JP7477733B1 - 補強構造および補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻立てコンクリートを有する柱部材の基礎を好適に補強できる補強構造等を提供する。【解決手段】補強構造１は、フーチング３の上に設けられた橋脚２を補強するものである。橋脚２の周囲には、既設の巻立てコンクリート４が設けられ、巻立てコンクリート４の内部に、橋脚２の軸方向に沿った軸方向鉄筋４１が埋設される。補強構造１では、フーチング３の増厚部５が、巻立てコンクリート４を囲むように、フーチング３の上で、巻立てコンクリート４の下部に当たる高さに設けられ、巻立てコンクリート４の下部において、軸方向鉄筋４１を切断した切断部４３が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、柱部材の補強構造等に関する。

既存の橋脚の補強として、橋脚の外周部に巻立てコンクリートを設け、軸方向鉄筋をこれらのコンクリートに埋設したものが知られている（例えば、特許文献１など）。これにより、橋脚の軸方向の中間部に存在する段落とし部等の耐力を向上させることができる。段落とし部は、橋脚内で主筋の本数を減らした部分である。

特許第6427045号

橋梁の上部工の拡幅等によって上部工の重量が大きくなる場合に、上記の巻立てコンクリートを有する橋脚の曲げに対し、基礎の補強が必要になる場合がある。

基礎杭構造の場合、橋脚の下端に鉄筋コンクリート製のフーチングが剛結され、このフーチングが地中の杭により支持されるが、橋脚およびフーチングの曲げに対し、フーチング内の鉄筋、特に下面側の鉄筋を後から補強することは困難である。そのため、フーチングを増厚し、下面側の鉄筋に対する有効高を確保することも考えられるが、この場合、既設の巻立てコンクリート内の軸方向鉄筋の下部がフーチングの増厚部内に含まれる定着構造となり、橋脚の基部耐力が大きくなることで、橋脚の段落とし部等が先行降伏する望ましくない破壊形態になる恐れがある。係る破壊形態を防止するために段落とし部等で追加の補強を行うことには無駄があり、また必要な強度を確保するための補強が困難になることも多い。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、巻立てコンクリートを有する柱部材の基礎を好適に補強できる補強構造等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、フーチングを基礎として設けられた柱部材の補強構造であって、前記柱部材の周囲に、既設の巻立てコンクリートが設けられ、前記巻立てコンクリートの内部に、前記柱部材の軸方向に沿った軸方向鉄筋が埋設され、前記フーチングの増厚部が、前記巻立てコンクリートを囲むように、前記フーチングの上で、前記巻立てコンクリートの下部に当たる高さに設けられ、前記巻立てコンクリートの下部において、前記軸方向鉄筋を切断した切断部が設けられ、前記切断部は、前記巻立てコンクリートの外から前記軸方向鉄筋を前記巻立てコンクリートとともにスリット状に切断したものであり、前記切断部が固化材で充填されたことを特徴とする補強構造である。

本発明では、巻立てコンクリートを有する柱部材のフーチングを増厚することで基礎の補強を行うが、その際に、巻立てコンクリート内の軸方向鉄筋の下部を切断する。これにより、切断部以深の部分がフーチングの増厚部内での定着構造とならず、橋脚の基部耐力が大きくなりすぎるのを防止できる。結果、橋脚の段落とし部等が先行降伏する望ましくない破壊形態になるのを防ぎ、段落とし部等に追加の補強が必要となるのを回避できる。

前記切断部は、前記柱部材側に行くにつれ低くなるように、前記巻立てコンクリートの全周に亘って水平方向に対して斜めに形成され、前記切断部の前記巻立てコンクリートの周方向の一部で、前記切断部に前記固化材を注入するための注入孔と、前記固化材を排出するための排出孔が形成されることも望ましい。
第１の発明の切断部は、カッター等により容易に形成することができる。また切断部に固化材を充填することで、切断部が曲げ圧縮等に対して不安定な挙動をとるのを防ぐことができる。切断部は上記のように斜めに形成し、固化材の注入孔と排出孔を設けることで、固化材の充填を容易且つ確実に行うことができる。

前記切断部は、前記増厚部の上面より深い位置にあることが望ましい。
これにより、切断部が外気に触れるのを防止し、補強構造の切断部からの劣化を防止することができる。

前記軸方向鉄筋は、前記増厚部の下に位置する前記フーチングに定着されていないことが望ましい。
この場合、軸方向鉄筋が非定着であるという状態はフーチングの増厚前後で変わらない。そのため、フーチングの増厚前後で橋脚の基部耐力が変化するのを防止することができる。

第２の発明は、フーチングを基礎として設けられた柱部材の前記基礎を補強する補強方法であって、前記柱部材の周囲に、既設の巻立てコンクリートが設けられ、前記巻立てコンクリートの内部に、前記柱部材の軸方向に沿った軸方向鉄筋が埋設され、前記フーチングの増厚部を、前記巻立てコンクリートを囲むように、前記フーチングの上で、前記巻立てコンクリートの下部に当たる高さに形成する工程を有し、前記巻立てコンクリートの下部において、前記軸方向鉄筋を切断し、切断部を形成し、前記切断部は、前記巻立てコンクリートの外から前記軸方向鉄筋を前記巻立てコンクリートとともにスリット状に切断したものであり、前記切断部を固化材で充填することを特徴とする補強方法である。
第２の発明は、第１の発明の補強構造により基礎の補強を行う補強方法である。

本発明により、巻立てコンクリートを有する柱部材の基礎を好適に補強できる補強構造等を提供することができる。

補強構造１を示す図。 補強構造１を示す図。 補強方法を示す図。 橋脚２と巻立てコンクリート４の水平断面を示す図。 切断部４３、４３ａを示す図。 傾斜した切断部４３と注入孔４３１を示す図。 切断部４３と注入孔４３１、排出孔４３２を示す図。 固化材４４の充填方法について説明する図。 切断部４３に巻立てコンクリート４の周方向の高低差を設ける例。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（１．補強構造１）
図１は、本発明の実施形態に係る補強構造１の概略を示す図である。この補強構造１は、既設の橋脚２のフーチング３を補強するものであり、図１は橋脚２の幅方向に沿った断面を見たものである。

橋脚２の基礎は基礎杭構造によって実現される。すなわち、橋脚２の下部にフーチング３が剛結して設けられ、フーチング３が地中の杭（不図示）により下方から支持される。しかしながら、基礎がこれに限ることはなく、フーチング３を有していればよい。例えば直接基礎などであってもよい。

橋脚２はフーチング３の上に設けられる鉄筋コンクリート製の柱部材であり、内部には主筋等の補強筋（不図示）が設けられる。フーチング３は鉄筋コンクリート製の板状部材であり、内部には水平鉄筋等の補強筋（不図示）が設けられる。

橋脚２の外周部には、橋脚２の軸方向の中間部に位置する段落とし部等を補強するための巻立てコンクリート４が、橋脚２を囲むように設けられる。巻立てコンクリート４の内部には、橋脚２の軸方向に沿った軸方向鉄筋４１と、橋脚２の周方向に沿った周方向鉄筋４２が設けられる。

さらに本実施形態では、巻立てコンクリート４を囲むように、巻立てコンクリート４の下部に当たる高さでフーチング３の上にコンクリートが打設され、フーチング３の増厚部５が形成される。本実施形態の補強構造１では、この増厚部５によりフーチング３を増厚し、フーチング３の下面側の水平鉄筋（不図示）からの有効高を確保することで、基礎の補強を行う。

図２は補強構造１の詳細を示す図であり、図１の範囲Ａを拡大したものである。本実施形態では、巻立てコンクリート４の下部の、増厚部５の上面より深い位置で、軸方向鉄筋４１を巻立てコンクリート４とともにカッター等でスリット状に切断、除去した切断部４３が設けられる。切断部４３の厚さは5mm程度であるが、これに限ることはない。切断部４３内には、モルタルや樹脂などの固化材４４が充填される。切断部４３を設ける高さは増厚部５の上面近傍とし、かぶりを確保するため当該上面よりも80～120mm程度低く、且つ周方向鉄筋４２の高さを避けた箇所とするが、これに限ることはない。

また本実施形態では、巻立てコンクリート４内の軸方向鉄筋４１が、増厚部５の下の（既存の）フーチング３に埋設、定着されておらず、軸方向鉄筋４１の下端は、フーチング３の上面またはそれより高い箇所に位置する。

（２．補強方法）
図３は、補強構造１の形成方法（補強方法）について説明する図である。本実施形態では、図３（ａ）に示すように巻立てコンクリート４を設けた状態の橋脚２に対し、まず図３（ｂ）に示すように巻立てコンクリート４および軸方向鉄筋４１の下部をスリット状に切断して切断部４３を形成する。

図４（ａ）は橋脚２とその周囲の巻立てコンクリート４の水平断面を示す図である。図４（ａ）に示すように、軸方向鉄筋４１は、橋脚２の周方向に間隔を空けて複数配置され、巻立てコンクリート４の全周に亘って設けられる。上記した図３（ｂ）の工程では、切断部４３が、図４（ｂ）に示すように巻立てコンクリート４の全周に亘って形成される。なお図４（ｂ）の符号４１１は、軸方向鉄筋４１の切断面を示したものである。

切断部４３の形成には、例えば巻立てコンクリート４の各辺に設けたレール上を自走するカッター等を用いることができるが、これに限らない。また軸方向鉄筋４１が切断されたかどうかを、切断部４３内に挿入したファイバスコープを用いて確認することも可能である。

このように切断部４３を形成した後、図３（ｃ）に示すように、スリット状の切断部４３に固化材４４を充填し、フーチング３上に補強筋（不図示）等を配置してコンクリートを打設することで、図２等に示すように増厚部５を形成する。以上の手順により、補強構造１による補強が行われる。

本実施形態の補強構造１によれば、巻立てコンクリート４を有する橋脚２のフーチング３を増厚することで基礎の補強を行う際に、巻立てコンクリート４内の軸方向鉄筋４１の下部を切断する。これにより、切断部４３以深の部分がフーチング３の増厚部５内での定着構造とならず、橋脚２の基部（増厚部５の上面位置の断面）の耐力が大きくなりすぎるのを防止できる。

結果、橋脚２の段落とし部等が先行降伏する望ましくない破壊形態になるのを防ぎ、段落とし部等に追加の補強が必要となるのを回避できる。あるいは、仮に追加の補強が必要な場合でも、軽度な構成で済み施工が困難となることが無い。

また本実施形態の切断部４３は、軸方向鉄筋４１を巻立てコンクリート４とともにスリット状に切断したものであり、カッター等により容易に形成できる。また切断部４３に固化材４４を充填することで、切断部４３が曲げ圧縮等に対して不安定な挙動をとるのを防ぐことができる。

また本実施形態では、軸方向鉄筋４１が元々フーチング３に定着されていないため、軸方向鉄筋４１が非定着であるという状態はフーチング３の増厚前後で変わらない。そのため、フーチング３の増厚前後で橋脚２の基部耐力が変化するのを防止することができ、橋脚２の基部耐力を、橋脚２の新築時の基部（フーチング３の上面位置の断面）からほぼ変わらないものとできる。

しかしながら、本発明は以上の実施形態に限定されない。例えば本実施形態の切断部４３は、増厚部５の上面より深い位置にあり、切断部４３が外気に触れるのを防止し、補強構造１の切断部４３からの劣化を防止することができるが、図５（ａ）に示すように、切断部４３は、巻立てコンクリート４の下部において、増厚部５の上面より高い位置にあってもよい。この場合、増厚部５を形成した後で、巻立てコンクリート４に切断部４３を形成することができる。

また切断部４３の形成方法も前記に限らず、巻立てコンクリート４を斫り出して軸方向鉄筋４１をガス切断してもよいし、図５（ｂ）の切断部４３ａに示すように、巻立てコンクリート４の下部を取り去るとともに、軸方向鉄筋４１の下部を切断、撤去してもよい。また巻立てコンクリート４内の一部の軸方向鉄筋４１のみ切断を行うこととしてもよい。

また図６（ａ）に示すように、切断部４３は、橋脚２側に行くにつれ低くなるように、水平方向に対して斜めに形成してもよく、固化材４４の流動性を向上させることができる。図６（ａ）の例では、切断部４３が、巻立てコンクリート４の厚さ方向において、巻立てコンクリート４の外側の表面から、軸方向鉄筋４１と橋脚２の間の位置まで達するように形成される。切断部４３の傾斜角は例えば15°程度とするが、これに限らない。

図７は切断部４３の外側の開口の高さにおける巻立てコンクリート４の水平断面を示す図である。図７に示すように、切断部４３は巻立てコンクリート４の全周に亘って形成されるが、巻立てコンクリート４の周方向の一部では、固化材４４の注入孔４３１と排出孔４３２が切断部４３に形成される。

図６（ｂ）は、注入孔４３１について図６（ａ）と同様の断面を示したものである。注入孔４３１は円形断面を有する孔であり、その直径は例えば20mm程度と、切断部４３の厚さ（例えば5mm程度）よりも大きくする。注入孔４３１は、巻立てコンクリート４をハンマードリル等で削孔することにより形成できる。注入孔４３１は、注入孔４３１の橋脚２側の端部の位置が切断部４３の橋脚２側の端部の位置と一致するように、切断部４３と同じ高さ、同じ傾斜で設けられる。排出孔４３２も注入孔４３１と同様に形成される。図７の例では、巻立てコンクリート４のロの字状の断面の対角線上の一対の隅部に当たる位置で注入孔４３１が設けられ、別の対角線上の一対の隅部に当たる位置で排出孔４３２が設けられる。

固化材４４の充填時は、図８（ａ）に示すように、切断部４３の外側の開口（注入孔４３１と排出孔４３２に当たる位置を除く）を帯状のシール４５によって塞ぎ、注入孔４３１に固化材４４の注入用のノズル４６の先端を差し込んで、所定の注入圧をかけて固化材４４を注入孔４３１から注入する。固化材４４は注入孔４３１内を流下し、その後切断部４３内へと流れ、図８（ｂ）に示すように、固化材４４が切断部４３の橋脚２側の端部から外側の開口に向かって順に充填されてゆく。これに伴い、切断部４３内の空気は排出孔４３２から排出され、最終的に固化材４４が排出孔４３２から排出されたことを確認し、固化材４４の充填作業を終了する。これにより、固化材４４の充填を容易且つ確実に行うことができる。

固化材４４がスムーズに流動し、切断部４３に充填されるよう、固化材４４には粘度の低いものを用いることが望ましい。例えば固化材４４としてモルタルを用いる場合、粘度について、土木学会規準JSCE－F531－2018によるJP漏斗時間（秒）が3.5（秒）以上40（秒）以下となるようにし、樹脂を用いる場合、JIS A 6024：2015で規定される粘度（mPa・s）が100（mPa・s）以上10000（mPa・s）以下となるようにする。

なお、シール４５（型枠）としては例えばガムテープなどを用いることができるが、固化材４４から作用する圧力等に応じて、鋼板を型枠として用いてもよい。また型枠を透明のものとして固化材４４の充填状況が外部から視認できるようにしてもよい。

また図９に示すように、切断部４３に巻立てコンクリート４の周方向の高低差を付けても良く、固化材４４を確実に充填できるようになる。この場合、注入孔４３１はより低い位置に、排出孔４３２はより高い位置に設ける。図５（ａ）のように切断部４３を水平に形成する場合も、同様の高低差を付けることは可能である。

また橋脚２の形状、構成等も特に限定されない。例えば橋脚２は、図４のような矩形平面に限らず、円形平面や小判形平面としてもよい。この場合も、前記の巻立てコンクリート４や切断部４３は橋脚２を取り囲むように環状に形成され、切断部４３を形成する際にワイヤーソー等を用いることもできる。

さらに、補強構造１の適用対象が橋脚２に限ることもなく、補強構造１は各種の柱部材の補強に適用することが可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：補強構造
２：橋脚
３：フーチング
４：巻立てコンクリート
５：増厚部
４１：軸方向鉄筋
４３、４３ａ：切断部
４４：固化材
４３１：注入孔
４３２：排出孔

Claims (5)

1. フーチングを基礎として設けられた柱部材の補強構造であって、
   前記柱部材の周囲に、既設の巻立てコンクリートが設けられ、
   前記巻立てコンクリートの内部に、前記柱部材の軸方向に沿った軸方向鉄筋が埋設され、
   前記フーチングの増厚部が、前記巻立てコンクリートを囲むように、前記フーチングの上で、前記巻立てコンクリートの下部に当たる高さに設けられ、
   前記巻立てコンクリートの下部において、前記軸方向鉄筋を切断した切断部が設けられ、
   前記切断部は、前記巻立てコンクリートの外から前記軸方向鉄筋を前記巻立てコンクリートとともにスリット状に切断したものであり、
   前記切断部が固化材で充填されたことを特徴とする補強構造。
2. 前記切断部は、前記柱部材側に行くにつれ低くなるように、前記巻立てコンクリートの全周に亘って水平方向に対して斜めに形成され、
   前記切断部の前記巻立てコンクリートの周方向の一部で、前記切断部に前記固化材を注入するための注入孔と、前記固化材を排出するための排出孔が形成されたことを特徴とする請求項１記載の補強構造。
3. 前記切断部は、前記増厚部の上面より深い位置にあることを特徴とする請求項１記載の補強構造。
4. 前記軸方向鉄筋は、前記増厚部の下に位置する前記フーチングに定着されていないことを特徴とする請求項１記載の補強構造。
5. フーチングを基礎として設けられた柱部材の前記基礎を補強する補強方法であって、
   前記柱部材の周囲に、既設の巻立てコンクリートが設けられ、
   前記巻立てコンクリートの内部に、前記柱部材の軸方向に沿った軸方向鉄筋が埋設され、
   前記フーチングの増厚部を、前記巻立てコンクリートを囲むように、前記フーチングの上で、前記巻立てコンクリートの下部に当たる高さに形成する工程を有し、
   前記巻立てコンクリートの下部において、前記軸方向鉄筋を切断し、切断部を形成し、
   前記切断部は、前記巻立てコンクリートの外から前記軸方向鉄筋を前記巻立てコンクリートとともにスリット状に切断したものであり、
   前記切断部を固化材で充填することを特徴とする補強方法。

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