(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記水中構造物の周囲に設置される前の前記型枠用壁体には、充填物が充填されたときに当該充填物に埋没する位置に張り巡らされた補強材が予め設けられている請求項1に記載の水中構造物の補強方法。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の工法では水中でコンクリートが打設されるが、補強の品質を重視するケースでは、いわゆるドライ環境における施工が有利である。ドライ施工による補強方法としては、構造物の周囲を壁体で囲って仮締切を構築し、壁体と構造物の間の水を排水してドライ環境の空間を形成し、この空間に作業員が入って鉄筋コンクリート等により補強を行う工法が知られている。しかし、仮締切を構築する場合、水深が深くなるにつれて、水圧に耐えるために壁体が大規模になるとともに、止水の難易度が高くなり、その結果、コストと工期が嵩むという問題がある。
そこで、本発明は、大水深においても、水中構造物の補強を低コスト且つ短工期で行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、型枠用壁体を水中構造物の周囲に設置する第1工程と、前記第1工程において設置した前記型枠用壁体と前記水中構造物との間に充填物を充填する第2工程と、前記型枠用壁体よりも上にある前記水中構造物の周囲に仮締切用壁体を設置する第3工程と、前記第3工程において設置した前記仮締切用壁体と前記水中構造物との間の排水を行うことで、前記水中構造物の補強作業を行うための空間を形成する第4工程とを備える水中構造物の補強方法を提供する。
【0006】
上記構成において、前記水中構造物の周囲に設置される前の前記型枠用壁体には、充填物が充填されたときに当該充填物に埋没する位置に張り巡らされた補強材が予め設けられていてもよい。
【0007】
上記構成において、前記型枠用壁体又は前記仮締切用壁体は、中空構造の内部空間を有し、水面に浮遊した状態で運搬可能であってもよい。
【0008】
上記構成において、前記型枠用壁体又は前記仮締切用壁体は、前記内部空間内の気体と液体の比率を変えることによって前記型枠用壁体及び前記仮締切用壁体に作用する浮力を調整可能であってもよい。
【0009】
上記構成において、前記補強作業を終えた後、前記型枠用壁体を撤去せずに残置してもよい。
【0010】
また、本発明は、水中構造物の周囲に設置され、前記水中構造物との間に充填物が充填された型枠用壁体と、前記型枠用壁体よりも上にある前記水中構造物の周囲に設置されて、前記水中構造物との間の水が排水されることで前記水中構造物の補強作業を行うための空間が形成された仮締切用壁体とを有する仮締切構造を提供する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、大水深においても、水中構造物の補強を低コスト且つ短工期で行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、コンクリートの型枠を形成するための型枠用壁体と、ドライ環境を実現するための仮締切用壁体という、それぞれ異なる目的の壁体を併用するが、最初に、型枠用壁体について説明する。
図1は、第1壁体10A及び第2壁体10Bの側面図である。
図2は、
図1のI−I線における断面図である。
図3は、
図2のII−II線における端面図である。以下の説明では
、
図1における上下方向をz方向、
図1における左右方向をx方向、
図2における上下方向をy方向とする。
【0014】
第1壁体10A及び第2壁体10Bは、補強の対象となる水中構造物(以下、補強対象物1という。)にコンクリートを巻き立てるための型枠として使用される型枠用壁体である。第1壁体10Aと第2壁体10Bは基本的な構成が共通であるから、両者を区別しない場合には型枠用壁体10と総称する。型枠用壁体10は、概ね円筒を軸方向に2等分した形状の鋼製の構造物であり、中空構造となっている。型枠用壁体10の外壁20には、中空構造の内部空間(以下、中空空間13という。)に水や空気を注入又は排出するための弁14が設けられている。中空空間13に空気を充填して弁14を閉じると中空空間13の気密性が保たれ、型枠用壁体10は、水に浮かべて曳航可能な浮体となる。また、中空空間13における水と空気の比率を変更することによって型枠用壁体10に作用する浮力を調整することが可能である。また、型枠用壁体10の外壁20には、型枠用壁体10をクレーンで吊り下げるための吊り金具15が設けられている。
【0015】
図4は、第1壁体10Aと第2壁体10Bを閉合した状態のI−I線における断面図で
ある。なお、
図4において補強対象物1を2点鎖線で示しているが、ここでの補強対象物1として、z方向を軸方向とする円柱状の橋脚などを想定している。同図に示すように、内壁16を補強対象物1に対向させて第1壁体10Aと第2壁体10Bとを閉合すると、内壁16と補強対象物1との間に、水中コンクリート等の充填物が充填される空間(以下、充填空間2という。)が形成される。内壁16の断面形状は、補強対象物1の形状に応じて定められる。この例では、補強対象物1が円柱状であるため、
図2に示すように内壁16の断面は半円形である。また、設計により定められたコンクリートの巻厚に等しい距離が内壁16と補強対象物1との間に確保されるように、内壁16の寸法が定められる。
【0016】
図5は、型枠用壁体10と鉄筋17との接続部を示す図である。内壁16には、補強対象物1に応じて設計された鉄筋17が取り付けられる。この鉄筋17は、充填空間2にコンクリートが充填されたときにコンクリートに埋没する位置に張り巡らされている。鉄筋17には、鉄筋17から内壁16に向かって延びる鉄筋固定金具18が設けられており、鉄筋固定金具18の型枠用壁体10側の先端部にはネジ穴が形成されている。内壁16の鉄筋固定金具18の先端部に対応する位置には、ボルト22が通る穴19が設けられている。穴19に対応する位置には、外壁20側から内壁16の補強対象物1に対向しない面に到達する箱抜き状のボルト着脱用空間21が設けられており、ボルト着脱用空間21から穴19を介して鉄筋固定金具18の先端部のネジ穴にボルト22を装着することにより、鉄筋17が内壁16に固定される。コンクリート打設後に型枠用壁体10を撤去する際には、作業員がボルト着脱用空間21に手を挿し入れて鉄筋固定金具18からボルト22を取り外す。
【0017】
図2、3、4に示すように、内壁16には、補強対象物1側に突出したスペーサ23が設けられている。スペーサ23の先端部は、少なくとも鉄筋17よりも補強対象物1側に突出しており、鉄筋17が補強対象物1に衝突することを防ぐ。スペーサ23の先端部は、その先端部自体が補強対象物1に衝突しても補強対象物1に与える損傷を小さくするような材料及び形状で製作されていることが望ましい。
【0018】
図1、2、4に示すように、第1壁体10Aの外壁20においては、第2壁体10Bの外壁20に接合される縁辺部に第1ガイド24が設けられている。第2壁体10Bの外壁20においては、第1壁体10Aの外壁20に接合される縁辺部に、第1ガイド24に対応する形状の第2ガイド25が設けられている。第1壁体10Aと第2壁体10Bとを閉合する際には、第1ガイド24を第2ガイド25に嵌め込むことにより、第1壁体10Aと第2壁体10B相互の位置決めがなされる。
【0019】
次に、仮締切用壁体について説明する。
図6は、第3壁体40A及び第4壁体40Bの側面図である。
図7は、
図6のIII−III線における断面図である。
図8は、
図7のIV−IV線における端面図である。第3壁体40A及び第4壁体40Bは、補強対象物1の周囲の仮締切として使用される仮締切用壁体である。第3壁体40Aと第4壁体40Bは基本的な構成が共通であるから、両者を区別しない場合には仮締切用壁体40と総称する。仮締切用壁体40は、概ね矩形断面の筒を軸方向に2等分した形状の鋼製の構造物であり、中空構造となっている。仮締切用壁体40の外壁48には、中空構造の内部空間(以下、中空空間43という。)に水や空気を注入又は排出するための弁44が設けられている。中空空間43に空気を充填して弁を閉じると中空空間43の気密性が保たれ、仮締切用壁体40は、水に浮かべて曳航可能な浮体となる。また、中空空間43における水と空気の比率を変更することによって仮締切用壁体40に作用する浮力を調整することが可能である。また、仮締切用壁体40の外壁48には、仮締切用壁体40をクレーンで吊り下げるための吊り金具45が設けられている。
【0020】
図9は、第3壁体40Aと第4壁体40Bを閉合した状態のIV−IV線における断面図で
ある。同図に示すように、内壁46を補強対象物1に対向させて第3壁体40Aと第4壁体40Bとを閉合すると、内壁46と補強対象物1との間に、作業員が補強対象物1の補強作業を行うための空間(以下、作業空間3という。)が形成される。また、内壁46には、補強対象物1との間に切梁を設置するためのリブ47が設けられている。
【0021】
図6、7、9に示すように、第3壁体40Aの外壁48においては、第4壁体40Bの外壁48に接合される縁辺部に第1ガイド49が設けられている。第4壁体40Bの外壁48においては、第3壁体40Aの外壁48に接合される縁辺部に、第1ガイド49に対応する形状の第2ガイド50が設けられている。第3壁体40Aと第4壁体40Bとを閉合する際には、第1ガイド49を第2ガイド50に嵌め込むことにより、第3壁体40Aと第4壁体40B相互の位置決めがなされる。
【0022】
水中構造物の大水深の部分に対しては型枠用壁体を用いた水中コンクリートの打設による補強がなされ、それよりも浅い水中構造物の部分に対しては仮締切用壁体によるドライ環境を実現したうえでの作業員による補強作業が行われる。このため、型枠用壁体の上に仮締切用壁体が置かれることになるが、このとき、仮締切用壁体を載置するための構成を受け台と呼ぶ。
【0023】
図25は、型枠用壁体10の平面図である。同図は、型枠用壁体10を設置して形成された充填空間に2に補強コンクリート26が充填された状態を示す。
図26は、受け台60の平面図である。
図27は、受け台60に仮締切用壁体40を設置した状態の平面図である。
図26に示すように、受け台60は、第1壁体10A側と第2壁体10B側とに2分割されており、第1壁体10A及び第2壁体10Bの内壁16よりも補強対象物1側の部分が切り欠かれている。受け台60の上面は、閉合された仮締切用壁体40を載せる載置面である。閉合された仮締切用壁体40は、スポンジゴム等の止水機構部51を介して受け台60に沈設され、内壁46と補強対象物1との間に切梁52が設置される。そして、仮締切用壁体40の内側を排水してドライ環境の作業空間3を形成した後、作業員が、作業空間3で補強対象物1の補強作業を行う。
【0024】
次に、上記の構成要素を用いた補強工事の工程について説明する。
図10は、補強工事の工程を示すフローチャートである。
図11乃至
図24は、各ステップの作業内容と出来形を示す図である。
【0025】
<ステップS01(
図11):型枠用壁体及び鉄筋組立>
型枠用壁体10は、複数のユニットに分割されて工場で製作される。製作されたユニットは、例えば貨物車両等で現地作業場所に搬送される。現地作業場所は、補強工事現場近くの護岸等の陸上部に設けられており、予め組立用架台70や作業足場71などが設置されている。作業員は、組立用架台70上でユニットを連結して型枠用壁体10を組み立て、組み立てた型枠用壁体10の内壁16に鉄筋17を配筋する。ステップS01においては、第1壁体10Aと第2壁体10Bを閉合しない状態が出来形となる。
【0026】
<ステップS02(
図12):型枠用壁体進水>
水上には、クローラクレーン73を載せた2隻の艤装台船74と、2隻の引船75と、潜水士76を乗せた潜水士船77とを待機させる。作業員は、型枠用壁体10の弁14を閉じ、内壁16側を上向きにして型枠用壁体10をホイールクレーン78によって吊り上げ、吊り上げた型枠用壁体10を水上に移動させ、進水させる。ここで、弁14が閉じられた型枠用壁体10は、中空空間13に空気が充填された状態で気密性が保たれているので、進水させた型枠用壁体10は、水に浮いた状態となる。
【0027】
<ステップS03(
図13):型枠用壁体曳航>
2隻の引船75が、それぞれ第1壁体10Aと第2壁体10Bを補強対象物1の位置まで曳航する。また、作業員とクローラクレーン73を載せた2隻の艤装台船74が、曳航される型枠用壁体10とともに補強対象物1の位置まで移動する。
【0028】
<ステップS04(
図14):型枠用壁体配置>
引船75が、補強対象物1を挟んで第1壁体10Aと第2壁体10Bが対向する位置に第1壁体10Aと第2壁体10Bを移動させる。このとき、第1壁体10Aと第2壁体10Bのそれぞれの底部(吊り金具の設けられていない側)を補強対象物1側に向けて配置する。続いて、作業員は、引船75を退去させ、第1壁体10Aを挟んで補強対象物1と対向する位置、及び、第2壁体10Bを挟んで補強対象物1と対向する位置に艤装台船74を移動させる。
【0029】
<ステップS05(
図15):型枠用壁体建起こし>
潜水士船77から潜水士76が潜水し、型枠用壁体10の底部の弁14を開放して型枠用壁体10の中空空間13に注水する。第1壁体10Aと第2壁体10Bとで注水を並行して行ってもよいし、いずれか一方の建起こしが完了してから他方の注水を開始してもよい。注水を開始すると、型枠用壁体10の底部が下降し始める。作業員は、クローラクレーン73を操作して、型枠用壁体10の内壁16が補強対象物1に対向するように、型枠用壁体10の建起こしを行う。注水が進むにつれて型枠用壁体10は徐々に水中に下降していくが、型枠用壁体10の水面よりも上に露出した部分の高さが予め定められた高さに達したならば、潜水士76が弁14を閉鎖して、一旦、注水を停止する。
【0030】
<ステップS06(
図16):型枠用壁体閉合>
潜水士76が、第1壁体10Aの第1ガイド24を第2壁体10Bの第2ガイド25に嵌め込み、ボルト留め等により、第1壁体10Aと第2壁体10Bとを閉合する。
【0031】
<ステップS07(
図17):型枠用壁体沈設>
潜水士76が、クローラクレーン73のフックをワイヤ等を介して閉合済みの型枠用壁体10の吊り金具15に掛け、底部の弁14を開放する。すると、中空空間13への注水が再開され、閉合済みの型枠用壁体10が下降を開始する。作業員は、クローラクレーン73で下降速度を調整しながら、閉合済みの型枠用壁体10を沈設する。
【0032】
<ステップS08(
図18):受け台設置>
潜水士76が、クローラクレーン73で吊り下げられた受け台60を、閉合済みの型枠用壁体10の頂部に設置する。
【0033】
<ステップS09(
図19):水中コンクリート打設>
作業員が、閉合済みの型枠用壁体10と補強対象物1との間に艤装台船からトレミー管などを用いて補強コンクリート26(水中コンクリート)を充填する。
【0034】
<ステップS10(
図20):水中コンクリート打設完了>
補強コンクリート26が受け台60の上面と同じ高さに達したならば、作業員が、補強コンクリート26の充填を停止する。
【0035】
<ステップS11(
図21):仮締切用壁体閉合>
ステップS01乃至ステップS06までと同様の手順により、第3壁体40A及び第4壁体40Bを閉合する。
【0036】
<ステップS12(
図22):仮締切用壁体沈設>
ステップS07と同様の手順により、閉合済みの仮締切用壁体40を沈設し、仮締切用壁体40の底部を止水機構部51を介して受け台60の上面に着底させる。
【0037】
<ステップS13(
図23):切梁設置、作業空間排水>
潜水士76が、閉合済みの仮締切用壁体40と補強対象物1との間の水中で切梁52を設置する。切梁52を設置したならば、作業員が、作業空間3から排水する。
【0038】
<ステップS14(
図24):補強作業>
作業員が、作業空間3の内部で補強対象物1の補強作業を行う。補強作業は、例えば、配筋、型枠の設置、補強コンクリートの打設などである。
【0039】
<ステップS15(図示省略):仮締切用壁体撤去、型枠用壁体撤去>
作業空間3内の補強コンクリートの養生が完了したならば、作業員が、型枠と切梁52を撤去する。そして、仮締切用壁体40、受け台60、型枠用壁体10を順に撤去する。仮締切用壁体40は、中空空間43に空気を注入し、艤装台船74上のクローラクレーン73で吊り上げる。型枠用壁体10は、潜水士がボルト着脱用空間21から手を挿し入れてボルト22鉄筋固定金具18からボルト22を取り外した後、中空空間13に空気を注入し、クローラクレーン73で吊り上げる。
以上が補強工事の工程である。
【0040】
従来の仮締切工法では、水深が深くなるにつれて、水圧に耐えるために仮締切用壁体が大規模になるという問題があった。これに対して、本実施形態では、水深の深い部分では補強対象物と型枠用壁体との間にコンクリートが打設されるとともに、型枠用壁体の中空空間に注水されているため、型枠用壁体の構造は、大水深の水圧を考慮する必要がない。一方、水深の浅い部分では、補強対象物と仮締切用壁体との間にドライ環境の作業空間が形成されるため、水中でコンクリートを打設する補強に比べて、例えば補強対象物の劣化状態を確認しながら補強を行うなどして、補強の品質を高めることができる。
【0041】
なお、型枠用壁体を用いる水深域と仮締切用壁体を用いる水深域との境界に相当する水深は、補強工事のコストや工期、或いは、要求される補強の品質などの諸条件を総合的に考慮して決めればよい。例えば、これらの境界をより深い水深に設定すると、仮締切用壁体に求められる止水機能のレベルが上がるので、仮締切用壁体の製造コストが嵩んだり、また、ドライ環境での補強作業に要する時間が増大して工期が長くなる可能性があるが、補強の品質を高くすることが期待できる。一方、これらの境界をより浅い水深に設定すると、コストや工期を圧縮することが期待できるが、補強の品質が低くなる可能性がある。
【0042】
また、従来の仮締切工法では、フーチング表面の不陸や、フーチング表面に残った付着物などがフーチングと壁体の底部との間に介在して隙間が生じるため、水圧が高くなるほど、作業空間の止水性の確保が難しくなるという問題があった。これに対して、本実施形態では、型枠用壁体の設置によって形成された充填空間には水中コンクリートが充填されるので、簡易なコンクリート漏出防止対策を行うだけでコンクリートの漏出が防止されるとともに、止水性も確保される。一方、仮締切用壁体は、上面が平坦で且つ清掃された受け台に載置されるため、受け台自体の不陸や付着物などによって止水性が悪化するおそれがなく、スポンジゴム等の止水対策を行うだけで止水性が確保される。。
よって、本実施形態によれば、いかなる水深においても水中構造物の補強工事を低コスト且つ短工期で行うことができる。
【0043】
(変形例)
上記の実施形態を次のように変形してもよい。また、複数の変形例を組み合わせもよい。
(変形例1)
実施形態では、第1壁体と第2壁体を閉合する例を示したが、3つ以上の型枠用壁体を閉合するようにしてもよい。仮締切用壁体についても同様である。
(変形例2)
実施形態では、型枠用壁体の上部に仮締切用壁体を載置する2層構造の例を示したが、水深に応じて3層以上の構造としてもよい。例えば、型枠用壁体を下層と上層の2層構造とし、上層の型枠用壁体の上部に仮締切用壁体を載置するようにしてもよい。
(変形例3)
実施形態では、充填空間への充填物の一例として水中コンクリートを示したが、水中コンクリートの代わりにモルタルコンクリートや合成樹脂などを用いてもよい。また、実施形態では、充填物を補強する補強材の一例として鉄筋を示したが、鉄筋の代わりにグラスファイバーやスチールファイバー等の繊維系補強材を用いてもよい。
実施形態では、型枠用壁体と仮締切用壁体が鋼製である例を示したが、これらの壁体の材料は、合成樹脂等でもよい。
(変形例4)
実施形態では、スペーサ23の先端部が少なくとも鉄筋17よりも補強対象物1側に突出している例を示したが、スペーサ23が補強コンクリートの巻厚に相当する長さであってもよい。
【0044】
(変形例5)
実施形態では、閉合済みの型枠用壁体を沈設した後、型枠用壁体の頂部に受け台を設置する例を示したが、予め受け台が設置された型枠用壁体を沈設するようにしてもよい。また、
図28に示すように、型枠用壁体と補強対象物との間の充填空間に補強コンクリート(水中コンクリート)を打設した後、受け台を設置せずに、この補強コンクリートの上端に仮締切用壁体を設置してもよい。
(変形例6)
実施形態では、充填空間への水中コンクリートの打設後に仮締切用壁体を設置する例を示したが、水中コンクリート打設前に仮締切用壁体を設置するようにしてもよい。
(変形例7)
実施形態では、最後に型枠用壁体を撤去する例を示したが、型枠用壁体を撤去せずに、補強コンクリートの外側に残してもよい。このようにすれば、型枠用壁体が補強構造の一部として機能するため、補強コンクリートの巻厚を減らしたり、鉄筋を減らしたり、鉄筋を省略したりすることができる。
一方、型枠用壁体を撤去する場合は、撤去した型枠用壁体を別の補強対象物の補強に転用することができる。
(変形例8)
実施形態では、別々に曳航された第1壁体と第2壁体を閉合する例を示したが、第1壁体と第2壁体の接合箇所の一方を予めヒンジで連結しておいてもよい。この場合、連結された第1壁体及び第2壁体を建起した姿勢で曳航するようにしてもよい。