JP5267879B2 - ボックスカルバートの耐震補強構造 - Google Patents

Description

本発明は軟弱地盤に設置するボックスカルバートの耐震補強構造に関する。

軟弱地盤に暗渠等として設置されるボックスカルバートの耐震補強策としては、壁厚を大きくしたり補強鋼板を内張りする等してボックスカルバート自体を増強するか、あるいは周囲地盤を地盤改良する等して地盤強度を増強する手法が周知であるが、前者の場合は断面拡大や施工効率の点で好ましくないことが多く、近年においては後者による耐震補強が広く行われるようになっている。
すなわち、図１０（ａ）に示すようにボックスカルバート１を軟弱地盤２中に施工する場合、ボックスカルバート１の両側の地盤に対して地盤改良を行って地盤変形を拘束し得る地盤改良体４を安定な硬質地盤３まで根入れした状態で形成することにより、地盤改良体４によりボックスカルバート１を両側から補強して耐震性能を向上させることが行われている。

また、類似の補強手法として、特許文献１には既設トンネルの両側あるいは全外周にせん断剛性を高めた地盤改良部を構築するという耐震補強方法が開示され、特許文献２にはトンネルの側面部に柔らかい材料からなる免震壁を構築するという耐震対策工法が開示されている。

特開２００１−２６９２２号公報 特開２００６−１１２１８２号公報

図１０（ａ）に示した一般的な地盤改良による場合には、同図（ｂ）に示すように地震時には軟弱地盤２が硬質地盤３に比べて大きく変形するため、硬質地盤３に根入れされている地盤改良体４がロッキング変形を生じてしまうことが想定され、それによりボックスカルバート１が変形して損傷を受ける事態も想定され、その場合は地盤改良体４を設けることが逆効果になる。
そのようなロッキング変形は図１１に示すように地盤改良体４の幅寸法Wを充分に大きくすることで防止できるが、その場合は相当なコスト増が不可避であるし、想定される地盤変形量に比べて過度の補強を行うことになるので合理的ではなく現実的ではない。

また、特許文献１に示される既設トンネルに対する補強手法をボックスカルバートの耐震補強に適用する場合、地盤改良部を単に既設トンネルの両側にのみ設けることでは充分な補強効果が期待できないし、地盤改良部を既設トンネルの全外周に設けることではコストがかかり過ぎるばかりでなくトンネルの下方地盤に対する施工が容易ではなく、また地盤変形量の小さい底部に対しても上部や側部と同等の補強を行うことは合理的ではなく、いずれも実施工が困難で現実的ではない。
さらに、特許文献２に示される補強手法は軟弱地盤よりも低剛性の免震壁により地盤変形を吸収するものであるから、軟弱地盤が充分に低剛性である場合にはそれよりもさらに低剛性の免震壁を形成する必要があり、そのため適用可能な地盤条件が限定されて広く一般に適用できるものではない。

以上のように、現時点においては軟弱地盤に設けられるボックスカルバートを対象としてその耐震性能を向上させ得る有効適切な手法は確立されておらず、それを可能とする有効適切な耐震補強構造の開発が望まれているのが実状である。

本発明はボックスカルバートの周囲地盤を地盤改良して形成した地盤改良体によってボックスカルバートを外側から補強して耐震性能を向上させるための構造であって、前記地盤改良体を、ボックスカルバートの側面に接するとともに底部が硬質地盤の上方に位置するように形成されて硬質地盤に根入れされない側部改良体と、ボックスカルバートの上面に接して前記側部改良体と一体に形成された上部改良体とにより構成し、該地盤改良体全体の上部の幅寸法を底部の幅寸法よりも大きくし、かつ前記地盤改良体の断面形状を倒立Ｌ型もしくはＴ型としたことを特徴とする。

本発明においては、地盤改良体をその上面が地表面の位置となるように形成しても良いし、あるいは地盤改良体の全体を地表面下に形成しても良い。
さらに、側部改良体の下端をボックスカルバートの底面の位置に揃えることが好ましい。

本発明の補強構造は、側部改良体と上部改良体とを一体に形成した高剛性の地盤改良体によりボックスカルバートを外側から補強するものであり、特に側部改良体の底部を硬質地盤まで根入れせず、地盤改良体全体の上部の幅寸法を底部の幅寸法よりも大きくし、かつ地盤改良体の断面形状を倒立Ｌ型もしくはＴ型としたので、地震時に軟弱地盤が変形しても地盤改良体がロッキング変形を生じることはなく、そのため地盤改良体がボックスカルバートと一体に挙動してボックスカルバートには変形や応力は殆ど生じることはなく優れた耐震補強効果が得られる。

本発明に関連する耐震補強構造を示す参考図である。 本発明の耐震補強構造の実施形態を示す図である。 同、他の実施形態を示す図（但し、（ａ）は参考図）である。 同、さらに他の実施形態を示す図（但し、（ａ）は参考図）である。 本発明の効果を実証するための解析例を示す図である。 同、解析結果を示す図である。 同、解析結果を示す図である。 同、解析結果を示す図である。 同、解析結果を示す図である。 従来の耐震補強構造の一例を示す図である。 同、他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、図１、図３（ａ）、図４（ａ）は本発明に関連する参考図であるが、以下の説明では便宜的にそれらについても本発明の実施形態と称して説明する。
図１に示すものは、軟弱地盤２中に設置したボックスカルバート１の耐震補強としてその周囲地盤を地盤改良してボックスカルバートを外側から補強する地盤改良体１０を形成するものであるが、その地盤改良体１０をボックスカルバート１の両側の側面にそれぞれ接しているがその底部は硬質地盤３には達していない側部改良体１１と、ボックスカルバート１の上面に接する上部改良体１２とにより構成して、それら側部改良体１１と上部改良体１２の全体を門型をなすように一体に形成することにより、この地盤改良体１０の上部での幅寸法を下部の幅寸法よりも大きくしたものとなっている。
すなわち、地盤改良体１０の上部（地表面の位置）での幅寸法W1は両側の側部改良体１１の幅寸法Wsと上部改良体１２の幅寸法Wuの合計値（W1＝2Ws＋Wu）となっているが、底部での実質的な幅寸法W2は両側の側部改良体１１の幅寸法Wsの合計値（W2＝2Ws）となっており、当然に後者に比べて前者が大きくなっている。

本実施形態の地盤改良体１０は、図１０に示した従来一般の地盤改良体４とは異なり、側部改良体１１の底部が硬質地盤３に根入れされていないことから地震時にロッキング変形が生じることがなく、そのため、地震時に軟弱地盤２が変形した際には図１に破線で示すように地盤改良体１０の全体がその内側のボックスカルバート１とともに単に水平移動するだけでボックスカルバート１には変形や応力は殆ど生じることはなく、優れた耐震補強効果が得られる。
特に本実施形態の地盤改良体１０は側部改良体１１と上部改良体１２とが門型に一体化されているので、図１０に示した従来一般の地盤改良体４や、特許文献１に示される構造のように単にトンネルの両側に地盤改良部を設ける場合に比べればその全体が自ずと充分に高剛性となっていて、ボックスカルバート１を両側と上方の３方から有効に保護し得るものである。
しかも、軟弱地盤２は地震時には深部よりも表層部ほど大きく変形することから、本実施形態の地盤改良体１０はそのような軟弱地盤２の各部の変形量に対応して上部における幅寸法W₁を底部の幅寸法W₂よりも大きくしており、それにより従来のように地盤改良体１０の全体の幅寸法を無駄に大きくせずともロッキングを有効に防止でき、必要最小限の幅寸法で地盤変形に合理的に抵抗し得るものとなっている。

勿論、本実施形態の耐震補強構造ではボックスカルバート１の両側と上部にのみ地盤改良体１１，１２を形成するに留めて地盤変形量が小さい底部への補強は省略しているので合理的であるし、特許文献１に示されるようにトンネルの全外周に地盤改良を行う場合に比べて遙かに容易に施工が可能であり、コスト的にも有利である。
また、特許文献２に示される構造のように低剛性の免震壁を設ける場合のように地盤条件に制約をうけることもなく、様々な条件の地盤に対して広く適用できるものである。

以上で本発明の基本的な一実施形態を説明したが、要は地盤改良体１０がロッキング変形を生じないようにすれば良く、そのためには地盤改良体１０を側部改良体１１と上部改良体１２により一体に形成するとともに、側部改良体１１を硬質地盤３に根入れせず、かつ地盤改良体１０全体の幅寸法を底部よりも上部で大きくすれば良いのであって、その限りにおいて地盤改良体１０の形態は上記実施形態のように門型とすることに限らず任意であり、たとえば図２（ａ）に示すようにボックスカルバートの両側にそれぞれ断面形状が倒立Ｌ状の地盤改良体１０を形成することが考えられ、さらに同図（ｂ）に示すようにその外側にも上部改良体１２と同様の補助上部改良体１２ａを形成して断面形状がＴ状の地盤改良体１０とすることも考えられ、それによっても同等の効果が得られる。

また、上記実施形態は側部改良体１１の下端を硬質地盤３に根入れしない範囲でボックスカルバート１の底面よりもやや低い位置となるようにしたが、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように側部改良体１１の下端をボックスカルバート１の底面の位置に揃えることでも良い。

さらに、上記実施形態は地盤改良体１０の上面を地表面の位置に形成した（つまり地盤改良体１０の上面を地表面に露出させた）が、図４（ａ）〜（ｃ）に示すようにボックスカルバート１の深度が大きいような場合には地盤改良体１０の全体を地表面下に形成することでも良い。

以下、本発明の効果を解析により実証する。解析ケースは比較例を含めて図５に示す５ケース（caseＡ〜Ｅ）である。
・caseＡ：改良前（地盤改良体による補強のないもの）
・caseＢ：従来の地盤改良体によるもの（図１０に示す従来例に相当するもの）
・caseＣ：従来の地盤改良体によるもの（図１１に示す従来例に相当するもの）
・caseＤ：本発明の地盤改良体によるもの（図１に示す実施形態に相当するもの）
・caseＥ：本発明の地盤改良体によるもの（図３（ａ）に示す実施形態に相当するもの）

地震時における各ケースでの地盤およびボックスカルバートの変形状態を図６に示す。また、ボックスカルバートに作用する最大せん断力と最大曲げモーメントを図７に示し、ボックスカルバートの各部に作用するせん断力と曲げモーメントの分布を図８、図９に示す。
図６および図７に示されるように、地盤改良体による補強のないcaseＡでは大きな変形が見られ、従来例のcaseＢによることでは改良前のcaseＡに対して最大せん断力および最大曲げモーメントのいずれについても逆効果となっている。
同じく従来例のcaseＣでは地盤改良体の幅を大きくすることでを最大曲げモーメントについては若干の改善効果が見られるものの、最大せん断力については逆効果であり、有効な補強効果が得られていない。
それに対し、本発明のcaseＤおよびcaseＥでは最大せん断力と最大曲げモーメントの双方について充分な改善効果が見られ、本発明の有効性が実証されている。
特に、側部改良体の下端をボックスカルバートの底面の位置に揃えているcaseＥでは顕著な効果が見られる。これは図６（ｅ）に示されているように地盤改良体とその側方地盤とが一体となってそのまま横方向に変位することにより、ボックスカルバートには地盤変形による外力が殆ど作用しないためであると考えられる。

１ ボックスカルバート
２ 軟弱地盤
３ 硬質地盤
１０ 地盤改良体
１１ 側部改良体
１２ 上部改良体
１２ａ 補助上部改良体

Claims (5)

1. ボックスカルバートの周囲地盤を地盤改良して形成した地盤改良体によってボックスカルバートを外側から補強して耐震性能を向上させるための構造であって、
   前記地盤改良体を、ボックスカルバートの側面に接するとともに底部が硬質地盤の上方に位置するように形成されて硬質地盤に根入れされない側部改良体と、ボックスカルバートの上面に接して前記側部改良体と一体に形成された上部改良体とにより構成し、該地盤改良体全体の上部の幅寸法を底部の幅寸法よりも大きくしてなり、
   前記地盤改良体を倒立Ｌ型の断面形状をなすように形成してなることを特徴とするボックスカルバートの耐震補強構造。
2. ボックスカルバートの周囲地盤を地盤改良して形成した地盤改良体によってボックスカルバートを外側から補強して耐震性能を向上させるための構造であって、
   前記地盤改良体を、ボックスカルバートの側面に接するとともに底部が硬質地盤の上方に位置するように形成されて硬質地盤に根入れされない側部改良体と、ボックスカルバートの上面に接して前記側部改良体と一体に形成された上部改良体とにより構成し、該地盤改良体全体の上部の幅寸法を底部の幅寸法よりも大きくしてなり、
   前記地盤改良体をＴ型の断面形状をなすように形成してなることを特徴とするボックスカルバートの耐震補強構造。
3. 請求項１または２記載のボックスカルバートの耐震補強構造であって、
   前記地盤改良体をその上面が地表面の位置となるように形成してなることを特徴とするボックスカルバートの耐震補強構造。
4. 請求項１または２記載のボックスカルバートの耐震補強構造であって、
   前記地盤改良体の全体を地表面下に形成してなることを特徴とするボックスカルバートの耐震補強構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載のボックスカルバートの耐震補強構造であって、
   前記側部改良体の下端を前記ボックスカルバートの底面の位置に揃えたことを特徴とするボックスカルバートの耐震補強構造。

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