JP2005531705A - 軟弱地盤上の断熱構造基礎 - Google Patents

Abstract

本発明においては、建設現場での掘削および／または予備的な段階の後に、通常合成物の補強材である、ナイロンもしくはポリプロピレンの網もしくは棒、ファイバーガラスの棒もしくは網、または他の特定の補強材を、建設現場の地盤に敷き詰める。補強基礎は、補強材を高分子樹脂で被覆することによって構成され、硬化によって、高分子樹脂と補強材は連続断熱構造の基礎を構成する。補強材は、棒、ロープ、ベルト、網、ネット、ジオテクスタイル繊維もしくは一方向に伸びたもしくは格子状の他の寸法の形態物の合成物および／または非合成物からなり、単一または複数の層からなり、結合または非結合状態のいずれであっても良い。この補強材は全面を、高密度独立発泡の疎水性と膨張性を有する二液型ポリウレタン系発泡材により、その場でスプレー塗布される。補強材はナイロン、ポリプロピレン、ファイバーガラス、他の合成もしくは非合成材またはこれらの材料の組み合わせである。

Description

本発明は地盤上の構造物の建設に関し、例えば、
（Ａ）コンクリートもしくはアスファルト舗装、砂利または他の仕上げ方法で舗装された道路の下地整理面基礎の調整；
（Ｂ）コンクリートまたはアスファルトで舗装された空港滑走路および駐機場に関する下地整理面基礎の調整；
（Ｃ）コンクリートのスラブ段階の建物、歩道、外部保管地域などの基礎の調整、または下地調整面を構成する仕上げ材（砂利、砂、粘土等）を問わず、全ての種類の自由立地建物、設備等が設置される下地整理面基礎の調整；
（Ｄ）水分、風雨および衛生配管並びに原油、天然ガスおよび石油生産ラインの設置用の基礎の調整と局部的な充填；
に関する。

通常の道路建設においては、道路の通る地形は視界が確保され、上部の土壌は除去され、予備段階の掘削が行われる。建設される道路の種類は変更することができるが、寒冷地では、蒸気バリアと硬い断熱材を予備段階で設置してから、設計要求を満たすように良質の粘土材を敷き詰めて、砂利、アスファルトまたはコンクリート舗装面に仕上げ、最終段階で道床にすることは珍しいことではない。同様にスラブ段階の構造物の基礎の調整には、有機土壌を掘削する必要があり、下地処理面や永久凍土層および氷盤領域では、硬いスチロフォーム（登録商標）シートを断熱性確保のために敷いて、コンクリートがその上に設置される前に通常、スチロフォームシート上に蒸気バリアを設ける。

空港滑走路や駐機場の建設の特徴は下地処理面の構成の点では、通常高速道路の建設と同じである。強度、材料の耐久性、収縮に対する要求等はより厳しいが、通常、プロセスは同様である。滑走路が通る地形は視界が良く、上部の土壌は除去され、予備段階の掘削が行われる。建設滑走路の種類は変更できるが、寒冷地では、蒸気バリアと硬い断熱材を予備段階で設置してから、設計要求を満たすように良質の粘土材を敷き詰めて、砂利、アスファルトまたはコンクリート舗装面に仕上げ、最終段階で道床にすることは珍しいことではない。

道路と滑走路のいずれの場合においても、蒸気バリア（ポリエチレンシート材）および硬い断熱材（スチロフォーム）には以下のような多くの特有の問題がある：
Ａ）通常、初期段階では比較的凹凸や起伏があり、岩、陥没および突起物が残っている。これは道床の負荷が蒸気バリアの上に加わったとき、蒸気バリアがその連続性を保持することを難しくする。蒸気バリアは破れ、破れた箇所では蒸気バリアは劣化する。

Ｂ）スチロフォームシートは通常千鳥状パターンに並べられた４フィート×８フィートの断片であって、スチロフォームは断片ごとに敷かれるため、各シート間の切れ目では水分が上から侵入し、蒸気バリアは下から劣化する。いかなる膜の破断が生じても水分と熱の移動が生じてしまう。さらにスチロフォームの切れ目および／または裂け目には水分がたまり、冬の間の凍結融解サイクルによって、スチロフォーム上の地盤の移動と沈下はさらに悪化してしまう。

Ｃ）スチロフォームは硬く、初期段階では道路は平坦ではないため、道床とスチロフォームは整合しない。この結果、孔が残り、道床の負荷が道床のこの層の上部に加わると、スチロフォームは容易に破れてしまう。さらにスチロフォームの下のいかなる孔も水分を溜め、凍結融解サイクルによって、硬いスチロフォームにさらなる割れが生じてしまう。

Ｄ）蒸気バリアとスチロフォームの構造強度や一体性はその断片性故、低い。従ってスチロフォームの下のいかなる下地処理面の沈下も結果的に、道床全体の沈下または仕上げ面を含む下地処理面の沈下につながる。

建物や他の構造物は、倉庫、居住、商業、産業用建物のようにスラブ段階で建設され、または原油坑口設備および他の保護シェルタのような路盤に直接設置された自由立地構造物である。歩道、駐車場、中庭のような構造物は、湿原上の土壌、有機土および極めて湿った土壌、あるいは永久凍土や氷盤のような表面近傍の凍結土の存在によって土台が劣化する地盤に設けられる場合がある。これらの各構造物の場合、構造上の基礎強度の欠如により、建物または他の構造物の構造に問題が生じる可能性がある。

特に石油およびガス産業に関する追加の問題は、通常永久凍土と氷盤領域にある原油生産設備と天然ガス生産設備は一体化していることである。天然ガスはドリルの穴から流れ、坑口保護設備内に充満し、極めて危険な状態となる。

寒冷気候下にある局地的な場所での補修において、地下水、風雨および下水配管の設置の際に、堀溝に配管を入れ、配管を断熱後に、埋め戻すやり方は珍しいことではない。通常掘溝は、作業者が作業し易く、機器を導入し易くするため極めて広くして、パイプを断熱する。パイプが永久凍土上の地盤あるいは氷盤上にある場合、配管は熱を放射して、永久凍土あるいは氷盤を溶解させ設備配管の下で穴を形成する結果、きわめて高いリスクで設置運用を行わなければならず、破損が生じる場合さえある。同様の状況は、永久凍土や氷盤の存在する地盤地中の天然ガス配管および原油配管でも生じる。

本発明は、下地整理面の安定化に寄与し、地盤の下地整理面の劣化を最小化する補強発泡基礎を提供し、建物の沈下、特に補強発泡基礎の上に建設された建物や他の構造物の起伏沈下を最小化することを課題とする。

本発明の態様では、建設方法は、建設現場で補強材を地盤に敷くステップと、前記補強材を高分子樹脂で被覆し補強された基礎を構成するステップであって、硬化処理によって、前記高分子樹脂と前記補強材が構造上の基礎を構成するステップと、を有する。

本発明の別の態様では、建設方法は、軟弱な地盤上に補強発泡基礎を構成するステップと、前記補強発泡基礎上に下地整理面を建設して、前記補強発泡基礎によって段差および沈下による起伏を最小限にするステップと、を有する。

本発明の他の態様では、構造上の基礎は道路、滑走路であり、または構造上の基礎は、例えば坑口近傍のような、掘井場に設置される。建設現場は堀溝であっても良く、高分子樹脂は堀溝内の設備配管を被覆しても良い。強化材は格子状であっても良い。高分子樹脂は疎水性と膨張性を有する二液型高分子樹脂であることが好ましい。地盤は軟弱な地盤であっても良く、例えば永久凍土、氷盤を含む土壌、湿地、有機土壌および飽和水分土壌からなる群から選定される。補強材は棒、ロープ、ベルト、網、ネット、ジオテキスタイルファイバ、一方向に伸びたあるいは格子状の他の寸法の形態物からなる群から選択されても良い。

建設方法の適用例には、道路、空港化走路、駐機場、スラブ段階の構造建築物、路盤上の構造物、歩道、保管地域、駐車場、ダムおよび堀溝の、多くの建設を含む。

本発明のこれらのおよび他の態様は以下に記載され、請求項に記載されている。

以下に図面とともに本発明の好適実施例を示すが、図面は単なる例示であって本発明の範囲を限定するものではなく、図中同じ参照符号は同じ構成物を示している。

本明細書において「からなる」という表現は「含む」ことを意味する。さらに構成物の前にある「１つの」と言う表現はその構成物が複数あることを否定するものではない。

補強発泡基礎は、新しい砂利、アスファルトまたはコンクリートで舗装された道路の建設；掘溝設備（水、風雨、衛生配管）の建設；滑走路および駐機場の建設；建物の補強、遊歩道等のような別のコンクリートスラブ段階の構造物の建設；その上に自由立地構造物が建設される全ての基礎の建設、または補強発泡基礎の上に設置される上部仕上げ材（砂利、砂等）によらず、設置される基礎の建設；液体を保持するための「外板」またはダムの建設；の際に基礎として用いられる。

補強発泡基礎は、コンクリート、アスファルト、砂利もしくは他の表面材からなる道床や表面材の突出したおよび／または著しい起伏の沈下を防いだり最小化したりするために用いられる。補強発泡基礎は、永久凍土、湿地、氷盤、有機土壌等に特有の地盤の軟弱さにより、補強発泡基礎の下の下地整理面基盤が損壊することを防ぐ。さらに補強発泡基礎の不浸透性は、優れた蒸気バリアを提供するとともに、天然ガス、メタン、ブタン、プロパン等のような気体に対しても遮断性を発揮する。

本発明の実施例においては、建設現場での掘削段階および／または予備的な段階の後に、通常は合成材である補強材が建設現場での地盤内に敷き詰められる。補強基礎は、補強材を高分子樹脂で覆うことにより構成される。硬化によって、高分子樹脂および補強材は切れ目のない断熱構造の基礎を構成する。補強材は棒、ロープ、ベルト、網、ネット、ジオテキスタイルファイバまたは一方向に伸びたもしくは格子状もしくは他の適当なパターンの他の寸法の形態であっても良い。補強材は単一または複数の層から構成され、その層は結合されていても非結合状態であっても良い。高分子樹脂は、補強材に高分子樹脂成分をスプレー塗布することによりその場で付与されることが好ましい。補強材はナイロン、ポリプロピレン、繊維ガラス、他の合成もしくは非合成材、またはこれらの材料の組み合わせであっても良い。

高分子樹脂は、ポリウレタン系のような高密度独立発泡の、疎水性および断熱性を有する二液型膨張性高分子樹脂であることが好ましい。これは一体化断熱構造基礎が得られるように、特定の厚さになるまで補強材全体にスプレー塗布される。用いられる特定の発泡材については、断熱性、引張強度、圧縮強度、せん断強度および曲げ強度が、特定の技術設計用途に適合するよう調整され、所与の目的に対して他の構造的特性が、補強発泡基礎の特定用途に設計上適合するように調整される。同様の特性を有する他の可膨張性物質を用いることも可能である。

補強発泡基礎は断熱構造上の基礎を構成し、基礎の下の現在または将来の地盤の軟弱な場所でブリッジを構成する。補強発泡基礎はさらに水、水蒸気、気体の基礎の下の地盤からの侵入に対するバリアを提供する。補強発泡基礎の下の地盤が劣化し、長時間沈下すると、補強発泡基礎は、補強発泡基礎上に設けられた建物、道路または水道設備のような構造材の支持を提供する。

図１には道路床、滑走路、駐機場、歩道、スラブ段階の構造物等の建設に用いる補強発泡基礎１６を示す。補強発泡基礎１６は、複数の補強材１１との複合構造からなり、補強材１１は膨張性高分子樹脂１２に覆われ、所定の深さに埋没される。補強材１１は一方向にのみ敷かれているが、支圧強度の信頼性を確保したり、支圧強度を高める必要がある場合は、補強材を格子状にして設置したり、予め製造された網目を設置することができる。補強発泡基礎は現地の地盤１３を所望の深さまで掘削した後、直接この上に設置される。圧敷された砂利材、粘土または他の適当な材料１４で作られた人工道路床は補強発泡基礎１６の上に設置される。道路床の最上部には、コンクリート舗装、アスファルト舗装または圧敷された砂利で作られた人工面１５が設けられる。スラブ段階の建築物の場合は、補強発泡基礎１６の上には圧敷された砂利が設置され、コンクリートを敷いて仕上げられる。

図２においては、粒状基礎の土台に自由立地建物を建設するために使用する補強発泡基礎２５が示されている。補強発泡基礎２５は、複数の補強材２１との複合構造で構成され、この補強材２１は膨張性高分子樹脂２２に覆われ、所定の深さに埋没される。補強材２１は一方向にのみ敷かれているが、支圧強度の信頼性を確保したり、支圧強度を高める必要がある場合は、補強材を格子状にして設置したり、予め製造された網目を設置することができる。補強発泡基礎は現地の地盤１３を所望の深さまで掘削した後、直接この上に設置される。粒状材２４または他の適当な材料の床が、補強発泡基礎２５の上に設けられる。

図３においては、建設に使用する補強発泡基礎３４、および現地地盤３５内に設置された配管設備または配水管３１が示されている。補強発泡基礎３４は、取り付けられるパイプ径に対して適当な幅に掘削され所定の断熱性を提供する堀溝３２内に設置される。補強発泡基礎は、堀溝の底部に敷かれた複数の補強材３３からなる複合構造を有し、補強材３３は高分子発泡材の塗布後には、膨張性高分子樹脂に覆われ所定の深さに埋没され、補強発泡基礎３４を構成する。補強材３３は堀溝と平行な一方向に並べられる。予め準備された配管基礎３６は、例えば補強発泡基礎と同じ高分子樹脂で構成された複数の独立型の台座であって、これらは溝の底部に設けられる。継ぎ合わせて完成されたパイプ３１は、堀溝に入れられ、予め構成された高分子配管基礎３６上に設置される。次に高分子樹脂３４が掘溝内に注入され、管３１および配管基礎３６が被覆される。パイプ３１上の堀溝には高分子樹脂が充填され、深さが管３１の断熱に必要な設計Ｒ値となるようにされる。次に掘溝の残り部分が埋め戻され、人工の仕上げ材３７で圧敷される。

道路建設の場合は、補強材を道路の長さと幅より長く伸ばし、または道路の通る範囲を超えるように既知の地盤の軟弱な領域を超えるように伸ばす。高密度高分子樹脂に覆われた補強材は、地盤の軟弱な領域を跨ぐブリッジとなり、あるいは地盤の軟弱な領域同士のブリッジとなる。通常道路の場合は、道路の長さと幅全体が均一に沈下することは許容され得る。しかしながら道路に、反復連続的なメンテナンスが必要となるような窪みや起伏のある沈下が生じることは許容されない。地下設備の場合は、補強発泡基礎は、補修自身によって下地整理面の沈下が生じることを防ぎ、補修時の沈下を防ぐ。設備の下の補強発泡基礎はブリッジによって沈下を防ぎ、破損の原因となる配管設備に加わる曲げ応力を抑制する。

高密度の疎水性と膨張性を有する二液型高分子樹脂は、設計された断熱性が得られる厚さでスプレー塗布される。高分子樹脂は補強材を切れ目なく覆う連続体を構成し、それにより軽量補強構造体を構成し、永久凍土、氷盤、湿地あるいは湿った土壌の影響で地盤の軟弱な道路床領域を保持しブリッジする。この構造体は切れ目のない一体型であって、破損しない固体蒸気バリアを構成する。さらに塗布される材料は液体状であり、全ての窪みが充填され、道路床にある全ての突起が平坦に覆われ、補強発泡基礎構造の下に窪みや突起が存在することはない。

永久凍土や氷盤のある地盤への熱拡散を防ぐ熱遮蔽性は、材料の断熱性能により制御可能である。例えば、高分子樹脂の断熱性Ｒ値は単位インチ当たりの厚さに対して約Ｒ５−Ｒ５．５の範囲としても良い。高分子樹脂は、補強台または網の周囲全体にスプレー塗布され、設備補修の場合は配管設備自体の周囲に、全ての配管設備が所定の厚さとなるようにスプレー塗布され、必要な断熱性が提供される。膨張性高分子樹脂で設備配管の周囲を覆うことの別の利点は、配管の接続部にある微小な開口を膨張性樹脂によって密閉することができることであり、これによりリークの可能性が低減される。

下地整理面を処理するこの工程を導入することによって、過大負荷の問題は最小限に抑制される。使用する高分子樹脂の密度にもよるが、材料の重量は単位ｍ^３当たり１８０−２２５ポンドの範囲に過ぎない。さらに本材料は独立発泡性であり、水分の浸透に気を払う必要はなく、凍結／融解サイクルの補強発泡基礎への影響はほとんどない。

補強発泡基礎は蒸気バリアとしても作用し、メタン、ブタン、プロパン、および天然ガスのような比重の重い気体が補強発泡基礎を通って浸透することに対しても遮断性を発揮する。

補強発泡基礎は以下の場所に用いても良い：掘削および人工土壌の埋め戻しの難しい場所；永久凍土、氷盤、湿地、有機土壌、湿気および下地整理面の地盤における穴および／または沈下に関する他の状況のため、地盤が軟弱な場所；対象の下地整理面を通って水分、蒸気および／または気体の浸透する場所。

本発明の本質から逸脱しないでここに示された発明の軽微な変更を行うことができる。

本発明による道路、滑走路およびスラブ段階の構造物に用いられる補強基礎の断面図である。 本発明による完成段階の構造物に用いられる補強基礎の断面図である。 本発明による配管設備堀溝の断面図である。

Claims (19)

1. 建設現場で補強材を地盤に敷くステップと、
   前記補強材を高分子樹脂で被覆し補強された基礎を構成するステップであって、硬化処理によって、前記高分子樹脂と前記補強材が構造上の基礎を構成するステップと、
   を有する建設方法。
2. 前記構造上の基礎は道路の基礎であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記建設現場は永久凍土上にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記建設現場は掘井場にあることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記建設現場は掘溝であって、前記補強材は該掘溝に沿って敷かれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記高分子樹脂は前記掘溝内の設備配管を被覆することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記補強材は格子状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記高分子樹脂は疎水性と膨張性を有する二液型高分子樹脂であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記地盤は軟弱な地盤であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記地盤は、永久凍土、氷盤の地盤、湿地、有機土壌、飽和水分土壌からなる群から選定されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 軟弱な地盤上に補強発泡基礎を構成するステップと、
    前記補強発泡基礎上に下地整理面を建設して、前記補強発泡基礎によって段差および沈下による起伏を最小限にするステップと、
    を有する建設方法。
12. 道路、空港滑走路、駐機場、スラブ段階の構造建築物または路盤上の構造物、歩道、保管地域、駐車場、ダムおよび堀溝から選定されるいずれかの建設に用いられることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記補強発泡基礎は膨張性高分子樹脂中に埋没された補強材からなることを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記補強材は、棒、ロープ、ベルト、網、ネット、ジオテキスタイルファイバまたは一方向に伸びたもしくは格子状の他の寸法の形態物からなる群から選定されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記膨張性高分子樹脂は独立発泡の、疎水性を有する二液型高分子樹脂であって、該高分子樹脂は、前記補強発泡基礎が設計上要求される熱、水分および気体透過性に適合するように、所定の厚さになるまで前記補強材上に塗布されることを特徴とする請求項１３または１４のいずれかに記載の方法。
16. 請求項１乃至１５に記載のいずれかの方法によって建設された道路。
17. 請求項１乃至１６に記載のいずれかの方法によって建設された滑走路。
18. 請求項１乃至１７に記載のいずれかの方法によって構成されたスラブ段階の構造物用の構造上の基礎。
19. 請求項１乃至１８に記載のいずれかの方法によって構成された堀溝。

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