JP5136589B2 - 水中構造物の補強梁と補強工法 - Google Patents
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Description
上記の下部構造物である杭は一般に、海底あるいは湖底といった地盤に複数本の杭群を鉛直方向に打ち込んで構築される。また、上記の上部構造物は一般に、これら杭群の上端部に梁を複数本架設し、これら梁群の間に床板を張り渡して構築される。
・腐食による杭の減厚による水中構造物の耐力の低下
・上載加重の増大への対応
・耐震性能の向上
特に、過去に設置された杭式桟橋等の水中構造物の多くは、近年、想定されるようになった大地震に耐えるための設計はなされておらず、将来、大地震によって水中構造物が損傷を受ける可能性が高く、そのような事態に至ると社会機能に大きな影響を与えることになる。また、地震後における社会機能の迅速な回復のために水中構造物は人員及び物資の輸送において非常に重要な機能を果たす。
このため、今後発生が予想される大地震に対する対策として、既設の杭式桟橋等の水中構造物を耐震補強する必要性が高まっている。
そして、上記の補強のための施工方法として従来から多くの提案がなされている。
しかしながら、上記のいずれの方法も補強部材を現地杭にアジャストさせる観点からみると施工性が良いとは言えなかった。
また、従来の杭に格点を設けそれをストラットあるいはブレース部材で結ぶ補強方法は基本的には軸力を伝える機能を有し、それらを複数配置して海中部の杭をつなぎ合わせて補強するものであり、補強効果は高いが部材数が多くなるという問題があった。
すなわち、本発明は以下に記載する通りの水中構造物を補強するための補強梁及びこれを用いた補強工法である。
(2)第1杭連結部及び第2杭連結部の内壁の上端部及び下端部に、又は上端部のみに前記内壁と杭との間を塞ぐ塞ぎ板を設けたことを特徴とする(1)に記載の補強梁。
(3)前記補強梁の梁高は杭の直径以上の寸法であることを特徴とする(1)又は(2)に記載の補強梁。
(4)前記第1杭連結部及び第2杭連結部の前面の壁体が補強梁本体に対してヒンジによって開閉可能な蓋部を構成していることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の補強梁。
(5)前記蓋部の閉合が蓋部を補強梁本体に対してボルト締めすることによって行われるようになっていることを特徴とする(4)に記載の補強梁。
(6)前記第1杭連結部及び第2杭連結部のそれぞれは二つの部分に分割されてヒンジを介して連結されて、一方の分割部分が他方の分割部分を備えた補強梁本体に対して開閉可能な蓋部と成っており、蓋部の閉合が蓋部及び補強梁本体の夫々に設けたかみ合わせ継手の係止片を係合させることによって行われるようになっていることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の補強梁。
(7)前記第1杭連結部及び第2杭連結部の内壁面にグラウトのずれ止め用のアンカー部材が設けられていることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の補強梁。
(8)水中の地盤に下端部が埋設された複数の杭と、前記複数の杭によって支持された上部構造体とを有する水中構造物を補強する補強工法において、
(1)〜(7)のいずれかに記載の補強梁を水面に浮遊させる工程、
補強梁を取り付けようとする二つの杭の位置に補強梁を誘導する工程、
補強梁の杭連結部の壁面によって杭を包囲する工程、
杭連結部の蓋部を閉合する工程、
及び
杭と杭連結部との取り合い部にグラウトを注入して補強梁と杭とを一体化する工程、
を有することを特徴とする補強工法。
(9)補強梁の浮力函部に液体を注入して補強梁を所定の深さに沈降させる工程を含むことを特徴とする(8)に記載の補強工法。
(10)杭に支持材を取り付けておき、この支持材によって補強梁を支持することを特徴とする(8)又は(9)に記載の補強工法。
(11)補強梁を誘導するための複数本のワイヤを補強梁に取り付けて、ワイヤを操作することにより補強梁を所定の位置に誘導することを特徴とする(8)〜(10)のいずれかに記載の補強工法。
(12)補強梁として、第1杭連結部及び第2杭連結部の上端部のみに塞ぎ板を設けた補強梁を用い、前記支持材が下端部の塞ぎ板を兼ねるようにしたことを特徴とする(10)又は(111)に記載の補強工法。
(13)(1)〜(7)のいずれかに記載の補強梁によって補強したことを特徴とする水中構造物。
(14)補強梁の浮力函部に固体材料を充填することにより水中構造物の固有周期を変えたこと特徴とする(13)に記載の水中構造物。
図1に示すように本発明の補強梁1の高さ(梁高)は杭11の直径よりも大きな寸法とし、その梁高を杭の直径よりも大きくすると共に補強梁を水面下の浅い杭部分に取り付けることが補強効果を高める点から好ましい。図1に示したものでは杭径が1200mmφの杭に対して補強梁は梁高さ2000mm、梁幅1500mmとしている。
前記塞ぎ板9は後述するように支持材が塞ぎ板を兼ねるようにする場合には、第1及び第2杭連結部の内壁の上端部のみに設けるようにしても良い。
なお、本願明細書では補強梁と杭とを一体化するためにグラウトを用いる場合について説明しているが、グラウトの代わりにコンクリートを用いても良い。
図3(a)に示した例では支持材12は、4分割された受け材17と複数の支持板13とからなり、各受け材17と各支持板13は、補強梁1の施工前に水中溶接又はボルトによって杭11に取り付けておく。支持材12は補強梁の鉛直方向の位置決めをすると共に、グラウト打設時の荷重を一時的に支持する機能を有する。図3(b)は図3(a)の支持材12の上面図である。図3(c)に示すように、受け材17の上面にはグラウトシール10を取り付けておき、グラウト打設時に塞ぎ板9と支持材12との間をシールしてグラウトが漏れるのを防ぐ。
施工後の補強梁は、引張り力に対してはボルトが抵抗し、補強梁が受ける圧縮力に対してはグラウトが抵抗する。
図5に示すものは第1杭連結部及び第2杭連結部をそれぞれ二つに分割した構造を有し、補強梁本体部20に対して蓋部21を開閉可能な構造としたものである。図5(a)、(b)は補強梁の全体構成を示す図であり、補強梁1は浮力函部4、第1杭連結部5及び第2杭連結部6からなっており、浮力函部4と杭連結部5、6の一部が補強梁本体部20を構成し、杭連結部5、6の残部が蓋部21を構成し、補強梁本体部20と蓋部21とはヒンジ(ロッド)継手23によって連結され、このヒンジ(ロッド)継手によって蓋部21が補強梁本体部20に対して開閉自在となっている。補強梁本体20と蓋部21との突き合わせ部にはかみ合わせ継手が設けられており、蓋部21はかみ合わせ継手22によって補強梁本体20に対して閉合可能となっている。
図5(b)は蓋部21が閉合した状態を示したものであり、かみ合わせ継手部22は図5(c)に示すように補強梁1の高さ方向に設けられる
図6(a)は蓋部21を補強梁本体部20に向かって押し込む状態を示したものであり、補強梁本体部及び蓋部のそれぞれに係止片25が設けられている。
図6(b)は補強梁本体部20に向かって蓋部21を押し込んだ結果、蓋部21の係止片25が落下した状態を示している。
この状態で杭取り合い部にグラウトが注入されると杭連結部のグラウトによる内圧によって図6(c)に示すように蓋部21が後進して蓋部21の係止片25と補強梁本体部20の係止片25とが噛み合った状態となり、その後グラウトが固化する。
図6(d)は固化が完了してかみ合い継手22が強固に固定された状態を示している。この状態では引張り力に対してはかみ合い継手22が抵抗し、圧縮力に対してはグラウトが抵抗する。
また、蓋部21の継手部が本体の継手部に進入しやすいように図6(e)に示すように、継手の先端部にテーパーを設けることが好ましい。
図7(a)はストラット壁面にスタッドを設けたものであり、図7(b)はストラット壁面に棒鋼を溶接で固定したものであり、図7(c)はストラット壁面に溶接ビードを形成したものである。
図7は補強梁を杭に取り付ける位置を決めると共にグラウト打設時に補強梁の荷重を一時的に支持するための支持材を水中溶接又はボルトによって取り付ける工程を示す図であり、図7(a)は正面図、図7(b)は平面図である。
図11は蓋部を閉合する状態を示しており、図12は蓋部を閉合しボルトを締結して蓋部の閉合を完了した状態を示している。
なお、支持体の位置を適宜に調節することにより、補強梁の一部が水面上に現れるようにしても良いし、補強梁を更に深い位置で杭に取り付けてもよいが、図13に示すように水面下の浅い位置に取り付けることにより高い補強効果が得られる。
また、地震の際には地盤は揺れの周期の特性(地震卓越周期)を示すが、補強梁によって水中構造物の杭を補強すると共に、補強梁の浮力函部内に重量のある固形材料(例えばコンクリート、礫等)を施工して水中構造物の重量付けを行い、水中構造物の固有周期を変えて地震卓越周期から水中構造物の固有周期を離すことによって耐震性を向上することができる。
2 壁体
3 仕切壁
4 浮力函部(中央区画部)
5 第1杭連結部(第1区画部)
6 第2杭連結部(第2区画部)
7 ヒンジ
8 蓋部
9 塞ぎ板
10 グラウトシール
11,11’ 杭(既設杭)
12 支持材
13 支持板
14 底板
15 頂板
16 端部部材
17 受け材
20 補強梁本体部
21 蓋部
22 かみ合わせ継手
23 ヒンジ(ロッド)継手
24 杭取り合い部
25 係止片
26 ワイヤ
27 ウインチ
Claims (14)
- 水中の地盤に下端部が埋設された複数の杭と、前記複数の杭によって支持された上部構造体とを有する水中構造物の補強を行うために杭に取り付けられる補強梁であって、該補強梁は前、後、左及び右の各側面を形成する4つの壁体と、該壁体によって形成される内部空間を中央区画部と左右の第1区画部及び第2区画部とに分ける二つの仕切壁と、中央区画部の底板又は底板及び頂板とからなり、中央区画部は浮力函部を構成し、第1区画部及び第2区画部は壁体の一部が補強梁本体に対して開閉可能な蓋部を形成しており、第1区画部及び第2区画部が杭の鉛直方向の一部を包囲して杭に取り付け可能な第1杭連結部及び第2杭連結部を構成していることを特徴とする補強梁。
- 第1杭連結部及び第2杭連結部の内壁の上端部及び下端部に、又は上端部のみに前記内壁と杭との間を塞ぐ塞ぎ板を設けたことを特徴とする請求項1に記載の補強梁。
- 前記補強梁の梁高は杭の直径以上の寸法であることを特徴とする請求項1又は2に記載の補強梁。
- 前記第1杭連結部及び第2杭連結部の前面の壁体が補強梁本体に対してヒンジによって開閉可能な蓋部を構成していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の補強梁。
- 前記蓋部の閉合が蓋部を補強梁本体に対してボルト締めすることによって行われるようになっていることを特徴とする請求項4に記載の補強梁。
- 前記第1杭連結部及び第2杭連結部のそれぞれは二つの部分に分割されてヒンジを介して連結されて、一方の分割部分が他方の分割部分を備えた補強梁本体に対して開閉可能な蓋部と成っており、蓋部の閉合が蓋部及び補強梁本体の夫々に設けたかみ合わせ継手の係止片を係合させることによって行われるようになっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の補強梁。
- 前記第1杭連結部及び第2杭連結部の内壁面にグラウトのずれ止め用のアンカー部材が設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の補強梁。
- 水中の地盤に下端部が埋設された複数の杭と、前記複数の杭によって支持された上部構造体とを有する水中構造物を補強する補強工法において、
請求項1〜7のいずれかに記載の補強梁を水面に浮遊させる工程、
補強梁を取り付けようとする二つの杭の位置に補強梁を誘導する工程、
補強梁の杭連結部の壁面によって杭を包囲する工程、
杭連結部の蓋部を閉合する工程、
及び
杭と杭連結部との取り合い部にグラウトを注入して補強梁と杭とを一体化する工程、
を有することを特徴とする補強工法。 - 補強梁の浮力函部に液体を注入して補強梁を所定の深さに沈降させる工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の補強工法。
- 杭に支持材を取り付けておき、この支持材によって補強梁を支持することを特徴とする請求項8又は9に記載の補強工法。
- 補強梁を誘導するための複数本のワイヤを補強梁に取り付けて、ワイヤを操作することにより補強梁を所定の位置に誘導することを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の補強工法。
- 補強梁として、第1杭連結部及び第2杭連結部の上端部のみに塞ぎ板を設けた補強梁を用い、前記支持材が下端部の塞ぎ板を兼ねるようにしたことを特徴とする請求項10又は11に記載の補強工法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の補強梁によって補強したことを特徴とする水中構造物。
- 補強梁の浮力函部に固体材料を充填することにより水中構造物の固有周期を変えたこと特徴とする請求項13に記載の水中構造物。
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