JP5026395B2 - 基礎ペデスタルの改修方法および改修装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば高炉の炉体を支持する基礎ペデスタルの改修方法と装置に関する。

製鐵所の高炉においては、長期間の使用によって劣化した耐熱レンガを補修する工事が必要となる。この補修工事では、基礎ペデスタル上に設置された炉体を解体し、耐火レンガの交換等が行われる。なお、本願では、高炉等の各種設備において炉体などの重量物を支える基礎台となる部分を「基礎ペデスタル」と呼ぶ。

また、かかる補修工事に伴い、劣化した基礎ペデスタルの改修工事が行われる。この改修工事では、生産効率の向上や生産量の増加のために、高炉の容積拡大が同時に行われる場合がある。この場合、高炉の櫓部分については既設のものを流用しながら、高炉の容積を拡大させる手法として、高炉の基礎ペデスタルの上部を切断し、炉体を下方に向けて延長させる方法が知られている。また、このように高炉の基礎ペデスタルの上部を切断した場合、切断した基礎ペデスタル（基礎部分）の上面に対して、炉体支持用の設備取合い金物と補強用の基礎用鉄筋を備えた付加部分を設ける改修工事が行われる。

ここで、従来一般的に行われている高炉の基礎ペデスタルの改修工事を、図１を参照して説明する。図１に示す基礎ペデスタル１００は、基礎部分１１０の上面に付加部分１１１を設けた構造になっている。基礎部分１１０は、例えば、長年の使用によって劣化した基礎ペデスタル、補修前の高炉の基礎ペデスタルの上部を切断したものなどである。基礎部分１１０と付加部分１１１の境界面には、ずれ止め用のさし筋アンカー１１２が複数本垂直に設置されている。また、付加部分１１１の内部には補強材としての基礎用鉄筋１１５が設けられ、付加部分１１１の上面には、炉体支持用の設備取合い金物１１６が設置されている。設備取合い金物１１６は、付加部分１１１内に埋め込まれたアンカー１１７によって固定されている。かかる基礎ペデスタル１００の改修工事は、基礎部分１１０の上部において、さし筋アンカー１１２、基礎用鉄筋１１５および設備取合い金物１１６を現場で順次設置し、その後、付加部分１１１となるコンクリートやグラウト等の経時性硬化材料を流し込むことによって行われている。

一方、さし筋アンカー１１２を用いずに改修を行う方法として、特開２００３−１０５９７２（特許文献１）および特開２００３−４９５４３（特許文献２）が開示されている。特許文献１では、旧コンクリートと新コンクリートの打継ぎ面にポリマーセメントを介在させ、接着剤としての役割をさせて、旧コンクリートと新コンクリートを接着させるコンクリートの打継ぎ方法が提案されている。また、特許文献２では、既設コンクリート構造物にウォータージェットを噴射し、劣化した表層コンクリートを除去してモルタル等により改修を行うコンクリート改修方法が提案されている。

特開２００３−１０５９７２号公報 特開２００３−４９５４３号公報

しかしながら、図１に示した基礎ペデスタル１００の改修工事では、この工事期間中は、当然ながら高炉の操業は不可能である。また、多数の基礎用鉄筋１１５や設備取合い金物１１６を改修工事現場で設置しなくてはならず、工事期間が長期化してしまうという問題点があった。そのため、改修工事期間の短縮を可能とする工法の採用が求められている。

加えて、上記特許文献１に記載のコンクリート打継ぎ方法を高炉の基礎ペデスタル等の面積の大きな構造物に適用させた場合、塗布に多大な時間を要し、ポリマーの可使用時間内での作業は困難であるという問題点がある。また、粉塵等が表面に付着することにより十分な接着効果が期待できない可能性がある。

また、上記特許文献２に記載のコンクリート改修方法には、既設コンクリート構造物にどの程度の凹凸処理を施すことが改修のために好ましいのかが開示されていない。

本発明の主な目的は、高炉等の基礎ペデスタルの改修工事期間を短縮することにある。

本発明によれば、基礎部分の上面に付加部分を設ける基礎ペデスタルの改修方法であって、前記付加部分の上面に設置される設備取合い金物と、前記付加部分を補強する基礎用鉄筋とを、前記基礎ペデスタルの設置場所以外の場所において一体化させる工程と、一体化された前記設備取合い金物と前記基礎用鉄筋を前記基礎部分の上方に設置する工程と、前記設備取合い金物と前記基礎用鉄筋とを埋設させるように、前記基礎部分の上面に経時性硬化材料を充填させる工程とを備える、基礎ペデスタルの改修方法が提供される。

この改修方法において、前記基礎部分の上面に経時性硬化材料を充填させる工程の前に、前記基礎部分の上面に粗面化処理を施す工程を備えても良い。また、前記基礎部分の上面に粗面化処理を施す工程において、前記基礎部分の上面に、深さ１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の溝を基礎上面全体に形成しても良い。また、前記基礎部分は、例えば、既設の基礎ペデスタルの上部を切断したものである。また、前記基礎ペデスタルは、例えば、高炉の基礎ペデスタルである。

また、本発明によれば、基礎部分の上面に付加部分を設ける基礎ペデスタルの改修装置であって、前記付加部分の上面に設置される設備取合い金物と、前記付加部分を補強する基礎用鉄筋とを、一体的に支持する支持体と、前記支持体を、前記基礎ペデスタルの設置場所以外の場所から前記基礎部分の上方に移動させる移動機構とを備える、改修装置が提供される。

この改修装置において、前記支持体と前記移動機構は、前記設備取合い金物と基礎用鉄筋を所望の位置に設置した後に取り外しができ、前記基礎ペデスタル上から外へ搬出可能であっても良い。

本発明によれば、基礎ペデスタルの改修工事期間を短縮することができる。これにより、高炉等の各種産業設備において操業停止期間を短縮でき、生産性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態の一例を、図面を参照にして説明する。なお、本明細書及び図面において、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２は、本発明の実施の形態にかかる改修方法が施された基礎ペデスタル１の説明図である。基礎ペデスタル１は、各種設備において炉体、各種装置などの重量物を支える基礎台となる部分であり、例えば製鐵所の高炉において炉体を支える基礎台となる部分である。この基礎ペデスタル１は、基礎部分１０の上面に付加部分１１を設けた構造である。基礎部分１０は、例えば、既設の基礎ペデスタル、あるいは、既設の基礎ペデスタルの上部を切断したものである。

付加部分１１は、内部に補強材としての基礎用鉄筋１２と設備取合い金物１３のアンカー１４を埋め込んだ状態で、例えばコンクリート、グラウト、モルタル等の経時性硬化材料１５を硬化させた構造である。設備取合い金物１３は、付加部分１１の上面に設置されており、付加部分１１内（経時性硬化材料１５内）に埋め込まれたアンカー１４によって固定されている。なお、説明のため、基礎ペデスタル１０と付加部分１１の境界を境界面１６とする。

図３に、本発明の実施の形態にかかる改修装置２０の概略図を示す。改修装置２０は、移動機構２１によって支持された支持体２２を有している。移動機構２１には、例えばチルタンクが用いられ、地上において支持体２２を容易に移動させることができる。支持体２２は、例えば鉄骨等を組み合わせて構成したプレハブ構造であり、分解可能である。支持体２２は、ジャッキ部２３を介して移動機構２１に支持されており、支持体２２の高さは任意に設定できるようになっている。

かかる改修装置２０を用いて、改修工事を行う場合、先ず、基礎ペデスタル１の設置場所以外の場所において、支持体２２の下面に、吊り部材２４を介して、設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２を一体的に取り付ける。この場合、設備取合い金物１３は、例えばボルト止め等によって吊り部材２４に取り外し自在に取り付けることができる。また、基礎用鉄筋１２は、設備取合い金物１３のアンカー１４に溶接され、設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２は一体化される。

一方、基礎ペデスタル１においては、基礎部分１０の上面に対して、粗面化処理を行う。粗面化処理としては、ビットローラーやウォータージェットを用いて基礎部分１０の上面を粗面化する方法等が利用される。形成される溝の深さは１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。深さが１ｍｍより低い場合は、十分な摩擦力を得ることが出来ず、深さが２０ｍｍより大きい場合は加工に時間がかかりコストが大きくなる。

そして、基礎部分１０の上面に粗面化処理を行った後、支持体２２を基礎ペデスタル１の設置位置まで移動させ、一体化された設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２を、基礎部分１０の上方に移動させる。この場合、チルタンク等の移動機構２１を利用して支持体２２を地上で走行させることにより、設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２を、基礎部分１０の上方に容易に移動させることができる。また、改修装置２０のジャッキ部２３を作動させることにより、支持体２２の高さは任意に調整でき、これにより、設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２の高さを所望の高さに設定することができる。

こうして、基礎部分１０上方の所定の位置に設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２を配置させた後、設備取合い金物１３および基礎用鉄筋１２を埋設させるように、基礎部分１０の上面に経時性硬化材料１５を充填させる。なお、経時性硬化材料としては、例えばコンクリート、グラウト、モルタル等が用いられる。

そして設備取合金物１３と基礎用鉄筋１２を設置した後、吊り部材２４は切断され、支持体２２は、不可部分１１から切り離される。こうして、経時性硬化材料１５を硬化させることによって、付加部分１１が形成される。

以上述べた過程により基礎ペデスタル１の改修工事が行われる。設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２を一体化させて支持体２２の下面に吊り下げる作業は、基礎ペデスタル１の改修工事を開始する前に、予め行うことができる。このため、設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２を一体化させて支持体２２の下面に吊り下げる作業期間中、基礎ペデスタル１を有する各種産業設備を利用することができ、設備の運転停止時間を短縮できる。このため、基礎ペデスタル１の改修工事期間を実質的に短縮でき、生産効率の向上を図ることができる。

また、付加部分１１を形成する前に、基礎部分１０の上面に粗面化処理を施すことにより、基礎部分１０の上面に付加部分１１が密着し、改修された基礎ペデスタル１において、基礎部分１０と付加部分１１の境界面１６におけるせん断強度の低下の発生が抑制される。なお、従来のせん断強度の低下を防止する方法としては垂直方向にさし筋アンカーを設ける方法が実施されていたが、この粗面化処理を行う方法により、さし筋アンカーを設ける手間が省かれ、工事期間の短縮が可能となる。

また、付加部分１１が形成された後は、設備取合い金物１３から切り離した支持体２２は、移動機構２１を利用して基礎ペデスタル１の設置箇所から容易に移動させ、速やかに除去することができる。なお、支持体２２はプレハブ構造などからなるため、基礎ペデスタル１の設置箇所において分解して撤去することも可能である。

ここで、本発明にあっては、製鐵所の高炉の容積拡大を伴う改修工事に好適に利用することができる。そこで、以下に、製鐵所の高炉の基礎ペデスタルについて本発明の実施の形態にかかる改修方法を適用した場合について説明する。

図４は、高炉３０の概観図であり、（ａ）は、改修工事前の状態を示し、（ｂ）は、改修工事後の状態を示している。図５は、高炉３０の基礎ペデスタル１の改修工程の説明図である。図５には高炉基礎構造４０の改修工程の説明図である。（ａ）は、改修前の基礎ペデスタル１を示している。（ｂ）は、基礎ペデスタル１の上部が切断された状態を示している。（ｃ）は、上部が切断された基礎ペデスタル１（基礎部分１０）の上方に、基礎用鉄筋１２と設備取合い金物１３が設置された状態を示している。（ｄ）は、基礎部分１０の上面に経時性硬化材料１５を打設し、付加部分１１を形成させた状態を示している。

高炉３０は、基礎ペデスタル１の上に炉体３１を支持し、炉体３１の周囲に櫓部分３２を構築した構成を有している。高炉３０の改修工事によって、炉体３１の容積拡大を行う場合、改修後においても既設の櫓部分３２をそのまま流用できるように、基礎ペデスタル１の高さを、図４（ａ）に示す改修前の状態に比べて、図４（ｂ）に示すように、相対的に低くすることが行われる。

先ず、改修工事を行う前は、図５（ａ）に示すように、基礎ペデスタル１は、まだ比較的高さの高い状態である。そこで、図５（ｂ）に示すように、先ず、既設の基礎ペデスタル１の上部が切断される。

そして、こうして上部が切断された基礎ペデスタル１（基礎部分１０）の上面に対して、粗面化処理が施される。この粗面化処理には、ビットローラー、ウォータージェットなどが利用される。

また一方で、基礎ペデスタル１の設置場所以外の場所において、改修装置２０の支持体２２に、吊り部材２４を介して、設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２が一体的に取り付けられる。そして、支持体２２が基礎ペデスタル１の設置位置まで移動させられて、図５（ｃ）に示すように、一体化された設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２が、基礎部分１０の上方に移動させられる。なお、改修装置２０の支持体２２に設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２を一体的に取り付ける作業は、基礎ペデスタル１の改修工事を行う以前に予め行っておくことができる。また、基礎ペデスタル１の上部を切断している間や、基礎部分１０の上面に粗面化処理を施している間に、改修装置２０の支持体２２に設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２を取り付ける作業をしても良い。

そして、このように基礎部分１０の上方に一体化された設備取合い金物１３と基礎用鉄筋１２が配置させられた後、設備取合い金物１３および基礎用鉄筋１２を埋設させるように、基礎部分１０の上面に経時性硬化材料１５が充填させられる。

こうして、付加部分１１が形成され、その後、吊り部材２４は切断されて、支持体２２は、付加部分１１から切り離される。なお、支持体２２は、移動機構２１を利用して基礎ペデスタル１の設置箇所から容易に除去することができ、また、基礎ペデスタル１の設置箇所において分解して撤去することも可能である。

このように、基礎ペデスタル１の高さを、改修前に比べて相対的に低くして、炉体３１を下方に延長させることにより、既設の櫓部分３２を流用しながら、炉体３１の容積拡大を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

以上では、高炉における改修工事について主に説明したが、本発明の適用例としては、これに限らず、圧延設備その他の各種産業設備において重量物を支える基礎台となる部分（基礎ペデスタル）に対して本発明を適用することができる。また、基礎部分の上面に充填される経時性硬化材料は、コンクリート、グラウト、モルタル等以外の経時性硬化材料も利用できる。

また、改修装置２０の支持体２２を移動させる移動機構２１は、チルタンクの他、例えば、支持体２２を予め設置したレール上に支持させ移動させる構成などでも良い。

本発明の実施例として、粗面化処理の効果を確認するせん断実験を行った。図６は、実施例に用いたせん断実験装置５０の概略図である。せん断実験装置５０は、試験体５１を固定する載置台５２と、試験体５１に鉛直方向に加力を行う鉛直加力部５３と、試験体５１に水平方向に加力を行う上下の水平加力部５４ａ、５４ｂを備えている。ここで、試験体５１は、上部（付加部分１１）と下部（基礎部分１０）に分かれており、２種の材料を打設したものである。上の水平加力部５４ａと、下の水平加力部５４ｂは、上部（付加部分１１）と下部（基礎部分１０）に対して互いに逆方向の等しい力を加力する。図６においては、水平加力部５４aが、図中左から右へ加力を行い、水平加力部５４bが、図中右から左へ加力を行う。

以上のように構成されたせん断実験装置５０において、せん断実験を行った。試験体５１として、上部を旧基礎コンクリート模擬体、下部を高流動コンクリートとして打設したものを実施例１〜３とし、上部をエスセイバー（セメント系充填用高流動モルタル）、下部を高流動コンクリートとして打設したものを実施例４とした。以下に表１として実施例１〜４の試行条件を示す。

そして、表１に示した実施例１〜４を用いてせん断実験を行った結果を表２に示す。

図７には、表２の結果に基づき、せん断実験における各実施例１〜４の最大せん断応力（Ｎ／ｍｍ^２）をグラフ化したものを示す。図７に示されたように、粗面化処理を行った実施例１〜３の場合の最大せん断応力は、実施例４の場合と比べ、極めて大きくなっており、特にウォータージェットを用いた粗面化処理は効果的であることがわかった。

本発明は、例えば高炉の基礎構造等の設備基礎ペデスタルの改修方法およびその改修装置に適用できる。

従来の基礎ペデスタル１００の改修工事の説明図である。 本発明の実施の形態にかかる改修方法が施された基礎ペデスタル１の説明図である。 本発明の実施の形態にかかる改修装置２０の概略図である。 （a）は改修工事前の高炉３０の概観図であり、（b）は改修工事後の高炉３０の概観図である。 （a）は、高炉の炉体３１を取り除いた後の高炉基礎構造４０の説明図である。（b）は、改修工事において、高炉基礎構造４０の上部が切断された様子を示す説明図である。（c）は、切断された高炉基礎構造４０の上方所定の位置に、他の場所において一体化された基礎用鉄筋１２および設備取合い金物１３が支持体２２によって設置されている様子を示す説明図である。（d）は、所定の位置に設置された基礎用鉄筋１２および設備取合い金物１３を埋設させるようにコンクリートを打設し、付加部分１１を形成させた様子を示す説明図である。 せん断実験装置５０の概略図である。 実施例１〜４の最大せん断応力（Ｎ／ｍｍ^２）をグラフ化したものである。

符号の説明

１…基礎ペデスタル
１０…基礎部分
１１…付加部分
１２…基礎用鉄筋
１３…設備取合い金物
１４…アンカー
１５…経時性硬化材料
１６…境界面
２０…改修装置
２１…移動機構
２２…支持体
２３…ジャッキ部
２４…吊り部材
３０…高炉
３１…炉体
３２…櫓部分
４０…高炉基礎構造
５０…せん断実験装置
５１…試験体
５２…載置台
５３…鉛直加力部
５４ａ、５４ｂ…水平加力部

Claims (7)

1. 基礎部分の上面に付加部分を設ける基礎ペデスタルの改修方法であって、
   前記付加部分の上面に設置される設備取合い金物と、前記付加部分を補強する基礎用鉄筋とを、前記基礎ペデスタルの設置場所以外の場所において一体化させる工程と、
   一体化された前記設備取合い金物と前記基礎用鉄筋を前記基礎部分の上方に設置する工程と、
   前記設備取合い金物と前記基礎用鉄筋とを埋設させるように、前記基礎部分の上面に経時性硬化材料を充填させる工程とを備える、基礎ペデスタルの改修方法。
2. 前記基礎部分の上面に経時性硬化材料を充填させる工程の前に、前記基礎部分の上面に粗面化処理を施す工程を備える、請求項１に記載の基礎ペデスタルの改修方法。
3. 前記基礎部分の上面に粗面化処理を施す工程において、前記基礎部分の上面に、深さ１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の溝を基礎上面全体に形成する、請求項２に記載の基礎ペデスタルの改修方法。
4. 前記基礎部分は、既設の基礎ペデスタル、または、既設の基礎ペデスタルの上部を切断したものである、請求項１〜３のいずれかに記載の基礎ペデスタルの改修方法。
5. 前記基礎ペデスタルは高炉の基礎ペデスタルである、請求項１〜４のいずれかに記載の基礎ペデスタルの改修方法。
6. 基礎部分の上面に付加部分を設ける基礎ペデスタルの改修装置であって、
   前記付加部分の上面に設置される設備取合い金物と、前記付加部分を補強する基礎用鉄筋とを、一体的に支持する支持体と、
   前記支持体を、前記基礎ペデスタルの設置場所以外の場所から前記基礎部分の上方に移動させる移動機構とを備える、改修装置。
7. 前記支持体と前記移動機構は、前記設備取合い金物と基礎用鉄筋を所望の位置に設置した後に取り外しができ、前記基礎ペデスタル上から外へ搬出可能である、請求項６に記載の改修装置。

Images