(57)【要約】【課題】例えばバラスト軌道やスラブ軌道等の軌道構造、あるいは多径間連続橋その他、３点以上の支点で支持される不静定構造物において、構造物自身に沈下を補正する機能を持たせる。【解決手段】３点以上の支点２で支持される不静定構造物１において、前記支点２の内、沈下が生じ得る支点２に、沈下が生じたときにその沈下分を自動的に補正して支持剛性を維持する機能を有する自動沈下補正装置３を設置する。  自動沈下補正装置３は例えば支点２の沈下量に応じた分、支点２の上昇を許容するか、沈下量に応じた分の空隙を埋める機能を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３点以上の支点で支持される不静定構造物において、前記支点の内、沈下が生じ得る支点に、沈下が生じたときにその沈下分を自動的に補正して支持剛性を維持する機能を有する自動沈下補正装置が設置されていることを特徴とする不静定構造物の支持構造。
【請求項２】
自動沈下補正装置は支点に連結される上部ブロックと、支点下の下部構造に支持され、前記上部ブロックが収納可能な下部ボックスと、前記上部ブロックと前記下部ボックスとの間に介在し、前記上部ブロックを支持する沈下調整装置とを備え、前記沈下調整装置は上向きには前記上部ブロックを拘束することなく上昇を許容し、下向きには前記上部ブロックの降下を阻止する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の不静定構造物の支持構造。
【請求項３】
自動沈下補正装置は支点下の下部構造に直接、または間接的に載置され、その下部構造側に流出孔を有する容器と、この容器内に充填される粒状体、もしくは粉状体とを備え、前記下部構造の沈下に伴い、前記容器が前記下部構造に対して相対的な浮き上がりを生じるときに前記容器内の前記粒状体、もしくは粉状体が前記流出孔から流出して前記容器と前記下部構造との間の空隙を埋め、前記下部構造の沈下分を補正する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の不静定構造物の支持構造。
【請求項４】
下部構造に支持される不静定構造物が容器を兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の不静定構造物の支持構造。
【請求項５】
下部構造に一体となる外郭内に容器が収納され、粒状体、もしくは粉状体は容器と外郭間に生じた空隙を埋めることを特徴とする請求項３、もしくは請求項４に記載の不静定構造物の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えばバラスト軌道やスラブ軌道等の軌道構造、あるいは多径間連続橋その他、３点以上の支点で支持される不静定構造物において、各支点の少なくともいずれかに沈下が生じたときにその沈下分を補正する機能を持たせた不静定構造物の支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軌道構造のレールや多径間連続橋の橋桁等、３点以上の支点で支持される不静定構造物では、中間支点が何らかの原因で沈下したときに各支点が分担すべき荷重の比率が変化する。中間支点の負担率の低下によりその近傍の支点の負担率が大きくなり、それに起因してその支点が沈下し易くなるため、一旦、中間支点に沈下が生ずると、沈下が連鎖的に起こり、不同沈下が起こり易くなる。
【０００３】
特に軌道構造の場合には長いレールをまくらぎやスラブが支持する構造であることから、全まくらぎ等の水準（レベル）と支持剛性を完全に揃えることは実質的に不可能であるため、これらのばらつきによる不同沈下、すなわち軌道狂いが生じることは避けられない。またレールの継ぎ目部においては、衝撃荷重が作用する上、レールの曲げ剛性が低下し易い部分であるため、道床や路盤の沈下がその他の区間より発生し易く、軌道狂いを起し易い。
【０００４】
構造物に不同沈下が生じた場合にはジャッキアップによってレベルを復元させる方法が一般的であるが（特許文献１、２参照）、構造物の基礎の底面等、上部構造と下部構造の境界まで地盤を掘削した上で、ジャッキを設置しなければならないため、作業が大掛かりになり、工費の高騰と工期の長期化を招く。
【０００５】
これに対し、構造物の下に、粒形物を充填した複数個のジャッキを設置しておき、沈下量の大きい箇所に合わせて沈下量の小さい箇所のジャッキから粒形物を抜き、この箇所をジャッキダウンさせることにより不同沈下を修正する方法がある（特許文献３参照）。この他、構造物の下の地盤中に中空柱状体を埋設しておき、不同沈下の発生時に中空柱状体の内部に非圧縮性流体を充填させ、中空柱状体を膨張させることにより沈下した部分を上昇させる方法（特許文献４参照）がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３０２７２３号公報（請求項１、段落００１３、００１７〜００２５、図１〜図３）
【特許文献２】特開平９−２７３１７１号公報（請求項１、段落０００９〜００１９、図２、図６）
【特許文献３】特開平５−０７１１３５号公報（請求項１、段落００１２〜００１７、図１、図２）
【特許文献４】特開２００４−２１８２０１号公報（請求項１、段落００１２〜００２２、図１〜図３、図８、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３の方法では沈下量の大きい箇所に合わせて沈下量の小さい箇所をジャッキダウンさせるため、不同沈下を均すことにしかならず、沈下を生じた箇所を個別に修正することはできない。
【０００８】
特許文献４の方法では中空柱状体内への非圧縮性流体の充填によって沈下量分を上昇させるため、沈下を修正することはできる。しかしながら、中空柱状体内への非圧縮性流体の充填が沈下の検知に基づいて行われるため、非圧縮性流体の充填を能動的に制御しなければならず、検知手段を必要とすることと併せ、システムが複雑化する。
【０００９】
本発明は上記背景より、構造物自身が沈下を補正する機能を持つ不静定構造物の支持構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明の不静定構造物の支持構造は、３点以上の支点で支持される不静定構造物において、前記支点の内、沈下が生じ得る支点に、沈下が生じたときにその沈下分を自動的に補正して支持剛性を維持する機能を有する自動沈下補正装置が設置されていることを構成要件とする。
【００１１】
３点以上の支点の内、沈下が生じ得る支点に、沈下が生じたときにその沈下分を自動的に補正して支持剛性を維持する機能を有する自動沈下補正装置が設置されることで、中間支点が何らかの原因で沈下したときにもそれ以上の沈下が阻止されるため、各支点が分担すべき荷重の比率が変化することがないか、変化の程度が軽減される。この結果、その他の支点の負担率が上昇することがなくなり、その支点が沈下する事態が回避され、沈下の連鎖の発生がなくなる。
【００１２】
軌道構造の場合には全まくらぎ等の水準（レベル）と支持剛性のばらつきによる不同沈下が発生したとき、上記と同様に沈下を生じた支点において自動沈下補正装置がそれ以上の沈下を阻止することで、実質的に支点の沈下が防止されるため、不同沈下の発生が回避され、それに伴う軌道狂いの発生も回避される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の支持構造における自動沈下補正装置が支点に連結される上部ブロックと、支点下の下部構造に支持され、前記上部ブロックが収納可能な下部ボックスと、前記上部ブロックと前記下部ボックスとの間に介在し、前記上部ブロックを支持する沈下調整装置とを備え、前記沈下調整装置が上向きには前記上部ブロックを拘束することなく上昇を許容し、下向きには前記上部ブロックの降下を阻止する機能を有することを構成要件とする。請求項２における沈下調整装置は上部ブロックの上昇を許容し、降下を阻止する機能を持てば構成は問われない。
【００１４】
自動沈下補正装置３が上部ブロック３４と下部ボックス３５に分割されていることで、図３−（ａ）に示すように、ある自動沈下補正装置３付きのまくらぎ６に著大な荷重が作用してそのまくらぎ６が沈下し、レール５に変形が生じたとき、上部ブロック３４が降下し、それに押されて下部ボックス３５が道床（バラスト）７中に押し込まれる。列車の通過後には（ｂ）に示すようにレール５は弾性回復し、それに伴い、レール５に締結されている上部ブロック３４は上昇し、上部ブロック３４上面及びレール５レベルが沈下前の正規の位置を保持し、荷重支持剛性の低下が防止される。
【００１５】
上部ブロック３４が上昇しようとするとき、下部ボックス３５は自重等により道床７中に埋め込まれた状態を保つが、自動沈下補正装置３が上向きには上部ブロック３４を拘束することなく上昇を許容する機能を有することで、図３−（ｂ）に示すように自動沈下補正装置３は鉛直方向に伸長等することにより上部ブロック３４をレール５の弾性回復に自由に追従させる。
【００１６】
下部ボックス３５が道床７中に押し込まれたとき（図３−（ｂ））、下部ボックス３５周囲の、道床７を構成する砕石は周辺に回り込むが、下部ボックス３５はその回り込み、圧密された砕石中に自重で埋め込まれた状態を維持することで、砕石に拘束され、砕石中で安定性を確保する。一方、自動沈下補正装置３は下向きには上部ブロック３４の降下を阻止することで、上部ブロック３４を上昇させた状態を維持するため、上部ブロック３４に連結されたレール５の沈下が阻止され、上部ブロック３４上面及びレール５レベルが沈下前の正規の位置を保持する。
【００１７】
この状態では、自動沈下補正装置３は下向きには上部ブロック３４の降下を阻止する機能を発揮し続けるため、その後に下部ボックス３５に作用する鉛直下向きの荷重によって沈下を生ずることなく、その荷重を道床７に確実に伝達する機能を発揮し、レール５と道床７との間で再度の著大な荷重による更なる降下に対して安定する。
【００１８】
砕石が下部ボックス３５周囲に回り込んだ後の道床７とレール５との間で自動沈下補正装置３が再度の荷重による降下に対して安定することで、まくらぎ６に再度著大な荷重が作用しても図３−（ｃ）に示すように上部ブロック３４の降下（沈下）が阻止されるため、まくらぎ６の上面の絶対的な高さに変動は生じず、レール５に変形は生じない。また自動沈下補正装置３が道床７とレール５間で安定することで、上部ブロック３４がレール５から吊り下げられた状態になることがなくなるため、浮きまくらぎの発生が確実に防止され、浮きまくらぎの発生に伴う軌道狂いと、噴泥の発生が回避される。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の支持構造における自動沈下補正装置が支点下の下部構造に直接、または間接的に載置され、その下部構造側に流出孔を有する容器と、この容器内に充填される粒状体、もしくは粉状体とを備え、前記下部構造の沈下に伴い、前記容器が前記下部構造に対して相対的な浮き上がりを生じるときに前記容器内の前記粒状体、もしくは粉状体が前記流出孔から流出して前記容器と前記下部構造との間の空隙を埋め、前記下部構造の沈下分を補正する機能を有することを構成要件とする。
【００２０】
請求項３では支点の内、沈下が生じ得る支点に、沈下が生じたときにその沈下量に応じた分の空隙を埋め、その沈下分を自動的に補正して支持剛性を維持する機能を有する自動沈下補正装置が設置されることで、中間支点が何らかの原因で沈下したときにもそれ以上の沈下が阻止されるため、各支点が分担すべき荷重の比率が変化することがないか、変化の程度が軽減される。この結果、その他の支点の負担率が上昇することがなくなり、その支点が沈下する事態が回避され、沈下の連鎖の発生がなくなる。
【００２１】
軌道構造の場合には全まくらぎ等の水準（レベル）と支持剛性のばらつきによる不同沈下が発生したとき、上記と同様に沈下を生じた支点において自動沈下補正装置がそれ以上の沈下を阻止することで、実質的に支点の沈下が防止されるため、不同沈下の発生が回避され、それに伴う軌道狂いの発生も回避される。
【００２２】
請求項３における自動沈下補正装置は沈下を生じた下部構造と容器との間の空隙を埋める機能を持てば構成は問われない。但し、下部構造が容器から流出した粒状体、もしくは粉状体を支持する能力を持たない場合には、請求項５に記載のように容器は下部構造に一体となる外郭内に収納され、粒状体、もしくは粉状体は容器と外郭間に生じた空隙を埋めることになる。
【００２３】
請求項３では容器が下部構造に直接、または間接的に載置されることで、下部構造に沈下が生じたときには容器は下部構造に対して相対的に浮き上がり可能な状態にある。この状態で、流出孔を有する容器内に粒状体、もしくは粉状体（以下、粒状体等と言う）が充填されていることで、下部構造に沈下が発生すると同時に、容器内の粒状体等が流出孔から容器外へ流出し、容器と下部構造との間、もしくは外郭との間の空隙を埋めることになる。
【００２４】
粒状体等は下部構造の沈下の速度に合わせ、流出孔から徐々に流出するが、沈下速度が速ければその速度に合わせた速度で流出する等、流出速度は粒状体等の粒径や形状と流出孔の大きさや形状の関係を調整することで自由に設定される。
【００２５】
粒状体等の内、粒状体としては具体的には砂、または金属球、あるいはセラミック球が使用される。
【００２６】
砂は安価であり、適用範囲が広いことが最大の特徴と言える。粒径にばらつきがあるために、高精度での流出速度（応答速度）の調整が利かない可能性があるものの、選別して使用することでこの問題は解消される。粒子間に水が浸入した場合にも水の粘性の影響により調整が利かなくなる可能性があるが、容器に止水処理を施すことでこの問題も回避することが可能である。
【００２７】
金属球も比較的安価である上、粒径を揃えることができるために高精度での流出速度の調整が可能である利点がある。水の浸入があっても比重の関係から粘性の影響をほとんど受けずに、流出孔からの円滑な流出を生じさせることが可能である。只、ステンレス球を使用しても、水や塩分の存在下では錆や腐食の問題が避けられないため、止水処理を施すことが適切である。
【００２８】
セラミック球は金属球より高価になるものの、素材の性質から粒径のばらつきと水の影響による調整困難の問題、及び水や塩分の存在による錆や腐食の問題が伴わないため、止水処理の必要も、メインテナンスの必要もない。また高精度での流出速度の調整が可能である上、当初の品質が永続的に維持される利点を有する。
【００２９】
金属球とセラミック球の場合には、粒径を揃え、高精度での流出速度の調整が可能であることで、応答速度、すなわち下部構造に沈下が生じたときから、粒状体が下部構造と容器の底面との間の空隙を埋め、容器の降下を阻止するまでの時間を自由に制御することが可能である。
【００３０】
粒状体等は不静定構造物の荷重を負担するのに十分な圧縮強度を有し、多量に集合することで、容器外への流出時には流体として挙動し、容器と下部構造との間に生ずる、沈下量に応じた空隙を隙間なく埋める。粒状体等が容器と下部構造との間の空隙を埋めた状態では圧縮強度を発揮することで、容器、すなわち不静定構造物の沈下を阻止しようとし、容器と不静定構造物を沈下前の原位置に留めようとする。
【００３１】
粒状体等は下部構造の沈下の速度と沈下量に応じて自由に容器から流出できるため、下部構造の沈下量に関係なく容器の実質的な沈下が防止、あるいは抑制される。粒状体等が一旦容器外に流出した後には、容器の底面と下部構造との間で圧縮され、逆流することがないため、下部構造が沈下して静止したときには容器は粒状体等によって安定性を確保する。
【００３２】
下部構造上に位置する不静定構造物は容器上に載置される形で容器に支持され、容器を介して下部構造に支持されるが、下部構造の沈下に拘らず容器の沈下が防止等されることで、不静定構造物の沈下も防止される。
【００３３】
不静定構造物の沈下が防止されることで、不静定構造物に沈下が生じた場合のようなジャッキアップ作業の必要性は発生しない。また粒状体等が下部構造の沈下と同時に容器外へ流出して容器（不静定構造物）を沈下前の原位置に留めることで、容器（不静定構造物）の沈下を修正するための沈下位置の検出、沈下量の測定、沈下量に応じた充填材の充填等の能動的な制御も一切必要とされない。従って下部構造に沈下が生じても、放置しておくだけで、下部構造の沈下が自動的に補正されることになる。
【００３４】
前記のように不静定構造物は容器を介して下部構造に支持される形になるが、請求項４に記載のように下部構造に支持される不静定構造物が容器を兼ねている場合には、部品としての容器が不要になるため、自動沈下補正装置の構成を簡素化することが可能になる。また容器の高さ分の空間が節減されるため、自動沈下補正装置の高さを最小に抑えることも可能になる。
【００３５】
容器は下部構造上に直接載置されることもあるが、その場合には下部構造に沈下が生じたときに粒状体等の流出量が多くなることもある。このため、容器から流出しきる事態を回避する上では下部構造のある一箇所当たりの容器の配置数を多くする必要もあり得る。
【００３６】
これに対し、請求項５に記載のように下部構造に一体となる外郭内に容器を収納すれば、粒状体等の流出量を抑制することができるため、粒状体等が容器から流出しきる事態を回避することが可能になり、容器の配置数を節減することも可能になる。
【００３７】
請求項５では容器外に流出した粒状体等が外郭内に留まるため、下部構造が地盤である場合のように粒状体等が下部構造から反力を得られず、下部構造内に埋没していくような下部構造に対して請求項５は有効である。容器外に流出した粒状体等が下部構造内に埋没していくような場合には粒状体等が支持能力を発揮する余地がないが、外郭内に留まることで、粒状体等が確実に支持能力を発揮するため、不静定構造物の沈下を阻止することが可能になる。
【００３８】
粒状体等が一旦容器外に流出した後には、下部構造上に直接支持される場合より粒状体等の支持能力が安定している外郭の上面と、容器の底面との間で圧縮された状態になるため、下部構造が沈下したときの粒状体等による容器の安定性が向上する。
【発明の効果】
【００３９】
支点の内、沈下が生じ得る支点に、沈下が生じたときにその沈下分を自動的に補正して支持剛性を維持する機能を有する自動沈下補正装置を支点に設置することで、中間支点が何らかの原因で沈下したときにもそれ以上の沈下を阻止することができ、構造物自身に沈下を補正する機能を持たせることができる。
【００４０】
この結果、各支点が分担すべき荷重の比率が変化することがないか、変化の程度が軽減されるため、その他の支点の負担率が上昇することがなくなり、その支点が沈下する事態が回避され、沈下の連鎖の発生がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００４２】
図１は３点以上の支点２で支持される不静定構造物１において、前記支点２の内、沈下が生じ得る支点２に、沈下が生じたときにその沈下量に応じた分、支点２の上昇を許容し、または沈下量に応じた分の空隙を埋め、その沈下分を自動的に補正して支持剛性を維持する機能を有する自動沈下補正装置３が設置されている不静定構造物１の支持構造の具体例を示す。
【００４３】
下部構造４の具体的な部位は下部構造４が支持する不静定構造物１との関係で決まり、不静定構造物１が地上構造物であれば、下部構造４は地盤や杭等である。また図１に示す軌道構造の場合にはレール５が不静定構造物１となり、まくらぎ６やスラブが支点２となり、この支点２を支持する道床（バラスト）７や地盤等が下部構造４となる。図１０に示す多径間連続橋では橋桁が不静定構造物１となり、橋脚や橋台が支点２となり、これを支持する地盤や杭等が下部構造４となる。
【００４４】
図１は不静定構造物１であるレールの曲げ剛性が低下し易く、下部構造４である道床７や路盤の沈下がその他の区間より発生し易いレール５の継ぎ目部における道床７側のまくらぎ６の内部、または下に自動沈下補正装置３を設置した状況を示す。レール５の継ぎ目部はバラスト軌道と踏切や高架橋との境界部等に形成されることが多い。
【００４５】
図２−（ａ）、（ｂ）は不静定構造物１がレール５であり、下部構造４が道床（バラスト）７である場合において、不静定構造物１の下にまくらぎ６のみが設置され、自動沈下補正装置３が存在していない場合に、下部構造４に不同沈下が発生するときの状況を示している。図３−（ａ）〜（ｃ）はまくらぎ６の下に自動沈下補正装置３が存在している場合の、下部構造４と不静定構造物１の様子を示している。図１は図３に示す自動沈下補正装置３に支持されたレール５の区間に該当する。
【００４６】
道床７（下部構造４）上に敷設されたまくらぎ６にレール５（不静定構造物１）を締結したバラスト軌道においては、踏切との境界や高架橋取付部等、道床７の構造が変化する箇所の他、レール５の継ぎ目等の近辺で荷重変動が生じ、図２−（ａ）に示すように１本〜３本程度のまくらぎ６に局所的な沈下が生ずることがある。まくらぎ６に局所的な沈下が発生すると、図２−（ｂ）に示すように列車が通過した後のレール５の弾性回復によりレール５に締結されているまくらぎ６が持ち上げられ、いわゆる浮きまくらぎの状態になることが多い。
【００４７】
一度浮きまくらぎが発生すると、列車が通過する度にまくらぎ６が道床７に叩き付けられてまくらぎ６に衝撃的な荷重が作用するため、まくらぎ６の沈下が促進され、次第に大きな軌道狂いを発生させることになる。
【００４８】
これに対し、図３に示すようにまくらぎ６に自動沈下補正装置３が内蔵されている場合、あるいはまくらぎ６の下に自動沈下補正装置３が存在している場合には、（ａ）に示すように、自動沈下補正装置３に支持されたまくらぎ６に著大な荷重が作用したときに、そのまくらぎ６が沈下し、レール５に変形が生ずる。
【００４９】
このとき、自動沈下補正装置３の後述する容器３１、または上部ブロック３４が降下し、それに押されて自動沈下補正装置３の後述する外郭３３、または下部ボックス３５が道床７中に押し込まれる。図３に示す状況では下部構造４が道床７であるために、後述の粒状体等３２を支持する能力がないため、外郭３３内に容器３１が収納された形式の自動沈下補正装置３が使用される。
【００５０】
列車の通過後には図３−（ｂ）に示すようにレール５が弾性回復し、それに伴い、レール５に締結されている容器３１、または上部ブロック３４が上昇し、容器３１、または上部ブロック３４の上面及びレール５レベルが沈下前の正規の位置を保持し、荷重支持剛性の低下が防止される。
【００５１】
これにより容器３１、または上部ブロック３４の上面及びレール５が沈下前の正規の位置を保持し、併せてレール５の荷重支持剛性の低下が防止される。容器３１、または上部ブロック３４がレール５の弾性回復と共に上昇しようとするとき、外郭３３、または下部ボックス３５は容器３１から流出した粒状体等３２、または上部ブロック３４と下部ボックス３５間に介在する沈下調整装置３６により道床７中に埋め込まれた状態を保つ。
【００５２】
外郭３３等が道床７中に押し込まれたとき（図３−（ｂ））、外郭３３等の周囲の、道床７を構成する砕石は周辺に回り込むが、外郭３３等はその回り込み、圧密された砕石中に自重で埋め込まれた状態を維持することで、砕石に拘束され、砕石中で安定性を確保する。
【００５３】
一方、降下した外郭３３と容器３１との間には粒状体等３２が密実に介在し、下部ボックス３５と上部ブロック３４との間では沈下調整装置３６が上部ブロック３４の降下を阻止しながら上部ブロック３４を上昇させた状態を維持する。この結果、外郭３３等の上昇と容器３１等の降下が阻止されるため、レール５の沈下が阻止され、レールレベルが沈下前の正規の位置を保持する。
【００５４】
この状態で、粒状体等３２、または沈下調整装置３６は容器３１等の降下を阻止する機能を発揮し続け、再度の荷重による降下に対して安定するため、自動沈下補正装置３がその後に著大な荷重を受けても図３−（ｃ）に示すように容器３１等の降下（沈下）が阻止される。
【００５５】
結果として、まくらぎ６の上面の絶対的な高さに変動は生じず、レール５に変形は生じない。また自動沈下補正装置３が道床７とレール５間で安定することで、容器３１等がレール５から吊り下げられた状態になることがなくなるため、浮きまくらぎの発生が確実に防止され、浮きまくらぎの発生に伴う軌道狂いと、噴泥の発生が回避される。
【００５６】
図４〜図６は支点２下の下部構造４に直接、または間接的に載置され、その下部構造４側に流出孔３１ａを有する容器３１と、この容器３１内に充填される粒状体、もしくは粉状体（以下、粒状体等と言う）３２とを備える自動沈下補正装置３の具体例を示す。下部構造４の沈下に伴い、容器３１が下部構造４に対して相対的な浮き上がりを生じるときに、容器３１内の粒状体等３２が流出孔３１ａから流出して容器３１と下部構造４との間の空隙を埋め、下部構造４の沈下分を補正する機能を発揮する。
【００５７】
容器３１の下に直接下部構造４が存在する場合において、下部構造４が粒状体等３２を支持する能力を持たない場合には容器３１は図４に示すように下部構造４に一体となる外郭３３内に収納される。その場合、下部構造４の沈下に伴い、容器３１と外郭３３間に空隙が生ずることから、粒状体等３２は容器３１と外郭３３との間に生じた空隙を埋めることになる。
【００５８】
容器３１は外郭３３内に単純に嵌合するか、または両者の少なくともいずれか一方に形成されるガイドに案内されることにより高さ方向に相対移動自在に外郭３３内に挿入される。この他、外郭３３に対して上向きにのみ相対移動自在に挿入され、下向きには外郭３３に係止する等、下向きの相対移動が拘束されるように挿入されることもある。
【００５９】
下部構造４に沈下が生じたときの、図４に示す自動沈下補正装置３の挙動を図５−（ａ）〜（ｃ）に示す。（ａ）は沈下が生じていないときの平常時の状態を示す。下部構造４に沈下が生じ、下部構造４に一体化している外郭３３が降下したとき、外郭３３の降下と同時に、（ｂ）に示すように容器３１の流出孔３１ａから粒状体等３２が流出し、容器３１の下面と外郭３３の内周面との間に生ずる空隙を埋める。流出孔３１ａは容器３１の底板３１ｂ、または底板３１ｂに相当する部分に形成される。
【００６０】
粒状体等３２が集合して圧縮強度を発揮し、不静定構造物１の鉛直荷重を分担できる性質を持てば、粒状体等３２の素材は問われないが、粒状体には例えば自動沈下補正装置３に要求される性能に応じてベアリング等の金属球やセラミック球の他、砂等の天然の材料が使用される。
【００６１】
粒状体等３２は平常時に容器３１内に充填された状態に置かれ、下部構造４が沈下したときに容器３１外に流出して容器３１と下部構造４との間、または容器３１と外郭３３との間の空隙を埋めた状態を維持する。更なる下部構造４の沈下時には容器３１内に留まっている分が更に容器３１外に流出して常に空隙を埋めるため、粒状体等３２に対する格別なメインテナンスは不要であり、沈下があったときに容器３１内に補充する程度のことで足りる。
【００６２】
粒状体等３２は流体のように流出孔３１ａから流出し、容器３１の底面と外郭３３の上面との間に行き渡り、容器３１を支持できるだけの圧縮強度を発揮した時点で、容器３１の降下を阻止する。容器３１はその底面下に行き渡った粒状体等３２を介して外郭３３に支持されるため、容器３１には実質的な降下は生じない。
【００６３】
図５−（ｃ）に示すように粒状体等３２が空隙を完全に埋め尽くしたところで、容器３１は外郭３３に対して降下できなくなるため、容器３３の降下が完全に阻止される。（ｃ）は外郭３３に対して降下できない点では（ａ）と同等の状態にある。（ｃ）の状態から更に外郭３３が降下したときには（ｂ）の状態になるから、粒状体等３２が再度、容器３１の底面と外郭３３の上面との間の空隙を埋め、容器３１の更なる降下を阻止することになる。
【００６４】
図４、図５はまた、流出孔３１ａの内周面３１ｃ、もしくは流出孔３１ａの上面３１ｄの断面が下方から上方へかけて次第に拡大する形状をしている場合の自動沈下補正装置３の具体例を示す。流出孔３１ａの水平断面が円形の場合には流出孔３１ａの径が下方から上方へかけて拡大する。断面上は流出孔３１ａの内周面３１ｃ、もしくは流出孔３１ａの上面３１ｄが流出孔３１ａの中心から外側へかけて上向きに傾斜する。流出孔３１ａの上面３１ｄとは図示するように流出孔３１ａの内周面３１ｃに面する上面を指す。
【００６５】
図４、図５の場合、流出孔３１ａの断面が次第に拡大することで、粒状体等３２は流出孔３１ａから流出し易く、応答速度が大きくなるため、下部構造４に沈下が生じたときの沈下から、容器３１との間の空隙を埋めるまでの時間が短縮される。結果として容器３１を降下させることなく、下部構造４（外郭３３）のみを沈下させることができる。
【００６６】
図６−（ａ）、（ｂ）は外郭３３内に容器３１が収納された、図４に示す自動沈下補正装置３の変形例を示す。（ａ）は流出孔３１ａの上面３１ｄを傾斜させることなく、単純に流出孔３１ａを粒状体等３２の粒径に対して極端に大きくした場合、（ｂ）は容器３１の底板３１ｂに複数個の流出孔３１ａを形成し、流出孔３１ａに傾斜を付けた場合と同様に、粒状体等３２の流出が促されるようにした場合を示している。
【００６７】
図６−（ａ）、（ｂ）のいずれも粒状体等３２が流出孔３１ａから円滑に流出する、１個当たりの流出孔３１ａの面積は粒径の５倍程度以上が適当とされていることに対応している。流出孔３１ａの形状、大きさ、傾斜等は容器３１が必要とする支持力と応答速度、すなわち粒状体等３２が流出孔３１ａから流出しきる時間との関係で任意に設定される。
【００６８】
図７は不静定構造物１が容器３１を兼ねる場合の自動沈下補正装置３の具体例を示す。図７では不静定構造物１の直下に下部構造４が存在しているが、不静定構造物１の規模によっては不静定構造物１の周りに外郭３３を介在させることもある。この場合、不静定構造物１の流出孔３１ａから流出した粒状体等３２は不静定構造物１と下部構造４との間の空隙を直接埋めることになる。図７では図４、図５と同様に流出孔３１ａの内周面３１ｃ、もしくは流出孔３１ａの上面３１ｄを傾斜させている。
【００６９】
図８、図９は支点２に連結される上部ブロック３４と、支点２下の下部構造４に支持され、上部ブロック３４が収納可能な下部ボックス３５と、上部ブロック３４と下部ボックス３５との間に介在し、上部ブロック３４を支持する沈下調整装置３６とを備え、沈下調整装置３６が上向きには上部ブロック３４を拘束することなく上昇を許容し、下向きには上部ブロック３４の降下を阻止する機能を有する自動沈下補正装置３の具体例を示す。図８、図９は不静定構造物１がレール５である場合の例を示している。
【００７０】
図８は沈下調整装置３６が上部ブロック３４を支持する油圧シリンダ３６１と、油圧シリンダ３６１に接続されるオイルタンク３６２からなる場合の沈下調整装置３６の初期状態を示す。
【００７１】
油圧シリンダ３６１のシリンダ本体３６１ａは下部ボックス３５の底板３５ａ、または上部ブロック３４の底面に固定、もしくは水平軸回りに回転自在に連結され、ピストンロッド３６１ｂは上部ブロック３４、または下部ボックス３５に固定、もしくは連結されるか、または単に接触する。図８はシリンダ本体３６１ａを下部ボックス３５に固定し、ピストンロッド３６１ｂを上部ブロック３４に連結した、もしくは接触させた場合を示す。
【００７２】
シリンダ本体３６１ａとオイルタンク３６２は管路３６３で結ばれ、管路３６３にオイルタンク３６２内のオイルを油圧シリンダ３６１側へ流し、逆流を阻止する逆止弁３６４が接続される。逆止弁３６４のクラッキング圧とオイルタンク３６２内の空圧は上部ブロック３４の許容し得る、衝撃荷重による降下量に応じて予め任意に設定される。
【００７３】
オイルタンク３６２内の空圧は空圧調整弁３６５によって自由に調整される。予めオイルタンク３６２内に正の空圧（予圧）を与えておけば、上部ブロック３４が降下した後のピストンロッド３６１ｂの応答（伸長）を早め、衝撃荷重を受けたときからオイルタンク３６２内のオイルがシリンダ本体３６１ａへ移動するまでの時間を短縮することができる。シリンダ本体３６１ａから突出したピストンロッド３６１ｂの周りには予圧を与えることに代え、または予圧の付与と共にコイルスプリングや皿ばね、板ばね等のばねを配置することもある。
【００７４】
図８−（ａ）の状態から上部ブロック３４が衝撃荷重を受けたとき、下部構造４が沈下し、下部ボックス３５は下方へ押し下げられ、図３−（ｂ）に示すように下部構造４中に押し込まれる。油圧シリンダ３６１は僅かに収縮しようとし、図３−（ａ）に示すように上部ブロック３４が降下しようとするが、油圧シリンダ３６１内の油圧が一定値を超えたときに逆止弁３６４がオイルタンク３６２側へのオイルの逆流を阻止するため、上部ブロック３４の降下は一旦停止する。
【００７５】
その後、不静定構造物１であるレール５の弾性回復により上部ブロック３４及びレール５が沈下前の正規の位置に戻ろうとし、図８−（ｂ）に示すように上部ブロック３４の上昇に合わせてオイルタンク３６２内のオイルがシリンダ本体３６１ａへ流れ込み、ピストンロッド３６１ｂが上部ブロック３４を上昇させた状態を保持する。
【００７６】
上部ブロック３４がレール５の弾性回復と共に原位置に復帰し、下部ボックス３５が下部構造４中に押し込まれた状態では下部ボックス３５が下部構造４中で安定し、下部構造４への荷重伝達機能を発揮する。この状態では逆止弁３６４が油圧シリンダ３６１からオイルタンク３６２側へのオイルの流れを阻止することで、上部ブロック３４は道床７上でロックされるため、その後、レール５上を車輪が通過しても図３−（ｃ）に示すように上部ブロック３４は降下せず、レール５に沈下は生じない。
【００７７】
図９は上部ブロック３４の中心に関して長さ方向両側に配置され、その中心から端部側へかけて断面が次第に拡大した形状をした摺動ブロック３６６と、両摺動ブロック３６６、３６６を互いに連結し、両摺動ブロック３６６、３６６を互いに引き寄せる向きに復元力を発揮する連結材３６７からなる沈下調整装置３６を示す。ここでは沈下調整装置３６が上部ブロック３４から衝撃荷重を受ける前の様子を示している。
【００７８】
上部ブロック３４の下面と下部ボックス３５の上面の少なくともいずれか一方は中心から長さ方向両側へかけて対向する面間距離が拡大する傾斜が付けられ、それに対応して摺動ブロック３６６がその中心から端部側へかけて断面が次第に拡大した楔形の形状をする。上部ブロック３４下面や下部ボックス３５上面の傾斜と、摺動ブロック３６６の形状により、上部ブロック３４が衝撃的な荷重を受けた結果、元の状態より上部ブロック３４と下部ボックス３５との間の距離が拡大した場合にも摺動ブロック３６６が両者に挟まれた状態を維持することが可能となっている。
【００７９】
摺動ブロック３６６は図９−（ａ）に示す平常時にはその上面と上部ブロック３４の下面との間、及び下面と下部ボックス３５の上面との間の摩擦力によって上部ブロック３４と下部ボックス３５との間に挟まれて安定した状態を維持している。
【００８０】
この状態で連結材３６７は常に両摺動ブロック３６６、３６６を互いに引き寄せる向きに復元力を発揮しており、両摺動ブロック３６６、３６６は上部ブロック３４の長さ方向に摺動自在であり、摩擦力が小さくなったときに図９−（ａ）に示す元の状態より互いに接近し得る状態にある。連結材３６７にはコイルスプリングや板ばねの組み合わせ等のばねが使用される。
【００８１】
上部ブロック３４、すなわち沈下調整装置３６が衝撃的な荷重を受けたときには図３−（ｂ）に示すように下部ボックス３５が道床７中に沈下する一方、上部ブロック３４が弾性回復するレール５と共に原位置に復帰することで、上部ブロック３４と下部ボックス３５との間の距離が拡大する。
【００８２】
このとき、摺動ブロック３６６が上部ブロック３４と下部ボックス３５から受ける摩擦力が低下するため、両摺動ブロック３６６、３６６は連結材３６７の復元力によって図９−（ｂ）に示すように互いに接近し、上部ブロック３４と下部ボックス３５との間の距離が拡大したまま保たれる。摺動ブロック３６６の上下の面とそれに対向する面の少なくともいずれか一方には摺動ブロック３６６、３６６の接近時の滑動を円滑にするためにＰＴＦＥ等の低摩擦材を介在させることもある。
【００８３】
上部ブロック３４の下面と下部ボックス３５の上面、及び摺動ブロック３６６の上下面が平坦面であれば、上部ブロック３４と下部ボックス３５両距離が拡大した直後に元に戻ろうとする。これに対し、上部ブロック３４下面や下部ボックス３５上面が傾斜面であることと、摺動ブロック３６６が楔形の形状をすることにより、上部ブロック３４と下部ボックス３５両距離が拡大しても、両摺動ブロック３６６、３６６の接近によって上部ブロック３４と下部ボックス３５間の距離が縮小することがない。この結果、上部ブロック３４が下部ボックス３５に対して固定（ロック）された状態となる。図９−（ｂ）は図３−（ｃ）の状態に相当する。
【００８４】
図９−（ｂ）の状態からは摺動ブロック３６６、３６６が再び、上部ブロック３４と下部ボックス３５から摩擦力を受けて安定することで、上部ブロック３４が下部ボックス３５に対して降下することが阻止され、上部ブロック３４は道床７上でロックされた状態になるため、その後、レール５上を車輪が通過しても図３−（ｃ）に示すように上部ブロック３４は降下せず、レール５に沈下は生じない。
【００８５】
図１０は多径間高架橋の橋脚８を杭基礎で支持させようとする場合において、連続する３支点の内、両側の橋脚８の下には杭基礎を構築することが可能でありながら、中間の橋脚８の下に杭基礎を構築できない場合に、この中間の橋脚８の下に自動沈下補正装置３を設置した状況を示す。中間の橋脚８の下には例えば支持層までの距離が大き過ぎるために、杭基礎を構築できないことがある。
【００８６】
図１０では前記の通り、橋脚８が支点２となり、その下の地盤等が下部構造４となる。この場合には地盤の沈下が見込まれるため、自動沈下補正装置３には外郭３３内に容器３１が収納された形式、または上部ブロック３４と下部ボックス３５からなる形式が使用される。図８では自動沈下補正装置３の下に地盤反力を得るための基礎９を構築しているため、基礎９が下部構造４となる。
【００８７】
埋没谷のような支持層までの深度が大きい箇所に杭を構築することは不経済であるところ、図１０では自動沈下補正装置３を設置することで、地盤等（下部構造４）の沈下に拘らず、橋脚８（支点２）のレベルを一定に維持することができるため、杭を構築する場合より施工コストを大幅に削減することが可能になる。
【００８８】
図１０において、外郭３３内に容器３１が収納された図４に示す自動沈下補正装置３を使用した場合、自動沈下補正装置３は下部構造４がまくらぎである図３の場合とは異なった挙動を示す。図１０では地盤の沈下により容器３１が原位置に留まったまま、外郭３３が沈下し、それに伴って粒状体等３２が容器３１から流出して容器３１と外郭３３間の空隙を埋めることにより、自動沈下補正装置３が支持する橋脚８の沈下を防止することになる。
【００８９】
図１１は不静定構造物１が支持層に到達しない群杭に支持される場合に、地盤の沈下による各杭１０の沈下量が均等にならないと予想される場合に、各杭１０の先端に自動沈下補正装置３を設置した状況を示す。この場合、杭１０が支点２となり、その下の地盤等が下部構造４となる。この場合も自動沈下補正装置３には外郭３３内に容器３１が収納された形式、または上部ブロック３４と下部ボックス３５からなる形式が使用される。ここでも自動沈下補正装置３の下に地盤反力を得るための基礎９を構築し、基礎９を下部構造４としている。
【００９０】
各杭１０の沈下量が相違しても、各杭１０に設置されている自動沈下補正装置３の外郭３３が沈下しながら、容器３１が原位置に留まるため、実質的に杭１０に沈下が生ずることはない。全体的には各杭１０の沈下量の相対差分が吸収され、各杭１０の分担荷重が平均化され、不同沈下が防止されることになる。
【００９１】
図１２は連接軌道へ移行するバラスト軌道部分において、連接軌道寄りのレール５の下に自動沈下補正装置３を設置した状況を示す。ここでは沈下が発生し易い連接軌道寄りの５本のまくらぎ６（番号７〜１１）の下に自動沈下補正装置３を設置している。連接軌道は例えば複数本の鉄筋コンクリート製のまくらぎをスラブ状に一体化させた軌道であり、特定のまくらぎ６に部分的な沈下が生じにくい構造となっている。図１２は特に粒状体等３２として砂を容器３１内に充填した、図４に示す自動沈下補正装置３を使用して製作した実物大の１／５の模型を示している。
【００９２】
図１２に示す模型において１０両編成の列車を繰り返して往復させ、累積で６０００編成分の車両が通過したときの各まくらぎ６（番号３〜１６）の沈下量の測定結果を図１３に示す。比較のため、前記５本のまくらぎ６下に自動沈下補正装置３を設置しない場合の各まくらぎの沈下量を図１４に示す。図１４においても、累積で６０００編成分の車両を通過させている。
【００９３】
図１４から、連接軌道寄りのバラスト軌道上のまくらぎ６（番号７〜１０）に沈下が発生する傾向があり、特に中間に位置する番号９のまくらぎ６の沈下量が顕著で、番号９のまくらぎ６に沈下のピークが発生していることが分かる。この番号９のまくらぎ６は実質的に浮きまくらぎの状態にある。番号７〜１１のまくらぎ６の沈下量は路盤の条件によって変動すること（輪重変動）が想定される。
【００９４】
これに対し、バラスト軌道上のまくらぎ６（番号７〜１０）が自動沈下補正装置３に支持された場合には、図１３に示すようにまくらぎ（番号７〜１０）の沈下量が番号７のまくらぎ６から、番号１０のまくらぎ６へかけて次第に大きくなり、連接軌道からの距離と沈下量の関係が線形的であることが分かる。番号７〜１０のまくらぎ６のいずれにも急激な沈下が発生していないことから、路盤に対して格別な地盤改良を実施する必要がなく、軌道整正のみによって沈下を抑制できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】不静定構造物がレールであり、レールの継ぎ目部の道床側のまくらぎの下に自動沈下補正装置を設置した状況を示した縦断面図である。
【図２】（ａ）は従来のまくらぎが車輪の通過により沈下したときの様子を示したレールに直交する方向の縦断面図、（ｂ）はレールが弾性回復したときの様子を示した縦断面図である。
【図３】（ａ）は車輪の通過により自動沈下補正装置付きのまくらぎが沈下したときの様子を示したレールに直交する方向の縦断面図、（ｂ）はレールが弾性回復したときの様子を示した縦断面図、（ｃ）は再度車輪が通過したときの様子を示した縦断面図である。
【図４】外郭を有する自動沈下補正装置の構成例を示した縦断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は図４に示す自動沈下補正装置の挙動を示した縦断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は外郭を有する他の自動沈下補正装置の構成例を示した縦断面図であり、（ａ）は流出孔を大きくした場合、（ｂ）は多数の流出孔を形成した場合である。
【図７】不静定構造物が容器を兼ねている自動沈下補正装置の構成例を示した縦断面図である。
【図８】（ａ）は油圧シリンダとオイルタンクからなる自動沈下補正装置の初期状態を示した縦断面図、（ｂ）は油圧シリンダが上部ブロックを押し上げたときの様子を示した縦断面図である。
【図９】（ａ）は摺動ブロックと連結材からなる自動沈下補正装置が衝撃荷重を受ける前の様子を示した縦断面図、（ｂ）は衝撃荷重を受けた後の様子を示した縦断面図である。
【図１０】不静定構造物が多径間高架橋であり、中間の橋脚の下に自動沈下補正装置を設置した状況を示した縦断面図である。
【図１１】不静定構造物を支持する群杭の先端に自動沈下補正装置を設置した状況を示した縦断面図である。
【図１２】連接軌道へ移行するバラスト軌道部分において、連接軌道寄りの数本のレール下に自動沈下補正装置を設置した状況の模型を示した立面図である。
【図１３】図１２に示す模型において累積で６０００編成分の車両が通過した後の各まくらぎと沈下量の関係を示したグラフである。
【図１４】図１２に示すバラスト軌道に自動沈下補正装置を設置しない場合の、図１３と同一条件下での各まくらぎと沈下量の関係を示したグラフである。
【００９６】
１…………不静定構造物
２…………支点
３…………自動沈下補正装置
３１………容器
３１ａ……流出孔
３１ｂ……底板
３１ｃ……内周面
３１ｄ……上面
３２………粒状体、もしくは粉状体
３３………外郭
３４………上部ブロック
３５………下部ボックス
３５ａ……底版
３６………沈下調整装置
３６１……油圧シリンダ
３６１ａ…シリンダ本体
３６１ｂ…ピストンロッド
３６２……オイルタンク
３６３……管路
３６４……逆止弁
３６５……空気調整弁
３６６……摺動ブロック
３６７……連結材
４…………下部構造
５…………レール
６…………まくらぎ
７…………道床
８…………橋脚
９…………基礎
１０………杭
【図１】
2008190165.tif 000003
【図２】
2008190165.tif 000004
【図３】
2008190165.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008190165.tif 000007
【図６】
2008190165.tif 000008
【図７】
2008190165.tif 000009
【図８】
2008190165.tif 000010
【図９】
2008190165.tif 000011
【図１０】
2008190165.tif 000012
【図１１】
2008190165.tif 000013
【図１２】
2008190165.tif 000014
【図１３】
2008190165.tif 000015
【図１４】
2008190165.tif 000016