(57)【要約】【課題】水中に立脚する柱であっても、水中施工、大掛かりな締切り工を実施することなく、しかも特殊施工機械を要せず、容易な資材搬入、安価で短期間に補強ができる柱の補強方法を提供する。【解決手段】水中に立脚する柱の、補強部位の一部が水中部分を含む補強方法であって、次の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）の工程を経ることを特徴とする柱の補強方法。（Ａ）水面よりも高い位置で柱の周囲に補強層を形成する工程、（Ｂ）補強層の下部に柱との間に水の浸入を防ぐための止水材を設置する工程、（Ｃ）補強層と止水材を柱の補強部位まで下降させる工程、（Ｄ）補強層と柱の隙間に該補強層と柱とを一体化するための充填材を充填する工程。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に立脚する柱の、補強部位の一部が水中部分を含む補強方法であって、次の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）の工程を経ることを特徴とする柱の補強方法。
（Ａ）水面よりも高い位置で柱の周囲に補強層を形成する工程、
（Ｂ）補強層の下部に柱との間に水の浸入を防ぐための止水材を設置する工程、
（Ｃ）補強層と止水材を柱の補強部位まで下降させる工程、
（Ｄ）補強層と柱の隙間に該補強層と柱とを一体化するための充填材を充填する工程。
【請求項２】
前記補強層が連続繊維強化プラスチックまたは金属材からなることを特徴とする請求項１に記載の柱の補強方法。
【請求項３】
前記（Ａ）工程において、柱の外周に予め型枠を設置し、当該型枠の外周に補強層を形成した後、前記（Ｃ）工程で補強層を移動させるまでの間に前記型枠を取り除くことを特徴とする請求項１または２に記載の柱の補強方法。
【請求項４】
前記型枠が、補強層と接する面に離型層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の柱の補強方法。
【請求項５】
前記（Ｄ）工程において、柱と補強層の隙間に、上部から充填材を注入することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の柱の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に既設の水中に立脚する橋脚の耐力不足を補い、その強度を向上するための新規な柱の補強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
阪神大震災以降、橋梁の橋脚などの柱部材の耐力不足が各地で指摘され、それらの補強方法としてその外周をコンクリート、鋼板や繊維強化プラスチックで覆う補強工法が用いられている。
【０００３】
しかしながら、水中に立脚する柱や橋脚の場合、法規上の制限や、あるいは技術的、コスト的などの様々な問題があるため、補強作業が進んでいないのが現状である。例えば、鉄筋コンクリート巻き立てによる補強は、補強コンクリートの厚みが２５ｃｍ程度と大きくなる。特に河川の場合、河川流下能力の減少を考慮して、河川を管理する省庁や地方自治体などの河川管理者が許可しないケースが多い。
【０００４】
すなわち、河川管理者は河川の流水阻害による洪水や堤体破壊などの問題を発生させないために、橋脚の河積阻害率を定めており、それを上回る補強は認可しにくいのである。ところが、既設橋脚の多くは、既にその定められた河積阻害率ぎりぎりの構造寸法にて建設されており、さらに鉄筋コンクリートによる補強をする余裕がないのである。
【０００５】
鋼板巻き立てによる補強は、コンクリートほどの厚みを必要としないため、河積阻害率の問題はさほど発生しない。しかしながら、鉄板の腐食を防止するため、その表面には防錆塗料とそれを保護する耐候性塗料とを塗り重ねる必要があるが、両塗料の塗膜は使用経過に伴い剥離する恐れがある。剥離状態で放置した場合、鋼板が腐食して補強効果が著しく低下することが懸念されるため、定期的に点検・再塗装をする必要がある。さらに水中での再塗装は容易でなく、再塗装のコストが高くつくという問題がある。したがって、鋼板巻き立てによる補強も水中に立脚する橋脚ではほとんど採用されていないのが現状である。
【０００６】
連続繊維強化プラスチック巻き立てによる補強は、鋼板巻き立てより薄く補強することが可能であり、河積阻害率の問題はほとんど発生しない。さらに材料は腐食をしないため、メンテナンスにかかる手間は鋼板巻き立て補強より少なく、鉄筋コンクリート巻き立て補強と同等である。しかしながら、連続繊維強化プラスチックは、連続繊維シートにマトリックス樹脂を含浸させて連続繊維強化プラスチック補強層を形成させるため、水分に弱いマトリックス樹脂は硬化せず補強層を形成することができない。また、水中で硬化する樹脂もあるが、今のところこの樹脂で形成された連続繊維強化プラスチック巻き立てによる補強効果は確認されておらず、公的に認められていない。さらに、一般的に使用されるエポキシ樹脂に比べてコストも非常に高くなる。したがって、連続繊維強化プラスチック巻き立てによる補強も水中に立脚する橋脚ではほとんど採用されていないのが現状である。
【０００７】
そこで、河積阻害率の問題を生じることなしに、既設の水中に立脚する橋脚補強をするための方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００８】
特許文献１には、水中作業によって連続繊維シートを橋脚外周に巻き立て、さらに外周に型枠を兼ねた外枠で囲み、脱水後、硬化性樹脂を注入して含浸、硬化させる連続繊維強化プラスチック補強層を形成する方法が開示されている。この外枠は鋼製であるが、直径数ｍとなる橋脚を囲む外枠となるとため重量も重く、外枠設置には重機が必要となる。さらに外枠は受注生産となるため、鋼板巻き立て補強に比べて材料の汎用性も低く、材料コストが高くなる。しかも水中での設置となるため、外枠はタグボートなどで曳航搬入となり、水上クレーンなどといった特殊な施工機械が必要となる、もしくは近くに陸地がある橋脚のみの限定的な補強となる。さらに、水中作業となるため、施工には一般作業員ではなく、潜水士が必要となる。特に河川の流下状況の施工においては、河の流れが連続繊維シートに抵抗力としてかかり、巻き付け作業が容易でなくなる。したがって、施工方法の制限や工期の延長や施工コストの増大といった課題がある。
【０００９】
特許文献２は、段落としされた河川内橋脚において、河川流下方向に直交する面に角型鋼管などの剛性部材を設置させ、その剛性部材と既設橋脚との定着にアンカーを用いた方法である。水中内での定着アンカーの接合には、締め切り工を実施し、脱水後に作業員が入って施工する、もしくは潜水士をつかって水中で施工するかのどちらかとなる。また、剛性部材として鋼材を使用しており、補強材の寸法も橋脚断面と同程度となるため、かなりの重量となる。この剛性部材は、陸地である工場や施工現場の仮設ヤードなどで組み立てるなどして施工箇所に持ち込むため、水中に立脚する橋脚の場合、タグボートなどで曳航搬入となり、設置には水上クレーンなどといった特殊な施工機械が必要となる、もしくは近くに陸地がある橋脚のみの限定的な補強となる。したがって、施工方法の制限や工期が長くかかる、施工コストが高くなるといった課題がある。
【００１０】
つまり、上記提案の補強方法は、河積阻害率の問題は発生することはないものの、補強資材を特殊に用意する、補強資材搬入が容易でない、施工のために特殊機械が必要である、長期間の施工となる、多大な工事費がかかるといった課題を残している。
【特許文献１】特開２００６−９３３６号公報（請求項１、図３）
【特許文献２】特開２００５−３０１１９号公報（請求項１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、既存の水中に立脚する柱であっても特別な資材を必要とせず、容易な資材の搬入を可能とし、補強することができ、しかも、河積阻害率の問題を発生することなく、特殊な施工機械を必要とせず、短期間に補強可能な水中に立脚する柱の補強方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成を採用するものである。すなわち、
（１）水中に立脚する柱の、補強部位の一部が水中部分を含む補強方法であって、次の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）の工程を経ることを特徴とする柱の補強方法。
（Ａ）水面よりも高い位置で柱の周囲に補強層を形成する工程、
（Ｂ）補強層の下部に柱との間に水の浸入を防ぐための止水材を設置する工程、
（Ｃ）補強層と止水材を柱の補強部位まで下降させる工程、
（Ｄ）補強層と柱の隙間に該補強層と柱とを一体化するための充填材を充填する工程。
【００１３】
（２）前記補強層が連続繊維強化プラスチックまたは金属材からなることを特徴とする前記（１）に記載の柱の補強方法。
【００１４】
（３）前記（Ａ）工程において、柱の外周に予め型枠を設置し、当該型枠の外周に補強層を形成した後、前記（Ｃ）工程で補強層を移動させるまでの間に前記型枠を取り除くことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の柱の補強方法。
【００１５】
（４）前記型枠が、補強層と接する面に離型層を有することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の柱の補強方法。
【００１６】
（５）前記（Ｄ）工程において、柱と補強層の隙間に、上部から充填材を注入することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の柱の補強方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の補強方法によれば、水中作業を行うことなく、特殊な施工機械を必要とせず、水中に立脚し、かつ補強部位の一部が水中部分を含む柱の補強が容易に可能となる。また、使用材料も軽量であるため、人力もしくは軽微なクレーン付トラックなどによって、柱上部に位置する構造物上から材料搬入が簡単である。さらに工期や施工コストの問題を生じる大掛かりな締切り工や搬入作業を実施することがないため、安価で短期間に水中に立脚する柱を補強することが可能となる。
【００１８】
また、補強層と接する型枠表面に離型層を有することで、脱型枠が容易でき、脱型枠にかかる施工時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を一実施例の図面に基づいて具体的に説明する。
【００２０】
本発明によれば、水中に立脚し、補強部位の一部が水中部分を含む既設柱に対して、水面よりも高い位置で柱の周囲に補強層を形成する工程と、補強層の下部に既設柱との間を埋める止水材を設置する工程と、補強層と止水材を柱の補強部位まで下降させる工程と、補強層と柱の隙間に硬化性の材料を充填する工程を経る補強方法である。
【００２１】
図１は、本発明に係る水中に立脚し、一部の補強部位が水中部分を含む既設柱の補強方法の一実施形態を示す断面図であり、補強部位（Ａ−ＡとＡ’−Ａ’間の範囲）が水面（Ｂ−Ｂ）を跨ぐ位置にある既設柱１に対して、水面より高い位置にある施工足場上で連続繊維強化プラスチック補強層２を形成した状態の一実施形態を示す断面図である。図２は、一部の補強部位が水中部分を含む既設柱１の補強部位へ連続繊維強化プラスチック補強層２を移動した状態の一実施形態を示す断面図である。図３は、既設柱１の補強部位へ補強層を固定した状態の一実施形態を示す断面図である。図４は、型枠下部の断面図である。図５は、フィルムを有した型枠３と連続繊維強化プラスチック補強層２の断面図である。
【００２２】
図１に示すように（Ａ）水面よりも高い位置で既設柱１の周囲に補強層２を形成する工程を経る。
【００２３】
初めに水中に立脚し、補強部位の一部が水中部分を含む既設柱１に対して、水面（Ｂ−Ｂ）より上へ突出する空間に、既設柱１の外周面を囲うように施工足場５を設置する。この施工足場５は、例えば水上に簡易的な柱を立てた仮桟橋や、船舶、上部構造物８から吊るしたゴンドラ式足場が挙げられるが、施工足場５の設営が容易、施工足場設置費が安いことからゴンドラ式を用いるのが好ましい。
【００２４】
次に、上記施工足場５上にて、図４に示すように既設柱１の外周面に補強層を形成するための型枠３を設置する。
【００２５】
補強層２としては、既設柱の補強効果を得るための材料として、連続繊維強化プラスチックまたは金属材などを挙げることができる。
【００２６】
連続繊維強化プラスチックの場合、強化材になる連続繊維シートとしては、炭素繊維シート、アラミド繊維シート、ガラス繊維シート、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維シートおよび高強度ポリエチレン繊維シートからなる群から選ばれる少なくとも一種の連続繊維が好ましい。中でも引張弾性係数が２４５ｋＮ／ｍｍ２〜４４０ｋＮ／ｍｍ２の範囲となる炭素繊維シートを使用することが好ましい。炭素繊維シートは高価ではあるが、連続繊維シートの中でも強度および弾性率に優れるため好ましい。
【００２７】
また、連続繊維強化プラスチック補強層２の母材となる含浸接着樹脂は、例えば、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系、ビニルエステル系、ポリエステル系などの種々の硬化性樹脂系の含浸接着剤が挙げられるが、河川の水面上の環境下で早期硬化を考慮すると、アクリル樹脂系の含浸接着剤が好ましい。
【００２８】
金属材の場合、構造用鋼材、鋳鉄材、ステンレス材、チタン材、アルミニウム合金材などを用いてもよい。なかでも建設資材で一般的に使われている一般構造用圧延鋼材、溶接構造用圧延鋼材、もしくは溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材を用いることが好ましい。なお、金属材を使用する場合、工場などで補強対象柱に合わせた形状および寸法で加工および現場搬入されるため、通常型枠３は不用である。
【００２９】
さらに連続繊維強化プラスチックと金属材を比較する。本発明での補強部位の一部が水中部分にあることを考慮すると、金属材で形成された補強層（以後、金属材補強層という）は、腐食することが懸念され、何らかの腐食対策が必要となる。また、金属材補強層は、連続繊維強化プラスチックで形成された補強層（以後、連続繊維強化プラスチック補強層という）に比べて、密度が高いため、補強層自身が重くなるため、補強層を仮固定もしくは吊るす機材が大きくなる。そのため、連続繊維強化プラスチックを用いることがなおさら好ましい。
【００３０】
補強部位（Ａ−ＡとＡ’−Ａ’間の範囲）は、例えば「日本道路公団  設計要領第二集  橋梁・擁壁・カルバート編」に記載する既設橋脚の補強設計に準拠して計算された範囲とする。
【００３１】
連続繊維強化プラスチック補強層２の場合、現地で補強層の形状を築くために、型枠３を設置する。型枠３の範囲は、経済性の観点から既設柱１の補強部位（Ａ−ＡとＡ’−Ａ’間の範囲）と同じとするのが最も好ましいが、次に行う連続繊維強化プラスチック補強層２の施工性を考慮した場合、天井方向に５０ｃｍまでは広めにとってもよい。また型枠３の形状は、河川阻害率を極力小さくすること、充填材７を注入できる幅を残すことから厚み５ｍｍ〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００３２】
次に、型枠３の周囲に、連続繊維強化プラスチック補強層２を形成するために、含浸接着樹脂を塗布し、その上に補強計算によって算定した補強量となる連続繊維シートを貼り付ける。その後、連続繊維シートに接着樹脂を含浸させ、連続繊維強化プラスチック補強層２を形成する。
【００３３】
さらに本発明では、連続繊維強化プラスチック補強層２の形成後の容易な脱型枠を目的として、図５のように型枠３と連続繊維強化プラスチック補強層２の間に離型層６を介在させ、型枠３と簡易的に一体化を行う方法を提案している。この離型層６として油脂やフィルムなどがあるが、連続繊維強化プラスチック補強層２との相性からフィルムを用いることが好ましい。この離型層６のフィルム材質は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート、ポリエチレン、フッ素、シリコンのいずれかであることが好ましいが、東レ（株）製のポリエステルフィルム（例えば「ルミラー」（登録商標））を用いることが好ましい。型枠３とフィルムとの接合には、人間の手で簡単に剥ぐことのできる程度の接着力を有する接着剤もしくは両面テープで、フィルムと連続繊維強化プラスチック補強層２の自重で剥がれない程度に接着させることが好ましい。
【００３４】
次に図４に示すように、（Ｂ）工程である補強層２と既設柱１の隙間を埋める止水材４を設置する工程を経る。
【００３５】
この止水材４は後述の（Ｃ）で水面下へ下降した際に、既設柱１と補強層２の間に水が浸入することを防ぐために設置するものである。連続繊維強化プラスチック補強層２の場合、型枠３を設置後もしくは連続繊維強化プラスチック補強層２を設置後に、連続繊維強化プラスチック補強層２もしくは型枠３の下部に設置するが、型枠３の設置後に設置することが好ましい。金属材補強層の場合、型枠３を必要としないため、金属材補強層を設置した後に補強層の下部に既設柱１との間を埋める止水材４を設置するか、もしくは、予め工場や加工場などで金属材補強層の下部に設置するが、施工現場での作業手間を省略できることから、予め工場や加工場などで金属材補強層の下部に設置することが好ましい。
【００３６】
補強層２と既設柱１の間を埋める止水材４の材質としては、ゴム製、プラスチック樹脂製を用いてもよい。なかでも柔軟性を有するゴム製を用いることが好ましい。
【００３７】
次に図２に示すように（Ｃ）工程である補強層２を既設柱１の補強部位（Ａ−ＡとＡ’−Ａ’間の範囲）に下降する工程を経る。
【００３８】
連続繊維強化プラスチック補強層２の場合、連続繊維強化プラスチック補強層２と型枠３を分離させ、既設柱１と連続繊維強化プラスチック補強層２との間に空間を設ける。脱型枠後に連続繊維強化プラスチック補強層２がずり落ちないように、上部構造物８や滑車などを使って吊るしておく。また、連続繊維強化プラスチック補強層２下部にある止水材４と既設柱１が完全に密着していることを確認し、徐々に既設柱１の補強部位（Ａ−ＡとＡ’−Ａ’間の範囲）まで下降させる。
【００３９】
金属材補強層の場合、金属材補強層下部にある止水材４と既設柱１が完全に密着していることを確認し、徐々に既設柱１の補強部位（Ａ−ＡとＡ’−Ａ’間の範囲）まで下降させる。
【００４０】
最後に図３に示すように、（Ｄ）工程である補強層２と既設柱１の隙間に充填材を充填する工程を経る。
【００４１】
補強層と既設柱１を完全固定するために、既設柱１と補強層２の間に出来た隙間に充填材７を充填し、既設柱１と一体化を行う。
【００４２】
連続繊維強化プラスチック補強層２の場合、連続繊維強化プラスチック補強層２と既設柱１とを一体化するために、両者の隙間に硬化性の材料などの充填材７を充填する。この硬化性の材料としては、例えばエポキシ樹脂などの硬化性樹脂を主成分とするものや、あるいはセメント、コンクリート、モルタル、発泡性コンクリート、発泡性モルタルなどを用いてもよいが、既設柱１とのなじみ、コスト、充填能力を考慮すると発泡性コンクリートや発泡性モルタルを用いるのが好ましい。
【００４３】
金属材補強層の場合、金属材補強層に孔を開け、アンカーボルトを用いて既設柱１に定着させ、その後、アンカーボルトと金属材補強層を溶接で固定させた後に、金属材補強層と既設柱１の隙間に硬化性の材料などの充填材７を充填する。硬化性の材料としては、例えばエポキシ樹脂などの硬化性樹脂を主成分とするものや、あるいはセメント、コンクリート、モルタル、発泡性コンクリート、発泡性モルタルなどを用いてもよいが、既設柱１とのなじみ、コスト、充填能力を考慮すると発泡性コンクリートや発泡性モルタルを用いるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】既設柱の水面より高い位置にある施工足場上で連続繊維強化プラスチック補強層を形成した断面図である。
【図２】一部の補強部位が水中部分を含む既設柱の補強部位へ連続繊維強化プラスチック補強層を下降した断面図である。
【図３】水中に立脚する既設柱へ連続繊維強化プラスチック補強層を固定した断面図である。
【図４】型枠下面の断面図である。
【図５】フィルムを有した型枠と連続繊維強化プラスチック補強層の断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：既設柱
２：補強層
３：型枠
４：止水材
５：施工足場
６：離型層
７：硬化性の充填材
８：上部構造物
Ａ−Ａ：補強部位の上端位置
Ａ’−Ａ’：補強部位の下端位置
Ｂ−Ｂ：水面位置
【図１】
2008138460.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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