JP4699023B2 - 柱状構造物の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、既設の柱状構造物を補強するための方法に関するものである。

一部を地中に埋設した既設の地中構造物、例えば橋脚等の基礎（直接基礎、杭基礎、ケーソン基礎を問わない）においては、その老朽化対策や耐震性向上のために、地中および地上の柱状部周囲を鋼板で被覆し、鋼板と柱状部との間の隙間に、コンクリート、モルタル、樹脂等の充填材を充填することにより補強する場合がある。

この種の補強方法の一例として、例えば特開２０００−３３６９４６号公報（特許文献１）には、橋脚の外周に円筒状の鋼板ブロックを形成した後、その外側に、上下の分割フレームおよびジャッキを有する圧入装置を配置し、ジャッキにより鋼板ブロックを押し下げて地中に侵入させ、以後、鋼板ブロックの組立と、その押し下げ動作を繰り返すことにより、鋼板ブロックで橋脚の外面を被覆する工法が開示されている。
特開２０００−３３６９４６号公報

ところで、既設の柱状構造物の断面形状（外周面の断面形状）は、一般的に円形状と四角筒等の角筒状とに大別される。従来の補強方法では、既設柱状構造物の外面の断面形状と鋼板ブロック等の被覆材の断面形状は基本的に相似形であり、例えば既設の柱状構造物が円形断面であれば、被覆材としても円筒型のものが使用されている（例えば前記特許文献１の図７参照）。

しかしながら、このように既設柱状構造物の外面と被覆材を相似形とすると、柱状構造物と被覆材とで強度の弱くなる荷重方向が一致するため、十分な補強効果を期待できない場合がある。例えば角筒では、その対対角線方向の荷重に比べ、各辺と平行方向の荷重に対する強度が劣るため、角筒状の柱状構造物を角筒状の補強材で補強しても、各辺と平行方向の荷重に対して十分な補強効果が得られないおそれがある。

また、被覆材を地中に圧入する際、柱状構造物の外面と被覆材の内面との間の隙間は狭小（例えば５０ｍｍ程度）であるため、掘削地盤にこれよりも大きな礫等が出現した場合、当該隙間を介しての排土が困難となり、施工性能率が大幅に低下する。この場合、従来では、被覆材の外側の土砂を取り除いて大礫を被覆材の外側に押し出してから圧入する手法が取られているが、これでは周辺地盤がかく乱され、被覆材の支持力が不足する事態を招く場合がある。

そこで、本発明では、高い補強効果が得られ、かつ大礫の多い地盤でも低コストに施工可能となる柱状構造物の補強方法の提供を目的とする。

上記目的の達成手段として、本発明では、一部を地中に埋設した柱状構造物の外面を隙間の介在の下で被覆材によって被覆することにより、柱状構造物を補強するに際し、柱状構造物の外面が断面略角筒状であるとき、被覆材として略円筒状のものを使用し、柱状構造物の外面と被覆材の内面との間の隙間幅が小さい部分に高圧ジェット水を供給して地盤を掘削し、被覆材を地中に圧入することとした。これとは反対に、柱状構造物の外面が断面略円筒状であるとき、被覆材として略角筒状のものを使用する。

ここでの「略角筒」は、周方向の外面が複数の平坦面で形成されているものを意味する。角筒の角数は特に問わず、三つ以上の角数を有する筒状のものが使用可能であるが、通常は、コスト、施工性、その他を考慮して四角筒が使用される。図形的に厳密な意味での「角筒」に限らず、例えば各角部の面取りを行ったような形状も含まれる。また、「略円筒」は、周方向の外面が真円面または複数の曲率の異なる円弧面で形成されているものを意味し、外面の横断面形状が楕円であるような場合も含まれる。

以上の構成を有する補強構造では、柱状構造物の外面と被覆材の内面との輪郭形状が異なるので、一方の部材の構造的に弱い荷重方向に対し、他方がこれを補う作用を呈するので、外力に対する強度を増すことができ、これにより耐震性等の向上を図ることができる。

また、この補強構造では、柱状構造物の外面と被覆材の内面との間の隙間幅がその周方向で変化する。従って、補強工中に、掘削地盤に隙間幅以上の大礫や岩石が出現した場合も、これを隙間幅の大きい部分に移動させて浮上させれば、そのスムーズな排出が可能であり、掘削能率が高まると共に、周辺地盤のかく乱を防止することができる。

また、被覆材をジャッキを使用して地中に圧入する場合でも、圧入力を被覆材に伝達するための加圧桁の支持スパンを長くすることができ、これにより安定した圧入作業を行うことが可能となる。

以上のように本発明によれば、柱状構造物の補強効果を大幅に高めることができ、かつその施工効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１および図２は、本発明方法の一実施形態として、既設橋脚１０の柱状部における補強工事の施工状況を示す。

この補強工事は、橋脚１０の柱状部１０ａ外周に被覆材１２を配置し、これを圧入装置１１で地中に圧入することにより行われる。この実施形態において、柱状部１０ａの外面は角筒状（図面では正四角筒状を例示している）に形成されている。柱状部１０ａは、鋼やコンクリートで形成した中実状とする他、鋼板等で製作した中空筒状、あるいは中空筒の内部にコンクリート等を充填した複合構造であってもよい。

図１に示すように、被覆材１２は、下端に刃口部１２１を有する円筒状（図示例では正四角筒状）に形成される。この被覆材１２は単純なストレート形状であるので低コストに製作可能であり、その素材も鋼板、鋼ブロック、コンクリート、カーボン系素材等の一定以上の強度を有する材料、あるいはこれらの組合せが広く使用可能である。被覆材１２の内面と柱状部１０ａの外面との間にはその全周にわたって隙間１３が形成される。隙間１３の幅は、図３に示すように、柱状部１０ａの外面の各辺中間部分で最も大きく（Ｗ１）、柱状部１０ａの各角部で最も小さくなる（Ｗ１）。隙間１３の幅の大きい部分Ｗ２は、後述のように大礫が浮上する際の通路となるが、この時の揚土効果を高めるため、隙間幅の大きい部分の周方向両側を隔壁１２０で仕切って排土部１３ａを形成するのが望ましい。図示例では、被覆材１２と一体形成した隔壁１２０でその周方向両側を仕切った場合を例示している。隔壁１２０の下端は、刃口部１２１付近での大礫の水平移動（後述する）を阻害しないように、被覆材１２の下端に設けられた刃口部１２１よりも高い位置に配置される。

図１及び図２に例示する圧入装置１１は、被覆材１２の上端に配置した加圧桁１４と地盤にアンカーを取ったジャッキ１５とで構成される。ジャッキ１５としては、例えばセンターホールジャッキが使用可能である。地盤でアンカーを取りながらジャッキ１５を間欠的に駆動し、加圧桁１４を介して被覆材１２を間欠的に押し下げることによって被覆材１２が地盤に徐々に圧入される。

この圧入装置１１は例示にすぎず、被覆材１２を地盤に圧入可能である限り他の構成の圧入装置１１を使用することもできる。例えば上記圧入装置１１はジャッキ１５の加圧力を、加圧桁１４を介して直接被覆材１２に作用させるものであるが、この加圧力を支圧柱を介して被覆材１２の刃口部１２１のみに作用させてもよい。すなわち、被覆材１２の刃口部１２１を鉄筋コンクリート造り等の剛体構造とし、この刃口部１２上の複数箇所にＨ型鋼等からなる支圧柱を立設し、この支圧柱の内側または外側に刃口部以外の被覆材１２を取り付ける。そして、ジャッキ１５の加圧力を支圧柱に作用させ、被覆材１２全体を地中に圧入する。この場合、ジャッキ１５の加圧力は刃口部１２１に作用し、刃口部１２１以外の被覆材１２にはほとんど加圧力が作用しないので、強度的に劣る薄肉の鋼板等を用いて被覆材１２の当該部分を低コストに形成することが可能となる。この支圧柱として、隔壁１２０を使用することもできる。これは、例えば隔壁１２０を刃口部１２１と強固に結合すると共に、隔壁１２０の上端を被覆材１２の上端よりも上方に突出させ、この突出部分に加圧桁１４を配置することによって行うことができる。

また、圧入装置１１としては、上述のようにジャッキ１５の圧入反力を地盤で取るものの他、柱状部１０ａで取るものも使用ことができる。

上記圧入工程においては、図３に示すように、柱状部１０ａの外面と被覆材１２の内面との間の隙間に複数の送水管１７を配置し、送水管１７先端のノズルから高圧ジェット水を噴出して被覆材１２の内周地盤を掘削することにより、硬質地盤であっても被覆材１２の圧入が可能となる。この送水管１７の設置個所は任意であるが、基本的には図示のように、大礫が移動する排土部１３ａを避けて、隙間の幅の狭い部分に配置するのが望ましい。

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、柱状部１０ａの外面と被覆材１２の内面と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排土部１３ａを介して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。

以上の手順で最下段の被覆材１２を地中に圧入した後、その上に次段の被覆材１２を継ぎ足して同様の作業を行う。以下、この作業を繰り返し、図４に示すように、複数段の被覆材１２ａ〜１２ｇで柱状部１０ａの外周を被覆すると共に、柱状部１０ａの外面と被覆材１２の内面との間の隙間に、コンクリート、モルタル、樹脂等からなる充填材１８を供給することにより、補強作業が完了する。なお、被覆材の刃口部１２１は最下段の被覆材１２ａにのみ設けられていれば足り、他の被覆部材１２ｂ〜１２ｇは刃口部を省略して形成される。

一般に、図１に示す角筒状の柱状部１０ａでは、対角線方向の荷重と比べ、各辺と平行方向の荷重に対する強度が劣る。そのため、従来のように被覆材１２も角筒状としたのでは、柱状部１０ａと被覆材１２とで強度の弱くなる荷重方向が一致するため、補強後も荷重方向により構造体の強度にバラツキが発生し、十分な補強効果を得ることができない。これに対して、上記のように、被覆材１２を、柱状部１０ａの外面の輪郭と異なる円筒状に形成すれば、この種の強度のバラツキを抑制することができ、高い補強効果が得られる。

また、図３に示すように、隙間１３での掘削地盤、特に隙間幅の小さい掘削地盤に大礫２０が出現した場合でも、この大礫２０は圧力差によって隙間幅の大きい部分に運ばれ、隔壁１２０で仕切られた排土部１３ａを通って地上に浮上するので、掘削地盤の何れの部位で大礫２０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。その一方で、掘削地盤全体を大礫を排土できる寸法とする場合に比べ、掘削面積を少なくできるので、掘削土量の削減を通じて高い施工能率が得られる。また、周辺地盤のかく乱を抑えることができ、支持力不足による被覆材１２の異常沈下を防止することができる。

さらに、図１に示すように、被覆材１２の上端には、圧入装置１１における加圧桁１４が架設されるが、柱状部１０ａと被覆材１２を相似形とする場合に比べ、被覆材１２に支持される加圧桁１４の支持スパンＬが拡大するため、加圧桁１４を安定して設置することができ、かつ被覆材１２を強度的に劣る鋼板等の薄肉材料で形成した場合でも、集中荷重による被覆材１２の変形を抑制することができる。

図５は、図１に示す実施形態と異なり、柱状部１０ａが円筒状である場合の補強方法を示すものである。この場合、被覆材１２としては角筒状のものが使用される。この場合も図１に示す実施形態と同様に、荷重方向の相違による強度バラツキの抑制、大礫２０の出現による弊害防止、加圧桁１４の安定設置等の効果を得ることができる。

このように被覆材１２として、角筒状のものを使用する場合、図６に示すように各角部に面取り１２２を設けたものも使用可能である。この場合、図５に示す実施形態に比べて掘削土量をさらに削減することができ、経済性が高まる。図１に示す実施形態において、外面が角筒状の柱状部１０ａに図６に示す実施形態と同様に面取りを設けることもできる。

なお、以上の説明では、ジャッキによる圧入方向を垂直方向とした場合を例示したが、ジャッキ１５による圧入力の作用方向はこれ以外の方向、例えば水平方向とすることもでき、これにより、例えば既設水道管やガス管等の補強工事にも本発明を適用することが可能となる。また、本発明方法は、地中に圧入する場合のみならず、煙突など地上の柱状構造物の補強にも適用することができる。

本発明方法での施工状況を示す横断面図である。 本発明方法での施行状況を示す縦断面図である。 本発明方法での施工状況を示す横断面図である。 本発明方法で補強された橋脚の縦断面図である。 本発明方法の他の実施形態を示す横断面図である。 本発明方法の他の実施形態を示す横断面図である。

符号の説明

１０ 橋脚
１０ａ 柱状部（柱状構造物）
１１ 圧入装置
１２ 被覆材
１２０ 隔壁
１２１ 刃口部
１３ 隙間
１３ａ 排土部
１４ 加圧桁
１５ ジャッキ
１７ 送水管
１８ 充填材

Claims (2)

1. 一部を地中に埋設した柱状構造物の外面を隙間の介在の下で被覆材によって被覆することにより、柱状構造物を補強するに際し、
   柱状構造物の外面が断面略角筒状であるとき、被覆材として略円筒状のものを使用し、柱状構造物の外面と被覆材の内面との間の隙間幅が小さい部分に高圧ジェット水を供給して地盤を掘削し、被覆材を地中に圧入することを特徴とする柱状構造物の補強方法。
2. 一部を地中に埋設した柱状構造物の外面を隙間の介在の下で被覆材によって被覆することにより、柱状構造物を補強するに際し、
   柱状構造物の外面が断面略円筒状であるとき、被覆材として略角筒状のものを使用し、柱状構造物の外面と被覆材の内面との間の隙間幅が小さい部分に高圧ジェット水を供給して地盤を掘削し、被覆材を地中に圧入することを特徴とする柱状構造物の補強方法。