(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【図面の簡単な説明】
【0034】
【
図1】本発明の一実施の形態にかかるコンクリート補強用シートを用いてトンネルを構築する状態を示す部分断面斜視図である。
【
図2】同図(A)は
図2のコンクリート補強用シートの正面図、同図(B)はその部分拡大図である。
【
図3】
図2のコンクリート補強用シートをトンネルの表層部に埋め込んだ状態を示す断面図である。
【
図4】同図(A)は
図2及び
図3のコンクリート補強用シートを係止ピンにてトンネル表層部に係止する状態を示す部分正面図、同図(B)はその断面図である。
【
図5】係止ピンの変形例を示すもので、同図(A)はその平面図、同図(B)はその側面図である。
【
図6】係止ピンの他の変形例を示すもので、同図(A)はコンクリート打設時の側面図、同図(B)はコンクリート打設後の側面図である。
【
図7】
図1〜
図4のコンクリート補強用シートの継ぎ目部施工状態を示すもので、同図(A)は先行コンクリート打設時の状態を示す断面図、同図(B)は継ぎ目部を巻き込み施工した状態の断面図、同図(C)は継ぎ目部を重ね合わせて施工した状態を示す断面図である。
【
図8】本実施の形態にかかるコンクリート補強用シートの食い付き部の一例を示す断面図である。
【
図10】食い付き部のさらに他の例を示す断面図である。
【
図11】食い付き部のさらに他の例を示すもので、同図(A)は部分平面図、同図(B)は部分断面図である。
【
図12】食い付き部のさらに他の例を示すもので、同図(A)は部分平面図、同図(B)は部分側面図である。
【
図13】食い付き部のさらに他の例を示すもので、同図(A)は部分平面図、同図(B)は部分側面図である。
【
図14】本発明の他の実施の形態にかかるコンクリート補強用シートの斜視図である。
【
図15】同図(A)は
図14のコンクリート補強用シートの正面図、同図(B)はその部分拡大図である。
【
図16】
図14及び
図15のコンクリート補強用シートをトンネルの表層部に埋め込んだ状態を示す断面図である。
【
図17】本発明のさらに他の実施の形態にかかるコンクリート補強用シートを示すもので、同図(A)はコンクリート補強用シートの正面図、同図(B)はその部分拡大図である。
【
図18】
図17のコンクリート補強用シートをトンネルの表層部に埋め込んだ状態を示す断面図である。
【
図19】バサルト繊維と、炭素繊維、アラミド繊維及びガラス繊維との物性比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0036】
図1は、本発明の一実施の形態にかかるコンクリート補強用シートをコンクリート構造体の表層部に設置した状態を示すもので、図中10がコンクリート構造体の一例としてのトンネル構造体で、このトンネル構造体10の内面12の表層部にコンクリート補強用シート14を設置するようにしている。
【0037】
このコンクリート補強用シート14は、トンネル構造体10を内周面側から補強するためのもので、バサルト繊維にて形成されたシート体からなるものとされている。
【0038】
また、このコンクリート補強用シート14は、
図2に示すように、縦材16及び横材18を組み合わせた網目状のものとされている。
【0039】
さらに、縦材16及び横材18は、少なくとも一部がトンネル構造体10内への埋設部として形成され、他はトンネル構造体10表面への露出部として形成されるようになっている。
【0040】
具体的には、
図2(A)、(B)に示すように、縦材16はトンネル構造体10の周方向に補強力が働くように、トンネル構造体10の周方向に沿って長手方向に繊維が揃うようになっており、横材18は縦材16に対して2方向に斜めに交差して設けられ、その長手方向に繊維が揃うようになっており、縦材16に比し横材18はトンネル構造体10の軸線方向に補強力が働くようになっている。
【0041】
そして、
図3に示すように、横材18のすべての部分及び縦材16の一部がトンネル構造物10のコンクリート内への埋設部とされ、他の部分、すなわち縦材16の表面はトンネル構造体10の内周面への露出部として形成されている。
【0042】
また、同図(B)に示すように、縦材16の幅W1は例えば10mm、横材18の幅W2は例えば5mmとされ、横材18の交点間の距離L1は50mmとされている。
【0043】
さらに、
図3に示すように、縦材16の厚さt1及び横材18の厚さt2はそれぞれ0.5mmとされている。
【0044】
ところで、バサルト繊維は、
図19に示すように、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等に比し、次のような利点を有している。
【0045】
まず、アラミド繊維及びガラス繊維は、やや強度が小さいのに対して、バサルト繊維は、アラミド繊維及びガラス繊維に対して1.2〜1.7倍の強度を示している。
【0046】
次に、コンクリートの線膨張係数(温度変化に対する伸縮)は、10×10
-6/℃であり、補強繊維としては同等の材料が望ましいが、炭素繊維、アラミド繊維は、−4〜−6×10
-6/℃とコンクリートと逆の挙動を示すため、コンクリート表面への適用が難しいのに対して、バサルト繊維は、線膨張係数が7〜8×10
-6/℃とコンクリートとほぼ同様の挙動を示す。
【0047】
次いで、アラミド繊維及びガラス繊維は、耐熱性が低いのに対して、バサルト繊維は、50%強度保持温度が600℃と炭素繊維同等の耐熱性を有している。
【0048】
さらに、高強度で耐熱性の高い炭素繊維は、導電性を有するため、電気や磁気を利用する鉄道トンネルには不向きであるが、バサルト繊維は、非導電性であるため、電気や磁気を利用した鉄道トンネルにも適した材料である。
【0049】
このように、トンネル構造物10の内周面表層部に設置されて網目状のコンクリート補強用シート14をバサルト繊維にて形成することで、軽量で、施工性が良く、強度が大きく、耐熱性が高く、コンクリート表面への適用が容易となり、しかも、絶縁性を有して鉄道トンネルにも適用可能となる。
【0050】
また、縦材16及び横材18は、少なくとも一部がトンネル構造体10への埋設部として形成されているため、トンネル構造体10表層部への食い付きが良く、埋設部以外はコンクリート構造体表面への露出部として形成されるため、コンクリートの表面剥落を防止することが可能となる。
【0051】
さらに、縦材16がトンネル構造体10の内周方向に露出して設けられるようにすることで、トンネル構造体10の補強に有効なものとなり、しかも、耐火性、絶縁性に優れたコンクリート補強用シートであるため、トンネル内の火災時、あるいはリニアカー等の電磁力を用いるような鉄道トンネルであっても、磁力線に影響を与えるのを確実に防止して有効なものとすることが可能である。
【0052】
また、本実施の形態において、トンネル構造体10の内面12に露出する縦材16の間隔P1は、
図2(A)に示すように、コンクリートの劣化状況が把握可能な間隔、具体的には、5cm〜30cmとするようにしている。
【0053】
このように縦材16間の間隔P1を設定することにより、縦材16の間から露出するコンクリートの表面を目視することにより、コンクリートの補強を確実に行った上で、コンクリートの劣化状態を把握するに十分な間隔を保持し、確実にコンクリート表面の劣化状態を把握することができ、その劣化状況に応じて適宜最適な処置を施すことが可能となる。
【0054】
このようなコンクリート補強用シートを用いたコンクリート補強方法は、次のような手順で行われる。
【0055】
まず、
図3に示すように、コンクリート補強用シート14の縦材16を型枠20に接触させて固定する。
【0056】
次いで、この状態で、型枠20をコンクリート打設位置に設置する。
【0057】
次に、コンクリート打設位置に設置した型枠20に対して、例えば山岳トンネル等の場合、岩盤と型枠20との間にコンクリートを打設する。
【0058】
そして、打設したコンクリートが硬化した後、型枠20をコンクリート構造物、すなわちトンネル構造物10の内面12より取り外し、トンネル構造物10の表面にコンクリート補強用シート14の縦材を露出させる。
【0059】
この場合、トンネル構造物10の表面に露出した縦材16の表面以外はすべてコンクリート内に埋設されて、コンクリートへの食い付き部として機能することとなり、コンクリートへの確実な取り付けが可能となり、しかも、縦材16の表面部分にはコンクリートが付着していないので、コンクリートの崩落の恐れは生じないこととなる。
【0060】
この場合、
図4に示すような係止ピン22を用いて、コンクリート補強用シート14をコンクリート構造体10に係止するようにすることができる。
【0061】
この係止ピン22は、同図(A)に示すように、隣接する縦材16及び交差する横材18の交点位置を覆う大きさのピン頭部24を有し、同図(B)に示すように、ピン頭部24を縦材16の表面に接触させ、ピン本体26をコンクリート構造体10側に突出させることで、ピン本体26が確実にコンクリート部材に保持され、それによってコンクリート補強用シート14がより確実にトンネル構造体10に係止されるようになっている。
【0062】
ピン本体の長さL2は、鉄筋被り以下とされ、例えば40mm程度とされる。
【0063】
この係止ピン22の取り付けは、型枠20に係止ピン22を設置し、その上からコンクリート補強用シート14の縦材16を型枠20に接触させて固定し、コンクリートを打設すればコンクリート構造体10へのコンクリート補強用シート14の係止が完了することとなる。
【0064】
また、係止ピン22は、強度、耐熱性、非導電性を考慮すると、バサルト繊維からなるものが好ましいが、ステンレスまたは合成樹脂製であっても良い。
【0065】
このようにすることで、比較的安価な材料で係止ピン22を形成することができる。
【0067】
この係止ピン28は、同図(A)に示すように、一方が両端が隣接する両横材18に達する長さを有し、他方が一方の長さ方向と直交する方向で一方の長さ方向より短くて隣接する横材18間に挿入可能な長さとされたピン頭部30と、このピン頭部30より突出するピン本体32とを有している。
【0068】
ピン頭部30の長さ方向の両端部には、同図(B)に示すように、横材18の厚さに相応した溝34が形成されており、コンクリート補強用シート14への取り付け時には、長手辺側を横材18の長手方向に沿わせた状態で、ピン頭部30を横材18間に挿入し、同図(A)に示すように、例えば矢印方向に回転させることで、隣接する横材18に対して両溝34が係合し、取り付け状態となる。
【0069】
そして、この状態で、コンクリート補強用シート14を、その縦材16を型枠20に接触させて、型枠20にコンクリートを打設して硬化後型枠20を取り外せば、係止ピン28によって、コンクリート補強用シート14がより確実にトンネル構造体10に係止されることとなる。
【0070】
図6には、係止ピンの他の変形例を示す。
【0071】
この係止ピン36は、ステンレス製のものとされ、コンクリートに埋設される埋設側ピン部材38と、埋設側ピン部材38に取り付けられてコンクリート補強用シート14をコンクリート側に係止する露出側ピン部材40とを有している。
【0072】
埋設側ピン部材38は、隣接するそれぞれの縦部材16及び横部材18にまたがる大きさの埋設プレート部42と、この埋設プレート部42に設けられたナット部44と、このナット部44より突出するねじ付きのピン本体46とを有している。
【0073】
露出ピン部材40は、埋設プレート部42とほぼ同様の大きさの露出プレート部48と、露出プレート部48より突出しナット部44に螺合されるボルト部50とを有している。
【0074】
この係止ピン36を用いたコンクリート補強方法は、次の手順で行われる。
【0075】
まず、
図6(A)に示すように、コンクリート補強用シート14の縦材16を型枠20に接触させて固定する際に、埋設側ピン部材38をコンクリート補強用シート14の埋設側、すなわち横材18側に設置し、露出側ピン部材40を型枠20を挟んで埋設側ピン部材38に取り付けて、コンクリート補強用シート14を型枠20に固定する。
【0076】
この場合、埋設側ピン部材38の埋設プレート部42を横材18に接触させてピン本体46を横材18より突出させた状態とし、縦材16が接触している型枠20の反対側の面より型枠20に形成した貫通孔52より露出側ピン部材40のボルト部50を埋設側ピン部材38のナット部44に螺合させて締め付けることで、埋設プレート部42と露出プレート部48で型枠20及びコンクリート補強用シート14を挟み込み、コンクリート補強用シート14を型枠に仮止めするようにしている。
【0077】
次いで、コンクリート打設位置に設置した型枠20に対してコンクリートを打設して、コンクリート硬化後に型枠20を取り外す際に、埋設側ピン部材38より露出側ピン部材40を取り外す。
【0078】
この場合、露出側ピン部材40を回転させてボルト部50を埋設側ピン部材38のナット部44から取り外せば容易に取り外しができる。
【0079】
次に、トンネル構造体10を構成するコンクリートから型枠20を取り外した後、埋設側ピン部材38より取り外した露出側ピン部材40を埋設側ピン部材38に取り付けてコンクリート補強用シート14をコンクリートに係止する。
【0080】
この場合、露出側ピン部材40を回転させてボルト部50を埋設側ピン部材38のナット部44に螺合させれば容易に取り付けができる。
【0081】
このようにすることにより、係止ピン36を用いて型枠20設置時に型枠20にコンクリート補強用シート14を係止させ、コンクリートの打設終了後はその係止ピン38を用いてトンネル構造物10に確実にコンクリート補強用シート14を係止させることができる。
【0082】
図7には、コンクリート補強用シート14の継ぎ目部施工状態を示す。
【0083】
同図(A)は先行コンクリート打設時の状態を示す断面図で、先行コンクリート54の打設時に、先行側のコンクリート補強用シート14Aの継ぎ目側端部を型枠20の継ぎ目側端部よりはみ出した状態で先行コンクリート54を打設する。
【0084】
次に、コンクリートの継ぎ目部でコンクリート補強用シート14を巻き込み施工する場合には、同図(B)に示すように、先行側のコンクリート補強用シート14Aの継ぎ目側端部を岩盤側に折り曲げた状態とし、後行の型枠20及びコンクリート補強用シート14Bを設置して後行のコンクリートを打設することで、継ぎ目部を巻き込み施工するようにしている。
【0085】
また、コンクリートの継ぎ目部でコンクリート補強用シート14を重ね合わせて施工する場合には、同図(C)に示すように、先行側のコンクリート補強用シート14Aの継ぎ目側端部をそのまままっすぐに伸ばした状態で、後行の型枠20及びコンクリート補強用シート14Bを設置して後行のコンクリートを打設することで、継ぎ目部を重ね合わせ施工するようにしている。
【0086】
このように、コンクリート補強用シート14の継ぎ目部を巻き込み施工したり、重ね合わせ施工したりすることで、トンネル構造物10を連続的に補強することができることとなる。
【0087】
本実施の形態においては、コンクリート補強用シート14の縦材16及び横材18は、少なくとも埋設部の裏面側にトンネル構造体10への食い付き部を有するものとし、この埋設部の裏面側に形成した食い付き部が表層部のコンクリートに食い付くことで、より一層確実にコンクリート構造体の補強を行うことが可能となるもので、
図8〜
図13にその例を示す。
【0088】
図8は、コンクリート補強用シートの食い付き部の一例を示す断面図である。
【0089】
このコンクリート補強用シート14は、横材18の裏面側に食い付き部として多数の起毛部材56を形成し、この起毛部材56をコンクリートに食い付かせるようにしている。
【0090】
このような起毛部材56による場合には、容易に食い付き部を形成することができる
図9は、食い付き部の他の例を示す断面図で、このコンクリート補強用シート14においては、横材18の裏面側に横材18の長手方向に沿って曲線加工を施したバサルト繊維製の曲線材58を接着することで食い付き部を形成するようにしている。
【0091】
図10は、食い付き部のさらに他の例を示す断面図で、このコンクリート補強用シート14は、縦材16間に位置する横材18にバサルト繊維製のロックウール60を巻き付けることで、食い付き部を形成するようにしている。
【0092】
図11は、食い付き部のさらに他の例を示し、同図(A)は部分平面図、同図(B)は部分断面図で、このコンクリート補強用シート14は、(A)に示すように、横材18の幅方向中央位置に長手方向に沿って所定間隔でスリット62を形成し、(B)に示すように、スリット62を矢印方向に拡開してコンクリートが入り込むようにすることで、食い付き部を形成するようにしている。
【0093】
図12は、食い付き部のさらに他の例を示し、同図(A)は部分平面図、同図(B)は部分側面図で、このコンクリート補強用シート14は、横材18の裏面側に、バサルト繊維で形成した撚り線64を接着し、この撚り線64のコンクリート付着力をもって食い付き部を形成するようにしている。
【0094】
図13は、食い付き部のさらに他の例を示し、同図(A)は部分平面図、同図(B)は部分側面図で、このコンクリート補強用シート14は、横材18の長手方向に沿って所定間隔で編み込み孔66を形成し、この編み込み孔66にバサルト繊維で形成した撚り線64を編み込み、この撚り線64のコンクリート付着力をもって食い付き部を形成するようにしている。
【0095】
図14〜
図16には、本発明の他の実施の形態にかかるコンクリート補強用シートを示す。
【0096】
図14は本実施の形態にかかるコンクリート補強用シートの斜視図、
図15(A)は
図14のコンクリート補強用シートの正面図、同図(B)はその部分拡大図、
図16は
図14及び
図15のコンクリート補強用シートをトンネルの表層部に埋め込んだ状態を示す断面図である。
【0097】
本実施の形態においては、コンクリート補強用シート14は、トンネル構造体10の内面12における周方向に沿って配設され、かつ、軸線方向に所定ピッチで配設された縦材16と、この縦材16に対し直交する方向で所定ピッチで配設された第1の横材18Aと、縦材16に対して2方向に斜めに交差して設けられた第2の横材18Bとを有したものとなっている。
【0098】
また、この場合、
図15(B)に示すように、縦材16の幅W3は10mm、第1の横材18A及び第2の横材18Bの幅W4は5mmとされ、第2の横材18Bの交点間距離L3は50mm、その交点と第1の横材18Aまでの距離L4は25mmとされている。
【0099】
さらに、
図16に示すように、縦材16の厚さt3は0.6mm、第1の横材18A及び第2の横材18Bの厚さt4は0.3mmとされている。
【0100】
本実施の形態のコンクリート補強用シート14は、
図16に示すように、縦材16、第1の横材18A及び第2の横材18B間に多くの空間部が形成されるため、コンクリートへの食い付きが非常によいものとなっている。
【0101】
図17及び
図18には、本発明のさらに他の実施の形態にかかるコンクリート補強用シートを示す。
【0102】
図17(A)は本実施の形態にかかるコンクリート補強用シートの正面図、同図(B)はその部分拡大図、
図18は
図17のコンクリート補強用シートをトンネルの表層部に埋め込んだ状態を示す断面図である。
【0103】
本実施の形態におけるコンクリート補強用シート14は、トンネル構造体10の内面12における周方向に沿って配設され、かつ、軸線方向に所定ピッチで配設された縦材16と、この縦材16に対し直交する方向で所定ピッチで配設された横材18Aとを有したものとなっている。
【0104】
また、この場合、
図17(B)に示すように、縦材16の幅W5は10mm、横材18の幅W6は5mmとされ、縦材16と横材18との交点間距離L5は50mmとされている。
【0105】
さらに、
図18に示すように、縦材16の厚さt3は0.6mm、横材18の厚さt5は0.6mmとされている。
【0106】
本実施の形態のコンクリート補強用シート14は、縦材16も横材18も十分な厚さを有しており、強度が高く、補強効果も高くなるものである。