(57)【要約】【課題】既設の矩形断面地中構造物の補強に、大掛かりな工事を必要としない、矩形断面地中構造物の補強構造およびこの補強方法を提供することを目的とする。【解決手段】既設の矩形断面地中構造物１０の上床版１１と下床版１２とを連結する壁面１３、１４に設けた長手方向が上下方向となるスリット２０と、前記スリット２０内に挿入する板状鋼材３０と、前記スリット２０と前記板状鋼材３０との間に注入する補強充填材４０と、からなり、前記補強充填材４０をもって前記板状鋼材３０と前記既設矩形断面地中構造物１０を一体化することを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設の矩形断面地中構造物の上床版と下床版とを連結する壁面に設けた長手方向が上下方向となるスリットと、
前記スリット内に挿入する板状鋼材と、
前記スリットと前記板状鋼材との間に注入する補強充填材と、からなり、
前記補強充填材をもって前記板状鋼材と前記矩形断面地中構造物を一体化したことを特徴とする、
矩形断面地中構造物の補強構造。
【請求項２】
請求項１に記載する矩形断面地中構造物の補強構造において、
前記壁に矩形断面地中構造物の中空部に設けた中壁が含まれることを特徴とした、
矩形断面地中構造物の補強構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する矩形断面地中構造物の補強構造において、
前記板状鋼材の長手方向に伸びる端部に沿って、前記板状鋼材の面と交差する方向に拡がる翼部を設けたことを特徴とする、
矩形断面地中構造物の補強構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載する矩形断面地中構造物の補強構造において、
前記板状鋼材の上下端部に、前記板状鋼材の上下方向と交差する方向に張出した張出部を設けたことを特徴とする、
矩形断面地中構造物の補強構造。
【請求項５】
請求項４に記載する矩形断面地中構造物の補強構造において、
前記張出部を矩形断面地中構造物の中空部へ向けて形成し、前記張出部と前記矩形断面地中構造物のハンチ部とを定着手段で定着し、固結材をもって前記矩形断面地中構造物と一体化したことを特徴とする、
矩形断面地中構造物の補強構造。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載する矩形断面地中構造物の補強構造を構築する補強方法において、
既設の矩形断面地中構造物の上床版と下床版とを連結する壁面に、長手方向が上下方向となるスリットを形成し、
前記スリット内に前記板状鋼材を挿入し、
前記スリットと前記板状鋼材との間に補強充填材を注入して固結し、前記矩形断面地中構造物を補強することを特徴とする、
矩形断面地中構造物の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、矩形断面地中構造物の補強構造および補強方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路や鉄道、地下鉄、水路、下水道、通路、電力・ガス共同溝など矩形断面を有するトンネルやボックスカルバートなどは、図８に示すように上床版ｂ、下床版ｃおよび両側壁ｄ、ｄとからボックス状に形成され、幅広の矩形断面地中構造物ａにあっては、中空部ｅを左右に両断する中壁ｆを備えたタイプの矩形断面地中構造物ａもある。
【０００３】
地下に配置された矩形断面地中構造物ａは、地震時に幅方向に剪断変形する周辺地盤によって強制的に変形させられ、中柱や中壁ｆを有する場合には床版ｂ、ｃとの接合部に、またそれらを有しない場合には床版ｂ、ｃと側壁ｄ、ｄとの接合部に、最初に過大な剪断力と曲げモーメントが働き、該部分から圧縮破壊、もしくは剪断破壊して上床版ｂ上の鉛直荷重を支持する能力を失い、矩形断面地中構造物ａ全体の崩壊に至る。
【０００４】
そのため、従来からこれを回避する方法として、たとえばあらかじめ矩形断面地中構造物ａの中壁ｆや中柱に鋼材ダンパｇを組み込んだり、また既設の矩形断面地中構造物ａに対しては、側壁ｄ、ｄや中壁ｆあるいは中柱に、既設鉄筋コンクリート構造体の剪断または曲げ耐力の補強として一般的に知られている、帯鉄筋の追加を含んだＲＣの打ち増し、或いは鋼板巻きなどの方法によって、耐力を増大させることが行われてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した従来の既設の矩形断面地中構造物の補強構造にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞あらかじめ設置して用いる鋼材ダンパを、既設矩形断面地中構造物にあとづけする場合、非常に大掛かりな工事になってしまい、また中柱や中壁のみに鋼材ダンパを配置しても矩形断面地中構造物全体の耐震性能を大きく向上させることには繋がらない。
＜ロ＞ＲＣの打ち増し、或いは補強鋼板の設置による補強は、断面を増大させることで崩壊を防止するため、矩形断面地中構造物の建築限界により制限を受けることもあって補強効果、特に横断方向の剪断補強効果に限界がある。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、補強工事が大掛かりとならず、矩形断面地中構造物全体の耐震性能を向上させることができる、矩形断面地中構造物の補強構造および補強方法を提供することを目的とする。
また、矩形断面地中構造物の建築限界による制限を受けることなく、剪断耐力を大幅に向上させることができる、矩形断面地中構造物の補強構造および補強方法を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の矩形断面地中構造物の補強構造は、既設の矩形断面地中構造物の上床版と下床版とを連結する壁面に設けた長手方向が上下方向となるスリットと、前記スリット内に挿入する板状鋼材と、前記スリットと前記板状鋼材との間に注入する補強充填材と、からなり、前記補強充填材をもって前記板状鋼材と前記矩形断面地中構造物を一体化したことを特徴とするものである。
ここで、矩形断面地中構造物とは、道路や鉄道トンネル（開削、沈埋など）、下水道トンネル、水路トンネル、地下駐車場、地下駅舎、地下通路、電力・ガス・通信用共同溝、ボックスカルバートなどに、適用対象となる構造物をいう。
また、スリットの長手方向が形成される上下方向とは、上床版と下床版とを結ぶ方向をいい、上下床版とスリットが垂直に形成されている場合に限らず、たとえば矩形断面地中構造物が傾斜して配設されている場合に、スリットの長手方向が鉛直に形成される場合を含む。
また、板状鋼材は、スリット内にその一部を挿入してあればよく、全体が挿入されている必要はない。
【０００８】
また、本発明の矩形断面地中構造物の補強構造は、前記した矩形断面地中構造物の補強構造において、前記壁に矩形断面地中構造物の中空部に設けた中壁が含まれることを特徴としたものである。
ここで、中壁には矩形断面地中構造物の軸方向に、断続して形成される壁も含み、たとえば柱状に形成するものも含む。
【０００９】
また、矩形断面地中構造物の補強構造は、前記した矩形断面地中構造物の補強構造において、前記板状鋼材の長手方向に伸びる端部に沿って、前記板状鋼材の面と交差する方向に拡がる翼部を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、矩形断面地中構造物の補強構造は、前記した矩形断面地中構造物の補強構造において、前記板状鋼材の上下端部に、前記板状鋼材の上下方向と交差する方向に張出した張出部を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、矩形断面地中構造物の補強構造は、前記した矩形断面地中構造物の補強構造において、前記張出部を矩形断面地中構造物の中空部へ向けて前記板状鋼材の板幅より長く形成し、前記張出部と前記矩形断面地中構造物のハンチ部とを定着手段で定着し、固結材をもって前記矩形断面地中構造物と一体化したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記した矩形断面地中構造物の補強構造を構築する補強方法において、既設の矩形断面地中構造物の上床版と下床版とを連結する壁面に、長手方向が上下方向となるスリットを形成し、前記スリット内に前記板状鋼材を挿入し、前記スリットと前記板状鋼材との間に補強充填材を注入して固結し、前記矩形断面地中構造物を補強することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態１】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
なお、説明中で使用する「上・下」は図１に基づく。
【００１４】
＜イ＞全体構造
図１に矩形断面地中構造物１０の補強構造の一例を示す。
本発明は、上床版１１、下床版１２、側壁１３、１３および中壁１４からなる既設の矩形断面地中構造物１０の、上床版１１と下床版１２とを連結する側壁１３、１３および中壁１４を補強し、矩形断面地中構造物１０全体の横方向の剪断耐力を大幅に向上させるものである。
補強構造は、矩形断面地中構造物１０の軸方向に間隔をおいて設置する。
補強構造は、矩形断面地中構造物１０の中空部から外方向に向けて側壁１３、１３および中壁１４に設けた長手方向が上下方向となるスリット２０ａ、２０ｂと、スリット２０ａ、２０ｂ内に挿入する板状鋼材３０ａ、３０ｂと、スリット２０ａ、２０ｂと板状鋼材３０ａ、３０ｂとの間に注入する補強充填材４０とからなり、補強充填材４０をもって板状鋼材３０ａ、３０ｂと既設矩形断面地中構造物１０とを一体化して構成するものである。
なお、矩形断面地中構造物１０は、道路や鉄道トンネル（開削、沈埋など）、下水道トンネル、水路トンネル、地下駐車場、地下駅舎、地下通路、電力・ガス・通信用共同溝、ボックスカルバートなどに、適用対象の構造物である。
以下、各部材について詳述する。
【００１５】
＜ロ＞スリット
スリット２０は、図１に示すように既設矩形断面地中構造物１０の壁面１３、１４に対して、矩形断面地中構造物１０の中空部から矩形断面地中構造物１０の外方向に向けて形成する、矩形断面地中構造物１０の外周を貫通しない空隙である。
スリット２０の形状は、壁面１３、１４の上下方向を長手方向、矩形断面地中構造物１０の壁厚方向を深さ方向、そして矩形断面地中構造物１０の軸方向を幅方向、の寸法としてあらわすことができ、いずれの寸法も板状鋼材３０のすくなくとも一部を挿入できる寸法に形成する。
【００１６】
スリット２０の長手方向は、上床版１１と下床版１２とを垂直に結ぶ方向にかぎらず、たとえば矩形断面地中構造物１０が地盤に対して斜めに配設されている場合には、スリット２０を鉛直方向、すなわち矩形断面地中構造物１０の軸方向に対して斜めに形成してもよい。
【００１７】
両側壁１３、１３に形成するスリット２０ａは（図２（ａ））、側壁１３（幅厚Ｌ３）を貫通しないように形成し、このときの側壁１３の残り厚さを、１０〜１５ｃｍ程度は残すのが好ましい。
また中壁１４へ形成する貫通スリット２０ｂは（図３（ａ））、中壁１４を貫通して形成する。
スリット２０の開削した面は平滑である必要はなく、図４に示すように凹凸状としてもよい。また、スリット２０の壁面への開口形状は、長方形である場合に限らない。
【００１８】
＜ハ＞板状鋼材
板状鋼材３０は、矩形断面地中構造物１０の壁面１３、１４に配置して、矩形断面地中構造物１０の外側から及ぶ曲げモーメントまたは剪断力に対し、鋼材特有の粘性をもって抵抗し、さらには設計想定以上の地震を受けたときの崩壊も防止する。
板状鋼材３０は、たとえば基部３１を平鋼で構成して、基部３１の長手方向に伸びる端部に沿って、基部３１の形成面と交差する方向へ拡がる翼部３２を設ける。
翼部３２は、基部３１の端部に沿って両端（図３（ｂ））、或いは片端（図２（ｂ））のみに設けて、板状鋼材３の断面形状をＨ型、若しくはＴ型とする。また翼部３２は基部３１を中心として左右に拡がる形態とせず、右若しくは左の何れか一方のみに拡がる形態とし、これを二枚背中合わせにして用いてもよい（図５（ａ））。
さらに、翼部３２の張出し長さを、前述したスリット２０の開口幅より短く形成することで、断面Ｉ型（図５（ｃ））となった板状鋼材３０の全体を、スリット２０内に納めることができ、これによって壁面より全く突出しない補強構造にすることができる。
また、図４のように、両側で翼部３２の長さを変えてもよい。
【００１９】
板状鋼材３０を断面Ｈ型に形成する場合、片方の翼部３３を別体で構成してもよい。
この場合の連結方法としては、図３（ｂ）に示すように、基部３１の端面に一定間隔をおいて螺着部３４、３４・・を設け、脱着側の翼部３３に螺着部３４のピッチに合わせた孔３６を穿設しておき、孔３６を通じてこれらをボルト３５で連結するとよい。
また、翼部３３は熔接によって連結させる形態としたり、さらには図５（ｂ）に示すように、板状鋼材３０の片端の翼部３３をスリット２０幅より小さく形成してスリット２０の反対側から突出し、これに横鉄筋を配置した後、かぶりモルタルを打設して、翼部３３としてもよい。
【００２０】
なお、翼部３２を基部３１の上端部の一部を除いた長さとして、後述する補強充填材４０の注入口として利用してもよい。
また、板状鋼材３０は、翼部３２を備えずに基部３１だけからなる、断面一文字の板状鋼材３０を採用することもできる。
【００２１】
以上、基部３１の長手方向に伸びる端部に沿って、基部３１面と交差する方向に拡がる翼部３２を備えた形態の板状鋼材３０を中心に説明したが、板状鋼材３０はこの形態に限定されることなく、基部３１の上下端部に板状鋼材３０の上下方向と交差する張出部５０、５０を設けることもでき、この形態については、実施の形態２および３で詳述する。
【００２２】
＜ニ＞補強充填材
補強充填材４０は、スリット２０と板状鋼材３０との間隙に注入して、固結させ、板状鋼材３０と矩形断面地中構造物１０とを一体化するもので、たとえば、セメントミルク、モルタル、コンクリート、樹脂系の接着剤などを用いる。
なお、補強充填材４０は上記したものに限らず、矩形断面地中構造物１０の側面に形成したスリット２０とスリット２０内部に挿入した板状鋼材３０とを一体にできるものであれば特に問わない。
【００２３】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の矩形断面地中構造物の補強構造および補強方法について説明する。
【００２４】
＜イ＞  スリットの形成
地下に配置する既設の矩形断面地中構造物１０の壁面１３、１４、１３に、スリット２０ａ、２０ｂ、２０ａを設ける位置等を決定する。
矩形断面地中構造物１０の耐力は、スリット２０のピッチによって増減することができる。
スリット２０は、矩形断面地中構造物１０の軸方向に（０．５〜１．５）×Ｂの間隔で設ける（Ｂは矩形断面地中構造物１０の横断方向の全幅）。
位置を決定した後、カッター、ウォータージェット、またはボーリング機械等の公知の機械を用いてスリット２０を形成する。
【００２５】
中壁１４には、壁を貫通し両中空部を連結する貫通スリット２０ｂを形成し、側壁１３には中空部から壁厚の途中までの深さを有するスリット２０ａを形成する。
このとき、スリット２０ａ、２０ｂの内面を凹凸状に形成すると、補強充填材４０と側壁１３、１４との間に高い摩擦を期待することができる。
【００２６】
＜ロ＞板状鋼材の配置
側壁１３に対して刻設したスリット２０ａには、Ｔ型の板状鋼板３１を定着させる（図２（ｂ））。
中壁１４に形成した貫通スリット２０ｂには、翼部３２の一方を分離可能に構成したＨ型鋼板３０ｂの、基部３１を有する部材を先に配置する（図３（ｂ））。
基部３１をスリット２０ｂの奥まで差し込み、スリット２０ｂの開口部に翼部３２を当接させ、Ｈ型鋼板３０ｂの位置決めを行う。
基部３１の先端に配する螺着部３４に、翼部３３の孔３６を一致させ、ボルト３５を順番に締め付けて、断面Ｈ型に形成し、Ｈ型鋼板３０ｂを中壁１４に配置する。
このとき、スリット２０ｂの開口が翼部３２、３３によって閉塞可能に設計しておけば、補強充填材４０を注入した際の型枠の代用となり、経済的である。
【００２７】
＜ハ＞補強充填材の注入
スリット２０ａとＴ型鋼板３０ａとの間隙、および貫通スリット２０ｂとＨ型鋼板３０ｂとの間隙に、それぞれ補強充填材４０を注入して固化させ（図２（ｃ）、図３（ｃ））、板状鋼材３０ａ、３０ｂと既設矩形断面地中構造物１０を一体化させる。
【００２８】
これによって、既設矩形断面地中構造物１０の内部寸法をほとんど変えることなく、上下床版１１、１２と壁面１３、１４との接合部を確実に補強することできるができ、ひいては、既設矩形断面地中構造物１０は地盤から受ける横方向の力に対して、安定した性能を確保することができる。
これによって、本発明の補強構造は、当時の耐震設計基準を基に設計されている既設の矩形断面地中構造物１０が、さらに経年と共に老朽化して、構造耐力を減衰するのを防止するだけではなく、補強することによって、より厳しくなりつつある現在の耐震設計基準にまで到達、クリアーさせることができるように補強するものである。
以上、矩形断面地中構造物１０の補強を、中壁１４と両側壁１３、１３の両方につき施した場合について説明したが、中壁１４のみを補強させてもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態２】
上記の矩形断面地中構造物１０の補強構造は、板状鋼材３０の長手方向に伸びる端部に沿って翼部３２を設け、短手方向の断面形状をＨ型若しくはＴ型とした板状鋼材３０を使用したが、図６に示すように板状鋼材３０の上下端部に、さらに板状鋼材３０の長手方向と交差する方向に向けて、鋼板で形成した張出部５０、５０を設けてもよい。
これによって、板状鋼材３０は、剛性が強化され、スリット２０への定着性も向上し、ひいては既設矩形断面地中構造物１０の剪断耐力をより一層向上することができる。
張出部５０には、たとえば基部３１の板幅と同一長さで形成して、基部３１を中心に左右に拡がるものや、上下端部の何れか一方、基部３１を中心に右若しくは左側のいずれか片側のみに拡がる形態などを採用することができる。
なお、この場合スリット２０は、板状鋼材３０の張出部５０も挿入可能なように形成する。
【００３０】
【発明の実施の形態３】
図７を基に、板状鋼材３０の上下端部にアンカー５３で定着する張出部５０を設けた実施例について説明する。
それ以外の翼部３２、３３や張出部５０の形態は、上記した実施の形態１又は２と同様にすることができる。
【００３１】
本形態で使用する板状鋼材３０ｃ、３０ｄは、板状鋼材３０ｃ、３０ｄの上下端部に軸方向に交差する張出部５０ｃ、５０ｄを、板状鋼材３０ｃ、３０ｄの板幅より長く形成し、矩形断面地中構造物１０の中空部へ向けて配置したものである。
すなわち、側壁１３のスリット２０ｃに板状鋼材３０ｃを配置すると、張出部５０ｃは中空部に突出し、他方、中壁１４のスリット２０ｄに板状鋼材３０ｄを配置すると、板状鋼材３０ｄに具備した張出部５０ｄは、左右に配する中空部へ向けて突出する形態となる。
この張出部５０ｃ、５０ｄにはたとえばＨ鋼が使用できる。
【００３２】
所定のスリット２０ｃ、２０ｄへ板状鋼材３０ｃ、３０ｄを配置した後、各張出部５０ｃ、５０ｄに設けた孔へ向けてアンカー５３を打ち込み、矩形断面地中構造物１０のハンチ部に板状鋼材３０ｃ、３０ｄを固定させる。
その後、スリット２０ｃ、２０ｄと板状鋼材３０ｃ、３０ｄとの間隙に充填補強材４０を注入しつつ、露出した張出部５０ｃ、５０ｄを固結材６０でもって被覆してハンチ部へ定着し、矩形断面地中構造物１０と一体化する。ここで、使用する固結材６０には、充填補強材４０と同一のものを使用してもよい。
なお、固結材６０が矩形断面地中構造物１０の建築限界を侵さないよう考慮して、張出部５０を設計する。
【００３３】
以上、本発明は上述したような補強構造であるから、矩形断面地中構造物１０が、たとえば下水施設等に使用され、内空が侵食されている場合にも、効果的な剪断又は曲げ耐力に対しての補強を施すことができるものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の矩形断面地中構造物の補強構造および補強方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞本発明の矩形断面地中構造物の補強構造は、矩形断面地中構造物の壁面に長手方向が上下方向となるスリットを設け、このスリットに板状鋼材を挿入し、スリットと板状鋼材との間に補強充填材を注入して、既設矩形断面地中構造物と板状鋼材とを一体化するのみであるため、工事は簡単で、また中壁のみならず、両側壁も補強構造になるため、矩形断面地中構造物全体の耐震性能を向上させることができる。
＜ロ＞また、本発明の矩形断面地中構造物の補強構造は、既設の壁にスリットを設けて、その内部に板状鋼材を挿入し、一体化する構造であるため、中空部への突出が少なくてすみ、建築限界に影響を及ぼさずに補強できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の矩形断面地中構造物の補強構造の実施の形態１の説明図。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩの矢視図。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩの矢視図。
【図４】側壁に板状鋼材を固定した一例を示す図。
【図５】中壁に各種板状鋼材を挿入した断面図。
【図６】実施の形態２の説明図。
【図７】実施の形態３の説明図。
【図８】従来の矩形断面地中構造物の補強構造を示した図。
【符号の説明】
１０・・矩形断面地中構造物
１１・・上床版
１２・・下床版
１３・・側壁
１４・・中壁
２０・・スリット
３０・・板状鋼材
３１・・基部
３２・・翼部
３３・・翼部
３４・・螺着部
３５・・ボルト
３６・・孔
４０・・充填補強材
５０・・張出部
５３・・アンカー
６０・・固結材
【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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【図７】
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【図８】
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