(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
盛土地盤中に埋設されたカルバートの頂板とその上に盛り立てられる上部盛土地盤との間に、
外周のクラウン部の座屈強度が前記上部盛土地盤の最終造成高さによる上載荷重よりも小さい多数の廃棄タイヤが軸心を略鉛直方向に向けて敷き詰められてなることを特徴とする廃棄タイヤを用いたカルバートの埋設構造。
【請求項２】
請求項１の記載において、
廃棄タイヤが上下に複数段重ねて敷き詰められてなることを特徴とする廃棄タイヤを用いたカルバートの埋設構造。
【請求項３】
請求項１又は２の記載において、
廃棄タイヤの上に土砂遮蔽板が敷設されてなることを特徴とする廃棄タイヤを用いたカルバートの埋設構造。
【請求項４】
請求項２の記載において、
上下に複数段重ねて敷き詰められた廃棄タイヤは、各段毎にクラウン部の座屈強度が異なることを特徴とする廃棄タイヤを用いたカルバートの埋設構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水路や道路等の用途に使用される盛土下のカルバートに対する土圧を低減するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カルバートは、用水、排水や水路のために道路や堤防等の盛土地盤中に埋設されるコンクリート製の管渠である。図６に示すカルバート（ボックスカルバート）１は、図示の断面と直交する方向に延びるものであって、現場打ちコンクリートもしくはプレキャストコンクリートで施工され、盛土地盤Ｇ中に埋設される。カルバート１上の盛土材による土被り高さ、すなわちカルバート１の上に盛り立てられる上部盛土地盤の造成高さが大きい場合は、前記カルバート１の頂板１ａに作用する土圧を軽減する目的で、従来、前記頂板１ａ上に、例えば発泡スチロール等、所定の降伏強度を有する可撓性材料からなる所要厚さの受圧板２を敷設してから、盛土材の盛り立て作業を行っている。
【０００３】
発泡スチロール等からなる受圧板２は、第一にその圧縮性によって、カルバート１の頂板１ａに対するマーストン土圧を軽減する機能を有する。すなわち、受圧板２を敷設しない場合、カルバート１の真上に位置する盛土地盤の層厚はその周囲の盛土地盤の層厚より小さいため、締め固めの際の圧密沈下量が少なくなり、その結果、カルバート１の頂板１ａに締め固め圧力による大きなマーストン土圧が作用することになるが、受圧板２を敷設した場合はその圧縮変形によって、その真上の盛土地盤の沈下が周辺地盤の圧密沈下に追随し、これによって前記マーストン土圧を有効に吸収することができる。
【０００４】
第二に、受圧板２は、上部盛土地盤Ｇへのグランドアーチ形成作用によって、カルバート１の頂板１ａへの鉛直土圧を軽減する機能を有する。すなわちカルバート１の埋設工事においては、盛土材が所定の撒き出し厚さずつ盛り立てられる度に順次転圧され締め固められるが、カルバート１の上部盛土地盤Ｇによる上載荷重Ｆが受圧板２の降伏応力を超えた時点で、前記受圧板２が図７に一点鎖線で示す原形状態から圧縮方向に急激に塑性変形されるので、前記上部盛土地盤Ｇ内に一時的に空洞が生じ、地盤の応力再分配が起こることによって、図中破線で示すように、前記頂板１ａの幅方向両側から立ち上がった上側へ凸の地中不連続面からなるグランドアーチＧＡが形成される。したがって、上部盛土地盤Ｇの造成高さによる上載荷重は、グランドアーチＧＡの外側の十分に締め固められた地盤領域Ｇ’で支持されるようになり、カルバート１の頂板１ａに作用する鉛直土圧が有効に軽減されるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術におけるカルバートの埋設構造によれば、次のような問題が指摘される。
(1) 発泡スチロール等からなる受圧板２は、圧縮降伏変形による板厚減少量が小さいため、グランドアーチＧＡを形成するための大きな空洞を確保しにくい。
(2) 盛土の高さが大きい場合は、受圧板２を大量に用いて大きな空洞によるグランドアーチを形成する必要があるため、資材コストが高騰する。
【０００６】
本発明は、上記のような事情のもとになされたもので、その技術的課題とするところは、カルバートの頂板に作用する鉛直土圧の軽減効果を向上し、かつ鉛直土圧軽減手段としての資材のコストを低減可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題はを有効に解決するための手段として、本発明に係るカルバートの埋設構造においては、盛土地盤中に埋設されたカルバートの頂板とその上に盛り立てられる上部盛土地盤との間に、外周のクラウン部の座屈強度が前記上部盛土地盤の最終造成高さによる上載荷重よりも小さい多数の廃棄タイヤが軸心を略鉛直方向に向けて敷き詰められ、この廃棄タイヤの上部に土砂遮蔽板が敷設される。なお、ここでいう廃棄タイヤとは、リムが取り外され、チューブ付きの場合はチューブも除去されたものである。また、最終造成高さとは、造成完了時の盛土上端までの高さのことである。
【０００８】
本発明において、カルバートの頂板上に軸心を略鉛直方向に向けて敷設された廃棄タイヤは、その上に盛り立てられる上部盛土地盤からの上載荷重を、外周のクラウン部（自動車に取り付けられた時に接地面とる部分）で受ける。そしてこのクラウン部は、盛土地盤の最終造成高さによる上載荷重よりも座屈強度が小さいことから、前記上部盛土地盤の盛り立て造成過程で、カルバート上の上載荷重が前記座屈強度を超えて増大すると、その時点で前記クラウン部が座屈する。廃棄タイヤは中空であるから、座屈によってその軸方向幅が著しく減少し、したがってその真上の地盤内には大きな空洞が生じ、地中の応力の再分配による顕著なグランドアーチが形成される。その後、更に前記上部盛土地盤を最終造成高さまで盛り立て造成して行くが、これに伴って更に増大する上載荷重は前記グランドアーチにおいて絶縁されるので、カルバートの頂板に作用する鉛直土圧が有効に軽減される。
【０００９】
カルバート上に盛り立てられる上部盛土地盤の最終造成高さが比較的高い場合は、廃棄タイヤを上下に複数段重ねて敷き詰めることが有効である。このようにすれば、複数段の廃棄タイヤの座屈によって形成される空洞が大きくなるので、地中の応力再分配が起こりやすく、顕著な地中不連続面からなるグランドアーチが形成される。またこの場合、各段のタイヤ毎にクラウン部の座屈強度が異なるものとすれば、相対的に座屈強度が小さいほうの段のタイヤが盛土造成過程で座屈してグランドアーチが形成され、このグランドアーチが何らかの原因で崩壊しても、相対的に座屈強度が大きいほうの段のタイヤが座屈してグランドアーチが再生されるようにすることができる。
【００１０】
なお、盛土地盤の造成過程で土砂が廃棄タイヤ内の中空部や隣接する廃棄タイヤ間へ侵入して堆積されると、クラウン部がこの堆積土砂によって補強されて座屈しにくくなるため、好ましくは廃棄タイヤの上に、土砂の侵入を防止するための土砂遮蔽板が敷設される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るカルバートの埋設構造の好ましい第一の実施形態における盛土地盤造成過程を示す斜視図である。この図１において、参照符号１０は断面略長方形又は正方形のコンクリート製管渠であるカルバート、２０はこのカルバート１０の頂板１１上に軸心を略鉛直方向に向けてカルバート１０の長手方向に三列に敷き詰められた廃棄タイヤ（以下、単にタイヤという）、３０はこのタイヤ２０の上に上からの土砂侵入を防止するために敷設した合板からなる上方土砂遮蔽板、４０は前記頂板１１上に幅方向両縁に沿って横からの土砂の侵入を防止するために立設された金属板からなる側方土砂遮蔽板、５０は前記上方土砂遮蔽板３０及び側方土砂遮蔽板４０を介してタイヤ２０を覆うように敷設された土木シートである。側方土砂遮蔽板４０の下部には排水用の小孔４１が所定間隔で開設されている。
【００１２】
すなわち、まず盛土造成地における所定の位置に、コンクリートの現場打ちによって、あるいは予め工場で図１に示す中空形状に成形されたプレキャストコンクリート製品を配置し、これを長手方向に連結して行くことによってカルバート１０を施工する。このカルバート１０の施工後は、その両側に盛土材を撒き出して転圧機により締め固めながら盛土地盤を造成して行くが、カルバート１０の頂板１１の上側を盛土材によって土被りさせる前に、この頂板１１上にタイヤ２０を敷き詰め、その両側に側方土砂遮蔽板４０を立設し、敷き詰められたタイヤ２０の上に、前記側方土砂遮蔽板４０，４０間に入れることが可能な幅の上方土砂遮蔽板３０を載せ、更に土木シート５０を被せる。なお、上方土砂遮蔽板３０としての合板や、土木シート５０も廃材で十分である。
【００１３】
タイヤ２０は周知のようにゴム製であって、図２に示すように、接地面であった外周の厚肉のクラウン部２１と、このクラウン部２１の軸方向両側から内周側へ延びると共に外側へ膨らんだ側壁部２２，２２とを有し、内部の環状空間Ｓはリムが取り外された内周の全周が開放２０ａされている。したがって、このタイヤ２０に軸方向の荷重Ｆを与えると、まず両側面部２２，２２が撓んだ後、増大して行く荷重Ｆをクラウン部２１が圧縮方向に受けることになる。そして前記荷重Ｆが所定の大きさを超えた時点で、前記クラウン部２１が座屈して外周側へ凸の屈曲形状に折れ曲がり、このためタイヤ２０の軸方向幅Ｗ（高さ）が著しく減少する。そして、カルバート１０の頂板１１上に敷き詰めるタイヤ２０としては、前記クラウン部２１の座屈強度が、タイヤ一個当たりに作用する盛土上面までの最終的な造成高さによる上載荷重よりも適宜小さいものが選定される。
【００１４】
また、隣接するタイヤ２０のクラウン部２１が互いに接触していると、このクラウン部２１が外周側へ凸の屈曲形状に座屈する際に互いに干渉して補強し合い、座屈しにくくなるため、好ましくは、隣接するタイヤ２０，２０，・・・ のクラウン部２１同士を互いに非接触とする。
【００１５】
土木シート５０を敷設した後は、その上にも盛土材を撒き出して図３のように土被りさせ、この盛土材の所定層厚での撒き出しと転圧とを繰り返すことによって、所定高さの盛土地盤を造成して行く。このとき、タイヤ２０の真上に盛り立てられた盛土地盤Ｇａは、各タイヤ２０が適度に撓むことによって、周辺の盛土地盤Ｇｂに追随して沈下することができ、これによって盛土の締め固めの際にカルバート１０の頂板１１に作用するマーストン土圧が有効に吸収される。また、降雨等によって前記頂板１１と上方土砂遮蔽板３０の間のタイヤ敷設空間に侵入した盛土中の浸透水は、側方土砂遮蔽板４０の小孔４１から排出される。
【００１６】
タイヤ２０に作用する上載荷重（鉛直土圧）は、その上側の盛土材の盛り立て高さに比例して増大して行くが、この上載荷重が所定の大きさに達すると、先に図２で説明したように各タイヤ２０のクラウン部２１が座屈して潰されるので、その上側の盛土地盤中に、図４に示すように、前記頂板１１の幅方向両縁近傍から立ち上がった上側へ凸の地中不連続面からなるグランドアーチＧＡが形成される。このため、カルバート１０の頂板１１に作用する鉛直土圧が有効に軽減される。
【００１７】
カルバート１０上に盛り立てられる上部盛土地盤の造成高さが比較的高い高盛土の場合は、図５に本発明における第二の実施形態を示すように、カルバート１０の頂板１１上にタイヤ２０Ａを敷き詰め、その上に重ねてタイヤ２０Ｂを敷き詰め、その両側に上下二段分の高さを有する側方土砂遮蔽板４０を立設し、上段のタイヤ２０Ｂの上に上方土砂遮蔽板３０を重ね、土木シート５０を被せる。下段のタイヤ２０Ａと上段のタイヤ２０Ｂの間には板３１を介在させても良い。
【００１８】
上記第二の実施形態によれば、各段のタイヤ２０Ａ，２０Ｂの座屈強度がほぼ同じである場合、上部盛土地盤の盛り立て過程で上下のタイヤ２０Ａ，２０Ｂの双方が座屈するので、上部盛土地盤が大きく圧密沈下しても消滅しにくい顕著なグランドアーチを形成することができる。勿論、場合によってはタイヤ２０を三段以上重ねても良い。
【００１９】
ところで、上述のような過程でいったん地中に形成されたグランドアーチＧＡは、その健全性が維持されている限りカルバート１０の頂板１１に対する鉛直土圧軽減効果を持続するが、このようなグランドアーチＧＡは、例えば地震の発生や大雨による浸透水の増大による緩み、盛土地盤上から伝達される種々の振動、上部盛土地盤の造成過程での転圧荷重等によって崩壊することがある。このような場合は、グランドアーチによる地中不連続面が消滅し、上載荷重に対する絶縁性が損なわれるので、頂板１１上に作用する土圧の軽減効果が得られなくなる。したがって、このような場合に対処するためには、図５において、下段のタイヤ２０Ａと上段のタイヤ２０Ｂのクラウン部２１の座屈強度を互いに異なるものとすることが有効である。
【００２０】
すなわちこの場合は、上部盛土地盤を盛り立てて行く過程で、土被り高さの増大により上載荷重が増大して行くと、やがて上下二段のタイヤ２０Ａ，２０Ｂのうち相対的に座屈強度の小さいほうが座屈し、その上側の地盤中に最初のグランドアーチが形成される。このため、その後更に高く盛土地盤を盛り立てて行くことによって前記上載荷重が増大しても、この上載荷重はグランドアーチによって有効に絶縁されるので、カルバート１０の頂板１１に作用する鉛直土圧が軽減される。そしてこのグランドアーチが、先に述べたような何らかの原因により崩壊した場合は、これによって増大する上載荷重を受けて、今度は相対的に座屈強度の大きいほうのタイヤが座屈する。したがって、上部盛土地盤内に再び大きな空洞の形成過程を経てグランドアーチが形成され、カルバート１０の頂板１１に対する土圧軽減作用が維持される。
【００２１】
ところで、自動車の長時間（長距離）の走行によって摩耗して廃棄されたタイヤは、近年、その大量の廃棄による処理問題が深刻化しているが、上述の実施形態においては、タイヤ２０をカルバート１０への鉛直土圧低減手段として大量に使用することから、前記廃棄処理問題の解決に貢献することができ、しかも安価に調達できるので資材コストも低減される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係るカルバートの埋設構造によれば、次の効果が実現される。
(1) カルバートに対する鉛直土圧低減手段として用いられた廃棄タイヤは、その座屈の際にその体積が著しく減少するので、地中に顕著なグランドアーチが形成され、鉛直土圧低減効果の信頼性が高められる。
(2) カルバートに対する鉛直土圧低減手段として廃棄タイヤを採用したため、タイヤの廃棄処理問題の解消に貢献することができる。
(3) カルバートに対する鉛直土圧低減手段として廃棄タイヤを採用したため、資材コストを低減することができる。
(4) 異なる種類の廃棄タイヤを複数段に敷き詰めることによって、いったん形成されたグランドアーチが崩壊しても直ちに再生されるようにすることができ、土圧軽減効果が長期にわたって維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカルバートの埋設構造の一実施形態における盛土地盤造成過程を示す断面斜視図である。
【図２】上記実施形態で使用される廃棄タイヤをその軸心を通る平面で切断して示す断面図である。
【図３】上記実施形態をカルバートの長手方向に対して垂直な平面で切断して示す断面図である。
【図４】上記実施形態によるグランドアーチの形成状態を示す断面図である。
【図５】本発明に係るカルバートの埋設構造の他の実施形態をカルバートの長手方向に対して垂直な平面で切断して示す断面図である。
【図６】従来技術に係るカルバートの埋設構造を示す断面図である。
【図７】上記従来技術によるグランドアーチの形成状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  カルバート
１１  頂板
２０，２０Ａ，２０Ｂ  廃棄タイヤ
３０  上方土砂遮蔽板
４０  側方土砂遮蔽板
【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６】
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【図７】
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