JP6240842B2 - 地盤振動低減工法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、建設工事一般に使用する重機等による振動あるいはダンプトラックなどの走行振動など工事によってもたらされる地盤振動などを低減する地盤振動低減工法に関するものである。

近年、建設工事現場に配置された作業用建設機械や工事用仮設道路を走行する車両等、振動の発生源から発生する振動が周辺の受振側建物などに伝達し、これらの振動が工事周辺地域、すなわち近隣住宅地域などに悪影響を与えることが問題となっている。

ここで、従来、工事振動の伝搬経路（地盤）を低減させる対策として、前記地盤に空溝を掘った防振溝の形成、あるいは地盤中に地盤を構成する土質と物性の大きく異なる壁体を挿入した地中壁（防振壁）の形成、あるいは各種の制振装置などを設置するなどの対策が講じられてきた。

しかしながら、前記従来の技術、例えば、防振溝の形成、防振壁の形成、あるいは各種制振装置などの設置については各種の課題が指摘されていた。

一般に、工事振動では４Ｈｚ〜１０Ｈｚの振動が主に発生し、当該周波数の振動が周辺へ影響を与える。ここで、地盤表層（粘土・シルト）での波長は波動の伝搬速度を１５０ｍ／ｓとすれば３７．５ｍ〜１５ｍとなる。

この様に長い波長を対象とすることから、例えば前述の防振溝の形成で３ｄＢの振動低減効果を得ようとすると、溝の深さは１０ｍ以上（６ｄＢでは２０ｍ以上）となり工事現場に適用するには以下の課題が生じる。

すなわち、防振溝の形成の場合には、大深度の掘削や土留および開口部閉塞が必要とされる。また工事終了時の埋戻しや土留撤去が必要であり工事仮設並びに工事終了時の架設撤去（復旧）のコストが多大となる。

また、防振壁の形成についても、壁体の施工や撤去に多大のコストが必要とされる。

さらに、従来の防振溝、あるいは防振壁の形成には、大規模な仮設が必要で狭小の建設現場には適用が難しい。

また、防振溝や防振壁の形成で地盤構造の改変をきたし、周辺地盤に傾斜等の影響を与える懸念等も指摘されていた。

特開平７−１１３４３６号公報 特開平１０−２２７３３１号公報 特開２０００−４５２６５号公報 特開２００３−９６８０８号公報

かくして、本発明は前記従来の技術上の課題に対処すべく創案されたものであって、防振溝形成の場合の様に、大深度の掘削や土留および開口部閉塞を必要とせず、また工事終了時の埋戻しや土留撤去を必要としないので工事仮設のコストが多大とならず、また、防振壁の形成のように、壁体の施工や撤去に多大のコストを必要とせず、地盤構造の改変をきたし、周辺地盤に傾斜等の影響を与えることがなく、確実に工事振動を低減できる地盤振動低減工法を提供することを目的とするものである。

本発明は、
地盤振動低減装置を設置して振動が発生している地盤の振動を低減する地盤振動低減工法であり、
前記地盤振動低減装置は、
地盤中に埋設され、支持地盤上に設けられる架台と、該架台上に設置される防振体と、前記防振体上に載置され、重量が変更可能とされた質量体とを有して構成され、
前記質量体の重量と前記防振体のバネ定数とを調整して、前記振動が発生している地盤領域における制御対象振動の振動数と共振する振動数を有する地盤振動低減装置とし、
前記振動が発生している地盤領域における制御対象振動の振動数と共振する振動数を有する地盤振動低減装置の形成は、
重量変更した質量体ごとに共振振動数が得られるよう算出したバネ定数を有する複数の防振体と、その上に載置される重量の異なる複数の質量体との組み合わせを複数形成し、前記複数の組み合わせの中から、重量の重い質量体と、重量の重い重量体で算出された前記バネ定数を有する防振体とを選択する、
ことを特徴とし、
または、
前記架台は、高剛性を有し、既存の自然岩盤、人工的基礎構造体、または打設された基礎杭の上端部がコンクリート製若しくは鋼製の床版と剛結して形成された有脚式構造物である、
ことを特徴とし、
または、
前記防振体は、バネ部材及び／又は減衰体で構成された、
ことを特徴とし、
または、
前記質量体は、前記架台と略同等の大きさからなる板状をなす鋼製若しくはコンクリート製で構成され、複数枚の質量体を積層することにより質量体の重量を変更可能にした、
ことを特徴とし、
または、
前記地盤振動低減装置は、振動が発生する地盤領域から４．５ｍ乃至５．５ｍ離れた位置に設置される、
ことを特徴とするものである。

尚、本発明では、目標振動レベル（対策範囲）を人体が振動を感じる限界値と言われる５５ｄＢ〜６０ｄＢ程度と考えている。振動規制法では敷地境界で７５ｄＢと規制されているが、７５ｄＢでは人体に振動感を生じさせ苦情を発生することがあるからである。よって、人体が振動を感じる限界値と言われる５５ｄＢ〜６０ｄＢ程度まで低減するものとする。

また、例えばバックホウ０．７ｍ^３級やダンプトラックの走行で生じる振動は一般的な地盤構造では４Ｈｚから１０Ｈｚが主要な成分となるが、これらの振動数は人体の振動感覚も敏感であることから、これらの振動成分を抑制したいと考えている。

本発明によれば、防振溝形成の場合の様に、大深度の掘削や土留および開口部閉塞を必要とせず、また工事終了時の埋戻しや土留撤去を必要としないので工事仮設のコストが多大とならず、また、防振壁の形成のように、壁体の施工や撤去に多大のコストを必要とせず、地盤構造の改変をきたし、周辺地盤に傾斜等の影響を与えることがなく、確実に工事振動を低減できるとの優れた効果を奏する。

本発明の概略構成を説明する説明図である。 本発明の構成を説明する実施例（１）である。 本発明の構成を説明する実施例（２）である。 本発明の構成を説明する実施例（３）である。 制御する対象振動数、バネ定数、質量との関係を説明するグラフである。 制御対象振動数が４．８Ｈｚのときのバネ定数、質量との関係を説明するグラフ及び制御対象振動数が８．４Ｈｚのときのバネ定数、質量との関係を説明するグラフである。 制御対象振動数が４．８Ｈｚのときの振動低減結果を説明するグラフである。 制御対象振動数が８．４Ｈｚのときの振動低減結果を説明するグラフである。

図１に本発明による地盤振動低減装置の概略構成説明図を示す。
図において、符号２は、地盤１中に埋設され、支持地盤１１上に設けられる架台を示す。

該架台２は、高剛性を有して形成され、例えば、支持地盤１１でもある既存の自然岩盤、あるいは人工的に形成された基礎構造体、または打設された複数の基礎杭５の上端部がコンクリート製若しくは鋼製などの床版６と剛結して形成された有脚式構造物などで構成される。

そして、該架台２上には防振体３が設置され、該防振体３上には重量が変更可能とされた質量体４・・・が載置される。

本発明は、振動低減装置における防振体３の弾性係数と質量体４の重量を調整して、工事により生じる地盤の振動と質量体４を共振させることによって、工事振動（入力振動）のエネルギの一部を運動エネルギに変換し消散させることで、地盤を伝搬する振動を低減するものである。

図２に本発明の実施例の側面図を示す。
図２を参照して説明すると、基礎杭５は、Ｈ形鋼からなる鋼製杭で構成され、例えば振動が発生している工場敷地内において地盤振動箇所の近傍領域に圧入されて敷設される。該基礎杭５は、広幅規格１００×１００以上、Ｌ＝１ｍ以上が好ましい。基礎杭は鋼製杭（形鋼や鋼管）やＰＣ杭でも良い。

図において、建設工事現場などの振動源と本発明の地盤振動低減装置との間の距離を略５ｍ程度と想定してある。工事の敷地境界付近で重機作業することがあり、この場合に近接民家等へ最も振動影響を与えるので、このような状態を想定し、振動源と本発明の地盤振動低減装置との距離を略５ｍ程度と想定している。

また、前記基礎杭５は１本だけではなく複数本圧入される。図２および図３（図４）で説明すると、幅方向には所定の間隔をあけて３本、長さ方向には所定の間隔をあけて５本、よって合計１５本程度圧入敷設される。

次に、符号６は、鋼製或いはコンクリート製の高剛性の床版を示す。該床版６は、直方体板状をなし、地盤内に圧入敷設された複数本の基礎杭５・・・の上端面と連結され、その表面が地盤１の表面と略面一状態にして、いわゆる高剛性架台２として設置されるものとなる。この高剛性架台２を構成する床版６は、後述する質量体４の共振時に充分な反力を得ることを目的に表層地盤に設置されるため、一般的な表層地盤のヤング係数７×１０^５（Ｎ／ｍ^２）に比べて充分に硬い、コンクリート（２．１×１０^１０Ｎ／ｍ^２）や鋼材（２．１×１０^１１Ｎ／ｍ^２）などによって形成されている。

次に、符号３は、防振体であり、例えば防振ゴムや防振バネなどで構成される。そして、該防振体３は、後述する質量体４を制御すべき地盤振動と同様の振動数で共振させるために最適なバネ定数が設定される。減衰定数は０．０１程度とする。

符号４は、質量体を示し、該質量体４は、高剛性架台２と同様に鋼製或いはコンクリート製で直方体板状をなして構成されている。そして、該質量体４の質量調整、すなわち重量調整は、複数枚の質量体４を複数枚積層して重量調整することが考えられる。すなわち、質量体４は、いわゆる制御加振力を適宜調整可能とするために単板からなる質量体４を複数枚積層して重量調整するのである。なお、質量体４の大きさ（延長：ｌ、幅：ｗ、厚さ：ｔ）は制御対象の地盤振動数に合わせ適宜設計できる様に構成してある。なお、図３は質量体４を１枚載荷した例である。また、図４は質量体４を複数枚載荷した例であり、このように重量調整が可能である。

ただし、延長：ｌについては、地盤を伝搬する波動の屈性や回折による影響を極力回避する必要のあることから建設重機等の幅の２倍以上の長さが必要とされる。また、質量体４は高剛性かつ高密度の材質が望ましく、コンクリート（ヤング係数 ２．１×１０^１０Ｎ／ｍ^２、密度 ２３００Ｋｇ／ｍ^３）や鋼材（ヤング係数 ２．１×１０^１１Ｎ／ｍ^２、密度７８００Ｋｇ／ｍ^３）などによって形成するのが好ましい。 なお、防振体３の上に鋼製の平板等を設置し、これに建設重機等を載荷してこれを質量体４としても良いし、鋼製或いはコンクリート製で直方体板状でなく、鋼製の枡を防振体３上に設置してこれに土砂等を入れて質量体４としても良い。

ここで、地盤振動と共振するよう前記地盤振動低減装置の振動数を調整する操作につき説明する。

まず、現地の測定によって制御対象とされている地盤で発生している建設工事振動の振動数ｆ_１を明らかにする。そして、前記ｆ_１で質量体４を共振（固有振動数ｆ_０=ｆ_１）させるように前記質量体４の質量Ｍ、バネ定数Ｋを決定する。

さらに、前記地盤振動低減装置の設置位置を決定する。すなわち、地盤振動低減装置は工事振動の影響を軽減したい住宅等に近接する工事用地境界付近に設置するものとなる。

既に説明したが、複数本の基礎杭５・・・を地中に圧入敷設し、支持地盤１１上に設ける。次いで、その上に高剛性の床版６を基礎杭５・・・・の上端面と連結して地表面に設置し、もって高剛性架台２を形成する。

上記のように設置した高剛性架台２上に固有振動数ｆ_０になるよう調整した防振体３と質量体４を設置する。

図５はバネ定数と質量の関係を示したものである。

ここで、振動数ｆ_０=ｆ_１とするための、防振体３のバネ定数の選択と質量体４の重量調整には、

の数式が使用される。上記の数式において、Ｋはバネ定数（Ｎ／ｍ）、Ｍは質量体４の質量（ｋｇ）である。

上記数式で例えば、振動数ｆ_０が４．８Ｈｚの場合には、上記の式から図６の表１の数値が導き出される。すなわち、質量体４の質量が１，１５０ｋｇのとき、すなわち、質量体４が１枚のときには、バネ定数が４３，５４０Ｎ／ｍの防振体３が使用されるのである。また、質量体４の重量が５，７５０ｋｇのとき、すなわち質量体４の枚数が５枚のときには、バネ定数が２１７，７００Ｎ／ｍの防振体３が使用されるのである。

ここで、質量体４を１枚にしたときと５枚にしたときでは、同じ固有振動数であっても、５枚の方が振動をより減衰させ、また広い領域で減衰するものと思料される。なお、振動数ｆ_０が８．４Ｈｚの場合には、上記の式から図６の表２の数値が導き出されるものとなる。

そして、本発明による地盤振動低減装置を使用することにより、図７と図８に示す様な結果が確認された。

すなわち、地盤振動低減装置設置箇所背後の地表面において加振振動数が４．８Ｈｚのときには、３乃至６ｄＢ、８．４Ｈｚでは最大で１０ｄＢ程度の効果が確認されたのである。

本発明により、建設工事で問題となりやすいバックホウ０．７ｍ^３級やダンプトラックの走行時の４Ｈｚから１０Ｈｚの主要な振動成分を制御することで、人体が振動を感じる限界値と言われる５５ｄＢ〜６０ｄＢ程度まで、振動を低減することが可能となった。

本発明は、バックホウの走行、掘削作業による振動の抑制、工事現場におけるダンプトラックの走行による振動の抑制、定置式空気圧縮機や発電機等による振動の抑制などに適用されるものである。

１ 地盤
２ 架台
３ 防振体
４ 質量体
５ 基礎杭
６ 床版
１１ 支持地盤

Claims (5)

1. 地盤振動低減装置を設置して振動が発生している地盤の振動を低減する地盤振動低減工法であり、
   前記地盤振動低減装置は、
   地盤中に埋設され、支持地盤上に設けられる架台と、該架台上に設置される防振体と、前記防振体上に載置され、重量が変更可能とされた質量体とを有して構成され、
   前記質量体の重量と前記防振体のバネ定数とを調整して、前記振動が発生している地盤領域における制御対象振動の振動数と共振する振動数を有する地盤振動低減装置とし、
   前記振動が発生している地盤領域における制御対象振動の振動数と共振する振動数を有する地盤振動低減装置の形成は、
   重量変更した質量体ごとに共振振動数が得られるよう算出したバネ定数を有する複数の防振体と、その上に載置される重量の異なる複数の質量体との組み合わせを複数形成し、前記複数の組み合わせの中から、重量の重い質量体と、重量の重い重量体で算出された前記バネ定数を有する防振体とを選択する、
   ことを特徴とした地盤振動低減工法。
   
2. 前記架台は、高剛性を有し、既存の自然岩盤、人工的基礎構造体、または打設された基礎杭の上端部がコンクリート製若しくは鋼製の床版と剛結して形成された有脚式構造物である、
   ことを特徴とする請求項１記載の地盤振動低減工法。
   
3. 前記防振体は、バネ部材及び／又は減衰体で構成された、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の地盤振動低減工法。
   
4. 前記質量体は、前記架台と略同等の大きさからなる板状をなす鋼製若しくはコンクリート製で構成され、複数枚の質量体を積層することにより質量体の重量を変更可能にした、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の地盤振動低減工法。
   
5. 前記地盤振動低減装置は、振動が発生する地盤領域から４．５ｍ乃至５．５ｍ離れた位置に設置される、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の地盤振動低減工法。
   

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