東日本大震災における大津波による被災地での新たな防波堤、防潮堤の構築、被災地以外の沿岸部での新たな防波堤、防潮堤の構築や既存の堤防の改善を進める場合、強固で大津波にも対応できる高性能・高品質の堤防にすることは言うまでもないが、上記の通り、コンクリートの供給不足、道路整備が進んでいない沿岸部の道路事情、輸送コストや施工コスト、緊急性等も考慮し、従来に比べコンクリートの使用量が少なく、資材や部材の陸上輸送が容易で、施工が容易なものにする必要がある。しかし、このようなものはほとんど見当たらない。
特許文献1に記載されるものは、鋼・コンクリート合成構造のプレキャスト部材を用いたハイブリッド型のものであり、耐久性、施工性、大津波への対応等を考慮したもので、従来の堤体に比べれば小型化や軽量化も図られているものの、壁体やフーチングは大型で重量の大きいプレキャストコンクリート版からなるものであり、必ずしも陸上輸送が容易なものとは言えない。また、コンクリートの供給不足への対応も十分とは言えない。
引用文献2に記載されるカーテン型防波堤は、第一の防波壁と第二の防波壁からなる二重壁構造のものであるが、外海からの通常の波浪に対し港湾での静穏化を図るためのものであり、大津波にも対応できる強固なものではない。
特許文献3に記載される嵩上げ堤も、両側板を有する二重壁構造のものであるが、単に既設堤の上にプレキャスト化された堤資材を組立てて断面略コ字形の堤を被せて嵩上げするものであるからして、堤全体としての強度は既設堤と大きく変わらず、大津波への対応をも想定したものではない。
本発明は、上述のような背景・課題を鑑みて成したものであり、大津波にも対応可能な強固で高品質なものであるとともに、資材や部材の陸上輸送及び施工が容易でコンクリートの使用量をできるだけ抑制した堤体を提供することを目的とするものである。
本発明の一つ(第一の発明)は、「二重壁ユニットを堤体連続方向に並べて壁面を形成した堤体であって、二列に配列された鋼管杭と、該鋼管杭に支持されたフーチングと、該フーチングの上方に配置された二重壁ユニットとを備えた堤体であり、前記二重壁ユニットは、所定の間隔をあけて平行に配置した2枚のプレキャスト版を連結支柱で連結してなるものであり、該連結支柱の下端部は前記鋼管杭との接続部となっていることを特徴とする堤体」である。
本発明の堤体は、大別して、基礎杭となる鋼管杭と、該鋼管杭に支持されたフーチングと、該フーチングの上方に配置された二重壁ユニットとを備えた鋼・コンクリート合成構造のハイブリット型のものである。
鋼管杭は従来と同様のものである。フーチングは従来通りの現場施工のものでも工場で製作したユニット化した部分を含むものであってもよい。ユニット化した部分を含むものであれば、フーチングの高品質化やフーチング施工の容易化が図れる。
二重壁ユニットは、所定の間隔をあけて平行に配置した2枚のプレキャスト版からなるものを連結支柱で連結してなるものであり、該連結支柱の下端部は前記鋼管杭との接続部となっており、工場で製作される。工場で製作したユニットを用いるので、品質が安定した高品質のものとすることができるとともに陸上輸送効率と施工効率の向上が図れる。
プレキャスト版としては、鉄筋コンクリート版、鉄骨鉄筋コンクリート版、プレストレストコンクリート版、鋼・コンクリート合成版、高強度コンクリート版、繊維補強コンクリート版、繊維補強樹脂板、樹脂・コンクリート合成版などが挙げられる。また、連結支柱としては、H形鋼、角型鋼管、トラス構造材、波形鋼板等の鋼材からなるものの他、プレキャストコンクリート製のもの、セラミック製のもの、コンクリートと炭素繊維との複合体からなるものなどが挙げられる。二重壁ユニットを堤体連続方向に並べることにより、堤体の壁面の全面もしくは壁面の一部が形成される。
本発明の堤体では、上記の通り、水害の防壁は二重壁構造となっている。二重壁構造のプレキャスト版のうち、引張側の部材となる表側(水辺側)のプレキャスト版は波圧版としての役割を果たすものであり、津波等を直接受け、荷重を主部材(連結支柱)に伝える役割を担う。
一方、圧縮側の部材となる裏側(陸地側)のプレキャスト版は圧縮版としての役割を果たすものであり、曲げ圧縮力を負担し、剛性の向上に寄与する。また、連結支柱が鋼材からなる場合、これを塩害から保護する密閉空間を形成する際のカバー板としての役割も担う。このように、裏側(陸地側)のプレキャスト版に圧縮版としての機能とカバー板としての機能の両方を持たせることにより、効率的な部材利用が実現できる。
また、連結支柱は上記表側のプレキャスト版と裏側のプレキャスト版をつなぎ、せん断力を負担する役割を担う。2枚のプレキャスト版間を連結支柱でつなぎ壁ユニット化することで、ユニット全体の軽量化が可能となり、壁高の高い構造のものでも陸上輸送が容易となり、現場施工も簡略化できる。
以上の通りであり、壁ユニットを用い、かつそれを二重壁構造とすることにより、連結支柱の負担を軽減しつつ軽量で強固な防壁を形成することができコンクリートの使用量を抑制することも可能となる。そして、引張側に鋼材を主体とした部材を用い、圧縮側にコンクリートを主体とした部材を用いたハイブリッド型とすることにより、それぞれの材料特性を活かした効率的・効果的なものとすることができる。
前記連結支柱はH形鋼からなるものであるのが好ましい。本発明のような二重壁構造であれば、H形鋼単体では負担できない荷重であっても負担可能となるので、安価で容易に入手可能なH形鋼を用いることができる。
そして、H形鋼と2枚の壁パネルを工場で連結したユニットであれば従来のプレキャストコンクリート壁体に比べはるかに軽量なので陸上輸送がし易く、プレキャストコンクリート壁体を運搬するための車両が大型化して輸送経路が制限されたり、現場での据付けに必要なクリーンが大型化するといった現場施工での問題も解決することができる。
また、前記フーチングはフーチングユニットを用いたものであり、該フーチングユニットは鋼材で枠組みされた箱枠であるのが好ましい。
本発明では、高品質な部材による強固な堤体の構築、部材の陸上輸送の容易性、施工性、使用コンクリートの抑制などの観点から、二重壁ユニットなど鋼・コンクリート合成によるハイブリッド型のユニットを用いることを特徴とする。したがって、フーチングもハイブリッド型のものとし、その少なくとも一部をユニット化してフーチングユニットにしておくことは好ましい。フーチングユニットの構造は特に限定されないが、本発明では、例えば鋼材で枠組みされた箱枠であり、施工現場で該箱枠の周囲にコンクリートを打設してフーチングが完成される。箱枠は、必ずしも鋼材製である必要はなく、繊維補強コンクリート等の各種コンクリート製、繊維補強樹脂等の樹脂製であってもよい。
また、前記フーチングは鋼材で3つに区画され、中央の区画は中空部となっているのが好ましい。3つの区画のうち両側の区画は鋼管杭が直下にあり、壁ユニットが鋼管杭とフーチング内で接続され区画内はコンクリートで満たされる。鋼管杭が直下に無い中央の区画は中空とする。中空にしているのは、コンクリート使用量の低減、輸送時のユニット重量の低減などの理由による。中空であっても二重壁と連結支柱が一体で外力に抵抗するので強度や耐久性で問題になることはない。なお、本発明で言う「中空」とは、モルタルやコンクリート等のセメント硬化体が存在しないということであり、空間だけでなく、土砂、軽量材、エネルギー吸収材などが充填されている場合も含む。
また、前記フーチングは、2つのH形鋼を並べて箱枠を形成した前記フーチングユニットの周囲をコンクリートで被覆したものであるのが好ましい。
箱枠は、前述の通り、コンクリートや樹脂により形成しても良いが、2つのH形鋼を並べ鋼板で側壁、底板、天井板、仕切板を作って鋼材製箱枠にすれば、軽量かつ現場での連結作業が容易なフーチングユニットを得ることができるなどのメリットが得られるので好ましい。
前記鋼管杭の上端部は前記フーチング内に入り込んでおり、該鋼管杭の上端部における管内に前記連結支柱の前記接続部が差し込まれ、該鋼管杭の周囲がコンクリートで固められて前記二重壁ユニットとフーチングと鋼管杭とが一体化されているのが好ましい。
前述の通り、本発明の堤体では、前記二重壁ユニットと直下の鋼管杭とがフーチング内で接続されるが、その際、上記のような接続構造とするのが好ましい。
すなわち、堤体を強固なものにするためには、フーチングの上方に設置される二重壁ユニットとフーチングと該フーチングを支持する鋼管杭とが鉛直方向で強固に一体化されている必要があるが、本発明では二重壁ユニットにおける連結支柱下端部の接続部をフーチング内で鋼管杭上端部の管内に差し込んで、二重壁ユニットの下端部と鋼管杭とがフーチング内で重なり合って接続されるので、二重壁ユニットとフーチングと鋼管杭とを強固に一体化できる。
本発明の他の一つ(第二の発明)は、「二重壁ユニットを堤体連続方向に並べて壁面を形成した堤体であって、一列に配列された鋼管杭と、鋼殻ユニットと中詰めコンクリートとからなり該鋼管杭に支持された基礎部と、該基礎部の上方に配置された二重壁ユニットとを備えた堤体であって、前記二重壁ユニットは、所定の間隔をあけて平行に配置した2枚のプレキャスト版を連結支柱で連結してなるものであり、該連結支柱の下端部は前記鋼管杭との接続部となっていることを特徴とする堤体」である。
前記のもう一つの発明(第一の発明)は、堤体連続方向に延びるようにして、鋼管杭が二列に並べられる堤体構造を想定したものであるが、この発明(第二の発明)では鋼管杭が一列に並べられる堤体構造を想定したものである。鋼管杭と二重壁ユニットを用いることは共通するが、鋼管杭が一列に配列される場合はフーチングは必須要件ではない。二重壁ユニットの壁高がそれほど高くなくても良く、地盤が良いところに堤体を構築する場合は鋼管杭は一列でもよく、本発明(第二の発明)はこのような場合に適用される。
この鋼管杭が一列に配列された場合の本発明(第二の発明)では、鋼管杭と二重壁ユニットは前述のものと同じであり、フーチングに代えて鋼殻ユニットと中詰めコンクリートとからなり該鋼管杭に支持された基礎部が用いられる。そして、前記フーチングの場合と同様、該基礎部の上方に二重壁ユニットが設けられる。本発明で言うフーチングと基礎部との違いは、フーチングが縦横に複数列並んだ鋼管杭の杭頭部を縦横に連結して構築した基礎であるのに対し、基礎部は堤体連続方向に一列に並んだ鋼管杭の杭頭部を堤体連続方向に連結して構築した基礎である点である。
前記基礎部では、前記フーチングユニットに対応するものとして、鋼殻ユニットが用いられる。鋼殻ユニットは、フーチングユニットと同様、箱形状のものであり、鋼材からなる箱枠(鋼殻)をコンクリートで被覆してなるユニットである。この発明の場合も、鋼殻ユニットや二重壁ユニットといった工場で製作したユニットを用いて堤体を形成することにより、品質が安定した高品質のものとすることができるとともに陸上輸送効率と施工効率の向上が図かれ、コンクリート使用量も低減できる。
この第二の発明において、前記鋼管杭の上端部は前記基礎部内に入り込んでおり、該鋼管杭の上端部における管内に前記連結支柱の接続部が差し込まれ、該鋼管杭の周囲がコンクリートで固められていることにより、前記二重壁ユニットと基礎部と鋼管杭とが一体化されているのが好ましい。これは、前述のフーチングを必須要件として用いた第一の発明の場合と同様である。
また、前記連結支柱はH形鋼からなるものであるのが好ましい。これも前記第一の発明の場合と同様である。
また、前記鋼殻ユニットと中詰めコンクリートからなる基礎部は、中空部を有するのが好ましい。前記第一の発明におけるフーチングにおいてもフーチングに中空部を設けることは好ましいとしたが、同様の理由により、基礎部に中空部を設けるのは好ましい。
フーチングにしろ基礎部にしろ、鋼管杭は所定の間隔で並列されるので、必ず、直下に鋼管杭のある鋼管杭の直上部分と直下に鋼管杭のない部分とが生じる。鋼管杭が直下にある鋼管杭の直上部分には鋼管杭を被覆して防錆する機能が必要なのでコンクリートを打設しておく必要があるが、直下に鋼管杭のない部分ではその必要がなく強度的にも他で十分確保できるので中空であっても大きな問題は生じない。
前出の通り、本発明で言う「中空」とは、「コンクリートやモルタルが打設されていない」という意味であり、空間の他、土砂、軽量材、エネルギー吸収材等の充填材が充填されていてもよい。
また、前記二重壁ユニットにおける2枚のプレキャスト版間も、発泡ウレタン、発泡スチロール、土砂、廃材からの再生材などの充填材、あるいは衝撃吸収材を充填しておいてもよいが、空間にしておいてもよい。空間にしておくことにより、完成後の維持管理のために二重壁ユニットの内部を点検することが容易となる。
本発明の堤体は、工場で製作した複数のユニットを現場で組立てて構築されるものなので大津波にも対応可能な強固で高品質なものであるとともに施工性も良く、また、コンクリートの使用量をできるだけ低減した鋼・コンクリート合成構造のハイブリッド型のものにしたため各材料の特性を活かしたコンクリート使用量の少ない軽量のものとすることができ陸上輸送が容易となる。そして、施工現場へのコンクリートの供給不足といった昨今の問題も解決できる。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
まず、第一の発明に係る本発明を、図1〜図7の図面に基づいて説明する。
図1は、本発明(第一の発明)の堤体の一実施形態を示す斜視図である。(a)は表側(水辺側)から見た図、(b)は裏側(陸地側)から見た図である。
本発明の堤体1は、既設堤防2の上に構築されている。そして、所定の間隔で堤体連続方向に2列に設けられた鋼管杭5に支持され所定の間隔をあけて並列されたフーチング6の上方には二重壁ユニットが配置され二重壁パネル4(第1壁パネル4−1)が設けられている。この例では、隣り合うフーチング6,6の間には、必要に応じて用いられる補強のための接合ユニット8が設けられており、接合ユニット8の上方にも二重壁ユニットと同様の二重壁パネル4(第2壁パネル4−2)が設けられている。このように、フーチング6を所定の間隔で並列することは、コンクリート使用量の節約、架設用重機の小型化といった点で好ましい。また、その場合、隣り合うフーチング6,6の間に接合ユニット8を設けることは補強だけでなく水密性の確保の点でも好ましい。
しかし、接合ユニット8を設けることは必須要件ではなく、隣り合うフーチング6,6をコンクリートブロックや鋼ブロック等のブロック、あるいは、鋼棒等の鋼材、あるいは他の部材で連結しても良い。その場合は、前記第2壁パネル4−2はなくなるので、この場合は、第2壁パネル4−2がある場合に比べて幅広の第1壁パネル4−1を用い、第1壁パネル4−1同士を堤体連続方向に接続して堤体1の壁面を形成する(図示省略)。
二重壁パネル4は、連結支柱に支持された2枚のプレキャスト版からなる二重壁構造で、プレキャスト版間は空間となっている。接合ユニット8を用いたこの例では、二重壁パネル4の一つはフーチング6の上方に設置され2枚のプレキャスト版からなる二重壁の第1壁パネル4−1である。また、二重壁パネル4の他の一つとして、接合ユニット8にも前記第1壁パネル4−1と同様の二重壁構造の第2壁パネル4−2が備わり、これらパネルが交互に堤体連続方向に並べられて堤体1の壁面を形成している。
フーチング6には、隣の接合ユニット8を強固に接合するための接続鋼材7(孔あき鋼板ジベル、H形鋼、スタッドジベルなど)が突設している。また、堤体1の壁面の裏側は道路3となっている。
二重壁ユニットの第1壁パネル4−1と接合ユニット8の第2壁パネル4−2は、図に示すように縦長でフーチング6や接合ユニット8の下部の幅にそれぞれ合せたものである。
前述の通り、接合ユニット8を用いない場合は、第1壁パネル4−1の幅はこれより広くなる。
この例では、高さ方向に一段の例を示しているが、必要な壁高、製作効率、陸上輸送効率、施工効率等を勘案し、高さ方向に複数段とすることもできる。
図2は、接合ユニット8を用いた本発明(第一の発明)の堤体の構造の一例を示す図である。(a)は正面図、(b)は平面図、(c)は側面図である。
鋼管杭5は、水辺側鋼管杭と内陸側鋼管杭とからなり、これらが堤体の連続方向に向かって所定の間隔で平行に2列に設けられている。間隔は250〜450cm程度が好ましい。また、該2列の対応する各1組の鋼管杭5,5は、堤体の連続方向に対して略直角に150〜600cmの一定間隔で設けられている。そして、表側(水辺側)の鋼管杭5の上方にはフーチング6を介して連結支柱9で支持された二重壁ユニット14の二重壁パネル4(第1壁パネル4−1)が設置されている。
フーチング6は、図に示すように、上記鋼管杭5の配列に合せて所定の間隔で設けられている。この例では、各フーチング6は鋼材で枠組された箱枠からなるフーチングユニットを用いて作られており、仕切鋼板11により3つに区画されている。直下に鋼管杭5がある両側の区画はコンクリート13が充填されており、直下に鋼管杭5がない中央の区画は中空部12となっている。中空とするのは、軽量化して陸上輸送を容易にするためである。
隣り合うフーチング6,6の間の表側(水辺側)には接合ユニット8が設けられ、フーチング6,6と接合ユニット8が一体化した基礎を形成している。接合ユニット8は、前記二重壁ユニット14と同様に連結支柱9で支持された二重壁パネル4(第2壁パネル4−2)を備えた上部材と、上部材を接続するための埋設内型枠21が設けられたブロック16からなる下部材の上下2部材からなる。ブロックは、コンクリート製ブロック、鋼製ブロック、鋼・コンクリート合成ブロックなどである。
上下2部材は、上部材の接続部10が下部材の埋設内型枠21で形成される孔22に差し込まれコンクリートで固定されることにより接続される。また、第2壁パネル4−2は第1壁パネル4−1に、ブロック16は隣のフーチング6にそれぞれ接続される。
フーチング6と接合ユニット8との接続は接続鋼材7を用い、接続鋼材としては孔あき鋼板ジベルの他、H形鋼と高力ボルトとの併用により行うこともできる。H形鋼を用いた接続によれば架設時の位置決めが容易になり工程を短縮することができるといったメリットがあるので好ましい。ブロック16の高さは、図に示すように、フーチング6の高さと同じであり、鋼管杭5と埋設型枠21とが交互に並ぶ構造となっている。
接合ユニット8の直下には鋼管杭はないので接続機能を果たせる大きさであればよく、図に示すように、前記ブロック16の縦方向(水辺側から内陸側への方向)の長さはフーチング6より短くなっている。この例では、3つに区画されたフーチングにおける表側(水辺側)の区画に合わしている。
接合ユニット8には連結支柱9に支持された第2壁パネル4−2が備わっているので、上記2部材からなる接合ユニット8は、鋼管杭が直下にない支柱からの荷重をフーチングへ伝達する役割を果たす。すなわち、従来技術では、基礎(鋼管杭)と主部材(連結支柱)の割付を合せることが施工性やコスト面で最も効率的と考えられていたが、本発明では、基礎の割付間隔と主部材の割付間隔を一致させる必要がなくなる。そのため、基礎と主部材をそれぞれ施工性やコストに応じて最適な支間割付に設定することが可能となる。その結果、荷重の大きなケースでも、基礎の本数を増やす必要がなくなり、また、主部材として安価なH形鋼を選択することも可能となり、トータルコストの縮減が図れる。
また、ユニット化したものを用いることで、品質の確保、現場打ちコンクリート量の低減、施工効率の向上が図れる。
3つに区画されたフーチング6のうちの表側(水辺側)の区画の上方には、支柱下端部が鋼管杭5との接続部10となっている連結支柱9で支えられた第1壁パネル4−1を備えた二重壁ユニット14が設けられている。二重壁ユニット14は二重壁パネル4と連結支柱9とからなるユニットであり、2枚のプレキャスト版が連結支柱9で連結され、プレキャスト版間は空間となっている。堤体の壁面形成を二重壁ユニットにより行うので、品質の確保、施工効率の向上、コンクリート使用量の低減が図れる。
空間にしておくのは、軽量化のためと、堤体完成後の維持管理のための点検を容易にするためである。第1壁パネル4−1は、頭付きスタッドにより連結支柱9に取付けられている。
フーチング直下の鋼管杭5は、図に示すように、その上端部がフーチング内6に差し込まれている。そして、二重壁ユニット14における第1壁パネル4−1は、その下端がフーチング6の上面に接して設けられ、連結支柱9下端の接続部10は鋼管杭5上端部の管内に差し込まれ、周囲をコンクリートで固めることによって鋼管杭5とフーチング6と二重壁ユニット14が一体化されている。
接合ユニット8におけるブロック16(下部材)の上方には、連結支柱9で支えられた第2壁パネル4−2を有する上部材が設けられている。このように、接合ユニット8の上部材も、二重壁ユニット14と同様、連結支柱9とこれに支えられた2枚のプレキャスト版による第2壁パネル4−2とからなる二重壁ユニットである。
第2壁パネル4−2も、頭付きスタッドにより連結支柱9に取付けられている。また、上部材における連結支柱9の下端部の接続部10は、下部材であるブロック16に埋設内型枠21で形成された孔22に差し込まれて固定され、上下部材が接続されている。第2壁パネル4−2の幅は、ブロック16とこれの両側に打設される間詰コンクリートの合計幅と同じになっている。
第1壁パネル4−1と第2壁パネル4−2は、図に示すように、同じ高さであって、これらが堤体連続方向に交互に並べられて堤体1の壁面を形成する。交互に配列されるフーチング6と接合ユニット8のブロック16は間詰コンクリートで接続されるが、第1壁パネル4−1と第2壁パネル4−2の間は、止水材で隙間が塞がれ水密性が確保されている。止水材は、従来からパネルの隙間に用いられている止水材であれば特に限定されない。
第1壁パネル4−1と第2壁パネル4−2からなる二重壁パネル4は、2枚のプレキャスト版(RC版、SRC版、鋼・コンクリート合成版など)からなり、これらが連結支柱9(H形鋼、角型鋼管、トラス構造材、波形鋼板、コンクリート製角棒など)で支持されてなる二重壁構造のものである。2枚のプレキャスト版は、同じ版厚のものであってもよいが、堤体の内陸側に配置される方が水辺側に配置される方に比べて厚くなっているといった異なる版厚のものでもよい。版厚は、波圧、引張力、圧縮力などの条件に応じて設計する。
二重壁パネル4を用いるのは、軽量化による陸上輸送の容易性やコンクリート使用量の低減を考慮したものでもあるが、力学的作用効果の観点からは、二重壁構造にした方がしない構造に比べて効率的に部材の剛性を高めることができる。
二重壁のうち、表側(水辺側)に配置される壁パネル(プレキャスト版)は波圧版として津波等を直接受け、荷重を主部材(連結支柱9)に伝える役割に加え、主部材としての役割も兼ねる。引張側の部材となるため鉄筋等の鋼材の多いプレキャスト版とした方がよい。
裏側(内陸側)の壁パネル(プレキャスト版)は、圧縮板として曲げ圧縮力を負担し剛性の向上に寄与する他、連結支柱9が鋼材からなるものである場合、これを塩害から保護する密閉空間を形成する際の裏壁となるカバー板としての役割も果たす。したがって、コンクリートを主体としたプレキャスト版が好ましい。
以上の通り、本発明(第一の発明)の上記例にからわかるように、堤体構築に必須の二重壁ユニット14、好適なものとして用いる接合ユニット8、これらに備わる二重壁パネル4、好適なものとして用いるフーチングユニットを用いたフーチング6は、いずれも鋼・コンクリート合成構造のハイブリッド型のものでユニット化されたものであるため、それぞれの材料特性を活かした軽量で高性能のものとすることができ、コンクリート使用量の削減が図れる。また、比較的軽量で小〜中型のユニットであるため、陸上輸送が容易で施工性もよい。
(A)ハイブリッド構造、(B)二重壁構造、(C)複数のユニットの接続による構築といった本発明の基本技術思想により堤体を形成すれば、効果的に本発明の目的を達成することができる。本発明は、このように、本発明特有の課題に対し、これら(A)〜(C)の技術思想を組み合わせて成るものである。
図3は、二重壁ユニット14の例を示す図である。(a)〜(d)は連結支柱としてH形鋼を用いた例であり、(a)は全体を示す斜視図、(b)は正面図、(c)は平面図、(d)は側面図である。(e)は連結支柱としてトラスを用いた例の側面図と平面図を、(f)は連結支柱として波型鋼板ウェブを用いた例の側面図と平面図を示す。
図3(a)〜(d)に示すように、二重壁ユニット14はハイブリッド型の二重壁構造であり、連結支柱9(H形鋼18)に2枚の縦長のプレキャスト版が平行に取付けられ二重壁パネル4を構成している。そして、二重壁パネル4がない連結支柱9の下端部は接続部10となっている。また、二重壁パネル4と連結支柱9とは、図中の四角枠A内にその一部を示すように、頭付きスタッド15で結合されている。
連結支柱鋼材9の長さは、250〜1000cm程度である。また、二重壁パネル4の寸法は、縦150〜800cm、横(幅)150〜300cm、厚さ15〜30cm程度である。横(幅)はフーチング6の幅、フーチング6,6間の距離などを考慮して設計される。上記接合ユニット8を用いる場合は、上記ブロック16の横幅なども考慮して、上記第1壁パネルの横(幅)と上記第2パネルの横(幅)が設計される。
二重壁パネル4における2枚のプレキャスト版間の間隔は、二重壁パネル4内部の点検スペース確保、二重壁パネル4の剛性確保、陸上輸送サイズの制約等の観点から、40〜200cm程度が好ましい。
この二重壁ユニット14は工場で製作されて施工現場に輸送される。このような形態なので、従来の壁パネルに比べ軽量で陸上輸送がし易い。また、製作にコンクリート使用量が少なくて済む。
連結支柱9は加工の容易さ、入手の容易さ、低価格などの理由からH形鋼が好ましいが、図3(e)に示すトラスや図3(f)に示す波型鋼板ウェブなどを用いることも可能で特に限定されない。
また、堤体1の高さが低く、連結支柱9に高い強度を求めない場合や、二重壁ユニット14の輸送重量にも余裕がある場合には、鋼材からなる連結支柱9に代えてアルミニウム合金製の連結支柱9を用いたり、コンクリート(鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート、プレストレストコンクリートなど)製の連結支柱9を用いることもできる。
図4は、フーチングユニット6−1と接合ユニット8の例を示す図である。(a)はフーチングユニット6−1を示す斜視図、(b)は接合ユニット8の上部材を示す斜視図、(c)は接合ユニット8の下部材を示す斜視図、(d)はフーチングユニット6−1と接合ユニット8の下部材を鋼管杭5の杭頭部に設置し堤体1の基礎枠を構築した斜視図である。
フーチングユニットと接合ユニットを用いることは必須要件ではないが、施工効率、コンクリート使用量の低減といった観点からこれらを用いることは好ましい。
図4(a)に示すフーチングユニット6−1は、H形鋼18により箱枠17が形成され仕切鋼板11で3つに区画されている。一部の仕切鋼板11はH形鋼18よりなっており、両端部は接続鋼材としての役割を担う。中央の区画には頭付きスタッド(図示省略)を備えた天井鋼板19が取り付けられコンクリート13で被覆されている。そして中は中空部12となっている。また、両端部もコンクリート13で被覆されている。
このハイブリッド型のフーチングユニット6−1は工場で製作される。フーチング6を構築するのに、このようなフーチングユニット6−1を用いれば、施工効率が構築するとともに強固な高品質のものが得られる。また、工場から施工現場までの陸上輸送があり、コンクリート使用量の抑制もできる。
図4(b)に示す接合ユニット8の上部材は、二重壁パネル4(第2壁パネル4−2)と連結支柱9とからなり連結支柱9の下端部は接続部10となっている構造で、前述の二重壁ユニット14と同じである。
図4(c)に示す接合ユニット8の下部材(ブロック16)は、埋設内型枠21となる鋼管の短管に接続鋼材となる2つのH形鋼18が頭付きスタッド(図示省略)により取付けられ、図に示すようにプレキャストコンクリートが打設されてブロック16が作られている。該短管内は中空部12となっている。埋設内型枠21は、ここに示す鋼管の短管の他、鋼製や樹脂製の仕切板などでもよい。
図4(d)は、上記図4(a)に示すフーチングユニット6−1と図4(c)に示す接合ユニット8の下部材(ブロック16)とを施工現場で接続した現場打ちコンクリート打設前の堤体基礎枠構造を示す図である。わかり易いように地面の記載は省略してある。
フーチングユニット6−1の両側の区画がそれぞれ杭鋼管5の杭頭部に差し込まれて杭頭部にフーチングユニット6−1が設置され、隣り合うフーチングユニット6−1,6−1の間に接合ユニット8の下部材(ブロック16)が設置されている。そして、それぞれ突設されている接続鋼材のH形鋼18同士を高力ボルト23で締結することによりフーチングユニット6−1と接合ユニット8の下部材(ブロック16)とが接続されている。
図5は図4(d)に対応するものであり、フーチングユニット6−1と接合ユニット8の下部材(ブロック16)とを、H形鋼18による接続鋼材で接続した接続構造を示す図である。(a)は平面図、(b)は二重壁ユニット14部分の接続平面図、(c)は正面図である。
フーチング6はH形鋼18で箱枠17を形成したフーチングユニット6−1を用いて作られ、該フーチングユニット6−1はコンクリート13で被覆されている。仕切鋼板11の役目もするH形鋼の両端は接続鋼材の役目を果たすように突設して作られている(図4(a)参照)。
フーチング6の上方には連結支柱9(H形鋼18)で支持された二重壁構造の二重壁ユニット14が立設している。図5(b)に示すように、二重壁パネル4間は中空部12となっている。連結支柱9下端部の接続部10はフーチング6内の杭鋼管5上端部の管内に差し込まれ周囲をコンクリート13で固めることにより鋼管杭5とフーチング6と二重壁ユニット14とが一体化している。
接合ユニット8は、図4(b)(c)に示すような上下2つの部材からなり、隣り合うフーチング6,6間に設置される。そして、フーチング6に突設している接続鋼材のH形鋼18と接合ユニット8の下部材(ブロック16)に突設している接続鋼材のH形鋼18が高力ボルト23で締結され、間詰コンクリート20を打設することによりフーチング6と接合ユニット8が接続される。二重壁ユニット14の第1壁パネル4−1と接合ユニット8上部材の第2壁パネル4−2の間は、止水材で隙間が塞がれ水密性が確保されている。
このように、接合ユニット8を埋設内型枠21を用いた上下2つの部材からなるものとし、接続鋼材をH形鋼材にしてフーチング6と接合ユニット8(ブロック16の下部材)とを接続した本発明のこの堤体構造は、部材重量を抑えることができるので、規模が大きな堤体の構築に適している。
図6〜図7は、H形鋼18によるフーチングユニット6−1と前述の上下2部材からなる接合ユニット8を用い、H形鋼18を接続鋼材とした本発明の堤体1の施工例を示す斜視図である。
図6は、基礎部25完成(1次コンクリート26施工終了)までの工程を示す。(a)は鋼管杭5の施工工程を、(b)はフーチング6−1の設置工程を、(c)は接合ユニット8における下部材(ブロック16)の設置工程を、(d)はフーチングユニット6−1と接合ユニット8における下部材(ブロック16)の接続工程を、(e)は1次コンクリート24の打設による基礎部25の完成工程を示す。
図6(a)に示すように、既設堤防2に鋼管杭5による杭施工をし2列に所定間隔をおいて配列する。鋼管杭5の杭頭部は100cm程度地上に出す。杭内には200cm程度の深さに底板を設け現場打設コンクリートを杭頭部の杭内に充填する。また、杭頭部には現場溶接によりズレ止め(鋼板)を設置する。鋼管杭5を打ち込んだ後、場合によっては杭頭を切断するなどして高さの調節を行う。
次に、図6(b)に示すように、工場で製作し施工現場に輸送した箱枠からなるフーチングユニット6−1を一組(2本)の鋼管杭5,5の杭頭部に落とし込み、鋼管杭5の上端部がフーチング6の中に入るような格好にする。フーチングユニット6−1には、図に示すように、H形鋼18からなる接続鋼材がフーチングユニット6−1の側面から突出している。
次に、図6(c)に示すように、工場で製作し施工現場に輸送した上下2部材接合ユニット8のうち下部材(埋設内型枠21を有しH形鋼18からなる接続鋼材が突出したブロック16)をフーチング6,6間に設置する。フーチングユニット6−1から突出した接続鋼材のH形鋼18と上記下部材から突出した接続鋼材のH形鋼18とは、高力ボルト23で締結できるように対向して配置されている。
次に、図6(d)に示すように、フーチングユニット6−1から突出した接続鋼材のH形鋼18と上記下部材から突出した接続鋼材のH形鋼18とを添接板(図示省略)と高力ボルト23により締結して基礎部25の枠組みを完成する。
その後、図6(e)に示すように、フーチングユニット6−1における壁面を設けない内陸側の区画及び接続鋼材のH形鋼18で接続したフーチングユニット6−1と前記接合ユニット8の下部材との間に1次コンクリート24を打設して本発明の堤体1における基礎部27を完成する。
図7は、基礎部25の完成以降、本発明の堤体1の完成までの工程を示す。(f−1)と(f−2)は、フーチング6における二重壁ユニット14(第1壁パネル4−1)と接合ユニット8の上部材(第2壁パネル4−2)の立設工程を示す。(f−1)は前面からの図、(f−2)は背面からの図である。(g−1)と(g−2)は、2次コンクリート26の打設工程を示す。(g−1)は前面からの図、(g−2)は背面からの図である。(h)は、土の埋め戻し工程(道路3の構築工程)を示す。
図7(f−1)と図7(f−2)に示すように、第1壁パネル4−1を備える二重壁ユニット14の接続部10をフーチングユニット6−1内にある鋼管杭5上端部の管内に、第2壁パネル4−2を備える接合ユニット8の上部材の接続部10を埋設内型枠21で形成される孔22内にそれぞれ差し込んで二重壁ユニット14と接合ユニット8の上部材を立設し、第1壁パネル4−1と第2壁パネル4−2とからなる本発明の堤体1の壁面を形成する。第1壁パネル4−1と第2壁パネル4−2の間は、前述の通り、止水材で隙間が塞がれ水密性が確保されている(図示省略)。
次に、図7(g−1)と図7(g−2)に示すように、2次コンクリート26を打設し、フーチングユニット6−1の被覆、鋼管杭5上端部管内への充填による接続部10(連結支柱9)の固定、埋設内型枠21で形成される孔22への充填による接合ユニット8の上部材の固定などを行う。
その後、図7(h)に示すように、埋め戻しの土27による埋め戻しを行い、本発明の堤体1が完成する。また、必要に応じて、堤体1の背面側に道路3を構築する。
上述のような図6〜図7に示す堤体1の構築方法では、H形鋼の活用がより図れる。そして、従来より少ないコンクリート量で強固な堤体1が効率良くかつ効果的に構築できる。
次に、フーチングや接合ユニットを用いない第二の発明に係る本発明を、図8〜図10の図面に基づいて説明する。
図8は、鋼殻ユニット29による基礎部28を用いた本発明(第二の発明)の堤体1の構造の一例を示す図である。(a)は正面図、(b)は側面図、(c−1)は位置Aでの平面図、(c−2)は位置Bでの平面図である。
所定の間隔で一列に配列された鋼管杭5の杭頭部に基礎部28が設けられ、基礎部28の上に二重壁ユニット14が立設されて二重壁パネル4による堤体1の壁面が形成されている。一列に配列される鋼管杭5の間隔は250〜450cm程度が好ましい。
二重壁ユニット14は前述の図3に示すものと同様、2枚のプレキャスト版からなる二重壁パネル4(前述の二重壁パネル4−1に相当)が連結支柱9に頭付きスタッド15で取付けられ版間は中空部12(空間)となっている。
前述のフーチングの場合と同様、鋼管杭5の上端部が基礎部28内に入り込み、二重壁ユニット14の接続部10が鋼管杭5上端部の管内に差し込まれ、コンクリート13(中詰コンクリート20)で固定されて鋼管杭5と基礎部28と二重壁ユニット14とが一体化されている。隣り合う二重壁パネル4,4同士の間は止水材で隙間が塞がれて堤体1の壁面を形成している。
基礎部28は、鋼管杭5の配列方向(堤体1の連続方向)に鋼殻ユニット29が並べられ、隣り合う鋼殻ユニット29,29同士が接続されることにより基礎部が形成されている。
鋼殻ユニット29は鋼板を箱状に組み立ててなる箱枠をコンクリート13で被覆してなる鋼・コンクリート構造のハイブリッド型のものであり(図8(c−2)参照)、工場で製作される。このようなハイブリッド型の鋼殻ユニット29を用いることにより、一列配列鋼管杭の場合でも高品質・高性能の堤体1を構築することができるとともに、施工効率の向上、コンクリート使用量の低減が図れる。
基礎部28(鋼殻ユニット29)には中空部12が設けられる。中空部12を設けることにより、コンクリート使用量の低減、軽量化などが図れる。
図9は、鋼殻ユニット29の一例を示す図である。(a)は鋼殻ユニット29の斜視図、(b)は鋼殻ユニット29を鋼管杭5の上端部(杭頭部)に設置した斜視図である。
鋼殻ユニット29は、図9(a)に示すように、鋼板で作られた箱枠17(鋼殻)の周囲をコンクリート13で被覆してなるものであり、中央部分は中空部12となっている。また、鋼管杭5の上端部(杭頭部)が差し込まれる2つの開口部30がある。また、鋼殻ユニット29,29同士が接続される堤体1の連続方向(鋼管杭5の配列方向)の鋼殻ユニット29外側面には、中空部12を形成するための凹部31が設けられている。このように空間の多いユニットなので、トラック等による陸上輸送が容易である。
図9(a)に示す鋼殻ユニット29は、図9(b)に示すように、鋼殻ユニット29の2つの開口部30,30にそれぞれ鋼管杭5,5の上端部が差し込まれて設置される。鋼殻ユニット29が落下せず所定の位置に設置されるよう、鋼殻ユニット29と鋼管杭5との間には支持固定部材が設けられている(図示省略)。
次に、上記鋼殻ユニット29による基礎部28を用いた本発明(第二の発明)の堤体1の構築方法の一例を示す。
図10は、鋼管杭5を一列に配列した場合の本発明(第二の発明)の堤体1の施工例を示す斜視図である。(a)は鋼管杭5の施工工程を、(b)は鋼殻ユニット29の設置工程を、(c)は二重壁ユニット14の設置工程を、(d−1)は間詰コンクリート20の打設工程(基礎部28の完成工程)を示す。(d−2)は基礎部28における間詰コンクリート20の打設範囲をわかり易く示した参考図である。
前述の本発明の第一の発明の場合と同様、鋼管杭5による杭施工が行われ、250〜450cm程度の間隔で鋼管杭5が一列に並列される。図10(a)では、鋼殻ユニット29に対応する一対のみを示す。
次に、前記図9(b)で説明したようにセットされた各鋼殻ユニット29が、隣り合う凹部31同士が対接するようにして堤体1の連続方向に設置され基礎部28の基礎枠が完成する。図10(b)では、一つの鋼殻ユニット29の設置のみを示す。隣り合う鋼殻ユニット29,29同士の対接する凹部31,31により中空部12が形成される。
このように、鋼殻ユニット29を用いて基礎部28の基礎枠を形成し、接合ユニットを用いることもなく、上記第一の発明のように、離れた隣り合うフーチング同士の連結を行う必要もないので、施工効率がよい。
次に、図10(c)に示すように、2枚のプレキャスト版からなる二重壁パネル4が連結支柱9で支持されてなる二重壁ユニット14が鋼殻ユニット29で形成される基礎枠上に立設される。前述のフーチング6の場合と同様、二重壁ユニット14の接続部10は、鋼殻ユニット29内にある鋼管杭5上端部の管内に差し込まれて仮固定される。
次に、図10(d−1)に示すように、鋼殻ユニット29で形成された基礎枠内に間詰コンクリート20(現場打ちコンクリート)を打設して基礎部28を構築し、堤体1が完成する。間詰コンクリート20(現場打ちコンクリート)の打設範囲は、図10(d−2)に示すように、鋼殻ユニット29の2つの開口部30である。間詰コンクリート20(現場打ちコンクリート)の打設は、図10(d−1)に示すように、二重壁ユニット14下端と鋼殻ユニット29の開口部30の隙間から行われる。
以上の通り、フーチングを用いない鋼管杭5の一列配列による堤体1構築の場合(本発明の第二の発明の場合)でも、二重壁ユニット14を用い前記フーチングユニット6−1に代えて鋼殻ユニット29を用いれば、本発明の第一の発明の場合と同様、従来より少ないコンクリート量で強固な堤体1が効率良くかつ効果的に構築できる。また、工場で製作される二重壁ユニット14や鋼殻ユニット29はハイブリッド型で中空部12(空間など)を有する中型寸法のものなので高性能・高品質であり陸上輸送も容易である。