JP2020084425A - 橋桁浮上装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の橋梁に対しても簡単に取り付けられるうえに、橋桁が河床に埋まることを防ぐことができる橋桁浮上装置を提供する。【解決手段】河川Ｒに架け渡される橋梁１の橋桁１１に設けられる橋桁浮上装置である。そして、橋桁の側面１１１，１１１に固定される水よりも平均密度が小さい浮力体２，２を備えている。さらに、橋桁が載せられる橋脚１２の下流側の隅角部に防護板３が取り付けられる。また、橋桁は、河川の河床Ｒ１に橋桁が着底したときに橋脚と接触することがない長さの係留材４を介して橋脚と連結されている。【選択図】図１

Description

本発明は、河川に架け渡される橋梁の橋桁に設けられる橋桁浮上装置に関するものである。

津波によって、急激で圧倒的な水の襲来があると、橋桁や床版に上揚力や浮力が作用して、橋脚から橋桁等が流出するおそれがある。そこで、特許文献１には、橋脚と橋桁とを剛結合して一体化した橋梁が開示されている。

さらに、特許文献１の橋梁では、床版を構成する多数の形鋼の間に通水を許す隙間を設けることによって、津波襲来時にそれらの隙間を通して水の勢いを逃がすことで、橋桁に作用する浮力等を低減させる構造となっている。

また、特許文献２には、地震時に落橋が起きないように、橋脚に対して橋桁の端部をチェーンやスチールワイヤなどの長尺体で連結する装置が開示されている。この長尺体の長さは、地震の揺れによって橋桁がずれても、橋脚から落下しない長さに調整されている。

特開２０１３−９６０９６号公報 特開２００４−３６３３８号公報

しかしながら、既に河川に架け渡されて供用されている鉄道などの橋梁に対して、特許文献１に開示されているような橋桁の構造に造り替えることは難しい。また、特許文献２に開示されているように、橋桁の落下を抑えて近接させておくと、洪水時に橋桁と橋脚とが衝突したり、橋桁に作用する大きな水流による衝撃力を受けたりして、橋脚が損傷してしまうおそれがある。

一方において、河川の増水時に橋桁が流出すると、橋桁が河床に埋まって引き揚げることが困難になる。
そこで、本発明は、既存の橋梁に対しても簡単に取り付けられるうえに、橋桁が河床に埋まることを防ぐことができる橋桁浮上装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の橋桁浮上装置は、河川に架け渡される橋梁の橋桁に設けられる橋桁浮上装置であって、前記橋桁の側面又は下面に固定される水よりも平均密度が小さい浮力体を備えていることを特徴とする。

ここで、前記浮力体は、前記橋桁の延伸方向に間隔を置いて複数が取り付けられている構成とすることができる。また、前記浮力体は、袋体、発泡スチロール体又は強化プラスチック製の函体によって構成とすることができる。

さらに、前記橋桁が載せられる橋脚の下流側の隅角部に防護板が取り付けられる構成とすることができる。そして、前記橋桁は、前記河川の河床に前記橋桁が着底したときに橋脚と接触することがない長さの係留材を介して橋脚又は河床と連結されている構成とすることができる。

このように構成された本発明の橋桁浮上装置は、橋桁の側面又は下面に、水よりも平均密度が小さい浮力体が固定される。
このような浮力体は、既存の橋梁にも簡単に取り付けることができる。また、増水時に橋桁が流出しても、浮力体によって浮遊可能となっていれば、橋桁が河床に埋まることを防ぐことができる。

さらに、橋桁の延伸方向に間隔を置いて複数の浮力体を取り付けるのであれば、１つの浮力体の大きさを取り扱い易い大きさにして、既存の橋梁に容易に取り付けることができる。このような浮力体は、袋体、発泡スチロール体又は強化プラスチック製の函体などによって、簡単かつ安価に製作することができる。

また、橋桁が載せられる橋脚の下流側の隅角部に防護板を取り付けておくことで、橋桁の落下時の衝突によって橋脚が損傷するのを防ぐことができる。さらに、落下した橋桁と橋脚とが接触することがない充分な長さの係留材で橋桁を繋ぐことで、橋桁が流下する範囲を制限することができる。

本実施の形態の橋桁浮上装置の概要を示した説明図である。 橋桁が流出する前の状態を示した説明図である。 橋桁が浮遊している状態を説明する平面図である。 河床のアンカー部によって係留された橋桁の状態を示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１−図３は、本実施の形態で説明する橋梁１の概略構成、及びそれに取り付けられる橋桁浮上装置を説明するための図である。

橋梁１は、橋脚１２や橋台などの下部工と、橋桁１１などの上部工とによって主に構成される。通常、上部工は、下部工の上に支承部を介して設置される。本実施の形態では、橋脚１２の上端面１２１に設置された支承１３，１３の上に、橋桁１１の橋軸方向（延伸方向）の端部が載せられる構成を例にして説明する。

図２及び図３に例示した橋脚１２は、平面視略長方形又は平面視略長円形の四角柱状に鉄筋コンクリートによって構築されている。橋脚１２は、基礎部が河川Ｒの河床Ｒ１の内部に埋設されている。ここで、橋脚１２の橋軸直交方向の側面のうち、河川Ｒの下流側の側面を下流側側面１２２とする。

一方、橋桁１１は、橋軸方向に延伸される長尺の桁部材で、鋼製桁、鉄筋コンクリート桁又はプレストレストコンクリート桁などがある。図１−図３では、模式的に橋桁１１の断面を長方形で図示している。

この橋桁１１の橋軸直交方向の側面１１１，１１１には、浮力体２，２が取り付けられる。図３に示すように、浮力体２は、河川Ｒの上流側及び下流側の両方の側面１１１，１１１に、橋桁１１の延伸方向（橋軸方向）に間隔を置いて複数が取り付けられる。

この浮力体２は、袋体、発泡スチロール体又は強化プラスチック製の函体などによって形成することができる。本実施の形態では、ゴム製の袋体が膨張した状態を例示している。この袋体は、常時は収縮していて、増水時に水と接触した際にエアバックのように膨張する構成とすることもできる。

また、浮力体２を、発泡スチロールで例えば直方体状に成形することができる。さらに、強化プラスチックで外殻が形成された中空の函体を、浮力体２にすることもできる。要するに浮力体２は、水よりも平均密度が小さくなるように形成されていればよい。ここで、「平均密度」とは、全重量を全体積（袋体の膜や外殻で囲まれた中空部を含む）で割った値をいう。

一方、本実施の形態の橋桁浮上装置の橋脚１２側の構成として、防護板３を取り付ける。防護板３は、図２及び図３に示すように、橋桁１１が載せられる橋脚１２の下流側の隅角部に取り付けられる。

防護板３としては、鋼板などが使用できる。鋼板を橋脚１２の上端面１２１と下流側側面１２２の上縁とに跨って敷設することで、防護板３とすることができる。増水時は、橋桁１１は水の勢いによって下流側に落下することになるので、橋桁１１が接触する可能性のある範囲が防護板３によって保護されていればよい。

また、本実施の形態の橋桁浮上装置は、橋桁１１が橋脚１２から落下した後に発揮される機能として、係留材４を備えている。すなわち、橋桁浮上装置によって河川Ｒを浮遊する橋桁１１が流下する範囲を制限するために、係留材４を設ける。

例えば図１及び図３に示すように、橋脚１２の橋軸側の側面と橋桁１１の下面１１２とを係留材４によって連結する。この係留材４の長さは、河川Ｒの河床Ｒ１に橋桁１１が着底したときでも、橋脚１２と接触することがない充分な長さに調整される。すなわち、係留材４が短すぎると、橋桁１１の落下時に接触して橋脚１２を損傷させるおそれがあるためである。

例えば、橋脚１２の側面に取り付けられた固定金具４１と、橋桁１１の下面１１２に取り付けられた固定金具４２とを、係留材４によって繋ぐ。この係留材４には、スチールワイヤやチェーンなどが使用できる。

また、図４に示すように、河床Ｒ１に固定したアンカー部４３と、橋桁１１の下面１１２に取り付けられた固定金具４２とを、係留材４によって繋ぐこともできる。この際にも、係留材４の長さは、河川Ｒの河床Ｒ１に橋桁１１が着底したときに橋脚１２と接触することがない長さに調整される。

次に、本実施の形態の橋桁浮上装置の一例について、検討した結果を説明する。
検討対象とした橋桁１１は、外形が橋長15m、橋桁幅2m、橋桁高さ1.5mで、橋桁全体としての単位質量（平均密度）が1100kg/m³であるとする。

上記した諸元の橋桁１１の重量は、（橋桁幅2m）×（橋桁高さ1.5m）×（橋長15m）×（橋桁の単位質量1100kg/m³）×（重力加速度9.8m/s）＝485.1kNとなる。そして、この橋桁１１に働く浮力は、（橋桁幅2m）×（橋桁高さ1.5m）×（橋長15m）×（水の単位質量1000kg/m³）×（重力加速度9.8m/s）＝441.0kNとなる。

一方、浮力体２は、1基の形状が1辺の長さ1mの立方体で、単位質量（平均密度）が50kg/m³であるとする。そして、１本の橋桁１１に対して、6基の浮力体２，・・・を取り付けることとする。

上記した諸元の浮力体２の全6基の重量は、（幅1m）×（奥行1m）×（高さ1m）×（単位質量50kg/m³）×（6基）×（重力加速度9.8m/s）＝2.9kNとなる。そして、これらの浮力体２，・・・に働く浮力は、（幅1m）×（奥行1m）×（高さ1m）×（水の単位質量1000kg/m³）×（6基）×（重力加速度9.8m/s）＝58.8kNとなる。要するに、6基の浮力体２，・・・によって付加される浮き上がるための力は、（全重量2.9kN）と（全浮力58.8kN）との差の55.9kNとなる。

ここで、浮力体２，・・・が取り付けられていない橋桁１１は、（橋桁の重量485.1kN）＞（橋桁の浮力441.0kN）であり、橋桁１１は河川Ｒに落下すると、そのまま河床Ｒ１に沈んだ状態となる。増水時に河床Ｒ１に橋桁１１が沈むと、その後に流れてくる砂礫などによって、橋桁１１は河床Ｒ１に埋没することになる。

これに対して、橋桁１１に6基の浮力体２，・・・を取り付けた場合、（橋桁と浮力体の合計重量488.0kN）＜（橋桁と浮力体の合計浮力499.8kN）となり、橋桁１１は河川Ｒ内に浮いた状態となる。

ここで、浮力体２によって付加される浮き上がるための力は、例えば橋桁１１の沈む力［（橋桁の重量485.1kN）−（橋桁の浮力441.0kN）＝44.1kN］の1.1倍から1.4倍程度に設定することができる。要するに、橋桁１１が河床Ｒ１に埋没しない程度に浮上できる状態になっていればよい。

次に、本実施の形態の橋桁浮上装置の設置方法、及び増水時の動作について説明する。
本実施の形態の橋桁浮上装置は、例えば既設の橋梁１に設置される。鉄道などで使用される橋梁１の中には、構築後50年以上を過ぎたものも多く、それらを今後も供用していくためには、適宜、改修などによって機能を高めていくことが求められる。

近年、台風や集中豪雨などによる洪水が頻繁に発生するようになり、河川Ｒの水位Ｒ２も、これまでに経験したことがない高さまで上昇するおそれがある。そして、増水によって橋桁１１が流出し、河床Ｒ１に埋没してしまうと、橋桁１１を河川Ｒ内から引き揚げることが困難になる。

このような事態になることを防ぐために、既設の橋梁１に、本実施の形態の橋桁浮上装置を取り付ける。まず、橋桁１１に対しては、側面１１１に浮力体２を取り付ける。浮力体２がゴム製の袋体の場合は、収縮した取り扱い易い状態にして、例えば橋桁１１の上からでも簡単に取り付けることができる。

浮力体２は、橋桁１１の延伸方向に間隔を置いて、複数を取り付ける（図３参照）。浮力体２の数は任意に設定することができるが、必要とされる浮く力に対して、数を多くすれば一つ当たりの浮力体２の大きさが小さくなって取り扱い易くなる。他方、数を少なくすれば一つ当たりの浮力体２の大きさは大きくなるが、固定作業を行う施工箇所を減らすことができる。

浮力体２は、橋桁１１の下流側の側面１１１と上流側の側面１１１に、それぞれ対向するように取り付けられる。橋桁１１の橋軸に対して左右対称となるように浮力体２，・・・を取り付けることで、橋桁１１をバランスよく浮遊させることができる。

また、浮力体２の取り付け位置は、橋桁１１の側面１１１，１１１に限定されるものではない。浮力体２を取り付けるスペースがあれば、橋桁１１の下面１１２や上面に取り付けることもできる。

浮力体２は、濁流の中を流下しても橋桁１１から外れることのない強度で固定される。また、橋桁１１に取り付けられた浮力体２が収縮した袋体である場合は、取り付け時に膨張させてもよいし、増水時に膨張するようにセンサと加圧装置とを仕組んでおいてもよい。

一方、橋脚１２に対しては、防護板３を取り付ける。この防護板３の取り付け作業は、例えば橋脚１２の上端面１２１から行うことができる。図３に示すように、防護板３は、橋脚１２の上端面１２１の下流側の縁部において、川幅方向の全幅を覆うように取り付けられる。

また、鋼板などを加工して側面視略Ｌ字形に成形された防護板３の垂下面は、橋脚１２の下流側側面１２２に沿って取り付けられる。防護板３は、接着剤や打ち込みビスなどによって橋脚１２に接合される。

続いて、橋桁１１の例えば下面１１２に、固定金具４２を取り付ける（図１及び図３参照）。例えば図３に示すように、橋桁１１の延伸方向（橋軸方向）の両側の端部の下面１１２に、それぞれ固定金具４２，４２を取り付ける。なお、固定金具４２は、橋桁１１の上流側の側面１１１に取り付けることもできる。

一方、橋脚１２に対しては、例えば河床Ｒ１付近の橋軸方向の側面に、固定金具４１を取り付ける。そして、固定金具４１と、橋脚１２の支承１３上に載置された橋桁１１の下面１１２の固定金具４２とを、スチールワイヤなどの係留材４で連結する。

ここで、橋脚１２に取り付けられる固定金具４１に代えて、図４に示すように、河床Ｒ１に打ち込まれたアンカー部４３に対して、係留材４の一端を繋ぐこともできる。この場合は、アンカー部４３と、橋脚１２の支承１３上に載置された橋桁１１の固定金具４２とが、係留材４で連結される。

このようにして橋桁浮上装置が取り付けられた橋梁１が架け渡された河川Ｒが、大雨によって増水した場合、水位Ｒ２が上昇することになる。この水位Ｒ２上昇が、計画高水位を超えて、図１に２点鎖線（仮想線）で示した橋桁１１が浸水又は水没する位置まで来ると、支承１３上に載置されているだけの橋桁１１は、増水した水の勢いや上揚力によって下流側に移動して、橋脚１２上から落下する事態に至ることがある。

落下した橋桁１１の側面１１１，１１１には、図１に示すように、浮力体２，２が取り付けられているので、河川Ｒ内で水位Ｒ２に合わせて浮遊させることができる。また、浮遊する橋桁１１は、係留材４によって橋脚１２と連結されているので、橋脚１２から遠く離れた下流まで流されてしまうことはない。

また、図３に示すように、橋桁１１の延伸方向の両端が係留材４，４によって連結されていると、橋桁１１が川幅方向に移動することも制限されることになるため、もともと載置されていた橋脚１２，・・・の付近に橋桁１１を留まらせることができる。

そして、図１に示すように、水位Ｒ２の低下とともに下降する橋桁１１は、水位Ｒ２が常時水位に戻った場合でも浮遊しているため、河床Ｒ１に着底することがない。このように、河川Ｒ内に橋桁１１が落下しても、河床Ｒ１に埋まってしまい、後日、撤去できない状態になることを防ぐことができる。

次に、本実施の形態の橋桁浮上装置の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の橋桁浮上装置は、橋桁１１の上流側及び下流側の両側の側面１１１，１１１に、水よりも平均密度が小さい浮力体２，・・・が固定される。

このような浮力体２は、軽量であるため、既存の橋梁１の橋桁１１にも簡単に取り付けることができる。特に、橋桁１１を浮上させるために必要な浮く力を複数の浮力体２，・・・で確保する場合は、一つ当たりの浮力体２の大きさ及び重量が小さくなるので、取り付け作業が容易にでき、施工性に優れている。

また、橋桁１１の側面１１１，１１１に浮力体２を取り付けるのであれば、主に上面が使用される橋桁１１の供用に支障をきたすことがない。さらに、軽量の浮力体２を橋桁１１の側面１１１に取り付けるのであれば、河床Ｒ１から立ち上げるような大掛かりな足場を設けなくても施工することができる。

そして、このようにして浮力体２が取り付けられた橋桁１１は、大雨によって洪水が起きて増水し、橋脚１２から橋桁１１が流出してしまっても、浮力体２によって河川Ｒ内を浮遊させることができる。

そして、水面付近に橋桁１１を浮遊させておくことができれば、河床Ｒ１に橋桁１１が埋まることを防ぐことができる。このように浮遊している橋桁１１は、クレーンによって吊り上げることで、容易に撤去することができる。

さらに、浮力体２は、ゴム製の袋体、発泡スチロール体又は強化プラスチック製の函体などによって、簡単かつ安価に製作することができる。特にゴム製の袋体の浮力体２は、橋桁１１への取り付け作業時には収縮させておくことができ、作業性に優れている。

また、橋桁１１が載せられる橋脚１２の下流側の隅角部に防護板３を取り付けておくことで、橋桁１１の落下時の衝突によって橋脚１２が損傷するのを防ぐことができる。橋桁１１は損傷が激しければ取り替えることになるが、橋脚１２はそのまま使用することになるので、可能な限り損傷しないようにしておくのが好ましい。

さらに、落下した橋桁１１と橋脚１２とが接触すると、橋脚１２が損傷することになるので、係留材４によって橋桁１１を繋ぐ場合も、降下時に両者が衝突することのない充分な長さを確保しておく。

また、係留材４で橋桁１１を繋ぐことで、橋桁１１が流下する範囲を制限することができる。橋桁１１が自由に流下できるようにしておくと、下流に架け渡された別の橋梁がある場合は、その橋梁に衝突して損傷させる可能性がある。これに対して、係留材４で移動できる範囲を制限しておくことで、他の構造物などを破損させることを防ぐことができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施の形態で説明した橋桁１１、橋脚１２及び支承１３の構成は例示であり、これに限定されるものではなく、別の形態の上部工、下部工及び支承部にも本発明を適用することができる。

また、前記実施の形態では、橋脚１２の下流側の隅角部に防護板３を取り付ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、防護板３の設置を省略することもできる。さらに、橋脚１２の上端面１２１の全周を囲むように防護板を取り付けることもできる。

１ ：橋梁
１１ ：橋桁
１１１ ：側面
１１２ ：下面
１２ ：橋脚
１２２ ：下流側側面
２ ：浮力体
３ ：防護板
４ ：係留材
Ｒ ：河川
Ｒ１ ：河床

Claims (5)

1. 河川に架け渡される橋梁の橋桁に設けられる橋桁浮上装置であって、
   前記橋桁の側面又は下面に固定される水よりも平均密度が小さい浮力体を備えていることを特徴とする橋桁浮上装置。
2. 前記浮力体は、前記橋桁の延伸方向に間隔を置いて複数が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の橋桁浮上装置。
3. 前記浮力体は、袋体、発泡スチロール体又は強化プラスチック製の函体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の橋桁浮上装置。
4. 前記橋桁が載せられる橋脚の下流側の隅角部に防護板が取り付けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の橋桁浮上装置。
5. 前記橋桁は、前記河川の河床に前記橋桁が着底したときに橋脚と接触することがない長さの係留材を介して橋脚又は河床と連結されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の橋桁浮上装置。