JP3867839B2 - カルバートのせん断補強方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水道、共同溝等に使用される地中構造物であるカルバートのせん断補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市下水道、都市内共同溝、地下横断歩道、鉄道・道路の盛土部分の横断用通路あるいは水路、工場等の地下施設として、盛土や地盤内に地中構造物を構築することが頻繁に行われているが、かかる地中構造物としてカルバートが広く活用されている。
【０００３】
カルバートは、底版、該底版の両側方縁部からそれぞれ立設される一対の外壁及びそれらの頂部を接合する頂版で構成するとともに、場合によっては、一対の外壁の間に中壁を設けることで例えば２ボックスカルバートとして構成してあるのが一般的である。
【０００４】
ここで、既設のカルバートをせん断補強する場合には、中壁においては、カルバートの内部空間を作業スペースとして、例えば、一対の鋼板を中壁を挟みこむようにして該中壁に当接させるとともにＰＣ鋼棒を貫通させて両側から締め付けるというように、比較的容易に補強することが可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、地中構造物である既設のカルバートの外壁をせん断補強する必要がある場合には、作業スペースを確保するために外壁の背面の土を掘削して撤去しなければならず、カルバートの直上や周辺施設に影響が及ぶため、施工上の制約が大きいとともに、工事の規模も大きくなりコストが高いという問題を生じていた。
【０００６】
また、カルバートの外壁を直接補強するのではなく、例えば、外壁の背面の土を地盤改良などで強化して外壁に作用する外力を低減したり、カルバートの両側方にそれぞれ地中連続壁を構築してかかる地中連続壁で外力に抵抗したりする方法も考えられるが、このような方法は、いずれもコストが高く、地震時の挙動についても予測が複雑になり効果の予測が難しいという問題を生じていた。
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、地盤を掘削することなく既設のカルバートの外壁を低コストで補強することが可能なカルバートのせん断補強方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るカルバートのせん断補強方法は請求項１に記載したように、カルバートの外壁に所定の間隔で内側から鉛直方向にスリットを形成し、該スリット内に所定の鋼板を挿入し、前記スリット内にグラウト材を充填して前記鋼板と前記外壁とを一体化させるカルバートのせん断補強方法であって、前記鋼板を、その強軸方向が前記カルバートの軸線方向と平行になるように前記スリット内に挿入するものである。
【０００９】
また、本発明に係るカルバートのせん断補強方法は、前記スリットを形成した後、前記カルバートの軸線方向に沿って所定の繊維補強材を前記外壁の内面に貼着するものである。
【００１０】
地震時においてカルバートに地震時水平力が作用したとき、該カルバートの外壁にはせん断力が生じ、せん断力の大きさによっては、カルバートの外壁に斜めせん断ひび割れが発生する。そして、カルバートが通常のＲＣ構造の場合、かかる外壁の斜めせん断ひび割れが急速に進行し、脆性破壊を呈する場合がある。
【００１１】
一方、最近になって、かかるせん断破壊の際に鉄筋によるダウエル作用、すなわち、コンクリートに斜めせん断ひび割れが生じても、該ひび割れを貫通する鉄筋がシェアキーと同様の役割、言い換えればほぞ作用を発揮してせん断力を負担し、ひいてはせん断破壊を防止できるのではないかという観点からさまざまな研究がなされるようになってきた。
【００１２】
しかしながら、鉄筋によるダウエル作用が期待できるのは、せん断力によって鉄筋に生じる曲率がかなり大きくなってからであり、そのときには、すでにコンクリートの斜めせん断ひび割れが大きく進行しているため、結果的にせん断破壊を防止するには限度がある。
【００１３】
本出願人は、かかる課題に鑑み、斜めせん断ひび割れの進行が初期の段階でダウエル作用を発揮させる方法はないか、さまざまな検討を重ねた結果、上述した発明をなすに至った。
【００１４】
すなわち、本発明に係るカルバートのせん断補強方法においては、まず、既設のカルバートの外壁に所定の間隔で内側から鉛直方向にスリットを形成する。次に、該スリット内に所定の鋼板を挿入する。次に、スリット内にグラウト材を充填して鋼板と外壁とを一体化させる。
【００１５】
このようにすると、鉄筋を用いた一般的なＲＣ構造の場合においては、上述したように、地震時においてコンクリートの斜めせん断ひび割れがある程度進行して鉄筋に大きな曲率を生じない限り、該鉄筋のダウエル作用を期待することができず、結果としてカルバートのせん断破壊を防止することができなかったが、本発明においては、鋼板が有する高い曲げ剛性により、わずかな曲率であっても大きな曲げ応力が発生することとなり、かくして、コンクリートの斜めせん断ひび割れの進行初期の段階から鋼板に大きなダウエル作用を期待することが可能となり、カルバートの外壁に作用するせん断力をコンクリート躯体と鋼板の両方に負担させることができる。
【００１６】
鋼板は、スリット内に埋設できるのであればどのように構成するかは任意であるが、カルバートの内部空間高さに近い長さを有するとともに、十分な曲げ剛性が生じるだけの幅を有するのが望ましい。
【００１７】
スリットは、その内部に鋼板を挿入することができるようにカルバートの外壁に形成されるのならば、どのように構成するかは任意である。
【００１８】
グラウト材は、セメントミルク、モルタル等の公知のものから適宜選択して用いればよいが、かかるグラウト材として、例えば高強度プラスチック、ポリマーなどの高強度グラウト材を用いるようにすれば、スリットを形成したことによる軸方向の耐力低下を補い、又はスリット形成前よりも軸方向耐力を向上させることが可能となる。
【００１９】
ここで、カルバートが重要構造物の場合などには、スリットを形成した後、カルバートの軸線方向に沿って所定の繊維補強材を外壁の内面に貼着してもかまわない。
【００２０】
このようにすると、スリットを形成する際に配力筋を切断することによって生じる強度低下を繊維補強材によって補うことができる。
【００２１】
繊維補強材は、例えば、炭素繊維シート、高強度合成樹脂シートなどで構成することが考えられる。
【００２２】
なお、繊維補強材は、外壁にスリットを形成した後であればいつ内面に貼着するかは任意であり、グラウト材を充填した後に貼着するほか、場合によっては鋼板を挿入した後で貼着することも考えられる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るカルバートのせん断補強方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係るカルバートのせん断補強方法の手順を示したフローチャート、図２は、かかる方法によって、せん断補強したカルバートを示した図で、(a)はカルバートの軸線方向から見た鉛直断面図、(b)は(a)のＡ−Ａ線に沿う水平断面図であり、以下、これらの図を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態に係るカルバートのせん断補強方法においては、まず、既設のカルバート１の外壁２に所定の間隔で内側から鉛直方向にスリット３を形成する（ステップ１０１）。スリット３を形成するにあたっては、例えばコンクリートカッターを適宜使用すればよい。
【００２６】
次に、スリット３内に所定の鋼板４を挿入する（ステップ１０２）。
【００２７】
すなわち、鋼板４は、強軸方向がカルバート１の軸線方向と平行になるようにスリット３内に挿入されることとなる。
【００２８】
鋼板４は、カルバート１の内部空間７の高さに近い長さを有するとともに、十分な曲げ剛性が生じるだけの幅を有するのが望ましい。
【００２９】
次に、スリット３内にグラウト材５を充填して鋼板４と外壁２とを一体化させる（ステップ１０３）。
【００３０】
グラウト材５は、高強度プラスチック、ポリマーなどの高強度グラウト材から、充填後の収縮ができるだけ生じないものを適宜選択して用いる。
【００３１】
次に、カルバート１の軸線方向に沿って所定の繊維補強材６を外壁２の内面に貼着する（ステップ１０４）。
【００３２】
繊維補強材６は、炭素繊維シート、高強度合成樹脂シートなど公知のものから適宜選択して用いることができる。
【００３３】
なお、スリット３は、その内部に鋼板４を挿入するとともにグラウト材５を充填して鋼板４と外壁２とを一体化させることができるよう、鋼板４の厚さやグラウト材５の充填性を考慮して適宜そのスリット幅を設定すればよい。
【００３４】
このようにカルバート１を補強すると、鉄筋を用いた一般的なＲＣ構造の場合においては、地震時においてコンクリートの斜めせん断ひび割れがある程度進行して鉄筋に大きな曲率を生じない限り、該鉄筋のダウエル作用を期待することができず、結果としてカルバートのせん断破壊を防止することができなかったが、本実施形態においては、鋼板４が有する高い曲げ剛性により、わずかな曲率であっても大きな曲げ応力が発生する。
【００３５】
そのため、図３に示すように、地震時水平力によってカルバート１の外壁２にせん断力が作用し、外壁２のコンクリート躯体に斜めせん断ひび割れが生じたとしても、かかる斜めせん断ひび割れの進行初期の段階から鋼板４に大きなダウエル作用を期待することが可能となり、かくして、カルバート１の外壁２に作用するせん断力は、コンクリート躯体と鋼板４の両方が負担することとなる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係るカルバート１のせん断補強方法によれば、斜めせん断ひび割れが進行していない初期の段階から鋼板４によるダウエル作用を発揮させることができるので、カルバート１の外壁２に作用するせん断力をコンクリート躯体と鋼板４の両方に負担させることが可能となり、かくしてカルバート１のせん断破壊を未然に防止することができる。
【００３７】
また、既設のカルバート１を、内側からの施工のみで補強することが可能となり、外壁２の背面の地盤掘削及び埋め戻し作業が不要となるので、コスト削減となるのみならず、騒音等も含めた周辺施設への影響をほとんど生じることなく補強工事を行うことができる。
【００３８】
また、グラウト材５として、高強度プラスチック、ポリマーなどの高強度グラウト材を用いるようにしたので、スリット３を形成したことによる軸方向の耐力低下を補い、又はスリット３形成前よりも軸方向耐力を向上させることが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態に係るカルバート１のせん断補強方法によれば、繊維補強材６を外壁２の内面に貼着するようにしたので、スリット３を形成する際に配力筋を切断することによって生じる強度低下を繊維補強材６によって補うことが可能となる。
【００４０】
本実施形態では、グラウト材５として高強度グラウト材を用いるようにしたが、十分な軸方向耐力が得られる場合には、グラウト材として、セメントミルク、モルタル等の通常のグラウト材を用いてもかまわない。
【００４１】
また、本実施形態では、繊維補強材６を外壁２の内面に貼着するようにしたが、場合によっては、繊維補強材６を省略してもかまわない。
【００４２】
また、本実施形態では、グラウト材５を充填した後、繊維補強材６を貼着するようにしたが、繊維補強材６は外壁２にスリット３を形成した後であればいつ内面に貼着するかは任意であり、場合によっては鋼板４を挿入した後で貼着するようにしてもかまわない。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るカルバートのせん断補強方法によれば、斜めせん断ひび割れが進行していない初期の段階から鋼板によるダウエル作用を発揮させることができるので、カルバートの外壁に作用するせん断力をコンクリート躯体と鋼板の両方に負担させることが可能となり、かくしてカルバートのせん断破壊を未然に防止することができる。
【００４４】
また、既設のカルバートを、内側からの施工のみで補強することが可能となり、外壁の背面の地盤掘削及び埋め戻し作業が不要となるので、コスト削減となるのみならず、騒音等も含めた周辺施設への影響をほとんど生じることなく補強工事を行うことができる。
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るカルバートのせん断補強方法を示したフローチャート。
【図２】本実施形態に係るカルバートのせん断補強方法によってせん断補強したカルバートを示した図で、(a)は鉛直断面図、(b)は(a)のＡ−Ａ線に沿う水平断面図。
【図３】本実施形態に係るカルバートのせん断補強方法の作用を示した断面図。
【符号の説明】
１ カルバート
２ 外壁
３ スリット
４ 鋼板
５ グラウト材
６ 繊維補強材

Claims (2)

1. カルバートの外壁に所定の間隔で内側から鉛直方向にスリットを形成し、該スリット内に所定の鋼板を挿入し、前記スリット内にグラウト材を充填して前記鋼板と前記外壁とを一体化させるカルバートのせん断補強方法であって、前記鋼板を、その強軸方向が前記カルバートの軸線方向と平行になるように前記スリット内に挿入することを特徴とするカルバートのせん断補強方法。
2. 前記スリットを形成した後、前記カルバートの軸線方向に沿って所定の繊維補強材を前記外壁の内面に貼着する請求項１記載のカルバートのせん断補強方法。

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