水中コンクリート橋脚の補強方法
【課題】 水中コンクリート橋脚の周囲に締切工を施工せずに実施することができ、しかも、阻害率の問題や、塗料の塗り替えに伴うランニングコスト増の問題を生じることなしに、既設の水中コンクリート橋脚を補強する方法を提供する。
【解決手段】 水中コンクリート橋脚１の外周に、水中作業により、連続繊維シート１５を巻き付けて繊維補強層１６を形成し、次いで、形成した繊維補強層１６の外周を、外枠１０で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して硬化させる。
【解決手段】 水中コンクリート橋脚１の外周に、水中作業により、連続繊維シート１５を巻き付けて繊維補強層１６を形成し、次いで、形成した繊維補強層１６の外周を、外枠１０で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して硬化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に既設の水中コンクリート橋脚の耐力不足を補い、その強度を向上するための新規な補強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
阪神淡路大震災以降、橋梁や橋脚の耐力不足が各地で指摘され、とくに橋脚についてはその外周をコンクリートや鉄板等で覆う補強が行われつつある。
しかし水中の、コンクリート製の橋脚の場合は、法規上の制限や、あるいは技術的、コスト的な種々の問題があるため、補強作業があまり進んでいないのが現状である。
例えばコンクリートによる補強は、補強コンクリート層の厚みがどうしても大きくなる（数十ｃｍ）ため、とくに河川の場合、河川流量の減少を考慮して、河川を監督する省庁や地方自治体等の河川管理者が、許可しない場合が多い。
【０００３】
すなわち、河川管理者は、河川の流水阻害による破堤等の問題を生じないために、橋脚の河積阻害率を定めており、それを上回る補強は許さない。ところが、既設のコンクリート橋脚の多くは、既にその定められた阻害率ぎりぎりの構造寸法に建設されていて、さらにコンクリートによる補強をする余裕がない場合が多い。
このためコンクリートによる補強は、水中のほとんどのコンクリート橋脚には、法規上の制約があって採用することができない。
【０００４】
一方、鉄板による補強は、コンクリートほどの厚みを必要としないため、阻害率の問題はさほど生じない。
しかし、鉄板の腐食を防止するため、その表面には防錆塗料と、それを保護する耐候性塗料とを塗り重ねる必要があるが、両塗料の塗膜はともに機械的、物理的な衝撃に弱いため、例えば洪水時の流木の衝突等によって簡単にはく離するおそれがある。また、耐候性塗料の塗膜だけでなく防錆塗料の塗膜まではく離した際にそれを補修せずに放置しておくと、鉄板が腐食して補強の強度が著しく低下するおそれがあるため、両塗料を定期的に、頻繁に塗り直す必要もある。その上、とくに水中での塗り替えは容易でなく、塗り替え作業のコストが高くつくという問題もある。
【０００５】
このため、鉄製の橋脚のように塗料の塗り替えを必要としない分、ランニングコストを減少できるという、既設のコンクリート橋脚のメリットが生かされなくなってしまう。
したがって鉄板による補強も、水中のコンクリート橋脚ではほとんど採用されていないのが現状である。
そこで、阻害率の問題やランニングコスト増の問題を生じることなしに、既設の水中コンクリート橋脚を補強するための方法が検討された（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
この補強方法においては、まず、水中コンクリート橋脚の外周を囲むように、鉄板を用いて筒状に形成した補強鉄板層を設け、この補強鉄板層の外周面の全面に、高強度の連続繊維シートからなる繊維補強層を形成した後、その外周面に樹脂保護層を形成している。
この補強方法によれば、補強層全体の厚みを、コンクリート補強の場合よりも小さくできる上、補強用鉄板層の外周面の全面を、繊維補強層と樹脂保護層とで強固に保護しているため、塗料の塗り替え等によるランニングコストを省略することもできる。
【特許文献１】特開２００３−９６７１５号公報（請求項１、第０００６欄〜第０００９欄）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の方法を実施するためには、まず、補強する水中コンクリート橋脚の周囲に、作業者や作業用の機械が入れる大掛かりな締切工を施工したのち、この締切工内に作業者が入って補強鉄板層の施工作業を行わなければならず、工期が長くかかる、施工コストが高くつくといった問題がある。
本発明の目的は、水中コンクリート橋脚の周囲に締切工を施工せずに実施することができ、しかも、阻害率の問題や、塗料の塗り替えに伴うランニングコスト増の問題を生じることなしに、既設の水中コンクリート橋脚を補強する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、水中コンクリート橋脚の外周に、水中作業により、連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、硬化性樹脂で固定することを特徴とする水中コンクリート橋脚の補強方法である。
請求項２記載の発明は、水中コンクリート橋脚の外周に、水中作業により、連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、次いで、形成した繊維補強層の外周を、型枠を兼ねる外枠で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して含浸、硬化させることを特徴とする水中コンクリート橋脚の補強方法である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、水中作業により、水中コンクリート橋脚の外周に連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、硬化性樹脂で固定することができる。したがって、工期や施工コストの問題を生じる大掛かりな締切工を施工せずに、水中コンクリート橋脚を補強することができる。
また、請求項１記載の発明によれば、補強層全体の厚みを、コンクリート補強の場合よりも小さくできる上、水中コンクリート橋脚を、連続繊維シートの種類によっては鉄板並みの強度を発揮しうる繊維補強層と、この繊維補強層を強固に固定し得る硬化性樹脂の硬化物とによって強固に補強し、かつ保護することもできる。しかも、塗料の塗り替え等を必要とする補強用鉄板層を有しないため、塗り替えに伴うランニングコスト増の問題を生じることもない。
【００１０】
また、請求項２記載の発明によれば、いずれも水中作業により、水中コンクリート橋脚の外周に連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、次いで、形成した繊維補強層の外周を、型枠を兼ねる外枠で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して硬化させることができる。したがって、工期や施工コストの問題を生じる大掛かりな締切工を施工せずに、水中コンクリート橋脚を補強することができる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によれば、補強層全体の厚みを、コンクリート補強の場合よりも小さくできる上、水中コンクリート橋脚を、連続繊維シートの種類によっては鉄板並みの強度を発揮しうる繊維補強層と、この繊維補強層を強固に固定し得る硬化性樹脂の硬化物と、両者を洪水時の流木の衝突等から保護する外枠とによって強固に補強し、かつ保護することもできる。しかも、塗料の塗り替え等を必要とする補強用鉄板層を有しないため、塗り替えに伴うランニングコスト増の問題を生じることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図４は、本発明の補強方法の一実施例における、各工程を説明する図である。
図１において、施工対象である水中コンクリート橋脚１は、水底２より地中深くに埋設された図示しない基礎工から、鉛直方向上方へ向けて立設され、水面３から上方へ突出した上部において、図示しない橋梁を支持している。
この例の補強方法では、まず図１に示すように、水中コンクリート橋脚１の周囲の水底２を、浚渫船等によって予備浚渫して作業エリア４を確保し、次いで、水中コンクリート橋脚１を中心にして、深さ２ｍ程度まで、勾配（約１：１）をつけてさらに浚渫して、水中コンクリート橋脚１の基部５を露出させた後、その周囲の水上に仮設足場（ＳＥＰ）６を設置する。
【００１３】
仮設足場６は、図１、２に示すように、水中コンクリート橋脚１の上流側および下流側に配置された２基の足場本体７と、両足場本体７を水上に支持する支柱（スパッド）８と、２基の足場本体７間を繋いで固定することで、水中コンクリート橋脚１の周囲を囲むように仮設足場６を設置するための渡り板９とを備えている。
この仮設足場６は、まず、支柱８を取り外した２基の足場本体７を、それぞれタグボート等で、水中コンクリート橋脚１の上流側および下流側まで曳航し、位置決め後、支柱８を水底２まで下ろして、この支柱８によって足場本体７を水面３より上方にリフトアップすることで、その際に生じる反力によって支柱８の先端を水底２から地中に埋設して固定した後、２基の足場本体７間に渡り板９を固定して設置される。
【００１４】
次に、必要に応じてダイバーらによる水中作業によって、水中コンクリート橋脚１の外周面に付着した汚れを除去する等の清浄化を行い、また、表面に局部的な欠損等がある場合は水中パテ等を用いて局部補修をした後、図３に示すように、先に露出させておいた水中コンクリート橋脚１の基部５に、図４、５に示す外枠１０の底面を構成する止水リング１１を設置する。
【００１５】
止水リング１１は、Ｈ型鋼や硬質樹脂等で形成され、２つ以上に分割可能に形成されたリング状の本体１２と、この本体１２と水中コンクリート橋脚１の基部５との間に挟まれると共に、分割された本体１２間にも挟まれることによって、これらの部材間を止水するための、ゴム等で形成されたパッキン１４と、上記基部５の外周の複数個所に固定され、リング状の本体１２を載置するためのアングル部材１３とを備えている。
【００１６】
止水リング１１は、本体１２を２つ以上に分割したものを、リング内に基部５を、また基部５との間および分割した本体１２間にパッキン１４を挟んで、再びリング状に合わせて、図示していないが、ボルトで締めてアングル部材１３上に載置した後、その外周にワイヤーロープ等を巻きつけて締め付けたり、ボルトで締め付けたりしながら位置合わせすることで、図３の位置に設置される。なお、アングル部材１３の代わりに水中コンクリート等で下端を形成してもよい。
【００１７】
止水リング１１は、外枠１０の底部を閉じることで、後述する、外枠１０内を脱水する際、および外枠１０内に硬化性樹脂を注入する際に、これらの圧に耐えるパッキングとして機能する。また、止水リング１１は、図３に示すように、水中コンクリート橋脚１の外周に連続繊維シート１５をらせん状に巻き付ける際に、その下端部を固定する固定部としても機能する。つまり、前記のように止水リング１１の本体１２を、その外周にワイヤーロープ等を巻きつけて締め付けたり、ボルトで締め付けたりしながら位置合わせして、図３の位置に設置する際に、パッキン１４と、水中コンクリート橋脚１の外周面との間に、連続繊維シート１５の下端部を挟むことによって、その下端部を固定することができる。ただし、シート下端部は水中硬化パテで基部５に接着して固定してもよい。
【００１８】
さらに、止水リング１１は、上記連続繊維シート１５を、図示しない自動の巻立機を用いて水中コンクリート橋脚１の外周にらせん状に巻き付ける際に、巻立機の軸受としても機能する。すなわち、連続繊維シート１５をらせん状に巻き付ける際に、巻立機を、スリップを生じることなく、確実に、水中コンクリート橋脚１の外周を回転させながら上昇させるための位置決めを、上記止水リング１１にて行うことができる。なお、連続繊維シート１５は、手作業によって巻きつけてもよい。
【００１９】
次に、上記巻立機等を使用して、または手作業にて、ダイバーらによる水中作業によって、図３に示すように、水中コンクリート橋脚１の外周に連続繊維シート１５を巻き付けて繊維補強層１６を形成する。詳しくは、巻き付けた連続繊維シート１５の両側部が互いにオーバーラップまたは接するように巻き付けのピッチを調整しつつ、連続繊維シート１５を、水中コンクリート橋脚１の外周面にらせん状に巻き付けることにより、繊維補強層１６が形成される。
【００２０】
連続繊維シート１５としては、例えばアラミド繊維、炭素繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ガラス繊維、およびパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維等の高強度の連続繊維からなるシート（織布、不織布等）があげられ、中でもアラミド繊維の連続繊維シートが好適に使用される。
また連続繊維シートとしては、その厚みの基準となる１枚の目付重量が１００〜２０００ｇ／ｍ2程度のシートが好ましい。目付重量が１００ｇ／ｍ2未満では、１枚の連続繊維シートによる補強効果が小さい。このため十分な補強効果を得るべく、連続繊維シートを重ねる枚数が多くなるため、その分だけ補強作業が煩雑になるおそれがある。また、目付重量が２０００ｇ／ｍ2を超える場合は、１枚の連続繊維シートの重量が重すぎる。このため、通常は垂直面かそれに近い角度を持った傾斜面である水中コンクリート橋脚１の外周面に、連続繊維シート１５を安定に巻き付けるのが容易でなくなるおそれがある。なお、実際に使用する目付重量は、この範囲から、定められた補強計算式で算出する。
【００２１】
連続繊維シート１５の幅は、特に限定されないものの、巻き付けの作業のしやすさ等を考慮すると、５〜１００ｃｍ程度であるのが好ましい。
次に、形成した繊維補強層１６の外周を、ダイバーらによる水中作業によって、図４に示すように、型枠を兼ねる外枠１０で囲む。
外枠１０は、図５に示す内径Ｄが、水中コンクリート橋脚１の外周に連続繊維シート１５を巻き付けて形成した繊維補強層１６の外径とほぼ一致するか、もしくは僅かに大きい筒状に形成される。また、外枠１０は、軸方向に沿って筒を２つ以上に分割した形状を有する一組の本体１７と、この一組の本体１７同士の合わせ面に挟まれる、止水のためのゴムパッキング１８とで形成される。
【００２２】
それぞれの本体１７の、筒の周方向の両端部の外側面には、ゴムパッキング１８を挟む合わせ面を形成すべく、筒の軸方向に沿う一対のフランジ１９が形成されている。フランジ１９には、ゴムパッキング１８を挟んだ状態で、図４に示すように固定用のボルト２０とナット２１とを用いて一組の本体１７を互いに固定すべく、ボルト２０が挿通される複数の通孔２２が形成されている。ボルト２０およびナット２１は、防錆の意味でプラスチック製のものが好ましい。
【００２３】
本体１７の、筒の軸方向の両端部の外側面には、それぞれ軸方向と直交方向に沿う一対のフランジ２３が形成されている。フランジ２３は、水中コンクリート橋脚１の長さに合わせて、外枠１０を、筒の軸方向に複数本、接続する接続部として機能する。フランジ２３には、図示しない固定用のボルトとナットとを用いて２本の外枠１０を互いに接続すべく、ボルトが挿通される複数の通孔２４が配列されている。接続に際しては、外枠１０内の水密を維持するため、フランジ２３間に、ゴムパッキングを挟むようにする。
【００２４】
本体１７の外側面の、一対のフランジ１９間には、筒の周方向に沿って等間隔で、筒の軸方向に沿う複数の補強板２５が、それぞれが筒の外方へ向けて放射状に配置されている。また上記外側面の、一対のフランジ２３間には、筒の軸方向に沿って等間隔で、両フランジ２３と平行に、複数の補強板２６が配置されている。さらに、本体１７の、下端近傍と中間部の外側面には、それぞれ筒の内外を繋ぐ配管接続部２７が設けられている。なお図では、配管接続部２７を縦方向に２個所、記載しているが、外枠１０内に硬化性樹脂を均等に注入することを考慮すると、配管接続部２７は、筒の周方向にも２個所以上の複数個、できれば等間隔に配置するのが好ましい。特に、周方向と縦方向にそれぞれ２個所以上の複数個、配管接続部２７を設ければ、外枠１０内に硬化性樹脂を均等に、かつ確実に注入できてさらに好ましい。
【００２５】
上記各部は、繊維強化プラスチックや、あるいは防錆処理鋼板等で形成される。
繊維補強層１６の外周を、外枠１０で囲むためには、分割した一組の本体１７の間に、繊維補強層１６を形成した水中コンクリート橋脚１を挟むとともに、フランジ１９間にゴムパッキング１８を挟んだ状態で、通孔２２にボルト２０を挿通してナット２１で締め付ける。そして、組み立てた外枠１０を止水リング１１上に載置して、外枠１０の底面を構成する。また、配管接続部２７には、外枠１０内を脱水すべく乾燥空気を送り込んだり、脱水後に硬化性樹脂を注入したりするための、図示しない配管を接続しておく。
【００２６】
また、１つの外枠１０の、軸方向の長さが、水中コンクリート橋脚１の、補強すべき領域の長さに満たないときは、先に設置した外枠１０の上端に、同様の作業によって組み立てた別の外枠１０を接続する作業を繰り返すことによって、２つ以上の外枠１０を接続する。すなわち、前記のように、フランジ２３間に、ゴムパッキングを挟んだ状態で、通孔２４にボルトを挿通してナットで締め付ける作業を繰り返すことによって、２つ以上の外枠１０を接続する。
【００２７】
また、外枠１０の上端部側にも止水リング１１を設けて、外枠１０の蓋体とするのが好ましい。その場合には、外枠１０の上端部側にも配管接続部を設けるとともに、配管を接続して、乾燥空気や余剰の硬化性樹脂の排出口として利用する。排出口としての配管接続部は、硬化性樹脂の注入時に空気のスムースな排出を図るために、筒の周方向に複数個、できれば等間隔に配置するのが好ましい。
【００２８】
そして、仮設足場６の上に設けたエアコンプレッサー等から、一番下の外枠１０の、下端部側の配管接続部２７に接続した配管を通して、外枠１０内に乾燥空気を圧入して、繊維補強層１６を脱水、乾燥させた後、同じ配管を通して、外枠１０内に硬化性樹脂を注入して硬化させると、その硬化物によって、水中コンクリート橋脚１と、繊維補強層１６と、外枠１０とが接着されることで一体化して、水中コンクリート橋脚１を強固に補強し、かつ保護することができる。なお、乾燥空気を圧入して排水する際には、上端部側の配管接続部から吸気するのが好ましい。
【００２９】
硬化性樹脂としては、補強効果を阻害する気泡を生じないために、揮発成分を含まない、無溶剤型の硬化性樹脂が好ましく、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、硬化性アクリル樹脂およびビニールエステル樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種の樹脂を用いるのが好ましい。中でも、完全脱水が困難な外枠１０の内部において良好に硬化する湿潤硬化性に優れる上、接着性にも優れたエポキシ樹脂が、硬化性樹脂として最も好適に使用される。なお、硬化性樹脂としては、繊維補強層１６内に、隙間を生じることなく十分に含浸させるために、長時間に渡って流動性を維持するべく、硬化時間の長いものを用いるのが好ましく、特に硬化時間が２４時間以上の硬化性樹脂を用いるのが好ましい。
【００３０】
硬化性樹脂の注入後、ダイバーらによる水中作業によって、配管接続部２７から配管を外すとともに、配管接続部２７を塞ぎ、次いで浚渫船等によって、露出させた水中コンクリート橋脚１の基部５を、止水リング１１や、最下部の外枠１０の下部とともに埋め戻し、さらに仮設足場６を撤去すれば、水中コンクリート橋脚１の補強が完了する。外枠１０は、必要に応じて取り除いてもよいし、化粧外板を取り付けてもよい。
【００３１】
上記補強方法によれば、いずれも水中作業によって、水中コンクリート橋脚１の外周に連続補強層１６を形成し、外枠１０で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して硬化させることができる。したがって、大掛かりな締切工を施工せずに、短期間で、しかも低コストで、水中コンクリート橋脚１を補強することができる。また、この方法によれば、補強層全体の厚みを小さくして阻害率の問題を解消しつつ、なおかつ、水中コンクリート橋脚１を、より強固に補強し、保護することができる。しかも、塗料の塗り替えに伴うランニングコスト増の問題も解消することができる。また、型枠内に樹脂を注入するため、接着剤による河川汚染を極力防ぐことができ、環境上好ましい。
【実施例】
【００３２】
実施例１
（水中コンクリート橋脚のモデルの作製）
型枠内にコンクリートを打設して、外径３ｍ、高さ２ｍの円柱状で、かつ呼び強度が３０Ｎ／ｍｍ2である、水中コンクリート橋脚１のモデルとしての、コンクリート柱を作製した。そして、このコンクリート柱に、円柱の軸方向に予備載荷を加えて、約０．２ｍｍのクラックを発生させた状態で、水中に配置した。
（繊維補強層の形成）
パラ系アラミド繊維製の連続繊維シート〔ファイベックス社製のＡＫ−４０〕を、水中に配置したコンクリート柱の外周面と、オーバーラップなしで、らせん状に巻き付けて繊維補強層を形成した。
（外枠設置）
厚み２ｍｍのガラス繊維強化ポリエステル樹脂板を組み立てて形成した外枠を用いて、形成した繊維補強層の外周を囲んだ。外枠の上端部と下端部は、水中用エポキシパテでシールした。また外枠の下端部側と上端部側には、それぞれ筒の周方向の３箇所に、配管接続部を等間隔に配置し、下端部側の配管接続部には配管を接続した。
（脱水および硬化性樹脂の注入）
下端部側の配管接続部に接続した配管を通して、乾燥空気を、外枠内に連続して吹き込み、それによって生じた余剰の空気を、外枠内から、上端部側の配管接続部を通して外部に放出する操作を約一日間、行って外枠内を脱水処理した。
【００３３】
次いで、下端部側の配管接続部に接続した配管を通して、無溶剤型の液状エポキシ樹脂〔ＳＲＩハイブリッド(株)製の商品名グリップボッドＧＢ３０ＡＱ〕を、上端部側の配管接続部から溢れ出すまで、外枠内に注入した。注入量は、繊維補強層への含浸量で表して約２ｋｇ／ｍ2であった。
（耐震性試験）
エポキシ樹脂を十分に硬化させた後、コンクリート柱の軸方向に１０ｔの圧力を加えた状態で、応答曲線を計測しながら、コンクリート柱の上端に、３０ｔの加振機を用いて、阪神淡路大震災の波形の振動を加えて耐震性を評価した。
【００３４】
そうしたところ、実施例のコンクリート柱は、応答曲線の変化が小さく、耐震性を有することが確認された。
比較のため、同寸法、同強度に形成し、円柱の軸方向に予備載荷を加えて約０．２ｍｍのクラックを発生させた後、上記の補強をしなかったコンクリート柱について、同様に耐震性を評価したところ、試験中に倒壊してしまった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の補強方法の一実施例のうち、第１工程として、水中コンクリート橋脚の基部を浚渫して仮設足場を設置した状態を示す、鉛直方向の断面図である。
【図２】図１の状態の、水平方向の断面図である。
【図３】第２工程として、水中コンクリート橋脚の外周に連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成する作業中の状態を示す、鉛直方向の拡大断面図である。
【図４】第３工程として、形成した繊維補強層の外周を、型枠を兼ねる外枠で囲んだ状態を示す、鉛直方向の拡大断面図である。
【図５】図４で使用する外枠の斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 水中コンクリート橋脚
１０ 外枠
１５ 連続繊維シート
１６ 繊維補強層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に既設の水中コンクリート橋脚の耐力不足を補い、その強度を向上するための新規な補強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
阪神淡路大震災以降、橋梁や橋脚の耐力不足が各地で指摘され、とくに橋脚についてはその外周をコンクリートや鉄板等で覆う補強が行われつつある。
しかし水中の、コンクリート製の橋脚の場合は、法規上の制限や、あるいは技術的、コスト的な種々の問題があるため、補強作業があまり進んでいないのが現状である。
例えばコンクリートによる補強は、補強コンクリート層の厚みがどうしても大きくなる（数十ｃｍ）ため、とくに河川の場合、河川流量の減少を考慮して、河川を監督する省庁や地方自治体等の河川管理者が、許可しない場合が多い。
【０００３】
すなわち、河川管理者は、河川の流水阻害による破堤等の問題を生じないために、橋脚の河積阻害率を定めており、それを上回る補強は許さない。ところが、既設のコンクリート橋脚の多くは、既にその定められた阻害率ぎりぎりの構造寸法に建設されていて、さらにコンクリートによる補強をする余裕がない場合が多い。
このためコンクリートによる補強は、水中のほとんどのコンクリート橋脚には、法規上の制約があって採用することができない。
【０００４】
一方、鉄板による補強は、コンクリートほどの厚みを必要としないため、阻害率の問題はさほど生じない。
しかし、鉄板の腐食を防止するため、その表面には防錆塗料と、それを保護する耐候性塗料とを塗り重ねる必要があるが、両塗料の塗膜はともに機械的、物理的な衝撃に弱いため、例えば洪水時の流木の衝突等によって簡単にはく離するおそれがある。また、耐候性塗料の塗膜だけでなく防錆塗料の塗膜まではく離した際にそれを補修せずに放置しておくと、鉄板が腐食して補強の強度が著しく低下するおそれがあるため、両塗料を定期的に、頻繁に塗り直す必要もある。その上、とくに水中での塗り替えは容易でなく、塗り替え作業のコストが高くつくという問題もある。
【０００５】
このため、鉄製の橋脚のように塗料の塗り替えを必要としない分、ランニングコストを減少できるという、既設のコンクリート橋脚のメリットが生かされなくなってしまう。
したがって鉄板による補強も、水中のコンクリート橋脚ではほとんど採用されていないのが現状である。
そこで、阻害率の問題やランニングコスト増の問題を生じることなしに、既設の水中コンクリート橋脚を補強するための方法が検討された（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
この補強方法においては、まず、水中コンクリート橋脚の外周を囲むように、鉄板を用いて筒状に形成した補強鉄板層を設け、この補強鉄板層の外周面の全面に、高強度の連続繊維シートからなる繊維補強層を形成した後、その外周面に樹脂保護層を形成している。
この補強方法によれば、補強層全体の厚みを、コンクリート補強の場合よりも小さくできる上、補強用鉄板層の外周面の全面を、繊維補強層と樹脂保護層とで強固に保護しているため、塗料の塗り替え等によるランニングコストを省略することもできる。
【特許文献１】特開２００３−９６７１５号公報（請求項１、第０００６欄〜第０００９欄）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の方法を実施するためには、まず、補強する水中コンクリート橋脚の周囲に、作業者や作業用の機械が入れる大掛かりな締切工を施工したのち、この締切工内に作業者が入って補強鉄板層の施工作業を行わなければならず、工期が長くかかる、施工コストが高くつくといった問題がある。
本発明の目的は、水中コンクリート橋脚の周囲に締切工を施工せずに実施することができ、しかも、阻害率の問題や、塗料の塗り替えに伴うランニングコスト増の問題を生じることなしに、既設の水中コンクリート橋脚を補強する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、水中コンクリート橋脚の外周に、水中作業により、連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、硬化性樹脂で固定することを特徴とする水中コンクリート橋脚の補強方法である。
請求項２記載の発明は、水中コンクリート橋脚の外周に、水中作業により、連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、次いで、形成した繊維補強層の外周を、型枠を兼ねる外枠で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して含浸、硬化させることを特徴とする水中コンクリート橋脚の補強方法である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、水中作業により、水中コンクリート橋脚の外周に連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、硬化性樹脂で固定することができる。したがって、工期や施工コストの問題を生じる大掛かりな締切工を施工せずに、水中コンクリート橋脚を補強することができる。
また、請求項１記載の発明によれば、補強層全体の厚みを、コンクリート補強の場合よりも小さくできる上、水中コンクリート橋脚を、連続繊維シートの種類によっては鉄板並みの強度を発揮しうる繊維補強層と、この繊維補強層を強固に固定し得る硬化性樹脂の硬化物とによって強固に補強し、かつ保護することもできる。しかも、塗料の塗り替え等を必要とする補強用鉄板層を有しないため、塗り替えに伴うランニングコスト増の問題を生じることもない。
【００１０】
また、請求項２記載の発明によれば、いずれも水中作業により、水中コンクリート橋脚の外周に連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、次いで、形成した繊維補強層の外周を、型枠を兼ねる外枠で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して硬化させることができる。したがって、工期や施工コストの問題を生じる大掛かりな締切工を施工せずに、水中コンクリート橋脚を補強することができる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によれば、補強層全体の厚みを、コンクリート補強の場合よりも小さくできる上、水中コンクリート橋脚を、連続繊維シートの種類によっては鉄板並みの強度を発揮しうる繊維補強層と、この繊維補強層を強固に固定し得る硬化性樹脂の硬化物と、両者を洪水時の流木の衝突等から保護する外枠とによって強固に補強し、かつ保護することもできる。しかも、塗料の塗り替え等を必要とする補強用鉄板層を有しないため、塗り替えに伴うランニングコスト増の問題を生じることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図４は、本発明の補強方法の一実施例における、各工程を説明する図である。
図１において、施工対象である水中コンクリート橋脚１は、水底２より地中深くに埋設された図示しない基礎工から、鉛直方向上方へ向けて立設され、水面３から上方へ突出した上部において、図示しない橋梁を支持している。
この例の補強方法では、まず図１に示すように、水中コンクリート橋脚１の周囲の水底２を、浚渫船等によって予備浚渫して作業エリア４を確保し、次いで、水中コンクリート橋脚１を中心にして、深さ２ｍ程度まで、勾配（約１：１）をつけてさらに浚渫して、水中コンクリート橋脚１の基部５を露出させた後、その周囲の水上に仮設足場（ＳＥＰ）６を設置する。
【００１３】
仮設足場６は、図１、２に示すように、水中コンクリート橋脚１の上流側および下流側に配置された２基の足場本体７と、両足場本体７を水上に支持する支柱（スパッド）８と、２基の足場本体７間を繋いで固定することで、水中コンクリート橋脚１の周囲を囲むように仮設足場６を設置するための渡り板９とを備えている。
この仮設足場６は、まず、支柱８を取り外した２基の足場本体７を、それぞれタグボート等で、水中コンクリート橋脚１の上流側および下流側まで曳航し、位置決め後、支柱８を水底２まで下ろして、この支柱８によって足場本体７を水面３より上方にリフトアップすることで、その際に生じる反力によって支柱８の先端を水底２から地中に埋設して固定した後、２基の足場本体７間に渡り板９を固定して設置される。
【００１４】
次に、必要に応じてダイバーらによる水中作業によって、水中コンクリート橋脚１の外周面に付着した汚れを除去する等の清浄化を行い、また、表面に局部的な欠損等がある場合は水中パテ等を用いて局部補修をした後、図３に示すように、先に露出させておいた水中コンクリート橋脚１の基部５に、図４、５に示す外枠１０の底面を構成する止水リング１１を設置する。
【００１５】
止水リング１１は、Ｈ型鋼や硬質樹脂等で形成され、２つ以上に分割可能に形成されたリング状の本体１２と、この本体１２と水中コンクリート橋脚１の基部５との間に挟まれると共に、分割された本体１２間にも挟まれることによって、これらの部材間を止水するための、ゴム等で形成されたパッキン１４と、上記基部５の外周の複数個所に固定され、リング状の本体１２を載置するためのアングル部材１３とを備えている。
【００１６】
止水リング１１は、本体１２を２つ以上に分割したものを、リング内に基部５を、また基部５との間および分割した本体１２間にパッキン１４を挟んで、再びリング状に合わせて、図示していないが、ボルトで締めてアングル部材１３上に載置した後、その外周にワイヤーロープ等を巻きつけて締め付けたり、ボルトで締め付けたりしながら位置合わせすることで、図３の位置に設置される。なお、アングル部材１３の代わりに水中コンクリート等で下端を形成してもよい。
【００１７】
止水リング１１は、外枠１０の底部を閉じることで、後述する、外枠１０内を脱水する際、および外枠１０内に硬化性樹脂を注入する際に、これらの圧に耐えるパッキングとして機能する。また、止水リング１１は、図３に示すように、水中コンクリート橋脚１の外周に連続繊維シート１５をらせん状に巻き付ける際に、その下端部を固定する固定部としても機能する。つまり、前記のように止水リング１１の本体１２を、その外周にワイヤーロープ等を巻きつけて締め付けたり、ボルトで締め付けたりしながら位置合わせして、図３の位置に設置する際に、パッキン１４と、水中コンクリート橋脚１の外周面との間に、連続繊維シート１５の下端部を挟むことによって、その下端部を固定することができる。ただし、シート下端部は水中硬化パテで基部５に接着して固定してもよい。
【００１８】
さらに、止水リング１１は、上記連続繊維シート１５を、図示しない自動の巻立機を用いて水中コンクリート橋脚１の外周にらせん状に巻き付ける際に、巻立機の軸受としても機能する。すなわち、連続繊維シート１５をらせん状に巻き付ける際に、巻立機を、スリップを生じることなく、確実に、水中コンクリート橋脚１の外周を回転させながら上昇させるための位置決めを、上記止水リング１１にて行うことができる。なお、連続繊維シート１５は、手作業によって巻きつけてもよい。
【００１９】
次に、上記巻立機等を使用して、または手作業にて、ダイバーらによる水中作業によって、図３に示すように、水中コンクリート橋脚１の外周に連続繊維シート１５を巻き付けて繊維補強層１６を形成する。詳しくは、巻き付けた連続繊維シート１５の両側部が互いにオーバーラップまたは接するように巻き付けのピッチを調整しつつ、連続繊維シート１５を、水中コンクリート橋脚１の外周面にらせん状に巻き付けることにより、繊維補強層１６が形成される。
【００２０】
連続繊維シート１５としては、例えばアラミド繊維、炭素繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ガラス繊維、およびパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維等の高強度の連続繊維からなるシート（織布、不織布等）があげられ、中でもアラミド繊維の連続繊維シートが好適に使用される。
また連続繊維シートとしては、その厚みの基準となる１枚の目付重量が１００〜２０００ｇ／ｍ2程度のシートが好ましい。目付重量が１００ｇ／ｍ2未満では、１枚の連続繊維シートによる補強効果が小さい。このため十分な補強効果を得るべく、連続繊維シートを重ねる枚数が多くなるため、その分だけ補強作業が煩雑になるおそれがある。また、目付重量が２０００ｇ／ｍ2を超える場合は、１枚の連続繊維シートの重量が重すぎる。このため、通常は垂直面かそれに近い角度を持った傾斜面である水中コンクリート橋脚１の外周面に、連続繊維シート１５を安定に巻き付けるのが容易でなくなるおそれがある。なお、実際に使用する目付重量は、この範囲から、定められた補強計算式で算出する。
【００２１】
連続繊維シート１５の幅は、特に限定されないものの、巻き付けの作業のしやすさ等を考慮すると、５〜１００ｃｍ程度であるのが好ましい。
次に、形成した繊維補強層１６の外周を、ダイバーらによる水中作業によって、図４に示すように、型枠を兼ねる外枠１０で囲む。
外枠１０は、図５に示す内径Ｄが、水中コンクリート橋脚１の外周に連続繊維シート１５を巻き付けて形成した繊維補強層１６の外径とほぼ一致するか、もしくは僅かに大きい筒状に形成される。また、外枠１０は、軸方向に沿って筒を２つ以上に分割した形状を有する一組の本体１７と、この一組の本体１７同士の合わせ面に挟まれる、止水のためのゴムパッキング１８とで形成される。
【００２２】
それぞれの本体１７の、筒の周方向の両端部の外側面には、ゴムパッキング１８を挟む合わせ面を形成すべく、筒の軸方向に沿う一対のフランジ１９が形成されている。フランジ１９には、ゴムパッキング１８を挟んだ状態で、図４に示すように固定用のボルト２０とナット２１とを用いて一組の本体１７を互いに固定すべく、ボルト２０が挿通される複数の通孔２２が形成されている。ボルト２０およびナット２１は、防錆の意味でプラスチック製のものが好ましい。
【００２３】
本体１７の、筒の軸方向の両端部の外側面には、それぞれ軸方向と直交方向に沿う一対のフランジ２３が形成されている。フランジ２３は、水中コンクリート橋脚１の長さに合わせて、外枠１０を、筒の軸方向に複数本、接続する接続部として機能する。フランジ２３には、図示しない固定用のボルトとナットとを用いて２本の外枠１０を互いに接続すべく、ボルトが挿通される複数の通孔２４が配列されている。接続に際しては、外枠１０内の水密を維持するため、フランジ２３間に、ゴムパッキングを挟むようにする。
【００２４】
本体１７の外側面の、一対のフランジ１９間には、筒の周方向に沿って等間隔で、筒の軸方向に沿う複数の補強板２５が、それぞれが筒の外方へ向けて放射状に配置されている。また上記外側面の、一対のフランジ２３間には、筒の軸方向に沿って等間隔で、両フランジ２３と平行に、複数の補強板２６が配置されている。さらに、本体１７の、下端近傍と中間部の外側面には、それぞれ筒の内外を繋ぐ配管接続部２７が設けられている。なお図では、配管接続部２７を縦方向に２個所、記載しているが、外枠１０内に硬化性樹脂を均等に注入することを考慮すると、配管接続部２７は、筒の周方向にも２個所以上の複数個、できれば等間隔に配置するのが好ましい。特に、周方向と縦方向にそれぞれ２個所以上の複数個、配管接続部２７を設ければ、外枠１０内に硬化性樹脂を均等に、かつ確実に注入できてさらに好ましい。
【００２５】
上記各部は、繊維強化プラスチックや、あるいは防錆処理鋼板等で形成される。
繊維補強層１６の外周を、外枠１０で囲むためには、分割した一組の本体１７の間に、繊維補強層１６を形成した水中コンクリート橋脚１を挟むとともに、フランジ１９間にゴムパッキング１８を挟んだ状態で、通孔２２にボルト２０を挿通してナット２１で締め付ける。そして、組み立てた外枠１０を止水リング１１上に載置して、外枠１０の底面を構成する。また、配管接続部２７には、外枠１０内を脱水すべく乾燥空気を送り込んだり、脱水後に硬化性樹脂を注入したりするための、図示しない配管を接続しておく。
【００２６】
また、１つの外枠１０の、軸方向の長さが、水中コンクリート橋脚１の、補強すべき領域の長さに満たないときは、先に設置した外枠１０の上端に、同様の作業によって組み立てた別の外枠１０を接続する作業を繰り返すことによって、２つ以上の外枠１０を接続する。すなわち、前記のように、フランジ２３間に、ゴムパッキングを挟んだ状態で、通孔２４にボルトを挿通してナットで締め付ける作業を繰り返すことによって、２つ以上の外枠１０を接続する。
【００２７】
また、外枠１０の上端部側にも止水リング１１を設けて、外枠１０の蓋体とするのが好ましい。その場合には、外枠１０の上端部側にも配管接続部を設けるとともに、配管を接続して、乾燥空気や余剰の硬化性樹脂の排出口として利用する。排出口としての配管接続部は、硬化性樹脂の注入時に空気のスムースな排出を図るために、筒の周方向に複数個、できれば等間隔に配置するのが好ましい。
【００２８】
そして、仮設足場６の上に設けたエアコンプレッサー等から、一番下の外枠１０の、下端部側の配管接続部２７に接続した配管を通して、外枠１０内に乾燥空気を圧入して、繊維補強層１６を脱水、乾燥させた後、同じ配管を通して、外枠１０内に硬化性樹脂を注入して硬化させると、その硬化物によって、水中コンクリート橋脚１と、繊維補強層１６と、外枠１０とが接着されることで一体化して、水中コンクリート橋脚１を強固に補強し、かつ保護することができる。なお、乾燥空気を圧入して排水する際には、上端部側の配管接続部から吸気するのが好ましい。
【００２９】
硬化性樹脂としては、補強効果を阻害する気泡を生じないために、揮発成分を含まない、無溶剤型の硬化性樹脂が好ましく、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、硬化性アクリル樹脂およびビニールエステル樹脂からなる群より選ばれた少なくとも１種の樹脂を用いるのが好ましい。中でも、完全脱水が困難な外枠１０の内部において良好に硬化する湿潤硬化性に優れる上、接着性にも優れたエポキシ樹脂が、硬化性樹脂として最も好適に使用される。なお、硬化性樹脂としては、繊維補強層１６内に、隙間を生じることなく十分に含浸させるために、長時間に渡って流動性を維持するべく、硬化時間の長いものを用いるのが好ましく、特に硬化時間が２４時間以上の硬化性樹脂を用いるのが好ましい。
【００３０】
硬化性樹脂の注入後、ダイバーらによる水中作業によって、配管接続部２７から配管を外すとともに、配管接続部２７を塞ぎ、次いで浚渫船等によって、露出させた水中コンクリート橋脚１の基部５を、止水リング１１や、最下部の外枠１０の下部とともに埋め戻し、さらに仮設足場６を撤去すれば、水中コンクリート橋脚１の補強が完了する。外枠１０は、必要に応じて取り除いてもよいし、化粧外板を取り付けてもよい。
【００３１】
上記補強方法によれば、いずれも水中作業によって、水中コンクリート橋脚１の外周に連続補強層１６を形成し、外枠１０で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して硬化させることができる。したがって、大掛かりな締切工を施工せずに、短期間で、しかも低コストで、水中コンクリート橋脚１を補強することができる。また、この方法によれば、補強層全体の厚みを小さくして阻害率の問題を解消しつつ、なおかつ、水中コンクリート橋脚１を、より強固に補強し、保護することができる。しかも、塗料の塗り替えに伴うランニングコスト増の問題も解消することができる。また、型枠内に樹脂を注入するため、接着剤による河川汚染を極力防ぐことができ、環境上好ましい。
【実施例】
【００３２】
実施例１
（水中コンクリート橋脚のモデルの作製）
型枠内にコンクリートを打設して、外径３ｍ、高さ２ｍの円柱状で、かつ呼び強度が３０Ｎ／ｍｍ2である、水中コンクリート橋脚１のモデルとしての、コンクリート柱を作製した。そして、このコンクリート柱に、円柱の軸方向に予備載荷を加えて、約０．２ｍｍのクラックを発生させた状態で、水中に配置した。
（繊維補強層の形成）
パラ系アラミド繊維製の連続繊維シート〔ファイベックス社製のＡＫ−４０〕を、水中に配置したコンクリート柱の外周面と、オーバーラップなしで、らせん状に巻き付けて繊維補強層を形成した。
（外枠設置）
厚み２ｍｍのガラス繊維強化ポリエステル樹脂板を組み立てて形成した外枠を用いて、形成した繊維補強層の外周を囲んだ。外枠の上端部と下端部は、水中用エポキシパテでシールした。また外枠の下端部側と上端部側には、それぞれ筒の周方向の３箇所に、配管接続部を等間隔に配置し、下端部側の配管接続部には配管を接続した。
（脱水および硬化性樹脂の注入）
下端部側の配管接続部に接続した配管を通して、乾燥空気を、外枠内に連続して吹き込み、それによって生じた余剰の空気を、外枠内から、上端部側の配管接続部を通して外部に放出する操作を約一日間、行って外枠内を脱水処理した。
【００３３】
次いで、下端部側の配管接続部に接続した配管を通して、無溶剤型の液状エポキシ樹脂〔ＳＲＩハイブリッド(株)製の商品名グリップボッドＧＢ３０ＡＱ〕を、上端部側の配管接続部から溢れ出すまで、外枠内に注入した。注入量は、繊維補強層への含浸量で表して約２ｋｇ／ｍ2であった。
（耐震性試験）
エポキシ樹脂を十分に硬化させた後、コンクリート柱の軸方向に１０ｔの圧力を加えた状態で、応答曲線を計測しながら、コンクリート柱の上端に、３０ｔの加振機を用いて、阪神淡路大震災の波形の振動を加えて耐震性を評価した。
【００３４】
そうしたところ、実施例のコンクリート柱は、応答曲線の変化が小さく、耐震性を有することが確認された。
比較のため、同寸法、同強度に形成し、円柱の軸方向に予備載荷を加えて約０．２ｍｍのクラックを発生させた後、上記の補強をしなかったコンクリート柱について、同様に耐震性を評価したところ、試験中に倒壊してしまった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の補強方法の一実施例のうち、第１工程として、水中コンクリート橋脚の基部を浚渫して仮設足場を設置した状態を示す、鉛直方向の断面図である。
【図２】図１の状態の、水平方向の断面図である。
【図３】第２工程として、水中コンクリート橋脚の外周に連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成する作業中の状態を示す、鉛直方向の拡大断面図である。
【図４】第３工程として、形成した繊維補強層の外周を、型枠を兼ねる外枠で囲んだ状態を示す、鉛直方向の拡大断面図である。
【図５】図４で使用する外枠の斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 水中コンクリート橋脚
１０ 外枠
１５ 連続繊維シート
１６ 繊維補強層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中コンクリート橋脚の外周に、水中作業により、連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、硬化性樹脂で固定することを特徴とする水中コンクリート橋脚の補強方法。
【請求項２】
水中コンクリート橋脚の外周に、水中作業により、連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、次いで、形成した繊維補強層の外周を、型枠を兼ねる外枠で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して含浸、硬化させることを特徴とする水中コンクリート橋脚の補強方法。
【請求項１】
水中コンクリート橋脚の外周に、水中作業により、連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、硬化性樹脂で固定することを特徴とする水中コンクリート橋脚の補強方法。
【請求項２】
水中コンクリート橋脚の外周に、水中作業により、連続繊維シートを巻き付けて繊維補強層を形成し、次いで、形成した繊維補強層の外周を、型枠を兼ねる外枠で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して含浸、硬化させることを特徴とする水中コンクリート橋脚の補強方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−９３３６（Ｐ２００６−９３３６Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８６０５４（Ｐ２００４−１８６０５４）
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（０００１８３２３３）住友ゴム工業株式会社 (3,458)
【出願人】（５０４２４４１４０）東洋技研コンサルタント株式会社 (1)
【出願人】（３９０００２１８５）大成ロテック株式会社 (90)
【出願人】（５９５１３２４４１）▲蔦▼井株式会社 (10)
【出願人】（５０４２４３７２９）弘栄貿易株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（０００１８３２３３）住友ゴム工業株式会社 (3,458)
【出願人】（５０４２４４１４０）東洋技研コンサルタント株式会社 (1)
【出願人】（３９０００２１８５）大成ロテック株式会社 (90)
【出願人】（５９５１３２４４１）▲蔦▼井株式会社 (10)
【出願人】（５０４２４３７２９）弘栄貿易株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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