JP4885039B2 - 軽量盛土構造 - Google Patents

Description

本発明は、軽量盛土工法による構造に関し、詳しくは急斜面地において大型クレーン等の大型設備機械を用いることなく施工することが可能な軽量盛土構造に関する。

従来、山間部の特に急傾斜地等における道路の建設工事においては、地盤上に土砂を積み上げる盛土工法が採用されていたが、近年においては作業性の改善や盛土構造を構築するための材料の軽量化を狙って、発泡スチロールや硬質ウレタン発泡体等の発泡樹脂を用いた盛土工法の採用が多くなっている。これら軽量盛土工法の中でも、硬質ウレタン発泡体を用いた盛土工法は、施工現場で吐出機を用いてそのノズルから硬質ウレタン原料を吐出し発泡硬化させて盛土構造を構築する工法であるため、発泡スチロールのブロック材を積み上げて盛土構造を構築する場合とは異なり、嵩張る材料を現場まで運搬しなければならない煩雑さがない。そのため、硬質ウレタン発泡体を用いた盛土工法は広く採用される工法である。

例えば、特許文献１に開示されている技術のように、傾斜地における硬質ウレタン発泡体を用いた軽量盛土工法は、傾斜地の下部付近の地盤に敷設した基礎に建てられた支柱に壁部材を取り付け、その壁部材と地盤と地盤の傾斜地とにより区画される空間に硬質ウレタン原料を吐出し発泡・硬化させて軽量盛土構造を構築するものである。

また、特許文献２に開示されている技術のように、発泡スチロールのブロックを用いる軽量盛土工法は、上記と同様に支柱を設けた上で壁部材を構築し、その壁部材と斜面との間の空間に発泡スチロールのブロックを積み上げて軽量盛土構造を構築するものである。
特開２００１−３２３４７０ 特開２００４−１３７７８６

ここで、図７を参照して、傾斜地における硬質ウレタン発泡体を用いる一般的な軽量盛土工法を説明する。アンカー１６が打ち込まれた斜面２には、タイロッド１３とアンカー１６を結合するコンクリート製の受圧板１５が構築されている。斜面２の下部の地盤にはコンクリート製の基礎１１が敷設され、その基礎１１上にＨ形鋼の支柱１２が建てられ、そのＨ形鋼の支柱１２に壁部１４が取り付けられている。受圧板１５に結合されているタイロッド１３の端部はＨ形鋼の支柱１２に取り付け具により結合されている。このようにして構築された壁部１４と斜面２との間の空間に硬質ウレタンの原料が吐出され、発泡・硬化して形成された硬質ウレタン発泡体３により軽量盛土構造１が構築される。更に、硬質ウレタン発泡体３による構造の上面にはコンクリート床４が敷設され、このコンクリート床４はその上に敷設される舗装道路等の基礎となる。

発泡スチロールのブロックを積み上げる工法においても、硬質ウレタン原料を吐出・発泡・硬化させる点が異なるだけで、その他の部分は概ね同様の工事となる。
上記の二通りの軽量盛土構造構築の工事はその規模にもよるが、例えば壁部の高さが１０ｍになるような規模の場合、基礎１１上に建てるＨ形鋼の支柱１２の重量は略５００ｋｇにもなり、特に急カーブ急傾斜の狭い道路しかない山間地においては、そのＨ形鋼の運搬や取り扱いは難儀である。

また、この軽量盛土工法で構築された構造は、硬質ウレタン発泡体または発泡スチロールの部分が軽く、その上部のコンクリート床４や舗装道路の層は重い。そのため、地震による水平加速度が作用すると、コンクリート床４と発泡体とのズレが起こり、軽量盛土構造１の一部が破壊されるに止まらず、全体が歪み変形し、場合によっては破壊される虞がある。そのようなズレを防ぐため、特許文献１に開示されているようにアンカーが連結される受圧板１５と支柱１２をタイロッド１３で連結したり、特許文献２に開示されているようにコンクリート床４をアンカーで繋ぎとめたりすることが、軽量盛土構造１においては必須要件となっている。このアンカーは、岩盤や地盤に穴を掘りＰＣ鋼材等のアンカー部材を打ち込み、穴とアンカー部材の隙間にモルタル等を注入して定着した上でアンカーを緊張させ、その緊張状態を維持するよう構築される。

アンカーの緊張状態は、地盤やアンカー定着長部の初期的なクリープ、ＰＣ鋼材のリラクセーション等の影響によって低下する場合があり、緊張状態が低下したままに放置すると地震などの際にアンカーが十分に機能しない。そのため、定期的な緊張力の測定を行い、初期の緊張力に対し所定の（例えば数％の）低下が現れた時点で再緊張を実施する必要がある。この再緊張の工事には、舗装道路やコンクリート床４、更に盛土構造の一部を掘り起こして行わなければならないため、多大な工数と工期が伴う。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、硬質ウレタン発泡体の剛性を高め、剛性が高められた硬質ウレタン発泡体とその上部のコンクリート床との横ずれを防止することでアンカーの設置を不要とする軽量盛土構造を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の軽量盛土構造は、請求項１に記載の発明においては、地盤に敷設された基礎とその基礎に立設された壁部と斜面とで区画される空間に形成された硬質ウレタン発泡体の上にコンクリート床を備える軽量盛土構造において、前記コンクリート床の下部には前記硬質ウレタン発泡体とそのコンクリート床との横ずれを防止する横ずれ防止手段を設け、前記硬質ウレタン発泡体は、その中に格子状フレームを埋設しており、前記壁部は、前記格子状フレームに設けられた取付部材により位置決め固定されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の前記横ずれ防止手段が、前記コンクリート床の下部に設けられた前記壁部に沿って連なる突起部であることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明においては、請求項１または２に記載の前記コンクリート床が、予め成形されたコンクリートパネルであって、その下部に突起部が一体的に設けられていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明においては、請求項２に記載の前記格子状フレームは、その一部が前記横ずれ防止手段の突起部に埋設されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明においては、請求項１または４に記載のうちいずれか一項に記載の前記格子状フレームは、その一部が前記地盤および斜面のいずれか一方または両方に埋設されていることを特徴とするものである。

（作用）
本発明における軽量盛土構造は、硬質ウレタン発泡体の剛性が、その中に埋設された格子状フレームと一体化されているため高められ、その剛性が高められた硬質ウレタン発泡体の上面には横ずれ防止手段を備えたコンクリート床が敷設されている。このような構造においては、地震の加振加速度が作用したとき、アンカーが設置されていないにも拘らず、コンクリート床やその上部の構造物と硬質ウレタン発泡体が同調して横揺れするに止まるため、軽量盛土構造の著しい変形や破壊が起き難い。

本発明によれば、軽量盛土構造において従来必要とされていたアンカーを省くことができるので大幅な工期短縮とアンカー設置に係る材料費および工事費の大幅な削減ができる。また、壁部を支える支柱およびその敷設工事が不要となるため、軽量盛土工法適用の条件、例えば材料運搬のための道路の拡張工事や重機が稼動できる平坦地の確保等々が削減または軽減される。更に、硬質ウレタン発泡体は剛性が高められているので、クリープによる沈下が原因の亀裂等が硬質ウレタン発泡体上部の道路に発生し難く、道路補修費用が削減できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した軽量盛土構造１の一実施形態を図１〜図３（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。なお、図７を参照して説明した従来技術の軽量盛土構造１と同じ構成の部分は、同一の符号を用いて説明する。

図１は本発明の一実施形態である軽量盛土構造１を模擬的に示した断面図である。図２は、壁部が格子状フレームに位置決め固定された状態を示す一部断面図である。この図２は実際の状態から９０度倒伏して描いてある。図３（ａ）、（ｂ）は、コンクリート床の下部に突起部を成形するため、硬質ウレタン発泡体上面にコンクリートを流し込む成形枠を形成する工程を示す一部断面図である。

図１に示すように、地盤８にはコンクリートの打設により基礎１１が構築され、その基礎１１および斜面２には公知の単管（建設現場の足場等に用いられる金属製パイプ）とパイプジョイントとを用いて格子状フレーム５が組み立てられる。この格子状フレーム５は、図示されない図面に垂直な面、即ち壁部１４に沿う面にも組み立てられ、全体として三次元格子体を形成している。

格子状フレーム５の斜面２と反対側の部分には、図２に示すように取付部材２０により壁部１４を構成する壁部材２４が格子状フレーム５に対して位置決めおよび取付られて、後述するように硬質ウレタン発泡体３にその接着力で固定されている。格子状フレーム５に対する壁部材２４の取付は、格子状フレーム５を形成する単管２５に取付部材２０の環状部２１を外嵌固定した上で、略Ｈ形の位置決め部２３の位置決め凹部２２に壁部材２４の端部を挿入することによって行われる。

硬質ウレタン発泡体３は、その内部に格子状フレーム５を埋設してこの格子状フレーム５と一体化され、その上面に形成された突起収容部３７に、コンクリートを打設して形成したコンクリート床６の下部の突起部７を収容している。コンクリート床６の上面には舗装道路等が敷設される。

（施工例）
硬質ウレタン発泡体による軽量盛土工法においては、硬質ウレタン原料の吐出・発泡・硬化により発泡層を形成する場合、一度に発泡体の全体を形成することはなく、何層かに分けて吐出・発泡・硬化を繰り返し所定高さの盛土構造を構築する方法が一般的である。本実施形態においても、一般的な方法と同様に基礎１１の上の第一層から順次発泡体層を形成し盛土構造を構築する。

その際、格子状フレーム５は、一本の単管２５の長さを高さとする第一段として組み立てられ、壁部材２４の取付はその高さを超えない範囲で行われる。このとき、単管２５の一部を基礎１１の中に埋設したり、斜面２に打ち込んだりすれば、格子状フレーム５の構築物としての安定度が増すのでより好ましい。本実施形態における単管の長さは２０００ｍｍであり、その単管２５を用いて１ｍピッチの格子状フレーム５とした。壁部材２４としてコンクリート製パネル（長さ；１９８５ｍｍ、幅；５００ｍｍ、厚さ；５０ｍｍ）を用いるので、作業性を考慮して４枚の壁部材２４を積み上げて壁部１４の一部が構築されたところで、硬質ウレタン原料の吐出（注入）が行われる。この状態での硬質ウレタン発泡体３の形成は、硬質ウレタン原料の化学反応に影響を与える気候条件も含む諸条件から、一度に行われるか数層に分けて行われるか判断される。

格子状フレーム５の第一段に対する硬質ウレタン発泡体３の形成が完了したら、格子状フレーム５の第二段目の組み立ておよび壁部材２４の取り付けを第一段と同様に実施し、硬質ウレタン発泡体３の形成も同様に行い、盛土構造として必要な所定高さ近くまで繰り返す。このときの所定高さ近くとは、突起収容部３７を形成する余地を残した高さのことをいう。

所定高さ近くに構築された硬質ウレタン発泡体３の上面に突起収容部３７を形成する工程を、図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）に示すように、硬質ウレタン発泡体３の上面に鉄筋３４を打ち込み、その鉄筋３４に番線３５等を用いて硬質ウレタン発泡体製のボード３２を固定して、そのボード３２で区画された突起収容部３７を形成する。このとき、スペーサー３３でボード３２の内側を支えておけば、後述するように硬質ウレタン発泡体３が形成される時の発泡圧を受けて、鉄筋３４の自立力を超えた力が作用するとき、鉄筋３４と共にボード３２が倒れ込むことが防止される。次に図３（ｂ）に示すように、ボード３２の外側（突起収容部３７と反対側）と壁部１４およびボード３２の外側と斜面２で区画されるそれぞれの空間に硬質ウレタン原料を吐出し発泡・硬化させ硬質ウレタン発泡体３を形成する。

コンクリート床６は突起収容部３７が形成された硬質ウレタン発泡体３の上面にコンクリートを打設して構築され、その上に舗装道路等が敷設される。
上記実施形態の建築用盛土構造によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）上記実施形態では、格子状フレーム５を単管２５の長さの単位で組み立てる度に壁部材２４を取り付けて硬質ウレタン発泡体３を形成する工程を繰り返しているので、壁部材２４を支えるＨ形鋼等の支柱１２を不要とする。そのため、Ｈ形鋼の搬送やＨ形鋼に係る施工工数および施工のための足場の確保等々を省くことができる。

（２）上記実施形態では、コンクリート床６下部の突起部７が、格子状フレーム５を埋設し剛性を高められた硬質ウレタン発泡体３の突起収容部３７に収容されているため、地震等により水平方向の加振加速度が作用しても、コンクリート床６と硬質ウレタン発泡体３の相互の横ずれが防止できる。

（３）上記実施形態では、コンクリート床６と硬質ウレタン発泡体３の相互の横ずれを防ぐ横ずれ防止手段を設けているので、アンカーの構築が不要となり、アンカー構築費用や再緊張工事が伴う維持管理費用の削減ができる。

（４）上記実施形態では、格子状フレーム５が埋設されて硬質ウレタン発泡体３の剛性が高められているので、コンクリート床６の上に敷設された舗装道路に変形やひび割れが起き難く、路面のオーバーレイ等の維持管理費用が削減できる。また、クリープによる沈下現象が少ないので、上記実施形態では、軽量盛土構造１の高さを高くできる。

（５）上記実施形態では、単管２５の一部を基礎１１の中に埋設したり、斜面２に打ち込んだりして、格子状フレーム５の構築物としての安定度を増したので、その格子状フレーム５が埋設されて剛性が高められた硬質ウレタン発泡体３は、地震の際、滑動したり転倒したりすることが起き難く、軽量盛土構造１を安定状態に維持できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・格子状フレーム５を単管２５により構成したが、単管２５に代えて棒状鋼材、Ｌ形鋼やＣ形鋼でもよい。
・格子状フレーム５の組み立てを単管２５の長さ単位で一段ずつ行うようにしたが、予定される軽量盛土構造１の高さに見合った高さまで格子状フレーム５を組み立て、その後に硬質ウレタン発泡体３を形成してもよい。
・突起収容部３７の形成のためボード３２を用いて枠を形成した上で、その外側に硬質ウレタン原料を吐出・発泡・硬化させたが、硬質ウレタン発泡体３を所定の高さまで構築した後、その上面を掘削して突起収容部３７を形成してもよい。
・突起収容部３７の形成のためボード３２を用いて枠を形成したが、予め突起収容部３７を内面形状とする成形シートを用意し、所定高さ近くまで形成された硬質ウレタン発泡体３の上面に配置し、その外側に硬質ウレタン原料を吐出・発泡・硬化させてもよい。
・突起収容部３７を形成しコンクリートを打設したが、図示しない次の方法で突起部７を形成してもよい。先ず所定高さ近くの硬質ウレタン発泡体３の上面にコンクリートブロックを適宜数だけ置いた上で、硬質ウレタン原料を吐出・発泡・硬化させ、そのコンクリートブロックの上部を露出状態にして下部を埋設する。次にコンクリート床６を構築するためにコンクリートを打設する際、残されたコンクリートブロックの上部を埋設して、コンクリート床６の下部に一体化すれば、硬質ウレタン発泡体３に埋設されたコンクリートブロックの下部が突起部７となる。
・壁部材２４として５００ｍｍ幅のコンクリートパネルを用いたので、格子状フレーム５のピッチをその倍数の１ｍとしたが、ピッチは適宜選択できる。
・壁部材２４を格子状フレーム５に取り付けた上で、硬質ウレタン原料を吐出・発泡・硬化させたが、格子状フレーム５を用いず、図示しない断面Ｈ形状の軽量位置決め部材等を用いてもよい。
・突起収容部３７には格子状フレーム５の一部を臨ませないようにしたが、格子状フレーム５の縦または横のフレーム構成材の一部を突起収容部３７内に望ませるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した軽量盛土構造１の第２の実施形態を図４、図５を用いて説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態においてコンクリート床６の形成が、硬化した硬質ウレタン発泡体３の上面にコンクリートを打設して形成した構成であるものに対し、未だ硬化が完了しない硬質ウレタン発泡体３の上面に成形コンクリートパネルを設置するよう変更した構成であり、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図４に示すように、成形コンクリートパネル４６の下部には突起部４７が一体的に形成されている。また、図５に示すように、複数の突起部４７を千鳥配列にすれば、硬質ウレタン発泡体３の上部に作用するせん断力が分散され、硬質ウレタン発泡体３の部分的破壊が起き難く、横ずれ防止手段としての効果が高められるため好ましい。成形コンクリートパネル４６の外形寸法に特に条件はないが、その長さおよび幅が格子状フレーム５のピッチ以上であることが望ましい。施工性を考慮して小型のものを複数用いる場合であっても、一つの成形コンクリートパネル４６が格子状フレーム５の縦のフレーム材に安定して載せられる大きさである方がよい。

（施工例）
格子状フレーム５を組み立て、その高さが軽量盛土構造１の所定の高さと略同等となるようにした上で、硬質ウレタン発泡体３の上面から格子状フレーム５のフレーム材のうち少なくとも縦のフレーム材が露出するよう硬質ウレタン発泡体３を硬化完了状態で形成し、その上に硬質ウレタン原料を吐出し発泡させる。硬質ウレタン原料の発泡反応が継続中に成形コンクリートパネル４６を格子状フレーム５の上部に乗せることにより、発泡反応で膨張した硬質ウレタン原料は、成形コンクリートパネル４６下部の突起部４７を抱き込むように成形コンクリートパネル４６の下部を埋めて硬化し盛土構造を構築する。上記硬質ウレタン原料の吐出量は多めに設定されるが、複数の成形コンクリートパネル４６を並べて配置するとき、適宜隙間を設ければ、膨張して余分となった硬質ウレタン原料がその隙間から漏れ出ることが可能となり、過分の圧力が成形コンクリートパネル４６の下面に作用することはない。そのため、成形コンクリートパネル４６が持ち上げられることを防止でき、コンクリート床６が不ぞろいな上面を形成することがない。

従って、第２の実施形態によれば、第１の実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（１）第２実施形態では、突起部４７が一体形成された成形コンクリートパネル４６を発泡反応途中の硬質ウレタン原料の上に置き、突起部４７を硬質ウレタン発泡体３の中に埋設するようにしたので、硬質ウレタン発泡体３の上面に突起収容部３７を形成しコンクリートを打設する場合に比べて、施工工数の削減ができる。

（２）第２の実施形態では、複数の突起部４７が千鳥配列に一体形成されている成形コンクリートパネル４６を用いたので、硬質ウレタン発泡体３に対する圧縮力またはせん断力を分散することができるため、横ずれ防止手段の効果を高めることができる。

なお、上記第２実施形態は以下のように変更してもよい。
・成形コンクリートパネル４６として小型のものを用いる場合に隙間を設けて配置するようにしたが、比較的大型のものを用いる場合には、成形コンクリートパネル４６に予め硬質ウレタン原料漏出用孔を形成してもよい。
・成形コンクリートパネル４６を格子状フレーム５の上部に乗せるようにしたが、格子状フレーム５の一部が硬質ウレタン発泡体３の上面に露出していない場合、硬質ウレタン発泡体３の上面に位置決め部材を適宜配置し、硬質ウレタン原料を吐出した後、成形コンクリートパネル４６をその位置決め部材の上に乗せるようにしてもよい。このとき、位置決め部材の材質は硬質ウレタンの接着力が作用するものであれば何でもよいが、硬質ウレタン発泡体３と同等の比重のものが好ましい。

（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した軽量盛土構造１の第３の実施形態を図６を用いて説明する。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態において、コンクリートブロックをコンクリート床６の下部に一体化して突起部７を形成した構成であるものに対し、硬質塩化ビニール製のパイプ６１の一部をコンクリート床６の下部に埋設して突起部７を形成する構成としたので、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

ここで、パイプ６１の材質を硬質塩化ビニールとしたが、材質は、公知の硬質プラスチック材料であればこれに限らず、また、プラスチック以外の金属、非金属の材質であっても構わない。更に、パイプに代えて中実筒状体であってもよいが、硬質ウレタン発泡体３に打ち込み可能であって、断面積が比較的大きなものである方がよい。ここで断面積が小さいものでは、コンクリート床６と硬質ウレタン発泡体３に横ずれが生じようとするとき、圧縮力またはせん断力を分散できず硬質ウレタン発泡体３を部分的に破壊する虞があるので、断面積は大きめがよい。

（施工例）
所定高さとなった硬質ウレタン発泡体３の上面に適宜数の硬質塩化ビニール製のパイプ６１を打ち込み、その上部が硬質ウレタン発泡体３の上面から露出するようにし、そこにコンクリートを打設して、パイプ６１の内外を埋設したコンクリート床６を構築した。このようにすることで、硬質ウレタン発泡体３に打ち込まれたパイプ６１の一部がコンクリート床６の下部に設けられた突起部７となる。

従って、第３の実施形態によれば、第１および第２の実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（１）第３の実施形態では、硬質塩化ビニール製のパイプ６１を硬質ウレタン発泡体３に打ち込むだけで突起部７を形成できたので、工数が削減できたばかりか、突起部７の配置や数に対する設計の自由度を高めることができる。

（２）第３の実施形態では、突起部７の形成にパイプ６１を用いたので、重量が嵩まないまま硬質ウレタン発泡体３に当接する面積を大きくできた。そのため、地震の加振加速度が作用しても圧縮力またはせん断力が分散されて硬質ウレタン発泡体３の部分的破壊が起き難く、横ずれ防止手段としての信頼性を増すことができる。

なお、上記第３実施形態は、以下のように変更してもよい。
・パイプ６１は中空円筒に限らず角柱パイプであってもよい。
・パイプ６１に代えて、種々断面形状の形材であってもよい。

本発明を具体化した軽量盛土構造を模擬的に示した断面図。 本発明を具体化した軽量盛土構造の壁部の格子状フレームへの取付状態を示す一部断面図。 （ａ）は、硬質ウレタン発泡体上面に形成した突起部成形用の枠を示す一部断面図、（ｂ）は枠の外側に硬質ウレタン発泡体を形成した状態を示す一部断面図。 本発明の第２実施形態の軽量盛土構造の一部断面図。 本発明の第２実施形態の軽量盛土構造に用いられる成形コンクリートパネルの突起部の配置を示す一部平面図。 本発明の第３実施形態の軽量盛土構造の一部断面図。 従来技術における軽量盛土構造を模擬的に示す断面図。

符号の説明

１…軽量盛土構造、２…斜面、３…硬質ウレタン発泡体、５…格子状フレーム、６…コンクリート床、７…突起部、８…地盤、１１…基礎、１４…壁部、２０…取付部材、２５…単管、３３…スペーサー、３７…突起収容部、４６…成形コンクリートパネル、４７…突起部、６１…パイプ

Claims (5)

1. 地盤に敷設された基礎とその基礎に立設された壁部と地盤の斜面とで区画される空間に設けられた硬質ウレタン発泡体の上にコンクリート床を備える軽量盛土構造において、前記コンクリート床の下部には前記硬質ウレタン発泡体とそのコンクリート床との横ずれを防止する横ずれ防止手段を設け、前記硬質ウレタン発泡体は、その中に格子状フレームを埋設しており、前記壁部は、前記格子状フレームに設けられた取付部材により位置決め固定されていることを特徴とする軽量盛土構造。
2. 前記横ずれ防止手段は、前記コンクリート床の下部に設けられた突起部であることを特徴とする請求項１に記載の軽量盛土構造。
3. 前記コンクリート床は、予め成形されたコンクリートパネルであって、その下部に突起部が一体的に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の軽量盛土構造。
4. 前記格子状フレームは、その一部が前記横ずれ防止手段の突起部に埋設されていることを特徴とする請求項２に記載の軽量盛土構造。
5. 前記格子状フレームは、その一部が前記地盤および斜面のいずれか一方または両方に埋設されていることを特徴とする請求項１または４に記載のうちいずれか一項に記載の軽量盛土構造。

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