JP2012007410A

JP2012007410A - 矩形断面構造物の補強構造

Info

Publication number: JP2012007410A
Application number: JP2010145297A
Authority: JP
Inventors: Ritsu Nakagawa; 律中川
Original assignee: Y A T KK
Current assignee: Y A T KK
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-12

Abstract

【課題】既設の道路トンネル、地下鉄、共同溝、地下水路などのボックスカルバートに類する矩形断面構造物の外側に、アーチ状補強部材を取り付けて、強度や耐震性を高めた補強構造に関する。
【解決手段】略矩形断面を有する地中又は水中に設置される矩形断面構造物の補強構造において、矩形断面構造物の頂版上及び又は側壁に沿って剛性を有するアーチ状補強部材を取り付けてなることを特徴とする。また、アーチ状補強部材が、その両端を矩形断面構造物の頂版上に固定された一対の取付部によって取り付けられており、前記頂版上に固定される取付部は、矩形断面構造物の側壁に対応する位置に配置されてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は矩形断面構造物の補強に関し、主に道路トンネル、地下鉄、共同溝、地下水路などのボックスカルバートに類する矩形断面構造物に適用できる補強構造に関する。

従来、例えば、矩形トンネルの補強方法には、コンクリート巻き立て工法、炭素繊維貼り付け工法、又は鋼板接着工法などが知られている。
しかし、従来の工法では、矩形トンネルの既存断面に対して断面耐力の向上による補強を行っていたため、断面力の発生方向によって既設断面の内側、あるいは外側、またはその両方に補強工事を行わなければならず、補強構造が手間がかかり複雑となり、また費用も高額となる、という不具合がある。
また、特開平５−３３９９７６号公報では、ボックスカルバートの頂版の上、または頂版の上と側壁の外側に、発泡スチロール等圧縮変形し易い材料を土に接する面がアーチ形になるように設置し、ボックスカルバートの土被りが増してもボックスカルバートに作用する土圧が増加しないようにする構造が開示されている。その他、このように発泡スチロールを使用する工法として、発泡スチロール土木工法（ＥＰＳ工法）が知られている。
このＥＰＳ工法は、大型の発泡スチロールブロックを盛土材料として積み重ねていくもので、材料の軽量性、耐圧縮性、耐水性および積み重ねた場合の自立性等の特徴を有効に利用することができる。
しかし、発泡スチロールを使用してボックスカルバートを補強するＥＰＳ工法等の工法は、コストが高くなることに加え、ボックスカルバートの頂版上に盛る土の高さが高くなり、また、発泡スチロールとして耐圧性能の高い素材を使用する必要があり、一層のコストアップが避けられないという問題がある。

特開平５−３３９９７６号公報

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その主たる課題は、コンクリートや鋼材などのアーチ状補強部材を、該アーチ状補強部材の両端を拘束する取付部を用いて地中や水中に設置された既設の矩形断面構造物に取付け、矩形断面構造物の耐圧性能や耐震性能を高めることにある。

前述の問題を解決するために、請求項１の発明では、
略矩形断面を有する地中又は水中に設置される矩形断面構造物の補強構造において、
矩形断面構造物の頂版上及び又は側壁に沿って剛性を有するアーチ状補強部材を取り付けてなることを特徴とする。
請求項２の発明では、
アーチ状補強部材が、その両端を矩形断面構造物の頂版上に固定された一対の取付部によって取り付けられており、
前記頂版上に固定される取付部は、矩形断面構造物の側壁に対応する位置に配置されてなることを特徴とする。
また、請求項３の発明では、
アーチ状補強部材が、その両端を側壁に固定された一対の取付部によって取り付けられており、
前記側壁上に固定される取付部は、矩形断面構造物の頂版または床壁に対応する位置に配置されることを特徴とする。

本発明により、既設のトンネル等の矩形断面構造物の補強を外付けのアーチ状補強部材と取付部との組合せにより簡単に行うことができる。
そのため矩形断面構造物の内面側の補強が不要ないしは最低限の補強ですむため、内部空間を狭めることなく確保できる。
これにより矩形断面構造物に対する外部からの荷重が増えた場合、例えば上載荷重の増加や、地形改変による土圧の増加等が生じた場合、あるいは機能低下による耐力不足、耐震設計上の耐力不足に対する補強等に使用することができる。

実施例１の断面図で、面状の部材で補強したものである。実施例２の断面図で、面状の部材で補強したものである。実施例３の断面図で、面状の部材で補強したものである。実施例４の断面図で、（ａ）は上部のアーチ状補強部材を梁状とした場合、（ｂ）は側部のアーチ状補強部材を梁状とした場合である。（ａ）は上部及び側部のアーチ状補強部材を梁状とした実施例５の断面図、（ｂ）は同側面図である。実施例６の断面図で、トンネルが多連ある場合の補強例を示したものである。

以下に、この発明の矩形断面構造物の補強構造をトンネルのボックスカルバートに適用した好適実施例について図面を参照しながら説明する。

実施例１の矩形断面構造物の補強構造は、図１に示すように、既設のボックスカルバート型のトンネル構造物１の補強を行うために、頂版１ａの上にアーチ状補強部材２を載置し、その両端を一対の取付部３によって拘束又は固定する構造からなっている。

［トンネル構造物］
トンネル構造物１は、一例として公知の鉄筋コンクリートからなっている。
普通地盤の場合には、砕石を敷き均した基礎砕石の上に基礎コンクリートを打設した基礎構造とし、基礎コンクリートとトンネル構造物１との間には敷モルタルを介設しているが、この発明では特に限定されるものではない。

［アーチ状補強部材］
アーチ状補強部材２はコンクリートや鋼材その他の剛性を有する素材からなる。
コンクリートはプレキャストブロックでも場所打ちコンクリートでも適用可能である。

鋼材その他の剛性を有する素材の場合には、用途に応じた構造、材料を適宜選択することができ、断面形状も特に限定されない。
そして、本実施例１では、トンネル構造物１の頂版１ａの上に横向きとなる上部のアーチ状補強部材２を取り付けている。

アーチ状補強部材２は、本実施例の場合、トンネル構造物１の延長方向に延びる板状であるが、後述のように、トンネル構造物１の横幅方向に延びる１又は複数の梁状部材であってもよい。
上記アーチ状補強部材２を用いることで、既設トンネルの発生断面力の低減効果を生じさせることができる。

アーチ状補強部材２を取り付けることで本体工が不安定な構造物になるようであれば、後述の取付部３間をタイ部材２０で結ぶ等の補助工法を併用してもよい。
なお、上記タイ部材２０は、状況に応じてＰＣ鋼材、炭素繊維、アラミドロッド等を適宜選択することができる。

［取付部］
取付部３は、トンネル構造物１の外側で確実に定着されるもので、トンネル構造物１の側壁１ｂ上に設けられ、前記アーチ状補強部材２の両端を拘束又は固定してアーチアクションを確実に行わせるために用いられる。
アーチ状補強部材２の定着構造は、ヒンジ（ピン）結合あるいは剛結合、半剛結合（弾性的結合を含む）のいずれであってもよく、トンネル構造物１の補強に応じて必要な構成を選定することができる。

取付部３は、アーチ状補強部材２に対応して、板状であっても梁状部材であってもよく、要するに、アーチ状補強部材２をそのアーチ形状の両端で拘束又は固定できるものであればよい。
更に、取付部３は、前記アーチ状補強部材２と同様に、コンクリートや鋼材その他の剛性を有する素材からなるが、前記アーチ状補強部材２と同一の素材であっても異なる素材であってもよい。

実施例１では、トンネル構造物１の頂版１ａの上に板状のアーチ状補強部材２を取付け、該アーチ状補強部材２のアーチの両端に前記アーチ状補強部材２が動かないように拘束又は固定し、アーチアクションにより軸力に変換させるため、前記頂版１ａの横幅方向の両端、即ち、側壁１ｂに対応する位置に一対の取付部３を固定している。

アーチ状補強部材２とトンネル構造物１の頂版１ａとの空間Ｓは、型枠材を存置しておくことも可能であるがトンネル全体の浮力が問題になる場合、防食上の問題から、土砂やコンクリート等の材料を詰めてもよい(図示せず)。
また、アーチ状補強部材２のアーチのライズ比は特に限定されるものではなく、用途に応じて構造的に必要なライズ比もあれば、物理的に設置可能なライズ比もあり、これを限定するものではない。
また、端部の形状も特に限定されず、取付部との間で係合や掛止などが行いやすい形状、その他任意の形状とすることができる。

図示例の場合、アーチ状補強部材２の両端を斜めに切り欠いて傾斜面とし、取付部３の内面側をこれに対応して傾斜面としておけば隙間無く繋ぎ合わせることができる。
アーチ状補強部材２と取付部３との連結は、拘束するだけで固着しなくてもよい。
また、取付部３の形状は図示例に限定されるものではなく、アーチ状補強部材２の端部を支承しうるものであればよい。
これにより下向きの荷重をアーチアクションで左右の側壁に対する軸力に変換することができる。

実施例２の矩形断面構造物の補強構造は、図２に示すように、トンネル構造物１の側壁の上に縦向きとなる側部のアーチ状補強部材４を配置し、その両端をトンネル構造物１の側壁の上下両端に固定した一対の取付部５によって拘束又は固定する構造からなっている。

上部の取付部５は、トンネル構造物１の側壁１ｂ上で頂版１ａに対応する位置に固定され、下部の取付部５はトンネル構造物１の側壁１ｂ上で床壁１ｃに対応する位置に固定され、側部のアーチ状補強部材４の両端を拘束又は固定してアーチアクションを確実に行わせるために用いられる。

これにより、トンネル構造物１に左右側方からかかる荷重に対して強固に補強することができる。
その他の構成は前記実施例１と同様であるので、説明を省略する。

実施例３の矩形断面構造物の補強構造は、図３に示すように、トンネル構造物１の頂版１ａの上に横向きの上部のアーチ状補強部材２を配置し、側壁の上に縦向きの側部のアーチ状補強部材４を配置し、それぞれを取付部６、５によって拘束又は固定している。
即ち、上部のアーチ状補強部材２は実施例１と同様の構成からなり、側部４のアーチ状補強部材４は実施例２と同様の構成からなる。

取付部６は、横片部６ａと縦片部６ｂとからなる断面アングル状であって、トンネル構造物１の頂版１ａと側壁１ｂの角部に沿って固定されており、その両端は傾斜面となっている。
また取付部５は、前記実施例２と同じであり、トンネル構造物１の側壁１ｂの下部で床壁１ｃに対応する個所に固定されている。

そして、上部のアーチ状補強部材２は、トンネル構造物１の頂版１ａの左右両端に設けられた取付部６の横片部６ａによって拘束又は固定されている。
側部のアーチ状補強部材４は取付部６の縦片部６ｂと取付部３とによって拘束又は固定されている。
これによって、上から下へ向かう荷重及び左右方向の荷重に対して補強することができる。

アーチ状補強部材７、９は梁状からなるものであってもよい。
図４（ａ）に示す矩形断面構造物の補強構造は、上部のアーチ状補強部材７が梁状からなっており、トンネル構造物１の頂版１ａ上で、トンネル構造物１の延出方向に略等間隔で多数配置されている。

この上部のアーチ状補強部材７を拘束又は固定する取付部８は、前記実施例１と同様に連続する板状の取付部であってもよいし、あるいは各アーチ状補強部材７毎に拘束又は固定する柱状の取付部であってもよい。

図４（ｂ）に示す矩形断面構造物の補強構造は、側部のアーチ状補強部材９が梁状からなっており、トンネル構造物１の側壁１ｂ上で、トンネル構造物１の延出方向に略等間隔で多数配置されている。

この側部のアーチ状補強部材９を拘束又は固定する取付部１０は、前記実施例２と同様に連続する板状の取付部であってもよいし、あるいは各アーチ状補強部材９毎に拘束又は固定する柱状の取付部であってもよい。
その他の構成は前記実施例に準ずる。

図５に示す矩形断面構造物の補強構造は、梁状の上部のアーチ状補強部材７と梁状の側部のアーチ状補強部材９とをトンネル構造物１の同一外周線上に配置した異なる実施例を示す。
ここで、上部のアーチ状補強部材７は図４（ａ）と同一構造であり、側部のアーチ状補強部材９は図４（ｂ）と同一構造である。

また、頂版１ａの角部に取り付けられる取付部１１は、前記実施例３のアングル状の取付部６と同様の構成からなっており、横片部１１ａと縦片部１１ｂとからなっている。
そして、複数並んだ上部のアーチ状補強部材７は、頂版１ａの左右両端に固定された一連の取付部１１の対向する横片部１１ａにより拘束又は固定されている。
また、複数並んだ側部のアーチ状補強部材９は、上記取付部１１の縦片部１１ｂで上端が拘束又は固定され、下端が取付部１０に拘束又は固定されている（図５（ｂ）参照）。

前記実施例１〜５ではトンネル構造物１として１つの内部空間を有する単一のボックスカルバート構造を図示したが、仕切壁部１５を有して複数の内部空間を有する断面矩形の構造物であってもよい。
この場合、頂版１ａの両端の他に、前記仕切壁部１５の上に取付部を設けることができる。

図示例の場合、断面アングル状の取付部１２がトンネル構造物１の頂版１ａの両端の下部に固定される。
また、頂版１ａ上の中途位置で適宜間隔で仕切壁部１５の上部に対応する位置に取付部１３が固定される。

そして、取付部１２の横片部１２ａと取付部１３の一方の端部の組合せ、一対の取付部１３の組合せによって、トンネル構造物１の頂版１ａ上に配置される複数の上部のアーチ状補強部材２が拘束又は固定される。
また、トンネル構造物１の側壁１ｂの下端で、床壁１ｃの延長上には下部取付部１５が固定される。

下部部取付部１５は、アーチ状補強部材の下端を拘束又は固定する支承部１５ａと下端で外方へ延びるフランジ部１５ｂとを有しており、縦向きのアーチ状補強部材を拘束又は固定している。
トンネル構造物１が上下多段に形成される場合には、中途位置に形成されて上下の空間を仕切る中床壁に対応する側壁１ｂ上に取付部を設ければ、側壁１ｂに上下多段に複数の縦向きのアーチ状補強部材４を取り付けることができる

この発明では、既設のトンネル構造物１を掘り出して、その頂版１ａまたは側壁１ｂを露出し、アーチ状補強部材を取付部を介してトンネル構造物１に取り付けてから埋め戻すことで、簡単にトンネル構造物１の補強を行うことができる。

また、この発明では、矩形断面構造物は既設の地中埋設物の一例としてトンネル構造物を例示したが、その他の地中設置部でもよいし、水中構造物であってもよい。
その他、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。

１トンネル構造物
１ａ頂版
１ｂ側壁
１ｃ床壁
２上部のアーチ状補強部材
３、８上部用の取付部
４側部のアーチ状補強部材
５、１０側部用の取付部
６、１１、１２断面アングル状の取付部
７梁状の上部のアーチ状補強部材
９梁状の側部のアーチ状補強部材
１３取付部
１５下部取付部
２０タイ部材

Claims

略矩形断面を有する地中又は水中に設置される矩形断面構造物の補強構造において、
矩形断面構造物の頂版上及び又は側壁に沿って剛性を有するアーチ状補強部材を取り付けてなることを特徴とする矩形断面構造物の補強構造。
アーチ状補強部材が、その両端を矩形断面構造物の頂版上に固定された一対の取付部によって取り付けられており、
前記頂版上に固定される取付部は、矩形断面構造物の側壁に対応する位置に配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の矩形断面構造物の補強構造。
アーチ状補強部材が、その両端を側壁に固定された一対の取付部によって取り付けられており、
前記側壁上に固定される取付部は、矩形断面構造物の頂版または床壁に対応する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の矩形断面構造物の補強構造。
矩形断面構造物が内部空間を上下又は左右に仕切る仕切壁を有しており、
取付部は矩形断面構造物の頂版又は側壁で上記仕切壁部に対応する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の矩形断面構造物の補強構造。