コ−03 高橋脚 (High-pier) 設計施工事例とコスト縮減について ― ML 工法と NOP キャリィ工法による鉄筋組立省力化 ― 函館開発建設部江差道路事務所 ○秋本光雄作田均近藤優１．橋梁諸元まえがき見市川橋は一般国道 277 号雲石道路事見市川橋の橋梁諸元を以下に示す。ま業の一環として新ルートに架橋するものた、橋梁一般図を図－ 2 に示す。で、2 級河川見市川水系見市川上を跨ぐ構造形式： 3 径間連続 PC ラーメン橋長 268m の長大橋である。本橋の P1 橋箱桁橋 (橋長 268.0m) 脚は高さ 53m の高橋脚で構造形式に外面有効幅員： 8.5m( 車道 3.25m、路肩 1.0m) リブ付鋼管・コンクリート合成構造 (以支間長： 78.0 ＋ 125.0 ＋ 63.0m 下、｢ ML 工法｣又は｢ ML 断面｣と示す ) 平面線形： R=500m を採用した。 ML 工法は優れた耐震性能縦断線形： i=3.0 ～ 5.9 ％とコスト縮減効果が期待され、北海道内下部構造： ( A1･ A2) 枕梁式橋台､深礎杭で 8 件の施工実績が確認されたが高さ基礎 (φ 3000 × 2 本 ) 50m 超の施工事例は数少ない。また、鉄 (P1) 柱式橋脚 h=53m ､直接基筋組立の急速施工が期待できる NOP キ礎､ ML 工法ャリィ工法を併用し、工期短縮を試みた。 (P2) 柱式橋脚 h=29m ､直接基近年の鉄筋コンクリート構造 (以下、｢ RC 礎､ ML 工法工法｣又は｢ RC 断面｣と示す ) は耐震性能２．工事概要要求水準引上げによる鋼材量増加で配筋 P1 橋脚は前年度に底版と柱 5m 分を施作業量とそれに伴うコンクリート打設の工しているため、その部分と上部施工分難易度が増大しており、鉄筋組立省力化 ( 脚頭部 ) を除いた高さ 42m 分の橋脚柱をは品質確保のみならず安全性に大きく貢本年度施工した。また、 P2 橋脚は新規献する。施工であるため脚頭部を除いた高さ 23m 本文は P1、 P2 橋脚で採用した ML 工分の橋脚柱と底版を施工した。施工状況法の設計施工事例を紹介し、工期短縮及を写真－ 1 に示す。なお、橋台及び上部びコスト縮減効果について報告する。工は本年度不施工である。 P2 橋脚 P1 橋脚図－ 1 事業箇所及び見市川橋位置図 Mitsuo Akimoto, Hitoshi Sakuta, Yutaka Kondou 写真－ 1 施工状況図－ 2 橋梁一般図側面図 (左 )及び断面図 (右 ) ３．設計概要 P2 橋脚に慣性力の負担が偏るのは望ま３－１しい形ではないため、 P1、 P2 橋脚のモ支間割架橋地点は鳥獣保護区域の指定と見市ーメントバランスを最大限均等化させる川下流域が保護水面に指定された箇所でことが課題であった。あるため、工事による騒音及び濁水を可３－３能な限り発生させない必要があった。そ ML 工法の採用 P1、P2 橋脚ともに ML 工法を採用した。のため橋梁の支間割は河川への影響が一 P1 橋脚は 30m 超の高橋脚として一般的番高い P1 橋脚位置がコントロールポイかつ経済的な形式である RC 中空断面とントとなった。 P1 橋脚位置は施工時の ML 断面との比較とし、 P2 橋脚は RC 充床掘線が現況河川の常時水位線に入らな実断面と ML 断面の比較とした。各断面く、かつ橋脚柱が計画河川流下断面を図－ 3、 4 に示す。 P2 橋脚は ML 断面 ( HWL) 内に入らない位置とした。河川敷にすることで鋼材を有効に配置できるたの地質構成は表層から約 7m 下に支持層め、橋軸方向断面寸法を 500mm 縮小すとして良質な安山岩層があり、その上をることが可能となり水平力の P2 橋脚へ透水係数の高い河床堆積物が覆っていの偏りを改善できた。動的解析結果では、る。橋脚基礎形式の選定は河床堆積物の橋脚基部に発生する断面力 (曲げモーメ止水と騒音対策をセットで考慮し、薬液ント ) が約 12%低減する結果となった。注入による止水＋直接基礎形式とした。た。橋全体系の耐震性能向上のためには 1000 ML断面(P2橋脚) 6000 2100 RC断面(P2橋脚) 6000 1950 軸方向鉄筋D51 6000 5500 3000 1250 1950 橋軸方向震時で耐震性能 1 を確保する断面となっ P1 橋脚工法別柱断面 1250 いため、上部架設最大張出し時の施工地 1000 5000 3000 図－ 3 た時に発生する断面力に対し、レベル 1 体系における地震時の分担断面力が少な 6000 4000 橋軸直角方向初期断面は橋全体系を設計振動単位としから決定された。一方、 P1 橋脚は橋全 1000 橋軸方向橋脚に大きく偏る。そのため P2 橋脚の地震時による耐震性能 1 を確保すること RC断面(P1橋脚) 1950 1000 め、橋軸方向の地震時慣性力 (レベル 1 地震時 ) は橋脚高さが低く剛性の高い P2 6000 2100 1250 P1、 P2 橋脚は 24m の高低差があるた 1250 本橋の特徴 5000 2500 ３－２ ML断面(P1橋脚) 1950 橋軸直角方向図－ 4 P2 橋脚工法別柱断面３－４ θ pa=θ py+( μ φa -1) ･φ y･ Lp 非線形静的解析本橋は動的特性が塑性化や非線形性が複数箇所に生じる橋としてレベル 2 地震 φ u ＝ μ φa ･ φ y (式－ 1) (式－ 2) ここに、 θ py ：降伏回転角時の耐震性能 2 の照査を非線形動的解析 φ y ：降伏曲率により行うが、動的解析に先立ち ML 断 Lp ：塑性ヒンジ長面における塑性ヒンジの発生位置と降伏に至る過程、破壊形態の確認を非線形静的解析により行った。レベル 2 地震時における橋全体系の終局限界は複数の塑性ヒンジのうちどれか一つが終局限界に達した時点と定義し、各水平震度における図－ 5 P2 橋脚塑性ヒンジ部 M-θ 関係降伏限界及び終局限界に至る過程の確認非線形動的解析による ML 断面 P2 橋と地震時保有水平耐力の照査を行った。脚塑性ヒンジ部の最大応答回転角は RC ML 工法による耐震設計断面と比較して下端部で約 4%、上端部３－５非線形動的解析による耐震性能 2 の照で約 70%大きくなり、エネルギー吸収が査は、上部構造慣性力作用位置におけるより向上した結果となった。変位と塑性ヒンジ部の回転角に基づいて３－６行った。設計及び要求される性能は、道路橋示方書 1) の規定によるものとし、外面リブ付鋼管･鉄筋コンクリート合成構造橋脚設計･施工指針 2) (以下、｢指針｣と主要材料の設計設計で使用した主要材料規格値を表－ 2 に示す。本橋脚では橋脚基部に大きい軸力が発生するため、通常橋梁下部コンクリート 2 として使用される設計基準強度 24N/mm 示す )を随時参考とした。 ML 工法と RC 工法の設計上の大きなではレベル 1 地震時において、 P1 橋脚違いを下記に示す。で施工地震時、 P2 橋脚で完成地震時に ①せん断力はコンクリート、帯鉄筋及び発生する応力度が許容応力度を上回る結中間帯鉄筋 (以下、両鉄筋を表すときは果となった。 ML 工法では軸方向鉄筋を｢横方向鉄筋｣と示す )の負担分に加えて多段配筋しないことを基本としているた鋼管も負担する。め、鋼材量増加による発生応力度対策は ②非線形動的解析時の塑性ヒンジ部におさらに軸方向鉄筋径を増加させる結果といて許容曲率塑性率 μ φa が表－ 1 のよなる。そこでコンクリート設計基準強度うに一義的に定められており、許容回転 30N/mm2 を使用し、コンクリート負担量角 θ pa ( 式－ 1) 及び終局曲率 φ u ( 式－ 2) を上げることで対策を行った。鋼管の配置は P1、 P2 橋脚ともに作業が比較的大きくとれる。 P2 橋脚下端塑性ヒンジ部における M 性、経済性を考慮し、 φ 1500 × 4 本と－φ関係から求めた M －θ関係を図－ 5 した。鋼管厚は断面力に応じて鉛直方向に示す。に変化させた。最小鋼管厚は指針より鋼表－ 1 ML 工法の許容曲率塑性率耐震性能＼地震動 2 (B 種の橋 ) ﾀｲﾌﾟⅠ μ φa =6.0 管直径 1500mm ／ 150mm ＝ 10mm である。ﾀｲﾌﾟⅡ 軸方向鉄筋／鋼管断面積比は合成構造と μ φa =12.0 して機能する 25%～ 100%程度を目安とし、結果、 P1 橋脚基部で 64%、 P2 橋脚同じ鋼管の接続は現場溶接とし、裏当て基部で 41%の配置となった。横方向鉄筋リングを使用した半自動セルフシールドは橋脚上下端部塑性ヒンジ長の 4 倍区間アーク溶接 (ノーガスタイプ )で行った。と鋼管厚変化部を段落し位置とみなし、現場溶接作業前に鋼管の錆び、汚れを除 P1、 P2 橋脚ともにじん性補強部として去するため素地調整を行った。全高にわたり 150mm 間隔で配置した。表－ 2 主要材料規格値主要材料規より先行することから柱コンクリートの鉛直性は鋼管立込みの精度が大きなウエ格設計基準強度 σ ck=30N/mm ｺﾝｸﾘｰﾄ鋼管の立込みが足場を除き全ての作業 2 イトを占めた。 50t 吊タワークレーンで軸方向鉄筋 SD345D41( 主要ﾋﾟｯﾁ 125mm 間隔 ) 鋼管を吊上げながら鋼管に付属している横方向鉄筋 SD345D25( 鉛直方向 150mm 間隔 ) 立込み用フックに特殊加工した間隔保持外面ﾘﾌﾞ SKK490 φ 1500 t=10 ～ 18mm( P1) 鋼材で 4 箇所仮止めを行い、4 台の油圧 SKK490 φ 1500 t=10 ～ 23mm( P2) ジャッキにて微調整しながら本止めを行付鋼管った ( 写真－ 2) 。微調整は直角 2 方向か４．施工概要４－１ ML 工法の概要らトランシットで視準し上下連携しながら鉛直性を確保した。 ML 工法は鋼管 1 本分高さ ( 1 ロット、最長 12m) 毎に下記に示す工程を繰り返し、橋脚柱を構築していく工法である。以下、施工概要は主に P1 橋脚について示す。 ①足場設置 ② 鋼管立込み (最下端部のみ架台設置有 ) 写真－ 2 ③ 軸方向鉄筋の配置 (ガス圧接継手 ) ④横方向鉄筋の配置４－４ ⑤型枠設置 ⑥ コンクリート打設･養生･型枠脱型鋼管立込状況 NOP キャリィ工法による配筋横方向鉄筋の配筋は所定の鉄筋間隔確保と急速施工性に優れた NOP キャリィコンクリートの 1 回打設高さ (1 リフ工法にて行った。 NOP キャリィ工法は地ト ) ＝ 6m としているため、 1 ロットに対上で配筋した横方向鉄筋をクレーンで吊し④～⑥の工程を 2 リフト行った。上げ、軸方向鉄筋と結束する特許工法で４－２ある。施工方法の概略を下記に示す。施工管理基準鋼管の垂直精度は指針に基づき± ① 地組用の組立枠 ( H100) 制作とキャリ 30mm 以内とした。また北海道開発局道ィの設置及びクレーン吊込み用の吊枠路工事仕様書より P1、 P2 橋脚柱中心間 ( H100) 制作とキャリィの設置。距離 ± 30mm を規格値として躯体の垂直 ② 管理を行った。する ( 写真－ 3) 。中間帯鉄筋は所定の主４－３鉄筋にフックを通すため、正確に墨出し鋼管の立込み鋼管厚変化部の溶接は確実な継手構造とするため、工場溶接で行った。板厚が地組用キャリィに横方向鉄筋を配筋して帯鉄筋と結束する。 ③ 地組した横方向鉄筋をクレーン吊込み用キャリィに引っ掛け ( 写真－ 4) 、軸用と 10 段用の 2 種類ある ) 方向鉄筋最上端から挿入し所定の位置ま ②地組するための広い作業スペースが必で吊り下ろし、結束する。要である。 ③断面によっては中間帯鉄筋に自重によ地組用キャリィ地組用枠るたわみが生じ、対処が必要である。 ④軸方向鉄筋が 2 段配筋だと横方向鉄筋の挿入がしづらくなり、作業性が低下する。 ⑤賃料及び特許料がかかるため、橋脚基数、高さ等の現場条件によっては割高に写真－ 3 横方向鉄筋の地組なる場合がある。本工事では広い作業スペースを有してｸﾚｰﾝ吊込用ｷｬﾘｨいたため、コンクリート 1 回打設高さ分 ( 1 リフト＝ 6m) として 6 段用を 7 セット地組し、クレーンで順次挿入した。中間帯鉄筋は地組した際、中央付近で大きなたわみが生じていたため、クレーｸﾚｰﾝ吊込用吊枠写真－ 4 横方向鉄筋の移し替え中間帯鉄筋は作業性の向上から図－ 6 ンにて挿入後、中間帯鉄筋が互いに交差する部分に軸方向に段取り筋 ( D13) を配置してたわみを防止した。のように重ね継手なしの配筋が可能とな定尺 12m の軸方向鉄筋を立ち上げるとった。これにより図－ 3、 4 の ML 断面ランダム方向にしなりが生じ、クレーンと比較し、 P1 橋脚で約 8t、 P2 橋脚で約 9t による横方向鉄筋の挿入がしづらくなの鉄筋加工量が減少した。る。そこで軸方向鉄筋の組立は写真－ 5 ML断面(P1橋脚重ね継手無し) 6000 のように柱 4 角と中間帯鉄筋配置箇所のみ先行して行い、1 リフト分の横方向鉄筋をキャリィで挿入し仮結束した後、残 5000 りの軸方向鉄筋を立ち上げ本結束した。図－ 6 ４－５ NOP キャリィ併用 ML 断面 NOP キャリィの適用性 NOP キャリィ工法は垂直壁でクレーン性能範囲内であればどのような構造体にも適用できるが、下記に示す点で注意が必要である。ｸﾚｰﾝ吊込用ｷｬﾘｨ写真－ 5 ４－６軸方向鉄筋との仮結束型枠の設置 ① キャリィのフック間隔は 150mm のみ型枠は写真－ 6 のように型枠材を地組しかない。 (フック段数は 1 セット 6 段して大型パネルを製作し、クレーンで吊り上げて設置した。大型パネルの寸法はを許容するが、ひび割れ幅が過大となら橋脚柱の幅 × 1 リフト高さ (6m) を 4 面分ないように制限したい場合｣の 1.0 以上製作し、転用した。 ( ひび割れ発生確率 85%以下 ) とした。温度解析は橋脚柱 4 分の 1 断面に対し二次元 FEM 解析、応力解析を CP 法により行った。その結果、無対策でも材齢 12.5 日に最小値 γ cr=1.1 を記録し目標値を達成する結果となったが、圧送空気によるパイプクーリングを実施し、最小 γ cr=1.2 ( ひび割れ発生確率 60%) 値を確保した。写真－ 6 ４－７大型パネルの製作コンクリート打設パイプクーリングは φ 1500mm の鋼管内 4 本と写真－ 8 のように断面中央付近コンクリートポンプ車のブーム仕様はに φ 300mm のクーリングパイプ 3 本を配最大地上高さが 36m 程度であるため、 P1 置して行った。鋼管内のクーリングは鋼橋脚の施工では配管打設の必要があっ管内に流入した水抜きのため設置した横た。4 リフトまでをコンクリートポンプ断管を利用して下から上への圧送空気に車 ( 吐出量 110m3/h) によるブーム打設、 5 より行った。コンクリートかぶりが最もリフト目からは配管打設 ( 写真－ 7) とし薄くなる橋軸方向面と鋼管との間はひびた。輸送管は呼び寸法 125A( 5B) 、水平割れが最も懸念されたため、写真－ 9 の換算距離 205m、最大圧送負荷は約 6.8MPa ように鋼管と軸方向鉄筋との間にメッシである。輸送管は躯体に先埋めしたコンュ筋を配置した。クリートアンカーで確実に固定しポンプ車からの圧送に耐えられる構造とした。輸送管 ( 125A) 写真－ 8 写真－７４－８パイプクーリング ( φ 300) コンクリート打設状況温度ひび割れの検討部材厚が 50cm を超えるため、マスコ写真－ 9 ンクリートとして検討を行った。ひび割れ発生の照査はコンクリート標準示方書 3) ４－９メッシュ筋配置パイプクーリングの効果に基づいてひび割れ指数により行い、 P1、 P2 橋脚ともにパイプクーリング目標とする安全係数 γ cr は高い水密性を行った箇所でのひび割れ発生は確認でを要求しないことから｢ひび割れの発生きなかった。しかし、底版上面から柱短辺長の高さまで鋼管内にコンクリートを常に効果的であった。充填する区間においては 0.2mm 以下のひなお、 P2 橋脚の鋼管設置 ( 実績 ) につび割れが数本確認された。これは柱コンいては、第 1 ロットからの施工であるたクリート打設と同日に鋼管内コンクリーめ、架台設置を含めた日数とした。ト打設を行ったため、断面中心温度と表がコンクリートの引張強度を上回ったため発生したと考えられた。鋼管内充填部施工日数(日) 面温度の差が顕著となり、内部拘束応力のコンクリートは後打ち施工が効果的と 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 RC工法(中空) 思われる。鋼管の偏心量 δ は max=29mm、 δ ML工法図－ 7 出来型計測結果 P1 橋脚で δ min=13mm、 P2 橋脚で δ max=24mm、 δ min=1mm、 P1・ P2 橋脚柱中心間距離は +2mm と規格値を満足する結果となった。 P1 橋脚鋼管の偏心量が比施工日数(日) ４－１０足場工型枠工鋼管設置鉄筋工コンクリート工 ML工法(実績) P1 橋脚施工日数 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 足場工型枠工鋼管設置鉄筋工コンクリート工 RC工法(充実) 較的大きいのは、前年度との施工誤差が ML工法図－ 8 生じたためである。 ML工法(実績) P2 橋脚施工日数５．工期短縮５－１施工日数の試算 P1、 P2 橋脚の施工日数について、 ML 表－ 3 工種単位鉄筋工 t 335 148 鋼管設置 t 0 73 1460 920 1510 1290 工種について、各工法の施工数量／標準たものである。表－ 3、 4 は各工法の施 2 m 型枠工掛 m 足場工表－ 4 工種 P2 橋脚主要工種数量表 3 RC( 充実 ) ML 工法 m 828 759 鉄筋工 t 203 85 鋼管設置 t 0 67 550 530 750 730 ｺﾝｸﾘｰﾄ工は実施工日数 (実績 )との比較を行うため、 P1 橋脚は柱 42m 分、 P2 橋脚は柱 23m 結果、 RC 工法と比べ ML 工法を採用し 2 単位工数量である。施工日数の比較について分の本年度施工数量から算出した。その ML 工法 999 7、 8 は工程上クリティカルパスとなる実際に要した実施工日数 (実績 )を比較し RC( 中空 ) 777 ｺﾝｸﾘｰﾄ工に休日補正として 1.2 を掛けた日数と、 3 m 工法と RC 工法との比較を行った。図－日当り作業量から算出した標準施工日数 P1 橋脚主要工種数量表型枠工足場工 2 m 掛 m 2 た総施工日数は P1 橋脚約 30%( P2 橋脚 26%) 、 NOP キャリィを併用した ML 工法 ( 実績 ) では P1 橋脚約 47%( P2 橋脚 32%) の施工日数短縮につながった。５－２施工日数短縮による効果本工事における工期短縮効果を下記に示す。 ML 工法での NOP キャリィ工法の適用 ① P2 橋脚柱コンクリート打設は全高、性は相性が良く、急速施工をする上で非冬期間を想定して寒中コンクリート (防寒養生 +材料加熱 ) としていたが最終リ表－ 6 フトのみの寒中施工となった。 P2 橋脚工法別施工金額表 RC( 充実 ) ML 工法 ② P1 橋脚は温度ひび割れが発生しやすｺﾝｸﾘｰﾄ 18,240 15,750 くなる冬期前に完成することができ、結鉄筋 31,710 11,810 果としてひび割れの発生を抑えることが鋼管 0 16,930 できた。型枠 3,360 3,210 ③供用日数を大幅に短縮し、足場賃料や足場 2,870 2,780 現場管理費を低減することができた。合計金額 56,180 ( 千円） 50,480 ( 千円） ④夏期及び冬期を含め、高所でかつ狭い足場での作業量が減少し安全性が大きくあとがき鋼管を使用する高さ 30m を超える高橋向上した。脚の施工法は ML 工法の他に PCaF － ML ６．コスト縮減コスト試算結果を表－ 5、 6 に示す。工法やハイブリッドスリップフォーム工コスト試算では P1、 P2 橋脚とも柱完成法等があり、どの工法を採用するかは現時全高分の各工種数量に施工単価を掛け場条件により判断する必要がある。いずて直接工事費で算出した。なお NOP キれの工法も基本的には施工の省力化とコャリィ工法による施工日数短縮効果及びストダウンを図ることであり、かつ RC 継手無しで得られた鉄筋量削減はキャリ構造と同等以上の耐震性能を確保するこィの賃料 (特許料含む )、吊り枠加工費等とにある。今後、高橋脚に限らず ML 工で相殺されるとみなし、コスト縮減試算法の普及が進むと思われるが、本報告がの対象外とした。参考になれば幸いである。試算結果から、 RC 工法と比較し ML 最後に今回の報告に際し、設計･施工工法では P1 橋脚約 7%、 P2 橋脚約 10%の会社にご協力をいただきましたことに深コスト縮減になり、鉄筋量の減少がコスく感謝の意を表します。ト縮減に大きく貢献した結果となった。なお、 ML 工法は旧日本道路公団と（株）大林組が特許権を有する「鋼管･ [参考文献 ] 1) 道路橋示方書･同解説 V 耐震設計編 H14.3 コンクリート複合構造橋脚」の範囲に属するため柱部分のコンクリート体積 1m3 2) (社 ) 日本道路協会外面リブ付鋼管･コンクリート合成当り 1,500 円を計上する必要があり、コ構造橋脚設計･施工指針 ( 案 ) ンクリートに特許料を含めて試算した。 H15.4 表－ 5 P1 橋脚工法別施工金額表 3) 三井住友建設 (株 ) コンクリート標準示方書 [施工編 ] RC( 中空 ) ML 工法ｺﾝｸﾘｰﾄ 17,180 24,450 ［工事データ］鉄筋 53,270 22,930 工事名：一般国道 277 号八雲町見市川橋鋼管 0 21,920 型枠 11,740 7,470 工足場 5,770 4,930 請負者：中山・菱中・中塚 JV 87,960 ( 千円） 81,700 ( 千円）合計金額 2002 年制定（社）土木学会橋脚外一連工事期：平成 19 年 3 月～平成 20 年 3 月設計者：中央コンサルタンツ (株 )