JP2010163818A - コンクリート構造物の補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 地震時の振動がコンクリート構造物に入力しても、コンクリート構造物の弱面部に隙間や亀裂が生じることがなく、コンクリート構造物を安定した状態に保ち続けることができる補強方法を提供する。
【解決手段】 コンクリート構造物１を貫通して、地盤５の所定の深さに達するアンカー孔６を削孔し、アンカー孔６内にグラウンドアンカー７を挿入して、グラウンドアンカー７の先端部を地盤５に定着させ、アンカー孔６内にせん断・引張補強部材１５を挿入して、せん断・引張補強部材１５をコンクリート構造物１の弱面部４に対応する部分に位置決めし、せん断・引張補強部材１５をコンクリート構造物１側に保持し、グラウンドアンカー７に引張力を付与し、この状態でグラウンドアンカー７の後端部をコンクリート構造物１に定着させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンクリート構造物の補強方法に関し、特に、既設又は新設のコンクリート構造物を補強するのに有効なコンクリート構造物の補強方法に関する。

コンクリート構造物の一例として、地盤（岩盤）の上部に築造された重力式コンクリートダム（ダムの自重と重力で水圧を支える形式のダム）等の各種のコンクリートダムが知られている。

このようなコンクリートダムは、経年変化等によって地盤とコンクリートダムとの境界部や、コンクリートダムの打ち継ぎ目部等の弱面部に劣化が生じる虞があり、また、地震時に、それらの弱面部にせん断ひずみが集中して亀裂等が生じる虞があるため、グラウンドアンカーによって弱面部に圧縮荷重を付与し、コンクリートダムを補強することが行われている。

例えば、図１１に示すように、コンクリートダム３１を天端３２から鉛直方向に貫通して先端が岩盤３５の所定の深さに達するアンカー孔３６を削孔し、このアンカー孔３６内にグラウンドアンカー３７を挿入し、グラウンドアンカー３７の先端部（下端部）をグラウト材３９により岩盤３５の深層部に定着させ、グラウンドアンカー３７に緊張力を付与し、この状態でグラウンドアンカー３７の後端部（上端部）をコンクリートダム３１の天端３２に定着させることで、弱面部に圧縮荷重を付与し、コンクリートダム３１を補強している。この場合、必要に応じて、図１２に示すように、アンカー孔３６内の全体にグラウト材３９を充填し、自由長部を含むグラウンドアンカー３７の全体をコンクリートダム３１側に定着させている。

特開２００７−４６３４８号公報

上記のような構成のグラウンドアンカー３７によってコンクリートダム３１を補強した場合、通常時には、グラウンドアンカー３７の緊張力によってコンクリートダム３１の弱面部３４を圧縮した状態に保つことができるので、弱面部３４に亀裂等が生じたりするようなことはない。

しかし、地震時にコンクリートダム３１に振動が入力した場合、グラウンドアンカー３７の緊張力だけでは弱面部３４を圧縮し続けることができないことがあり、コンクリートダム３１にロッキング振動が生じ、弱面部３４に亀裂や隙間が形成され、その亀裂や隙間に水が浸入してコンクリートダム３１に浮力が作用し、コンクリートダム３１が不安定な状態になることがある。

また、コンクリートダム３１が不安定な状態になると、グラウンドアンカー３７に過大なせん断力が作用し、グラウンドアンカー３７が損傷したり、グラウンドアンカー３７の周囲を覆っているグラウト材３９に亀裂が生じて防錆機能が低下し、グラウンドアンカー３７が腐食する等の問題が生じる。

上記のような地震時の問題を解決するため、グラウンドアンカーの線径を太くして剛性を高める方法があるが、グラウンドアンカーの打設に費用が嵩む等の理由から実施されていないのが現状である。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、グラウンドアンカーによってコンクリートダム等のコンクリート構造物を補強した場合に、地震時にコンクリート構造物に振動が入力しても、コンクリート構造物の弱面部に亀裂や隙間が形成されるようなことがなく、コンクリート構造物を安定した状態に保ち続けることができる、コンクリート構造物の補強方法を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、地盤上に築造されたコンクリート構造物の補強方法であって、前記コンクリート構造物を貫通して、前記地盤の所定の深さに達するアンカー孔を削孔し、該アンカー孔内にグラウンドアンカーを挿入して、該グラウンドアンカーの先端部を前記地盤に定着させ、前記アンカー孔内にせん断・引張補強部材を挿入して、該せん断・引張補強部材を前記コンクリート構造物の弱面部に対応する部分に位置決めし、前記せん断・引張補強部材を前記コンクリート構造物側に保持し、前記グラウンドアンカーに引張力を付与し、この状態で前記グラウンドアンカーの後端部を前記コンクリート構造物に定着させることを特徴とする。

本発明のコンクリート構造物の補強方法によれば、コンクリート構造物の弱面部に対応するアンカー孔の部分にせん断・引張補強部材を設け、このせん断・引張補強部材をコンクリート構造物側に定着したので、このせん断・引張補強部材によってコンクリート構造物の弱面部の剛性を高めることができる。

従って、地震時にコンクリート構造物に振動が入力しても、コンクリート構造物にロッキング振動が生じて弱面部に隙間や亀裂等が形成されるようなことはなく、隙間や亀裂等に水が浸入してコンクリート構造物に浮力が作用し、コンクリート構造物が不安定になるようなことはない。この結果、地震時にグラウンドアンカーに過大なせん断力が作用してグラウンドアンカーが損傷したり、グラウンドアンカーの周囲を被覆しているグラウト材に亀裂が生じて防錆機能が低下したりするようなことはなく、コンクリート構造物を長期に亘って安定した状態に保ち続けることができる。

また、本発明において、前記コンクリート構造物の弱面部は、前記コンクリート構造物と前記地盤との境界部又は前記コンクリート構造物の打ち継ぎ目部であることとしてもよい。

さらに、本発明において、前記せん断・引張補強部材は、円筒状又は角筒状の鋼管からなり、該せん断・引張補強部材の外周側を前記アンカー孔の内周側に定着材により定着させたこととしてもよい。

さらに、本発明において、前記グラウンドアンカーは伸縮変形可能な自由長部を有し、該自由長部を定着材により前記コンクリート構造物に定着させたこととしてもよい。

本発明のコンクリート構造物の補強方法によれば、グラウンドアンカーの自由長部が定着材によってコンクリート構造物側に定着させたので、外力によってグラウンドアンカーに局部的な変位が生じた場合、その変位が生じた部分で外力に抵抗することができるので、グラウンドアンカーの弱い部分に応力が集中するようなことはない。
なお、定着部材として、一定時間経過後に固化するアフターボンドを用いることにより、せん断・引張補強部材をアンカー孔内に設置し、グラウンドアンカーに緊張力を付与した後に、グラウンドアンカーの自由長部をコンクリート構造物側に定着させることができる。

さらに、本発明において、前記せん断・引張補強部材をアンカー孔内に位置決めした位置の略中心に保持手段によって保持し、この状態で前記せん断・引張補強部材を定着材により前記アンカーの内周側に定着させたこととしてもよい。

以上、説明したように、本発明のコンクリート構造物の補強方法によれば、せん断・引張補強部材によってコンクリート構造物の弱面部の剛性を高めることができるので、通常時又は地震時に関わらず、コンクリート構造物を長期に亘って安定した状態に保ち続けることができる。

本発明によるコンクリート構造物の補強方法の一実施の形態を示した概略図である。 図１の変形例を示した概略図である。 図１の変形例を示した概略図である。 図１の変形例を示した概略図である。 図１の保持手段を示した概略図である。 本発明によるコンクリート構造物の補強方法のＦＥＭ解析結果を示した説明図であって、解析モデル図を示した説明図である。 解析ケース１を示した説明図である。 解析ケース２を示した説明図である。 解析ケース３〜５を示した説明図である。 解析結果を示した説明図である。 従来のコンクリート構造物の補強方法の一例を示した概略図である。 図１１の変形例を示した概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１には、本発明によるコンクリート構造物の補強方法の一実施の形態が示されている。本実施の形態のコンクリート構造物の補強方法は、地盤（岩盤５）上に築造された既設又は新設のコンクリート構造物であるコンクリートダム１（重力式コンクリートダム等）の補強に適用したものである。

すなわち、本実施の形態のコンクリート構造物の補強方法は、コンクリートダム１を天端２から鉛直方向に貫通して、岩盤５の所定の深さまで達するアンカー孔６を削孔する削孔工程と、アンカー孔６内にグラウンドアンカー７を挿入し、グラウンドアンカー７の先端部（下端部）を岩盤５の深層部に定着させるグラウンドアンカー打設工程と、アンカー孔６内にせん断・引張補強部材１５を挿入し、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６内の所定の位置に位置決めし、その位置でせん断・引張補強部材１５をコンクリートダム１側に定着させるせん断・引張補強部材設置工程と、グラウンドアンカー７に緊張力を付与し、この状態でグラウンドアンカー７の後端部（上端部）をコンクリートダム１の天端２に定着させる緊張力付与工程とを備えている。以下、各工程について詳しく説明する。

（１）削孔工程
図１に示すように、コンクリートダム１の天端２に削孔機（図示せず）を設置し、削孔機により、コンクリートダム１を天端２から鉛直方向に貫通して先端が岩盤５の所定の深に達するアンカー孔６を削孔する。このようなアンカー孔６をコンクリートダム１の全幅に亘って所定の間隔ごとに複数箇所に削孔する。

（２）グラウンドアンカーの打設工程
図１に示すように、削孔工程で形成した各アンカー孔６内にグラウンドアンカー７を挿入し、各アンカー孔６内の底部に所定の深さまでグラウト材９を注入して固化させることにより、グラウンドアンカー７の先端部（下端部）を岩盤５の深層部に定着させ、アンカー体部８ｂとする。

グラウンドアンカー７は、引張材（以下、「テンドン８」という。）がシース管内に挿入されたタイプ、或いはシース管なしのタイプ等があり、本実施の形態においては、シース管（図示せず）内にテンドン８が挿入されたタイプを用いている。

（３）せん断・引張補強部材の設置工程
図１に示すように、グラウンドアンカー７を打設したアンカー孔６内にせん断・引張補強部材１５を挿入し、せん断・引張補強部材１５をコンクリートダム１の弱面部４を横切るようにアンカー孔６内に位置決めし、その位置でせん断・引張補強部材１５をグラウト材によりコンクリートダム１側に定着させる。

ここで、コンクリートダム１の弱面部４とは、コンクリートダム１と岩盤５との境界部、コンクリートダム１の打ち継ぎ目部等の強度が低い部分を意味する。本実施の形態においては、コンクリートダム１と岩盤５との境界部を弱面部４として、その部分にせん断・引張補強部材１５を定着させている。

せん断・引張補強部材１５は、引張力に対する剛性が高く、せん断抵抗力が大きく、かつ耐腐食性に優れた材料から構成され、例えば、円筒状又は角筒状の鋼管（本実施の形態では円筒状の鋼管）によって構成される。せん断・引張補強部材１５をコンクリートダム１の弱面部４に設けることにより、コンクリートダム１と岩盤５との境界部やコンクリートダム１の打ち継ぎ目部等の弱面部４を補強することができる。
なお、せん断・引張補強部材１５は、上記のような構成の鋼管に限らず、カーボンと鋼材とを組み合わせた材料等であってもよい。

せん断・引張補強部材１５をコンクリートダム１の弱面部４に対応するアンカー孔６の部分に定着させるには、例えば、クレーン（図示せず）を用い、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６内に吊り下げ、クレーンの操作によってせん断・引張補強部材１５をアンカー孔６の所定の位置に位置決めする。
そして、その位置の略中心に後述する保持手段１６によってせん断・引張補強部材１５を保持し、この状態でせん断・引張補強部材１５の外周面とアンカー孔６の内周面との間の隙間内にグラウト材９を充填して固化させ、せん断・引張補強部材１５の外周側をグラウト材９を介してアンカー孔６の内周側に定着させる。

保持手段１６は、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６の所定の位置の略中心に保持できる機能を有するものであれば特に制限はなく、例えば、図５（ａ）〜（ｆ）に示すような構成のものを用いることができる。

図５（ａ）に示す保持手段１６は、ワイヤー等の索条部材１７によって構成したものであって、複数本の索条部材１７をグラウンドアンカー７のテンドン８に取り付け、各索条部材１７の両端をせん断・引張補強部材１５の上端に固定し、グラウンドアンカー７のテンドン８と一体に索条部材１７を介してせん断・引張補強部材１５をアンカー孔６内に挿入し、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６内の所定の位置に位置決めし、その位置に保持する。このような構成の保持手段１６を用いる場合には、グラウンドアンカー７の打設と同時にせん断・引張補強部材１５をアンカー孔６内に設置することになる。

図５（ｂ）に示す保持手段１６は、内部にグラウト材９を充填可能な中空環状のパッカー１８によって構成したものであって、このパッカー１８をせん断・引張補強部材１５の外周面の上下２箇所に取り付け、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６内の所定の位置に位置決めした後に、各パッカー１８の内部にグラウト材９を充填して各パッカー１８を膨らませ、各パッカー１８の外周面をアンカー孔６の内周面に当接させ、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６の略中心に保持する。

この場合、各パッカー１８の一部には、各パッカー１８を上下方向に貫通する凹部又は孔部（図示せず）が設けられ、この凹部又は孔部を介して上下のパッカー１８間の隙間、及びせん断・引張補強部材１５より下方のアンカー孔６の部分にグラウト材９を充填する。

図５（ｃ）に示す保持手段１６は、開閉可能な楔１９ｂを有するメカニカルアンカー１９によって構成したものであって、このメカニカルアンカー１９をせん断・引張補強部材１５の外周面の上下２箇所に取り付け、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６内の所定の位置に位置決めした後に、各メカニカルシール１９の楔１９ｂを開いてアンカー孔６の内面に係止させることにより、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６の略中心に保持する。

楔１９ｂを開閉させる手段としては、例えば、メカニカルアンカー１９の本体部１９ａにヒンジ（図示せず）を介して楔１９ｂを開閉可能に取り付け、楔１９ｂと本体部１９ａとの間に楔１９ｂを径方向外方に付勢するばね（図示せず）を取り付ける手段等が挙げられる。

図５（ｄ）に示す保持手段１６は、せん断・引張補強部材１５を位置決めするアンカー孔６の部分に段差２０を設けたものであって、この段差２０にせん断・引張補強部材１５の下端を当接させることにより、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６の所定の位置に位置決めし、その位置の略中心に保持する。

図５（ｅ）に示す保持手段１６は、せん断・引張補強部材１５よりも大径又は小径（本実施の形態では大径）の管状部材２１を用いたものであって、この管状部材２１の先端部にせん断・引張補強部材１５の上端部を着脱可能に嵌合させ、管状部材２１と一体にせん断・引張補強部材１５をアンカー孔６内に挿入して所定の位置に位置決めし、せん断・引張補強部材１５の外周面とアンカー孔６の内周面との間にグラウト材９を充填して固化させ、せん断・引張補強部材１５の外周側をアンカー孔６の内周側に定着させた後に、管状部材２１をせん断・引張補強部材１５から取り外す。

図５（ｆ）に示す保持手段１６は、せん断・引張補強部材１５を設置するアンカー孔６の部分よりも下方に予めグラウト材９を充填したものであって、このグラウト材９の上部にせん断・引張補強部材１５を配置することにより、せん断・引張補強部材１５をアンカー孔６の所定の位置に位置決めするとともに、その位置の略中心に保持する。

（４）緊張力付与工程
各アンカー孔６内にグラウンドアンカー７を打設し、各アンカー孔６内の所定の位置にせん断・引張補強部材１５を定着させた後に、コンクリートダム１の天端２にジャッキ（図示せず）を設置し、ジャッキにより各グラウンドアンカー７のテンドン８の自由長部８ａに緊張力を付与し、この状態でテンドン８の上端部に定着具１１を取り付け、テンドン８の上端部をコンクリートダム１の天端２に定着させる。

なお、図２に示すように、各テンドン８に緊張力を付与した後に、アンカー孔６内の全体にアフターボンド１０を充填して、アフターボンド１０を固化させることにより、テンドン８の自由長部８ａの全体をコンクリートダム１側に定着させるように構成してもよい。
なお、この場合、せん断・引張補強部材１５の内周面とテンドン８との間にもアフターボンド１０を充填することになる。

上記のようにして、削孔工程、グラウンドアンカー打設工程、せん断・引張補強部材設置工程、及び緊張力付与工程を経ることにより、コンクリートダム１にグラウンドアンカー７を打設することができるとともに、コンクリートダム１の弱面部４にせん断・引張補強部材１５を設置することができる。

上記のように構成した本実施の形態によるコンクリート構造物の補強方法にあっては、コンクリート構造物であるコンクリートダム１をグラウンドアンカー７によって補強する場合、コンクリートダム１の弱面部４（コンクリートダム１と岩盤５との境界部、コンクリートダム１の打ち継ぎ目部等）にせん断・引張補強部材１５を設置し、このせん断・引張補強部材１５をコンクリートダム１側に定着させたので、せん断・引張補強部材によってコンクリートダム１の弱面部４の剛性を高めることができる。

従って、地震時にコンクリートダム１に振動が入力しても、コンクリートダム１にロッキング振動が生じて弱面部４に隙間や亀裂等が形成されるようなことはなく、隙間や亀裂等に水が浸入してコンクリートダム１に浮力が作用し、コンクリートダム１が不安定になるようなことはない。この結果、地震時にグラウンドアンカー７に過大なせん断力が作用してグラウンドアンカー７のテンドン８が損傷したり、グラウンドアンカー７のテンドン８の周囲を被覆しているグラウト材９に亀裂が生じて防錆機能が低下したりするようなことはなく、コンクリートダム１を長期に亘って安定した状態に保ち続けることができる。

図３及び図４に本実施の形態のコンクリート構造物の補強方法の変形例を示す。
図３に示す変形例は、コンクリートダム１を前面から貫通して岩盤５の所定の深さに達するアンカー孔６を設け、このアンカー孔６内にグラウンドアンカー７を打設するとともに、このアンカー孔７のコンクリートダム１の弱面部４に弱面部４を横切るようにせん断・引張補強部材１５を設置したものである。

また、図４に示す変形例は、コンクリートダム１の背面側にコンクリートを増し打ちし、この増し打ちした部分を貫通して岩盤５の所定の深さに達するアンカー孔６を設け、このアンカー孔６内にグラウンドアンカー７を打設するとともに、このアンカー孔６のコンクリートダム１の弱面部４に弱面部４を横切るようにせん断・引張補強部材１５を設置したものである。

上記のような変形例にあっても、前述した図１に示す補強方法と同様に、コンクリート構造物であるコンクリートダム１をグラウンドアンカー７によって補強する場合、コンクリートダム１の弱面部４（コンクリートダム１と岩盤５との境界部、コンクリートダム１の打ち継ぎ目部等）にせん断・引張補強部材１５を設置し、このせん断・引張補強部材１５をコンクリートダム１側に定着させたので、せん断・引張補強部材によってコンクリートダム１の弱面部４の剛性を高めることができる。

従って、地震時にコンクリートダム１振動が入力しても、コンクリートダム１にロッキング振動が生じて弱面部４に隙間や亀裂等が形成されるようなことはなく、隙間や亀裂等に水が浸入してコンクリートダム１に浮力が作用し、コンクリートダム１が不安定になるようなことはない。この結果、地震時にグラウンドアンカー７に過大なせん断力が作用してグラウンドアンカー７のテンドン８が損傷したり、グラウンドアンカー７のテンドン８の周囲を被覆しているグラウト材９に亀裂が生じて防錆機能が低下したりするようなことはなく、コンクリートダム１を長期に亘って安定した状態に保ち続けることができる。

図６〜図９に、本実施の形態によるコンクリート構造物の補強方法のＦＥＭ解析結果を示す。図６は解析モデル、図７は解析ケース１、図８は解析ケース２、図９は解析ケース３〜５、図１０は解析結果をそれぞれ示している。また、表１に解析定数を示し、表２に解析ケースを示している。

ここで、解析定数は、表１に示すように、提体（コンクリートダム）、基礎地盤（地盤）、貯水の各々に対して、種類、高さ／厚さ、単位重量、ポアソン比、せん断波速度、せん断弾性係数、ヤング率を設定し、これらの解析定数により、ケース１〜ケース５についてＦＥＭ解析を行っている。

ケース１は、未対策のコンクリートダム、ケース２は、グラウンドアンカーにより補強し、グラウンドアンカーの緊張後に自由長部をグラウトしたもの、ケース３は、グラウンドアンカーにより補強し、グラウンドアンカーの緊張後に自由長部をグラウトし、鋼管（ｌ；１０ｍ、φ；３００ｃｍ、ｔ；５０ｍｍ）を用いたもの、ケース４は、グラウンドアンカーにより補強し、グラウンドアンカーの緊張後に自由長部をグラウトし、鋼管（ｌ；１０ｍ、φ；６００ｃｍ、ｔ；１００ｍｍ）を用いたもの、ケース５は、グラウンドアンカーにより補強し、グラウンドアンカーの緊張後に自由長部をグラウトし、鋼管（ｌ；１０ｍ、φ；９００ｃｍ、ｔ；１２０ｍｍ）を用いたものである。

図１０の解析結果から、ケース１、及びケース２については、殆どの地点において、地震時の最大鉛直応力（引張力）が軽減されていないが、ケース３、４、５については、殆どの地点において、せん断・引張補強部材（鋼管）の剛性によって引張力に抵抗し、引張力が軽減されていることが分かる。

なお、前記の説明においては、本発明のコンクリート構造物の補強方法をコンクリートダム１に適用したが、土留壁やその他のコンクリート構造物に適用してもよいものであり、その場合にも同様の作用効果を奏することは勿論である。

１、３１ コンクリート構造物
２、３２ 天端
４、３４ 弱面部
５、３５ 地盤（岩盤）
６、３６ アンカー孔
７、３７ グラウンドアンカー
８ テンドン
８ａ 自由長部
８ｂ アンカー体部
９、３９ グラウト材
１０ アフターボンド
１１ 定着具
１５ せん断・引張補強部材
１６ 保持手段
１７ 索条部材
１８ パッカー
１９ メカニカルアンカー
１９ａ 本体部
１９ｂ 楔
２０ 段差
２１ 管状部材

Claims (5)

1. 地盤上に築造されたコンクリート構造物の補強方法であって、
   前記コンクリート構造物を貫通して、前記地盤の所定の深さに達するアンカー孔を削孔し、
   該アンカー孔内にグラウンドアンカーを挿入して、該グラウンドアンカーの先端部を前記地盤に定着させ、
   前記アンカー孔内にせん断・引張補強部材を挿入して、該せん断・引張補強部材を前記コンクリート構造物の弱面部に対応する部分に位置決めし、
   前記せん断・引張補強部材を前記コンクリート構造物側に保持し、
   前記グラウンドアンカーに引張力を付与し、この状態で前記グラウンドアンカーの後端部を前記コンクリート構造物に定着させることを特徴とするコンクリート構造物の補強方法。
2. 前記コンクリート構造物の弱面部は、前記コンクリート構造物と前記地盤との境界部又は前記コンクリート構造物の打ち継ぎ目部であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造物の補強方法。
3. 前記せん断・引張補強部材は、円筒状又は角筒状の鋼管からなり、該せん断・引張補強部材の外周側を前記アンカー孔の内周側に定着材により定着させたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート構造物の補強方法。
4. 前記グラウンドアンカーは伸縮変形可能な自由長部を有し、該自由長部を定着材により前記コンクリート構造物に定着させたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のコンクリート構造物の補強方法。
5. 前記せん断・引張補強部材をアンカー孔内に位置決めした位置の略中心に保持手段によって保持し、この状態で前記せん断・引張補強部材を定着材により前記アンカーの内周側に定着させたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のコンクリート構造物の補強方法。