(57)【要約】【課題】桁サイズの縮小、発生土の低減、杭支持力の確保、桁の軽量化等を実現した立体ラーメン式高架構造を提案する。【解決手段】柱部材としてのコンクリート充填鋼管柱からなる鋼製柱３の下部を、地中に打設した鋼管ソイルセメント杭または回転圧入杭からなる鋼管杭４に差し込み、該差し込み部に充填する接合コンクリートにより前記鋼製柱３と鋼管杭４を一体化することで橋脚２を構築すると共に、橋軸直角方向に隣接する前記鋼製柱３に鋼製の枕梁用横桁１３を結合し、橋軸方向に隣接す枕梁用横桁１３に鋼製桁１４を結合したことを特徴とする。【選択図】  図１
2004156292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱部材としての鋼製柱の下部を地中に埋設した鋼管杭に差し込み、該差し込み部に充填する接合コンクリートにより前記両部材を一体化することで橋脚を構築すると共に、橋軸直角方向に隣接する前記鋼製柱に鋼製横桁を結合し、橋軸方向に隣接する前記鋼製横桁に鋼製桁を結合したことを特徴とする立体ラーメン式高架構造。
【請求項２】
前記鋼製柱をコンクリート充填鋼管柱で構成したことを特徴とする請求項１記載の立体ラーメン式高架構造。
【請求項３】
前記鋼管杭を鋼管ソイルセメント杭で構成したことを特徴とする請求項１または２記載の立体ラーメン式高架構造。
【請求項４】
前記鋼管杭を回転圧入鋼管杭で構成したことを特徴とする請求項１または２記載の立体ラーメン式高架構造。
【請求項５】
前記鋼管杭と鋼製柱を１杭１柱の対応関係に設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の立体ラーメン式高架構造。
【請求項６】
橋軸方向に延長する複数の鋼製桁の各桁間に間隔をおいて鋼製の枕梁用横桁を結合することで枕梁用鋼殻を構成し、この枕梁用鋼殻に前記鋼製柱の上端を挿入するように配置し、前記鋼製柱の上端に充填されたコンクリートによって枕梁用鋼殻と鋼製柱が結合されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の立体ラーメン式高架構造。
【請求項７】
鋼製横桁を、上面が開放されている箱状枠体からなる枕梁用鋼殻で構成し、該枕梁用鋼殻の上部に橋軸方向に延長する複数の鋼製桁を固着すると共に、該枕梁用鋼殻の底部を貫通して鋼殻内部に鋼製柱の上端を挿入し、枕梁用鋼殻内および鋼製柱の上端に充填されたコンクリートによって枕梁用鋼殻と鋼製柱が結合されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の立体ラーメン式高架構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路や鉄道の立体ラーメン式高架構造、すなわち鋼製立体交差構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、立体ラーメン形式の高架橋は、経済性の面より、鉄筋コンクリート構造が主に採用されている。従来構造では、耐震性能を持たせようとすると部材寸法が大きくなるなどの問題点がある。これらの問題点を解決する構造として、例えば、特許文献１に開示の技術がある。この特許文献１に開示の技術は、柱部材としてのコンクリート充填鋼管柱の下部を、場所打ち杭の上部に一体に形成した合成鋼管杭に定着させるとともに、橋軸方向に隣接するコンクリート充填鋼管柱間に縦桁部材としての中空断面あるいは開断面の鉄筋コンクリート梁を架設する。
【０００３】
前記構造により、上部構造の重量を軽減するとともに、下部構造の定着方法に特定の方法を採用すること等によりせん断破壊の抑制、高い靭性の確保及び地中梁の省略を図ることができるというものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１６４５１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の立体ラーメン高架構造では、基礎杭が場所打ち杭に限定されているため、杭部分の剛性が大きく、桁の変形を拘束しやすい欠点がある。立体ラーメン構造では、温度変化によって桁が伸縮しようとするのを、柱、ならびに杭によって拘束しようとする。柱および杭が比較的剛な場合、桁の伸縮が拘束され、軸力が拘束力として桁に作用する。このため、柱、杭の拘束、すなわち剛性が大きくなるほど、温度変化により桁に作用する軸力が大きくなり、桁サイズが大きくなるという欠点を有する。
【０００６】
また、従来の立体ラーメン構造では、場所打ち杭の頭部に改めて合成鋼管杭を築造する必要があり、施工の効率、経済性の面で問題がある。さらに、場所打ち杭では、杭を築造するために現地土の掘削が必要になり、このために廃土が発生し、その処理に問題を抱えている。
【０００７】
本発明が達成しようとする狙いは、従来技術を改良するもので、桁サイズの縮小、発生土の低減、杭支持力の確保、桁の軽量化等を実現した立体ラーメン式高架構造の提供である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明は次のように構成する。
【０００９】
第１の発明は、柱部材としての鋼製柱の下部を地中に埋設した鋼管杭に差し込み、該差し込み部に充填する接合コンクリートにより前記両部材を一体化することで橋脚を構築すると共に、橋軸直角方向に隣接する前記鋼製柱に鋼製横桁を結合し、橋軸方向に隣接する前記鋼製横桁に鋼製桁を結合したことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記橋脚をコンクリート充填鋼管柱で構成したことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記鋼管杭を鋼管ソイルセメント杭で構成したことを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明において、前記鋼管杭を回転圧入鋼管杭で構成したことを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明において、前記鋼管杭と鋼製柱を１杭１柱の対応関係に設けたことを特徴とする。
【００１４】
第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明において、橋軸方向に延長する複数の鋼製桁の各桁間に間隔をおいて鋼製の枕梁用横桁を結合することで枕梁用鋼殻を構成し、この枕梁用鋼殻に前記鋼製柱の上端を挿入するように配置し、前記鋼製柱の上端に充填されたコンクリートによって枕梁用鋼殻と鋼製柱が結合されていることを特徴とする。
【００１５】
第７の発明は、第１〜第５のいずれかの発明において、鋼製横桁を、上面が開放されている箱状枠体からなる枕梁用鋼殻で構成し、該枕梁用鋼殻の上部に橋軸方向に延長する複数の鋼製桁を固着すると共に、該枕梁用鋼殻の底部を貫通して鋼殻内部に鋼製柱の上端を挿入し、枕梁用鋼殻内および鋼製柱の上端に充填されたコンクリートによって枕梁用鋼殻と鋼製柱が結合されていることを特徴とする。
【００１６】
【作用】
全体系を一体化した立体ラーメン高架構造において、橋脚の基礎杭が場所打ち杭であると、杭部分の剛性が大きく、温度変化による桁の伸縮に対する拘束が大きくなる欠点があるが、本発明では、橋脚の杭基礎に鋼管杭を用いると共に、１柱１基礎杭形式としたことによって、桁の温度による伸縮に対する拘束が小さくなる。このため桁のサイズを小さくできる。
【００１７】
また、杭基礎を鋼管杭とした場合、支持力の不足が懸念されるが、支持力の大きく取れる鋼管ソイルセメント杭、あるいは回転圧入杭などを用いることにより、所期の支持力を確保するとともに、これらの鋼管杭は、現場での発生土が少ないか、または、全く発生せず、したがって、廃土の処理問題を解決することができる。さらに、鋼管杭と鋼製柱の接合部に、コンクリート充填結合方式を用いたことにより、施工誤差の吸収が容易になる。さらに、桁を鋼製桁としたことにより高架構造が軽量化され、耐震性能の向上が図れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００１９】
図１〜図７は、本発明の立体ラーメン式高架構造を鉄道高架橋１に適用した例を示す。この鉄道高架橋１の橋脚２は、鋼製柱３の下部を杭基礎である鋼管杭４に接合して構成される。鋼製柱３は、例えばコンクリート充填鋼管柱（ＣＦＴ柱）で構成さる。また鋼管杭４は、例えば、鋼管ソイルセメント杭あるいは、回転圧入杭で構成する。
【００２０】
鋼管杭４についてさらに説明する。杭基礎を鋼管杭とした場合、通常の鋼管杭では、支持力の不足が懸念されるが、鋼管ソイルセメント杭あるいは回転圧入杭は、通常の鋼管杭に比べて支持力を大きく取ることができることに鑑みて、本実施形態では、鋼管杭４を鋼管ソイルセメント杭４ａ（図２）あるいは回転圧入杭４ｂ（図３）で構成することで、高架構造の橋脚に必要な支持力を確保している。
【００２１】
鋼管杭４が、図２に示す鋼管ソイルセメント杭４ａの場合は、現地地盤にセメントミルクを注入・混合撹拌ソイルセメント柱７を造成すると同時に、該鋼管杭４ａを回転埋設する。鋼管ソイルセメント杭４ａには上部接合範囲（Ｌ）の部分を残してソイルセメント８が充填されている。この鋼管ソイルセメント杭４ａの場合は、該鋼管杭４ａとソイルセメント柱７が一体化されるので上部の荷重を確実に支持できる。
【００２２】
また、図３ｂに示す回転圧入杭４ｂの場合は、鋼管本体４ｃの先端に回転翼４ｄを有しており、杭施工機械により鋼管本体４ｃを回転させることで、回転翼４ｄが地盤５を撹乱しながら回転圧入される。
【００２３】
回転圧入杭４ｂの場合は、鋼管本体４ｃの外側に出っ張った回転翼４ｄの面積の大きさで回転圧入杭４ｂに掛る荷重を支持する。また、回転圧入杭４ｂの回転圧入時に回転翼４ｄが直径（Ｄ）の範囲の地盤５を撹乱軟化することで、鋼管本体４ｃの周辺地盤に撹乱層１０が形成され、この撹乱層１０が軟地盤化しているため、回転圧入杭４ｂに水平方向の力が作用した時、この撹乱層１０によって大きな反力を生じることなしに水平変位を吸収できる。
【００２４】
前記鋼管ソイルセメント杭４ａと回転圧入杭４ｂのいずれの場合も、場所打ち杭に比べて、現場での発生土はきわめて少ないか、または全く発生せず、したがって、廃土処理のためのダンプ搬送に伴う交通公害、環境問題などの発生が少ない。
【００２５】
鋼製柱３と鋼管杭４との接合は、図２または図３に示すように、差し込み接合構造とする。各図に示すように、接合範囲（Ｌ）の鋼管内接合部空間に鋼製柱３の下部を所定の深さ挿入し、所定位置に鋼製柱３の下部を仮保持したうえ、鋼製柱３の下端の抜け止め用プレート１１が埋設されるように、鋼管内接合部空間に接合用コンクリート１２を充填する。鋼製柱３の下端に固着した抜け止め用プレート１１が存在することで、接合用コンクリート１２が硬化することにより、鋼管杭４と鋼製柱３は一体化する。前記のコンクリート充填方式による結合構造とすることで、鋼管杭４と鋼製柱３相互の接合誤差の吸収が容易になる。
【００２６】
前記のように構成された橋脚２は、高架橋の予定路線に沿って橋軸直角方向に複数間隔をおいて並列され、この並列の組が橋軸方向に所定の間隔をおいて多数組立設される。複数の橋脚２と高架桁との結合構造は、図４、図５に示す結合構造（第１例）または、図６、図７に示す結合構造（第２例）とされる。以下、第１例と第２例の詳細を順に説明する。
【００２７】
図４、図５に示す結合構造の第１例において、橋軸方向に延長する鋼製桁１４が橋脚２を両側から挟むように２本１組で平行に配置されており、鋼製桁１４の上に高架橋の床版１５が構築されている。図４の例では、４本２組の鋼製桁１４で床版１５が支持されている。
【００２８】
各鋼製桁１４の間は、橋軸方向に所定の間隔をあけて２本１組で平行に配置したＨ形鋼製の枕梁用横桁１３が溶接又はボルト接合されおり、枕梁用横桁１３と鋼製桁１４で矩形に取囲まれる範囲が枕梁用鋼殻１６として構成される。枕梁用横桁１３は、桁高さが鋼製桁１４のウェブ高さと同等あるいは若干短く設定されたＨ形鋼あるいはＩ形断面の桁構造であり、鋼製桁１４の橋軸直角方向のスパンで切断されている。なお、枕梁用横桁１３は、フランジにより充填コンクリートの抜け出しを防ぐ効果も期待されるので、枕梁用横桁１３としては、Ｈ形鋼あるいはＩ形断面の桁構造だけでなく、溝形（コ字状）部材を用いてもよい。
【００２９】
こうして橋軸直角方向に形成される複数の枕梁用鋼殻１６のうち、左右両側の枕梁用鋼殻１６内に鋼製柱３の上部が挿入されており、さらに鋼製桁１４と枕梁用横桁１３とで囲まれた各枕梁用鋼殻１６内には、コンクリート１７が充填されている
【００３０】
枕梁用鋼殻１６に挿入されている鋼製柱３の上端は開口しており、その内部にコンクリートが充填可能になっている。なお、鋼製柱３をコンクリート充填鋼管としない場合には、係止部付きの落し蓋２２を鋼管橋脚内に挿入して、鋼製柱３の上端部のみにコンクリート１７を充填するようにするとよい。
【００３１】
第１例では、鋼製桁１４に枕梁用横桁１３を溶接またはボルト接合して枕梁用鋼殻１６が構成され、枕梁用鋼殻１６と鋼製柱３と床版１５とが、枕梁用鋼殻１６内および鋼製柱３の上端部に充填されたコンクリート１７によって一体化されて、鋼製桁１４と鋼製柱３とが剛結合される。また第１例では、鋼製柱３に中空鋼管またはコンクリート充填鋼管を用いているので通常のＲＣ橋脚などと比べて温度変化等によって鋼製桁１４の発生する軸力が低減されている。また、枕梁のコンクリート１７は、枕梁用鋼殻１６で拘束されているので、高い耐荷性能を得ることができる。
【００３２】
第１例では、鋼製桁１４と鋼製柱３との力の伝達は、枕梁用鋼殻１６内のコンクリート１７を介してなされるので、枕梁用鋼殻１６における橋脚接合部１８内には、コンクリート１７との結合強度を向上させ、せん断抵抗を増大させるためのずれ止めを設けることが望ましい。例えば、図４、図５においては、鋼製桁１４のフランジには、開孔鋼板２０がずれ止めとして設けられている。また、鋼製桁１４の上フランジの上面にはスタッド２１が溶植されている。さらに、枕梁用鋼殻１６内における鋼製柱３の外周面には鉄筋または丸鋼や平鋼１９などが溶接されている。
【００３３】
図３、図４に示す鋼製桁１４と鋼製柱３との剛結合構造を用いた高架橋の構築手順を説明する。
【００３４】
▲１▼鋼製柱３を基礎の鋼管杭４上に立設した後、高架橋の作業足場を構築する。▲２▼鋼製桁１４や枕梁用横桁１３をクレーンで運び上げ、枕梁用鋼殻１６を組立てる。そして、鋼製桁１４および枕梁用鋼殻１６を所定位置で仮支持する。なお、第１例では、枕梁用鋼殻１６と鋼製柱３とを枕梁用のコンクリート１７で間接的に結合するため、枕梁用鋼殻１６と鋼製柱３との位置決め、接合には高い施工精度が要求されない。
【００３５】
▲３▼枕梁用鋼殻１６の下面に型枠を配置して、枕梁用鋼殻１６と鋼製柱３にコンクリート１７を充填する。第１例では、枕梁へのコンクリート打設時に鋼殻１６が型枠として機能するため、型枠設置作業を簡略化できる。
▲４▼高架橋の床版１５を形成するために型枠を設置し、型枠内に配筋した後、型枠内にコンクリート１７を充填して、高架橋が構築される。
【００３６】
前記一連の作業により、枕梁用鋼殻１６と一体化したコンクリート製の枕梁により、鋼製桁１４と、鋼製柱３と、床版１５とが剛結合された高架橋が完成する。
【００３７】
次に、図６、図７は、第２例における鋼製桁１４と鋼製柱３との剛結合構造を示した図であり、各図を参照して、実施形態１と共通要素には共通符号を付して説明する。この第２例では、枕梁用鋼殻１６ａが上面が開放されている鋼製の箱状枠体で構成され、その底面に開設された挿通孔を通して鋼製柱３の上部が枕梁用鋼殻１６ａに挿入されている。また、枕梁用鋼殻１６ａ内において、挿通孔の両側には、橋軸方向に沿って補強板１６ｂが直立している。
【００３８】
また、鋼製柱３が挿入された枕梁用鋼殻１６ａの上に鋼製桁１４が交差しており、鋼製桁１４の上に床版１５が構築されている。枕梁用鋼殻１６ａと鋼製桁１４と床版１５とは、コンクリート１７によって一体化されており、鋼製桁１４と、鋼製柱３と、床版１５とが剛結合されている。鋼製桁１４の枕梁用鋼殻１６ａとの交差部では、鋼製桁１４の上フランジの上面および鋼製桁１４の下フランジの下面に開孔鋼板２０がずれ止めとして溶接されている。第２例でも、鋼製柱３に中空鋼管またはコンクリート充填鋼管を用いているので、温度変化等により鋼製桁に発生する軸力が低減されている。また、枕梁のコンクリート１７は、箱状枠体からなる枕梁用鋼殻１６ａで拘束されているので高い耐荷性能を得ることができる。なお、図６、図７のように補強板１６ｂの直上に鋼製桁１４を配置する必要は必ずしもなく、鋼製桁１４と補強板１６ｂとをずらして配置してもよい。
【００３９】
図６、図７に示す、鋼製桁１４と鋼製柱３との剛結合構造を用いた高架橋の構築手順を説明する。
【００４０】
▲１▼鋼製柱３を基礎上に立設した後、高架橋の作業足場を構築する。
▲２▼枕梁用鋼殻１６ａをクレーンで運び上げ、枕梁用鋼殻１６ａの挿通孔に鋼製柱３を挿入して、鋼製柱３の上部で、枕梁用鋼殻１６ａを仮支持する。なお、第２例では、枕梁用鋼殻１６ａの挿通孔は、鋼製柱３の直径よりも大径であるため、この作業で施工精度が要求されることはない。
▲３▼枕梁用鋼殻１６ａの下面に型枠を配置して、枕梁用鋼殻１６ａと鋼製柱３にコンクリート７を充填する。このとき、箱状枠体製の枕梁用鋼殻１６ａが型枠として機能するため、型枠設置作業を簡略化できる。その後、枕梁用鋼殻１６ａの上に鋼製桁１４をクレーンで配置する。
【００４１】
▲４▼枕梁用鋼殻１６ａの上と高架橋の床版部分に型枠を設置し、型枠内に配筋した後、型枠内にコンクリート１７を充填する。これにより高架橋の床版１５とともに枕梁が構築される。
【００４２】
前記一連の作業により、枕梁用鋼殻１６ａと一体化したコンクリート製の枕梁により、鋼製桁１４と、鋼管橋脚２と、床版１５とが剛結合された高架橋が完成する
【００４３】
なお、実施形態で示した構成を適宜設計変更して実施することは、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る立体ラーメン式高架構造における橋脚を、鋼製柱に鋼管杭を接合して構成したことで次の効果がある。従来のように橋脚の基礎杭が場所打ち杭であると、杭部分の剛性が大きく、温度変化による桁の伸縮に対する拘束が大きくなる欠点があるが、本発明では、橋脚の杭基礎に鋼管杭を用いると共に、１柱１基礎杭形式としたことによって、桁の温度による伸縮に対する拘束が小さくなり、それにより桁のサイズを小さくできる。また、杭基礎を鋼管杭とした場合、支持力の不足が懸念されるが、支持力の大きく取れる鋼管ソイルセメント杭、あるいは回転圧入杭などを用いることにより、所期の支持力を確保できると共に、杭本体の周辺地盤に形成される軟化地盤により水平力にたいする鋼管杭の柔軟性をより一層確保できる。さらに、これらの鋼管杭は現場での発生土が少ないか、または、全く発生せず、したがって、廃土の処理問題を解決することができる。
【００４５】
また、鋼管杭と鋼製柱の接合部に、コンクリート充填結合方式を用いたことにより、施工誤差の吸収が容易になる。さらに、鋼製柱を用いることで、構造物の占有スペースを減らすことができスリムな構造となるので、マッシブなコンクリート構造に比べて、高架構造の軽量化、コストダウンが実現され、さらに美観に優れるなどの効果もある。またさらに、桁を鋼製桁としたことにより高架構造が軽量化され、耐震性能の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る立体ラーメン式高架橋の斜視図である。
【図２】図１における橋脚のＡ部、つまり鋼製柱と鋼管杭（鋼管ソイルセメント杭）の接合部の断面図である。
【図３】図２の変更例として、鋼管杭を回転圧入杭で構成した例の断面図である。
【図４】橋脚と鋼製桁との剛結合構造の第１例の横断面斜視図である。
【図５】（ａ）は、図４における橋軸直角方向の一部断面図、（ｂ）は、同（ａ）のＣ−Ｃ（橋軸直角方向）断面図である。
【図６】橋脚と鋼製桁との剛結合構造の第２例の横断面斜視図である。
【図７】（ａ）は、図６における第２例の橋軸直角方向の一部断面図、（ｂ）は、同（ａ）のＥ−Ｅ（橋軸直角方向）断面図である。
【符号の説明】
１  鉄道高架橋
２  橋脚
３  鋼製柱
４  鋼管杭
４ａ  鋼管ソイルセメント杭
４ｂ  回転圧入杭
５  地盤
６  杭孔
７  ソイルセメント柱
８  ソイルセメント
１０  撹乱層
１１  抜け止めプレート
１２  接合用コンクリート
１３  枕梁用横桁
１４  鋼製桁
１５  床版
１６  枕梁用鋼殻
１６ａ  枕梁用鋼殻
１７  コンクリート
１８  橋脚接合部
１９  鉄筋または丸鋼、平鋼
２０  開孔鋼板
２１  スタッド
２２  落し蓋
【図１】
2004156292.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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【図６】
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【図７】
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