JP6387321B2 - 橋梁の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、道路や鉄道等の橋梁構造において、複数本の回転杭からなるパイルベント（杭橋脚）を用いた橋梁の構築方法に関する。

従来、山間部や海岸等の傾斜地に道路や鉄道等の橋梁を施工する場合、杭打機等の重機を用いて基礎杭を傾斜地や谷等に打設して橋梁を施工していた。例えば特許文献１に記載された道路の拡幅方法では、山間部において既存道路の谷側に杭打機等で基礎杭を傾斜面や谷側に打設し、杭頭ブロック、格点桁、主桁、覆工受け板及び覆工板の順に１スパン分の桟道本体の施工を行うことで既存道路を拡幅して順次前方に施工を進行していた。

また、特許文献２に記載された杭式桟橋工法も、桟橋完成部分から主桁を片持ち状に張り出し、線材によって主桁の張り出し調整を行って横桁の杭頭固定用管を介して管状杭をダウンザホールで杭打ち等することで固定していた。特許文献３に記載された仮桟橋架設方法においても、平場組した桟橋パネルをクローラクレーン等でセットして杭橋脚として鋼管杭をクローラクレーン等で打設していた。
これらの工法は山間部での道路建設や海岸等での桟橋の施工を対象として、手延べ工法によって橋梁を構築していた。

特許第３９７８６４４号公報 特許第３０４３３２０号公報 特許第３２１１６７３号公報

ところで、上述した特許文献１〜３に記載された各工法は山間部や海岸等で、鋼管杭をダウンザホールハンマやバイブロ工法等により地中に打設して、パイルベントの杭基礎を構築する方法であり、騒音や振動が発生しても支障はなかった。しかしながら、騒音規制や振動規制のある市街地等で上述したダウンザホールハンマやバイブロ工法等を用いて杭を打設することは困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、騒音や振動を低減させて支柱となる杭基礎を打設して橋梁を構築するようにした橋梁の構築方法を提供することを目的とする。

本発明による橋梁の構築方法は、既に設置した支柱と主桁と床版の前方に移動式架設桁を張り出す工程と、移動式架設桁に沿って新たな主桁と床版を張り出して配置して片持ち梁構造にする工程と、新たな床版上に杭打機を配置して張り出した主桁の前側で回転杭を打設して支柱として一体化する工程とを備え、これらの工程を繰り返して橋梁を構築するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、既設の支柱に設けた主桁及び床版の前方に移動式架設桁を張り出し、この移動式架設桁に沿って新たな主桁及び床版を張り出して連結して片持ち梁構造にし、新たな床版を作業床として杭打機を配置させて回転杭を地中に打設して張り出した主桁と一体化するものとし、この作業を繰り返すことで騒音や振動を低減させて橋梁を構築できる。

また、回転杭を回転して打設する杭打機に働く回転の反力を、張り出した移動式架設桁によって抑えることを特徴とした。
回転杭を回転して打設する際に杭打機に働く回転反力によって張り出した床版と主桁に作用するねじれ変形の力を、片持ち梁構造の両側に設けた移動式架設桁によって受けて抑えることができる。

また、移動式架設桁によって先に設置した支柱に作用する押し込み力と引き抜き力を、先に設置した支柱に設けた羽根によって受けるようにしてもよい。
移動式架設桁によって既に設置した複数の支柱に押し込み力と引き抜き力が作用するが、これらの支柱をなす回転杭に設けた羽根によって受けることができる。

また、片持ち梁構造における張り出した移動式架設桁の前側に横桁を設置し、横桁は予め配列したさや管内に前記回転杭を仮固定していることが好ましい。
横桁のさや管に予め回転杭を嵌挿して仮固定しておき、横桁を移動式架設桁の前側に設置して杭打機で回転杭を打設することでラーメン構造を成立させて、精度よく地中に打設することができる。

また、本発明において、片持ち梁構造を構築する工程は、
（１）移動式架設桁に横桁を取り付ける工程と、横桁に新たな主桁及び床版を張り出して連結する工程とによって施工するか、または
（２）新たな主桁及び床版を張り出して設置する工程と、移動式架設桁と新たな主桁に横桁を取り付ける工程とによって施工するようにしてもよい。
移動式架設桁に横桁を仮固定した後で、新たな主桁及び床版を張り出して横桁に連結することで、片持ち梁構造を構築できる。
或いは、新たな主桁及び床版を張り出して設置した後で、移動式架設桁と新たな主桁に横桁を取り付けることで、片持ち梁構造を構築してもよい。

本発明による橋梁の構築方法によれば、張り出した新たな床版に設けた杭打機によって回転杭を打設することで騒音や振動等を低減させることができる。しかも、回転杭の回転反力によって新たな床版及び主桁に生じるねじれ変形を移動式架設桁によって受けて抑えることができ、橋梁の手延べ施工を行える。

本発明の実施形態による片持ち梁構造による橋梁の構築過程を示す図である。 図１に示す片持ち梁構造の床版上で杭打機によって回転杭を打設する状態を示す斜視図である。 横桁を示す断面図である。 図３に示す横桁の平面図である。 片持ち梁方式による橋梁の構築方法を示すものであり、（ａ）は既設の床版の前方に移動式架設トラス桁を突出させた工程を示す側面図、（ｂ）は平面図である。 横桁を移動式架設トラス桁の前側に連結した工程を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 主桁及び床版の上部工を横桁に架設する工程を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 横桁のさや管を通して回転杭を打設する工程を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 橋梁の構築方法の一工程が終了した後、移動式架設トラス桁を前方移動させて片持ち支持した新たな工程を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による橋梁の構築方法について説明する。
図１は本発明の実施形態によるパイルベント（杭橋脚）式橋梁１の構築方法における回転杭２の打設工程を示すものである。図１に示す橋梁の構築途中の構造は、地中の硬質の地盤に所定間隔に打設された回転杭２からなる鋼管杭２Ａ（支柱）の上部にＰＣ床版等の床版３が設置されている。床版３は間隔を開けて配設された一対の横桁４の間で長手方向に延びる縦桁である複数本の主桁５の上部に固定されている。主桁５と床版３は上部工として予め工場等で製造され、一体化されている。図１では主桁５と床版３を一体化した上部工は例えばトラックで運搬されてクローラクレーン９で吊り込む準備がされている。
先端側の鋼管杭２Ａの前方には所定間隔に配列した主桁５が張り出し、その上部に床版３が配置されて片持ち支持されており、その両側部には移動式架設トラス桁７がねじ等で取り外し可能に鋼管杭２Ａに連結されている。なお、先端側の鋼管杭２Ａの前方に手延べした片持ち支持部分の移動式架設トラス桁７、横桁４、主桁５及び床版３を片持ち梁構造８というものとする。

なお、本明細書では、鋼管杭２Ａで支持された床版３及び主桁５を既設の床版３及び主桁５とし、その先端側に張り出して片持ち梁構造８に支持された床版３及び主桁５を新たな床版３ａ及び主桁５ａ（単に床版３ａ、主桁５ａということがある）というものとする。そして、既設の床版３の上にはクローラクレーン９が設置され、その前方の新たな床版３ａの上には回転杭２を打設するための小型の杭打機１０が設置されている。
また、図２に示す片持ち梁構造８における新たな床版３ａの前端には横桁４が主桁５ａと移動式架設トラス桁７に連結されている。移動式架設トラス桁７は、図２に示すように、床版３ａの両側部に一対のトラス桁１２が長手方向に沿って配設され、これらのトラス桁１２は支保工１３やタイロッド１４によって互いに連結されている。トラス桁１２には、主桁５の下側に位置する主桁取り付け足場１２ａを設けている。

また、図３及び図４に示すように、横桁４は横桁４の内部に所定間隔でさや管１５が配列されており、このさや管１５内には回転杭２が工場等で予め嵌挿されて仮固定されている。横桁４において横桁４に直交する方向の前後に主桁５ａと連結するための連結部材１６が設けられている。そして、回転杭２の下端部には螺旋形状をなす板状の羽根１７が外周面から外側に拡径して固定されている。

次に上述した橋梁１の構築構造を備えた橋梁１の構築方法について、図５から図８を中心に説明する。
まず、図１及び図５において、施工途中の橋梁１において既に設置された前端の鋼管杭２Ａに横桁４が支持され、横桁４に床版３を設置した主桁５が連結されている。鋼管杭２Ａで支持された主桁５上の床版３の先端部分にクローラクレーン９を設置する。そして、移動式架設トラス桁７をクローラクレーン９で吊り上げて前方に移動させてその後部を既に構築が完了した鋼管杭２Ａ（支柱）、主桁５または横桁４に連結する。或いは、移動式架設トラス桁７を吊り上げて移動することに代えてスライド移動によって前方に移動させてもよい。これによって移動式架設トラス桁７の先端側が既設の床版３の前方に張りだして片持ち支持される。

次に、図６に示すように、クローラクレーン９によって横桁４を吊り上げて移動式架設トラス桁７の先端に設置して横桁４の両端を移動式架設トラス桁７の両側部のトラス桁１２に仮固定する。なお、横桁４は予め工場内で、横桁４内の長手方向にさや管１５を所定間隔で固定し、さや管１５内に回転杭２を嵌挿させて仮固定しておくものとする。回転杭２は例えば略円管状であり、そのため、さや管１５も円管状に形成している。

そして、図７に示すように、張り出し支持された移動式架設トラス桁７の先端に新たに架設した横桁４とその後ろ側の既設の横桁４との間に、鋼製またはコンクリート製の床版等の床版３ａを固定した複数の主桁５ａである上部工を設置し、その両端を各横桁４の連結部材１６にボルト・ナット等で固定する。
この状態で、図８に示すように、張り出し支持された主桁５ａ上の床版３ａの先端側に小型の杭打機１０を移動させ、この床版３ａを杭打機１０の作業床とする。そして、片持ち支持された移動式架設トラス桁７の先端側の横桁４のさや管１５内に仮固定された回転杭２を、小型の杭打機１０で回転させながら地中に押し込むことで回転圧入して打設する。回転杭２の先端には例えば螺旋状に羽根１７が形成されているため、羽根１７の推進力で回転杭２が回転しながら地中に貫入される。なお、図４に示す例では、横桁４に回転杭２とさや管１５は２列で６基設置されているが、回転杭２とさや管１５の数や列は任意であり、例えば一列に配設してもよい。

杭打機１０は施工時に回転杭２を回転圧入することで大きな回転反力が発生し（図２参照）、この回転反力が小型の杭打機１０のキャタピラを介して床版３ａと主桁５ａに捩じり変形の力として伝達される。そして、床版３ａと主桁５ａにかかる回転反力は移動式架設トラス桁７の一対のトラス桁１２によって、或いはトラス桁１２と支保工１３とタイロッド１４によって受けて、床版３ａ及び主桁５ａのねじり変形を抑える。
なお、一般に橋梁１に用いる回転杭２は比較的杭径が大きく、回転圧入するために大きな回転力を要するため、クローラクレーン９等のクレーンを使用したフライング方式では回転施工できない。そのため、回転杭２の打設位置の近くに杭打機１０を設置する必要がある。本実施形態では、片持ち支持された移動式架設トラス桁７と横桁４と上部工の主桁５ａを結合することによって、杭打機１０の重量、回転杭２の回転トルクの反力に抵抗できる。

こうして、主桁５ａに連結した横桁４のさや管１５を通して回転杭２を地中の固い地盤に打設することで、ラーメン構造を成立させる。また、さや管１５と打設した回転杭２とのクリヤランスを必要最小限に設定してそのクリヤランス内にモルタルを充填することでラーメン構造の接合部になる。しかも、回転杭２を予め横桁４のさや管１５に嵌挿して仮固定しておくことで回転杭２の施工精度を向上させることができる。

また、図７、図８等に示す工程で、手延べした移動式架設トラス桁７に横桁４、主桁５ａ、床版３ａ等を設置した片持ち梁構造８が片持ち支持されている。この状態で、先に打設した先端側の鋼管杭２Ａには片持ち梁構造８の片持ち支持による押し込み応力ＦＡが作用し、その後ろ側の鋼管杭２Ａには引き抜き応力ＦＢが作用する。また、片持ち梁構造８の先端で回転杭２の打設を行う場合には、上記の鋼管杭２Ａに特に大きな引き抜き力ＦＢが作用する。
これらの場合でも、各鋼管杭２Ａである回転杭２の下端部には先端に拡径された羽根１７が固定されているために、鋼管杭２Ａの押し込み応力ＦＡと引き抜き応力ＦＢの両方に抵抗できる。そのため、回転杭２の羽根１７は押し込み応力ＦＡと引き抜き応力ＦＢの反力として利用するのに合理的である。

次に、杭打ち完了後に杭打機１０を後退させて、クローラクレーン９を新たな床版３ａの先端側に移動させて、図９に示すように移動式架設トラス桁７を吊り上げて前方に移動させて再度片持ち支持することで、上述した橋梁１の構築工程を繰り替えして行う。

上述したように本実施形態による橋梁１の構築方法によれば、片持ち梁構造８による片持ち支持の状態において、回転杭２を先端側の横桁４近傍の床版３ａに設置した小型の杭打機１０によって回転圧入するため、ダウンザホールハンマやバイブロハンマ等で杭を打設施工する場合と比較して、騒音と振動を低減できる。そのため、騒音や振動の規制がある市街地や町中等でも施工することができる。
また、回転杭２の地中への回転圧入時に大きな回転反力が発生して杭打機１０を介して片持ち梁構造８の床版３ａ及び主桁５ａに捩じり変形の力が伝達されるが、移動式架設トラス桁７によって捩じり変形に抵抗して抑えることができる。

また、片持ち梁構造８による片持ち支持の状態において、回転杭２の後方の打設済みの鋼管杭２Ａに押し込み力ＦＡ、これに隣接する更に後方の鋼管杭２Ａに引き抜き力ＦＢが反力として作用するが、各鋼管杭２Ａの先端に設けた羽根１７が押し込み力ＦＡと引き抜き力ＦＢの両者に抵抗して吸収することができる。
また、本実施形態では、予め工場等で、横桁４にさや管１５を取り付けて各さや管１５内に回転杭２を嵌挿して仮固定したものを橋梁１の構築現場で杭打機１０によって回転圧入するようにしたため、回転杭２の施工精度が高い。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上述した実施形態の構成を適宜変更したり置換したりすることができる。これらの構築方法も本発明の範囲に含まれる。以下に本発明の変形例を、上述した実施形態の各部材や部品と同一または同様なものについては同一の符号を用いて説明する。

例えば、上述した実施形態による橋梁１の構築方法では、移動式架設トラス桁７を前方に張り出し支持し、横桁４を移動式架設トラス桁７の先端に取り付けて新たな主桁５ａ及び床版３ａを設置した後で、さや管１５を通して回転杭２を打設するようにしたが、本発明はこのような工程順序に限定されるものではない。
例えば、移動式架設トラス桁７を片持ち梁状に取り付けた後、新たな床版３ａを敷き並べた主桁５ａを取り付けて、横桁４を移動式架設トラス桁７と主桁５ａに固定して、回転杭２の打設を行うようにしてもよい。或いは、移動式架設トラス桁７を片持ち梁状に取り付けた後、床版３ａを備えた主桁５ａを取り付け、次いで横桁４を主桁５ａとトラス桁１２に取り付けて回転杭２の打設を行ってもよい。

また、上述した実施形態では、移動式架設トラス桁７における両側部のトラス桁１２にそれぞれ主桁取り付け足場１２ａを設置して、主桁５ａを配列して横桁４にボルト等で固定するようにしたが、主桁取り付け足場１２ａは設けなくてもよい。
なお、上述した実施形態では、回転杭２の下端に羽根１７を設けて押し込み力ＦＡと引き抜き力ＦＢに抵抗するようにしたが、必ずしも回転杭２に羽根１７を設けなくてもよい。この場合、回転杭２の長さをより長くして回転杭２の地中への打設深さをより深くするか、或いは回転杭２の杭径をより大きく設定すればよい。

また、上述した実施形態において、移動式架設トラス桁７は回転杭２の打設の際に生じる捩じれの反力を受けることに寄与するが、必ずしも移動式架設トラス桁７である必要はない。これに代えて鈑桁や箱桁等を採用してもよい。しかしながら、移動式架設トラス桁７が最も軽量であり、片持ち梁構造８の張り出し移動を繰り返すことによる橋梁１の構築方法に最も好ましい。本発明では、移動式架設トラス桁７と鈑桁と箱桁等を含めて、片持ち梁として張り出し位置に移動可能で回転杭２の回転打設時の回転反力を受けて主桁５ａ及び床版３ａのねじれ変形を抑える部材を移動式架設桁というものとする。

また、本発明において、回転杭２を回転圧入した鋼管杭２Ａは橋梁１の支柱を構成する。
なお、本発明による橋梁１の構築方法は回転杭２を杭打機１０によって地中に回転圧入するため低騒音、低振動であるため、町中や市街地等での橋梁１の構築方法に好適であるが、上述した従来の技術で示すように山間地や海岸等での橋梁１の構築方法にも採用できることはいうまでもない。

１ 橋梁
２ 回転杭
２Ａ 鋼管杭
３ 床版
３ａ 新たな床版
５ 主桁
５ａ 新たな主桁
４ 横桁
７ 移動式架設トラス桁
８ 片持ち梁構造
９ クローラクレーン
１０ 杭打機
１２ トラス桁
１５ さや管

Claims (5)

1. 既に設置した支柱と主桁と床版の前方に移動式架設桁を張り出す工程と、
   前記移動式架設桁に沿って新たな主桁と床版を張り出して配置して片持ち梁構造にする工程と、
   前記新たな床版上に杭打機を配置して前記張り出した主桁の前側で回転杭を打設して支柱として一体化する工程とを備え、
   前記各工程を繰り返して橋梁を構築するようにしたことを特徴とする橋梁の構築方法。
2. 前記回転杭を回転して打設する杭打機に働く回転の反力を、張り出した前記移動式架設桁によって抑えるようにした請求項１に記載された橋梁の構築方法。
3. 前記移動式架設桁によって先に設置した前記支柱に作用する押し込み力と引き抜き力を、先に設置した前記支柱に設けた羽根によって受けるようにした請求項１または２に記載された橋梁の構築方法。
4. 前記片持ち梁構造における前記張り出した移動式架設桁の前側に横桁を設置し、前記横桁は予め配列したさや管内に前記回転杭を仮固定している請求項１から３のいずれか１項に記載された橋梁の構築方法。
5. 前記片持ち梁構造を構築する工程は、
   （１）前記移動式架設桁に前記横桁を取り付ける工程と、前記横桁に新たな主桁及び床版を張り出して連結する工程とによって施工するか、または
   （２）前記新たな主桁及び床版を張り出して設置する工程と、前記移動式架設桁と前記新たな主桁に前記横桁を取り付ける工程とによって施工するようにした請求項４に記載された橋梁の構築方法。

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