JP6110711B2 - コンクリート躯体、その耐震補強工法、及びこの工法に用いられる治具 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート躯体、その耐震補強工法、及びこの工法に用いられる治具に関する。

コンクリート躯体は、例えば、図１１に示すような鉄筋構造が埋設されているが、同図のＹ方向の配筋が不足するため、耐震補強が施されることがある。そして、構造物の擁壁やカルバートなど施工面が限定されているコンクリート躯体に耐震補強が必要とされる場合、例えば、特許文献１、２に開示されているような施工が行われている。まず、コンクリート躯体の施工面から長孔状の削孔を複数形成し、この削孔の各々に棒状の剪断補強材を挿入する。続いて、削孔と剪断補強材との間の空隙にモルタル等の定着材を充填して、剪断補強を行っていた。こうした剪断補強筋の施工法では、できるだけ長い削孔を形成し、この削孔に対応した長い補強筋を埋設したり、あるいは、表面に補強用の鋼板を設置して補強筋と連結することが、補強効果を高めると考えられてきた。また、特許文献３には、美観上或いは供用上の問題から補強鉄筋が表面に突出しないようにした構造も開示されている。

特開２０１２−１０２４９２ 特開２００３−１１３６７３ 特開２００５−２００８２７

ところで、上記のように設置された剪断補強筋の後端部は、施工面付近に位置している。すなわち、剪断補強筋と後端部と、コンクリート壁の壁面との間には、わずかに化粧モルタルが詰められているにすぎない。そのため、剪断補強筋の増設によって、コンクリート躯体全体が剛構造となってしまう。したがって、終局的な強度は上がっても、剪断強度とともに曲げ強度も上がってしまい靭性に欠けるという問題が生じる。その結果、構造として粘りがなく、図１２に示すように、コンクリート躯体に作用する応力が、ある応力に達するまでは破壊しないが、突然、剪断破壊するおそれがある。このような剪断破壊が生じると、構造物全体が崩落する可能性がある。これに対して、コンクリート躯体に靱性があると、剪断破壊に先行して曲げ破壊が生じるが、曲げ破壊ではコンクリート躯体がねじ曲げられて徐々に局部的に壊れていくものの、全体が一気に崩落することは避けられるため、結果として、人命に係るような甚大な被害が生じるのを避けることはできる。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、剪断破壊に先行し、曲げ破壊を生じさせることができるコンクリート躯体、その耐震補強工法、及びこの工法に用いられる治具を提供することを目的とする。

本発明に係るコンクリート躯体は、対向する第１の面及び第２の面を有するコンクリート壁と、前記コンクリート壁内に埋設される鉄筋構造と、前記コンクリート壁の前記第１の面から第１の距離をおいた第１の位置と、前記第２の面から第２の距離をおいて第２の位置との間で、棒状に延び、前記コンクリート壁内で分散して埋設された複数の剪断補強筋と、を備えている。

この構成によれば、コンクリート壁の内部に埋設された剪断補強筋が、コンクリート壁の両壁面から所定の距離をあけて設けられている。すなわち、剪断補強筋の両端部とコンクリート壁の壁面との間に、いわゆる「かぶり」が設けられている。したがって、コンクリート躯体全体が剛構造となるのを防止することができる。その結果、コンクリート躯体の曲げ強度を向上させることなく、剪断強度のみを向上することができる。そのため、例えば、設計レベル以上の地震が発生したとき、コンクリート躯体には剪断破壊が生じることなく、曲げ破壊を先行させることができる。この曲げ破壊により、地震エネルギを吸収することができ、コンクリート躯体全体の終局的な耐震性能を向上させることができる。すなわち、曲げ破壊が先行して、剪断破壊を防止できるため、重量物の落下、崩落を回避することができる。その結果、設計を上回る巨大地震に対してもコンクリート躯体全体の崩落を避けることができ、コンクリート躯体としてのある程度の性能を維持することができる。

上記コンクリート躯体において、前記鉄筋構造は、種々の構造にすることができるが、例えば、前記コンクリート壁内の前記第１の位置に埋設され、格子状に形成された第１の鉄筋体と、前記コンクリート壁内の前記第２の位置に埋設され、格子状に形成された第２の鉄筋体と、で構成することができる。そして、この場合、前記各剪断補強筋は、前記第１の鉄筋体及び第２の鉄筋体の格子の内部に配置することができる。

本発明に係るコンクリート躯体の耐震補強工法は、対向する第１の面及び第２の面を有するコンクリート壁、及び当該コンクリート壁に埋設された鉄筋構造を備えるコンクリート躯体に対して削孔を形成するステップであって、前記コンクリート壁の前記第１の面に、前記第２の面から第２の距離をおいた第２の位置まで延びる複数の削孔を形成するステップと、前記各削孔に、前記第１の面から第１の距離をおいた第１の位置と、前記第２の位置と、の間で延びる棒状の剪断補強筋をそれぞれ挿入するステップと、を備えている。

上記補強工法においては、前記剪断補強筋を、前記削孔に挿入するステップに先立って、前記各削孔に、定着材を供給するステップをさらに備えることができる。

このとき、前記定着材は、破断可能な容器に収容された状態で、前記各削孔に供給することができる。そして、前記剪断補強筋を前記削孔に挿入するステップにおいて、前記剪断補強筋が前記容器を破壊し、前記定着材を前記削孔内に充填させることができる。

前記鉄筋構造は、種々の構造にすることができるが、例えば、格子状に形成された第１及び第２の鉄筋体を備えることができる。そして、前記第１の鉄筋体を、前記コンクリート壁内の前記第１の位置に埋設し、前記第２の鉄筋体を、前記コンクリート壁内の前記第２の位置に埋設することができる。

本発明に係る治具は、上述したいずれかの耐震補強工法に使用される治具であって、第１の端部及び第２の端部を有し、当該両端部の間で延びる貫通孔が形成された本体部と、前記第２の端部側から前記貫通孔に進退自在に挿入され、前記第１端部側で支持される剪断補強筋を打撃可能な打撃部材と、を備え、前記打撃部材は、前記第１端部から、前記第１の距離だけ突出可能に構成されている。

この構成によれば、打撃部材により剪断補強筋を打撃して削孔内に挿入する際に、打撃部材が、本体部の第１端部から、第１の距離だけ突出するように構成されている。すなわち、打撃部材は、第１の距離以上に削孔側に移動しないので、剪断補強筋の後端部が、コンクリート壁の第１の面から第１の距離だけ離れて位置するように埋め込むことができる。したがって、「かぶり」を正確に確保することができる。

上記治具において、前記打撃部材は、前記貫通孔の前記第２の端部側から突出し、当該突出部にストッパを取付けることができる。そして、前記ストッパが、前記第２の端部に係合することで、前記打撃部材が、前記第１の端部から、前記第１の距離よりも突出するのを制限することができる。

本発明によれば、剪断破壊に先行し、曲げ破壊を生じさせることができる。

本実施形態に係る、耐震補強がなされたコンクリート躯体の平面図である。 図１の正面図である。 図１の側面図である。 剪断補強筋の埋設状態を示す拡大図である。 剪断補強筋の施工方法を示す断面図である。 剪断補強筋の施工方法を示す断面図である。 曲げ破壊を説明する図である。 剪断補強筋の他の例を示す側面図である。 剪断補強筋の施工に用いる治具の使用方法を説明する図である。 本発明の適用対象の例を示す図である。 コンクリート躯体の例を示す斜視図である。 剪断破壊を説明する図である。

以下、本発明に係るコンクリート躯体の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、垂直に延びる地盤の表面に配置されたコンクリート躯体に耐震補強を施す場合について説明する。図１は本実施形態に係る、耐震補強がなされたコンクリート躯体の平面図、図２は図１の正面図、図３は図１の側面図である。なお、以下では、説明の便宜のため、コンクリート躯体において、地盤側を「先端側」、地盤とは反対側を「後端側」と、称することがある。

＜１．コンクリート躯体の構造＞
図１〜図３に示すように、本実施形態に係るコンクリート躯体１は、垂直に延びる地盤Ｓの表面に形成されるものであり、コンクリート壁２と、その内部に埋設される鉄筋構造３とで、構成されている。以下、コンクリート壁２の壁面については、地盤側を背面（第２の面）、それとは反対側を表面（第１の面）と称することとし、表面が施工面となる。鉄筋構造は、コンクリート壁２の表面側に配置される第１鉄筋体４１と、背面側に配置される第２鉄筋体４２と、これらを連結する連結筋４３とで構成されている。第１鉄筋体４１は、上下方向に延びる複数の主筋４１１と、これと直交し水平方向に延びる複数の副筋４１２とを備え、これらが格子状に連結されることで構成されている。この第１鉄筋体４１は、コンクリート壁２の表面から概ね第１の距離Ｌ１をあけて、面方向（ＸＺ方向）に延びるように配置されている。この第１の距離Ｌ１をあけた、鉄筋体が配置されていない領域が、いわゆる「かぶり」に相当する。そして、コンクリート壁２の表面から第１の距離Ｌ１の位置を、第１の位置Ｐ１と称することとする（図４参照）。

第２の鉄筋体４２も同様に構成されており、上下方向に延びる複数の主筋４２１と、これと直交し水平方向に延びる複数の副筋４２２とを備え、これらが格子状に連結されることで構成されている。この第２鉄筋体４２は、コンクリート壁２の背面から第２の距離Ｌ２をあけて、面方向（ＸＺ方向）に延びるように配置されている。この第２の距離Ｌ２をあけた、鉄筋体が配置されていない領域も、「かぶり」に相当する。そして、コンクリート壁２の背面から第２の距離Ｌ２の位置を、第２の位置Ｐ２と称することとする（図４参照）。ここでは、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２とを同じ距離としているが、この距離は施工状況に応じて適宜変更可能である。「かぶり」の距離は、好適には主筋などの鉄筋体が設けられる位置と同じであり、即ち、第１の位置Ｐ１はコンクリート躯体１における主筋４１１の鉄筋芯位置に相当し、第２の位置Ｐ２は主筋４２１の鉄筋芯位置に相当する。また、第１鉄筋体４１と第２鉄筋体４２とは、複数の連結筋４３で連結されている。連結筋４３は、コンクリート壁２の厚み方向に延びるように棒状に形成されており、各鉄筋体４１、４２の格子の交差部分同士を連結する。

さらに、このコンクリート躯体１には、耐震補強のために、複数の剪断補強筋５が埋設されている。図１〜図３に示すように、剪断補強筋５は、棒状に形成され、コンクリート壁２の厚み方向に延びるように埋設されている。埋設される位置は、概ね、第１鉄筋体４１及び第２鉄筋体４２における格子の内部である。すなわち、第１鉄筋体４１及び第２鉄筋体４２と干渉しないような位置に埋設される。

図４は、剪断補強筋の埋設状態を示す拡大図である。同図に示すように、剪断補強筋５は、表面に所定形状のリブを有する異形鉄筋で構成されている。また、先端が４５°にカットされた鋭利な形状となっている。このように形成された剪断補強筋５は、コンクリート壁２の表面から厚み方向に形成された削孔２１内に挿入されるものであり、同じく削孔２１内に供給されたモルタル定着材によって、削孔２１内に固定される。また、剪断補強筋５は、第１鉄筋体４１と第２鉄筋体４２との間で延びるように配置される。すなわち、コンクリート壁２内の第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間の距離Ｔが、剪断補強筋の長さに相当する。但し、このような剪断補強筋５の先端側及び後端側に「かぶり」が形成されていればよいため、剪断補強筋５の長さは、図示のものよりも短くてもよい。例えば、剪断補強筋の長さは、その径の６倍とすることができる。なお、削孔２１の長さＤは、第１の距離Ｌ１と剪断補強筋５の長さＴの合計となる。

＜２．コンクリート躯体の耐震補強工法＞
次に、コンクリート躯体の耐震補強工法について説明する。ここで対象となるのは、既設のコンクリート躯体１であり、上述したように、連結筋４３によって連結された第１及び第２鉄筋体４１，４２が埋設されたコンクリート躯体１である。以下、図５及び図６を参照しつつ、耐震補強のための、剪断補強筋５の埋設について説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、コアドリル６をコンクリート壁２の表面にセットし、削孔を行う。但し、削孔を行うドリルは特には限定されず、ハンマードリルなどを用いることもできる。削孔を行う位置は、上述したように、両鉄筋体４１，４２の格子の内部である。そして、図５（ｂ）に示すように、第２の位置Ｐ２に達するまで削孔２１を形成する。削孔２１の形成が完了すると、清水を削孔２１内で循環させ、削孔２１内を洗浄する。

次に、モルタルカプセル７を準備する。このモルタルカプセル７は、紙、不織布などの水が浸入可能な親水性の材料で形成された袋に、モルタル粉を収容したものであり、棒状に形成されている。そして、モルタルカプセル７を約２〜５分間、水に浸漬する。これにより、水が袋の内部に進入し、モルタル粉との水和反応が生じる。水和反応によって生成される粘土状のモルタル定着材は硬化が始まるので、上記時間が経過後には、手際よくモルタルカプセル７を削孔２１内に挿入する。図５（ｃ）に示すように、モルタルカプセル７は棒状に形成されているため、削孔２１に沿って一列に、削孔２１が埋まるまでモルタルカプセル７を挿入する。

これに続いて、図６（ａ）に示すように、ハンマードリル８の先端に剪断補強筋５を取り付け、剪断補強筋５の後端部を打撃しながら、削孔２１内に剪断補強筋５を打ち込む。これにより、剪断補強筋５の鋭利な先端部が削孔２１内のカプセル７を破壊しながら、削孔２１に進入していく。こうして、剪断補強筋５は、図６（ｂ）に示すように、その先端が削孔２１の奥端部（第２の位置Ｐ２）に達するまで打ち込まれる。この過程で、破壊されたカプセル７からは粘土状のモルタル定着材が削孔２１内で剪断補強筋５の外周面全体に回り込み、剪断補強筋５の前進によってモルタル定着材が削孔２１内で攪拌される。これにより、モルタル定着材が剪断補強筋５の外周面と削孔２１の内壁面との間に充填され、剪断補強筋５が削孔２１内で定着する。

こうして削孔２１に定着した剪断補強筋５の後端部は、第１の位置Ｐ１にあり、この後端部とコンクリート壁２の表面との間の領域が「かぶり」となるが、削孔２１内のこの領域にはモルタル定着材が充填される。そして、削孔２１からあふれた余分なモルタル定着材は左官仕上げによって除去する。モルタル定着材が不足する場合には、別途モルタル定着材を削孔２１に充填する。こうして、図６（ｃ）に示すように、施工が完了する。

＜３．特徴＞
以上のように、本実施形態によれば、コンクリート壁２の内部に埋設された剪断補強筋５が、コンクリート壁２の両壁面から所定の距離をあけて設けられている。すなわち、剪断補強筋５の両端部とコンクリート壁２の壁面との間に、鉄筋が埋設されていない、いわゆる「かぶり」が設けられている。したがって、コンクリート躯体１全体が剛構造となるのを防止することができる。その結果、コンクリート躯体１の曲げ強度を向上させることなく、剪断強度のみを向上することができる。そのため、例えば、設計レベル以上の地震が発生したときには、図７に示すように、コンクリート躯体１には剪断破壊が生じることなく、曲げ破壊を先行させることができる。この曲げ破壊により、地震エネルギを吸収することができ、コンクリート躯体１全体の終局的な耐震性能を向上させることができる。すなわち、曲げ破壊が先行して、剪断破壊を防止できるため、重量物の落下、崩落を回避することができる。その結果、設計を上回る巨大地震に対してもコンクリート躯体１全体の崩落を避けることができ、コンクリート躯体１としてのある程度の性能を維持することができる。

＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、剪断補強筋５の構成は、上述したものに限定されず、種々の変更が可能である。例えば、図８（ａ）に示すように、先端が円錐状に形成された剪断補強筋５を用いることもできる。また、図８（ｂ）に示すように、表面に雄ねじが形成された剪断補強筋５を用いることもできる。すなわち、剪断補強筋５の先端形状や表面の形状は、特には限定されない。

また、定着材は、剪断補強筋５を削孔２１内で定着できる限りは、特には限定されず、また、カプセルに入ったものを使用しなくてもよい。

上記実施形態では、ハンマードリル８によって剪断補強筋５を削孔内に挿入したが、これも特には限定されない。その他の例として、例えば、図９に示すような治具を用いることもできる。図９（ａ）に示すように、この治具９は、貫通孔が形成された筒状の本体部９１を有する。本体部９１において、削孔２１と対向する第１の端部には削孔２１の径よりも大きい大径部９２が設けられている。そして、貫通孔には、第１の端部から剪断補強筋５を挿入可能となっている。

また、本体部９１の貫通孔には、円柱状の打撃部材９３が進退可能に挿通されている。打撃部材９３は、第１の端部とは反対側の、本体部９１の第２の端部から突出している。そして、この突出部分には貫通孔よりも大きい環状のストッパ９４が取付けられている。また、打撃部材９３の外周面には、ストッパ９４と第２の端部との間でバネ９５が巻き付けられている。これにより、打撃部材９３はバネ９５に抗して押し込まれ、押し込む力が解除されると、初期位置に戻るようになっている。また、打撃部材９３が押し込まれると、その先端部は、第１の端部から突出するが、その突出する長さは、図９（ｄ）に示すように、上述した第１の距離Ｌ１と同じになっている。

次に、このような構成された治具９を用いて、剪断補強筋５を施工する方法について説明する。まず、図９（ａ）に示すように、剪断補強筋５の一部を削孔２１に挿入する。そして、図９（ｂ）に示すように、剪断補強筋５の後端部に治具９の本体部９１を取付ける。このとき、剪断補強筋５の後端部は、第１の端部から貫通孔に挿入される。この状態で、図９（ｃ）に示すように、打撃部材９３の後端部をハンマードリル８に連結したり、手ハンマーなどで打撃する。これにより、打撃部材９３は剪断補強筋５の後端側を打撃し、削孔２１内へ押し遣る。このとき、本体部９１には、大径部９２が設けられているため、本体部９１は削孔２１に入り込むことなく、コンクリート壁２の表面に当接した状態となる。

打撃部材９３はバネ９５に抗して押し込まれ、剪断補強筋５を削孔２１内へ押し遣るが、このとき、図９（ｄ）に示すように、打撃部材９３の先端部は本体部９１から突出し、コンクリート躯体１内の第１の位置Ｐ１まで達する。しかし、打撃部材９３にはストッパ９４が設けられているため、これが第２の端部に当接することで、打撃部材９３は第１の位置Ｐ１よりも先端側に移動することはない。そのため、打撃部材９３に押し込まれる剪断補強筋５は、後端部が第１の位置Ｐ１にあるように押し込まれる。したがって、剪断補強筋５の後端側に「かぶり」を確実に設けることができる。

上記実施形態では、地盤Ｓの表面に配置されたコンクリート躯体１の耐震補強工法について説明したが、対象となるコンクリート躯体は、これに限定されない。例えば、図１０（ａ）に示すような、地中に埋設されているボックスカルバートや、図１０（ｂ）に示すような、土壌面に対して配置された擁壁などに適用することができる。すなわち、補強を行うにあたって施工面が限定されるようなコンクリート躯体に対して適用することができる。

また、コンクリート躯体自体も上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、コンクリート壁２の中に２つの鉄筋体４１，４２を埋設したコンクリート躯体１を例にしたが、鉄筋体を含む鉄筋構造は、特には限定されず、例えば、鉄筋体が１つであってもよいし、３以上あってもよい。また、各鉄筋体も格子状でなくてもよく、主筋のみで構成されていてもよい。

また、コンクリート壁２の第１の面及び第２の面は、必ずしも厚み方向で対向する面でなくてもよく、厚み方向とは異なる方向（例えば、長手方向）で対向する面であってもよい。

１ コンクリート躯体
２ コンクリート壁
２１ 削孔
４１ 第１鉄筋体
４２ 第２鉄筋体
４３ 連結筋
５ 剪断補強筋
９ 治具
９１ 本体部
９３ 打撃部剤
９４ ストッパ
Ｌ１ 第１の距離
Ｌ２ 第２の距離
Ｐ１ 第１の位置
Ｐ２ 第２の位置

Claims (6)

1. 対向する第１の面及び第２の面を有するコンクリート壁、及び当該コンクリート壁に埋設された鉄筋構造を備えるコンクリート躯体に対して削孔を形成するステップであって、
   前記コンクリート壁の前記第１の面に、前記第２の面から第２の距離をおいた第２の位置まで延びる複数の削孔を形成するステップと、
   治具を用いて、前記各削孔に、前記第１の面から第１の距離をおいた第１の位置と、前記第２の位置と、の間で延びる棒状の剪断補強筋をそれぞれ挿入するステップと、
   を備え、
   前記治具は、
   第１の端部及び第２の端部を有し、当該両端部の間で延びる貫通孔が形成された本体部と、
   前記第２の端部側から前記貫通孔に進退自在に挿入され、前記第１端部側で支持される剪断補強筋を打撃可能な打撃部材と、
   を備え、
   前記打撃部材は、前記第１端部から、前記第１の距離だけ突出可能に構成されている、コンクリート躯体の耐震補強工法。
2. 前記剪断補強筋を、前記削孔に挿入するステップに先立って、
   前記各削孔に、定着材を供給するステップをさらに備えている、請求項１に記載のコンクリート躯体の耐震補強工法。
3. 前記定着材は、破断可能な容器に収容された状態で、前記各削孔に供給され、
   前記剪断補強筋を前記削孔に挿入するステップにおいて、前記剪断補強筋が前記容器を破壊し、前記定着材を前記削孔内に充填させる、請求項２に記載のコンクリート躯体の耐震補強工法。
4. 前記鉄筋構造は、格子状に形成された第１及び第２の鉄筋体を備え、
   前記第１の鉄筋体は、前記コンクリート壁内の前記第１の位置に埋設され、
   前記第２の鉄筋体は、前記コンクリート壁内の前記第２の位置に埋設されている、請求項１から３のいずれかに記載のコンクリート躯体の耐震補強工法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の耐震補強工法に使用される治具であって、
   第１の端部及び第２の端部を有し、当該両端部の間で延びる貫通孔が形成された本体部と、
   前記第２の端部側から前記貫通孔に進退自在に挿入され、前記第１端部側で支持される剪断補強筋を打撃可能な打撃部材と、
   を備え、
   前記打撃部材は、前記第１端部から、前記第１の距離だけ突出可能に構成されている、治具。
6. 前記打撃部材は、前記貫通孔の前記第２の端部側から突出し、当該突出部にストッパが取付けられており、
   前記ストッパが、前記第２の端部に係合することで、前記打撃部材が、前記第１の端部から、前記第１の距離よりも突出するのが制限される、請求項５に記載の治具。
   

Images