JP5629910B2 - コンクリート構造物の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダムや防波堤、地下の駅舎など、改築の困難なコンクリート構造物をＰＣケーブルで補強するコンクリート構造物の補強方法と、その補強方法により構築されたコンクリート構造物の補強体、およびこの補強体を複数備えてなるコンクリート構造物の補強構造に関するものである。

近年、阪神・淡路大震災の教訓から、既設のダムや防波堤、地下の駅舎など、容易に改築することができない環境にあるコンクリート構造物を補強することが推奨されている。例えば、特許文献１〜３には、ＰＣケーブルを用いたアンカー構造によりコンクリート構造物を補強する構造が提案されている。

図５は、ダムの堤体Ｃ（コンクリート構造物）にアンカー構造を適用することで形成したコンクリート構造物の補強体の概略図である。この補強体では、堤体Ｃを貫通し地盤Ｇにまで到達する削孔Ｈ内にＰＣケーブル１０を挿入し、ＰＣケーブル１０の一端を地盤Ｇに固定すると共に、ＰＣケーブル１０の他端を定着具Ｄにより堤体Ｃの上部に定着している。このような構成を備える補強体により、堤体Ｃに圧縮力を付与して堤体Ｃを補強することができる。

特開２０１０−１７４５５３号公報 特開２０１０−１７４５５４号公報 特開２０１０−１７４５５５号公報

しかし、上述したアンカー構造を適用したコンクリート構造物の補強体では、複数の部材からなる定着具の設置に若干手間がかかる。特に、ダムなどの巨大なコンクリート構造物を補強する場合、補強体の数も多くなるため、各補強体の構築効率を改善し、もって補強構造の構築効率を改善することが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、効率良く構築することができるコンクリート構造物の補強体、およびその補強体を複数備えてなるコンクリート構造物の補強構造を提供することにある。また、本発明の別の目的は、改築の困難なコンクリート構造物を効率良く補強するためのコンクリート構造物の補強方法を提供することにある。

本発明コンクリート構造物の補強体は、緊張されたＰＣケーブルの緊張力をコンクリート構造物に圧縮力として付与することでコンクリート構造物を補強するコンクリート構造物の補強体に関する。補強対象のコンクリート構造物は、その上端部からコンクリート構造物を貫通して地盤にまで達する二本の削孔を有する。本発明コンクリート構造物の補強体は、これら削孔を利用してコンクリート構造物を補強するもので、ＰＣケーブルと、ブロック体と、緊張力伝達体と、を備える。本発明補強体に備わるＰＣケーブルは、その一端が一方の削孔における地盤の部分に固定され、他端が他方の削孔における地盤の部分に固定される。また、ブロック体は、コンクリート構造物の上端部に配置される部材であって、ＰＣケーブルの中間部を鉛直上方に凸となるように湾曲させて支持する湾曲部を有する。そして、緊張力伝達体は、ブロック体とコンクリート構造物の上端面との間に介在されて、ブロック体に支持されるＰＣケーブルを緊張された状態に維持すると共に、そのＰＣケーブルの緊張力の一部をコンクリート構造物の上端面に伝達する部材である。

上記本発明コンクリート構造物の補強体によれば、定着具を用いることなくコンクリート構造物を補強することができる。そのため、複数の部材からなる定着具の構築の手間を低減できるし、補強体の全体的な部品点数を低減することもできる。

また、本発明補強体によれば、定着具の防錆構造を構築する手間も省くことができる。定着具は通常、鉄系材料で構成されるため、定着具の周囲を覆う防錆構造が必須となる。これに対して、定着具を用いない本発明補強体では、定着具の防錆構造を必要としない。もちろん、本発明補強体においても、ＰＣケーブルを緊張させるブロック体周辺で防錆構造を構築することが好ましいものの、その防錆構造は、定着具の防錆構造に比べて極めて簡素なもので良い。つまり、本発明補強体において防錆構造を構築したとしても、その防錆構造を構築する手間は、従来の定着具の防錆構造を構築する手間よりも遥かに小さい。

さらに、本発明補強体は、定着具を用いない簡素な構成であるため、経済性に優れるという利点もある。

本発明コンクリート構造物の補強体の一形態として、ＰＣケーブルが案内される湾曲された樋状のガイド体により湾曲部を形成しても良い。その場合、ガイド体は、その内周面がブロック体の上端面に露出するようにブロック体に埋設されていることが好ましい。

ガイド体により湾曲部を形成することで、コンクリート構造物から剥き出しになったガイド体にＰＣケーブルの中間部を引っ掛けるように配置するだけで、ブロック体にＰＣケーブルの中間部を配置できる。このガイド体は、鋼やポリエチレンなどで構成することができる。

本発明コンクリート構造物の補強体の一形態として、ＰＣケーブルが挿通される湾曲された管体により上記湾曲部を形成しても良い。その場合、管体は、ブロック体中に埋設されていることが好ましい。

管体により湾曲部を形成することで、精度良くＰＣケーブルを湾曲させることができる。また、湾曲されたＰＣケーブルを外部から保護することができる。この管体は、鋼管やポリエチレン管で構成することができる。

本発明コンクリート構造物の補強体の一形態として、ＰＣケーブルは、グラウトにより湾曲部に固定されていることが好ましい。

上記構成によれば、湾曲部に対するＰＣケーブルの移動を抑制できる。その結果、ＰＣケーブルの外周面が湾曲部に擦れて損傷することを防止できる。

本発明コンクリート構造物の補強体の一形態として、緊張力伝達体は、ブロック体をコンクリート構造体の上端面から持ち上げるジャッキであっても良い。

後述する本発明コンクリート構造物の補強方法に示すように、本発明コンクリート構造物の補強体を構築するには、ブロック体をコンクリート構造物の上端面から持ち上げるジャッキを用いる。このジャッキをそのまま、本発明補強体の緊張力伝達体として利用すれば、必要に応じてジャッキによるＰＣケーブルの再緊張を速やかに行うことができる。

本発明コンクリート構造物の補強体の一形態として、緊張力伝達体は、ブロック体とコンクリート構造体の上端面との間に介在される支持ブロックであっても良い。

上記構成によれば、ジャッキを用いて本発明コンクリート構造物の補強体を構築した後、そのジャッキを取り外してもコンクリート構造物に所定の圧縮力を付与することができる。この場合、ジャッキを別の用途に使いまわしできる。例えば、一つのコンクリート構造物に複数の補強体を形成する場合、少数のジャッキで各補強体を順次構築することができる。もちろん、取り外したジャッキは、本発明補強体を構築する以外の用途にも利用できる。

本発明コンクリート構造物の補強体の一形態として、ＰＣケーブルは、マルチケーブルであることが好ましい。

複数の素線を撚り合せたストランドをさらに複数本撚り合わせてシースに収納したマルチケーブルであれば、複数の素線を一体に扱うことができる。複数素線を一体に扱えることで、各素線に導入される緊張力のバラツキを低減でき、コンクリート構造物に付与する圧縮力にバラツキが生じることを回避できる。

上述した本発明コンクリート構造物の補強体を用いて実際にコンクリート構造物を補強する際は、当該補強体を複数用いることが好ましい。即ち、本発明補強体を、一つのコンクリート構造物に複数設けることで形成されるコンクリート構造物の補強構造とする。

一つの補強体でコンクリート構造物に付与できる圧縮力には限界がある。そのため、コンクリート構造物に所望の圧縮力を付与することができるように、複数の補強体によりコンクリート構造物の補強構造を構築すると良い。

上記補強構造を構築するコンクリート構造物がダムの場合、本発明補強体は、ダムの幅方向に複数並列されていることが好ましい。

ダムの幅方向に補強体を並べることで、ダム全体を確実に補強することができる。ここで、ダムの幅方向とは、川幅の方向のことである。

一方、本発明コンクリート構造物の補強方法は、緊張されたＰＣケーブルの緊張力をコンクリート構造物に圧縮力として付与することでコンクリート構造物を補強するためのコンクリート構造物の補強方法であって、以下の工程を備えることを特徴とする。
・コンクリート構造物の上端部からコンクリート構造物を貫通して地盤にまで達する二本の削孔を形成する工程。
・コンクリート構造物の上端部にジャッキを配置する工程。
・鉛直上方に凸となるように湾曲した湾曲部を有するブロック体を、前記ジャッキの上に配置する工程。
・前記ＰＣケーブルの中間部を前記湾曲部に配置すると共に、ＰＣケーブルの一端と他端をそれぞれ、別々の削孔における地盤の部分に固定する工程。
・前記ジャッキで前記ブロック体を鉛直上方に持ち上げて、両端部が固定されたＰＣケーブルを緊張する工程。
以上の工程を経ることで、ＰＣケーブルの緊張力の一部でブロック体をコンクリート構造物に向かって引き下げて、コンクリート構造物に圧縮力を付与する。

上記本発明コンクリート構造物の補強方法によれば、定着具を用いることなくコンクリート構造物を補強することができる本発明コンクリート構造体の補強体および補強構造を構築することができる。

本発明コンクリート構造物の補強方法の一形態として、さらに、鉛直上方に持ち上げたブロック体と、前記コンクリート構造物の上端面との間に支持ブロックを介在させ、前記ジャッキを取り除く工程を備えることが好ましい。この場合、支持ブロックを介してコンクリート構造物に圧縮力が付与される。

上記構成によれば、ジャッキを取り外してもコンクリート構造物に圧縮力を付与し続けることができる本発明コンクリート構造物の補強体および補強構造を構築することができる。

本発明コンクリート構造物の補強体、および補強構造によれば、定着具を用いることなくコンクリート構造物を補強することができる。

実施形態１に係る補強構造により補強した貯水ダムの概略図である。 貯水ダムの堤体の上端面近傍における補強構造の設置状態を示す概略図であって、（Ａ）は図１に対応した補強構造の概略図、（Ｂ）は（Ａ）と異なる補強構造の概略図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態１に係る補強構造に備わる各補強体の構築方法を経時的に示す説明図である。 実施形態２に係る補強構造に備わる補強体の一部を示す概略図である。 従来のアンカー構造により補強した貯水ダムの堤体の概略図である。

以下、本発明コンクリート構造物の補強構造を貯水ダムの堤体の補強に適用した例を図面に基づいて説明する。

＜実施形態１＞
図１，２に示すように、本発明コンクリート構造物の補強構造１は、貯水ダムの堤体Ｃの幅方向に複数設けられるコンクリート構造物の補強体２からなる（図１においては、紙面奥行き方向に補強体２が並んでいる）。各補強体２は、ＰＣケーブル１０と、ブロック体２０と、支持ブロック（緊張力伝達部材）３０とを備え、貯水ダムの堤体Ｃに圧縮力を付与することで、当該堤体Ｃを補強する。以下、補強構造１の構築方法を説明すると共に、補強構造１の各補強体２に備わる構成についても詳細に説明する。

まず、補強構造１の各補強体２を構築するにあたって、堤体Ｃの上端部から地盤Ｇに向かって削孔Ｈ１，Ｈ２を形成する。削孔Ｈ１，Ｈ２は、互いの距離が地盤Ｇに向かうに従い徐徐に離れるように鉛直下方に向けて形成されていても良いが、互いに平行になるように鉛直下方に向けて形成されていることが好ましい。鉛直下方に削孔Ｈ１，Ｈ２が形成されていると、後述するようにその削孔Ｈ１，Ｈ２にＰＣケーブル１０を挿入して緊張したときに、その緊張力を最も効率よく堤体Ｃを圧縮する力に変換できる。

上記削孔Ｈ１，Ｈ２は、図２（Ａ）に示すように、堤体Ｃの厚み方向に並ぶように形成されていても良いし、図２（Ｂ）に示すように堤体Ｃの幅方向に並ぶように形成されていても良い。また、削孔Ｈ１と削孔Ｈ２との間隔は、削孔Ｈ１，Ｈ２に挿入するＰＣケーブル１０に設定されている最小曲げ半径の２倍以上とする。そうすることで、図１に示すように、一本のＰＣケーブル１０の一端１１を削孔Ｈ１に、他端１２を他方の削孔Ｈ２に挿入しても、ＰＣケーブル１０が曲げにより損傷することを防止できる。

また、補強体２の構築にあたって、ＰＣケーブル１０を用意する。ＰＣケーブル１０には、例えば、複数本の素線を撚り合せてエポキシなどの絶縁被覆で一体化したストランドをさらに複数本撚り合わせた上で、ワックスなどの防錆剤と共にポリエチレンシースに収納したマルチケーブルなどを利用することができる。その他、特許文献１〜３に記載のように、単数あるいは複数のストランドをコルゲートシースに収納したＰＣケーブルなどを利用することもできる。

上記ＰＣケーブル１０の他、堤体Ｃの上端面に配置できる大きさのブロック体２０を用意する。このブロック体２０は、ＰＣケーブル１０を鉛直上方に凸となるように湾曲させるガイド体（湾曲部）２１を備える。ガイド体２１は、湾曲管を半割することで作製した樋状の部材であって、その内周面がブロック体２０から露出するようにブロック体２０の上端面に埋設されている。ブロック体２０の材質は、所定の強度を有するものであれば特に限定されない。例えば、コンクリートなどを利用できる。また、ガイド体２１の材質は、所定の強度を有し、耐食性に優れるものであれば特に限定されない。例えば、剛性、耐食性に優れる鋼や、安価で耐食性に優れるポリエチレンなどを利用できる。

ＰＣケーブル１０とブロック体２０を用意したら、図３（Ａ）に示すように、堤体Ｃの上端面にジャッキＪを配置し、そのジャッキＪの上にブロック体２０を載置する。

次いで、用意したＰＣケーブル１０の両端部のシースを剥ぎ取り、ＰＣケーブル１０のストランドが剥き出しにして、その剥き出しの部分をグラウトなどで不動体に固定する。本実施形態では、図１に示すように、ＰＣケーブル１０の一端１１を削孔Ｈ１に挿入して、削孔Ｈ１における地盤Ｇの部分に固定し、ＰＣケーブル１０の他端１２を削孔Ｈ２に挿入し、削孔Ｈ２における地盤Ｇの部分に固定する。これら一端１１と他端１２の固定の際に、ガイド体２１の内周面にＰＣケーブル１０の中間部を配置すると共に、ＰＣケーブル１０をでき得る限り緩みなく張られた状態とする。これらの操作により、ＰＣケーブル１０の中間部がガイド体２１により支持されて鉛直上方に凸となるように湾曲する。

ＰＣケーブル１０の両端部の固定が終了したら、図３（Ａ）の白抜き矢印に示すように、ジャッキＪで鉛直上方にブロック体２０を持ち上げる。そうすることで、両端部が固定されたＰＣケーブル１０の中間部も鉛直上方に持ち上げられ、ＰＣケーブル１０が緊張される。ＰＣケーブル１０を緊張することでＰＣケーブル１０に導入される導入荷重は、規格引張荷重の６０％前後とすることが好ましい。

なお、緊張し終えたＰＣケーブル１０は、グラウトによりガイド体２１と一体化しても良い。また、ＰＣケーブル１０の緊張後に、削孔Ｈ１，Ｈ２にグラウトなどを注入し、削孔Ｈ１，Ｈ２と、削孔Ｈ１，Ｈ２内のＰＣケーブル１０とを一体化しておいても良い。この場合、ＰＣケーブル１０を再緊張することはできなくなるが、削孔Ｈ１，Ｈ２をそのままとしておくよりも堤体Ｃの強度を向上させることができるし、削孔Ｈ１，Ｈ２内のＰＣケーブル１０の防錆を強化することもできる。

ジャッキＪでＰＣケーブル１０を緊張し、ＰＣケーブル１０に所定の荷重を導入したら、図３（Ｂ）に示すように、ブロック体２０と堤体Ｃの上端面との間に、コンクリートなどでできた支持ブロック３０を複数介在させる。そして、ジャッキＪを緩めて、堤体Ｃの上端面からジャッキＪを取り外し、図３（Ｃ）に示すように、支持ブロック３０のみでブロック体２０が支持された状態とする。さらに図３（Ｃ）の状態から堤体Ｃから上の部分全体を防錆キャップなどで覆って、キャップ内に防錆剤を充填するなど、防錆構造を構築しても良い。

以上説明した一連の工程により、図１，２に示す補強体１を一つ完成させることができる。以降は、図２に示すように、補強体１の形成を堤体Ｃの幅方向に繰り返して、堤体Ｃの幅方向に並列される複数の補強体２からなるコンクリート構造物の補強構造１を構築する。

完成された補強構造１の各補強体２では、図１に示すように、ＰＣケーブル１０に導入された緊張力によりブロック体２０が鉛直下方に引き下げられる。そのブロック体２０が支持ブロック３０を介して堤体Ｃを圧縮し、堤体Ｃが補強される。

＜変形実施形態＞
実施形態１に示す補強体２において、ブロック体２０を持ち上げるジャッキＪを緊張力伝達体として利用しても良い。その場合、補強体２の構築にあたり、図３（Ａ）に示すようにブロック体２０をジャッキＪで持ち上げた後、そのジャッキＪをそのまま堤体Ｃの上端面に配置しておく。

上記構成によれば、補強体２の構築後に経年的にＰＣケーブル１０の緊張力が緩んだとしても、速やかにＰＣケーブル１０を再緊張することができる。ＰＣケーブル１０の再緊張は、自動で行っても良い。その場合、ＰＣケーブル１０の緊張力を監視するセンサを設け、そのセンサの検知結果に基づいてジャッキＪを制御する制御機構を設けると良い。

＜実施形態２＞
上述した実施形態１とは、ブロック体に設けられる湾曲部の構成が異なる補強体を図４に基づいて説明する。

図４は、堤体Ｃの上端面近傍における本実施形態の補強体２´の形成状態を示す概略図である。この図４に示すように、補強体２´のブロック体２０´は、実施形態１に示すガイド体と同様に、ＰＣケーブル１０を鉛直上方に凸となるように湾曲させる管体２２を備える。管体２２は、その両端部がブロック体２０´の側面に開口するようにブロック体２０´に埋設されている。

上記管体２２によれば、ＰＣケーブル１０のヘアピン状に曲げられた中間部を効果的に保護することができる。当該中間部にはＰＣケーブル１０の外周に損傷が生じていなくても大きな曲げ応力が作用しているため、外部からの衝撃によってＰＣケーブル１０が損傷する可能性があるが、そのような損傷の可能性を、管体２２で減じることができる。

なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。例えば、図２のように補強構造１を完成させた後、補強構造１の全てのブロック体２０を、図中の二点鎖線で示すように、コンクリートで一体に覆ってしまっても良い。そうすることで、堤体Ｃの嵩を増すことができるし、堤体Ｃの上面をフラットにしてメンテナンスのための通路を確保することもできる。

本発明コンクリート構造物の補強体および補強構造は、ダムや防波堤、地下の駅舎など、改築が容易でないコンクリート構造物の補強に好適に利用することができる。

Ｃ 堤体（コンクリート構造物）
Ｇ 地盤
Ｈ，Ｈ１，Ｈ２ 削孔
Ｄ 定着具
１ 補強構造
２，２´ 補強体
１０ ＰＣケーブル １１ 一端 １２ 他端
２０，２０´ ブロック体
２１ ガイド体（湾曲部） ２２ 管体（湾曲部）
３０ 支持ブロック（緊張力伝達体）
Ｊ ジャッキ

Claims (2)

1. 緊張されたＰＣケーブルの緊張力をコンクリート構造物に圧縮力として付与することでコンクリート構造物を補強するためのコンクリート構造物の補強方法であって、
   コンクリート構造体の上端部からコンクリート構造物を貫通して地盤にまで達する二本の削孔を形成する工程と、
   コンクリート構造物の上端部にジャッキを配置する工程と、
   鉛直上方に凸となるように湾曲した湾曲部を有するブロック体を、前記ジャッキの上に配置する工程と、
   前記ＰＣケーブルの中間部を前記湾曲部に配置すると共に、ＰＣケーブルの一端と他端をそれぞれ、別々の削孔における地盤の部分に固定する工程と、
   前記ジャッキで前記ブロック体を鉛直上方に持ち上げて、両端部が固定されたＰＣケーブルを緊張する工程と、
   を備え、
   前記ＰＣケーブルの緊張力の一部で前記ブロック体をコンクリート構造物に向かって引き下げて、コンクリート構造物に圧縮力を付与するコンクリート構造物の補強方法。
2. さらに、鉛直上方に持ち上げたブロック体と、前記コンクリート構造物の上端面との間に支持ブロックを介在させ、前記ジャッキを取り除く工程を備え、
   前記支持ブロックを介してコンクリート構造物に圧縮力を付与する請求項１に記載のコンクリート構造物の補強方法。

Images