JP2010156191A - Ｌ形補強構造物、該ｌ形補強構造物を設置した補強構造及び補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既設の矢板岸壁を的確かつ経済的に補強することができる補強構造物を提供する。
【解決手段】鋼管矢板１１を用いた矢板岸壁１０を補強する際に設置される補強構造物３０であって、設置された状態において、鉛直断面がＬ形であり、そのＬ形断面の一辺をなす垂直部３２が鋼管矢板１１に連結・一体化するとともに、そのＬ形断面の他の辺をなす水平部３１が、矢板岸壁１０から所定距離離れた位置に鋼管矢板１１と対向するように打ち込まれた杭２１に連結することを特徴とするＬ形補強構造物。
【選択図】図２

Description

本発明は、既設の矢板岸壁を補強するために用いられるＬ形断面の補強構造物（Ｌ形補強構造物）、該Ｌ形補強構造物を設置した補強構造及び補強方法に関するものである。

岸壁の代表的な形式である矢板岸壁は、図７に一例を示すように、矢板（鋼矢板、鋼管矢板等）１１を水底地盤１に打ち込んで、土圧および水圧を受ける矢板壁を形成し、その矢板壁と控え杭（図示せず）をタイ材（例えばタイロッド）１４で結合した構造の岸壁１０である。なお、図７中において、２は水底、３は水面、４は岸壁側の地盤、１２は上部工（コーピング）、１３は防舷材、１５はエプロン、２０は岸壁法線である。

このような矢板岸壁においては、老朽化した場合や古い設計基準で構築されている場合に、地震や集中豪雨等で崩壊し、大きな被害が生じることが危惧されており、地震等による崩壊を未然に防止すべく、補強工事が急務となっている。

従来、矢板岸壁の補強方法としては、矢板の部分的な補強（鋼板当て板による溶接補強あるいは鉄筋コンクリートによる水中補強）が行われてきた。

また、特許文献１には、既設の矢板岸壁の前面に新たな岸壁を構築するという補強方法が示されている。

特開２００５−１３９６８０号公報

しかし、上記のような、矢板の部分的な補強（鋼板当て板による溶接補強あるいは鉄筋コンクリートによる水中補強）は、矢板自体の補修に過ぎず、矢板岸壁の構造的な補強ではないので、地震や集中豪雨等に対して充分な補強とはなっていない。

また、特許文献１に記載のような、既設の矢板岸壁の前面に新たな岸壁を構築するという補強方法は、大掛かりな補強工事となり、多大な費用がかかるという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、既設の矢板岸壁を的確かつ経済的に補強することができる補強構造物該Ｌ形補強構造物を設置した補強構造及び補強方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］矢板を水底地盤に打ち込んで矢板壁を形成してなる矢板岸壁を補強する際に設置される補強構造物であって、設置された状態において、鉛直断面がＬ形部を有し、そのＬ形断面の一辺をなす垂直部が前記矢板と連結・一体化されるとともに、そのＬ形断面の他の辺をなす水平部が、前記矢板岸壁から所定距離離れた位置に打ち込まれた杭に連結されることを特徴とするＬ形補強構造物。

［２］前記Ｌ形補強構造物は鉛直断面がＬ形であることを特徴とする［１］記載のＬ形補強構造物。

［３］前記Ｌ形補強構造物は、設置される矢板岸壁のとの関係において前記垂直部の厚みが岸壁法線を変えない厚みに設定されていることを特徴とする［１］または［２］に記載のＬ形補強構造物。

［４］前記垂直部の厚みが、高さ方向で変化していることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一項に記載のＬ形補強構造物。

［５］鋼コンクリート合成構造または鉄筋コンクリート構造あるいは鋼構造のいずれか又はこれらの複合構造であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載のＬ形補強構造物。

［６］既設の矢板岸壁に、［１］〜［５］のいずれかに記載のＬ形補強構造物を設置したことを特徴とする既設矢板岸壁の補強構造。

［７］前記Ｌ形補強構造物の垂直部の上端が、前記矢板の水底からの高さの１／５〜３／５の範囲に位置するように前記Ｌ形補強構造物を設置したことを特徴とする［６］記載の既設矢板岸壁の補強構造。

［８］前記Ｌ形補強構造物が岸壁法線を変えないように設置されていることを特徴とする［６］または［７］記載の既設矢板岸壁の補強構造。

［９］［１］〜［５］のいずれかに記載のＬ形補強構造物を用いて既設の矢板岸壁を補強する補強方法であって、
既設の矢板岸壁における岸壁前方の海底を掘削する工程と、掘削した箇所に杭を打設する工程と、打設した杭と水平部を連結させると共に垂直部を前記矢板と連結・一体化する工程とを備えたことを特徴とする矢板岸壁の補強方法。

本発明においては、Ｌ形補強構造物の垂直部が矢板と連結・一体化することによって矢板自体が補強されるとともに、その一体化された矢板と垂直部を矢板と対向するように打ち込まれた杭がＬ形補強構造物の水平部を介して支持するという構造的な補強を行うことができる。しかも、特許文献１に記載のような、既設の矢板岸壁の前面に新たな岸壁を構築するという大掛かりな補強方法に比べて、安価な費用で実施することができる。

したがって、本発明を適用することによって、既設の矢板岸壁を的確かつ経済的に補強することが可能となる。

本発明の一実施形態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態を示す鉛直断面図である。 図２のＡ−Ａ矢視断面図である。 既設の矢板岸壁のままの場合と、本発明の一実施形態に基づいて既設の矢板岸壁を補強した場合とで、鋼管矢板に生じる応力等を比較した図である。 本発明の他の実施形態を示す鉛直断面図である。 本発明の他の実施形態を示す鉛直断面図である。 既設の矢板岸壁を示す鉛直断面図である。 本発明の実施の形態２に係るＬ形補強構造物の施工方法の説明図である。 本発明の実施の形態２に係るＬ形補強構造物の施工方法の説明図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

［実施の形態１］
図１は本発明の一実施形態を示す斜視図であり、図２は本発明の一実施形態を示す鉛直断面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

まず、図１、図２に示すように、この実施形態において対象とする矢板岸壁は、図７に示した矢板岸壁１０と同様の構造である。すなわち、矢板（ここでは、鋼管矢板）１１を水底地盤１に打ち込んで、土圧および水圧を受ける矢板壁を形成し、その矢板壁（鋼管矢板）１１と控え杭（図示せず）をタイロッド１４で結合した構造である。また、図１、２中において、２は水底、３は水面、４は岸壁側の地盤、１２は上部工（コーピング）、１３は防舷材、１５はエプロン、２０は岸壁法線である。

その上で、この実施形態においては、図１、図２に示すように、矢板岸壁１０から所定距離離れた位置に鋼管矢板１１と対向するように複数の杭２１を列状（ここでは２列）に水底地盤１に打ち込み、その杭２１と鋼管矢板１１の間に垂直断面がＬ形の補強構造物（Ｌ形補強構造物）３０を設置するようにしている。

ここで、杭２１の上端は水底２下近傍に位置しており、Ｌ形補強構造物３０の一辺をなす水平部３１が水底２直下に位置して、杭２１の上端部に連結しているとともに、Ｌ形補強構造物３０の他の辺をなす垂直部３２が岸壁法線２０の内側（岸壁法線２０と鋼管矢板１１との間）に位置して、鋼管矢板１１に連結・一体化している。なお、垂直部３２の上端は、水底２からタイロッド１４までの中間に位置しており、詳細は後述するが、鋼管矢板１１の水底２からの高さの１／５〜３／５の範囲に位置するのが好適である。

そして、Ｌ形補強構造物３０の垂直部３２は、図３に示すように、鋼管矢板１１と型枠を兼ねる補強鋼板３５にそれぞれ接合されたずれ止め３７と内部に充填される水中コンクリート３６により一体化された鋼コンクリート合成構造となっている。ずれ止め３７としては、図３（ａ）に示すようなスタッド３７ａ、図３（ｂ）に示すような鉄筋３７ｂ、図３（ｃ）に示すような形鋼３７ｃ等が用いられる。
また、Ｌ形補強構造物３０の水平部３１も同様の鋼コンクリート合成構造となっている。なお、図１においては、水平部３１の内部構造を明らかにするため、水平部に打設されているコンクリートの記載を省略している。

上記のようにして、この実施形態においては、Ｌ形補強構造物３０の垂直部３２が鋼管矢板１１と連結・一体化することによって、鋼管矢板１１自体が補強されるとともに、その一体化された鋼管矢板１１と垂直部３２を鋼管矢板１１と対向するように列状に打ち込まれた杭２１が水平部３１を介して支持するという構造的な補強を行うようにしている。

言い換えれば、杭２１とＬ形補強構造物３０とによって構築された構造物によって矢板岸壁１０を一体化補強するようにしている。

図４は、図７に示した既設の矢板岸壁１０のままの場合と、この実施形態に基づいて既設の矢板岸壁１０を補強した場合とで、設計モデル、鋼管矢板１１に作用する曲げモーメント、鋼管矢板１１に発生する応力、タイロッド１４に作用する反力について比較したものである。なお、図中の１６は控え杭である。

まず、図４（ａ）に示す既設の矢板岸壁１０のままの場合は、設計モデルは、鋼管矢板１１がタイロッド１４と水底地盤面２で支持された単純梁モデルとなる。

そして、土圧・水圧等により鋼管矢板１１に作用する曲げモーメント分布については、鋼管矢板１１の中間付近で最大曲げモーメントＭ１が発生する。

その曲げモーメントにより鋼管矢板１１に発生する応力分布は、中間付近で最大応力σｂ１が発生する。

また、タイロッドには反力（引張力）Ｒ１が作用する。

これに対して、図４（ｂ）に示すこの実施形態に基づいて既設の矢板岸壁１０を補強した場合は、設計モデルについては、Ｌ形補強構造物３０を付加したことにより、鋼管矢板１１およびＬ形補強構造物３０がタイロッド１４部で直線バネ支持され、水底部２で回転ばね支持された梁としてモデル化される。また、梁の下部（鋼管矢板１１をＬ形補強構造物３０の垂直部３２と一体化させた部分）は、Ｌ形補強構造物３０の垂直部３２と一体化させた効果により曲げ剛性が増える。

そして、土圧・水圧等により鋼管矢板１１に作用する曲げモーメント分布については、鋼管矢板１１の中間付近で最大曲げモーメントＭ２が発生するが、鋼管矢板１１の下部（梁の下部）の曲げ剛性が増大し、その補強構造が曲げを負担するために、補強前の鋼管矢板１１の最大曲げモーメントＭ１に較べて大幅に低減する。

その曲げモーメントにより鋼管矢板１１に発生する応力分布については、中間付近で最大応力σｂ２が発生するが、作用曲げモーメントが低減したこと、およびＬ形補強構造物３０の垂直部３２と一体化した鋼管矢板１１の断面性能が改善されたことにより、補強前の鋼管矢板１１の最大応力σｂ１に比べて大幅に低減する。

また、タイロッドに作用する反力（引張力）Ｒ２についても、鋼管矢板１１の下部（梁の下部）の剛性が増大したために、発生力が下方に誘導され、鋼管矢板１１の上部に配置されているタイロッド１４の反力が軽減されることとなり、補強前のタイロッド反力Ｒ１に比べて大幅に減少する。

すなわち、
鋼管矢板１１に作用する最大曲げモーメント：Ｍ２≪Ｍ１
鋼管矢板１１に発生する最大応力：σｂ２≪σｂ１
タイロッド１４に作用する反力：Ｒ２≪Ｒ１
となる。

そして、垂直部３２の上端の位置が、タイロッド１４に作用する反力（タイロッド反力）および鋼管矢板１１に作用する曲げ応力度（矢板の曲げ応力度）に及ぼす影響を表１に示す。ここでは、鋼管矢板１１上端の水底２からの高さ位置を５／５（＝１．０）とし、垂直部３２上端の位置を１／５（＝０．２）、２／５（＝０．４）、３／５（＝０．６）、４／５（＝０．８）、５／５（＝１．０）と変化させて、その際のタイロッド反力と矢板の曲げ応力度について、既設の矢板岸壁１０のままの場合（補強なしの場合）をそれぞれ１００として示している。

表１に示す結果から、タイロッド反力については、垂直部上端位置が水底から鋼管矢板上端までの高さの１／５〜３／５の範囲では、補強なしの場合に比べて８０％以下になり、２０％以上の低減効果がある。また、矢板の曲げ応力度については、垂直部上端位置が水底から鋼管矢板上端までの高さの３／５の場合、他の場合に比べて低減は少なくなるが、それでも補強なしの場合に比べて７０％以下になり、３０％以上の低減効果がある。したがって、前述したように、垂直部３２の上端を、鋼管矢板１１の水底２からの高さの１／５〜３／５の範囲に位置させるのが好適である。

このようにして、この実施形態においては、鋼管矢板１１に作用する最大曲げモーメントや鋼管矢板１１に発生する最大応力およびタイロッドに作用する反力を大幅に低減することができる。また、水底２直下に配置されたＬ形補強構造物３０の水平部３１は、杭２１と相まって、鋼管矢板１１の前面の地盤を補強し、受動抵抗を増大させる。これにより、既設の矢板岸壁１０を地震や集中豪雨等に対して的確に補強することができる。

そして、この実施形態においては、Ｌ形補強構造物３０の水平部３１が水底２直下に位置し、Ｌ形補強構造物３０の垂直部３２が既存の岸壁法線２０の内側に位置しているので、岸壁法線２０はそのまま変わらず、船舶の係留に支障がない。しかも、矢板岸壁１０そのものを改変する必要がないため、補強工事後も矢板岸壁１０の設備を継続して供用することが可能となる。

さらに、杭２１とＬ形補強構造物３０とによって矢板岸壁１０を一体化補強するようにしているので、特許文献１に記載のような、既設の矢板岸壁の前面に新たな岸壁を構築するという大掛かりな補強方法に比べて、安価な費用で実施することができる。加えて、Ｌ形補強構造物３０の垂直部３２は新規の補強鋼板３４と既設の鋼管矢板１１をコンクリート３６で一体化させた鋼コンクリート合成断面としており、既設構造を一部活用したことで経済的である。

したがって、この実施形態を適用することによって、既設の矢板岸壁１０を的確かつ経済的に補強することが可能となる。

なお、Ｌ形補強構造物３０の水平部３１と垂直部３２の寸法や構造等および杭２１の断面形状・寸法や打込み深さあるいは打込みピッチ等については、地震時等の外力に応じて適宜決定すればよい。

例えば、上記の実施形態では、Ｌ形補強構造物３０の水平部３１と垂直部３２が鋼コンクリート合成構造となっているが、鉄筋コンクリート構造あるいは鋼構造であってもよい。さらに、例えば垂直部３２を鉄筋コンクリート構造とし、水平部３１を鋼コンクリート合成構造にするように、垂直部３２と水平部３１が異なる構造からなる複合構造であってもよい。

また、Ｌ形補強構造物３０の垂直部３２については、上記の実施形態では、垂直部３２の上端が水底２からタイロッド１４までの中間に位置していたが、場合によっては、図５に示すように、垂直部３２の上端を上部工１２の下面まで延ばすようにしてもよい。さらに、垂直部３２の厚みを高さ方向で変化させてもよい。例えば、図５に示すように、垂直部３２の上部（ここでは、水面３近傍）の厚みを下部の厚みに比べて薄くしてもよい。

また、上記の実施形態では、矢板岸壁１０を利用する船舶４０が喫水によって制限されることがないように、杭２１の上端位置を水底２下近傍とし、その杭２１の上端部にＬ形補強構造物３０の水平部３１を連結するようにしているが、矢板岸壁１０を利用する船舶４０の喫水が比較的小さい場合には、杭２１の上端位置が水底２下になるまで杭２１を打ち込む必要はなく、船舶４０の喫水に応じて、杭２１の上端位置が水面３から水底２下近傍までの適切な位置になるようにすればよいし、Ｌ形補強構造物３０の水平部３１の高さ位置（水平部３１と杭２１との連結位置）も杭２１の上端位置以下の適切な位置にすればよい。

例えば、図６に示すように、杭２１の上端が水底２から所定高さだけ上方に位置し、その杭２１の上端にＬ形補強構造物３０の水平部３１を連結するようにしてもよい。

また、岸壁法線を海側に移動させてもよい場合は、図６に示すように、Ｌ形補強構造物３０の垂直部３２の上端を上部工１２の上面まで延ばすようにしてもよい。

そして、本発明は、矢板岸壁だけでなく、矢板護岸（矢板を用いた護岸）にも同様に適用することができる。

なお、上記の実施の形態の説明においては、Ｌ形補強構造物３０の形状として、鉛直断面がＬ形のものを示したが、本発明のＬ形補強構造物３０の形状はこれに限られるものではなく、鉛直断面がＬ形部を有しておればよく、例えば水平部３１が垂直部３２よりも水平方向に延出していたり、あるいは垂直部３２が水平部３１よりも鉛直方向に延出していたりして、鉛直断面の全体形状が略十字形や略Ｔ字形になっていてもよい。

［実施の形態２］
図８、図９に基づいて本発明の実施の形態２である、Ｌ形補強構造物の施工方法を説明する。なお、図８、図９において、図１乃至図６と同一部分には同一の符号を付してある。

補強対象の既設の矢板岸壁（図８（ａ）参照）における、矢板１１の前面側の海底２を所定の幅と深さだけ掘削する（図８（ｂ）参照）。所定の幅と深さとは、設置するＬ形補強構造物３０の水平部３１（図２参照）が設置可能な幅と深さである。所定深さの掘削をすることで、海底２の位置をＬ形補強構造物３０設置前の位置と変更しないので、船舶の航行に支障をきたさない。

次に、掘削した箇所に杭２１（直杭と斜杭）を打設する（図８（ｃ）参照）。次に、Ｌ形補強構造物３０の骨組みとなる鉄骨構造物３０ａを設置する。鉄骨構造物３０ａは、例えば、垂直部においては、実施の形態１で説明したように、ずれ止め３７を接合した補強鋼板３５（図３参照）を備えてなり、水平部においては、図１に示されるように、所定間隔離してＨ形鋼を岸壁の長手方向に設置すると共に杭２１ごとに矢板１１に直交方向にＨ形鋼を設置したものとする。Ｈ形鋼には、打設された杭２１に対して、後から被せることが可能な鋼管形状（あるいは角形状）の部材が取り付けられているので、これを打設した杭２１に被せることによって鉄骨構造物３０ａを杭２１に設置することができる（図９（ｄ）、図１参照）。

鉄骨構造物３０ａの設置が終了すると、必要な型枠を設置して垂直部および水平部に水中コンクリート３６を打設する（図９（ｅ）参照）。水中コンクリート３６が固化すれば、型枠を外して完成する（図９（ｆ）参照）。

なお、上記のＬ形補強構造物の施工方法においては、海底２の掘削、杭２１の打設、鉄骨構造物３０ａの設置、水中コンクリート３６の打設という手順を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、以下のような施工手順であってよい。
海底２の掘削、杭２１のうちの一部の杭２１を打設、鉄骨構造物３０ａを設置、残りの杭２１を打設、水中コンクリート３６の打設。
また、別の施工手順として、海底２の掘削、鉄骨構造物３０ａを設置、杭２１の打設、水中コンクリート３６の打設。

１ 水底地盤
２ 水底
３ 水面
４ 岸壁側
１０ 矢板岸壁
１１ 矢板（鋼矢板、鋼管矢板）
１２ 上部工
１３ 防舷材
１４ タイロッド
１５ エプロン
１６ 控え杭
２０ 岸壁法線
２１ 杭
３０ Ｌ形補強構造物
３０ａ 鉄骨構造物
３１ Ｌ形補強構造物の水平部
３２ Ｌ形補強構造物の垂直部
３５ 補強鋼板（型枠）
３６ 水中コンクリート
３７ ずれ止め
３７ａ スタッド
３７ｂ 鉄筋
３７ｃ 形鋼
４０ 船舶

Claims (9)

1. 矢板を水底地盤に打ち込んで矢板壁を形成してなる矢板岸壁を補強する際に設置される補強構造物であって、設置された状態において、鉛直断面がＬ形部を有し、そのＬ形断面の一辺をなす垂直部が前記矢板と連結・一体化されるとともに、そのＬ形断面の他の辺をなす水平部が、前記矢板岸壁から所定距離離れた位置に打ち込まれた杭に連結されることを特徴とするＬ形補強構造物。
2. 前記Ｌ形補強構造物は鉛直断面がＬ形であることを特徴とする請求項１記載のＬ形補強構造物。
3. 前記Ｌ形補強構造物は、設置される矢板岸壁のとの関係において前記垂直部の厚みが岸壁法線を変えない厚みに設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＬ形補強構造物。
4. 前記垂直部の厚みが、高さ方向で変化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬ形補強構造物。
5. 鋼コンクリート合成構造または鉄筋コンクリート構造あるいは鋼構造のいずれか又はこれらの複合構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬ形補強構造物。
6. 既設の矢板岸壁に、請求項１〜５のいずれか1項に記載のＬ形補強構造物を設置したことを特徴とする既設矢板岸壁の補強構造。
7. 前記Ｌ形補強構造物の垂直部の上端が、前記矢板の水底からの高さの１／５〜３／５の範囲に位置するように前記Ｌ形補強構造物を設置したことを特徴とする請求項６記載の既設矢板岸壁の補強構造。
8. 前記Ｌ形補強構造物が岸壁法線を変えないように設置されていることを特徴とする請求項６または７記載の既設矢板岸壁の補強構造。
9. 請求項１〜５のいずれかに記載のＬ形補強構造物を用いて既設の矢板岸壁を補強する補強方法であって、
   既設の矢板岸壁における岸壁前方の海底を掘削する工程と、掘削した箇所に杭を打設する工程と、打設した杭と前記Ｌ形補強構造物の水平部を連結させると共に前記Ｌ形補強構造物の垂直部を前記矢板と連結・一体化する工程とを備えたことを特徴とする矢板岸壁の補強方法。

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