｂ、２０ｃ…側面 ２１…接着樹脂
２２…ボルト貫通孔 ２３…ボルト
２４…アンカーボルト用貫通孔 ２５…埋め込みナット
２６…補強材 ２７…反力フレーム
２８…反力床 ２９…支承フレーム
３０…ジャッキ ３１…ロードセル
３２…ＭＨ鉄蓋 ３３…試験体
３４…荷重フレーム

Claims (7)

1. 函体の頂版に開口用の首部を接続したマンホールの前記首部の周りの前記頂版の下面に繊維強化プラスチック製の円弧形補強材を首部による開口部を囲むように配置して接着し、函体の側版と頂版とで成す隅角部に補強用ブロックを横並びで函体長手方向に配設したことを特徴とするマンホールの補強構造。
2. 補強用ブロックは、中央に位置する数個は角部が隅角部と非接触とする請求項１記載のマンホールの補強構造。
3. 補強用ブロックは、中央に位置する数個で繊維強化プラスチック製の円弧形補強材を頂版に対して押さえ込む請求項１又は請求項２記載のマンホールの補強構造。
4. 繊維強化プラスチック製の円弧形補強材は、半円形であり、端部の突合せ部分を補強用ブロックで押さえ込む請求項３記載のマンホールの補強構造。
5. 補強用ブロックは、接着により固定する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のマンホールの補強構造。
6. 補強用ブロックは箱抜きとし、相互にボルトで結合する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のマンホールの補強構造。
7. 円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有する請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のマンホールの補強構造。

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