(57)【要約】【課題】水中コンクリート橋脚等の、水中構造物の周囲に締切工を施工することなく、また、製造や組み立てに精密さが要求される型枠を必要とせずに実施することができ、しかも、阻害率の問題や、塗料の塗り替えに伴うメンテナンスの手間やコストが増加する問題等を生じることなしに、前記水中構造物を、より強固に補強することができる水中構造物補強方法を提供する。【解決手段】あらかじめ、大気中で水中硬化型樹脂を含浸させた連続繊維シート１０を、水中作業により、水中コンクリート橋脚１等の水中構造物に貼り付けると共に、前記水中硬化型樹脂を硬化させて、繊維補強層１１を形成する。【選択図】図３
2008163570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中構造物を補強するための補強方法であって、あらかじめ、大気中で水中硬化型樹脂を含浸させた連続繊維シートを、水中作業により、水中構造物に貼り付けると共に、前記水中硬化型樹脂を硬化させて、繊維補強層を形成する工程を含むことを特徴とする水中構造物補強方法。
【請求項２】
連続繊維シートを貼り付けて補強する前の水中構造物の表面を、水中硬化型樹脂で処理する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の水中構造物補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に設置されたコンクリート製の橋脚等の、既設の水中構造物を補強するための補強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
阪神淡路大震災以降、橋梁や橋脚等の耐力不足が各地で指摘されており、それに対応するため、特に橋脚について、耐力向上のための補強が逐次、実施されつつあるが、水中に設置されたコンクリート製の橋脚（以下「水中コンクリート橋脚」とする）については、法規制上の制限や、あるいは技術的、コスト的な種々の問題があるため、補強作業はあまり進んでおらず、特に水管橋等の橋脚については、道路橋や鉄道橋のように緊急性を要しないとして、殆ど補強されていないのが実状である。しかし、地震等の災害時におけるインフラ確保の観点からすると、水管橋の橋脚についても、できるだけ速やかに補強を行う必要があると考えられる。水中構造物の補強方法としては、(1)  コンクリートによる補強方法、(2)  鋼板接着による補強方法、(3)  連続繊維による補強方法、(4)  連続繊維による補強方法（型枠脱水工法）、(5)  補助橋脚の設置等が挙げられる。
【０００３】
このうち、(1)のコンクリートによる補強方法は、補強コンクリート層の厚みが、どうしても大きくなる（数十ｃｍ）ことから、特に河川においては、河川を監督する省庁や地方自治体等の河川管理者が、施工を許可しない場合が多い。すなわち、河川管理者は、河川の流水阻害による破堤等の問題を生じないために、橋脚の河積阻害率を定めており、それを上回る補強は、原則として許されない。ところが、既設の水中コンクリート橋脚の多くは、既に、定められた所定の阻害率ぎりぎりの構造や寸法に建設されていて、さらにコンクリートによる補強をする余裕がない場合が多い。そのため、コンクリートによる補強方法は、殆どの水中コンクリート橋脚には、法規上の制約があって採用することができないことになる。
【０００４】
(2)の鋼板接着による補強方法は、コンクリートほどの厚みを必要としないため、阻害率の問題はさほど生じない。しかし、鋼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、両塗料の塗膜はともに機械的、物理的な衝撃に弱いため、例えば、洪水時の流木の衝突等によって簡単にはく離するおそれがある。また、耐候性塗料の塗膜だけでなく防錆塗料の塗膜まではく離した際に、それを補修せずに放置しておくと、鋼板が腐食して補強の強度が著しく低下するおそれがあるため、両塗料を定期的に、かつ頻繁に塗り直す必要もある。その上、特に水中での塗り替えは容易でなく、塗り替え作業のコストが高くつくという問題もある。そのため、鉄製の橋脚のように塗料の塗り替えを必要としない分、メンテナンスの手間とコストを減少できるという、コンクリート橋脚のメリットが生かされなくなってしまう。したがって、鋼板接着による補強方法も、殆どの水中コンクリート橋脚では採用されていないのが現状である。
【０００５】
(3)の連続繊維による補強方法としては、例えば、特許文献１に記載の方法が知られている。前記補強方法においては、まず、水中コンクリート橋脚の外周を囲むように、鋼板を用いて、筒状の補強鋼板層を形成し、前記補強鋼板層の外周面の全面に、高強度の連続繊維シートからなる繊維補強層を形成した後、その外周面に、樹脂保護層を形成することで、前記水中コンクリート橋脚を補強している。前記補強方法によれば、補強層全体の厚みを、コンクリート補強の場合よりも小さくできる上、補強鋼板層の外周面の全面を、繊維補強層と樹脂保護層とで強固に保護しているため、塗料の塗り替え等によるメンテナンスの手間とコストとを省略することもできる。しかし、前記補強方法を実施するためには、まず、補強する水中コンクリート橋脚の周囲に、作業者や作業用の機械が入れる大掛かりな締切工を施工したのち、前記締切工内に作業者が入って、補強鋼板層の施工作業を行わなければならず、工期が長くかかる、施工コストが高くつくといった問題がある。
【０００６】
(4)の型枠脱水工法を利用した補強方法は、(3)の連続繊維による補強方法の改良として開発されたものである（特許文献２参照）。前記補強方法では、水中コンクリート橋脚の外周に、水中作業によって、連続繊維シートを巻き付けると共に、巻き付けた連続繊維シートの外周を、型枠を兼ねる外枠で囲んで、外枠内の領域を脱水した後、前記領域内に硬化性樹脂を注入して連続繊維シートに含浸させ、硬化させて繊維補強層を形成することで、前記水中コンクリート橋脚を補強している。前記補強方法によれば、大掛かりな締切工を施工する必要がない分、工期を短縮して、施工コストを削減することができる。しかし、前記補強方法においては、脱水のために用いる型枠を、水漏れを防止するために、できるだけ精度よく造ると共に、前記型枠を、施工現場の水中で、精度よく組み立てる必要があり、型枠自体の精度や組み立ての精度に不備があると、水漏れが発生するため、場合によっては、水漏れが発生しなくなるまで、何度でも、型枠の修正や、型枠を組み立てる作業を繰り返さなければならないという問題がある。
【０００７】
さらに、(5)の補助橋脚を設置する方法は、橋脚を新設する場合と殆ど変わらない手間とコストとを要するという問題がある。その上、特に河川の場合は、先に説明した河積阻害率の観点から、河川管理者が、補助橋脚の設置を許可しない場合が多い。
【特許文献１】特開２００３−９６７１５号公報
【特許文献２】特開２００６−９３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、水中コンクリート橋脚等の、水中構造物の周囲に締切工を施工することなく、また、製造や組み立てに精密さが要求される型枠を必要とせずに実施することができ、しかも、阻害率の問題や、塗料の塗り替えに伴うメンテナンスの手間やコストが増加する問題等を生じることなしに、前記水中構造物を、より強固に補強することができる水中構造物補強方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、水中構造物を補強するための補強方法であって、あらかじめ、大気中で水中硬化型樹脂を含浸させた連続繊維シートを、水中作業により、水中構造物に貼り付けると共に、前記水中硬化型樹脂を硬化させて、繊維補強層を形成する工程を含むことを特徴とする水中構造物補強方法である。請求項１に記載の発明によれば、あらかじめ、大気中で水中硬化型樹脂を含浸させた連続繊維シートを、水中作業によって、水中構造物に貼り付けた状態で、前記水中硬化型樹脂を硬化させるだけで、繊維補強層を形成することができる。そのため、前記水中構造物の周囲に締切工を施工することなく、また、製造や組み立てに精密さが要求される型枠を必要とせずに、水中構造物を、形成した繊維補強層によって補強することが可能となる。しかも、繊維補強層の全体の厚みを、コンクリート補強の場合よりも小さくできる上、水中構造物を、その種類によっては、鋼板並みの強度を発揮しうる連続繊維シートと、前記連続繊維シートを強固に固定しうる水中硬化型樹脂とからなる繊維補強層によって、強固に補強し、保護することもできる。しかも、塗料の塗り替え等を必要とする補強鋼板層を有しないため、塗り替えに伴うメンテナンスの手間やコストが増加する問題を生じるおそれもないない。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、連続繊維シートを貼り付けて補強する前の水中構造物の表面を、水中硬化型樹脂で処理する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の水中構造物補強方法である。請求項２に記載の発明によれば、水中構造物の表面を、水中硬化型樹脂で処理することによって、前記水中硬化型樹脂をプライマーとして機能させて、連続繊維シートに含浸させた水中硬化型樹脂との接着力を高めることによって、水中構造物を、前記連続繊維シートによって、より一層、強固に補強して、保護することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水中コンクリート橋脚等の、水中構造物の周囲に締切工を施工することなく、また、製造や組み立てに精密さが要求される型枠を必要とせずに実施することができ、しかも、阻害率の問題や、塗料の塗り替えに伴うメンテナンスの手間やコストが増加する問題等を生じることなしに、前記水中構造物を、より強固に補強することができる水中構造物補強方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図３は、本発明の補強方法の一実施例における、各工程を説明する図である。図１において、水中構造物としての水中コンクリート橋脚１は、水底２より地中深くに埋設された図示しない基礎工から、鉛直方向上方へ向けて立設され、水面３から上方へ突出した上部において、図示しない橋梁を支持している。この例の補強方法では、まず、図１に示すように、水中コンクリート橋脚１の周囲の水底２を、浚渫船等によって予備浚渫して作業エリア４を確保し、次いで、水中コンクリート橋脚１を中心にして、深さ２ｍ程度まで、勾配（約１：１）をつけてさらに浚渫して、水中コンクリート橋脚１の基部５を露出させた後、その周囲の水上に仮設足場（ＳＥＰ）６を設置する。
【００１３】
仮設足場６は、図１、２に示すように、水中コンクリート橋脚１の上流側および下流側に配置された２基の足場本体７と、両足場本体７を水上に支持する支柱（スパッド）８と、２基の足場本体７間を繋いで固定することで、水中コンクリート橋脚１の周囲を囲むように仮設足場６を設置するための渡り板９とを備えている。前記仮設足場６は、まず、支柱８を取り外した２基の足場本体７を、それぞれタグボート等で、水中コンクリート橋脚１の上流側および下流側まで曳航し、位置決め後、支柱８を水底２まで下ろして、前記支柱８によって足場本体７を水面３より上方にリフトアップすることで、その際に生じる反力によって支柱８の先端を水底２から地中に埋設して固定した後、２基の足場本体７間に渡り板９を固定して設置される。
【００１４】
次に、必要に応じて、ダイバーらによる水中作業によって、水中コンクリート橋脚１の外周面に付着した汚れを除去する等の清浄化を行い、また、表面に局部的な欠損等がある場合は水中パテ等を用いて局部補修をすると共に、やはり必要に応じて、水中コンクリート橋脚１の表面を、水中硬化型樹脂で処理する。水中硬化型樹脂としては、作業温度の水中で硬化反応させることができると共に、次工程で、前記水中コンクリート橋脚１の外周面に貼り付ける連続繊維シートに含浸させた水中硬化型樹脂のプライマーとして機能しうる、種々の水中硬化型樹脂が、いずれも使用可能であり、特に、水中接着エポキシパテ樹脂〔ＳＲＩハイブリッド(株)製の商品名グリップボッドＧＢ２５ＡＱ〕等の水中硬化型エポキシ樹脂が好ましい。
【００１５】
また、前記水中での作業と並行して、あるいは前後して、地上等の大気中では、水中コンクリート橋脚１の外周面に貼り付ける連続繊維シートに、水中硬化型の樹脂を含浸させる作業を行う。前記連続繊維シートとしては、例えば、メタ系もしくはパラ系のアラミド繊維、炭素繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ガラス繊維、およびパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維等の、高強度の連続繊維からなるシート（織布、不織布等）があげられ、中でもメタ系もしくはパラ系のアラミド繊維の連続繊維シートが好適に使用される。連続繊維シートの厚みは、定められた補強計算式で算出した厚みに設定すればよい。また、連続繊維シートの幅は、水中での貼り付け作業のしやすさ等を考慮すると、５〜５０ｃｍ程度であるのが好ましい。
【００１６】
連続繊維シートに含浸させる水中硬化型樹脂としては、作業温度の水中で硬化反応させることができる種々の水中硬化型樹脂が、いずれも使用可能であり、中でも、水中硬化型エポキシ樹脂〔ＳＲＩハイブリッド(株)製の商品名グリップボッドＧＢ３５ＡＱ等〕が好ましい。水中硬化型樹脂は、例えば、連続繊維シートの片面または両面に塗布したり、連続繊維シートを水中硬化型樹脂中に浸漬させたりした後、必要に応じて、過剰の水中硬化型樹脂をそぎ落としたりすることによって、連続繊維シート中に含浸させることができる。
【００１７】
次に、前記水中硬化型樹脂を含浸させた連続繊維シートを、ダイバーらによる水中作業によって、水中コンクリート橋脚１の外周面に貼り付ける。例えば、図３の例では、先に露出させておいた水中コンクリート橋脚１の基部５に、連続繊維シート１０の、図示しない先端を、ピン止めや、水中コンクリート、水中接着エポキシパテ樹脂等によって固定した後、前記連続繊維シート１０を、図のようにらせん状に巻き付けて貼り付けると共に、連続繊維シート１０に含浸させた水中硬化型樹脂を硬化させて、前記らせん状に巻きつけた連続繊維シート１０を筒状に一体化し、かつ水中コンクリート橋脚１と接着させて、繊維補強層１１を形成する。
【００１８】
連続繊維シート１０を、図のように、水中コンクリート橋脚１の外周面に、らせん状に巻き付けるためには、図示しない自動の巻立機等を使用してもよいし、前記巻立機等を使用せずに、手作業で巻き付けてもよい。また、連続繊維シート１０が、水中硬化型樹脂の硬化までの間に浮いたりずれたりするのを防止するために、前記連続繊維シート１０の、図示しない終端や、あるいは、長さ方向の途中の位置を、ピン止めしたり、押さえを用いて仮止めしたりするのが好ましい。
【００１９】
また、図４に示すように、前記連続繊維シート１０を、複数本、水中コンクリート橋脚１の軸方向に長さ方向を向けた状態で、前記水中コンクリート橋脚１の外周面の全面を覆うように貼り付けると共に、水中硬化型樹脂を硬化させて繊維補強層１１を形成してもよいし、図５に示すように、連続繊維シート１０を、複数本、水中コンクリート橋脚１の周方向に長さ方向を向けた状態で、前記水中コンクリート橋脚１の外周面の全面を覆うように貼り付けると共に、水中硬化型樹脂を硬化させて繊維補強層１１を形成してもよい。これらの場合も、連続繊維シート１０が、水中硬化型樹脂の硬化までの間に浮いたりずれたりするのを防止するために、前記連続繊維シート１０の、図示しない終端や、あるいは、長さ方向の途中の位置を、ピン止めしたり、押さえを用いて仮止めしたりするのが好ましい。
【００２０】
また、前記らせん状の貼り付けと、軸方向の貼り付けと、周方向の貼り付けとを併用して繊維補強層１１を、２層以上の積層構造に形成してもよい。その場合には、らせん状あるいは周方向の貼り付けによる繊維補強層１１が、主として、水中コンクリート橋脚１のせん断補強用として有効に機能すると共に、軸方向の貼り付けによる繊維補強層１１が、主として、水中コンクリート橋脚１の曲げ補強用として有効に機能することから、両機能の複合的な効果によって、水中コンクリート橋脚１を、より一層、強固に補強することができる。また、前記連続繊維シート１０を平織り、バスケット織等したシートを、水中コンクリート橋脚１の外周面の全面を覆うように貼り付けて、繊維補強層１１を形成してもよい。その場合には、織を構成する各方向に向けられた連続繊維シート１０による複合的な効果によって、水中コンクリート橋脚１を、より一層、強固に補強することができる。
【００２１】
繊維補強層１１の形成後に、ダイバーらによる水中作業によって、水中コンクリート橋脚１の基部５を、繊維補強層１１等と共に埋め戻し、さらに仮設足場６を撤去すると、前記水中コンクリート橋脚１の補強が完了する。前記補強方法によれば、いずれも水中作業によって、水中コンクリート橋脚１等の水中構造物を補強することができる。したがって、前記水中構造物の周囲に大掛かりな締切工を施工することなく、また、製造や組み立てに精密さが要求される型枠を必要とせずに、短期間で、しかも低コストで、前記水中構造物を補強することができる。
【実施例】
【００２２】
〈実施例１〉
（水中コンクリート橋脚のモデルの作製）
鉄筋を設置した型枠内に、呼び強度２５Ｎ／ｍｍ2のコンクリートを打設して、図６に示すように、上下の保持部材１２、１３間を、２本の、水中コンクリート橋脚のモデル１４、１４で繋いだ形状を有するせん断試験用の試供体１５を作製した。モデル１４は、長さ６０ｃｍで、かつ断面が一辺１５ｃｍの正方形である角柱状とし、前記モデル１４内の鉄筋は、長さ方向の主鉄筋１６が６−Ｄ１３、せん断補強筋（フープ）１７が２−Ｄ６とし、前記せん断補強筋１７を、モデル１４の長さ方向に、２００ｍｍ間隔で配置した。主筋比は１．７％、せん断補強筋比は０．２１％であった。モデル１４には、予備載荷を加えて、その表面に０．２ｍｍのクラックを発生させた。
【００２３】
（繊維補強層の形成）
前記試供体１５を水中に浸漬した状態で、モデル１４の表面を研磨した後、水中接着エポキシパテ樹脂〔ＳＲＩハイブリッド(株)製の商品名グリップボッドＧＢ２５ＡＱ〕で処理した。また、前記処理と並行して、大気中で、目付け量２８０ｇ／ｍ2、幅１００ｍｍの帯状にカットしたアラミド繊維製の連続繊維シート〔東レ・デュポン(株)製のＡＫ−４０〕に、水中硬化型エポキシ樹脂〔ＳＲＩハイブリッド(株)製の商品名グリップボッドＧＢ３５ＡＱ〕を含浸させた。含浸量は１．２ｋｇ／ｍ2とした。
【００２４】
次に、モデル１４の表面を処理した水中接着エポキシパテ樹脂、および連続繊維シートに含浸させた水中硬化型エポキシ樹脂が硬化する前に、水中で、前記モデル１４の表面に、まず連続繊維シートを複数本、角柱の軸方向に長さ方向を向けて、前記角柱の外周面の全面を覆うように貼り付けた上に、同じ連続繊維シートを複数本、角柱の周方向に長さ方向を向けて、前記角柱の外周面の全面を覆うように貼り付けた。各連続繊維シートの端部は、それぞれピン止めした。そして、両樹脂を硬化させることで繊維補強層を形成して、補強を完了した。
【００２５】
〈比較例１〉
モデル１４を繊維補強層で補強しなかった試供体１５を、比較例１とした。
〈耐震試験〉
実施例１、比較例１の試供体１５の、図６において下側の保持部材１３を、台盤に固定すると共に、上側の保持部材１２に荷重をかけて、モデル１４を、角柱の軸方向に、軸力比２５％で圧縮した状態で、１００ｔの加振機を用いて、交互加振耐震試験を行った。そして、加振水平耐力が、最高耐力の８０％を切った変位を耐久限界変位として求めたところ、実施例１は５１．８ｍｍ、比較例１は１２．０ｍｍであって、実施例１の耐久限界変位は、比較例１の約４倍まで増加しており、良好に補強されていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の補強方法の一実施例のうち、第１工程として、水中コンクリート橋脚の基部を浚渫して仮設足場を設置した状態を示す、鉛直方向の断面図である。
【図２】図１の状態の、水平方向の断面図である。
【図３】第２工程として、水中コンクリート橋脚の外周に連続繊維シートを貼り付けて繊維補強層を形成する作業中の状態を示す、鉛直方向の拡大断面図である。
【図４】連続繊維シートの貼り付けの、他の態様を示す拡大断面図である。
【図５】連続繊維シートの貼り付けの、さらに他の態様を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の実施例、比較例で作製した、水中コンクリート橋脚のモデルを含む、せん断試験用の試供体の外観を示す正面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１     水中コンクリート橋脚
２     水底
３     水面
４     作業エリア
５     基部
６     仮設足場
７     足場本体
８     支柱
９     板
１０   連続繊維シート
１１   繊維補強層
１２   保持部材
１３   保持部材
１４   モデル
１５   試供体
１６   主鉄筋
１７   せん断補強筋
【図１】
2008163570.tif 000003
【図２】
2008163570.tif 000004
【図３】
2008163570.tif 000005
【図４】
2008163570.tif 000006
【図５】
2008163570.tif 000007
【図６】
2008163570.tif 000008