JP6719040B2 - 水域構造物の補強構造及び補強工法 - Google Patents

Description

本発明は、水域構造物の補強構造及び補強工法に関し、特に、既設の杭を活用して水域構造物を補強する補強構造及び補強工法に関するものである。

桟橋等の水域構造物は、水底地盤に複数の杭から成る下部構造物を打ち込み、水面から一部が突出した杭上に床版や梁等から成る上部構造物を構築して構成される。

過去に建設された水域構造物の多くは、近年、想定されるようになった大地震に耐えるように設計されておらず、将来、大地震によって水域構造物が損傷する可能性がある。したがって、地震後の人員や物資の流通において重要な役割を担う水域構造物は、被災後でも供用可能な状態を維持する必要がある。

このような水域構造物を補強する技術として、杭にブレースを取り付けるもの（例えば、特許文献１参照）、杭をストラット部材で結合するもの（例えば、特許文献２参照）等が知られている。

特許文献１には、上部構造物を支持する杭と杭との間に補強ユニットを設けたものが開示されている。この補強ユニットは、矩形枠状のフレームと、フレームに設けられたブレースと、フレームとブレースとの間に設けられたダンパーと、を備えている。ダンパーは、所定の大きさを有する第１段階の地震によって降伏するように設定され、ブレースは、第１段階の地震より大きい第２段階の地震によって降伏するように設定されている。

特許文献２には、上部構造物を支持する杭と杭との間隔に応じて伸縮させたストラット部材を、杭の上下方向所定部位に両端を結合するものが開示されている。

特許第４６６７２６６号公報 特許第４８６４７７４号公報

しかしながら、特許文献１記載の補強ユニットや特許文献２記載のストラット部材では、既設の水域構造物を補強するにあたっては、複数の杭同士を連結する補強ユニットやストラット部材を増設することで対応せざるを得ず、補強ユニットやストラット部材の設置スペースに限りがある場合には、補強ユニットやストラット部材を用いた水域構造物の耐震性の向上には限界があるという問題があった。

また、杭自体の耐震性を向上させるために、既設の杭を耐震性の高い杭に置き換えることも考えられるが、非常に高額な費用がかかるという問題があった。

そこで、既設の杭を活用しつつ水域構造物の耐震性を向上させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、上部構造物を支持する杭群をストラット部材で補強する水域構造物の補強構造であって、前記杭群は、前記上部構造物を支持する新設主杭と、前記上部構造物とは非接触で設けられ、前記新設主杭と前記ストラット部材を介して連結されて前記新設主杭に作用する水平方向の荷重を支持するように前記新設主杭を補強する既設杭と、からなり、前記ストラット部材は、所定の大きさの地震動を受けた際に降伏することを特徴とする水域構造物の補強構造を提供する。

この構成によれば、既設の水域構造物について、既設杭が支持する既設の上部構造物を撤去し、主杭を新設して、既設杭と新設主杭とをストラット部材で連結することにより、既設杭が新設主杭を補強することができる。すなわち、既設杭を活用することにより、増設する新設主杭の１本あたりの断面積を低減しつつ、新たに構築する上部構造物を支持する新設主杭を補強することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記ストラット部材は、塑性変形後に交換可能な水域構造物の補強構造を提供する。

この構成によれば、塑性変形したストラット部材を新たなストラット部材に交換することにより、上部構造物を供用させながら、地震前の耐震性を早期に回復させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の構成に加えて、前記新設主杭と前記既設杭とは、平面視で千鳥状に配置されている水域構造物の補強構造を提供する。

この構成によれば、新設主杭と既設杭とが千鳥状に配置されていることにより、新設主杭に作用する地震動の荷重が、ストラット部材を介して新設主杭の周囲に配置された既設杭に均等に分散されるため、水域構造物は、ねばり強さが増して耐震性をさらに向上させることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の発明の構成に加えて、前記ストラット部材の降伏応力は、前記上部構造物にレベル２地震動が作用した際に前記ストラット部材が降伏するように設定されている水域構造物の補強構造を提供する。

この構成によれば、ストラット部材は、中規模地震に対応するレベル１地震動では降伏せずに耐震部材として機能し、大規模地震に対応するレベル２地震動では降伏して水域構造物の損傷を抑制する。

請求項５記載の発明は、上部構造物を支持する杭群をストラット部材で補強する水域構造物の補強工法であって、既設杭が支持する既設の上部構造物を撤去する工程と、前記既設杭に対して平面視で千鳥状に新設主杭を打設する工程と、前記既設杭が前記新設主杭に作用する水平方向の荷重を支持するように、所定の大きさの地震動を受けた際に降伏する前記ストラット部材で前記既設杭と前記新設主杭とを連結する工程と、前記既設杭とは非接触状態で前記新設主杭上に新たな上部構造物を構築する工程と、を含む水域構造物の補強工法を提供する。

この構成によれば、既設の水域構造物について、既設杭が支持する既設の上部構造物を撤去し、新設主杭を既設杭に対して千鳥状に配置し、既設杭と新設主杭とをストラット部材で連結することにより、既設杭が新設主杭を補強することができる。すなわち、既設杭を活用することにより増設する新設主杭の１本あたりの断面積を低減しつつ、新たに構築する上部構造物を支持する新設主杭を補強することができる。また、ストラット部材が所定の大きさの地震動を受けた際に降伏することにより、ストラット部材はねばり強さを増して耐震性を向上させることができる。

本発明は、既設杭を活用することにより増設する新設主杭の１本あたりの断面積を低減しつつ、新たに構築する上部構造物を支持する新設主杭を補強することができる。

本発明の一実施例に係る補強構造を適用した水域構造物を示す模式図。 水域構造物を示す斜視図。 下部構造物を示す平面図。 下段のストラットの配列を示す平面図。 上段のストラットの配列を示す平面図。 水域構造物の補強工法の手順を示す模式図。

本発明に係る水域構造物の補強構造は、既設の杭を活用しつつ水域構造物の耐震性を向上させるという目的を達成するために、上部構造物を支持する杭群をストラット部材で補強する水域構造物の補強構造であって、杭群は、上部構造物を支持する新設主杭と、上部構造物とは非接触で設けられ、新設主杭とストラット部材を介して連結されて新設主杭に作用する水平方向の荷重を支持するように新設主杭を補強する既設杭と、からなり、ストラット部材は、所定の大きさの地震動を受けた際に降伏することで実現した。

また、本発明に係る水域構造物の補強工法は、既設の杭を活用しつつ水域構造物の耐震性を向上させるという目的を達成するために、上部構造物を支持する杭群をストラット部
材で補強する水域構造物の補強工法であって、既設杭が支持する既設の上部構造物を撤去する工程と、既設杭に対して平面視で千鳥状に新設主杭を打設する工程と、既設杭が新設主杭に作用する水平方向の荷重を支持するように、所定の大きさの地震動を受けた際に降伏するストラット部材で既設杭と新設主杭とを連結する工程と、既設杭とは非接触状態で新設主杭上に新たな上部構造物を構築する工程と、を含むことで実現した。

以下、本発明の一実施例に係る補強構造１０を適用した水域構造物１について、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

なお、以下において、「上」、「下」の語は、鉛直方向における上方、下方に対応するものとする。

図１は、補強構造１０を適用した水域構造物１を示す模式図である。図２は、水域構造物１を模式的に示す斜視図である。図３は、下部構造物２を示す平面図である。図４は、下段のストラット部材２４の配列を示す平面図である。図５は、上段のストラット部材２４の配列を示す平面図である。水域構造物１は、桟橋であるが、ドルフィン、橋脚等、ストラット部材が適用可能なものであれば如何なるものであっても構わない。

水域構造物１は、脚柱としての杭群２１からなる下部構造物２と、床版３１と梁３２等からなる上部構造物３と、で構成されている。なお、図１中の符号３３は、側方に延設された上部構造部物３を支持する端部補強材である。

杭群２１は、一部が地盤に埋設されると共に、上端が水面から突出している。杭群２１は、新設主杭２２と、既設杭２３と、ストラット部材２４と、から成る。なお、図１中の符号２５は鋼管矢板であり、符号２６は鋼矢板である。

新設主杭２２は、鋼管杭である。上部構造物３は、新設主杭２２の上端に支持されている。

既設杭２３は、一部が地盤に埋設された鋼管杭である。既設杭２３は、新設主杭２２にストラット部材２４を介して連結されている。既設杭２３は、新設主杭２２に比べて短く形成されている。すなわち、上部構造物３は、既設杭２３には支持されていない。

新設主杭２２と既設杭２３とは、図３に示すように、平面視で千鳥状に配置されている。具体的には、５本の新設主杭２２を並設して成る列Ｌ１を所定の間隔を空けて３列配置し、６本の既設杭２３を併設して成る列Ｌ２を所定の間隔を空けて３列配置することにより、新設主杭２２の列と既設杭２３の列とが交互に配置され、且つ、新設主杭２２を周囲の４本の既設杭２３から等間隔に離間して配置されている。なお、新設主杭２２と既設杭２３とは、上述した千鳥状に配置されたものに限定されるものではなく、新設主杭２２及び既設杭２３の配置が入れ替わっても構わず、また、新設主杭２２が１〜３本又は５本以上の既設杭２３に接続されても構わない。

ストラット部材２４は、新設主杭２２又は既設杭２３に連結される鞘管部２４ａと、２つの鞘管部２４ａを接続するストラット部２４ｂと、を備えている。

鞘管部２４ａは、短寸の鋼管を半割した半円筒形状に形成された一対の鞘部材から成り、新設主杭２２又は既設杭２３に取り付けられている。具体的には、一対の鞘部材が、新設主杭２２又は既設杭２３を囲い込んだ状態で結合されることにより、鞘管部２４ａは、新設主杭２２又は既設杭２３に剛結される。また、一対の鞘部材２４ａを切り離すことにより、鞘管部２４ａは、新設主杭２２又は既設杭２３から取り外される。

ストラット部２４ｂは、新設主杭２２と既設杭２３との杭間距離に応じて、長手方向に伸縮可能である。ストラット部２４ｂの具体的構成としては、例えば、小径鋼管と、小径鋼管より大径に形成されて小径鋼管を入れ子に収容する大径鋼管と、を備えているものが考えられる。このようなストラット部２４ｂでは、小径鋼管と大径鋼管とのラップ長を変更することにより、ストラット部２４ｂは任意の長さに伸縮可能である。また、小径鋼管と大径鋼管とが重なる部分にモルタルが充填されることにより、小径鋼管と大径鋼管とが強固に固定される。なお、ストラット部材２４ｂは、新設主杭２２と既設杭２３とを連結可能であれば良く、その具体的な構成は如何なるものであっても構わない。ストラット部２４の長さを調整するものとして、上述したモルタル接合方式の他に、ボルト接合方式、溶接接合方式、メカニカル接合方式等が考えられる。

ストラット部材２４は、上下２段に配置されており、ストラット部２４ｂの長手方向に並ぶ新設主杭２２及び既設杭２３を一体に連結している。具体的には、図４に示すように、下段のストラット部材２４は、図４の紙面右下から左上に向かう支持方向Ｄ１に沿って並ぶ新設主杭２２及び既設杭２３を連結している。また、図５に示すように、上段のストラット部材２４は、図５の紙面左下から右上に向かう支持方向Ｄ２に沿って並ぶ新設主杭２２及び既設杭２３を連結している。

このように、下段のストラット部材２４の支持方向Ｄ１と上段のストラット部材２４の支持方向Ｄ２とが、略６０度異なることにより、新設主杭２２に作用する地震動の荷重は、新設主杭２２を支持する４本の既設杭２３に均等に分散されるようになっている。なお、下段のストラット部材２４の支持方向Ｄ１と上段のストラット部材２４の支持方向Ｄ２との角度は、上述した６０度に限定されるものではなく、新設主杭２２及び既設杭２３の位置、強度等に応じて任意に変更しても構わない。

ストラット部材２４の降伏応力は、レベル２地震動が作用した際に降伏するように設定されている。新設主杭２２に接続された４本のストラット部材２４は、一部のストラット部材２４が降伏しても、他のストラット部材２４が継続して新設主杭２２を支持し続けることにより、水域構造物１は地震動に対してねばり強くなり耐震性が向上する。

次に、補強構造１０を用いて水域構造物１を補強する手順について、図面に基づいて説明する。図６は、水域構造物１の補強工法の手順を示す模式図である

本発明に係る補強工法は、図６（ａ）に示すような既設の水域構造物４の耐震や増深対策として適用される。まず、図６（ｂ）に示すように、既設杭２４に支持されている既設の上部構造物５を撤去する。上部構造物５を撤去する際には、上部構造物５と共に、上部構造物５を支持する既設杭２３の上部も取り除かれる。

次に、図６（ｃ）に示すように、新設主杭２２を打設する。新設主杭２２の打設は、公知の手順に従い、地盤を穿孔した後に鋼管杭を打ち込むことで行われる。新設主杭２２は、既設杭２３に対して平面視で千鳥状に配置される。

次に、図６（ｄ）に示すように、ストラット部材２４で新設主杭２２と既設杭２３とを連結する。ストラット部材２４は、図示しない大型クレーン等によって吊り下げられ、鉛直方向の所定位置に取り付けられる。ストラット部材２４の設置は、連結する新設主杭２２及び既設補助杭２３の杭間距離に応じてストラット部２４ｂを伸長させた状態で、鞘管部２４ａを新設主杭２２及び既設杭２３に取り付ける。

次に、図６（ｅ）に示すように、新設主杭２２上に新たな上部構造物３を構築する。なお、ストラット部材２４を設置する工程と上部構造物３を構築する工程とは、何れが先であっても構わない。上部構造物３を構築した後にストラット部材２４を設置する場合には、水中を進行するフロータ等を用いて、ストラット部材２４を所定の位置に搬送する。

このようにして構築された補強構造１０は、既設杭２３を活用することにより増設する新設主杭２２の１本あたりの断面積を低減しつつ、新たに構築する上部構造物３を支持する新設主杭２２を補強することができる。

また、ストラット部材２４は、レベル１地震動が作用した際にストラット部２４ｂが弾性変形し、地震動が除去された後にストラット部２４ｂが元の形状に復元し、引き続き新設主杭２２と既設杭２３とを連結することで、補強機能を付与することができる。

また、ストラット部材２４が、レベル２地震動が作用して塑性変形しても、塑性変形後のストラット部材２４を新設主杭２２及び既設杭２３から取り外し、新たなストラット部材２４に交換することにより、上部構造物３を供用させながら、地震前の耐震性を早期に回復させることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなることができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・ （新設の）水域構造物
１０・・・ 補強構造
２ ・・・ 下部構造物
２１・・・ 杭群
２２・・・ 新設主杭
２３・・・ 既設杭
２４・・・ ストラット部
２４ａ・・・鞘管部
２４ｂ・・・ストラット部
３ ・・・（新設の）上部構造物
４ ・・・（既設の）水域構造物
５ ・・・（既設の）上部構造物

Claims (5)

1. 上部構造物を支持する杭群をストラット部材で補強する水域構造物の補強構造であって、
   前記杭群は、
   前記上部構造物を支持する新設主杭と、
   前記上部構造物とは非接触で設けられ、前記新設主杭と前記ストラット部材を介して連結されて前記新設主杭に作用する水平方向の荷重を支持するように前記新設主杭を補強する既設杭と、
   からなり、
   前記ストラット部材は、所定の大きさの地震動を受けた際に降伏することを特徴とする水域構造物の補強構造。
2. 前記ストラット部材は、塑性変形後に交換可能なことを特徴とする請求項１記載の水域構造物の補強構造。
3. 前記新設主杭と前記既設杭とは、平面視で千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の水域構造物の補強構造。
4. 前記ストラット部材の降伏応力は、前記上部構造物にレベル２地震動が作用した際に前記ストラット部材が降伏するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の水域構造物の補強構造。
5. 上部構造物を支持する杭群をストラット部材で補強する水域構造物の補強工法であって、
   既設杭が支持する既設の上部構造物を撤去する工程と、
   前記既設杭に対して平面視で千鳥状に新設主杭を打設する工程と、
   前記既設杭が前記新設主杭に作用する水平方向の荷重を支持するように、所定の大きさの地震動を受けた際に降伏する前記ストラット部材で前記既設杭と前記新設主杭とを連結する工程と、
   前記既設杭とは非接触状態で前記新設主杭上に新たな上部構造物を構築する工程と、
   を含むことを特徴とする水域構造物の補強工法。