JP2012117330A

JP2012117330A - 土路盤置換工法

Info

Publication number: JP2012117330A
Application number: JP2010269830A
Authority: JP
Inventors: Sakiko Takahashi; 紗希子高橋; Noboru Izai; 昇伊在井; Satoshi Nakajima; 智中嶋; Haruo Sato; 春雄佐藤; Kazumasa Asari; 一正浅利; Tatsuji Nagao; 達児長尾
Original assignee: East Japan Railway Co; Tekken Corp
Current assignee: East Japan Railway Co; Tekken Corp
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-21

Abstract

【課題】短時間内に土路盤の地耐力を強化・向上させることができ、軌道や路面などの路盤上の構造体の沈下を抑制することができる土路盤置換工法を提供する。
【解決手段】アースオーガ掘削機１により土路盤の軟弱部分に所定径の掘削孔ｈを所定深さまで素掘りし、セメントを含有する充填材に水を加えて混練りして掘削孔ｈに充填し、前記土路盤の軟弱部分の一部を前記充填材のコラムＣで置換することにより土路盤全体の地耐力を強化する。
【選択図】図２

Description

この発明は、軌道下や道路下などの土路盤の軟弱部分を、セメントを含有する充填材で置換することにより該土路盤の地耐力を強化する土路盤置換工法に関するものである。

土路盤、例えば、鉄道の軌道下の路盤が盛土からなる場合は、軌道沈下を生じたり、近傍で行われた線路下横断工事などの影響により緩みが生じたりして軌道整備を行わなければならないことがある。
特に、路盤が橋台やボックスカルバートなどのコンクリート構造物から盛土へ変わる境界域の盛土からなる路盤や踏切前後などの減速域の軟弱路盤は、弱点となり易く頻繁に軌道整備を行わなければならないという問題がある。
また、軌道整備だけでは対応が困難な場合もあり、そのような場合は、前記のような軟弱な土路盤に置換や地盤改良を施して地耐力を向上させる必要がある。

従来、このような盛土からなる路盤の地耐力を向上させる方法として、固化材のスラリーを低圧で直進誘導剣先の吐出口から噴射させると共に、高圧で最下段の撹拌翼先端から水平に噴射して軟弱地盤中にソイルセメントのコラムを構築する高圧噴射併用の機械撹拌杭工法であるメカジェット工法（ソイルセメント工法）が知られている（例えば、特許文献１の段落００１８等参照）。

しかし、メカジェット工法などの高圧噴射型の地盤改良工法では、固化材のスラリーを高圧噴射するための大型水槽などのプラント（施設）が必要であり、プラントや施工機械が大型化してしまい工費や工期が掛かってしまうという問題があった。また、鉄道では、このような大掛かりな工事を、列車の運行を停止する短時間（最長で２４時間）内に行うことが要請され、大型プラントを設置した場合短時間内に工事を完了することが困難であるという問題もあった。

また、特許文献２には、固化材が注入され、スクリュー状の羽根が付いた地盤改良ロッドを、バラストや枕木を除去しないで人力や油圧機械により路盤の軟弱部分に貫入し、地盤改良ロッドから加圧ポンプ等を使用しないで自然に染み出した固化材が固化することにより路盤の地耐力を強化する線路下の地盤改良方法が開示されている（特許文献２の段落００２４〜００２７、図５等参照）。

しかし、特許文献２の線路下の地盤改良方法では、加圧ポンプ等を使用しないで自然に染み出させる場合は大型のプラントは必要ないが、その場合は、所望の地耐力が発現するまでの期間が長く掛かってしまうという問題がある。その上、特許文献２の線路下の地盤改良方法は、複数の地盤改良ロッドを鋼管杭として地中に設置していく方法であり、非常に高価なものとなってしまうだけでなく、バラストや枕木を除去しないで人力や油圧機械で地中に地盤改良ロッドを貫入することが困難であるという問題がある。
以上、鉄道の軌道下の路盤の問題点について述べたが、車道など道路下の路盤についても同様の問題がある。

特開２００９−２９３２９６号公報特開２００６−３７４１３号公報

そこで、この発明は、前記従来の技術の問題を解決し、工事費用を低減して短時間内に土路盤の軟弱部分を充填材で置換して土路盤の地耐力を強化・向上させることができ、軌道や舗装路面などの路盤上の構造体の沈下を抑制することができる土路盤置換工法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、土路盤の軟弱部分の一部を充填材のコラムで置換することにより土路盤全体の地耐力を強化する土路盤置換工法であって、アースオーガ掘削機により前記土路盤の軟弱部分に所定径の掘削孔を所定深さまで素掘りする素掘り工程と、セメントを含有する充填材に水を加えて混練りして前記掘削孔に充填する充填工程と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の土路盤置換工法において、前記充填工程では、置換後の土路盤全体として必要とされる所定の地耐力が当該路盤の使用停止可能時間である２４時間内に発現するよう配合された充填材を充填することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の土路盤置換工法において、前記充填工程では、前記充填材として、超速硬セメントを含有するモルタルを充填することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の土路盤置換工法において、前記充填工程では、前記充填材として、水セメント比が８０％以上７００％以内に配合されたモルタルを充填することを特徴とする。

この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明によれば、土路盤の軟弱部分の一部を充填材のコラムで置換することにより土路盤全体の地耐力を強化する土路盤置換工法であって、アースオーガ掘削機により前記土路盤の軟弱部分に所定径の掘削孔を所定深さまで素掘りする素掘り工程と、セメントを含有する充填材に水を加えて混練りして前記掘削孔に充填する充填工程と、を有するので、大掛かりなプラントが必要ないためプラントや施工機の搬入・設置に時間が掛からず、短時間内に工事を完了させて、土路盤の地耐力を強化・向上させることができ、軌道や舗道などの当該路盤上の構造体の沈下を抑制することができる。また、大掛かりなプラントが必要ないので、工事費も削減することもできる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の土路盤置換工法において、前記充填工程では、置換後の土路盤全体として必要とされる所定の地耐力が当該路盤の使用停止可能時間である２４時間内に発現するよう配合された充填材を充填するので、前記作用効果に加え、２４時間内に確実に土路盤全体を所望の地耐力以上とすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の土路盤置換工法において、前記充填工程では、前記充填材として、超速硬セメントを含有するモルタルを充填するので、前記作用効果に加え、所望の地耐力を発現させる時間の調整が容易となり、数時間程度の極めて短時間内に作業を完了するだけでなく、置換した土路盤の地耐力を所望の地耐力以上とすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の土路盤置換工法において、前記充填工程では、前記充填材として、水セメント比が８０％以上７００％以内に配合されたモルタルを充填するので、前記作用効果に加え、数時間程度の非常に短い時間で充填材を硬化させることができるため、置換した後の路盤の地耐力を実際に計測して所望の地耐力が発現したか否かを確認することができる。よって、背景技術で述べた従来の地盤改良方法と比べて置換路盤の使用初期から所望の強度を確実に確保することができ、安全上有利である。

本発明の実施の形態に係る土路盤置換工法を平面図で示す説明図である。同上の土路盤置換工法を軌道と直交する鉛直断面で示す説明図である。図１の土路盤置換工法を軌道に沿った鉛直断面で示す説明図である。充填材のコラムに置換する面積と地耐力との関係を示す説明図である。図２の土路盤置換工法の変形例を軌道と直交する鉛直断面で示す説明図である。

この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

［実施の形態］
本発明の一実施の形態として例示する土路盤置換工法について図１〜図５を用いて説明する。本実施の形態では、地耐力の強化が必要な軟弱部分を有する土路盤の一例として、例えば踏切付近の減速域において、鉄道軌道下に地耐力の強化が必要な軟弱部分が図１の破線で囲んだように存在する場合を挙げ、この軟弱部分を後述の充填材のコラムに置換することで土路盤全体の地耐力を強化する場合で説明する。

（事前準備）
先ず、図１〜図３に示すように、事前準備として構造設計により土路盤の軟弱部分の一部を後述の充填材のコラムＣに置換する位置（以下、置換地点という）を正確に割り出して、置換地点付近のバラストを移動又は撤去して土路盤の軟弱部分を露出させ、置換する充填材のコラムＣの中心点などにマーキング等を施す。なお、このとき、枕木ＭやレールＲＬなどは移動したり撤去したりする必要はなく、置換地点は、枕木Ｍ，Ｍ間隔に設定されている。
そして、置換地点に施工機としてアースオーガ掘削機１を搬入・設置する。

（アースオーガ掘削機）
次に、このアースオーガ掘削機１について説明する。
本実施の形態に係る土路盤置換工法に用いるアースオーガ掘削機１は、０．２５ｍ³級（バケットの大きさが０．２５ｍ³程度）のバックホー（油圧ショベルカー）をベースマシンとして、軌道上も自走できるようにレール走行用の走行装置やブレーキ装置を搭載して軌陸両用とし、更に、バケットの代わりに油圧式のアースオーガ２を装着してアースオーガ掘削機１としたものである。

勿論、本実施の形態に係る土路盤置換工法に用いる施工機としては、設計に応じた所定径の孔が掘削可能であれば、軌道上を走行可能でなくても用いることはできるが、本実施の形態に係るアースオーガ掘削機１は、非常に軽量で小型のトラック等で運搬可能なうえ、置換地点に搬入する際も、前記トラックから降ろすことが容易な道路と軌道が交差する地点から自走してくるだけで、置換地点まで搬入して設置することができ、置換地点がどのような場所にあっても容易に施工機を搬入することができるというメリットがある。

（素掘り工程）
次に、本実施の形態に係る土路盤置換工法の素掘り工程について説明する。
本工程では、前述の置換地点のマーキングに合わせて前記アースオーガ掘削機１により軌道下の土路盤の軟弱部分に所定径、所定深さの孔ｈを略鉛直に素掘りする。
ここで、「素掘り」とは、従来のアースドリル工法のように、掘削する孔（掘削孔）の内壁に沿ってケーシングを施したり孔内をベントナイト溶液で満たしたりするなど、孔壁崩落の防止手段を講じることなくそのままアースオーガ２で掘削（空掘り）することを指すものとする。

素掘りする孔ｈの位置、直径及び深さは、置換する土路盤の軟弱部分の厚さや地耐力などにより異なり、構造設計により算出される。例えば、図４に示すように、土路盤の軟弱部分全体の面積をＡ、充填材のコラムＣに置換する部分の面積をａ、土路盤の軟弱部の地耐力をｑ_１、モルタルコラムの設計基準強度ｑ_２、モルタルコラムへの置換個数ｘとすると、{（Ａ−ａｘ）ｑ_１＋ａｘｑ_２｝≧Ｎ（：当該路盤に必要とされる地耐力）となるように充填材のコラムＣに置換する孔ｈの位置、直径などを決定しても構わない。

なお、図１〜図３に示すように、枕木ＭやレールＲＬを脱着する手間を省くため、素掘りする孔ｈの直径や位置は、枕木Ｍ，Ｍ間の間隔より小さい径で枕木Ｍ，Ｍ間に掘削することが望ましい。また、図５に示すように、素掘りする孔ｈの深さを深くすれば、軌道を支持する路盤や路床の面積が増えるため（一点鎖線で示す支持力の影響範囲を図２、図５で比較参照）、置換する充填材のコラムの数を増やして１箇所あたりの面積を小さく、即ち、素掘りする孔ｈの数を増やして前述のアースオーガ２より径の小さいアースオーガ２’で掘削してもよい。

（充填工程）
次に、本実施の形態に係る土路盤置換工法の充填工程について説明する。
本工程では、セメントを含有する充填材に水を加えて手練りや小型のミキサー等で混練りした後、前述の素掘り工程で掘削した掘削孔に充填・硬化させて充填材のコラムを構築する。本実施の形態では、充填材として、超速硬セメントに細骨材と水とを所定の割合で配合した超速硬モルタルを使用する。

勿論、使用する充填材は、超速硬セメントを含有する超速硬モルタルに限られず、普通ポルトランドセメント、粗骨材、細骨材、及び水を所定の割合で配合した通常のコンクリートや、セメントと水とを所定の配合で混ぜ合わせたセメントペーストでも構わない。要するに、セメントを含有する充填材で置換した土路盤の軟弱部分が、路盤全体として必要とされる地耐力を所定時間内に発現することができればよい。

この所定時間とは、土路盤が軌道を支持する路盤である場合は、列車の運行を停止するができる時間や、土路盤が車道の舗装面を支持する路盤である場合は、車の通行を停止することができる時間などであり、当該路盤の使用停止可能時間と言い換えることができる。諸般の事情を考慮すると、この路盤の使用停止可能時間は、最長でも２４時間であると考えられる。

本実施の形態のように、充填材に超速硬セメントを含有するモルタルを使用した場合、非常に短時間で硬化するため、土路盤全体として所望の地耐力を短時間で得易くなる。また、セメントと細骨材や水との比率を種々変更することにより所望の強度が発現する時間を調整することができる。

なお、水セメント比が高いと流動性も高まり施工し易くなる反面、強度が低下するため、通常のコンクリートでは、水セメント比（水のセメントに対する重量比の百分率［％］：Ｗ／Ｃ）が５０〜６５％の配合で使用されている。しかし、本実施の形態に係る土路盤置換工法で使用する充填材は、通常のコンクリートのように１８［Ｎ／ｍｍ²］（４週強度）程度の強度が要請されるものではなく、置換する路盤にもよるが、通常０．２［Ｎ／ｍｍ²］レベルの強度が要請されるものである。このため、充填材に超速硬セメントを含有する超速硬モルタルを使用した場合、通常のモルタルやコンクリートの水セメント比の使用範囲ではない、水セメント比が８０〜７００％程度の範囲の配合で使用可能であり、数時間程度で所望の強度を発現することが実験により確認されている。また、この範囲内でも硬化時間や作業効率を考慮すると１００〜３００％が好ましく、２００％程度が最適である。

（バラスト復旧工程）
次に、掘削孔に充填した充填材が硬化したら、移動又は撤去したバラストを元に戻し、整地すれば、本実施の形態に係る軌道下土路盤の地盤改良工法は完了する。

以上のように、実施の形態に係る土路盤置換工法によれば、孔壁崩壊防止のベントナイト溶液製造用の水槽やサイロなどの大掛かりなプラントを設けなくても、置換地点において、手練りや小型のミキサー等で必要な分だけセメントを含有する充填材を練るだけで、土路盤の軟弱部分の地耐力向上を行うことができ、プラントの搬入・設置に時間が掛からず、且つ、短時間で充填材を硬化させることができるため、前述の所定時間内に工事を完了させることができる。また、施工機が小型なため、置換地点がどんな狭隘な場所であっても地耐力を向上させて路盤上の構造体の沈下を抑制することができ、プラントや施工機の搬入設置、手間が省けるため、工事費も削減することができる。その上、充填材として超速硬モルタルを使用するので、数時間程度の非常に短い時間で充填材を硬化させることができ、置換した後の路盤の地耐力を実際に計測して所望の地耐力が発現したか否かを確認することができる。よって、背景技術で述べた従来の地盤改良方法と比べて置換路盤の使用初期から所望の強度を確実に確保することができ、安全上有利である。

以上のように、本発明の実施の形態に係る土路盤置換工法を主に踏切付近の減速域において鉄道軌道下に地耐力の強化が必要な軟弱部分が存在する場合を挙げて説明したが、本発明が適用可能な場所は、踏切付近の減速域に限れられず、橋台裏の盛土からなる土路盤にも適用することができるだけでなく、一般道や高速道路の下の路盤等にも適用可能である。勿論、構築する充填材のコラムの大きさも、構造設計に応じた様々な孔径、深さのものが構築可能であることは云うまでもない。

１アースオーガ掘削機
２，２’ アースオーガ
ｈ掘削孔
Ｃ充填材のコラム
ＲＬレール
Ｍ枕木

Claims

土路盤の軟弱部分の一部を充填材のコラムで置換することにより土路盤全体の地耐力を強化する土路盤置換工法であって、
アースオーガ掘削機により前記土路盤の軟弱部分に所定径の掘削孔を所定深さまで素掘りする素掘り工程と、セメントを含有する充填材に水を加えて混練りして前記掘削孔に充填する充填工程と、を有することを特徴とする土路盤置換工法。
前記充填工程では、置換後の土路盤全体として必要とされる所定の地耐力が当該路盤の使用停止可能時間である２４時間内に発現するよう配合された充填材を充填することを特徴とする請求項１に記載の土路盤置換工法。
前記充填工程では、前記充填材として、超速硬セメントを含有するモルタルを充填することを特徴とする請求項１又は２に記載の土路盤置換工法。
前記充填工程では、前記充填材として、水セメント比が８０％以上７００％以内に配合されたモルタルを充填することを特徴とする請求項３に記載の土路盤置換工法。