(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維シートを内蔵したセメントモルタル複合板にあらかじめ固着されているスペーサに、４０〜９０ｍｍの間隔をおいて打設したボルトを挿通することにより、該複合板を補強すべきコンクリート構造物の表面に少許の間隙をおいて固定し、上記複合板とコンクリート構造物との間の間隙にモルタルを注入して一体化することを特徴とする炭素繊維シート内蔵セメントモルタル複合板によるコンクリート構造物の補強方法。
【請求項２】
前記複合板の板厚が５〜１５ｍｍの範囲とされ、前記複合板とコンクリート構造物の表面との間の間隔が１５〜２０ｍｍの範囲とされる請求項１記載の炭素繊維シート内蔵セメントモルタル複合板によるコンクリート構造物の補強方法。
【請求項３】
隣在する複合板同士の接合部において、各複合板の表面側を片側８０〜１２０ｍｍずつ合計１６０〜２４０ｍｍの範囲をシート材で被覆し、このシート材の外面を早強性セメントモルタルにより仕上げる工程を含む請求項１または２に記載の炭素繊維内蔵セメントモルタル複合板によるコンクリート構造物の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、山岳トンネル、シールドトンネル、橋梁のスラブ、橋脚、地下鉄や地下共同溝および地下通路等の地下建造物、桟橋、護岸、煙突などのコンクリート構造物の補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなコンクリート構造物は、経年劣化によりひび割れが発生して、内蔵されている鉄筋が腐食したり、断面欠損などを生じてその耐力が減少し、繰り返し荷重や地震に対し当初の設計強度を有していないものが多いことが問題となっている。
【０００３】
上記の問題点を解消させる手段として、従来から下記の方法によりコンクリート構造物の補強が行なわれている。すなわち
▲１▼  コンクリートの表面に新しいコンクリートを打ち足して増厚させる補強方法。
【０００４】
▲２▼  コンクリートの表面に鉄筋コンクリートのプレキャスト二次製品コンクリートを設置する補強方法。
【０００５】
▲３▼  コンクリートの表面に炭素繊維シートを接着して被覆する補強方法。
【０００６】
▲４▼  コンクリートの表面を鉄板で覆い、コンクリートと鉄板との間にエポキシ樹脂やモルタル等を充填して一体化させる補強方法。
などである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記▲１▼、▲２▼および▲４▼による補強方法では、コンクリート構造物の表面を増厚させて補強するものであるため、トンネルなどの地下構造物においては内空断面が大幅に減少して車輌限界を超えたり、水路の流量の確保ができなくなるなどの問題がある。
【０００８】
また上記従来のいずれの補強方法においても、活線施工を行なうためには施工に要する期間が著しく長くかかることや、仮設の設備が大掛りになること、および設置する機械機具類が大型化するなどの問題がある。
【０００９】
前記▲３▼による補強方法では、既設コンクリートと炭素繊維シートとの接着面が剥離しやすく、実際に剥れた事例もみられ、加えて火災発生時に燃えやすく、かつ有毒ガスが発生するという問題があった。
【００１０】
本発明は上記従来の補強方法による諸問題を解決することを課題とするもので、仮設の設備が簡単ですみ、トンネル等では内空断面の減少を僅少とし、かつ活線施工が可能であり、既設コンクリートとの一体性が確保できるとともに施工に要する工期を著しく短縮することを可能とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として本発明は、炭素繊維シートを内蔵したセメントモルタル複合板にあらかじめ固着されているスペーサに、４０〜９０ｍｍの間隔をおいて打設したボルトを挿通することにより、該複合板を補強すべきコンクリート構造物の表面に少許の間隙をおいて固定し、上記複合板とコンクリート構造物との間の間隙にモルタルを注入して一体化することを特徴とする。
【００１２】
前記複合板の板厚は５〜１５ｍｍの範囲とし、前記複合板とコンクリート構造物の表面との間の間隔は１５〜２０ｍｍの範囲とすることが望ましい。
【００１３】
前記複合板は、コンクリート構造物に４０〜９０ｍｍの間隔をおいて打設したボルトにより固定するようにすることが施工を容易とするうえで好ましい。
【００１４】
隣在する複合板同士の接合部においては、各複合板の表面側を片側８０〜１２０ｍｍ、より好ましくは片側１００ｍｍずつ合計１６０〜２４０ｍｍ、好ましくは２００ｍｍの範囲をシート材で被覆し、このシート材の外面を早強性セメントモルタルにより仕上げるようにするのがよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。
図１、図２は本発明によるコンクリート構造物の補強方法において用いられる炭素繊維シート内蔵セメントモルタル複合板１（以下単に複合板と略称する）の一例を示す平面図および側面図で、この複合板１は例えば長さ１８００ｍｍ、幅９００ｍｍの矩形板状に形成される。
【００１６】
すなわち上記複合板１は、セメントモルタル製の基板２（厚さ４ｍｍ程度）の上にこれと同大同形の炭素繊維シート３（厚さ２ｍｍ程度）を接着等により固着し、その上にセメントモルタルを厚さ４ｍｍ程度塗布してセメントモルタル層４が形成されたもので、工場において製造される。
【００１７】
上記基板２および炭素繊維シート３は前記セメントモルタル層４よりその四辺が幅１００ｍｍにわたり大きく形成され、この段差となるスペース部５にボルト挿通孔６，６…が４００ｍｍ程度の間隔をおいて所要数穿設されている。
【００１８】
上記のようにして構成された複合板１は、基板２およびセメントモルタル層４に炭素繊維が混入しており、それにより複合板１を曲げてもひび割れの発生がなく、構造耐力には影響を及ぼすことがない。
【００１９】
前記複合板１の中央の適所にはモルタル注入孔７が表裏に貫通して穿設されている。
【００２０】
前記ボルト挿通孔６の下面側には、既設コンクリートの表面に対し一定の間隔を保持するためのスペーサ８が予め工場において接着等により固着されている。このスペーサ８は、プラスチック（好ましくはウレタン製）または金属（例えば鋼管）からなるもので、外径３０ｍｍ、孔径８ｍｍ、長さ５０ｍｍ程度のパイプ状のものである。
【００２１】
前記炭素繊維シート３は、１方向繊維、直交する２方向クロス繊維のいずれであってもよい。また基板２およびセメントモルタル層４については、曲げに対しても表面にひび割れの発生しない曲げ強度および剪断強度を有するものを用いるのがよく、セメントモルタル層４の表面平滑度は粗度係数で０．０１１以内に仕上げられる。
【００２２】
上記複合板１を用いたコンクリート構造物の補強施工例として図３にトンネルの内面を補強する場合の施工状態を、図４にその一部の拡大断面図を示している。
【００２３】
施工に際しては、先ずトンネルの既設コンクリート１０に長さ５０ｍｍ以上、直径６ｍｍのボルト１１を前記複合板１のボルト挿通孔６のピッチに合わせてその基部を埋設固定する。
【００２４】
次いで複合板１の下面に予め固着されているスペーサ８を通じて複合板１のボルト挿通孔６を前記ボルト１１に挿通すれば、そのボルト１１の先端が複合板１のスペース部５から若干突出し、このボルト１１にナット１２を螺合して締着する。これにより既設コンクリート１０の表面と複合板１との間にはスペーサ８の長さ分（５０ｍｍ）だけの間隙１３が形成される。
【００２５】
上記のようにセットしたのち、複合板１のモルタル注入孔７から前記間隙１３内にモルタル１４を注入する。このモルタル１４としては超早強無収縮モルタルを用いることが好ましく、このモルタル１４は圧縮強度が３５０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上のものが適している。これは複合板１の圧縮強度が６００〜８００ｋｇｆ／ｃｍ2 程度であり、既設コンクリート１０の圧縮強度が１００〜３５０ｋｇｆ／ｃｍ2 程度であることから、上記モルタル１４の強度は両者の中間程度であることが応力の伝達上良好となるからである。
【００２６】
上記補強施工に当っては、複合板１を簡単な支保工を用いて設置し、複合板１と既設コンクリート１０との間の間隙１３内に超早強無収縮モルタル１４を充填することで両者一体となり、超早強無収縮モルタル１４は６時間で２００ｋｇｆ／ｃｍ2 程度の強度を発現するので、活線改修工事に対しても十分対応することができる。活線改修以外では圧縮強度３００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の早強性モルタルを用いてもよい。
【００２７】
また活線改修工事において、仮に施工期間内にモルタル１４を注入するに至ることができない状況におかれた場合や、モルタル１４を注入しても強度発現が遅れた場合であっても、複合板１はボルト１１により既設コンクリート１０に支持されているので安全性が常に確保される。
【００２８】
前記施工において、隣接する複合板１同士の突き合わせ接合部については、図４にみられるように突き合わされた複合板１，１のスペース部５，５に跨がるように幅２００ｍｍの炭素繊維シート１５を貼り付け、その上に早強性セメントモルタル１６を塗布して仕上げる。こうすることにより、接合部の耐力は曲げ試験の結果、図５に示すように全く低下は認められなかった。
【００２９】
図６は橋脚１７の補強施工例を示すもので、橋脚１７を構成しているコンクリートの表面に高所作業車１８を用いて前記トンネルの場合と同様にして複合板１を取付け、この複合板１と既設コンクリートとの間に超早強無収縮モルタル１４を注入して施工する。
【００３０】
上記の場合、他の施工の仕方として図７に水平断面図を示すように、橋脚１７の下部から複合板１を既設コンクリートの四面にそわせ、複合板１の外面側を鋼材、パイプ材などの支保工材１９，１９…を当て、これらを交差端で結束またはボルト止めして複合板１，１…を保持し、橋脚１７と複合板１との間隙１３に超早強無収縮モルタル１４を注入充填して一体化させるようにしてもよい。
【００３１】
なお前述の高所作業車１８を配置するスペースがない場合には、一般的な簡易な支保工足場を用いればよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれは下記の効果が得られる。
（１）  炭素繊維シートを組み込んだ複合板と既設コンクリートとの間に間隙を設け、この間隙内にモルタルを注入して両者を一体化するので、曲げ強度および剪断強度を同時に補強することができる。
（２）  補強施工完了後は表面が複合板のセメントモルタル層で覆われた構造となるので、耐火性、耐候性、耐久性に優れた構造体となる。
（３）  複合板の板厚は１０ｍｍ程度であるから、１枚当りの重量が小さく、作業性にきわめて優れている。
（４）  複合板は曲線部への適用時に曲げることが可能であり、既設コンクリートに曲線部があってもそのまま対応することができる。
（５）  複合板は既設コンクリートの形状等に応じ、ボルト、鋼材、パイプ材、バンド等を用いて既設コンクリートの表面に取り付けることができるので、仮設設備が簡単になる。
（６）  補強施工後の断面増厚が２５ｍｍ程度ときわめて少なくてすむので、トンネルの場合などでは内空断面の確保ができ、水路トンネルでは複合板の表面のセメントモルタル層の粗度係数を小さくできるので水路の流量を容易に確保することができる。
（７）  仮設設備が簡単でかつ極初期強度が得られるので、活線改修が可能となり、工期を著しく短縮することができる。
（８）  特殊技能を有する作業者を必要としないので、従来の鉄板工法や炭素繊維を直接貼り付ける工法、および鉄筋コンクリートにより増厚する工法に比べ遥かに工期が短くてすみ、経済的に大きな利益が得られる。
（９）  複合板は工場生産が可能であるため品質が安定し、施工現場では無収縮モルタルを用いることにより剥離やひび割れの発生をなくすることができる。
（１０）  複合板は、補強すべきコンクリート構造物の設計基準強度および荷重の掛り方により炭素繊維シートを１方向または２方向として得ることが容易にできる。
（１１）  複合板の大きさは施工方法の如何により縦横の寸法を変えることができ、また予め角部や曲面に合わせたものとして製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において用いられる炭素繊維シート内蔵セメントモルタル複合板の一実施形態の平面図。
【図２】同、側面図。
【図３】本発明をトンネルの補強に適用した場合の断面図。
【図４】図３における複合板の接合部を示す拡大断面図。
【図５】同、接合部の曲げ強度試験の結果を示すグラフ。
【図６】本発明を橋脚の補強に適用した場合の施工例を示す説明図。
【図７】同、他の施工例を示す水平断面図。
【符号の説明】
１  炭素繊維シート内蔵セメントモルタル複合板
２  基板
３，１５  炭素繊維シート
４  セメントモルタル層
５  スペース部
６  ボルト挿通孔
７  モルタル注入孔
８  スペーサ
１０  既設コンクリート
１１  ボルト
１２  ナット
１３  間隙
１４  １６  モルタル（超早強無収縮モルタル）
１７  橋脚
１８  高所作業車
１９  支保工材
【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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