JP4009257B2 - 路盤補修方法および路盤 - Google Patents

Description

本発明は、特に粘性土からなる路盤上に形成されたてん充層によってまくらぎを支持する省力化軌道に適用される路盤補修方法および路盤に関するものである。

この種の省力化軌道においては、列車などの交通荷重によって発生する路盤の表面の水圧変動は多くとも１ｍ未満であって、その圧力自体で土を破壊するほど大きなものではない。しかし、てん充層と路盤との動的変位に位相差があったり、もともと隙間があったりするような箇所では、路盤の泥土（以下、路盤土という。）の拘束圧が不足し、強度が極めて低くなるため、その程度の水圧変動であっても水みちがあれば流出してしまう。そして、路盤の表面において、路盤土が流動化して流出した跡に空洞が発生し、それが徐々に成長することにより、路盤変状が発生する。

従来、こうして路盤変状が発生してしまった場合には、空洞に砕石を投入したり、コンクリートを打設したりして、空洞を充填することにより、路盤変状を補修していた。

しかし、これでは、空洞に充填された砕石やコンクリートの下面から噴泥し、空洞の発生を繰り返すことが多い。したがって、路盤変状の補修効果が一時的なものとなり、長期的に見れば有効な補修とは言えないという不都合があった。

このことは、省力化軌道に限らず、自動車などの交通荷重を受ける道路についても同様である。

本発明は、このような事情に鑑み、省力化軌道や道路において、路盤変状の補修効果を長期にわたって維持することが可能な路盤補修方法および路盤を提供することを目的とする。

まず、請求項１に係る発明は、路盤の表面に発生した空洞を充填することにより、路盤変状を補修する路盤補修方法であって、前記空洞に高塑性材料を注入した後、前記空洞に補修用てん充材を注入することにより、前記高塑性材料の一部を前記補修用てん充材と置換し、当該高塑性材料からなるコンシステンシー特性１０以下の路盤表面保護層を前記路盤に一体化させて形成することを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、前記高塑性材料は、ベントナイトであることを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、前記高塑性材料は、液性限界以上の含水比で練ったベントナイトスラリー中にベントナイト粒を分散させたベントナイト過剰スラリーであることを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の路盤補修方法により補修されたことを特徴とする。

本発明によれば、路盤の表面からの噴泥を防ぎ、路盤の表面における新たな空洞の発生・成長を阻止することができる。したがって、省力化軌道や道路において、路盤変状の補修効果を長期にわたって維持することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

省力化軌道１は、図１（ａ）に示すように、粘性土からなる路盤２を有しており、路盤２の上側には、てん充層５が形成されている。てん充層５の上側には複数本のまくらぎ６が、図１紙面と直角な方向に沿って所定の間隔で配設されており、これらまくらぎ６の上側には２本一対のレール７が、図１紙面と直角な方向に延伸する形で載置されている。さらに、路盤２の上側には多数個のバラスト９が、てん充層５およびまくらぎ６の周囲に敷設されている。

そして、この省力化軌道１において、図１（ａ）に示すように、列車などの交通荷重に起因して路盤２の表面に空洞４が発生した場合には、次の手順に従って路盤補修を行う。

すなわち、吸水膨潤性を備えた高塑性材料として工業用のベントナイトを空洞４に注入する。それには、地上から空洞４に達するようにベントナイト注入管１０を設置し、このベントナイト注入管１０からベントナイト過剰スラリーを注入する。このベントナイト過剰スラリーは、ベントナイト粉末を高圧でプレスして錠剤状のベントナイト粒を造粒し、液性限界以上の含水比で練ったベントナイトスラリー中にこのベントナイト粒を分散させて調製したものである。すると、空洞４にベントナイト過剰スラリーが流入する。

このとき、ベントナイト過剰スラリー中に分散しているベントナイト粒は極めて透水性が悪く、水中に入れてもすぐには溶けないことから、ベントナイト過剰スラリーは、調製してから一定時間（例えば、２〜５時間）が経過するまでは、液性限界以上の含水比を維持して流動性を発揮する。その結果、空洞４の隅々にまでベントナイト過剰スラリーが円滑に供給されて充填される。

そして、ベントナイト過剰スラリーの調製から一定時間が経過すると、図３に示すように、ベントナイト粒がベントナイトスラリーに溶け出すため、ベントナイト過剰スラリーの含水比が液性限界以下に低下してゲル化する。その結果、空洞４内のベントナイトは流出しにくくなり、図１（ｂ）に示すように、ベントナイトからなる路盤表面保護層１３が路盤２に密着一体化して形成される。ここで、路盤補修が終了する。

したがって、この路盤表面保護層１３により、路盤土が流動化して流出するのを防ぐことができる。また、路盤表面保護層１３は、てん充層５の動的変形と路盤土の動的変形との位相差を吸収するため、路盤２の表面に一時的にでも新たに空洞（図示せず）が発生する事態を防止することができる。さらに、路盤表面保護層１３は吸水膨潤性を備えているので、万一、路盤土が流出して路盤２の表面に新たに空洞が発生したとしても、路盤表面保護層１３が吸水膨潤して空洞に充填されるので、空洞の成長を阻止することができる。これらの結果、路盤変状の補修効果を長期にわたって維持することが可能となる。

なお、ベントナイト過剰スラリー中のベントナイト粒の形状・大きさを変えてその単位体積あたりの表面積を変更すれば、ベントナイト粒の難溶性、ひいてはベントナイト過剰スラリーの流動性を適宜増減することができるので、路盤補修をその状況に応じて短時間で終えることができる。

上述した効果を確認するため、路盤表面保護層１３のコンシステンシー（固さや流動性）を表す指数として、塑性指数Ipと液性限界WLにより、コンシステンシー特性IcをIc＝０．７３WL−Ipと定義した。例えば、これを日本統一土質分類に当てはめると、Ic≦１４．６が粘土、Ic≧１４．６がシルトとなる。そして、このコンシステンシー特性Icを−７〜１３の範囲内で変えたとき、列車荷重による路盤土の流出量がどのように変化するかを実験で求めた。

その結果、図２に示すように、路盤土の流出量は路盤表面保護層１３のコンシステンシー特性Icに対して非常に敏感であることが判明した。すなわち、路盤表面保護層１３のコンシステンシー特性Icが１３である場合、路盤土の流出量は１００ｇ強であった。これに対し、路盤表面保護層１３のコンシステンシー特性Icが１２になると、路盤土の流出量が約２０ｇに、路盤表面保護層１３のコンシステンシー特性Icが１０になると、路盤土の流出量が約５ｇにと急激に低下した。また、路盤表面保護層１３のコンシステンシー特性Icが５以下では、路盤土の流出量がゼロになる結果が得られた。したがって、高塑性材料からなる路盤表面保護層１３により、路盤土の流出量が大幅に削減され、特に路盤表面保護層１３のコンシステンシー特性Icが５以下の場合、列車荷重レベルでは路盤２に変状を生じないことが明らかとなった。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

すなわち、図４（ａ）に示すように、列車などの交通荷重に起因して路盤２の表面に大きい空洞４が発生した場合には、次の手順に従って路盤補修を行う。

まず、１次施工として、吸水膨潤性を備えた高塑性材料として工業用のベントナイトを空洞４に注入する。それには、地上から空洞４に達するようにベントナイト注入管１０を設置し、このベントナイト注入管１０からベントナイト過剰スラリーを注入する。このベントナイト過剰スラリーは、第１の実施形態で用いたのと同様のものである。すると、図４（ｂ）に示すように、空洞４にベントナイト過剰スラリーが流入する。

このとき、ベントナイト過剰スラリー中に分散しているベントナイト粒は極めて透水性が悪く、水中に入れてもすぐには溶けないことから、ベントナイト過剰スラリーは、調製してから一定時間（例えば、２〜５時間）が経過するまでは、液性限界以上の含水比を維持して流動性を発揮する。その結果、空洞４の隅々にまでベントナイト過剰スラリーが円滑に供給されて充填される。

次いで、２次施工に移行し、補修用てん充材としてセメントアスファルトモルタルを空洞４に注入する。それには、図４（ｃ）に示すように、地上から空洞４に達するようにモルタル注入管１１およびベントナイト排出管１２を設置し、このモルタル注入管１１からセメントアスファルトモルタルを打設する。すると、セメントアスファルトモルタルが空洞４に流入し、１次施工で注入されたベントナイトの一部を押し出す形でベントナイト排出管１２から排出する。

その後、所定の養生時間が経過すると、空洞４内でセメントアスファルトモルタルが水和反応によって硬化し、空洞充填層１５が形成される。また、ベントナイト過剰スラリーの調製から一定時間が経過すると、図３に示すように、ベントナイト粒がベントナイトスラリーに溶け出すため、ベントナイト過剰スラリーの含水比が液性限界以下に低下してゲル化する。その結果、空洞４内のベントナイトは流出しにくくなり、図４（ｃ）に示すように、路盤２と空洞充填層１５との間に、ベントナイトからなる路盤表面保護層１３が路盤２に密着一体化して形成される。ここで、路盤補修が終了する。

したがって、この路盤表面保護層１３により、路盤土が流動化して流出するのを防ぐことができる。また、路盤表面保護層１３は、てん充層５の動的変形と路盤土の動的変形の位相差を吸収するため、路盤２の表面に一時的にでも新たに空洞（図示せず）が発生する事態を防止することができる。しかも、２次施工として、セメントアスファルトモルタル（補修用てん充材）を注入してベントナイトの一部と置換することで、空洞４の成長を防止しつつ路盤２の支持力を回復することができる。さらに、路盤表面保護層１３は吸水膨潤性を備えているので、万一、路盤土が流出して路盤２の表面に新たに空洞が発生したとしても、路盤表面保護層１３が吸水膨潤して空洞に充填されるので、空洞の成長を阻止することができる。これらの結果、路盤変状の補修効果を長期にわたって維持することが可能となる。

なお、この場合も、ベントナイト過剰スラリー中のベントナイト粒の形状・大きさを変えてその単位体積あたりの表面積を変更すれば、ベントナイト粒の難溶性、ひいてはベントナイト過剰スラリーの流動性を適宜増減することができるので、路盤補修をその状況に応じて短時間で終えることができる。

なお、上述の実施形態では、経済的に有利な工業用のベントナイトを高塑性材料として使用した。しかし、所定のコンシステンシー特性Ic（例えば、５以下）を有する高塑性材料である限り、他の材料（例えば、工業用のベントナイト以外の高塑性粘性土、現地発生土など）を代用することも可能である。

また、上述の実施形態では、セメントアスファルトモルタルを補修用てん充材として使用したが、セメントアスファルトモルタル以外の補修用てん充材（例えば、砂、礫など）を代用しても構わない。

また、上述の実施形態では、省力化軌道について説明したが、自動車などの交通荷重を受ける道路に本発明を適用することもできる。

本発明に係る路盤補修方法の第１の実施形態を示す工程図である。 路盤変状再現試験における路盤表面保護層のコンシステンシー特性と路盤土流出量との関係を示すグラフである。 ベントナイトスラリーの経時変化を示す模式図である。 本発明に係る路盤補修方法の第２の実施形態を示す工程図である。

符号の説明

１……省力化軌道
２……路盤
４……空洞
５……てん充層
６……まくらぎ
７……レール
９……バラスト
１０……ベントナイト注入管
１１……モルタル注入管
１２……ベントナイト排出管
１３……路盤表面保護層
１５……空洞充填層

Claims (4)

1. 路盤の表面に発生した空洞を充填することにより、路盤変状を補修する路盤補修方法であって、
   前記空洞に高塑性材料を注入した後、前記空洞に補修用てん充材を注入することにより、前記高塑性材料の一部を前記補修用てん充材と置換し、当該高塑性材料からなるコンシステンシー特性１０以下の路盤表面保護層を前記路盤に一体化させて形成することを特徴とする路盤補修方法。
2. 前記高塑性材料は、ベントナイトであることを特徴とする請求項１に記載の路盤補修方法。
3. 前記高塑性材料は、液性限界以上の含水比で練ったベントナイトスラリー中にベントナイト粒を分散させたベントナイト過剰スラリーであることを特徴とする請求項１または２に記載の路盤補修方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の路盤補修方法により補修されたことを特徴とする路盤。

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