マンホールの補強方法

【課題】マンホール内の側壁隅角部に補強部材を設置するスペースの確保が困難なマンホールに対して、補強を実施することを可能にするマンホールの補強方法を提供する。
【解決手段】矩形マンホール１の側壁長手側中央部において、側壁８の上部と上床版９、および側壁８の下部と下床版１０をそれぞれ補強部材３によって固定する。補強部材３が固定する長さは、矩形マンホール１の側壁長手側の長さの２０％以上とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に設置された小型矩形マンホールの側壁を補強するマンホールの補強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既存の地中に設置されたマンホール（コンクリート構造物）は、建設後３０年以上経過した設備が７割以上占めている。これらの設備は、車両の大型化にともなう道路活荷重の増大等により、ひび割れ等の劣化が起こる可能性がある。また、設計基準の見直しや新たな基準類が制定され、一部の設備が構造計算上、既存不適格な設備となっている。これらの旧規格の設備を永続的に利用するために、各種補強工法が導入されている。コンクリート構造物の耐力向上を目的とした工法として、一般的に応力的弱点部の断面を増やす増設工法（非特許文献１）が考えられる。図１は、マンホール２０を横方向に切断した水平断面の曲げモーメントを示す図である。矩形構造物の側壁部においては、水平土圧により外側に曲げ応力が発生し、隅角部（Ａ部）が弱点部となるため、図２に示すように、隅角部に補強部材２１を設置し、断面を増加する工法が実施されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“２００７年制定コンクリート標準示方書［維持管理編］”、社団法人土木学会、平成２０年３月、ｐ．７０−７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、通信用のマンホール内には、地中に埋設されているケーブルの分岐、接続を行う空間があり、作業者が入孔してケーブルの建設、保守を行うことができるようになっている。しかしながら、マンホールの中には、内空間に十分な補強スペースが確保できない狭隘なマンホールが存在する。このような狭隘なマンホールにおいては、従来の補強方法では、弱点部である側壁隅角部の補強が困難な場合もある。例えば、図３に示すように、補強部材２１を設置する箇所に管路２２等の障害物がある場合や、図４に示すように、マンホール２０の縦横比が大きいときに、側壁全面の断面を増加しなければ補強不足となるような場合には、補強部材２１を設置することが困難である。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、マンホール内の側壁隅角部に補強部材を設置するスペースの確保が困難なマンホールに対して、補強を実施することを可能にするマンホールの補強方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のマンホールの補強方法は、矩形マンホールの側壁長手側中央部において、側壁の上部と上床版、および側壁の下部と下床版をそれぞれ補強部材によって固定することを特徴とする。
【０００７】
前記補強部材が固定する長さは、前記矩形マンホールの側壁長手側の長さの２０％以上であることが好ましい。前記補強部材は、厚さ５ｍｍ以上のステンレス製のブロックであることが好ましく、また、前記補強部材は、傾斜部を間に介して互いに垂直な２つの平面部を有する板面体と、前記板面体に対して垂直なリブとを有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、マンホール内の側壁隅角部に補強部材を設置するスペースの確保が困難なマンホールに対して、補強を実施することが可能となる。
また、本発明は、従来の補強部材と比較して補強部材サイズが小さくなるため、マンホール内空の確保を図ることができ、費用も削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】マンホールを横方向に切断した水平断面の曲げモーメントを示す図である。
【図２】従来の側壁の補強方法を示す図である。
【図３】補強部材を設置することが困難な例を示す図である。
【図４】補強部材を設置することが困難な例を示す図である。
【図５】水平ラーメン構造のマンホールを横方向に切断したときの水平断面の曲げモーメントを示す図である。
【図６】マンホール内の長手側中央部に仕切り壁を設けて補強した例を示す図である。
【図７】側壁の上部と上床版、および側壁の下部と下床版を補強部材により部分的に固定した例を示す図である。
【図８】補強効果の確認の実験概要を示す図である。
【図９】有限要素法解析モデルを示す図である。
【図１０】無補強供試体の曲げモーメントを示す図である。
【図１１】補強部材を設置した供試体の曲げモーメントを示す図である。
【図１２】補強部材による補強効果を示す図である。
【図１３】補強部材の設置位置を示す図である。
【図１４】補強部材の構造と補強部材のマンホールへの設置方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のマンホールの補強方法は、旧規格のマンホールにおいて、マンホール内に通信ケーブルが輻輳している等の設備状況やマンホールサイズが小さいことが理由で、従来の補強方法では、補強スペースが確保できない設備が存在するため、補強の適用範囲を広げることを目的に開発されたものである。課題を解決するためには、弱点部である隅角部の直接的な補強が困難なため、間接的な補強により弱点部の補強効果が得られる方法の検討を行った。
【００１１】
小型矩形マンホールの側壁構造は、水平ラーメン構造であり、図５は、水平ラーメン構造のマンホールを横方向に切断したときの水平断面の曲げモーメントを示す図である。水平ラーメン構造のマンホール１では、側壁中央部（Ｂ部）内側と隅角部（Ａ部）外側の引張応力が大きくなる。特に、隅角部（Ａ部）で外側の引張応力が卓越する。側壁長手部の隅角部に発生するモーメントを低減するには、長手部のスパンを短くし、２連ラーメン構造とすることが有効である。有効な２連ラーメン構造を実現するには、図６に示すように、マンホール１内の長手側中央部に仕切り壁２を設ける必要がある。仕切り壁２を設けて２連ラーメン構造とすることで、隅角部の引張応力が減少する。しかしながら、マンホール１内には、ケーブル等の設備があるため仕切り壁を設けることは不可能である。このため、中央部に仕切り壁の効果を得るために、側壁中央部に縦梁を設けることを考案した。ただし、十分な補強効果が得られる縦梁を側壁中央部に設置するには、マンホール内空のスペースが必要になり、課題の解決には至らない。
【００１２】
そこで、側壁中央部の縦梁による補強効果から、図７に示すように、側壁８の上部と上床版９、および側壁８の下部と下床版１０を補強部材３により部分的に固定することによる補強効果を期待して、補強効果の確認を実験およびＦＥＭ解析にて実施したところ、約３〜４割の発生応力の低減効果が得られることが分かったため、本発明の補強方法を採用した。本発明の補強方法の考え方を適用すれば、最小限の断面増加で済むため開口部およびマンホール内の内空を確保できるため、狭隘なマンホールにおいて補強の適用範囲が広がることを期待できる。
【００１３】
本発明のマンホールの補強方法は、補強が困難なマンホールの隅角部の補強にかわり別の場所を補強することにより、隅角部での卓越する曲げモーメントを低減させることである。上述したように、側壁と上床版および下床版を補強部材により部分的に固定することで、隅角部の補強と同等な効果を持たせる省スペースな補強部材を設置する補強手法が有効であると考えられるため、その効果の検証を行った。
【００１４】
補強効果の確認手段として、図８の実験概要図に示すように、マンホール１の側壁の一部を取り出した１／２縮小モデルの無筋コンクリート供試体４を作成し、供試体４を基台５に載置し、荷重７を載荷した。載荷にあたっては、供試体４にＥＰＳブロック（発砲スチロールブロック）６を設置することで水平土圧を模擬した等分布荷重を再現した。供試体４にはひずみゲージ（図示せず）を貼付し、各部位で発生する応力値を測定した。また、実験と同モデルの、図９に示す有限要素法解析モデルを作成して有限要素法による解析（以下、ＦＥＭ解析という）を実施し、実験結果との比較を行った。図９（ａ）は、無補強解析モデルであり、図９（ｂ）は、補強部材設置解析モデルである。
【００１５】
図１０は、無補強供試体の曲げモーメントを示す図であり、図１１は、補強部材を設置した供試体の曲げモーメントを示す図である。無補強供試体および補強部材を設置した供試体に発生する供試体各部の発生応力（曲げモーメント）は、実験値とＦＥＭ解析値を比較すると、近似するため、ＦＥＭ解析の有用性が確認できた。
【００１６】
ＦＥＭ解析から、側壁隅角部の補強に必要な補強部材の長さは、側壁長手側の長さの２０％であることを確認した。図１２は、補強部材による補強効果を示す図である。図１２（ａ）は、長さ１．５ｍ、高さ１．２ｍ、幅１．０ｍの小型のマンホールを示しており、図１２（ｂ）は、長さ１．８ｍ、高さ１．５ｍ、幅１．２ｍの中型のマンホールを示しており、図１２（ｃ）は、長さ２．０ｍ、高さ１．８ｍ、幅１．４ｍの大型のマンホールを示している。補強効果については、曲げモーメントの低減率を無補強のマンホール（供試体）と比較し、小型、中型、大型のマンホールサイズに対して、それぞれ、３９．３％、３７．２％、３０．８％の低減効果が期待できることが分かった。
【００１７】
次に、本発明のマンホールの補強方法の実施例を説明する。図１３は、補強部材の設置位置を示す図であり、図１３（ａ）は、図１３（ｂ）のＡ−Ａ線矢視方向断面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＢ−Ｂ線矢視方向断面図であり、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＣ−Ｃ線矢視方向断面図である。矩形状のマンホール１は、マンホール１の側壁長手側中央部において、側壁８の上部と上床版９、および側壁８の下部と下床版１０がそれぞれ補強部材３によって固定されている。補強部材の長さ（ｂ）は、側壁長手側の長さ（Ｌ）の２０％以上を確保することとする。
【００１８】
図１４は、補強部材の構造と補強部材のマンホールへの設置方法を説明する図である。図１４（ａ）は、補強部材を図１４（ｂ）のＤ−Ｄ線矢視方向から見たときの補強部材を示す図であり、図１４（ｂ）は、補強部材を図１４（ａ）のＥ−Ｅ線矢視方向から見たときの補強部材を示す図である。補強部材３は、傾斜部１６を間に介して互いに垂直な２つの平面部１７、１８を有する板面体と、板面体に対して垂直なリブ１２とを有する。リブ１２は、複数個設けることが好ましい。補強部材３は、側壁長手方向の中央部の上床版および下床版との接合部分に、接着系アンカー１４およびエポキシ樹脂等の接着剤１１にて固定する。接着系アンカー１４はハンチ部に対して垂直に施工し、定着長は、１２０ｍｍ以上を確保する。接着剤１１の厚さは、約５ｍｍとする。上床版と側壁を固定する前、および接着剤が硬化前に補強部材３が落下するのを防止するために、仮止めアンカー１５を側壁に垂直になるよう固定する。
【００１９】
なお、接着剤１１の接着強度は、コンクリートの引張強度以上の強度を有するものとする。補強部材３の材料は、厚さ５ｍｍ以上のステンレス製のブロック等の想定される荷重に対して十分剛性の高い部材とし、側壁８と上床版９、および側壁８と下床版１０が隙間なく固定できるものとする。補強部材１とマンホール躯体との間に隙間がある場合は、樹脂系接着剤で段差を解消する。これらの材料は、セメントコンクリートと比較し、圧縮強さ、耐食性、耐久性に優れるといった特徴があるものを使用する。
【００２０】
上述したように、本発明は、矩形マンホールの側壁長手側中央部において、側壁の上部と上床版、および側壁の下部と下床版をそれぞれ補強部材によって固定することにより、地中に埋設された矩形マンホールに加わる水平土圧から、側壁隅角部に発生するモーメントを低減することができる。則ち、本発明は、マンホール内の側壁隅角部に補強部材を設置するスペースの確保が困難なマンホールに対して、補強を実施することが可能となる。
また、本発明は、従来の補強部材と比較して補強部材サイズが小さくなるため、マンホール内空の確保を図ることができ、費用も削減することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１、２０マンホール
２仕切り壁
３、２１補強部材
４供試体
５基台
６ＥＰＳブロック
７等分布荷重
８側壁
９上床版
１０下床版
１１接着剤
１２リブ
１４接着系アンカー
１５仮止めアンカー
１６傾斜部
１７、１８平面部
２２管路

【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形マンホールの側壁長手側中央部において、側壁の上部と上床版、および側壁の下部と下床版をそれぞれ補強部材によって固定することを特徴とするマンホールの補強方法。
【請求項２】
前記補強部材が固定する長さは、前記矩形マンホールの側壁長手側の長さの２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のマンホールの補強方法。
【請求項３】
前記補強部材は、厚さ５ｍｍ以上のステンレス製のブロックであることを特徴とする請求項１または２に記載のマンホールの補強方法。
【請求項４】
前記補強部材は、傾斜部を間に介して互いに垂直な２つの平面部を有する板面体と、前記板面体に対して垂直なリブとを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマンホールの補強方法。

【図１】