(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼アーチ橋のアーチリブ内にコンクリートを充填して既設橋を耐震補強する工法において，軽量骨材を配合したスランプフロー値５０ｃｍ以上の軽量・高流動コンクリートを，コンクリートの打設範囲より高い位置に設けたコンクリート打設口から，アーチリブ内に存在した空気を追い出しながらアーチリブ内に流し込んで，該アーチリブの両裾底部から上方に向って順次自重充填し，最後に頂部のアーチクラウン部に，アーチリブ内に存在した空気を追い出しながら，該コンクリートを圧入充填して，アーチリブ内空間の実質上全てを単位容積質量が１.８ｔ／ｍ3以下の軽量コンクリートで充填することを特徴とする既設鋼アーチ橋の耐震補強工法。
【請求項２】
軽量・高流動コンクリートは，軽量粗骨材とモルタル（空気量を含む）との密度差が０.４ｇ/cm3以下である請求項１に記載の既設鋼アーチ橋の耐震補強工法。
【請求項３】
軽量・高流動コンクリートは，増粘剤を配合してペーストの粘性変化を抑制したものである請求項１または２に記載の既設鋼アーチ橋の耐震補強工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，鋼管アーチ橋のアーチリブなどのように構造物の荷重を受けている載荷金属管に対し，載荷状態のままで，その耐荷性能や耐震性能を向上させる既設鋼アーチ橋の耐震補強工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車荷重の増大に伴う供用時荷重の見直しや，阪神淡路大震災での被災経験などから，補強が必要な構造物は少なくないことが明らかとなってきた。鋼管アーチ橋のアーチリブなどのように，構造物の荷重を受けている金属管の場合でも同様である。このような載荷金属管（鋼管）に対して，どのようにして耐荷・耐震性能を向上させるかが課題となるが，管内にコンクリートを充填する補強法が注目される。コンクリートの充填によって管の座屈を防止し且つ剛性を高めることができるであろう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アーチリブのような鋼管内にコンクリートを充填する場合には，コンクリート充填による重量増加が下部構造に大きな影響を及ぼす。コンクリートを充填すると部材の自重は例えば単位容積質量で２.４〜３.０ｔ／ｍ3程度となり，そのうちコンクリートが占める単位容積質量は２.２〜２.４ｔ／ｍ3（普通コンクリートの場合）程度である。このため，補強部位にとどまらず，下部構造などのその他の部位にまで補強を行う必要が生ずる。しかし，この荷重増のために，基礎地盤などの下部構造をさらに補強しようとすると容易なことではない。
【０００４】
単位容積質量の小さいコンクリートを充填すれば，下部構造の補強を必要としない場合もあり得ると考えられるが，軽量骨材を用いた単位容積質量の小さい通常の軽量コンクリートでは振動締固めを行わないと鋼管とコンクリートを一体化することができない。しかし，管径がそれほど大きくなく管長が長い既設アーチリブなどでは，管内でコンクリートの振動締固めを行わせることは実質的に不可能である。
【０００５】
したがって本発明の課題は，このような問題を解決して，橋梁のアーチリブのような載荷金属管に対し，既設の状態で施工性よく，その耐荷性能や耐震性能を向上できる補強工法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は，鋼アーチ橋のアーチリブ内にコンクリートを充填して既設橋を耐震補強する工法において，軽量骨材を配合したスランプフロー値５０ｃｍ以上の軽量・高流動コンクリートを，コンクリートの打設範囲より高い位置に設けたコンクリート打設口から，アーチリブ内に存在した空気を追い出しながらアーチリブ内に流し込んで，該アーチリブの両裾底部から上方に向って順次自重充填し，最後に頂部のアーチクラウン部に，アーチリブ内に存在した空気を追い出しながら，該コンクリートを圧入充填して，アーチリブ内空間の実質上全てを単位容積質量が１.８ｔ／ｍ3以下の軽量コンクリートで充填することを特徴とする既設鋼アーチ橋の耐震補強工法を提供する。軽量・高流動コンクリートとしては，軽量粗骨材とモルタル（空気量を含む）との密度差が０.４ｇ/cm3以下であるのがよく，また増粘剤を配合してペーストの粘性変化を抑制したものであるのがよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の補強工法を適用する鋼管アーチ橋の例を示した。補強対象とする鋼管製のアーチリブ１は，本発明工法の実施の便宜上，その施工部分を図の左側アーチ裾部１Ａ，右側アーチ裾部１Ｂおよび中央頂部のアーチクラウン部１Ｃに区分する。
【０００８】
図例のものでは，アーチ裾部１Ａと１Ｂは，両者とも，さらにステップ１〜６に区分されており，これらの部分では，橋下に設置したブーム付コンクリートポンプ車２Ａと２Ｂにより，下から上に順に（ステップ１から６に順に），両方のアーチ裾部とも打設時期をほぼ同じくしてリブ内に軽量・高流動コンクリートを充填してゆく。これによって，アーチクラウン部１Ｃが未打設となるが，次に橋面上に設置したブーム付コンクリートポンプ車２Ｃによって，裾側からステップ７〜９に区分された順に，リブ内にコンクリートを充填してゆく。
【０００９】
図２は，図１のアーチリブの左半身を示したものである。図中の▲１▼〜▲９▼は図１のステップ１〜９で打設する範囲（ブロック）を示している。橋下または橋面のどのポンプ車を使用するにしろ，ステップ１〜８（▲１▼〜▲８▼のブロック）は，打設範囲より高い位置に設けたコンクリート打設口３ａ〜３ｆから軽量・高流動コンクリートを打設範囲に流し込む。そのさい，各打設ブロックにおいて，コンクリート打設口３ａ〜３ｆよりやや高い位置に空気孔４ａ〜４ｆが設けておく。このように，やや勾配が急な打設ブロック▲１▼〜▲８▼では，コンクリートの流動性を利用した高所からの「流し込みコンクリート打設方法」を採用する。図２において，この区間を「自重充填」と記してある。この自重充填を図の左半身と図示しない右半身について終えると，次にステップ９（ブロック▲９▼）では「圧入充填」（図２参照）を行う。
【００１０】
すなわち，打設ブロック▲９▼ではほぼ水平に近い。ほぼ水平な管内に軽量・高流動コンクリートを流し込む場合には，気泡空隙（コンクリート中の気泡とは異なり，管内壁とコンクリートとの接合面に発生する気泡状の空隙）が発生するおそれがあることを本発明者らは実験的に確認した。管壁とコンクリートの接合面に気泡状の空隙が発生すると，この部分に応力集中をもたらすことがある。このため，コンクリートポンプ車の圧力を利用した圧入打設方法（逆巻き）を採用して管とコンクリートとの一体化を図る。
【００１１】
実際には，この打設ブロック▲９▼では，管壁に設けるコンクリート投入口３ｇの位置を，コンクリート打設レベル（管内壁の最高位置）よりも下方に設ける。そして，このコンクリート投入口３ｇには，１〜２ｍ程度の高さの打設用パイプ（図示しない）を立ち上げておき，この打設用パイプに遮断弁（図示しない）を介装しておく。これにより，投入口付近でのポンプ圧力の不慮の減少等によるコンクリートの緩みや戻りを防止する。
【００１２】
このようにしてアーチリブ内に軽量・高流動コンクリートの注入を終了するが，このコンクリートがリブの内部空間に隙間や空隙なく充填されていることが肝要である。このためには，材料分離が生ぜず且つ良好な流動性を有するコンクリートを使用することはもちろんのこと，各ブロックごとにおいて充填性を確認することも必要である。この確認のために，空気孔はもとよりその他の適切な箇所にコンクリート流出口を設け，その流出口にパイプや透明ホースを取付けて空気の排出を図るとともに，これらから流出するコンクリートの性状により充填状況の観察を行う。また，打音により空隙の有無を確認することも有益である。
【００１３】
アーチリブ内にコンクリートを充填すると，その重量増加による基礎構造部６Ａ，６Ｂ等の影響が懸念されるところであるが，補強対象とする鋼管アーチ橋の地盤から見て，コンクリートを充填したあとの部材自重が単位容積質量で２.０２.５ｔ／ｍ3程度であれば，該基礎構造物に対して殆んど補強を必要としない事例は数多くあり得る。しかし，このためには，コンクリートの自重を単位容積質量で（硬化状態）１.９ｔ／ｍ3以下とする必要がある。
【００１４】
加えて，この軽量化のために軽量骨材を配合しても，材料分離することなくアーチリブ内を流動する良好な流動性，さらには締固めを必要としない自己充填性を具備し，硬化状態では補強工法に資することができるに十分な強度を発現する軽量・高流動コンクリートでなければならない。
【００１５】
従来より，アーチリブ内に軽量・高流動コンクリートを充填した事例がなく，その充填性の評価指標も不明であるが，前記のような状況から，高い流動性，材料分離抵抗性，自己充填性，構造体として要求される圧縮強度が１５〜６０Ｎ／ｍｍ2で単位容積質量が１.４〜１.９ｔ／ｍ3の諸性質を同時に満足することが少なくとも必要である。
【００１６】
軽量・高流動コンクリートは，一般に，自己充填性を有する高流動コンクリート（いわゆるハイパフォマンスコンクリート）の技術と，建築分野を中心に開発されている軽量骨材コンクリートの技術を組み合わせればよいとも考えられるが，セメントペーストより密度の小さい軽量骨材を使用する場合には，流動性を高めると材料分離が顕著となるので，本発明工法の適用には，特別の配慮が必要である。
【００１７】
以下に，本発明の載荷金属管の補強工法に使用する軽量・高流動コンクリートについて説明する。
【００１８】
まず，軽量骨材とペーストとの材料分離が発生のを防止しながら高い流動性と自己充填性を満足させるために，モルタル自身の軽量化を図る。すなわち，軽量粗骨材とモルタル（空気量を含む）の密度差を小さくする。実際にはその密度差を０.４ｇ/cm3以下とする。そのために次の手法を採用する。
(1) セメントに加えてフライアッシュやシリカフュームなどの密度の小さい粉体を相当量配合してモルタルの密度を下げる。好ましくは市場で安価に入手できるフライアッシュがよい。
(2) 空気量を４〜１０％混入してモルタルの密度を下げる。
(3) 細骨材の一部もしくは全部を軽量細骨材してモルタルの密度を下げる。
【００１９】
この手法により，軽量粗骨材との密度差を殆んどなくすことができ，場合によってはその差を皆無とすることが可能であり，密度差による分離が生じない軽量コンクリートとすることができる。
【００２０】
このほかにも，ペーストの粘性をコントロールすることにより，材料分離抵抗性を向上させ，これによって軽量粗骨材の浮き上がりを抑制することもできる。このためには，
(4) 水粉体容積比を下げてペーストの粘性を調整する。
(5) バイオポリマー系の増粘剤，好ましくはウエランガムを配合してペーストの粘性を調整する。
という手法を採用するのがよい。
【００２１】
なお，(3) のように「軽量細骨材」を使用した場合には，モルタル中で材料分離が生ずる，すなわち，モルタル中のペーストと軽量細骨材の密度差によって，軽量細骨材が浮き上がる現象が起きることがあるが，この場合も，前記の (1)〜(2) および (4)〜(5) の手法を採用することによって，これを抑制することができる。
【００２２】
次に，軽量骨材を使用しても，構造体としての圧縮強度１５〜６０Ｎ／ｍｍ2を安定して確保するために，
(6) 水結合材比を７０％以下とする。
(7) コンクリート中の空気量を１０％以下とする。
とくに，セメントに加えて結合材の一部としてフライアッシュやシリカフュームを使用した場合には，これらの粉体が他の結合材よりも密度が小さくかつポゾラン反応よる硬化体を形成するので，軽量で強固なコンクリートを得ることができる。
【００２３】
ポンプ施工する場合には，その圧によって軽量骨材の内部空隙に吸水し，圧送中にコンクリートの流動性が失われることがある。また金属管内への注入距離が長くなったり圧力充填する場合にも同様の現象が起きる。このようなことを抑制するために，
(8) 配合する前の軽量骨材を十分にプレソーキングまたはプレウェッテイングして軽量骨材内部の空隙を予め水で満たしておく。
(9) ウエランガムを添加する。
ウエランガムを添加しておくと，骨材内部の空隙に圧入され難いような自由水（粘りのある水）がコンクリート中に形成されるので，圧を受けて軽量骨材が吸水する余地がある場合でも，その吸水を防止できる。
【００２４】
また，軽量骨材では表面水率や含水率の測定が複雑になり，このため生コンクリート工場での製造時にコンクリート中の水量管理が難しく，このために自己充填性の変動が大きくなる。また，本発明では高い流動性を付与するために高性能ＡＥ減水剤の使用が前提となり，この混和剤が温度依存性があるので，外気温やコンクリート温度によってコンクリート性状が変化する。このようなコンクリート性状の変化を抑制するために，
(10)バイオポリマー系の増粘剤（ウエランガム）を添加する。
ウエランガムを添加すると，外気温やコンクリート温度に関わらずペーストの粘性を一定に保つことができ，このために高性能ＡＥ減水剤の温度依存性も緩和することができる。また，実際の練混ぜに供する軽量骨材の含水率や表面水率は刻々と変化するが，ウエランガムの添加によってそのような変化が生じていてもその変化を緩和することが可能となる。したがって，骨材の性状管理が煩雑な軽量骨材コンクリートの製造性が非常に良好となる。
【００２５】
以上のような (1)〜(10)の処法を採用することによって，高い流動性（スランプフロー値で５０ｃｍ以上），材料分離抵抗性，自己充填性，構造体として要求される圧縮強度１６〜６０Ｎ／ｍｍ2の強度，並びに単位容積質量１.４〜１.９ｔ／ｍ3の軽量性を有し，製造時の品質変動が少なく，長距離圧送が可能で金属管等の狭くて長い閉塞空間に圧入施工しても管壁との接合面に空隙を生ずることなく金属管とコンクリートとを一体化できる軽量・高流動性コンクリートが得られるので，本発明の載荷金属管の補強工法に有利に使用することができる。
【００２６】
そのさい，使用する軽量骨材とては，比較的安価で入手が容易な軽量骨材例えばアサノライトやメサライトを使用することができ，ポンプ施工を行う場合にはこれをプレソーキング，プレウェッテイングする。ポンプ施工を行わない場合には絶乾もしくは気乾状態のものを使用できる。これらの軽量骨材の使用にあたって肝要なことは，絶乾比重で０.８〜１.３ｇ/cm3程度，吸水率２〜８％程度の軽量骨材を使用することができるが，前記のように，軽量粗骨材として配合したときにモルタルとの密度差が０.４ｇ/cm3以下となるように，また軽量粗骨材として配合したときにペーストとの密度差が０.４ｇ/cm3以下となるようにすることである。
【００２７】
また，少ない単位水量で高い流動性を維持するために高性能ＡＥ減水剤を使用することが不可欠であるが，使用できる高性能ＡＥ減水剤としては，市販のポリカルボン酸系，メラミンスルホン酸系またはナフタレンスルホン酸系のものが使用できる。好ましいのはポリカルボン酸系またはナフタレンスルホン酸系のものである。さらに，前記のように空気量を調整するために，空気量調整剤を配合する。セメント，フライアッシュ，高炉スラグ微粉末，シリカフューム等の粉体使用量については，材料分離抵抗性を付与するうえで４００〜７００kg/m3とするのがよい。
【００２８】
以下に試験例を挙げる。
【００２９】
試験には表１に使用材料を記した。粗骨材および細骨材とも軽量骨材である。
これらの材料を，表２に示すコンクリート配合で練り混ぜ，「高流動(1) 」「高流動(2) 」および「自己充填」の３種類のコンクリートを製造し，そのフレッシュ性状と硬化性状について，表３に示す項目の試験を行った。表４にフレッシュ性状の測定結果を，表５に硬化性状の測定結果を示した。
【００３０】
【表１】
0003946517.tif 000002
【００３１】
【表２】
0003946517.tif 000003
【００３２】
【表３】
0003946517.tif 000004
【００３３】
【表４】
0003946517.tif 000005
【００３４】
【表５】
0003946517.tif 000006
【００３５】
表４および表５の結果に見られるように，各配合のコンクリートとも，本発明で目標としているスランプフロー，単位容積質量，空気量および圧縮強度を満足している。自己充填性については，軽量骨材を用いた場合の評価試験値が存在しないので，表６として挙げた普通骨材を用いた場合の評価試験値（土木学会の「高流動コンクリート施工指針」のうちの「高流動コンクリートの自己充填性のランクと各評価試験値」を参考にして，表４の結果を評価すると，「高流動(1) 」と「高流動(2) 」のものは，表６の自己充填性のランク３の条件の一部を満足しない結果となったが，「自己充填」のものは，表６の自己充填性のランク３の条件の全てを満足するものとなった。
【００３６】
さらに，透明アクリル板を用いて作成した４００×２００×高さ１０００ｍｍの直方体の型枠を，傾斜角度３０度に傾けた状態で，型枠上面に設けたコンクリート注入口（９０ｍｍφ）から前記のコンクリートを流し込み，型枠への充填状況を観察したところ，３種ともすみずみまで充填されたが，「自己充填」のものは「高流動(1) 」と「高流動(2) 」のものよりも，打設面がより水平面を保つ状況が観察され，小さい流動勾配で良好に充填されることがわかった。「高流動(1) 」と「高流動(2) 」のものも５秒間のバイブレータの使用により良好な充填性を得ることができることがわかった。脱型後の供試体外観を調べると，「自己充填」のものは気泡がなく角部が鋭角的に充填されていたのに対し，他の２体では側面に気泡が散見され，「高流動(1) 」では勾配下側角部に粗骨材が露出している状況が観察された。さらに供試体断面を切断して骨材分布を観察したところ，「自己充填」のものは他の２体のものに比べて粗骨材が一様に分布している状況が観察され，材料分離が生じていないことが確認された。
【００３７】
以上の試験結果を参考にして，表６の配合のコンクリートを現場練りした。使用材料は表１に記載したものと同じであり，練り混ぜは１バッチ当り１.１ｍ3として４バッチ合わせとした。練り混ぜ手順は，材料投入（Ｇ＋Ｓ＋Ｃ＋ＦＡ）→空練り１５秒→混練水投入（Ｗ＋Ａｄ）→３００秒練り混ぜ→排出とした。生コンクリートの出荷時，アジテータ車で４０分間運搬後の荷降し時，ポンプ圧送後（ポンプ車のブームを床面から８ｍの高さに立てて圧送し，ホースの筒先を床面から７５ｃｍ離してその筒先からコンクリート吐出），および流動後（型枠のコンクリート注入口にホースの筒先を接続して注入したもの）について，それぞれ試料を採取し，フレッシュ性状と硬化性状を測定した。その結果を表７および表８に示した。
【００３８】
【表６】
0003946517.tif 000007
【００３９】
【表７】
0003946517.tif 000008
【００４０】
【表８】
0003946517.tif 000009
【００４１】
表７および表８の結果は，このコンクリートで図１の施工を実施する場合の管理目標値であるスランプフロー（ＪＳＣＥ−Ｆ５０３）＝６５０±５０ｍｍ，５００ｍｍフロー到達時間＝３〜１５秒，空気量（ＪＩＳＡ１１１６）＝６.０±１.５％，単位容積質量（ＪＩＳＡ１１１６）＝１.８ｔ／ｍ3以下，Ｖ75漏斗流下試験（土木学会基準案）＝１３±５秒，Ｕ型充填性試験（土木学会基準案）＝３００ｍｍ以上（障害Ｒ2 ），圧縮強度（ＪＩＳＡ１１０８）＝１８Ｎ／ｍｍ2以上をコンクリート荷降し時において全て満足した。ポンプ圧送後では流動性は多少小さくなったが，十分なポンプ圧送性および自己充填性を有することは前例の試験結果から明らかである。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によると  鋼管アーチ橋のアーチリブなどのように構造物の荷重を受けている載荷金属管に対し，載荷状態のままで，その耐荷性能や耐震性能を向上させることができる。また，本発明工法は，基礎構造などへの負荷が小さい，振動締固めを要しない，ポンプ圧送できるなどの点で，施工性および経済性に優れており，補強を必要とする載荷金属管を経済的に補強できる点で，建築・土木構造物の保全に多大の貢献ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の載荷金属管の補強工法を鋼管アーチ橋のアーチリブに適用する場合の施工例を示す図である。
【図２】図１のアーチリブの左半身部の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１  アーチリブ
２  ブーム式ポンプ車
３  コンクリート打設口
４  空気孔
【図１】
0003946517.tif 000010
【図２】
0003946517.tif 000011