JP5666081B2 - 既設橋梁の改築方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道や道路などの使用中の既設橋梁、特に老朽橋梁の改築に関するものである。

従来、鉄道において、営業線として使用されている橋梁が老朽化し使用困難となった場合には、仮線を構築して、線路を移設し、老朽橋梁を撤去後、新橋梁を構築し、線路を新橋梁にして仮線を撤去するという手順で改築を行っていた。この方法は、手順が複雑で工期も長く、それらに伴い莫大な費用が発生する。

一方、桁長が１０ｍ〜１５ｍ程度の小橋梁の老朽化による架け替え工事では、仮線までは造らないが、それなりに大工事となる。例えば、小規模の鉄桁などは軽量であるため、クレーンなどによって比較的簡易に老朽化した桁だけを取り替えることができる。それでも都市部などでは、列車を止めるわけにはいかないため、終電が通過してから始発列車が通過する間の数時間で、旧桁の撤去及び新桁の据付を行うことになるが、この場合も入念な準備作業が必要となり、当日は作業安全上において厳しい工事となる。また、このような作業によって桁だけを取り替えたにしても、交換されない旧橋台や旧基礎は現在の設計基準に適合していない（既存不適格）ため、別途大掛かりな補強や強化が必要となる。

米ミネソタ州ミネアポリスで発生した高速道路の橋梁崩落事故は、建設後４０年を経た橋梁で発生、構造的な欠陥も指摘されていたという〔下記非特許文献１〕。崩落原因が老朽化によるものかどうかは判明していないが、米国では道路や橋梁の老朽化への対応が後手に回り、構造物が劣化している問題が指摘されている。

日本でも１９５０〜７０年代の高度経済成長期に整備された多くの道路や橋梁が数年後には続々と更新時期を迎える。

立地場所や交通量、構造などによって異なるものの、鋼鉄製橋梁は建設後約６０年で架け替えられる傾向がある。

国土交通省によると、日本全国にある橋梁（長さ１５メートル以上）約１４万橋のうち、２００５年時点で建設後５０年以上を経過した橋梁は８１９１ヶ所存在している。これが２０１５年までに約３倍の２万６０５０ヶ所に増加し、２０２５年には２００５年の約８倍に当たる６万３４９４ヶ所にまで増えると予測されている。現在ある橋梁のうち約４０％は高度経済成長期に建設されていることから、老朽化が目立ち始める建設後４０〜５０年の橋梁が今後急増する見込みである。

一方、本願発明者らは、橋桁の梁部分と補強盛土の壁面工を一体化して、ラーメン橋梁部の鉄筋コンクリートを打設する橋梁の構築工法を提案している（下記特許文献１）。
特開２００７−３２１４５２号公報 日刊建設工業新聞社［２００７年８月６日］

上記したように、老朽橋梁とその改築には種々の問題点を有している。

本発明は、上記した問題点を解決するために、仮線の構築や、架け替えなどを行わず、鉄道線路が営業された条件下（もしくは道路が使用された条件下）で、老朽橋梁を存置した状態で改築し、強化を図ることができる既設橋梁の改築方法を提供することを目的とする。

本発明は、特に中・小規模橋梁の改築に有効である。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕既設橋梁の改築方法において、鉄道や道路に用いる既設橋梁を存置して前記鉄道や道路として使用可能な状態のままで、主桁が鉄製、ＲＣ製、ＰＣ製のいずれの材質であっても、前記主桁の端部及び橋台の上部あるいは全体を包み込むように型枠を設置し、コンクリートを打設することによって、対面する２つの橋台と前記主桁とを互いに連結し、一体化したラーメン橋梁に改築することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の既設橋梁の改築方法において、前記鉄製の主桁では、前記橋台の上部に後施工アンカーや樹脂を用いて結合させた鋼材と該鉄製の主桁の端部とを溶接することによって、前記対面する２つの橋台と前記主桁とを互いに連結し、一体化したラーメン橋梁に改築することを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の既設橋梁の改築方法において、前記ＲＣ製やＰＣ製の主桁では、該主桁の端部を上面から前記橋台に後施工アンカーなどで締め付けることによって、前記対面する２つの橋台と前記主桁とを互いに連結し、一体化したラーメン橋梁に改築することを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は３記載の既設橋梁の改築方法において、前記橋台の背面盛土にグラウンドアンカーや地山補強材あるいは控え杭等で定着されるタイロッドを打設し、補強された前記背面盛土と前記一体化したラーメン橋梁と連結することを特徴とする。

〔５〕上記〔４〕記載の既設橋梁の改築方法において、前記橋台における基礎フーチング部に、斜め方向に基礎地盤中に地山補強材を打設することを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載の既設橋梁の改築方法において、前記基礎フーチング部を露わにした上で、対面する２つの基礎フーチング間にストラットを配置することで橋台の下方同士を連結・固定することを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

小規模橋梁の架け替えに対しては、既存の橋梁を撤去したり、一夜で桁を架け替える必要がないため、安全性や経済性が大幅に改善される。少し大きな橋梁に対しては、さらに仮線の建設、線路の移設、桁の撤去などが不要となるため、抜本的に経済化を図ることができる。

また、橋梁を一体化することによる構造上の効果としては、片持ち梁や単純梁として独立した構造として取り扱っていた橋台躯体や桁が、相互に連結し一体化することにより、隅角部においては、発生応力が大きくなるため、頬杖補強やＲＣ打設が必要となるが、旧橋台や桁に作用する部材断面力が大幅に低下する。さらに、補強材を打設することにより盛土が抜本的に安定化するので、老朽化して断面が腐食し耐力が低下した鉄橋や、既存不適格な鉄筋コンクリート桁であっても、一体化し構造変更した後は十分な耐力と安全性を有することになる。その結果、老朽構造物が強化されて延命化が図られ、現在の設計基準に対して不適合な構造物においては効率的に補強を図ることができる。

また、既設橋台を貫通して背面盛土材に多数の地山補強材を打設し、かつ前記既設橋台と前記地山補強材を固定することにより、盛土の安定性の向上並びに既設橋台の耐力を向上させることができる。

本発明の既設橋梁の改築方法は、鉄道や道路に用いる既設橋梁を存置して前記鉄道や道路として使用可能な状態のままで、主桁が鉄製、ＲＣ製、ＰＣ製のいずれの材質であっても、前記主桁の端部及び橋台の上部あるいは全体を包み込むように型枠を設置し、コンクリートを打設することによって、対面する２つの橋台と前記主桁とを互いに連結し、一体化したラーメン橋梁に改築する。勿論、大橋梁に対しても、それなりの効果が得られるが、ラーメン構造にしたり、補強材を打設する効果は徐々に小さくなる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は取替えが必要な橋梁としての鉄橋の模式図であり、図１（ａ）はその断面図、図１（ｂ）はその平面図である。

これらの図において、１は支持地盤、２は基礎杭、３は基礎フーチング部、４は橋台、５は橋台桁座、６は支承、７は鉄桁（主桁）、８は背面盛土、９は背面盛土のり面、１０は翼壁である。

図１に示すように、老朽化した中小規模橋梁は、対面する独立な橋台４と、橋台４の橋台桁座５面に設置された支承６によって、主桁７が支持されている単純桁構造がほとんどである。この場合、橋台４が背面盛土８の土圧を片持ち梁として支え、主桁７は橋台４の支承６によって支持された単純梁として列車などの荷重を支える構造になっている。

図２は本発明の実施例を示すコンクリート打設前の橋梁（鉄橋）の模式図であり、図２（ａ）はその断面図、図２（ｂ）はその平面図、図３は本発明の実施例を示す一体化し改築されたコンクリート打設後の橋梁（鉄橋）の模式図であり、図３（ａ）はその断面図、図３（ｂ）はその平面図である。

以下、本発明にかかる老朽橋梁の改築手順について説明する。

（１）老朽化が進んだ主桁７の支承６周辺に対して、ケレン作業Ａにより塗装や錆落としを行う〔図２（ａ）参照〕。

（２）例えば、橋台４と主桁７の隅角部を頬杖補強鋼材（隅角部補強鋼材）１１などで頬杖状に補強することにより、主桁７と橋台４を一体化する〔図２（ａ）参照〕。

（３）背面盛土８の土圧の軽減や、橋台４の更なる断面力軽減が必要な場合には、背面盛土８に対して、ダウアリングなどの地山補強材（大径補強材）（場合によってはグラウンドアンカー）１２を橋台４の上部から打設する〔図２（ａ）参照〕。

なお、地山補強材１２は、現況の主桁７が施工の妨げとなったり、橋台４に穴あけが必要となるなどの理由により、主桁７下からの打設が困難となることが想定される。このような場合には、平面図で見て背面盛土８外側から内側に斜め打設すると施工上の困難が解消される〔図２（ｂ）参照〕。

（４）地山補強材１２の橋台４に打設された部分、頬杖状に配置される隅角部補強鋼材１１、主桁７端部、及び橋台４を包み込むように型枠を設置し、その型枠内にコンクリートを打設することにより、橋台４及び主桁７と背面盛土８に打ち込まれた地山補強材１２とを連結し、コンクリート一体化構造部１４（補強材で補強されたラーメン構造）とする〔図３（ａ），（ｂ）参照〕。

コンクリートを打設する際には、撤去の簡便性などを勘案すると、支承６〔図１（ａ）〕は、あえて撤去しない方が良いが、本発明は、支承６を撤去して他の材料で橋台桁座５を補強することを妨げるものではない。

改築された橋梁は、現行の設計標準で種々の照査が行われるため、特に最近の大地震動に対する耐震設計上は、一体化してもなおかつ、基礎の耐力が不足する場合がある。この場合には、橋台４の基礎フーチング部３にも、斜め方向に地山補強材１３を打設し、基礎の応力低減を図る。なお、橋台直下が道路や鉄道、河川等として使用されておらず、橋台の前面を掘削してコンクリートの梁や鋼製ストラットを設置できる場合には基礎フーチング部への地山補強材に替えてそれらで補強を行う。

また、老朽橋梁の主桁７が鉄桁ではなく、ＲＣ（鉄筋コンクリート）桁である場合を説明すると、例えば、上記手順（１）のケレン作業の代わりに橋台と連結する部分を密着しやすいように目荒らしし、（２）と同様に桁下面と橋台の隅角部を補強鋼材で頬杖状に補強する。その後は（３），（４）の各工程を実施することによって改築を行うことができる。

図４は本発明の他の実施例を示す改築されたＲＣ桁の橋梁の模式図である。

この図において、２１はＲＣ桁（主桁）、２２は鉄製型枠、２３はコンクリート打設によるコンクリート一体化構造部である。１５は、橋台の断面力低減による耐力の向上並びに背面盛土の安定性向上を図るための地山補強材である。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略する。

この実施例では、橋台４とＲＣ桁（主桁）２１の隅角部だけでなく、全体に鉄板型枠２２を設置して、隅角部や隅角部以外の部分をコンクリート一体化構造部２３として補強するようにする。このように全体を包み込んだコンクリート入りの鉄製型枠２２で補強した方が、断面が強化されるので好ましい。

すなわち、本発明の特徴は、旧主桁と旧橋台を存置した状態で相互を連結し、「補強していない盛土＋片持ち構造物としての橋台＋単純桁構造」を「補強材により補強された盛土＋主桁と橋台を一体化したラーメン構造（補強盛土一体橋梁）」へ構造を変更することにある。

ここで、上記手順の（３）以降が必要となることについて補足説明する。

上記手順（２）までの橋台４と主桁７の一体橋梁では、一体化することによる負の効果として、温度変化による主桁７の伸び・縮みによる繰り返し変形によって背面盛土８が沈下してしまう。その結果、橋台４背面の土圧が増加することになるため、橋台４の下端が主働側に押し出されようとする。これに対抗するためには（３）に示すように背面盛土８を地山補強材１２などにより補強し、この地山補強材１２と上記手順（２）までで一体化した橋梁とを連結する必要がある。上端だけの補強で足りない場合には、図３に示すように、基礎フーチング部３または橋台４の下端あたりにも、地山補強材１３を設けるか、もしくはストラットなどを設置する。

一方、主桁長が短い（例えば、１０ｍ以下）場合には温度変化によって起こる主桁の収縮による影響が小さく、橋台の高さが低い場合（例えば、５ｍ以下）には地震時土圧による影響が慣性力に比べて相対的に小さくなるため、このような小橋梁では、地山補強材の設置が不要となるケースもある。本発明はそのようなケースを除外するわけではない。

なお、鉄道や道路に用いる既設橋梁を存置して前記鉄道や道路として使用可能な状態のままであっても改築できる条件下で型枠を設置し、鉄板、型鋼などの補強鋼材を既設橋脚及び橋桁に溶接し、後施工アンカーや樹脂で、前記補強鋼材と前記橋脚及び橋桁を一体化することによって、対面する２つの橋台と主桁を連結し一体のラーメン橋梁に改築するようにしてもよい。

また、既設橋台を貫通するようにして背面盛土に多数の地山補強材を打設し、かつ前記既設橋台と前記地山補強材を互いに固定することにより、盛土の安定性の向上並びに既設橋台の耐力の向上を図ることができる。

本発明は、老朽化した旧橋梁を存置して鉄道や道路として使用可能な状態のまま、型枠を設置しコンクリートを打設することなどによって、対面する２つの橋台と主桁とを互いに連結し、一体化したラーメン構造に改築するものである。ただし、この方法だけでは最近の設計基準で対象としている大地震時における橋台背面からの土圧の増大と背面盛土の大変形に対処できないこともあるため、その際には背面盛土にグラウンドアンカーや地山補強材を打設し、それらを一体化したラーメン橋梁と連結することによって課題を解決する。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の橋梁の改築方法は、既設構造物、特に、老朽構造物の発生断面力の抑制によって延命化を図ることができ、既存不適格な構造物においては効率的な補強を図ることができる工法として利用可能である。

取替えが必要な橋梁としての鉄橋の模式図である。 本発明の実施例を示すコンクリート打設前の橋梁（鉄橋）の模式図である。 本発明の実施例を示す一体化し改築されたコンクリート打設後の橋梁（鉄橋）の模式図である。 本発明の他の実施例を示す改築されたＲＣ桁の橋梁の模式図である。

１ 支持地盤
２ 基礎杭
３ 基礎フーチング部
４ 橋台
５ 橋台桁座
６ 支承
７ 鉄桁（主桁）
８ 背面盛土
９ 背面盛土のり面
１０ 翼壁
１１ 頬杖補強鋼材（隅角部補強鋼材）
１２，１３ 地山補強材
１４，２３ コンクリート一体化構造部
１５ 地山補強材
２１ ＲＣ桁（主桁）
２２ 鉄製型枠

Claims (6)

1. 鉄道や道路に用いる既設橋梁を存置して前記鉄道や道路として使用可能な状態のままで、主桁が鉄製、ＲＣ製、ＰＣ製のいずれの材質であっても、前記主桁の端部及び橋台の上部あるいは全体を包み込むように型枠を設置し、コンクリートを打設することによって、対面する２つの橋台と前記主桁とを互いに連結し、一体化したラーメン橋梁に改築することを特徴とする既設橋梁の改築方法。
2. 請求項１記載の既設橋梁の改築方法において、前記鉄製の主桁では、前記橋台の上部に後施工アンカーや樹脂を用いて結合させた鋼材と該鉄製の主桁の端部とを溶接することによって、前記対面する２つの橋台と前記主桁とを互いに連結し、一体化したラーメン橋梁に改築することを特徴とする既設橋梁の改築方法。
3. 請求項１記載の既設橋梁の改築方法において、前記ＲＣ製やＰＣ製の主桁では、該主桁の端部を上面から前記橋台に後施工アンカーなどで締め付けることによって、前記対面する２つの橋台と前記主桁とを互いに連結し、一体化したラーメン橋梁に改築することを特徴とする既設橋梁の改築方法。
4. 請求項１、２又は３記載の既設橋梁の改築方法において、前記橋台の背面盛土にグラウンドアンカーや地山補強材あるいは控え杭等で定着されるタイロッドを打設し、補強された前記背面盛土と前記一体化したラーメン橋梁と連結することを特徴とする既設橋梁の改築方法。
5. 請求項４記載の既設橋梁の改築方法において、前記橋台における基礎フーチング部に、斜め方向に基礎地盤中に地山補強材を打設することを特徴とする既設橋梁の改築方法。
6. 請求項５記載の既設橋梁の改築方法において、前記基礎フーチング部を露わにした上で、対面する２つの基礎フーチング間にストラットを配置することで橋台の下方同士を連結・固定することを特徴とする既設橋梁の改築方法。

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