JP2009084790A - コンクリート堤体の構築施工法 - Google Patents

Abstract

【課題】打設休止期間を挟んで構築されるコンクリート堤体の劣化を抑止するための施工法を提供する。
【解決手段】内部に貧配合コンクリートを有し、外層部が富配合コンクリートで構成されるコンクリート堤体を、４週間を超える打設休止期間を挟んで構築する施工法において、前記休止期間前に打設された最後の貧配合コンクリートの表面に、その貧配合コンクリートよりも単位結合材量が多くかつ水結合材比が６０％以下のコンクリートを５０ｍｍ以上の厚さで打設することにより保護層を形成し、その後、前記休止期間に入り、次いで前記保護層を堤体の一部として利用して堤体の構築を継続するコンクリート堤体の構築施工法。前記保護層を形成するコンクリートとして、堤体の外層部を構成する富配合コンクリート用の配合を利用することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、工期途中に打設休止期間を挟んでコンクリート堤体を構築する際の施工法であって、特に寒冷地でのＲＣＤ工法によるダム建設に好適な施工法に関する。

コンクリート堤体の合理的な構造として、内部は単位結合材量の少ない「貧配合コンクリート」とし、外層部は単位結合材料が多く水結合材比が貧配合コンクリートより高い「富配合コンクリート」とする構造が採用されることが多い。内部を貧配合コンクリートとすることで水和反応による温度上昇に起因した内部応力が緩和され、材料コストも低減できる。外層部は強度レベルや耐久性を上げた富配合コンクリートとする必要があるが、堤体全体を富配合コンクリートとする必要はない。このような内部を貧配合コンクリートとする堤体の効率的な造成方法として工期が比較的短いＲＣＤ工法が知られており、これは中・大規模ダムの建設で主流になっている。

特開２００１−１９２２５４号公報 特開平９−４１３４６号公報

ダム建設は一般に長い工期を要し、中・大規模ダムではＲＣＤ工法を適用しても堤体の構築に数ヶ月以上の工期が必要になる。ダムの立地条件は標高が高く寒冷地となることが多く、冬季には積雪の影響もあって堤体の構築施工を休止せざるを得ない場合も多い。このような「越冬」のためにコンクリートの打設を休止する際には、途中まで造成された堤体の一部の表層に、強度の低い貧配合のコンクリートが存在することになる。越冬期間中に外界に曝される表面をここでは「越冬面」と呼んでいる。越冬面の品質を確保するための対策として、凍結防止を目的とした養生マットやエアバックの設置などが行われている。

しかし、このような対策を採っても耐久性の低い貧配合コンクリートの表面では凍結融解作用を受けやすく、その部分の劣化を防止することは困難な状況にある。また、貧配合コンクリートは硬化時の発熱が小さいため、越冬面近傍での温度低下が大きくなる。このため、内部の既設コンクリートとの間に比較的大きな温度勾配が生じて、内部拘束応力によるひび割れが越冬面付近で生じやすい。こうした劣化が生じた場合、越冬後に次リフトの打設を行った際、越冬面近傍の劣化箇所が脆弱になっているため新旧コンクリートの付着が十分に確保できず、後から打設した方のコンクリートの端面で反り上がりが生じることが懸念される。

越冬に限らず、ダム建設では種々の要因により打設休止期間を設けることがある。冬季でなくても、貧配合コンクリートの表面を外界に曝した状態で放置すると、耐久性が低いために表面近傍での劣化が生じやすい。
本発明はこのような現状に鑑み、打設休止期間を挟んで構築されるコンクリート堤体の劣化を抑止するための施工法を提供するものである。

上記目的は、内部に貧配合コンクリートを有し、外層部が富配合コンクリートで構成されるコンクリート堤体を、４週間を超える打設休止期間を挟んで構築する施工法において、前記休止期間前に打設された最後の貧配合コンクリートの表面に、その貧配合コンクリートよりも単位結合材量が多くかつ水結合材比が６０％以下のコンクリートを５０ｍｍ以上の厚さで打設することにより保護層を形成し、その後、前記休止期間に入り、次いで前記保護層を堤体の一部として利用して堤体の構築を継続するコンクリート堤体の構築施工法によって達成される。前記保護層を形成するコンクリートとして、堤体の外層部を構成する富配合コンクリート用の配合を利用することができる。

本発明によれば、コンクリートダムの建設において堤体の造成を休止して一定期間放置する際に、途中まで造成された部分の表面は耐久性の高いコンクリート（保護層）によって保護されることになり、以下のようなメリットが生じる。
（１）耐久性の低い貧配合コンクリートが表層に存在することによる当該貧配合コンクリートの表面劣化（例えば越冬による凍結融解）の問題が回避される。
（２）越冬時など外界の温度が低いときには、外層部コンクリートの硬化発熱が内部の貧配合コンクリートよりも大きいことを利用して表層部と内部の温度差を低減させることができる。このため、温度差に起因する内部拘束応力によって表面（越冬面）にひび割れが生じることが抑制される。
（３）貧配合コンクリートの表面を覆う保護層は、休止期間終了後にそのまま堤体の一部として利用できるので、保護層を撤去する手間がかからない。
（４）保護層のコンクリートとしては堤体の外層部を構成するための富配合コンクリートの配合をそのまま利用することができ、現場で新たな種類のコンクリートを調合することなく本発明を適用できる。

図１に、打設休止期間中に放置されている従来の造成途上にある堤体の断面構造を模式的に示す。完成予定の堤体１のうち、既設部分２が構築された状態で工事が休止され、放置されている。堤体１は、貧配合コンクリートで構成される内部領域１１および富配合コンクリートで構成される外層部１２からなる構造であり、図示の既設部分２はＲＣＤ工法にて既に複数回のリフトを終了した段階である。既設部分２の最上部には、休止前の最終リフトで打設された貧配合コンクリートの表面２０が存在する。この表面２０は耐久性が低く、特に表面２０が越冬面となる場合にはその部分で上述の表面劣化が生じやすい。

図２に、本発明を適用する場合の打設休止期間中に放置されている造成途上にある堤体の断面構造を模式的に示す。完成予定の堤体１のうち、既設部分２が構築された状態で工事が休止され、放置されている。

堤体の規模にもよるが、富配合コンクリートで構成される外層部１２の厚さは２ｍ程度とすることができる。ＲＣＤ工法ではリフト厚さを通常０.５〜１.５ｍ程度の範囲として内部領域１１に貧配合コンクリートを打設し、積み上げていく。

内部領域１１を構成する貧配合コンクリートは、従来からＲＣＤ工法で内部配合として適用されている配合のものが使用できる。具体的には、単位結合材量が８０〜１７０ｋｇ／ｍ³好ましくは１００〜１５０ｋｇ／ｍ³、水結合材比が６５〜１１０％であり、振動を付与したときのブリージングが生じる時間によってワーカビリティーを評価する指標であるＶＣ値（Vibration Compaction Value）が２０±１０秒であるものが好適な対象となる。圧縮強度は材齢２８日で８〜２０Ｎ／ｍｍ²程度、材齢９１日で１５〜３５Ｎ／ｍｍ²程度となることが望ましい。より具体的には、単位結合材料および水結合材比を上記のように設定し、例えば細骨材Ｓ：６００〜７５０ｋｇ／ｍ³、粗骨材Ｇ１５０：０〜４００ｋｇ／ｍ³、Ｇ８０：３５０〜５５０ｋｇ／ｍ³、Ｇ４０：３５０〜５５０ｋｇ／ｍ³、Ｇ２０：３５０〜７００ｋｇ／ｍ³、ｓ／ａ：２０〜３５％といった超硬練りの配合が採用できる。

外層部１２を構成する富配合コンクリートについても、従来のＲＣＤ工法で外層部配合として適用されているものが使用できる。具体的には、単位結合材量が１８０〜２５０ｋｇ／ｍ³、水結合材比が４０〜６０％好ましくは４５〜５５％であり、スランプ値が２〜５ｃｍであるものが好適な対象となる。圧縮強度は材齢２８日で１５〜３０Ｎ／ｍｍ²程度、材齢９１日で３０〜５０Ｎ／ｍｍ²程度となることが望ましい。より具体的には、単位結合材料および水結合材比を上記のように設定し、例えば細骨材Ｓ：４００〜６５０ｋｇ／ｍ³、粗骨材Ｇ１５０：０〜５００ｋｇ／ｍ³、Ｇ８０：２５０〜５５０ｋｇ／ｍ³、Ｇ４０：３００〜５５０ｋｇ／ｍ³、Ｇ２０：３００〜５５０ｋｇ／ｍ³、ｓ／ａ：２０〜３５％といった耐久性の高い配合が採用できる。

本発明では、打設休止期間前に、既に打設された最後の貧配合コンクリートの表面に、その貧配合コンクリートよりも耐久性の高いコンクリートを打設することにより保護層１３を形成する。

この保護層１３を構成するコンクリートは、その下の貧配合コンクリート（以下「直下の貧配合コンクリート」ということがある）よりも単位結合材量が多くかつ水結合材比が６０％以下のコンクリートを適用し、保護層１３の厚さは少なくとも５０ｍｍを確保する。これを満たさない配合のものでは直下の貧配合コンクリートとの間で越冬時の温度差を十分に緩和させることができず、内部拘束応力によるひび割れを防止する効果が不十分となる。また、耐久性不足により、表面劣化を十分に抑制することができない。保護層１３を構成するコンクリートは、単位結合材量が直下の貧配合コンクリートの１.５倍以上であることがより好ましく、１.５〜３倍程度の範囲とすることが一層好ましい。また、水結合材比は上記のように６０％以下であることが必要であるが、５５％以下であることがより好ましい。このような耐久性の高いコンクリートとしては、外層部１２を構成するための富配合コンクリート（前述）を使用することが可能であるが、単位結合材料および水結合材比を上述のように調整したものを適用することが極めて効果的である。

ＲＣＤ工法を適用する場合、打設休止期間に行われる最後のリフトにおいて、内部領域１１を構成するコンクリートの少なくとも上層部５０ｍｍを、貧配合コンクリートに代えて、外層部１２用に調合された富配合コンクリートとすることが効率的である。この場合、本来耐久性に優れる富配合コンクリートを保護層１３に適用することによって、打設休止期間中における表面劣化が極めて良好に抑止できる。新たな配合のコンクリートを調合する必要がないため、現場での作業効率の低下が最小限に抑えられる。

本発明は、打設休止期間が４週間を超えて長い場合に非常に有効である。このように休止期間が長いと、従来は養生マットやエアバックによって貧配合コンクリートの表面を保護しても、劣化を避けることは困難であった。

発明者らは、全５６リフトによって構築される大規模堤体の造成において、第２２リフトを越冬面として９９日間放置する場合を想定し、その第２２リフトの内部領域を貧配合コンクリートＡとした場合（従来例）と、第２２リフトを外層部用の富配合コンクリートＢとした場合（本発明例）について、有限要素法によりＡおよびＢそれぞれの表面（越冬面）に作用する温度応力（内部との温度差に起因して生じる応力）をシミュレートし、下記（１）式のひび割れ指数の最大値を算出した。
［ひび割れ指数］＝［引張強度］／［温度応力］ ……（１）
第２１リフトまでの内部領域はいずれも貧配合コンクリートＡであり、コンクリートの配合はＲＣＤ工法に使用される一般的な配合として以下のものを想定した。
・貧配合コンクリートＡ； 単位結合材量＝１２０ｋｇ／ｍ³、水結合材比＝８７.５％
・富配合コンクリートＢ； 単位結合材量＝２１０ｋｇ／ｍ³、水結合材比＝５４％
また、リフト１層の高さを７５０ｍｍ、越冬期間中の平均気温を３℃とした。

その結果、越冬期間中におけるひび割れ指数の最大値は、以下のように算出された。既知の多くのデータに基づいて「ひび割れ指数」から算出される「ひび割れ発生確率」も併せて表示する。
・従来例； ひび割れ指数＝１.３（ひび割れ発生確率＝約４５％）
・本発明例； ひび割れ指数＝１.５（ひび割れ発生確率＝約１８％）
このように、温度応力に起因したひび割れ発生確率だけを見ても、本発明によれば顕著な改善効果が見込まれる。越冬面を富配合コンクリートＢとしたことによる耐久性向上効果を総合的に考慮すれば、表面劣化の程度にはさらに大きな差が生じると考えられる。

休止期間終了後は、新たなリフトを実施して内部領域１１には貧配合コンクリートを、外層部１２には富配合コンクリートを適用して堤体の構築を継続していく。その際、保護層１３を堤体の一部として利用すればよい。保護層１３の表面劣化は従来の貧配合コンクリートに比べ著しく低減されているので、新旧両コンクリートの接合性を向上させるための手入れを簡略化することができる。

打設休止期間中に放置されている従来の造成途上にある堤体の断面構造を模式的に示した図。 本発明を適用する場合の打設休止期間中に放置されている造成途上にある堤体の断面構造を模式的に示した図。

符号の説明

１ 完成予定の堤体
２ 既設部分
１１ 内部領域
１２ 外層部
１３ 保護層
２０ 貧配合コンクリートの表面

Claims (2)

1. 内部に貧配合コンクリートを有し、外層部が富配合コンクリートで構成されるコンクリート堤体を、４週間を超える打設休止期間を挟んで構築する施工法において、前記休止期間前に打設された最後の貧配合コンクリートの表面に、その貧配合コンクリートよりも単位結合材量が多くかつ水結合材比が６０％以下のコンクリートを５０ｍｍ以上の厚さで打設することにより保護層を形成し、その後、前記休止期間に入り、次いで前記保護層を堤体の一部として利用して堤体の構築を継続するコンクリート堤体の構築施工法。
2. 前記保護層を形成するコンクリートとして、堤体の外層部を構成する富配合コンクリート用の配合を利用する請求項１に記載のコンクリート堤体の構築施工法。

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