(57)【要約】【課題】掘削等の大規模な工事を必要とすることなく、且つ工事用地の確保や用地買い増しを不要とすることができ、補強工事に要する費用を大幅に削減することが可能な単柱構造物の補強方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる単柱構造物の補強方法の構成は、一本の柱１１０を一本の杭で支持する杭基礎１２０と、杭基礎から上方に突出するように定着されたアンカーボルト１３２ａ・１３２ｂと、柱の下部に設けられたフランジ状のアンカーフレーム１３４と、を有し、アンカーボルトをアンカーフレームに締結することによって柱を杭基礎に定着させている単柱構造物１００の補強方法において、杭基礎の上部に補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂを上方に突出するように定着させ、補強鉄筋およびアンカーフレームを埋設させるように杭基礎の上にコンクリート１５０を打設することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一本の柱を一本の杭で支持する杭基礎と、
前記杭基礎から上方に突出するように定着されたアンカーボルトと、
前記柱の下部に設けられたフランジ状のアンカーフレームと、を有し、
前記アンカーボルトを前記アンカーフレームに締結することによって前記柱を前記杭基礎に定着させている単柱構造物の補強方法において、
前記杭基礎の上部に補強鉄筋を上方に突出するように定着させ、
前記補強鉄筋および前記アンカーフレームを埋設させるように前記杭基礎の上にコンクリートを打設することを特徴とする単柱構造物の補強方法。
【請求項２】
前記補強鉄筋は、前記杭基礎の上部に穿孔した穴に定着させることを特徴とする請求項１に記載の単柱構造物の補強方法。
【請求項３】
前記補強鉄筋は、前記杭基礎の上部を斫って露出させた杭主鉄筋に連結させることを特徴とする請求項１または２に記載の単柱構造物の補強方法。
【請求項４】
前記杭基礎の上に打設するコンクリートは、該杭基礎と同等の幅であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の単柱構造物の補強方法。
【請求項５】
前記補強鉄筋は、前記アンカーフレームより上まで突出していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の単柱構造物の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一本の柱を一本の杭で支持する杭基礎を有する単柱構造物の補強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気事業者の発電所で発電された電気は、地上に建設された鉄塔に張架（支持）されている送電線を通じて送電され、変電所で変電された後に需要家に供給される。送電線を支持する鉄塔（送電鉄塔）には、主に、４本の主柱材から構成された四角鉄塔と、１本の鋼管（柱）から構成された鋼管単柱鉄塔がある（例えば特許文献１）。
【０００３】
鋼管単柱鉄塔では、一般にアンカーボルトおよびそれを固定するアンカーフレームによって定着部が構成される。そして、鋼管単柱鉄塔が配置される箇所にコンクリートやモルタル等によって形成された基礎内にかかる定着部が定着するよう設計している。特に特許文献１では、地中に配置された一本の杭が基礎となって一本の柱を支持している。このような杭基礎は一本杭基礎とも呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鋼管単柱鉄塔は、景観面や鉄塔敷地面積縮小の観点においては四角鉄塔より優れるものの、四角鉄塔に比べて風圧や地震動が作用した場合に曲げモーメントが大きく加わる。このため、曲げによって生じた荷重でアンカーボルトに軸力が発生し、そこを起点として基礎にせん断破壊や割裂破壊（以下、これらを損傷と称する）が起きる場合がある。
【０００６】
上述した鋼管単柱鉄塔（以下、単柱構造物と称する）における基礎の損傷を防ぐためには、アンカーボルトに生じる軸力を低減するよう、定着部の補強が必要となる。定着部を補強する方法としては、上述したように特に基礎が杭基礎となっている単柱構造物では、定着部を鉄筋コンクリートや鋼材、化学繊維等で巻きたてて拘束する手法（巻きたて補強）が一般的である。
【０００７】
上記のような巻きたて補強を行う場合、単柱構造物では定着部が地中に位置するため、周辺を掘削する必要がある。このため、単柱構造物が市街地にある場合には、工事用地の確保が困難なことがある。また巻きたて補強を行うと基礎の幅が増加するため新たな用地を確保しなければならず、用地買い増しのための費用がかさんでしまうという問題も生じる。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、掘削等の大規模な工事を必要とすることなく、且つ工事用地の確保や用地買い増しを不要とすることができ、補強工事に要する費用を大幅に削減することが可能な単柱構造物の補強方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる単柱構造物の補強方法の代表的な構成は、一本の柱を一本の杭で支持する杭基礎と、杭基礎から上方に突出するように定着されたアンカーボルトと、柱の下部に設けられたフランジ状のアンカーフレームと、を有し、アンカーボルトをアンカーフレームに締結することによって柱を杭基礎に定着させている単柱構造物の補強方法において、杭基礎の上部に補強鉄筋を上方に突出するように定着させ、補強鉄筋およびアンカーフレームを埋設させるように杭基礎の上にコンクリートを打設することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、杭基礎の上部に補強鉄筋を定着させ、杭基礎の上にコンクリートを打設することによって杭基礎が補強される。したがって、杭基礎の周辺を掘削する等の大規模な工事が不要であるため、工事用地を確保する必要がない。また補修工事は、杭基礎の上部でのみ行われるため、杭基礎の幅が増加することがなく、用地の買い増しが不要である。故に、上記構成によれば、単柱構造物の補強工事を簡略化しつつ、それに要する費用を大幅に削減することが可能である。
【００１１】
上記補強鉄筋は、杭基礎の上部に穿孔した穴に定着させるとよい。かかる構成によれば、杭基礎にコアドリル等によって穿孔することにより形成した穴に補強鉄筋を挿入することにより、杭基礎に補強鉄筋を定着させることができる。穿孔は、掘削等の工事よりも小規模であるため、騒音が少なく、工事中に近隣住民に与える負担を軽減することが可能である。
【００１２】
上記補強鉄筋は、杭基礎の上部を斫って露出させた杭主鉄筋に連結させてもよい。定着部が地上にある場合、このように補強鉄筋と杭主鉄筋を連結することで、補強強度を更に高めることが可能となるとともに、補強費用を削減することが可能となる。
【００１３】
上記杭基礎の上に打設するコンクリートは、杭基礎と同等の幅であるとよい。これにより、補強前と補強後で単柱構造物の基礎近傍の見た目の変化が少ない。すなわち、単柱構造物の基礎の太さが変化しないため、視覚的な圧迫感を低減することができる。
【００１４】
上記補強鉄筋は、アンカーフレームより上まで突出しているとよい。柱が曲げモーメントを受けるとき、その付け根であるアンカーフレームおよびアンカーボルト（以下、これらの両方を含めるときには定着部と称する）には、一方側には圧縮応力がかかり、他方側には引張応力がかかる。このとき、引張応力がかかる側においてアンカーフレームは上方向に移動しようとする。このため、補強鉄筋をアンカーフレームより上まで突出させておくことにより、引張応力を効果的に補強鉄筋で受けることができる。なおアンカーフレームの端から４５度の延長線上にまで補強鉄筋が伸びていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、掘削等の大規模な工事を必要とすることなく、且つ工事用地の確保や用地買い増しを不要とすることができ、補強工事に要する費用を大幅に削減することが可能な単柱構造物の補強方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の補強方法によって補強する単柱構造物を例示する図である。
【図２】本実施形態の単柱構造物の補強方法を説明する図である。
【図３】本実施形態の単柱構造物の補強方法の他の例を説明する図である。
【図４】単柱構造物にかかる荷重を説明する図である。
【図５】本実施形態の単柱構造物の補強方法による効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
図１は、本実施形態の補強方法によって補強する単柱構造物１００を例示する図である。図１に例示するように、本実施形態の補強方法によって補強する単柱構造物１００は、送電線（不図示）を張架される一本の柱１１０と、かかる一本の柱１１０を一本の杭で支持する杭基礎１２０とを有する。杭基礎１２０には、そこから上方に突出するようにアンカーボルト１３２ａ・１３２ｂが定着されている。一方、柱１１０の下部にはフランジ状のアンカーフレーム１３４が設けられている。そして、アンカーボルト１３２ａ・１３２ｂをアンカーフレーム１３４に締結することにより、柱１１０が杭基礎１２０に定着される。
【００１９】
図２は、本実施形態の単柱構造物１００の補強方法を説明する図である。本実施形態の補強方法ではまず、図１に示す単柱構造物１００に、図２（ａ）に示すように杭基礎１２０の上部に穴１２２ａ・１２２ｂを穿孔する。そして、図２（ｂ）に示すように、杭基礎１２０の上部に穿孔にした穴１２２ａ・１２２ｂに補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂを挿入する。これにより、杭基礎１２０の上部に、上方に突出するように補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂが定着される。補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂは杭基礎１２０にモルタルやケミカルアンカー等を使用して定着することができる。
【００２０】
杭基礎１２０の上部に穴１２２ａ・１２２ｂを穿孔する際には、例えばコアドリル等を用いることができる。穿孔は、掘削等の工事よりも小規模であるため、騒音が少なく、工事中に近隣住民に与える負担を軽減することが可能である。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂを定着させたら、補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂの周囲にフープ鉄筋１４２を配置する。そして図２（ｃ）に示すように、補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂおよびアンカーフレーム１３４を埋設するように杭基礎１２０の上にコンクリート１５０を打設する。これにより、単柱構造物１００の定着部（アンカーフレーム１３４およびアンカーボルト１３２ａ・１３２ｂ）が補強される。このとき、杭基礎１２０の上に打設するコンクリート１５０は、杭基礎１２０と同等の幅であるとよい。これにより、補強前と補強後で単柱構造物１００の基礎の太さが変化しない。したがって、視覚的な圧迫感を低減することができる。
【００２２】
上記説明したように、本実施形態の単柱構造物１００の補強方法では、杭基礎１２０の上部に補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂを定着し、杭基礎１２０の上にコンクリート１５０を打設することによって定着部および杭基礎１２０を補強している。このように杭基礎１２０の周辺を掘削する等の大規模な工事を伴うことなく補強可能であることにより、工事用地の確保が不要となる。
【００２３】
また本実施形態では、補修工事は杭基礎１２０の上部でのみ行われるため、杭基礎１２０の幅が増大することがない。したがって、単柱構造物１００周辺の用地の買い増しが不要である。このため、本実施形態の単柱構造物１００の補強方法によれば、単柱構造物１００の補強工事を簡略化しつつ、それに要する費用を大幅に削減することが可能である。
【００２４】
図３は、本実施形態の単柱構造物１００の補強方法の他の例を説明する図である。なお、図１の単柱構造物１００および図２を用いて説明した補強方法と重複する構成や工程については説明を省略する。
【００２５】
図３に例示する補強方法では、まず図３（ａ）に示すように杭基礎１２０の上部を斫り、その内部の杭主鉄筋１３６ａ・１３６ｂを露出させる。そして、図３（ｂ）に示すように、露出させた杭主鉄筋１３６ａ・１３６ｂに補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂを連結する。これにより、杭基礎１２０の上部に補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂが定着される。補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂの周囲にはフープ鉄筋１４２を配置する。その後、図３（ｃ）に示すように、補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂおよびアンカーフレーム１３４を埋設させるように杭基礎１２０の上にコンクリート１５０を打設する。
【００２６】
上記構成によれば、図２に示した補強方法と同様の効果を得つつ、補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂを杭主鉄筋１３６ａ・１３６ｂに連結することで補強強度を更に高めることが可能となる。
【００２７】
図４は、単柱構造物１００にかかる荷重を説明する図である。本実施形態の補強方法では、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように杭基礎１２０の上にコンクリート１５０を打設してある。柱１１０に風圧や地震によって力がかかると、図４に示すように柱１１０の付け根である定着部（アンカーフレーム１３４およびアンカーボルト１３２ａ・１３２ｂ）が曲げモーメントＡを受ける。すると定着部には、一方側（図４ではアンカーボルト１３２ｂ側）には圧縮応力Ｂがかかり、他方側（図４ではアンカーボルト１３２ａ側）には引張応力Ｃがかかる。
【００２８】
圧縮応力Ｂについては杭基礎１２０のコンクリートが荷重を受ける。引張応力がかかる側ではアンカーフレーム１３４は上方向に移動しようとするが、アンカーボルト１３２ａおよび補強鉄筋１４０ａが分散して荷重を受けることができる。これにより、アンカーボルト１３２ａにかかる引張応力を低減することができ、杭基礎１２０の割裂を効果的に抑制することが可能となる。
【００２９】
補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂの上端は、アンカーフレーム１３４より上まで突出させておくことが好ましい。アンカーフレーム１３４が図４に示すように複数枚のフランジを備えている場合には、上側のフランジより上まで突出させておくことが好ましい。さらには、補強鉄筋１４０ａ・１４０ｂの上端は、アンカーフレーム１３４の端から４５度の延長線Ｌより上にまで伸びていることが好ましい。これにより、アンカーフレーム１３４からコンクリート１５０に加えられる引張応力を効果的に補強鉄筋１４０ａによって受けることができる。
【００３０】
図５は、本実施形態の単柱構造物１００の補強方法による効果を説明する図である。図５中、実施例１は、単柱構造物１００の補強に直径１９ｍｍの補強鉄筋を用いた例であり、実施例２は、単柱構造物１００の補強に直径２２ｍｍの補強鉄筋を用いた例である。比較例１は、単柱構造物１００に補強を行っていない、すなわち図１の状態であり、比較例２は、単柱構造物１００の杭基礎に従来の巻き立て補強を行った例である。縦軸のモーメントＭは、単柱構造物１００の柱１１０にかけたモーメントであり、横軸の回転角θは、杭基礎１２０に対する柱１１０の回転角度（変形量）を示している。
【００３１】
図５に示すように、補強を行っていない比較例１では、応力をかけていくと単柱構造物１００が徐々に変形し、１４００ｋＮ・ｍ弱の応力がかかった時点が降伏点となる。従来の巻き立て補強を行った比較例２では、応力をかけていったときの降伏点は、応力が１８００ｋＮ・ｍ弱の時点である。このことから、従来の巻き立て補強であっても単柱構造物１００の変形に対しては効果があることが理解できる。
【００３２】
上記に対し、本実施形態の単柱構造物１００の補強方法を適用した場合、直径１９ｍｍの補強鉄筋を用いた実施例１では、降伏点は、応力約２５００ｋＮ・ｍの時点であり、直径２２ｍｍの補強鉄筋を用いた実施例２での降伏点は、応力３０００ｋＮ・ｍの時点である。すなわち、比較例１では１４００ｋＮ・ｍ弱、比較例２では１８００ｋＮ・ｍ弱の応力までしか耐えられないのに対し、本実施形態の補強方法を施工した実施例１および２では、それらの１．８〜２．０倍の応力に耐えることが可能となる。このことから、本実施形態の補強方法を適用することにより、単柱構造物１００、特にその杭基礎１２０の損傷を好適に抑制可能なことが理解できる。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、一本の柱を一本の杭で支持する杭基礎を有する単柱構造物の補強方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１００…単柱構造物、１１０…柱、１２０…杭基礎、１２２ａ…穴、１２２ｂ…穴、１３２ａ…アンカーボルト、１３２ｂ…アンカーボルト、１３４…アンカーフレーム、１３６ａ…杭主鉄筋、１３６ｂ…杭主鉄筋、１４０ａ…補強鉄筋、１４０ｂ…補強鉄筋、１４２…フープ鉄筋、１５０…コンクリート
【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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