(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024154571
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】コンクリート造構造物の構築方法
(51)【国際特許分類】
E04G 21/02 20060101AFI20241024BHJP
E04B 1/35 20060101ALI20241024BHJP
B28B 1/30 20060101ALI20241024BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20241024BHJP
E02D 5/28 20060101ALN20241024BHJP
【FI】
E04G21/02 103Z
E04B1/35 K
E04B1/35 F
E04B1/35 L
B28B1/30
B33Y10/00
E02D5/28
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023068459
(22)【出願日】2023-04-19
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】村田 哲
【テーマコード(参考)】
2D041
2E172
4G052
【Fターム(参考)】
2D041AA02
2D041CA01
2D041CB01
2D041DB02
2E172AA05
2E172DB09
4G052DA01
4G052DB12
4G052DC06
(57)【要約】
【課題】施工コストを低減するとともに、作業スペースを小さくすることができるコンクリート造構造物の構築方法を提供する。
【解決手段】コンクリート造構造物1の構築方法であって、地盤Gに支持部材10を立設する支持部材立設工程と、支持部材10の上部に3Dプリンタ50を設置する3Dプリンタ設置工程と、3Dプリンタ50によって、支持部材10の周囲に水硬性材料2を積層して外型枠20を構築する型枠構築工程と、外型枠20内にコンクリート材30を打設するコンクリート打設工程と、を備えている。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
地盤に支持部材を立設する支持部材立設工程と、
前記支持部材の上部に3Dプリンタを設置する3Dプリンタ設置工程と、
前記3Dプリンタによって、前記支持部材の周囲に水硬性材料を積層して外型枠を構築する型枠構築工程と、
前記外型枠内にコンクリート材を打設するコンクリート打設工程と、を備えていることを特徴とするコンクリート造構造物の構築方法。
【請求項2】
前記コンクリート打設工程の後に、
前記支持部材に他の支持部材を継ぎ足して、前記3Dプリンタを前記支持部材から前記他の支持部材に移設することを特徴とする請求項1に記載のコンクリート造構造物の構築方法。
【請求項3】
前記支持部材は、筒状の部材であることを特徴とする請求項1に記載のコンクリート造構造物の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コンクリート造構造物の構築方法に関する。
【背景技術】
【0002】
3Dプリンタを用いたコンクリート造構造物の構築方法としては、地盤に作業用タワーを立設し、その作業用タワーに設置した3Dプリンタによって、作業用タワーの側方にコンクリート造構造物を構築する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記したコンクリート造構造物の構築方法では、作業用タワーを設けているため、施工コストが高くなるとともに、作業スペースが大きくなるという問題がある。
本発明は、前記した問題を解決し、施工コストを低減するとともに、作業スペースを小さくすることができるコンクリート造構造物の構築方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するため、本発明は、コンクリート造構造物の構築方法であって、地盤に支持部材を立設する支持部材立設工程と、前記支持部材の上部に3Dプリンタを設置する3Dプリンタ設置工程と、前記3Dプリンタによって、前記支持部材の周囲に水硬性材料を積層して外型枠を構築する型枠構築工程と、前記外型枠内にコンクリート材を打設するコンクリート打設工程と、を備えている。
【0006】
本発明では、3Dプリンタによって水硬性材料(モルタル材やコンクリート材等)を積層して外型枠を構築することで、労力を削減できる。
また、外型枠をコンクリート造構造物の表層に残置すれば、コンクリート造構造物の耐久性を高めることができる。
また、本発明では、支持部材がコンクリートの補強材や内型枠などとしての役割りを果たすため、作業工数を低減することができ、コンクリート造構造物の施工コストを低減できる。
また、本発明では、3Dプリンタはコンクリート造構造物の支持部材の上部に設置されるため、作業スペースを小さくすることができる。
【0007】
前記したコンクリート造構造物の構築方法において、前記コンクリート打設工程の後に、前記支持部材に他の支持部材を継ぎ足して、前記3Dプリンタを前記支持部材から前記他の支持部材に移設してもよい。3Dプリンタを移設した後に、3Dプリンタによる外型枠の構築、外型枠内へのコンクリート材の打設を繰り返すことで、橋脚など縦長のコンクリート造構造物を構築できる。
【0008】
前記したコンクリート造構造物の構築方法において、前記支持部材に筒状の部材を用いることで、中空なコンクリート造構造物を構築できる。
【発明の効果】
【0009】
本発明のコンクリート造構造物の構築方法では、3Dプリンタが設置される支持部材がコンクリート造構造物の補強材となるため、施工コストを低減できるとともに、3Dプリンタは支持部材に設置されるため、作業スペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、二回目のコンクリート打設工程を示した側断面図である。
【
図2】本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、支持部材立設工程を示した側断面図である。
【
図3】本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、支持部材立設工程を示した平面図である。
【
図4】本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、3Dプリンタ設置工程および型枠構築工程を示した側断面図である。
【
図5】本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、型枠構築工程を示した
図4のV-V断面図である。
【
図6】本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、コンクリート打設工程を示した側断面図である。
【
図7】本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、コンクリート打設工程を示した
図6のVII-VII断面図である。
【
図8】本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、支持部材継ぎ足し工程を示した側断面図である。
【
図9】本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、二回目の型枠構築工程を示した側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明のコンクリート造構造物の構築方法では、各種のコンクリート造構造物を構築可能である。本実施形態では、橋脚であるコンクリート造構造物を構築する場合を例として説明する。
【0012】
図1は、本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、二回目のコンクリート打設工程を示した側断面図である。
図3は、本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、支持部材立設工程を示した平面図である。
図7は、本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、コンクリート打設工程を示した
図6のVII-VII断面図である。
本実施形態のコンクリート造構造物1は、
図1に示すように、複数の支持部材10と、各支持部材10を囲んでいる外型枠20と、各支持部材10と外型枠20の内面との間に打設されたコンクリート材30と、によって構成されている(
図7参照)。
【0013】
支持部材10は、
図3に示すように、円筒状の鋼管である。本実施形態では、左右一列に並べた三本の支持部材10を、前後二列に並べている。隣り合う支持部材10,10は、接した状態で並べられている。
本実施形態では、
図1に示すように、前列に並べた三本の支持部材10のうち、中央の支持部材10の上端部が他の支持部材10の上端部よりも突出している。
外型枠20は、
図7に示すように、各支持部材10を囲んでいる四角形の筒状の型枠である。外型枠20の中央部に各支持部材10が配置されている。
外型枠20は、後記する3Dプリンタ50(
図1参照)によって構築されたものである。本実施形態の外型枠20は、モルタル材やコンクリート材等の水硬性材料2によって形成されている。水硬性材料2は、水硬性の結合材、砂等の骨材、繊維、各種混和剤、水等を混練したものである。本実施形態の水硬性材料2は、ポルトランドセメント等を主体とするセメント系材料を結合材としている。なお、結合材は、高炉スラグやフライアッシュを主体とする環境配慮型の材料(ポルトランドセメントを含まないか、少量含む材料)でもよい。
【0014】
3Dプリンタ50は、
図1に示すように、支持部材10に取り付けられる架台51と、架台51から横方向に延びているアーム52と、アーム52の先端部に設けられたノズル53と、を備えている。
3Dプリンタ50は、構築すべき構造物(本実施形態では外型枠20)の形状データに基づいて、ノズル53を構造物の輪郭に合わせて移動させながら、ノズル53から水硬性材料2を吐出する。そして、構造物の輪郭に沿ってノズル53を繰り返し移動させ、構築すべき構造物の高さまで水硬性材料2を積層することで、構造物を構築する。
本実施形態では、3Dプリンタ50のノズル53から吐出される水硬性材料2は、各支持部材10と外型枠20の内面との間に打設されるコンクリート材30よりも単位体積当たりのセメントの配合量が多いため、耐久性に優れている。また、外型枠20は、水硬性材料2を積層して形成されており、下層の水硬性材料2が押し込まれているため、強度が高くなっている。
【0015】
図8は、本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、支持部材継ぎ足し工程を示した側断面図である。
架台51は、環状の部材であり、一本の支持部材10を囲んだ状態で、支持部材10の外周面に取り付けられている。つまり、支持部材10は、架台51を貫通可能である(
図8参照)。
架台51の外周部には、アーム52の基端部が取り付けられている。このアーム52の先端部にはノズル53が設けられている。ノズル53には、図示しない供給装置から延びている供給ホースが連結されており、供給装置から供給された水硬性材料2がノズル53から吐出される。
本実施形態の架台51は、シリンダ装置(図示せず)を駆動源とするクライミング機能を備えており、支持部材10に沿って上昇可能である。
また、架台51は、回動装置(図示せず)を有しており、支持部材10の軸回りに回動自在である。つまり、アーム52およびノズル53は、支持部材10の周囲を周回移動可能である。
【0016】
次に、本実施形態のコンクリート造構造物1の構築方法について説明する。
[支持部材立設工程]
図2は、本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、支持部材立設工程を示した側断面図である。
まず、
図2に示すように、複数の支持部材10の下部を地盤Gに差し込んで、各支持部材10の上部を地盤Gに立設する。本実施形態では、
図3に示すように、左右一列に並んだ三本の支持部材10を前後二列に並べており、前列中央の支持部材10の上端部を他の支持部材10の上端部よりも突出させる。
その後、各支持部材10の周囲の地盤Gを掘削し、掘削穴内にコンクリート材を打設して基礎G1を構築する。これにより、各支持部材10は基礎G1に支持される。
【0017】
[3Dプリンタ設置工程]
図4は、本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、3Dプリンタ設置工程および型枠構築工程を示した側断面図である。
図4に示すように、クローラクレーン等の揚重機を用いて、3Dプリンタ50を吊り上げ、前列中央の支持部材10(上端部が他の支持部材10よりも突出した支持部材10)の上部に3Dプリンタ50の架台51を取り付ける。
[型枠構築工程]
図5は、本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、型枠構築工程を示した
図4のV-V断面図である。
3Dプリンタ50のアーム52を支持部材10の側方に向けて延ばして、ノズル53を基礎G1の上面に近づける。
3Dプリンタ50を支持部材10の軸回りに回動させ、構築すべき外型枠20の輪郭に沿ってノズル53から線状に水硬性材料を吐出していく。そして、水硬性材料2を積み重ねていくことで、各支持部材10の周囲に外型枠20を構築する。
【0018】
[コンクリート打設工程]
図6は、本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、コンクリート打設工程を示した側断面図である。
図6に示すように、外型枠20の高さが各支持部材10の上端部に達したら、外型枠20の構築を一旦停止し、外型枠20を硬化させる。その後、外型枠20内にコンクリート材30を打設する。これにより、
図7に示すように、各支持部材10の外面と外型枠20の内面との間にコンクリート材30が充填される。
【0019】
[支持部材継ぎ足し工程]
図8に示すように、外型枠20の上端部までコンクリート材30を打設した後に、クローラクレーン等の揚重機を用いて、新たな支持部材10を吊り上げ、既設の支持部材10に新たな支持部材10を継ぎ足す。
なお、3Dプリンタ50を支持している支持部材10に新たな支持部材10を継ぎ足すときには、架台51内において既設の支持部材10の上端部に新たな支持部材10の下端部を連結するか、架台51から突出する既設の支持部材10の上端部に新たな支持部材10の下端部を連結する。また、既設の各支持部材10に新たな支持部材10を継ぎ足した状態においても、前列中央の支持部材10の上端部を他の支持部材10の上端部よりも上方に突出させる。
【0020】
[型枠構築工程]
図9は、本発明の実施形態に係るコンクリート造構造物の構築方法において、二回目の型枠構築工程を示した側断面図である。
図9に示すように、継ぎ足した支持部材10に沿って3Dプリンタ50を上昇させ、継ぎ足した支持部材10の上部に3Dプリンタ50を移設する。
そして、3Dプリンタ50によって既設の外型枠20の上縁部に水硬性材料2を積層して、外型枠20を上方に延ばしていく。
【0021】
[コンクリート打設工程]
外型枠20を延長した部位が硬化した後に、
図1に示すように、外型枠20を延長した部位の内部にコンクリート材30を打設する。
同様にして、支持部材継ぎ足し工程、型枠構築工程およびコンクリート打設工程を順次に繰り返すことで、所定の高さのコンクリート造構造物1を構築する。
【0022】
以上のようなコンクリート造構造物1の構築方法では、
図4に示すように、3Dプリンタ50によって水硬性材料2を積層して外型枠20を構築するため、堰板やパイプサポート材等を用いて型枠を構築する場合に比べて労力を削減できる。
また、本実施形態のコンクリート造構造物1の構築方法では、
図1に示すように、外型枠20をコンクリート造構造物1の表層に残置している。本実施形態の外型枠20は耐久性に優れているため、このような外型枠20が表層に配置されることで、コンクリート造構造物1の耐久性を高めることができる。
【0023】
本実施形態のコンクリート造構造物1の構築方法では、
図3に示すように、各支持部材10がコンクリート材30の補強材および内型枠となるため、作業工数を低減することができ、中空なコンクリート造構造物1の施工コストを低減できる。
本実施形態のコンクリート造構造物1の構築方法では、
図4に示すように、3Dプリンタ50はコンクリート造構造物1の支持部材10の上部に設置されるため、作業スペースを小さくすることができる。
【0024】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
本実施形態のコンクリート造構造物1の構築方法では、
図3に示すように、支持部材10が円筒状の鋼管であるが、支持部材10の構成は限定されるものではない。例えば、H型鋼やトラス構造のタワーなどを支持部材に用いることもできる。
また、本実施形態のコンクリート造構造物1の構築方法では、複数の支持部材10が配置されているが、少なくとも一本の支持部材10が配置されていればよい。
また、本実施形態の3Dプリンタ50は、
図9に示すように、支持部材10に沿って上昇可能なクライミング機構を有しているが、支持部材10を継ぎ足した後に、クローラクレーン等の揚重機によって3Dプリンタ50を吊り上げて、支持部材10の上部に移設してもよい。
【符号の説明】
【0025】
1 コンクリート造構造物
2 水硬性材料
10 支持部材
20 外型枠
30 コンクリート材
50 3Dプリンタ
51 架台
52 アーム
53 ノズル
G 地盤
G1 基礎