JP4664065B2

JP4664065B2 - ケーソン及びその施工方法

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Publication number: JP4664065B2
Application number: JP2004378826A
Authority: JP
Inventors: 司高橋; 順一横山; 将博中井; 隆金子; 辰保別所
Original assignee: 株式会社ピーエス三菱
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP2006183343A

Description

本発明は、ケーソン及びその施工方法に関し、さらに詳しくは外形寸法が大きく、１セグメントで道路上を搬送できない大寸法のプレキャストコンクリートケーソンの構造及びその施工方法に関する。

断面の外寸法が差し渡し４ｍ以上の大口径のケーソンは、従来、運搬上の制限により現場打ちコンクリートによって施工されていた。現場打ちコンクリートに代え、プレキャストコンクリート部材を用いて施工すれば、ケーソンの品質を高めることができると共に、施工工期を短縮することができるというメリットがある。しかしこの場合、プレキャスト部材を搬送可能な大きさに分割して搬送しなければならない。

その分割されたセグメントピースの目地の構造に要求される事項としては、一体構造のケーソンと同様な強度を有すること、接合に要する時間が全体施工工程に影響を及ぼさないこと及び十分耐久性を有すること等である。

円筒体を軸方向に３つに分割した樋形状のシェルを円形に結合して順次地盤内に圧入して立坑を構築する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

この技術は、分割した樋状のシェルをボルトで結合するので、強度や耐久性の面で十分とはいえない。

また、コンクリート部材の打継目にループ鉄筋を配設してコンクリート部材を結合する技術がある（例えば、特許文献２参照。）。

この技術は、コンクリート部材の打継目にループ筋を配設し、ひび割れ発生後のひび割れ成長抑制を図るものである
プレキャストコンクリート床版の突き合わせ面にループ鉄筋を突設し、これを貫く横鉄筋を設け、ループ鉄筋と横鉄筋とを結合し、これらを収納した溝内にコンクリートを打設して床版を結合する技術がある（例えば、特許文献３参照。）。

この技術では、コンクリート打設溝を形成するために一方の床版の底辺側を延長して他方の床版の端面に接触させる構造を取っている。
特開２００３−１４８０８１号公報（第２−３頁、図１）特開２００２−８８９２８号公報（第２−３頁、図１）特開２０００−３２８７０４号公報（第２−３頁、図１）

本発明は、道路上を搬送することができない大型のケーソンの構造に関するもので、分割したセグメントピースの接合技術を改善し、プレキャストケーソンセグメントを工場で製作し、品質の優れたケーソンを短工期に施工する技術を開発し、これを提供することを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とするケーソンである。すなわち、本発明は、１セグメントで道路上を搬送できない大寸法のプレキャストケーソンセグメントをケーソン軸方向に沿う目地によって複数個に分割してセグメントピースとし、該セグメントピースの対向する目地部に該セグメントピースを相互に連結する連結機構を設けたケーソンにおいて、前記連結機構は、前記セグメントピースから目地部に突出したＵ字形鉄筋とすると共に、該セグメントピースの目地部に相互に噛み合う円周方向の段差又は凹凸を設けたことを特徴とするケーソンである。ここでケーソン軸方向に沿う目地は、ケーソン軸に平行なもののみでなく、傾きをもったものでもよい。

上記ケーソンにおいて、前記セグメントピースの目地部に相互に噛み合う円周方向の段差又は凹凸が設けられているため、この段差又は凹凸が鉛直目地のずれせん断力に抵抗するので安全となり、好適である。

また、前記段差が鋭角のＺ字状の噛合形状からなる段差であると、分割されたセグメントピースの目地端面を互いに圧着する作用力が生ずるので、目地の圧着とずれせん断力に対する抵抗と両者の作用を生ずるので好ましい。

さらに、前記目地内又は目地部側壁内にケーソン軸方向に前記段差の接合部分を貫通してＰＣ鋼材を挿通するシースを設け、該シースにＰＣ鋼材を挿通し該ＰＣ鋼材に緊張力を付与することによって、目地部の結合を強化し、一体化したケーソンを得ることができる。

また、前記セグメントピース内に円周方向ＰＣ鋼より線を配設し、その両端部をケーソン軸方向に沿う目地部に露出させ、圧着グリップを装着したケーソンとしてもよい。

次に、本発明のケーソンを用い、連結機構としてセグメントピース内に配設した円周方向ＰＣ鋼より線の両端を目地部に露出させておき、目地部の隣接セグメントピース端面相互間隔が設定値となるようにＰＣ鋼より線端部同士を接続し、次いで該隣接セグメントピース端面相互間隔が所望寸法になるように、セグメントピース内面相互間に適宜配置したジャッキを用いて該セグメントピースの内径側を押圧して該隣接セグメントピース端面相互間隔を開くことによりセグメントを拡径し、目地部にコンクリートを打設し、コンクリート硬化後拡径力を開放し、目地コンクリートにプレストレスを導入することを特徴とするケーソンの施工方法を提供する。

この場合、円周方向ＰＣ鋼より線の両端近傍はアンボンド構造としておくとよい。

上記方法では、セグメントピース内の上下端に近傍配置された円周方向ＰＣ鋼より線によって目地部コンクリートにプレストレスを導入するため、目地部コンクリートの自己収縮によるひび割れを抑制することができ、ケーソンの一体性が向上し、耐久性が向上する。

なお、本発明において、Ｕ字鉄筋を円周方向ＰＣ鋼より線に置換することとしてもよく、この場合、目地部コンクリート打設空間を十分大きく確保することができると言うメリットがある。

本発明によれば、ケーソンに正負交番荷重が載荷された時に生じる鉛直目地のずれせん断力に対して、多段接合キーおよび緊張力によって抵抗することによって、一体部材と同様な挙動を示すケーソンとなる。

本発明方法によれば、ケーソンの目地部コンクリートにプレストレスを導入するため、目地部コンクリートの自己収縮によるひび割れを抑制することができ、ケーソンの一体性が向上し、耐久性が向上する。

道路を搬送することができる限界寸法は、幅２．５ｍ以下、長さ２５ｍ以下、高さ３．８ｍ以下に制限されている。従って、外形の差し渡し寸法が４ｍ以上となるような大型のケーソンは、工場等で製作して道路上を搬送することができない。

本発明のケーソンは、このような１セグメントで道路上を搬送できない大寸法のプレキャストコンクリートケーソンセグメントをケーソン周方向に複数分割し、分割された目地部を強固に結合して、一体のケーソンと同等の強度を有するケーソンを形成するようにしたものである。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は実施例のケーソンのセグメント１０の平面図、図２、図３、図４、図５はそれぞれ異なる目地形状を有する図１の側面図である。

本発明のケーソンのセグメント１０は、ケーソン軸方向に沿う目地１６によって複数個に分割されている。図１では円筒半割の２個のセグメントピース１１、１２を目地１６で突き合わせるようにしている。その鉛直継目構造として、橋梁上部工のプレキャストコンクリート床版の接合に用いられているループ継手を採用し、その部分は早強性の場所打ちコンクリートを打設する。

図１では、分割されたセグメントピース１１、１２の対向する目地部には、一方のセグメントピース１１又は１２に凹部１５を設けている。そしてセグメントピース１１、１２を目地１６で突き合わせたとき、この凹部１５内に、Ｕ字形鉄筋１４が位置するようにする。このＵ字形鉄筋１４は、分割されたセグメントピース１１、１２の内部鉄筋１３を突出させて形成したものである。このＵ字形鉄筋１４が図１に示す平面視で互いにループを形成するように上下に位置をずらして交互に配設してある。図４はこの鉄筋１３、１４が露出して見えている様子を示している。凹部１５内にコンクリート２２を注入してＵ字形鉄筋１４が形成するループを埋設し、セグメントピース１１、１２を一体に連結する。

Ｕ字形鉄筋１４はセグメントピース１１、１２を力学的に連結するものである。この継手による連結は簡易的であり経済的である。

しかし、このようなＵ字形鉄筋１４による継手構造は、床版コンクリートについては曲げモーメントの伝達に関して、従来、静荷重、動荷重、疲労等について、数多くの実験が実施され研究されている。しかし、本発明の構造のようなずれせん断を生ずる鉛直目地に用いることについて、従来、検討されていない。

そこで、本発明では、上部工で採用されている多段接合キー構造を鉛直目地断面に設置し、その効果を期待するようにした。図３〜図５は目地１６が段状をなし、この段によって上記ずれせん断力に抵抗させるようにしたものを示している。

なお、鉛直目地部のひび割れ耐久性およびせん断応力度が許容平均せん断強度を満足しない場合は、その鉛直目地断面に対して、図３〜図５に例示したようにＰＣ鋼材２１を用いて緊張力を導入する。このため、ＰＣ鋼材挿通用のシースをセグメントピース１１、１２にあらかじめ埋設して置く。

図３に示す例では目地１６に設けた段状部１６ａが鈍角をなしており、噛合わせが容易で、この段状部１６ａがセグメントピース１１、１２間に作用するずれせん断力に対して抵抗する。ＰＣ鋼材２１によって圧着力を導入すると段状部１６ａが強固に密着する。

図４は目地１６が円周方向に凹凸嵌合するような形状になっている。なお図４ではＵ字形鉄筋１４が上下にずれて重なり合いが生じループを形成する状況、及びＵ字形鉄筋１４がセグメントピース１１、１２内の周方向鉄筋１３の端部が突出しているものであることを示している。

図５は目地１６に設けた段状部１６ｂが鋭角のＺ字状をなすようにすると、ＰＣ鋼材２１で目地部をセグメント軸方向に緊張したとき、セグメントピース１１、１２の目地の当接面を押圧する力（分力）１６ｃが生じることを示している。目地１６の面が強固に圧着されると共に目地部のずれせん断力に対して、抵抗する強固な構造となっている。

図６は別の実施例のセグメント１０を示すもので、セグメントピース１１、１２の接続目地部の双方に凹部１５，１５ａを設けて突合わせる例を示している。図７はその側面図を示すもので、目地１６はケーソン軸方向に直線状である。

図８は別の様式のセグメント１０の結合を示す平面図、図９はその側面図である。図８に示すように、鉄筋１３の目地部で突出したＵ字形部分を交差させ、図９に示すように、セグメントピース１１、１２の上下端の近傍に円周方向ＰＣ鋼より線２３をそれぞれ配設して分割されたセグメントピース１１、１２を結合する。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、図８、図９に示すセグメントピース１１、１２の目地部の拡大図を示すもので、このセグメント１０の施工工程を示すものである。図１０（ａ）、図１０（ｂ）では鉄筋１３を省略してある。

セグメントピース１１、１２内に配設されている円周方向ＰＣ鋼より線２３は、目地１６内に端部を露出しており、カプラ２４に接続するようになっている。ＰＣ鋼より線２３は目地１６から一定長さ２６の部分はアンボンド構造となっている。

図１０（ａ）に示すように、目地１６の間隔が予め設定してある設定寸法２５に一致するようにカプラ２４のねじ込み量を調整する。

次に、図示省略したジャッキでセグメントピース１１、１２の内径側を押圧して拡径させる。この時、図１０（ｂ）に示すように、ＰＣ鋼より線２３の目地１６内の部分は直線となり、さらにジャッキを作動させると目地寸法２７が所望のセット寸法となる。ここでジャッキをロックし、目地１６にコンクリートを打設する。コンクリート硬化後、ジャッキを解放すると、目地コンクリートにプレストレスが導入される。

以上の工程中の設定寸法２５、所望のセット寸法（目地寸法２７）等は、条件に応じて、予め適正に定めておくとよい。

図１１は角形の実施例のケーソンのセグメント１０を示した。図１２は図１１のＡ−Ａ矢視図を示したものである。セグメントピース１１、１２は辺の中央で２分割したＵ字形をなしており、これを連結して四角形の箱形にする。鉄筋１３、Ｕ字形鉄筋１４は円筒形の場合と同様である。縦目地のせん断力に抵抗するために、目地面にモルタル２２と噛み合う凹凸噛み合わせ１７を形成し、モルタル２２と係合させている。

図１１、図１２に示す実施例では、縦筋はすべてＰＣ鋼材を用いることとし、多数のシース３１がコンクリート内でケーソン軸方向に配設されており、フープ鉄筋１３は中間帯鉄筋３２により上下左右の鉄筋同士が連結されている。また、コンクリート又はモルタル２２は膨張性を有する材料を用い、セグメントピース１１、１２の凹凸噛み合わせ１７に強固に噛み合うようにするとよい。

図１３はずれせん断力の説明図である。縦目地で結合されている構造物５１に水平力Ｐが作用すると、構造物５１の軸方向鉄筋５２が降伏したとき大きなせん断力５３が作用する。軸方向鉄筋５２が降伏した後は、水平目地開きも顕著になり、次いで、鉛直目地部のせん断力へ力が移行するのでこれを防止するせん断キー、例えば上述の凹凸噛み合わせが必要となる。

図１４は鉛直目地に発生する最大せん断応力度５４を示すもので最大せん断応力τは
τ＝Ｓ×Ｑ／Ｉ×ｂ
ただし
Ｓ：せん断力（ｔｆ）
Ｑ：中立軸に関する断面一次モーメント（ｍ³）
Ｉ：中立軸に関する断面二次モーメント（ｍ⁴）
ｂ：τを求める面の幅（ｍ）
で表される。１例を挙げると
Ｂ：供試体断面幅０．４ｍ
ｔ：部材厚、２ｔ＝ｂ０．０６７ｍ
Ｂｈ：中空部断面幅０．２６６ｍ
Ｉ：０．００１７１６１ｍ⁴
Ｑ：０．００５６４７４ｍ³
Ｓ：１７ｔｆ
τ：４１７ｔｆ／ｍ²
４２ｋｇｆ／ｃｍ² ≦ ５３ｋｇｆ／ｃｍ²（平均せん断応力度の最大値）又は４．２Ｎ／ｍｍ²（道路橋示方書ＩＩＩｐ．１５５）
よって、多段接合キーによリ作用せん断力に抵抗できる。

次に、図１３において最大水平荷重Ｐ＝１７ｔｆ、最大変位＝６０ｍｍとすると、最大変形角αはｔａｎ α＝６０／１４００よりα＝２．４となる。このときずれせん断力Ｖは
Ｖ＝Ｐ×ｔａｎ α ＝０．７ｔｆ
せん断キーの断面積Ａ＝５３６ｃｍ²
せん断応力度Ｖ／Ａ＝１３ｋｇｆ／ｃｍ²
となる。

本発明に係るプレキャストコンクリートセグメントピース１１、１２を工場で製作する場合、上方が開断面となるような姿勢で型枠を設置し、この型枠中にコンクリートを打設し、セグメントピースの外面が型枠面となるようにする。このとき、セグメントの水平継目となる面にはガイドキーを二個以上設置しておき、セグメントをケーソンとして組み立てる時に、このガイドキーによって上下のセグメントの位置決めを行うようにする。

セグメントピース１１、１２を製造するとき、上下に隣接するセグメントの当接面を先に製造したセグメントの面を型枠面として、いわゆるマッチキャスト方式で製造すると好適である。この場合、マッチキャスト面を合わせ、セグメントを２ブロック重ねた段階でその鉛直性を確認し、その鉛直性の値が１／２０００程度（立ち２ｍｍ）以内に収まるようにし、２ブロック毎に鉛直性を管理すると好適である。

実施例の平面図である。図１の側面図の例である。図１の側面図の例である。図１の側面図の例である。図１の側面図の例である。別の実施例の平面図である。図８の側面図である。別の実施例の平面図である。図６の側面図である。図８の目地部の拡大図である。図８の目地部の拡大図である。別の実施例の平面図である。図６の側面図である。ずれせん断力の説明図である。ずれせん断力の説明図である。

符号の説明

１０ケーソン
１１、１２セグメントピース
１３鉄筋
１４Ｕ字形鉄筋
１５凹部
１５，１５ａ凹部
１６目地
１６ａ段状部
１６ｂ段状部
１６ｃ押圧する力（分力）
１７凹凸噛み合わせ
２１ＰＣ鋼材
２２コンクリート又はモルタル
２３ＰＣ鋼材
２４カプラ
２５設定寸法
２６一定長さ
２７目地寸法（所望のセット寸法）
３１シース
３２中間帯鉄筋
５１構造物
５２鉄筋
５３、５４せん断力

Claims

１セグメントで道路上を搬送できない大寸法のプレキャストケーソンセグメントをケーソン軸方向に沿う目地によって複数個に分割してセグメントピースとし、該セグメントピースの対向する目地部に該セグメントピースを相互に連結する連結機構を設けたケーソンにおいて、前記連結機構は、前記セグメントピースから目地部に突出したＵ字形鉄筋とすると共に、該セグメントピースの目地部に相互に噛み合う円周方向の段差又は凹凸を設けたことを特徴とするケーソン。
前記段差が鋭角のＺ字状の噛合形状からなる段差であることを特徴とする請求項１記載のケーソン。
前記目地内又は目地部側壁内にケーソン軸方向に前記段差の接合部分を貫通してＰＣ鋼材を挿通するシースを設け、該シースにＰＣ鋼材を挿通し該ＰＣ鋼材に緊張力を付与したことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のケーソン。
前記セグメントピース内に円周方向ＰＣ鋼より線を配設し、その両端部をケーソン軸方向に沿う目地部に露出させ、圧着グリップを装着したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のケーソン。
請求項４記載のケーソンを用い、連結機構としてセグメントピース内に配設した円周方向ＰＣ鋼より線の両端を目地部に露出させておき、目地部の隣接セグメントピース端面相互間隔が設定値となるようにＰＣ鋼より線端部同士を接続し、次いで該隣接セグメントピース端面相互間隔が所望寸法になるように、セグメントピース内面相互間に適宜配置したジャッキを用いて該セグメントピースの内径側を押圧して該隣接セグメントピース端面相互間隔を開くことによりセグメントを拡径し、目地部にコンクリートを打設し、コンクリート硬化後拡径力を開放し、目地コンクリートにプレストレスを導入することを特徴とするケーソンの施工方法。