JP6182402B2 - 落橋を防止するための橋の耐震補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、落橋を防止するための橋の耐震補強方法に関する。

抗土圧橋台の地震時の被害形態として、躯体の変位に伴う橋桁の落橋が知られている。橋の耐震性に関する最も重要な点の１つが落橋しないことである。そのため、例えば、前面から地山補強材を打設して橋台の躯体と背面盛土とを一体化することにより、背面盛土から橋台に作用する土圧の軽減を図る方法（例えば、特許文献１を参照）を施して落橋を防止したり、橋桁の落下防止構造を設ける直接的な方法（例えば、特許文献２を参照）が知られている。

特開２０１１−２４７０５９号公報 特開平９−２４２０１９号公報

しかし、地山補強材を用いた抗土圧橋台の従来の耐震補強方法は、前面からの施工が主であった。そのため、抗土圧橋台の周囲を工事スペースとして確保するために、道路や河川敷を使用停止にするといった大規模な工事となり、工期が比較的長期になり得た。また、地山補強材を用いる方法及び落橋防止構造を設ける方法においては、橋台躯体の補強も伴うために工事費用が増加する問題があった。
なお、こうした課題は鉄道用の橋に限らず抗土圧橋台を備える橋であれば道路用の橋であっても同様である。

本発明は、こうした事情を鑑みて考案されたものであり、抗土圧橋台で橋梁部が支持された現存する橋の耐震性の向上のための工事、特に落橋の防止のための工事にあたり、道路や河川敷を大がかりに使用停止にする必要がなく、また抗土圧橋台自体への補強工事を必要としない技術を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するための第１の発明は、橋軸方向に沿った方向の背面土圧を受ける抗土圧橋台で橋梁部が支持された橋の地震時の落橋を防止するための耐震補強方法であって、前記抗土圧橋台の背面盛土に杭体を設置する杭体設置工程と、前記橋梁部に連結体の一端を連結する橋梁部連結工程と、前記連結体の他端を、前記杭体に連結する杭体連結工程と、を含む耐震補強方法である。

第１の発明によれば、地震で橋梁部が抗土圧橋台から落下しそうになっても、連結体でこれを引き留め落橋を防止できる。連結体は、抗土圧橋台の背面盛土に設置された杭体に繋げられている。このため、盛土を反力体（橋梁部を引き留める張力に対する反力体）として利用でき、橋梁部の変位が抑制される。結果、抗土圧橋台が当該反力を直接支持する必要がなく、抗土圧橋台自体は従来のままで済むため、抗土圧橋台自体への補強工事は不要となる。当然、補強工事が不要になるので、抗土圧橋台周辺の道路や河川敷を一時立ち入り禁止にする措置なども不要となる。また、副次的な作用効果として、橋梁部と背面盛土とが連結体で繋がることで、支承を介して抗土圧橋台の前面側への変位抑制が図れる。

第２の発明は、前記杭体設置工程が、前記杭体を前記抗土圧橋台から前記背面盛土の盛土高さ以上の長さ離して設置する工程である第１の発明の耐震補強方法である。

第２の発明によれば、背面盛土のうち、抗土圧橋台に土圧を作用させ得る範囲の外側に杭体を設けることができる。よって、杭体に橋梁部を引き留める張力の反力が作用したとしても、当該反力の支持を起因として置土が抗土圧橋台側へ押されることで生まれる抗土圧橋台の背面への土圧上昇を低く抑えることができる。よって、背面盛土からの土圧増加に抗するための抗土圧橋台への補強工事（本発明の作用効果を得るための範囲内での補強工事）が不要、或いは、簡易な工事で済む。

更に、杭体が支持する反力に起因する土圧増加を抑制することを望むならば、第３の発明として、前記杭体設置工程を、前記杭体の下端を前記背面盛土の下の地盤に達する長さに設置する工程とする、第１又は第２の発明の耐震補強方法を構成することができる。

第４の発明は、前記橋が鉄道用の橋であり、前記背面盛土上の軌道の両側それぞれに複数の柱状体を、当該背面盛土を上下に貫通するように列状に設け、当該複数の柱状体の頭部を一体に剛結する柱状体設置工程を更に含み、前記杭体設置工程は、前記杭体の設置に代えて、前記柱状体設置工程で設置された柱状体を前記杭体として用いる工程である、第１〜第３の何れかの発明の耐震補強方法である。

第４の発明によれば、背面盛土上の軌道の両側に配列された複数の柱状体を一体に剛結させ、これを杭体とすることができる。橋軸方向に沿った方向の背面土圧を受ける抗土圧橋台で橋梁部が支持された橋の場合、地震時土圧は軌道方向に沿って波状に発生し、抗土圧橋台を損傷させたり変位させる損害を生む要因となる。しかし、土圧方向に沿って配列・剛結された複数の柱状体があることで、地震時土圧の波がこれに当って分断・減衰される。つまり、本発明によれば、更に抗土圧橋台に作用する地震時土圧を低減する効果が得られる。

なお、抗土圧橋台に作用する地震時土圧を低減する効果をより高めるために、第５の発明として、前記柱状体設置工程が、前記柱状体を、前記背面盛土の原位置土と硬化性のスラリーとを混合・攪拌して、直径が４００ｍｍ以上６００ｍｍ以下に造成する工程とした第４の発明の耐震補強方法を構成することができる。

第５の発明によれば、既存の背面盛土に与える影響を最小限にできる。よって、背面盛土に既設された鉄道用の軌道や舗装道路などを補強工事に伴って歪ませたり破損させるといった影響を最小限にできる。当然、軌道や舗装道路の修復に係る工期を短縮し工費を抑制することができる。

第１実施形態における第１工程を説明するための概念図。 第１実施形態における第２工程を説明するための概念図。 第１実施形態における第３工程を説明するための概念図。 第２実施形態における第１工程を説明するための概念図。 第２実施形態における第１工程を説明するための概念図。 第２実施形態における第２及び第３工程を説明するための概念図。 第２実施形態の第３工程終了段階の背面盛土の断面図。 第２実施形態における耐震補強方法により追加される補強効果を説明するための図。

〔第１実施形態〕
既存の鉄道用の橋を対象とした耐震補強方法について説明する。なお、自動車用（道路用）の橋についても同様に適用できる。

図１は、本実施形態の耐震補強方法における第１工程を説明するための概念図であって、（１）上面図、（２）側断面図に相当する。
耐震補強の対象となる鉄道用の橋２は、橋梁部４と背面盛土６との境界に位置する抗土圧橋台１０を有する。抗土圧橋台１０は、基礎を有する壁体であって、橋梁部４の橋桁８を支持するとともに背面盛土６の土圧に抗する構造物である。本実施形態の例では橋軸方向（図の左右方向）に沿って軌道５が敷設されており、抗土圧橋台１０は橋軸方向に沿った方向の背面土圧を受けることになる。

本実施形態の第１工程は、杭体設置工程である。すなわち、抗土圧橋台１０の背面盛土６を上下に貫く杭体１２を、軌道５の両側に、抗土圧橋台１０の背面から背面盛土６の盛土高さＨ以上の長さＬだけ離した位置に設置する。より好ましくは、２次すべり線（図１（２）の長破線）と盛土天端との交差位置よりも離した（抗土圧橋台１０から離れた）位置とする。

杭体１２そのものは、公知の地中杭の造成方法により造成される。好ましくは、背面盛土６の原位置土と硬化性のスラリーとを混合・攪拌して、直径が４００ｍｍ以上６００ｍｍ以下の柱状体として、例えば、セメントミルク工法やメカジェット工法などにより造成することができる。勿論、これらに限定されるものではなく、これら以外の工法を用いても良い。造成の際に杭体１２の中に鋼管やＨ鋼、鋼棒などの柱体・棒体を芯材として沈設するとしてもよい。

杭体１２の上下方向の長さは、適宜設計される。本実施形態では、杭体１２の下端が、背面盛土６を貫通して抗土圧橋台１０の基礎を造成したのと同じ地盤に達するように設置されている。

図２は、本実施形態の耐震補強方法における第２工程を説明するための概念図であって、（１）上面図、（２）側断面図に相当する。

本実施形態の第２工程は、橋梁部４と杭体１２とを連結体で連結するための準備工程である。すなわち、落橋を防止する連結体の一端を連結するための橋梁側固定具３１を橋梁部４に固定し、杭体１２の上端部に連結体の他端を連結するための杭体側固定具３２を固定する。

図３は、本実施形態の耐震補強方法における第３工程を説明するための概念図であって、（１）上面図、（２）側断面図に相当する。

本実施形態の第３工程は、橋梁部４に連結体３３の一端を連結する橋梁部連結工程と、連結体３３の他端を杭体１２に連結する杭体連結工程とを含む。
すなわち、連結体３３の一端を橋梁側固定具３１に固定し、他端を杭体側固定具３２に固定する。連結体３３は、ワイヤーや鎖などの索状体、鋼棒などを主体として構成され、橋梁側固定具３１と抗体側固定具３２間に張設される。なお、適宜ダンパーなどを更に追加構成し、非地震時における橋桁８の動的揺幅や温度変化による伸縮に対する遊び分を適宜設けて張設してもよい。また、ダンパーなどは連結体３３に設けずに、橋梁側固定具３１や杭体側固定具３２に設ける構成としてもよい。

第３工程を完了すると、本実施形態の耐震補強工事は完了となる。
以上、本実施形態の耐震補強工事、すなわち耐震補強方法によれば、地震に伴って橋桁８が抗土圧橋台１０の前面側方向に変位したとしても連結体３３がこれを引き留めて落橋を防止することができる。具体的には、連結体３３が橋桁８を引き留める張力に対する反力は杭体１２に伝えられ、背面盛土６が反力体となる。結果、抗土圧橋台１０の前面側方向への橋桁８の変位が引き留められる。また、支承を介して抗土圧橋台１０が前面側方向へ変位することも抑制される。なお、当該反力は、背面盛土６を介して抗土圧橋台１０や、杭体１２の下端が刺さる背面盛土６の下の地盤などに分散伝達されて支持されることは勿論である。

また、本実施形態では、連結体３３に作用する張力の反力体が背面盛土６となるため、抗土圧橋台１０自体に対する補強工事が不要であり、それに伴う道路や河川敷の一時使用停止措置も不要である。

しかも、杭体１２は上下に貫く形態であるため、背面盛土６の上面側から施工する公知の地盤杭型の地盤改良技術を利用することで比較的簡易に形成できる。すなわち、杭体１２の造成を、原位置土と硬化剤との混合・攪拌により実現できるため、軌道５が歪むなどの造成工事による影響が生じない。よって、軌道５を用いて地中杭造成用の工事車両を搬入すればよく、軌道等の既設設備の状態をそのままに、工期の短縮と工費の低減を図ることができる。この点は、鉄道用の橋の耐震補強方法として特に有効である。

〔第２実施形態〕
次に、本発明を適用した第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の第１工程の内容を変更することでより耐震性を高める。なお、以降では第１実施形態との差異について主に述べることとし、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して詳細な説明は省略する。

図４〜図５は、本実施形態における第１工程を説明するための概念図であって、（１）上面図、（２）側断面図に相当する。
本実施形態の第１工程では、背面盛土６上の軌道５の両側それぞれに複数の柱状体２０を、当該背面盛土を上下に貫通するように列状に設け、当該複数の柱状体２０の頭部を一体に剛結する柱状体設置工程を更に含み、剛結された複数の柱状体２０が第１実施形態における杭体同様に機能する。

具体的には、図４に示すように、鉄道用の軌道５の両側部それぞれにて、抗土圧橋台１０の背面盛土６を上下に貫く複数の柱状体２０を地震時土圧Ｆの方向に沿った列状に所定間隔に設ける。柱状体２０は、第１実施形態の杭体１２と同様にして公知の地中杭の造成方法により造成される。本実施形態では、複数の柱状体２０を、軌道５の方向に沿って抗土圧橋台１０の背面から少なくとも背面盛土６の高さＨ以上の距離Ｌに亘って、隣り合う柱状体２０の中心間隔が柱状体２０の直径Ｄの１〜２倍の範囲内となるように列状に造成する。例えば、柱状体２０の直径Ｄが４００ｍｍであれば、柱状体２０の中心間隔を４００ｍｍ〜８００ｍｍとする。仮に中心間隔を直径Ｄの１倍とする場合には、隣り合う柱状体２０が隣接することとなる。これによって、軌道５の両側に柱状体群を造成する。なお、より好ましくは、距離Ｌは、抗土圧橋台１０から、２次すべり線（図４（２）の長破線）と盛土天端との交差位置までの距離よりも長いものとする。

枕木方向における柱状体群の各列の間隔は、軌道５の規格にもよるが、おおむね２ｍ〜４ｍ程度とする。図の例では軌道５を単線として示しているが、複線の場合には各軌道の両側部にそれぞれ柱状体群を設ける。例えば、２本の軌道５が併設されている場合には、それぞれの両側部に設けて合計４つの柱状体群を設ける、あるいは軌道間を共通として３つの柱状体群を設けるとしてもよい。

そして、柱状体２０の設置が完了したならば、図５に示すように、柱状体２０の頭部を剛結体２３で一体に剛結する。具体的には、柱状体２０の上端に鋼材をボルト固定したり凹凸嵌合させたりして剛結体２３とする。柱状体２０内に鋼材を沈設している場合には、当該鋼管と溶接するとしてもよい。あるいは、コンクリートを打設して固定することで剛結体２３を形成するとしてもよい。剛結体２３で剛結された複数の柱状体２０が本実施形態における杭体１２Ｂとして機能することとなる。

図６は、本実施形態における第２及び第３工程を説明するための概念図であって、（１）上面図、（２）側断面図に相当する。
本実施形態の第２工程では、杭体側固定具３２は、剛結体２３に連結される。そして、本実施形態の第３工程では、第１実施形態と同様にして連結体３３の一端を橋梁側固定具３１に連結・固定し、他端を杭体側固定具３２に連結・固定する。

本実施形態の第３工程が完了すると、耐震補強工事は完了となる。補強後の構造を枕木方向の断面で見ると図７に示すようになる。複数の柱状体２０は櫛状に一体化されて、あたかもその櫛が背面盛土６越しにその下の地盤に突き立てられたかのように造成される。

図８は、本実施形態における耐震補強方法により、第１実施形態の作用効果に追加される補強効果を説明するための概念図である。
地震時土圧Ｆは、軌道５に沿って抗土圧橋台１０の背面に対して略直角に、強弱が変化する波状に作用する。補強工事前であれば、地震時土圧Ｆはそのまま抗土圧橋台１０に作用し、躯体の損傷や橋台そのものの変位を生むところである。しかし、本実施形態の第１工程により設けられて頭部が剛結された柱状体２０によって、地震時土圧Ｆの波は分断されて弱められる。更に、地震により揺り動かされる背面盛土６が、複数の柱状体２０との摩擦で減衰されて低減される。複数の柱状体２０は間隙を有して配列されているので、各柱状体２０の全周を摩擦面として作用させることができる。更に、その間隔が一般的な鉄道用の盛土区間の土質を考慮した間隔に設定さているので、効果的に摩擦減衰を引き起こす。よって、抗土圧橋台１０それ自体を大がかりに補強しなくとも、すなわち既存のままでも相対的に抗土圧橋台１０の耐震性を向上させることができる。

また、副次的に、軌道５の両側部の盛土が軌道５から離間すること、すなわち背面盛土６が枕木方向へ崩れたり変位したりすることを、柱状体群が抑制する機能を果たすため、地震に伴う背面盛土６の沈降などを防止する効果も期待できる。

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明が適用可能な実施形態はこれらに限定されるものではなく、適宜構成要素の変更・追加・省略が可能である。

例えば、第２実施形態の杭体１２Ｂを構成する柱状体２０を一列状に設けるとして説明したが、軌道方向に沿って千鳥状に設けるとしてもよい。また、剛結体２３が杭体側固定具３２を兼ねる構成としてもよい。

２…橋
４…橋梁部
５…軌道
６…背面盛土
８…橋桁
１０…抗土圧橋台
１２…杭体
２０…柱状体
２３…剛結体
３１…橋梁側固定具
３２…杭体側固定具
３３…連結体

Claims (5)

1. 橋軸方向に沿った方向の背面土圧を受ける下部構造である抗土圧橋台で上部構造である橋梁部が支持された既存の橋に対して、地震時に前記橋梁部が前記抗土圧橋台から落下する落橋を防止するための耐震補強方法であって、
   前記抗土圧橋台の背面盛土に当該背面盛土の上面側から施工することで上下方向に長い柱状の杭体を設置する杭体設置工程と、
   前記橋梁部の前記抗土圧橋台側の端部に設けられた連結体固定具に連結体の両端のうちの一端を連結する橋梁部連結工程と、
   前記連結体の両端のうちの他端を、前記杭体の上端部に設けられた連結体固定具に連結する杭体連結工程と、
   を含む耐震補強方法。
2. 前記杭体設置工程は、前記杭体を前記抗土圧橋台から前記背面盛土の盛土高さ以上の長さ離して設置する工程である
   請求項１に記載の耐震補強方法。
3. 前記杭体設置工程は、前記杭体の下端を前記背面盛土の下の地盤に達する長さに設置する工程である
   請求項１又は２に記載の耐震補強方法。
4. 橋軸方向に沿った方向の背面土圧を受ける下部構造である抗土圧橋台で上部構造である橋梁部が支持された鉄道用の橋に対して、地震時に前記橋梁部が前記抗土圧橋台から落下する落橋を防止するための耐震補強方法であって、
   前記抗土圧橋台の背面盛土上の軌道の両側それぞれに複数の柱状体を、当該背面盛土を上下に貫通するように列状に設け、当該複数の柱状体の頭部を一体に剛結する柱状体設置工程と、
   前記橋梁部に連結体の一端を連結する橋梁部連結工程と、
   前記連結体の他端を、前記柱状体に連結する柱状体連結工程と、
   を含む耐震補強方法。
5. 前記柱状体設置工程は、前記柱状体を、前記背面盛土の原位置土と硬化性のスラリーとを混合・攪拌して、直径が４００ｍｍ以上６００ｍｍ以下に造成する工程である、
   請求項４に記載の耐震補強方法。

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