JP7200045B2 - 振動低減構造体、振動低減方法、封入体 - Google Patents

Description

本発明は、振動低減構造体及び振動低減方法、並びに、封入体に関する。

工事現場において重機が走行すると、振動が生じる。この振動が近隣の住宅等へ伝わらないよう振動を低減することが求められている。従来、列車や自動車の通行によって生じる振動を吸収することを目的として、ポリビニルアルコールと架橋剤とを含む高分子水溶液を直接地盤内に注入する、又は土砂と混合処理することが知られている（特許文献１）。これによって、柔軟性が大きく振動吸収性に優れる地盤改良を行うことができる。

特開２００２－３７１２７８号公報

しかしながら、上記の方法は対象地盤の遮水性や変形歪みをも考慮して地盤を恒久的に改質するものであるため、一時的な工事現場での振動低減用途に適しているとはいえない。本発明は、対象地盤において簡易に構築することができ、且つ、使用後に撤去することが容易な振動低減構造体、及び、それを用いた振動低減方法を提供することを目的とする。また、本発明は当該振動低減構造体の構築に適した封入体を提供することを目的とする。

本発明は、ポリビニルアルコール、架橋剤、及び、土を混合した混合物を不透水性の袋に封入した封入体から構成された混合土層と、混合土層の上に敷設された金属板層と、を備える振動低減構造体を提供する。

また、本発明はポリビニルアルコール、架橋剤、及び、土を混合した混合物を不透水性の袋に封入した封入体から構成された混合土層を対象地盤上に設け、混合土層の上に金属板層を敷設する、振動低減方法を提供する。この施工例として、混合物を封入する前の袋を対象地盤に敷設した後に、袋内に混合物を封入して混合土層を設ける方法を採用してもよい。

本発明において、ポリビニルアルコールと架橋剤と土との混合物は、固化すると靭性が高く振動を吸収しやすい構造体となり、地耐力も高いものとなる。これが不透水性の袋に封入されていることで、乾燥が防止されてその効果が持続する。本発明は、この構造体が封入された封入体から構成される混合土層の上に金属板層が敷設されることで、重機が走行するのに適したものとなっている。また、封入体は袋構造であってポリビニルアルコール等が対象地盤と混合されていないので、重機が走行する必要がなくなった後は容易に撤去することができる。従って、本発明の振動低減構造体は、対象地盤において簡易に構築することができ、且つ、使用後に撤去することが容易である。

本発明において、ポリビニルアルコール及び架橋剤と、土との混合比が重量基準で１：５～１：４０であることが好ましい。

また、本発明は、ポリビニルアルコール、架橋剤、及び、土を混合した混合物を、不透水性の袋に封入した、封入体を提供する。この封入体は、上記振動低減構造体を構成するのに適している。

本発明によれば、対象地盤において簡易に構築することができ、且つ、使用後に撤去することが容易な振動低減構造体、及び、それを用いた振動低減方法を提供することができる。また、本発明によれば、当該振動低減構造体の構築に適した封入体を提供することができる。

対象地盤に本実施形態の振動低減構造体を適用した場合の側断面図である。 （Ａ）は、封入体を敷き詰めて混合土層を形成した状態を示す斜視図である。（Ｂ）は、本実施形態の振動低減構造体の斜視図である。 袋の斜視図である。 一軸圧縮試験の結果を示す図である。 走行試験の結果を示す図である。 走行試験の結果を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（振動低減構造体）
本実施形態の振動低減構造体は、工事現場において重機が走行する際に生じる振動が近隣地域へ伝わりにくいように、振動を低減するものである。ここで、「重機」とはクレーン、バックホウ、振動ローラー等の大型特殊自動車を指している。また、「振動を低減する」とは、振動の発生源において振動を吸収する構造を構築して、地盤を伝播する振動を小さく抑えることを意味している。

図１及び図２に示されているとおり、本実施形態の振動低減構造体１は、混合土層２と、その上に敷設された金属板層３とを備えている。振動低減構造体１は、重機が走行することが予定されている対象地盤４上に設けられる。このとき、対象地盤４上に振動低減構造体１を直接設けてもよく、図１に示されているとおり対象地盤４上に砂利層５を敷設したうえで、砂利層５の上に振動低減構造体１を設けてもよい。砂利の種類は特に限定されず、例えば粒径が１ｍｍ～４０ｍｍのものを用いることができる。

混合土層２は、複数の封入体２１が水平方向に敷き詰められて構成されている。典型的には、図２（Ａ）に示されているとおり、重機の走行方向と車幅方向との二方向に広がるように複数の封入体２１が敷き詰められることで混合土層２が形成されている。混合土層２の厚さは５ｃｍ以上であることが好ましく、１５ｃｍ以上であることがより好ましい。

金属板層３は、金属製の板から成っており、ここでは敷鉄板３１である。敷鉄板３１は鉄製であり、厚さは１０ｃｍ～２５ｃｍである。図２（Ｂ）に示されているとおり、敷鉄板３１は混合土層２の上面を覆うようにして複数枚が敷設されている。重機は金属板層３の上を走行する。

封入体２１は、ポリビニルアルコール、架橋剤、及び、土を混合した混合物を不透水性の袋６（図３）に封入して成るものである。袋６は、不透水性のものであり、例えば樹脂からなる。袋６は遮光性が高いものであることが好ましい。袋６は、敷き詰める都合上、及び、上面の水平性を保ちやすくする都合上、例えば図３に示されているような、混合物の収容部分が略直方体の形状をしていることが好ましい。図３に示されている袋６は平面視略長方形であって、側面視の高さとしては、混合物を封入した場合に５ｃｍ以上であることが好ましい。

袋６の口部６１は、混合物を袋６内に流し入れる都合上、及び、袋６を敷き詰める都合上、敷き詰めたときに上面となる面に設けられていることが好ましい。口部６１は、閉じやすくする観点から、所定の長さを有する管状を成していることが好ましい。

袋６の口部６１は、上記混合物を流し入れた後には閉じられることが好ましい。口部６１を閉じる方法としては、結ぶ、紐で縛る、テープを用いて留めるなど、様々な態様を採用することができる。図２（Ａ）では、口部６１をテープで留めた様子を描いている。なお、混合物を流し入れた後にこれが固化すると袋６内から内容物が流出する虞がなくなるため、必ずしも口部６１を閉じる必要はない。

また、袋６は、振動低減構造体１を撤去する際に封入体２１を持ち上げやすくするために、持ち手が取り付けられていてもよい。例えば、クレーンで持ち上げることを考慮して、クレーンのフックで直接持ち上げられるように、袋６の側面に環状の持ち手が取り付けられていてもよい。

袋６に封入されている当該混合物は、ポリビニルアルコール、架橋剤、及び土が均一に混合されたあとに固化したものである（以下、これを「固化体」と呼ぶ）。土の種類は限定されず、例えば工事現場で発生した土を用いることができる。固化体は、一軸圧縮試験（ＪＩＳ Ａ １２１６：２００９に準拠して測定）において耐えられる圧縮応力σが１５０ｋＮ／ｍ^２以上であることが好ましく、１８０ｋＮ／ｍ^２以上であることがより好ましく、２００ｋＮ／ｍ^２以上であることが更に好ましく、２２０ｋＮ／ｍ^２以上であることが特に好ましい。また、同試験においては、圧縮ひずみεは、５％に耐えることが好ましく、１０％に耐えることがより好ましく、１５％に耐えることが更に好ましく、１８％に耐えることが特に好ましい。

固化体は、高い靭性を有するとともに、弾力性のあるゴム状となっている。このため、振動の発生源から直接届いた振動を吸収することができる。

上記混合物において、ポリビニルアルコール及び架橋剤と、土との混合比は重量基準で１：５～１：４０であることが好ましく、１：１０～１：３５であることがより好ましく、１：１５～１：３０であることが更に好ましく、１：２２～１：２５であることが特に好ましい。

ポリビニルアルコールと架橋剤との混合比は、重量基準でポリビニルアルコール中のポリビニルアルコール単位と架橋剤中の反応点との有効成分比が、１：０．１～１：２０であることが好ましく、１：１～１：１０であることがより好ましく、１：３～１：５であることが更に好ましい。ポリビニルアルコールと架橋剤との混合比を調整することで、固化体が有する固有周波数を調整することができる。

架橋剤としては、ポリビニルアルコールと反応する反応点を分子中に２以上有する化合物であることが好ましい。なかでも、分子中に２以上のメチロール基を有する化合物であることが好ましく、メチロールメラミンが好ましい。ジメチロールメラミン、トリメチロールメラミンのいずれであってもよい。

混合物の成分として、他の成分が添加されていてもよい。例えば、ｐＨ調整剤として乳酸等の酸が添加されていてもよい。ｐＨを５以下とすることによって、ポリビニルアルコールと架橋剤との反応が促進され、ゲル化が進みやすくなる。

（振動低減構造体の構築方法）
振動低減構造体１は、次のようにして構築することができる。始めに、対象地盤４の上に、必要に応じて砂利を敷設して砂利層５を形成する。対象地盤４の上、又は砂利層５の上に、混合土層２を形成する。混合土層２の形成方法は以下のとおりである。

始めに、ポリビニルアルコールと架橋剤とを混合し、ゲル化が始まるまで撹拌する。ポリビニルアルコールと架橋剤は、それぞれあらかじめ水溶液としたうえで混合してもよい。混合する際、ｐＨを酸性にするためにｐＨ調整剤を添加してもよい。例えば乳酸を適量添加してｐＨを４程度に調整することが好ましい。ゲル化が始まったら、これに土を混合して撹拌する。混合物が流動性を有しているうちに、混合物を袋６に入れる。このとき、対象地盤４又は砂利層５の上に空の袋６を敷き詰めた後に袋６内に混合物を封入してもよく、別の場所で袋６内に混合物を封入した後に封入体２１を対象地盤４又は砂利層５の上に運んで敷き詰めてもよい。なお、ここで「ゲル化」とは、流動性が高いものが流動性を失い最終的に固化してゆく過程を指している。

封入体２１の内部の混合物は、封入した当初はゲル化が始まった状態で流動性があるが、養生期間を経て固化し、固化体となる。混合物が完全に固化した後、又は、固化が進行中のときに、混合土層２の上に敷鉄板３１を敷き詰めて金属板層３を形成することで、振動低減構造体１が完成する。混合物は、重機が走行するまでに固化体となっていればよい。なお、振動低減構造体１の撤去は、敷鉄板３１と封入体２１とを順に撤去することで達成される。

（効果）
以上に説明した振動低減構造体１及び振動低減方法では、ポリビニルアルコールと架橋剤と土との混合物が固化すると、靭性が高いながらも弾力性がある構造体となる。この構造体は、振動を吸収しやすく、地耐力も高い。従って、重機の走行によって生じる振動を低減することができ、周辺環境へ伝播する振動を小さくすることができる。また、本実施形態の振動低減構造体１及び振動低減方法は、対象地盤４を直接固化するものではないので、対象地盤４が恒久的に改質されることがなく、環境保全に優れている。そして、封入体２１や敷鉄板３１は、敷設及び撤去が比較的容易である。すなわち、本実施形態の振動低減構造体１及び振動低減方法は、対象地盤４において簡易に構築することができ、且つ、使用後に撤去することが容易である。

また、混合物及びこれが固化した固化体は、不透水性の袋に封入されていることで、乾燥が防止されてその振動低減効果が持続する。

また、固化体は振動を低減する効果があるとはいえ、固化体が有する固有周波数付近では、振動が増幅されて振動が大きくなる傾向がある。しかしながら、上記のとおりポリビニルアルコールと架橋剤との混合比を調整することで固化体が有する固有周波数を調整することができるので、低減したい振動の周波数と固化体の固有周波数とが重複しないように、ポリビニルアルコールと架橋剤との混合比を調整して対応することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

（比較例１）
以下の手順に従って、幅３．５ｍ×長さ１０ｍの走行路を構築した。対象地盤に対し、砂利を高さ２０ｃｍとなるように敷設し、砂利層を形成した。砂利層上の幅３ｍ×長さ１０ｍの敷地内に、広さ３５０ｃｍ×１０００ｃｍ、厚さが１０ｃｍである敷鉄板を敷設した。

敷鉄板の上を、クレーン（接地圧４７ｋＰａ）、バックホウ（接地圧３６ｋＰａ）、振動ローラーで走行した。走行する車両の幅方向の中心位置から側方へ２．５ｍ離れた位置（砂利が敷設されていない領域にあたる。）で振動を計測した。測定対象周波数は１Ｈｚ～１００Ｈｚとし、振動レベル（ｄＢ）を測定した。

（比較例２）
以下の手順に従って、幅３．５ｍ×長さ１０ｍの走行路を構築した。対象地盤に対し、砂利を高さ２０ｃｍとなるように敷設し、砂利層を形成した。砂利層上の幅３．５ｍ×長さ１０ｍの敷地内に、発泡ウレタンエラストマーを敷き詰め、その上に更に、敷鉄板を敷設した。

比較例１と同様に、敷鉄板の上を、クレーン、バックホウ、振動ローラーで走行し、それぞれ振動レベルを計測した。

（実施例１）
以下の手順に従って、幅３．５ｍ×長さ１０ｍの走行路を構築した。対象地盤に対し、砂利を高さ２０ｃｍとなるように敷設し、砂利層を形成した。砂利層上の幅３．５ｍ×長さ１０ｍの敷地内に、底面が２５０ｃｍ×５０ｃｍ、高さが１０ｃｍである不透水性のポリエチレン袋（図３に示した形状の袋）を隙間なく敷き詰めた。

表１に示した配合に従って、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の１０％水溶液を更に希釈した水溶液と、架橋剤としてのジメチロールメラミン水溶液と、薬剤と、ｐＨ調整剤としての乳酸とを混合撹拌し、ｐＨを４にした。３時間後、これらのゲル化が始まったことを確認し、土としての山砂を混合撹拌した。その後、当該混合物をそれぞれのポリエチレン袋内に注入し、袋の口をテープで留めた。混合物を１日間養生し、固化させた。その後、その上に敷鉄板を敷設した。

また、同様の配合にて、ＪＩＳ Ａ １２１６：２００９に準拠した一軸圧縮試験を行うための供試体を作製し、一軸圧縮試験を行った。

比較例１と同様に、敷鉄板の上を、クレーン、バックホウ、振動ローラーで走行し、それぞれ振動レベルを計測した。その後、構築した振動低減構造体を一か月間環境暴露させた後にも同様の走行試験を行った。

一軸圧縮試験の結果を図４に示す。この結果から、実施例１における固化体は圧縮ひずみが１８％でも破壊せず、２００ｋＮ／ｍ^２以上の圧縮応力にも耐えられることが分かる。

比較例１及び２、並びに実施例１について、各周波数における振動レベルを図５に示した。また、実施例１について、一か月後に測定した振動レベルを併せて図６に示した。各図において、「無対策」は比較例１を示し、「発泡樹脂」は比較例２を示し、「ＰＶＡ混合土」は実施例１を示している。これらの結果から、実施例１の構成によって振動レベルを低減することができていることが分かり、且つ、その効果は一か月間の環境暴露後にもある程度持続していることが分かる。

本発明は、重機の走行によって発生する振動を低減することに利用することができる。

１…振動低減構造体、２…混合土層、３…金属板層、４…対象地盤、５…砂利層、６…袋、２１…封入体、３１…敷鉄板、６１…口部。

Claims (5)

1. 重機の走行によって生じる地盤の振動を低減する振動低減構造体であって、
   ポリビニルアルコール、架橋剤、及び、土を混合した混合物を不透水性の袋に封入した封入体から構成され対象地盤上に設けられた混合土層と、
   前記混合土層の上に敷設された金属板層と、を備える、振動低減構造体。
2. 前記ポリビニルアルコール及び前記架橋剤と、前記土との混合比が重量基準で１：５～１：４０である、請求項１記載の振動低減構造体。
3. 重機の走行によって生じる地盤の振動を低減する振動低減方法であって、
   ポリビニルアルコール、架橋剤、及び、土を混合した混合物を不透水性の袋に封入した封入体から構成された混合土層を対象地盤上に設け、
   前記混合土層の上に金属板層を敷設する、振動低減方法。
4. 前記混合物を封入する前の前記袋を前記対象地盤に敷設した後に、前記袋内に前記混合物を封入して前記混合土層を設ける、請求項３記載の振動低減方法。
5. 前記ポリビニルアルコール及び前記架橋剤と、前記土との混合比が重量基準で１：５～１：４０である、請求項３又は４記載の振動低減方法。

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