JP6802748B2 - 補強および定着方法および補強および定着構造体 - Google Patents

Description

本発明は、補強および定着方法および補強および定着構造体に関する。

例えば既設鋼製柱の地際部が腐食によって劣化している場合、これを補修する方法として、例えば特許文献１には、地表にベースプレートを設置して立ち上がっている既存の鋼管柱の基部を補修する構造であって、前記基部の周方向に分割して配置される複数の分割基部補強板を備え、前記複数の分割基部補強板の前記周方向で互いに対向する端部同士をボルト結合することで、前記複数の分割基部補強板が前記基部の全周を覆うことを特徴とする既存鋼管柱の補修構造が記載されている。

また、ＲＣ（鉄筋コンクリート）構造物またはＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）構造物等のコンクリート系構造物を補強する方法として、特許文献２には高強度繊維シートを用いる方法が記載されている。

特開２０１３−２０４３８５号公報 特開２００１−３２５３１号公報

しかし、特許文献１に記載の補修構造では、複数の鋼管からなる分割基部補強板を用いるため、部品の数が多くなり、また、重くなるので、運搬や施工を行い難い。また、特許文献１には街路灯、交通標識または看板に使用される既設鋼管柱を対象物とすることが記載されているが、この対象物が橋梁の支柱のように大型になった場合、用いる部品の数が多く、また各々が重いと、運搬や施工が極めて困難となり得る。また、特に橋梁の橋脚の水中の基部について補修する場合、用いる部品が金属製であると錆が発生する懸念があり、好ましくない。

また、特許文献２に記載の高強度繊維シートを用いて、橋脚の支柱の水中の基部を補修施工するには仮締切を行わなければならない。この場合、施工数が増加し、利用する装置等も増加し、その結果、コストが増加してしまう。

本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明の目的は、軽量であるため運搬や施工を行い易く、仮締切を行わずに水中で施工することができる補強および定着方法を提供することである。また、その方法によって形成することができ、腐食し難い補強および定着構造体を提供することである。

本発明者は鋭意検討し、上記課題を解決する方法を見出して本発明を完成させた。
本発明は、水中または湿潤環境に存する既設構造物の入隅部を補強し、さらに補強体を定着させる、補強および定着方法であって、
前記入隅部に複合繊維グリッドを設置するグリッド設置工程と、
前記既設構造物にアンカーボルトを設置するアンカーボルト設置工程と、
前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、前記複合繊維グリッドを外側から覆うことができるように成形されている金属製型枠を設置する型枠設置工程と、
前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、円弧状曲面を有する定着金物を、前記金属製型枠の外側に設置する定着金物設置工程と、
前記金属製型枠の端部において、前記金属製型枠と前記既設構造物との間を塞ぐシール材を設置する端部シール設置工程と、
前記アンカーボルトにナットを螺合し、前記金属製型枠および前記定着金物を固定する固定工程と、
前記既設構造物の表面と前記金属製型枠の内面との間の部分に水中硬化型樹脂を充填し、この部分の水を排除しつつ、この部分における前記複合繊維グリッド以外の部分を水中硬化型樹脂によって満たし、その後これを硬化させる樹脂層形成工程と、
を備える補強および定着方法である。
このような補強および定着方法を、以下では「本発明の方法」ともいう。

また、本発明は、水中または湿潤環境に存する既設構造物の入隅部を補強し、さらに補強体を定着させる補強および定着構造体であって、
前記入隅部に設置される複合繊維グリッドと、
前記既設構造物に設置されるアンカーボルトと、
前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、前記複合繊維グリッドを外側から覆うことができるように成形されている金属製型枠と、
前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、円弧状曲面を有し、前記金属製型枠の外側に設置される定着金物と、
前記金属製型枠の端部において、前記金属製型枠と前記既設構造物との間を塞ぐシール材と、
前記アンカーボルトに螺合され、前記金属製型枠および前記定着金物を固定するナットと、
前記既設構造物の表面と前記金属製型枠の内面との間であって前記複合繊維グリッド以外の部分を埋めている樹脂層と、
を有する補強および定着構造体である。
このような補強および定着構造体を、以下では「本発明の構造体」ともいう。

本発明の方法によって水中または湿潤環境に存する既設構造物の入隅部を補強および定着すると、当該部分に本発明の構造体が形成される。

以下において単に「本発明」と記した場合、「本発明の方法」および「本発明の構造体」のいずれをも意味するものとする。

本発明によれば、軽量であるため運搬や施工を行い易く、仮締切を行わずに水中で施工することができる補強および定着方法を提供することができる。また、その方法によって形成することができ、腐食し難い補強および定着構造体を提供することができる。

図１は、補強対象コンクリートと隣接コンクリート部材とが入隅部を構成している本発明を好ましく適用することができる既設構造物の概略断面図である。 図２は、補強対象コンクリートと隣接コンクリート部材とが入隅部を構成している既設構造物の概略断面図である。 図３は、柱または壁状構造物の基部の概略斜視図である。 図４は、ボックスカルバートの基部および天井部を示す概略斜視図である。 図５は、梁と梁など水平方向の交点が入隅部を構成していることを示す概略斜視図である。 本発明を橋脚基部に適用する場合の補強体の一部の概略図である。

本発明を適用する既設構造物とは、水中または湿潤環境に存する構造物であり、例えば橋梁、桟橋、トンネル、暗渠、水槽、橋桁、護岸コンクリートが例示される。
ここで水中とは、例えば海、港湾、河川、湖沼の中が挙げられる。
また、湿潤環境とは、干満帯、飛沫帯、漏水部等が例示される。
干満帯とは、潮汐により海中没水と大気露出が繰り返される環境である。
飛沫帯とは、干満帯の直上にあたる大気部で海水飛沫が作用して湿潤となる環境である。例えば護岸コンクリート、桟橋が挙げられる。
漏水部とは、護岸コンクリート、トンネル内面のような背面から水が漏れて湿潤となる環境が挙げられる。

本発明では、既設構造物の入隅部を補強し、さらに補強体を定着させる。
ここで、入隅部とは、壁と壁、壁と柱などが角度をもって交わった際にできる構造物の窪んだ隅の部分のことを意味する。

図１は、補強対象コンクリートと隣接コンクリート部材とが入隅部を構成している既設構造物の概略断面図であるが、この場合、補強対象コンクリートの入隅部を補強しようとすると、隣接コンクリート部材が障害となり、必要な下側定着長を確保することができない。この場合、補強効果が発揮されない。このような場合、本発明を好ましく適用することができる。
これに対して、図２に示すように、補強対象コンクリートの入隅部以外の部分を補強する場合、補強範囲の両端（図２では補強範囲の上下端）に必要な定着長を確保できる。この場合、補強効果が発揮される。このような場合、本発明を適用しなくてよい。

本発明の適用すべき既設構造物について、図３〜５を用いて説明する。
図３は、柱または壁状構造物の基部の概略斜視図である。図３の場合、図１に示した態様と同様に、補強対象である柱または壁状構造物の入隅部を補強しようとすると、隣接する部材が障害となり、必要な下側定着長を確保することができない。この場合、補強効果が発揮されない。このような場合、本発明を好ましく適用することができる。
図４は、ボックスカルバートの基部および天井部を示す概略斜視図である。図４の場合、図１に示した態様と同様に、補強対象の入隅部を補強しようとすると、隣接する部材が障害となり、必要な上側定着長および下側定着長を確保することができない。この場合、補強効果が発揮されない。このような場合、本発明を好ましく適用することができる。
図５は、梁と梁など水平方向の交点が入隅部を構成していることを示す概略斜視図である。図５と類似する態様として、柱または壁と梁または桁との鉛直方向の交点が入隅部を構成している態様が挙げられる。図５の場合、図１に示した態様と同様に、梁の入隅部を補強しようとすると、隣接する別の梁が障害となり、必要な定着長を確保することができない。この場合、補強効果が発揮されない。このような場合、本発明を好ましく適用することができる。

なお、定着長は、次式により算出される長さである。
式：Ｌ'_e＝ｋ×1.479×（Ｅ_g×ｔ_g）^0.5／ｆ'_c ^0.095
Ｌ'_e：定着長（ｍｍ）
ｋ：安全率（長期３、短期１．５）
Ｅ_g：グリッドの弾性率（グリッドを構成する繊維の種類によって100,000Ｎ／ｍｍ²や165,000Ｎ／ｍｍ²などが利用される。）
ｔ_g：グリッドの換算公称厚さ（ｍｍ）＝層数×公称断面積／格子間隔
補強規模によって使用する使用するグリッドの品番と層数が変化する。
概ね、公称断面積：５〜２００ｍｍ²
格子間隔：５０〜２００ｍｍ
層数：１〜５層

本発明の構造体の好適態様について、図６を用いて説明する。
図６（ａ）は本発明の構造体の好ましい態様の一部を示す斜視図であり、図６（ｂ）は本発明の構造体の好ましい態様の一部を示す断面図である。
図６において本発明の構造体１０は、本発明の構造体の好適態様であり、本発明は、図６に示す態様に限定されない。

図６に示す本発明の構造体１０は、既設構造物の一部である支持部２の側面２ａからコンクリート基礎４の上面４ａにかけて配置される複合繊維グリッド１２と、コンクリート基礎４に固定されているアンカーボルト２２と、複合繊維グリッド１２を外側から覆うことができるように成形されている金属製型枠１４と、円弧状曲面を有し、金属製型枠１４の外側に設置される定着金物１８と、金属製型枠１４の端部において金属製型枠１４とコンクリート基礎４との間を塞ぐシール材１６と、定着金物１８の外側のリブプレート２０と、アンカーボルト２２に螺合され、金属製型枠１４および定着金物１８を固定するナット２４と、既設構造物の一部である指示部２の側面２ａおよびコンクリート基礎４の上面４ａと金属製型枠１４の内面との間であって複合繊維グリッド１２以外の部分を埋めている樹脂層２６と、を有する補強および定着構造体（本発明の構造体１０）である。

ここで支持部２とコンクリート基礎４とはいずれも既設構造物であり、双方が角度（図６ではほぼ直角）をもって交わった隅の部分が入隅図である。

また、本発明の構造体１０は、定着金物１８の外側のリブプレート２０を備えるが、本発明においてリブプレートは必須構成ではない。

なお、図６（ａ）において支持部２の側面２ａは平面であるが、曲面であってもよい。

既設構造物は新設のものであってもよい。

既設構造物はコンクリート製のものが多いが、これに限定されない。例えば、鋼構造物の場合や、コンクリート製の橋脚の側面に耐食性金属板を設置したものであっても、本発明における既設構造物に該当する。

複合繊維グリッド１２は、カーボン、ガラスなどの高性能連続強化繊維を樹脂に含侵させて一体化した格子状のＦＲＰ材である。例えば、トウグリッドの商品名にて新日鉄住金マテリアルズ株式会社コンポジット社から販売されているものが該当する。大きさ等は特に限定されない。例えば筋断面積：１３．２ｍｍ²、格子間隔：５０ｍｍのものを用いることができる。

金属製型枠１４は、支持部の側面からコンクリート基礎の上面にかけて存する複合繊維グリッドを外側から覆うことができるようにＲ加工されたものであり、材質や厚さ等は特に限定されない。材質はステンレスであることが好ましい。厚さは２ｍｍ程度であることが好ましい。

シール材１６は、金属製型枠１４の端部において金属製型枠とコンクリート基礎との間を塞ぐことができるものであり、樹脂層形成工程において支持部の側面およびコンクリート基礎の上面と金属製型枠の内側の面との間の部分に水中硬化型樹脂を充填したときに、水中硬化型樹脂が漏れないようにすることができるものを用いる。例えば、発泡ゴム、天然ゴム、ウレタン、シリコン等からなるシール材を用いることができる。

定着金物１８は金属製型枠１４とほぼ同じＲになるように加工された金物であり、材質や厚さ等は特に限定されない。材質はステンレスであることが好ましい。厚さは５〜５０ｍｍ程度であることが好ましい。

リブプレート２０は定着金物１８を支え、強度を確保する役割を果たすものであり、材質や厚さ等は特に限定されない。材質はステンレスであることが好ましい。厚さは５〜５０ｍｍ程度であることが好ましい。リブプレート２０の間隔は１００〜１０００ｍｍであることが好ましい。

アンカーボルト２２はコンクリート基礎に固定する。例えば、コンクリート基礎に穴を開け、一方端部をその穴へ入れ、接着剤を用いて固定することができる。定着金物には事前に穴をあけておき、これを基準にコンクリート部材に削孔する。この孔を介してアンカーボルト２２によって定着金物とコンクリート部材を締結する。アンカーボルト２２の材質や寸法は特に限定されない。材質はステンレス製のケミカルアンカーが好ましい。呼び径はφ１０ｍｍ〜φ５０ｍｍが好ましい。
また、金属製型枠および定着金物には、ボルトが通過する穴を予めあけておき、これらを設置するときに、その穴にボルトを通過させることが好ましい。そして、定着金物を設置した後にナットを螺合して締め付けることで、定着金物を固定することができる。

水中硬化型樹脂は、水中において硬化する性質を備える樹脂であり、例えば水中硬化型エポキシ樹脂を利用できる。

図６に例示した本発明の構造体１０は、水中または湿潤環境に存する既設構造物の入隅部を補強し、さらに補強体を定着させる、補強および定着方法であって、前記入隅部に複合繊維グリッドを設置するグリッド設置工程と、前記既設構造物にアンカーボルトを設置するアンカーボルト設置工程と、前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、前記複合繊維グリッドを外側から覆うことができるように成形されている金属製型枠を設置する型枠設置工程と、前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、円弧状曲面を有する定着金物を、前記金属製型枠の外側に設置する定着金物設置工程と、前記金属製型枠の端部において、前記金属製型枠と前記既設構造物との間を塞ぐシール材を設置する端部シール設置工程と、前記アンカーボルトにナットを螺合し、前記金属製型枠および前記定着金物を固定する固定工程と、前記既設構造物の表面と前記金属製型枠の内面との間の部分に水中硬化型樹脂を充填し、この部分の水を排除しつつ、この部分における前記複合繊維グリッド以外の部分を水中硬化型樹脂によって満たし、その後これを硬化させる樹脂層形成工程と、を備える本発明の方法によって、形成することができる。

本発明の補強方法において、グリッド設置工程を行う前に、支持部２の側面２ａおよび／またはコンクリート基礎４の上面４ａについて工具によるケレンや水中ブラストによる下地処理を行うのがよい。このような下地処理を行うと、樹脂層形成工程において形成した樹脂層２６が、支持部２の側面２ａおよび／またはコンクリート基礎４の上面４ａに接着しやすくなるからである。

また、支持部が例えば橋脚であり、コンクリートの剥落や鉄筋露出、鉄筋の腐食劣化が認められる場合、当該部（特に鉄筋）について防錆処理を施すことが好ましい。鉄筋の断面減少が著しい場合、錆を取り除いた後、断面修復（新たな鉄筋を溶接する等）を行うことが好ましい。コンクリート断面の欠損が大きい場合には安価な水中パテを盛ることで注入樹脂の消費量を削減することができる。

本発明の補強方法では、型枠設置工程において用いる金属製型枠１４の端部に工場内等において予めシール材を付けることが好ましい。現場での施工時間を短くすることができるからである。なお、この場合であっても、端部シール設置工程を行うことで金属製型枠１４の端部に予めシール材を付けた後、型枠設置工程を行っているので、本発明の補強方法を行っていることになる。

樹脂層形成工程では、支持部２の側面２ａおよびコンクリート基礎４の上面４ａと金属製型枠１４の内側の面１４ａとの間の部分に水中硬化型樹脂を充填するが、樹脂充填時の空気の巻き込みを防止し、また、確実に充填するために、例えばシール材が設置される付近のような下方から上方を向かって、支持部２の側面２ａおよびコンクリート基礎４の上面４ａと、金属製型枠１４の内側の面１４ａとの間の部分に水中硬化型樹脂を充填することが好ましい。充填は、例えばポンプ圧送によって行うことができる。
また、充填する水中硬化型樹脂は昇温装置を用いて温度管理することで流動性を適正範囲に保ちつつ充填することが好ましい。
水中硬化型樹脂を充填した後は、金属製型枠１４の上端部を、水中硬化型パテ（例えば水中硬化型エポキシ樹脂パテ）を用いてシーリングすることが好ましい。

２ 支持部
２ａ 支持部の側面
４ コンクリート基礎
４ａ コンクリート基礎の上面
１０ 本発明の構造体
１２ 複合繊維グリッド
１４ 金属製型枠
１６ シール材
１８ 定着金物
２０ リブプレート
２２ ボルト
２４ ナット
２６ 樹脂層

Claims (2)

1. 水中または湿潤環境に存する既設構造物の入隅部を補強し、さらに補強体を定着させる、補強および定着方法であって、
   前記入隅部に複合繊維グリッドを設置するグリッド設置工程と、
   前記既設構造物にアンカーボルトを設置するアンカーボルト設置工程と、
   前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、前記複合繊維グリッドを外側から覆うことができるように成形されている金属製型枠を設置する型枠設置工程と、
   前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、円弧状曲面を有する定着金物を、前記金属製型枠の外側に設置する定着金物設置工程と、
   前記金属製型枠の端部において、前記金属製型枠と前記既設構造物との間を塞ぐシール材を設置する端部シール設置工程と、
   前記アンカーボルトにナットを螺合し、前記金属製型枠および前記定着金物を固定する固定工程と、
   前記既設構造物の表面と前記金属製型枠の内面との間の部分に水中硬化型樹脂を充填し、この部分の水を排除しつつ、この部分における前記複合繊維グリッド以外の部分を水中硬化型樹脂によって満たし、その後これを硬化させる樹脂層形成工程と、
   を備える補強および定着方法。
2. 水中または湿潤環境に存する既設構造物の入隅部を補強し、さらに補強体を定着させる補強および定着構造体であって、
   前記入隅部に設置される複合繊維グリッドと、
   前記既設構造物に設置されるアンカーボルトと、
   前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、前記複合繊維グリッドを外側から覆うことができるように成形されている金属製型枠と、
   前記アンカーボルトを挿通させる孔が形成されており、かつ、円弧状曲面を有し、前記金属製型枠の外側に設置される定着金物と、
   前記金属製型枠の端部において、前記金属製型枠と前記既設構造物との間を塞ぐシール材と、
   前記アンカーボルトに螺合され、前記金属製型枠および前記定着金物を固定するナットと、
   前記既設構造物の表面と前記金属製型枠の内面との間であって前記複合繊維グリッド以外の部分を埋めている樹脂層と、
   を有する補強および定着構造体。