JP4667266B2 - 杭式桟橋 - Google Patents

Description

本発明は、桟橋本体としての上部構造体が複数の杭によって支持された杭式桟橋を補強する技術に関する。

港湾や漁港において、船舶を係留するため各種の桟橋が設けられている。これらの桟橋の中には、下端部が水中の地盤に埋設された複数の杭と、これらの杭で支持された上部構造体とを有する杭式桟橋がある。

杭式桟橋をはじめ船舶の係留施設は、地震後の人員及び物資の流通において非常に重要な役割を担っている。

しかし、過去に建設された杭式桟橋の多くは、近年、想定されるようになった大地震に耐えるように設計されておらず、将来、大地震によって杭式桟橋が損傷を受ける可能性は高い。そのため、今後発生が予想される大地震に対して既存の杭式桟橋が耐えられるように耐震補強することは、震災後の速やかな社会機能の回復にとって極めて有用である。

従来、新設或いは既設の杭式桟橋を補強する技術として、杭にブレース材を取り付ける方法、杭式桟橋に新設の杭式桟橋を増設する方法、杭のみを増設あるいは杭の厚さを増す方法、杭式桟橋の背面における護岸に地盤改良を施す方法、杭の支持地盤を薬液の注入によって補強する方法などが知られている。

しかしながら、従来の杭式桟橋における杭に対してブレース材を取り付ける方法では、杭の耐力向上には役立つものの、ブレース材の取り付け工事が大がかりとなって合理的でないために施工現場での工期が長期化し、その間、桟橋の供用（荷役等）を停止しなければならない問題があった。

このブレース材を備えた新設の杭式桟橋を施工する方法も考えられているが、ブレース材の取付はその多くが水中作業となるため、この方法を既設の杭式桟橋にそのまま適用することはできない。その結果、現状ではブレース材による既設の杭式桟橋の耐震補強工事を岸壁としての機能を停止することなく合理的に行うにはいまだ課題も多い。

なお、既設の杭式桟橋に新設の杭式桟橋を増設する方法、及び杭のみを増設する方法では、杭式桟橋の岸壁法線を含む構成を大幅に変更する必要がある上に、材料費及び工事費が嵩むという問題がある。

また、護岸に地盤改良を施す方法、杭の支持地盤を薬液の注入によって改良する方法では、杭式桟橋自体の補強が行われないため、補強効果が低いという問題がある。

よって、本発明は、既設の杭式桟橋（既設桟橋）へのブレース材による耐震補強に際し、運搬及び据付を効率化して作業全体を合理化することで、特に現場工期の最短化を図ることができ、しかも、耐力及び変形性能の向上や復旧性の向上等も併せて図ることができる杭式桟橋の補強技術を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明は、水中の地盤に下端部が埋設された複数の杭と、前記複数の杭によって支持された上部構造体とを有する既設桟橋の前記杭と杭の間に補強ユニットが設けられた杭式桟橋であって、前記補強ユニットは、矩形枠状のフレームと、そのフレームに設けられたブレースとを有し、前記フレームが前記杭に固定されている構成とした。

本発明によれば、補強ユニットは、矩形枠状のフレームと、そのフレームに設けられたブレースとを有している。ここで、ブレースとは、例えば２本のブレース材でＶ形や逆Ｖ形、Ｘ形に構成するものも含む。従って、これらのブレース材をフレームに固定して予め一体物とした補強ユニットを製作しておくことができる。これにより、複数の補強材をユニット化して、一つの補強ユニットとすることができるので、その運搬や据付作業を極めて効率化することができる。

さらに、杭に対してブレースを直接取り付ける代わりに、フレームを杭に取り付けることで、ブレースの取付作業も効率化することができる。また、杭に対してフレームを取り付ける際に補強ユニットを吊り上げるだけで、フレームを杭に添わせることができるので、その取付作業を更に効率化することができる。この結果、作業全体が合理化され、特に現場工期の最短化を図ることが可能になる。

また、本発明ではブレースを設けた矩形枠状のフレームを有する補強ユニットを杭に取り付けるので、ブレースとフレームの両方が補強材として機能する。これにより杭式桟橋の耐力及び変形性能の向上や復旧性の向上等も併せて図ることができる。

本発明において、前記フレームは、互いに間隔をおいて一列に配置された少なくとも三本の杭間に亘る長さを有していることが望ましい。このフレームは本質的には隣り合う二本の杭間に亘る長さでも良い。しかし、フレームを三本以上の杭間に亘る長さとする方が施工の効率化をさらに図ることができる。

ここで、前記フレームとしては、前記杭間方向に延びる上下のフレーム材と、前記杭の長さ方向に延びる左右のフレーム材とを有し、前記左右のフレーム材が固定装置を介して前記杭に固定されていることが望ましい。左右のフレーム材が杭の長さ方向に延びている場合、左右のフレーム材を対応する杭に添わせることができるので、その分、固定装置によって左右のフレーム材を杭に取り付ける作業が容易となり、かつ、固定装置自体も簡素化することが可能になる。

本発明において、前記補強ユニットのフレームの上部を前記上部構造体に固定する構成とすることもできる。例えば上部構造体の梁部材等にフレームの上部（上側のフレーム材）を固定した場合、補強ユニットによる補強効果をさらに高めることができる。

本発明において、前記フレームと前記ブレースとの間に、ダンパーが設けられていることが望ましい。その際のダンパーとしては、所定の大きさを有する第１段階の地震によって降伏し、前記ブレースは前記第１段階の地震より大きい第２段階の地震によって降伏するように設定することもできる。

このような構成とした場合、地震が発生した際に、地震の大きさによって区分された第１段階又は第２段階の地震が発生した際に、ダンパー、ブレースの順に段階的に降伏する。例えば、頻繁に発生する比較的小さな地震を第１段階とし、この第１段階の地震が発生した場合には、ダンパーのみ降伏するようにできる。この場合は、ダンパーのみ交換することによって杭式桟橋を早期に復旧できる。

同様に、第２段階の地震が発生した場合には、ダンパーとブレースとが降伏するようにでき、この場合には、ダンパーとブレースを交換、あるいは補強ユニットごと交換することによって杭式桟橋を復旧できる。なお、ダンバー及びブレースは、着脱自在に取り付けることができ、これによりダンバー又はブレースが降伏した場合に簡単に交換できる。

一方、本発明は、水中の地盤に下端部が埋設された複数の杭と、前記複数の杭によって支持された上部構造体とを有する杭式桟橋の補強工法であって、矩形枠状のフレームと、そのフレームに設けたブレースと、そのブレースとフレームとの間に設けたダンパーとを有する補強ユニットを製作する工程と、前記補強ユニットを前記複数の杭近くに移送して杭間に配置する工程と、前記補強ユニットのフレームを前記杭に添わせた状態で固定装置により杭に固定する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、補強材をユニット化することで、補強ユニットを予め製作しておくことができるだけでなく、施工現場への移送も海上輸送等により効率的に行うことができる。そして、施工現場では、固定装置によって補強ユニットを杭に取り付ける作業を行えば済むので、特に現場工期の最短化を図ることができる。

ここで、前記補強ユニットの移送工程では、その補強ユニットを浮体で水中に吊りながら移送する方法を採用することが望ましい。このようにすれば、補強ユニットの海上輸送を簡易かつ経済的な方法で行える利点がある他、その海上輸送状態のままの補強ユニットを、杭式桟橋の杭横まで移送することも可能になる。これにより補強ユニットを杭に取り付ける作業をさらに効率的にすることができる。

本発明において、前記固定装置の少なくとも一部を前記フレームに予め装備しておくことが望ましい。より好ましくは、固定装置の全部をフレームに装備しておく方が良い。しかし、何れの場合も、補強ユニットを杭に取り付ける際の作業性を格段に向上させることができる。この点は、取付作業が水中になる点に配慮した場合、特に効果的である。

本発明によれば、既設の杭式桟橋へのブレース材による耐震補強に際し、運搬及び据付を効率化して作業全体を合理化することで、特に現場工期の最短化を図ることができ、しかも、耐力及び変形性能の向上や復旧性の向上等も併せて図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付した図１から図７に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本発明の実施形態に係る杭式桟橋１は、水中の地盤２に下端部が埋設された複数の杭３と、これらの複数の杭３によって支持された上部構造体４とを有する既設の杭式桟橋１ａ（図３参照）の杭３間に、補強ユニット５を設けた構成としている。

次に、これらの各構成要素について説明する。既設の杭式桟橋（既設桟橋）１ａの複数の杭３には、多くの場合鋼管が使用されている。勿論、鋼管以外の各種の鋼材が使用されている場合もある。上部構造体４は、多くの場合、平版状の鉄筋コンクリート造とされるが、梁材や桁材等の鋼材及び鋼板等によって比較的厚い平版状に形成され、上面側はコンクリートやアスファルト等で舗装される場合もある。

補強ユニット５は、図２に示すように、矩形枠状のフレーム６と、そのフレーム６に設けたブレース７と、そのブレース７とフレーム６との間に設けたダンパー８とを有している。矩形状のフレーム６は、杭間方向（水平方向）に延びる上下のフレーム材６１，６２と、杭３の長さ方向（上下方向）に延びる左右のフレーム材６３、６４とを有し、全体が長方形の枠状に形成されている。これらのフレーム材には、例えば断面矩形の角型鋼管あ
るいはＨ鋼等の鋼材が用いられている。

ブレース７は、所定の降伏応力を有する鋼管によって形成されている。ブレース７には、鋼管以外に各種の材料を使用できる。

ダンパー８は、例えば履歴減衰型のダンパーを使用するのが好ましいが、これ以外の各種のダンパーを使用できる。履歴減衰型ダンパーとしては、鋼材ダンパー、鉛ダンパー、摩擦ダンパーなどを例示できる。鋼材ダンパーは、鋼材の塑性化に伴う履歴吸収エネルギーを利用するもので、一般に紡錘形の履歴特性を持つ。

更に、鋼材ダンパーのうち、特にせん断降伏型ダンパーを上記のダンパー８として使用するのが好ましい。このせん断降伏型ダンパーには、Ｉ字形断面のウエブ部分をせん断降伏させることにより減衰を図るもの、棒状の鋼材を曲げ降伏させることにより減衰を図るもの（曲げ降伏型ダンパー）などがある。

鉛ダンパーは、鋼材ダンパーと同様に塑性化による履歴吸収エネルギーを利用するものである。この鉛ダンパーは超過塑性のため、摩擦ダンパーのように履歴特性が矩形に近いこと、又、鉛は一度塑性化した後、時間が経過すると内部組織が再結晶するため、性質が元に戻る等の特徴がある。この鉛ダンパーの種類には、せん断変形型、押出型などがある。

摩擦ダンパーは、地震エネルギーを摩擦による熱エネルギーに変換するものである。この摩擦ダンパーは、すべり面に摩擦材を使用し、摩擦面に安定した面厚が作用するように工夫されている。摩擦特性は矩形状となる。また、地震のような数十回程度の繰り返し履歴に対して大きな性能劣化がないため、交換が不要である。

上記の履歴減衰型ダンパーの他に、粘性減衰型ダンパー、粘性減衰型ダンパーと履歴減衰型ダンパーとを組み合わせた組み合わせダンパー、質量効果機構のダンパーなどを使用できる。これらのダンパーについては周知であるので、その詳細な説明を省略する。

補強ユニット５のフレーム６の杭間方向の長さは、図１に示すように、互いに間隔をおいて一列に配置された三本の杭３間に亘る長さを有している。勿論、フレーム６の長さは、杭間の間隔が大きい場合には２本の杭間に亘る長さでもよい。しかし、杭間の間隔が小さい場合には３本以上の杭間に亘る長さに設定される。

ダンバー８及びブレース７は、フレーム６に対して着脱可能に取り付けることもできるが、ここでは溶接止めにより取り付けている。ブレース７は、一つの補強ユニット５について一対設けられ、逆Ｖ字形に配置されている。各ブレース７の一端は、ダンパー８を介してフレーム６（上側のフレーム６１）に取り付けられている。各ブレース７の他端は、左右のフレーム材６３、６４と下側のフレーム材６２とが交差する隅部分に取り付けられている。

そして、このように構成された補強ユニット５は、固定装置９によって杭３に取り付けられている。この固定装置９としては、種々の構造のものを採用することができるが、ここでは、図５及び図６に示すように、一対の取付金具９１、９１からなる構造のものが採用されている。この一対の取付金具９１には、短寸の鋼管を半割した形態（半円筒形）の本体部分の両縁部に、ボルト止め用のフランジ９２が設けられている。このフランジ９２どうしは、ボルト止めの他に、水中溶接しても良いし、差し込み継ぎ手構造としても良い。

なお、この固定装置９の一部は補強ユニット５のフレーム６に予め取り付けられている。ここでは、一方の取付金具９１がフレーム６の上下左右に合計４個溶接等により取り付けられている。補強ユニット５を杭３の片側にだけ設ける場合には、他方の取付金具９１は、現場取付となる。しかし、補強ユニット５を杭３の両側に設ける場合には、図５及び図６において仮想線で示すように、その補強ユニット５のフレーム６に他方の取付金具９１を取り付けておくことができる。

このような杭式桟橋（既設桟橋）の補強工法では、図７の施工フロー図に示すように、まず、補強ユニット５を工場にて、あるは桟橋を供用できる範囲の現場ヤードで予め製作しておく。施工現場においては、図３に示すように、既設の杭式桟橋の上部構造体４の下部に足場１１を組み、レバーブロック等の補強ユニット用引き込み装置１２を設置しておく。

次に、この足場組作業の完了時期に合わせて、製作済み補強ユニット５を既設桟橋の杭近くに移送する。この移送に際して、図示例では補強ユニット５を複数の浮体（フロート）１３で水中に吊りながら移送する方法としている。この移送方法では、移送距離が比較的短い場合に、補強ユニット５の海上輸送を簡易かつ経済的な方法で行える他、その海上輸送状態のままの補強ユニット５を、杭式桟橋の杭横まで容易に移送するができるからである。勿論、艀等を利用して桟橋近くまで移送するようにしてもよい。

補強ユニット５を既設桟橋の杭近くに移送してきたら、図３に示すように、引き込み装置１２、クレーン１４等を利用して補強すべき杭３側へ引き込み、それらの杭３の片面側に補強ユニット５を添わせて位置決めする。このとき、浮体１３は、潮位や波浪などとの関係において補強ユニット５から外した方が良い場合には、適宜のタイミングで外しておく。

次に、図４に示すように、作業者１５による水中作業によって、補強ユニット５を杭３に取り付ける。この作業では固定装置９を利用して行う。この場合、固定装置９の一対の取付金具９１、９１のうち、一方の取付金具９１がフレーム６に予め取り付けられているので、他方の取付金具９１を現場にて装着し、ボルト・ナット９３によってフランジ９２どうしを締結して固定する。

なお、ナットについては一方の取付金具９１側に溶接止めしておいても良い。そうすれば、ボルト締め作業のみで済ますことができる。また、取付金具９１と杭３との間に隙間が形成される場合には、その隙間にグラウト材を充填して取付金具９１と杭３とを一体化するようにしてもよい。

この固定装置９を用いた取付作業は、図４に示すように、左右のフレーム材６３、６４の上下２カ所で行う。図示例では、補強ユニット５のフレーム６の長さを三本の杭３間に亘る長さに製作してある。従って、三本の杭３のうち、中央の杭３を除く両側の杭３、３に対して、左右のフレーム材６３、６４を４つの固定装置９により取り付けている。こうして固定装置９の取付作業を終えたら、足場１１等を撤去して、補強工事を完了とする。

この実施形態によれば、既設桟橋を補強するための補強材をユニット化することで、補強ユニット５を予め製作しておくことができるだけでなく、施工現場への移送も海上輸送等により効率的に行うことができる。そして、施工現場では、固定装置９によって補強ユニット５を杭３に取り付ける作業を行えば済むので、特に現場工期の最短化を図ることができる。また、ダンパー８を組み込んだ補強ユニット５を杭３に取り付ける構造としているので、杭式桟橋の耐力及び変形性能の向上や復旧性の向上等も併せて図ることができる。

本発明の実施形態に係る杭式桟橋を示す図である。 本発明の実施形態に係る補強ユニットの正面図である。 本発明の実施形態に係る杭式桟橋の補強工法を示す工程図である。 本発明の実施形態に係る杭式桟橋の補強工法を示す工程図である。 本発明の実施形態に係る固定装置を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施形態に係る固定装置を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施形態に係る杭式桟橋の補強工法を示す工程図である。

符号の説明

１ 杭式桟橋
１ａ 既設桟橋
２ 地盤
３ 杭
４ 上部構造体
５ 補強ユニット
６ フレーム
７ ブレース
８ ダンパー
９ 固定装置
９１ 取付金具
１１ 足場
１２ 引き込み装置
１３ 浮体
１４ クレーン

Claims (4)

1. 水中の地盤に下端部が埋設された複数の杭と、前記複数の杭によって支持された上部構造体とを有する既設桟橋の前記杭と杭の間に補強ユニットが設けられた杭式桟橋であって、
   前記補強ユニットは、矩形枠状のフレームと、そのフレームに設けられたブレースとを有し、前記フレームが前記杭に固定されていると共に、前記フレームと前記ブレースとの間にダンパーが設けられており、
   前記ダンパーは、所定の大きさを有する第１段階の地震によって降伏し、前記ブレースは前記第１段階の地震より大きい第２段階の地震によって降伏するように設定されていることを特徴とする杭式桟橋。
2. 前記フレームは、互いに間隔をおいて一列に配置された少なくとも三本の杭間に亘る長さを有していることを特徴とする、請求項１に記載の杭式桟橋。
3. 前記フレームは、前記杭間方向に延びる上下のフレーム材と、前記杭の長さ方向に延びる左右のフレーム材とを有し、前記左右のフレーム材が固定装置を介して前記杭に固定されている、請求項１又は２に記載の杭式桟橋。
4. 前記補強ユニットのフレームの上部が前記上部構造体に固定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の杭式桟橋。

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