JP6252942B2 - 地下構造物の補強構造体、地下構造物の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は過去に現場打ちコンクリートまたはプレキャストコンクリート製品で建設された地下構造物の補強構造体、地下構造物の補強方法に関するものである。

消火用水等を貯容するための貯水槽が地下に埋設されており、この貯水槽は過去に現場打ちコンクリートまたはプレキャストコンクリート製品で建設されている。この種の貯水槽は施工後３０年〜５０年を経過したものも多く存在し、老朽化が進んでいる。このため貯水槽の補強は喫緊の課題となっている。
例えば、地震によって貯水槽が破損し漏水してしまっては、消火用水を確保できなくなってしまう。
また、貯水槽が道路下に埋設されている場合、道路を走行する車両の荷重を受けることになるため、老朽化が進行した貯水槽では車両の荷重に耐えられず、破損して最悪の場合には道路が陥没して、大事故を引き起こすおそれがある。
特許文献１に記載された地下構造物の補強方法では、柱構造体を貯水槽の中空部に配置して、この柱構造体によって貯水層に掛かる上からの荷重を支えようとするものである。

特開２０１２−２２９５６１号公報

しかしながら、上記従来の地下構造物の補強方法は、柱構造体によって貯水槽等の天板を支持するため支持範囲が限られており、補強が不十分となるおそれがある。
また、貯水槽には天板に掛かる上からの荷重だけではなく、土圧等による側方からも大きな荷重が掛かるが、上記地下構造物の補強方法では側方からの力に対する補強は不十分であるという問題もある。
本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、地下構造物を全方向からの荷重に対抗できるように十分に補強することができ、地下構造物に高い耐震性を付与することができる地下構造物の補強構造体、地下構造物の補強方法の提供を、その目的とする。

本発明の請求項１は、底部と前後左右の側部と天部とに囲まれた中空部を有し、前記中空部に人が出入りし得るように構成されたコンクリートからなる地下構造物を補強する地下構造物の補強構造体において、
前記底部に設置される下側骨部と、前記下側骨部に立設された複数の支柱と、前記支柱の上端に固定され前記下側骨部と互いに対向する上側骨部から成る骨組を備え、前記下側骨部と前記上側骨部は前後方向に長い骨部構成材と左右方向に長い骨部構成材が複数個所において十字形を為すように連結されて成り、前記骨組に設けられ伸縮可能な圧接体支持手段によって支持されて前記中空部の内面に圧接する圧接体とを備えたことを特徴とする地下構造物の補強構造体である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した地下構造物の補強構造体において、補強構造体の骨組は下側骨部と、支柱と、上側骨部によって形成される複数のフレーム構造を有していることを特徴とする地下構造物の補強構造体である。

請求項３の発明は請求項１または２に記載した地下構造物の補強構造体において、下側骨部の左右方向に長い骨部構成材の端部間に横架される部材と、上側骨部の左右方向に長い骨部構成材の端部間に横架される部材は備えられていないことを特徴とする地下構造物の補強構造体である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、圧接体支持手段は圧接体を傾動可能に支持することを特徴とする地下構造物の補強構造体である。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、圧接体支持手段は、雄ねじと、前記雄ねじに螺合されるナットとを有し、前記ナットに圧接体が取り付けられており、前記雄ねじ、ナット及び圧接体が直列に配置されていることを特徴とする地下構造物の補強構造体である。

請求項６の発明は。請求項１から５のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、補強構造体の下側構成体、上側構成体及び支柱は連結される各部材間に渡設部材を渡設し、前記渡設部材と前記連結される各部材をボルト連結することによって、前記連結される各部材どうしが連結されていることを特徴とする地下構造物の補強構造体である。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、補強構造体の骨組の少なくとも下側構成体と上側構成体は分解・組立可能な複数の部材によって構成されていることを特徴とする地下構造物の補強構造体である。

請求項８の発明は、請求項１から７のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、骨組はＨ型鋼によって構成され、下側骨部を構成するＨ型鋼のフランジが地下構造物の底部に接していることを特徴とする地下構造物の補強構造体である。

請求項９の発明は、底部と前後左右の側部と天部とに囲まれた中空部を有し、前記中空部に人が出入りし得るように構成されたコンクリートからなる地下構造物の補強方法において、
前記底部に設置される下側骨部と、前記下側骨部に立設された複数の支柱と、前記支柱の上端に固定された上側骨部から成る骨組を備え、前記下側骨部と前記上側骨部は骨部どうしが複数個所において十字形を為すように連結されて成り、
前記骨組に設けられ伸縮可能な圧接体支持手段によって支持されて前記中空部の内面に圧接する圧接体を備えた補強構造体を前記中空部内で組み立てることを特徴とする地下構造物の補強方法である。

本発明の地下構造物の補強構造体、地下構造物の補強方法によれば、貯水槽等の地下構造物を全方向からの荷重に対抗できるように十分に補強することが可能である。従って、地下構造物に高い耐震性を付与することができるようになる。

本発明の実施の形態に係る貯水槽の一部を破断した状態の斜視図である。 図１の貯水槽の横断面図である。 図１の貯水槽に備えられる補強構造体の斜視図である。 （Ａ）は補強構造体に備えられる圧接装置が縮んだ状態の一部破断正面図、（Ｂ）は圧接装置を伸ばして貯水槽の内側面に圧接させた状態の一部破断正面図である。 図３の補強構造体を構成するパーツＰ１を示す図である。 図３の補強構造体を構成するパーツＰ２を示す図である。 図３の補強構造体を構成するパーツＰ３を示す図である。 図３の補強構造体を構成するパーツＰ４を示す図である。 図３の補強構造体を構成するパーツＰ５を示す図である。 図３の補強構造体を構成するパーツＰ６を示す図である。 図３の補強構造体を構成するパーツＰ７を示す図である。 図３の補強構造体を構成するパーツＰ８を示す図である。 補強構造体を構成するパーツを貯水槽の中空部へ搬入する様子を示す貯水槽の断面図である。 補強構造体を構成するパーツどうしの連結方法を説明する斜視図である。 補強構造体を構成するパーツどうしを連結した部分の斜視図である。

本発明の実施の形態に係る地下構造物としての貯水槽１の補強に用いる補強構造体５、この補強構造体５を用いた貯水槽１の補強方法を図面にしたがって説明する。
貯水槽１はコンクリートからなり、底部１ａ、前後の側部１ｂ、１ｃ、左右の側部１ｄ、１ｅと天部１ｆとに囲まれた中空部１ｇを有している。天部１ｆにはマンホール１ｈが形成され、中空部１ｇに人が出入りし得るように構成されている。
図２に示すように貯水槽１は地下に埋設されており、マンホール１ｈが地面Ｇから露出しており、マンホール１ｈは蓋３によって閉鎖されている。
また、貯水槽１の内面には底部１ａと前後の側部１ｂ、１ｃ、左右の側部１ｄ、１ｅとが接続する部分の補強部１ｉと、天部１ｆと前後の側部１ｂ、１ｃ、左右の側部１ｄ、１ｅとが接続する部分の補強部１ｉが形成されている。この補強部１ｉは中空部１ｇに露出する部分が傾斜面となっている（図１参照）。

貯水槽１は中空部１ｇに備えられた補強構造体５によって補強される。この補強構造体５は貯水槽１の建設後に備えられたものであり、骨組６を有している。骨組６はＨ型鋼によって構成されている。
骨組６の詳細な構造を説明する。
符号７は下側骨部を示し、この下側骨部７は前後方向に長い１本の骨部構成材９と左右方向に長い４本の骨部構成材１１が４個所において十字形を為すように連結されて成る。骨部構成材１１は等間隔に配置されている（図２、図３参照）。

下側骨部７には１４本の支柱１３が立設されており、これらの支柱１３は骨部構成材９の両端部、４本の骨部構成材１１のそれぞれの両端部及び骨部構成材９と骨部構成材１１との連結部に配置されている。
以下の説明において支柱１３のうち骨部構成材９の両端部に備えられたものには１３ａを付し、骨部構成材１１の左端部に備えられたものには１３ｂを付し、骨部構成材１１の右端部に備えられたものには１３ｃを付し、更に骨部構成材９と骨部構成材１１との連結部に備えられたものに１３ｄを付す。また、支柱１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ全体を示す場合は１３を用いるものとする。

支柱１３の上端に上側骨部１５が固定されている。上側骨部１５は下側骨部７と同様の形状を有し、上側骨部１５と下側骨部７は互いに対向している。すなわち、上側骨部１５は前後方向に長い１本の骨部構成材１７と左右方向に長い４本の骨部構成材１９が４個所において十字形を為すように連結されて成る。骨部構成材１９は等間隔に配置されている（図２、図３参照）。
支柱１３ａと、支柱１３ａと隣り合う支柱１３ｄには連結材２１が渡設されている。
上述のように下側骨部７と上側骨部１５は前後方向に長い骨部構成材９、１７と左右方向に長い骨部構成材１１、１９が４個所において十字形を為すように連結されているのみであり、下側骨部７の左右方向に長い骨部構成材１１の端部間に横架される部材と、上側骨部１５の左右方向に長い骨部構成材１９の端部間に横架される部材は備えられていない。従って、長い骨部構成材１１、１９の端部間に横架する分だけＨ型鋼の数を減らすことができる。また、下側骨部７の左右方向に長い骨部構成材１１の端部間に横架される部材を設けないことで、貯水槽１の底部１ａと前後の側部１ｂ、１ｃ、左右の側部１ｄ、１ｅとが接続する部分の補強部１ｉに干渉するおそれのある部材を極力少なくしている。これにより、下側骨部７を底部１ａの左右方向の幅いっぱいまで備えることが可能となる。

骨組６は下側骨部７と、支柱１３と、上側骨部１５によって複数のフレーム構造が形成されている。
すなわち、支柱１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、骨部構成材１１及び骨部構成材１９によって４つのフレーム構造Ｆ１が形成されている。更に、支柱１３ｄ、骨部構成材９、１７及び骨部構成材１１、１９よって３つのフレーム構造Ｆ２が形成されている。

符号２３は圧接装置を示し、この圧接装置２３は支柱１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各外側面にそれぞれ４本、骨部構成材１７の前後方向の両端部にそれぞれ１本、骨部構成材１９の上面にそれぞれ５本、骨部構成材１９の左右方向の両端部にそれぞれ１本ずつ備えられている。
図４に圧接装置２３の詳細な構造を示す。
符号２５は固定ベースを示し、この固定ベース２５には雄ねじ２７が固定されている。雄ねじ２７にはナット２９が螺合しており、このナット２９の上端部にはシャフト３１が設けられ、このシャフト３１の上端部には金属球３３が固定されている。金属球３３には傾動ケース３５が傾動自在に嵌められており、傾動ケース３５の上端には圧接体としての円板３７が固定されている。円板３７の上面には合成ゴム製のクッションシート３９が貼られている。雄ねじ２７、ナット２９及び円板３７は直列に配置されている。
上記固定ベース２５、雄ねじ２７、ナット２９、シャフト３１、金属球３３及び傾動ケース３５によって円板３７の圧接体支持手段が構成されている。

図５〜図１２に圧接装置を備えた骨組６を構成するパーツＰ１〜Ｐ８を示す。
図５に示すパーツＰ１は支柱１３ｃまたは支柱１３ｂ、骨部構成材１１の端部、骨部構成材１９の端部及び６本の圧接装置２３から成る。
図６に示すパーツＰ２は骨部構成材１９の一部分と１本の圧接装置２３から成る。
図７に示すパーツＰ３は骨部構成材９の一部分、骨部構成材１１の一部分及び支柱１３ｄの一部分から成る。
図８に示すパーツＰ４は骨部構成材１７の一部分、骨部構成材１９の一部分と支柱１３ｄの一部分と１本の圧接装置２３から成る。
図９に示すパーツＰ５は骨部構成材９の一部分、骨部構成材１７の一部分と支柱１３ａ、連結材２１及び５本の圧接装置２３から成る。
図１０に示すパーツＰ６は骨部構成材１７の一部分、骨部構成材１９の一部分と支柱１３ｄ及び１本の圧接装置２３から成る。
図１１に示すパーツＰ７は骨部構成材１１の一部分、骨部構成材９の一部分及び支柱１３ｄの一部分から成る。
図１２に示すパーツＰ８は骨部構成材９の一部分を成し、また骨部構成材１７の一部分を成す。

次に、貯水槽１を補強するため中空部１ｇに補強構造体５を構築する方法について説明する。
図１３に示すように、マンホール１ｈからパーツＰ１〜Ｐ８を中空部１ｇへ搬入して、作業員が中空部１ｇ内において補強構造体５の組立作業を行う。
図１４に示すようにパーツＰ６とパーツＰ８とを連結する場合は、渡設部材としての渡設板４３、４５を、パーツＰ６とパーツＰ８に渡設して、渡設板４３、４５に形成された挿通穴４７とパーツＰ６とパーツＰ８に形成された挿通穴４９にボルト５１を挿通し、このボルト５１にナット５３を螺合する。次いで、ボルト５１とナット５３を相対的に締め付けることで、パーツＰ６とパーツＰ８とをボルト連結する。

他のパーツＰ１〜Ｐ８どうしの連結も、上記パーツＰ６とパーツＰ８と同様にして連結するが、連結するパーツ、箇所に応じて渡設板４３と渡設板４５のいずれか一方を使用したり、渡設板４３、渡設板４５のいずれかまたは両方を一枚だけ使用したりする。
このように、パーツＰ１〜Ｐ８を渡設板４３、４５、ボルト５１及びナット５３によって連結して組立て補強構造体５を構築する。従って、中空部１ｇ内において溶接を行う必要がなく、補強構造体５を簡単かつ安全に構築することができる。
なお、下側骨部７を構成するＨ型鋼のフランジＨｆが底部１ａに接している（図１参照）。従って、骨組６の構築中、構築後において、骨組６を底部１ａに安定した状態に設置することができる。底部１ａは貯水槽１の建設時において、コンクリートの打設作業が行いやすい部分であることから、比較的平坦に仕上げられている。従って、Ｈ型鋼のフランジＨｆを直置きしても、下側骨部７を安定して設置することが可能であり、かなりの重量となる骨組６を狭い空間内において安全に組み立てることができる。

次に、図４に示すように圧接装置２３のナット２９を回して、ナット２９と共にシャフト３１を伸ばし、その先端部の方向へ進行させる。
これにより円板３７に貼られたクッションシート３９が貯水槽１の中空部１ｇの内面（前後の側部１ｂ、１ｃの内面、左右の側部１ｄ、１ｅの内面、天部１ｆの内面のいずれか）に当接する。前述のように傾動ケース３５は金属球３３に傾動自在に嵌められているので、クッションシート３９が中空部１ｇの内面に当接すると、傾動ケース３５が中空部１ｇの内面の傾斜に従って傾動する。そして、傾動ケース３５が円板３７と共に傾動して、円板３７がクッションシート３９を介して中空部１ｇの内面に圧接する。

このように、圧接装置２３では円板３７が傾動するので、中空部１ｇの内面の傾斜状態に対応して、クッションシート３９を中空部１ｇの内面に圧接させることができる。しかも、クッションシート３９は合成ゴムによって構成されているので、弾性変形して中空部１ｇの内面の凹凸を吸収する。よって、クッションシート３９は中空部１ｇの内面に密着して、ガタが生じることはない。
上記のようにして圧接装置２３を伸ばして、円板３７を前後の側部１ｂ、１ｃの内面、左右の側部１ｄ、１ｅの内面及び天部１ｆの内面に圧接させる。なお、円板３７を天部１ｆに圧接させれば、下部骨部７の下面が底部１ａの内面に圧接することになる。
なお、圧接装置２３は雄ねじ２７、ナット２９及び円板３７は直列に配置されているので、ナット２９を回すだけで伸縮して円板３７を進行後退させることができる、言わば直動ネジ式となっている。従って、ラジアル方向へ突出するように動作する部材はなく、狭いスペースにおいても作業が行いやすいものとなっている。

補強構造体５は下部骨部７、複数の圧接装置２３が中空部１ｇの内面、すなわち底部１ａ、前後の側部１ｂ、１ｃ、左右の側部１ｄ、１ｅと天部１ｆに圧接するので、上方からの荷重だけでなく側方からの荷重に対しても対抗でき、貯水槽１を十分に補強することが可能である。しかも、フレーム構造Ｆ１、Ｆ２を有しているので、貯水槽１に対し相当に大きな荷重が掛かっても、貯水槽１を支持することが可能である。従って、貯水槽１は全方向からの大きな荷重に対抗できるように十分に補強され、大きな地震が発生するなどしても貯水槽１が破損するのを確実に防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、上記実施の形態では地下構造物として貯水槽を示したが、本発明はこれに限定されず、倉庫等であってもよい。
骨組６を組み立てていく際に、下側骨部７、上側骨部１５は水平方向へ揺動するのを防止するため、下側骨部７の左右方向へ長い骨部構成材１１間、上部骨部１５の左右方向へ長い骨部構成材１９間に山形鋼などによって構成される振れ止め部材を渡設してもよい。このようにすることで、骨組６の組立作業を行い易くすることができる。
なお、中空部１ｇとクッションシート３９との間に平鋼などの当て板を介装してもよい。これにより、円板３７の圧接力がある程度の広い面積に分散され、中空部１ｇの内面が部分的に破損するのを防止することができる。
また、下側骨部７を水平に備えるため、底部１ａの凹凸を吸収するため底部１ａにゴム板を敷設して、その上に下側骨部７を設置してもよい。

本発明は地下構造物を補強する工事業等に利用可能性を有する。

１…貯水槽 １ａ…底部 １ｂ、１ｃ…前後の側部
１ｄ、１ｅ…左右の側部 １ｆ…天部 １ｇ…中空部
１ｈ…マンホール １ｉ…補強部
３…蓋 ５…補強構造体 ６…骨組 ７…下側骨部
９…骨部構成材 １１…骨部構成材 １３…支柱
１３ａ…骨部構成材９の両端部に備えられた支柱
１３ｂ…骨部構成材１１の左端部に備えられた支柱
１３ｃ…骨部構成材１１の右端部に備えられた支柱
１３ｄ…骨部構成材９と骨部構成材１１との連結部に備えられた支柱
１５…上側骨部 １７…骨部構成材 １９…骨部構成材
２１…連結材 ２３…圧接装置 ２５…固定ベース
２７…雄ねじ ２９…ナット ３１…シャフト
３３…金属球 ３５…傾動ケース ３７…円板
３９…クッションシート ４３…渡設板 ４５…渡設板
４７…挿通穴 ４９…挿通穴 ５１…ボルト
５３…ナット
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８…補強構造体のパーツ
Ｇ…地面 Ｆ１、Ｆ２…フレーム構造 Ｈｆ…Ｈ型鋼のフランジ

Claims (9)

1. 底部と前後左右の側部と天部とに囲まれた中空部を有し、前記中空部に人が出入りし得るように構成されたコンクリートからなる地下構造物を補強する地下構造物の補強構造体において、
   前記底部に設置される下側骨部と、前記下側骨部に立設された複数の支柱と、前記支柱の上端に固定され前記下側骨部と互いに対向する上側骨部から成る骨組を備え、前記下側骨部と前記上側骨部は前後方向に長い骨部構成材と左右方向に長い骨部構成材が複数個所において十字形を為すように連結されて成り、前記骨組に設けられ伸縮可能な圧接体支持手段によって支持されて前記中空部の内面に圧接する圧接体とを備えたことを特徴とする地下構造物の補強構造体。
2. 請求項１に記載した地下構造物の補強構造体において、補強構造体の骨組は下側骨部と、支柱と、上側骨部によって形成される複数のフレーム構造を有していることを特徴とする地下構造物の補強構造体。
3. 請求項１または２に記載した地下構造物の補強構造体において、下側骨部の左右方向に長い骨部構成材の端部間に横架される部材と、上側骨部の左右方向に長い骨部構成材の端部間に横架される部材は備えられていないことを特徴とする地下構造物の補強構造体。
4. 請求項１から３のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、圧接体支持手段は圧接体を傾動可能に支持することを特徴とする地下構造物の補強構造体。
5. 請求項１から４のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、圧接体支持手段は、雄ねじと、前記雄ねじに螺合されるナットとを有し、前記ナットに圧接体が取り付けられており、前記雄ねじ、ナット及び圧接体が直列に配置されていることを特徴とする地下構造物の補強構造体。
6. 請求項１から５のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、補強構造体の下側構成体、上側構成体及び支柱は連結される各部材間に渡設部材を渡設し、前記渡設部材と前記連結される各部材をボルト連結することによって、前記連結される各部材どうしが連結されていることを特徴とする地下構造物の補強構造体。
7. 請求項１から６のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、補強構造体の骨組の少なくとも下側構成体と上側構成体は分解・組立可能な複数の部材によって構成されていることを特徴とする地下構造物の補強構造体。
8. 請求項１から７のいずれかに記載した地下構造物の補強構造体において、骨組はＨ型鋼によって構成され、下側骨部を構成するＨ型鋼のフランジが地下構造物の底部に接していることを特徴とする地下構造物の補強構造体。
9. 底部と前後左右の側部と天部とに囲まれた中空部を有し、前記中空部に人が出入りし得るように構成されたコンクリートからなる地下構造物の補強方法において、
   前記底部に設置される下側骨部と、前記下側骨部に立設された複数の支柱と、前記支柱の上端に固定された上側骨部から成る骨組を備え、前記下側骨部と前記上側骨部は骨部どうしが複数個所において十字形を為すように連結されて成り、
   前記骨組に設けられ伸縮可能な圧接体支持手段によって支持されて前記中空部の内面に圧接する圧接体を備えた補強構造体を前記中空部内で組み立てることを特徴とする地下構造物の補強方法。

Images