JP2012031663A - 地中壁の構築方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地中防振壁3を設置する充填部Kを地盤中に掘削し、その充填部Kに対して所定のベントナイト有効乾燥密度となるように調整したベントナイト粒状態の材料、又はベントナイトと骨材の混合物の材料を袋体5に詰めたものを、充填部5に充填することで地中防振壁3を構築する。袋体5に詰める材料は、充填部5の深さ位置の土圧に見合ったベントナイト有効乾燥密度となるように調整するようにした。
【選択図】図6
Description
すなわち、特許文献1で開示されるようなポリマー改良土を打設する工法では、常時の土圧などの影響によりポリマー免震材が大きく圧縮変形する。そのため、施工時に設定した所定の地中免震壁の壁厚は、初期の壁厚を長期的に保持できず、場合によっては免震壁が潰れてしまう懸念があった、このような免震壁厚の変化は、ポリマー材免震壁の変位吸収性能が低下して地中免震壁による地盤変位吸収効果が十分に発揮されず、地震時の地中構造物の応力低減効果が低下するという問題があった。
また、ポリマー材は、地下水位が存在する地盤においては、ポリマー材が水に溶けてしまうため、施工が容易ではないという問題もあった。
そして、地中壁が吸水膨潤性を有するベントナイトの材料、又はベントナイトと骨材の混合物からなる粘土系材料から構成され、その材料の吸水膨潤性より土圧に対して反発して膨張するので、材料の周囲の地盤から受ける常時の土圧に抵抗できる反力をもたせることができ、地中壁の壁幅が一定に保たれ、長期安定性を確保できるとともに、材料密度変化の安定性に優れる利点がある。
本発明では、袋体ごとに異なるベントナイト有効乾燥密度の材料を入れておくことができ、予め袋体の容積と袋体に装填する材料を適宜設定しておくことで、地中壁の深さに応じたベントナイト有効乾燥密度となる配合で地中空間に充填して地中壁を容易に構築することができる。そのため、材料を地下空間に充填した後の材料調整作業が不要となり、土圧に見合った効果的な地中壁を設けることができる。
このようなベントナイト材料を袋体内に装填する材料に用いることで、所定のベントナイト有効乾燥密度の材料にすることが可能である。
本発明では、袋体内の粘土系材料が地下水を吸収して膨張すると、袋体の網目からベントナイトゲルが外部へ染み出て、他の袋体から漏出したベントナイトゲルと接着するので、地中空間に充填された複数の単体の袋体どうしが一体化された地中壁を構築することができる。
本発明では、袋体内に地下水が浸透して内部の吸水膨潤性を有する粘土系材料が膨張することになる。このとき、袋体がベントナイトおよび骨材は漏出させない部材であり、膨張した材料自体が袋体外へ漏出しないので、袋体を内部に装填した材料に応じた膨張率で膨張させることができ、設計が容易になり、設計の確実性を高めることができる。
また、効率よく掘削した地中空間に所定のベントナイト有効乾燥密度に相当する材料を満たすといった容易な施工方法により地中壁を構築することができる。
ここで、地中構造物1は、開削トンネルなどにより構築されたボックスカルバートなどの鉄筋コンクリート製の構造物であり、地盤Gに埋設された状態で所定方向(図1に示す紙面に向かう方向)に延びて構築されている。そして、地盤G内では、地中構造物1内を走行する電車から発生する振動が地中構造物1から周囲へ向けて伝播している。
なお、地中防振壁3は、延設される地中構造物1の全長にわたって設けられることに限定されず、延長方向で部分的に設けられていてもよい。
一方、第2混合物の場合、ベントナイト有効乾燥密度(ベントナイトと骨材を混合した材料の場合で、骨材間隙を満たしているベントナイト部分の密度を乾燥密度で示した値)を調整することにより、所定の膨潤圧を発揮することができるため、常時に作用する土圧に対する反力を確保することができる。
この密度範囲とすれば、図2に示すように、吸水膨潤圧が0.03〜0.3MPaとなる。そのため、地盤Gの水中質量を約1g/cm3と仮定して、側方土圧が土被り圧の1倍とすると、深さ30mまでの土圧に耐えることができる。つまり、地中防振壁3の設置する深さに応じて材料の密度を適宜調整して構築することが可能であり、なるべく剛性が小さい材料を使うことにより防振効果を高めることができる。
図2は、非特許文献2(「締固めたベントナイト試料の膨潤圧測定方法に関する検討」、第40回地盤工学研究発表会、2005年7月、2574頁)に記載されている。なお、非特許文献2の「有効ベントナイト乾燥密度」は、「ベントナイト有効乾燥密度」と同じである。
なお、骨材が入っていない材料の場合は、ベントナイト密度のみなのでベントナイト乾燥密度であるが、ここでは「ベントナイト有効乾燥密度」として以下統一して用いる。
ここで、ベントナイトのせん断剛性は、ベントナイト有効乾燥密度によって異なる特性を有している。これは、骨材体積が材料中に占める割合が5割以下である場合には骨材粒子相互が接触して相互に応力を伝達する粒子構造とはならずに、骨材と骨材との間にベントナイトゲル(ベントナイトと水の混合物)が介在しているので、材料のせん断特性はベントナイトゲルの特性で主として決まるためである。したがって、ベントナイト有効乾燥密度を調整することにより、地中防振壁3の材料のせん断剛性を周囲の地盤Gより小さくすることができ、地中防振壁3の前方(図1で地中構造物1側)から伝わってきた地盤振動を吸収し、地中防振壁3の後方(図1で既存建物2側)への振動の伝達を低減して、地盤Gの動的変形を吸収する効果が期待できることになる。
また、図4に示す非線形特性は、図3で示したベントナイト配合3(ρd=0.7Mg/m3)の材料における動的三軸圧縮試験装置で求めた応力−ひずみ関係を示しており、地震時(繰り返しせん断時)にはヒステリシスを描くので、エネルギー吸収による減衰材料(ダンパー材料)として適している。この減衰効果は、ベントナイトに砂を混入することで、大きくすることができる。
すなわち、図5(a)、(b)に示すように、地中防振壁3の構築では、設置する予定の地中空間(充填部K)を地盤G中に掘削し、図6(a)、(b)に示すように、その掘削された充填部Kに対して所定のベントナイト有効乾燥密度となるように調整したベントナイトの材料、又はベントナイトと骨材の混合物の材料を袋体5に詰めたものを充填部Kに定置して充填する。このとき、充填部Kの深さ位置の土圧に見合うようにベントナイト有効乾燥密度の調整を行う。
容積100Lの容積の袋体5において、この中に骨材4aを50L相当入れると、図8(a)に示すように骨材4a以外の領域の体積は50Lとなる。ここで、自然乾燥状態の一般的な市販のベントナイトの粉体4bのかさ密度は、略1000kg/m3(1000g/L)である。したがって、250kgの乾燥重量に相当するベントナイトの粉体4bを袋体5に入れることは可能である。この状態では、袋体5の体積において約25L相当のスペースが残されている。そして、図8(b)に示すように、この袋詰めした材料を地下に掘削した溝状の充填部K(図5参照)に定置すると、地下水を吸水してベントナイトが吸水膨張する。このとき、完全に吸水膨張してベントナイトゲル4c(ベントナイトと水の複合材料)が50Lになると、袋体5はこれ以上膨らむことがない。つまり、骨材領域を除いた領域は、ベントナイトゲル4cが満たしており、ベントナイト有効乾燥密度は500kg/m3相当となっている。
このように、材料の配合と袋体5の充填条件を変更することによって、ベントナイト有効乾燥密度が300〜1200kg/m3の範囲になるような材料で地下に掘削した溝状の地中空間(充填部K)を満たすことができる。
すなわち、粒子密度が1500〜2000kg/m3程度の粒状ベントナイト(原鉱石を破砕したもの、或いはペレット状の材料)を一部利用することで、所定のベントナイト有効乾燥密度の材料にすることが可能である。
さらに、地中防振壁3にひび割れや何らかの損傷が生じたとしても、地下水が浸透してくる条件下ではその損傷を自己修復することができ、地中防振壁3を構成する粘土系材料が天然の無機質鉱物材料であることから、変質が無く、且つ保水状態も変化し難く、メンテンスが不要になるという効果を奏する。
さらに、耐震基準を満足しない地中構造物1に対する耐震補強工事においても、既存構造物では耐震補強し難いとされている地中構造物1の補強に有効に活用できる。
また、効率よく掘削した地中空間(充填部K)に所定のベントナイト有効乾燥密度に相当する材料を満たすといった容易な施工方法により地中防振壁3を構築することができる。
すなわち、図9(a)に示すように、地中防振壁3を設置するための所定の充填部Kを泥水6で満たしながら掘削した後、図9(b)に示すように泥水6で満たされた充填部Kに所定の配合に設定された粘土系材料を詰めた袋体5を底から順に定置させて、充填部K全体に袋体5を充填する(図9(c)参照)。
この場合、袋体5が泥水6中をゆっくり沈降して充填部Kの底に着底し、やがて吸水膨張を始める。そのため、所定のベントナイト有効乾燥密度となるように袋体5を設定しておくので、ベントナイトが吸水して狙った状態の材料となる。
例えば、本実施の形態では袋体5として水のみを浸透させる土のう袋を採用しているが、このような部材に限定されることはなく、例えば網状の材料からなる袋体を用いることも可能である。このような網状の袋体の場合、袋体内の粘土系材料が地下水を吸収して膨張すると、袋体の網目からベントナイトゲルが外部へ染み出て、他の袋体から漏出したベントナイトゲルと接着するので、地中空間に充填された複数の単体の袋体どうしが一体化された地中壁を構築することができる。
さらに、図12、図13に示すように、高架鉄道の基礎を地中構造物1A(振動発生源)としてもよいし、その他、とくに図示しないが振動発生機械据付け基礎、高架道路の基礎などを対象とすることができる。
これは、周辺地盤と地中免震壁の粘土系材料のせん断波速度Vsの比が異なる場合について、せん断力低減率を動的シミュレーションによって試算した解析結果(図14参照)に基づいて確認することができる。ここで、せん断力低減率は、地中免震壁を設けた場合の地中構造物に生じるせん断力を地中免震壁が無い場合の地中構造物に生じるせん断力で除した値である。
図14に示す動的シミュレーションでは、地中免震壁の壁幅を0.5mと1.0mの2ケースとし、0.6以下のせん断波速度比において、地中構造物の応力低減効果が得られている。すなわち、周囲の地盤よりも著しく柔らかい(小さいせん断剛性の)材料を使う必要はないことが確認でき、これにより材料の設計がし難いことがないことがいえる。
2、2A 既存建物
3 地中防振壁(地中壁)
5 袋体
6 泥水
7 閉塞部材
G 地盤
K 充填部(地中空間)
Claims (5)
- 地中壁を設置する地中空間を地盤中に掘削する工程と、
前記地中空間に対して所定のベントナイト有効乾燥密度となるように調整したベントナイトの材料、又はベントナイトと骨材の混合物の材料を袋体に詰めたものを、前記地中空間に充填する工程と、
を有することを特徴とする地中壁の構築方法。 - 前記袋体に詰める材料は、前記地中空間の充填部の深さ位置の土圧に見合ったベントナイト有効乾燥密度となるように調整されていることを特徴とする請求項1に記載の地中壁の構築方法。
- 前記材料は、ベントナイト材料として粒子密度が1500〜2000kg/cm3程度の粒状ベントナイトを用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の地中壁の構築方法。
- 前記袋体は、網状の部材からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の地中壁の構築方法。
- 前記袋体は、水は浸透可能で、且つベントナイトおよび骨材は漏出させない部材であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の地中壁の構築方法。
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