JP5970211B2 - 既設杭の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、既設杭の補強構造に関し、特に、既設の橋梁の上部構造（床版、床組等）を支持する杭の補強等に有効な既設杭の補強構造に関する。

老朽化した既設の橋梁の上部構造（床版、床組等）を支持する杭を補強する工法の一例が特許文献１、２に記載されている。

特許文献１に記載の工法は、鋼管杭の腐食劣化部の上方及び下方の部分にそれぞれ上方リブ及び下方リブを溶接により一体に設け、下方リブより下方の鋼管杭の表面に鍔を溶接により一体に取り付け、鋼管杭よりも大径で、内面に凸部を設けた半割り鋼管を鋼管杭の水面より上方で溶接して、鋼管杭を囲む外套管を形成し、この外套管を下降させて下端を鍔上に載置させ、鋼管杭と外套管との間にモルタル又はコンクリートを充填して一体化することにより、鋼管杭を補強するように構成したものである。

また、特許文献２に記載の工法は、橋脚の外面に分割鋼板部材をあてがい、分割鋼板部材の継手部を溶接することで鋼板ブロックを組み立て、この鋼板ブロックを橋脚の上部に設置した圧入装置により押し下げて地中に圧入し、この鋼板ブロックの組み立て作業と、組み立てた鋼板ブロックの圧入作業とを、複数の鋼板ブロックを溶接によって連結しながら繰り返し行うことにより橋脚の外面を複数の鋼板ブロックによって被覆し、この後に、複数の鋼板ブロックと橋脚との間にモルタルを充填して一体化することにより、橋脚を補強するように構成したものである。

特開昭６４−３９４１３号公報 特開２０００−３３６９４６号公報

ところで、上記のような工法にあっては、上方リブ、下方リブ、鍔、及び半割り鋼管の溶接作業、分割鋼板部材の溶接作業を現場で行う必要があるため、補強対象の鋼管杭、橋脚が、河川、湖、港湾等のように水中にある場合には、溶接を行うために鋼管杭、橋脚の周囲を囲むように仮締切工を設置し、仮締切工の内側を排水してドライ環境をつくり、このドライ環境下で溶接作業を行う必要がある。また、半割り鋼管、及び分割鋼板部材は、補強対象の鋼管杭、橋脚を補強する構造部材としての強度が要求されるため、半割り鋼管の端面間、分割鋼板部材の端面間を全溶接によって強固に接合する必要がある。

このため、仮締切工の設置作業、及び溶接作業に時間と手間がかかり、既設杭の補強に要する費用が高くなる。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、既設杭の補強に要する手間、時間を大幅に削減することができ、これにより、既設杭の補強工事に要する費用を大幅に削減することができる既設杭の補強構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、既設の構造物を支持する既設杭の補強構造であって、
前記杭の周囲を囲むように設置される型枠と、該型枠と前記杭との間に充填された、繊維補強コンクリートとからなり、前記型枠は、筒状の部材を周方向の少なくとも１箇所において軸方向に分断した形状を有する複数の部材と、該複数の部材の端面間を接合する接合手段とを有する型枠部材を備えており、前記接合手段は、隣接する一方の前記部材の端面に設けられた、先端ほど長さが大きくなる台形状の突起と、隣接する他方の部材の端面に設けられた、奥側ほど長さが大きくなる台形状の凹部との嵌合により分断部分の端面間を接合するものであることを特徴とする。
また、本発明は、既設の構造物を支持する既設杭の補強構造であって、前記杭の周囲を囲むように設置される型枠と、該型枠と前記杭との間に充填された、繊維補強コンクリートとからなり、前記型枠は、筒状の部材を周方向の少なくとも１箇所において軸方向に分断した形状を有する複数の部材と、該複数の部材の端面間を接合する接合手段とを有する型枠部材を備えており、前記接合手段は、隣接する一方の前記部材の裏面に、分断部分の端面から他方の前記部材に向けて突出するように固定された裏当て板と、前記裏当て板を前記他方の部材にねじ止めするねじとからなることを特徴とする。
さらに、本発明は、既設の構造物を支持する既設杭の補強構造であって、前記杭の周囲を囲むように設置される型枠と、該型枠と前記杭との間に充填された、繊維補強コンクリートとからなり、前記型枠は、筒状の部材を周方向の少なくとも１箇所において軸方向に分断した形状を有する複数の部材と、該複数の部材の端面間を接合する接合手段とを有する型枠部材を備えており、前記接合手段は、点溶接により分断部分の端面間を接合するものであることを特徴とする。

本発明の既設杭の補強構造によれば、型枠と杭との間に繊維補強コンクリートを充填することにより、既設杭を補強することができる。
この場合、型枠は、型枠としての機能を有していればよく、型枠に既設杭を補強する構造部材としての強度を持たせる必要はないので、型枠の設置に要する手間、時間を大幅に削減することができ、既設杭の補強に要する費用を大幅に削減することができる。

また、本発明において、前記型枠は、周方向の少なくとも１箇所において軸方向に分断されるとともに、分断部分の端面間を接合することにより筒状に形成された型枠部材を備えている。

このため、分断部分の端面間を接合することにより、筒状の型枠部材を構成することができ、この型枠部材を軸方向に複数連結することにより、既設杭の所定の範囲を囲む型枠を構成することができる。

また、本発明において、前記型枠部材は、嵌合、ねじ止め、又は点溶接による接合手段によって分断部分の端面間が接合されている。

このため、型枠を構成する場合に、型枠部材の分断部分の端面間を、嵌合、ねじ止め、点溶接等の簡易な接合手段によって接合すればよいので、水中でも水上でも、型枠部材の分断部分の端面間を接合することができ、型枠の設置に要する時間、手間を大幅に削減することができる。

以上、説明したように、本発明の既設杭の補強構造によれば、既設杭の補強に要する手間及び時間を削減することができ、既設杭の補強に要する費用を削減することができる。

本発明による既設杭の補強構造の一実施の形態を示した断面図であって、既設の橋梁の杭に適用した横断面図である。 型枠部材の半管の接合手段の一例を示した説明図である。 型枠部材の半管の接合手段の他の例を示した説明図である。 型枠部材の半管の接合手段の他の例を示した説明図である。 本発明による既設杭の補強構造の施工手順を示した説明図であって、第１の型枠部材をセットした状態を示した説明図である。 第１の型枠部材を地盤に圧入した状態を示した説明図である。 第２の型枠部材をセットし、第１の型枠部材及び第２型枠部材を地盤に圧入した状態を示した説明図である。 型枠と杭との間から泥水等を排除している状態を示した説明図である。 型枠と杭との間に繊維補強コンクリートを充填した状態を示した説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４には、本発明による既設杭の補強構造の一実施の形態が示され、図５〜図９には、補強構造の施工手順が示されている。本実施の形態の既設杭の補強構造は、河川や海等の水上を跨いだ状態に設置されている既設の橋梁の上部構造（床版、床組等）を支持する杭の補強に適用したものであって、車両等の通行を許容した状態で施工できるように構成したものである。

既設の橋梁３０は、図１に示すように、例えば、車両等を支持する床版３２、床版３２を支持する床組３５（上層梁３６）等からなる上部構造３１と、下層梁４０等からなる下部構造３８と、車両等、上部構造３１、及び下部構造３８からの荷重を地盤４２に伝達させる杭４１とから構成されている。
なお、本実施の形態においては、河川や海等の水上を跨いだ状態に設置されている既設の道路橋梁を対象としているが、これに限定することなく、陸上に設置されている橋梁の杭を対象としてもよい。また、橋梁の杭に限らず、各種の構造物を支持する杭を対象としてもよい。

本実施の形態の既設杭の補強構造１は、杭４１の周囲を囲むように設けられる型枠２と、型枠２と杭４１との間に形成される隙間１９内に充填される繊維補強コンクリート２０とから構成されている。
なお、本実施の形態においては、鋼製の型枠２を使用している。

型枠２は、図１〜図４に示すように、一対の半管４、４（本実施の形態では、鋼製の一対の半管４、４）を接合して構成した管状の型枠部材３を、軸方向に複数一連に連結して構成したものであって、杭４１の頭部に設置した圧入装置２１によって地盤４２中に所定の深さまで圧入することにより、杭４１の所定の範囲を覆うように構成したものである。

型枠２は、杭４１を補強する構造部材としての強度を有する必要はなく、地盤４２への圧入に耐えられ、かつ、隙間１９内に充填する繊維補強コンクリート２０の圧力に耐えられる強度を有すればよい。

型枠２は、上記のような条件を満たすものであれば、鋼製に限らず、木製、合成樹脂製等とすることもできる。

型枠部材３を構成するには、横方向接合手段５ａにより、一対の半管４の周方向の端面間を一体に接合する。また、複数の型枠部材３を軸方向に一連に連結するには、縦方向接合手段５ｂにより、２つの型枠部材３、３の軸方向の端面間を一体に接合する。

図２〜図４に横方向接合手段５ａ、及び縦方向接合手段５ｂの例を示す。
図２に示す横方向接合手段５ａは、半管４の周方向の一端の裏面側に突出した状態に設けられる１又は複数（本実施の形態では２つ）の横裏当て板６、６と、各横裏当て板６の中央部にそれぞれ設けられるねじ孔７と、半管４の周方向の他端の各横裏当て板６のねじ孔７に対応する部分にそれぞれ設けられる孔８とから構成されている。また、縦方向接合手段５ａは、半管４の軸方向の一端の裏面側に突出した状態に設けられる１又は複数（本実施の形態では２つ）の縦裏当て板１０、１０と、各縦裏当て板１０の中央部にそれぞれ設けられるねじ孔１１と、半管４の軸方向の他端の各縦裏当て板１０のねじ孔１１に対応する部分にそれぞれ設けられる孔１２とから構成されている。

そして、両半管４、４を、横裏当て板６、６が設けられた一端と、孔８、８が設けられた他端とを、一方の半管４の一端の横裏当て板６が他方の半管４の他端の裏面に接触し、他方の半管４の一端の横裏当て板６が一方の半管４の他端の裏面に接触するように、組み合わせ、各孔８と各ねじ孔７との間に半管４の外側からねじ１３を挿通させて締め付けることにより、両半管４、４の周方向の端面間を一体に接合することができ、管状の型枠部材３を構成することができる。

また、２つの型枠部材３、３を、縦裏当て板１０が設けられた一端と、孔１２が設けられた他端とを、一方の型枠部材３の一端の縦裏当て板１０が他方の型枠部材３の他端の裏面に接触するように、組み合わせ、各孔１２と各ねじ孔１１との間に型枠部材３、３の外側からねじ１３を挿通させて締め付けることにより、２つの型枠部材３、３の軸方向の端面間を一体に接合することができる。

図３に示す横方向接合手段５ａは、半管４、４の周方向の一端の中央部に突出した状態に設けられる、先端側ほど長さが大きくなる台形状の横嵌合突起１５と、半管４の周方向の他端の中央部に凹んだ状態に設けられる、先端側ほど長さが大きくなる台形状の横嵌合溝１６とから構成されている。また、縦方向接合手段５ｂは、半管４の長さ方向の一端に突出した状態に設けられる、先端側ほど長さが大きくなる台形状の縦嵌合突起１７と、半管４の長さ方向の他端に設けられる、先端側ほど長さが大きくなる台形状の縦嵌合溝１８とから構成されている。型枠部材３は、剛性が低い材料から形成されているため、横嵌合溝１６、縦嵌合溝１８を弾性的に外側に変形させて、横嵌合溝１６、縦嵌合溝１８内に横嵌合突起１５、縦嵌合突起１７を容易に嵌合させることができる。

そして、両半管４、４を、横嵌合突起１５が設けられた一端と、横嵌合溝１６が設けられた他端とを、一方の半管４の一端の横嵌合突起１５と他方の半管４の他端の横嵌合溝１６とが互いに嵌合するように、組み合わせることにより、両半管４、４の周方向の端面間を一体に接合することができ、管状の型枠部材３を構成することができる。

また、２つの型枠部材３、３を、縦嵌合突起１７が設けられた一端と、縦嵌合溝１８が設けられた他端とを、一方の型枠部材３の一端の縦嵌合突起１７と他方の型枠部材３の縦嵌合溝１８とが互いに嵌合するように、組み合わせることにより、２つの型枠部材３、３の軸方向の端面間を一体に接合することができる。

図４に示す横方向接合手段５ａは、点溶接１４ａであって、両半管４、４の周方向の端面同士を互いに接触させ、両半管４、４の端面間の複数箇所を点溶接１４ａによって一体に接合することにより、両半管４、４の周方向の端面間を一体に接合することができる。また、縦方向接合手段５ｂも点溶接１４ｂであって、２つの型枠部材３、３の軸方向の端面同士を互いに接触させ、両型枠部材３、３の軸方向の端面間を点溶接１４ｂによって一体に接合することにより、２つの型枠部材３、３の軸方向の端面間を一体に接合することができる。

なお、一対の半管４、４の周方向の端面間を接合する横方向接合手段５ａ、及び２つの型枠部材３、３の軸方向の端面間を接合する縦方向接合手段５ｂとしては、図２〜図４に示すものに限らず、両半管４、４の周方向の端面間、及び２つの型枠部材３、３の軸方向の端面間を一体に接合できるものであればよい。

型枠２と杭４１との間の隙間１９内に充填される繊維補強コンクリート２０としては、所定の圧縮強度及び引張強度を発現できるものであれば特に制限はなく、例えば、本件出願人が先に出願した、特開２０１１−４２５３４号公報に記載の高靭性、高強度モルタル組成物を用いることができる。

この高靭性、高強度モルタル組成物は、セメントと、シリカフュームと、水と、減衰剤と、細骨材と、高張力繊維とを含み、セメントはＣ_３Ｓを４０．０〜７５．０質量％、及びＣ_３Ａを２．７質量％未満含有し、かつ、４５μｍふるい残分が８．０質量％未満であり、細骨材は、粒径０．１５ｍｍ以下の粒群を１５〜８５質量％、かつ、０．０７５ｍｍ以下の粒群を３〜２０質量％含有するものである。

この高靭性、高強度モルタル組成物を繊維補強コンクリートとして用いることにより、早期に高い靭性、高い圧縮強度、及び高い引張強度を発現することができ、杭４１を補強する構造部材として機能させることができる。

次に、図５〜図９を参照しながら、本発明の補強構造１の施工方法について説明する。
まず、図５に示すように、補強対象の杭４１の頭部に圧力装置２１を設置し、圧力装置２１のプランジャ２２の下方の杭４１の部分を両側から挟むように一対の半管４、４を配置し、両半管４、４の周方向の端面間を互いに接触させて、図１〜図３に示す横方向接合手段５ａによって一体にすることにより、杭４１の周囲を囲むように第１の型枠部材３ａを配置する。そして、プランジャ２２を下降させて、第１の型枠部材３ａを下方に押圧することにより、図６に示すように、第１の型枠部材３ａを地盤４２中に所定の深さまで圧入する。

次に、図７に示すように、プランジャ２２を元の位置まで上昇させて、プランジャ２２の下方の杭４１の部分に上記と同様にして、杭４１の周囲を囲むように第２の型枠部材３ｂを配置する。そして、第１の型枠部材３ａの軸方向の端面と第２型枠部材３ｂの軸方向の端面とを互いに接触させ、両型枠部材３ａ、３ｂの軸方向の端面間を図１〜図３に示す縦方向接合手段５ａによって一体に接合することにより、第１の型枠部材３ａと第２の型枠部材３ｂの軸方向の端面間を一体に接合する。そして、そして、プランジャ２２を下降させることにより、第１の型枠部材３ａ及び第２の型枠部材３ｂを下方に押圧して、第１の型枠部材３ａ及び第２の型枠部材３ｂを地盤４１中の所定の深さまで圧入する。

そして、このような作業を複数の型枠部材３に対して繰り返し行うことにより、杭４１の所定の範囲の周囲を囲むように、複数の型枠部材３を軸方向に一連に連結して構成した管状の型枠２を配置する。

次に、図８に示すように、型枠２と杭４１との間の隙間１９内を洗浄して水等を排除し、この後に、図９に示すように、隙間１９内に繊維補強コンクリート２０を充填して一体化することより、杭４１の周囲に繊維補強コンクリート２０を巻き立てた補強構造１を構築する。そして、このような作業を各杭４１に対して繰り返し行うことにより、橋梁３０の各杭４１を補強する補強構造１を構築することができる。

上記のように構成した本実施の形態の杭の補強構造及び補強方法にあっては、型枠２は、構造部材としての強度を有する必要はなく、地盤４２への圧入に耐え得る強度、及び繊維補強コンクリート２０の圧力に耐え得る強度を有すればよいので、半管４の厚さを薄くできるとともに、半管４、４の周方向の端面間、及び２つの型枠部材３、３の軸方向の端面間を全溶接によって強固に接合する必要はなくなる。

したがって、杭４１の周囲を囲むように仮締切工を設置してドライ環境を作る必要はなく、ねじ１３の締め付け、嵌合突起１５、１７の嵌合溝１６、１８への嵌合作業等の簡易な作業で十分に足りるので、水中でも、水上でもこれらの作業を行うことが可能となり、杭４１の補強に要する手間、時間を大幅に削減することができ、杭４１の補強に要する費用を大幅に削減することができる。

なお、上記の説明においては、本発明による杭の補強構造及び補強方法を橋梁３０の上部構造３１を支持する杭４１の補強に適用したが、これに限らず各種の構造物を支持する杭の補強に適用してもよい。

また、上記の説明においては、一対の半管４、４によって円筒状の型枠部材３を構成したが、円筒状のものの１箇所又は３箇所以上を軸方向に分断したものを用い、分断部分の端面間を接合することにより円筒状の型枠部材３を構成してもよい。また、円筒状に限らず多角形筒状に形成したものを型枠部材３として用いてもよい。

１ 補強構造
２ 型枠
３ 型枠部材
３ａ 第１の型枠部材
３ｂ 第２の型枠部材
４ 半管
５ａ 横方向接合手段
５ｂ 縦方向接合手段
６ 横裏当て板
７ ねじ孔
８ 孔
１０ 縦裏当て板
１１ ねじ孔
１２ 孔
１３ ねじ
１４ａ、１４ｂ 点溶接
１５ 横嵌合突起
１６ 横嵌合溝
１７ 縦嵌合突起
１８ 縦嵌合溝
１９ 隙間
２０ 繊維補強コンクリート
２１ 圧入装置
２２ プランジャ
３０ 橋梁
３１ 上部構造
３２ 床版
３５ 床組
３６ 上層梁
３８ 下部構造
４０ 下層梁
４１ 杭
４２ 地盤

Claims (3)

1. 既設の構造物を支持する既設杭の補強構造であって、
   前記杭の周囲を囲むように設置される型枠と、該型枠と前記杭との間に充填された、繊維補強コンクリートとからなり、
   前記型枠は、筒状の部材を周方向の少なくとも１箇所において軸方向に分断した形状を有する複数の部材と、該複数の部材の端面間を接合する接合手段とを有する型枠部材を備えており、
   前記接合手段は、隣接する一方の前記部材の端面に設けられた、先端ほど長さが大きくなる台形状の突起と、隣接する他方の部材の端面に設けられた、奥側ほど長さが大きくなる台形状の凹部との嵌合により分断部分の端面間を接合するものであることを特徴とする既設杭の補強構造。
2. 既設の構造物を支持する既設杭の補強構造であって、
   前記杭の周囲を囲むように設置される型枠と、該型枠と前記杭との間に充填された、繊維補強コンクリートとからなり、
   前記型枠は、筒状の部材を周方向の少なくとも１箇所において軸方向に分断した形状を有する複数の部材と、該複数の部材の端面間を接合する接合手段とを有する型枠部材を備えており、
   前記接合手段は、隣接する一方の前記部材の裏面に、分断部分の端面から他方の前記部材に向けて突出するように固定された裏当て板と、前記裏当て板を前記他方の部材にねじ止めするねじとからなることを特徴とする既設杭の補強構造。
3. 既設の構造物を支持する既設杭の補強構造であって、
   前記杭の周囲を囲むように設置される型枠と、該型枠と前記杭との間に充填された、繊維補強コンクリートとからなり、
   前記型枠は、筒状の部材を周方向の少なくとも１箇所において軸方向に分断した形状を有する複数の部材と、該複数の部材の端面間を接合する接合手段とを有する型枠部材を備えており、
   前記接合手段は、点溶接により分断部分の端面間を接合するものであることを特徴とする既設杭の補強構造。