(57)【要約】      （修正有）【課題】道路下に埋設される空間を有する樹脂製構造部材を多段に積み上げて構成される樹脂製構造体が備えるべき強度条件を設定し、それにより、高い安全性を備えた道路構造を得る。【解決手段】道路３の道路構造において、樹脂製構造体Ａは、水平応力・ひずみ曲線での比例領域における最大剪断ひずみが、応答変位法により算出される道路構造設計時の最大設計応答速度での樹脂製構造体Ａが埋設される予定の埋設深度における地層の剪断ひずみを超えないように設計されている。【選択図】図１
2012211482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を有する樹脂製構造部材を多段に積み上げて構成される樹脂製構造体が路面下の地盤中に埋設されてなる道路構造であって、
前記樹脂製構造体は、水平応力・ひずみ曲線での比例領域における最大剪断ひずみが、応答変位法により算出される当該道路構造設計時の最大設計応答速度での前記樹脂製構造体が埋設される予定の埋設深度における地層の剪断ひずみを超えないように設計されていることを特徴とする道路構造。
【請求項２】
請求項１に記載の道路構造であって、前記樹脂製構造体は、最小載荷重１０ｋＮ／ｍ３、最大載荷重７０の繰り返し圧縮載荷１００万回の終了後であっても、載荷重７０ｋＮ／ｍ３を載荷したときのひずみは垂直応力・ひずみ曲線での比例領域内にあることを特徴とする請求項１に記載の道路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製構造体を道路の下に埋設している道路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間を有する樹脂製構造部材を多段に積み上げて構成される樹脂製構造体を、道路の下に埋設することで、道路の下を貯水槽などとして利用できるようにした道路構造はすでに知られており、特許文献１あるいは特許文献２などに記載されている。また、地中に埋設する樹脂製構造体、すなわち空間を有する樹脂製構造部材を多段に積み上げて構成される樹脂製構造体も多くの形態のものが知られており、その一例が特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３６３８３号公報
【特許文献２】特開２００６−２６６０３４号公報
【特許文献３】特開２００９−２４４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多くの道路は、地震発生時に生じる水平荷重（剪断荷重）によって崩壊しないだけの強度を持つように、路面下の地盤設計がなされている。また、車両等の重量物がその上を繰り返して通過することを前提に、車両等の通過によって路面に不規則な凹凸が生じないように、土層および表層に対して種々の強度設計が施され、車両交通の安全性を確保している。従来、そのような道路の強度設計は、路面下が、土砂構造物あるいは土砂と基礎杭との構造物であることを条件になされており、近年に至り、発泡樹脂ブロックを軽量盛土として路面下の地中に埋設した道路構造体についても、道路の強度設計がなされるようになってきている。
【０００５】
しかし、路面下に空間を有する樹脂製構造部材を多段に積み上げて構成される樹脂製構造体が埋設された構造を備える道路については、十分な強度解析がなされてなく、過去の経験によって樹脂製構造体に必要な圧縮強度や剪断強度を設定し、道路の設計と施工を行っているのが一般的である。そのようなことから、施工に当たって標準となる強度に関する指針が求められている。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、道路下に埋設される空間を有する樹脂製構造部材を多段に積み上げて構成される樹脂製構造体が備えるべき強度条件を設定し、それにより、道路構造の高い安全性を保全することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、多くの実験とシミュレーション計算を行うことにより、道路下に埋設される樹脂製構造体が備えるべき最大剪断ひずみ量を、応答変位法によって算出される地層の剪断ひずみ量との関係で設定することにより、課題を解決できることを知見した。また、特定条件のもとで繰り返し荷重を樹脂製構造体に与えときに当該樹脂製構造体に生じるひずみが、樹脂製構造体の垂直応力・ひずみ曲線での弾性範囲内にあるように設計することで、さらに安全性の高い道路構造を得られることを知見した。本発明は、本発明者らが得た上記知見に基づいている。
【０００８】
本発明による道路構造は、空間を有する樹脂製構造部材を多段に積み上げて構成される樹脂製構造体が路面下の地盤中に埋設されてなる道路構造であって、前記樹脂製構造体は、水平応力・ひずみ曲線での比例領域における最大剪断ひずみが、応答変位法により算出される当該道路構造設計時の最大設計応答速度での前記樹脂製構造体が埋設される予定の埋設深度における地層の剪断ひずみを超えないように設計されていることを特徴とする。
【０００９】
樹脂製構造体の最大剪断ひずみを上記のように設定することにより、樹脂製構造体は、地震発生時に生じる周囲の地盤の水平移動に破壊（塑性変形)することなく追従する。それにより、樹脂製構造体が路面下の地盤中に埋設されてなる道路構造が、地震時の樹脂製構造体の破損に起因して破壊するのを阻止することができ、安全性の高い道路構造が得られる。
【００１０】
道路は、その路面上を多くの車両が繰り返し通過する。道路の安全性を保全するために車両の軸加重によって路面に凹凸が生じるのを極力回避すべきであるが、完全に回避することは容易でない。道路の安全性を確保するために、樹脂製構造体が路面下の地盤中に埋設されてなる道路構造においても、当該樹脂製構造体の垂直方向のひずみに起因して、路面の凹凸が大きくなるのは回避しなければならない。
【００１１】
上記の道路構造において、前記樹脂製構造体を、最小載荷重１０ｋＮ／ｍ３、最大載荷重７０ｋＮ／ｍ３での繰り返し圧縮載荷１００万回の終了後であっても、載荷重７０ｋＮ／ｍ３を載荷したときの垂直ひずみが垂直応力・ひずみ曲線での比例領域内にあるように設計することで、上記の課題を解決することができる。
【００１２】
なお、「最小載荷重１０ｋＮ／ｍ３、最大載荷重７０ｋＮ／ｍ３での繰り返し圧縮載荷１００万回の終了後」の条件は、本発明者らの経験から、道路として最も過酷な条件として選定したものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、空間を有する樹脂製構造部材を多段に積み上げて構成される樹脂製構造体が路面下の地盤中に埋設されてなる道路構造において、道路構造の高い安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による道路構造の一例を示す模式的図。
【図２】樹脂製構造体の剪断ひずみ量の測定方法を説明する図。
【図３】樹脂製構造体の繰り返し圧縮試験方法を説明する図。
【図４】繰り返し圧縮試験による応力履歴を受けた後の樹脂製構造体の対する圧縮荷重と垂直ひずみの関係を示すグラフ。
【図５】試験に用いた空間を有する樹脂製構造部材の要部を説明する図。
【図６】本発明による道路構造を実車走行試験したときの道路の縦断図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による道路構造を本発明者らが行った試験結果とともに説明する。
図１は、本発明による道路構造の一例を示す模式的図であり、例として図５に示すような、内部に空間を有する樹脂製構造部材Ｂを多段に積み上げて構成される樹脂製構造体Ａが路面１の下の地盤中に埋設されている。この例において、図１は道路を横断する方向での模式的断面図であり、樹脂製構造体Ａ上の地上部は舗装２を備えた道路３とされており、該道路３の路線方向に沿って樹脂製構造体Ａは所定の長さで地中に埋設されている。
【００１６】
最初に、樹脂製構造体Ａの剪断ひずみ量について考察する。道路３の安全性を確保するためには、地震時での地盤の水平方向の移動によって、破壊等が生じないことが必要となる。そのためには、地震動による地盤の剪断ひずみが樹脂製構造体Ａの許容剪断ひずみを超えないことが条件となる。換言すれば、地震時に当該道路３の地盤に水平方向の移動(剪断ひずみ)が生じたときに、その移動に追従して樹脂製構造体Ａが弾性限界内での剪断方向のひずみを生じる場合には、樹脂製構造体Ａに破損は生じない。
【００１７】
次に、解析モデルを用いての耐震性能に関する条件を検討する。表１は本発明者らが行った検討条件を示している。
【００１８】
【表１】
2012211482.tif 000003
【００１９】
上記の条件内で組み合わせを代えた多くのモデルについて、応答変位法に即して、樹脂製構造体Ａの埋設予定深度である５ｍでの地盤の剪断ひずみ（％）を演算した。その結果のうち代表的な２つ（ａ）（ｂ）について表２に示した。
【００２０】
【表２】
2012211482.tif 000004
【００２１】
なお、上記の実験条件において、樹脂製構造体Ａの予定埋設深さを５ｍとしたのは、従来使用されている、例えば特許文献３に記載されるように、貯水槽等を形成するために地中に埋設する樹脂製構造体は、地盤からの側圧による変形を回避するために、５ｍ前後の深さに埋設されるのが一般的であることによる。また、上記条件での種々の組み合わせによるモデルにおいて、モデルｂが最も大きな剪断ひずみを示した。
【００２２】
したがって、上記の地盤条件のもので、路面の下に樹脂製構造体を埋設した道路構造とする場合、水平応力・ひずみ曲線での比例領域における最大剪断ひずみ１．５７を超えないように設計された当該樹脂製構造体を地中５ｍ程度の所に埋設することにより、設計最大設計応答速度を超えないレベルの地震振動が起こっても、樹脂製構造体は弾性体としての挙動を示し、樹脂製構造体に破壊等が生じないことがわかる。より大きな最大設計応答速度を引き起こす地震を設計条件とする場合には、その値に応じた応答変位法による演算を行い、地盤の最大剪断ひずみを設定することとなる。
【００２３】
樹脂製構造体Ａの最大剪断ひずみ量は適宜の手法により測定することができる。図２はその一例を示している。この例では、前記した特開２００９−２４４４７号公報に記載されている樹脂製構造部材Ｂを交互に９０度位置をずらして１０段に積み上げたものを用いている。
【００２４】
図５は、特開２００９−２４４４７号公報に記載されている樹脂製構造部材の要部を示しており、箱状部８が、上面を形成する天板８Ａと該天板８Ａの外周縁から下方へ延びる４つの側板８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅとを備え、前記天板８Ａのうちの箱状部併設方向両端部８ｄ，８ｅを中間部８ｃよりも低くし、該低くなった両端部８ａ，８ｂを、上側に位置する構造部材の下端、つまり箱状部８の併設方向と直交する方向の両端の下端８ｄ，８ｅを載置して支持させるための載置部としている。前記下端８ｄ，８ｅは、箱状部８の下端８ｆよりも上方に位置し、箱状部８，８間に位置する下端８ｅの箱状部８の併設方向と直交する方向の寸法が、端に位置する下端８ｄよりもほぼ２倍の寸法になっており、図５に示すように、隣り合う箱状部８，８の両端部の載置部８ｂ，８ａに下端８ｅが載置できるようになっている。構造部材を積み上げたときに、上側に位置する構造部材の箱状部８に、下側に位置する構造部材の箱状部８の中間部８ｃが入り込んで上側に位置する構造部材が箱状部併設方向と直交する方向（矢印Ｘ方向）への移動を阻止するべく、箱状部８の下端部の箱状部併設方向と直交する開口寸法Ｌ２を、箱状部８の中間部８ｃの箱状部併設方向の外形寸法よりも大きく設定して、構造部材を積み上げた状態においては、上側に位置する構造部材が箱状部併設方向と直交する方向Ｘへの移動を阻止することができるだけでなく、部品点数の削減化を図ることができるとともに組付け作業面において有利にすることができるようにしている。また、構造部材は各種の樹脂材料により成形された成形品であり、構造部材を積み上げたときに、下側の構造部材の載置部に載置される上側の構造部材の箱状部８の底部とこれに対応する前記第２側板８Ｂ，８Ｃとを上下方向で連結する縦向きの複数（ここでは４本であるが、何本であってもよい）の補強用のリブ８Ｒを備えることによって、特に荷重の加わる箇所での補強を行うことができ、軽量化を図りながらも変形や破損に対して有利になる。なお、この形態の樹脂製構造部材Ｂは、前記した特開２００９−２４４４７号公報に詳細に記載されており、必要に応じて、該公報の内容が参照される。
【００２５】
図５に示す樹脂製構造部材Ｂを交互に９０度位置をずらして１０段に積み上げることで、図２に示すように、底辺が９９４ｍｍ、高さが１１９２．５ｍｍの立方体である樹脂製構造体Ａとした。その下段を固定し、上段に載荷板をおいてその上に押さえ板をローラーを介して配置する。そして、水平方向に作用する油圧シリンダーを配置して、最上段の樹脂製構造部材Ｂに荷重計を介して１０ｍｍ／ｍｉｎの水平荷重を加える。水平方向のひずみは変位計により計測する。なお、実験で用いた樹脂製構造部材Ｂは、ポリプロピレン樹脂製で厚みがほぼ２ｍｍ、補強用のリブ８Ｒの厚みも２ｍｍのものである。
【００２６】
図２に示した試験装置により、当該樹脂製構造体Ａの水平応力・ひずみ曲線を得たところ、剪断ひずみ６％程度までは、応力とひずみが比例する弾性領域を示した。したがって、この構成を備えた樹脂製構造体Ａを、表１に示した条件下にある土壌の５ｍの深さに埋設することで、路面下に貯水槽を備えた道路構造とした場合に、設計地震レベル内においては樹脂製構造体Ａが損傷することのない、安定した道路構造が得られることとなる。
【００２７】
次に、上記構成を備えた樹脂製構造体Ａを道路の下に埋設した道路において、その道路面を車両が反覆して通過することで、樹脂製構造体Ａに同様な垂直方向のひずみが生じるかについて、検討した。すなわち、樹脂製構造体Ａを車道下に適用した場合、応力履歴によるひずみ（垂直方向ひずみ）量が大きいと、樹脂製構造体Ａのひずみに起因して道路面の沈下や、舗装面に段差ができるなど、悪影響が発生する。
【００２８】
そこで、剪断ひずみ試験で用いたと同じ樹脂製構造体Ａに対して、垂直方向の繰り返し圧縮試験を行った。図３は、繰り返し圧縮試験装置を示しており、水平基板上に樹脂製構造体Ａを置き、最上部に載荷板を配置し、該載荷板を介して、油圧シリンダーによる繰り返し加重を１００万回加えた。裁荷重は、最小載荷重１０ｋＮ／ｍ３、最大載荷重７０ｋＮ／ｍ３で、周波数は１．４５Ｈｚとした。なお、最小載荷重１０ｋＮ／ｍ３は０．６ｍの覆土に相当するものであり、最大載荷重７０ｋＮ／ｍ３は、樹脂製構造体Ａの許容圧縮強度である。この試験条件は、きわめて過酷な使用条件下にある車道における、車道上を走行する車両によって生じる軸加重および走行輪数を超えるものである。
【００２９】
したがって、上記の繰り返し圧縮試験を行った後の樹脂製構造体Ａに対して、再び載荷重７０ｋＮ／ｍ３を載荷したときの垂直ひずみが、垂直応力・ひずみ曲線での比例領域内にあるように設計することにより、通常の保守体制下にある道路において、路面の下に埋設した樹脂製構造体Ａのひずみに起因して、道路面の沈下や舗装面に段差ができるなどの悪影響が発生するのを確実に阻止することが可能となり、空間を有する樹脂製構造部材Ｂを多段に積み上げて構成される樹脂製構造体Ａが路面下の地盤中に埋設されてなる道路構造の安定性をさらに向上させることができる。
【００３０】
図４は、前記した図５に示した、ポリプロピレン樹脂製で厚みがほぼ２ｍｍ、補強用のリブ８Ｒの厚みも２ｍｍである樹脂製構造部材Ｂを１０段積み上げた樹脂製構造体Ａに対して、上記の繰り返し圧縮試験を行った後に、その樹脂製構造体Ａに対して行った圧縮応力・垂直ひずみ曲線であり、１３０〜１４０ｋＮ／ｍ３の応力値まで、応力とひずみは比例関係和保持しており、上記樹脂製構造体Ａは、垂直方向の加重に対しても、硬い安定性を示すことがわかる。
【００３１】
したがって、上記樹脂製構造体Ａを路面下に埋設している道路は、地震時での水平振動と車両の通過による垂直応力の双方に対して、安全性の高い道路構造となる。
【００３２】
本発明者らは、さらに、上記樹脂製構造体Ａを地中に埋設した道路（試験工区）と、埋設しない道路（比較工区）を実際に作成して、走行試験を行った。走行試験を行った道路の縦断面を図６に示した。走行車重量は３２４．３ｋＮ、軸重は、前６９．１ｋＮ、後前１２８．１ｋＮ、後後１２７．１ｋＮであり、それを２０万輪（４９ｋＮ相当）走行させた。その結果、試験工区の平坦性は、２０万輪後において比較工区と同程度であった。また、試験工区の２０万輪後の平坦性は、「路面の補修要否の判断目標値、路面の維持修理基準」で交通量の多い一般道路で維持補修要否判断の目標値されている４．０ｍｍを下回る結果であった。
【符号の説明】
【００３３】
１…路面、
２…舗装、
３…道路、
Ａ…貯水槽等を形成する樹脂製構造体、
Ｂ…空間を有する樹脂製構造部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012211482.tif 000008
【図５】
2012211482.tif 000009
【図６】
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