JP2014066070A - 既設堤体の補強構造及び既設堤体の補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既設の堤体を有効活用しつつ、想定を超える津波が襲来しても耐え得る既設堤体の補強構造及び既設堤体の補強方法を実現する。
【解決手段】表層地盤Ｇ１上に構築された既設堤体３を補強する場合に、既設堤体３が延在する方向に沿って所定の間隔を空けて連設し、表層地盤Ｇ１よりも下層側にある基盤層Ｇ２に達するように既設堤体３の頂部３ａから圧入した複数の杭材１０と、頂部３ａに突出している杭材１０の上端部１０ａ同士を連結する連結部材１１と、杭材１０の上端部１０ａおよび連結部材１１を覆ってそれらを既設堤体３に緊結させる固化部材１２と、を用いて改修を行うこととした。
【選択図】図１

Description

本発明は、既設堤体の補強構造及び既設堤体の補強方法に関する。

堤防、防波堤、防潮堤など既設の堤体は、築造後相当の年月が経過しているものが多く、堤体を構成している部材の経年劣化に加え、波力等の作用により堤体自体の損傷や機能低下が進行している。
また近年、地球温暖化の影響等による高潮被害や海岸侵食の進行・破堤による被害が増加傾向にあり、さらに巨大地震や巨大津波が発生したなど、これらへの対応が喫緊の課題となっている。

従来、これらの対策として、部分的なひび割れや損傷箇所の修復、波浪・潮位等の条件変更に伴う天端高の嵩上げ、断面拡幅、消波ブロック等の追加、設計震度の変更に伴う重量増工のための断面拡幅、地形や地盤条件変更に伴う基礎工、根固工及び水叩工等の改良などを行っている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特開２００１−２０７４２４号公報 特開２００３−２０６２５号公報

しかしながら、これらの方法では設計の見直しや用地確保など多くの労力と時間を要す。一方、既設堤体３，３０は、図８に示すような盛土表面にコンクリート被覆した構造や、図１０に示すようなコンクリート造であるため、これらコンクリート造の長大構造物が巨大地震の際に表層地盤Ｇ１に生じるせん断ひずみに対して延在方向に十分な耐力を有しているとは言い難い。
また、これら既設堤体３，３０の多くが海岸や河川の水際に在って、外部からの圧力に対して自重で抵抗する構造であり、砂や粘土質の表層地盤Ｇ１上に単に置かれた状態となっているため、巨大地震で損傷を受けた堤体が地震後に襲来する津波に押し流されてしまい、堤体として機能できないことがあった。
したがって、既設堤体３，３０を補強するにあたっては、損傷個所の修復や嵩上げなど従来の補修に加え、来るべき巨大地震に備え、巨大地震後も堤体として機能し続けることができる構造的な補強を行う必要がある。

本発明の目的は、既設の堤体を有効活用しつつ、想定を超える津波が襲来しても耐え得る既設堤体の補強構造及び既設堤体の補強方法を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
表層地盤上に構築された既設堤体の補強構造であって、
前記既設堤体が延在する方向に沿って所定の間隔を空けて連設され、前記表層地盤よりも下層側にある基盤層に達するように前記既設堤体の頂部から圧入された複数の杭材と、
前記頂部に突出している前記杭材の上端部同士を連結させた連結部材と、
前記杭材の上端部および前記連結部材を覆って前記既設堤体に緊結させる固化部材と、
を備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の既設堤体の補強構造において、
前記複数の杭材が連設されてなる杭列に沿った鋼矢板壁が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の既設堤体の補強構造において、
前記複数の杭材は、前記既設堤体の延在方向に沿う千鳥配置に設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の既設堤体の補強構造において、
前記杭材は、その周面に杭材内部より押圧して拡開する複数のスリット開口部が設けられており、前記スリット開口部を拡開した箇所に固化材料を充填して形成した突部を有することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の既設堤体の補強構造において、
前記杭材を挿通する筒部と、前記筒部の下方に筒部より径が大きい笠部を有する笠状部材が、前記杭材に沿って前記頂部に埋設されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、
表層地盤上に構築された既設堤体の補強方法であって、
前記既設堤体が延在する方向に沿い所定の間隔を空けて、複数の杭材を前記表層地盤よりも下層側にある基盤層に達するように前記既設堤体の頂部から圧入する工程と、
前記頂部に突出している前記杭材の上端部同士を連結部材で連結する工程と、
前記杭材の上端部および前記連結部材を固化部材で覆って前記既設堤体に緊結させる工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、既設の堤体を有効活用しつつ、その既設堤体の強度を大幅に増強させることができ、想定を超える津波が襲来しても耐え得る堤体を得ることができる。

本発明に係る既設堤体の補強構造を示す概略断面図である。 図１のII−II線における断面図である。 既設堤体の補強構造の他の実施例を示す断面図である。 既設堤体の補強構造の他の実施例を示す断面図である。 既設堤体の補強構造の他の実施例を示す概略断面図であり、杭材内にコンクリートを加圧充填する注入装置を示している。 杭材の周面に設けたスリット開口部を示す説明図であり、拡開前（ａ）と、拡開後（ｂ）である。 既設堤体の補強構造の他の実施例を示す概略断面図であり、笠状部材を利用した変形例を示している。 既設堤体を示す概略断面図である。 他の既設堤体の補強構造を示す概略断面図であり、突部を有する杭材を利用した変形例を示している。 他の既設堤体を示す概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る既設堤体の補強構造および補強方法の実施形態について詳細に説明する。

既設堤体３は、例えば、図１に示すように、盛土１の法面をコンクリートなどからなる保護壁２，２で被覆した構造物であり、海岸や川岸に沿う方向に延在して表層地盤Ｇ１上に構築されている。
この既設堤体３が経年劣化などにより強度低下した場合や、設計震度の変更などにより強度不足となった場合に、新たな堤体を築造するのではなく、既設堤体３を有効活用しつつ、既設堤体３の強度を増強させて改修する技術が本発明の技術である。

本実施形態における既設堤体３の補強構造は、図１、図２に示すように、既設堤体３が延在する方向に沿って所定の間隔を空けて連設された複数の杭材１０と、既設堤体３の頂部３ａに突出している杭材１０の上端部１０ａ同士を連結させた連結部材１１と、杭材１０の上端部１０ａおよび連結部材１１を覆ってそれらを既設堤体３に緊結させる固化部材１２と、を備えている。特に、杭材１０は、表層地盤Ｇ１よりも下層側にある基盤層Ｇ２に達するように既設堤体３の頂部３ａから圧入されている。

杭材１０は、例えば、鋼管杭であり、既設堤体３の高さの約２倍の長さを有し、その上端部１０ａが既設堤体３の頂部３ａに突出するように埋設されている。
この杭材１０は、既設堤体３の大きさ（高さ、延在長）、既設堤体３が構築されている地盤の状態、津波の想定高さ等を勘案して、その長さや太さが選択されている。また、その勘案結果に基づいて、杭材１０を圧入する間隔が設定されている。

連結部材１１は、例えば、補強鉄筋や補強プレート、形鋼材であり、隣接している杭材１０の上端部１０ａを連結させて固定することで、その上端部１０ａ同士が互いの姿勢を規制・補強するようになっている。

固化部材１２は、例えば、コンクリートであり、その材料（例えば、生コンクリート）を既設堤体３の頂部３ａに打設して固化することで、杭材１０の上端部１０ａおよび連結部材１１を既設堤体３に緊結させている。
また、固化部材１２の充填量などを適宜調整することで、既設堤体３を嵩上げすることができる。

上述した既設堤体３の補強構造は、下記の手順（１）〜（３）に従った補強方法によって築成することができる。
（１）既設堤体３の大きさ等の条件に基づき最適であると選択された杭材１０を、既設堤体３の頂部３ａから基盤層Ｇ２に達するように圧入する。また、各種条件に基づき最適であると設定された所定間隔で複数の杭材１０を連設する。杭材１０の圧入は、回転圧入で行うことが好ましい。回転圧入であれば、既設の構造物を打ち抜けるうえ、地盤が硬質であっても騒音・振動もなく圧入でき、既設堤体３および周辺地盤への影響を抑止できる。
（２）既設堤体３の頂部３ａに突出している杭材１０の上端部１０ａ同士を連結部材１１で連結する。
（３）既設堤体３の頂部３ａに固化部材１２の材料を打設して固化部材１２を形成し、その固化部材１２で杭材１０の上端部１０ａおよび連結部材１１を覆ってそれらを既設堤体３に緊結させる。

このような補強方法によって得られる既設堤体３の補強構造であれば、基盤層Ｇ２に達するように圧入された複数の杭材１０が、連結部材１１と固化部材１２によって既設堤体３と一体化しているので、補強後の既設堤体３に作用する水平力やせん断応力に抗することに十分な強度を既設堤体３に付与している。
つまり、補強後の既設堤体３は、基盤層Ｇ２に達している複数の杭材１０によって強固に地盤（Ｇ１、Ｇ２）と一体化されているので、例えば巨大地震のような強大な破壊力が作用した後に襲来する津波に対しても堤体として機能する強度を有している。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。

例えば、図３に示すように、複数の杭材１０が連設されてなる杭列に沿った鋼矢板壁１３を設ける。
鋼矢板壁１３は、例えば、一対の継手を有するＵ形の鋼矢板からなり、鋼矢板の継手を連結して複数の鋼矢板を繋げた構造体である。この鋼矢板壁１３を構成する鋼矢板は、基盤層Ｇ２まで根入れしなくてもよい。また、鋼矢板はＵ形に限らず、ハット形の鋼矢板など他の鋼矢板でもよい。
このような鋼矢板壁１３を設けることによれば、既設堤体３の遮水性を向上させることができ、豪雨による水位上昇や津波などの被害を防ぐ機能が向上する。また、仮に地震により堤体が損傷しても、その後襲来する津波に対して堅実な遮水壁として機能する。
またこの場合、地震に伴う液状化等によって地盤とともに堤体が不同沈下しても、杭材１０と既設堤体３の頂部３ａに構築された固化部材１２によって鋼矢板壁１３は吊下げられた状態で原位置に残るので、堤体としての機能が損なわれることはない。
なお、複数の杭材１０を圧入して杭列を造った後に鋼矢板壁１３を設けても、鋼矢板壁１３を設けた後に複数の杭材１０を圧入して杭列を造ってもよいが、鋼矢板壁１３を先に設けるようにすれば、鋼矢板壁１３上（杭列上）を自走可能な周知の杭圧入装置を用いて、杭材１０を所定間隔で圧入することができる。また、その杭圧入装置を用いて鋼矢板を圧入して鋼矢板壁１３を延長しながら、所定の位置に杭材１０を圧入するようにすれば、鋼矢板壁１３と杭材１０杭列の施工をより効率的に行うことができる。

また、図４に示すように、複数の杭材１０を、既設堤体３の延在方向に沿う千鳥配置に設けるようにしてもよい。
既設堤体３に圧入された複数の杭材１０が千鳥配置に設けられていれば、補強後の既設堤体３に作用する水平力やせん断応力に抗する強度がより一層向上するのでより好ましい。
なお、図４に示した既設堤体３の補強構造では、隣接する杭材１０の上端部１０ａを連結するように連結部材１１をジグザグに配したが、堤内側の杭材１０の列に沿う連結部材と、堤外側の杭材１０の列に沿う連結部材をそれぞれ設けるようにしてもよい。

また、図５に示すように、杭材１０として、杭材周面にスリット開口部１０ｂが形成されている鋼管杭を用い、そのスリット開口部１０ｂを内側から押圧して拡開した後、杭材１０の内部および拡開箇所に固化材料であるコンクリート１４を充填して突部１０ｃを形成する補強構造、補強方法であってもよい。
スリット開口部１０ｂは、図６（ａ）に示すように、例えば、杭材１０の周面に設けられた略Ｘ字形状を呈する切込み状の開口である。そして、所定の機器を用いるなどして杭材１０の内部からスリット開口部１０ｂを押圧することによって、図６（ｂ）に示すように、スリット開口部１０ｂは拡開してスリット片を外方に突出させるようになっている。
このスリット開口部１０ｂが拡開されて突出したスリット片は地山に当接し、圧密補強する効果が見込まれる。
そして、杭材１０である鋼管杭内にコンクリート１４を注入することで、拡開したスリット片が固化したコンクリートによって押し戻されることはなく、地山に食い込む突部１０ｃを構成する。
また、杭材周面のスリット開口部１０ｂから漏出したコンクリート１４がさらに地山を圧密するとともに、杭材１０の突部１０ｃと相まって押込み・引抜抵抗として機能するので、既設堤体３の沈下・浮き上がりを抑止することができる。
更に、杭材１０内（鋼管杭内）にコンクリート１４が充填されていることで、杭材１０の靱性が大幅に向上し、補強後の既設堤体３の強度がより一層向上する。
一方、杭体１０先端の開口部から押し出されたコンクリートは、杭体１０直下の地盤を圧密補強するとともに杭体１０の根固めとして機能することは言うまでもない。
なお、スリット開口部１０ｂは、略Ｘ字形状であることに限らず、スリット片を外方に突出させることができる任意の形状であってよく、また目的に応じて任意の箇所に任意の個数を設けるようにすればよい。

ここで、杭材１０の内部にコンクリート１４を加圧充填する注入装置５０について説明する。
注入装置５０は、図５に示すように、注入管５１と、中央の開口部分に注入管５１が固定された円盤状の隔壁５２と、隔壁５２の周囲に設けられ杭材１０の内面に密着するシール部５３と、コンクリート１４の流入量を切り替える開閉部５４と、隔壁５２の下面に設けられた圧力センサー５５と、装置支持体５６に取り付けられた加圧手段５７と係止手段５８とを備え、任意の位置に据え付けることができる。
この注入装置５０を既設堤体３に圧入した杭材１０の内部に挿入し、所定の位置で係止手段５８を作動させると、シリンダの駆動によって進退する当接部５８ａが杭材１０の内面に当接して、注入装置５０の姿勢を安定させる。
次いで、注入管５１を通じて隔壁５２の開口から杭材１０内にコンクリート１４を注入する。
そして、隔壁５２までコンクリート１４が満たされたら、加圧手段５７を作動させ、シリンダの駆動によって隔壁５２を下方に押し下げることで、予め設定された圧力でコンクリート１４を加圧する。この加圧によって杭材１０内にコンクリート１４を加圧充填すると、杭材周面のスリット開口部１０ｂからコンクリート１４が漏出する。この際、コンクリート１４中の余剰水や空気もスリット開口部１０ｂから排出される。
次いで、加圧手段５７と係止手段５８を停止させ、注入装置５０を杭材１０の内部から引き上げて、コンクリート１４を固化させると突部１０ｃが形成される。
このように注入装置５０によって、鋼管杭（杭材１０）の内部にコンクリート１４を加圧充填することで、杭材周面のスリット開口部１０ｂからコンクリート１４を適量漏出させることができ、突部１０ｃと相まって杭材１０の引抜抵抗として機能させることができる。

図９は、堤防である既設堤体３０に本発明を適用し、拡開したスリット開口部１０ｂにコンクリート１４を充填してなる突部１０ｃを有する杭材１０によって、既設堤体３０を補強した事例を示している。
既設堤体３０は、例えば、図９に示すように、基礎砕石３１ａを被覆石３１ｂで覆ってなる基礎３１と、中詰砂３２ａが詰められて基礎３１の上に載置されたケーソン３２と、ケーソン３２上に設けられた上部コンクリート３３等からなる構造物であり、表層地盤Ｇ１上に構築されている。
この既設堤体３０の頂部から、スリット開口部１０ｂが設けられた杭材１０を圧入し、杭材１０の下端側の基盤層Ｇ２に相当する部分に突部１０ｃを形成し、また杭材１０の上端側にも突部１０ｃを形成することによって、既設堤体３０を地盤（基盤層Ｇ２）に一体化する補強を行うことができる。
また、図示はしないが、杭材１０の上端部には隣接する杭材同士を連結する連結部材が設けられ、その連結部材と杭材上端部を覆い上部コンクリート３３と一体化する固化部材が設けられている。
なお、このとき杭体１０の圧入は、杭体１０の先端に切削刃を付けて回転圧入することが好ましい。こうすることで既設堤体３０を打ち抜けるとともに、振動を伴わず基礎砕石３１ａの崩れなどを抑止できる。

また、図７に示すように、杭材１０に挿通した笠状部材１５を、その杭材１０に沿って既設堤体３の頂部３ａに埋設するようにしてもよい。
この笠状部材１５を用いることで、杭材１０と既設堤体３をより強固に緊結でき、既設堤体３を地盤（Ｇ１、Ｇ２）に一体化させることができる。

笠状部材１５は、例えば、図７に示すように、杭材１０を挿通する筒部１５ａと、筒部１５ａより下方に向かって拡径した笠部１５ｂを有している、鋼製の部材である。
筒部１５ａは、笠状部材１５の上端側にあって、杭材１０の外径より僅かに大きい内径を有している。
笠部１５ｂは、筒部１５ａの下方にあって筒部１５ａよりも径が大きい部分であり、笠状部材１５の下端側に位置して筒部１５ａの約２〜３倍の内径を有する円筒状の大径部と、その大径部と筒部１５ａを繋ぐテーパ状の傾斜面部とを有している。

このような笠状部材１５の筒部１５ａに杭材１０の上端部１０ａを挿通させ、その杭材１０に沿わせて笠状部材１５を既設堤体３の頂部３ａに打設するなどして埋設する。
そして、筒部１５ａのみを地表に残して、笠部１５ｂ（大径部および傾斜面部）を地中に埋設した後、筒部１５ａを杭材１０の上端部１０ａに接合する。この接合には、楔を用いた接合、ボルト接合、溶接など、任意の接合手段を適用できる。
こうして杭材１０の上端部１０ａに挿通させて、既設堤体３の頂部３ａに埋設した笠状部材１５は、その笠部１５ｂ内およびその下面に堤体の土砂を圧密するため、既設堤体３と地盤の一体化が図られる。
なお、杭材１０の上端部１０ａに笠状部材１５を接合した後、連結部材１１と固化部材１２を配設することになる。

以上のように、既設堤体３（３０）を有効活用する、本発明に係る既設堤体３（３０）の補強構造及び補強方法は、その構成が簡便であるので、容易に且つ安価に既設堤体３の強度を大幅に増強させることができる。その結果、想定を超える津波が襲来しても耐え得る堤体を得ることができる。

なお、以上の実施の形態においては、杭材１０は鋼管杭であるとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、杭材はＩ形鋼、Ｈ形鋼であってもよい。杭材がＩ形鋼やＨ形鋼である場合、ケーシングを用いて既設堤体３を掘削した後、ケーシング内にコンクリートを充填し、そのコンクリートが固まらないうちに杭材を投入するように埋設すればよい。

また、本願の技術は、海岸におけるコンクリート造の堤防施設の他、河川堤防やフィルダム、土堰堤などにも適用することができる。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ 盛土
２ 保護壁
３、３０ 既設堤体
３ａ 頂部
１０ 杭材
１０ａ 上端部
１０ｂ スリット開口部
１０ｃ 突部
１１ 連結部材
１２ 固化部材
１３ 鋼矢板壁
１４ コンクリート
１５ 笠状部材
１５ａ 筒部
１５ｂ 笠部
５０ 注入装置
Ｇ１ 表層地盤
Ｇ２ 基盤層

Claims (6)

1. 表層地盤上に構築された既設堤体の補強構造であって、
   前記既設堤体が延在する方向に沿って所定の間隔を空けて連設され、前記表層地盤よりも下層側にある基盤層に達するように前記既設堤体の頂部から圧入された複数の杭材と、
   前記頂部に突出している前記杭材の上端部同士を連結させた連結部材と、
   前記杭材の上端部および前記連結部材を覆って前記既設堤体に緊結させる固化部材と、
   を備えていることを特徴とする既設堤体の補強構造。
2. 前記複数の杭材が連設されてなる杭列に沿った鋼矢板壁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の既設堤体の補強構造。
3. 前記複数の杭材は、前記既設堤体の延在方向に沿う千鳥配置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の既設堤体の補強構造。
4. 前記杭材は、その周面に杭材内部より押圧して拡開する複数のスリット開口部が設けられており、前記スリット開口部を拡開した箇所に固化材料を充填して形成した突部を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の既設堤体の補強構造。
5. 前記杭材を挿通する筒部と、前記筒部の下方に筒部より径が大きい笠部を有する笠状部材が、前記杭材に沿って前記頂部に埋設されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の既設堤体の補強構造。
6. 表層地盤上に構築された既設堤体の補強方法であって、
   前記既設堤体が延在する方向に沿い所定の間隔を空けて、複数の杭材を前記表層地盤よりも下層側にある基盤層に達するように前記既設堤体の頂部から圧入する工程と、
   前記頂部に突出している前記杭材の上端部同士を連結部材で連結する工程と、
   前記杭材の上端部および前記連結部材を固化部材で覆って前記既設堤体に緊結させる工程と、
   を含むことを特徴とする既設堤体の補強方法。

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