JP3762787B1 - 既設床版の補強構造および既設床版の補強方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】短期間で構築することが可能で耐久性の高い既設床版の補強構造を提供することを課題とし、加えて、既設RC床版を短期間で補強することが可能な既設床版の補強方法を提供することを課題とする。
【解決手段】補強すべき既設床版10(床版本体1)の上面を切削して凹凸面を形成する工程と、この床版本体1の上面に充填材3を打設する工程と、充填材3が硬化する前に、下面に凹凸面が形成されて、複数の貫通孔22,22,…を有する板状部材2を、充填材3の上面に敷設する工程とにより既設床版の補強構造Sを構築する方法。
【選択図】図1

Description

本発明は、既設床版の補強構造および既設床版の補強方法に関する。
例えば道路橋の床版は、コンクリート床版(以下、単に「RC床版」という場合がある)と鋼床版とに大別される。このうち、RC床版は、主鉄筋と配力鉄筋が配筋された鉄筋コンクリートにより最小部材厚が22cmに規定されている。
既設のRC床版の中には、古い設計基準により設計施工されているために、部材厚が14cm〜19cmと薄く、また、配力鉄筋が少ないものがある。これらのRC床版は、トラックなどの大きな活荷重の疲労により、破損する虞がある。そのため、このような既設のRC床版に対して補強を行い、疲労亀裂の進展を防止する必要がある。
既設のRC床版を供用後に補強する方法としては、交通規制を伴わない補強方法として、RC床版の下面からの補強が多く用いられてきた。このようなRC床版の下面からの補強方法には、例えば、RC床版の下面に鋼板を接着する方法や、炭素繊維シートを接着する方法等がある。
ところが、前記の既設RC床版の下面からの補強方法は、RC床版の下面を密封するため、補強後の損傷の進行を観察しにくいことや、降雨などによる浸透水が床版下面に滞水する恐れがあるなどの問題点を有していた。さらに、鋼板による補強は、鋼板の防錆に対する維持管理に費用がかかることや、RC床版との一体化が困難な場合があることなどの問題点を有している。また、炭素繊維シートによる補強は、既に既設RC床版に亀裂が生じていた場合には、補強効果が著しく低下するという問題点を有している。
そのため、このような下面からの既設RC床版の補強の欠点を補う方法として、既設RC床版の上面に増厚コンクリートを打設する方法が行われている。例えば、特許文献1には、RC床版の表面を研掃、清掃処理し、その表面に帯状鋼板を固定した後、増厚コンクリートを打設して補強を行う、既設RC床版の補強方法が開示されている。
特開平9−59929号公報([0008]−[0012]、図1)
ところが、従来の既設RC床版の補強方法においては、既設床版の上面にコンクリートを現場打ちする必要があることから、コンクリート表面の敷均し作業や養生の分だけ工期が長期化してしまう。工期が長期化すると、例えば道路橋の場合にあっては、全面通行止め等の大規模な交通規制が必要となるので、多大な経済損失を被ることとなる。加えて、コンクリートを現場打ちすると、乾燥収縮に起因するひび割れが発生することから、その耐久性に悪影響を及ぼす虞もある。また、増厚コンクリートを打設することにより補強前よりも路面の標高が高くなり、前後の路面との擦り付けや他の設備とのレベル調整を行う必要があり、補強コストが高価となるという問題点も有していた。
このような観点から、本発明は、短期間で構築することが可能で、耐久性の高い既設床版の補強構造を提供することを課題とし、加えて、既設RC床版を短期間で補強することが可能な既設床版の補強方法を提供することを課題とする。
このような課題を解決すべく創案された本発明の既設床版の補強構造は、切削により上面が凹凸面に形成された床版本体と、前記床版本体の上面と隙間をあけて対向するプレキャスト製の板状部材と、前記床版本体と前記板状部材との間に充填された充填材とを備える既設床版の補強構造であって、前記板状部材は、下面が凹凸面に形成されて、かつ、上下方向に貫通する複数の貫通孔が形成されていることを特徴としている。
ここで、床版本体とは、鉄筋コンクリートにより構築された既設RC床版のことを意味している。
本発明に係る既設床版の補強構造は、床版本体の上方にプレキャスト製の板状部材を敷設するとともに、床版本体と板状部材との間を充填材で満たすだけで構築することができる。つまり、本発明に係る床版によれば、コンクリートを現場打ちする必要がないので、コンクリート表面の敷均し作業や養生を省略することができ、その結果、工期を短縮することが可能となる。また、床版本体上にコンクリートを現場打ちするのではなく、管理の行き届いた工場等で製作される板状部材を床版本体に敷設するので、板状部材に乾燥収縮に起因するひび割れが発生することがなく、したがって、その耐久性が損なわれることもない。
また、床版本体の上面に凹凸面を設けるとともに、板状部材の下面に凹凸面を形成することにより、両凹凸面に充填材が充填されて硬化することにより、ずれおよび引き剥がしに対する抵抗力を発揮する。
また、板状部材には、複数の貫通孔が形成されているため、床版本体と板状部材との間の隙間に空気が滞留することなく、充填材の充填を密実に行うことが可能となる。
また、本発明の既設床版の補強構造において、前記板状部材が、下面全体に凹凸面を有しており、該凹凸面の凹部分が前記貫通孔に連通するように形成されていれば、床版本体と板状部材との間に存在する空気を効率的に貫通孔から排出することを可能とし、充填材の充填を確実に行うことが可能となる。
また、本発明の既設床版の補強構造において、前記貫通孔が、上部の断面積と下部の断面積とが異なる形状により形成されていれば、貫通孔に充填された充填材が硬化することにより、板状部材と充填材とのずれ剛性がさらに向上する。
また、本発明の既設床版の補強構造において、前記板状部材の側面に、凹部が形成されていれば、この凹部に充填された充填材が硬化することにより、隣接して配置された板状部材に上下に食い違うようなせん断力が働いた場合に、高い抵抗力を発揮する。
また、本発明の既設床版の補強構造において、前記板状部材は、例えば、セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径2.5mm以下の骨材とを含む紛体に高性能減衰剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックスに、直径が0.1〜0.3mmで長さが10〜30mmの形状を有する繊維を1〜4容積%混入してなるプレキャストコンクリートであってもよい。
さらに、前記プレキャストコンクリートが、硬化後の圧縮強度が150〜200N/mmの範囲にあり、曲げ引張強度が25〜45N/mmの範囲にあり、かつ、割裂引張強度が10〜25N/mmの範囲にあるものであってもよい。
このような超高強度の繊維補強コンクリートで板状部材を構成すると、従来の繊維補強コンクリートよりも弾性係数が高く(例えばE=55kN/mm程度)、引張力に対する抵抗力も期待できるので、板厚の小さいものであっても、床版本体との合成効果を期待することができ、さらに、例えば、供用を開始している既設床版を補強する場合には、補強の前後において既設床版に作用する死荷重を同等に維持しつつ既設床版の剛性を向上させることが可能となる。
また、本発明の既設床版の補強構造において、前記床版本体が、前記貫通孔に対応する位置に凹部を有していれば、この凹部と貫通孔とに充填された充填材が硬化することにより、さらに優れたずれせん断抵抗性能を発揮する。
また、本発明の既設床版の補強構造において、前記床版本体の凹部にずれ止め部材が配置されていれば、さらに優れたせん断抵抗性能を発揮する。さらに、このずれ止め部材が、上端部と下端部の断面積が中央部の断面積よりも大きく形成された部材であれば、せん断抵抗性能に加えて板状部材の引き剥がし力に対する剛性と耐力の向上を図ることが可能となるため、好適である。なお、ずれ止め部材には、鋼製、アルミ製、高分子材料等を用いることができるが、高強度繊維補強コンクリートにより構成するのが望ましい。
そして、板状部材の貫通孔が、ずれ止め部材を、隙間を有した状態で挿入可能な形状に形成されていれば、この貫通孔にずれ止め部材の周囲にある充填材が入り込むことで床版本体と板状部材とが一体化し、床版本体と板状部材との間に作用するずれせん断力(ずれようとする力)に対して高い抵抗力を発揮することとなる。
また、前記した課題を解決すべく創案された本発明の既設床版の補強方法は、補強すべき既設床版の上面を切削して凹凸面を形成する工程と、前記既設床版の上面に充填材を打設する工程と、前記充填材が硬化する前に、下面に凹凸面が形成されて、複数の貫通孔を有する板状部材を、前記充填材の上面に敷設する工程と、を含むことを特徴としている。
このような既設床版の補強方法によると、コンクリートを現場打ちした際に必要となる敷均し作業や養生を省略することができるので、工期を短縮することが可能となる。また、既設床版上にコンクリートを現場打ちするのではなく、管理の行き届いた工場等で製作される板状部材を既設床版に敷設するので、板状部材に乾燥収縮に起因するひび割れが発生することがなく、したがって、その耐久性が損なわれることもない。なお、本発明によって既設床版を補強すると、床版本体の上面に形成された凹凸面と、板状部材の下面に形成された凹凸面とに、充填材が入り込むので、既設床版と板状部材とが一体化し、既設床版と板状部材との間に作用するずれせん断力に対して高い抵抗力を発揮することとなる。
また、前記した課題を解決すべく創案された他の既設床版の補強方法は、補強すべき既設床版の上面を切削して凹凸面を形成する工程と、下面に凹凸面が形成されて、複数の貫通孔を有する板状部材を前記既設床版の上方に敷設する工程と、前記既設床版と前記板状部材との間に充填材を注入する工程と、を含むことを特徴としている。
このような既設床版の補強方法によると、コンクリートを現場打ちした際に必要となる敷均し作業や養生を省略することができるので、工期を短縮することが可能となる。また、既設床版上にコンクリートを現場打ちするのではなく、管理の行き届いた工場等で製作される板状部材を既設床版に敷設するので、板状部材に乾燥収縮に起因するひび割れが発生することがなく、したがって、その耐久性が損なわれることもない。なお、本発明によって既設床版を補強すると、床版本体の上面に形成された凹凸面と、板状部材の下面に形成された凹凸面とに、充填材が入り込むので、既設床版と板状部材とが一体化し、既設床版と板状部材との間に作用するずれせん断力に対して高い抵抗力を発揮することとなる。なお、この既設床版の補強方法では、板状部材を敷設した後に既設床版と板状部材と間に充填材を注入するという手順を採用していることから、既設床版の上面が傾斜していたとしても、充填材が思わぬ方向に流動してしまうという不具合が生じ難く、したがって、既設床版の上面が大きく傾斜している場合であっても、短期間で既設床版を補強することが可能となる。
本発明に係る既設床版の補強構造によれば、短期間で構築することが可能となり、また、既設床版の耐久性の向上が可能となる。
また、本発明に係る既設床版の補強方法によると、既設床版を短期間で補強することが可能となる。
以下、本発明に係る既設床版の補強構造を実施するための最良の形態を、添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。
ここで、図1は、本実施形態に係る既設床版の補強構造を示す破断斜視図である。また、図2(a)〜(c)は、板状部材の裏側を示す斜視図である。また、図3(a)〜(c)は、本実施形態に係る板状部材の形態例を示す斜視図であって、(d)は、ずれ止め部材の形態例を示す斜視図である。また、図4は、板状部材の側面の詳細を示す断面図である。また、図5(a)〜(c)は、既設床版の補強構造の変形例を示す断面図である。
本実施形態に係る既設床版の補強構造Sは、図1に示すように、既設床版10を切削することにより上面が凹凸面に形成された床版本体1と、この床版本体1の上面と隙間をあけて対向するプレキャスト製の板状部材2と、床版本体1と板状部材2との間に充填された充填材3とにより構成されている。なお、図面の符号5は、ボルトナット等からなり、既設床版10と板状部材2との間に充填材3を充填する際に高さ調節および板状部材を固定する手段である。
床版本体1は、供用されていた既設床版10からなり、既設床版10の表面のアスファルト舗装11の除去とともに、既設床版10の一部を切削することにより、上面に凹凸面が形成されている(図3参照)。なお、アスファルト舗装11の除去方法は限定されるものではないが、本実施形態では、ビットがついたドラムの回転により切削を行う切削機(図示せず)を使用することにより、既設床版10のコンクリートの表面を切削し、凹凸面を形成するものとする。
また、本実施形態では、図3に示すように、床版本体1の後記する貫通孔22に対応する位置に、凹部12を形成するものとし、さらに、この凹部12にずれ止め部材4を配置している。凹部12は、必要に応じて形成すればよく、床版本体1の上面に形成された凹凸面と板状部材2の下面に形成された凹凸面21により、ずれに対する耐力が十分に発現されるのであれば、省略が可能である。同様に、ずれ止め部材4の配置も省略が可能である。
本実施形態に係る凹部12は、図3(d)に示すように、平面視円形で所定の深さに形成されているが、凹部12の形状等が限定されないことはいうまでもない。
ずれ止め部材4は、充填材3と既設床版10との付着を確実ならしめるものであって、接着剤31により床版本体1の上面に形成された凹部12に固着されている。なお、ずれ止め部材4の個数や配置は、設計により算出されるずれせん断力の大きさを考慮して設定すればよい。ずれ止め部材4は、図3(d)に示すように、上部41と下部42の直径が、中央部43の直径よりも大きく形成された、側面視で略I字を呈する円柱上に形成されており、下部42の底面(床版本体1側の面)が平坦に成形されている。ずれ止め部材4の材質は、特に限定されるものではなく、鋼製、アルミ製、高分子材料等により構成が可能であるが、本実施形態では、セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径2.5mm以下の骨材とを含む紛体に高性能減衰剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックス(モルタル)に、直径が0.1〜0.3mmで長さが10〜30mmの形状を有する繊維(本実施形態においては鋼製のもの)を1〜4容積%混入してなるプレキャストコンクリートからなるものを使用する。前記配合により、当該プレキャストコンクリートは、硬化後の圧縮強度が150〜200N/mmの範囲にあり、曲げ引張強度が25〜45N/mmの範囲にあり、かつ、割裂引張強度が10〜25N/mmの範囲にある。つまり、ずれ止め部材4は、繊維の混入率が1〜4容積%であるセメント系マトリックスを硬化させてなる超高強度の繊維補強コンクリートからなる。なお、ポゾラン系反応粒子とは、例えば、シリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグのほか、カオリンの誘導体から選定した化合物、沈降シリカ、火山灰、シリカゾル、石粉等からなる粒子のことである。
接着剤31としては、アクリル樹脂系やエポキシ樹脂系のものが好適であるが、これらに限らず、ウレタン樹脂系、フェノール樹脂系、シアノアクリート系その他のものを使用することができる。接着剤31の具体的な配合は、施工現場の温度・湿度や可使時間(硬化時間)を考慮して決定すればよい。
板状部材2は、本実施形態においては、既設床版10の曲げ剛性等を向上させる補強部材としての役割を担っている。そして、図1乃至図3に示すように、下面に凹凸面21が形成されて、かつ、上下方向に貫通する複数の貫通孔22が形成されている。そして、この下面の凹凸面21は、図2に示すように、凹部分21aが貫通孔22に連通するように形成されている。
なお、図示は省略するが板状部材2の表面(上面)は、板状部材2とアスファルトとの付着強度を増大させるべく、板状部材2の上面に凹凸を形成する。なお、板状部材2の上面の形状は、当該床版の用途に応じて適宜設定すればよく、例えば、板状部材2の上面を舗装面とする場合(すなわち、アスファルト舗装を施さない場合)には、自動車の走行に好適な摩擦係数を保持できる程度の凹凸を形成するか、あるいは粗面加工を施してもよい。
板状部材2の材質は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径2.5mm以下の骨材とを含む紛体に高性能減衰剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックスに、直径が0.1〜0.3mmで長さが10〜30mmの形状を有する繊維を1〜4容積%混入してなるプレキャストコンクリートとする。
前記の配合により板状部材2は、硬化後の圧縮強度が150〜200N/mmの範囲にあり、曲げ引張強度が25〜45N/mmの範囲にあり、かつ、割裂引張強度が10〜25N/mmの範囲にある。つまり、板状部材2は、繊維の混入率が1〜4容積%であるセメント系マトリックスを硬化させてなる超高強度の繊維補強コンクリートからなる。
板状部材2は、前記の材料を混練してなるフレッシュなコンクリートを所定の寸法形状に成形された型枠に打設し、所定の強度が発現した後に、脱型した状態で熱養生を行うことにより製造される。熱養生を行うと、セメント中の遊離石灰とポゾラン系反応粒子のシリカやアルミナが結合して安定的で硬い物質が早期に形成され、セメント系マトリックスの組織が緻密になるので、乾燥収縮がなく、したがって、乾燥ひび割れ等もほとんど発生しない。なお、型枠の底面に凹凸面21および貫通孔22と同形状の中子を取り付けておけば、フレッシュなコンクリートを型枠に打設して硬化させるだけで、板状部材2に凹凸面21および貫通孔22が成形されることになる。
なお、本実施形態では、高強度の繊維補強コンクリートで板状部材2を形成したが、所定の強度を有するものであれば、通常の繊維補強コンクリートで板状部材2を形成してもよく、さらには、鉄板やアルミニウム合金板その他の板材で板状部材2を形成してもよい。
本実施形態に係る板状部材2の凹凸面21は、図2(a)に示すように、板状部材2の下面全体において、複数の溝(凹部分21a)を格子状に形成することにより、複数の直方体状の凸部分21bが形成されるように構成されている。なお、凹凸面21の形状は、前記のものに限定されないことはいうまでもなく、例えば、図2(b)に示すように、凸部分21bを円柱状に形成してもよく、また、図2(c)に示すように、凸部分21bを三角柱状に形成してもよい。また、充填材3の充填や床版本体1と板状部材2との間に滞留しようとする空気の排気等が効率的に行うことが可能であれば、凹凸面21の凹部分21aが必ずしも貫通孔22に連通する必要はない。
貫通孔22は、図1に示すように、板状部材2に所定の間隔を有して複数形成されている。本実施形態に係る貫通孔22は、図3(a)に示すように、板状部材2の高さ方向中間付近からテーパー状に貫通孔22の内径が漸増するように形成されて、貫通孔22の上部の断面積と下部の断面積とが異なる形状により形成されている。そして、床版本体1の上面に配置されたずれ止め部材4を内挿可能な形状に形成されている。なお、貫通孔22の形状は、上記の形状に限定されるものではなく、例えば、図3(b)に示すように、板状部材2の高さ方向中央部において拡径された形状や、図3(c)に示すように、下部から上部に行くに従い拡径する形状等、適宜設定すればよい。
板状部材2の側面には、図4に示すように、凹部23が形成されている。本実施形態では凹部23を円弧状(半円状)に形成するものとしたが、凹部23の形状は限定されるものではなく、例えば、楕円弧、V字状、コの字状でもよい。
充填材3は、床版本体1と板状部材2との間の隙間に充填可能な程度の流動性を有し、かつ、硬化後においてずれ止め部材4から板状部材2へずれせん断力を伝達可能な程度の強度を発現するものであれば、その材質等は問わないが、例えば、流動性の高いセメント系グラウト材のほか、セメント系モルタル材、繊維が混入された高強度のセメント系モルタル材などを使用することができる。なお、前記したセメント系材料に、カルシウムアルミネートやシリカ質微粉末を主体とする結合材、凝結促進剤、膨張性物質等を混入すると、材齢1〜2時間程度で実用的な強度(30〜50N/mm)を発現させることが可能となる。なお、膨張性物質を混入すると、実質的に無収縮な状態を長期間に亘って維持することができる。
本実施形態に係る既設床版の補強構造によれば、床版本体1の上面に形成された凹凸面が、床版本体1と充填材3とのずれせん断に対する抵抗力を発揮する。また、床版本体1には、凹部12が板状部材2の貫通孔22に対応する位置に形成されて、ここにずれ止め部材4が配置されているため、床版本体1と充填材3とのせん断剛性がさらに向上されている。
また、ずれ止め部材4は、上部41と下部42の径が中央部43の径よりも大きく形成されており、かつ、これが板状部材2の貫通孔22に内挿された状態で配置されるため、床版本体1と板状部材2とのずれせん断剛性と耐力を向上するとともに、板状部材2の引き剥がし力に対しても、剛性と耐力の向上を図ることが可能となっている。
また、板状部材2の下面には、凹凸面21が形成されているため、板状部材2と充填材3とのずれせん断に対する耐力が向上されている。また、板状部材2には、複数の貫通孔22が形成されているため、この貫通孔22に充填材3が充填された状態で硬化することにより、ずれせん断剛性がさらに向上する。また、凹凸面21の凹部分21aは、貫通孔22に連通するように形成されているため、床版本体1と板状部材2との隙間への充填材3の充填時に、板状部材2の下面に残留しようとする空気が、貫通孔22から容易に排出される。よって、床版本体1と板状部材2との隙間への充填材3の充填を密実に行うことが可能となり、好適である。
なお、本実施形態では、図3に示すように、ずれせん断剛性と耐力の向上を図ることを目的として、ずれ止め部材4を床版本体1の凹部12に配置するものとしたが、図5(a)〜(c)に示すように、ずれ止め部材4を省略することも可能である。図5(a)〜(c)に示すように、ずれ止め部材4を省略した場合は、凹部12および貫通孔22に充填された充填材3が一体に硬化することにより、ずれせん断剛性と耐力の向上を図ることが可能である。
また、本実施形態に係る板状部材2には、側面に凹部23が形成されているため、この凹部23に充填された充填材3が硬化することにより、隣接して配置される板状部材2,2の上下方向のずれに対して抵抗する。
次に、既設床版の第一の補強方法(すなわち、既設床版10の第一の補強方法)を、図6(a)〜(e)を参照して説明する。
既設床版の第一の補強方法は、(1)補強すべき既設床版10の上面を切削して床版本体1の上面に凹凸面を形成する切削工程(図6(a)参照)と、(2)上面に凹凸面が形成された床版本体1にずれ止め部材4と型枠6を配置する型枠工程(図6(a)参照)と、(3)床版本体1の上面に充填材3を打設する充填材打設工程(図6(b)参照)と、(4)充填材3が硬化する前に下面に凹凸面21が形成されて複数の貫通孔22を有する板状部材2を充填材3の上面に敷設する板状部材配置工程(図6(c)参照)とを含んでいる。
(1)切削工程
まず、既設床版10の上面にあるアスファルト舗装を剥ぎ取るとともに、露出された床版本体1のコンクリートの一部を切削して、床版本体1の上面に凹凸面を形成する。そして、ショットブラストにより床版本体1の表面にある付着物等を除去する。この時、所定の位置に凹部12を形成しておく(図6(a)参照)。
(2)型枠工程
次に、図6(a)に示すように、ずれ止め部材4を配置および型枠6の配置を行う。
ずれ止め部材4の配置は、床版本体1の上面に形成された凹部12に接着剤31を充填するとともに当該ずれ止め部材4をこの凹部12に配置して固着することにより行う。また、型枠6の配置は、板状部材2(図6(c)参照)が敷設される領域の外縁に沿って配置することにより行う。
(3)充填材打設工程
続いて、床版本体1の上面に充填材3を必要量だけ打設する。なお、型枠6は、床版本体1の上面の形状になじむように、柔軟性のある材料で構成するとよい。この時、充填材3は、型枠により囲まれた所定の範囲内に充填されるため、充填材の流出などにより必要以上に打設されることがない。
(4)板状部材配置工程
そして、図6(c)に示すように、充填材3が硬化する前に、貫通孔22がずれ止め部材4を内挿するように充填材3の上面に板状部材2を敷設し、床版本体1と板状部材2との間を充填材3で満たす。より詳細には、板状部材2を充填材3の上面に載置したうえで、板状部材2と充填材3との間に入り込んだ空気と余分な充填材3とを貫通孔22から外部へ排出させつつ板状部材2を床版本体1側に押し付けると、充填材3が貫通孔22に入り込み、床版本体1と板状部材2との間が実質的に完全に充填材3で満たされることとなる。なお、板状部材2の四隅に、例えばボルトナットを組み合わせてなる高さ調節及び板状部材を固定する手段5(図1参照)を設けておけば、簡易迅速に板状部材2を所定の高さ位置に設置することが可能となる。
その後、充填材3が所定の強度に達した段階で、必要に応じて型枠6および高さ調節手段5を撤去し、さらに、前記した一連の作業を適宜繰り返して既設床版10の上面全体を板状部材2で覆うと、既設床版の補強構造が形成される(図6(d)および(e)参照)。なお、型枠6および高さ調節手段5は、撤去せずに埋め殺してもよい。
なお、図6(d)に示すように、敷設された板状部材2に隣接して他の板状部材2を敷設する場合には、先に敷設された板状部材2の側面を型枠として利用する。
そして、図示は省略するが、板状部材2の上面をアスファルトで舗装する。
このような手順で既設床版10を補強すると、コンクリートを現場打ちする従来工法の場合に必要となる敷均し作業や養生を省略することができるので、工期を1/3〜1/4程度に短縮することも可能である。したがって、例えば、道路橋の場合であれば、片側通行程度の小規模な交通規制で既設床版10を補強することが可能となり、ひいては、交通規制に伴う経済損失を低減することが可能となる。
また、既設床版10の第一の補強方法においては、既設床版10上にコンクリートを現場打ちするのではなく、管理の行き届いた工場等で製作される板状部材2を既設床版10の上方に敷設するので、板状部材2に乾燥収縮に起因するひび割れが発生することがなく、したがって、その耐久性が損なわれることもない。
そして、このようにして構築された既設床版の補強構造Sによると、図3に示すように、板状部材2の裏面に形成した貫通孔22にずれ止め部材4の周囲にある充填材3が入り込んだ状態で、床版本体1(既設床版10)と板状部材2とが一体化するので、床版本体1と板状部材2との間に作用するずれせん断力(ずれようとする力)に対して高い抵抗力を発揮することとなる。
また、本実施形態に係る既設床版の補強構造Sにおいては、板状部材2の貫通孔22を、ずれ止め部材4を内挿することができるような形状に成形したので(図3参照)、ずれ止め部材4の一部とずれ止め部材4の作用によって付着力が増大された充填材3とが貫通孔22に入り込むことになり、その結果、床版本体1(既設床版10)と板状部材2との間に作用するずれせん断力(ずれようとする力)に対してより高い抵抗力を発揮することとなる。
また、板状部材2が高強度の繊維補強コンクリートからなることから、板状部材2を薄板としても補強効果が高く、したがって、補強の前後において既設床版10に作用する死荷重を同等に維持しつつ既設床版10の剛性を向上させることが可能となる。なお、補強の前後で既設床版10に作用する死荷重が大きく変化しないことから、橋脚等を補強する必要もない。
次に、既設床版10の第二の補強方法を、図7を参照して説明する。
既設床版の第二の補強方法は、(1)補強すべき既設床版10の上面を切削して床版本体1の上面に凹凸面を形成する切削工程(図7(a)参照)と、(2)上面に凹凸面が形成された床版本体1にずれ止め部材4を配置するずれ止め部材配置工程(図7(a)参照)と、(3)下面に凹凸面21が形成されて、複数の貫通孔22を有する板状部材2を床版本体1の上方に敷設する板状部材配置工程(図7(b)参照)と、(4)床版本体1と板状部材2との間に充填材3を注入する充填材注入工程(図7(c)参照)とを含んでいる。
(1)切削工程
まず、既設床版10の上面にあるアスファルト舗装を剥ぎ取るとともに、露出された床版本体1のコンクリートの一部を切削して、床版本体1の上面に凹凸面を形成する。そして、ショットブラストにより床版本体1の表面にある付着物等を除去する。この時、所定の位置に凹部12を形成しておく(図7(a)参照)。
(2)ずれ止め部材配置工程
次に、図7(a)に示すように、ずれ止め部材4を配置を行う。
ずれ止め部材4の配置は、床版本体1の上面に形成された凹部12に接着剤31を充填するとともに当該ずれ止め部材4をこの凹部12に配置して固着することにより行う。
(3)板状部材配置工程
床版本体1の上面にずれ止め部材4を固着したら、図7(b)に示すように、床版本体1の上面であって板状部材2が敷設される領域の周縁に沿って、スペーサを兼ねた止水部材7を配置したうえで、貫通孔22がずれ止め部材4を内挿するように床版本体1の上方に板状部材2を敷設する。つまり、床版本体1の上面との間に隙間を設けつつ板状部材2を床版本体1に対向させる。なお、板状部材2の四隅に、高さ調節および板状部材を固定する手段5を設けておけば、簡易迅速に板状部材2を所定の高さ位置に設置することが可能となる(図1参照)。なお、止水部材7の代わりに、板状部材2の周囲に型枠を配置してもよい。
(4)充填材注入工程
続いて、図7(c)に示すように、板状部材2の一の貫通孔22から床版本体1と板状部材2との間に充填材3を注入する。充填材3の充填状況は、その他の貫通孔22を利用して確認し、さらに、充填が確認された位置にある貫通孔22を、図示せぬ木栓やゴム栓等で閉塞して充填材3の漏出を防止する。なお、床版本体1と板状部材2との間にある空気は、充填が完了していない位置にある貫通孔22から外部へ排出される。また、床版本体1が傾斜している場合には、低い位置にある貫通孔22から充填材3を注入するとよい。
なお、充填材3の注入圧力等によって、板状部材2の浮き上がりが懸念される場合には、高さ調節および板状部材を固定する手段5により固定するか、板状部材2の上面に図示せぬ錘を載置するか、あるいは、貫通孔22に挿入した図示せぬアンカーによって板状部材2を床版本体1あるいはずれ止め部材4に固定するとよい。
その後、充填材3が所定の強度に達した段階で、図示せぬ錘あるいはアンカーを撤去し、さらに、必要に応じて前記した一連の作業を適宜繰り返して床版本体1の上面全体を板状部材2で覆うと、既設床版の補強構造Sが形成される(図7(d)および(e)参照)。
なお、図7(d)に示すように、敷設された板状部材2に隣接して他の板状部材2を敷設する場合には、先に敷設された板状部材2の側面を型枠として利用する。また、本実施形態では、高さ調節手段5を埋め殺すものとしたが、充填材3の硬化後に撤去してもよい。
ここで、充填材3の注入作業は、板状部材2を一枚敷設するごとに行ってもよいし、複数枚を敷設した後にまとめて行ってもよい。
このような手順で既設床版10を補強しても、コンクリートを現場打ちする従来工法の場合に必要となる敷均し作業や養生を省略することができるので、工期を1/3〜1/4程度に短縮することも可能である。したがって、例えば、道路橋の場合であれば、片側通行程度の小規模な交通規制で既設床版10を補強することが可能となり、ひいては、交通規制に伴う経済損失を低減することが可能となる。
また、既設床版10の第二の補強方法においても、既設床版10上にコンクリートを現場打ちするのではなく、管理の行き届いた工場等で製作される板状部材2を既設床版10に敷設するので、板状部材2に乾燥収縮に起因するひび割れが発生することがなく、したがって、その耐久性が損なわれることもない。なお、このような手順で構築された既設床版の補強構造Sであっても、板状部材2の下面に形成された凹凸面21や貫通孔22や床版本体1の上面に形成された凹凸面に充填材3が入り込んだ状態で、床版本体1(既設床版10)と板状部材2とが一体化するので、床版本体1と板状部材2との間に作用するずれせん断力(ずれようとする力)に対して高い抵抗力を発揮することとなる。
また、既設床版10の第二の補強方法においては、板状部材2を敷設した後に床版本体1と板状部材2と間に充填材3を注入するという手順を採用していることから、床版本体1の上面が傾斜していても充填材3が思わぬ方向に流動してしまうという不具合が生じ難く、したがって、床版本体1の上面が大きく傾斜している場合であっても、短期間で既設床版10を補強することが可能となる。
以下、本発明の既設床版の補強構造による補強効果を実証するために、具体的な既設のRC床版に対して補強を実施した結果を示す。
本実施例で使用した既設のRC床版(既設床版10)は、図8(a)に示すように、床版厚が18cmであって、主鉄筋として鉄筋径16mmの異形鉄筋が125mmピッチで配置されている。2径間連続のRC床版であって、主桁GのスパンWは2.84mで、床版本体1の上面には、80mmのアスファルト舗装11がなされている。
本実施例で採用した既設床版の補強構造Sは、図8(b)に示すように、前記既設床版10に対して、アスファルト舗装11(80mm)とRC床版(床版本体1)の表面部分10mmを切削機械により切削して、超高強度の繊維補強コンクリートからなり板厚が30mmの板状部材2と、厚さ10mmの充填材3と、舗装厚が50mmのアスファルト舗装11’と、から構成した。
本実施例では、補強前のRC床版と、補強後のRC床版とを対象に、主鉄筋に作用する引張応力の比較計算を行った。なお、比較計算において想定する活荷重の自動車荷重Pは、図8(a)および(b)に示すように、一輪あたり100kNで、一輪をスパンW中央、もう一輪を車輪幅Wが1750mmで主桁Gの近傍に乗せた状態とした。
計算の結果、補強前の主鉄筋の引張応力は、スパン中央部では136N/mmで主桁G近傍では126N/mmであった。一方、補強後は、それぞれ、49N/mmと100N/mmとなり、本発明の既設床版の補強構造Sにより、RC床版に作用する引張応力が大きく減少することが実証された。なお、現状のRC床版の設計では、自動車荷重による疲労損傷を防止する対策として、鉄筋の引張応力を120N/mm以下にすることが基準化されている。これに対して補強前のRC床版は、基準値を超過していたが、本発明の補強構造による補強を行えば、これを満足することが実証された。
以上、本発明に係る好適な実施の形態について説明したが、本発明は前記の各実施の形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、既設床版のコンクリート部の切削高さは、限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
また、前記実施形態では、既設床版のアスファルトの除去とともに、既設床版のコンクリート部を切削して、床版本体の上面に凹凸面を形成するものとしたが、床版本体の凹凸面の形成方法は限定されるものではなく、適宜公知の手段により行えばよい。
また、ずれ止め部材の形状が前記の形状に限定されないことはいうまでもない。
本実施形態に係る既設床版の補強構造を示す破断斜視図である。 (a)〜(c)は、本実施形態に係る板状部材の裏側を示す斜視図である。 (a)〜(c)は、本実施形態に係る板状部材の形態例を示す斜視図であって、(d)は、ずれ止め部材の形態例を示す斜視図である。 板状部材の側面の詳細を示す断面図である。 (a)〜(c)は、既設床版の補強構造の変形例を示す断面図である。 (a)〜(e)は、既設床版の第一の補強方法の各工程を示す断面図である。 (a)〜(e)は、既設床版の第二の補強方法の各工程を示す断面図である。 実施例に係るRC床版の断面図であって、(a)は補強前、(b)は補強後を示している。
符号の説明
S 既設床版の補強構造
1 床版本体
10 既設床版
12 凹部
2 板状部材
21 凹凸面
22 貫通孔
3 充填材
4 ずれ止め部材

Claims (10)

  1. 切削により上面が凹凸面に形成された床版本体と、
    前記床版本体の上面と隙間をあけて対向するプレキャスト製の板状部材と、
    前記床版本体と前記板状部材との間に充填された充填材とを備える既設床版の補強構造であって、
    前記板状部材は、下面が凹凸面に形成されて、かつ、上下方向に貫通する複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする既設床版の補強構造。
  2. 前記板状部材は、下面全体に凹凸面を有しており、該凹凸面の凹部分が前記貫通孔に連通するように形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の既設床版の補強構造。
  3. 前記貫通孔が、上部の断面積と下部の断面積とが異なる形状により形成されていることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の既設床版の補強構造。
  4. 前記板状部材の側面に、凹部が形成されていることを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の既設床版の補強構造。
  5. 前記板状部材が、セメントとポゾラン系反応粒子と最大粒径2.5mm以下の骨材とを含む紛体に高性能減衰剤と水とを混入して得られるセメント系マトリックスに、直径が0.1〜0.3mmで長さが10〜30mmの形状を有する繊維を1〜4容積%混入してなるプレキャストコンクリートであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の既設床版の補強構造。
  6. 前記床版本体が、前記貫通孔に対応する位置に凹部を有していることを特徴とする、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の既設床版の補強構造。
  7. 前記床版本体の凹部にずれ止め部材が配置されていることを特徴とする、請求項6に記載の既設床版の補強構造。
  8. 前記ずれ止め部材の上端部と下端部の断面積が、中央部の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする、請求項7に記載の既設床版の補強構造。
  9. 補強すべき既設床版の上面を切削して凹凸面を形成する工程と、
    前記既設床版の上面に充填材を打設する工程と、
    前記充填材が硬化する前に、下面に凹凸面が形成されて、複数の貫通孔を有する板状部材を、前記充填材の上面に敷設する工程と、を含むことを特徴とする既設床版の補強方法。
  10. 補強すべき既設床版の上面を切削して凹凸面を形成する工程と、
    下面に凹凸面が形成されて、複数の貫通孔を有する板状部材を前記既設床版の上方に敷設する工程と、
    前記既設床版と前記板状部材との間に充填材を注入する工程とを含むことを特徴とする既設床版の補強方法。
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