論文･報告 南風原高架橋他２橋耐震補強工事報告

論文･報告
はえばる

南風原高架橋他２橋耐震補強工事報告～現場条件を考慮した設計と施工について～Seismic Retrofitting in HAEBARU-Viaduct伊佐 康一 *1
Koichi ISA

寶金 孝弘 *2
Takahiro HOUKIN虻田 寿人 *2
Hisato ABUTA

関 勝史 *2
Masafumi SEKI

藤原 敏晃 *3
Toshiaki FUJIWARA

大久保 孝 *4
Takashi OKUBO

は え ば る

やぎ ばる

本工事は，沖縄自動車道（那覇～石川間）の対象橋梁 3 橋（南風原高架橋，屋宜原橋，カニカラン橋）の橋脚耐震補強および落橋防止構造設置工事である。南風原高架橋は PC 連結合成桁で，主桁と橋脚を制振ダンパーで連結する制振装置工が採用された。屋宜原橋は PC 連続ラーメン箱桁橋で，橋脚の耐震補強として RC 巻立工法，上部工の耐力向上として下床版増厚が採用された。落橋防止装置工としては，支承を有する P3 橋脚では現場条件および工程短縮の観点から再照査の上，PC ケーブルの変位制限を省略しコンクリート壁による段差防止工へ変更した。
カニカラン橋は，P1 橋脚近傍の構造物掘削に制約が生じたことから，RC 巻立工法から制振ダンパーの設置に変更した。本稿では，全体工事概要と現場条件を考慮し変更した耐震補強の設計・施工について報告する。
キーワード：橋脚耐震補強，RC 巻立工法，制振ダンパー，段差防止工，落橋防止構造れた。

1．はじめに（2）屋宜原橋

本工事は，沖縄自動車道（那覇～石川間）の対象橋梁 3

屋宜原橋は，橋長 322m で 2 橋梁からなり，P4 橋脚は橋（南風原高架橋，屋宜原橋，カニカラン橋）の橋脚耐掛違い橋脚である。上部工形式は，張出し架設工法によ震補強および落橋防止構造設置工事である。

る PC4 径間連続ラーメン箱桁橋（A1 橋台～P4 橋脚）と対象橋梁の竣工年度は，1986～87 年度であった。本工

RC4 径間連続中空床版橋（P4 橋脚～A2 橋台）を有する。

事は，既存資料を参考に，現行耐震基準を満足するようまた，橋脚形式は，PC 部は単柱式矩形橋脚，RC 部は 2に，橋梁 全体系 として 耐震 性向上を 目的と するも ので柱式矩形橋脚である。基礎形式は直接基礎である。

あった。

単柱式橋脚の耐震補強として RC 巻立工法，PC 箱桁上部工の耐力向上として下床版増厚が採用された。落橋防

2．橋梁概要対象橋梁の一般図を図 1～3 に示し，概要を以下に記す。
（1）南風原高架橋
南風原高架橋下り線（P14 橋脚～A2 橋台）は，橋長142m で 2 橋梁からなり，P14 橋脚および P17 橋脚は掛違い橋脚である。上部工形式は，PC3 径間連結合成桁橋と PC2 径間連結合成桁橋を有する。また，橋脚形式は，張出式橋脚であり，径間数は 5 径間である。基礎形式は直接基礎である。
橋脚部は橋脚高さの 60～80％がゴミ混じりの土砂により埋め立てられている。したがって，本橋の耐震補強検討では，盛土材が産業廃棄物相当のゴミ混じり土砂であることから，構造物掘削の必要な橋脚本体の補強ではなく，構造物掘削の必要の無い制振装置設置工が採用さ*1 川田建設㈱西日本統括支店（大阪支店）事業推進部 次長*2 川田建設㈱西日本統括支店（大阪支店）事業推進部工事課 係長*3 川田建設㈱西日本統括支店（大阪支店）事業推進部技術課 係長

止装置工は当初 P3 橋脚における中間支点に PC ケーブルを用いた変位制限構造が計画されていた。当該施工箇所の P2～P4 径間橋梁下には発注者である西日本高速道路株式会社（NEXCO）と市町村の占用協議による地元地区住民のためのゲートボール場および運動場があり，工事に伴う閉鎖期間の短縮が課題となった。
（3）カニカラン橋
カニカラン橋下り線は，橋長 71.7m で 2 橋梁からなり，P3 橋脚は掛違い橋脚である。上部工形式は，RC3 径間連続中空床版橋（A1 橋台～P3 橋脚）と PC 単純箱桁橋（P3 橋脚～A2 橋台）を有する。また，橋脚形式は，RC部は 2 柱式矩形橋脚，PC 部は単柱式矩形橋脚である。
橋脚の基礎形式は，直接基礎である。

*4 川田建設㈱西日本統括支店（大阪支店）事業推進部技術課 課長

論文・報告 11-1

川 田 技 報 Vol.34 2015

論文･報告 南風原高架橋他２橋耐震補強工事報告

P1 橋脚の耐震補強は，当初 RC 巻立工法が計画されて法に際して構造物掘削による，市道の終日規制，大掛かいた。しかし，A1～P1 径間には市道が交差しており，りな仮設工および迂回路の設置が必要となった。このた市道から約 6m の深さにフーチングがあるため，巻立工め，RC 巻立工法の代替工法の検討が課題となった。
側面

橋長

4 0 04 0 0600

40040060027270400
ｺﾝｸﾘｰﾄﾌﾞﾛｯｸ工B制震装置工D(1),(7)（容量100kN*2）
パラペット補強工 P14ＭＦＭ

制震装置工D(3),(7)（容量400kN*2）
盛土地盤線
制震装置工D(4),(7)（容量500kN*2）

40027270

ｺﾝｸﾘｰﾄﾌﾞﾛｯｸ工AA2ＦＭ

制震装置工D(2),(6)（容量200kN*2）

検査路
制震装置工D(3),(6)（容量400kN*2）

左地覆外側線
道路中心線
右地覆外側線

200200200200200

32400

32500

29300

制震装置工D5(5),(7)（容量750kN*2）

400400600

27270

L=56810

制震装置工D(2),(7)（容量200kN*2）
P18
P17Ｆ

ＦＦＦ

Ｍ

Ｍ

4004006027270

P16P1524700

検査路

27000

PC2径間連結合成桁橋

200 15000

L=85200

14201026700

PC3径間連結合成桁橋

図

支持想定線

図1

南風原高架橋一般図

下り線

RC巻き立てt=250mm

図2側

屋宜原橋

面

検査路付替工Ｆ

検査路付替工ＦＭ

過年度補強済み

一般図

350 400

3@13700=41100

ＨＭ Ｆ71700

落橋防止構造C(3)落橋防止構造 橋座拡幅
落橋防止構造ｱﾝｶｰﾊﾞｰ(φ70)
落橋防止構造ｱﾝｶｰﾊﾞｰ(φ70)
P1
A1
P2
Ｍ
検査路付替工RC巻き立てt=250mmＭ

図（下 り 線）

橋長
350

Ｍ

9000
100Ｒ10013490

RC巻き立てt=250mm

100 15990

床版増厚工 P2

100 22590

Ｒ4010062000

100 28000 3400

P1 床版増厚工

（CL上）

200
17550 18000 18000 17650 50
700 400
300
50 縁端拡幅工B
落橋防止構造C(1)
制震装置
落橋防止構造ｱﾝｶｰﾊﾞｰ(φ80)
落橋防止構造ｱﾝｶｰﾊﾞｰ(φ80) (400kNタイプ×2基)
設置
P3
床版増厚工
P4P5P6P7A286207

100 32500 4000

14500
100A1 Ｍ59943

23500 4000

700
150322000

100 260001610

橋長28900

400120 落橋防止構造P(3)落橋防止構造ｱﾝｶｰﾊﾞｰ(φ105)
落橋防止構造P(3)P3A2
落橋防止構造ｱﾝｶｰﾊﾞｰ(φ105)

ＨＭ
検査路付替工Ｍ

図3

一般図

カニカラン橋

検査路付替工論文・報告 11-2

Ｆ

検査路付替工川 田 技 報 Vol.34 2015

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3．南風原高架橋の施工
南風原高架橋の耐震補強は，ダンパーを用いた制振装置設置工であった。PC 上部工の主桁および下部工の橋脚にダンパー取り付け用ブラケットを設置した後，ダンパーが取り付けられる。したがって，PC 桁への削孔が伴うことから，ここでは，PC 桁への削孔に着目した品質管理において，留意すべき事項とその対応策について述べる。
（1）品質管理に関する留意事項①削孔時における既設構造物の鉄筋損傷防止
PC 桁のダイヤモンドコア削孔では事前に RC レーダーによって鉄筋探査を行う（写真 1）が，かぶり厚が大きくなると探査誤差が大きくなる。その結果，ダイヤモン
ドコア削孔の際，既設鉄筋を削孔機の刃先で損傷する可能性があるため，施工方法に留意する必要があった。

メタルセンサー（金属感知器）の原理は，電源アース→ダイヤモンドコア刃先→コンクリート内部鉄筋間に微弱電流が流れたことを感知して，0.1 秒以内に電源を遮断するものである。これにより，削孔時のダイヤモンドコア刃先による鉄筋の損傷を防止できる。一般的に，ダイヤモンドコア刃先が鉄筋に接触したかどうかは，削孔抵抗の変化によってコア削孔機のオペレータが判断している。しかしながら，この場合オペレータによる個人差が生じ人為的な判断の差違によっては鉄筋損傷の可能性がある。本メタルセンサーリールを使用することで，人の感覚に頼ることなく，電気的にダイヤモンドコア削孔作業を停止することができた。
②PC 鋼材位置の確実な確認と削孔時の損傷防止具体策として，PC 鋼材位置の先行削孔（φ20mm 程度）を行い（図 4），この削孔内に CCD カメラを挿入し目視確認を実施した（写真 3）。
竣工図を元に コンクリー ト 表面に PC 鋼材位置をプロットし，その PC 鋼材位置において前述のメタルセンサーを使用したハンマードリルにて先行削孔を行う。これにより，PC 鋼材と刃先が接触した場合でも PC 鋼材に損傷を与えることなく作業が行える。削孔完了後，削孔深さの計測を行い，CCD カメラを孔内に挿入することで，PC 鋼材位置を確実に目視確認できた。PC 鋼材配置位置を直接目視確認することにより，削孔作業において PC鋼材に損傷を与えることなく施工することができた。ま写真 1

RC レーダー調査た，不達孔発生の確率を大幅低減でき，既設構造物の健全性を確保できた。

②PC 鋼材位置の確実な確認と削孔時の損傷防止
PC 鋼材配置箇所は，かぶり厚が大きく RC レーダーでは PC 鋼材探査を行うことは不可能である。そのため，制震装置設置箇所のＰＣ鋼材１本に対し両端と中央の３箇所の調査孔を設ける。

ダイヤモンドコア削孔の際，PC 鋼材を削孔機の刃先に凡例より損傷する可能性が鉄筋よりも高いため，その位置の○ ：調査孔確実な確認が必要であった。

赤線：ＰＣ鋼材（2）留意事項に対する対応①削孔時における既設構造物の鉄筋損傷防止
具体策として，ダイヤモンドコア削孔施工時には，メ

図4

PC 鋼材位置調査孔タルセンサーリールを使用した（写真 2）。

写真 2

写真 3

メタルセンサーリール

論文・報告 11-3

CCD カメラによる調査

川 田 技 報 Vol.34 2015

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4．屋宜原橋の設計・施工（1）RC 巻立工法
屋宜原橋の橋脚耐震補強は，RC 巻立工法であった。
RC 巻立工法は，既存橋脚躯体の周囲を鉄筋コンクリートで巻き立て，橋脚の耐力や変形性能を向上させる工法である。巻立て部の施工に際しては，既設コンクリート部に表面処理を施すとともに，巻立てコンクリートが乾燥収縮によってひび割れが発生する場合があるため，コンクリートの配合，打設および養生の各段階において，有害な乾燥収縮ひび割れが発生しないような配慮をする

写真 5必要があった。
既設コンクリートの下地処理にはバキュームブラスト

ハイパーネットの設置（2）現場条件を考慮した落橋防止システムの変更提案

工法（写真 4）を採用した。バキュームブラスト工法は，屋宜原橋の P3 橋脚は，連続桁の中間支点である。発注

コンクリート表面をノズルより噴射する研磨材にて研削時は，P3 橋脚の落橋防止システムとしては，P3 橋脚のする工法で，ブラストガンは噴射ノズルと回収ホースが鋼製支承の変位制限構造として橋脚と主桁とを PC ケー一体となっており，加工と同時に研磨材，コンクリートブルで連結する耐震連結方式の変位制限装置が計画され粉塵を飛散させることなく集塵回収できる。また，騒音，ていた。P3 橋脚位置の橋梁下は，地域住民のためのゲー

振動が少なくシステムがコンパクトで人力による作業でトボール場ならびに運動場があり，当初計画通りの工事あり，狭隘部にも使用可能で施工性が良い工法であった。

を実施した場合，仮設備の大型化や公園の閉鎖期間が長期化することが考えられた。そのため，工程上クリティカルとなる変位制限構造の設計を見直すこととした。
実工事に臨むに際して，建設当時の設計移動量と鋼製支承図面および発注設計の非線形動的解析の移動量を再度精査した結果，計算移動量は鋼製支承の全移動可能量の範囲内であり，鋼製ローラー支承は下沓プレートから逸脱することはないことが分かった。中間支点の変位制限構造は，基本的には鋼製支承において過大な移動量が生じ，逸脱することを抑制する目的で設置されるものであるが，照査の結果，省略が可能であることから，支承

写真 4

バキュームブラスト工法

部に過大な装置が取り付く煩雑さを軽減するとともに工期短縮にも寄与できる，変位制限構造の省略を提案した

巻立てコンクリートの乾燥収縮対策としては，水和熱（図 5）。しかしながら，想定外の地震時移動量が生じた

抑制型膨張材「ハイパーエクスパンＭ」を 20kg/m 3 添加

場合に対するフェイルセーフとして，段差防止工を設置した収縮低減型コンクリートを使用した。膨張材の使用（図 6）することとした。

により乾燥収縮による引張力を相殺できるとともに，水P2橋脚P4橋脚和熱抑制型膨張材であることから，温度ひび割れ発生のリスク低減にも効果があった。これにより，巻立てコンクリートの乾燥収縮が既設コンクリートによって拘束さ既設化粧壁撤去れて発生するひび割れを抑制できた。さらに，巻立てコ負担させ，ひび割れ発生抑制に効果があった。

4 6 03 03

図5論文・報告 11-405300459 全長 (２)連結ケーブル
ルＰブ
ケー 構造
299 連結 橋防止
落'

リートにより拘束されて発生する引張応力をネットにも411

連結ケ5
落橋 ーブ 071
防止 ル全連結ケーブル
構造 長 5Ｐ( 781１)

22°0

れにより，巻立てコンクリートの乾燥収縮が既設コンク

411'

躯体全体を水平方向に囲うように配置した（写真 5）。こ

22°0

ネット「ハイパーネット 60」を鉛直方向に 50cm 間隔で346030

ンクリー ト鉄筋 の最外 面に 耐アルカ リ性ひ び割れ 防止

緩衝材
落橋防止用壁299

変位制限装置(PC ケーブル)の省略

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論文･報告 南風原高架橋他２橋耐震補強工事報告を用いて全体系の挙動として検討した。結果，P1 橋脚のRC 巻立工を省略した場合では，P1 だけでなく P2 橋脚ならび P3 橋脚にも影響し，全体系としての耐震性能を既設化粧壁撤去満足しない結果となった。P1 の RC 巻立工は，全体系と落橋防止用壁しての耐震性能にも寄与していることから，代替案には，
P1 橋脚段落とし部の曲げ耐力および天端変位を満足さ

段差防止構造段差防止構造落橋防止構造 Ｐ(２)せかつ，全体系の耐震性能を満足させる方法を見いだす

落橋防止構造 Ｐ(２)

図6必要があった。
検討の結果，A1 橋台にダンパー規格 400kN のダンパー段差防止装置の設置を設置すれば，P1 橋脚の RC 巻立工を省略することが可能となった（図 8）。

5．カニカラン橋の設計・施工（2）A1 橋台落橋防止システムの見直し（1）現場条件を考慮した耐震補強工の変更提案

カニカラン橋の A1 橋台には，落橋防止システムとし

カニカラン橋の P1 橋脚（下り線）については当初，て，チェーンタイプの落橋防止装置と縦型緩衝ピンを用RC 巻立工による耐震補強が計画されていたが，A1～P1いた変位制限装置が計画されていた。先に述べたとおり，径間には市道が交差（写真 6）しており，市道から深さA1 橋台にダンパーが追加設置となると，設置スペース6m にフーチングがあるため，RC 巻立工法を実施した場が確保できない問題点が生じたため，A1 橋台における合，構造物掘削の影響で，市道の終日規制，大規模な仮落橋防止システムの考え方を見直すこととした。

設工および迂回路の設置が避けられないことが分かった。

ダンパーを用いた橋では，支承の橋軸方向変位が大き上記の問題点に対して，耐震設計の見直しが指示され，く抑制されるため，支承の変形性能に余裕があるならば，P1 橋脚の RC 巻立工の省略または代替案を検討した。

ダンパー自体が落橋防止構造の設計耐力を満足しなくてP1 橋脚の RC 巻立工は，橋脚段落とし部の曲げ耐力向も落橋防止構造を省略することが可能である。しかしな

上と橋脚 天端変 位の抑 制を 目的とし て設計 されて いたがら，本橋の支承は A タイプ支承であり，検討の結果，（図 7）。これを省略することの影響を，非線形動的解析

支承のせん断ひずみは許容値を満足しないことから，落橋防止構造の省略は不可能であった。
また，ダンパーにより落橋防止構造を兼用する案も別途検討したが，落橋防止構造の設計耐力は 1 650kN であり，A1 橋台に設置するダンパー規格 400kN では満足できなかった。
以上のことから，本橋では落橋防止構造の追加配置が困難な場合に属するため，桁かかり長 SE に余裕を持たせることで確実に落橋を防止するものとし，桁かかり長SE の 1.5 倍を確保するように，橋座面をコンクリートで縁端拡幅することとした（写真 7）。

写真 6

A1-P1 径間部の市道交差状況
当初補強動解結果及び補強計画図（ケース１）
側

A1橋台

P1橋脚

40P2橋脚面
橋長図（下 り 線）
71700

桁長 41800
支間長 3@13700=41100

350M

H

P3橋脚

A2橋台

120350400

桁長 29700
支間長 28900

40400

HM

12800
8370

RC巻立補強F

RC巻立補強

4430

4430

13600
9170

M

RC巻立補強図7

カニカラン橋

当初補強計画図

論文・報告 11-5

川 田 技 報 Vol.34 2015

論文･報告 南風原高架橋他２橋耐震補強工事報告
検討動解結果及び補強計画図（ケース３-Ｂ）

A1橋台のみに400kNダンパーを設置したモデルの解析結果（衝突考慮）
A1橋台

側

P1橋脚

40

P2橋脚面

図（下 り 線）

橋長350

P3橋脚

71700

桁長 41800
支間長 3@13700=41100

衝突あり
TYPEⅡ
衝突あり
TYPEⅠ･Ⅱ

M

H

A2橋台

120
350 400

桁長 29700
支間長 28900

40400

衝突なし

H

P1橋脚RC巻立て省略(A1-400kNﾀﾞﾝﾊﾟｰ設置)
柱基部

図8

写真 7

カニカラン橋FM

3980300 300
9420
2700
16700

RC巻立補強

4430

12800
8370

4430

200kN×2本ダンパー

13600
9170

M

RC巻立補強

P1 橋脚 RC 巻立て省略

カニカラン橋(下り線)A1 橋台橋座縁端拡幅

写真 8

南風原高架橋

完成写真

写真 9

屋宜原橋 P3

完成写真

6．おわりに既設橋の耐震補強は，上部構造，下部・基礎構造，落橋防止システムなど，橋梁全体構造系として計画が立案されている。本工事では，ダンパー設置工法，RC 巻立工法および落橋防止システム取り付けなど，工事種別も多く，それぞれについて設計思想を十分確認して工事に臨んだ。
既設橋の工事においては，路下条件や地域条件，作業時間など制約のある場合も多く，計画段階からの変更を余儀なくされることもある。本工事では，屋宜原橋およびカニカラン橋において，現場条件を考慮した変更を実施し，それぞれの課題を解決するために，橋梁全体系で再考することにより，目的の耐震補強工事を成し得た。
本報告が類似工事の参考となれば幸いである。
最後に，無事故無災害で無事竣工を迎えた本工事（写真 8～10）の関係各位に謝意を表して結びとする。

写真 10

論文・報告 11-6

カニカラン橋（下り線）A1

完成写真

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