プレストレストコンクリート工学会〔報告〕

第24回シンポジウム論文集（2015年10月）＜空白行＞

固定定着体を有する既設構造物プレストレス導入工法の水平施工適用実験報告＜空白行＞
極東興和(株)極東興和(株)

○三原孝文

三本竜彦

児島大輔

正会員

極東興和(株)＜空白行＞
１．はじめに既設コンクリート構造物の内部補強あるいは，新旧部材の一体化を図るために，既設コンクリート部材の内部に PC 鋼材をあと施工で埋込んで固定定着体を構築し，プレストレスを導入する工法（図１）が検討されている 1)。
本稿では，この固定定着体を有するプレストレス導入工法の概要を述べるとともに，水平方向への適用性を検討するために実施した材料選定試験および定着性能試験について報告する。
既設コンクリート

PC 鋼材

固定定着体

緊張

リングナットPC 鋼材

新設コンクリート

図-１

既設コンクリート

概念図

充填材

２．工法概要２.１

図-２

固定定着体の特徴

本工法ではコア削孔した既設コンクリート内に挿入したPC

固定定着体(内部くさび)

固定定着体の構造

1.拡径ビット挿入

鋼材の先端部を固定するため，図-２に示す固定定着体を構築する。固定定着体は，削孔した既設コンクリート，リングナットを装着したPC 鋼材，既設コンクリートとPC 鋼材の空隙2.拡径削孔部を充填する先端部充填材で構成されている。固定定着体の既設コンクリートは，定着構造をコンパクトにするため，円錐台と円筒を組み合わせた形状で削孔（拡径削孔）している。

3.拡径ビット回収

この削孔形状により，PC 鋼材に緊張力が作用した際に充填材がコンクリート内で“内部くさび”の役目を果たすことから，拡径削孔要領引抜力に対して抵抗する効果が期待できる。
２．２

拡径削孔

施工手順

本工法の施工手順を以下に示す（図-３）。

既設コンクリート(1) 既設コンクリートにコア削孔した後，孔最深部を拡径削PC 鋼材孔する。
(2) リングナットを装着したPC 鋼材を挿入し，先端の拡径削孔部に充填材を満たして固定する。

先端部充填材(3) 部材増設の場合は，新設コンクリート部材を打設し、固定定着体の充填材および新設コンクリートの強度が所定緊張新設コンクリート
グラウトの値に達した後に，PC 鋼材を緊張する。
(4) PC 鋼材周辺にグラウトを充填し，PC 鋼材の防錆および部材との一体化を図る。

図-３- 445 -

施工手順

〔報告〕

プレストレストコンクリート工学会

第24回シンポジウム論文集（2015年10月）

３．水平施工適用実験
３．１ 水平施工における課題と対策方法
既往の実験では，PC 鋼材を鉛直方向に配置したケースを想定した検討を行っている1)。鉛直方向の配置においては，高強度鉄筋用モルタル充填継手の充填材として開発された流動性の高い，高強度モルタルを使用し，注入したモルタルが空気と置換しながら拡径削孔内の隅々まで確実に充填し固定定着体を形成する。
一方で，PC 鋼材を水平方向に配置する場合には，注入した充填材が孔内で流動することにより，固定定着体の上縁側に空隙が発生し，固定定着体の内部くさび効果が十分に得られない懸念があった。
そこで，流動性を調整した充填材を先行注入してPC 鋼棒をあと挿入することで空隙のない固定定着体を形成する方法を検討した（図-４）。
課題

対策方法
空隙発生PC 鋼材

空隙なし

注入管

沈下

PC 鋼棒
挿入

充填材
注入
流動流動性改善

充填材（流動性調整）

充填材

図-４

水平施工時の課題と対策方法

３．２ 材料選定試験(1) 試験方法表-１

材料選定試験は，拡径削孔部への充填性能およびプレストレスの保持使用材料性能を評価するために、流動性を調整した特殊な高強度モルタルに加え

記号
A

充填材
特殊高強度モルタルて，使用目的が類似し水平施工への適性が高いと考えれる2種類の既製B

鉄筋定着用充填材-1

材料（無機系）を使用して行った。使用材料を表－１に，材料物性値をC

鉄筋定着用充填材-2

表－２示す。
供試体は、既設補強部材を模した400×900×

表-２

1300mmのコンクリートブロック2 体に実際の水平施項目

単位

圧縮強度(σ7)
圧縮強度(σ28)

工と同じ方法で削孔を行い，各種充填材を用いてPC鋼棒（φ23mm）を定着して製作した（図-５）。
充填性能は，供試体に形成した固定定着体を切断

使用材料の物性

緊張時材齢

N/mm2

B58.3

C68.7

N/mm2116.8

65.788.3

日78776.4

53.962.6

し，内部の充填状況を直接目視することで確認した。

圧縮強度(緊張時)

N/mm2

プレストレス保持性能は，使用状態を想定した引抜静弾性係数(緊張時)

kN/mm2力（0.6Pu相当）を供試体に導入し，持続載荷状態(7ポアソン比(緊張時)

26.10.24400

定着充填材A

グラウト

ひずみゲージ(軸方向)PC鋼棒
定着充填材B

緊張1065

充填材B

定着

定着
切断

緊張

定着

充填材C

充填材C

グラウト

切断
リングナット
φ38×L30PC鋼棒
φ23(B種1号）

リングナット
φ38×L30【プレストレス保持性能】【充填性能】図-５

材料選定試験供試体- 446 -

緊張PC鋼棒φ23(B種1号）

200200900

30 1002020085

2@250=50066

グラウト

200

1300

充填材A4222.00.24

【断面】

1300

定着39.90.23＊緊張時用のテストピースは，現場空中養生週間)でのPC鋼材ひずみを経過確認した。

切断

充填材
A84.5

プレストレストコンクリート工学会〔報告〕

第24回シンポジウム論文集（2015年10月）(2) 試験結果
固定定着体の内部状況を写真-１に示す。充填材Ａ，Ｃでは上縁側に空隙は確認されなかった。一方で充填材Ｂでは，上縁側に比較的大きな空隙が発生していた。細部においては，充填材Ａではリングナット境界の上縁側に小さな空隙を，充填材Ｃでは下縁にわずかではあるが肌隙を確認した。しかし，この空隙および肌隙については，非常に部分的であり固定定着体に与える影響は小さいものと考えられるため，充填性能においては，充填材Ａ，Ｃが優れると評価した。
次に，引抜力（0.6Pu相当）を供試体に導入しPC 鋼材に発生した軸方向ひずみの推移を図-６に示す。
いずれの材料も載荷5日程で発生ひずみの変動は概ね収束した。7週後の鋼材ひずみ低減率では，充填材Ａが0.87と最も優れる結果であった。これは，充填材Ａが強度・弾性係数などの諸物性的が優れることによるものと推測する。評価結果を表-３に示す。
【充填材Ａ】
充填材

上拡径削孔

充填材

空隙:中充填材

上空隙:小下下固定定着体の充填状況
3500

表-３

評価結果一覧

記号

充填材

充填性能

ﾌﾟﾚｽﾄﾚｽ保持性能

A

特殊高強度モルタル○○B

鉄筋定着用充填材-1△△

鉄筋定着用充填材-2

○

肌隙

下

写真-１

C

【充填材Ｃ】
空隙:大3016μ（0.87）

286kN：3451μ

鋼材ひずみ(μ)

上【充填材Ｂ】

3000

2000

×2658μ（0.80）

283kN：3310μ25002155μ（0.65）

284kN：3318μ

グラウト充填（24時間後）
充填材Ａ

1500

３．３ 定着性能試験

５１０１５

図-６(1) 試験方法

充填材Ｂ

３０２０２５
緊張後の経過時間（日）３５充填材Ｃ４５４０５０鋼材ひずみの経時変化

材料選定試験において最も優れた結果であった充填材Ａ（特殊高【断面】

強度モルタル）について，定着耐力を把握するための定着性能試験

400200200200を実施した。

400

供試体は，既設補強部材を模した400×400×1000mmのコンクリー

200

トブロック3 体に実際の水平施工と同じ方法で削孔を行い，充填材Ａを用いてPC 鋼棒（丸鋼C 種1 号）を定着して製作した（図-７）。
【側面】

1000

荷重載荷は，実施工材齢を想定しPC 鋼棒定着から12日目に行った。
緊張端に設置したセンターホールジャッキによりPC 鋼材を引っ張っ4266

400て固定定着体に引抜力を作用させ，PC 鋼棒の降伏耐力（448.7kN）

PC鋼棒
φ23(C種1号） 緊張充填材A

定着
30 100130を超えるまで引抜力を漸増する単調載荷とした。PC 鋼棒に導入した引抜力はコンクリートブロックと固定ナットの間に設置したセンタ

765

図-７

定着性能試験供試体ーホール型荷重計（容量：1000kN）により計測した。
また，PC 鋼棒の伸びと固定定着体のPC 鋼棒の抜け出し量を求めるため，変位計を設置した。計測要領を図-８に示す。PC 鋼棒の抜け出し量は，固定定着体の鋼棒先端まで設け変位計（Con変形）
変位計（鋼材伸び）

915

変位計（Con変形）変位計

緊張力（449kN以上）

計測孔
（貫通）

カプラー
センターホール型荷重計
センターホールジャッキ(70t)

た貫通孔から直接計測し，PC 鋼棒の伸び量

150150テンションロッド

ベントは，カプラー部での伸び計測値からPC 鋼棒
図-８の抜け出し量を差し引いて求めた。
- 447 -計測要領

〔報告〕プレストレストコンクリート工学会

第24回シンポジウム論文集（2015年10月）(2) 試験結果

600

PC 鋼棒の伸びは，緊張力が400kN に達するまではほぼ

500

1.00Pu 448.7kN伸びが増加するPC 鋼材特有の非線形挙動を示した。土木学会のコンクリート標準示方書2)に従い求めたPC 鋼棒の比

引抜き荷重（KN）

線形挙動を示したが，それ以降は明瞭な降伏点を示さず，
400

0.90Py 347.8kN
300

例限界は429kNであり，試験結果は概ね一致する（図-９）。
全ての供試体でPC 鋼棒の引抜き荷重がPC 鋼材の降伏耐力を超える448.7kN まで達しても固定定着体は破壊に至らなかったことから，引き続きPC 鋼棒が降伏挙動を示すまで荷重載荷行った。計測した最大引抜荷重を表-４に示す。

供試体No.1（伸び）200

供試体No.2（伸び）供試体No.3（伸び）
設計値

100

供試体No.1（抜け出し）
供試験No.2（抜け出し）
供試験No.3（抜け出し）

00510PC鋼棒の変位（mm）

15

引抜き荷重が 230kN を超えたあたりから供試体No.1で図-９PC 鋼棒の変位PC 鋼棒の抜け出しが観察されたが，抜け出し量が急激に表-４最大引抜き荷重増加することはなく，緊張力の増加と比例して安定して増項目

No.1No.2No3加する傾向を示した。このため，固定定着体の荷重伝達機

最大荷重(kN)

494.5

495.5

490.4

構はPC 鋼棒の抜け出しが生じた後も有効に機能するもの

降伏耐力(kN)

448.7と判断される。また，通常の使用状態においてPC 鋼棒に作用する最大引張力は降伏強度（Py）の0.90倍の値（347.8kN）となるが，その時点におけるPC 鋼棒の抜け出

上

リングナット

充填材

PC 鋼棒

引抜き力し量は最大0.16mmであった。これはプレストレッシング時に1mm単位で計測・管理されるPC 鋼棒の伸び変位に対して小さい値であるため，固定定着部における抜け出しの影響

下

写真-２

ひび割れ

固定定着体の内部状況は実用上無視できると考えられる（図-９）。
載荷試験後の供試体から固定定着体を切断して内部のひび割れ発生状況を確認した（写真-２）。充
填材の内部ひび割れは，リングナット前面に作用する支圧分布と一致する斜方向に発生している。なお，確認されたひび割れ幅は0.1mm程度と微細であった。このことから，リングナットと充填材の機械的なかみ合いが固定定着体の荷重伝達に大きく寄与していることがわかる。
４. まとめ
本稿では，水平施工における充填材料の選定とPC 鋼棒φ23mm を使用した場合における固定定着体の耐荷性能を検証した。主な結論を以下に示す。
(1) 流動性を調整した特殊高強度モルタルを使用することで，水平施工においても充填性およびプレストレス保持性に優れる固定定着体を形成できることが確認できた。
(2) 特殊高強度モルタルにより形成した固定定着体の耐力は，SBPR1080/1230（丸鋼C 種1号）の規格
降伏荷重以上であることから，SBPR930/1080（丸鋼B 種1号）の規格引張荷重（448.7kN）を上回る耐荷性能を有することが確認できた。
今後は，実構造物への適用を想定した補強効果の検証実験を実施する予定である。
謝辞：本報をまとめるにあたり，日本スプライススリーブ（株），電気化学工業（株）から材料提供および技術支援をいただきました。また，横浜国立大学名誉教授の池田尚治先生にご助言をいただきました。ここに深く感謝の意を表します。
参考文献
1) 三本竜彦，溝垣道男，山根隆志，吉武勇：コンクリート工学年次論文集,Vol.35,No2,2013
2) (公社)土木学会：2012 年制定 コンクリート標準示方書［設計編］，2012- 448 -