JP2013181309A - 杭頭構造およびそれを用いた桟橋構造、ならびにその補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接岸する船舶の衝突や大規模な地震等によって桟橋の鋼管杭に座屈が発生した場合、機能回復のための補修工事を短期間でかつ安全に行なうことができる鋼管杭頭構造、およびその鋼管杭頭構造を用いた桟橋構造を提供する。
【解決手段】床版４を支持する鋼管杭５の杭頭部の内側に挿入され、かつ床版４の下面より下に下端がある内側鋼管１２と、内側鋼管１２の内部に充填されるコンクリート１３と、鋼管杭５と内側鋼管１２との隙間の床版４に埋め込まれた部位に充填されるコンクリートとを有する杭頭構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、床版を支持するために好適な杭頭構造、およびその杭頭構造を用いた桟橋構造、ならびにその補修方法に関するものである。

一般に桟橋は、図３に示すように、護岸１の海２側に鋼管杭５を打設し、その鋼管杭５で床版４を支持する構造を有している。このような桟橋３は、接岸する船舶の衝突や大規模な地震等によって床版４が大きく水平方向に変形すると、鋼管杭５と床版４との接合部にて鋼管杭５に座屈が発生する。
座屈を生じた鋼管杭５は、水平方向の力（地震による慣性力や、船舶の接岸力）を十分に支えることができなくなり、船舶の接岸に支障が生じて、桟橋の機能が損なわれる。したがって、座屈が生じた鋼管杭５を補修する必要があり、特に大規模な地震が発生した場合には、被災地への救援物資を運搬するための船舶が接岸できるように、概ね１週間程度の短い工期で補修できるような、早急な補修工事が求められる。そのため、既設の桟橋３の鋼管杭５に座屈が生じた場合に、その鋼管杭５を補修する工法は種々検討されている。

たとえば、図４に示すように、床版４の下面から下方の鋼管杭５の座屈部９外表面を鉄筋コンクリート６で被覆することによって、座屈部９の機能を回復する工法が実用化されている（非特許文献１参照）。
しかしながら、図４に示す工法は、いずれも床版４の下側で補修工事を行なう上に海水中の作業を伴うので、作業性が悪く、１週間程度の工期で補修工事を行なうことは極めて難しい。

「港湾鋼構造物 防食・補修マニュアル（改訂版）」、財団法人 沿岸開発技術センター、平成９年４月、ｐ１８７

本発明は、接岸する船舶の衝突や大規模な地震等によって桟橋の鋼管杭に座屈が発生した場合、機能回復のための補修工事を短期間でかつ安全に行なうことができる鋼管杭頭構造、およびその鋼管杭頭構造を用いた桟橋構造、ならびにその補修方法を提供することを目的とする。

本発明者は、座屈した鋼管杭を補修する技術について検討した結果、杭頭部を予め二重管構造とした鋼管杭で床版を支持する構造を有する桟橋を構築しておき、地震等に起因して鋼管杭に座屈が生じた後、杭頭部の二重管の隙間にコンクリートもしくはモルタルを充填することによって、機能回復を行い、しかもその補修工事を短期間でかつ安全に行なうことができるという知見を得た。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、床版を支持する鋼管杭の杭頭部の内側に挿入され、かつ前記床版の下面より下に下端がある内側鋼管と、前記内側鋼管の内部に充填されるコンクリートと、前記鋼管杭と前記内側鋼管との隙間の前記床版に埋め込まれた部位に充填されるコンクリートと、を有することを特徴とする杭頭構造である。

本発明の杭頭構造においては、前記床版の上面から前記鋼管杭と前記内側鋼管との隙間における前記床版の下面まで、前記床版を貫通する注入管を少なくとも２本有することが好ましい。また、前記床版の下面から前記内側鋼管の下端までの間の前記鋼管杭の内壁面および前記内側鋼管の外壁面に、ズレ止め突起を有することが好ましい。さらに、前記内側鋼管の下端に取り付けられる底板を有することが好ましい。

また、本発明は、上記の杭頭構造を用いて床版を支持することを特徴とする桟橋構造である。
また、本発明は、上記の杭頭構造または桟橋構造において前記鋼管杭の杭頭部で座屈が発生した場合に、該鋼管杭と前記内側鋼管の間隙にコンクリートまたはモルタルを充填して補修することを特徴とする補修方法である。

本発明によれば、接岸する船舶の衝突や大規模な地震等によって桟橋の鋼管杭に座屈が発生した場合、機能回復のための補修工事を短期間でかつ安全に行なうことができるので、桟橋の補修工事を有利に行なうことが可能となり、産業上格段の効果を奏する。

本発明の鋼管杭頭構造を用いて床版を支持する桟橋構造の例を模式的に示す断面図である。 図１の鋼管杭に座屈が生じた後の補修の例を模式的に示す断面図である。 桟橋構造の要部を模式的に示す断面図である。 従来の鋼管杭を補修する例を模式的に示す側面図である。 本発明の鋼管杭頭構造にて折り曲げ鉄筋を使用する例を模式的に示す断面図である。 本発明の鋼管杭頭構造にて型枠を設置する例を模式的に示す断面図である。

図１は、本発明の鋼管杭頭構造を用いて床版を支持する桟橋構造の例を模式的に示す断面図である。以下に図１を参照して、本発明の鋼管杭頭構造を用いた桟橋構造について説明する。
図１に示すように、所定の位置に打設された鋼管杭５の杭頭部に底版１１付きの内側鋼管１２を設置する。ここで、底版１１と内側鋼管は、内側鋼管内部にコンクリートを入れても固定がはずれない強度で固定しておけばよい。また、内側鋼管１２の位置の固定方法としては、例えば図５に示すとおり折り曲げ鉄筋10を使う方法がある。

底版１１付きの内側鋼管１２は、鋼管杭５の内部に設置する際に障害とならないため、底版１１の直径は内側鋼管１２の内径よりも小さくしておく必要がある。それにより生じた隙間は、充填材を封入しておくものとする。
鋼管杭５と内側鋼管12との隙間の幅Ｓは、50〜150mmの範囲内が好ましい。隙間の幅Ｓが50mm未満では、後述するコンクリートもしくはモルタルの注入が困難になり、隙間の幅Ｓが150mmを超えると、ズレ止めを介した力の伝達が難しくなる。

なお、鋼管杭５の外径，板厚は、一般的に使用される杭の寸法である外径600〜1600mm，板厚９〜25mmの範囲内のものを使用すれば、安価に入手できるので、経済的に有利である。
鋼管杭５の板厚ｔ₅（mm）と内側鋼管12の板厚ｔ₁₂（mm）の関係は、内側鋼管12が鋼管杭５と同等以上の断面二次モーメントを有するように設定することによって、鋼管杭５に座屈が発生した後に内側鋼管12で床版４の荷重を支持することができる。鋼管の断面二次モーメントＩは下記の式で算出される値である。
Ｉ＝π｛Ｄ⁴−（Ｄ−２ｔ）⁴｝／64
ここで、Ｉは断面二次モーメント、Ｄは鋼管外径、ｔは鋼管板厚である。

底板11によって下端を閉塞された内側鋼管12内部の底板11より上方には、床版のコンクリート打設にあわせてコンクリート13が充填される。
また、床版下面よりも上側における鋼管杭５と内側鋼管１２の間隙部分も、床版下面までコンクリートが充填できるように、図６に示す型枠14を設置しで、床版のコンクリート打設にあわせてコンクリートを充填する。

床版４の下面から底板11までの長さＬ（mm）は、通常の桟橋と同様に鋼管杭の直径と同程度の長さにする。
上記の手順で構築された桟橋は、図１に示すように、床版４の下面より下方の鋼管杭５と内側鋼管12との隙間は空洞である。
次に、接岸する船舶の衝突や大規模な地震等によって鋼管杭５に座屈が生じた後の機能回復のための補修工事について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、鋼管杭５の座屈部９を補修するにあたって、床版４の下面より下方の鋼管杭５と内側鋼管12との隙間の空洞にコンクリートもしくはモルタル15を充填する。鋼管杭５と内側鋼管12との隙間の下端は、底板11によって閉塞されているので、コンクリートもしくはモルタル15が鋼管杭５の底部に落下することはない。この充填されたコンクリートもしくはモルタル15が座屈部９のみならず健全な鋼管杭５と内側鋼管12にも密着するので、床版に作用する船舶の接岸力や地震時の慣性力を内側鋼管12から鋼管杭5に伝達することが可能となり機能回復が図られる。

床版に作用する船舶の接岸力や地震時の慣性力を内側鋼管12から鋼管杭5を効率的に伝達させるためには、例えば鋼管杭５の内壁面および内側鋼管12の外壁面にズレ止め突起16を設けることができる。ズレ止めは、鋼管杭と床版部の一体化に用いるものと同様に、鋼板を切断し、曲げ加工して鋼管杭に溶接すればよい。
コンクリートもしくはモルタル15を鋼管杭５と内側鋼管12との隙間の空洞に充填するにあたっては、例えば予め桟橋３を構築するときに、床版４の上面から鋼管杭５と内側鋼管12との隙間における床版４の下面まで、床版４を貫通する注入管17を設けておくことができる。接岸する船舶の衝突や大規模な地震等によって鋼管杭５に座屈が生じた場合、この注入管17からコンクリートもしくはモルタル15を充填することによって、床版４上で作業を行なうことが可能となり、しかも重機を使用する必要がないので、桟橋３の補修工事を１週間以内という短期間でかつ安全に行なうことができる。

１本の鋼管杭５に設ける注入管17の本数は、２本以上設けて、そのうちの１本を空気抜きとして使用すれば、コンクリートもしくはモルタル15の充填を円滑に行なうことができる。
以上に説明した通り、本発明は、床版を支持する鋼管杭の杭頭部の内側に挿入される内側鋼管と、内側鋼管の下端に装着されコンクリート打設時の型枠代わりになる底板と、底板より上方の内側鋼管の内部に充填されるコンクリートと、鋼管杭と内側鋼管との隙間の床版に埋め込まれた部位に充填されるコンクリートと、を有する鋼管杭頭構造である。

本発明の鋼管杭頭構造においては、床版の上面から鋼管杭と内側鋼管との隙間における床版の下面まで、鋼管杭が座屈したときにコンクリートもしくはモルタルを充填するための注入管と、空気抜き用の管を少なくとも１本づつ有することが好ましい。また、二重管部分の鋼管杭の内側と内部鋼管の外側にはズレ止め突起を設置しておく。桟橋の鋼管杭に座屈が発生した後に、二重管部の間隙部分に、注入管を用いてコンクリートもしくはモルタルを充填し、ズレ止め部分で鋼管杭と内側鋼管を一体化して力が伝達するようにして、座屈前の機能回復を行うものである。また本発明は、上記した鋼管杭を一部、もしくは全部用いて床版を支持する桟橋構造である。

なお、本発明の杭頭構造は、桟橋構造以外でも、鋼管杭を有する基礎構造に適用できる。ただし、桟橋は床版下に潜るのが簡単であるから、座屈が容易に発見できるが、陸上部の構造では掘削して確認する必要がある。

具体的な寸法を用いて、実施例を説明する。
図１に示すように、鋼管杭５（外径Ｄ₅：1000mm，板厚ｔ₅：10mm）の杭頭部に底版１１付きの内側鋼管１２（外径Ｄ₁₂：800mm，板厚ｔ₁₂：21mm）を設置する。それによって、鋼管杭５と内側鋼管12との間に片側90mm（＝［Ｄ₅−２ｔ₅−Ｄ₁₂］／２）の隙間を設けた。鋼管杭５の内壁面と内側鋼管12の外壁面に、ズレ止め突起16を予め円周全長にわたって、円環状にそれぞれ上下２列ずつ設けておき、鋼管杭５の内側に内側鋼管12を固定した状態でズレ止め突起16が互いに対向しないように配置した。なお、定版１１の位置は床版４から1000mの位置になるように（すなわちＬ＝Ｄ₅）内側鋼管の長さを設定した。

底板11によって下端を閉塞された内側鋼管12内部の底板11より上方には、床版のコンクリート打設にあわせてコンクリート13が充填される。また、床版下面よりも上側における鋼管杭５と内側鋼管１２の間隙部分も、床版下面までコンクリートが充填できるように、図６に示す型枠14を設置しで、床版のコンクリート打設にあわせてコンクリートを充填する。

予め桟橋３を構築するときに、床版４の上面から鋼管杭５と内側鋼管12との隙間における床版４の下面まで、床版４を貫通する注入管17を２本設置した。
接岸する船舶の衝突や大規模な地震等によって鋼管杭５に座屈が生じた場合、この注入管17からコンクリートもしくはモルタル15を充填することによって、床版４上で作業を行なうことが可能となり、しかも重機を使用する必要がないので、桟橋３の補修工事を１週間以内という短期間でかつ安全に行なうことができる。

なお、注入管の上部には、雨水などが浸入しないように、通常時は蓋をしておく必要がある。

１ 護岸
２ 海
３ 桟橋
４ 床版
５ 鋼管杭
６ 鉄筋コンクリート
７ 補強鋼板
８ スリット
９ 座屈部
10 折り曲げ鉄筋
11 底板
12 内側鋼管
13 コンクリート
14 型枠
15 コンクリートもしくはモルタル
16 ズレ止め突起
17 注入管

Claims (6)

1. 床版を支持する鋼管杭の杭頭部の内側に挿入され、かつ前記床版の下面より下に下端がある内側鋼管と、前記内側鋼管の内部に充填されるコンクリートと、前記鋼管杭と前記内側鋼管との隙間の前記床版に埋め込まれた部位に充填されるコンクリートと、を有することを特徴とする杭頭構造。
2. 前記床版の上面から前記鋼管杭と前記内側鋼管との隙間における前記床版の下面まで、前記床版を貫通する注入管を少なくとも２本有することを特徴とする請求項１に記載の杭頭構造。
3. 前記床版の下面から前記内側鋼管の下端までの間の前記鋼管杭の内壁面および前記内側鋼管の外壁面に、ズレ止め突起を有することを特徴とする請求項１または２に記載の杭頭構造。
4. 前記内側鋼管の下端に取り付けられる底板を有す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杭頭構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の杭頭構造を用いて床版を支持することを特徴とする桟橋構造。
6. 請求項１〜４に記載の杭頭構造または請求項５に記載の桟橋構造において前記鋼管杭の杭頭部で座屈が発生した場合に、該鋼管杭と前記内側鋼管の間隙にコンクリートまたはモルタルを充填して補修することを特徴とする補修方法。
   

Images