(57)【要約】【課題】  施工時に作用する断面力を考慮して、ボックスカルバートの各コンクリート版を合理的かつ経済的に設計する。【解決手段】  ボックスカルバート１を左右一対の側部コンクリート版２，３と頂部コンクリート版４と底部コンクリート版５とから全体として口形に構成する。側部コンクリート版２，３にＬ字形のプレキャスト部材を用い、頂部コンクリート版４に冠形のプレキャスト部材を用いる。底部コンクリート版５を最終工程で側部コンクリート版２，３の脚片２ａ，３ａの間に現場打ち成形する。施工時にカルバート１の各部に作用する断面力をコンクリート版２〜５の重量及び形状と施工手順とに従って算出し、各コンクリート版２〜５をその断面力に耐え得る強度で設計する。【選択図】  図１
2005139867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレキャスト部材を含む複数のコンクリート版を組み立てて施工されるボックスカルバートにおいて、施工時にカルバートの各部に作用する断面力をコンクリート版の重量及び形状と施工手順とに従って算出し、各コンクリート版を前記断面力に耐え得る強度で設計したことを特徴とするボックスカルバートの設計方法。
【請求項２】
プレキャスト部材を含む複数のコンクリート版を備え、施工時にカルバートの各部に作用する断面力をコンクリート版の重量及び形状と施工手順とに従って算出し、各コンクリート版を前記断面力に耐え得る強度で設計し、施工現場で各コンクリート版を組み立てて施工したことを特徴とするボックスカルバート。
【請求項３】
左右一対の側部コンクリート版と頂部コンクリート版と底部コンクリート版とを備え、少なくとも側部コンクリート版と頂部コンクリート版とにプレキャスト部材を用い、施工時にカルバートの各部に作用する断面力をコンクリート版の重量及び形状と施工手順とに従って算出し、各コンクリート版を前記断面力に耐え得る強度で設計し、施工現場で各コンクリート版を全体として口形に組み立てて施工したことを特徴とするボックスカルバート。
【請求項４】
側部コンクリート版にＬ字形のプレキャスト部材を用い、頂部コンクリート版に冠形のプレキャスト部材を用い、底部コンクリート版を側部コンクリート版の脚片の間に施工したことを特徴とする請求項３に記載のボックスカルバート。
【請求項５】
底部コンクリート版を側部コンクリート版の脚片の間に現場打ち成形したことを特徴とする請求項４に記載のボックスカルバート
【請求項６】
底部コンクリート版に版状のプレキャスト部材を用い、底部コンクリート版と側部コンクリート版の脚片との間を現場打ち接続したことを特徴とする請求項４に記載のボックスカルバート。
【請求項７】
請求項３、４、５又は６に記載のボックスカルバートにおいて、掘削地盤上に側部コンクリート版を建て付け、側部コンクリート版の上端間に頂部コンクリート版を架設した後、側部コンクリート版の下端間に底部コンクリート版を施工することを特徴とするボックスカルバートの施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、下水道、地下貯水槽、地下通路等、主に地中のコンクリート建造物に使用されるボックスカルバート、並びにその設計方法及び施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、コンクリートで一体成形した口形構造のボックスカルバートが知られている。この一体型ボックスカルバートは、その上に載る土砂や車両等の荷重に耐え得る十分な強度で設計されている。強度計算には、通常、土木標準仕様書等により体系化された手法が用いられ、使用状態で口形構造物に作用する断面力が算出され、この断面力に基づいてカルバート各部の強度、断面寸法等の設計値が求められていた。【０００３】  また、従来、全体を複数のコンクリート版に分割し、所定部位のコンクリート版にプレキャスト部材を用いたボックスカルバートが知られている。この分割型ボックスカルバートの場合も、一体型ボックスカルバートと同様の手法により、施工後の口形構造物に作用する断面力に基づいて、ボックスカルバート全体の強度が算出され、この全体強度が規定値以上となるように、個々のコンクリート版が設計されていた。【０００４】  なお、特許文献１には、分割型ボックスカルバートにおいて、口形構造物に作用する曲げモーメントを計算し、曲げモーメントの反曲点でボックスカルバートを分割することにより、隣接するプレキャスト部材を比較的簡略な構造で強固に接続する技術が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１４０９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  ところで、分割型ボックスカルバートは、地下建造物の規模（断面積）や施工現場の地形的条件等によって、コンクリート版の重量や形状、施工手順が多様であり、それに応じ、施工過程でカルバートの各部に作用する断面力が変化する。しかし、一体成形された口形構造物の断面力をもとにコンクリート版を設計する場合、施工時に作用する断面力をコンクリート版の設計値に反映させることを実施していなかった。【０００６】  このため、施工時に大きな断面力が作用する部位でコンクリート版の強度が不足する可能性があり、逆に、小さな断面力が作用する部位で必要以上の部材厚になるなど、構造形式を反映した設計がなされていなかった。特に近年は、大規模地下建造物で分割型ボックスカルバートが多用され、コンクリート版の重量が増える一方で、土砂かぶり量が減る傾向にあるため、施工過程の断面力がボックスカルバートの妥当な設計ならびに経済性に大きな影響を与えるという課題があった。【０００７】  本発明の目的は、上記課題を解決し、コンクリート版について構造形式を反映した設計ができる方法、この方法で設計されたコンクリート版を用いたボックスカルバート、及び、そのボックスカルバートを施工する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記の課題を解決するために、本発明の設計方法は、プレキャスト部材を含む複数のコンクリート版を組み立てて施工されるボックスカルバートにおいて、施工時にカルバートの各部に作用する断面力をコンクリート版の重量及び形状と施工手順とに従って算出し、各コンクリート版を前記断面力に耐え得る強度で設計したことを特徴とする。【０００９】  また、本発明のボックスカルバートは、プレキャスト部材を含む複数のコンクリート版を備え、施工時にカルバートの各部に作用する断面力をコンクリート版の重量及び形状と施工手順とに従って算出し、各コンクリート版を前記断面力に耐え得る強度で設計し、施工現場で各コンクリート版を組み立てて施工したことを特徴とする。【００１０】  ここで、ボックスカルバートの用途は、特に限定されず、道路下水路、公園下貯水槽、歩行者用地下通路、高架鉄道下水路等の各種コンクリート建造物を例示できる。ボックスカルバートの断面構造は、特定の構造に限定されず、例えば、口形、円形、多角形、アーチ形、「田」字形、ハニカム形等、カルバートの用途に適った構造を採用できる。【００１１】  ボックスカルバートの分割数（コンクリート版の数）は、特に限定されず、２分割、３分割、４分割、又はそれ以上、カルバートの断面構造に応じて任意に選定できる。プレキャスト部材は、すべてのコンクリート版に用いてもよく、一部のコンクリート版に用いてもよい。後者の場合は、残りのコンクリート版を現場打ち工法で成形できる。コンクリート版の施工手順は、特に限定されず、カルバートの断面構造、現場条件、工期等を考慮して決定すればよい。【００１２】  本発明は、口形断面構造の汎用的なボックスカルバートにおいて、コンクリート版を構造形式を反映して合理的に設計するための特徴的構成を提供する。このボックスカルバート１は、図１に概念的に示すように、左右一対の側部コンクリート版２，３と頂部コンクリート版４と底部コンクリート版５とを備え、少なくとも側部コンクリート版２，３と頂部コンクリート版４とにプレキャスト部材を用い、施工時にカルバート１の各部に作用する断面力をコンクリート版２〜５の重量及び形状と施工手順とに従って算出し、各コンクリート版２〜５を前記断面力に耐え得る強度で設計し、施工現場で各コンクリート版２〜５を全体として口形に組み立てて施工したことを特徴とする。【００１３】  また、本発明は、上記構成のボックスカルバート１において、施工時に作用する断面力を考慮し、各コンクリート版２〜５に最も合理的な設計値を与えるための特徴的構成を提供する。具体的には、例えば、側部コンクリート版２，３にＬ字形のプレキャスト部材が用いられ、頂部コンクリート版４に冠形のプレキャスト部材が用いられ、底部コンクリート版５が側部コンクリート版２，３の脚片２ａ，３ａ間に施工される。この場合、コンクリート建造物のスラブを経済性を考慮し安価に施工できる点で、底部コンクリート版５を側部コンクリート版２，３の脚片２ａ、３ａの間に現場打ち成形することが好ましい。また、底部コンクリート版５に版状のプレキャスト部材を用いることも可能であり、この場合には、底部コンクリート版５と側部コンクリート版２，３の脚片２ａ，３ａとの間を接続する。同間の接続は、鋼板、ＰＣ鋼材、鋼棒、ボルト等の接続部材を用いた接続のほか、同間にコンクリートを現場打ちすることによる現場打ち接続も可能である。現場打ち接続によれば、底部コンクリート版５を現場打ち成形した場合と全く同等の断面力が作用する。【００１４】  ここで、施工時にボックスカルバート１の各部に作用する断面力は、コンクリート版２〜５の施工手順に応じて変化する。図２及び図３は、図１のボックスカルバート１の２通りの施工手順と、施工時にカルバート１の各部に作用する断面力とを例示するものである。また、比較例として、図４に一体型ボックスカルバート１００の各部に作用する断面力を示した。なお、分割形ボックスカルバート１と一体型ボックスカルバート１００の開口面積は同じである。【００１５】  図２に示す分割型ボックスカルバート１においては、（ａ）に示すように、掘削地盤Ｇ（図１参照）上に側部コンクリート版２，３が建て付けられ、（ｂ）に示すように、側部コンクリート版２，３の上端間に頂部コンクリート版４が架設され接続される。同間の接続は、前記のとおり鋼板、ＰＣ鋼材、鋼棒、ボルト等の接続部材を用いた接続のほか、現場打ち接続も可能である。その後、（ｃ）に示すように、側部コンクリート版２，３の脚片２ａ，３ａ間に底部コンクリート版５が現場打ち成形される。この施工手順によると、ボックスカルバート１の各部には、コンクリート版２〜５の重量により（ｄ）に示すような断面力が作用する。【００１６】  すなわち、分割型ボックスカルバート１の頂版部１ａには、（ｅ）に示すように、単純梁の曲げモーメントにより正方向の断面力が作用する。これに対し、図４（ｂ）に示すように、一体型ボックスカルバート１００の頂版部１００ａには、正負両方向の断面力が作用する。断面力の大きさは、分割型ボックスカルバート１の方が一体型ボックスカルバート１００よりも大きい。従って、分割型ボックスカルバート１の場合には、頂部コンクリート版４の自重による断面力に耐え得るように、その断面寸法を大きく算定して、設計強度を高める必要がある。【００１７】  分割型ボックスカルバート１の側版部１ｂ，１ｃには、図２（ｆ）に示すように、頂部コンクリート版４の垂直荷重によって正負両方向の断面力が作用する。そして、この断面力が側版部１ｂ，１ｃの上部で均衡する。これに対し、一体型ボックスカルバート１００の場合には、側版部１００ｂ，１００ｃに各部一様な大きさの断面力が作用する。従って、分割型ボックスカルバート１の場合には、断面力の均衡部位で側部コンクリート版２，３と頂部コンクリート版４とを接続することにより、側版部１ｂ，１ｃにおけるプレキャスト部材の接続強度を小さくすることができる。この結果、鋼板、ＰＣ鋼材、鋼棒、ボルト等の接続部材に小型かつ安価なものを使用でき、現場での接続作業を簡単かつ迅速に行うことができる。【００１８】  分割型ボックスカルバート１の底版部１ｄにおいては、（ｇ）に示すように、側部コンクリート版２，３の脚片２ａ，３ａに曲げモーメントによる正方向の断面力が作用するが、最後工程で現場打ち成形される底部コンクリート版５には断面力が作用しない。これに対し、一体型ボ��クスカルバート１００の場合には、底版部１００ｄの左右両端部に正方向の断面力が、中央部に負方向の断面力がそれぞれ作用する。従って、底部コンクリート版５を最後に施工する方法によると、底部コンクリート版５の必要強度が低下するため、その断面寸法を小さく算定することで、コンクリート厚を薄くして、コンクリート量や鉄筋量を削減することができる。【００１９】  なお、底部コンクリート版５の施工方法は、現場打ち工法に限定されず、プレキャスト部材を用いて施工することも可能である。プレキャスト製の底部コンクリート版５の場合も、断面力が現場打ち工法とほぼ同様に作用するのでほぼ同等の作用効果が得られる。また、設計方法及び施工方法上の観点からは、側部コンクリート版２，３及び頂部コンクリート版４の形状は、Ｌ字形及び冠形に限定されず、どちらか一方又は両方を平版状に成形してもよい。【００２０】  一方、図３に示す分割型ボックスカルバート１においては、（ａ）に示すように、掘削地盤Ｇ上に側部コンクリート版２，３が建て付けられ、（ｂ）に示すように、側部コンクリート版２，３の脚片２ａ，３ａ間に底部コンクリート版５が現場打ち成形された後、（ｃ）に示すように、側部コンクリート版２，３の上端間に頂部コンクリート版４が架設される。そして、ボックスカルバート１の各部には（ｄ）に示すような断面力が作用する。【００２１】  この施工手順による場合は、図３（ｄ）と図２（ｄ）とを比較して明らかなように、断面力の分布がボックスカルバート１の底版部１ｄにおいて変化する。すなわち、底部コンクリート版５を頂部コンクリート版４よりも先に施工する手順によると、（ｇ）に示すように、頂部コンクリート版４及び側部コンクリート版２，３の重量によって、底部コンクリート版５に負方向の断面力が作用する。この断面力の大きさは、一体型ボックスカルバート１００の底版部１００ｄに作用する断面力とほぼ同等である。従って、この施工手順による分割型ボックスカルバート１の場合には、図２の施工手順による場合と比較し、より大きな断面力に耐え得るように、底部コンクリート版５の断面寸法を大きく算定し、設計強度を高める必要がある。
【発明の効果】
【００２２】  以上詳述したように、本発明に係る設計方法及びボックスカルバートによれば、施工時にカルバート各部に作用する断面力がコンクリート版の重量及び形状と施工手順とに従って算出されているので、各コンクリート版を合理的かつ経済的に設計できるという優れた効果を奏する。また、本発明に係るボックスカルバートの施工方法によれば、頂部コンクリート版を架設した後に底部コンクリート版を施工するので、特に、底部コンクリート版の必要強度を低下させ、その厚さを薄くすることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】  以下、本発明の実施形態を幾つかの実施例を挙げ図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】  図５、図６、図７は本発明の実施例１を示す。このボックスカルバート１１は、道路１０の下側に建造される通路又は水路等の地下コンクリート建造物に使用される。ボックスカルバート１１の全体は、左右一対の側部コンクリート版１２，１３と、頂部コンクリート版１４と、底部コンクリート版１５とから断面口形に構成されている。そして、多数のボックスカルバート１１が、道路下の掘削地盤Ｇ上に一列に並設され、側部及び頂部コンクリート版１２，１３，１４に設けた複数本の鋼材１６によって建造物の軸方向に連結されている。【００２５】  側部コンクリート版１２，１３にはＬ字形のプレキャスト部材が用いられている。頂部コンクリート版１４には冠形のプレキャスト部材が用いられ、その水平部にプレストレスを付与するためのＰＣ鋼材１７が埋設されている。頂部コンクリート版１４は側部コンクリート版１２，１３の上端間に架設され、接続部材１８で側部コンクリート版１２，１３に接続されている。底部コンクリート版１５は側部コンクリート版１２，１３の脚片１２ａ，１３ａの間に現場打ち成形され、接続部材１９で脚片１２ａ，１３ａに接続されている。【００２６】  コンクリート版１２，１３，１４，１５は、施工時にカルバート１１の各部に作用する断面力をコンクリート版１２〜１５の重量及び形状と施工手順とに従って算出することで、その断面力に耐え得る強度で設計されている。施工時には、ボックスカルバート１１が図２と同様の方法により組み立てられる。すなわち、まず、掘削地盤Ｇ上に側部コンクリート版１２，１３が建て付けられ、次に、側部コンクリート版１２，１３の上端間に頂部コンクリート版１４が架設され、続いて、側部コンクリート版１２，１３の脚片１２ａ，１３ａ間に底部コンクリート版１５が現場打ち成形されている。【００２７】  この施工手順によると、ボックスカルバート１１の各部には、コンクリート版１２〜１４の自重により図２（ｄ）と同じ分布の断面力が作用する。また、ボックスカルバート１１には、その上に被さる土砂による土圧と、道路１０の上を走行する車両による活荷重とが作用する。従って、最終的には、ボックスカルバート１１の各部に作用する総合断面力がボックスカルバート自重による断面力に土圧による断面力と活荷重による断面力とを加えて算出される。図７（ａ）に実施例１のボックスカルバート１１の寸法値（単位：ｍｍ）を例示し、（ｂ）に該カルバート１１の各部の総合断面力（単位：Ｎ／ｍｍ２）を例示し、（ｃ）に一体型ボックスカルバート１００の各部の総合断面力を例示した。【００２８】  図７（ｂ）及び（ｃ）を比較すると、この実施例１のボックスカルバート１１において、次のような作用効果を確認できる。
（ａ）ボックスカルバート１１の頂版部１１ａには、比較的大きな断面力が作用する。従って、この断面力に耐え得るように、頂部コンクリート版１４の断面寸法を比較的大きく算定することで、頂版部１１ａの設計強度を高め、安全性を向上させることができる。
（ｂ）頂部コンクリート版１４にはＰＣ鋼材１７によりプレストレスが付与されているので、頂版部１１ａのコンクリート厚をさほど厚くすることなく、必要強度を確保できる。【００２９】（ｃ）ボックスカルバート１１の側版部１１ｂ，１１ｃには、比較的小さな断面力が作用する。従って、この断面力に耐え得るように、側部コンクリート版１２，１３の断面寸法を比較的小さく算定することで、プレキャスト部材のコンクリート量及び重量を削減し、製造コスト及び輸送コストを節約できる。
（ｄ）側版部１１ｂ，１１ｃにおいて断面力が低下する部位で側部コンクリート版１２，１３と頂部コンクリート版１４とを接続することにより、接続部材１８に小型かつ安価なものを使用できるとともに、施工現場での接続作業を簡単かつ迅速に行うことができる。
（ｅ）側部コンクリート版１２，１３にＬ字形のプレキャスト部材が用いられているので、施工時の自立性をよくして、支保工を簡略化することができる。【００３０】（ｆ）ボックスカルバート１１の底版部１１ｄには、土圧及び活荷重による断面力は作用するが、施工時の自重による断面力が作用しないので、総合断面力が比較的小さくなる。従って、この断面力に耐え得るように、底部コンクリート版１５の断面寸法を比較的小さく算定することで、そのコンクリート厚を薄くし、生コンクリート量や鉄筋量を削減して経済的に施工することができる。
（ｇ）図６に示すように、底部コンクリート版１５が現場打ち成形されているので、プレキャスト部材を用いる場合と比較し、コンクリート建造物のスラブを比較的安価に施工することができる。
【実施例２】
【００３１】  図８は本発明の実施例２を示す。このボックスカルバート２１は、左右一対の側部コンクリート版２２，２３と頂部コンクリート版２４と底部コンクリート版２５とを全体として口形に組み立てて施工されている。頂部コンクリート版２４及び底部コンクリート版２５には、それぞれ冠形のプレキャスト部材が用いられている。側部コンクリート版２２，２３は現場打ち成形されている。そして、各コンクリート版２２，２３，２４，２５は、施工時にカルバート２１の各部に作用する断面力をコンクリート版２２〜２５の重量及び形状と施工手順とに従って算出することにより、その断面力に耐え得る強度で設計されている。【００３２】  施工に際しては、（ａ）に示すように、掘削地盤上に底部コンクリート版２５を設置し、（ｂ）に示すように、底部コンクリート版２５の上に側部コンクリート版２２，２３を現場打ち成形した後、（ｃ）に示すように、側部コンクリート版２２，２３の上端間に頂部コンクリート版２４を架設する。この施工手順によると、ボックスカルバート２１の各部には、（ｄ）に示すようなボックスカルバート自重による断面力が作用する。従って、この断面力に耐え得るように、コンクリート版２２〜２５の断面寸法を算定することにより、ボックスカルバート２１を施工過程の実状に適った強度で安全かつ経済的に設計し、かつ施工することができる。
【実施例３】
【００３３】  図９は本発明の実施例３を示す。このボックスカルバート３１は、左右一対の側部コンクリート版３２，３３と頂部コンクリート版３４と底部コンクリート版３５とを全体として口形に組み立てて施工されている。側部コンクリート版３２，３３には、それぞれ縦冠形のプレキャスト部材が用いられている。頂部コンクリート版３４及び底部コンクリート版３５は、それぞれ現場打ち成形されている。そして、各コンクリート版３２，３３，３４，３５は、施工時にカルバート３１の各部に作用する断面力をコンクリート版３２〜３５の重量及び形状と施工手順とに従って算出することで、その断面力に耐え得る強度で設計されている。【００３４】  施工に際しては、（ａ）に示すように、掘削地盤上に側部コンクリート版３２，３３を建て付け、（ｂ）に示すように、側部コンクリート版３２，３３の下端間に底部コンクリート版３５を現場打ち成形した後、（ｃ）に示すように、側部コンクリート版３２，３３の下端間に底部コンクリート版３５を現場打ち成形する。或いは、（ｅ）に示すように、頂部コンクリート版３４を施工した後に、底部コンクリート版３５を施工することも可能である。前者の施工手順による場合は、（ｄ）に示す断面力に基づいてコンクリート版３２〜３５の強度が算定され、後者の場合は、（ｆ）に示す断面力に基づいてコンクリート版３２〜３５の強度が算定される。従って、ボックスカルバート３１を施工手順に応じた強度で安全かつ経済的に設計し、かつ施工することができる。
【実施例４】
【００３５】  図１０は本発明の実施例４を示す。このボックスカルバート４１は、頂部コンクリート版４４と底部コンクリート版４５とに２分割して構成され、両コンクリート版４４，４５にそれぞれ横コ字形のプレキャスト部材が用いられている。施工に際しては、（ａ）に示すように、掘削地盤上に底部コンクリート版４５を設置した後、（ｂ）に示すように、底部コンクリート版４５の上端間に頂部コンクリート版４４を架設する。このとき、ボックスカルバート４１の各部には（ｃ）に示すような断面力が作用するので、この断面力に耐え得るように、頂部及び底部コンクリート版４４，４５の強度を算定する。こうすれば、比較的小規模なコンクリート建造物において、ボックスカルバート４１を安全かつ経済的に設計できるとともに、二つのプレキャスト部材で簡単かつ短時間に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のボックスカルバートの構成を示す概念図である。
【図２】本発明のボックスカルバートの施工方法及び設計方法を示す概念図である。
【図３】本発明のボックスカルバートの別の施工方法及び設計方法を示す概念図である。
【図４】本発明の比較例として一体型ボックスカルバートを示す概念図である。
【図５】本発明のボックスカルバートの実施例１を示す断面図である。
【図６】実施例１のボックスカルバートの斜視図である。
【図７】実施例１のボックスカルバートの設計方法を示す概略図である。
【図８】本発明のボックスカルバートの実施例２を示す概略図である。
【図９】本発明のボックスカルバートの実施例３を示す概略図である。
【図１０】本発明のボックスカルバートの実施例４を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】１    ボックスカルバート
１ａ  頂版部
１ｂ  側版部
１ｃ  側版部
１ｄ  底版部
２    側部コンクリート版
２ａ  脚片
３    側部コンクリート版
３ａ  脚片
４    頂部コンクリート版
５    底部コンクリート版
【図１】
2005139867.tif 000003
【図２】
2005139867.tif 000004
【図３】
2005139867.tif 000005
【図４】
2005139867.tif 000006
【図５】
2005139867.tif 000007
【図６】
2005139867.tif 000008
【図７】
2005139867.tif 000009
【図８】
2005139867.tif 000010
【図９】
2005139867.tif 000011
【図１０】
2005139867.tif 000012