(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート堤体の構築方法であって、
互いに重複しない第１の施工期間と第２の施工期間とを有し、
第２の施工期間における外気の平均気温は、第１の施工期間における外気の平均気温よりも低く、
第２の施工期間におけるコンクリートの打上がり速度を、第１の施工期間におけるコンクリートの打上がり速度の１．５〜８倍、且つ、０．１５〜０．６０ｍ／日とする、コンクリート堤体の構築方法。
【請求項２】
ＲＣＤ工法を適用し、且つ、用いるコンクリートにはＳＰ−ＴＯＭによる運搬方法を適用する、請求項１記載のコンクリート堤体の構築方法。
【請求項３】
前記第２の施工期間における外気の平均気温は、前記第１の施工期間における外気の平均気温よりも５℃以上低い、請求項１又は２記載のコンクリート堤体の構築方法。
【請求項４】
前記第１の施工期間は、７月１日〜９月３０日のいずれかの日を含む期間であり、
前記第２の施工期間は、１１月１日〜１月３１日のいずれかの日を含む期間である、請求項１〜３のいずれか一項記載のコンクリート堤体の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート堤体の構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートで構築された堤体（例えばダムの堤体）はマスコンクリートであるので、その内部は外気温の影響を受けにくい断熱状態となりやすい。このため、コンクリートの打設及び硬化時に生じた水和熱が十分に放熱するには数十年単位の長い年月がかかることが知られている。
【０００３】
コンクリート内部の断熱状態下では、水和熱の発生とその後の放熱による温度低下によって生じる温度応力が、ひび割れの原因となる。従って、従来、温度応力に起因したひび割れの発生を抑制するためのコンクリートの組成や堤体の構築方法が模索されている（例えば特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８８５１０１号公報
【特許文献２】特許第５４３０４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水和熱を低減することで温度応力を低下させる試みがなされてはいるものの、依然として改善の余地がある。
【０００６】
そこで本発明は、温度応力の制御の観点からひび割れ防止効果の高いコンクリート堤体の構築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】
【０００７】
本発明は、コンクリート堤体の構築方法であって、互いに重複しない第１の施工期間と第２の施工期間とを有し、第２の施工期間における外気の平均気温は、第１の施工期間における外気の平均気温よりも低く、第２の施工期間におけるコンクリートの打上がり速度を、第１の施工期間におけるコンクリートの打上がり速度よりも大きくする、コンクリート堤体の構築方法を提供する。
【０００８】
一般に、水和熱を低減する方法としては最高到達温度を低下させることが考えられる。堤体のようなマスコンクリートの場合は構築に年月がかかるので、その間の外気温の季節変動も考慮することを本発明者らは考えた。そして、施工期間中の外気温に応じて打上がり速度を調整することにより、堤体全体としての内部温度の平準化を図ることを考えた。本発明者らが見出したところによれば、互いに重複しない第１及び第２の施工期間において、外気の平均気温が相対的に低い第２の施工期間におけるコンクリートの打上がり速度を、外気の平均気温が相対的に高い第１の施工期間におけるコンクリートの打上がり速度よりも大きくすれば、コンクリート内部の温度勾配が小さくなる、すなわち内部温度を平準化することができる。従って本発明によれば、温度応力の制御の観点からひび割れ防止効果を高くすることができる。
【０００９】
本発明では、第２の施工期間におけるコンクリートの打上がり速度を、第１の施工期間におけるコンクリートの打上がり速度の１．１〜８倍とすることが好ましい。この倍率であると、無理のない打上がり速度で施工することができる。また、第１の施工期間における打上がり速度を従来の標準的な速度よりも小さくしたとしても、第２の施工期間における打上がり速度をその１．１〜８倍とするので、第１の施工期間での工期の遅れを取り戻すことが容易である。
【００１０】
本発明では、第２の施工期間における外気の気温は、第１の施工期間における外気の平均気温よりも５℃以上低くてもよい。この場合でも、堤体内部の温度を平準化することができる。
【００１１】
本発明において、第１の施工期間は、７月１日〜９月３０日のいずれかの日を含む期間であり、第２の施工期間は、１１月１日〜１月３１日のいずれかの日を含む期間であることが好ましい。両施工期間がこれらの期間であると、両施工期間の外気の平均気温差が生じやすく、本発明の適用対象として望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度応力の制御の観点からひび割れ防止効果の高いコンクリート堤体の構築方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】堤体の断面図である（事例１及び事例２）。
【図２】堤体の各部における最高温度の等分布図である。（ａ）が事例１であり、（ｂ）が事例２である。
【図３】拘束温度ひずみと標高との関係を示すグラフである（事例１及び事例２）。
【図４】堤体の断面図である（事例３及び事例４）。
【図５】堤体の各部における最高温度の等分布図である。（ａ）が事例３であり、（ｂ）が事例４である。
【図６】拘束温度ひずみと標高との関係を示すグラフである（事例３及び事例４）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
コンクリート堤体（以下単に「堤体」と呼ぶ。）の構築方法として、ＲＣＤ工法が知られている。ＲＣＤ工法とは、単結合材量が少ない貧配合の超硬練りゼロスランプコンクリートを打設現場に撒き、敷き均し、締め固める工法である。一層当たりの層厚（リフト厚）は１．０ｍ程度であり、この層厚のコンクリートを積み重ねて高さ数十ｍ〜百数十ｍもの高さに積み上げていく。用いるコンクリートはＳＰ−ＴＯＭ（Ｓｐｉｒａｌ  Ｐｉｐｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ：鋼管内にらせん状に羽根を取り付け、鋼管自体を回転させることにより、コンクリートを分離させることなく、定常的かつ連続的に下方へ搬送する技術）による運搬方法を適用することによって急速施工が可能である。
【００１６】
ダムの堤体のようなマスコンクリートでは施工期間が数年に及ぶため、打設したコンクリートは、時期によって外気温が異なり、受ける温度的提供も異なることになる。
【００１７】
そこで、本実施形態の堤体の構築方法では、互いに重複しない施工期間を二つ設定する。一方は相対的に外気の平均気温が高い期間である第１の施工期間（以下、「夏期」と呼ぶ。）であり、他方は相対的に外気の平均気温が低い期間である第２の施工期間（以下「冬期」と呼ぶ。）である。
【００１８】
本実施形態の堤体の構築方法では、夏期と冬期とで打上がり速度（打設速度）を違えて、冬期における打上がり速度を夏期における打上がり速度よりも大きくする。夏期では外気温が高く水和熱がコンクリート内部に溜まりやすいので、内部温度を抑制する観点から、打上がり速度は０．０４〜０．１４ｍ／日とすることが好ましく、０．０５〜０．１３ｍ／日とすることがより好ましく、０．０６〜０．１１ｍ／日とすることが更に好ましい。他方、冬期では外気温が低く夏期よりも放熱しやすいため、夏期よりも打上がり速度を大きくする。具体的には０．１４５〜０．６０ｍ／日とすることが好ましく、０．１５〜０．５０ｍ／日とすることがより好ましく、０．１５〜０．４０ｍ／日とすることが更に好ましい。なお、上記打上がり速度（ｍ／日）は、コンクリートを打設しなかった日をも含めた速度である。
【００１９】
また、夏期における打上がり速度と冬期における打上がり速度とを比（倍率）で表せば、冬期における打上がり速度を、夏期の打上がり速度の１．１〜８倍とすることが好ましく、１．３〜７倍とすることがより好ましく、１．５〜６．５倍とすることが更に好ましい。
【００２０】
打設の際のリフト厚は、夏期におけるリフト厚を冬期におけるリフト厚よりも薄くすることが好ましい。リフト厚は通常１．０ｍであるが、夏期では打上がり速度を抑制するために１．０ｍ未満としてもよく、０．５０ｍ（いわゆるハーフリフト）とすることが好ましい。
【００２１】
冬期における外気の平均気温は、夏期における外気の平均気温よりも５℃以上低いことが好ましい。この温度差は、８℃以上であってもよく、１０℃以上であってもよい。また、夏期における外気の平均気温は、冬期における外気の平均気温よりも５℃以上高いことが好ましい。この温度差は、８℃以上であってもよく、１０℃以上であってもよい。なお、上記平均気温は、一日当たりの平均を示している。
【００２２】
また、夏期における外気の平均気温は、施工する地域の年間平均気温よりも５℃以上高くてもよく、８℃以上高くてもよく、１０℃以上高くてもよい。ここで「年間平均気温」とは、前年の１月〜１２月の気温の平均をいう。
【００２３】
また、冬期における外気の平均気温は、施工する地域の年間平均気温よりも５℃以上低くてもよく、８℃以上低くてもよく、１０℃以上低くてもよい。
【００２４】
夏期及び冬期の期間は相対的な気温差がある期間であれば、任意に設定することができる。例えば、基準日として、夏期であれば７月１日、７月１５日、８月１日等の７月１日〜９月３０日のいずれかの日を設定することができ、冬期であれば１１月１５日、１２月１日、１２月１５日等の１１月１日〜１月３１日のいずれかの日を設定することができる。そして、各期間の長さは、基準日を含む１〜５ヶ月、２〜５ヶ月、１〜４ヶ月、２〜４ヶ月、３〜４ヶ月等とすることもできる。
【００２５】
上記基準日と期間の長さとの組み合わせとしては、例えば、夏期を８月１日を含む２〜４ヶ月間とし、冬期を１２月１日を含む３〜５ヶ月間とすることができる。
【００２６】
以上に示したコンクリート堤体の構築方法によれば、冬期におけるコンクリート内部の温度上昇を従来よりも高くすることができる一方で、夏期における温度上昇を抑制することができる。つまり、夏期と冬期との間でコンクリート内部の温度勾配が小さくなる、すなわち内部温度を平準化することができる。従って本実施形態によれば、水和熱に基づく温度応力の制御の観点から、ひび割れ防止効果を高くすることができる。
【００２７】
また、冬期におけるコンクリートの打上がり速度を夏期における打上がり速度よりも大きくするため、夏期における打上がり速度を従来の標準的な速度よりも小さくしたとしても、冬期における打上がり速度が大きいので、夏期での工期の遅れを取り戻すことが容易である。
【００２８】
上記実施形態において、打上がり速度、夏期及び冬期の設定期間等は、本発明の範囲内において適宜設定して実施することができる。なお、本発明は、夏期及び冬期以外の期間に施工することを妨げるものではなく、夏期と冬期の間に第３の施工期間、第４の施工期間等を設けてもよい。
【実施例】
【００２９】
以下、シミュレーション及び実施工による堤体の構築において、堤体内部の温度応力の抑制効果を検証した事例を紹介する。
【００３０】
（１）事例１及び事例２
ダムの堤体に関し、表１に示したサイクルについて、シミュレーションによって温度応力の抑制効果を検証した。事例１は、従来どおりのサイクル（標準サイクル）であり、夏期と冬期で打上がり速度を変えていない。事例２は、冬期における打上がり速度を夏期における打上がり速度よりも大きくしている。また、夏期においては、リフト厚を冬期におけるリフト厚の半分とすることで（いわゆるハーフリフト）、標準サイクルよりも打上がり速度を小さくしている。
【００３１】
事例１及び事例２ではいずれも、１１月１５日〜３月１０日を冬期とし、７月１日〜８月３１日を夏期とし、翌年もこの施工期間を繰り返すように設定した。
事例１の平均気温：夏期２４．２℃、冬期６．５℃
事例２の平均気温：夏期２４．２℃、冬期７．０℃
【００３２】
【表１】
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（１−１）温度応力の解析
温度応力に関する解析は、有限要素法によるシミュレーションよって行うことができる。本実施形態では、マスコンクリートの非線形温度応力解析プログラムソフト「ＡＳＴＥＡＭＡＣＳ  Ｖｅｒ．７」（株式会社計算力学研究センター製）を用いた。以下、解析の条件を示す。
【００３３】
図１に示されたとおり、解析モデルはダムの堤体１Ａの標準断面の二次元モデルとする。図中、堤体１Ａの中心に示した破線は、解析の着目位置である。この位置は、外気と最も離れた位置であって堤体１Ａの内部温度が最大となる部分である。堤体１Ａは、ＲＣＤ工法を適用する内部コンクリート部分２が、富配合の外部コンクリート部分３によって覆われた構成となっている。
【００３４】
堤体１Ａの着工手順としては、はじめに岩着部の高さ１．５ｍ（標高３１５．０〜３１６．５ｍ）を単位セメント量が２２０ｋｇ／ｍ３の岩着コンクリートで打設する。次に、堤体１Ａの本体部分をなす８０ｍ分の高さ部分（標高３１６．５〜３９６．５ｍ）について、単位セメント量が１３０ｋｇ／ｍ３の中庸熱フライアッシュセメントで内部コンクリート部分２を、単位セメント量が２２０ｋｇ／ｍ３の有スランプコンクリートで外部コンクリート部分３をそれぞれ打設する。次に、単位セメント量が１６０ｋｇ／ｍ３の有スランプの内部コンクリートで、高さ９ｍ分（標高３９６．５〜４０５．５ｍ）の拡張レイヤー４を打設する。最後に、天端標高（標高４１７ｍ）まで、単位セメント量が２２０ｋｇ／ｍ３の有スランプコンクリートを打設する（高さ１２ｍ）。
【００３５】
上記着工手順のなかで、内部コンクリート部分２を打設するとき、コンクリートの打上がり速度やリフト厚を調整することができるので、これによって事例１及び事例２をシミュレートした。
【００３６】
この有限要素法では、堤体１Ａの標準断面における（ｉ）最高温度の等分布図、（ｉｉ）最大主ひずみの等分布図、（ｉｉｉ）最大主応力の等分布図、及び（ｉｖ）最小ひび割れ指数の等分布図を求めることができる。ここでは最高温度の等分布図と、最小ひび割れ指数に着目する。
【００３７】
事例１及び事例２について、堤体１Ａの各部における最高温度の等分布図をそれぞれ図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す。これらの等分布図によれば、標高３５０ｍ付近及び３９０ｍ付近において最高温度が高い範囲が認められる。このうち、標高３５０ｍ付近については、事例２のほうが最高温度が低くなっている。具体的には、事例１では３５．５℃、事例２では３３．８℃であった。他の標高範囲については明確な違いが認められない。最高温度が最も低かったのは冬期打設に該当する標高３２０〜３３０ｍ付近であり、事例１で２２．８℃、事例２では２２．６℃であった。最高温度の最大値と最小値との差は、事例１では１２．７℃、事例２では１１．２℃である。これらのことから、事例２では最高温度と最低温度の差が小さく、最高温度が平準化されているといえる。
【００３８】
最小ひび割れ指数は、岩着部と標高３５０ｍ付近に値が小さい範囲が認められた。岩着部である標高３１５．５〜３１６．５ｍにおいては事例１が０．４８、事例２が０．５２を示した。標高３５３．５〜３５４．５ｍにおいては事例１が１．５１、事例２が１．６４を示した。いずれも事例２のほうが大きな値を示した。
【００３９】
（１−２）温度応力の抑制効果の検証
温度応力を抑制したことによる効果は、拘束度マトリックス法により算出することができる。以下、解析方法を示す。
【００４０】
上記有限要素法による温度解析から得られる最高温度上昇量と最終安定温度の差である温度降下量を最終温度降下量として入力条件に用いた。最終温度降下量は、有限要素法の場合と同様に、堤体１Ａの中心位置（図１中の破線）における値を採用した。
【００４１】
拘束度マトリックスは、堤体１Ａを高さ方向に２２層に分割したモデルとし、岩盤の弾性係数に対するコンクリートの弾性係数の比を６とした。
【００４２】
各リフトにおける最高温度を基に、拘束度マトリックス法によって求めた拘束温度ひずみと標高との関係を図３に示す。事例１及び事例２のいずれにおいても、許容拘束温度ひずみとされる１００μｍよりも小さな値となった。岩盤の拘束を受ける標高３１０〜３２０ｍ付近の拘束温度ひずみは、事例１で９２μ、事例２では７４μであり、事例２のほうが１８μ小さな値となった。夏期打設に該当する標高３５０ｍ付近の拘束温度ひずみは、事例１で５８μ、事例２では５４μであり、事例２のほうが４μ小さな値となった。いずれの場合も、拘束温度ひずみが正の値を示す場合、すなわち、ひび割れが生じやすい引張り応力が働く状況において、事例２のほうが拘束温度ひずみが小さくなっている。
【００４３】
（２）事例３及び事例４
ダムの堤体に関し、表２に示したサイクルを実施し、温度応力の抑制効果を検証した。事例３及び事例４ではいずれも、２月１７日を打設開始日とし、冬期における打上がり速度を夏期における打上がり速度よりも大きくした。また、夏期においては、リフト厚を冬期におけるリフト厚の半分とした。
【００４４】
事例３では７月１日〜８月３１日を夏期とし、１１月１５日〜３月１５日を冬期とした。事例４では６月１０日〜９月３０日を夏期とし、１１月１５日〜３月１５日を冬期とした。
事例３の平均気温：夏期２４．４℃、冬期６．５℃
事例４の平均気温：夏期２２．８℃、冬期６．３℃
【００４５】
【表２】
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【００４６】
（２−１）温度応力の解析
温度応力に関する解析は、事例１及び事例２と同様の手法で行った。
【００４７】
図４に示されたとおり、解析モデルはダムの堤体１Ｂの標準断面の二次元モデルとした。図中、堤体１Ｂの中心に示した破線は、解析の着目位置である。この位置は、外気と最も離れた位置であって堤体１Ｂの内部温度が最大となる部分である。堤体１Ｂは、ＲＣＤ工法を適用する内部コンクリート部分２が、富配合の外部コンクリート部分３によって覆われた構成となっている。
【００４８】
事例３及び事例４の堤体１Ｂの着工手順としては、低標高部を拡張レイヤーで施工した点が事例１及び事例２と異なっている。はじめに岩着部の高さ１．５ｍ（標高３１５．０〜３１６．５ｍ）を単位セメント量が２２０ｋｇ／ｍ３の岩着コンクリートで打設する。次に、１２ｍ分の高さ部分（標高３１６．５〜３２８．５ｍ）まで有スランプの内部コンクリート（拡張レイヤー５）にて打設した。次に、６８ｍ分の高さ部分（標高３２８．５〜３９６．５ｍ）について、単位セメント量が１３０ｋｇ／ｍ３の中庸熱フライアッシュセメントで内部コンクリート部分２を、単位セメント量が２２０ｋｇ／ｍ３の有スランプコンクリートで外部コンクリート部分３を打設する。次に、単位セメント量が１６０ｋｇ／ｍ３の有スランプの内部コンクリートで、高さ９ｍ分（標高３９６．５〜４０５．５ｍ）の拡張レイヤー４を打設する。最後に、天端標高（標高４１７ｍ）まで、単位セメント量が２２０ｋｇ／ｍ３の有スランプコンクリートを打設する（高さ１２ｍ）。
【００４９】
上記着工手順のなかで、事例３では、７月２１〜２８日では日中の打設を控えながらリフト厚１ｍで施工し、７月３０日〜８月３１日ではハーフリフト（リフト厚０．５ｍ）の夜間打設とした。その結果、８月の打設量が少なくなり、ハーフリフトは２リフトであった。これに対し、事例４における夏期施工では、ハーフリフトの対象リフトを１４リフトに増やした（標高３２８．５〜３３５．５ｍ）。
【００５０】
事例３及び事例４について、堤体１Ｂの各部における最高温度の等分布図をそれぞれ図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す。これらの等分布図によれば、事例３では夏期打設部分（標高３３０〜３５０ｍ付近）では最高温度が高いのに対し、事例４では当該部分を含め全体的に最高温度が一様となっている。夏期打設部分の最高温度は、事例３では３５．６℃、事例４では２９．６℃であった。冬期打設部分（標高３１４．５〜３２４．５ｍ）では事例３と事例４とで同程度の温度となっており、その最低値はそれぞれ２６．１℃、２６．２℃であった。最高温度の最大値と最小値との差は、事例３では９．５℃、事例４では３．４℃である。これらのことから、事例３では事例１よりも最高温度と最低温度の差が小さく、最高温度が平準化されているといえる。また、事例４では事例３よりも更にその傾向が強くなっているといえる。
【００５１】
最小ひび割れ指数は、岩着部と標高３３０〜３５０ｍ付近に値が小さい範囲が認められた。岩着部である標高３１５．５〜３１６．５ｍにおいては事例３が１．９０、事例４が３．２５を示した。標高３３０〜３５０ｍ付近においては、事例３が３．９２（標高３３４．５〜３３５．５ｍ）、事例４が２．７０（標高３３６．５〜３３７．５ｍ）を示した。
【００５２】
（２−２）温度応力の抑制効果の検証
事例１及び事例２と同様に解析した。
【００５３】
各リフトにおける最高温度を基に、拘束度マトリックス法によって求めた拘束温度ひずみと標高との関係を図６に示す。事例１及び事例２のいずれにおいても、許容拘束温度ひずみとされる１００μｍよりも小さな値となった。拘束温度ひずみの最大値は事例３及び事例４でいずれも標高３３０ｍ付近に確認され、それぞれ４７μ、３０μであった。いずれの値も事例１の拘束温度ひずみよりも小さな値となった。
【００５４】
（３）まとめ
事例１〜４で得られた数値を表３にまとめて示した。ここで「最小ひび割れ指数」は各事例における最小値を示しており、「拘束温度ひずみの最大値」は各事例における最大値を示している。
【００５５】
「最小ひび割れ指数」と「拘束温度ひずみの最大値」のいずれにおいても、「最高温度の最大値」よりも「最高温度の最大値を最小値の温度差」のほうとの相関が高くなっている。従って、水和熱によるダム堤体の最高温度を単に低くするよりも、最高温度を平準化することが温度応力の抑制に有効であることが分かる。
【００５６】
【表３】
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【００５７】
特に事例４は、冬期の打上げ速度が０．３８ｍ／日である。“公益社団法人土木学会編、『コンクリート標準示方書［ダムコンクリート編］』、２０１３年”によれば、「ダムコンクリートの打上がり速度が０．３ｍ／日を大きく上回ると、温度ひび割れが発生する可能性が高くなる」と示されている。本実施形態の構築方法によりダム堤体全体の温度を平準化すれば、打上がり速度を０．３ｍ／日を超えて大きくしても、温度ひび割れのリスクを低減することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１Ａ，１Ｂ…堤体、２…内部コンクリート部分、３…外部コンクリート部分、４，５…拡張レイヤー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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