JP5015049B2 - 橋脚の延伸工法 - Google Patents

Description

本発明は、既設の橋桁を利用して、短期間で桁下空間を拡大することが可能な河川橋梁の桁下空間拡大を行う際に、既設橋脚の耐震補強と共に延伸を実施する工法に関するものである。

近年、集中豪雨や熱帯性低気圧（台風）の上陸により、人々の生活に甚大な被害を及ぼす洪水が多発している。洪水が発生する原因の１つとして、洪水量に対して河川の流下断面が不足していることが挙げられる。河川の流下断面を確保するためには、河道の拡幅や河川堤防の整備が考えられる。しかし、既設の河川橋梁の桁下高が低い場合は、河道の拡幅や河川堤防の整備のみでは充分な効果を得ることができない。

そこで、計画高水位に対して十分な桁下高を確保して、洪水流下のボトルネックとなることを防止するため、既設の河川橋梁を架け替えることが考えられる。従来、河川橋梁を架け替えるには、まず、既設橋梁の傍らに仮設橋梁を設置して一時的に道路を切り回す。そして、既設橋梁を撤去して新設橋梁を建設する。その後、道路を復旧して新設橋梁の供用を開始し、仮設橋梁を撤去していた。このため、工事が大がかりなものとなり、工期が長くなると共に、コストが上昇するという問題があった。さらに、道路切り回しに伴う用地が必要であり、切り回しに伴う道路線形変更の影響で慢性的な交通渋滞が発生するおそれがあった。

このような不都合を解消するため、河川橋梁の架け替え効率を向上させるための技術が種々開示されている（特許文献１、特許文献２参照）。
特許文献１に記載されている技術は、既設橋梁を新設橋梁に架け替えるための工法において、既設橋梁の傍らに、既設橋梁を挟んで第１の台船と第２の台船とを配置する。そして、第２の台船上で新設橋梁の桁を地組みすると共に、第１の台船上に切断した既設橋梁の桁を支持させて架橋場所から移動させる。続いて、新設橋梁の桁を載置した第２の台船を架橋場所へ移動させて新設橋梁を据え付けることにより、既設橋梁を撤去して新設橋梁を設置するようになっている。

特許文献２に記載されている技術は、既設橋梁を幅方向に対して中央部と両側部とに切断する。そして、中央部又は両側部のいずれか一方に昇降装置を設置して、他方を撤去すると共に新設橋梁を架設するようになっている。

特開２００７−３２１４７４号公報 特開２００７−３２１４７６号公報

しかし、上記した特許文献１及び特許文献２に記載された技術では、既設橋梁を撤去して新設橋梁を設置するため、既設橋梁に再利用できる部材があったとしても廃棄せざるを得ず、コストが上昇するだけではなく、環境負荷も増大するという問題があった。また、既設橋脚の解体作業を行わなければならないため、騒音や粉塵の発生が危惧される。

河川橋脚の桁下拡大工法は、上述した事情に鑑み提案されたもので、工期を短縮することにより、交通への影響を最小限に抑制すると共に道路切り回しのための用地を必要とせず、さらに、既設橋梁の上部工をそのまま利用することにより、解体工事に伴う騒音や粉塵の発生を抑制すると共に廃棄物の発生量を削減して、環境負荷を低減することを可能にすることを目的としたものである。
本発明は、上述した河川橋梁の桁下拡大工法を実施する際に、橋脚を延伸する工程に対して提案されたもので、断面積の大きい橋脚梁部ではなく橋脚柱部で嵩上げ(延伸)することで、橋脚高の増加に伴う地震時慣性力の増加を最小限に抑制すると共に、多くの既設橋脚に必要な耐震補強工事を同時に施工可能とする橋脚の延伸工法を提供することを目的とする。

本発明に係る橋梁の延伸工法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を備えている。
すなわち、本発明に係る橋梁の延伸工法は、既設の河川橋梁の桁下空間を拡大するための工法であって、耐震補強工程と、橋脚切断分離工程と、分離部遊間確保工程と、上側橋脚上昇工程と、躯体構築工程とを含むことを特徴とするものである。また、上記工程に加えて、鉛直鉄筋接続工程を含ませることが可能である。

耐震補強工程は、橋脚の外周に略鉛直方向の曲げ補強鉄筋を配筋すると共に、橋脚の下部において曲げ補強鉄筋を取り囲むように帯状の水平鉄筋を箍状に配筋した後、橋脚を切断する高さまで型枠を設置し、橋脚の外周と型枠との間にコンクリートを打設して耐震補強を行う工程である。橋脚切断分離工程は、打設したコンクリート天端付近において橋脚を略水平方向に切断して、上側橋脚と下側橋脚とに分離する工程である。分離部遊間確保工程は、上側橋脚と下側橋脚との間隔を押し広げる工程である。上側橋脚上昇工程は、ジャッキ等を駆動して橋桁が所望の高さとなるように上側橋脚を上昇させる工程である。躯体構築工程は、打設したコンクリートの上方において曲げ補強・水平帯鉄筋を取り囲むように型枠を設置し、型枠内にコンクリートを打設する工程である。また、鉛直鉄筋接続工程は、上側橋脚の下端部及び下側橋脚の上端部においてそれぞれ既存の鉛直鉄筋の端部をはつり出して、挿入鉄筋を介して当該鉛直鉄筋を接続する工程である。

また、耐震補強工程が終了した後には、曲げ補強鉄筋に支持具を取り付けると共に、当該支持具と対向する位置の橋脚に固定部材を取り付け、支持具と固定部材とを連結する橋脚転倒防止工程を行うことが好ましい。

また、水平帯鉄筋の配筋、型枠の設置・撤去を避けるために、型枠として水平鉄筋を包含したプレキャスト型枠を使用することが好ましい。

本発明に係る橋梁の延伸工法によれば、既設の橋脚を上下に二分割し、橋桁を上側橋脚と共にジャッキアップして桁下空間の拡大を図るので、比較的短時間での施工が可能となり、大々的な道路の切り回しをしなくても、最小限の交通規制で橋梁の桁下拡大が可能となる。
また、既設橋梁の上部工をそのまま利用しているので、必要以上の工事が発生せず、騒音・振動や粉塵の発生を抑制すると共に廃棄物の発生量を削減して、環境負荷を低減することが可能となる。

また、断面積の大きい橋脚梁部ではなく橋脚柱部で嵩上げを実施すると共に、耐震補強工程を含んでいるため、桁上げによる橋脚の耐震強度の低下を抑制することによって、安全な河川橋梁とすることができる。
さらに、道路の切り回しを必要とせず、利用可能な既存の設備を再利用することに加えて、工期が短縮されるので、河川橋梁の桁下空間拡大に要するコストを大幅に削減することが可能となる。
また、型枠としてプレキャスト型枠を使用することにより、耐震補強時のドライアップが不要となるため、施工性と共に耐久性も向上させることができる。

＜橋脚の延伸工法の概要＞
本発明に係る橋脚の延伸工法は、既設の橋脚を上下に二分割し、橋桁を上側橋脚と共にジャッキアップして桁下空間を拡大するものである。本工法における桁下の拡大高さは、最新の計画河川水位に基づいて決定されるが、一般的には１．０〜２．０ｍ程度の桁上げが行われる。また、本工法は、特に、短期間の交通遮断が可能な中小規模の道路橋を対象とし、桁の重量が軽い、鋼桁橋が主な施工対象となる。
なお、本発明に係る橋脚の延伸工法における耐震補強工程は、型枠を使用した通常のコンクリート巻き立てでも実施できるが、以下の説明ではプレキャストパネルを使用した例についてのみ説明する。

＜実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明に係る橋脚の延伸工法の実施形態を説明する。図１〜図５は、本発明の実施形態に係る橋脚の延伸工法の説明図であり、図１は耐震補強工程、図２は橋脚転倒防止工程、橋脚切断分離工程、分離部遊間確保工程、図３は分離部遊間確保工程、図４は上側橋脚上昇工程、図５は鉛直鉄筋接続工程・躯体構築工程をそれぞれ示す。

＜耐震補強工程＞
本発明の実施形態に係る河川橋梁の桁下空間拡大工法は、まず初めに、耐震補強工程が実施される。この耐震補強工程では、図１に示すように、橋脚１０の外周部に、ネジ鉄筋等からなる曲げ補強鉄筋２０を建て込む。この際、曲げ補強鉄筋２０の間隔を維持するために段取り鉄筋５０を配筋することが好ましい。

続いて、曲げ補強鉄筋２０を取り囲むようにプレキャストパネル３０を設置する。プレキャストパネル３０には補強鋼材（帯鉄筋）が内包されている。図示しないが、水中部に設置するプレキャストパネル３０は、気中でリング状に組み立てた後に水中に沈設する。この際、水深に合わせて、１段又は複数段のプレキャストパネル３０を沈設する。プレキャストパネル３０の沈設は、プレキャストパネル３０の上部が切断箇所に到達するまで行われる。そして、橋脚１０の外周とプレキャストパネル３０との間に水中不分離コンクリート４０（図２参照）を打設する。
なお、図１において、符号Ｓは水面、符号Ｃは切断位置を示す。

＜橋脚転倒防止工程＞
橋脚切断分離工程に先立ち、橋脚転倒防止工程が実施される。この橋脚転倒防止工程では、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、曲げ補強鉄筋２０に、支持具であるクランプ６０を取り付けると共に、クランプ６０と対向する位置の橋脚１０に固定部材であるアンカー（例えば接着系アンカー）７０を取り付け、支持具であるクランプ６０と固定部材であるアンカー７０とを連結する。
この際、クランプ６０の上部にナット８０を取り付けて、クランプ６０を仮固定することが好ましい。なお、ナット８０を取り付ける場合には、ジャッキアップに必要な遊間を確保する。

＜橋脚切断分離工程＞
続いて、交通遮断を行った後、橋脚切断分離工程が実施される。この橋脚切断分離工程では、図２（ａ）に示すように、ワイヤソー等の切断具を用いて、橋脚１０をプレキャストパネル３０の上部付近Ｃにおいて略水平方向に切断して、上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとに分離する。この際、鉛直鉄筋１００も上下に切断される。
ワイヤソーを用いて橋脚１０を切断すると、上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとの間に約１０ｍｍ程度の隙間が生じる。そこで、この隙間内に隙間拡幅用油圧ジャッキ９０を設置して、分離部遊間確保工程を行う。

＜分離部遊間確保工程＞
分離部遊間確保工程は、上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとの間隔を押し広げる工程である。この分離部遊間確保工程では、まず、図２（ｂ）に示すように、上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとの間に生じた隙間内に隙間拡幅用油圧ジャッキ９０を設置し、隙間拡幅用油圧ジャッキ９０を作動させることにより、隙間を３０ｍｍ程度まで拡幅する。この際、プレキャストパネル３０の天端をジャッキ設置スペースとして利用することにより、ベント設置等の仮設工事を必要としない。

隙間拡幅用油圧ジャッキ９０は、油圧により開角度を変更可能な楔状の挿入部を有し、この挿入部を隙間に挿入して、挿入部の開角度を広げることにより隙間を押し広げるようにした工具である。なお、隙間拡幅用油圧ジャッキ９０は、橋脚１０の周方向に沿って複数台設置する。一般的な隙間拡幅用油圧ジャッキ９０の最大揚力は３０ｔ程度であり、最大揚程は３４ｍｍ程度である。ジャッキアップに際しては、油圧同調ポンプを用いて複数台の隙間拡幅用油圧ジャッキ９０を同時に駆動することにより、水平方向のバランスを制御しながら安全にジャッキアップすることができる。

上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとの間隔が３０ｍｍ程度となると、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、この隙間内に薄型油圧ジャッキ１１０を設置し、薄型油圧ジャッキ１１０を駆動することにより、隙間を１００ｍｍ程度まで拡幅する。なお、薄型油圧ジャッキ１１０は、橋脚１０の周方向に沿って複数台設置される。一般的な薄型油圧ジャッキ１１０の機械厚さは２５ｍｍであり、最大揚程は２５ｍｍ程度である。ジャッキアップに際しては、油圧同調ポンプを用いて複数台の薄型油圧ジャッキ１１０を同時に駆動することにより、水平方向のバランスを制御しながら安全にジャッキアップすることができる。

薄型油圧ジャッキ１１０の盛替えを行いながら、上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとの間隔が１００ｍｍ程度となるまでジャッキアップを繰り返す。なお、複数台の薄型油圧ジャッキ１１０を重層使用して、ストローク長を増加させてジャッキアップを行ってもよい。

＜上側橋脚上昇工程＞
分離部拡幅工程により、上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとの間隔が１００ｍｍ程度となると、図４に示すように、上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとの隙間内に機高の低い油圧ジャッキ（図示せず）を設置する。そして、標準的な油圧ジャッキ（例えば３００ストローク程度の油圧ジャッキ）１２０を隙間内に設置できるように、上側橋脚１０ａをスペーサー（図示せず）で仮受けしながら、機高の低い油圧ジャッキ（図示せず）の盛替えを繰り返す。そして、標準的な油圧ジャッキ１２０を設置可能な隙間が確保できたら、上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとの間隔内に標準的な油圧ジャッキ１２０を設置して、上側橋脚１０ａをスペーサー（図示せず）で仮受けしながら、上側橋脚１０ａが所望の高さ（例えば１．０ｍ）に上昇するまで、油圧ジャッキ１２０の盛替えを繰り返す。

上側橋脚１０ａが所望の高さ（例えば１．０ｍ）まで上昇したら、図５に示すように、上側橋脚１０ａと下側橋脚１０ｂとの間隔内にスペーサー１３０を設置して、油圧ジャッキ１２０を取り外す。ここで、スペーサー１３０は、人力で設置できるように鉛直方向に分割されたコンクリートブロックとし、ブロック同士の接合面を一致させるため、マッチキャスト工法で製造することが好ましい。

＜鉛直鉄筋接続工程＞
耐震設計上、既存の鉛直鉄筋を切断して橋脚を延伸した箇所に鉄筋が必要な場合は、鉛直鉄筋接続工程を実施する。この鉛直鉄筋接続工程は、ウォータージェットにより、上側橋脚１０ａの下端部及び下側橋脚１０ｂの上端部において、既存の鉛直鉄筋１００の端部をはつり出す。続いて、挿入鉄筋１４０を介して、はつり出した上下の鉛直鉄筋１００を接続する。この際、例えばエンクローズ溶接技術を用いて、既存の鉛直鉄筋１００と挿入鉄筋１４０とを接続する。

＜躯体構築工程＞
続いて、躯体の構築を行う。この躯体構築工程では、橋脚１０の外周に設置したプレキャストパネル３０の上方に、曲げ補強鉄筋２０を取り囲むように型枠１５０を設置し、型枠１５０内にコンクリート４０を打設する。具体的には、低水セメント比の高耐久性モルタルを繊維補強した埋設型枠を用い、埋設型枠内に中流動性コンクリートを打設する。

＜施工例＞
図６及び図７を参照して、河川橋梁の桁下空間拡大工法の実施前と実施後の様子を説明する。図６は、河川橋梁の桁下空間拡大工法の実施前の様子を示す説明図、図７は、河川橋梁の桁下空間拡大工法の実施後の様子を示す説明図である。

上述した各工程を実施すると共に、図６及び図７に示すように、アプローチ部２１０の施工も実施される。具体的には、交通遮断を行った後に、橋桁２２０の両端部を支持する橋台２３０の背面に存在する土砂を掘削し、橋台２３０の背面掘削部とアプローチ部２１０に軽量盛土２４０を施工する。この際、原料土、セメント、水及び気泡等を混合した気泡混合軽量土を用いた軽量盛土工法を用いることが好ましい。
続いて、アプローチ斜路部を仮舗装して、交通遮断解除の準備を行う。そして、交通量が少ない夜間等に片側交通規制を行い、アプローチ部２１０を本舗装すると共に、標識等の施設を設置する。

上述した各工程を実施することにより、例えば１０日間程度の短期間で、工事前と比較して橋桁１０を１．０〜２．０ｍ程度上昇させ、橋梁の桁下空間を拡大することができる。
また、図６及び図７に示すように、桁下空間拡大工法の実施前には不足していた橋脚の耐震性能を高めると共に、実施前と比較して桁下空間を１．０ｍ〜２．０ｍ程度拡大するので、安全上必要な流下断面が確保され、洪水の被害を未然に防止することができる。

＜好適な適用例＞
上述したように、本発明に係る橋脚の延伸工法は、河川橋梁の桁下拡大工法で好適に適用される。ここで、河川橋梁の桁下空間拡大工法は、単純に桁下高が不足している河川橋梁に好適に適用され、橋長が河川幅に対して短く、横堤が流下を阻害している橋梁、橋梁の老化が著しく上部工や下部工の再利用が不可能な橋梁、河積阻害率が大きい橋梁、数日間の交通制限が不可能な橋梁については、橋梁の架け替え工法が好適である。

本発明の実施形態に係る橋脚の延伸工法を説明するための説明図（耐震補強工程）。 本発明の実施形態に係る橋脚の延伸工法を説明するための説明図（橋脚転倒防止工程・橋脚切断分離工程・分離部遊間確保工程）。 本発明の実施形態に係る橋脚の延伸工法を説明するための説明図（分離部遊間確保工程）。 本発明の実施形態に係る橋脚の延伸工法を説明するための説明図（上側橋脚上昇工程）。 本発明の実施形態に係る橋脚の延伸工法を説明するための説明図（鉛直鉄筋接続工程・躯体構築工程）。 河川橋梁の桁下空間拡大工法を説明するための説明図（実施前）。 河川橋梁の桁下空間拡大工法を説明するための説明図（実施後）。

符号の説明

１０ 橋脚
１０ａ 上側橋脚
１０ｂ 下側橋脚
２０ 曲げ補強鉄筋
３０ プレキャストパネル
４０ 水中不分離コンクリート
５０ 段取り鉄筋
６０ クランプ
７０ アンカー
８０ ナット
９０ 隙間拡幅用油圧ジャッキ
１００ 鉛直鉄筋
１１０ 薄型油圧ジャッキ
１２０ 標準的な油圧ジャッキ
１３０ スペーサー
１４０ 挿入鉄筋
１５０ 型枠
２１０ アプローチ部
２２０ 橋桁
２３０ 橋台
２４０ 軽量盛土

Claims (4)

1. 河川橋梁の桁下空間拡大に伴い既設橋脚を延伸するための工法であって、
   橋脚の外周に略鉛直方向の曲げ補強鉄筋を配筋すると共に、前記橋脚の下部において前記曲げ補強鉄筋を取り囲むように、橋脚を切断する高さまで型枠を設置し、前記橋脚の外周と前記型枠との間にコンクリートを打設して耐震補強を行う工程と、
   前記打設したコンクリート天端付近において前記橋脚を略水平方向に切断して、上側橋脚と下側橋脚とに分離する工程と、
   前記上側橋脚と前記下側橋脚との間隔を押し広げる工程と、
   前記橋桁が所望の高さとなるように前記上側橋脚を上昇させる工程と、
   前記打設したコンクリートの上方において前記曲げ補強鉄筋を取り囲むように型枠を設置し、当該型枠内にコンクリートを打設する工程と、
   を含むことを特徴とする橋脚の延伸工法。
2. 前記耐震補強工程が終了した後に、前記曲げ補強鉄筋に支持具を取り付けると共に、当該支持具と対向する位置の前記橋脚に固定部材を取り付け、前記支持具と前記固定部材とを連結する工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の橋脚の延伸工法。
3. 前記型枠としてプレキャストパネルを使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の橋脚の延伸工法。
4. 前記切断後の上側橋脚の下端部及び下側橋脚の上端部においてそれぞれ既存の鉛直鉄筋の端部をはつり出して、挿入鉄筋を介して当該鉛直鉄筋を接続する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の橋脚の延伸工法。

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