JP5504463B2

JP5504463B2 - コンクリート躯体の補強方法

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Publication number: JP5504463B2
Application number: JP2010164137A
Authority: JP
Inventors: 秀明川崎; 隆池田; 等吉田; 弘明久保
Original assignee: Yamaguchi University NUC
Current assignee: Yamaguchi University NUC
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: JP2012026120A

Description

本発明は、コンクリート躯体の補強方法、特に、「多点ＰＳアンカーによる大型コンクリート駆体の補強方法」に関する。
なお、ＰＳアンカー（ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄａｎｃｈｏｒ）は、予め軸方向に張力を付与されているアンカーを意味する。多点とは、軸方向の異なる部位をいう。多点ＰＳアンカーとは、軸方向の異なる部位に、各々張力が付与されているアンカーを意味する。

ダムをはじめとして、コンクリート製の建造物である、様々なコンクリート躯体が知られている。コンクリート躯体を建造する場合は、ベース部としての基礎の上部に、本体としてのコンクリート躯体を建造することが一般的である。コンクリート躯体をより高い強度で基礎に結合させ、地震等の外力から保護するための技術が種々提案されている（例えば、特許文献１（図３）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９に示すように、ダム堤体１０１は、地盤１０２上に建造され、グラウンドアンカーテンドン１０３で補強されている。

この補強は以下のようにして行う。即ち、ダム堤体１０１から地盤１０２まで孔１０４を開け、この孔１０４に、テンドン（ｔｅｎｄｏｎ）１０５、１０５を挿入し、孔１０４の下部に、セメントミルク等のグラウト１０６ａを注入する。グラウト１０６ａが凝固すると、テンドン１０５、１０５の下部が地盤１０２に固定される。次に、テンドン１０５、１０５を引張る。このままで、孔１０４にさらにグラウト１０６ｂを注入し、凝固させる。

テンドン１０５、１０５は、芯部に鋼線を用いた伸縮自在な部材である。保護体１０９、１０９よりも上部は、シース１１１、１１１と呼ばれる樹脂製の保護材で、鋼線が覆われている。テンドン１０５、１０５は、シース１１１、１１１が被せられない先端部１０５ａと、固定板１０８が取り付けられる基部１０５ｂとで引張り合うようにして、テンションを保っている。

ところで、本発明者らが地震に関する実験を行ったところ、次のような問題があることが分かった。
図９の要部拡大図である図１０に示すように、ダム堤体１０１に揺れが加わり、この揺れの力が所定の値を超えると、固定板１０８近傍で部分的な破壊１１７が生じ得ることが分かった。部分破壊が生じることで、所望の補強作用が得られなくなる。

図９に戻り以下のこともいえる。テンドン１０５、１０５はダム堤体１０１を貫通している。補強が必要な部位は、ダム堤体の中でも大きな負荷のかかる、地盤１０２とダム堤体１０１の下部との間であるにも関わらず、従来の技術ではダム堤体１０１の全体を圧縮していた。即ち、無用な圧縮力をダム堤体１０１にかけていた。
コンクリート躯体において、部分破壊を防止しつつ、必要な部位にのみ圧縮力のかかる補強技術の提供が望まれる。

特開２００７−２１７９８１公報

本発明は、コンクリート躯体において、部分破壊を防止しつつ、必要な部位にのみ圧縮力のかかる補強技術の提供を課題とする。

請求項１に係る発明は、基礎上に構築したコンクリート躯体の補強方法において、
基礎及びコンクリート躯体に孔を開けることができる削孔機と、内圧で膨らませることができる複数個のパッカを備えた鋼棒又は鋼線からなるテンドンと、このテンドンに張力を掛ける引張り機械とを準備する工程と、
削孔機でコンクリート躯体に貫通孔を開けると共に基礎に定着部孔を開ける削孔工程と、
孔にテンドンを挿入する工程と、
パッカのうち、定着部孔に最も近い第１パッカを膨らませる工程と、
この第１パッカと定着部孔で囲われた第１室へグラウト材を注入し、凝固させてテンドンの先端部を定着部孔に固定する定着工程と、
テンドンの基部を引張り機械で掴み、テンドンに第１のテンションを掛ける工程と、
この第１のテンションを維持しながら第１パッカの隣の第２パッカを膨らませる工程と、
第１パッカと第２パッカと貫通孔とで囲われる第２室へグラウト材を注入し、凝固させる工程と、
引張り機械を緩める工程と、からなることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、基礎上に構築したコンクリート躯体の補強方法において、
基礎及びコンクリート躯体に孔を開けることができる削孔機と、内圧で膨らませることができる複数個のパッカを備えた鋼棒又は鋼線からなるテンドンと、このテンドンに張力を掛ける引張り機械とを準備する工程と、
削孔機でコンクリート躯体に貫通孔を開けると共に基礎に定着部孔を開ける削孔工程と、
孔にテンドンを挿入する工程と、
パッカのうち、定着部孔に最も近い第１パッカを膨らませる工程と、
この第１パッカと定着部孔で囲われた第１室へグラウト材を注入し、凝固させてテンドンの先端部を定着部孔に固定する定着工程と、
テンドンの基部を引張り機械で掴み、テンドンに第１のテンションを掛ける工程と、
この第１のテンションを維持しながら第１パッカの隣の第２パッカを膨らませる工程と、
第１パッカと第２パッカと貫通孔とで囲われる第２室へグラウト材を注入し、凝固させる工程と、
引張り機械で、テンドンに第１のテンションより小さな第２のテンションを掛ける工程と、
この第２のテンションを維持しながら第２パッカの隣の第３パッカを膨らませる工程と、
第２パッカと第３パッカと貫通孔とで囲われる第３室へグラウト材を注入し、凝固させる工程と、
引張り機械を緩める工程と、からなることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載のコンクリート躯体の補強方法であって、コンクリート躯体は、ダム堤体であることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、ダム堤体は、基礎に接する底面と、この底面の一端から上へ延び貯水又は土砂を受ける受圧面と、底面の他端から斜め上に延びる斜面とからなる、略三角形の断面を有し、テンドンは、斜面から底面の一端又はその近傍に向かって延ばされることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、第１のテンションを維持しながら、第２室へグラウト材を注入し、凝固させる。テンドンがグラウト材を介してコンクリート躯体に接続される。この接続による接合強度は、テンドンの長さに比例する。荷重は、テンドンの長さ方向に分散される。分散荷重であるため、コンクリート躯体が局部破壊する心配はない。

加えて、基礎とコンクリート躯体下部との間だけに圧縮力をかけることができる。即ち、不要な部分に圧縮力をかけない。

請求項２に係る発明では、第１のテンションを維持しながら、第２室へグラウト材を注入し、凝固させる。テンドンがグラウト材を介してコンクリート躯体に接続される。この接続による接合強度は、テンドンの長さに比例する。荷重は、テンドンの長さ方向に分散される。分散荷重であるため、コンクリート躯体が局部破壊する心配はない。

さらに、第１のテンションより小さな第２のテンションを第３室にかける。第２室の周りに形成される第３室にもテンションをかけることで、補助的に補強を行うことができる。２段階の補強を行うことでさらに局部破壊の発生を確実に防止することができる。

請求項３に係る発明では、コンクリート躯体は、ダム堤体である。ダム堤体は、水や土砂から受ける力の向きがほぼ一定である。本発明によれば、必要な部位に、補強のためのテンションを掛けることができる。水や土砂から受ける力の向きがほぼ一定であるダム堤体は、負荷のかかりやすい部位が容易に特定される。負荷のかかりやすい部位を集中的に補強することができ、好ましい。

請求項４に係る発明では、テンドンは、斜面から底面の一端又はその近傍に向かって延ばされる。即ち、受圧面と底面との交点近傍に向かって延ばされ、交点近傍を集中的に補強する。ダムに使用することで、ダム堤体内に水が充填され、又は土砂が蓄積される。一端ダムが使用され始めると、ダム堤体内の水や土砂を全て掻き出すことは困難である。水や土砂を掻き出すことが困難であるから、受圧面と底面との交点近傍には、常に水や土砂が存在することとなる。水や土砂が常に存在するため、交点近傍は補修を行うことが難しい。補修し難い交点近傍を、特に集中的に補強することで、有効にダム堤体の補強を行うことができる。

削孔工程から第１パッカを膨らませる工程までを説明する図である。定着工程から第２室凝固工程までを説明する図である。第３室凝固工程からキャップ装着工程までを説明する図である。図２の４−４線断面図である。図４の５−５線断面図である。図３の６部拡大図である。引張り機械を説明する図である。本発明に係る作用説明図である。従来の技術の基本原理を説明する図である。図９の１０部拡大図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）に示されるように、ダム堤体１０は、支持部である基礎１１の上面に建造される建造物であり、ダム堤体１０で囲われた部位に水１２が溜められる（以下、「貯水１２」という。）。

ダム堤体１０は、基礎１１に接する底面１４と、この底面１４の一端から上へ延び貯水を受ける受圧面１５と、底面１４の他端から斜め上に延びる斜面１６とからなる、略三角形の断面を有している。

このようなダム堤体１０を補強するには、まず、ダム堤体１０の斜面１６から底面１４の一端又はその近傍に向かって、削孔機で孔１７を開ける。孔１７は、ダム堤体１０に空けられる貫通孔１８と、基礎１１の一部に空けられる定着部孔１９とが一体的に空けられる。

ダム堤体１０は、水が溜められるものの他、砂防ダム等であっても適用することができる。即ち、砂防ダムである場合は、受圧面で土砂を受ける。この他、ダムの種類は問わず、様々な種類のダムに適用することができる。

次に、（ｂ）に示すように、テンドン２０を孔１７内に挿入する。
テンドン２０には、先端部２２から基部２３に向かって順番に第１パッカ２４、第２パッカ２５、第３パッカ２６が備えられている。基部２３は、他の部位に比べ径の大きい大径部とされる。

第１パッカ２４は、定着部孔１９内に収まるよう、テンドン２０の先端部２２から所定の距離内に設けられることが望ましい。
テンドン２０は、図に示すような鋼棒の他、鋼線を用いることもできる。必要な強度に合わせて、これらを複数用いることや、組合わせて使用することもできる。即ち、テンドン２０は、腱状の任意の部材を用いることができる。

次に、（ｃ）に示すように、第１パッカ２４を作動させ、膨らませる。第１パッカ２４が膨らむことで、第１パッカ２４と定着部孔１９で囲われた第１室２８が形成される。
パッカ２４、２５、２６の膨らませ方については、詳細を後述する。

図２（ａ）に示すように、形成された第１室２８にグラウト材２９を加圧しながら、注入する。注入されたグラウト材２９が凝固することで、テンドン２０の先端部２２が摩擦力により、定着部孔１９に固定される。

グラウト材２９には、セメントミルクやモルタル等、任意の材料を用いることができる。グラウト材２９の注入については詳細を後述する。

テンドン２０を固定させた後は、（ｂ）に示すように、引張り機械３１を設置し、この引張り機械３１でテンドン２０を引張る。このときに引張る力を第１のテンションといい、この第１のテンションの大きさをＦ１とする。

第１のテンションＦ１を保ちながら、（ｃ）に示すように、第２パッカ２５を作動させ、第２室３２を形成する。第２室３２形成後も引張り機械３１でテンドン２０を引張り続けながら、第２室３２にグラウト材３３を加圧、注入し、凝固させる。

第１室２８に使用したグラウト材２９と、第２室３２に使用するグラウト材３３とでは、同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いることもできる。加えて、同じ材料を用いる場合であっても、配合を変えることで強度を変える等、選択は任意に行うことができる。

図３（ａ）に示すように、第２室３２のグラウト材３３が凝固したら、引張り機械３１で与えるテンションを、第２のテンションに変更する。第２のテンションの大きさはＦ２であり、第１のテンションの大きさＦ１（図２（ｂ）参照）よりも小さい。即ち、Ｆ１＞Ｆ２。

第２のテンションＦ２をかけた状態で、第３パッカ２６を膨らませ、第３室３５を形成した上で、グラウト材３６を加圧、注入し、グラウト材３６を凝固させる。グラウト材３６が凝固したら、引張り機械３１を緩め、引張り機械３１を斜面１６から撤去する。

必要に応じて基部２３を切除し、（ｂ）に示すように、雨水等の浸水を防止するためのキャップ３７を孔１７に被せて、ダム堤体１０の補強作業は終了する。
次図でパッカ２４、２５、２６について詳細を説明する。

図４に示すように、テンドン２０の周囲に沿うようにして、第１室（図３、符号２８）にグラウト材（図３、符号２９）を供給する第１グラウト供給管３８と、第１室に供給されたグラウト材が排出される第１グラウト排出管３９と、第１パッカ（図３、符号２４）にセメントミルクを供給する第１のセメントミルク供給管４１と、第２室（図３、符号３２）にグラウト材（図３、符号３３）を供給する第２グラウト供給管４２と、第２室に供給されたグラウト材が排出される第２グラウト排出管４３と、第２パッカ（図３、符号２５）にセメントミルクを供給する第２のセメントミルク供給管４４と、第３室（図３、符号３５）にグラウト材（図３、符号３６）を供給する第３グラウト供給管４５と、第３室に供給されたグラウト材が排出される第３グラウト排出管４６とが配置される。

テンドン２０、第１グラウト供給管３８、第１グラウト排出管３９、第１のセメントミルク供給管４１、第２グラウト供給管４２、第２グラウト排出管４３、第２のセメントミルク供給管４４、第３グラウト供給管４５、第３グラウト排出管４６を一体的に囲うように第３パッカ２６は設けられる。第３パッカ２６にセメントミルクを供給する第３のセメントミルク供給管４７が第３パッカ２６に接続される。

第１パッカ及び第２パッカについても、テンドン２０の周りに沿う管の数が異なるだけで、基本的な構成は同じである。
パッカへのセメントミルク供給管の接続について、詳細を次図で説明する。

図５（ａ）に示すように、第３のセメントミルク供給管４７は、第３パッカ２６の内部に先端が差し込まれている。第２のセメントミルク供給管４４は、テンドン２０に沿って第２パッカ（図３、符号２５）に向けて延ばされる。

第３パッカ２６を膨らませるには、第３のセメントミルク供給管４７を介して、第３パッカ２６内にセメントミルクを流し込む。（ｂ）に示すように、セメントミルクで膨張させることで、第３パッカ２６は第３室３５を形成する。

第３パッカ２６を膨らませるのに、セメントミルクのようなグラウト材の他、水や窒素ガス等の流体を用いることもできる。即ち、任意の素材を選択することができる。
第１パッカや第２パッカについても同様の方法で膨らませることができ、それぞれを異なる素材で膨らませることができる。
グラウト材の注入について次図で詳細に説明する。

図６に示すように、第３グラウト供給管４５及び第３グラウト排出管４６は、第３室３５に先端が臨むよう設けられる。第３グラウト供給管４５を介して、第３室３５にグラウト材３６を注入する。第３室３５がグラウト材３６で満たされ、しばらくすると、第３グラウト排出管４６からグラウト材３６の一部が排出される。
第１室及び第２室３２についても同様の方法で、グラウト材を注入する。
テンドン２０にテンションを与える引張り機械について次図で詳細を説明する。

図７に示すように、引張り機械３１は、ダム堤体１０の斜面１６上に取り付けられる門型ブラケット４８と、この門型ブラケット４８に基部が支持されロッド４９が孔１７に向かって出没する油圧シリンダ５１と、この油圧シリンダ５１のロッド４９の先端に設けられテンドン２０の基部２３を掴む爪部５２とからなる。
このようにして補強される本発明のダム堤体１０の作用を次図で説明する。

図８に示すように、本発明によれば、第１のテンションを維持しながら、第２室３２へグラウト材３３を注入し、凝固させる。テンドン２０がグラウト材３３を介してダム堤体（コンクリート躯体）１０に接続される。この接続による接合強度は、テンドン２０の長さに比例する。荷重は、テンドン２０の長さ方向に分散される。分散荷重であるため、ダム堤体１０が局部破壊する心配はない。

加えて、基礎１１とダム堤体１０下部との間だけに圧縮力をかけることができる。即ち、不要な部分に圧縮力をかけない。

加えて、第１のテンションより小さな第２のテンションを第３室３５にかける。第２室３２の周りに形成される第３室３５にもテンションをかけることで、補助的に補強を行うことができる。２段階の補強を行うことでさらにクラックの発生等を確実に防止することができる。

さらに、コンクリート躯体をダム堤体１０とした場合は以下のことをいうこともできる。ダム堤体１０は、貯水１２や土砂から受ける力の向きがほぼ一定である。必要な部位に、補強のためのテンションを掛けることができる。貯水１２や土砂から受ける力の向きがほぼ一定であるダム堤体１０は、負荷のかかりやすい部位が容易に特定される。負荷のかかりやすい部位を集中的に補強することができ、好ましい。

加えて、テンドン２０は、斜面１６から底面１４の一端又はその近傍に向かって延ばされる。即ち、受圧面１５と底面１４との交点５３近傍に向かって延ばされ、交点５３近傍を集中的に補強する。ダムに使用することで、ダム堤体１０内に貯水１２が充填され、又は土砂が蓄積される。一旦ダムが使用され始めると、ダム堤体１０内の貯水１２や土砂を全て掻き出すことは困難である。貯水１２や土砂を掻き出すことが困難であるから、受圧面１５と底面１４との交点５３近傍には、常に貯水１２や土砂が存在することとなる。貯水１２や土砂が常に存在するため、交点５３近傍は補修を行うことが難しい。補修し難い交点５３近傍を、特に集中的に補強することで、有効にダム堤体の補強を行うことができる。

尚、本発明に係るコンクリート躯体は、実施の形態ではダム堤体に適用したが、その他の構造物にも適用可能であり、ダム堤体に用途は限られない。

本発明のコンクリート躯体の補強方法は、ダム堤体の補強に好適である。

１０…ダム堤体（コンクリート躯体）、１１…基礎、１２…貯水、１４…底面、１５…受圧面、１６…斜面、１７…孔、１８…貫通孔、１９…定着部孔、２０…テンドン、２２…先端部、２３…基部、２４…第１パッカ、２５…第２パッカ、２６…第３パッカ、２８…第１室、２９、３３、３６…グラウト材、３１…引張り機械、３２…第２室、３５…第３室。

Claims

基礎上に構築したコンクリート躯体の補強方法において、
前記基礎及びコンクリート躯体に孔を開けることができる削孔機と、内圧で膨らませることができる複数個のパッカを備えた鋼棒又は鋼線からなるテンドンと、このテンドンに張力を掛ける引張り機械とを準備する工程と、
前記削孔機で前記コンクリート躯体に貫通孔を開けると共に前記基礎に定着部孔を開ける削孔工程と、
前記孔に前記テンドンを挿入する工程と、
前記パッカのうち、前記定着部孔に最も近い第１パッカを膨らませる工程と、
この第１パッカと前記定着部孔で囲われた第１室へグラウト材を注入し、凝固させて前記テンドンの先端部を前記定着部孔に固定する定着工程と、
前記テンドンの基部を前記引張り機械で掴み、前記テンドンに第１のテンションを掛ける工程と、
この第１のテンションを維持しながら前記第１パッカの隣の第２パッカを膨らませる工程と、
前記第１パッカと前記第２パッカと前記貫通孔とで囲われる第２室へグラウト材を注入し、凝固させる工程と、
前記引張り機械を緩める工程と、からなることを特徴とするコンクリート躯体の補強方法。
基礎上に構築したコンクリート躯体の補強方法において、
前記基礎及びコンクリート躯体に孔を開けることができる削孔機と、内圧で膨らませることができる複数個のパッカを備えた鋼棒又は鋼線からなるテンドンと、このテンドンに張力を掛ける引張り機械とを準備する工程と、
前記削孔機で前記コンクリート躯体に貫通孔を開けると共に前記基礎に定着部孔を開ける削孔工程と、
前記孔に前記テンドンを挿入する工程と、
前記パッカのうち、前記定着部孔に最も近い第１パッカを膨らませる工程と、
この第１パッカと前記定着部孔で囲われた第１室へグラウト材を注入し、凝固させて前記テンドンの先端部を前記定着部孔に固定する定着工程と、
前記テンドンの基部を前記引張り機械で掴み、前記テンドンに第１のテンションを掛ける工程と、
この第１のテンションを維持しながら前記第１パッカの隣の第２パッカを膨らませる工程と、
前記第１パッカと前記第２パッカと前記貫通孔とで囲われる第２室へグラウト材を注入し、凝固させる工程と、
前記引張り機械で、前記テンドンに第１のテンションより小さな第２のテンションを掛ける工程と、
この第２のテンションを維持しながら前記第２パッカの隣の第３パッカを膨らませる工程と、
前記第２パッカと前記第３パッカと前記貫通孔とで囲われる第３室へグラウト材を注入し、凝固させる工程と、
前記引張り機械を緩める工程と、からなることを特徴とするコンクリート躯体の補強方法。
請求項１又は請求項２記載のコンクリート躯体の補強方法であって、
前記コンクリート躯体は、ダム堤体であることを特徴とするコンクリート躯体の補強方法。
前記ダム堤体は、前記基礎に接する底面と、この底面の一端から上へ延び貯水又は土砂を受ける受圧面と、前記底面の他端から斜め上に延びる斜面とからなる、略三角形の断面を有し、
前記テンドンは、前記斜面から前記底面の一端又はその近傍に向かって延ばされることを特徴とする請求項３記載のコンクリート躯体の補強方法。