特開 2024-84471 床版とその接続部を含む構造物、及びその施工方法

(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】P2024084471

(43)【公開日】2024-06-25

(54)【発明の名称】床版とその接続部を含む構造物、及びその施工方法

(51)【国際特許分類】

   E01D 19/12 20060101AFI20240618BHJP

   E04B 5/38 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

E01D19/12

E04B5/38 A

E04B5/38 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022198757

(22)【出願日】2022-12-13

(71)【出願人】

【識別番号】000174943

【氏名又は名称】三井住友建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】永元 直樹

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 亘

(72)【発明者】

【氏名】松田 拓

【テーマコード（参考）】

2D059

【Ｆターム（参考）】

2D059AA14

2D059GG55

(57)【要約】

【課題】床版とその接続部を含む構造物において、単純な構成で防水性を改善する。
【解決手段】床版とその接続部を含む構造物１は、互いに隣接して設置され上面にアスファルト層７が直接設けられたプレキャスト製の第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと、第１の床版２Ａと第２の床版２Ｂとを接続する接続部４と、第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４とを貫通し、第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４に圧縮力を掛ける緊張材５と、を有している。第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂは圧縮強度が１００ＭＰａ以上のコンクリートで形成され、接続部４は圧縮強度が１００ＭＰａ以上、打設後１８２日の乾燥収縮ひずみが４００×１０^-6以下のモルタルで形成される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに隣接して設置され上面にアスファルト層が直接設けられたプレキャスト製の第１及び第２の床版と、前記第１の床版と前記第２の床版とを接続する接続部と、前記第１及び第２の床版と前記接続部とを貫通し、前記第１及び第２の床版と前記接続部とに圧縮力を掛ける緊張材と、を有し、
前記第１及び第２の床版は圧縮強度が１００ＭＰａ以上のコンクリートで形成され、
前記接続部は圧縮強度が１００ＭＰａ以上、打設後１８２日の乾燥収縮ひずみが４００×１０^-6以下のモルタルで形成される、床版とその接続部を含む構造物。

【請求項2】

前記緊張材は前記接続部の全域に圧縮力を掛ける、請求項１に記載の構造物。

【請求項3】

前記第１及び第２の床版は粗骨材を含み繊維を含んでいない、請求項１または２に記載の構造物。

【請求項4】

前記接続部は補強材（前記緊張材を除く）を有していない、請求項１または２に記載の構造物。

【請求項5】

プレキャスト製の第１及び第２の床版を互いに隣接して設置することと、
前記第１の床版と前記第２の床版とを接続部を介して接続することと、
前記第１及び第２の床版と前記接続部とを貫通する緊張材で、前記第１及び第２の床版と前記接続部とに圧縮力を掛けることと、
前記第１の床版と前記第２の床版の上面にアスファルト層を直接設けることと、を有し、
前記第１及び第２の床版は圧縮強度が１００ＭＰａ以上のコンクリートで形成され、
前記接続部は圧縮強度が１００ＭＰａ以上、打設後１８２日の乾燥収縮ひずみが４００×１０^-6以下のモルタルで形成される、床版とその接続部を含む構造物の施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、床版とその接続部を含む構造物と、その施工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

橋梁などの床版としてプレキャストコンクリート床版（以下、ＰＣａ床版という）が広く用いられている。従来のＰＣａ床版は、ＰＣａ床版の上に防水層を設け、防水層の上にアスファルト層を設けている。しかし、このような構成は施工の手間がかかるだけでなく、補修のためにアスファルト層を除去する際に防水層にダメージを与える可能性がある。特許文献１には、透水係数の低い超高強度繊維補強コンクリート部が床版コンクリート部と一体化された床版が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１２６９９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された床版は防水層を別途施工する必要はないものの、床版の一部に透水係数の低い超高強度繊維補強コンクリート部を用いているため、実質的には防水層を備えた複雑な構成である。つまり、通常のコンクリートの上に超高強度繊維補強コンクリートを連続して打ち重ねる必要があるため、製作が煩雑である。また、床版の防水のためには床版間の接続部の防水性を高めることが重要である。
本発明は、床版とその接続部を含む構造物において、単純な構成で防水性を改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、床版とその接続部を含む構造物は、互いに隣接して設置され上面にアスファルト層が直接設けられたプレキャスト製の第１及び第２の床版と、第１の床版と第２の床版とを接続する接続部と、第１及び第２の床版と接続部とを貫通し、第１及び第２の床版と接続部とに圧縮力を掛ける緊張材と、を有している。第１及び第２の床版は圧縮強度が１００ＭＰａ以上のコンクリートで形成され、接続部は圧縮強度が１００ＭＰａ以上、打設後１８２日の乾燥収縮ひずみが４００×１０^-6以下のモルタルで形成される。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、床版とその接続部を含む構造物において、単純な構成で防水性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態に係る構造物と鋼桁の斜視図である。

【図2】図１に示す床版の桁幅方向の断面図である。

【図3】図１に示す構造物の桁行方向の断面図である。

【図4】接続部のモルタルの収縮ひずみを示すグラフである。

【図5】床版の接続部のひび割れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して、本発明の「床版とその接続部を含む構造物」（以下、構造物１という）の実施形態について説明する。以下の説明で、鋼桁３の延在する方向、すなわち鋼桁３の長手方向を桁行方向Ｘといい、鋼桁３の幅方向を桁幅方向Ｙという。桁行方向Ｘと桁幅方向Ｙは概ね直交しており、通常は、桁行方向Ｘ及び桁幅方向Ｙは鉛直方向Ｚと直交している。図１は構造物１と鋼桁３の斜視図、図２は図１のＡ－Ａ線に沿った鋼桁３と構造物１の部分断面図である。図３（ａ）は図１のＢ－Ｂ線に沿った鋼桁３と構造物１の断面図であり、図３（ｂ）は２つの床版２とその接続部４を示す図３（ａ）の拡大図である。図３ではアスファルト層７の図示を省略している。

【0009】

鋼桁３は、一例として４本の鋼製梁３１からなり、その上に多数のプレキャスト製の床版２が桁行方向Ｘに配置されている。床版２は桁行方向Ｘに一つずつ順番に取り付けられるため、先行して鋼桁３に設置される床版を第１の床版２Ａ、第１の床版２Ａの直後に第１の床版２Ａと互いに隣接して鋼桁３に設置される床版２を第２の床版２Ｂと称する。なお、第１の床版２Ａと第２の床版２Ｂを区別する必要がない場合は、単に床版２という場合がある。

【0010】

床版２は鉄筋コンクリート製のプレキャスト床版である。床版２のコンクリート組成については後述するが、床版２は全体が単一の組成で形成されている。特許文献１に記載されているように、下層のコンクリート層の上に異種のコンクリートを打ち重ねる構成では、上層の収縮を下層が拘束するため、上層のコンクリートにひび割れが発生しやすい。特に粗骨材は床版の収縮を抑制する効果を有していることから、上層が粗骨材を含まない場合、ひび割れがさらに生じやすくなる。各床版２の桁行方向Ｘの長さは１．５～３ｍであり、桁幅方向Ｙの長さは鋼桁３の全幅より若干長い。床版２間にはモルタルからなる接続部４が設けられ、後述するように床版２と接続部４にプレストレスが掛けられる。床版２の上面にはアスファルト層７が直接設けられている。すなわち、床版２とアスファルト層７との間には防水層が設けられていない。床版２の桁幅方向Ｙの両端には壁高欄の下部構造８が設けられており、その上に壁高欄の上部構造（図示せず）が設置される。アスファルト層７の施工は、全ての床版２が取り付けられ、緊張材５による緊張作業が終わってから行われる。

【0011】

床版２は、桁行方向Ｘに延びる鉄筋２７と、桁幅方向Ｙに延びる第２の緊張材２８と、を有している。第２の緊張材２８は床版２の両端間を延びて床版２に圧縮力を付与する。圧縮力は第１の床版２Ａと第２の床版２Ｂを接合する前に、予め工場などで付与される。鉄筋２７は床版２の端部の近傍で折り返されており、床版２の端面から突き出していない。鉄筋は桁幅方向Ｙと床版２の厚さ方向（鉛直方向Ｚ）にも設置されるが（図示せず）、これらの鉄筋も床版２の内部に収められている。従って、床版２のすべての鉄筋は、それらの鉄筋の全長に渡って床版２の内部に内蔵されている。換言すれば、床版２と接続部４を貫通する鉄筋（後述する第１の緊張材５を除く）が設けられていないので、仮に床版２と接続部４との間に隙間が生じても、水分がその隙間に侵入して鉄筋を腐食させることがない。また、接続部４は鉄筋継手を有さないため、第１の床版２Ａと第２の床版２Ｂの位置決めの手間が軽減され、施工性が向上する。

【0012】

床版２は、平板状の本体２２と、本体２２の下面に設けられた複数のリブ２３と、を有している。リブ２３は桁行方向Ｘに延び、鋼製梁３１と対向する位置に設けられている。すなわち、床版２はリブ２３の位置で鋼桁３に固定される。

【0013】

床版２の本体２２の上面には防水層が設けられていない。すなわち、床版２の上面にはアスファルト層７だけが設けられている。防水層の施工や補修が不要であるため、構造物１の施工性だけでなく、メンテナンス性も改善される。また、防水層は雨天時や降雪時に施工できないため、防水層が無いことで施工管理も容易となる。

【0014】

第１の床版２Ａと第２の床版２Ｂは接続部４で接続されている。接続部４はいわゆる間詰材であり、モルタルで形成される。接続部４の最小幅Ｗ（図３（ｂ）参照）は３０ｍｍ程度であるが、１０～４５ｍｍ程度の範囲から選択可能である。接続部４には鉄筋その他の補強材が設けられていない（後述する第１の緊張材５を除く）。従って、仮に接続部４の内部に水分が浸透しても、接続部４の内部の鉄筋などがダメージを受けることがない。

【0015】

第１の床版２Ａと第２の床版２Ｂの桁行方向Ｘの端部には段差構造２９が設けられている。段差構造２９は桁幅方向Ｙに不連続に設けられている。段差構造２９は、第１の床版２Ａが厚さ方向（鉛直方向Ｚ）の中央部で桁行方向Ｘに突出し、第２の床版２Ｂが厚さ方向の中央部で桁行方向Ｘに引き込んだ形状を有している。この様な段差構造２９を設けることによって、第１の床版２Ａと第２の床版２Ｂを鉛直方向Ｚに相互に支持（鉛直方向Ｚのずれを防止）するとともに、床版２の自重や車両の重量によって生じるせん断力に対する強度を確保することができる。

【0016】

第１の床版２Ａと第２の床版２Ｂにはそれぞれ、桁行方向Ｘに延びる第１の貫通孔２６Ａと第２の貫通孔２６Ｂが形成されている。第１の貫通孔２６Ａと第２の貫通孔２６Ｂとの間にカプラー３０が配置される。第１及び第２の貫通孔２６Ａ，２６Ｂとカプラー３０は周囲に対して仕切られた連続した空間を形成し、この空間に第１の緊張材５が挿入される。従って、第１の緊張材５が水分によって腐食する可能性は低く抑えられる。カプラー３０は好ましくはポリエチレン等の非金属材料で形成されるため、防錆性にも優れている。第１の緊張材５は第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４とを貫通している。第１の緊張材５は緊張させられ（引っ張られ）、第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４に圧縮力を掛ける。第１の緊張材５は鋼材で形成されるが、例えばＣＦＰＰ(Carbon Fiber Reinforced Polymer)などのＦＲＰ緊張材を用いることもできる。しかし、鋼材はＦＲＰと比べてコスト的に有利であり、緊張作業も容易であるので、本実施形態においては、第１の緊張材５は鋼材で形成する方がより好ましい。特に第１の緊張材５を被覆されたＰＣ鋼材（プレグラウトＰＣ鋼材）で作ることで、防錆性が高められる。

【0017】

第１の緊張材５で第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４に圧縮力を掛けることで、第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４の防水性を高めることができる。雨水などの水分は第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４の表面から侵入し、内部に浸透する。第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４は圧縮力が掛けられているので、完成後の交通荷重や収縮でもひび割れが開くことがなく，密実に接着される。特に、接続部４は後施工となるため、接続部４自体のひび割れだけでなく、第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂとの境界で、収縮による微小空隙が発生しやすい。この様な微小空隙の発生や進展も、第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４に圧縮力を掛けることで抑制される。

【0018】

第１の緊張材は第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂの全域と接続部４の全域に圧縮力を掛ける。第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４は車両の荷重によって引張応力を生じることがある。引張応力はひび割れの発生や進展の原因となる。第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂの全域と接続部４の全域に圧縮力を掛けることで、第１及び第２の床版２Ａ，２Ｂと接続部４のひび割れを抑制することができる。圧縮力は，完成後の交通荷重や温度変化などの外的要因の作用に対しても，常に断面のどの部分においても引張力が発生しないように設定される。

【0019】

表１に床版２のコンクリートの組成（配合例）を示す。床版２の表面に付着した水分や塩分は徐々に内部に浸透していき、鉄筋に到達すると鉄筋の腐食を引き起こす。従って、床版２の設計寿命中に水分や塩分が鉄筋の位置まで到達しなければ、鉄筋の腐食は生じにくい。換言すれば、床版２の鉄筋かぶり厚さｈ（図３（ｂ）参照）の範囲内で水分を留めることができれば、鉄筋の腐食は生じにくい。水分の浸透深さと時間の関係はコンクリートの透水係数から見積もることができ、各配合例によるコンクリートの透水係数は１０^-12（ｍ／ｓｅｃ）のオーダーであった。床版の鉄筋かぶり厚さｈは一般に３０～４０ｍｍ程度である。床版では１００年程度の設計寿命を考慮することが多いが、各配合例によるコンクリートの打設後１００年後の水分の浸透深さは１５ｍｍ程度と見積もられ、設計寿命内で十分な防水性能を有することが確認された。なお、床版２のコンクリートのスランプ（測定方法はJIS A 1101:2020「コンクリートのスランプ試験方法」による）は１８～２３ｃｍ程度であり、適度な流動性が確保されていることが確認された。

【0020】

【表1】

【0021】

コンクリートの透水性は一般に圧縮強度と反相関関係にあり、圧縮強度が高いほど透水性（透水係数）が低下する。これは圧縮強度が高いほどコンクリートの組織が緻密化するためと考えられる。従って、圧縮強度は防水性能の指標と考えることができる。いずれの配合例でも、コンクリートの圧縮強度は１００ＭＰａ以上であった。圧縮強度が１００ＭＰａ以上であれば、床版２の鉄筋が設計寿命中に水分で腐食する可能性が低減する。これによって、床版２の表面の防水層が不要となり、併せて床版２に一般的な鉄筋を使用することが可能となり、床版２のコスト増加を抑制できるとともに、施工性が向上する。

【0022】

床版２は結合材と細骨材と粗骨材とを含んでおり、さらに繊維を含んでいてもよい。繊維を含まない配合例１，２でも圧縮強度１００ＭＰａ以上が得られているので、繊維の添加は任意である。

【0023】

接続部４のモルタルとしては、太平洋マテリアル株式会社製のセメント系無収縮モルタル「太平洋プレユーロックスＸＳ」（以下、ＸＳという）を好適に用いることができる。ＸＳを実施例として用い、太平洋マテリアル株式会社製のセメント系無収縮モルタル「太平洋プレユーロックスＵＨＳ」（以下、ＵＨＳという）を比較例として比較を行った。圧縮強度はJIS A 1108：2018「コンクリートの圧縮強度試験方法」に従い測定した。打設後１４日目の圧縮強度はＵＨＳが９０．５ＭＰａ、ＸＳが１１２ＭＰａであり、打設後２８日目の圧縮強度はＵＨＳが１０７ＭＰａ、ＸＳが１２８ＭＰａであった。ＸＳの圧縮強度は保守側に見積もっても１００ＭＰａ以上、実質的には１２０ＭＰａ以上であると考えられる。また、ＸＳの透水係数は１０^-12（ｍ／ｓｅｃ）のオーダーであった。一般的なコンクリートの透水係数は１０^-9（ｍ／ｓｅｃ）程度といわれているため（岡田清編：コンクリートの耐久性、朝倉書店、1986年１月）、これと比べると３桁程度低い値である。

【0024】

図４に材齢１４日で脱枠（乾燥開始）した時の乾燥収縮ひずみを示す。グラフの縦軸において、正の値は膨張を、負の値は収縮を示すが、以下の記載では収縮の場合も正の値で示す。打設後１８２日の乾燥収縮ひずみはＸＳが２１２×１０^-6、ＵＨＳが８２７×１０^-6であった。JIS R 5201「セメントの物理試験方法」に従い測定したＸＳのフローは２６０～３６０ｍｍであり、適度な流動性が確保されていることが確認された。脱枠の時期（材齢３日、材齢７日）を変えて同様の試験を行ったが、打設後１８２日のＸＳの乾燥収縮ひずみは最大でも３００×１０^-6程度であり、保守的に見積もっても概ね４００×１０^-6となる。

【0025】

次に、２つの床版Ａ，Ｂを接続部４で接続した試験体を屋外に設置し、材齢７日、２８日、９１日における接続部４の上面と下面のひび割れを観測した。図５（ａ）にＸＳを用いた試験体のひび割れ図を、図５（ｂ）にＵＨＳを用いた試験体のひび割れ図を示す。ＸＳを用いた構造物１はひび割れからの浸水を抑制することができる。接続部４の透水係数を計測した結果，１０^-12（ｍ／ｓｅｃ）のオーダーであった。これよりＸＳを用いた構造物１は、表面に防水層を設ける必要性がないことが推認される。

【0026】

以上より、床版２のコンクリートの圧縮強度は１００ＭＰａ以上であることが好ましく、接続部４のモルタルの圧縮強度は１００ＭＰａ以上であることが好ましく、１２０ＭＰａ以上であることがより好ましい。また、接続部４のモルタル打設後１８２日の乾燥収縮ひずみは４００×１０^-6以下であることが好ましく、３００×１０^-6以下であることがより好ましい。防水性を高めるためには床版２と接続部４のそれ自体の防水性の他、床版２と接続部４の境界での防水性が重要である。本実施形態は、第１の緊張材５の使用と相まってこれらの各部位での防水性を全体的に高めているので、構造物１としての防水性を高めることができる。この結果、本実施形態では床版２に防水層を設けることなしに一般的な鉄筋を用いることが可能となり、構造物１のコストの増加を抑制することができる。また、防水層を省略できるため，床版２の構成を単純化でき、しかも天候の影響を受けずに構造物１を施工することが可能となる。

【符号の説明】

【0027】

１ 構造物
２Ａ 第１の床版
２Ｂ 第２の床版
３ 鋼桁
４ 接続部
５ 第１の緊張材
Ｘ 桁行方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】