JP2007169907A - 構造物の引き倒し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地上に立設された高層の構造物をクッションマウンド上に引き倒して解体する際に構造物の倒壊による地盤への振動を緩和させることが可能な構造物の引き倒し方法を提供する。
【解決手段】地上に立設された高層の構造物１０を引き倒して解体する方法であって、構造物１０の倒壊範囲に、クッションマウンド１２を設置し、構造物１０の倒壊による地盤１３への振動を緩和させて構造物１０を引き倒す。ここで、構造物１０をクッションマウンド１２に衝突させて中折れさせ、更に地盤１３への衝撃力を緩和することが好ましく、構造物１０がクッションマウンド１２に衝突する位置は構造物１０の重心位置より先端側で重心位置と構造物１０の先端との中心位置よりも重心側にするのがよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、地上に立設された高層の構造物を引き倒して解体する方法に関する。ここで、高層の構造物とは、例えば、煙突、サイロ、化学設備の反応塔、処理塔、反応槽、及び処理槽、建築物の柱及び壁を指す。

従来より、建築や土木分野では、例えば、煙突又は建築物の柱や壁を解体する場合、引き倒し工法が採用されている。そして、引き倒し工法では、解体物を転倒させた際に非常に大きな衝撃力が発生するので、例えば、非特許文献１には、この衝撃力を緩和するためにコンクリートガラ、古タイヤ、及び畳等を使用したクッション材を敷く方法が記載されている。また、非特許文献２には、ビル壁の大倒しによる解体でクッション材としてコンクリートガラと古タイヤを使用してクッションマウンドを構築することが記載されている。更に、非特許文献３には、鉄筋コンクリート造りの煙突をコンクリートガラで構築したクッションマウンドの真上に倒壊させることにより地盤が受け取る地盤振動エネルギーを小さくできることが記載されている。

柿崎正義、外２名著、「ビル解体工法」、鹿島出版会、昭和５０年５月３０日、ｐ．１０５ 解体工法研究会編、「改訂解体工法と積算」、経済調査会、１９８８年１０月２５日、ｐ．１０１ 角田智彦、外２名、「鉄筋コンクリート造煙突の取りこわし倒壊時の地盤振動」、大林組技術研究所報、株式会社大林組、１９７２年、第６号、ｐ．８８−９２

しかしながら、非特許文献１〜３に記載されたクッション材の選定やクッションマウンドの構築はいずれも経験上からの判断に基づいて行なわれ、例えば、地盤振動の大きさとクッション材の材質及びクッションマウンドの構成に関する工学的かつ定量的な判断基準は存在していない。このため、引き倒し解体しようとする構造物の周囲に存在する別の構造物に影響が発生しないようにして引き倒し解体を実施するには、どのようなクッションマウンドを構築すればよいかは判らなかった。

また、非特許文献１〜３に記載された技術は、いずれもコンクリート製の構造物を対象としたものなので、倒壊直前の構造物に蓄積される運動エネルギーは、倒壊時に構造物自体が破損を起こすことにより相当量消費されて、地盤に実質的に伝達される運動エネルギー量は小さくなる。このため、コンクリート製の構造物では、引き倒し時に発生する地盤振動が軽減されるという利点がある。これに対して、鋼鉄製の構造物を引き倒して解体する場合、倒壊時にそれ自体が大きく破損することは期待できないため、倒壊直前の構造物に蓄積される運動エネルギーは地盤に伝達されて引き倒し時に発生する地盤振動が大きくなることが予測される。このため、構造物に蓄積される運動エネルギーがクッションマウンドで効率的に消費されるようにして、引き倒し解体する構造物の周囲に存在する別の構造物に及ぼす地盤振動の影響が無視できるようにする必要がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、地上に立設された高層の構造物をクッションマウンド上に引き倒して解体する際に構造物の倒壊による地盤への振動を緩和させることが可能な構造物の引き倒し方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明の構造物の引き倒し方法は、地上に立設された高層の構造物を引き倒して解体する方法であって、
前記構造物の倒壊範囲に、倒壊する前記構造物を受けるクッションマウンドを設置し、前記構造物の倒壊による地盤への振動を緩和させて前記構造物を引き倒す。また、前記構造物を前記クッションマウンドに衝突させて中折れさせ、更に前記地盤への衝撃力を緩和することもできる。

本発明の構造物の引き倒し方法において、前記構造物が前記クッションマウンドに衝突する位置が、該構造物の重心位置より先端側で該重心位置と該構造物の先端との中心位置よりも重心側にあることが好ましい。
これによって、引き倒されてクッションマウンドに衝突した構造物の基部側が跳ね上がるのを防止できる。

本発明の構造物の引き倒し方法において、前記構造物の倒壊範囲から所定距離離れた地点Ａの振動の許容変位を設定し、前記クッションマウンドの位置、材質、高さ、及び有効底面積を決めて、前記構造物の倒壊時の前記地点Ａでの振動を前記許容変位以下とすることができる。

本発明の構造物の引き倒し方法において、前記クッションマウンドの底面を矩形とした場合、前記構造物が前記クッションマウンドに衝突したときに、該クッションマウンドの直下地盤に加わる最大衝撃力により該直下地盤に前記地点Ａの前記許容変位の基になる許容衝撃変位を生じさせる該直下地盤のばね定数の値を前記地盤の振動伝播特性から算出すると共に、前記構造物の大きさ及び倒壊後の該構造物の解体方法を基にして前記クッションマウンドの底面の一辺の必要長さを設定し、前記クッションマウンドの有効底面積は、前記一辺の必要長さと、前記ばね定数の値及び該一辺の必要長さから求まる他辺の長さから決めることができる。
地点Ａに許容変位を生じさせる直下地盤のばね定数を算出することから、クッションマウンドの力学的な条件を決定し、これに構造物の引き倒し及び解体を実際に実施する上で必要となる作業上及び施工上の条件を加味できるので、実用性の高いクッションマウンドを容易に構築することができる。

本発明の構造物の引き倒し方法において、前記クッションマウンドと前記構造物の衝突では該クッションマウンドの上面の中心位置に前記最大衝撃力が加わり、該クッションマウンド中には該最大衝撃力による応力が該中心位置を頂点として予め設定される中心角を有する円錐領域内に有効に発生すると仮定して、前記直下地盤の表面に前記円錐領域が交差して形成される円が前記クッションマウンドの底面に含まれる最大直径の円になるときの該円錐領域の高さを、前記クッションマウンドの高さにすることが好ましい。
これによって、クッションマウンド中で有効に応力が発生している領域をクッションマウンドの底面で確実に支えることができ、クッションマウンドの崩壊を防止することができる。

本発明の構造物の引き倒し方法において、前記クッションマウンドは、コンクリートガラを用いて構築される土台部と、該土台部の上部に砂を用いて構築される上部衝撃力吸収層とを有するようにすることができる。また、前記土台部の下部には発泡樹脂を有する下部衝撃力吸収層を設けてもよい。
構造物がクッションマウンドに衝突した際に、コンクリートガラには、ずれ、変形、及び破壊が生じるので、構造物の有する衝撃エネルギーを有効に減衰させることができる。また、上部及び下部衝撃力吸収層では、ずれや変形が容易に生じるため、構造物の有する衝撃エネルギーを更に有効に減衰させることができる。

本発明の構造物の引き倒し方法において、前記構造物に、該構造物の倒壊時に該構造物内に生じる空気振動を外部に放散する空気振動放出孔を設けることが好ましい。
構造物に空気振動放出孔を形成することで構造物の変形性を大きくすることができ、衝突時の衝撃エネルギーを構造物の変形エネルギーに換えることができると共に、引き倒しの際の構造物の変形に伴って生じた構造物の内側に発生した空気振動を構造物の外部に容易に逃がすことができる。

本発明の構造物の引き倒し方法において、前記構造物を引き倒す際に、該構造物を前記地盤に固定している固定部材は、該構造物が引き倒される側に設けられている一部を除いてその固定力を解除するのがよい。
引き倒しを行なう際に構造物が地盤上で滑るのが防止できる。また、構造物は引き倒される側に固定力を有して残された固定部材を破壊しながら徐々に傾斜しながら自然転倒開始状態になるので、自然転倒を開始する際の構造物の傾斜角度と初速を小さくすることができる。

請求項１〜１０記載の構造物の引き倒し方法においては、構造物の倒壊による地盤への振動を緩和させて構造物を引き倒すので、引き倒す構造物の周囲に他の構造物や各種設備及び装置が存在しても、これらに及ぼす影響を最小限にすることが可能になる。

特に、請求項２記載の構造物の引き倒し方法においては、構造物を中折れさせるので、構造物の解体が容易になる。

請求項３記載の構造物の引き倒し方法においては、引き倒されてクッションマウンドに衝突した構造物の基部側が跳ね上がるのを防止でき、地盤に副次的な振動が生じるのを防止することが可能になる。また、引き倒される構造物を受け止めた際に、クッションマウンドと衝突する位置より先側の領域に回転モーメントを発生させることができ、構造物の構造によっては、容易に中折れを起こさせることができる。

請求項４記載の構造物の引き倒し方法においては、引き倒す構造物の周囲に存在する他の構造物や各種設備及び装置の中で最も影響を受けるものに対して振動の影響を最小限にすることが可能になる

請求項５記載の構造物の引き倒し方法においては、クッションマウンドの力学的な設計条件に加えて、構造物の大きさ及び構造物の解体方法を基にクッションマウンドの底面の一辺の必要長さを設定するので、構造物をクッションマウンドに確実に衝突させることが可能になると共に、引き倒された構造物の解体作業を効率的に行なうことが可能になる。

請求項６記載の構造物の引き倒し方法においては、構造物が衝突した際のクッションマウンドの崩壊を防止することができ、クッションマウンドの有効面積が減少するのを防止することが可能になる。

請求項７及び８記載の構造物の引き倒し方法においては、構造物がクッションマウンドに衝突した際に構造物が有する衝撃エネルギーを有効に減衰させることができ、クッションマウンドを支える地盤に加わる衝撃力を小さくすることが可能になる。その結果、クッションマウンドから離れた地点での振動を容易に許容変位以下にすることが可能になる。

請求項９記載の構造物の引き倒し方法においては、引き倒しの際の構造物の変形に伴って生じた空気振動が構造物の外部に容易に逃げるので、地盤の振動を更に小さくすることができる。

請求項１０記載の構造物の引き倒し方法においては、引き倒しを行なう際に構造物が地盤上で滑るのを防止するので、引き倒す方向に構造物を確実に転倒させることが可能になる。また、構造物が自然転倒を開始する傾斜角度と初速を小さくするので、転倒時の接地速度が減速され、転倒時の衝撃エネルギーを小さくすることが可能になる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る構造物の引き倒し方法の説明図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同構造物の引き倒し方法に使用するクッションマウンドの説明図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ最大衝撃力が作用した際にクッションマウンド中に有効に応力が発生する領域を示す説明図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る構造物の引き倒し方法は、地上に立設された高層の構造物の一例である化学設備の処理塔１０を引き倒して解体する方法であって、処理塔１０の倒壊範囲に、倒壊する処理塔１０を受けるクッションマウンド１２を設けて、処理塔１０の倒壊による地盤１３への振動を緩和させるものである。すなわち、処理塔１０の倒壊範囲から所定距離離れた地点Ａの振動の許容変位Ｕ_aを設定し、クッションマウンド１２の位置、材質、高さ、及び有効底面積を決めて、処理塔１０の倒壊時の地点Ａでの振動を許容変位Ｕ_a以下になるようにしている。以下詳細に説明する。

地点Ａの振動の許容変位Ｕ_aとは、地点Ａに設けられた機器等の動作に影響を与える加速度が作用するような振動の変位の１／１０〜１／３、例えば、１０〜１００μｍの値を指す。
クッションマウンド１２は、処理塔１０が引き倒された際に、処理塔１０の重心位置Ｇより先端側で重心位置Ｇと処理塔１０の先端との中心位置よりも重心側の位置、例えば、処理塔１０の先端から重心側に処理塔１０の高さの１／３の長さに相当する側部の位置がクッションマウンド１２に当たるように設置する。これによって、処理塔１０を引き倒してクッションマウンド１２に衝突させた際に、クッションマウンド１２に衝突した処理塔１０の基部側が反動で跳ね上がって再度地盤１３に衝突することによる副次的な振動が地盤１３に生じるのを防止できる。更に、引き倒された処理塔１０がクッションマウンド１２に当った位置を支点に処理塔１０の先側領域に回転モーメントを発生させることができ、処理塔１０の構造によっては、容易に中折れを起こさせることができる。

ここで、図２（Ａ）に示すように、クッションマウンド１２は、例えば、コンクリート構造物を解体したときに発生するコンクリートガラ１４（寸法が５〜５０ｃｍの塊状の破砕物）を、例えば、底面が矩形状の四角錐台状となるように建設用重機を用いて積み上げて構築される土台部１５と、土台部１５の上部に連続して設けられ砂を用いて構築された四角錐台状の上部衝撃力吸収層１６を有している。また、図２（Ｂ）に示すように、上部に上部衝撃力吸収層１６を有しコンクリートガラ１４で構築された土台部１７の下部に発泡樹脂の一例である発泡ポリスチレンからなる下部衝撃力吸収層１８を設けたクッションマウンド１９を設置することもできる。
なお、上部衝撃力吸収層を設けず、下部衝撃力吸収層を備えた土台部のみでクッションマウンドを構成することもできる。更に、クッションマウンドを設置する場所の広さに制約が存在しない場合は、高いクッションマウンドを構築できるので、クッションマウンドをコンクリートガラを用いた土台部のみで構成することも可能である。

また、クッションマウンド１２の有効底面積は次のようにして決定する。
先ず、処理塔１０がクッションマウンド１２に衝突したときにクッションマウンド１２の直下地盤に加わる最大衝撃力Ｆを求める。いま、処理塔１０が、ある速度でクッションマウンド１２に衝突し、衝撃作用時間ｔ経過後にクッションマウンド１２に最大衝撃力Ｆを与える共に停止すると仮定すると、クッションマウンド１２には力積が作用したことになる。ここで、この力積は、処理塔１０の衝突前後の運動量の差に等しくなると仮定し、更に、クッションマウンド１２に加わる衝撃力は衝撃作用時間ｔ内で時間に比例して増加するとすると仮定すると、力積はＦｔ／２と求まる。なお、衝撃作用時間ｔは、構造物の重量や高さ、クッションマウンドの位置、及びクッションマウンドの材質により変化するが、例えば、以前に構造物をクッションマウンドに引き倒したときの状況を撮影したビデオ映像を解析することにより、０．１〜０．４秒の範囲に見積もることができる。

処理塔１０がクッションマウンド１２に衝突し衝撃作用時間ｔ経過した後に停止する場合、処理塔１０の衝突前後の運動量の差は、処理塔１０がクッションマウンド１２に衝突する直前に有する運動量の値になる。ここで、処理塔１０を外径が２ｄで高さがｈの円柱状の剛体と仮定し、更に、処理塔１０の引き倒される側の基端の１点を支点Ｐとして回転を起して倒壊すると仮定すると、処理塔１０の慣性モーメントＩは、処理塔１０の質量をｍとすると（１）式で表される。
Ｉ＝ｍ・（３ｄ²＋４ｈ²）／１２ ・・・・・（１）
そして、地盤１３に垂直に立設していた処理塔１０が引き倒されて傾斜し、支点Ｐの回りで自発的に回転を開始した場合、自発的に回転を開始してからの角度がθになったときの処理塔１０の有する角速度ωは、（２）式で与えられる。
ω＝［ｍ・（ｈ／２）・（ １−ｃｏｓθ）／Ｉ］^1/2 ・・・・・（２）

処理塔１０がクッションマウンド１２に衝突する位置は、処理塔１０の先端から重心側に処理塔１０の高さの１／３の長さに相当する側部の位置、すなわち、処理塔１０の基端から２ｈ／３の長さに相当する側部の位置なので、処理塔１０がクッションマウンド１２に衝突する位置の速度は（２ｈ／３）・ωとなるが、衝撃力が過少評価されるのを防止するため、例えば、処理塔１０の先端の速度で代用する。従って、処理塔１０がクッションマウンド１２に衝突する際の速度ｖは、（３）式で与えられる。
ｖ＝ｈω・・・・・（３）
そして、処理塔１０がクッションマウンド１２に衝突する直前に有する運動量ｍｖは、ｍｈωとなり、Ｆｔ／２＝ｍｈωの関係から、最大衝撃力Ｆは（４）式で与えられる。
Ｆ＝２ｍｈω／ｔ ・・・・・（４）

次いで、地盤１３の振動伝播特性と地点Ａの許容変位Ｕ_aから、処理塔１０がクッションマウンド１２に衝突したときに、クッションマウンド１２の直下地盤に生じる許容衝撃変位Ｕ_bを求める。
いま、クッションマウンド１２の直下地盤に発生した変位Ｕ₀の振動が周囲に拡がる場合、クッションマウンド１２の直下地盤の表面の中心からｒ離れた地点での振動の変位Ｕは、一般的には（５）式で表される。
Ｕ＝Ｕ₀ｅｘｐ（−λｒ）ｒ^-n・・・・・（５）
ここで、λは伝播中の振動の減衰状態を示す係数で、ｑを振動が地盤内を伝播する際の内部減衰定数、ｆを振動の振動数、Ｖ_sを振動の伝播速度とした場合、（６）式で表される。
λ＝２πｑｆ／Ｖ_s ・・・・・（６）

なお、ｎは振動が地盤中を実体波（縦波又は横波）又は表面波として伝わるときの減衰状態を示す定数で、振動が表面波として地盤を伝播する場合は１／２、振動が実体波として無限に広がる地盤中を伝播する場合は１、振動が実体波として半無限に広がる地盤の自由表面を伝播する場合は２となる。
一般に、クッションマウンド１２の直下地盤の付近では振動は実体波が支配的となり、直下地盤から離れた場所では表面波が支配的となるので、振動が地盤１３を伝播する際の伝播特性を調査することにより、地盤１３に適したｎを設定できる。

従って、クッションマウンド１２の直下地盤の表面の中心から地点Ａまでの距離をｒ₀とすると、（５）式を用いて許容変位Ｕ_aと許容衝撃変位Ｕ_bの間には、Ｕ_a＝Ｕ_bｅｘｐ（−λｒ₀）ｒ₀ ^-nの関係が成立することになり、許容衝撃変位Ｕ_bは（７）式で求められる。
Ｕ_b＝Ｕ_a／［ｅｘｐ（−λｒ₀）ｒ₀ ^-n］ ・・・・・（７）
また、クッションマウンド１２の直下地盤が弾性体であるとすると、許容衝撃変位Ｕ_bは、直下地盤に最大衝撃力Ｆが作用した際の弾性変形と考えられ、直下地盤のばね定数をＫ_Zとすると、Ｆ＝Ｋ_Z・Ｕ_bの関係が成立するので、ばね定数Ｋ_Zは（８）式で求められる。
Ｋ_Z＝Ｆ／Ｕ_b ・・・・・（８）

ここで、クッションマウンド１２の底面を矩形とした場合、クッションマウンド１２を支持するクッションマウンド１２の直下地盤の形状も矩形となる。そして、直下地盤に対して垂直方向に作用する衝撃力が、直下地盤を側面視して中心部で最大値となり周辺部で最小値となる放物線状の分布を有すると仮定すると、クッションマウンド１２の直下地盤のばね定数Ｋ_Zは、直下地盤の短辺側及び長辺側の長さをそれぞれ２ｂ、２ｃ、地盤１３のポアソン比及び密度をそれぞれν、ρとすると、（９）式で表される。
Ｋ_Z＝３πｂρＶ_s ²Ｃ_Z／［４（１−ν）］ ・・・・・（９）
ここで、Ｃ_Zは直下地盤１３の形状係数でｃ／ｂの関数となっている。
従って、（９）式より、クッションマウンド１２の直下地盤の形状に関する部分、すなわち、ｂＣ_Zを求めると、ｂＣ_Zは（１０）式で示されるようになる。
ｂＣ_Z＝４（１−ν）Ｋ_Z／（３πρＶ_s ²） ・・・・・（１０）

そして、処理塔１０の大きさ及び倒壊後の処理塔１０の解体方法を考慮して、例えば、クッションマウンド１２の底面の短辺（処理塔１０の引き倒し方向に平行とする）の必要長さを設定すると、クッションマウンド１２の底面に当接してクッションマウンド１２を支える直下地盤の短辺側の長さは２ｂとなる。
また、（１０）式からＣ_Zの値は一義的に求まるので、Ｃ_Zの値が決まると、Ｃ_Zを表す関数形に基づいてｃ／ｂの値κが求まり、ｃ／ｂ＝κの関係から直下地盤の長辺側の長さ２ｃが決まり、クッションマウンド１２の底面が直下地盤と当接していることから、クッションマウンド１２の長辺の長さ２ｃが求まる。
その結果、クッションマウンド１２の短辺長２ｂと長辺長２ｃの積から、クッションマウンド１２の有効底面積が決まる。

ここで、処理塔１０が大きな場合は一般に重量も大きくクッションマウンドの高さ方向の変形量が大きくなるため、高いクッションマウンドを安定して構築するにはクッションマウンドの底面の短辺の長さを大きくする必要がある。また、処理塔１０の引き倒す際には処理塔１０の倒壊方向にずれが生じるので、倒壊方向のずれが大きいと考えられる場合は、処理塔１０が確実にクッションマウンドに当たるように、処理塔１０の引き倒し方向に直交するクッションマウンドの底面の長辺の長さを大きくする。そして、クッションマウンドの底面の長辺長さを大きくした場合、クッションマウンドが安定して構築できるように、クッションマウンドの底面の短辺長さも大きくする。更に、倒壊後の処理塔１０を重機を用いて解体する場合、処理塔１０に重機が近づくための斜路を設ける必要があり、この斜路の幅に応じてクッションマウンドの底面の短辺の長さを確保する必要がある。

また、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、クッションマウンド１２に処理塔１０が衝突した場合、クッションマウンド１２の上面の中心位置Ｃに最大衝撃力Ｆが加わり、クッションマウンド１２中には最大衝撃力Ｆによる応力が中心位置Ｃを頂点として予め設定される中心角２αを有する円錐領域内に有効に発生すると仮定できる。ここで、２αは６０〜９０°の範囲の角度である。そして、中心位置Ｃを頂点とする円錐領域が地盤１３の表面と交わって形成される円内の領域Ｓが、クッションマウンド１２を介してクッションマウンド１２の直下地盤上で応力が有効に発生する領域となる。

図３（Ａ）に示すように、領域Ｓがクッションマウンド１２の底面内に含まれる場合は、円錐領域はクッションマウンド１２内に含まれ、最大衝撃力Ｆが加わった際にクッションマウンド１２が崩壊することはない。これに対して、図３（Ｂ）に示すように、領域Ｓが広くクッションマウンド２０の底面内に含まれない場合は、円錐領域の一部はクッションマウンド２０の外側に存在することになり、クッションマウンド２０が崩壊する可能性が高くなる。なお、領域Ｓがクッションマウンドの底面内に含まれる場合でも、領域Ｓの面積が小さいとクッションマウンドの底面には局所的な応力が発生するようになり、クッションマウンドの直下地盤に発生する応力分布が不均一になって、例えば、（９）式を用いてばね定数Ｋ_Zを精度よく算出することが困難になる。
従って、クッションマウンドの直下地盤に発生する応力分布がより均一になるのは、クッションマウンドの底面内に含まれる領域Ｓの面積が最大、すなわち、図３（Ａ）に示すように、クッションマウンド１２の底面内に含まれる領域Ｓの直径が最大になる場合である。

また、図３（Ａ）に示すように、クッションマウンド１２の底面は矩形で、その短辺の長さ２ｂ、長辺の長さ２ｃが求まっているので、クッションマウンド１２の底面内に含まれる領域Ｓの直径が最大になるのは、領域Ｓが対向する長辺にそれぞれ接する場合であり、そのときの直径は２ｂとなる。従って、クッションマウンド１２の底面内に含まれる領域Ｓの面積が最大となる場合の円錐領域の高さＬは、ｂ／ｔａｎ（α／２）と求まる。
ここで、クッションマウンド１２は、底面の短辺の長さ２ｂ及び長辺の長さ２ｃが決定されているので、高さＬの円錐領域を含むように構築すればよく、必要最小限、すなわち、経済的なクッションマウンド１２の高さは、円錐領域の高さＬにすることとなる。そして、クッションマウンド１２の設置位置、材質、高さ、及び有効底面積がそれぞれ決定されたことにより、クッションマウンド１２を構築することができる。

なお、処理塔１０を引き倒す際には、処理塔１０に１又は２以上の空気振動放出孔２１を設けて、処理塔１０の倒壊時に処理塔１０内に生じる空気振動を外部に放散するようにする。処理塔１０に空気振動放出孔２１を形成することで、処理塔１０としての剛性を小さくすることができ、クッションマウンド１２に衝突した際の処理塔１０の変形性を大きくすることができる。その結果、衝突時の衝撃エネルギーを変形エネルギーに換えることができ、最大衝撃力Ｆを小さくして、クッションマウンド直下地盤の変位を小さくできる。また、引き倒しの際の処理塔１０の変形に伴って処理塔１０の内側に発生した空気振動は空気振動放出孔２１から処理塔１０の外部に容易に逃げることができ、クッションマウンド１２の直下地盤の変位を更に小さくできる。その結果、処理塔１０の倒壊時の地点Ａでの振動を容易に許容変位Ｕ_a以下にすることができる。

更に、処理塔１０を引き倒す際に、処理塔１０を地盤１３に固定している固定部材の一例であるアンカーボルトのうち処理塔１０が引き倒される側に設けられている一部（例えば、２〜４本）を除いて切除して、処理塔１０が地盤１３に固定される固定力を弱めるようにする。これによって、引き倒しを行なう際に処理塔１０が地盤１３上で滑るのが防止できると共に、処理塔１０は残されたアンカーボルトを破壊しながら徐々に傾斜しながら自然転倒開始状態になるので、自然転倒を開始する際の処理塔１０の傾斜角度と引き倒しの初速を小さくすることができる。このため、クッションマウンド１２に転倒したときの衝撃エネルギーを小さくすることが可能になる。その結果、処理塔１０の倒壊時の地点Ａでの振動を容易に許容変位Ｕ_a以下にすることができる。

（実施例１）
コンクリートガラを用いて、短辺の長さが８ｍ、長辺の長さが１２ｍの矩形状の底面と、短辺の長さが４ｍ、長辺の長さが８ｍの矩形状の上面を有し高さが２ｍの四角錐台状の土台部からなるクッションマウンド１を地盤上に構築した。また、コンクリートガラを用いて短辺の長さが８ｍ、長辺の長さが１２ｍの矩形状の底面と、短辺の長さが６ｍ、長辺の長さが１０ｍの矩形状の上面を有し高さが１ｍの四角錐台状の土台部を形成し、その上に砂を用いて短辺の長さが６ｍ、長辺の長さが１０ｍの矩形状の底面と、短辺の長さが４ｍ、長辺の長さが８ｍの矩形状の上面を有し高さが１ｍの四角錐台状の上部衝撃吸収層を形成したクッションマウンド２を地盤上に構築した。更に、発泡ポリスチレンのブロックを使用して短辺の長さが５ｍ、長辺の長さが６ｍ、高さが１ｍの下部衝撃吸収層を地盤上に構築し、下部衝撃吸収層を覆うようにコンクリートガラを用いて、短辺の長さが８ｍ、長辺の長さが１２ｍの矩形状の底面と、短辺の長さが４ｍ、長辺の長さが８ｍの矩形状の上面を有し高さが２ｍの四角錐台状の土台部からなるクッションマウンド３を地盤上に構築した。

そして、地盤より高さ７ｍの位置から各クッションマウンド上に重さ１トンの鉄球を落下させ、各クッションマウンドの土台部の底面中心（倒壊点）から長辺に直交する方向に所定距離離れた地盤表面の加速度を測定した。その結果を、図４に示す。
クッションマウンドの土台部の底面中心から４ｍ離れた地点（クッションマウンドの端）の加速度は、クッションマウンド１では１４０ガル、クッションマウンド２では３２．１ガル、クッションマウンド３では１９．３ガルとなった。また、１６ｍ離れた地点の加速度は、クッションマウンド１では１１．７ガル、クッションマウンド２では５．３ガル、クッションマウンド３では５．８ガル、３２ｍ離れた地点の加速度は、クッションマウンド１では８．１ガル、クッションマウンド２では２．３ガル、クッションマウンド３では４ガルであった。
従って、クッションマウンドの高さが一定の場合、砂を用いた上部衝撃吸収層を構築することで、衝撃力を有効に減衰できることが確認できた。更に、土台部の下部に下部衝撃吸収層を設けることでも、衝撃力を有効に減衰できることが判った。

（実施例２）
直径が６．５ｍ、高さが３７ｍ、重量が２７６トンの円筒形の反応塔を引き倒すときに、反応塔の基端から２５ｍの長さに相当する側部の位置でクッションマウンドに当たり、このとき、クッションマウンドの底面の中心位置から６５ｍ離れた地点Ａの許容変位Ｕ_aを、地点Ａに８．６ガルの加速度が作用するような振動の変位となるようにクッションマウンドの設計を行なった。
先ず、地点Ａの変位Ｕの時間変化は、一般的に、時間をｔ、振動の角速度をωとすると
Ｕ＝Ｕ₀ｅｘｐ［−ｑωｔ］ｓｉｎ［（１−ω²）^1/2ωｔ］
で表すことができる、そして、加速度Ｕ”は上式を時間について２回微分すれば求まる。ここで、振動が地盤内を伝播する際の内部減衰定数ｑは０．０５程度の値なので、加速度Ｕ”は、ω²Ｕと近似できる。従って、地点Ａの許容変位Ｕ_aは０．００３９ｃｍとなる。

そして、地点Ａの許容変位Ｕ_aが決まると、クッションマウンドの底面の中心位置における許容衝撃変位Ｕ_bは、Ｕ_a／［ｅｘｐ（−λｒ₀）ｒ₀ ^-n］として算出でき、０．１２３ｃｍとなる。また、許容衝撃変位Ｕ_bが決まるとクッションマウンドの底面の中心位置からｒ離れた場所での振動の変位Ｕは、Ｕ_bｅｘｐ（−λｒ）ｒ^-nを用いて算出できる。
ここで、クッションマウンドの直下地盤では実体波が支配的で、岩盤までの深さが１０ｍ程度の場合、比較的早く表面波が現れることから、ｎの値は、例えば、クッションマウンドの底面の中心位置からの距離が２ｍ以下では１、２ｍを超え５ｍ以下では０．８、５ｍを超え１０ｍ以下では０．７５、１０ｍを超え１５ｍ以下では０．７、１５ｍを超えると０．６５と推定される。そして、各箇所での振動の変位Ｕが求まると、加速度Ｕ”は、ω²Ｕと近似できる。各場所での振動の加速度、すなわち設計加速度を、図５で■印で示す。

一方、反応塔の先端がクッションマウンドに衝突する際の速度は２４．８ｍ／秒と求まり、衝撃作用時間を０．４秒と仮定すると、最大衝撃力Ｆは１７４６．５トンとなる。そして、１７４６．５トンの最大衝撃力Ｆがクッションマウンドの直下地盤に作用したときに変形量が０．１２３ｃｍとなる直下地盤のばね定数Ｋ_Zの値は、１２７７６．１トン／ｃｍと求まる。また、底面が矩形状のクッションマウンドの短辺側の長さを、反応塔の大きさ及び倒壊後の解体方法を考慮して、例えば、５．８ｍと設定すると、地盤のポアソン比は０．３５程度であるので、ばね定数Ｋ_Zの値から形状係数Ｃ_Zは２と求まる。その結果、クッションマウンドの長辺側の長さは１２．８ｍとなる。

ここで、クッションマウンドの上面の中心位置に１７４６．５トンの最大衝撃力Ｆが加わったときに、クッションマウンド中に発生する最大衝撃力Ｆにより有効に応力が発生する領域が、中心位置を頂点として中心角が１２０°となる円錐領域であるとすると、クッションマウンドの直下地盤にこの円錐領域が交差して形成される円形領域の中でクッションマウンドの底面に含まれる最大のものは、直径が５．８ｍの円形領域となる。そして、この円形領域が円錐領域の底面になるような円錐の高さは（５．８／２）・ｔａｎ６０°から５ｍと求まり、クッションマウンドの高さは５ｍとなる。

以上のことから、反応塔を引き倒したときに、反応塔の基端から２５ｍの長さに相当する側部の位置でクッションマウンドに当たるようにクッションマウンドの位置を決めて、コンクリートガラを用いて短辺の長さが５．８ｍ、長辺の長さが１２．８ｍの矩形状の底面と、短辺の長さが４ｍ、長辺の長さが１０ｍの矩形状の上面を有し高さが５ｍの四角錐台状の土台部を形成し、その上に砂を用いて短辺の長さが４ｍ、長辺の長さが１０ｍの矩形状の底面と、短辺の長さが２ｍ、長辺の長さが８ｍの矩形状の上面を有し高さが３ｍの四角錐台状の上部衝撃吸収層を形成してクッションマウンドを構築した。

次いで、反応塔を引き倒す前に、反応塔の基端側と先端側に空気振動放出孔をそれぞれ形成した。そして、反応塔を地盤に固定しているアンカーボルトのうち反応塔が引き倒される側に設けられている２本を除いて切除し、反応塔の地盤に対しての固定力を弱めてから、反応塔の先端に固定したワイヤーを介して反応塔を引き倒した。このとき、クッションマウンドの底面の中心位置と地点Ａを結ぶ線分上で、クッションマウンドの底面の中心位置から２０、４３、及び６５ｍ離れた場所にそれぞれ加速度計を設置して振動の加速度を求めた。その結果を図５において▲印で示す。
クッションマウンドの底面の中心位置から２０ｍ離れた場所での加速度は４４ガル、４３ｍ離れた場所での加速度は１０ガル、６５ｍ離れた地点Ａでの加速度は７．７ガルであった。各場所での振動の設計加速度と、実測値の間にはよい一致が認められ、地点Ａでの加速度は７．７ガルとなって、地点の許容変位Ｕ_a（０．１２３ｃｍ）を発生させる加速度（８．６ガル）未満となり、反応塔の倒壊時の地点Ａでの振動が許容変位Ｕ_a以下となることが確認できた。

（実施例３）
直径が４．５ｍ、高さが１８．５ｍ、重量が１０３．５トンの円筒形の反応塔を密閉した状態、及び反応塔の基端側と先端側に空気振動放出孔をそれぞれ形成した状態で、設置位置、材質、高さ、及び有効底面積を実質的に同一としたクッションマウンド上に引き倒し、そのときの地盤の振動の加速度を測定した。その結果を図６（Ａ）、（Ｂ）に示す。
図６（Ａ）に示すように、反応塔を密閉した状態で引き倒した場合、クッションマウンドの底面の中心位置から１２、１４ｍ離れた場所での加速度は１４５ガル、１９ｍ離れた場所での加速度は４０ガルであった。一方、図６（Ｂ）に示すように、反応塔に空気振動放出孔を形成した状態で引き倒した場合、クッションマウンドの底面の中心位置から１２、１４ｍ離れた場所での加速度は４０ガル、１９ｍ離れた場所での加速度は３０ガルとなり、地盤の振動の加速度が小さくなることが確認できた。これによって、空気振動放出孔を形成することで、反応塔を引き倒す際の地盤の振動の変位を小さくできることが判った。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の構造物の引き倒し方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、倒壊範囲から所定距離離れた地点の振動の許容変位を許容される加速度の大きさから設定したが、許容変位の値を直接設定することもできる。クッションマウンドの直下地盤の表面の中心からｒ離れた地点での振動の変位Ｕを、直下地盤に発生した変位をＵ₀としてＵ＝Ｕ₀ｅｘｐ（−λｒ）ｒ^-nで求めたが、ｒ離れた地点までに地盤の構造が変化する場合や地盤に不連続性が存在する場合は、地盤や境界面毎に振動伝播特性をそれぞれ当てはめて、ｒ離れた地点での振動の変位Ｕを評価することができる。
また、実施例では、土台部の上部に砂を用いた上部衝撃吸収層を有するクッションマウンドを構築したが、上部衝撃吸収層を設けた土台部の下部に発泡ポリスチレンを有する下部衝撃吸収層を設けてもよい。これによって、地盤への衝撃力を更に緩和することができる。
更に、クッションマウンドを設計する際に、最大衝撃力を力積から評価したが、倒壊時に構造物が有する運動エネルギーの値から最大衝撃力を評価することも可能である。

本発明の一実施の形態に係る構造物の引き倒し方法の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同構造物の引き倒し方法に使用するクッションマウンドの説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ最大衝撃力が作用した際にクッションマウンド中に有効に応力が発生する領域を示す説明図である。 実施例１におけるクッションマウンドの材質と衝撃力の減衰効果の関係を示すグラフである。 実施例２における地盤の振動の設計加速度と実測加速度の関係を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例３における空気振動放出孔無し及び有りの地盤の振動変化を示すグラフである。

符号の説明

１０：処理塔、１２：クッションマウンド、１３：地盤、１４：コンクリートガラ、１５：土台部、１６：上部衝撃力吸収層、１７：土台部、１８：下部衝撃力吸収層、１９、２０：クッションマウンド、２１：空気振動放出孔

Claims (10)

1. 地上に立設された高層の構造物を引き倒して解体する方法であって、
   前記構造物の倒壊範囲に、倒壊する前記構造物を受けるクッションマウンドを設置し、前記構造物の倒壊による地盤への振動を緩和させて前記構造物を引き倒すことを特徴とする構造物の引き倒し方法。
2. 請求項１記載の構造物の引き倒し方法において、前記構造物を前記クッションマウンドに衝突させて中折れさせ、更に前記地盤への衝撃力を緩和することを特徴とする構造物の引き倒し方法。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の構造物の引き倒し方法において、前記構造物が前記クッションマウンドに衝突する位置が、該構造物の重心位置より先端側で該重心位置と該構造物の先端との中心位置よりも重心側にあることを特徴とする構造物の引き倒し方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造物の引き倒し方法において、前記構造物の倒壊範囲から所定距離離れた地点Ａの振動の許容変位を設定し、前記クッションマウンドの位置、材質、高さ、及び有効底面積を決めて、前記構造物の倒壊時の前記地点Ａでの振動を前記許容変位以下としたことを特徴とする構造物の引き倒し方法。
5. 請求項４記載の構造物の引き倒し方法において、前記クッションマウンドの底面を矩形とした場合、前記構造物が前記クッションマウンドに衝突したときに、該クッションマウンドの直下地盤に加わる最大衝撃力により該直下地盤に前記地点Ａの前記許容変位の基になる許容衝撃変位を生じさせる該直下地盤のばね定数の値を前記地盤の振動伝播特性から算出すると共に、前記構造物の大きさ及び倒壊後の該構造物の解体方法を基にして前記クッションマウンドの底面の一辺の必要長さを設定し、前記クッションマウンドの有効底面積を、前記一辺の必要長さと、前記ばね定数の値及び該一辺の必要長さから求まる他辺の長さから決めることを特徴とする構造物の引き倒し方法。
6. 請求項５記載の構造物の引き倒し方法において、前記クッションマウンドと前記構造物の衝突では該クッションマウンドの上面の中心位置に前記最大衝撃力が加わり、該クッションマウンド中には該最大衝撃力による応力が該中心位置を頂点として予め設定される中心角を有する円錐領域内に有効に発生すると仮定して、前記直下地盤の表面に前記円錐領域が交差して形成される円が前記クッションマウンドの底面に含まれる最大直径の円になるときの該円錐領域の高さを、前記クッションマウンドの高さにすることを特徴とする構造物の引き倒し方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造物の引き倒し方法において、前記クッションマウンドは、コンクリートガラを用いて構築される土台部と、該土台部の上部に砂を用いて構築される上部衝撃力吸収層とを有していることを特徴とする構造物の引き倒し方法。
8. 請求項７記載の構造物の引き倒し方法において、前記土台部の下部には発泡樹脂を有する下部衝撃力吸収層が設けられていることを特徴とする構造物の引き倒し方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の構造物の引き倒し方法において、前記構造物に、該構造物の倒壊時に該構造物内に生じる空気振動を外部に放散する空気振動放出孔を設けることを特徴とする構造物の引き倒し方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造物の引き倒し方法において、前記構造物を引き倒す際に、該構造物を前記地盤に固定している固定部材は、該構造物が引き倒される側に設けられている一部を除いてその固定力を解除することを特徴とする構造物の引き倒し方法。

Images