JP4094043B2 - プレストレスト仮設構造物 - Google Patents

Description

本発明は、地下構造物の建設に際して、原構造物が建設されるうち、掘削された地盤の崩壊を防止するために、工事期間に地中に設置される仮設構造物工法に係り、より詳しくは、Ｈビームのような垂直パイルと腹起こしのような水平パイルに、鋼線を用いてプレストレスを加えることにより、垂直パイルを支持しなければならない支持梁の数を大幅減らすことができる仮設構造物に関するのである。

通常、従来の地下鉄工事や建物の地下層工事を行うために掘削する場合の施工方法は、まず計画された平面に沿って設計深さまで穴を開け、垂直パイルを設置する。垂直パイルの設置が終われば、部分的に掘削を行い、主梁と覆工板を設置する。覆工板の設置が終われば、以後の工事は、掘削作業と掘削による支持梁の設置が繰り返されながら工事が進行される。したがって、このような仮設構造物を設計するために、掘削段階別土圧と支持梁に作用する荷重を繰り返し計算し、最大値に耐えるように支持梁を設置する。このような方式で設計および施工を行うと、支持梁の数が多く必要となり、ほとんどの場合、２〜３ｍ以内で非常に稠密に配置され、このように稠密に配置された支持梁は、作業空間内で建設資材の運搬、重装備の搬入および工事作業を行うのに非常に重大な障害要因となっており、後に本構造物が設置される時は、型枠作業または鉄筋作業に莫大な差し支えをもたらし、本構造物に多数の孔が生ずることを避けることができないため、出来上がった地下構造物の防水に深刻な問題が発生している。

垂直パイルとしては、鋼材Ｈパイルを用いた仮設構造物方法のほかにも、穿孔後にコンクリートを満たして入れるコンクリートパイルを使う工法もあり、鋼材パイルとコンクリートパイルを同時に併用する工法、またはシートパイルを使う工法もあるが、地盤に穴を開けた後、パイルで壁面を形成して地盤荷重を支持するようにする基本原理には大きな違いはない。また、プレフレックス梁を垂直パイルとして用いた方法もあり、シートパイルにＨパイルを付けて剛性を増加させる方法もある。

地下構造物を建設するための仮設工法のうち、前述した支持梁のない方法として、アースアンカーを用いて鋼材パイルを支持する工法がある。この方法は、パイルの後側地盤中に傾斜穴を穿孔し、この傾斜穴に鋼線またはや鋼棒を挿入し、挿入された鋼棒の終端部を、機械的な方法、またはエポキシ、セメント注入などの化学的な方法により定着した後、鋼棒を緊張させて鋼材パイルを固定させる方法である。このような方法で施工された仮設構造物は、内部空間を充分に確保することができるので、工事の難易度が改善されるなどの利点がある工法である。しかし、この工法の最大欠点は、この工法が複雑な市内で適用される場合、ほとんどの場合、隣接私有地を侵犯することになって、隣接住民の不満が発生する余地が多いという点であり、工事費が高いという点も大きい問題点の一つである。

一方、トラスを用いて、仮設構造物の掘削断面の中間を通り過ぎる支持梁を除去する方法が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この方法は、比較的深さの浅い場合に適用することができるものと期待されるものであり、地表面付近に格子形にＨビームを二重に形成し、これらを互いに垂直材と傾斜材で補強することで、上部に設置された前記２層のトラスで土圧を受けるように考案したものである。この方法は、地盤支持用仮設構造物の支持梁のために発生する掘削および構造物の建設の難しさを克服するために考案されたものであり、掘削された地盤の下部に広い構造物が入り、上部には細い構造物が入る場合に便利な工法と判断される。

また、プレストレスを用いた腹起こしの補強方法が開示されている（たとえば、特許文献２、３、４参照）。この方法らは、既設置された腹起こしの上にさらに腹起こしを設けて鋼線を緊張させることにより、支持梁間の間隔を広げる技術であり、その一つは追加腹起こしがある場合の方法であり、他の一つは従来のＨビームのフランジを補強する方法である。この方法は、支持梁の間隔を広げることにいくらかの効果があると期待されるが、鋼線が直線状に配置されているため、土圧によって腹起こしで発生する放物線状のモーメント分布とは違い、一定大きさの曲げモーメントが発生することにより、荷重によるモーメントとその分布が互いに違うため、補強される腹起こしの長さに限界がある。
大韓民国実用新案第２５８９４９号明細書 大韓民国特許第１８８４６５号明細書 大韓民国実用新案第２４７０５３号明細書 特許第８３７９９４号明細書

本発明は、工事進行に莫大な差し支えを与えるとともに工事費の増加原因となる支持梁を無くすかあるいは大幅に減らす方法を提示することにより、地下での工事空間を確保し、工事費を大幅に節減することができる安全で効率的な仮設構造物を提供することにその目的がある。

前記ようなの目的を達成するため、本発明は、中間に位置する多数の三角形支持部、腹起こしの両端に位置する鋼線定着装置、および前記支持部と前記鋼線定着装置との間で鋼線を支持する連結用支持部からなるプレストレスト腹起こしと、トラスまたは多重Ｈビームまたは大断面のＨビームで構成され、前記鋼線定着装置を支持するトラス支持梁とを含み、多角形の閉断面を形成することにより、掘削された土留壁を支持することを特徴とする、仮設構造物を提供する。

前記三角形支持部は、垂直部材および傾斜部材で、または垂直部材のみで、または傾斜部材のみで三角形を形成して腹起こしを支持し、かつ中間パイルと支持部支持梁により支持されて連結される構造を有することができる。

前記鋼線定着装置は、鋼線を固定し、腹起こしに連結されて圧縮力を加えることができ、この時に発生する力を支持するように、傾斜部材または垂直部材に連結されることができる。

本発明によるプレストレスト仮設構造物は、多数の支持部、定着装置および鋼線を用いて、垂直パイルまたは水平梁にプレストレスを加えることにより、従来の仮設構造物工事に多い差し支えをもたらした多数の支持梁および中間パイルを大幅に減らすことにより、掘削および仮設構造物工程の施工性と経済性を大幅に向上させて、本構造物の施工の時、従来の仮設構造物工法で構造物に無数に発生した孔を全て除去することができるので、本構造物の鉄筋配筋作業と型枠作業などの施工性が非常に便利になり、工期を短縮させることができ、完工された構造物の防水性および耐久性を大幅に向上させる効果がある。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明を建築現場のような閉断面に適用した場合の平面図である。

同図に示すように、４辺には本発明によるプレストレスト腹起こし１が配設され、四隅には、これら腹起こしを支持するトラスで製作された支持梁３が設けられ、支持梁の後側には、従来のコーナー支持梁５が設けられる。各辺に位置したプレストレスト腹起こし１は、三つの三角形支持部１２、三角形定着装置１３、およびこれら間の連結のための連結用支持部１０から構成されている。また、前記三角形支持部１２を支持するための中間パイル２３が設けられ、この中間パイル２３に、ボルトまたは熔接で固定される支持部支持梁１６が設けられているので、本仮設構造物を設置する時は、三角形支持部１２を支え、仮設構造物の組立て作業が終わってから実施されるプレストレス作業時に発生し得る垂直方向の座屈を防止するために、Ｕボルトを用いて三角形支持部１２と支持部支持梁１６を連結する。

隅部に位置した前記トラス支持梁３は、二つの三角形定着装置１３の間に配設されて定着装置間の圧縮力を伝達する機能をする。本実施形態においてはトラス構造を使ったが、高い圧縮力に耐えられる構造物であれば交換が可能であるので、大断面のＨ形鋼一つを使うか、いろいろなＨ形鋼を使う方法などがみんな可能である。また、このトラス支持梁３の後側のコーナーに位置したコーナー支持梁５は、従来の工法と同様であるが、本発明を説明するために図に加えものである。ここで、未説明符号６０は鋼線である。

図２は掘削平面の大きさが小さな場合に使用可能な方法を示すもので、図１で使用された従来のコーナー支持梁とトラス支持梁３をコーナー定着装置１４で取り替えたものである。図２には、プレストレスト腹起こし１とコーナー定着装置との間隔が小さな場合に使用するＴ字形連結用支持部１１が示されており、その他の仮設構造物の構造または施工方法は図１の場合と同一である。

図３は図１および図２の断面図であり、本発明による水平プレストレスト仮設構造物２と本構造物７を共に示す。従来の工法と異なり、本構造物の施工を妨害する何の仮設物も中央部にはないことが分かり、地下に掘削された深さによって腹起こし２が４段に配置された場合を示すものである。最外壁には、従来の仮設構造物と同様に、主パイル２２が配設されており、これを支持する腹起こし２５、支持部支持梁１６、および中間パイル２３が設けられている。

図４は地下鉄用仮設構造物の断面図であって、本構造物８、垂直プレストレスト仮設構造物６および水平プレストレスト仮設構造物２を示している。この断面図の上部に示される水平プレストレスト仮設構造物２は、図２で説明した建築物に適用される仮設構造物と構造および施工方法が同一であるので、追加の説明は省略する。しかし、この断面図の下部に示された垂直プレストレスト仮設構造物６は、本構造物のボトムスラブ９が硬化した後、これを支持部として一側が支持され、他側は従来の支持梁のような通常的な支持梁２６により支持される構造となっている。

この垂直プレストレスト仮設構造物は地下鉄のように構造物が長い場合の工事を円滑に行うためのものであり、垂直のＨビーム１９を既設置されている腹起こし２５の後側に挿入し、この腹起こし２５の反対側に短い支持部１８を付着して鋼線６０の張力を支持するようにした。この鋼線は、Ｈビーム１９の両端に配設されるとともに予め垂直のＨビームと結合された別途の鋼線定着装置２０に固定される。したがって、この垂直プレストレスト仮設構造物においては、下端の定着装置は既に打ち込まれて硬化した本構造物のコンクリートスラブ９に支持され、上端の定着装置は通常の支持梁２６に支持される構造となっている。未説明符号２４は土留板である。

図５は図４の平面図で、地下鉄または管路工事のように掘削平面が長い場合を示す図である。両辺に沿ってプレストレスト腹起こし１が配設され、プレストレスト腹起こしの鋼線が固定される位置ごとにトラス支持梁３が配設されている。プレストレスト腹起こしの構成は図１で説明した閉断面の腹起こしと同一であるので、その説明は省略する。

また、図４で説明した垂直プレストレスト仮設構造物用Ｈビーム１９が、従来の主パイル２２間の拡大図に示されている。この垂直プレストレスト仮設構造物が設置される区間では、土留板２４が従来の垂直パイルの後側フランジに設置されなければ垂直プレストレスト仮設構造物用Ｈビームを設置することができない。また、垂直パイルが主パイル２２でないシートパイル２１の場合は、シートパイル２１と腹起こし２５との間の空間に垂直Ｈビーム１９を挿入する。

図６ａ、図６ｂ、図６ｃ、および図６ｄには、本プレストレスト仮設構造物工法に使われる三角形支持部の様々な形状および大きさが示されている。これら三角形支持部は、鋼線と合う支持点３１の数を減らし、長い腹起こし３０を支持するために提示された形態の支持部が設けられたもので、垂直部材３２と傾斜部材３３から構成されている。鋼線と合う支持点３１に圧縮力が作用すれば、この力が垂直部材３２と傾斜部材３３を介して長い腹起こし３０を支持する機能をするものである。

図６ａにおいては、二つの傾斜部材が二等辺三角形を成して短い腹起こし３０を支持するように、互いに熔接されるか、またはボルト（図示せず）などで連結されている。図６ｂはほかの実施形態を示すもので、垂直部材３２の両側に二つの傾斜部材３３が互いに４５°の角度に連結され、これら三つの部材は全て熔接またはボルトなどにより腹起こし３０と連結されている。図６ｃは腹起こし３０が長い場合の実施形態を示すもので、垂直部材３２の両側にそれぞれ二つの傾斜部材３３が結合されている。図６ｄは、多数の垂直部材と傾斜部材を用いて長い腹起こし３０を支持する構造物を示すものである。本発明が提示する三角形支持部は本発明の概念を説明するために提示したものであり、垂直部材と水平部材の結合方法が提示された幾つかの場合にだけ限定されるものではない。したがって、前記三角形支持部は、垂直部材および傾斜部材で、または傾斜部材のみで三角形を形成して腹起こしを支持するように製作可能である。

図７ａおよび図７ｂには図２のコーナー定着装置１４を詳細に示すもので、コーナー部の腹起こし３５を補強材３６で連結して鋼線６０を定着するようにしたものを示す。すなわち、プレストレスト仮設構造物を設置するための鋼線６０が定着装置の補強材３６を通過すれば、油圧ジャッキ７０で鋼線を緊張させ、緊張された鋼線は、鋼線を定着する定着装置７１によって固定される。鋼線によって引っ張られる力は、プレローディングジャッキまたはスクリュージャッキのような長さ調節装置７２により、隣接した腹起こし（図示せず）に圧縮力を伝達する。図７ｂは補強板の必要なしに補強材３８のみで鋼線を定着するように考案されたほかの実施形態を示すもので、本明細書に開示した形態以外にも多様な変形が可能であるが、これらを全て図示することは不可能であるので、基本的な目的と機能が同一であれば同じ範疇内の考案と認めなければならない。未説明符号３９は定着装置の入口部である。

図８ａ、図８ｂ、図８ｃ、および図８ｄは、本発明の水平プレストレスト腹起こしの多様な定着装置の形態を示すものである。図８ａに示すものは緊張力が小さな場合に使用する小型の定着装置で、腹起こし４１を支持する鋼線６０を傾斜支持部４３または垂直支持部４４により支持するための装置である。この垂直支持部４３または傾斜支持部４４は、定着装置に孔が形成されているので、図示のように、支持部を挿入することもでき、図示されていないが、支持部が突出することもできる。この定着装置の入口部３９には、鋼線の傾斜が変わる場合を考慮して、少し曲線状に曲がるように形成することができ、鋼線は定着装置の反対側の鋼線定着装置７３によって固定される。また、鋼線を緊張させた後、コーナー部のコーナー支持梁５に圧縮力を加えるためのプレローディングジャッキまたはスクリュージャッキのような長さ調節装置７２が設置されている。

図８ｂは、腹起こし４１の長さが長くなる場合、腹起こしに作用する圧縮力が大きく増加するため、一つの付加腹起こし４２をさらに設けた二重腹起こしを構成して腹起こし補強した場合に使われる鋼線定着装置を示すものである。前記腹起こし４２を支持する鋼線６０が定着装置に導入される部分に曲線状の入口部３９があることと、定着装置の反対側に鋼線定着装置７３があることは、図８ａのもとと同様である。ただ、この定着装置を支持するための傾斜支持部４３を二重にすることで、増加した圧縮力および土圧に耐えられるように設計した点が違う。また、二重腹起こしの場合、圧縮力が加われば、腹起こしに作用する圧縮力が変わることができるため、高荷重用スクリュージャッキ７２を用いて、二つの腹起こし間の圧縮力を互いに同一に調節することができるようにした。

図８ｃは、図１に示した三角形定着装置１３を示すもので、腹起こし４１を支持するための鋼線６０を鋼線定着装置７３で固定し、これを支持するトラス支持梁３に荷重を伝達する機能をする。三角形定着装置は、この装置に作用する荷重に耐えられるようにするために、Ｈ形鋼のような傾斜部材４７を二等辺三角形状に配置し、これらの部材が合う頂点は適切な補強板４６で補強されており、二重腹起こしの圧縮力を調整するためのスクリュージャッキ７４と、コーナーのコーナー支持梁５に圧縮力を加えるためのプレローディングジャッキ７２が設置されている。また、この定着装置全体を支持するトラス支持梁との連結のためにスクリュージャッキ７４が設けられており、これらの間に大きな圧縮力を加えるための油圧ジャッキ７０が設けられる。すなわち、油圧ジャッキ７０による鋼線が緊張されれば、トラス支持梁３に圧縮力を加えるための油圧ジャッキ７５が使われる。

図８ｄは図４に示す仮設構造物に使われる定着装置を示す。同図に示すように、腹起こし４１を支持するための鋼線６０が油圧ジャッキ７０によって緊張されれば、鋼線定着装置７３により固定される。鋼線が導入される部分は傾斜部材４７を貫通するようになっており、トラス支持梁３と連結される部分はスクリュージャッキ７４と油圧ジャッキ７０により連結されることもでき、これらなしに直接連結されることもできる。また、定着装置の両側を連結させる水平部材４８と垂直部材との間には適切な補強板４６を設けて、大きな圧縮力に耐えられるようにした。この部材はプレストレス力のみ受けて圧縮力が小さいので、単一腹起こしの場合のみ示したが、必要の場合には、二重腹起こしを使うことも可能である。

図９は図４に示した垂直プレストレスト仮設構造物６用定着装置２０の詳細図である。図４で説明したように、従来の構造物のスラブと中間の支持梁を支持部として、既設置された腹起こしの後側にＨビームを挿入し、腹起こしの前方には短い支持部を付着し、両端に組み立てされた定着装置に固定された鋼線を用いて支持部を支持することにより、管路型掘削面を支持する垂直プレストレスト仮設構造物工法である。これをより詳しく説明すれば、水平方向の支持梁２６に連結されたスクリュージャッキまたはプレローディングジャッキ７２が定着装置２０に連結され、この定着装置２０が仮設構造物の下端に位置すると、支持梁２６の代りに、従来の構造物のスラブ（図示せず）に直ちに接続されることもできる。また、垂直方向のＨビームは定着装置の垂直孔５０部分に挿入して連結している。このような接続部または連結部は熔接またはボルト結合により連結を確固にすることもできるが、後に部材を解体するためには、ボルトを使うことが望ましい。垂直Ｈビームを支持するための鋼線６０が定着装置に入ると、定着装置の反対側に鋼線定着装置７３により鋼線が固定される。したがって、本定着装置は、腹起こしまたは垂直ビームに対する分解および組立てを可能にするために別に製作された垂直プレストレスト仮設構造物用定着装置である。

図１は、本発明による仮設構造物が閉断面に適用された状態を示す平面図である。 図２は、本発明による仮設構造物が他の閉断面に適用された状態を示す平面図である。 図３は、本発明による仮設構造物が閉断面に適用された状態を示す断面図である。 図４は、本発明による仮設構造物が一方向断面に適用された状態を示す平面図である。 図５は、本発明による仮設構造物が一方向断面に適用された状態を示す断面図である。 図６ａ〜図６ｄは、本発明による仮設構造物に使われる鋼線支持部の詳細図である。 図７ａ及び図７ｂは、本発明による仮設構造物に使われるコーナー部の鋼線定着装置の詳細図である。 図８ａ〜図８ｄは、本発明による仮設構造物に使われる水平方向鋼線定着装置の詳細図である。 図９は、本発明による仮設構造物に使われる垂直方向鋼線定着装置の詳細図である。

Claims (9)

1. 中間に位置する多数の三角形支持部、腹起こしの両端に位置する鋼線定着装置、および前記三角形支持部と前記鋼線定着装置との間で鋼線を支持する連結用支持部からなるプレストレスト腹起こしと、トラスまたは多重Ｈビームまたは大断面のＨビームで構成され、前記鋼線定着装置を支持するトラス支持梁とを含み、前記プレストレスト腹起こしと前記トラス支持梁とが多角形の閉断面を形成することにより、掘削された土留壁を支持する仮設構造物であって、前記トラス支持梁は前記腹起こしの長手方向に対して傾斜した第１傾斜部材または前記腹起こしの長手方向に対して垂直な第１垂直部材を含み、前記鋼線定着装置は、鋼線を固定し、腹起こしに連結されて圧縮力を加えることができ、この時に発生する力を支持するように、前記第１傾斜部材または前記第１垂直部材に連結されることを特徴とする、仮設構造物。
2. 前記三角形支持部は、前記腹起こしの長手方向に対して垂直な第２垂直部材および前記腹起こしの長手方向に対して傾斜した第２傾斜部材を含み前記第２垂直部材および前記第２傾斜部材で、または前記腹起こしの長手方向に対して傾斜した第２傾斜部材を含み前記第２傾斜部材のみで三角形を形成して腹起こしを支持することを特徴とする、請求項１に記載の仮設構造物。
3. 前記鋼線定着装置は構造材を用いて二等辺三角形を形成し、前記二等辺三角形の角部は補強材で補強されるとともに一角部には鋼線が固定され、この角部と対向する部材は前記トラス支持梁と直接または油圧ジャッキあるいはスクリュージャッキにより連結され、前記鋼線定着装置は長さ調節機能を有することを特徴とする、請求項１に記載の仮設構造物。
4. 前記鋼線定着装置は構造材を用いて台形を形成し、前記台形の角部は補強材により補強されるとともに両側角部には鋼線が固定され、前記台形の上辺は前記トラス支持梁と直接または油圧ジャッキあるいはスクリュージャッキにより連結されることを特徴とする、請求項１に記載の仮設構造物。
5. 前記鋼線定着装置は、一側から入った鋼線が反対側に固定され、単一腹起こしまたは二重腹起こしを支持することができ、長さ調節機能を有するスクリュージャッキまたはプレローディングジャッキを含むことを特徴とする、請求項１に記載の仮設構造物。
6. 中間に位置する多数の三角形支持部、腹起こしの両端に位置する鋼線定着装置、および前記三角形支持部と前記鋼線定着装置との間で鋼線を支持する連結用支持部からなる複数のプレストレスト腹起こしのみで構成され、前記鋼線定着装置が多角形のコーナー部に配置され、前記複数のプレストレスト腹起こしが多角形の閉断面を形成することを特徴とする、仮設構造物。
7. 前記鋼線定着装置は、腹起こしに連結され、鋼線が両側に固定できるように製作されたコーナー定着装置であることを特徴とする、請求項６に記載の仮設構造物。
8. 構造物のスラブと中間の支持梁を支持部とする垂直プレストレスト仮設構造物であって、既設置された腹起こしの後側にＨビームが挿入され、前記腹起こしの前記Ｈビームとは反対側に短い支持部が付着され、前記Ｈビームの両端に組み立てられた鋼線定着装置に固定された鋼線が前記短い支持部で支持されることにより管路型掘削面を支持することを特徴とする、垂直プレストレスト仮設構造物。
9. 前記鋼線定着装置は、前記腹起こしまたは前記ビームに対して分解および組立てができるように別に製作された垂直プレストレスト仮設構造物用鋼線定着装置であることを特徴とする、請求項８に記載の仮設構造物。

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