JP2009013660A - 地中構造物の外部補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的大型の地中構造物について構造物を外部から補強することで、耐震性能を向上させ、安価に、新設することなしに、さらに構造物内部に出入することなく、既設構造物を有効的に再機能させること。
【解決手段】地中構造物の補強において、地中構造物外側面の周囲を一定の離隔をとり土留壁により囲繞し、土留壁内部の地盤を地中構造物の補強に必要な深度まで掘削排土し、地中構造物の外側面全周にわたり、セメント系材料からなる補強体を築造する。
【選択図】図４

Description

本発明は、建設分野における既設地中構造物の耐力向上に関し、地中構造物を外部から補強する地中構造物の補強方法に関するものである。

構造物の設計にあたって、その耐震設計の根拠となる基準は当該構造物の供用期間に想定される地震動強さにあるため、兵庫県南部地震をはじめとして過去の例を超える強度の地震発生には、建設構造物の設計基準の見直しが検討され、耐震基準は漸次向上している現状にある。

つまり、旧来設計を基準として築造された構造物は、現行耐震性能を満足しないものが多く存在し、最新の設計基準まで耐力向上させる補強工事が急がれている。

ここで、地盤面より上部、つまり地上部に突出している構造物部分の高耐力化施工については、その施工容易性もあることから種々の補強方法が提案されており、また実際に様々な形で補強工事がなされている。

ただし、地中部に埋設されている構造物部分については、直接的に補強することが難しいため、周辺地盤を固化改良する等して間接的に地中構造物に対する外力影響を軽減する措置を講ずる例が多い。

特に、地中構造物形状が杭体や柱状体等のような縦横比が大きなものについては、上述のような地盤改良技術が頻用されるが、その供用形態がケーソンのような比較的大型の基礎である場合または地下室のような大きな空間を必要とする容器構造物である場合等には、地盤の大規模な改良体の造成が必要となり、実施工を見据えると工期及び工費の面から現実的手法とはいえない。

従来、このような大型の地中構造物は、耐震設計指針の基準変更がなされてからも、その設計基準を満足する程度の耐震性能を有するものも存在したが、上述する大型地震発生を契機として一気に耐震基準が向上したことで、大型の地中構造物であっても補強工事を必要とする例が増加しているという問題がある。

特開２００３−０５５９９８公報 特開２００５−０８３１４９公報

そこで、本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、内空を有する程度の比較的大型の地中構造物について構造物の外部から補強することで、耐震性能を向上させ、安価に、新設することなしに、さらに構造物内部との出入なく、既設構造物を有効的に再機能させることで解決するものである。

前記の目的の達成及び課題を解決するために、本発明は次のように構成される。

本願請求項１に係る地中構造物の補強方法は、地中構造物外側面の周囲を一定の離隔をとり土留壁により囲繞し、土留壁内部の地盤を地中構造物の補強に必要な深度まで掘削排土し、地中構造物外側面から一定の離隔をとりコンクリート成形型枠を設置し、地中構造物外側面とコンクリート成形型枠とで形成する空間にセメント系材料を打設充填し、セメント系材料を固化させセメント系材料からなる補強体を地中構造物と一体化し地中構造物を拡径することで地中構造物を外部から補強することを特徴とする。

本願請求項２に係る地中構造物の補強方法は、請求項１に記載の発明において、土留壁内部の地盤を地中構造物の補強に必要な深度まで掘削排土した後に水中コンクリートを打設し、水中コンクリートを固化させることでセメント系材料からなる補強体の底盤部を築造することを特徴とする。

本願請求項３に係る地中構造物の補強方法は、地中構造物外側面の周囲を一定の離隔をとり土留壁により囲繞し、土留壁内部の地盤を圧力隔壁の設置に必要な深度まで掘削排土し、土留壁と地中構造物との間で形成する平面帯状面に圧力隔壁を設置し、圧力隔壁上部に圧気工事用設備を艤装し、圧力隔壁下部の地盤を高気圧化することで地中構造物の補強に必要な深度まで地下水位を低下させると共に地盤を掘削排土し、地中構造物外側面から一定の離隔をとりコンクリート成形型枠を設置し、地中構造物外側面とコンクリート成形型枠とで形成する空間にセメント系材料を打設充填し、セメント系材料を固化させセメント系材料からなる補強体を地中構造物と一体化し地中構造物を拡径することで地中構造物を外部から補強することを特徴とする。

本願請求項４に係る地中構造物の補強方法は、請求項１〜３のうち何れか１項記載の発明において、地中構造物外側面から一定の離隔をとりコンクリート成形型枠に代えて補強鋼板を設置し、地中構造物外側面と補強鋼板とで形成する空間にセメント系材料を打設充填し、セメント系材料を固化させ補強鋼板及びセメント系材料からなる補強体を地中構造物と一体化し地中構造物を拡径することで地中構造物を外部から補強することを特徴とする。

本願請求項５に係る地中構造物の補強方法は、請求項１〜４のうち何れか１項記載の発明において、コンクリート成形型枠又は補強鋼板を設置せずに地中構造物外側面と土留壁とで形成する空間にセメント系材料を打設充填し、セメント系材料を固化させ土留壁及びセメント系材料からなる補強体を地中構造物と一体化し地中構造物を拡径することで地中構造物を外部から補強することを特徴とする。

本願請求項６に係る地中構造物の補強方法は、請求項１〜５のうち何れか１項記載の発明において、地中構造物外側面又は土留壁に沿って鉄筋又はＰＣ緊張材を配設することで地中構造物を外部から補強することを特徴とする。

本願請求項７に係る地中構造物の補強方法は、請求項１〜６のうち何れか１項記載の発明において、平面的に複数分割して補強体を築造することを特徴とする。

本願請求項８に係る地中構造物の補強方法は、請求項１〜７のうち何れか１項記載の発明において、セメント系材料を高強度繊維コンクリートとすることを特徴とする。

本発明によると、大型の地中構造物のような内部空間を有する構造物の耐震補強方法について、地盤改良等を要せず経済的に施工することが可能で、工期も短く、また別途新設構造物を築造することもなく既設構造物の外部から補強することが可能であり、さらに構造物内部との出入なく構造物の耐力を向上させることが可能となるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、過去に橋梁基礎として築造された地中構造物を補強する場合を例にして図面を参照しながら説明する。

まず、図１は本発明の実施形態の補強対象となる地中構造物の縦断面である。図１に示すように、橋脚１ｂの基礎構造物として設計及び築造されるような地中構造物１ａは、その構造物全体が原地盤面２ａから低位し、また規模が比較的大きいことからその内部構造は中空となることが殆どで二点鎖線で指示するような中桝が形成されている。本発明では、地中構造物１ａの外周側面にわたって補強体を築造するため、補強対象となる構造物の内部構造には依存せず、また、本実施形態では例示しないが、構造物が地下室のような内空確保を条件とするような場合にも当然ながら適性がある。

図２は、地中構造物１ａに補強体を築造する準備段階の各工程を示している。この準備段階の最初の工程は、補強体を築造する深度より深い位置まで土留壁３を設置し、地中構造物１ａの外側面から一定の離隔を確保しながら囲繞する。

つぎに、掘削機４ａにより原地盤面２ａを築造する補強体の深さまで掘削排土し、掘削地盤２ｂを整正する。このとき、地中構造物１ａの外側面の状態に応じてウォータジェット等で洗浄し、また以降の工程のため必要に応じて目荒らし等の前処理をしておく（図示を省略する）。

図３左部分は、地中構造物１ａに補強体を築造する本設段階の施工状態を示しており、地中構造物１ａから一定の離隔を確保しコンクリート成形型枠６を設置し、次いでアジテータトラック４で運搬された普通コンクリート５ａを地中構造物１ａの外側面、コンクリート成形型枠６及び掘削地盤面２ｂとで形成された空間に直接、又はコンクリートポンプ等で打設し固化させ一体化し、普通コンクリート５ａからなる補強体を築造することで地中構造物１ａを補強体の厚さ分拡径する。ここで、旧設計による地中構造物１ａが補強を必要とする部分、つまり現行設計の所要強度に達しない部分は、その殆どの場合において地中構造物１ａの断面上上部（地中構造物１ａの構造物高さの上側３分の２程度）に集中していることから、構造物下方（同様に、下側３分の１程度）の補強を要しないことが多いため、図示では地中構造物１ａの鉛直方向全面にわたって補強しておらず、必要な部分について補強体を築造する形態としている。

また、上述のコンクリート成形型枠６に代えて補強鋼板６を使用することで、普通コンクリート５ａと補強鋼板６からなる補強体を築造し地中構造物１ａを補強体の厚さ分拡径することも可能である。

さらに、図３右部分に示すように、鉄筋７又はＰＣ緊張材７を配筋し、コンクリート成形型枠６及び補強鋼板６を設置せずに、地中構造物１ａの外側面、土留壁３及び掘削地盤面２ｂとで形成される空間に普通コンクリート５ａを打設し固化させ一体化させることで、鉄筋コンクリートと土留壁３からなる補強体を築造し地中構造物１ａを補強体の厚さ分拡径することも可能である。また、コンクリート補強用繊維シートを地中構造物１ａの外側面等に貼設し補強することも可能である。

なお、旧設計による地中構造物１ａは、特に縦方向の配筋量不足が問題となることが多いため、この鉄筋強度を補足するために、普通コンクリート５ａに代えて高強度繊維コンクリート５ｂを利用することも可能である。

最後に、掘削地盤面２ｂを原地盤面２ａの状態に埋め戻し、仮設備の土留壁３を撤去し又は本設備の土留壁３の壁頭を切断する等して処理することで現況復旧し、補強完了となる（図示を省略する）。

図４左部分に示すように、地中構造物１ａが地下水位２ｃより低位している場合には、土留壁３の設置及び地中構造物１ａと土留壁３とで区画される地盤を掘削機４ａにより原地盤面２ａから必要深度にわたって掘削し掘削地盤面２ｂを整正した後に、水中コンクリート５ｂを打設し固化させることで、補強体の築造空間を止水する。この後、当該築造空間内部の地下水を排水し、上述の補強体を築造すればよく、また固化した水中コンクリート５ｂを補強体の底盤部として機能させることも可能である。

図５〜図８は、地中構造物１ａが地下水位２ｃより低位している場合の他の手法の説明図である。まず、図５に示すように、補強体を築造する深度より深い位置まで土留壁３を設置し、地中構造物１ａから一定の離隔を確保しながら囲繞し、さらに掘削機４ａにより原地盤面２ａを図６に示す圧力隔壁８ａが設置可能な深さまで掘削排土し、掘削地盤２ｂを整正する。

つぎに、図６に示すように、地中構造物１ａ、土留壁３及び掘削地盤２ｂとの間で形成する平面帯状の空間の上部に、圧力隔壁８ａを設置する。この場合、圧力隔壁８ａは他への転用を考慮して鋼製であっても、また補強体の構成部材とすべくコンクリート製であってもよい。

さらに、圧気工事用設備８ｂ，８ｃを圧力隔壁８ａの開口箇所に艤装し、圧気掘削工事の準備を整え、図７に示すように、圧力隔壁８ａの下部地盤を高気圧化し地下水２ｃを低下させると共に掘削地盤２ｂを築造する補強体の深さまで掘削排土し整正する。これより、地下水の影響しない乾燥した作業空間が形成される。また、同時に地中構造物１ａの外側面の状態に応じてウォータジェット等で洗浄し、また以降の工程のため必要に応じて目荒らし等の前処理をしておく（図示を省略する）。

つぎに、図８に示すように、上述に同様手順にて補強体を築造することで地中構造物１ａを補強体の厚さ分拡径すればよい。なお、圧力隔壁８ａは、補強体に一体化させることで補強体の構造部材の一部として機能させることも可能である。また、作業者の出入は圧気工事用設備８ｂから、材料等の出入は圧気工事用設備８ｃから、それぞれなされる。

最後に、高気圧化した作業空間を圧力除去し自然気圧に還元し、同時に地下水位２ｃを自然復水すると共に圧気工事用設備８ｂ，８ｃ及び／又は圧力隔壁８ａを撤去した上、掘削地盤面２ｂを原地盤面２ａの状態に埋め戻し、仮設備の土留壁３を撤去し又は本設備の土留壁３の壁頭を切断する等して処理することで現況復旧し補強完了となる（図示を省略する）。

ここで、本発明による補強方法の上記各手段は、現行基準の耐震性能に満たない物件を対象としているものであるため、補強工事期間内での地震発生の可能性を考慮し既設の地中構造物１ａへの影響を極力回避する形で実施しなければならない。つまり、地中構造物１ａの全周にわたって一回で補強体全体を築造するような施工方法は、その施工期間中について非常に地震耐力を低下させる状態に陥ることになる。

これより、図９に示すように、実際の施工区画を施工区画Ｒ１〜施工区画Ｒ６に分割し、かつ施工順序をＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５次いでＲ６とすることで、セメント系材料を成分とする補強体の強度発生のための期間を確保しながら、地震による外力影響を回避可能な実施方法とする。

なお、地中構造物１ａが完全に地下水位２ｃより低位する場合（例えば、河川水面下等）に予め地中構造物１ａを囲繞する形態で仮締切りを施工した上で本発明を実施する等、ここでの実施形態に示した構成を適宜設計変更して実施することは本発明の範囲に属する。

本発明の実施形態の補強対象となる地中構造物の断面図である。 本発明の実施形態の補強体を築造する準備段階（土留壁を設置する工程、原地盤を掘削する工程）を示す地中構造物の断面図である。 本発明の実施形態のコンクリートからなる補強体、補強鋼板とコンクリートからなる補強体、鉄筋コンクリートからなる補強体、又は鉄筋コンクリートと土留壁からなる補強体を築造する工程を示す地中構造物の断面図である。 本発明の実施形態の地中構造物が地下水位から低位する場合の止水を伴うコンクリートからなる補強体の底盤を築造する工程を示す地中構造物の断面図である。 本発明の実施形態の地中構造物が地下水位から低位する場合の補強体を築造する準備段階（土留壁を設置する工程、原地盤を掘削する工程）を示す地中構造物の断面図である。 本発明の実施形態の地中構造物が地下水位から低位する場合の補強体を築造する準備段階（圧力隔壁を設置する工程、圧気工事用設備を艤装する工程）を示す地中構造物の断面図である。 本発明の実施形態の地中構造物が地下水位から低位する場合の補強体を築造する準備段階（地盤を掘削する工程）を示す地中構造物の断面図である。 本発明の実施形態の地中構造物が地下水位から低位する場合のコンクリートからなる補強体、補強鋼板とコンクリートからなる補強体、鉄筋コンクリートからなる補強体、又は鉄筋コンクリートと土留壁からなる補強体を築造する工程を示す地中構造物の断面図である。 本発明の実施形態の施工分割状態を示す地中構造物の平面図である。

符号の説明

１ａ 地中構造物
１ｂ 橋脚
２ａ 原地盤面
２ｂ 掘削地盤面
２ｃ 地下水位
３ 土留壁
４ａ 掘削機
４ｂ アジテータトラック
５ａ 普通コンクリート又は高強度繊維コンクリート
５ｂ 水中コンクリート
６ コンクリート成形型枠又は補強鋼板
７ 鉄筋又はＰＣ緊張材
８ａ 圧力隔壁
８ｂ 圧気工事用設備（マンロック及びマンシャフト）
８ｃ 圧気工事用設備（マテリアルロック及びマテリアルシャフト）
Ｒ１〜Ｒ６ 施工区画

Claims (8)

1. 地中構造物の補強において、
   地中構造物外側面の周囲を一定の離隔をとり土留壁により囲繞し、
   土留壁内部の地盤を地中構造物の補強に必要な深度まで掘削排土し、
   地中構造物外側面から一定の離隔をとりコンクリート成形型枠を設置し、
   地中構造物外側面とコンクリート成形型枠とで形成する空間にセメント系材料を打設充填し、
   セメント系材料を固化させセメント系材料からなる補強体を地中構造物と一体化し地中構造物を拡径することで
   地中構造物を外部から補強することを特徴とする
   地中構造物の補強方法。
2. 地中構造物の補強において、
   土留壁内部の地盤を地中構造物の補強に必要な深度まで掘削排土した後に水中コンクリートを打設し、
   水中コンクリートを固化させることでセメント系材料からなる補強体の底盤部を築造することを特徴とする
   請求項１に記載の地中構造物の補強方法。
3. 地中構造物の補強において、
   地中構造物外側面の周囲を一定の離隔をとり土留壁により囲繞し、
   土留壁内部の地盤を圧力隔壁の設置に必要な深度まで掘削排土し、
   土留壁と地中構造物との間で形成する平面帯状面に圧力隔壁を設置し、
   圧力隔壁上部に圧気工事用設備を艤装し、
   圧力隔壁下部の地盤を高気圧化することで地中構造物の補強に必要な深度まで地下水位を低下させると共に地盤を掘削排土し、
   地中構造物外側面から一定の離隔をとりコンクリート成形型枠を設置し、
   地中構造物外側面とコンクリート成形型枠とで形成する空間にセメント系材料を打設充填し、
   セメント系材料を固化させセメント系材料からなる補強体を地中構造物と一体化し地中構造物を拡径することで
   地中構造物を外部から補強することを特徴とする
   地中構造物の補強方法。
4. 地中構造物の補強において、
   地中構造物外側面から一定の離隔をとりコンクリート成形型枠に代えて補強鋼板を設置し、
   地中構造物外側面と補強鋼板とで形成する空間にセメント系材料を打設充填し、
   セメント系材料を固化させ補強鋼板及びセメント系材料からなる補強体を地中構造物と一体化し地中構造物を拡径することを特徴とする
   請求項１〜請求項３に記載の地中構造物の補強方法。
5. 地中構造物の補強において、
   コンクリート成形型枠又は補強鋼板を設置せずに地中構造物外側面と土留壁とで形成する空間にセメント系材料を打設充填し、
   セメント系材料を固化させ土留壁及びセメント系材料からなる補強体を地中構造物と一体化し地中構造物を拡径することを特徴とする
   請求項１〜請求項４に記載の地中構造物の補強方法。
6. 地中構造物の補強において、
   地中構造物外側面又は土留壁に沿って鉄筋又はＰＣ緊張材を配設するか若しくはコンクリート補強用繊維シートを貼設することを特徴とする
   請求項１〜請求項４に記載の地中構造物の補強方法。
7. 地中構造物の補強において、
   平面的に複数分割して補強体を築造することを特徴とする
   請求項１〜請求項６に記載の地中構造物の補強方法。
8. 地中構造物の補強において、
   セメント系材料を高強度繊維コンクリートとすることを特徴とする
   請求項１〜請求項７に記載の地中構造物の補強方法。
   

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