(57)【要約】【課題】  土被り地盤がある橋脚や高架橋などの構造物に対する土被り地盤の拘束を緩和して、作用する地震荷重を低減させることができる、深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法を提供する。【解決手段】  深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、構造物１の周囲に、土被り地盤２に対する剛性比が小さく柔らかい材料からなる免震材３を壁状もしくは柱状に構築し、前記構造物１に対する土被り地盤２の拘束を緩和して、前記構造物１に作用する地震荷重を低減させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の周囲に、周辺地盤に対する剛性比が小さく柔らかい材料からなる免震材を壁状もしくは柱状に構築し、前記構造物に対する土被り地盤の拘束を緩和して、前記構造物に作用する地震荷重を低減させることを特徴とする深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法。
【請求項２】
請求項１記載の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、前記構造物が橋脚及び高架橋であることを特徴とする免震材を用いた深い土被りを有する構造物の地震荷重低減工法。
【請求項３】
請求項１記載の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、前記免震材がポリマー改良土であることを特徴とする深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法。
【請求項４】
請求項３記載の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、前記ポリマー改良土がポリビニールアルコール系ポリマー剤及び発泡スチロールビーズ混入土であることを特徴とする深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項記載の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、前記土被り地盤に対する前記免震材の剛性比は１／１０〜１／５００であることを特徴とする深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道や道路などに用いる橋脚や高架橋などの構造物で、深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、免震材を用いたトンネルの耐震対策工法及びその免震壁の施工方法並びにその築造構造体として、下記特許文献１に開示されるものがある。
また、袋体を用いたポリマー地盤改良体の築造方法及びその築造方法に使用する充填用部材として、下記特許文献２に開示されるものがある。
しかし、深い土被り地盤を有する橋脚や高架橋などの構造物に対して、地盤に拘束された場合での慣性力や地盤変位荷重といった地震荷重に対する応答については、検討がほとんどなされておらず、これらに対する対策工法は提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３８７９１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１００４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の設計では、橋脚や高架橋などの構造物が土被り地盤を有する場合、土被り地盤が構造物を拘束するため耐震性能が向上するものと考えられてきた。しかしながら、近年の研究では、土被り地盤が構造物を拘束する結果、耐力が向上して、かえって大きな慣性力や地盤変位荷重を負担してしまうことがわかった。
図１２は橋脚に深い土被り地盤を有する場合と土被り地盤がない場合の拘束力を受ける橋脚の慣性力と変位の関係を示す図である。
【０００５】
この図において、ａは橋脚に土被り地盤がない場合を示し、ｂは橋脚に深い土被り地盤を有する場合を示している。
この図から明らかなように、橋脚が土被り地盤を有する場合の方が、土被り地盤がない場合に比べて地震時の応答変位が小さくなるものの、慣性力は土被り地盤を有する場合の方が大きく作用することが分かる。
【０００６】
また、地震時の地盤変位により構造物に荷重が作用することが確認されており、土被り地盤が深い場合には作用する地盤変位荷重が増大し、構造物が損傷を受ける可能性があることが分かってきた。
本発明は、上記状況に鑑みて、土被り地盤がある橋脚や高架橋などの構造物に対する土被り地盤の拘束を緩和して慣性力の負担を低減すると共に、作用する地盤変位荷重を低減させることができる、深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、構造物の周囲に、周辺地盤に対する剛性比が小さく柔らかい材料からなる免震材を壁状もしくは柱状に構築し、前記構造物に対する土被り地盤の拘束を緩和して、前記構造物に作用する地震荷重を低減させることを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、前記構造物が橋脚及び高架橋であることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕記載の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、前記免震材がポリマー改良土であることを特徴とする。
〔４〕上記〔３〕記載の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、前記ポリマー改良土がポリビニールアルコール系ポリマー剤及び発泡スチロールビーズ混入土であることを特徴とする。
【０００９】
〔５〕上記〔１〕から〔４〕の何れか一項記載の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法において、前記周辺地盤に対する前記免震材の剛性比は１／１０〜１／５００であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、深い土被りを有する橋脚や高架橋などの構造物に対する土被り地盤による拘束を緩和することで、地震時における構造物に対する慣性力及び地盤変位荷重である地震荷重の低減を図ることができ、橋脚や高架橋などの構造物の損傷を抑制することが可能である。その施工は地盤を掘削して免震材と置換する方法、もしくは地盤を切削し、免震材と攪拌混合する方法で実施可能であり、既設構造物にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例を示す深い土被りを有する橋脚や高架橋などの構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法を示す断面模式図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す深い土被りを有する橋脚や高架橋などの構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法を示す斜視模式図である。
【図３】比較例としての地震荷重低減工法を実施していない橋脚や高架橋などの構造物を示す断面模式図である。
【図４】本発明の地震荷重低減工法を実施した場合と未対策の場合とを対比した拘束力を受ける橋脚や高架橋などの構造物の慣性力と変位の関係を示す図である。
【図５】未対策時と比較した本発明の地震荷重低減工法実施時における地盤変位に対する効果を示す模式図である。
【図６】未対策時における水平応力コンター図である。
【図７】本発明の地震荷重低減工法による対策実施時における水平応力コンター図である。
【図８】周囲の地盤剛性が軟弱な場合（Ｎ値２）の構造物としての橋脚に発生する断面力分布を示す図である。
【図９】周囲の地盤剛性が一般的な場合（Ｎ値５）の構造物としての橋脚に発生する断面力分布を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施例を示す深い土被りを有する橋脚や高架橋などの構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法を示す断面模式図である。
【図１１】本発明の第２実施例を示す深い土被りを有する橋脚や高架橋などの構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法を示す斜視模式図である。
【図１２】橋脚に深い土被り地盤を有する場合と土被り地盤がない場合の拘束力を受ける橋脚の慣性力と変位の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法は、構造物の周囲に、周辺地盤に対する剛性比が小さく柔らかい材料からなる免震材を壁状もしくは柱状に構築し、前記構造物に対する土被り地盤の拘束を緩和して、前記構造物に作用する地震荷重を低減させる。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す深い土被りを有する橋脚や高架橋などの構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法を示す断面模式図、図２はその斜視模式図、図３は比較例としての地震荷重低減工法を実施していない橋脚や高架橋などの構造物を示す断面模式図である。
【００１４】
これらの図において、１は橋脚や高架橋などの構造物、２は深い土被り地盤、３は壁状の免震材である。ここで、深い土被り地盤２とは基礎の上面から橋脚や高架橋などの構造物１の柱の断面高さの２倍以上の深さをもつ土被り地盤を指している。
本発明の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法は、構造物１の周囲に、深い土被り地盤２に対する剛性比が小さく柔らかい材料からなる免震材３を壁状に構築し、構造物１に対する土被り地盤２の拘束を緩和して、構造物１に作用する地震荷重を低減させることを特徴とした耐震対策工法である。免震材としては、ポリマー改良土を用いることができる。また、このポリマー改良土はより具体的にはポリビニールアルコール系ポリマー剤及び発泡スチロールビーズ混入土を用いることとする。また、深い土被り地盤２に対する免震材３としてのポリマー改良土の剛性比は１／１０〜１／５００程度とする。
【００１５】
図４は本発明の地震荷重低減工法を実施した場合と未対策の場合とを対比した拘束力を受ける橋脚や高架橋などの構造物の慣性力と変位の関係を示す図である。
図４において、Ａは深い土被り地盤を有する場合（未対策）の特性を示し、Ｂは本発明の地震荷重低減工法を実施した場合の特性を示している。
この図から明らかなように、本発明の地震荷重低減工法を実施した場合の方が、未対策の場合に比べて橋脚や高架橋などの構造物に対する土被り地盤の拘束が緩和され、地震時の慣性力が小さくなることが分かる。
【００１６】
図５は未対策時と比較した本発明の地震荷重低減工法実施時における地盤変位に対する効果を示す模式図であり、図５（ａ）は未対策の場合、図５（ｂ）は本発明の地震荷重低減工法による対策を実施した場合を示している。
図５（ａ）に示される未対策の場合は、地盤変位荷重が橋脚や高架橋などの構造物１に直接作用するのに対して、図５（ｂ）に示される本発明の地震荷重の低減工法による対策を実施した場合は、免震材３としてのポリマー改良土が自然地盤の地盤変位荷重に対して緩衝材として機能することで（Ｐ＝Ｋ・ｘ：剛性Ｋが小さくなる）、構造物１に対する地盤変位荷重が低減される。なお、ポリマー改良土３は自然地盤の変形量に追随して挙動することができる。
【００１７】
図６は未対策時における水平応力コンター図、図７は本発明の地震荷重低減工法による対策実施時における水平応力コンター図である。
これらの図から、図７に示される本発明の地震荷重低減工法を実施した場合の方が、図６に示される深い土被り地盤を有する場合（未対策）に比べて構造物周辺地盤に発生する応力が低下しており、構造物に対する土被り地盤の拘束が緩和されると共に、作用する地震荷重が低減されていることが分かる。
【００１８】
図８は周囲の地盤剛性が軟弱な場合（Ｎ値２）の構造物としての橋脚に発生する断面力分布を示す図であり、図８（ａ）は橋脚の高さ（ｍ）に対するせん断力（ｋＮ）を、図８（ｂ）は橋脚の高さ（ｍ）に対する曲げモーメント（ｋＮｍ）を示している。図９は周囲の地盤剛性が一般的な場合（Ｎ値５）の構造物としての橋脚に発生する断面力分布を示す図であり、図９（ａ）は橋脚の高さ（ｍ）に対するせん断力（ｋＮ）を、図９（ｂ）は橋脚の高さ（ｍ）に対する曲げモーメント（ｋＮｍ）を示している。
【００１９】
これらの図から明らかなように、橋脚周囲の地盤剛性に関わらず、対策を実施した方がせん断力（ｋＮ）及び曲げモーメント（ｋＮｍ）が低くなっている。
図１０は本発明の第２実施例を示す深い土被りを有する橋脚や高架橋などの構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法を示す断面模式図、図１１はその斜視模式図である。
これらの図において、１１は橋脚や高架橋などの構造物、１２は深い土被り地盤、１３は複数の円柱形状の免震材であり、複数の円柱形状の免震材１３で構造物１１の周りを取り囲むようにしている。なお、この実施例における複数の円柱形状の免震材１３は円柱形状以外の楕円柱や角柱としてもよい。また、このポリマー改良土はより具体的にはポリビニールアルコール系ポリマー剤及び発泡スチロールビーズ混入土を用いることとする。また、深い土被り地盤１２に対する免震材３としてのポリマー改良土の剛性比は１／１０〜１／５００程度とする。
【００２０】
上記した免震材としてのポリマー改良土は、土被り地盤による拘束の緩和による慣性力の低下及び地盤変位荷重の低減により、橋脚や高架橋などの構造物の損傷を抑制することが可能である。その免震材の施工は地盤を掘削して免震材と置換する方法、もしくは地盤を切削し免震材と攪拌混合する方法で実施可能であり、既設構造物にも適用できる。
なお、先行技術として示したトンネルに対して提案された対策工法は、トンネルに作用する地震力が主に直角方向であることから、トンネルの側面に免震材を配置する工法であった。しかしながら、本発明の工法で対象とする橋脚や高架橋などの構造物は、線路方向と線路直角方向の２つの方向に対して対策を行う必要があることから、構造物を取り囲むように免震材を施工するようにしている。
【００２１】
上記のように構成することにより、深い土被り地盤による構造物の拘束を緩和して、地震荷重を低減することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の深い土被りを有する構造物の免震材を用いた地震荷重低減工法は、土被り地盤がある構造物に対する土被り地盤の拘束を緩和して、作用する地震荷重を低減させることができる、構造物に作用する地震荷重低減工法として利用可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１，１１    橋脚や高架橋などの構造物
２，１２    土被り地盤
３    壁状の免震材
１３    複数の円柱形状の免震材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図６】
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【図７】
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