JP6830505B2

JP6830505B2 - 鋼管杭の補修方法

Info

Publication number: JP6830505B2
Application number: JP2019076210A
Authority: JP
Inventors: 基久原
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2039-04-12
Also published as: JP2020172818A

Description

本発明は、水底地盤に打設された鋼管杭の補修方法に関する。

従来、既設桟橋等の鋼管杭が外力による損傷、劣化による腐食等により部分的に新しい鋼管杭に更新する必要がある場合、一般的には鋼板を当てて溶接する方法や、ワンサイズ大きな杭を既設杭にかぶせて新旧杭の間をモルタル充填して一体化する方法が用いられている。

特許文献１は、腐食あるいは老朽化した既設鋼管杭に対する補強を簡便かつ低廉に行うために、既設鋼管杭を補強するに際し、補強対象の既設鋼管杭よりも小径で同等以上の強度を有する補強鋼管を用い、その補強鋼管を既設鋼管杭の杭頭からその内部に挿入して少なくとも補強対象範囲の上下に跨る位置に配置し、既設鋼管杭の内面と補強鋼管の外面との間に充填材を充填し硬化させることでそれらを一体化する補強工法を開示する（要約）。充填材として膨張モルタルを用いる。補強鋼管の少なくとも上部に中詰めコンクリートを打設充填する。

特開２００４−６０１５５号公報

しかし、従来の鋼板を当てて溶接する方法は、水中溶接による品質の信頼性の低さや鋼管杭との一体化のために溶接長が非常に長くなることが課題となる。また、従来の一回り大きな杭を既設杭にかぶせる方法は、水中グラウトによる品質の信頼性の低さやグラウトの海水環境中への漏出の可能性、ワンサイズ大きい杭を用いることによって外力作用時の各杭への力の配分が変わり断面力の発生状況が元設計状態とは異なってくることが課題となる。

特許文献１の補強工法は、鋼管杭の腐食が生じた補強対象範囲の上下に跨がるように小径の補強鋼管を挿入し鋼管杭の内面と補強管の外面との間の隙間に充填材を充填するが、硬化前の充填材が隙間から下方に流れ落ちると、充填不足となってしまい、強度不足のおそれが生じてしまう。また、補強鋼管内の上部に補強鉄筋を配筋して上部工の鉄筋に連結する必要がある。また、腐食が著しく孔食が生じるような状態では適用ができない。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、既設の鋼管杭の損傷部分を切断し径が同サイズの鋼管杭を溶接により新たに取り付けて内部に充填材を充填することで充分な強度を得ることができる鋼管杭の補修方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための鋼管杭の補修方法は、水底地盤に打設された鋼管杭の補修方法であって、
補修対象の鋼管杭と径サイズが同一である新規の鋼管杭と、前記新規の鋼管杭の内径よりも外径が小さい小径管と、を用意し、前記新規の鋼管杭内に前記小径管を挿入しその一端側が前記新規の鋼管杭から突き出た状態で固定し、
前記鋼管杭の補修対象部分を切断する工程と、
前記切断後の鋼管杭に前記小径管の突き出た部分を挿入するようにして前記新規の鋼管杭を位置決めして円周方向に溶接する工程と、
前記鋼管杭の内部の水を、前記小径管内、ならびに、前記鋼管杭および前記新規の鋼管杭と前記小径管との間の充填空間を通して排水する工程と、
前記充填空間に充填材を充填する工程と、を含み、
前記小径管は、前記一端側に対応する下端または前記下端の近傍において前記鋼管杭の内周面に接するように設けられた止水部を有し、前記新規の鋼管杭および前記鋼管杭の内部で前記止水部が上下を仕切りかつ前記充填材を受け止める。

この鋼管杭の補修方法によれば、補修対象の鋼管杭と径サイズが同一である新規の鋼管杭の内径よりも外径が小さい小径管を、新規の鋼管杭内に挿入しその一端側が突き出た状態で固定しておき、次に、補修対象部分を切断した鋼管杭に対し、小径管の突き出た部分を挿入するようにして新規の鋼管杭を位置決めして円周方向に溶接し、鋼管杭の内部の水を、小径管内、ならびに、鋼管杭および新規の鋼管杭と小径管との間を通して排水し、充填空間に充填材を充填することができる。

また、鋼管杭の内部を排水し、さらに小径管の止水部が新規の鋼管杭および鋼管杭の内部で上下を仕切るので、充填空間を水のない気中雰囲気に確実にでき、充填空間において充填材の充填を気中で確実に行うことができる。これにより、充填材が充填された充填部の品質を向上でき、充填部の強度を確保できる。また、止水部は上方から投入された充填材を小径管の下端または下端の近傍で受け止め、充填材の下方への漏出を防止するので、充填材を確実に充填でき、充填材の充填不足による強度低下のおそれは生じない。このように、鋼管杭の内部に小径管を固定し、小径管との間の充填空間に充填材を充填することで充分な強度を得ることができる。

また、新規の鋼管杭内に小径管を挿入しその一端側が突き出た状態で固定する工程は、陸上の工場等において行うことができるので、新規の鋼管杭内に小径管を確実に固定することができる。

上記鋼管杭の補修方法において、前記小径管は、前記小径管の外周面と前記新規の鋼管杭の内周面との間に設けられた固定部を有し、前記固定部で前記新規の鋼管杭の内周面に固定されることが好ましい。

また、前記固定部は前記小径管の軸長手方向の少なくとも一箇所に設けられることが好ましい。

また、前記止水部は、前記鋼管杭の内周に嵌め込み可能な形状を有し、少なくとも前記鋼管杭の内周面に接する部分が弾性材料からなることで、止水部における止水性が向上し、充填材の気中での充填をさらに確実に行うことができる。

また、前記止水部を、前記小径管を前記新規の鋼管杭へ挿入する際の位置ガイド部として使用することもできる。

本発明の鋼管杭の補修方法によれば、既設の鋼管杭の損傷部分を切断し径が同サイズの鋼管杭を溶接により新たに取り付けて内部に充填材を充填することで充分な強度を得ることができる。

本実施形態において水底地盤に打設された既設の鋼管杭のうち補修対象である鋼管杭を概略的に示す側面図である。本実施形態による鋼管杭の補修方法の各工程を説明するためのフローチャートである。図２の各工程における既設の鋼管杭と新規の鋼管杭を概略的に示す側面図（ａ）〜（ｄ）である。図２の工程Ｓ０２で新規の鋼管杭内に挿入し固定した小径管を透視して示す斜視図（ａ）および上面図（ｂ）である。図３（ｃ）の既設の鋼管杭に新規の鋼管杭を溶接した状態を示す要部側面図である。図３（ｄ）の充填部において新規の鋼管杭の内周面および小径管の外周面にそれぞれ多数のシアキーを配置した例を示す側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態において水底地盤に打設された既設の鋼管杭のうち補修対象である鋼管杭を概略的に示す側面図である。図２は、本実施形態による鋼管杭の補修方法の各工程を説明するためのフローチャートである。図３は、図２の各工程における既設の鋼管杭と新規の鋼管杭を概略的に示す側面図（ａ）〜（ｄ）である。図４は、図２の工程Ｓ０２で新規の鋼管杭内に挿入し固定した小径管を透視して示す斜視図（ａ）および上面図（ｂ）である。図５は、図３（ｃ）の既設の鋼管杭に新規の鋼管杭を溶接した状態を示す要部側面図である。

図１のように、たとえば、水底地盤Ｇに打設された複数の鋼管杭１〜４と上部工５とから構成された既設の桟橋において、図の破線で示すように、鋼管杭１の水際の上下部分９に腐食や損傷等が発見され、鋼管杭１の補修が必要と判断された場合の補修方法について、以下、説明する。

図２，図３（ａ）（ｂ）のように、既設の鋼管杭１の上部の補修対象部分９を切断する（Ｓ０１）。

一方、図２，図４（ａ）のように、鋼管杭１から切断された補修対象部分９の代わりに、鋼管杭１と径サイズが同一の新規の鋼管杭１０および新規の鋼管杭１０の内径よりも小さい外径を有する鋼管からなる小径管１１を用意し（Ｓ０２）、小径管１１を新規の鋼管杭１０内に挿入し固定する（Ｓ０３）。なお、新規の鋼管杭１０は、図３（ｃ）のように、水面から突き出る長さを持つ。

図４（ａ）（ｂ）のように、小径管１１の外周面１１ａには、複数の固定板１２ａ〜１２ｄおよび複数の固定板１３ａ〜１３ｄが周方向に等間隔に配置され溶接等により取り付けられている。小径管１１を新規の鋼管杭１０内に小径管１１の下半分が新規の鋼管杭１０の下端から突き出るようにして挿入し、新規の鋼管杭１０内において軸方向下側に位置する複数の固定板１２ａ〜１２ｄを新規の鋼管杭１０の内周面１０ａに溶接等により固定する。

また、軸長手方向上側に位置する複数の固定板１３ａ〜１３ｄについても新規の鋼管杭１０の内周面１０ａに溶接等により固定してもよい。かかる溶接施工が空間的制約のため不可能な場合はそのままとするが、この場合でも、図４（ａ）（ｂ）のように、小径管１１の上部において複数の固定板１３ａ〜１３ｄは、新規の鋼管杭１０の内周面１０ａに当接し、下側の複数の固定板１２ａ〜１２ｄとともに小径管１１を新規の鋼管杭１０に対し同心位置に位置決めることができる。

また、小径管１１は、図５の鋼管杭１の内周面１ａの円形形状に合わせた外形形状の止水部１４を有する。止水部１４は、ゴム等の弾性材料から内部孔のある円形状に形成され、内部孔から小径管１１の下端に嵌め込み、接着剤等により取り付けることができる。なお、小径管１１の上半分は、新規の鋼管杭１０内に位置し、止水部１４のある下半分は、新規の鋼管杭１０の下端から突き出ている。

次に、図４（ａ）の小径管１１が挿入され固定された新規の鋼管杭１０を、補修対象部分９を切断した後の鋼管杭１に対し小径管１１の下半分を挿入するようにして位置決めしてから、鋼管杭１，１０の円周部分を溶接する（Ｓ０４）。小径管１１を鋼管杭１に挿入する際に、小径管１１に取り付けた止水部１４を挿入時の位置ガイド部として使用することができる。なお、かかる溶接は、水中溶接施工となる。

また、図５のように、切断後の鋼管杭１の上端近傍の外周面に等間隔に複数のガイドプレート１ｂを溶接等により取り付けておくことで、鋼管杭１に対し配置される新規の鋼管杭１０をガイドすることができる。

上述のようにして、図３（ｃ）、図５のように、円周方向の溶接部２０で新規の鋼管杭１０が鋼管杭１と接合される。また、小径管１１の下半分が鋼管杭１内に挿入されるが、このとき、小径管１１の下端の止水部１４は、多少弾性変形をして鋼管杭１の内周面１ａに密着し、その上下を仕切る。

また、小径管１１が鋼管杭１および新規の鋼管杭１０内にまたがって位置し固定されることで、鋼管杭１の内周面１ａおよび新規の鋼管杭１０の内周面１０ａと小径管１１の外周面１１ａとの間に充填材が充填可能な充填空間２１が形成される。小径管１１は溶接部２０を挟んで略等しい長さで位置するので、充填空間２１は、溶接部２０の上下に略等しい長さとなる。

次に、鋼管杭１の内部を、図３（ｃ）の破線で示す矢印のように、小径管１１内および充填空間２１より排水ポンプ等を用いて排水する（Ｓ０５）。これにより、充填空間２１を確実に水のない大気雰囲気とすることができる。

次に、鋼管杭１の内周面１ａおよび新規の鋼管杭１０の内周面１０ａと小径管１１の外周面１１ａとの間の充填空間２１にグラウト等の充填材を充填する（Ｓ０６）。そして、充填空間２１に充填されたグラウト等の充填材が硬化することで、図３（ｄ）のように、充填空間２１に充填部２２が形成される。充填部２２は、充填空間２１に対応して溶接部２０を間にして上下に略等しい長さとなる。

なお、充填空間２１のグラウトの注入上限近傍にグラウト検知センサーを配置してもよく、これにより、必要な位置までグラウトが注入されているかを杭頭開口部から目視で確認する必要がなくなり、また、安全面からの事故防止効果とともに、必要量まで達した段階で直ちに注入を終了することができるという効果を奏する。

以上のように、本実施形態によれば、補修対象部分９を切断した鋼管杭１に対し、小径管１１の下半分を挿入し固定した新規の鋼管杭１０を位置決めして円周方向に溶接し、小径管１１の内部および充填空間２１を通して鋼管杭１の内部を排水し、鋼管杭１および新規の鋼管杭１０と小径管１１との間の充填空間２１に充填材を充填し硬化させる。新規の鋼管杭１０は既設の鋼管杭１と径サイズが同一であるので、外力作用時の断面力の発生状況が元設計状態と大きく異なることはない。

また、鋼管杭１の内部を排水し、さらに小径管１１の止水部１４が新規の鋼管杭１０および鋼管杭１の内部で上下を仕切るので、充填空間２１を水のない気中雰囲気に確実にでき、充填空間２１において充填材の充填を気中で確実に行うことができる。これにより、充填材が充填された充填部２２の品質を向上でき、充填部２２の強度を確保できる。また、止水部１４は上方から投入された充填材を小径管１１の下端または下端の近傍で受け止め、充填材の下方への漏出を防止するので、充填空間２１に充填材を確実に充填でき、充填材の充填不足による強度低下のおそれは生じない。このように、鋼管杭１，１０の内部に小径管１１を固定し、小径管１１との間の充填空間２１に充填材を充填することで充分な強度を得ることができる。

また、一般的に鋼管杭の水中溶接は強度不足となるおそれがあるのに対し、本実施形態によれば、既設の鋼管杭１と新規の鋼管杭１０との間の溶接部２０を挟んで内部に設けたグラウト等による充填部２２の強度を考慮することにより、従来の方法よりも信頼性の高い補修方法を実現できる。

また、新規の鋼管杭１０内に小径管１１を挿入しその一端側が突き出た状態で溶接等により固定する工程は、陸上の工場等において行うことができるので、新規の鋼管杭１０内に小径管１１を確実に固定することができる。

なお、図１の複数の鋼管杭１〜４と上部工５とは一般的な接続構造により接続されるが、既設の鋼管杭１の補修対象部分９を切断する際には、かかる接続構造をいったん解体し、上述のようにして鋼管杭１に新規の鋼管杭１０を取り付け、内部の充填空間２１にグラウト等の充填材を充填した後に、接続構造を復元する。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、小径管１１の下端に設ける止水部１４は、本実施形態では、ゴム等の弾性材料から構成したが、これに限定されず、たとえば、鋼板から構成し、その外周部分（鋼管杭１の内周面１ａに接する部分）をゴム等の弾性材料で覆うようにすることで鋼管杭１の内周面１ａに密着させるようにしてもよい。

また、図４（ａ）のように、小径管１１の外周面１１ａに設ける固定部（固定板）は小径管１１の軸長手方向の上下二箇所に設けたが、これに限定されず、一箇所でもよく、三箇所またはそれ以上設けてもよい。

また、鋼管杭１と新規の鋼管杭１０とを接合した際の接合部の強度維持のために、図６のように、充填材が充填された充填部２２において、異形鉄筋や丸鋼のような鋼材を用いて新規の鋼管杭１０の内周面１０ａに多数のシアキー３１を配置し、小径管１１の外周面１１ａに多数のシアキー３２を配置するようにしてもよい。

本発明の鋼管杭の補修方法によれば、水底地盤に打設された既設の鋼管杭の損傷部分を切断し径が同サイズの鋼管杭を溶接により新たに取り付けて内部に充填材を充填することで充分な強度を得ることができるので、補修の必要性がある鋼管杭を高品質で補修することができる。

１既設の鋼管杭
１ａ内周面
９補修対象部分
１０新規の鋼管杭
１０ａ内周面
１１小径管
１１ａ外周面
１２ａ〜１２ｄ固定板
１３ａ〜１３ｄ固定板
１４止水部
２０溶接部
２１充填空間
２２充填部
３１，３２シアキー
Ｇ水底地盤

Claims

水底地盤に打設された鋼管杭の補修方法であって、
補修対象の鋼管杭と径サイズが同一である新規の鋼管杭と、前記新規の鋼管杭の内径よりも外径が小さい小径管と、を用意し、前記新規の鋼管杭内に前記小径管を挿入しその一端側が前記新規の鋼管杭から突き出た状態で固定し、
前記鋼管杭の補修対象部分を切断する工程と、
前記切断後の鋼管杭に前記小径管の突き出た部分を挿入するようにして前記新規の鋼管杭を位置決めして円周方向に溶接する工程と、
前記鋼管杭の内部の水を、前記小径管内、ならびに、前記鋼管杭および前記新規の鋼管杭と前記小径管との間の充填空間を通して排水する工程と、
前記充填空間に充填材を充填する工程と、を含み、
前記小径管は、前記一端側に対応する下端または前記下端の近傍において前記鋼管杭の内周面に接するように設けられた止水部を有し、前記新規の鋼管杭および前記鋼管杭の内部で前記止水部が上下を仕切りかつ前記充填材を受け止める鋼管杭の補修方法。
前記小径管は、前記小径管の外周面と前記新規の鋼管杭の内周面との間に設けられた固定部を有し、前記固定部で前記新規の鋼管杭の内周面に固定される請求項１に記載の鋼管杭の補修方法。
前記固定部は前記小径管の軸長手方向の少なくとも一箇所に設けられる請求項２に記載の鋼管杭の補修方法。
前記止水部は、前記鋼管杭の内周に嵌め込み可能な形状を有し、少なくとも前記鋼管杭の内周面に接する部分が弾性材料からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の鋼管杭の補修方法。
前記止水部を、前記小径管を前記新規の鋼管杭へ挿入する際の位置ガイド部として使用する請求項１乃至４のいずれかに記載の鋼管杭の補修方法。