JP2017186823A

JP2017186823A - 地盤振動防止構造体の構築方法

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Application number: JP2016077195A
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Inventors: 宏和竹宮; Hirokazu Takemiya
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Publication date: 2017-10-12
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Abstract

【課題】交通振動、建設工事振動、工場振動などの環境振動に対して、軟弱地盤の低周波振動にも減振効果を得、かつ工費の低コスト化にも寄与し得る振動対策の提供。
【解決手段】固い支持層上の堆積層厚さＤ1の周辺地盤より相対的に高い剛性版状の厚さＨの高剛性構造体を、Ｄ1が浅い場合は、支持層の嵩上げにより地表面又は地上構造物の基礎あるいはその下の地盤改良層を含めて高剛性構造体までの深さの範囲の上層地盤厚さをＤ2とし、目標遮断周波数ｆと地盤の共振周波数との比、条件式(1)=f/f2<α（α＝0.5〜0.8）の下で、振動波の波長(λ)のα/2以下になるように設定し、Ｄ1が深い場合は、Ｄ2の直下に構築した該高剛性構造体の深さの範囲Ｈを含めて、該改良地盤の全厚さ地盤の解析に基づいて関係する共振周波数f1^＊を求め、条件式(2)=f/f1^*<α（α＝0.5〜0.8）の下で設定する地盤振動防止構造体の構築方法。
【選択図】図７

Description

本発明は、交通振動、建設工事振動、工場振動など人工的に発生する振動に対して環境保全のための対策工（環境振動対策工）において、地盤免振と制振メカニズムを複合した効果が得られる改良地盤工による地盤振動防止構造体の構築方法に関するものである。

近年、交通振動、建設工事振動や機械振動によって、道路、鉄道構造物等の周辺における振動障害が多発している。特に、通行量の多い軟弱地盤道路や鉄道近傍においては、かかる振動が周辺家屋や住民に及ぼす悪影響は甚大であり、より効果的に、かつ、効率よく振動の抑制を図るための方策が強く求められている。

従来知られている振動の抑制方法としては、例えば、振動の伝播経路の地盤内に空溝を設ける防振溝工法や、この空溝を特定の材料により充填して地中壁を形成する防振地中壁工法等がある。これらの工法は、それぞれ空溝または地中壁の存在により地盤内を伝播する振動を直接遮断して防振効果を得るものであるが、前者の場合、空溝をそのまま保持することは実際上不可能であるために、土留や支保部材を設置する補助工事を行う必要が生じてコスト増を招くことに加え、かかる補助工事により振動遮断効果が低減してしまうという難点があった。また、後者の方法は、施工コスト面から壁面の深さの制限のため、回折などのため防振効果が前者ほど得られるものではなかった。

地盤の支持力補強に使用する土のう工法が振動対策としての効果が付加されるとの報告がある。しかし確固とした振動対策設計法が無く、支持力補強設計法を準用しているに過ぎない。そのため軟弱層が深くなると安定性が確保できず振動対策には効果が期待できない。むしろ増幅する場合も報告されている。同様にEPSブロックがあるが、実験的に試行錯誤されている状況で、設計原理が確立されていない。これらに対し、本発明者らは先に、平板ブロックを埋設する平板ブロック工法による制振方法（特許文献１）や、更にはその後の出願に係る改良工法を提案している（特許文献２、特許文献３）。これら技術は、振動を発するか、または振動を受ける基礎構造物の下方もしくはその周囲の地中に、特定の大きさ及び剛性を有する平板ブロックあるいはセル版状を特定の深さで埋設することを特徴とするものであり、本発明者の確立した「成層地盤内における波動伝播に関する理論」に基づき実現されたものである。また、上述の平板ブロック工法では、深い軟弱地盤で５Hz程度以下の低周波数帯域の振動に対して平板ブロックの設計に好適な諸元が実用範囲外になり、実際には波長の長い振動に対しては動くことによるあるいは振動することにより減振ロスが発生し、同周波数帯で卓越する地盤などにおいては設計どおりの減振効果が発揮できなかった。

特開平7−3829号公報特開平2004−156259号公報特開2010−229742号公報

本発明は、特に、特許文献３の地盤改良方法に基づいて、その未解決な課題について検討したもので、以下のような多くの課題を克服するものである。

軟弱地盤で発生し、伝播する波長の長い低周波振動が建物の居住性上で問題となっているが、前述の現行の振動対策工法では、効果が少ない。特別な医療施設での精密医療機器は、その操作上での振動障害、またハイテク産業での電子部品製作と精密機械加工作業などに品質管理上の障害となり得る微振動問題への対応が更に望まれているため、振動源からの地盤振動の距離減衰を期待できる離隔距離を必要とする。そのため施設利用の不便性、原材料と製品の搬入出の不経済性がある。対象とする建物・施設の建設において振動障害が発生してからの対応でなく、振動源に対する振動予測をして、それに基づく対策工の性能設計をすることが経済的にも必要視される。

本発明者らが先に特許文献３で提案した上述の防振工法はいずれも有効な振動抑制方法ではあるが、近年ますます減振要求性能が高まってきており、しかも材料費を含めた工費を低く抑えることが、これまで以上に高い減振性能が求められている。従来の制振方法では、軟弱地盤に対して高剛性構造体の厚さ並びに水平方向幅、更にセルの大きさの決定方法が漠然としか示されていない。現行対策方法では、これらの諸元に拠り減振効果にロスがあるので、目標効果を精度良く予測して、地盤の状態すなわち地盤の支持力を増強して、より高い免振と制振の効果を得る性能設計法と施工法を開発することが望まれている。

上記課題を解決する手段として、更なる免振・制振効果を高める検討を加えた結果、固い支持層上の堆積層の厚さＤ1の地盤より相対的に高い剛性の版状で構成される厚さＨの高剛性構造体を水平に埋設し、地表面又は地上構造物の基礎底面から高剛性構造体までの深さの範囲の上層地盤の厚さをＤ2とし、埋設した該高剛性構造体の深さの範囲Ｈを下層として成る改良地盤において、
該改良上層地盤のせん断波速度V_sの下での共振周波数をf2＝Vs/（2xＤ2）で求め、目標遮断周波数fとの比を、f/f2<αとする。ただしα＝0.5〜0.8で、α<0.5では高剛性体の厚さＨが大きくなり過ぎて施工が非現実的となる。一方、α>0.8では遮断効果が期待できない。そして当該波の波長λのα/2以下になるように厚さを設定することを特徴とする地盤振動防止のための高剛性構造体の構築方法である。

振動対策には、現況の振動レベル計測にも基づく評価をし、目標減振量を設定する。振動対策工を設計・実施した場合の振動予測と現状値の差において対策効果を予測し、対策予測が目標量を超える設計・施工とすること、更に実施後の確認計測を経て、予測精度と実現精度を確認することを特徴とする。

続いて、上層地盤とその下層に設けた高剛性構造体が振動することにより高剛性構造体の上面を見做し基盤と見做すことができない場合は、
目標遮断周波数ｆと、地表面あるいは地上構造物の基礎底面から高剛性構造体を含む支持地盤までの全深さの地盤の共振周波数のうち、目標遮断周波数fに最も関係する周波数f1^＊の比がf/ f１^＊<α（α＝0.5〜0.8とする）となる改良地盤を創出する。

改良等価層モデルを対象に減振を検討し、その結果に基づいて振動対策のための地中に高剛性構造体の実設計を実施するところに特徴がある。
前記目標を達成するための本発明に係わる層改良の仕様（剛性と厚さ）を、改良後の地層を含み支持層（見做し基盤）より地表面あるいは地上構造物の基礎底面までを多成層構成として振動波の伝播解析に基づく共振周波数のうち、目標遮断周波数に最も関係する周波数f1^＊に対する目標遮断周波数fの比がf/ f１^＊<α（α＝0.5〜0.8とする）となるようにすることを特徴とする。

浅い見做し基盤あるいは剛基盤の下では、目標遮断周波数と最上層の共振周波数の比をf/f2<α（α＝0.5〜0.8）とする条件規定値を特徴とする。先に示した特許文献1では、剪せん断波速度で周辺地盤の３〜５倍以上の剛性を持たせ、α・Ｖｓ／4ｆ（但しα＝0.5〜0.8、Vｓは地盤の剪断波速度、ｆは振動数）の深さに設置するとした。このような平板ブロックを埋設すると、免振機構を有効に発揮できることを示した。しかし軟弱層が深い場合、表層近くの埋設平板ブロック（改良体）は振動により移動あるいは変形し、慣性力を以って動くため増幅応答になることもある。つまり周辺地盤との相互作用がある場合は、その共振周波数を特定し、目標遮断周波数以下にするための高剛性構造体を構築することを特徴とする。

有限規模の地中高剛性構造体に関しては、構築する高剛性構造体の基本諸元（固さと規模）を、波動論による前記改良層の検討結果に基づいて設計する。さらに地中高剛性構造体をセル構造体にすることにより、周辺地盤との付着を大きくし、見做し基盤を創出し、かつ高減衰性層を創出する。固い壁面と柔らかい中詰めの剛性コントラストにより、入射する振動波を散乱させ、かつセル内に封じ込めるため振動波のエネルギー消失を加速させること、特に平面視においてハニカムセル構造あるいはその他の多角形セルとする。更に、地中高剛性構造体の剛性をさらに高めるために特定のセル柱壁を深く伸ばし、出来形として脚付きとして周辺地盤との付着を大きくすることを特徴とする。

（１）改良層による効果
原地盤（支持層までの深さＤ1）において、当該振動の周波数ｆと地盤の共振周波数f１の比f/f1に従って振動波の伝播場と非伝播場ができる。現況において支持層が浅く、地盤改良によって容易に支持層深さを嵩上げ、あるいは基礎直下の地盤改良によって、浅い見做し基盤を深さＤ2に容易に創出して、その共振振動数f2に対する目標の遮断周波数ｆの比が、f/f2<α（但しα＝0.5〜0.8）の帯域で有効な振動対策とすることができる。

原地盤（支持層までの深さＤ1）が深い軟弱層である場合、中間改良層を含む支持層上の全表層Ｄ1の共振周波数のうち、目標遮断周波数に最も関係する周波数f1^＊との比がf/ f1^＊<α（但しα＝0.5〜0.8）となる周波数ｆの帯域を非伝播場とすることができる。つまり、目標とする遮断周波数をこの条件に照らし合せて、減振効果を創出するための基礎直下あるいは中間改良層の改良固さを決めることができる。改良後の平均せん断波速度をVs^＊（各層地盤のせん断波速度を厚さを重みとした平均）として2f・Ｄ1/α<Vs^＊を満たすための強度と厚さになる設計をすることが最良対策である。また現実的な次善対策として、目標遮断周波数ｆに対して最も関係する高次固有モードの共振周波数f1^*に注目して、f/ f1^＊<αを満たす改良層の厚さと強度とする構築法である。

（２）有限規模の版状高剛性構造体による効果
前記の層改良による振動波遮断原理は、特定の厚さで有限幅のセル版状体からなる高剛性構造体を基礎直下にして構築することで実際への応用が可能である。軟弱層が深く、地中版状構体は変形しあるいは動き、見做し剛基盤仮定が成立し難い状況では、上記の地中版状体のセル壁を深く伸ばすなどの構造設計の工夫をすることで目標遮断周波数に対して前項で定義した共振周波数f_１ ^＊との比をf/f_１ ^＊<αとすることができ、目標周波数帯域で減振することができる。また、セル構造の仕様を対象波長に対して好適な諸元にすることで、見做し基盤としての剛性を上げることができ、またセル壁による振動波の散乱と封じ込めによる制振効果を付加することができる。

剛基盤である支持層上の被改良地盤の断面モデルを示す縦断面図であり、深い被改良地盤を有する原基盤を示す。剛基盤である支持層上の被改良地盤の断面モデルにおいて、本発明を想定する表層の支持層直上に改良層を設けて看做し基盤を創出した断面モデルを示す縦断面図であり、未改良地盤Ｄ1は、浅い被改良地盤を示す。剛基盤である支持層上の被改良地盤の断面モデルにおいて、本発明を想定する表層の中間部の被改良地盤に改良層高Ｈを設けて上層地盤Ｄ2を創出した改良地盤を示す。本発明の対象とする深い被改良地盤の原基盤に高剛性構造体による改良地盤の断面モデルを示す縦断面図であり、高剛性構造体が版状の場合を示す。本発明の対象とする深い被改良地盤の原地盤Ｄ1に高剛性構造体による改良地盤の断面モデルを示す縦断面図であり、高剛性構造体が版状の剛性を高めた脚付きの場合を示す。本発明の対象とする深い被改良地盤の原基盤に高剛性構造体による改良地盤の断面モデルを示す縦断面図であり、脚付き高剛性構造体の脚が支持層に達する場合を示す。本発明の設計モデルの計算手順を示す設計フロー図である。表１に掲げる実施例１に対応しており、比較例の基準とする原地盤の仕様を示す縦断面図である。表１に掲げる実施例２に対応しており、嵩上げ改良地盤の仕様を示す縦断面図である。表１に掲げる実施例３に対応しており、厚さ1.5mの中間改良地盤を設け、厚さ1.0mの上層地盤の創出を示す縦断面図である。表１に掲げる実施例４に対応しており、厚さ4.0mの改良地盤を設け、厚さ1.0mの上層地盤の創出を示す縦断面図である。表１に掲げる実施例１に対応しており、原地盤の振動源距離毎の加振周波数(f)と最大加速度振幅(m/s2)との関係を示すグラフである。表１に掲げる実施例２に対応しており、改良地盤１の振動源距離毎の加振周波数(f)と最大加速度振幅(m/s2)との関係を示すグラフである。表１に掲げる実施例３に対応しており、改良地盤２の振動源距離毎の加振周波数(f)と最大加速度振幅(m/s2)との関係を示すグラフである。表１に掲げる実施例４に対応しており、改良地盤３の振動震源距離毎の加振周波数(f)と最大加速度振幅(m/s2)との関係を示すグラフである。表１に掲げる実施例２に対応しており、振動源距離毎の加振周波数(f)と減振量(dB)との関係を示すグラフである。表１に掲げる実施例３に対応しており、振動源距離毎の加振周波数(f)と減振量(dB)との関係を示すグラフである。表１に掲げる実施例４に対応しており、振動源距離毎の加振周波数(f)と減振量(dB)との関係を示すグラフである。表１に掲げる実施例５に対応しており、脚付き改良地盤の仕様を示す縦断面図である。表１に掲げる実施例５に対応しており、図１９の等価改良地盤の仕様を示す縦断面図である。表１に掲げる実施例５に対応しており、未改良地盤の振動源距離毎の加振周波数(f)と最大加速度振幅の関係を示すグラフである。表１に掲げる実施例５に対応しており、等価改良層地盤の振動源距離毎の加振周波数(f)と最大加速度振幅の関係を示すグラフである。表１に掲げる実施例５に対応しており、等価改良層地盤の振動源距離毎の振動減衰量の比較を示すグラフである。表１に掲げる実施例５に対応しており、未改良地盤の車両走行荷重に対する周辺地盤振動状況を示すコンター図である。表１に掲げる実施例５に対応しており、高剛性構造体を考慮しての車両走行荷重に対する周辺地盤振動状況を示すコンター図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図２５及び実施例によって本発明の方法を具体的に説明する。

改良層に関して
前記目標を達成するための本発明に係わる層改良仕様の設計では、改良後の地層を含み、支持層（見做し基盤の上面）より地表面あるいは地上構造物の基礎底面までを多成層構成とした振動波動解析を実施し、共振周波数を特定して、目標遮断周波数との比が所要範囲になるようにする層改良の仕様（深さ位置、剛性と厚さ）、さらに改良体の水平方向制限によるロス率を考慮した振動対策工設計を行うことを特徴とする。原地盤で層状地盤内の分散性のある表面波の伝播を分析し、地盤特性から決まる共振周波数f1*を特定する。原地盤（図１）を特定厚さにおいて層改良した場合の波動分散性の変化を捉え、対象周波数域での振動伝播性状を評価することを特徴とする。

浅い見做し基盤あるいは剛基盤の下では、上層地盤Ｄ2を対象に目標遮断周波数と共振周波数の比がf/f2<α、α＝0.5〜0.8を採用することで減振規範とする（図２）。

高剛性改良構造体
特許文献1では、せん断波速度で周辺地盤の３〜５倍以上の剛性を持たせ、α・Ｖｓ／4ｆ（但しα＝0.5〜0.8、Vｓは地盤の剪断波速度、ｆは目標遮断周波数）の深さＤ2に平板ブロックを埋設すると、振動遮断機構を有効に発揮できることを示した。しかし軟弱層が深い場合、表層近くの埋設平板ブロック（改良体）が振動により変形し、慣性力を以って動くため増幅応答になることもある。つまり周辺地盤との相互作用がある場合は、その共振周波数を振動波解析に基づいて特定し、目標遮断周波数ｆとの比が、ｆ/f2<α（但しα＝0.5〜0.8）とすることを特徴とする（図３）。

本発明の振動対策のための地盤改良による高剛性構造体の出来形は、図４に見られるように、振動遮断を果たす高剛性構造体を含む下層地盤２及びその直上の上層地盤３からなる２層構造をなす場合と、さらに上層地盤３を基礎11に接して改良する基礎下地業６の場合がある。周辺地盤５は前記の軟弱地盤のままである。地上構造物１は、例えば前記の上層地盤３に構築された基礎11上に建造される。下層地盤２は、地上構造物の基礎の下面から支持層4までの深さの地盤解析から算定される共振周波数が目標遮断周波数より高くなるような剛性と厚さと形状とする。上層地盤３は、高剛性構造体21の上に堆積させた原地土、あるいは良質置き換え土、粒状物、あるいはそれらの混合物から構成される。その深さＤ2は地上構造物１の基礎11の底面から、あるいは基礎下地業６をした場合はその底面から埋設した高剛性構造体21の上面までである。

地中に構築する高剛性構造体の基本諸元（深さ位置、固さと規模）を、振動波解析に基づく前記改良層による検討モデル結果を参照して設計する。そして、高剛性構造体をセル構造体にすることにより、周辺地盤との付着を大きくし、見做し基盤を創出し、かつ高減衰性層を創出する。固い壁面と柔い中詰めの剛性コントラストにより、入射する振動波を散乱させ、かつセル内に封じ込めるため振動波のエネルギー消失を加速させること、特に平面視においてハニカムセル構造あるいはその他の多角形セルとすることを特徴とする。地中の高剛性構造体の詳細は、例えば特許文献３に見られる。

地中高剛性構造体の剛性を高めるために特定のセル柱を深く伸ばし、出来形として脚付きとして周辺地盤との付着を大きくすることを特徴とする。図５には荷重が中程度、あるいは地盤がやや軟弱な場合で、脚を地盤Ｄ1内で深く延ばした設計を示す。図６は荷重が大きいかあるいは地盤が非常に軟弱な場合で、脚を支持層まで深く延ばした設計を示す。

本発明に係わる振動低減方法及びこれを利用した減振量予測方法、並びにこれらを利用した振動対策工の設計方法を、図7の設計フローを参照して具体的に説明する。
まずステップS１で、現地の振動計測結果に基づき、振動加速度の時刻歴波形を収録する。同データを波形処理してステップS２で、法令、学会基準に準拠して振動影響を評価し、併せて目標遮断周波数を設定する。ステップS３は地盤調査で、一般には原位置ボーリング試験を実施し、原地土の種類、物性値、固さの尺度であるN値を計測する。続いてステップS４において、ステップS３のデータを振動解析のための物性値へ変換する。

次に、ステップS５において振動調査と地盤調査の物性値の結果を吟味して、振動影響の観点から減振目標値あるいは目標量を設定する。その目標値を達成できる地盤改良工法の選定をステップS６で検討する。

地中改良体を含む層を等価剛性の改良層と仮想する。その場合、ステップS３の地盤調査結果を参照して、支持層が浅く（ステップ７）、地盤改良によって容易に支持層深さを嵩上げ可能であれば、ステップS８の上層地盤を改良地盤で創出し、ステップS９で設定強度の改良層の下で、目標遮断周波数に対する条件式(1)のf/ f2<αの確認をする。

上層地盤Ｄ2の共振周波数f2の算定には、[０００９]記載の条件式(1)を適用する。条件式(1)が満たされなければ、ステップ S8〜Ｓ10で改良層厚あるいは強度を変更して、再度f/f2<αの条件式(1)を満足するまで繰り返し計算を行う。ステップＳ11では、減振予測値が目標値を超えることを確認する繰り返し設計修正である。一方、原地盤において深い支持層の場合(ステップS12)は、ステップS13〜S14の設計フローに従う。ステップS13で上層地盤の設計には[０００９]の記述を適用する。

深い支持層の場合、ステップS15で高剛性構造体の規模と剛性を算定し、ステップS16で下層地盤を含む全地盤層の共振周波数を推定し、その高周波数化の効果をステップS17で条件式(２)によって確認する。ステップS17の中間改良層の設計は、改良層を含む支持層上の全表層Ｄ1の共振周波数のうち目標遮断周波数ｆに最も関係する周波数f1^＊の比がf/ f1^＊＜α(α＝0.5〜0.8)を満す非伝播場とする。共振周波数f１^＊の検出には、例えば薄層要素法解析を適用する。なお状況によっては、複数層から成る等価改良層地盤となることもある。ステップS18で減振予測量が目標量を上回ることを確認する。改良層厚が上記の予備設計段階で決まれば、その等価剛性を発揮できる高剛性構造体の剛性、平面形状及び側面形状、セル構造形式の各諸元をステップS19で決定する。最後のステップS20では、上記設計案を有限要素法シミュレーションによる詳細解析を以って、形状と仕様を検証し、減振予測量が目標量を上回る性能確認のS21をもってすべての作業を終了する。

以上のステップ１〜21で得られたデータに基づく高剛性構造体の施工は、浅い支持層の場合は、土のう、EPSなどを使用することができるが、深い支持層の場合は、地盤改良機を使用しての鉛直方向施工が好適である。制振層の構築では柱状改良において、隣り合う同士の地盤改良柱をラップ仕上げの施工とする。地中障害が存在する場合、それを避けた施工とする。地中改良体の直上の免振層のために地盤を所定厚さの空堀施工とする。
地盤改良後、免振層を原地土、上質置換土などで構築する。このような具体的な設計によると、地盤改良工による高剛性構造体の施工後において、振動計測から減振性能の確認をすることができる。

以下、シミュレーション実施例により更に具体的に説明する。改良地盤層の設計諸元の決定には波長λ=V_s/fが基準となる。ただしV_sは地盤のせん断波速度、fは目標遮断周波数である。改良地盤例として、設計フロー図7に従って得られた図９〜図11に示す改良地盤に対する実施例2、3及び4、また後述する図19に示す地盤改良層の実施例５に関して設計諸元を表１に一括して示した。
実施例1〜４の結果を図12〜18に、また実施例５の結果を図21〜25に描いた。

上層地盤の剛性と厚さＤ2の設計：対象原地盤のせん断波速度をVs=150(m/s), 層厚Ｄ1＝１５mとする。図8参照。
原地盤の共振周波数は、近似式f1＝Vs/(2・Ｄ1)より5.0Hz と推定される。振動の目標遮断周波数を10Hzとすると、これと上記の共振周波数の比がf/ f1＝2.0＞0.5となり、振動波は伝播する状況にある。支持層の嵩上げをして、振動波の非伝播状況を創出するには、f/f2<α（α＝0.5〜0.8）の規範により免振層はＤ2=1.8m程度以下とする嵩上げの地盤改良となる。

改良地盤には、出来形において単一層の場合と複数層の場合がある。原地盤において、地盤改良工法で強度の増大が見込めない状況では、複数層の改良結果となる。この場合でも、共振周波数f１^＊を要求仕様の条件式(2)を満足させるように複数層厚を算定することができる。

表１：原地盤は一様層な地盤で、層厚が10m、せん断波速度は150m/s、目標遮断周波数は10Hzを対象する。各実施例で示す改良地盤の設計諸元を掲げる。

表1に掲げる地盤（未改良地盤）の実施例１に対して、改良地盤に見做し基盤の改良層を想定した実施例２、表層にＤ2=1.0mの上層地盤を設けて、その直下に厚さＨ=1.5m（実施例２３、図10）あるいはＨ=4.0m（実施例４、図11）の改良地盤層を想定した。地盤表面に一般法定速度の車両走行を想定し、地盤応答を移動線からの離隔距離ごとに調べた。地盤の諸元と応答性状に関して、改良地盤厚さをパラメータに上記対策時と未改良時の結果（図12）を比較した。図13、14、15および図16、17、18にそれぞれの応答値を振動レベル、減振量レベルで描いた。解析手法には3次元薄層要素法を適用した。

実施例２は、目標遮断周波数f=10Hzに対する共振周波数比はf /f1^*=1.0 >0.8となり、対策効果は期待できない。一方、目標周波数f=5Hzにはf /f1^*=0.5となり、図13、図16は減振効果が非常に大きいことを示している。しかしこの見做し基盤の改良工事はコスト面から実際的でない。実施例４はf=10〜20Hzに対してf /f1^*=0.25〜0.5であり、f/f1^*<0.5を満たし、十分な減振性能設計となっていることが図15、図18から分かる。実施例３はf/f1^*=0.63でf/f1^*の有効な範囲にあり、図14と図17の減振効果は実施例４と比較してコスト対効果の点から有効使用が可能である

次に実際的な地盤への応用として、道路交通振動対策の高剛性構造体の実施例を取上げ、層厚6.6mの図18に示す実施例５（改良地盤４）について、説明する。

地盤条件が表２に示す道路交通振動対策の設計において、図19は高剛性構造体の設計を示す。50km/hの車両走行を対象にして12Hzの加振周波数を伴った移動加振源でモデル化し、振動対策工を路床に0.8ｍの上層地盤層を配置し、かつ高剛性構造体を3.0mと5.5mの脚付きによる改良体（図19）の場合と、その等価層の地盤の場合（図20）の減振性能を比較する。

上記の等価地盤改良層モデル化による振動応答を求めた。目標遮断周波数と共振周波数の比は、f/f1^*＝0.48＜0.5であり、対策前の応答図21と比較して、減振効果が振動加速度レベルの図22に現われている。減振性能は減振量として図 23に示し、免振層を配置した脚付き高剛性構造体が目標とした12Hz付近の振動数帯域で、減振性能が10dBを超えることが分かる。表２に実施例５の地盤各層の物性値を示す。

また、表３には実施例５の道路および高剛性構造体の物性値を示す。

図19の高剛性構造体のモデルに対して、 12.5Hzの振動を伴った速度50km/hの走行荷重に対する周辺地盤振動状況を2.5次元FEM解析した結果の振動レベルを色分けされた等値線で示すコンター図で、対策前は図24、対策後は図25に示した。両者を比較して、設定した目標減振量を上回る９dBの減振量を達成していることが認められる。

１地上構造物
２下層地盤
３上層地盤
４支持層
５周辺地盤
６基礎下地業
11 地上構造物の基礎
21 高剛性構造体

Claims

固い支持層に堆積した上層の堆積層の厚さＤ1の周辺地盤より相対的に高い剛性の版状から構成される厚さＨの高剛性構造体を水平に構築し、地表面又は地上構造物の基礎あるいは基礎に接する直下地盤改良して、その底面から高剛性構造体までの深さの範囲の上層地盤厚さをＤ2とし、埋設した該高剛性構造体の深さの範囲Ｈを下層としてなる改良地盤において、
該改良地盤の上層地盤の厚さＤ2の共振周波数f2を求め、該上層地盤の厚さＤ2は、条件式f/f2<α（α＝0.5〜0.8）の下で、振動波の波長(λ)のα/2以下になるように設定する地盤振動防止構造体の構築方法。
上層地盤とその下層に設けた高剛性構造体からなる地盤層が振動することにより高剛性構造体の上面を見做し基盤と扱うことができない場合は、
地表面あるいは地上構造物の基礎底面から高剛性構造体を含む支持地盤までの全地盤深さＤ1の振動伝播性状を解析し、目標遮断周波数ｆと関係する共振周波数f1^＊の比をf/f1^＊<α (α＝0.5〜0.8)とし、かつ、中間層改良の剛性が、改良後の平均せん断波速度をVs^*（各地盤層のせん断波速度をそれぞれの厚さを重みとした平均）として2f・Ｄ1/α<Vs^* を満たす改良地盤とする請求項１記載の地盤振動防止構造体の構築方法。
表層内に改良地盤工による高剛性構造体を設けるが、それを含む支持地盤までの全地盤深さＤ1が振動することにより高剛性構造体の上面を見做し基盤とみることができない状況では、目標遮断周波数ｆと上記地盤の最も関係する共振周波数f1^＊の比がf/f1^＊<α (α＝0.5〜0.8) を満たす改良層強度とする高剛性構造体の設計諸元と形状を決める請求項１記載の地盤振動防止構造体の構築方法。
地盤振動対策設計において、目標減振量を設定して同値を満足するように性能設計の高剛性構造体の諸元と形状と剛性の決定をする請求項１ないし３のいずれか記載の地盤振動防止構造体の構築方法。
高剛性構造体の剛性を高めるためには、剛性脚付きとし、該剛性脚は支持層に着底するか、非着底のいずれかにする請求項１ないし４のいずれか記載の地盤振動防止構造体の構築方法。