JP3975240B2

JP3975240B2 - 高構造物の改修方法

Info

Publication number: JP3975240B2
Application number: JP2002134597A
Authority: JP
Inventors: 安田勲; 江口元男; 坂本全布
Original assignee: 成和リニューアルワークス株式会社
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: JP2003328319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリートや鋼材などで構築した橋脚、柱、タンク又は煙突などの高構造物の劣化による強度低下の回復、劣化の進行防止、耐震補強等、高構造物の補修、補強、機能向上工事によって構築する高構造物の改修方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物や鋼製構造物は、種々の材料的・構造的な要因により経年劣化が生じ、ひび割れが発生して内部の鉄筋が腐食したり、腐食により断面欠損などを生じて構造耐力が低下したりするため、必要に応じて補修、補強等の改修をおこなう必要がある。従来、上下方向に連続した平面を有する橋脚、柱、タンク又は煙突などの高構造物の改修は、地上から高構造物と同じ高さの大掛かりな足場を組んだり、不安定な移動足場を使用したりしておこなっていた。特に、水中に設置した橋脚ａなどを改修するには、止水矢板ｃなどを設置して仮締切りをおこない、ドライな状態にして改修工事をおこなう必要があった（図７参照）。また、従来の改修方法には、プレキャストコンクリート版を設置する方法、鋼板等を設置する方法、炭素繊維等の化学繊維シートを巻き付ける方法、モルタルを吹き付ける方法、化学材料を塗布する方法などが実施されていた。特に、鋼材の防食方法としては、塗覆装方法が多用され、塗装、有機ライニング、無機ライニングなどがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の高構造物の改修方法には以下のような問題点がある。
＜イ＞高構造物の改修には、通常、大規模な足場を設ける必要がある。特に、水中に設置されている高構造物を改修するには、仮締切りをおこなうなど付帯する工事が大掛かりとなり、多大な費用及び工期がかかる。また、高層足場や仮締切りは、風雨や波浪の影響を受けるため、安全対策を慎重におこなう必要があるうえに作業時間が制限される可能性が高い。
＜ロ＞上記した方法による場合は仮設構造物の撤去が必要なため、工期が長期化する原因となる。
＜ハ＞プレキャストコンクリート版を設置する方法や鋼板等を設置する方法では、通常、同じ厚さの板材を突き合わせて接合する。このため、接合部が弱部となり易く、補強板などで補強する場合は、他の部分より接合部の壁厚が厚くなって突出するため、改修前は平面であった高構造物の外周を平面に維持することができない。
＜ニ＞塗覆装による防食方法では、鋼材の表面の浮き錆びや貝類などの付着物をはつり取って、表面を平滑にした後に塗装などを塗布する必要がある。このため、下地作業に非常に手間と時間がかかる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、大規模な足場や締切り工事を必要としない高構造物の改修方法を提供することを目的とする。また、高構造物の改修の目的に合致した品質を容易に確保できる高構造物の改修方法を提供することを目的とする。また、安全性の高い作業が確保でき、気象の変化によって作業時間の制限を受け難い高構造物の改修方法を提供することを目的とする。さらに、接合部が弱部とならず、改修した高構造物の外周を平面に維持できる高構造物の改修方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の高構造物の改修方法は、上記したいずれかの高構造物の改修構造を構築する高構造物の改修方法において、所定の位置で高構造物の外周を１段目の構造パネルで囲繞した後に、１段目の構造パネルを高構造物に沿って下方又は上方に移動させ、移動した１段目の構造パネルの上端又は下端に別の構造パネルを接合することで高構造物の外周を囲繞する２段目の構造パネルを構築し、１段目の構造パネル及び２段目の構造パネルを下方又は上方に移動させ、上記同様に構造パネルの構築と移動を繰り返して所定の段数の構造パネルで高構造物を覆った後に、最下段に配置される構造パネルの内周に可撓性チューブを取り付け、最下段の構造パネルが所定の位置に配置された後に、前記可撓性チューブに繋がれた注入ホースから接合材を注入することによって最下段の構造パネルの内面と高構造物の間隙を閉塞し、さらに注入ホースから接合材を注入することによって前記可撓性チューブに設けた圧力弁を開放して、高構造物と構造パネルの間に接合材を充填することもできる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００７】
＜イ＞構造パネル
構造パネル２は、基本パネルと補強層２１３と接着剤とで構成する。構造パネル２は、補強層２１３を２枚の基本パネルで挟み、接着剤で一体化して形成する。補強層２１３を挟む基本パネルには、それぞれに異なる材料を使用することができる。また、基本パネルは複数のパネルを重ね合わせて形成することもできる。基本パネルは、補強層２１３を保護し、構造パネル２の剛性を上げるために使用する板材である。基本パネルには、高強度コンクリート、繊維補強コンクリート、フレキシブルボード、ポリオレフィン系繊維補強パネル等をなどが使用できる。高強度コンクリートなどのセメント系材料（コンクリートやモルタルなど）を使用すれば、基本パネルを容易に任意の形状に成形することができる。このため、高構造物１が曲面を有する形状であっても、適合する構造パネル２を容易に成形することができる。例えば、水とプレミックスセメント及び細骨材、ポリオレフィン系繊維、高性能減水剤などを混合した高強度高流動セメント系材料が使用できる。
【０００８】
フレキシブルボードは、セメント、有機繊維（パルプ）を主成分としており、それらを混練した後、ロール状に成形し、脱水プレスしたものである。この高強度のフレキシブルボードは、周知の製品を使用することができ、入手が容易なものは、厚さ３ｍｍ〜６ｍｍの規格の製品である。フレキシブルボードは、工場において容易に製造可能であり製品の品質が安定しており、曲げ強度が３０（Ｎ／ｍｍ²）以上と大きく、表面にひび割れが発生しない、不燃性を有するなどの耐久性からみた利点がある。さらに、曲げ加工等が容易にでき、曲率に応じて、所望の形状に成形が可能であること、比重が１．６〜１．８と軽いため作業性や運搬が容易であることなどの施工性からみた利点もある。
【０００９】
ポリオレフィン系繊維補強パネルは、ポリオレフィン系補強繊維と、セメントと、有機繊維とを混合して成形したパネルである。ここで、有機繊維としてはパルプ等を使用する。ポリオレフィン系繊維補強パネルは、厚さ３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の製品で、通常のプレキャストコンクリート版に比べて非常に薄くて軽い。このため、パネル１枚当たりの大きさを大きくすることができ、施工性に富む。また、曲げ加工などの成形が容易にできる。
【００１０】
ポリオレフィン系補強繊維は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等のポリオレフィン系材料からなる繊維材料である。この中でも、特にポリプロピレンを原料として使用したポリオレフィン系補強繊維が好適である。ポリオレフィン系補強繊維は、例えば６〜３０ｍｍ程度の長さに形成して短繊維として使用する。また、ポリオレフィン系補強繊維の表面には、特殊なエンボス加工を施して凹凸状にする。この結果、セメントからの抜けが起こりにくくなり、パネルの曲げタフネス（粘り強さ）が向上する。さらに、ポリオレフィン系補強繊維の表面形状には親水処理を施し、セメントマトリックスとの界面接着力を大きくする。ポリプロピレンは、未処理のままでは表面が水となじまない疎水性であるため、親水処理を施すことでパネルの強度やタフネスを向上させることができる。ポリオレフィン系補強繊維の引張り強度は４００〜４８０（Ｎ／ｍｍ²）あり、パネルの強度特性や諸物性を改良することができる。ポリプロピレンを原料としたポリオレフィン系補強繊維は、耐アルカリ性に優れ、錆びないだけでなく、燃焼時において窒素、硫黄、塩素系の有害ガスを発生させることがない。さらに、比重が０．９１と軽いため、パネルを軽量化することができる。
【００１１】
＜ロ＞単位パネル及び接続パネル
単位パネル２１は構造パネル２を構成するパネルである。複数の単位パネル２１を接合して構造パネル２を構築する。単位パネル２１は、２枚の基本パネルとその間に挟んだ補強層２１３からなり、高構造物側に配置する基本パネルを内側パネル２１１、外周に配置する基本パネルを外側パネル２１２という。内側パネル２１１の両端は、外側パネル２１２より突出している（図３参照）。構造パネル２を構築する際には、隣接する内側パネル２１１同士を接合する。内側パネル２１１同士の接合は、公知の接合継手を介したものであっても良い。そして、単位パネル２１，２１を接合したときに発生する外側パネル２１２，２１２間の隙間に設置する基本パネルが接続パネル２２である。接続パネル２２の内側には必要に応じて補強層２１３を貼り付けておいてもよい。この接続方法によれば、接続パネル２２によって単位パネル２１，２１間の接合部を覆うので、構造パネル２を強固に一体化して構築できる。
【００１２】
＜ハ＞補強層
補強層２１３は、構造パネル２の強度を上げるために配置するシート状又は板状の材料である。補強層２１３には、例えば炭素繊維シート、アラミド繊維シート、ポリエチレン繊維シート、ポリプロピレン繊維シート、ガラス繊維シート、ビニロン繊維シート等が使用できる。ここで、各種繊維シートは、公知の単一配向シート、単一配向シートを合板のように交互に積層したもの、クロス状のもの等を使用することができる。補強層２１３として各種繊維シートを使用する場合は、接着剤を含浸させるため、少なくとも接着剤が浸透するような材質又は織り方である必要がある。ここで、含浸とは、多孔性物体（繊維シート）の改質のために空隙中に液状物質（接着剤）を浸入させることをいう。接着剤の含浸は、単位パネル２１や接続パネル２２を製造する前に予め行っておいても、製造中に行ってもよい。
【００１３】
ここで炭素繊維シートは、比重が１．７〜１．８と軽量であり、錆びない特性を有するとともに、繊維方向では、鉄筋の約５倍〜６倍である５０００〜６０００（Ｎ／ｍｍ²）という大きな引張強度を有している。そのため、強度の高い基本パネルの間に、炭素繊維シートを配置することにより、薄膜で鉄筋コンクリートと同等以上の構造耐力を得ることができる。なお、補強層２１３は上記したシートを複数枚重ねて形成することもできる。
【００１４】
＜ニ＞接着剤
接着剤は、基本パネルと補強層２１３、補強層２１３と接続パネル２２とを強固に接合して、一体成形できる材料であればどのような種類のものを用いてもよいが、接着強度や作業性の点から、エポキシ樹脂が好ましい。なお、その他の接着剤としては、酢酸ビニル樹脂系、ＥＶＡ系（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂系）、アクリル樹脂系等の樹脂系接着剤や、クロロプレンゴム系、スチレン・ブタジエンゴム系等のゴム系接着剤や、セメント系、石膏系等の水・気硬性接着剤を用いることも可能である。
【００１５】
＜ホ＞接合材
接合材３は、構造パネル２と高構造物１の間に介在させて両者を一体化する材料である。一体化できる材料であればどのような種類のものを用いてもよいが、接着強度や作業性の点から、高強度無収縮モルタルが好ましい。なお、その他の接合材３としては、エポキシ樹脂、ＥＶＡ系（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂系）、高分子樹脂系、酢酸ビニル樹脂系、シリコーン系、アクリル樹脂系等の樹脂系接着剤や、クロロプレンゴム系、スチレン・ブタジエンゴム系等のゴム系接着剤や、セメント系、石膏系等の水・気硬性接着剤を用いることも可能である。
【００１６】
本発明の高構造物の改修方法は、コンクリートや鋼材などで構築した橋脚１ａ、鋼管杭１ｂ、柱、タンク又は煙突などの上下方向に連続した平面を有する高構造物１を改修する場合に適している。以下、図面を参照しながら橋脚１ａ及び桟橋５２を支持する鋼管杭１ｂ本の改修方法について説明する。
【００１７】
＜イ＞橋脚を改修する方法（図１，２）
水中に構築した橋脚１ａを水上で改修する場合、構造パネル２を構築するための足場を確保する必要がある。足場は、橋桁５１から吊り下げた吊り足場６２であっても、水上に浮かべた船舶を利用してもよい。いずれにしても本発明では、高構造物１の高さに比べて小規模な足場を用意するだけでよい。まず、必要に応じて橋脚１ａの表面の劣化部分を取り除き、所定の位置で１段目の構造パネル２を組み立てる。構造パネル２の組み立ては、単位パネル２１の設置及び接合、接続パネル２２の取り付けの順におこなう（図２上半図参照）。単位パネル２１の内側パネル２１１の内面には必要に応じて間隔保持材４を取り付けておく。１段目の構造パネル２の組み立てが終了した後に、１段目の構造パネル２をパネルの高さ分だけ吊り下げる。構造パネル２の移動は、クレーン等で吊り下げておこなうことも、予め取り付けた公知の移動用レールなどを使用しておこなうこともできる。そして、１段目の構造パネル２の上端に単位パネル２１を接合して２段目の構造パネル２を構築する。１段目と２段目の構造パネル２の接合には、公知の接合継手や単位パネル２１間を接続した接続パネル２２を使用する方法を採用することができる。接続パネル２２を使用する場合には、単位パネル２１の上下端においても内側パネル２１１を外側パネル２１２から突出させておく。そして、所定の段数分、構造パネル２の組み立てと、移動を繰り返す。すべての構造パネル２の構築と移動が終了した後に、最下段の構造パネル２の下端部を閉塞する。橋脚１ａの構造によっては、構造パネル２を橋脚１ａの底版上に載せるだけで閉塞できる場合もある。底版上が地盤に埋もれている場合は、予め洗浄や水中掘削などして底版を露出させておけばよい。また、潜水作業などで構造パネル２の外側から下端のシール作業をおこなうこともできる。最後に、構造パネル２と橋脚１ａの間に接合材３を充填する（図２下半図参照）。水中では構造パネル２の外側から水圧が作用して、接合材３の充填圧に対抗することができるので、特別に補強しなくとも接合材３を充填することができる。内側パネル２１１の橋脚１ａ側の面には、必要に応じてジベルなどの突起物を取り付けて、付着力を増加させることもできる。
【００１８】
＜ロ＞鋼管杭を改修する方法（図４，５）
海上の桟橋５２などを支持する鋼管杭１ｂを、防食等を目的として改修する方法について説明する。この場合も、上記した橋脚１ａの改修と同様に、吊り足場６２などの簡単な足場を使用するだけで改修をおこなうことができる。上記と同様にして１段目の構造パネル２ａから順に組み立てと移動を繰り返し、複数段の構造パネル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを構築する（図４参照）。各段間の接合は、環状に組み立てられたジョイント突起２１４や接続パネル２２を使用しておこなう（図５参照）。また、構造パネル２は薄肉となる場合が多いため、必要に応じて補強リング２１５などを設けておくこともできる。構造パネル２の移動は、例えば吊りワイヤ６１などを使用しておこなう。
【００１９】
最下段に配置される１段目の構造パネル２ａの下部には可撓性チューブ４を取り付けておく。可撓性チューブ４は最後の移動が終わるまでは萎んだ状態にしておき、構造パネル２の移動の障害にならないようにしておくのが好ましい。構造パネル２の構築が終了した後に、注入ホース３１により接合材３を可撓性チューブ４に充填して、最下段の構造パネル２ａの内面と鋼管杭１ｂの間の間隙を閉塞する。
【００２０】
可撓性チューブ４には、例えば接合材３を吐出する吐出口４１と、吐出口４１を覆う圧力弁４２を設けておく。圧力弁４２は、例えば切欠き部のある環状の帯材で、可撓性チューブ４が膨張して、内部圧力が高まると接合材３の圧力によって押し上げられ、接合材３が圧力弁４２の両脇から流れ出る（図６参照）。そして、注入が終わると、接合材３の重みで圧力弁４２が押し下げられ、吐出口４１が閉じる。可撓性チューブ４の鋼管杭１ｂ側の面には緩衝材４３を貼り付けておけば、可撓性チューブ４が膨張したときの保護材の役目を果たす。可撓性チューブ４には、注入ホース３１を接続しておき、水上から接合材３の注入がおこなえるようにしておくのが好ましい（図４参照）。
【００２１】
＜ハ＞その他の実施例
上記した説明では、水上で組み立てた構造パネル２を水中に降下させる例について説明したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。例えば、煙突や渓谷に設置された高さのある橋脚等を改修する場合に、地上で構造パネル２を組み立てて、順次、上方に上昇させることもできる。そして、すべての構造パネル２の構築が完了した後に、接合材３を下方又は上方から充填する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の高構造物の改修構造及び高構造物の改修方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞大規模な足場や締切り工事を必要としない。このため、短期間かつ経済的に高構造物の改修をおこなうことができる。また、安全な場所で作業をおこなうことができる。
＜ロ＞工場生産された高品質のパネルが使用できるので、現場での作業は最小限となり、高品質な高構造物の改修構造を構築することができる。
＜ハ＞内側に設置した単位パネルの接合部を接続パネルで塞ぐため、接合部を平面に形成できるうえに、接合部が弱部にならない。
＜ニ＞複合構造のパネルを使用するため、必要とされる強度、形状又は使用環境に応じて、強度及び材料を自由に調整できる。
＜ホ＞一定の場所で構造パネルを構築し、高さ方向に構築した構造パネルを移動させるだけなので、高構造物に合わせて高層足場を構築したり、高構造物に沿って足場を移動させたりする必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高構造物の改修方法の実施例の説明図。
【図２】高構造物の改修方法を上半分に、高構造物の改修構造を下半分に示した断面図。
【図３】単位パネルを接続する実施例の説明図。
【図４】桟橋の鋼管杭の改修方法の実施例の説明図。
【図５】鋼管杭の改修方法の実施例の断面図。
【図６】切断した可撓性チューブの実施例の斜視図。
【図７】従来の橋脚の改修方法の実施例の説明図。
【符号の説明】
１・・・高構造物
２・・・構造パネル
２１・・単位パネル
２１１・内側パネル
２１２・外側パネル
２１３・補強層
２２・・接続パネル
３・・・接合材
３１・・注入ホース
４・・・可撓性チューブ
４２・・圧力弁

Claims

所定の位置で高構造物の外周を１段目の構造パネルで囲繞した後に、
１段目の構造パネルを高構造物に沿って下方又は上方に移動させ、
移動した１段目の構造パネルの上端又は下端に別の構造パネルを接合することで高構造物の外周を囲繞する２段目の構造パネルを構築し、
１段目の構造パネル及び２段目の構造パネルを下方又は上方に移動させ、
上記同様に構造パネルの構築と移動を繰り返して所定の段数の構造パネルで高構造物を覆った後に、
最下段に配置される構造パネルの内周に可撓性チューブを取り付け、
最下段の構造パネルが所定の位置に配置された後に、前記可撓性チューブに繋がれた注入ホースから接合材を注入することによって最下段の構造パネルの内面と高構造物の間隙を閉塞し、
さらに注入ホースから接合材を注入することによって前記可撓性チューブに設けた圧力弁を開放して、高構造物と構造パネルの間に接合材を充填することを特徴とする、高構造物の改修方法。