(57)【要約】【課題】これまで以上に良好な防振効果を得ることができ、かつ、工費の低コスト化にも寄与することのできる、より実用的で優れた防振工法を提供する。【解決手段】振動を発するかまたは振動を受ける構造物の周辺に伝播する振動を防止、低減するための防振工法である。前記構造物の直下または周辺に、周辺地盤よりも剛性の高い硬質材とゴム弾性材とを隣接させて埋設し、硬質層１と弾性層２とを形成する。前記硬質材は、好ましくはコンクリート、固化処理土または鉄材であり、前記ゴム弾性材は、好ましくは廃タイヤまたは該廃タイヤの粉砕物である。【選択図】      図１
2004156259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を発するかまたは振動を受ける構造物の周辺に伝播する振動を防止、低減するための防振工法において、
前記構造物の直下または周辺に、周辺地盤よりも剛性の高い硬質材とゴム弾性材とを隣接させて埋設し、硬質層と弾性層とを形成することを特徴とする防振工法。
【請求項２】
前記硬質材がコンクリート、固化処理土または鉄材である請求項１記載の防振工法。
【請求項３】
前記硬質層を複数本の柱を適宜並べることにより形成する請求項１または２記載の防振工法。
【請求項４】
前記柱が円柱または角柱である請求項３記載の防振工法。
【請求項５】
前記ゴム弾性材が廃タイヤまたは該廃タイヤの粉砕物である請求項１〜４のうちいずれか一項記載の防振工法。
【請求項６】
前記弾性層を前記硬質層により包囲し、該硬質層の水平断面形状を、少なくとも１個のハニカム形状が基本となる形状とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載の防振工法。
【請求項７】
前記弾性層を前記硬質層により包囲し、該硬質層の水平断面形状を、少なくとも１個の４角形が基本となる形状とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載の防振工法。
【請求項８】
前記弾性層を前記硬質層により包囲し、該硬質層の水平断面形状を、少なくとも１個の３角形が基本となる形状とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載の防振工法。
【請求項９】
前記弾性層と前記硬質層との水平断面形状を、これらが平行に配置された少なくとも一組の直線が基本となる形状とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載の防振工法。
【請求項１０】
周辺地盤と同程度の硬質層と前記弾性層とを鉛直方向に交互に配置する請求項１〜９のうちいずれか一項記載の防振工法。
【請求項１１】
前記ゴム弾性材を埋設後、その下層の土と混ぜ返す請求項１〜９のうちいずれか一項記載の防振工法。
【請求項１２】
前記構造物が橋、高架等の支柱または基礎であり、その直下または周囲を前記硬質層と前記ゴム弾性層とにより包囲する請求項１〜１１のうちいずれか一項記載の防振工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は防振工法に関し、詳しくは、道路や鉄道構造物等の振動発生源の直下または近傍の地盤内における振動の伝播を抑制することにより、周辺の建造物や地表面の振動を防止または低減するための防振工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、交通振動や機械振動によって、道路、鉄道構造物等の周辺における振動障害が多発している。特に、通行量の多い道路や鉄道の軌道近傍においては、かかる振動が周辺家屋や住民に及ぼす悪影響は甚大であり、より効果的に、かつ、効率よく振動の抑制を図るための方策が強く求められている。
【０００３】
従来知られている振動の抑制方法としては、例えば、振動の伝播経路の地盤内に空溝を設ける防振溝工法や、この空溝を特定の材料により充填して地中壁を形成する防振地中壁工法等がある。これらの工法は、夫々空溝または地中壁の存在により地盤内を伝播する振動を直接遮断して防振効果を得るものであるが、前者の場合、空溝をそのまま保持することは実際上不可能であるために土留や支保部材を設置する補助工事を行う必要が生じてコスト増を招くことに加え、かかる補助工事により振動遮断効果が低減してしまうという難点があった。また、後者の方法は、前者における補助工事の必要性をなくすために空溝を一定の材質の地中壁に代えたものに過ぎず、一般に、前者ほどの防振効果が得られるものではなかった。
【０００４】
これらに対し、本発明者らは先に、平板ブロックを埋設することによる制振方法（平板ブロック（ＷＩＢ）工法）（特許文献１）、さらにはその後の出願に係る改良工法（特許文献２）を提案している。これら技術は、振動を発するか、または振動を受ける基礎構造物の下方若しくはその周囲の地中に、特定の大きさおよび剛性を有する平板ブロックを特定の深さで埋設することを特徴とするものであり、本発明者らの確立した地盤内における波動伝播に関する理論（波動の伝播・非伝播現象の識別法）に基づき実現されたものである。
【０００５】
また、上述の平板ブロック（ＷＩＢ）工法では、５Ｈｚ未満の低振動数帯域の振動に対する制振効果が低く、地震或いは交通振動などの人工振動源に対しても、低振動数帯で卓越する地盤などにおいては制振効果に問題が残っていた。このような問題を解消するために、本発明者らは先に、平板ブロック（ＷＩＢ）工法の利点を利用しながら、５Ｈｚ未満の低振動数帯域の振動に対しても制振効果を得ることのできる技術を提案している（特許文献３参照）。
【０００６】
さらに本発明者らは、上記の特許文献１に記載の地盤内波動伝播理論を基礎にして、より防振効果の向上を実現すべく研究を重ねた結果、廃タイヤの力学的特性を利用した構築物により、従来方法にはない優れた防振効果が得られることを見出し、先に学会発表を行った（非特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２８５０１８７号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】
特許第２７６４６９６号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献３】
特開２０００−２８２５０１号公報（特許請求の範囲等）
【非特許文献１】
第３６回地盤工学研究会発表会（平成１３年度発表講演集、平成１３年５月８日  社団法人地盤工学会  発行）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らが先に提案した上述の防振工法はいずれも有効な振動抑制方法ではあるが、近年ますます要求特性が高まってきており、しかも材料費を含めた工費を低く抑えることがこれまで以上に強く求められている。
【０００９】
そこで本発明の目的は、これまで以上に良好な防振効果を得ることができ、かつ、工費の低コスト化にも寄与することのできる、より実用的で優れた防振工法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記特許第２８５０１８７号公報に記載の地盤内波動伝播理論を基礎にして、より防振効果の向上を実現すべく鋭意検討した結果、周辺地盤よりも剛性の高い硬質材とゴム弾性材とを所定の条件下で埋設することにより、従来方法にはない優れた防振効果が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明の防振工法は、振動を発するかまたは振動を受ける構造物の周辺に伝播する振動を防止、低減するための防振工法において、
前記構造物の直下または周辺に、周辺地盤よりも剛性の高い硬質材とゴム弾性材とを隣接させて埋設し、硬質層と弾性層とを形成することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の防振工法においては、本発明者らが確立した地盤内波動伝播理論に基づく硬質層構築技術と、ゴム弾性材の力学的特性に関する知見とにより、ゴム弾性材の特性を最大限活用して地盤内振動伝播の減衰効果の大幅な向上を実現したものである。これにより、通過する交通振動の伝播を大幅に低減することが可能となるとともに、交通騒音の低減を図ることも可能となる。また、本来廃材である廃タイヤ等を利用することができることで、工費の削減にも大いに寄与することができる。よって、本発明によれば、極めて実用価値の高い防振技術の提供が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の工法において用いる硬質材は、周辺地盤よりも剛性の高い硬質層を形成し得るものであればよく、特に制限されるべきものではないが、施工性等の観点より、コンクリート、固化処理土または鉄材等を好適に用いることができる。これら硬質材を用いて硬質層を地中に形成するには、予め柱状、好ましくは円柱または角柱、特に好ましくは円柱とした硬質材を適宜並べて埋設すればよい。
【００１４】
かかる柱の径および長さは、振動を発するかまたは振動を受ける構造物の規模に応じ適宜定められる。通過する交通振動の伝播を低減するなどの場合には、防振効果および施工性等の観点から、柱の径は、好ましくは０．１〜２．０ｍであり、より好ましくは０．３〜１．０ｍである。また、柱の長さは、好ましくは１〜５０ｍ、より好ましくは２〜１０ｍである。また、地中に埋設する柱の角度も特に制限されるものではなく、鉛直、水平または斜めであっても本発明に係る硬質層を形成して所望の効果を得ることができるが、地中深くまで埋設するし易さ等の観点からは、鉛直方向が好ましい。
【００１５】
また、本発明の工法に用いるゴム弾性材は、地盤内振動伝播の減衰効果を発揮し得るものであればよく、その種類や形態、さらには埋設手法は制限されるものではない。廃棄物の有効利用および本工法の低コスト化の観点からは、廃棄すべきタイヤ、コンベアベルト、防舷材などを使用することが好ましい。廃タイヤは、乗用車用、トラック・バス用、自転車用または建設車両用など、いずれの廃タイヤでもよい。また、また、タイヤ等のゴム製品の製造過程で出るゴム粉やスピューなども好適に使用することができる。
【００１６】
かかる廃タイヤなどは、そのまま埋設してもよいが、埋設時に空隙が存在しないようにするために、ロール破砕法等の粉砕法により粉砕物とすることが好ましい。この粉砕物を円形とみなしたときの径は、振動を発するかまたは振動を受ける構造物の規模に応じ適宜定めればよいが、防振効果および施工性等の観点から、好ましくは０．０１〜１ｍ、より好ましくは０．０３〜０．３ｍとする。また、粉砕物の形状も特に制限はなく、サイコロ状、四角い平板状またはランダム不定形状等、いずれの形状でもよい。
【００１７】
かかる粉砕物を用いて地中に弾性層を形成する場合、防振効果および施工性等の観点から、粉砕物塊の径は、好ましくは０．２〜２０ｍであり、より好ましくは１〜５ｍである。また、粉砕物塊の長さ（高さ）は、好ましくは０．３〜２０ｍであり、より好ましくは０．５〜５ｍである。
【００１８】
本発明に係る弾性層は、防振効果の観点からゴム弾性材のみにより形成することが好ましいが、土、砂、砂礫等と混合してもよい。特に施工後の地盤沈下を防ぐためには、９０重量％以下、好ましくは２０〜７０重量％の土等と混合することが望ましい。この際、ゴム弾性材を予め土等の充填用地盤材料と混合してから、施工現場に予め形成された上記硬質層内または硬質層間に投入してもよい。
【００１９】
本発明に係る弾性層を形成するにあたり、すべて同じゴム弾性材を使用することも、あるいはまた場所によって粉砕物の種類や廃タイヤの寸法等を変えて配置することも、可能である。さらに、廃タイヤ等の粉砕物の地中への投入にあたっては、施工性を高めるために、個々の粉砕物塊を不織布またはジオグリッド等で予め包んでおいてもよい。
【００２０】
次に、本発明の防振工法の好適施工例について具体的に説明する。
施工例１
図１に模式的に水平方向の断面を示す本好適施工例は、水平断面形状がハニカム形状となるように複数本の円柱３を打ち込み硬質層１を形成し、次いで、その中に上述のゴム弾性材を投入することにより弾性層２を形成したものである。ここで、硬質層１とは、複数本の円柱３により形成される領域全体を指す。このハニカム形状の基本ユニットを、振動を発するかまたは振動を受ける構造物の直下または周辺に適宜施工する。１ユニットの円柱の本数は、防振効果および施工性等の観点より、好ましくは５〜５０本であり、より好ましくは８〜３０本である。
【００２１】
図２に模式的に水平方向の断面を示すように、道路や鉄道等の振動源Ｓの近くに民家Ａや民家Ｂがあるとき、この振動源Ｓと民家Ａおよび民家Ｂとの間に夫々上記ハニカム形状を基本のユニットとする防振施工を施す。ユニットの個数や組み合わせ形態は振動源と民家との距離や振動源の種類に応じ適宜定めればよい。また、ユニットは連続させて配置することも、あるいは個々に少し離間させて配置することも可能である。例えば、図示する好適施工例では、振動源Ｓと民家Ａとの間には、６ユニットのハニカム形状の防振施工が施され、また、振動源Ｓから、より離れた民家Ｂとの間には、７ユニットのハニカム形状の防振施工が施されている。このように複数ユニットのハニカム形状の防振施工を施すことにより、ハニカム形状の硬質層１が連動して振動伝播を減衰させ、更に弾性層２の作用により、指数的に振動伝播を減衰させることが可能となる。
【００２２】
上述のハニカム形状は最も好ましい施工形態であるが、これに限定されるものではなく、以下の他の施工形態も好適に採用することができる。
施工例２
図３に模式的に水平方向の断面を示す本好適施工例は、水平断面形状が４角形となるように複数本の円柱３を打ち込み硬質層１を形成し、次いで、その中に上述のゴム弾性材を投入することにより弾性層２を形成したものである。この４角形の基本ユニットを、振動を発するかまたは振動を受ける構造物の周辺に適宜施工する。１ユニットの円柱の本数は、上記施工例１におけるハニカム形状の基本ユニットの場合と同様に、好ましくは５〜５０本、より好ましくは８〜３０本である。
【００２３】
図４では、道路や鉄道等の振動源Ｓの近くに民家Ｃがあるとき、この振動源Ｓと民家Ｃとの間に上記４角形を基本のユニットとする防振施工が施されている。図４に模式的に水平方向の断面を示す好適施工例では、４角形の基本ユニットが２列で配置されているが、ユニットの個数や配置形態は振動源Ｓの種類、振動源Ｓから民家Ｃまでの距離等に応じ、適宜定めればよい。
【００２４】
施工例３
図５に模式的に水平方向の断面を示す本好適施工例は、水平断面形状が３角形となるように複数本の円柱３を打ち込み硬質層１を形成し、次いで、その中に上述のゴム弾性材を投入することにより弾性層２を形成したものである。この３角形の基本ユニットを、振動を発するかまたは振動を受ける構造物の周辺に適宜施工する。１ユニットの円柱の好適本数は、上記施工例の場合と同様である。
【００２５】
図６では、道路や鉄道等の振動源Ｓの近くに民家Ｄがあるとき、この振動源Ｓと民家Ｄとの間に上記３角形を基本のユニットとする防振施工が施されている。図６に模式的に水平方向の断面を示す好適施工例では、３角形の基本ユニットが上下互い違いとなって１列で直線状に配置されているが、ユニットの個数や組み合わせ形態は振動源Ｓと民家Ｄとの距離や振動源Ｓの種類に応じ適宜定めればよい。
【００２６】
施工例４
図７に模式的に水平方向の断面を示す本好適施工例は、３列にて円柱３を打ち込み水平断面形状が３本の直線状硬質層１を形成し、次いで、これら硬質層１間にゴム弾性材を投入することにより弾性層２を形成したものである。
【００２７】
図７では、道路や鉄道等の振動源Ｓの近くに民家Ｅがあるとき、この振動源Ｓと民家Ｅとの間に３列の硬質層１と、その間に配置された２列の弾性層２とが施されているが、かかる列は１０列以上であってもよく、また硬質層１を形成する円柱３の本数は１万本を超えてもよい。これらは振動源Ｓと民家Ｅとの距離や振動源Ｓの種類に応じ適宜定めればよい。
【００２８】
施工例５
図８に示す本好適施工例では、（ロ）に模式的に水平方向の断面を示すように水平断面形状がハニカム形状の基本ユニットにおいて、その弾性層を、（イ）に模式的に鉛直方向断面を示すように周辺地盤と同程度の硬質層４と前記弾性層２とを鉛直方向に交互に配置したものである。周辺地盤と同程度の硬質層４としては、土、砂、砂礫等の充填用地盤材料とすることができる。周辺地盤と同程度の硬質層４と弾性層２との段数や、深さ方向の厚さ等は振動源の種類、振動源から民家までの距離等に応じ、適宜定めればよく、弾性層２は１段でもよい。また、基本ユニットの形状もハニカム形状に限定されず、上記施工例のものを適宜選定することができる。
【００２９】
弾性層をこのような段構成にすることにより、特定周波数の振動数帯域の振動に対して良好に防振効果を図ることができる。
【００３０】
施工例６
図９に模式的に鉛直方向断面を示す本好適施工例は、（イ）に示すように硬質層１で囲まれた弾性層の下部を土壌、あるいは砂や砂礫等の充填用地盤材料５で形成した後、その上に上述のゴム弾性材を投入することにより弾性層２を形成し、次いで（ロ）に示すようにパワーショベル７等でゴム弾性材とその下層の土壌等と混ぜ返し、混合層６を形成したものである。
【００３１】
このようにすることにより、本発明に係る弾性層に好適に土、砂、砂礫等を混合することができ、防振効果を損なうことなく、施工後の地盤沈下を防ぐことができる。
【００３２】
施工例７
図１０に模式的に水平方向の断面を示す本好適施工例は、振動源Ｓが橋、高架等の支柱または基礎である場合である。図１０（イ）は、振動源Ｓである断面角状の支柱８の周囲に水平断面形状がハニカム形状となるように複数本の円柱３を打ち込み硬質層１を形成し、支柱８と、硬質層１との間にゴム弾性材を投入することにより弾性層２を形成したものである。このハニカム形状の周囲に同様のハニカム形状を複数配置することにより、防振効果をより高めることができる。ハニカム形状の形成は、施工例１と同様に行うことができる。
【００３３】
図１０（ロ）は、振動源Ｓである断面角状の支柱８の周囲に上記施工例１の施工を、ハニカム形状の基本ユニットを８個環状に連ねて施したものである。図示する好適施工例では、支柱の周囲に８個のハニカム形状が形成されているが、その周囲に更に多くのハニカム形状を連ねてもよく、これにより振動伝播の減衰効果をより高めることができる。
【００３４】
例えば、図１１に模式的に鉛直方向断面を示す高速道路においては、高速道路の橋脚を支持するフーチング９底部の杭１０に対し、本発明の防振工法が施されている。杭１０の周囲には弾性層２が形成され、その周囲には円柱３により硬質層が形成されている。図１２は、弾性層２が形成されている箇所の水平方向断面を模式的に示したものである。図１２に示すように、フーチング９の底部に打ち込まれた１０本の杭１０はハニカム形状の個々の基本ユニットにより包囲されている。ゴム弾性層の深さｄ１は円柱３の深さｄ２に比し、半分以下において十分に所望の効果を得ることができる。高速道路の振動はフーチング９の周囲数ｍの範囲内が最も大きいため、本発明の上記工法は極めて効果的である。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
実施例１
図１に示す施工例１の工法について、以下の実験を行った。
まず、実験地（Ｎ値１０以下の軟弱地盤）に水平断面形状がハニカム形状（図１参照）となるように１８本のコンクリート製円柱（直径：５０ｃｍ、長さ：５ｍ、ハニカム形状の対向する辺同士間の距離：２．０８ｍ）３を地盤改良杭として、硬質層１を形成した。次いで、得られたハニカム形状の内側に減衰効果の高いタイヤ粉砕物（廃タイヤを径５〜８ｃｍの断片に切断したもの）を投入することにより弾性層２を形成した。
【００３６】
この工法の鉛直方向の断面を図１３に示す。図示するように、タイヤ粉砕物の投入により形成された弾性層２の深さＤを１．０ｍとし、その上部に深さＴが０．３ｍの土の層を形成した。
【００３７】
この工法の減衰効果を衝撃試験により評価するために、地盤改良杭３で形成されたハニカム形状の内側の略中央部に内部杭１０を埋設し、その杭頭に速度センサ１１を設置した。この内部杭頭のフィールド打撃試験から周辺の地盤の自由振動応答を計測した。計測波形から対数減衰率を評価した結果、水平加振時には８％程度、鉛直加振時には４％程度の減衰率を示した。
【００３８】
実施例２
実施例１の工法で形成したハニカム形状を３つ結合させてハニカム形状となるように施工した（以下「本工法」と略記する）。この工法の減衰効果をガイドハンマー（ヒンジ構造のアーム（約７０ｃｍ）の先端に振動源としての重錘（約７０ｋｇ）を取付けた）による衝撃試験により評価した。この試験では、各載荷位置（加振点）に対し、図１４の（イ）〜（ホ）に示すようにケース分けした。ケース１〜５の加振点および計測点の状況を図１４に示す。図中、２０は本発明のハニカム施工、Ｐは加振点、三角印が計測点である。
【００３９】
ケース１、ケース２およびケース４は鋼管杭頭に直接載荷した場合であり、ケース３およびケース５は現地地盤の地表面に直接載荷した場合である。ケース１およびケース５は本工法が関係しない状況にあり、これに対し、ケース２、ケース３およびケース４は本工法が関係する状況にある。ガイドハンマーの取付け方を、鉛直載荷ができる方向と、水平載荷ができる方向の２通りとった。
【００４０】
鉛直方向の衝撃載荷による鉛直方向の速度応答を計測した結果を図１５に、また水平面内方向の衝撃載荷による面内方向の速度応答を計測した結果を図１６に、それぞれ示す。これらの図から以下のことが分かる。まず、ケース１とケース２とを比較することにより、本発工法を施工したときの応答低減効果を確認することができる。また、図１５および図１６から、鉛直方向および水平方向の載荷時のそれぞれに対応した応答は非常に本工法の効果が発揮されることが明瞭である。さらに、ケース３とケース４およびケース５とを比較することにより、本工法を振動伝播の経路上に施工したときの応答低減効果も看取することができる。この結果、本工法の施工位置から振動伝播する遠方の応答が低減されることが分かる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の防振工法によれば、従来になく良好な防振効果および交通騒音の低減効果を得ることができるとともに、廃棄物としての廃タイヤ等の使用により、工費の低コスト化にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の施工例１を示す水平方向の模式的断面図である。
【図２】上記施工例１の具体的施工を示す説明図である。
【図３】本発明の施工例２を示す水平方向の模式的断面図である。
【図４】上記施工例２の具体的施工を示す説明図である。
【図５】本発明の施工例３を示す水平方向の模式的断面図である。
【図６】上記施工例３の具体的施工を示す説明図である。
【図７】本発明の施工例４の具体的施工を示す説明図である。
【図８】本発明の施工例５の具体的施工を示す説明図である。
【図９】本発明の施工例６の具体的施工を示す説明図である。
【図１０】本発明の施工例７の具体的施工を示す説明図である。
【図１１】本発明の施工例７を高速道路の橋脚直下に適用した鉛直方向の模式的断面図である。
【図１２】図１１に示す弾性層の箇所における水平方向の模式的断面図である。
【図１３】実施例１における工法の鉛直方向の模式的断面図である。
【図１４】実施例２における衝撃試験を示す説明図である。
【図１５】実施例２における鉛直加振による鉛直方向成分の最大振幅を示すグラフである。
【図１６】実施例２における水平面内加振による面内方向成分の最大振幅を示すグラフである。
【符号の説明】
１  硬質層
２  弾性層
３  円柱（地盤改良杭）
４  硬質層
５  充填用地盤材料
６  混合層
７  パワーショベル
８  支柱
９  フーチング
１０  内部杭
１１  速度センサ
【図１】
2004156259.tif 000003
【図２】
2004156259.tif 000004
【図３】
2004156259.tif 000005
【図４】
2004156259.tif 000006
【図５】
2004156259.tif 000007
【図６】
2004156259.tif 000008
【図７】
2004156259.tif 000009
【図８】
2004156259.tif 000010
【図９】
2004156259.tif 000011
【図１０】
2004156259.tif 000012
【図１１】
2004156259.tif 000013
【図１２】
2004156259.tif 000014
【図１３】
2004156259.tif 000015
【図１４】
2004156259.tif 000016
【図１５】
2004156259.tif 000017
【図１６】
2004156259.tif 000018