JP5143666B2 - Ｐｃ橋梁の架設方法 - Google Patents

Description

本発明は、道路橋、歩道橋、鉄道橋、水道橋、または高架橋など、支点間に架け渡される橋梁の架設方法に関し、特に、ＰＣ鋼材によって主桁にプレストレスが導入される橋梁に係る。

プレストレスコンクリート橋梁（以下、「ＰＣ橋梁」と記す）においては、主桁に作用する曲げモーメントに対抗するため、主桁にＰＣ鋼線が挿入され、プレストレスが導入される。プレストレスの導入方法には、工場等で予めＰＣ鋼材が緊張された状態でコンクリートが打設されるプレテンション方式と、コンクリート打設された主桁を架設場所に架設した後にＰＣ鋼材を緊張してプレストレスを導入するポストテンション方式とがあるが、橋梁の規模が大きい場合にはポストテンション方式が有効である。そして、ＰＣ鋼材の緊張力は、一般に完了した橋梁の死荷重を含む設計荷重による曲げモーメントに応じて設計される。

図１１（Ａ）に示すように、ポストテンション方式で設計され、施工時と完成時とで死荷重の増加が大きなＰＣ橋梁では、完成時の死荷重が作用していない状態でＰＣ鋼材１５に設計緊張力を加えると、偏倚した過度なストレスが生じるため、主桁１０が座屈または圧縮破壊するか、過大な引張力により損壊する虞がある。そのため従来では、図１１（Ｂ）に示すように、完成時の死荷重が作用していない状態で設計プレストレスを導入しても耐え得るように、高い断面剛性を主桁１０に確保していた。或いは、過度なプレストレスが発生しないように、工事の進捗に合わせて当該工事による重量増大分に見合った緊張力を段階的にかけていた。

しかしながら、従来のように施工中の一時的な応力に耐え得る高い剛性を主桁に確保するためには、部材断面、特に桁高を大きくする等の対応が必要であり、主桁のコスト上昇を招くばかりでなく、主桁の重量化に伴って橋梁工事全体のコストを上昇させる。また、桁高が大きくなると、桁上下の空間に規制がある場合等には当該工法の採用自体が不可能となる。当該工法を採用できたとしても、桁高の低い景観性に優れたデザインを採用すること等はできなかった。この問題は、施工時と完成時とで死荷重の増加分が大きな橋梁において特に顕著であった。

また、主桁の両端面にはＰＣ鋼材が挿通されるシースが開口しており、この開口部分にはＰＣ鋼材を主桁に定着させるための定着具が設けられるが、工事の進捗に合わせて段階的にプレストレスを導入する方法では、ＰＣ鋼材に緊張力を与えるためのジャッキ設置スペースを工事完了まで確保しなければならない。そのため、主桁の両端面に近接設置される胸壁の施工や当該部分の埋め戻し、踏掛板の施工等に着手することができず、工期の長期化の原因になっていた。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、主桁に過大な断面剛性を必要とせず、短い工期で低コスト且つ容易に施工可能であり、景観性に優れたデザインを採用し得るＰＣ橋梁の架設方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ＰＣ橋梁の架設方法であって、プレストレス導入用のＰＣ鋼材が挿通される挿通孔を備えた主桁を橋脚間に架け渡す工程と、前記挿通孔に前記ＰＣ鋼材を挿通する工程と、前記主桁の許容応力の範囲において錘体を該主桁に付加するとともに、前記ＰＣ鋼材を緊張し、前記主桁に定着させる工程と、前記付随工事を行うとともに、該付随工事による死荷重増大分に略相当する前記錘体を前記主桁から撤去する工程とを含むように構成する。

上記架設方法においては、前記付随工事が複数あり、前記錘体を前記主桁から撤去する工程が複数回反復されてもよい。また、前記挿通孔が懸垂曲線状に設けられ、或いは、前記主桁が超高強度繊維補強コンクリートで形成されるとよい。更に、前記主桁が、複数のプレキャストコンクリート桁部材と、該プレキャストコンクリート桁部材の間に充填される目地材とから構成され、前記目地材が超高強度繊維補強コンクリートで形成されるとよい。ここで、付随工事とは、プレストレス導入後に橋梁上部の死荷重を増大させる全ての工事を含み、例えば、床版工事、欄干工事、排水溝工事、舗装工事、壁や屋根等の上屋工事、照明・ケーブル等の設備工事、その他の付帯工事等を含む概念を指す。

本発明によれば、主桁を架設した後、付随工事による死荷重が作用する前であっても、主桁に設計プレストレスを導入することが可能になるため、主桁の両端面に近接する各種工事を橋梁における付随工事と並行して行うことができ、工期の短縮が可能となる。また、主桁は、完成後の設計荷重を基準にした断面剛性を有していればよく、付随工事前に導入されるプレストレスに対抗するための過大な断面剛性を必要としないため、主桁断面の最適化（小断面化）が可能となる。したがって、橋脚等、主桁重量を設計条件とする他の構築物の規模を縮小して橋梁工事全体のコストを低減できる他、設計自由度が向上することにより景観性に優れたデザインの採用も可能となる。

特に、主桁に現場打ちの超高強度繊維補強コンクリートを用いた場合や、複数のプレキャスト桁部材間の目地に超高強度繊維補強コンクリートを用いた場合、所定の強度特性が得られるまでの養生期間が長くなる（２０℃で９０日程度）が、錘体を付加して緊張時に発生する曲げ応力を小さくすることにより、養生期間が短く発現強度が低くても、硬化中の超高強度繊維補強コンクリートの許容圧縮応力が設計圧縮応力を満たした時点でＰＣ鋼材の緊張が可能となり、大幅な工期短縮を図ることができる。また、超高強度繊維補強コンクリートは、ＰＣ橋梁で通常使用される４０Ｎ／ｍｍ^２のコンクリートに比べて４倍程度の強度を有するため、主桁の桁高の縮小化および大幅な軽量化が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

≪第１実施形態の構成≫
図１は本発明の第１実施形態によって架設されたＰＣ橋梁の側面図であり、図２は図１中のII−II断面図であり、図３は図２中のIII−III断面図である。図１〜図３に示すように、歩道橋として利用されるＰＣ橋梁１は、２つの橋脚２，３と、これら橋脚に架け渡されたプレキャスト橋梁版４（ＰＣ橋梁）、プレキャスト橋梁版４の両側縁から上方に立設された左右の壁５、および左右の壁５の上部に架設された断面円弧状の屋根６等から構成されている。

プレキャスト橋梁版４は、橋軸方向に延在する３本の主桁１０と、これら３本の主桁１０を橋軸直角方向に連結する複数の横桁１１と、主桁１０の上部に一体に形成された床版１２とから構成され、専用工場で製作されたプレキャストコンクリートからなる一体物である。そして、コンクリートには、鋼繊維が配合されることによって通常のコンクリートよりも非常に大きな引張強度と優れたじん性を有する超高強度繊維補強コンクリートが使用されている。そして床版１２の上面にはタイル舗装１３が施される。

各主桁１０の内部には、橋軸方向に延在するシース１４（挿通孔）が懸垂曲線状にそれぞれ配設されており、各シース１４内にはＰＣ鋼材１５が挿通されるとともに、空隙部にグラウト１６が充填されている。シース１４の両端には、ＰＣ鋼材１５を定着する図示しない定着具が装着されており、ジャッキ等の緊張装置によって緊張されたＰＣ鋼材１５を緊張状態のまま主桁１０に定着させている。これにより、橋軸方向の圧縮力が主桁１０に作用し、プレストレスが導入されている。

≪第１実施形態の橋梁架設方法≫
次に、プレキャスト橋梁版４の架設手順について説明する。図４はプレキャスト橋梁版４の架設方法を示すフロー図であり、図５は各工程におけるプレキャスト橋梁版４の状態を示した方法説明図である。図５（Ａ）に示すように、専用工場から現場に搬入したプレキャスト橋梁版４を、図示しないクレーンによって橋脚２，３上に架け渡す（ステップ１）。なお、本実施形態では、プレキャスト橋梁版４が現場に搬入された時点において、３本のシース１４のうち両端の２本のシースにＰＣ鋼材１５が既に挿入されており、２本の主桁１０にプレストレスが導入されている。これにより、プレキャスト橋梁版４は、架設時に自重による応力に耐え得るようになっている。

次に、３本のシース１４のうち、ＰＣ鋼材が挿入されていない中央のシース１４に対し、図５（Ｂ）に示すように、ＰＣ鋼材１５を挿通し、プレキャスト橋梁版４の一端において定着具によってＰＣ鋼材１５を主桁１０に定着させる。一方、プレキャスト橋梁版４の他端において、ＰＣ鋼材１５をジャッキで緊張した状態で他方の定着具により主桁１０に定着させることにより、設計プレストレスの全応力を主桁１０に導入する。これと同時に、プレキャスト橋梁版４上に鉄製のインゴット１７（錘体）を所定間隔に複数載置する（ステップ２）。すなわち、主桁１０に橋梁完成時と近似した曲げモーメントが与えられることになる。

この際、プレキャスト橋梁版４上にインゴット１７を載置する度に、載置したインゴット１７の重量と載置位置とに応じて、ＰＣ鋼材１５に及ぼす緊張力を段階的に高めるようにするとよい。複数のインゴット１７の総重量は、主桁の許容応力度を満足する範囲で設定されれば良いが、本実施形態では後述する各付随工事によってプレキャスト橋梁版４に付加される死荷重と同程度とされている。設計緊張力をＰＣ鋼材１５に及ぼした後、グラウト１６をシース１４の内部に注入し、ＰＣ鋼材１５と主桁１０とを一体化させる。

次に、図５（Ｃ）に示すように、プレキャスト橋梁版４上において、付随工事として壁５および屋根６の設置工事を行う。これと同時に、壁５および屋根６の重量に相当するインゴット１７をプレキャスト橋梁版４上から撤去する（ステップ３）。この際、壁５および屋根６の設置に合わせてインゴット１７を順々に撤去することが望ましいが、主桁１０の許容応力との関係で壁５の設置後等にまとめて撤去してもよい。本実施形態では、プレキャスト橋梁版４の両端側から１つおきに合計３つのインゴット１７を撤去している。

屋根工事が完了した後、図５（Ｄ）に示すように、プレキャスト橋梁版４の上面に付随工事としてタイル舗装１３を施す。また、これと同時に、プレキャスト橋梁版４上のインゴット１７を全て撤去する（ステップ４）。これにより、プレキャスト橋梁版４に設計死荷重が印加した状態となり、導入されたプレストレスと曲げモーメントによる引張り応力との均衡がとれた状態となる。

≪第１実施形態による効果≫
このように本実施形態では、プレキャスト橋梁版４が橋脚２，３に架け渡された後であって付随工事を行う前に、主桁１０にプレストレスを導入すると同時にプレキャスト橋梁版４上にインゴット１７を載置するため、ＰＣ鋼材１５の緊張によって主桁１０の中央部を上方に反り返す力は打ち消される。そのため、主桁１０に設計応力以外の偏倚した過大なプレストレスが生じることがなく、主桁１０を設計荷重に耐え得る最小断面にすることができる。また、橋脚２，３についても規模縮小が可能となる。このように、主桁１０の桁高を小さくすることにより、景観性に優れたデザインの採用が可能となっている。また、付随工事を行う前に設計プレストレスを主桁１０に導入できるため、主桁１０の両端近傍における各種工事と付随工事とを並行して行うことが可能となり、工期の短縮が図られる。これらにより、橋梁工事全体のコストが低減されている。

≪第２実施形態の構成≫
次に図６を参照して本発明によって架設された第２実施形態のＰＣ橋梁架設方法について説明する。同図は本発明の第２実施形態によって架設されたのＰＣ橋梁の側面図である。なお、説明にあたって、第１実施形態と実質的に同一の構成要素には同一の符号を用い、第２実施形態に特有の点について重点的に説明し、第１実施形態と重複する説明については適宜省略する。

歩道橋として利用される本実施形態のＰＣ橋梁２１は、プレキャスト橋梁版２４が複数のプレキャスト橋梁部材２４ａ〜２４ｅによって構成されている点が第１実施形態と異なる。その他、２つの橋脚２，３や、プレキャスト橋梁版２４の両側縁から立設された左右の壁５、左右の壁５上に架設された屋根６、タイル舗装１３等は第１実施形態と同様である。

各プレキャスト橋梁部材２４ａ〜２４ｅは、主桁３０ａ〜３０ｅを備え、第１実施形態と同様の断面形状を呈するプレキャストコンクリートとして専用工場で製作される。コンクリートには上記と同様に超高強度繊維補強コンクリートが使用されている。そして直列に配置された各プレキャスト橋梁部材２４ａ〜２４ｅ間には、幅５０ｍｍ程度の目地２５ａ〜２５ｄが形成され、目地材として超高強度繊維補強コンクリートが充填されている。

プレキャスト橋梁版２４は、橋軸方向中央部が若干上方に突出するアーチ形状に形成されている。各主桁３０ａ〜３０ｅの内部に配設された橋軸方向に延在するシース１４は、プレキャスト橋梁版２４の両端部では主桁３０の上部に配置され、プレキャスト橋梁版２４の中央部では主桁３０の下部に配置されており、略直線状となっている。各シース１４内にはグラウト１６が充填され、ＰＣ鋼材１５を主桁１０に定着させたことにより、橋軸方向のプレストレスがプレキャスト橋梁版２４に導入されている。なお、シース１４が略直線状に形成されることにより、プレストレスが導入されてもプレキャスト橋梁版２４に発生する曲げモーメントは小さくなっている。

≪第２実施形態の橋梁架設方法≫
図７〜図１０を参照してプレキャスト橋梁版２４の架設手順について説明する。図７はプレキャスト橋梁版２４の架設方法を示すフロー図であり、図８〜図１０は各工程におけるプレキャスト橋梁版２４の状態を示した方法説明図である。

図８に示すように、先ず準備工として、２つの橋脚２，３間の地面Ｇ上に複数の柱状のベント２６を構築する（ステップ１１）。ベント２６は、２列１組となるベント２６ａ〜２６ｄがプレキャスト橋梁版２４の目地２５ａ〜２５ｄを挟むように、橋軸方向に４組、直列に配置される。なお図示は省略するが、ベント２６の周辺およびベント２６上部を連結するように、作業足場が設置される。この際、橋脚２，３間に既設の車道や歩道がある場合には、目地２５の配置位置を調整し、作業足場を門型に構築することによって各プレキャスト橋梁部材２４ａ〜２４ｅの橋軸方向中央部の下方を開放すれば、車道や歩道を通行規制することなく施工することも可能である。また、ベント２６の代わりに周知の支保工材を用いてベントと足場とを一体に構築してもよい。

次に、図９に示すように、専用工場から現場に搬入したプレキャスト橋梁部材２４ａ〜２４ｅを、橋脚２，３およびベント２６上に架け渡すようにクレーン２７で配置する（ステップ１２）。各プレキャスト橋梁部材２４ａ〜２４ｅを配置した後、図１０に示すように、各目地２５ａ〜２５ｄに超高強度繊維補強コンクリートを打設し（ステップ１３）、養生する（ステップ１４）。超高強度繊維補強コンクリートの打設および養生にあたっては、本出願人が先に提案した特願２００７−２４９９３１号明細書に記載されるように、目地２５ａ〜２５ｄおよびその周辺のプレキャスト橋梁部材２４ａ〜２４ｅを断熱材で構成された養生箱で囲い、目地２５全体が４０℃以上となるように加熱すると共に、プレキャスト橋梁部材２４の温度が目地２５から遠ざかるにしたがって養生温度より低くなるようにするとよい。これにより、目地２５の早期強度発現および高接合強度が達成され、温度応力によるひび割れの発生も抑制される。

その後、目地材である超高強度繊維補強コンクリートの強度が所定値以上、すなわちＰＣ鋼材１５によるプレストレスにより生じる応力、特に圧縮応力に耐え得る強度に達した後に目地２５部の脱型を行い、第１実施例と同様に主桁３０にプレストレスを導入すると同時にプレキャスト橋梁版２４上に鉄製のインゴット１７を所定間隔に複数載置する（ステップ２５）。プレストレス導入後、適宜ベント２６および足場を撤去し、第１実施例と同様に、プレキャスト橋梁版２４上で壁５および屋根６の設置工事を行うと同時に壁５および屋根６の重量に相当するインゴット１７をプレキャスト橋梁版２４上から撤去し（ステップ２６）、タイル舗装１３を施すと同時にプレキャスト橋梁版２４上のインゴット１７を全て撤去する（ステップ１７）。

≪第２実施形態による効果≫
本実施形態の場合、プレキャスト橋梁版２４の目地２５に超高強度繊維補強コンクリートを現場打ちで打設しているため、所定強度の発現までの養生期間が長くなるが、熱養生することによって強度発現を促進し、所定の圧縮強度に達した時点でプレストレスを導入することが可能となっている。また、シース１４が略直線状に形成され、プレストレス導入と同時に錘体が付加されることにより、付随工事が未完了の工事途中段階であっても設計緊張力を一度に加えることが可能となり、大幅な工期短縮が実現される。更に、プレキャスト橋梁部材２４ａ〜２４ｅおよび目地２５ａ〜２５ｄに超高強度繊維補強コンクリートが採用されているため、主桁の桁高の縮小化および軽量化が可能となり、大幅なコスト削減が実現できた。

以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、橋梁版が主桁と床版とをプレキャストコンクリートで一体形成された実施形態と、複数のプレキャスト橋梁版を現場打ちコンクリートで接合する実施形態とを例に挙げたが、橋梁版全体を現場打ちコンクリートにすることも可能である。或いは、主桁のみをプレキャストコンクリートとし、床版を現場打ちコンクリートとしてもよい。いずれの形態においても、主桁または目地材として超高強度繊維補強コンクリートを使用した場合、通常のコンクリートの場合よりも大きな工期短縮効果が得られる。

また、上記実施形態では、錘体として鉄製のインゴットを使用しているが、錘体はこれに限定されるものではなく、コンクリートブロックや水槽等、他の物を用いてもよい。水槽を用いた場合、バルブ等の排水手段によって適時所望の荷重に変更することができ、錘体の撤去回数が多い場合にも施工が容易である。更に、上記実施形態では錘体を床版上に載置しているが、付随工事との干渉を避けるために床版や主桁の下面或いは側面から錘体を懸吊してもよい。また、上記実施形態では、主桁内にＰＣ鋼材を配置した内ケーブル形式としているが、ＰＣ鋼材がその全長または一部において主桁の外側に配置される外ケーブル形式としてもよい。これら変更の他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

本発明の第１実施形態に係るＰＣ橋梁の側面図 図１中のII−II断面図 図２中のIII−III矢視図 第１実施形態に係る架設方法のフロー図 第１実施形態に係る架設方法の説明図 本発明の第２実施形態に係るＰＣ橋梁を一部破断して示す側面図 第２実施形態に係る架設方法のフロー図 第２実施形態に係る架設方法の説明図 第２実施形態に係る架設方法の説明図 第２実施形態に係る架設方法の説明図 従来技術によるＰＣ橋梁の架設方法の説明図

符号の説明

１，２１ ＰＣ橋梁
２，３ 橋脚
４，２４ プレキャスト主桁
５ 壁
６ 屋根
１０，３０ 主桁
１１，３１ 横桁
１２，３２ 床版
１３ タイル舗装
１４ シース
１５ ＰＣ鋼材
１６ グラウト
１７ インゴット
２５ 目地
２６ ベント
２７ クレーン
Ｇ 地面

Claims (5)

1. ＰＣ橋梁の架設方法であって、
   プレストレス導入用のＰＣ鋼材が挿通される挿通孔を備えた主桁を橋脚間に架け渡す工程と、
   前記挿通孔に前記ＰＣ鋼材を挿通する工程と、
   前記主桁の許容応力の範囲において錘体を該主桁に付加するとともに、前記ＰＣ鋼材を緊張し、前記主桁に定着させる工程と、
   付随工事を行うとともに、該付随工事による死荷重増大分に略相当する前記錘体を前記主桁から撤去する工程と
   を含むことを特徴とするＰＣ橋梁の架設方法。
2. 前記付随工事は複数あり、
   前記錘体を前記主桁から撤去する工程は複数回反復されることを特徴とする、請求項１に記載のＰＣ橋梁の架設方法。
3. 前記挿通孔は懸垂曲線状に設けられたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のＰＣ橋梁の架設方法。
4. 前記主桁は超高強度繊維補強コンクリートからなることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＰＣ橋梁の架設方法。
5. 前記主桁は、複数のプレキャストコンクリート桁部材と、該プレキャストコンクリート桁部材の間に充填される目地材とから構成され、
   前記目地材は、超高強度繊維補強コンクリートからなることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＰＣ橋梁の架設方法。

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