コンクリート構造物のひび割れ抑制工法

【課題】いずれの材料のコンクリートであっても、ひび割れを抑制することができる抑制工法を提供する。
【解決手段】コンクリート製の床版とコンクリート製の壁とを備えたコンクリート構造物のひび割れ抑制工法である。床版と壁とを接合するための鉄筋が露出するように、コンクリートを打設して床版を形成し、床版の硬化後、鉄筋が埋設されるようにコンクリートを打設して壁を形成する。そして、床版と壁との間の少なくとも一部に空間を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物のひび割れ抑制工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
壁状構造物での床版や、トンネルでのインバート部などの拘束体上に、壁やトンネルアーチ部などの被拘束体が直接打ち込まれると、コンクリートの水和や乾燥による収縮が拘束体に拘束されることで、被拘束体にひび割れが発生することになっていいた。
【０００３】
このひび割れを抑制すべく、近年においてはコンクリート構造物の基盤に接する最下層部に凝結遅延材を混入したコンクリートを打設した後、続いて凝結遅延剤を混入しないコンクリートを打設する工法が開発されている。この工法により、凝結遅延材が混入されていないコンクリート部が冷却し収縮している期間中、最下層部は硬化していないので、前記コンクリート部が基盤に拘束されることが防止される。これにより、基盤によって前記コンクリート部に引張応力が発生することはなく、ひび割れの発生が抑制されることになる。
【特許文献１】特開昭６１−３２４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、コンクリートは施工場所の環境条件（温度や湿潤条件等）によって硬化具合が変動するものであるため、上記した特許文献１記載の技術であると、最下層部に用いられるコンクリートの材料によっては環境条件の影響を受けてしまい、ひび割れの抑制効果があまり得られないのが実状であった。
【０００５】
本発明の課題は、いずれの材料のコンクリートであっても、ひび割れを抑制することができる抑制工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、
コンクリート製の床版とコンクリート製の壁とを備えたコンクリート構造物のひび割れ抑制工法であって、
前記床版と前記壁とを接合するための鉄筋が露出するように、コンクリートを打設して前記床版を形成し、前記床版の硬化後、前記鉄筋が埋設されるようにコンクリートを打設して前記壁を形成する際、
前記床版と前記壁との間の少なくとも一部に空間が形成されることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載のコンクリート構造物のひび割れ抑制工法において、
前記空間内にグラウトを充填し、当該グラウト、前記床版及び前記壁を一体化することを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のコンクリート構造物のひび割れ抑制工法において、
前記コンクリート構造物がトンネルであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、床版と壁との間の少なくとも一部に空間が形成されることになるので、被拘束体である壁と、拘束体である床版との接触面積を小さくすることができる。これにより、壁をなすコンクリートが硬化する際に、当該コンクリート内に床版の影響による引張応力が発生することが抑制されて、ひび割れを抑制することができる。
そして、このひび割れ抑制工法は、床版と壁との間の少なくとも一部に空間を形成するという構造的な方式であるために、いずれのコンクリートの材料であっても環境条件に左右されることなく、ひび割れ抑制効果を十分に発揮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［第１の実施の形態］
以下、第１の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法について説明する。図１〜３は、本実施形態のひび割れ抑制工法の概略手順を示す斜視図である。
図１に示すように、まず床版１（図２，４参照）をなす型枠１０を設置する。その後、壁２（図４参照）の設置箇所に、中空な六角形状の空間形成部材２１を前記壁２の長手方向に延在するように型枠１０上に配置し、その空間形成部材２１の両側方に、床版１と壁２とを接合するための鉄筋２２を複数立設する。なお、空間形成部材２１としては、例えば、鋼材、合板型枠、プレキャスト、エアバックなどが挙げられる。
【００１１】
その後、図２に示すように型枠１０内にコンクリートを打設することによって、コンクリート製の床版１を施工する。この際、鉄筋２２の下端部は、床版１内に埋設されるが、それよりも上部は露出することになる。また、床版１には空間形成部材２１によって、床版１の内側に向けて略台形状に凹む第一凹部１１が形成されることになる。
【００１２】
床版１の硬化後、図３に示すように壁２をなす型枠２０を鉄筋２２及び空間形成部材２１を挟むように設置する。そして、型枠２０内にコンクリートを打設することによって、コンクリート製の壁２を施工する。この際、鉄筋２２の下端部以外は、壁２内に埋設されることになる。また、壁２には空間形成部材２１によって、第一凹部１１に対して連続するように、壁２の内側に向けて略台形状に凹む第二凹部２３（図４参照）が形成されることになる。
【００１３】
図４は、施工後における床版１及び壁２の接合部分を示す断面図である。この図４に示すように、床版１及び壁２の接合部分には、空間形成部材２１によって空間３が形成されている。この空間３により床版１と壁２との接触面積が小さくされているために、壁２のコンクリートが硬化する際、当該コンクリート内に床版１の影響による引張応力が発生することが抑制されて、ひび割れを抑制することができる。そして、このひび割れ抑制工法は、床版１と壁２との間の少なくとも一部に空間３を形成するという構造的な方式であるために、いずれのコンクリートの材料であっても環境条件に左右されることなく、ひび割れ抑制効果を十分に発揮することが可能となる。
【００１４】
ここで、本発明者らは、壁と床版との間に空間を設けた場合と、設けていない場合とで壁の内部に発生する引張応力の違いを３次元ＦＥＭ・温度応力解析によって比較検討した。この解析では、図５に示す解析モデルを用いた。各条件は、壁幅Ｗ１＝６００ｍｍ、空間幅Ｗ２＝３００ｍｍ、壁高Ｈ１＝４０００ｍｍ、空間高Ｈ２＝４００ｍｍ、壁長Ｌ＝５０００ｍｍとした。なお、空間形状は簡易的に四角形状とし、この空間が壁の長手方向全域にわたって形成されているものとした。この解析モデルに対して３次元ＦＥＭ・温度応力解析を施し、内部の引張応力と、ひび割れ指数とを算出した。一般に、引張応力は、２Ｎ／ｍｍ^２以上であると、ひび割れが入りやすくなる。
ひび割れ指数とは、土木学会で定義されたひび割れの入りやすさを示す指標であり、指数が小さいほどひび割れが入りやすくなる。ひび割れ指数は以下の式（１）で算出される。
【００１５】
ひび割れ指数＝解析対象箇所の引張強度／発生する引張応力・・・（１）
【００１６】
図６は、壁と床版との間に空間を設けた場合と、設けていない場合とで壁の内部に発生する引張応力の比較結果を示し、図７はひび割れ指数の比較結果を示している。図６では色が濃くなるにつれて引張応力が高まっていて、図７では色が濃くなるにつれてひび割れ指数が低くなっている。つまり、いずれの図においても、色が濃くなるにつれてひび割れが発生しやすくなることを表している。図６，図７に示す通り、空間を設けた方が、設けていない場合よりも、ひび割れが発生しにくくなっていることがわかる。
【００１７】
また、ひび割れ指数の時間変動を比較する。図８は壁と床版との間に空間を設けた場合のひび割れ指数の時間変動を示し、図９は壁と床版との間に空間を設けていない場合のひび割れ指数の時間変動を示している。図８，９ともに、任意な２点でのひび割れ指数の時間変動を示している。例えば本実施形態では、図５の点Ｐを原点としたとき、１点目の座標（ｘ１、ｙ１，ｚ１）は（７５，２５００，１５０）であり、２点目の座標（ｘ２、ｙ２，ｚ２）は（２２５，２５００，１５０）である。いずれの図でも、時間経過に伴ってひび割れ指数は徐々に低減していることがわかる。また、これら図８，９を比較すると、ひび割れ指数の最小値は、空間がない場合では１．１０程度であるのに対し、空間がある場合では１．３５程度となる。時間変動によっても、空間を設けた方が、設けていない場合よりもひび割れが発生しにくくなっていることがわかる。
【００１８】
なお、このシミュレーションにおいては、解析を簡便化するために空間の形状を四角形状としているが、空間の形状は如何なる形状であってもよい。なお、上述した空間３のように、床版１側に向けて略台形状に凹む第一凹部１１と、第一凹部１１に対して連続するように壁２側に向けて略台形状に凹む第二凹部２３とから形成されている方が、単に四角形状な空間よりも壁２内部の引張応力を低減することができ、好ましい。
【００１９】
また、本実施形態では、空間３を形成するために中空な六角形上の空間形成部材２１を用いたが、例えば図１０に示すように、台形状の凹部２４を備えた板状の空間形成部材２５を２枚重ね合わせることで空間３１を形成するようにしてもよい。具体的には、２枚の空間形成部材２５は、それぞれ壁２の幅Ｗに対応する幅に形成されていて、その中央部に台形状の凹部２４が形成されている。床版１側に配置される空間形成部材２５は凹部２４が床版１内に埋設されるように配置されて、壁２側に配置される空間形成部材２５は凹部２４が壁２内に埋設されるように配置されている。この２枚の空間形成部材２５の間には、両空間形成部材２５の接触を回避する略円柱状のスペーサー４１が介在している。壁２をなすコンクリートが施工されると、壁２と床版１との間には、２枚の空間形成部材２５とスペーサー４１とによって空間３１が形成されることになる。
ところで、この空間形成部材２５は、鉄筋２２がある場所に配置することはできないために、空間３１を壁２の長手方向全域にわたって形成することはできない。しかしながら、長手方向における鉄筋２２間に空間形成部材２５を配置したとしても、床版１と壁２との接触面積を小さくすることはでき、床版１の拘束力の影響により壁２内にひびが発生することは十分防止することができる。
【００２０】
壁２と床版１とはほとんど接触していないが、壁２は鉄筋２２により支えられることになる。しかしながら、このままでは水平方向の剪断力に弱いために、壁２をなすコンクリートの硬化後に、空間３１内に無収縮モルタル等のグラウトＧを充填し、当該グラウトＧ、床版１及び壁２を一体化して、水平方向の剪断力に耐えうる構造にすることが好ましい（図１１参照）。
【００２１】
［第２の実施の形態］
以下、第２の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法について説明する。図１２〜１５は、本実施形態のひび割れ抑制工法の概略手順を示す斜視図である。
図１２に示すように、まず床版１ａ（図１３，１６参照）をなす型枠１０ａを設置する。その後、壁２ａ（図１６参照）の設置箇所に、床版１ａと壁２ａとを接合するための複数の鉄筋２２ａを２列立設する
【００２２】
その後、図１３に示すように型枠１０ａ内にコンクリートを打設することによって、コンクリート製の床版１ａを施工する。この際、鉄筋２２ａの下端部は、床版１ａ内に埋設されるが、それよりも上部は露出することになる。また、２列の鉄筋２２ａの間は、その表面が他の部分よりも粗くなるように、周知の目粗処理を施す。以下、目粗処理が施された部分を目粗部５０と称す。
【００２３】
床版１の硬化後、図１４に示すように、略Ｖ字状の空間形成部材２６を逆Ｖ字状として目粗部５０上に配置する。
その後、壁２ａをなす型枠２０ａを鉄筋２２ａ及び空間形成部材２６を挟むように設置する。そして、型枠２０ａ内にコンクリートを打設することによって、コンクリート製の壁２ａを施工する。この際、鉄筋２２ａの下端部以外は、壁２ａ内に埋設されることになる。また、壁２ａには空間形成部材２６によって、底辺を床版１ａの表面とし、壁２ａ側に向けて凹む略三角形状の空間３４が形成される（図１５参照）。
【００２４】
図１６は、施工後における床版１ａ及び壁２ａの接合部分を示す断面図である。この図１６に示すように、床版１ａ及び壁２ａの接合部分には、空間形成部材２６によって空間３４が形成されている。この空間３４により床版１ａと壁２ａとの接触面積が小さくされているために、壁２ａのコンクリートが硬化する際、当該コンクリート内に床版１ａの影響による引張応力が発生することが抑制されて、ひび割れを抑制することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、空間３４を形成するためにＶ字状の空間形成部材２６を用いたが、例えば図１７に示すように、Ｖ字状の凹部２７を備えた空間形成部材２８によって空間３５を形成するようにしてもよい。具体的には、空間形成部材２８は、壁２ａの幅Ｗに対応する幅に形成されていて、その中央部にＶ字状の凹部２７が形成されている。空間形成部材２８は凹部２７が壁２ａ内に埋設されるように配置されている。空間形成部材２８の両端部と床版１ａとの間には、これらの接触を回避する略円柱状のスペーサー４１ａが介在している。壁２ａをなすコンクリートが施工されると、壁２ａと床版１ａとの間には、空間形成部材２８とスペーサー４１ａとによって空間３５が形成されることになる。これにより、床版１ａと壁２ａとの接触面積を小さくすることができ、床版１ａの拘束力の影響により壁２ａ内にひびが発生することをより防止することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、第１及び第２の実施の形態では、空間３，３４以外の領域では、床版１，１ａをなすコンクリートと壁２，２ａをなすコンクリートが直接接触している場合を例示して説明したが、この両者間に摩擦低減シート４を介在させてもよい（図１８，１９参照）。これにより、壁２，２ａの硬化時に、壁２，２ａと床版１，１ａとの両者間の摩擦を低減でき、床版１，１ａの影響による引張応力を一層抑えることが可能となる。
【００２７】
また、上述のコンクリート構造物のひび割れ抑制工法を、トンネルなど無筋コンクリートに適用する場合においては、床版と壁とを接合する鉄筋を用いることが必要である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法の概略手順を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法の概略手順を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法の概略手順を示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法の施工後における床版及び壁の接合部分を示す断面図である。
【図５】壁と床版との間に空間を設けた場合の３次元ＦＥＭ・温度応力解析における解析モデル例を示す説明図である。
【図６】壁と床版との間に空間を設けた場合と、設けていない場合とで壁の内部に発生する引張応力の比較結果を示す説明図である。
【図７】壁と床版との間に空間を設けた場合と、設けていない場合とのひび割れ指数の比較結果を示す説明図である。
【図８】壁と床版との間に空間を設けた場合のひび割れ指数の時間変動を示す説明図である。
【図９】壁と床版との間に空間を設けていない場合のひび割れ指数の時間変動を示す説明図である。
【図１０】図４のひび割れ抑制工法の変形例を示す断面図である。
【図１１】図４のひび割れ抑制工法の変形例を示す断面図である。
【図１２】第２の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法の概略手順を示す斜視図である。
【図１３】第２の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法の概略手順を示す斜視図である。
【図１４】第２の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法の概略手順を示す斜視図である。
【図１５】第２の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法の概略手順を示す斜視図である。
【図１６】第２の実施の形態に係るコンクリート構造物のひび割れ抑制工法の施工後における床版及び壁の接合部分を示す断面図である。
【図１７】図１６のひび割れ抑制工法の変形例を示す断面図である。
【図１８】図４のひび割れ抑制工法の変形例を示す断面図である。
【図１９】図１６のひび割れ抑制工法の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１床版
２壁
３空間
２２鉄筋
Ｇグラウト

【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート製の床版とコンクリート製の壁とを備えたコンクリート構造物のひび割れ抑制工法であって、
前記床版と前記壁とを接合するための鉄筋が露出するように、コンクリートを打設して前記床版を形成し、前記床版の硬化後、前記鉄筋が埋設されるようにコンクリートを打設して前記壁を形成する際、
前記床版と前記壁との間の少なくとも一部に空間が形成されることを特徴とするコンクリート構造物のひび割れ抑制工法。
【請求項２】
請求項１記載のコンクリート構造物のひび割れ抑制工法において、
前記空間内にグラウトを充填し、当該グラウト、前記床版及び前記壁を一体化することを特徴とするコンクリート構造物のひび割れ抑制工法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のコンクリート構造物のひび割れ抑制工法において、
前記コンクリート構造物がトンネルであることを特徴とするコンクリート構造物のひび割れ抑制工法。

【図１】