説明

矩形断面構造物の補強構造

【課題】 既設の道路トンネル、地下鉄、共同溝、地下水路などのボックスカルバートに類する矩形断面構造物の外側に、アーチ状補強部材を取り付けて、強度や耐震性を高めた補強構造に関する。
【解決手段】 略矩形断面を有する地中又は水中に設置される矩形断面構造物の補強構造において、矩形断面構造物の頂版上及び又は側壁に沿って剛性を有するアーチ状補強部材を取り付けてなることを特徴とする。 また、アーチ状補強部材が、その両端を矩形断面構造物の頂版上に固定された一対の取付部によって取り付けられており、前記頂版上に固定される取付部は、矩形断面構造物の側壁に対応する位置に配置されてなることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は矩形断面構造物の補強に関し、主に道路トンネル、地下鉄、共同溝、地下水路などのボックスカルバートに類する矩形断面構造物に適用できる補強構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば、矩形トンネルの補強方法には、コンクリート巻き立て工法、炭素繊維貼り付け工法、又は鋼板接着工法などが知られている。
しかし、従来の工法では、矩形トンネルの既存断面に対して断面耐力の向上による補強を行っていたため、断面力の発生方向によって既設断面の内側、あるいは外側、またはその両方に補強工事を行わなければならず、補強構造が手間がかかり複雑となり、また費用も高額となる、という不具合がある。
また、特開平5−339976号公報では、ボックスカルバートの頂版の上、または頂版の上と側壁の外側に、発泡スチロール等圧縮変形し易い材料を土に接する面がアーチ形になるように設置し、ボックスカルバートの土被りが増してもボックスカルバートに作用する土圧が増加しないようにする構造が開示されている。その他、このように発泡スチロールを使用する工法として、発泡スチロール土木工法(EPS工法)が知られている。
このEPS工法は、大型の発泡スチロールブロックを盛土材料として積み重ねていくもので、材料の軽量性、耐圧縮性、耐水性および積み重ねた場合の自立性等の特徴を有効に利用することができる。
しかし、発泡スチロールを使用してボックスカルバートを補強するEPS工法等の工法は、コストが高くなることに加え、ボックスカルバートの頂版上に盛る土の高さが高くなり、また、発泡スチロールとして耐圧性能の高い素材を使用する必要があり、一層のコストアップが避けられないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平5−339976号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その主たる課題は、コンクリートや鋼材などのアーチ状補強部材を、該アーチ状補強部材の両端を拘束する取付部を用いて地中や水中に設置された既設の矩形断面構造物に取付け、矩形断面構造物の耐圧性能や耐震性能を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前述の問題を解決するために、請求項1の発明では、
略矩形断面を有する地中又は水中に設置される矩形断面構造物の補強構造において、
矩形断面構造物の頂版上及び又は側壁に沿って剛性を有するアーチ状補強部材を取り付けてなることを特徴とする。
請求項2の発明では、
アーチ状補強部材が、その両端を矩形断面構造物の頂版上に固定された一対の取付部によって取り付けられており、
前記頂版上に固定される取付部は、矩形断面構造物の側壁に対応する位置に配置されてなることを特徴とする。
また、請求項3の発明では、
アーチ状補強部材が、その両端を側壁に固定された一対の取付部によって取り付けられており、
前記側壁上に固定される取付部は、矩形断面構造物の頂版または床壁に対応する位置に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明により、既設のトンネル等の矩形断面構造物の補強を外付けのアーチ状補強部材と取付部との組合せにより簡単に行うことができる。
そのため矩形断面構造物の内面側の補強が不要ないしは最低限の補強ですむため、内部空間を狭めることなく確保できる。
これにより矩形断面構造物に対する外部からの荷重が増えた場合、例えば上載荷重の増加や、地形改変による土圧の増加等が生じた場合、あるいは機能低下による耐力不足、耐震設計上の耐力不足に対する補強等に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施例1の断面図で、面状の部材で補強したものである。
【図2】実施例2の断面図で、面状の部材で補強したものである。
【図3】実施例3の断面図で、面状の部材で補強したものである。
【図4】実施例4の断面図で、(a)は上部のアーチ状補強部材を梁状とした場合、(b)は側部のアーチ状補強部材を梁状とした場合である。
【図5】(a)は上部及び側部のアーチ状補強部材を梁状とした実施例5の断面図、(b)は同側面図である。
【図6】実施例6の断面図で、トンネルが多連ある場合の補強例を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、この発明の矩形断面構造物の補強構造をトンネルのボックスカルバートに適用した好適実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例1】
【0009】
実施例1の矩形断面構造物の補強構造は、図1に示すように、既設のボックスカルバート型のトンネル構造物1の補強を行うために、頂版1aの上にアーチ状補強部材2を載置し、その両端を一対の取付部3によって拘束又は固定する構造からなっている。
【0010】
[トンネル構造物]
トンネル構造物1は、一例として公知の鉄筋コンクリートからなっている。
普通地盤の場合には、砕石を敷き均した基礎砕石の上に基礎コンクリートを打設した基礎構造とし、基礎コンクリートとトンネル構造物1との間には敷モルタルを介設しているが、この発明では特に限定されるものではない。
【0011】
[アーチ状補強部材]
アーチ状補強部材2はコンクリートや鋼材その他の剛性を有する素材からなる。
コンクリートはプレキャストブロックでも場所打ちコンクリートでも適用可能である。
【0012】
鋼材その他の剛性を有する素材の場合には、用途に応じた構造、材料を適宜選択することができ、断面形状も特に限定されない。
そして、本実施例1では、トンネル構造物1の頂版1aの上に横向きとなる上部のアーチ状補強部材2を取り付けている。
【0013】
アーチ状補強部材2は、本実施例の場合、トンネル構造物1の延長方向に延びる板状であるが、後述のように、トンネル構造物1の横幅方向に延びる1又は複数の梁状部材であってもよい。
上記アーチ状補強部材2を用いることで、既設トンネルの発生断面力の低減効果を生じさせることができる。
【0014】
アーチ状補強部材2を取り付けることで本体工が不安定な構造物になるようであれば、後述の取付部3間をタイ部材20で結ぶ等の補助工法を併用してもよい。
なお、上記タイ部材20は、状況に応じてPC鋼材、炭素繊維、アラミドロッド等を適宜選択することができる。
【0015】
[取付部]
取付部3は、トンネル構造物1の外側で確実に定着されるもので、トンネル構造物1の側壁1b上に設けられ、前記アーチ状補強部材2の両端を拘束又は固定してアーチアクションを確実に行わせるために用いられる。
アーチ状補強部材2の定着構造は、ヒンジ(ピン)結合あるいは剛結合、半剛結合(弾性的結合を含む)のいずれであってもよく、トンネル構造物1の補強に応じて必要な構成を選定することができる。
【0016】
取付部3は、アーチ状補強部材2に対応して、板状であっても梁状部材であってもよく、要するに、アーチ状補強部材2をそのアーチ形状の両端で拘束又は固定できるものであればよい。
更に、取付部3は、前記アーチ状補強部材2と同様に、コンクリートや鋼材その他の剛性を有する素材からなるが、前記アーチ状補強部材2と同一の素材であっても異なる素材であってもよい。
【0017】
実施例1では、トンネル構造物1の頂版1aの上に板状のアーチ状補強部材2を取付け、該アーチ状補強部材2のアーチの両端に前記アーチ状補強部材2が動かないように拘束又は固定し、アーチアクションにより軸力に変換させるため、前記頂版1aの横幅方向の両端、即ち、側壁1bに対応する位置に一対の取付部3を固定している。
【0018】
アーチ状補強部材2とトンネル構造物1の頂版1aとの空間Sは、型枠材を存置しておくことも可能であるがトンネル全体の浮力が問題になる場合、防食上の問題から、土砂やコンクリート等の材料を詰めてもよい(図示せず)。
また、アーチ状補強部材2のアーチのライズ比は特に限定されるものではなく、用途に応じて構造的に必要なライズ比もあれば、物理的に設置可能なライズ比もあり、これを限定するものではない。
また、端部の形状も特に限定されず、取付部との間で係合や掛止などが行いやすい形状、その他任意の形状とすることができる。
【0019】
図示例の場合、アーチ状補強部材2の両端を斜めに切り欠いて傾斜面とし、取付部3の内面側をこれに対応して傾斜面としておけば隙間無く繋ぎ合わせることができる。
アーチ状補強部材2と取付部3との連結は、拘束するだけで固着しなくてもよい。
また、取付部3の形状は図示例に限定されるものではなく、アーチ状補強部材2の端部を支承しうるものであればよい。
これにより下向きの荷重をアーチアクションで左右の側壁に対する軸力に変換することができる。
【実施例2】
【0020】
実施例2の矩形断面構造物の補強構造は、図2に示すように、トンネル構造物1の側壁の上に縦向きとなる側部のアーチ状補強部材4を配置し、その両端をトンネル構造物1の側壁の上下両端に固定した一対の取付部5によって拘束又は固定する構造からなっている。
【0021】
上部の取付部5は、トンネル構造物1の側壁1b上で頂版1aに対応する位置に固定され、下部の取付部5はトンネル構造物1の側壁1b上で床壁1cに対応する位置に固定され、側部のアーチ状補強部材4の両端を拘束又は固定してアーチアクションを確実に行わせるために用いられる。
【0022】
これにより、トンネル構造物1に左右側方からかかる荷重に対して強固に補強することができる。
その他の構成は前記実施例1と同様であるので、説明を省略する。
【実施例3】
【0023】
実施例3の矩形断面構造物の補強構造は、図3に示すように、トンネル構造物1の頂版1aの上に横向きの上部のアーチ状補強部材2を配置し、側壁の上に縦向きの側部のアーチ状補強部材4を配置し、それぞれを取付部6、5によって拘束又は固定している。
即ち、上部のアーチ状補強部材2は実施例1と同様の構成からなり、側部4のアーチ状補強部材4は実施例2と同様の構成からなる。
【0024】
取付部6は、横片部6aと縦片部6bとからなる断面アングル状であって、トンネル構造物1の頂版1aと側壁1bの角部に沿って固定されており、その両端は傾斜面となっている。
また取付部5は、前記実施例2と同じであり、トンネル構造物1の側壁1bの下部で床壁1cに対応する個所に固定されている。
【0025】
そして、上部のアーチ状補強部材2は、トンネル構造物1の頂版1aの左右両端に設けられた取付部6の横片部6aによって拘束又は固定されている。
側部のアーチ状補強部材4は取付部6の縦片部6bと取付部3とによって拘束又は固定されている。
これによって、上から下へ向かう荷重及び左右方向の荷重に対して補強することができる。
【実施例4】
【0026】
アーチ状補強部材7、9は梁状からなるものであってもよい。
図4(a)に示す矩形断面構造物の補強構造は、上部のアーチ状補強部材7が梁状からなっており、トンネル構造物1の頂版1a上で、トンネル構造物1の延出方向に略等間隔で多数配置されている。
【0027】
この上部のアーチ状補強部材7を拘束又は固定する取付部8は、前記実施例1と同様に連続する板状の取付部であってもよいし、あるいは各アーチ状補強部材7毎に拘束又は固定する柱状の取付部であってもよい。
【0028】
図4(b)に示す矩形断面構造物の補強構造は、側部のアーチ状補強部材9が梁状からなっており、トンネル構造物1の側壁1b上で、トンネル構造物1の延出方向に略等間隔で多数配置されている。
【0029】
この側部のアーチ状補強部材9を拘束又は固定する取付部10は、前記実施例2と同様に連続する板状の取付部であってもよいし、あるいは各アーチ状補強部材9毎に拘束又は固定する柱状の取付部であってもよい。
その他の構成は前記実施例に準ずる。
【実施例5】
【0030】
図5に示す矩形断面構造物の補強構造は、梁状の上部のアーチ状補強部材7と梁状の側部のアーチ状補強部材9とをトンネル構造物1の同一外周線上に配置した異なる実施例を示す。
ここで、上部のアーチ状補強部材7は図4(a)と同一構造であり、側部のアーチ状補強部材9は図4(b)と同一構造である。
【0031】
また、頂版1aの角部に取り付けられる取付部11は、前記実施例3のアングル状の取付部6と同様の構成からなっており、横片部11aと縦片部11bとからなっている。
そして、複数並んだ上部のアーチ状補強部材7は、頂版1aの左右両端に固定された一連の取付部11の対向する横片部11aにより拘束又は固定されている。
また、複数並んだ側部のアーチ状補強部材9は、上記取付部11の縦片部11bで上端が拘束又は固定され、下端が取付部10に拘束又は固定されている(図5(b)参照)。
【実施例6】
【0032】
前記実施例1〜5ではトンネル構造物1として1つの内部空間を有する単一のボックスカルバート構造を図示したが、仕切壁部15を有して複数の内部空間を有する断面矩形の構造物であってもよい。
この場合、頂版1aの両端の他に、前記仕切壁部15の上に取付部を設けることができる。
【0033】
図示例の場合、断面アングル状の取付部12がトンネル構造物1の頂版1aの両端の下部に固定される。
また、頂版1a上の中途位置で適宜間隔で仕切壁部15の上部に対応する位置に取付部13が固定される。
【0034】
そして、取付部12の横片部12aと取付部13の一方の端部の組合せ、一対の取付部13の組合せによって、トンネル構造物1の頂版1a上に配置される複数の上部のアーチ状補強部材2が拘束又は固定される。
また、トンネル構造物1の側壁1bの下端で、床壁1cの延長上には下部取付部15が固定される。
【0035】
下部部取付部15は、アーチ状補強部材の下端を拘束又は固定する支承部15aと下端で外方へ延びるフランジ部15bとを有しており、縦向きのアーチ状補強部材を拘束又は固定している。
トンネル構造物1が上下多段に形成される場合には、中途位置に形成されて上下の空間を仕切る中床壁に対応する側壁1b上に取付部を設ければ、側壁1bに上下多段に複数の縦向きのアーチ状補強部材4を取り付けることができる
【0036】
この発明では、既設のトンネル構造物1を掘り出して、その頂版1aまたは側壁1bを露出し、アーチ状補強部材を取付部を介してトンネル構造物1に取り付けてから埋め戻すことで、簡単にトンネル構造物1の補強を行うことができる。
【0037】
また、この発明では、矩形断面構造物は既設の地中埋設物の一例としてトンネル構造物を例示したが、その他の地中設置部でもよいし、水中構造物であってもよい。
その他、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。
【符号の説明】
【0038】
1 トンネル構造物
1a 頂版
1b 側壁
1c 床壁
2 上部のアーチ状補強部材
3、8 上部用の取付部
4 側部のアーチ状補強部材
5、10 側部用の取付部
6、11、12 断面アングル状の取付部
7 梁状の上部のアーチ状補強部材
9 梁状の側部のアーチ状補強部材
13 取付部
15 下部取付部
20 タイ部材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
略矩形断面を有する地中又は水中に設置される矩形断面構造物の補強構造において、
矩形断面構造物の頂版上及び又は側壁に沿って剛性を有するアーチ状補強部材を取り付けてなることを特徴とする矩形断面構造物の補強構造。
【請求項2】
アーチ状補強部材が、その両端を矩形断面構造物の頂版上に固定された一対の取付部によって取り付けられており、
前記頂版上に固定される取付部は、矩形断面構造物の側壁に対応する位置に配置されてなることを特徴とする請求項1に記載の矩形断面構造物の補強構造。
【請求項3】
アーチ状補強部材が、その両端を側壁に固定された一対の取付部によって取り付けられており、
前記側壁上に固定される取付部は、矩形断面構造物の頂版または床壁に対応する位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の矩形断面構造物の補強構造。
【請求項4】
矩形断面構造物が内部空間を上下又は左右に仕切る仕切壁を有しており、
取付部は矩形断面構造物の頂版又は側壁で上記仕切壁部に対応する位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の矩形断面構造物の補強構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2012−7410(P2012−7410A)
【公開日】平成24年1月12日(2012.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−145297(P2010−145297)
【出願日】平成22年6月25日(2010.6.25)
【出願人】(594188962)株式会社ワン・エイティ (1)
【Fターム(参考)】