地中に埋設されたコンクリート構造物の補強方法及び補強されたコンクリート構造物
【課題】短時間に効率良くマンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物を補強することのできる補強方法、及び補強されたコンクリート構造物を提供する。
【解決手段】躯体部分１０１と、躯体部分１０１の頂版１１１に接続され躯体部分１０１の内部空間に連通する開口部１２１を具備する円筒状の首部１０２と、を有する地中に埋設されたコンクリート構造物の補強法は、開口部１２１の周りの頂版１１１の内部空間側の面１１１ａに、躯体部分１０１の長手方向に沿い開口部１２１の中心を通る長手方向中心線Ａに対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材１を、接着樹脂２を用いて接着する構成とする。
【解決手段】躯体部分１０１と、躯体部分１０１の頂版１１１に接続され躯体部分１０１の内部空間に連通する開口部１２１を具備する円筒状の首部１０２と、を有する地中に埋設されたコンクリート構造物の補強法は、開口部１２１の周りの頂版１１１の内部空間側の面１１１ａに、躯体部分１０１の長手方向に沿い開口部１２１の中心を通る長手方向中心線Ａに対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材１を、接着樹脂２を用いて接着する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物の補強方法及び補強されたコンクリート構造物に関するものであり、特に、簡単な方法で短時間でマンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物を補強するための補強方法、及び道路上を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力が向上した補強されたコンクリート構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、地中に埋設されている通信ケーブルの分岐、接続部の収容のための空間、及び作業者が入坑してケーブルの建設、保守作業を行う空間を確保するために、マンホール（人孔）が地中に埋設されている。
【０００３】
マンホールの容量、形状は、ルート上の管路の条数、収容するケーブルの条数、或いは分岐方向などによって決定される。通常、マンホールは、標準規格の中から選定されるが、必要に応じて特別に形状、構造が設計される。マンホールの標準規格としては、直線形、分岐Ｌ形、分岐Ｔ形、分岐十字形のものがある。又、それぞれの形について、適用管路条数に応じて容量の異なる複数種類が規格されている。いずれのマンホールも、次のような基本的な構成を有する。
【０００４】
図１４に示すように、マンホール１００は、矩形の躯体部分（コンクリートボックス）１０１、躯体部分１０１に連通する開口部１２１を有する円筒状の首部１０２、及び蓋１０３を有する。又、躯体部分１０１の側部には、ダクト１０４が形成され、管路２００が接続されている。そして、管路２００内を通して通信ケーブルなどが敷設される。マンホール１００は、鉄筋コンクリート（セメントコンクリート、レジンコンクリートなど）で構成され、当初、側方土圧、路面荷重などに耐え得る強度設計になっている。又、マンホール１００は、現場で鉄筋コンクリートを打設する現場打ち方式、或いはプレキャスト製品を現場に運搬、据え付けるブロック方式で地中に配設される。
【０００５】
上述のような従来のマンホール１００においては、次のような問題があった。つまり、マンホール１００は、通常、道路３００の下に土かぶりｈが５０ｃｍ〜１ｍ程度の位置に埋設されているため、道路３００上の車両４００の通行による輪荷重による劣化が起こる。又、経年による劣化が、多くのマンホール１００で見られる。実際にマンホール１００の内部から観察すると、コンクリートのひびわれ（亀裂）、鉄筋の露出（爆裂）が観察される。このため、マンホール１００の補修・補強が必要である。
【０００６】
従来、マンホール１００の補修としては、鉄筋が腐食して膨張し、かぶりコンクリート部分が剥落した箇所などの劣化部分をはつり落とし、防錆処理した後に断面修復することしか行われていなかった。しかしながら、斯かる補修方法は、施工に時間がかかり、又、補強効果は限定的なものである。
【０００７】
一方、近年、炭素繊維やアラミド繊維などから成る強化繊維シートに樹脂材料を含浸させて、これを接着することで、コンクリート構造物を補強する工法が提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、斯かる補強工法においては、下地ケレン処理、プライマー処理、不陸修正処理、繊維シート接着処理（樹脂含浸、硬化）などのいくつもの工程を要するため、施工に時間がかかる。又、強化繊維シートは、補強繊維が直線であり、マンホール１００の首部１０２の周りを効率的に補強することは難しい。更に、詳しくは後述するが、斯かる工法では、躯体部分１０１の頂版１１１の上面端部に発生する引張力に対しては、補強することができない。
【０００８】
そして、上述のように施工に時間がかかると、マンホール１００は、道路の下の地中に埋設されているため、交通規制が長時間におよび、補修・補強工事が難しいという問題がある。
【０００９】
このように、従来、短時間に効率良くマンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物を補強する方法が求められている。本発明者の知る限りにおいて、このような目的に適う方法は未だ提案されていない。
【００１０】
又、道路上を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力が向上した、補強されたコンクリート構造物が求められている。
【特許文献１】特開平７−９７４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、短時間に効率良くマンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物を補強することのできる補強方法、及び補強されたコンクリート構造物を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、マンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物に対する施工が容易な補強方法を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、道路を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力が向上した、補強されたコンクリート構造物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は本発明に係る地中に埋設されたマンホールの補強方法及び補強されたマンホールにて達成される。要約すれば、本発明は、躯体部分と、前記躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有する地中に埋設されたコンクリート構造物の補強法であって、前記開口部の周りの前記頂版の前記内部空間側の面に、前記躯体部分の長手方向に沿い前記開口部の中心を通る長手方向中心線に対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材を、接着樹脂を用いて接着することを特徴とする地中に埋設されたマンホールの補強方法である。
【００１５】
本発明の一実施態様によると、地中に埋設されたマンホールの補強方法は更に、前記躯体部分の長手方向側版と前記頂版とで成す前記内部空間側の隅角部の、前記躯体部分の長手方向と直交する短手方向に沿い前記開口部の中心を通る短手方向中心線を中心として前記開口部の径の１．５倍の範囲に、前記頂版から３０°以上６０°以下の角度で前記頂板と前記長手方向側版との間に斜材をアンカーボルトを用いて固定する。好ましい一実施態様によると、前記円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有する。又、前記斜材は、前記アンカーボルトに加えて若しくは替えてパテ状の接着剤を用いて固定することができる。本発明の一実施態様によると、前記円弧形補強材としては、中心部に強化繊維として炭素繊維を含む繊維強化プラスチック層を配置し、その外側に電気絶縁性を有する強化繊維を含む繊維強化プラスチック層又は電気絶縁性を有する樹脂層を配置した断面構造を有するものを使用することができる。前記絶縁性を有する強化繊維としては、ガラス繊維を用いることができる。本発明の好ましい一実施態様によると、前記接着樹脂は、速硬化型のラジカル重合樹脂である。
【００１６】
本発明の他の態様によると、躯体部分と、前記躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有し、前記開口部の周りの前記頂版の前記内部空間側の面に、前記躯体部分の長手方向に沿い前記開口部の中心を通る長手方向中心線に対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材が、接着樹脂を用いて接着されていることを特徴とする補強されたコンクリート構造物が提供される。本発明の一実施態様によると、補強されたコンクリート構造物は更に、前記躯体部分の長手方向側版と前記頂版とで成す前記内部空間側の隅角部の、前記躯体部分の長手方向と直交する短手方向に沿い前記開口部の中心を通る短手方向中心線を中心として前記開口部の径の１．５倍の範囲に、前記頂版から３０°以上６０°以下の角度で前記頂板と前記長手方向側版との間に斜材がアンカーボルトを用いて固定されている。好ましい一実施態様によると、前記円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有する。本発明の一実施態様によると、前記斜材は、前記アンカーボルトに加えて若しくは替えてパテ状の接着剤を用いて固定されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、短時間に効率良くマンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物を補強することができる。又、本発明の地中に埋設されたコンクリート構造物の補強方法は、マンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物に対して容易に施工することができる。更に、本発明によれば、道路を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力が向上した、補強されたコンクリート構造物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る地中に埋設されたコンクリート構造物の補強方法及び補強されたコンクリート構造物を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１９】
実施例１
本発明者は、上述のような従来の問題点に鑑み、地中に埋設されたコンクリート構造物であるマンホールの内部で見られる破損（コンクリートの亀裂、鉄筋の露出）の状況と、マンホールにかかる力について鋭意検討した。
【００２０】
先ず、図１を参照して、本実施例にて本発明を適用するコンクリート構造物としてのマンホール１００について説明する。マンホール１００は、矩形の躯体部分（コンクリートボックス）１０１、円筒状の首部１０２、及び蓋１０３を有する。躯体部分１０１は、頂版１１１と、躯体部分１０１の長手方向に沿う側版（長手方向側版）１１２と、底版１１３と、躯体部分１０１の短手方向（長手方向に直交する方向）に沿う側版（短手方向側版）１１４とで矩形の内部空間を形成する。首部１０２は、頂版１１１に接続され、躯体部分１０１の内部空間に連通する開口部１２１を有する。又、躯体部分１０１の短手方向側版１１４には、ダクト１０４が形成され、管路２００が接続される。
【００２１】
道路を通行する車両などから地中に埋設されたマンホール１００への輪荷重の主要なものとして、蓋１０３、首部１０２を経て頂版１０１に伝達されるものが挙げられる。そこで、本発明者は、地中に埋設されたマンホール１００に車両の輪荷重がかかった場合の頂版１１１の応力を、ＦＥＭ（finite element method：有限要素法）を用いて頂版１１１の下面（内部空間側）１１１ａ、上面（道路側）１１１ｂについて解析した。
【００２２】
ここでは、一例として、直線形の３号マンホール（標準規格）の頂版１１１をモデル化して解析を行った。３号マンホールの寸法は次の通りである。
長手方向長さ（長さ）Ｌ（内法寸法）：２．３ｍ
短手方向長さ（幅）Ｗ（内法寸法）：１．３ｍ
高さＨ（内法寸法）：１．５ｍ
版厚：１５０ｍｍ
開口部の径ｄ：９００ｍｍ
【００２３】
そして、図２に示すように、このマンホール１００の頂版１１１に輪荷重が直接作用するものとしてＦＥＭ解析を行った。図２は、躯体部分１０１の長手方向に沿い開口部１２１の中心を通る軸線（以下「長手方向中心線」という。）Ａ、及び、躯体部分１０１の短手方向に沿い開口部１２１の中心を通る軸線（以下「短手方向中心線」という。）Ｂで切り取った４分の１サイズの頂版１１１を示す。
【００２４】
図中矢印が付された円弧状部分が首部１０２の接続部であり、この部分に矢印方向の輪荷重がかかる。ＦＥＭ解析は、次の条件で行った。つまり、コンクリートは等方性材料として、３次元ソリッド要素でモデル化した。周辺２辺（図２及び図３中の長手方向・短手方向の各中心線の反対側の辺）は完全拘束し、長手方向・短手方向の各中心線は対称境界条件とした。又、解析は、弾性解析とした。
【００２５】
結果を図３及び図４に示す。図３は、躯体部分１０１の内部空間側の頂版１１１の面（以下「頂版下面」という。）１１１ａに作用する応力の分布を示す。又、図４は、躯体部分１０１の外側の頂版１１１の面（以下「頂版上面」という。）１１１ｂに作用する応力の分布を示す。尚、図３及び図４は、長手方向中心線Ａ及び短手方向中心線Ｂで切り取った４分の１サイズの頂版１１１についての結果を示す。但し、解析結果は、他の４分の１サイズ部分についても同様である。即ち、頂版１１１の応力は、長手方向中心線Ａ、短手方向中心線Ｂに対し略対称に現れた。
【００２６】
図３及び図４に示すパターン凡例に併記した応力値（単位：Ｎ／ｍｍ2）が負であれば圧縮応力、正であれば引張応力が作用していることを示す。又、図３及び図４中に示す矢印は、応力の作用方向を示している。
【００２７】
［繊維強化プラスチック製円弧形補強材の取り付け］
図３示す結果から、頂版１１１に首部１０２からの輪荷重がかかると、頂版下面１１１ａの開口部１２１の周りには引張応力が作用していることが分かる。コンクリートは、圧縮力には強く、引張力には弱い。
【００２８】
図５をも参照して更に説明する。本発明者の検討によれば、頂版下面１１１ａには、開口部１２１の周辺で、長手方向中心線Ａを基準（０°）として±６０°の範囲、より詳細には±４５°の範囲、特に、±３０°の範囲に強い引張応力が発生している。
【００２９】
そこで、本発明の一実施態様によれば、地中に埋設されたマンホール１００の補強方法は、図５に示すように、開口部１２１の周りの頂板下面１１１ａに、円弧形の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の補強材（以下「円弧形補強材」という。）１を、接着樹脂を用いて接着することを含む。
【００３０】
円弧形補強材１は、開口部１２１を通るマンホール１００の長手方向中心線Ａを基準（０°）として±３０°以上（即ち、長手方向中心線Ａに対し両側３０°以上）の範囲、より好ましくは±４５°以上（即ち、長手方向中心線Ａに対し両側４５°以上）の範囲にわたる連続した円弧形とする。
【００３１】
円弧形補強材１は、所定幅を有するように作成され、上記の如く開口部１２１の周りに配置されることから、当然、その幅方向の最内周の曲率半径は、開口部１２１の曲率半径以上である。円弧形補強材１は、開口部１２１の周により近接して取り付けることが好ましい。しかし、頂版下面１１１ａのコンクリート面の状態などに応じて、開口部１２１の周から所定距離ｇ隔てて円弧形補強材１を取り付けることができる。開口部１２１の周りに作用する引張応力に対する補強効果などの点から、距離ｇは、１００ｍｍ以下とするのが好ましい。より好ましくは５０ｍｍ以下とする。一方、通常、距離ｇは、５ｍｍ以上とされる。
【００３２】
尚、マンホール１００が直線形ではない場合、例えば、分岐Ｌ形、分岐Ｔ形、分岐十字形である場合にも、首部１０２が設けられた、分岐部を除いた基本となる躯体を矩形と擬制して上記同様に考えればよい。
【００３３】
頂版下面１１１ａに作用する引張応力に対する補強の観点からは、円弧形補強材１は、長手方向中心線Ａに対し両側３０°以上の範囲で、どの程度の角度まで連続させるかは、特に制限されるものではない。但し、マンホール１００の首部１０２の高さｈは、通常、５０ｃｍ〜１ｍであり、又、開口部１２１の内径は６０〜９０ｃｍである。そして、既に硬化された、所定幅を有する円弧形補強材１を、この首部１０２の開口部１２１を通して躯体部分１０１内に運び入れる。これらのことを考慮すると、円弧形補強材１は、通常、長手方向中心線Ａを基準（０°）として±９０°（即ち、長手方向中心線Ａに対し両側９０°以内）の範囲にわたり連続するものとする。又、図３に示す結果から分かるように、長手方向中心線Ａを基準（０°）として±６０°（即ち、長手方向中心線Ａに対し両側６０°以内）の範囲にわたり連続する円弧形補強材１を使用すれば、実用上十分の補強効果を得ることができ、又、この場合作業性も良好である。よって、好ましくは、長手方向中心線Ａを基準（０°）として±３０°〜±６０°、より好ましくは±４５°〜±６０°にわたる２つの円弧形補強材１を、図５に示すように、開口部１２１の周りに対称に設ける。
【００３４】
図６は、本発明で使用し得る円弧形補強材１の一実施例を示す。円弧形補強材１は、少なくとも、当該円弧形補強材１の円弧形状に沿って一方向に引き揃えられた（即ち、円弧形補強材１の円周方向に配列された）連続繊維である強化繊維ｆ１の層（以下「円弧状一方向繊維層」という。）Ｆ１を有することが好ましい。そして、強化繊維ｆ１にマトリクス樹脂が含浸され、硬化されることで円弧形補強材１が形成される。
【００３５】
一方向に配列される強化繊維ｆ１は、多数本のフィラメントを平行に或いは緩く撚りを掛けて集束して作製されるストランド、或いはこのストランドを更に複数本平行に或いは緩く撚りを掛けて集束したもの（ロービング、ヤーン）とされる。これにより、円弧形補強材１の円弧状一方向繊維層Ｆ１は、フィラメントが複数層に積層され一方向に配向された状態でマトリクス樹脂により接着された一方向配列繊維組織を有することになる。
【００３６】
強化繊維ｆ１としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ボロン繊維を含む無機繊維；チタン、スチールを含む金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、高強度ポリプロビレンを含む有機繊維；から選択されるいずれかの繊維、或いは、これらの繊維を複数種類混入したハイブリッドタイプの繊維を使用することができる。
【００３７】
強化繊維ｆ１としては、所望の補強強度などに応じて上記の如き繊維から選択して使用することができるが、典型的には、炭素繊維を好適に使用することができる。炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系、その他、いずれのタイプの炭素繊維であっても構わない。好ましくは、引張強度が１００Ｋｇｆ／ｍｍ2（９８０Ｎ／ｍｍ2）以上、又引張弾性率が１０Ｔｏｎｆ／ｍｍ2（９８，０００Ｎ／ｍｍ2）以上の高強度、高弾性率のものを使用する。
【００３８】
円弧形補強材１を構成する円弧状一方向繊維層Ｆ１としては、強化繊維ｆ１を略均一に互いに密に一方向に配置した一方向配列強化繊維シートを用いてもよい。尚、円弧形補強材１は、同種若しくは異種の強化繊維ｆ１から成る実質的に複数層の円弧状一方向繊維層Ｆ１を有していてよい。
【００３９】
又、円弧状一方向繊維層Ｆ１の他に、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び／又は第２面（裏面）に、補助層を設けることができる。
【００４０】
例えば、補助層として、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１と同種又は異種の強化繊維から成るマット、クロス或いはニットの層（以下「補助層」という。）を、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び／又は第２面（裏面）に、単層若しくは複数層積み重ねることができる。これにより、所望に応じて円弧形補強材１の断面剛性を向上させたり、所望の表面性状を与えることができる。
【００４１】
或いは、補助層として、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１と同種又は異種の強化繊維から成る、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１と交差する方向に引き揃えられた強化繊維の層（典型的には、円弧形の半径方向に引き揃えられた強化繊維の層）を、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び／又は第２面（裏面）に、単層若しくは複数層積み重ねることができる。これにより、円弧形補強材１に対し、円弧形状の周方向の引張強度に加えて、それに交差する方向（例えば、直交方向）の強度を付与することができる。
【００４２】
補助層を構成する強化繊維は、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１と同様に上述の群より選択されるものを使用することができる。円弧形補強材１は、円弧状一方向繊維層Ｆ１と補助層とが交互に複数層積層された構成を有していてもよい。又、円弧形補強材１は、円弧状一方向繊維層Ｆ１に対し、同種又は異種の補助層を複数組み合わせて設けてもよい。
【００４３】
ここで、マットは、製織によらずに作製される不織布状の任意のものであってよく、例えば、切断されたストランドを無方向に略均一な厚さに積み結合剤で固めたチョッブドストランドマット、連続ストランドを無方向に略均一な厚さに積み結合剤で固めたコンティニュアスストランドマットなどが挙げられる。クロスは、平織、朱子織など任意の織物組織を有する製織により作製される織物であり、ロービングクロスであってもよい。ニットは、縦編み、横編みいずれの編み物組織を有するものであってもよい。
【００４４】
又、補助層として、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１と交差する方向に引き揃えられた強化繊維の層（交差繊維層）を設ける場合、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１と組み合わせて２方向、若しくは交差繊維層を多層設けることで更に多方向に強化繊維を配置することができる。
【００４５】
図７は、円弧状一方向繊維層Ｆ１の他に補助層を設けた円弧形補強材１の一実施例の断面構成を示す。図７に示す円弧形補強材１は、断面中心部に円弧状一方向繊維層Ｆ１として導電性を有する強化繊維ｆ１の層を有する。更に、この円弧形補強材１は、この円弧状一方向繊維層Ｆ１の外側、ここでは、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び第２面（裏面）に、電気絶縁性を有する強化繊維ｆ２の層（補助層）Ｆ２を積層した断面構造（サンドイッチ構造）を有する。
【００４６】
好ましくは、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１として導電性を有する繊維である炭素繊維を用いる場合に、補助層Ｆ２の電気絶縁性を有する強化繊維ｆ２としてガラス繊維を好適に用いることができる。又、ガラス繊維ｆ２から成る補助層Ｆ２の組織としては、マットを好適に採用し得る。
【００４７】
このように、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１が導電性繊維である場合に、その少なくとも一面（マンホールに適用した際に躯体部分１０１の内部空間に面する側）に電気絶縁性を有する強化繊維ｆ２を配置することによって、マンホール１００内での万一の漏電などに対する安全性を高める効果がある。
【００４８】
尚、円弧状一方向繊維層Ｆ１として炭素繊維などの導電性を有する繊維を用いる際に、円弧形補強材１の表面に絶縁層を設ける目的のためには、補助層として、補強繊維を含有しない電気絶縁性の樹脂層を円弧形補強材１を設けてもよい。
【００４９】
マトリクス樹脂としては、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、アクリル樹脂（ＭＭＡ（メチルメタクリレート）樹脂等）、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などのラジカル反応系樹脂（ラジカル重合樹脂）を少なくとも１種類以上含むものを使用することができる。
【００５０】
又、円弧形補強材１の強化繊維の体積含有率は、所望の引張強度が得られ、又樹脂含浸性も良好であるように、通常、２０〜７０体積％とされる。
【００５１】
円弧形補強材１の作製方法は、特に制限されるものではなく、利用可能な任意の成形方法を採用することができる。生産性や、製品の寸法精度の安定性の点から、引き抜き成形法が好適である。引き抜き成形法は当業者には周知の通りのものであり、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１（場合によっては更にマット、クロス、ニットなどの補助層Ｆ２を構成する強化繊維ｆ２）の供給、マトリクス樹脂の含浸、金型による賦形・硬化、引っ張り、切断などを含む一連の工程を連続して行うことができる。
【００５２】
円弧形補強材１の断面構成は、要求性能に応じて適宜変更可能である。通常、引張強度が１，９００〜５，０００Ｎ／ｍｍ2、引張弾性率が０．６×１０5〜６．５×１０5Ｎ／ｍｍ2のものが好ましく使用される。
【００５３】
円弧形補強材１の設計厚さｔ、円弧形補強材１の幅（強化繊維ｆ１の配向方向に略直交する方向の長さ）ｗは、補強されるマンホール１００の寸法、強化繊維ｆ１の種類などに応じて適宜決定する。通常、円弧形補強材１の厚さｔは２〜５ｍｍ、幅ｗは２０〜１００ｍｍとされる。
【００５４】
例えば、円弧形補強材１の円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆとして炭素繊維を用いる場合、７μｍφのモノフィラメントを、例えば、約２４，０００本集束したストランドを５０本集束したロービング、即ち、強化繊維ｆ１を使用することができる。この強化繊維ｆ１を、繊維目付３００〜５，０００ｇ／ｍ2にて、均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列することができる。これにより、例えば、図６に示すように円弧形補強材１が円弧状一方向繊維層Ｆ１のみから成る場合、マトリクス樹脂を含浸して硬化させた後の厚さｔは、０．５〜１５ｍｍとされる。
【００５５】
又、例えば、図７に示すように、円弧形補強材１の外側にガラス繊維マットから成る補助層Ｆ２を設ける場合、ガラス繊維マットの繊維目付は３００〜２，０００ｇ／ｍ2とすることができる。これにより、マトリクス樹脂を含浸して硬化させた後の円弧形補強材１（円弧状一方向繊維層Ｆ１及び補助層Ｆ２を含む）の厚さｔは、１〜２０ｍｍとされる。
【００５６】
次に、円弧形補強材１を頂版下面１１１ａに貼り付ける工程について更に説明する。本発明に従う円弧形補強材１の貼り付け工程は、次の各工程の全て或いはいずれかの組み合わせを有する。図８（ａ）〜（ｄ）は、円弧形補強材１を張り付ける部分の頂版下面１１１ａの概略断面を示す。
【００５７】
（１）ケレン処理工程
図８（ａ）に示すように、頂板下面１１１ａにおける円弧形補強材１を貼り付ける部分の下地コンクリートをケレン処理する。ケレン処理は、ディスクサンダー、サンドブラストなどの任意の手段により行うことができる。
【００５８】
（２）プライマー塗布工程
次に、図８（ｂ）に示すように、ケレン処理した頂板下面１１１ａにプライマー３を塗布して下地処理する。プライマー３は、次に接着樹脂にて接着する円弧形補強材１とコンクリート面との馴染み馴染みを向上させる。プライマー３としては、次に塗布する接着樹脂２との親和性が良く、又円弧形補強材１と共に使用することが許容される任意のものを用いることができる。プライマー３としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの室温硬化樹脂、又は、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などのラジカル反応系樹脂（ラジカル重合樹脂）を用いることができる。又、プライマー３としては、特に、硬化の早い速硬化型のラジカル反応系樹脂、例えばアクリル樹脂が好ましい。より具体的には、速硬化型のアクリル樹脂としては、日鉄コンポジット（株）製ＦＰ−Ｍを好適に用いることができる。プライマー３の塗布量は、好ましくは、円弧形補強材１の表面積当たり０．１〜０．４ｋｇ／ｍ2である。
【００５９】
（３）接着樹脂塗布工程
次に、図８（ｃ）に示すように、接着樹脂２を頂板下面１１１ａのコンクリート面（プライマー３を適用する場合はプライマー塗布面）に塗布する。接着樹脂２としては、円弧形補強材１と共に使用することが許容される任意のものを用いることができる。接着樹脂２としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの室温硬化樹脂、又は、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などのラジカル反応系樹脂（ラジカル重合樹脂）を用いることができる。特に、硬化の早い速硬化型のラジカル反応系樹脂、例えばアクリル樹脂が好ましい。より具体的には、速硬化型のアクリル樹脂としては、日鉄コンポジット（株）製ＦＲ−ＭＩＰを好適に用いることができる。接着樹脂２の塗布量は、好ましくは、円弧形補強材１の表面積当たり０．５〜５．０ｋｇ／ｍ2である。
【００６０】
（４）円弧形補強材貼着工程
次に、図８（ｄ）に示すように、円弧形補強材１を、接着樹脂２（プライマー３を適用する場合は更にプライマー３）を介して頂板下面１１１ａに付着させる。その後、接着樹脂２が硬化することにより、円弧形補強材１のマンホール１００への適用は終了する。
【００６１】
尚、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を用いた円弧形補強材１を用いる場合は、エポキシ樹脂接着剤で接着することが好ましい。又、マトリクス樹脂としてアクリル樹脂を用いた円弧形補強材１を用いる場合は、アクリル樹脂接着剤で接着することが好ましい。
【００６２】
本発明の好ましい実施例によれば、円弧形補強材１を頂板下面１１１ａに貼り付ける工程は、上記工程（１）〜（４）の全てを有する。但し、上記工程（２）のプライマー塗布工程、更には上記工程（１）のケレン処理工程は、場合によっては省くことができる。又、上記工程（３）の接着樹脂塗布工程においては、接着樹脂２を円弧形補強材１の面に塗布してもよい。又、上記工程（１）〜（４）の他、公知のコンクリートのひび割れ補修工程など、任意の工程を適宜追加してもよいことを、当業者は容易に理解されよう。
【００６３】
尚、図９に示すように、必要に応じて、例えば、直線形の一方向繊維強化プラスチック製の補強材４を頂板下面１１１ａの任意の箇所に、任意の配向にて貼り付けることができる。この追加の補強材４は、特に一方向強化繊維が円弧状に配列されていないことを除けば、上述の円弧形補強材１と同様の構成とすることができる。又、その頂板下面１１１ａへの貼り付け工程も、上記円弧形補強材１と同様とすることができる。好ましくは、この追加の補強材４は、頂板下面１１１ａにおいて引張応力が作用している箇所に、その引張応力の作用方向に沿って一方向連続強化繊維が配向するように貼り付ける。
【００６４】
上述のように、円弧形補強材１を頂板下面１１１ａに貼り付けることによって、開口部１２１の周りの頂版下面１１１ａに作用する引張応力（図３）に対して、円弧形補強材１が応力を分担することができ、マンホール１００の構造を補強することができる。又、既に硬化された円弧形補強材１をマンホール１００内に運び入れ、これを所定箇所に貼り付けるといった極めて簡単な作業にて、作業性良くマンホール１００を補強することができる。従って、短時間に高率良くマンホール１００の補強工事を施工することができる。特に、プライマー３、接着樹脂２として速硬化型の接着樹脂を使用することで、極めて短時間に補強工事を完了することができる。これにより、地中に埋設されたマンホール１００の補強工事のための交通規制時間を短縮することができる。
【００６５】
［斜材の取り付け］
上述のように、頂版下面１１１ａの開口部１２１の周りに作用する引張応力に対しては、躯体部分１０１の内部空間から円弧形補強材１を貼り付けることで補強することができる。
【００６６】
更に、マンホール１００においては、図３及び図４に示す結果から分かるように、頂版１１１に首部１０２からの輪荷重がかかると、首部１０２付近の長手方向側版１１２と頂板１１１との接合部において、頂板上面１１１ｂに引張応力が作用している。コンクリートは、圧縮力には強く、引張力には弱い。又、マンホール１００の補強工事を短時間で高率的に行うためには、この頂板上面１１１ｂに対する補強を躯体部分１０１の内部空間から補強することが求められる。
【００６７】
図１０をも参照して更に説明すれば、短手方向中心線Ｂを中心として、開口部１２１の径の約１．５倍の範囲において、長手方向側版１１２と頂板１１１との接合部の頂板上面１１１ｂに強い引張応力が発生している。
【００６８】
そこで、本発明の他の実施態様によれば、地中に埋設されたマンホール１０の補強方法は更に、図１１に示すように、頂板下面１１１ａと長手方向側版１１２とで成す躯体部分１０１の内部空間側の隅角部の、短手方向中心線Ｂを中心として開口部１２１の径ｄの１．５倍の範囲Ｒに、頂版下面１１１ａと長手方向側版の躯体部分１０１の内部空間側の面（以下「長手方向側版内面」という。）１１２ａとに固定された斜材（ストラット、支え部材）５を設けることを含む。換言すれば、地中に埋設されたマンホール１０の補強方法は、長手方向側版１１２と頂板１１１とで成す隅角部の軸線上への開口部１２１の投影部分の両端側に対称に延びる、当該投影部分の長さの１．５倍の範囲に、頂板下面１１１ａと長手方向側版内面１１２ａとに固定された斜材（ストラット、支え部材）５を設けることを含む。
【００６９】
斜材５は、頂版１１１（頂板下面１１１ａ）から３０°以上６０°以下の角度θにて設ける。斜材５の軸線が頂板下面１１１ａと成す角度θが、３０°未満であるか、或いは６０°を超えると、曲げ応力が発生した時の力の伝達が非効率となる。最も好ましくは、斜材５の軸線が頂板下面１１１ａと成す角度θは４５°である。尚、図１１には、頂板下面１１１ａと長手方向側版１１２とで成す一方の隅角部のみ示すが、通常、反対側の隅角部にも同様にして斜材５を設ける。
【００７０】
斜材５としては、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、棒材、板材を好適に使用することができる。又、斜材５の材料は、圧縮強度や圧縮剛性の観点から、ステンレススチール、鋼など金属が好ましい。
【００７１】
更に説明すると、斜材５は、頂板下面１１１ａと長手方向側版内面１１２ａとの間に斜めに配置される斜材部５３と、この斜材部５３の軸線（長さ）方向両端部に設けられ、頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａに斜材５を固定するための固定部５１と、を有する。固定部５１には、ボルト孔（アンカー孔）５２が設けられている。これにより、斜材５は、このボルト孔５２を利用してアンカーボルト６により頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａに固定することができる。
【００７２】
斜材５として、図１２（ａ）に示すような棒材を用いる場合、要求される補強強度に応じて、典型的には、上記所定の範囲Ｒ内に所定間隔（通常、等間隔）で複数個取り付ける。斜材５の構成は、全体として要求される補強強度、取り付ける棒材の数（即ち、１個の斜材５に要求される補強強度）などに応じて適宜設定可能である。又、斜材５として、図１２（ｂ）に示すような板材を用いる場合、典型的には、上記所定の範囲Ｒ内で連続した１個の板材を用いる。上記範囲内に所定間隔（通常、等間隔）に分割された複数枚の板材を取り付けてもよい。
【００７３】
斜材５の断面構成は、要求性能に応じて適宜変更可能である。棒材の場合、例えば、次のようなものを好適に用いることができる。４．５ｍｍ（厚さ）×１２０ｍｍ（幅：断面長）×７４０ｍｍ（長さ）の鋼材（ＳＳ４００）の、軸線方向（長さ方向）中央の５００ｍｍ部分を断面（軸線方向に対し直交方向の断面）Ｕ字形に加工して斜材部５３とする。そして、この斜材部５３の軸線方向両端部の１２０ｍｍ部分を、斜材部５３に対し４５°の角度で曲げて固定部５１を形成する。この場合、好ましくは、溶融亜鉛メッキを施すことで耐食性を向上させる。
【００７４】
又、板材の場合、例えば、次のようなものを好適に用いることができる。４．５ｍｍ（厚さ）×５００ｍｍ（幅）×７４０ｍｍ（長さ）のステンレスチール材（ＳＵＳ３０４）の、長さ方向中央の５００ｍｍ部分を斜材部５３とする。この斜材部５３の長さ方向両端部の１２０ｍｍ部分を、斜材部５３に対し４５°の角度で曲げ加工して固定部５１を形成する。
【００７５】
上述のように、斜材５は、固定部５１においてアンカーボルト６で頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａに固定することができる。この他に、図１３（ａ）に示すように、固定部５１と、頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａのコンクリート面との間にパテ状の接着剤７を用いることで、斜材５を頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａに固定することができる。この場合、ボルト孔５２（図１１）は必要ない。パテ状の接着剤７としては、エポキシ樹脂パテ材を用いることができる。より具体的には、パテ状の接着材７としては、日鉄コンポジット（株）製ＦＥ−Ｚを好適に用いることができる。又、図１３（ｂ）に示すように、パテ状の接着剤７とアンカーボルト６を併用してもよい。
【００７６】
つまり、斜材５を取り付ける工程は、斜材５を躯体部分１００の内部空間にて所定位置に適合させる工程、そしてこの斜材５をアンカーボルト６及び／又はパテ状７の接着剤を用いて固定する工程を含む。
【００７７】
尚、斜材５の固定部５１を固定する箇所のコンクリート面の下処理、アンカー固定孔の加工処理など、公知の任意の工程を適宜追加してもよいことは当業者には容易に理解されよう。
【００７８】
上述のように、頂板上面１１１ｂの端部に作用する引張応力（図４）に対しては、上記所定の範囲Ｒにおいて頂板下面１１１ａと長手方向側版内面１１２ａとに固定された斜材５を設けることによって応力を緩和することができる。又、例えば金属製の棒材とされる斜材５をマンホール１００内に運び入れ、これを所定箇所にアンカーボルトなどで固定するといった極めて簡単な作業にて、作業性良くマンホール１００を補強することができる。従って、短時間に高率良く補強工事を施工することができる。これにより、地中に埋設されたマンホール１００の補強工事のための交通規制時間を短縮することができる。
【００７９】
以上説明したように、地中に埋設されたマンホール１００は、最も好ましくは、円弧形補強材１と斜材５との双方を所定箇所に取り付ける。これによって、開口部１２１の周りの頂版下面１１１ａに作用する引張応力（図３）、頂板上面１１１ｂの端部に作用する引張応力（図４）の両方、即ち、首部１０２を介して躯体部分１０１に作用する輪荷重によってマンホール１００に発生する主要な引張応力に対して、マンホール１００の内側から短時間に効率良く補強を施すことができる。
【００８０】
又、本発明によれば、上述のような補強方法によって補強されたマンホール１００が提供される。つまり、本発明に従う補強されたマンホール１００は、一実施形態によれば、開口部１２１の周りの所定箇所に、円弧形補強材１が貼り付けられている。又、他の実施形態によれば、補強されたマンホール１００は更に、頂板下面１１１aと長手方向側版１１２とで成す隅角部の所定箇所において、頂板下面１１１ａと長手方向側版１１２とに固定された斜材５が設けられている。最も好ましくは、本発明に従う補強されたマンホール１００は、円弧形補強材１と斜材５との両方を有する。これにより、開口部１２１の周りの頂版下面１１１ａに作用する引張応力（図３）、頂板上面１１１ｂの端部に作用する引張応力（図４）の両方、即ち、首部１０２を介して躯体部分１０１に作用する輪荷重によってマンホール１００に発生する主要な引張応力に対する耐力が向上したマンホール１００を提供することができる。
【００８１】
次に、本発明に従う一具体例について説明する。本例では、上記直線形３号マンホール（標準規格）に円弧形補強材１及び斜材５を適用する。
【００８２】
・円弧形補強材
強化繊維：高強度炭素繊維
マトリクス樹脂：アクリル樹脂［日鉄コンポジット（株）製ＦＲ−ＭＩＰ］
形状：
幅ｗ ５０ｍｍ
厚さｔ ５ｍｍ
内周の曲率半径 ４６０ｍｍ
長手方向中心線に対し±６０°にわたる円弧形状
使用強化繊維の機械的特性：
引張強度：４９００Ｎ／ｍｍ2（炭素繊維断面積ベース）
引張弾性率：２．３９×１０5Ｎ／ｍｍ2（炭素繊維断面積ベース）
この円弧形補強材１を、開口部１２１の周からの距離ｇが１０ｍｍとなる位置に、頂版下面１１１ａをケレン処理した後、次のプライマー３、接着樹脂２を用いて接着した。
プライマー：速硬化型アクリル樹脂［日鉄コンポジット（株）製 ＦＲ−Ｍ］
接着樹脂：速硬化型アクリル樹脂［日鉄コンポジット（株）製 ＦＲ−ＭＩＰ］
【００８３】
・斜材
材料：鋼材（ＳＳ４００に亜鉛メッキを施したもの）
形状：棒材（斜材部は断面Ｕ字形状）
寸法：斜材部長さ５０ｃｍ／斜材部断面長１２ｃｍ／固定部長さ１２ｃｍ／
アンカー孔８．２ｍｍφ×２カ所
数（間隔）：７個（２２．５ｃｍ間隔）
アンカーボルト：Ｍ８拡径式アンカー
接着剤：エポキシ樹脂パテ材
［日鉄コンポジット（株）製 ＦＥ−Ｚ（４ｋｇ／ｍ2）］
この斜材５を、アンカーボルトにて頂版下面１１１ａと長手方向側版内面１１２ａに固定した。尚、開口部１２１の径は９００ｍｍであり、斜材５取付範囲Ｒは、短手方向中心線Ｂを中心として１．３５ｍの範囲であった。
【００８４】
尚、上記実施例では、コンクリート構造物は、通信ケーブルの分岐スペース等として使用されるマンホールであるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、上記マンホールにて極めて有効に作用するものであるが、躯体部分と、この躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有し、地中に埋設されて使用される任意のコンクリート構造物に対して等しく適用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明を適用し得るマンホールの概略斜視図である。
【図２】ＦＥＭ解析の荷重条件のコンピュータ出力を示す図である。
【図３】ＦＥＭ解析による頂版下面の応力分布のコンピュータ出力を示す図である。
【図４】ＦＥＭ解析による頂版上面の応力分布のコンピュータ出力を示す図である。
【図５】円弧形補強材の適用範囲を説明するための頂版下面の模式図である。
【図６】円弧形補強材の一実施例の斜視図である。
【図７】円弧形補強材の他の実施例の断面図である。
【図８】円弧形補強材の貼り付け工程を説明するための模式図である。
【図９】円弧形補強材の他の適用例を示す頂版下面の模式図である。
【図１０】斜材の適用範囲を説明するための頂版下面の模式図である。
【図１１】斜材の取り付け方法を説明するためのマンホールの部分断面図である。
【図１２】（ａ）棒状の斜材、（ｂ）板状の斜材の一実施例の斜視図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）斜材の取り付け他の取り付け方法を説明するためのマンホールの部分断面図である。
【図１４】マンホールの一例の模式図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 円弧形補強材
２ 接着樹脂
３ プライマー
５ 斜材
１００ マンホール
１０１ 躯体部分
１０２ 首部
１１１ 頂版
１１１ａ 頂版下面
１１１ｂ 頂版上面
１１２ 長手方向側版
１１２ａ 長手方向側版内面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物の補強方法及び補強されたコンクリート構造物に関するものであり、特に、簡単な方法で短時間でマンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物を補強するための補強方法、及び道路上を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力が向上した補強されたコンクリート構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、地中に埋設されている通信ケーブルの分岐、接続部の収容のための空間、及び作業者が入坑してケーブルの建設、保守作業を行う空間を確保するために、マンホール（人孔）が地中に埋設されている。
【０００３】
マンホールの容量、形状は、ルート上の管路の条数、収容するケーブルの条数、或いは分岐方向などによって決定される。通常、マンホールは、標準規格の中から選定されるが、必要に応じて特別に形状、構造が設計される。マンホールの標準規格としては、直線形、分岐Ｌ形、分岐Ｔ形、分岐十字形のものがある。又、それぞれの形について、適用管路条数に応じて容量の異なる複数種類が規格されている。いずれのマンホールも、次のような基本的な構成を有する。
【０００４】
図１４に示すように、マンホール１００は、矩形の躯体部分（コンクリートボックス）１０１、躯体部分１０１に連通する開口部１２１を有する円筒状の首部１０２、及び蓋１０３を有する。又、躯体部分１０１の側部には、ダクト１０４が形成され、管路２００が接続されている。そして、管路２００内を通して通信ケーブルなどが敷設される。マンホール１００は、鉄筋コンクリート（セメントコンクリート、レジンコンクリートなど）で構成され、当初、側方土圧、路面荷重などに耐え得る強度設計になっている。又、マンホール１００は、現場で鉄筋コンクリートを打設する現場打ち方式、或いはプレキャスト製品を現場に運搬、据え付けるブロック方式で地中に配設される。
【０００５】
上述のような従来のマンホール１００においては、次のような問題があった。つまり、マンホール１００は、通常、道路３００の下に土かぶりｈが５０ｃｍ〜１ｍ程度の位置に埋設されているため、道路３００上の車両４００の通行による輪荷重による劣化が起こる。又、経年による劣化が、多くのマンホール１００で見られる。実際にマンホール１００の内部から観察すると、コンクリートのひびわれ（亀裂）、鉄筋の露出（爆裂）が観察される。このため、マンホール１００の補修・補強が必要である。
【０００６】
従来、マンホール１００の補修としては、鉄筋が腐食して膨張し、かぶりコンクリート部分が剥落した箇所などの劣化部分をはつり落とし、防錆処理した後に断面修復することしか行われていなかった。しかしながら、斯かる補修方法は、施工に時間がかかり、又、補強効果は限定的なものである。
【０００７】
一方、近年、炭素繊維やアラミド繊維などから成る強化繊維シートに樹脂材料を含浸させて、これを接着することで、コンクリート構造物を補強する工法が提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、斯かる補強工法においては、下地ケレン処理、プライマー処理、不陸修正処理、繊維シート接着処理（樹脂含浸、硬化）などのいくつもの工程を要するため、施工に時間がかかる。又、強化繊維シートは、補強繊維が直線であり、マンホール１００の首部１０２の周りを効率的に補強することは難しい。更に、詳しくは後述するが、斯かる工法では、躯体部分１０１の頂版１１１の上面端部に発生する引張力に対しては、補強することができない。
【０００８】
そして、上述のように施工に時間がかかると、マンホール１００は、道路の下の地中に埋設されているため、交通規制が長時間におよび、補修・補強工事が難しいという問題がある。
【０００９】
このように、従来、短時間に効率良くマンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物を補強する方法が求められている。本発明者の知る限りにおいて、このような目的に適う方法は未だ提案されていない。
【００１０】
又、道路上を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力が向上した、補強されたコンクリート構造物が求められている。
【特許文献１】特開平７−９７４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、短時間に効率良くマンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物を補強することのできる補強方法、及び補強されたコンクリート構造物を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、マンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物に対する施工が容易な補強方法を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、道路を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力が向上した、補強されたコンクリート構造物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は本発明に係る地中に埋設されたマンホールの補強方法及び補強されたマンホールにて達成される。要約すれば、本発明は、躯体部分と、前記躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有する地中に埋設されたコンクリート構造物の補強法であって、前記開口部の周りの前記頂版の前記内部空間側の面に、前記躯体部分の長手方向に沿い前記開口部の中心を通る長手方向中心線に対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材を、接着樹脂を用いて接着することを特徴とする地中に埋設されたマンホールの補強方法である。
【００１５】
本発明の一実施態様によると、地中に埋設されたマンホールの補強方法は更に、前記躯体部分の長手方向側版と前記頂版とで成す前記内部空間側の隅角部の、前記躯体部分の長手方向と直交する短手方向に沿い前記開口部の中心を通る短手方向中心線を中心として前記開口部の径の１．５倍の範囲に、前記頂版から３０°以上６０°以下の角度で前記頂板と前記長手方向側版との間に斜材をアンカーボルトを用いて固定する。好ましい一実施態様によると、前記円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有する。又、前記斜材は、前記アンカーボルトに加えて若しくは替えてパテ状の接着剤を用いて固定することができる。本発明の一実施態様によると、前記円弧形補強材としては、中心部に強化繊維として炭素繊維を含む繊維強化プラスチック層を配置し、その外側に電気絶縁性を有する強化繊維を含む繊維強化プラスチック層又は電気絶縁性を有する樹脂層を配置した断面構造を有するものを使用することができる。前記絶縁性を有する強化繊維としては、ガラス繊維を用いることができる。本発明の好ましい一実施態様によると、前記接着樹脂は、速硬化型のラジカル重合樹脂である。
【００１６】
本発明の他の態様によると、躯体部分と、前記躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有し、前記開口部の周りの前記頂版の前記内部空間側の面に、前記躯体部分の長手方向に沿い前記開口部の中心を通る長手方向中心線に対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材が、接着樹脂を用いて接着されていることを特徴とする補強されたコンクリート構造物が提供される。本発明の一実施態様によると、補強されたコンクリート構造物は更に、前記躯体部分の長手方向側版と前記頂版とで成す前記内部空間側の隅角部の、前記躯体部分の長手方向と直交する短手方向に沿い前記開口部の中心を通る短手方向中心線を中心として前記開口部の径の１．５倍の範囲に、前記頂版から３０°以上６０°以下の角度で前記頂板と前記長手方向側版との間に斜材がアンカーボルトを用いて固定されている。好ましい一実施態様によると、前記円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有する。本発明の一実施態様によると、前記斜材は、前記アンカーボルトに加えて若しくは替えてパテ状の接着剤を用いて固定されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、短時間に効率良くマンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物を補強することができる。又、本発明の地中に埋設されたコンクリート構造物の補強方法は、マンホール等の地中に埋設されたコンクリート構造物に対して容易に施工することができる。更に、本発明によれば、道路を通行する車両からの輪荷重などに対する耐力が向上した、補強されたコンクリート構造物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る地中に埋設されたコンクリート構造物の補強方法及び補強されたコンクリート構造物を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１９】
実施例１
本発明者は、上述のような従来の問題点に鑑み、地中に埋設されたコンクリート構造物であるマンホールの内部で見られる破損（コンクリートの亀裂、鉄筋の露出）の状況と、マンホールにかかる力について鋭意検討した。
【００２０】
先ず、図１を参照して、本実施例にて本発明を適用するコンクリート構造物としてのマンホール１００について説明する。マンホール１００は、矩形の躯体部分（コンクリートボックス）１０１、円筒状の首部１０２、及び蓋１０３を有する。躯体部分１０１は、頂版１１１と、躯体部分１０１の長手方向に沿う側版（長手方向側版）１１２と、底版１１３と、躯体部分１０１の短手方向（長手方向に直交する方向）に沿う側版（短手方向側版）１１４とで矩形の内部空間を形成する。首部１０２は、頂版１１１に接続され、躯体部分１０１の内部空間に連通する開口部１２１を有する。又、躯体部分１０１の短手方向側版１１４には、ダクト１０４が形成され、管路２００が接続される。
【００２１】
道路を通行する車両などから地中に埋設されたマンホール１００への輪荷重の主要なものとして、蓋１０３、首部１０２を経て頂版１０１に伝達されるものが挙げられる。そこで、本発明者は、地中に埋設されたマンホール１００に車両の輪荷重がかかった場合の頂版１１１の応力を、ＦＥＭ（finite element method：有限要素法）を用いて頂版１１１の下面（内部空間側）１１１ａ、上面（道路側）１１１ｂについて解析した。
【００２２】
ここでは、一例として、直線形の３号マンホール（標準規格）の頂版１１１をモデル化して解析を行った。３号マンホールの寸法は次の通りである。
長手方向長さ（長さ）Ｌ（内法寸法）：２．３ｍ
短手方向長さ（幅）Ｗ（内法寸法）：１．３ｍ
高さＨ（内法寸法）：１．５ｍ
版厚：１５０ｍｍ
開口部の径ｄ：９００ｍｍ
【００２３】
そして、図２に示すように、このマンホール１００の頂版１１１に輪荷重が直接作用するものとしてＦＥＭ解析を行った。図２は、躯体部分１０１の長手方向に沿い開口部１２１の中心を通る軸線（以下「長手方向中心線」という。）Ａ、及び、躯体部分１０１の短手方向に沿い開口部１２１の中心を通る軸線（以下「短手方向中心線」という。）Ｂで切り取った４分の１サイズの頂版１１１を示す。
【００２４】
図中矢印が付された円弧状部分が首部１０２の接続部であり、この部分に矢印方向の輪荷重がかかる。ＦＥＭ解析は、次の条件で行った。つまり、コンクリートは等方性材料として、３次元ソリッド要素でモデル化した。周辺２辺（図２及び図３中の長手方向・短手方向の各中心線の反対側の辺）は完全拘束し、長手方向・短手方向の各中心線は対称境界条件とした。又、解析は、弾性解析とした。
【００２５】
結果を図３及び図４に示す。図３は、躯体部分１０１の内部空間側の頂版１１１の面（以下「頂版下面」という。）１１１ａに作用する応力の分布を示す。又、図４は、躯体部分１０１の外側の頂版１１１の面（以下「頂版上面」という。）１１１ｂに作用する応力の分布を示す。尚、図３及び図４は、長手方向中心線Ａ及び短手方向中心線Ｂで切り取った４分の１サイズの頂版１１１についての結果を示す。但し、解析結果は、他の４分の１サイズ部分についても同様である。即ち、頂版１１１の応力は、長手方向中心線Ａ、短手方向中心線Ｂに対し略対称に現れた。
【００２６】
図３及び図４に示すパターン凡例に併記した応力値（単位：Ｎ／ｍｍ2）が負であれば圧縮応力、正であれば引張応力が作用していることを示す。又、図３及び図４中に示す矢印は、応力の作用方向を示している。
【００２７】
［繊維強化プラスチック製円弧形補強材の取り付け］
図３示す結果から、頂版１１１に首部１０２からの輪荷重がかかると、頂版下面１１１ａの開口部１２１の周りには引張応力が作用していることが分かる。コンクリートは、圧縮力には強く、引張力には弱い。
【００２８】
図５をも参照して更に説明する。本発明者の検討によれば、頂版下面１１１ａには、開口部１２１の周辺で、長手方向中心線Ａを基準（０°）として±６０°の範囲、より詳細には±４５°の範囲、特に、±３０°の範囲に強い引張応力が発生している。
【００２９】
そこで、本発明の一実施態様によれば、地中に埋設されたマンホール１００の補強方法は、図５に示すように、開口部１２１の周りの頂板下面１１１ａに、円弧形の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の補強材（以下「円弧形補強材」という。）１を、接着樹脂を用いて接着することを含む。
【００３０】
円弧形補強材１は、開口部１２１を通るマンホール１００の長手方向中心線Ａを基準（０°）として±３０°以上（即ち、長手方向中心線Ａに対し両側３０°以上）の範囲、より好ましくは±４５°以上（即ち、長手方向中心線Ａに対し両側４５°以上）の範囲にわたる連続した円弧形とする。
【００３１】
円弧形補強材１は、所定幅を有するように作成され、上記の如く開口部１２１の周りに配置されることから、当然、その幅方向の最内周の曲率半径は、開口部１２１の曲率半径以上である。円弧形補強材１は、開口部１２１の周により近接して取り付けることが好ましい。しかし、頂版下面１１１ａのコンクリート面の状態などに応じて、開口部１２１の周から所定距離ｇ隔てて円弧形補強材１を取り付けることができる。開口部１２１の周りに作用する引張応力に対する補強効果などの点から、距離ｇは、１００ｍｍ以下とするのが好ましい。より好ましくは５０ｍｍ以下とする。一方、通常、距離ｇは、５ｍｍ以上とされる。
【００３２】
尚、マンホール１００が直線形ではない場合、例えば、分岐Ｌ形、分岐Ｔ形、分岐十字形である場合にも、首部１０２が設けられた、分岐部を除いた基本となる躯体を矩形と擬制して上記同様に考えればよい。
【００３３】
頂版下面１１１ａに作用する引張応力に対する補強の観点からは、円弧形補強材１は、長手方向中心線Ａに対し両側３０°以上の範囲で、どの程度の角度まで連続させるかは、特に制限されるものではない。但し、マンホール１００の首部１０２の高さｈは、通常、５０ｃｍ〜１ｍであり、又、開口部１２１の内径は６０〜９０ｃｍである。そして、既に硬化された、所定幅を有する円弧形補強材１を、この首部１０２の開口部１２１を通して躯体部分１０１内に運び入れる。これらのことを考慮すると、円弧形補強材１は、通常、長手方向中心線Ａを基準（０°）として±９０°（即ち、長手方向中心線Ａに対し両側９０°以内）の範囲にわたり連続するものとする。又、図３に示す結果から分かるように、長手方向中心線Ａを基準（０°）として±６０°（即ち、長手方向中心線Ａに対し両側６０°以内）の範囲にわたり連続する円弧形補強材１を使用すれば、実用上十分の補強効果を得ることができ、又、この場合作業性も良好である。よって、好ましくは、長手方向中心線Ａを基準（０°）として±３０°〜±６０°、より好ましくは±４５°〜±６０°にわたる２つの円弧形補強材１を、図５に示すように、開口部１２１の周りに対称に設ける。
【００３４】
図６は、本発明で使用し得る円弧形補強材１の一実施例を示す。円弧形補強材１は、少なくとも、当該円弧形補強材１の円弧形状に沿って一方向に引き揃えられた（即ち、円弧形補強材１の円周方向に配列された）連続繊維である強化繊維ｆ１の層（以下「円弧状一方向繊維層」という。）Ｆ１を有することが好ましい。そして、強化繊維ｆ１にマトリクス樹脂が含浸され、硬化されることで円弧形補強材１が形成される。
【００３５】
一方向に配列される強化繊維ｆ１は、多数本のフィラメントを平行に或いは緩く撚りを掛けて集束して作製されるストランド、或いはこのストランドを更に複数本平行に或いは緩く撚りを掛けて集束したもの（ロービング、ヤーン）とされる。これにより、円弧形補強材１の円弧状一方向繊維層Ｆ１は、フィラメントが複数層に積層され一方向に配向された状態でマトリクス樹脂により接着された一方向配列繊維組織を有することになる。
【００３６】
強化繊維ｆ１としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ボロン繊維を含む無機繊維；チタン、スチールを含む金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、高強度ポリプロビレンを含む有機繊維；から選択されるいずれかの繊維、或いは、これらの繊維を複数種類混入したハイブリッドタイプの繊維を使用することができる。
【００３７】
強化繊維ｆ１としては、所望の補強強度などに応じて上記の如き繊維から選択して使用することができるが、典型的には、炭素繊維を好適に使用することができる。炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系、その他、いずれのタイプの炭素繊維であっても構わない。好ましくは、引張強度が１００Ｋｇｆ／ｍｍ2（９８０Ｎ／ｍｍ2）以上、又引張弾性率が１０Ｔｏｎｆ／ｍｍ2（９８，０００Ｎ／ｍｍ2）以上の高強度、高弾性率のものを使用する。
【００３８】
円弧形補強材１を構成する円弧状一方向繊維層Ｆ１としては、強化繊維ｆ１を略均一に互いに密に一方向に配置した一方向配列強化繊維シートを用いてもよい。尚、円弧形補強材１は、同種若しくは異種の強化繊維ｆ１から成る実質的に複数層の円弧状一方向繊維層Ｆ１を有していてよい。
【００３９】
又、円弧状一方向繊維層Ｆ１の他に、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び／又は第２面（裏面）に、補助層を設けることができる。
【００４０】
例えば、補助層として、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１と同種又は異種の強化繊維から成るマット、クロス或いはニットの層（以下「補助層」という。）を、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び／又は第２面（裏面）に、単層若しくは複数層積み重ねることができる。これにより、所望に応じて円弧形補強材１の断面剛性を向上させたり、所望の表面性状を与えることができる。
【００４１】
或いは、補助層として、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１と同種又は異種の強化繊維から成る、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１と交差する方向に引き揃えられた強化繊維の層（典型的には、円弧形の半径方向に引き揃えられた強化繊維の層）を、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び／又は第２面（裏面）に、単層若しくは複数層積み重ねることができる。これにより、円弧形補強材１に対し、円弧形状の周方向の引張強度に加えて、それに交差する方向（例えば、直交方向）の強度を付与することができる。
【００４２】
補助層を構成する強化繊維は、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１と同様に上述の群より選択されるものを使用することができる。円弧形補強材１は、円弧状一方向繊維層Ｆ１と補助層とが交互に複数層積層された構成を有していてもよい。又、円弧形補強材１は、円弧状一方向繊維層Ｆ１に対し、同種又は異種の補助層を複数組み合わせて設けてもよい。
【００４３】
ここで、マットは、製織によらずに作製される不織布状の任意のものであってよく、例えば、切断されたストランドを無方向に略均一な厚さに積み結合剤で固めたチョッブドストランドマット、連続ストランドを無方向に略均一な厚さに積み結合剤で固めたコンティニュアスストランドマットなどが挙げられる。クロスは、平織、朱子織など任意の織物組織を有する製織により作製される織物であり、ロービングクロスであってもよい。ニットは、縦編み、横編みいずれの編み物組織を有するものであってもよい。
【００４４】
又、補助層として、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１と交差する方向に引き揃えられた強化繊維の層（交差繊維層）を設ける場合、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１と組み合わせて２方向、若しくは交差繊維層を多層設けることで更に多方向に強化繊維を配置することができる。
【００４５】
図７は、円弧状一方向繊維層Ｆ１の他に補助層を設けた円弧形補強材１の一実施例の断面構成を示す。図７に示す円弧形補強材１は、断面中心部に円弧状一方向繊維層Ｆ１として導電性を有する強化繊維ｆ１の層を有する。更に、この円弧形補強材１は、この円弧状一方向繊維層Ｆ１の外側、ここでは、円弧状一方向繊維層Ｆ１の第１面（表面）及び第２面（裏面）に、電気絶縁性を有する強化繊維ｆ２の層（補助層）Ｆ２を積層した断面構造（サンドイッチ構造）を有する。
【００４６】
好ましくは、円弧状一方向繊維層Ｆ１の強化繊維ｆ１として導電性を有する繊維である炭素繊維を用いる場合に、補助層Ｆ２の電気絶縁性を有する強化繊維ｆ２としてガラス繊維を好適に用いることができる。又、ガラス繊維ｆ２から成る補助層Ｆ２の組織としては、マットを好適に採用し得る。
【００４７】
このように、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１が導電性繊維である場合に、その少なくとも一面（マンホールに適用した際に躯体部分１０１の内部空間に面する側）に電気絶縁性を有する強化繊維ｆ２を配置することによって、マンホール１００内での万一の漏電などに対する安全性を高める効果がある。
【００４８】
尚、円弧状一方向繊維層Ｆ１として炭素繊維などの導電性を有する繊維を用いる際に、円弧形補強材１の表面に絶縁層を設ける目的のためには、補助層として、補強繊維を含有しない電気絶縁性の樹脂層を円弧形補強材１を設けてもよい。
【００４９】
マトリクス樹脂としては、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、アクリル樹脂（ＭＭＡ（メチルメタクリレート）樹脂等）、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などのラジカル反応系樹脂（ラジカル重合樹脂）を少なくとも１種類以上含むものを使用することができる。
【００５０】
又、円弧形補強材１の強化繊維の体積含有率は、所望の引張強度が得られ、又樹脂含浸性も良好であるように、通常、２０〜７０体積％とされる。
【００５１】
円弧形補強材１の作製方法は、特に制限されるものではなく、利用可能な任意の成形方法を採用することができる。生産性や、製品の寸法精度の安定性の点から、引き抜き成形法が好適である。引き抜き成形法は当業者には周知の通りのものであり、円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆ１（場合によっては更にマット、クロス、ニットなどの補助層Ｆ２を構成する強化繊維ｆ２）の供給、マトリクス樹脂の含浸、金型による賦形・硬化、引っ張り、切断などを含む一連の工程を連続して行うことができる。
【００５２】
円弧形補強材１の断面構成は、要求性能に応じて適宜変更可能である。通常、引張強度が１，９００〜５，０００Ｎ／ｍｍ2、引張弾性率が０．６×１０5〜６．５×１０5Ｎ／ｍｍ2のものが好ましく使用される。
【００５３】
円弧形補強材１の設計厚さｔ、円弧形補強材１の幅（強化繊維ｆ１の配向方向に略直交する方向の長さ）ｗは、補強されるマンホール１００の寸法、強化繊維ｆ１の種類などに応じて適宜決定する。通常、円弧形補強材１の厚さｔは２〜５ｍｍ、幅ｗは２０〜１００ｍｍとされる。
【００５４】
例えば、円弧形補強材１の円弧状一方向繊維層Ｆ１を構成する強化繊維ｆとして炭素繊維を用いる場合、７μｍφのモノフィラメントを、例えば、約２４，０００本集束したストランドを５０本集束したロービング、即ち、強化繊維ｆ１を使用することができる。この強化繊維ｆ１を、繊維目付３００〜５，０００ｇ／ｍ2にて、均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列することができる。これにより、例えば、図６に示すように円弧形補強材１が円弧状一方向繊維層Ｆ１のみから成る場合、マトリクス樹脂を含浸して硬化させた後の厚さｔは、０．５〜１５ｍｍとされる。
【００５５】
又、例えば、図７に示すように、円弧形補強材１の外側にガラス繊維マットから成る補助層Ｆ２を設ける場合、ガラス繊維マットの繊維目付は３００〜２，０００ｇ／ｍ2とすることができる。これにより、マトリクス樹脂を含浸して硬化させた後の円弧形補強材１（円弧状一方向繊維層Ｆ１及び補助層Ｆ２を含む）の厚さｔは、１〜２０ｍｍとされる。
【００５６】
次に、円弧形補強材１を頂版下面１１１ａに貼り付ける工程について更に説明する。本発明に従う円弧形補強材１の貼り付け工程は、次の各工程の全て或いはいずれかの組み合わせを有する。図８（ａ）〜（ｄ）は、円弧形補強材１を張り付ける部分の頂版下面１１１ａの概略断面を示す。
【００５７】
（１）ケレン処理工程
図８（ａ）に示すように、頂板下面１１１ａにおける円弧形補強材１を貼り付ける部分の下地コンクリートをケレン処理する。ケレン処理は、ディスクサンダー、サンドブラストなどの任意の手段により行うことができる。
【００５８】
（２）プライマー塗布工程
次に、図８（ｂ）に示すように、ケレン処理した頂板下面１１１ａにプライマー３を塗布して下地処理する。プライマー３は、次に接着樹脂にて接着する円弧形補強材１とコンクリート面との馴染み馴染みを向上させる。プライマー３としては、次に塗布する接着樹脂２との親和性が良く、又円弧形補強材１と共に使用することが許容される任意のものを用いることができる。プライマー３としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの室温硬化樹脂、又は、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などのラジカル反応系樹脂（ラジカル重合樹脂）を用いることができる。又、プライマー３としては、特に、硬化の早い速硬化型のラジカル反応系樹脂、例えばアクリル樹脂が好ましい。より具体的には、速硬化型のアクリル樹脂としては、日鉄コンポジット（株）製ＦＰ−Ｍを好適に用いることができる。プライマー３の塗布量は、好ましくは、円弧形補強材１の表面積当たり０．１〜０．４ｋｇ／ｍ2である。
【００５９】
（３）接着樹脂塗布工程
次に、図８（ｃ）に示すように、接着樹脂２を頂板下面１１１ａのコンクリート面（プライマー３を適用する場合はプライマー塗布面）に塗布する。接着樹脂２としては、円弧形補強材１と共に使用することが許容される任意のものを用いることができる。接着樹脂２としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの室温硬化樹脂、又は、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などのラジカル反応系樹脂（ラジカル重合樹脂）を用いることができる。特に、硬化の早い速硬化型のラジカル反応系樹脂、例えばアクリル樹脂が好ましい。より具体的には、速硬化型のアクリル樹脂としては、日鉄コンポジット（株）製ＦＲ−ＭＩＰを好適に用いることができる。接着樹脂２の塗布量は、好ましくは、円弧形補強材１の表面積当たり０．５〜５．０ｋｇ／ｍ2である。
【００６０】
（４）円弧形補強材貼着工程
次に、図８（ｄ）に示すように、円弧形補強材１を、接着樹脂２（プライマー３を適用する場合は更にプライマー３）を介して頂板下面１１１ａに付着させる。その後、接着樹脂２が硬化することにより、円弧形補強材１のマンホール１００への適用は終了する。
【００６１】
尚、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を用いた円弧形補強材１を用いる場合は、エポキシ樹脂接着剤で接着することが好ましい。又、マトリクス樹脂としてアクリル樹脂を用いた円弧形補強材１を用いる場合は、アクリル樹脂接着剤で接着することが好ましい。
【００６２】
本発明の好ましい実施例によれば、円弧形補強材１を頂板下面１１１ａに貼り付ける工程は、上記工程（１）〜（４）の全てを有する。但し、上記工程（２）のプライマー塗布工程、更には上記工程（１）のケレン処理工程は、場合によっては省くことができる。又、上記工程（３）の接着樹脂塗布工程においては、接着樹脂２を円弧形補強材１の面に塗布してもよい。又、上記工程（１）〜（４）の他、公知のコンクリートのひび割れ補修工程など、任意の工程を適宜追加してもよいことを、当業者は容易に理解されよう。
【００６３】
尚、図９に示すように、必要に応じて、例えば、直線形の一方向繊維強化プラスチック製の補強材４を頂板下面１１１ａの任意の箇所に、任意の配向にて貼り付けることができる。この追加の補強材４は、特に一方向強化繊維が円弧状に配列されていないことを除けば、上述の円弧形補強材１と同様の構成とすることができる。又、その頂板下面１１１ａへの貼り付け工程も、上記円弧形補強材１と同様とすることができる。好ましくは、この追加の補強材４は、頂板下面１１１ａにおいて引張応力が作用している箇所に、その引張応力の作用方向に沿って一方向連続強化繊維が配向するように貼り付ける。
【００６４】
上述のように、円弧形補強材１を頂板下面１１１ａに貼り付けることによって、開口部１２１の周りの頂版下面１１１ａに作用する引張応力（図３）に対して、円弧形補強材１が応力を分担することができ、マンホール１００の構造を補強することができる。又、既に硬化された円弧形補強材１をマンホール１００内に運び入れ、これを所定箇所に貼り付けるといった極めて簡単な作業にて、作業性良くマンホール１００を補強することができる。従って、短時間に高率良くマンホール１００の補強工事を施工することができる。特に、プライマー３、接着樹脂２として速硬化型の接着樹脂を使用することで、極めて短時間に補強工事を完了することができる。これにより、地中に埋設されたマンホール１００の補強工事のための交通規制時間を短縮することができる。
【００６５】
［斜材の取り付け］
上述のように、頂版下面１１１ａの開口部１２１の周りに作用する引張応力に対しては、躯体部分１０１の内部空間から円弧形補強材１を貼り付けることで補強することができる。
【００６６】
更に、マンホール１００においては、図３及び図４に示す結果から分かるように、頂版１１１に首部１０２からの輪荷重がかかると、首部１０２付近の長手方向側版１１２と頂板１１１との接合部において、頂板上面１１１ｂに引張応力が作用している。コンクリートは、圧縮力には強く、引張力には弱い。又、マンホール１００の補強工事を短時間で高率的に行うためには、この頂板上面１１１ｂに対する補強を躯体部分１０１の内部空間から補強することが求められる。
【００６７】
図１０をも参照して更に説明すれば、短手方向中心線Ｂを中心として、開口部１２１の径の約１．５倍の範囲において、長手方向側版１１２と頂板１１１との接合部の頂板上面１１１ｂに強い引張応力が発生している。
【００６８】
そこで、本発明の他の実施態様によれば、地中に埋設されたマンホール１０の補強方法は更に、図１１に示すように、頂板下面１１１ａと長手方向側版１１２とで成す躯体部分１０１の内部空間側の隅角部の、短手方向中心線Ｂを中心として開口部１２１の径ｄの１．５倍の範囲Ｒに、頂版下面１１１ａと長手方向側版の躯体部分１０１の内部空間側の面（以下「長手方向側版内面」という。）１１２ａとに固定された斜材（ストラット、支え部材）５を設けることを含む。換言すれば、地中に埋設されたマンホール１０の補強方法は、長手方向側版１１２と頂板１１１とで成す隅角部の軸線上への開口部１２１の投影部分の両端側に対称に延びる、当該投影部分の長さの１．５倍の範囲に、頂板下面１１１ａと長手方向側版内面１１２ａとに固定された斜材（ストラット、支え部材）５を設けることを含む。
【００６９】
斜材５は、頂版１１１（頂板下面１１１ａ）から３０°以上６０°以下の角度θにて設ける。斜材５の軸線が頂板下面１１１ａと成す角度θが、３０°未満であるか、或いは６０°を超えると、曲げ応力が発生した時の力の伝達が非効率となる。最も好ましくは、斜材５の軸線が頂板下面１１１ａと成す角度θは４５°である。尚、図１１には、頂板下面１１１ａと長手方向側版１１２とで成す一方の隅角部のみ示すが、通常、反対側の隅角部にも同様にして斜材５を設ける。
【００７０】
斜材５としては、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、棒材、板材を好適に使用することができる。又、斜材５の材料は、圧縮強度や圧縮剛性の観点から、ステンレススチール、鋼など金属が好ましい。
【００７１】
更に説明すると、斜材５は、頂板下面１１１ａと長手方向側版内面１１２ａとの間に斜めに配置される斜材部５３と、この斜材部５３の軸線（長さ）方向両端部に設けられ、頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａに斜材５を固定するための固定部５１と、を有する。固定部５１には、ボルト孔（アンカー孔）５２が設けられている。これにより、斜材５は、このボルト孔５２を利用してアンカーボルト６により頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａに固定することができる。
【００７２】
斜材５として、図１２（ａ）に示すような棒材を用いる場合、要求される補強強度に応じて、典型的には、上記所定の範囲Ｒ内に所定間隔（通常、等間隔）で複数個取り付ける。斜材５の構成は、全体として要求される補強強度、取り付ける棒材の数（即ち、１個の斜材５に要求される補強強度）などに応じて適宜設定可能である。又、斜材５として、図１２（ｂ）に示すような板材を用いる場合、典型的には、上記所定の範囲Ｒ内で連続した１個の板材を用いる。上記範囲内に所定間隔（通常、等間隔）に分割された複数枚の板材を取り付けてもよい。
【００７３】
斜材５の断面構成は、要求性能に応じて適宜変更可能である。棒材の場合、例えば、次のようなものを好適に用いることができる。４．５ｍｍ（厚さ）×１２０ｍｍ（幅：断面長）×７４０ｍｍ（長さ）の鋼材（ＳＳ４００）の、軸線方向（長さ方向）中央の５００ｍｍ部分を断面（軸線方向に対し直交方向の断面）Ｕ字形に加工して斜材部５３とする。そして、この斜材部５３の軸線方向両端部の１２０ｍｍ部分を、斜材部５３に対し４５°の角度で曲げて固定部５１を形成する。この場合、好ましくは、溶融亜鉛メッキを施すことで耐食性を向上させる。
【００７４】
又、板材の場合、例えば、次のようなものを好適に用いることができる。４．５ｍｍ（厚さ）×５００ｍｍ（幅）×７４０ｍｍ（長さ）のステンレスチール材（ＳＵＳ３０４）の、長さ方向中央の５００ｍｍ部分を斜材部５３とする。この斜材部５３の長さ方向両端部の１２０ｍｍ部分を、斜材部５３に対し４５°の角度で曲げ加工して固定部５１を形成する。
【００７５】
上述のように、斜材５は、固定部５１においてアンカーボルト６で頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａに固定することができる。この他に、図１３（ａ）に示すように、固定部５１と、頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａのコンクリート面との間にパテ状の接着剤７を用いることで、斜材５を頂板下面１１１ａ、長手方向側版内面１１２ａに固定することができる。この場合、ボルト孔５２（図１１）は必要ない。パテ状の接着剤７としては、エポキシ樹脂パテ材を用いることができる。より具体的には、パテ状の接着材７としては、日鉄コンポジット（株）製ＦＥ−Ｚを好適に用いることができる。又、図１３（ｂ）に示すように、パテ状の接着剤７とアンカーボルト６を併用してもよい。
【００７６】
つまり、斜材５を取り付ける工程は、斜材５を躯体部分１００の内部空間にて所定位置に適合させる工程、そしてこの斜材５をアンカーボルト６及び／又はパテ状７の接着剤を用いて固定する工程を含む。
【００７７】
尚、斜材５の固定部５１を固定する箇所のコンクリート面の下処理、アンカー固定孔の加工処理など、公知の任意の工程を適宜追加してもよいことは当業者には容易に理解されよう。
【００７８】
上述のように、頂板上面１１１ｂの端部に作用する引張応力（図４）に対しては、上記所定の範囲Ｒにおいて頂板下面１１１ａと長手方向側版内面１１２ａとに固定された斜材５を設けることによって応力を緩和することができる。又、例えば金属製の棒材とされる斜材５をマンホール１００内に運び入れ、これを所定箇所にアンカーボルトなどで固定するといった極めて簡単な作業にて、作業性良くマンホール１００を補強することができる。従って、短時間に高率良く補強工事を施工することができる。これにより、地中に埋設されたマンホール１００の補強工事のための交通規制時間を短縮することができる。
【００７９】
以上説明したように、地中に埋設されたマンホール１００は、最も好ましくは、円弧形補強材１と斜材５との双方を所定箇所に取り付ける。これによって、開口部１２１の周りの頂版下面１１１ａに作用する引張応力（図３）、頂板上面１１１ｂの端部に作用する引張応力（図４）の両方、即ち、首部１０２を介して躯体部分１０１に作用する輪荷重によってマンホール１００に発生する主要な引張応力に対して、マンホール１００の内側から短時間に効率良く補強を施すことができる。
【００８０】
又、本発明によれば、上述のような補強方法によって補強されたマンホール１００が提供される。つまり、本発明に従う補強されたマンホール１００は、一実施形態によれば、開口部１２１の周りの所定箇所に、円弧形補強材１が貼り付けられている。又、他の実施形態によれば、補強されたマンホール１００は更に、頂板下面１１１aと長手方向側版１１２とで成す隅角部の所定箇所において、頂板下面１１１ａと長手方向側版１１２とに固定された斜材５が設けられている。最も好ましくは、本発明に従う補強されたマンホール１００は、円弧形補強材１と斜材５との両方を有する。これにより、開口部１２１の周りの頂版下面１１１ａに作用する引張応力（図３）、頂板上面１１１ｂの端部に作用する引張応力（図４）の両方、即ち、首部１０２を介して躯体部分１０１に作用する輪荷重によってマンホール１００に発生する主要な引張応力に対する耐力が向上したマンホール１００を提供することができる。
【００８１】
次に、本発明に従う一具体例について説明する。本例では、上記直線形３号マンホール（標準規格）に円弧形補強材１及び斜材５を適用する。
【００８２】
・円弧形補強材
強化繊維：高強度炭素繊維
マトリクス樹脂：アクリル樹脂［日鉄コンポジット（株）製ＦＲ−ＭＩＰ］
形状：
幅ｗ ５０ｍｍ
厚さｔ ５ｍｍ
内周の曲率半径 ４６０ｍｍ
長手方向中心線に対し±６０°にわたる円弧形状
使用強化繊維の機械的特性：
引張強度：４９００Ｎ／ｍｍ2（炭素繊維断面積ベース）
引張弾性率：２．３９×１０5Ｎ／ｍｍ2（炭素繊維断面積ベース）
この円弧形補強材１を、開口部１２１の周からの距離ｇが１０ｍｍとなる位置に、頂版下面１１１ａをケレン処理した後、次のプライマー３、接着樹脂２を用いて接着した。
プライマー：速硬化型アクリル樹脂［日鉄コンポジット（株）製 ＦＲ−Ｍ］
接着樹脂：速硬化型アクリル樹脂［日鉄コンポジット（株）製 ＦＲ−ＭＩＰ］
【００８３】
・斜材
材料：鋼材（ＳＳ４００に亜鉛メッキを施したもの）
形状：棒材（斜材部は断面Ｕ字形状）
寸法：斜材部長さ５０ｃｍ／斜材部断面長１２ｃｍ／固定部長さ１２ｃｍ／
アンカー孔８．２ｍｍφ×２カ所
数（間隔）：７個（２２．５ｃｍ間隔）
アンカーボルト：Ｍ８拡径式アンカー
接着剤：エポキシ樹脂パテ材
［日鉄コンポジット（株）製 ＦＥ−Ｚ（４ｋｇ／ｍ2）］
この斜材５を、アンカーボルトにて頂版下面１１１ａと長手方向側版内面１１２ａに固定した。尚、開口部１２１の径は９００ｍｍであり、斜材５取付範囲Ｒは、短手方向中心線Ｂを中心として１．３５ｍの範囲であった。
【００８４】
尚、上記実施例では、コンクリート構造物は、通信ケーブルの分岐スペース等として使用されるマンホールであるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、上記マンホールにて極めて有効に作用するものであるが、躯体部分と、この躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有し、地中に埋設されて使用される任意のコンクリート構造物に対して等しく適用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明を適用し得るマンホールの概略斜視図である。
【図２】ＦＥＭ解析の荷重条件のコンピュータ出力を示す図である。
【図３】ＦＥＭ解析による頂版下面の応力分布のコンピュータ出力を示す図である。
【図４】ＦＥＭ解析による頂版上面の応力分布のコンピュータ出力を示す図である。
【図５】円弧形補強材の適用範囲を説明するための頂版下面の模式図である。
【図６】円弧形補強材の一実施例の斜視図である。
【図７】円弧形補強材の他の実施例の断面図である。
【図８】円弧形補強材の貼り付け工程を説明するための模式図である。
【図９】円弧形補強材の他の適用例を示す頂版下面の模式図である。
【図１０】斜材の適用範囲を説明するための頂版下面の模式図である。
【図１１】斜材の取り付け方法を説明するためのマンホールの部分断面図である。
【図１２】（ａ）棒状の斜材、（ｂ）板状の斜材の一実施例の斜視図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）斜材の取り付け他の取り付け方法を説明するためのマンホールの部分断面図である。
【図１４】マンホールの一例の模式図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 円弧形補強材
２ 接着樹脂
３ プライマー
５ 斜材
１００ マンホール
１０１ 躯体部分
１０２ 首部
１１１ 頂版
１１１ａ 頂版下面
１１１ｂ 頂版上面
１１２ 長手方向側版
１１２ａ 長手方向側版内面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
躯体部分と、前記躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有する地中に埋設されたコンクリート構造物の補強法であって、前記開口部の周りの前記頂版の前記内部空間側の面に、前記躯体部分の長手方向に沿い前記開口部の中心を通る長手方向中心線に対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材を、接着樹脂を用いて接着することを特徴とする地中に埋設されたマンホールの補強方法。
【請求項２】
更に、前記躯体部分の長手方向側版と前記頂版とで成す前記内部空間側の隅角部の、前記躯体部分の長手方向と直交する短手方向に沿い前記開口部の中心を通る短手方向中心線を中心として前記開口部の径の１．５倍の範囲に、前記頂版から３０°以上６０°以下の角度で前記頂板と前記長手方向側版との間に斜材をアンカーボルトを用いて固定することを特徴とする請求項１のマンホールの補強方法。
【請求項３】
前記円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有することを特徴とする請求項１又は２のマンホールの補強方法。
【請求項４】
前記斜材は、前記アンカーボルトに加えて若しくは替えてパテ状の接着剤を用いて固定することを特徴とする請求項２又は３のマンホールの補強方法。
【請求項５】
前記円弧形補強材は、中心部に強化繊維として炭素繊維を含む繊維強化プラスチック層を配置し、その外側に電気絶縁性を有する強化繊維を含む繊維強化プラスチック層又は電気絶縁性を有する樹脂層を配置した断面構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のマンホールの補強方法。
【請求項６】
前記絶縁性を有する強化繊維はガラス繊維であることを特徴とする請求項５のマンホールの補強方法。
【請求項７】
前記接着樹脂は、速硬化型のラジカル重合樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のマンホールの補強方法。
【請求項８】
躯体部分と、前記躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有し、前記開口部の周りの前記頂版の前記内部空間側の面に、前記躯体部分の長手方向に沿い前記開口部の中心を通る長手方向中心線に対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材が、接着樹脂を用いて接着されていることを特徴とする補強されたコンクリート構造物。
【請求項９】
更に、前記躯体部分の長手方向側版と前記頂版とで成す前記内部空間側の隅角部の、前記躯体部分の長手方向と直交する短手方向に沿い前記開口部の中心を通る短手方向中心線を中心として前記開口部の径の１．５倍の範囲に、前記頂版から３０°以上６０°以下の角度で前記頂板と前記長手方向側版との間に斜材がアンカーボルトを用いて固定されていることを特徴とする請求項８の補強されたコンクリート構造物。
【請求項１０】
前記円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有することを特徴とする請求項８又は９のコンクリート構造物。
【請求項１１】
前記斜材は、前記アンカーボルトに加えて若しくは替えてパテ状の接着剤を用いて固定されていることを特徴とする請求項９又は１０のマンホールの補強方法。
【請求項１】
躯体部分と、前記躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有する地中に埋設されたコンクリート構造物の補強法であって、前記開口部の周りの前記頂版の前記内部空間側の面に、前記躯体部分の長手方向に沿い前記開口部の中心を通る長手方向中心線に対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材を、接着樹脂を用いて接着することを特徴とする地中に埋設されたマンホールの補強方法。
【請求項２】
更に、前記躯体部分の長手方向側版と前記頂版とで成す前記内部空間側の隅角部の、前記躯体部分の長手方向と直交する短手方向に沿い前記開口部の中心を通る短手方向中心線を中心として前記開口部の径の１．５倍の範囲に、前記頂版から３０°以上６０°以下の角度で前記頂板と前記長手方向側版との間に斜材をアンカーボルトを用いて固定することを特徴とする請求項１のマンホールの補強方法。
【請求項３】
前記円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有することを特徴とする請求項１又は２のマンホールの補強方法。
【請求項４】
前記斜材は、前記アンカーボルトに加えて若しくは替えてパテ状の接着剤を用いて固定することを特徴とする請求項２又は３のマンホールの補強方法。
【請求項５】
前記円弧形補強材は、中心部に強化繊維として炭素繊維を含む繊維強化プラスチック層を配置し、その外側に電気絶縁性を有する強化繊維を含む繊維強化プラスチック層又は電気絶縁性を有する樹脂層を配置した断面構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のマンホールの補強方法。
【請求項６】
前記絶縁性を有する強化繊維はガラス繊維であることを特徴とする請求項５のマンホールの補強方法。
【請求項７】
前記接着樹脂は、速硬化型のラジカル重合樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のマンホールの補強方法。
【請求項８】
躯体部分と、前記躯体部分の頂版に接続され前記躯体部分の内部空間に連通する開口部を具備する円筒状の首部と、を有し、前記開口部の周りの前記頂版の前記内部空間側の面に、前記躯体部分の長手方向に沿い前記開口部の中心を通る長手方向中心線に対して両側３０°以上の範囲にわたる繊維強化プラスチック製の円弧形補強材が、接着樹脂を用いて接着されていることを特徴とする補強されたコンクリート構造物。
【請求項９】
更に、前記躯体部分の長手方向側版と前記頂版とで成す前記内部空間側の隅角部の、前記躯体部分の長手方向と直交する短手方向に沿い前記開口部の中心を通る短手方向中心線を中心として前記開口部の径の１．５倍の範囲に、前記頂版から３０°以上６０°以下の角度で前記頂板と前記長手方向側版との間に斜材がアンカーボルトを用いて固定されていることを特徴とする請求項８の補強されたコンクリート構造物。
【請求項１０】
前記円弧形補強材は、少なくともその円弧形状に沿って一方向に配列された強化繊維を有することを特徴とする請求項８又は９のコンクリート構造物。
【請求項１１】
前記斜材は、前記アンカーボルトに加えて若しくは替えてパテ状の接着剤を用いて固定されていることを特徴とする請求項９又は１０のマンホールの補強方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−４５９１７（Ｐ２００６−４５９１７Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２８６２８（Ｐ２００４−２２８６２８）
【出願日】平成１６年８月４日（２００４．８．４）
【出願人】（５９９１０４３６９）日鉄コンポジット株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月４日（２００４．８．４）
【出願人】（５９９１０４３６９）日鉄コンポジット株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
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