地中防振壁の根入れ深さに関する研究
地盤工学研究室

高杉凌平

指導教員

豊田浩史

似比 λ=lp/lm と定義し，砂の振動実験でよく用い

1．はじめに
近年，鉄道の高速化により，鉄道沿線の振動問られる，砂のせん断剛性 G が拘束圧の平方根に比題が大きな課題となっている．振動への対策とし例するという実験結果によるものを利用した 1)．ては，加振力の周波数特性を把握し，卓越する周Table 2.2 相似則

波数帯で，振動低減効果が発揮される対策を選定

地盤の動的問題に特化した相似則することが効果的である．しかし，実際の振動伝波⾧Ll

播機構の解明や，防振効果の高い施工法の特定に応力σl （材料密度による）までは至っていない．

せん断速度Vsl-1/4

角振動数ω

l

3/4

加速度al （長さと速度を合わせた場合）

そのため，本研究では，新幹線振動の低減を目的とした防振壁を設計する上で必要となる基礎デ-1-1

1/2ータを収集するために，1/100 スケールでの模型試験を実施し，新幹線通過時に発生する振動の広3．使用機器がりに着目した振動伝播特性の把握と，防振効果3．1 使用機器が期待される防振壁の根入れ深さに関する研究を本試験では振動源として，小型起振器を用い実施した．

た．用いた起振器は，幅=41(mm)，奥行=41(mm)，高さ=56(mm)，重さ 0.4kg，加振力：9.8N，最大加速度：無負荷時 326m/s2 の性能を持つ．また試験

2．試験条件
本研究では，防振壁を模擬した防振材を地盤にで用いた基礎模型のベースとして直径 120mm のペ挿入し試験を行った．Table 2.1 に試験条件をまとデスタルを起振器土台として使用した．土槽は，めたものを示す．主に防振壁のサイズ，質量，剛幅=1.7(m)，長さ=2.8(m)，高さ=1.6(m)である．
土槽は一般構造用圧延鋼材 SS400 によって作製性に着目した試験を実施した．試験条件は，防振壁を設置しないケースと設置するケースの計 17 ケされており，また，土槽の構造，大きさによっースである．この試験は，実験土槽内に作製したて，外来ノイズや壁面反射波の干渉が問題視され模擬地盤を用いて行った．本試験に用いた模型地ているため，影響を軽減させるために，土槽内壁盤は，模型縮尺 1/100，相対密度 Dr60%，小名浜に緩衝材を設けた．緩衝材の材料として，押出式砂を用いて作製した．Table 2.2 に適用した相似則

ポリスチレンフォーム保温版 1B(スタイロフォーを示す．実物の長さ lp と模型の長さ lm の比を相ム)を使用した．

Table 2.1 試験条件一覧
防振材
実験名
無対策
根入れ実験
施工性を

Case名

厚さ

幅

高さ

根入れ 防振材の(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

個数

Case0ーーーーーー

対策なし

Case1-158602001502真鍮

防振壁連結ありCase1-25860

87.5

37.52真鍮

防振壁連結ありCase1-330860

2501

真鍮

壁状に設置

Case2-15860

200

1505真鍮

防振壁連結なし

860

15059

考慮した実験 Case2-2 30×30

材質

備考

鉛パック 壁状に1列・2段に設置

3．2 防振材
根入れ実験の防振材は，C2801P 真鍮板を使用した．防振材の大きさは，幅 430mm，高さ 200mm，厚さ 5mm のものと，幅 430mm，高さ 87.5mm，厚さ 5mm のものと，厚さ 30mm，幅 860mm，高さ25mm の 1 枚の板となる．厚さ 5mm の防振壁は，幅 430mm の防振壁を 2 枚隣合わせて，2 枚の防振壁の境目を固定した．防振壁の上端はアルミ製のフレーム材をボルトで固定し，下端は鉄製の連結板を取り付けボルトで固定した．防振材の根入れ深さ
は，Case1-1 が 150mm，Case1-2 が 37.5mm，Case1-3

Fig 3.1 Case0が 0mm となるように設置を行った．
施工性を考慮した防振材では，C2801P 真鍮板と重量物として 30mm×30mm のバッグに鉛玉を入れたものを使用した．真鍮板の大きさは，厚さ 5mm，幅172mm，高さ 200mm である．施工性を考慮し，5枚の分割壁の状態で根入れ深さ 150mm となるように設置した．鉛バッグは，59 個を一列二段となるように設置した．
3．3 使用機器等の設置方法
Fig. 3.1～Fig. 3.3 に，使用機器等の設置位置を

Fig 3.2 Case1-1，Case1-2，Case2-1

示す．設置した加速度計は，起振器の制御用に 1 箇所と制御値のモニター用が 1 箇所の他，無対策では，地表面に 12 箇所設置する．その他の実験では防振壁上に 3 箇所，地表面に 10 箇所設置する．土槽の軸は，土槽の短軸方向を X 軸，長軸方向を Y軸と設定した．
4．測定条件
本試験の加振条件は，Table 4.1 に示した通りである．これまでの様々な研究より，地盤を伝播する振動の卓越周波数は，概ね 1~100 Hz（実物換算周波Fig 3.3 Case1-3，Case2-2数）であるということが報告されている．これを受けて，加振周波数は，模型レベル換算で 5～3,000Hz

Table 4.1 起振器の加振条件の領域に設定した．また，サンプリングインターバ

加振波形
加速度 Gal
加振周波数 (Hz)ルについては，Table 4.2 に示す．

Sin波
1,000
5～3,000

Table 4.2 加速度波形測定条件
サンプリング加振周波数
サンプリング時間
インターバル
サンプル数
(Hz)
(sec)
(μsec)
5～3,000
10040400,000

5．試験結果

Case1-1
15．1 試験結果の整理方法算出した．
𝐴
𝐴𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 𝑟𝑎𝑡𝑒，𝑁 =𝐴

A-Z

B-Z

C-Z

D-Z

0.8

F-Z

GD-Z

GF-Z

GA-Z

300

400

500

0.6
0.50.40.30.20.10

ここで，Aground は，地盤の加速度振幅(m/s2) ，

0100

200

Aexciter は，起振機の加速度振幅(m/s2)とした．

Frequency(Hz)Case1-2× 100

ここで，𝑁 を各ケースの加速度振幅スペクトル比，0.9

A-Z

B-Z

C-Z

D-Z

0.8

F-Z

GD-Z

GF-Z

GA-Z

E-Z

0.7

Amplitude rate

𝑁𝑁

7001

算出された振幅比から振動低減率を算出した．
1–600(b)Case1-1

さらに，無対策の Case0 を基準として，各実験で𝑅𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑎𝑡𝑒 ％ ＝E-Z0.7

Amplitude rate

得られたデータから加速度振幅スペクトル比 N を

0.90.60.50.40.30.2

𝑁 を Case0 の加速度振幅スペクトル比とする．

0.100

この振動低減率から振動伝播特性や様々な振動対

100

200

策工法による振動低減効果について考える．

300

600

700

Case1-31数に変換したものを示す．低周波数(95Hz~160Hz)，
中周波数(160Hz～316Hz)，高周波数(316Hz～632Hz)

0.9

A-Z

B-Z

C-Z

D-Z

0.8

F-Z

GD-Z

GF-Z

GA-Z

300

400

E-Z

0.7

Amplitude rate

は，実地盤の卓越周波数である中周波数帯に着目し500(c)Case1-2

Table5.1 に模型実験で測定した周波数を実物周波の 3 つの周波数領域に区分して比較する．本報告で400

Frequency(Hz)0.60.50.40.30.2

考察を進めていく．

0.1
00Table 5.1 周波数変換一覧

実物レベル(λ=1)
3～5Hz5～10Hz
10～20Hz

低周波数
中周波数
高周波数

100

200

500

600

700

Frequency(Hz)

模型レベル(λ=20)
95Hz～160Hz
160ｚ～316Hz
316Hz～632Hz(d)Case1-3
Case2-1
10.9

A-Z

B-Z

C-Z

D-Z

0.8

F-Z

GD-Z

GF-Z

GA-Z

E-Z

300

400

500

5．1 振幅比の結果
Fig 5.1 に各ケースの振幅比の結果を示す．全ケ

Amplitude rate

0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2ースとも振幅比の距離減衰が見られた．根入れ実験

0.100の 3 ケース(Fig 5.1(b)(c)(d))では，防振壁による100200

振動低減効果が確認された．施工性を考慮した実験Frequency(Hz)Case2-21

せるなど，低減効果が発揮されていなかった．

0.90.8

A-Z

B-Z

C-Z

D-Z

F-Z

GD-Z

GF-Z

GA-Z

E-Z

Amplitude rate

0.7

1

Amplitude rate

700(e)Case2-1の 2 ケース(Fig 5.1(e)(f))では，振幅比を増大さ

Case0600

0.9

A-Z

B-Z

C-Z

D-Z

0.8

F-Z

GD-Z

GF-Z

GA-Z

E-Z

0.6
0.5
0.4

0.7

0.3

0.6

0.2

0.5

0.1

0.4

000.3

100200300

Frequency(Hz)400500600

7000.2(f)Case2-20.1
00100200300

400

Frequency(Hz)(a)Case0500

600700

Fig 5.1 各ケースの加速度振幅スペクトル比5．2 低減率の結果
Fig 5.2 に、中周波数帯における各ケースの根入れ深さと低減率のグラフを示す．

(a)根入れ実験(b)施工性を考慮した実験

Fig 5.2 中周波数帯の低減率(a)Case1-1(b)Case1-2(d)Case2-1(e)Case2-2(c)Case1-3

Fig 5.3 低減率のコンター図（中周波数帯）

根入れ実験の 3 ケースでは，根入れが深くなるほど振動低減効果の増大が見られた．しかしながら，

6. 結論

根入れ深さゼロでも，かなりの振動低減効果が読み地盤振動を効果的に低減する防振壁の根入れ深さとれる．それに比べ，施工性を考慮した 2 ケースはに関する本研究により得られた知見をまとめると以低減効果が低いことが読み取れる．これより，対策下のようになる．

工法を小型分割化して，施工しやすくすると，劇的環境基準に規定されている距離 12.5m（試験では起に振動低減効果が落ちるため，大型一体型の対策工

振器に最も近い加速度計）地点では，一体構造の防振法が望ましい．

材を地表面に設置したところ，根入れなしにおいてFig 5.3 に中周波数帯における各ケースの低減率も高い振動低減効果を発揮した．しかしながら，対策のコンター図を示す．試験結果によると，Case1-1 は工法を小型分割化すると，振動低減効果が劇的に減広範囲に低減効果が見られる．Case1-2，Case1-3 と根少した．以上より，振動低減効果と施工性を考える入れが浅くなるにつれ，防振材近傍に顕著な低減効と，地表面に，幅 43m 程度の剛な一体型質量体を配果が見られる．そこで実地盤での施工性を考慮し，根置する手法が推奨される．

入れなしの対策工として，真鍮分割壁と鉛バッグ質量体による防振壁実験を考案し，防振壁としての振－参考文献－動低減効果を検証した結果が，Case2-1，Case2-2 であ1) 香川崇章：土構造物の模型振動実験における相る．A 点のみならず，他の測定点においても振動低似則，土木学会論文集, No. 275, pp. 69-77, 1978.

減効果は表れていない．既往の研究においても，分割

2) 安藤正樹，豊田浩史：新幹線による地盤振動を効

壁と一体壁の低減効果の違いには，同じ傾向が見ら

果的に低減するための振動遮断壁，長岡技術科学大れた2)．大型一体型の対策工法が望ましい結果であ

学修士論文，2017.3

るが，どの程度の大きさが必要かについては，既往の3) 塚本尚規，豊田浩史：新幹線による地盤振動を低研究で防振壁は 430mm 以上の幅が必要との成果が減するための対策工法に関する研究，長岡技術科学

出ている 3)．

大学修士論文，2018.3