JP3854577B2 - 既設地中構造物の補強方法および補強用構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、止水壁を始めとする地中壁、地中杭、地下室、地下タンク、岸壁、橋脚、基礎等の少なくとも一部が地中に埋設された既設地中構造物を補強するための方法、およびこれら既設地中構造物の補強用構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、上記既設地中構造物の耐震性の向上が急務となっており、その要請に応えるべく、既設地中構造物の補強方法の一例が特開２００１−４９６６１号公報（特許文献１）に開示されている。この公報記載の発明は、既設コンクリート杭が設置されている杭頭部周囲の地表面より、コンクリート杭が内部に挿入可能な口径の鋼管を継ぎ足しながらジェット水噴射及びジャッキによる加圧によって地中の所定深さまで挿入し、その挿入された鋼管とコンクリート杭との間に、セメントミルク等の充填材を詰めて前記既設杭に対して鋼管を一体化させるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−４９６６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報記載の発明で使用される充填材は一般に高価であるため、経済性の観点からその使用量はできるだけ少なくするのが好ましい。充填材の使用量削減のためには、鋼管の内周とコンクリート杭の外周との間の隙間の幅をできるだけ小さくする必要があるが、これでは掘削地盤から上記隙間の幅よりも大きい礫が現れた場合にこれを地上に排出することが困難となり、鋼管の沈設作業が停滞するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、経済性を確保する一方、掘削地盤から大礫が出現した場合にこれをスムーズ且つ確実に地上に排出することのできる既設地中構造物の補強方法、および既設地中構造物の補強用構造体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため、本発明にかかる既設地中構造物の補強方法は、既設地中構造物の壁面から離隔し、当該壁面との間に、壁面に沿って延びた幅狭領域を形成する複数の補強部と、高さ方向に延びる溝状をなし、隣接する補強部間に設けられ、前記壁面との間に、前記幅狭領域よりも大きい幅の幅広領域を形成する溝部とを備える補強用構造体を製作し、この補強用構造体を地盤に挿入した後、補強用構造体と前記壁面との間の領域に充填材を供給するものである。
【０００７】
このように本発明にかかる補強用構造体は、幅狭領域Ｐの他、その幅Ｗよりも大きい幅の幅広領域Ｑを備えているため、補強用構造体を地盤に挿入する際、その刃口部に大礫が出現した場合でも、この幅広領域を介して大礫を地上に排出することができる。その一方、幅狭領域Ｐでは、幅広領域Ｑに比べて既設地中構造物の壁面との間の幅が小さいため、地盤への挿入後に補強用構造体と壁面との間に充填材を供給する際にもその使用量を削減できる。従って、充填材の使用量削減による経済性の向上と、大礫の迅速な排出による作業効率の向上とを両立することができる。
【０００８】
特に溝部は、補強部に対し、既設地中構造物の壁面から離隔する方向に突出しているため、補強用構造体の周囲地盤との接触面は凹凸形状をなす。従って、地盤との間の摩擦力を高めることができ、耐震性の向上を図ることができる。
【０００９】
補強用構造体の地盤への挿入中、補強用構造体と既設地中構造物の壁面との間の領域のスライムをエアリフトで排出すれば、圧力差により幅広領域内で大礫を浮上させて地上まで自然に排出することが可能となる。
【００１０】
また、補強用構造体の下端部に、幅狭領域の幅よりも大きい幅を備え、幅狭領域および幅広領域のそれぞれに開口する連通領域をさらに設けることにより、刃口部の溝部直下以外の領域（例えば幅狭領域）で大礫が出現した場合でも、この大礫を連通領域を介して幅広領域まで運び、幅広領域を介して地上に排出することが可能となる。特に上述のようにエアリフトで排土するようにすれば、大礫を人為的に幅広領域まで運ばなくても圧力差により自然に幅広領域に移送し、地上に排出することが可能となり、作業能率のさらなる向上が図られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、既設の地中構造物としてケーソン函体１を例に挙げ、その補強方法の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１２】
先ず、図１および図２に示すように、円筒状の既設ケーソン１の外周地上に円筒状の補強用構造体２を配置する。この補強用構造体２は、既設ケーソン１の外周面との間に適宜の隙間をあけて配置されており、補強部２ａ、溝部２ｂ、および蓋部２ｃで構成される。各補強部２ａ、溝部２ｂ、および蓋部２ｃは、鋼板、鋼ブロック、コンクリート（鉄筋・鉄骨コンクリートも含む）、あるいはカーボン系素材等の一定以上の強度を有する材料、あるいはこれらを組み合わせた素材で一体に形成することができる。
【００１３】
補強部２ａは、ケーソン１外周の壁面１ａに沿う形状（図示例では断面円弧状）に形成される。溝部２ｂは、隣接する補強部２ａ間に配置され、高さ方向に延びる溝状をなす。この溝部２ｂは、その開口部を内径側となる地中壁面１ａとの対向側に向けて配置され、その外面は補強部２ａの外面よりも外径側に突出している。図示例では、四つの溝部２ｂを円周方向等間隔に配置した場合を例示しているが、溝部２ｂの数は、施工状況に応じて1以上の範囲で任意に選択することができる。以上の構成から、補強部２ａの内面と既設ケーソンの外周壁面１ａとの間に幅Wの幅狭領域Ｐが形成され、溝部２ｂの内面とケーソン壁面１ａとの間に上記幅Ｗよりも大きい幅Ｄを有する幅広領域Ｑが形成される。幅狭領域Ｐおよび幅広領域Ｑは、互いに連通状態にあり、これにより補強用構造体２とケーソン壁面１ａとの間に環状の隙間が形成される。
【００１４】
図２に示すように、補強部２ａの下端は、溝部２ｂの下端よりも高い位置にある。補強部２ａの下端には、図３に示すように、垂直部２ｃ１および水平部２ｃ２からなる断面逆Ｌ字型の蓋部２ｃが形成される。垂直部２ｃ１の下端は溝部２ｂの下端と同一高さにあり、垂直部２ｃ１の外面は溝部２ｂの外面と同径に形成されている。水平部２ｃ２は、垂直部２ｃ１の上端と補強部２ａの下端の間に架設され、補強部２ａの外周側で、隣接する溝部２ｂ間の領域を上下に区画している。以上の構成から、蓋部２ｃよりも下方に、各幅狭領域Ｐおよび幅広領域Ｑに開口する連通領域Ｒが形成される。
【００１５】
この補強用構造体２は、適当な手段により既設ケーソン１の周囲地盤に沈設される（図４参照）。沈設方法としては、例えば圧入工法を採用することができる。この圧入工法は、補強用構造体２の上端に加圧桁およびジャッキ（何れも図示省略）を配置し、地盤でアンカーを取りながらジャッキを間欠的に駆動することにより、加圧桁を介して補強用構造体２を段階的に押し下げ、徐々に地盤に圧入する工法である。
【００１６】
この圧入に際しては、ジャッキの加圧力を補強用構造体２に直接作用させる他、支圧柱に作用させて行うこともできる。すなわち、補強用構造体２の下部構造となる刃口部（例えば蓋部２ｃ）を鉄筋コンクリート造り等の剛体構造とし、この下部構造上の複数箇所にＨ型鋼等からなる支圧柱を立設し、この支圧柱に別途製作した補強用構造体２の他の部分（本体部分）を取り付ける。そして、ジャッキの加圧力を支圧柱に作用させ、補強用構造体２全体を地盤に圧入するのである。この場合、補強用構造体２の本体部分には、ジャッキの加圧力が作用せず、当該加圧力に耐え得る強度も必要とされないため、低コストの薄肉鋼板等で本体部分を製作することも可能となる。
【００１７】
上記圧入工程においては、図２および図４に示すように、ケーソン壁面１ａと補強用構造体２との間の隙間に複数の送水管４を配置し、送水管４先端のノズルから高圧ジェット水を噴出して補強用構造体２の内周地盤を掘削することにより、硬質地盤であっても補強用構造体２の圧入が可能となる。この送水管４は、幅狭領域Ｐおよび幅広領域Ｑの何れにも配置することができるが、幅広領域Ｑは後述のように大礫５の通過経路となるので、大礫５との接触・衝突を防止するため、送水管４は幅狭領域Ｐ内に配置するのが好ましい。
【００１８】
このように地盤を掘削する場合、何らかの方法でスライム処理を行う必要がある。スライム処理手段としては、ケーソン壁面１ａと補強用構造体２の間の隙間下部に圧縮エアを供給して気泡を発生させ、そのエアリフト作用で空間内のスライムを地上に排出するエアリフト方式の他、サクションポンプ方式やサンドポンプ方式等も利用することができる。
【００１９】
上述のように補強用構造体２は、補強部２ａとケーソン壁面１ａとの間の幅狭領域Ｐよりも幅の大きい幅広領域Ｑを間欠的に配置した構造を有する。従って、図４に示すように、刃口部の掘削地盤に幅狭領域Ｐを通過できない大きさの大礫５が現れた場合もこれを幅広領域Ｑを通して排・揚土することができる。それ故、この種の大礫が出現した際の作業の中断を回避し、沈設作業の作業能率の向上を図ることができる。
【００２０】
特にスライム処理手段としてエアリフト方式を採用する場合、掘削地盤のうちで、幅広領域Ｑ以外の領域で大礫５が出現しても、この大礫は圧力差により自然に連通領域Ｒを通って幅広領域Qに運ばれ、地上まで浮上するので、掘削地盤の何れの部位で大礫が出現した場合でもこれをスムーズに地上に排出することが可能となる。従って、大礫５の出現による作業の停滞は生じず、能率的に沈設作業を行うことが可能となる
【００２１】
なお、上述のように幅広領域Ｑおよび連通領域Ｒは、大礫５の通過経路となるので、これらの領域の寸法（幅広領域Ｑの幅Ｄや連通領域Ｒの高さＨ等）は、出現が予想される大礫寸法に応じて設計する必要がある。
【００２２】
以上の作業で補強用構造体２を所定深さまで沈設し、既設ケーソン１の地中部分を補強用構造体２で被覆する。その後、図５に示すように、補強用構造体２とケーソン壁面１ａとの間の隙間に充填材６を供給し、この隙間を充填材６で満たして固化させ、既設ケーソン１と補強用構造体２とを一体化する。充填材６は、流動性を有し、固化後にケーソン１と補強用構造体２とを強固に固定し得るものの中から施工条件に応じて任意に選択して使用することができる。一例として、コンクリートミルク、モルタル、樹脂等が使用可能である。
【００２３】
この場合、充填材６は、幅狭領域P、幅広領域Q、および連通領域Rの各所に満たされるが、幅狭領域Ｐの幅Ｗが狭く、その容積も小さいことから、補強用構造体２の全体でみれば充填材の使用量は少ない。従って、高価な充填材を使用する場合でも施工コストの高騰を抑制することが可能となる。
【００２４】
充填材の使用量をさらに削減するには、図５に示すように、補強用構造体２の沈設完了後に連通領域Ｒを土砂で埋め戻してから充填材６を供給すればよく、これにより連通領域Ｒの容積分だけ充填材の使用量を削減することができる。また、図６に示すように、沈設後、充填材６の供給前に溝部２ｂの内方に、幅狭領域Ｐと幅広領域Ｑを高さ方向に区画する仕切り壁８を配置し、仕切り壁8の内方にのみ充填剤を充填し、仕切り壁8の外方領域Ｑへは充填材を供給しないようにすることによっても、充填材６の使用量を削減することもできる。
【００２５】
以上の説明では、補強用構造体２を一体構造とした場合を例示しているが、補強用構造体を複数箇所で分割したセグメント構造とし、セグメントの積み上げと補強用構造体２の沈設とを交互に行うようにすれば、空頭高さが制限される環境下でも補強用構造体２の沈設が可能となる。
【００２６】
以上の説明は、沈設した円筒型のケーソン函体の補強に本発明を適用したものであるが、既設地中構造物の形状・構造はこれに限られず、その断面形状は任意であり、例えば止水壁等の壁体状の既設構造物を補強する際にも広く適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、補強用構造体の地盤への挿入中に土中から大礫が出現した場合でも、沈設作業の停滞を招くことなく、これを速やかに地上に排出することができ、その一方で、充填材の使用量を抑制することができる。従って、施工能率の向上と施工コストの低減化とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２におけるＩ−Ｉ断面を示す図である。
【図２】補強用構造体の沈設前の施工状況を説明する断面図で、図1中のＩＩ−ＩＩ断面を示す図である。
【図３】図1中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図である。
【図４】補強用構造体の沈設中の施工状況を説明する断面図で、図1中のＩＩ−ＩＩ断面で見た図である。
【図５】補強作業の完了した状態を示す断面図で、図1中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面で見た図である。
【図６】本発明にかかる補強方法の他の実施形態を示す図で、図2中のＩ−Ｉ断面の拡大図である。
【符号の説明】
１ 既設地中構造物（ケーソン函体）
１ａ 壁面
２ 補強用構造体
２ａ 補強部
２ｂ 溝部
２ｃ 蓋部
４ 送水管
５ 大礫
６ 充填材
８ 仕切り壁
Ｐ 幅狭領域
Ｑ 幅広領域
Ｒ 連通領域

Claims (5)

1. 既設地中構造物の壁面から離隔し、当該壁面との間に、壁面に沿って延びた幅狭領域を形成する複数の補強部と、高さ方向に延びる溝状をなし、隣接する補強部間に設けられ、前記壁面との間に、前記幅狭領域よりも大きい幅の幅広領域を形成する溝部とを備える補強用構造体を製作し、この補強用構造体を地盤に挿入した後、補強用構造体と前記壁面との間の領域に充填材を供給することを特徴とする既設地中構造物の補強方法。
2. 補強用構造体の地盤への挿入中、補強用構造体と前記壁面との間の領域のスライムをエアリフトで排出することを特徴とする請求項１記載の既設地中構造物の補強方法。
3. 既設地中構造物の壁面と離隔させて地盤に挿入される補強用構造体であって、
   既設地中構造物の壁面から離隔し、当該壁面との間に幅狭領域を形成する複数の補強部と、高さ方向に延びる溝状をなし、隣接する補強部間に設けられ、前記壁面との間に、前記幅狭領域よりも大きい幅の幅広領域を形成する溝部とを備えることを特徴とする補強用構造体。
4. 補強用構造体が、その下端部に、前記幅狭領域の幅よりも大きい幅を備え、前記幅狭領域および幅広領域のそれぞれに開口する連通領域をさらに備える請求項１または２記載の既設地中構造物の補強方法。
5. 下端部に、前記幅狭領域の幅よりも大きい幅を備え、前記幅狭領域および幅広領域のそれぞれに開口する連通領域をさらに備える請求項３記載の補強用構造体。

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