JP7182781B2 - ボックスカルバート - Google Patents

Description

本発明は、ボックスカルバートに関するものである。なお、プレキャストコンクリートを単にプレキャストという。また、プレストレストコンクリートをＰＣと記す。

山間地の渓谷や河川、道路等を横断するために施工される道路などでは、近年、２０～３０ｍといった高盛土が採用され、ボックスカルバートの土被りも同様に高盛土となる傾向がある。高盛土条件下で使用されるボックスカルバートは、高盛土に耐え得るように、頂版、底版及び側壁の部材厚が大きくなり、２ｍ近くになる場合もある。

このような高盛土条件下で使用されるボックスカルバートにおいて、プレキャスト化には次の問題があるため、完全なプレキャスト製品は見当たらない状況である。
・プレキャスト部材を現場へ運搬する際のサイズの制約上、部材厚が厚い場合、プレキャスト化は不利である。
・同運搬の際の重量の制約上、一部材を２５ｔ程度に抑える必要があり、プレキャスト部材の分割数が増える。
・プレキャスト頂版部材を、両サイドのプレキャスト側壁部材と接合するのは困難であり、仮置き用の内部支保工が必要となる。
・高盛土条件下で使用されるボックスカルバートは、標準化されていない。

よって、高盛土条件下で使用されるボックスカルバートは、一般的に、現場打ちコンクリートで構築されている。しかし、現場打ちコンクリートは、底版を打設した後に、大きな打設量に応じた大規模な型枠支保工を設置して、側壁と頂版とを打設するため、長い施工期間を要する。

そこで、本発明者らは、高盛土条件下で使用されるボックスカルバートにおいて、プレキャストと現場打ちとを組み合わせることを検討している。

特許文献１，２には、高盛土条件下で使用される旨の記載はないが、図１０に示すように、プレキャスト側壁部材５１から内側へ突出したハンチ５２の上の間に型枠兼用のＰＣ版５３を架設し、ＰＣ版５３上および隅角部（接合部）５４に鉄筋を配して現場打ちコンクリート５５を打設し、ＰＣ版５３と現場打ちコンクリート５５とで頂版を形成したボックスカルバート５０が開示されている。このボックスカルバート５０は、構造部材であるＰＣ版５３を現場打ちコンクリート５５の型枠としても用いるので、型枠支保工が不要になる利点がある。

ここで、側壁の上端は頂版の下面の延長上にあり、頂版の側端は側壁の内面の延長上にある。特許文献１，２でいう「隅角部」は、側壁の上端と頂版の側端との間の直方体部位であって、「接合部」ともいわれる（本願では「接合部」の語の方を使用する）。

特開２００８－２２３３７０号公報 特開２０１１－８９３９０号公報

しかし、上記のボックスカルバート５０は、ラーメン構造の最も重要な部位である接合部を現場打ちで構築するため、品質が安定しにくい。また、接合部５４の内部に、プレキャスト側壁部材５１から突出したループ筋５６と頂版から突出したループ筋５７とを重ねてコンクリートで結合した重ね継手があるため、日本道路協会「道路橋示方書」を参照すると、接合部５４に応力集中や乾燥収縮などにより想定しないひび割れが発生し、耐荷機構の前提が成り立たなくなる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、壁と頂版との接合部の品質の向上とひび割れの防止を図るとともに、高盛土条件下で使用できるようにすることにある。

本発明は、壁がプレキャスト壁部材からなり、頂版が、２つのプレキャスト壁部材から内側へ突出したハンチの上に載置されて架設されているＰＣ版と、ＰＣ版の上に形成されている現場打ちコンクリートとを含み構成されるボックスカルバートにおいて、
頂版の厚さが５００～２５００ｍｍであり、
ＰＣ版の上に形成されている現場打ちコンクリートは、プレキャスト壁部材に直接接しており、
壁と頂版との接合部の全部がプレキャスト壁部材の一部であり、該接合部内に鉄筋の重ね継手が無いこと、及び、
接合部に埋設された鉄筋と、ＰＣ版の上に形成されている現場打ちコンクリートに埋設された鉄筋とが、機械式継手により直接接続されていることを特徴とする。

プレキャスト壁部材は、接合部から内側へ張り出して頂版の一部をなす頂版端部分を備えていてもよい。接合部には複雑な配筋がされるため配筋スペースの確保に苦労するところ、その配筋スペースの一部を張り出した頂版端部分に持たせることにより、配筋の自由度が増すからである。

現場打ちコンクリートは、ＰＣ版の粗面仕上げされた接合上面に食い込むとともに、ＰＣ版から上方へ突設されたジベル鉄筋を埋設することにより、ＰＣ版に接合されていることが好ましい。ジベル鉄筋の鉄筋量は、接合上面の面積の０．１～０．３％とすることが好ましい。

［作用］
本発明は次の作用を奏する。
・ＰＣ版を型枠の一部として用いて、頂版の現場打ちコンクリートの型枠支保工を不要にできる。また、接合部も型枠の一部として用いて、頂版の現場打ちコンクリートの側端面用の型枠工を不要にできる。よって、施工が容易になる。
・ラーメン構造の最も重要な部位である接合部をプレキャスト化することで、現場打ちに比べ品質の向上が図れる。
・複雑な鉄筋の重ね継手のための接合部配筋が不要なため、鉄筋組工が容易で施工性に優れる。
・接合部に鉄筋の重ね継手が無いため、接合部に応力集中や乾燥収縮などによるひび割れが発生しにくい。
・接合部の鉄筋と現場打ちコンクリートの鉄筋とが直接接続されるため、頂版と壁との間の応力伝達が十分に行われ、構造の安定性に優れる。
・頂版がＰＣ版と現場打ちコンクリートとを含み、厚さが５００～２５００ｍｍであるため、高盛土条件下で使用することができる。

本発明のボックスカルバートは、壁と頂版との接合部の品質の向上とひび割れの防止を図ることができ、高盛土条件下で使用することができる。

図１は実施例１の１連ボックスカルバートを構成するプレキャスト部材の分解正面図である。 図２は図１を斜めに見た分解斜視図である 図３（ａ）は同プレキャスト部材を接合してハンチにＰＣ版を載置したときの正面図、（ｂ）は（ａ）のＰＣ版の断面図である。 図４は図３（ａ）を斜めに見た斜視図である。 図５（ａ）は同プレキャスト部材に連続鉄筋とフック鉄筋を接続したときの正面図、（ｂ）は（ａ）のＰＣ版及びその周囲の断面図である。 図６は図５（ａ）を斜めに見た斜視図である。 図７（ａ）は同ＰＣ版の上に現場打ちコンクリートを打設して構築した１連ボックスカルバートの正面図、（ｂ）は（ａ）のＰＣ版及びその周囲の断面図である。 図８は図７（ａ）を斜めに見た斜視図である。 図９は実施例２の２連ボックスカルバートの正面図である。 図１０は従来例のボックスカルバートの部分正面図である。

１．ボックスカルバート
ボックスカルバートには、内部空間が１つある１連ボックスカルバート（図７）のみならず、内部空間が横に並んで複数ある複数連ボックスカルバート（２連ボックスカルバート（図９）と３連ボックスカルバートが一般的である。）も含まれる。
１連ボックスカルバートの「壁」は、両側の「側壁」のみである（図７）。
複数連ボックスカルバートの「壁」には、両側の「側壁」と、内部空間を仕切る「中間壁」とがある（図９）。

２．接合部
よって、１連ボックスカルバートの場合、壁と頂版との「接合部」は、側壁と頂版との「端接合部」のみである（図７）。
複数連ボックスカルバートの場合、壁と頂版との「接合部」には、側壁と頂版との「端接合部」と、中間壁と頂版との「中間接合部」とがある（図９）。

３．プレキャスト壁部材
よって、１連ボックスカルバートの場合、壁を構成する「プレキャスト壁部材」は、両側の「プレキャスト側壁部材」のみである（図７）。
複数連ボックスカルバートの場合、壁を構成する「プレキャスト壁部材」には、両側の「プレキャスト側壁部材」と、「プレキャスト中間壁部材」とがある（図９）。

よって、本発明は、次の２態様を含む。
（１）「端接合部」が「プレキャスト側壁部材」の一部であり、該「端接合部」内に鉄筋の重ね継手が無い態様
（２）「中間接合部」が「プレキャスト中間壁部材」の一部であり、該「中間接合部」内に鉄筋の重ね継手が無い態様

また、プレキャスト壁部材は、上下方向の途中で分割されていないものでもよいし、上下方向の途中で分割（２分割又は３分割が現実的である。）して形成されたものでもよい。分割した形成されたものは、現場で上下に接合される。

４．底版
本発明において、底版の構造は特に限定されない。底版は、例えば、プレキャスト底版部材で構成されてもよいし、現場打ちコンクリートで構成されてもよいし、その組み合わせでもよい。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、実施例の各部の構造、材料、形状及び寸法は例示であり、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。

［実施例１］
図１～図８に示す実施例１は、その完成品を図７及び図８に示すように、大型（例えば縦３０００～１００００ｍｍ、横４０００～１７０００ｍｍ）の１連ボックスカルバート１である。両側の側壁（後述する２３）がプレキャスト側壁部材２からなる。底版が、プレキャスト底版部材４と、２つのプレキャスト側壁部材２の一部（後述する底版端部分２６）とからなる。頂版が、２つのプレキャスト側壁部材２から内側へ突出したハンチ２４の上に載置されて架設されているＰＣ版５と、ＰＣ版５の上に形成されている現場打ちコンクリート６と、プレキャスト側壁部材２の一部（後述する頂版端部分２２）とからなる。そして、頂版の厚さが５００～２５００ｍｍであり、側壁２３と頂版との端接合部（後述する２１）の全部がプレキャスト側壁部材２の一部であり、該端接合部２１内に鉄筋の重ね継手が無いことを特徴とする。

（プレキャスト側壁部材２）
プレキャスト側壁部材２は、上から、端接合部２１と、端接合部２１から内側へ張り出した頂版端部分２２と、側壁２３と、端接合部２１と側壁２３との境界レベルにハンチ２４上面があるように側壁２３から内側へ突出したハンチ２４と、底版との接合部である底端接合部２５と、底端接合部２５から内側へ延出した底版端部分２６とを含んでいる。ハンチ２４の突出量は、頂版端部分２２の張り出し量よりも大きい。

また、プレキャスト側壁部材２は、図１に示すように、上下方向の中央で２分割形成された上部材２ａと下部材２ｂとが、現場でモルタル充填継手１０により上下に接合されてなる。モルタル充填継手１０は、上部材２ａと下部材２ｂとに埋設された両充填継手用鉄筋１１と、いずれか一方の同部材の端面付近に埋設された共通のスリーブ１２と、スリーブ１２内に両充填継手用鉄筋１１の端部が進入した状態で、スリーブ１２内の充填継手用鉄筋１１との隙間に充填され硬化したモルタル（図示略）とから構成されている。

図３に示すように、端接合部２１と頂版端部分２２には、頂版端部分２２の端面付近に格子配列で配置された複数の機械式継手７（例えばネジ継手）と、それらに接続された機械式継手用鉄筋８とが埋設されている。図１に示すように、上部材２ａ及び下部材２ｂにはさらに他の補強鉄筋が埋設されている。

（プレキャスト底版部材４）
プレキャスト底版部材４は、底版の中間部分をなすものであり、下部材２ｂと、現場でモルタル充填継手１０により接合されている。モルタル充填継手１０は、プレキャスト底版部材４と下部材２ｂとに埋設された両充填継手用鉄筋１１と、いずれか一方の同部材の端面付近に埋設された共通のスリーブ１２と、スリーブ１２内に両充填継手用鉄筋１１の端部が進入した状態で、スリーブ１２内の充填継手用鉄筋１１との隙間に充填され硬化したモルタル（図示略）とから構成されている。

（ＰＣ版５と現場打ちコンクリート６）
ＰＣ版５は、その両端部がハンチ２４に支持され、頂版（ＰＣ版５と現場打ちコンクリート６）の自重及び（使用時には）頂版上の盛土の荷重によって、支間の下縁に引張応力が生じるため、コンクリート版中にＰＣ鋼材１３を配置し、プレテンション方式又はポストテンション方式により、下縁にプレストレス（圧縮応力）を導入したものである。ＰＣ版５はプレキャスト製である。
現場打ちコンクリート６は、ＰＣ版５の粗面仕上げされた接合上面に食い込むとともに、ＰＣ版５から上方へ突設されたジベル鉄筋１４を埋設することにより、ＰＣ版５に対して強固に接合されている
また、現場打ちコンクリート６は、両側の上部材２ａの機械式継手７に直接接続されて架設された連続鉄筋１５と、各機械式継手７に直接接続されて現場打ちコンクリート６内で終わるフック鉄筋１６とを埋設することにより、上部材２ａに対して強固に接合されている。
頂版の厚さ５００～２５００ｍｍのうち、ＰＣ版５の厚さは１００～５００ｍｍ、現場打ちコンクリート６の厚さは４００～２０００ｍｍである。

以上のように構成された実施例の１連ボックスカルバート１は、プレキャスト側壁部材２（上部材２ａ及び下部材２ｂ）とプレキャスト底版部材４とＰＣ版５とを施工現場に運搬し、施工現場で次のように組み立てられる。なお、複数のボックスカルバートを路長方向に連結して水路、道路等を形成することについては、公知の通りである。

（１）まず、図１，２→図３，４の変化で示すように、下部材２ｂとプレキャスト底版部材４とをモルタル充填継手１０により接合し、下部材２ｂと上部材２ａとをモルタル充填継手１０により接合する。
（２）次に、図３，４に示すように、ＰＣ版５をハンチ２４に載置して架設する。
（３）次に、図５，６に示すように、上部材２ａの機械式継手７に連続鉄筋１５とフック鉄筋１６とを接続する。このとき、ＰＣ版５は作業足場代わりとして利用できる。
（４）次に、図７，８に示すように、ＰＣ版５の上に現場打ちコンクリート６を打設する。このとき、ＰＣ版５は型枠の一部として機能し、ＰＣ版５はハンチ２４に支持されているので、型枠支保工が不要である。

本実施例によれば、次の作用効果が得られる。
・ＰＣ版５を型枠の一部として用いて、頂版の現場打ちコンクリート６の型枠支保工を不要にできる。また、端接合部２１も型枠の一部として用いて、頂版の現場打ちコンクリート６の側端面用の型枠工を不要にできる。よって、施工が容易になる。
・ラーメン構造の最も重要な部位である端接合部２１をプレキャスト化することで、現場打ちに比べ品質の向上が計れる。
・複雑な鉄筋の重ね継手のための端接合部配筋が不要なため、鉄筋組工が容易で施工性に優れる。
・端接合部２１に鉄筋の重ね継手が無いため、端接合部２１に応力集中や乾燥収縮などによるひび割れが発生しにくい。
・端接合部２１の機械式継手用鉄筋８と現場打ちコンクリート６の連続鉄筋１５及びフック鉄筋１６とが機械式継手７で直接接続されるため、頂版と側壁との間の応力伝達が十分に行われ、構造の安定性に優れる。
・頂版がＰＣ版５と現場打ちコンクリート６とを含み、厚さが５００～２５００ｍｍであるため、高盛土条件下で使用することができる。

［実施例２］
図９に示す実施例２は、大型の２連ボックスカルバート２０であって、プレキャスト中間壁部材３を備え、２つの頂版と２つの底版を備える点において、実施例１と相違するものである。

（プレキャスト中間壁部材３）
プレキャスト中間壁部材３は、上から、中間接合部３１と、中間接合部３１から両方の内側へ張り出した頂版端部分３２と、中間壁３３と、中間接合部３１と中間壁３３との境界レベルにハンチ３４上面があるように中間壁３３から内側へ突出したハンチ３４と、底版との接合部である底中間接合部３５と、底中間接合部３５から両方の内側へ延出した底版端部分２６とを含んでいる。ハンチ３４の突出量は、頂版端部分３２の張り出し量よりも大きい。

また、プレキャスト中間壁部材３は、上下方向の中央で２分割形成された上部材３ａと下部材３ｂとが、現場でモルタル充填継手（前述のものと同じ）により上下に接合されてなる。

実施例２の２連ボックスカルバート２０は、両側の側壁２３がプレキャスト側壁部材２からなり、中間壁３３がプレキャスト中間壁部材３からなる。底版が、プレキャスト底版部材４と、プレキャスト側壁部材２の底版端部分２６と、プレキャスト中間壁部材３の底版端部分３６とからなる。頂版が、プレキャスト側壁部材２のハンチ２４とプレキャスト中間壁部材３のハンチ３４の上に載置されて架設されているＰＣ版５と、ＰＣ版５の上に形成されている現場打ちコンクリート６と、プレキャスト側壁部材２の頂版端部分２２と、プレキャスト中間壁部材３の頂版端部分３２とからなる。そして、頂版の厚さが５００～２５００ｍｍであり、端接合部２１の全部がプレキャスト側壁部材２の一部であり、該端接合部２１内に鉄筋の重ね継手が無く、中間接合部３１の全部がプレキャスト中間壁部材３の一部であり、該中間接合部３１内に鉄筋の重ね継手が無いことを特徴とする。

実施例２のその他は実施例と共通である。実施例２によっても、実施例１の作用効果と同様（端接合部を「端接合部及び中間接合部」と読み替える。）の作用効果が得られる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。
（１）プレキャスト側壁部材２が頂版端部分２２を備えないものとすること。この場合、端接合部２１の内側面は側壁２３の内側面の延長上にある。
また、プレキャスト中間壁部材３が頂版端部分３２を備えないものとすること。この場合、中間接合部３１の内側面は中間壁３３の内側面の延長上にある。
（２）プレキャスト側壁部材２を上下方向の途中で分割されていないものとすること。
また、プレキャスト中間壁部材３を上下方向の途中で分割されていないものとすること。
（３）プレキャスト底版部材４を現場打ちに置き換えること。

１ １連ボックスカルバート
２ プレキャスト側壁部材
２ａ 上部材
２ｂ 下部材
３ プレキャスト中間壁部材
３ａ 上部材
３ｂ 下部材
４ プレキャスト底版部材
５ ＰＣ版
６ 現場打ちコンクリート
７ 機械式継手
８ 機械式継手用鉄筋
１０ モルタル充填継手
１１ 充填継手用鉄筋
１２ スリーブ
１３ ＰＣ鋼材
１４ ジベル鉄筋
１５ 連続鉄筋
１６ フック鉄筋
２０ ２連ボックスカルバート
２１ 端接合部
２２ 頂版端部分
２３ 側壁
２４ ハンチ
２５ 底端接合部
２６ 底版端部分
３１ 中間接合部
３２ 頂版端部分
３３ 中間壁
３４ ハンチ
３５ 底中間接合部
３６ 底版端部分

Claims (3)

1. 壁（２３，３３）はプレキャスト壁部材（２，３）からなり、頂版は、２つのプレキャスト壁部材（２，３）から内側へ突出したハンチ（２４，３４）の上に載置されて架設されているＰＣ版（５）と、ＰＣ版（５）の上に形成されている現場打ちコンクリート（６）とを含み構成されるボックスカルバートにおいて、
   頂版の厚さは５００～２５００ｍｍであり、
   ＰＣ版（５）の上に形成されている現場打ちコンクリート（６）は、プレキャスト壁部材（２，３）に直接接しており、
   壁（２３，３３）と頂版との接合部（２１，３１）はプレキャスト壁部材（２，３）の一部であり、該接合部（２１，３１）内に鉄筋の重ね継手が無いこと、及び、
   接合部（２１，３１）に埋設された鉄筋（８）と、ＰＣ版（５）の上に形成されている現場打ちコンクリート（６）に埋設された鉄筋（１５，１６）とが、機械式継手（７）により直接接続されていることを特徴とするボックスカルバート。
2. プレキャスト壁部材（２，３）は、接合部（２１，３１）から内側へ張り出して頂版の一部をなす頂版端部分（２２，３２）を備えている請求項１記載のボックスカルバート。
3. 現場打ちコンクリート（６）は、ＰＣ版（５）の粗面仕上げされた接合上面に食い込むとともに、ＰＣ版（５）から上方へ突設されたジベル鉄筋（１４）を埋設することにより、ＰＣ版（５）に接合されている請求項１又は２記載のボックスカルバート。

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