JP2016180205A - 耐震補強構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】路盤及び／又は軌道の構造が変化する構造境界部におけるバラスト崩れを防止する技術を提供すること。【解決手段】バラスト道床８に軌道５が敷設された第１線路部１０の軌道両側部に沿って、枕木端から２００ｍｍから５００ｍｍ離して、盛土路盤６を上下に貫き地盤４に達する複数の杭体２０を列状に造成する。杭体２０に沈設されているＨ形鋼２２は上端が露出しており、隣接する杭体２０同士でＨ形鋼２２のウェブが対向する一対の溝部を形成する。当該溝部に、流出防止壁部２６（例えばコンクリート板）を上から挿入し、更にＨ形鋼２２の頭部を剛結部２８で剛結し、第２線路部１６の支持部（例えば、抗土圧橋第１４など）と連結する。【選択図】図３

Description

本発明は、鉄道用の軌道が設けられた土構造の耐震性を補強する耐震補強構造物に関する。

鉄道用軌道に関する地震時の被害形態の１つに、バラスト軌道における道床肩部において道床横断方向への「バラスト崩れ」が知られるところである。バラスト崩れを防止する方法としては、バラストの崩れや流動を防ぐ「バラスト止め」と呼ばれ構造体を軌道の両側部に配置する方法が一般的である。例えば、特許文献１ではＬ字型のコンクリート製構造体が開示されている。また、特許文献２ではバラストをネットで包んで道床肩部に積み上げる構造について開示されている。

特開２０１２−１６２９７２号公報 特開２００８−２７４６２７号公報

バラスト軌道におけるバラスト崩れは、路盤や軌道の構造が変化する構造境界部における被害が大きくなり易い。代表例として、盛土式の路盤と抗土圧橋台とが結合する構造境界部が挙げられる。この代表例を例に挙げて課題を述べると、この構造境界部では、地震の揺れにより抗土圧橋台が揺動又は変位し、また盛土自身の揺すりこみによって背面盛土の沈下等が生じ、軌道面において段差が生じる問題がある。また、実際問題として、背面盛土の土圧が増加することにより躯体の損傷や変位、桁の落橋が確認されている。

こうした被害を抑制するための技術としては、例えば、前面から地山補強材を打設して橋台の躯体と背面盛土とを一体化することにより背面盛土から橋台に作用する土圧の軽減を図る方法が知られるところであるが、道床横断方向へのバラスト崩れは防げない。
逆に、上記特許文献１や特許文献２に開示されている技術では、バラスト崩れは防止できるが抗土圧橋台の背面盛土の土圧変化を抑制することはできない。よって、盛土式の路盤と抗土圧橋台とが結合する構造境界部では２種類の対策を施さなければならなかった。

しかも、従来の抗土圧橋台の地山補強材を用いた耐震補強方法では、前面からの施工が主であった。そのため、抗土圧橋台の周囲を工事スペースとして確保するために、道路や河川敷を大がかりに使用停止にするといった大規模な工事となり、工期が比較的長期になり得た。また、地山補強材を用いる方法及び落橋防止構造を設ける方法においては、橋台躯体の補強も伴うために工事費用が増加する問題があった。

以上、盛土式の路盤と抗土圧橋台とが結合する構造境界部を例に挙げて説明したが、路盤及び／又は軌道の構造が変化する構造境界部においては、地震被害や対策規模の大小は別にして同様の問題がある。

本発明は、路盤及び／又は軌道の構造が変化する構造境界部におけるバラスト崩れを防止する技術の提供を目的とする。

以上の課題を解決するための第１の発明は、土構造上に設けられたバラスト軌道である第１線路部と、隣接する前記第１線路部とは路盤及び／又は軌道の構造が異なる第２線路部との境界部を跨ぐ線路部分において、レールから２００ｍｍ〜５００ｍｍ離れた位置で前記第１線路部のレールに沿って所定間隔で設けた前記第１線路部の土構造を改良するための杭体と、前記杭体と結合して設けた前記第１線路部のバラストのレール直角方向の流出を防止するための流出防止壁部と、前記杭体それぞれの前記土構造より上方部分を剛結した剛結部と、を備え、前記杭体と前記第２線路部の支持部とが結合された耐震補強構造物である。

第１の発明によれば、流出防止壁部をバラスト軌道である第１線路部の側部に設け、その流出防止壁部が結合された杭体の上方部分同士が剛結された上で、その杭体が、隣接する第２線路部の支持部と結合されるため、地震の影響による道床肩部におけるバラスト崩れを効果的に防止することができる。

剛結部の剛結位置は適宜設定可能であるが、第２の発明のように、前記剛結部が、少なくとも前記杭体の頭部を剛結する、第１の発明の耐震補強構造物を構成することができる。

第３の発明は、前記第２線路部が、橋梁に係る線路部であり、前記杭体と、前記橋梁の橋台又は橋桁とが結合されて構成された、第１又は第２の発明の耐震補強構造物である。

第３の発明によれば、地震時に第１線路部の土構造が軌道方向に揺れて橋台の背面への土圧を増加させる状況になると抗体がその土圧の一部を受けて土圧を分散させる。よって、橋台への負荷を軽減して耐震性を強化できる。

第４の発明は、前記第２線路部が、土構造上に設けられたバラスト軌道であり、前記第１線路部と前記第２線路部とは、土構造の地盤強度が異なり、前記第２線路部に設けた第２線路部用杭体を介して、前記杭体と、前記第２線路部の路盤とが結合された第１又は第２の発明の耐震補強構造物である。

第４の発明によれば、土構造の地盤強度が異なるバラスト軌道同士の構造境界部におけるバラスト崩れを防止することができる。

第５の発明は、前記杭体が、Ｈ形鋼を有し、隣同士のＨ形鋼のウェブを対向させるように前記所定間隔で設けられ、前記流出防止壁部は、隣同士の前記Ｈ形鋼の間に嵌め込まれることで前記杭体と結合する壁体を有する、第１〜第４の何れかの発明の耐震補強構造物である。

第５の発明によれば、流出防止壁部の施工が極めて簡単になり、工期低減効果やコスト低減効果が得られる。

第６の発明は、前記流出防止壁部は、Ｌ形擁壁を有する、第１〜第４の何れかの発明の耐震補強構造物である。

第６の発明によれば、流出防止壁部を、Ｌ形擁壁を有して構成することができる。

第１工程を説明するための概念図。 第２工程を説明するための概念図。 第３工程を説明するための概念図。 第３工程終了段階における枕木方向の断面図。 盛土区間と切土区間の構造境界部に適用する変形例を示す図。 第２の変形例を説明する為の枕木方向の断面図。 第３の変形例を説明する為の枕木方向の断面図。 第４の変形例を説明する為の枕木方向の断面図。

〔第１実施形態〕
本発明を、盛土式の路盤と抗土圧橋台とが結合する構造境界部に適用した例について説明する。なお、盛土式の路盤における軌道はバラスト軌道とし、橋梁部の軌道は無道床あるいはコンクリート道床の軌道として、軌道の構造も異なることとして説明する。

図１は、本実施形態の耐震補強構造物５０を設置するための第１工程を説明するための概念図であって（１）構造境界部の上面図、（２）構造境界部の側断面図に相当する。

耐震補強の対象となる構造境界部は、１）地盤４の上に盛土して作られた盛土路盤６（土構造）の上に設けられたバラスト道床８に軌道５を敷設した第１線路部１０と、２）鉄道用の橋桁１２を抗土圧橋台１４で支持して軌道５を敷設した第２線路部１６と、を含む。第２線路部１６における軌道５の支持部は抗土圧橋台１４或いは橋桁１２となる。

第１工程では、抗土圧橋台１４の背面付近から軌道５の両側部にて、軌道５の長手方向に沿って、枕木から２００ｍｍ〜５００ｍｍ離れた位置に複数の杭体２０を直線状に所定間隔（例えば、４００ｍｍ〜８００ｍｍ間隔）で設ける。

杭体２０は、抗土圧橋台１４の背面盛土にあたる盛土路盤６を上下に貫き地盤４に達する柱状体であって、Ｈ形鋼２２を中心に沈設した直径が４００ｍｍ〜６００ｍｍのコンクリート層２４を有する構造体である。杭体２０は、例えば抗土圧橋台１４の背面位置の盛土路盤６の原位置土と硬化性のスラリーとを混合・攪拌して、例えば、セメントミルク工法やメカジェット工法などにより造成する。その際、Ｈ形鋼２２の上部（高さ方向において盛土路盤６より上の部分）は盛土路盤６上に露出させ、Ｈ形鋼２２のウェブを軌道５の方向に沿わせ、隣接するＨ形鋼２２同士でウェブが対向するようにして造成する。

複数の杭体２０は、抗土圧橋台１４の背面から少なくとも盛土路盤６の高さＨ以上の長さとなる距離Ｌに亘って、隣接する杭体２０の中心間距離が１〜２倍程度（一つの目安として、４００ｍｍ以上８００ｍｍ以下）となるように造成する。なお、距離Ｌは２次すべり線（図１（２）の長破線）と盛土路盤６の天端との交差位置から抗土圧橋台１４までの距離より大きいものとする。

図１の例では軌道５を単線として示しているが、複線の場合には各軌道の両側部にそれぞれ杭体２０の列を設ける。例えば、２本の軌道５が併設されている場合には、それぞれの両側部に設けて合計４つの杭体２０の列を設ける、あるいは軌道間を共通として３つの杭体２０の列を設けるとしてもよい。

なお、杭体２０の造成に当たっては、その下端が盛土を貫通して抗土圧橋台１４の基礎を造成したのと同じ地盤に達するように造成する。全ての杭体２０の深さを同一にする必要はなく、例えば、抗土圧橋台１４に近接する１本または数本の杭体２０については、杭体２０の施工が抗土圧橋台１４の基礎に影響を及ぼさない深さにとどめるとしてもよい。

図２は、第２工程を説明するための概念図であって（１）構造境界部の上面図、（２）構造境界部の側断面図に相当する。
隣接する杭体２０同士のウェブは、互いに開口部を対向させる上下方向に延びる溝を形成する。本実施形態の第２工程では、流出防止壁部２６をこの対向する溝部の間に上から挿入・結合する。流出防止壁部２６は、両端がＨ形鋼２２の溝部に嵌合する板状壁体である。例えばコンクリート板や、金属板（有孔・無孔を問わない）、矩形枠に固定されたネットなどで実現できる。Ｈ形鋼２２と流出防止壁部２６とは基本的には嵌合結合されるが、別途、両者を接着したりボルト締結するなどしても良い。

図３は、第３工程を説明するための概念図であって（１）構造境界部の上面図、（２）構造境界部の側断面図に相当する。図４は、第３工程終了段階における枕木方向の断面図。

第３工程では、軌道５の両側それぞれの杭体２０と、抗土圧橋台１４と、橋桁１２とを剛結部２８で一体に結合する。そして、結合された杭体２０の周囲にできた隙間に改めてバラストを詰めてバラスト道床８を整形する。

本実施形態の剛結部２８は、Ｈ形鋼２２の上端を覆うキャップを兼ねた一体構造の金属体とし、Ｈ形鋼２２とボルト固定又は溶接固定する。勿論、剛結部２８は、複数のパーツを組み合わせて構成するとしてもよい。また、Ｈ形鋼２２に対する剛結部２８の数は複数でもよいし、その固定位置はＨ形鋼２２の上端に限らずＨ形鋼２２の側面でもよい。

なお、剛結部２８と橋桁１２との連結部には緩衝構造（例えば、防振ゴム）などを設けるとしてもよい。或いは、剛結部２８は杭体２０と抗土圧橋台１４とを剛結するにとどめ、剛結部２８と橋桁１２とはワイヤー等で連結する或いは剛結部２８と橋桁１２とは連結しない構成としてもよい。

以上、本実施形態によれば、第１線路部１０において流出防止壁部２６が杭体２０に嵌め込み結合され、各杭体２０の上方部分同士が剛結された上で、第２線路部の支持部である抗土圧橋台１４と結合される。このため、構造境界部でありながらも、第１線路部１０のバラストが地震発生時にレール直角方向（枕木方向）へ移動するのを抑制し、バラスト崩れを効果的に防止することができる。

また、杭体２０は、地震に伴う抗土圧橋台１４の躯体損傷や変位に起因する橋桁１２のズレや落下を防止する効果をもたらす。すなわち、抗土圧橋台１４に作用する地震時土圧Ｆ（図１〜３参照）は、軌道５に沿って抗土圧橋台１４の背面に対して略直角に、強弱が変化する波状に作用する。補強工事前であれば、地震時土圧Ｆはそのまま抗土圧橋台１４に作用し、躯体の損傷や橋台そのものの変位を生むところである。しかし、本実施形態の耐震補強構造物５０の杭体２０の列によって、地震時土圧Ｆの波は分断されて弱められる。更に、地震により揺り動かされる盛土路盤６が、複数の杭体２０との摩擦で減衰されて低減される。複数の杭体２０は間隙を有して配列されているので、各杭体２０の全周を摩擦面として作用させることができる。更に、その間隔が一般的な鉄道用の盛土区間の土質を考慮した間隔に設定されることで、効果的に摩擦減衰を引き起こす。よって、抗土圧橋台１４それ自体を大がかりに補強しなくとも、既存のままでも相対的に抗土圧橋台１４の耐震性を向上させることができる。

また、副次的に、軌道５の両側部の盛土路盤６が軌道５から離間すること、すなわち盛土路盤６が枕木方向へ崩れたり変位したりすることを、杭体２０の列が抑制する機能を果たすので、地震に伴う盛土路盤６の沈降などを防止する効果も期待できる。

しかも、杭体２０は上下に貫く形態であるため、盛土路盤６の上面側から施工する公知の地盤杭型の地盤改良技術を活用することで比較的簡易に本実施形態の構造を設備できる。すなわち、杭体２０の造成は、原位置土と硬化剤との混合・攪拌により実現できるので、軌道５が歪むなどの造成工事による影響が生じない。そして、軌道５を用いて地中杭造成用の工事車両を搬入すればよく、軌道等の既設設備の状態をそのままに、工期の短縮と工費の低減を図ることができる。

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜構成要素の変更・追加・省略が可能である。

例えば、上記実施形態では、耐震補強構造物５０を盛土区間と橋梁区間との構造境界部に適用したが、図５に示すように、盛土区間（第１線路部１０）と切土区間（第２線路部１６Ｂ）とが隣接する構造境界部に適用するとしてもよい。この場合、耐震補強構造物５０は盛土区間（第１線路部１０）と切土区間（第２線路部１６Ｂ）とに跨がるように施工するとよい。この場合、第２線路部１６Ｂの軌道の支持部は地盤４となる。

また、路盤が同じ或いは異なる構造境界部であり、かつ、軌道が異なる構造境界部に上記実施形態を適用することもできる。例えば、同じ盛土区間において、バラスト軌道と舗装軌道との構造境界部や、バラスト軌道とてん充道床軌道との構造境界部に上記実施形態を適用することもできる。

また、図６に示す耐震補強構造物５０Ｂのように、流出防止壁部２６を省略して、杭体２０と連結する壁体３０を列状に連続設置する構成とすることもできる。壁体３０は、例えば軌道５に沿って長い側面視Ｌ字型のコンクリート擁壁で、接地面側（水平部）にＨ形鋼２２を挿通して嵌合連結させる嵌合孔３２を有する。そして、壁体３０の軌道側面（垂直部）と枕木端との距離が２００ｍｍ〜５００ｍｍとなるようにすれば、上記実施形態と同様のバラスト崩れを防止する効果が得られる。当該構成によれば、杭体２０は上記実施形態よりも軌道５から離して造成することができるので、造成位置の自由度を高めることができる。

また、図７に示す耐震補強構造物５０Ｃのように、図３，４に示した流出防止壁部２６と剛結部２８とを兼ねた流出防止剛結体２６８を用いる構成としてもよい。具体的には、第２工程においてＨ形鋼２２の上端部を巻き込むように流出防止壁部２６と剛結部２８とを兼ねた形状に型枠を組んでコンクリートを打設すればよい。

また、図８に示す耐震補強構造物５０Ｄのように、杭体２０は、コンクリート層２４を省略したＨ形鋼２２のみの構成とすることもできる。図６を含め他の実施例でも同様に、コンクリート層２４を省略してＨ形鋼２２のみで杭体２０を構成してもよい。

また、杭体２０に沈設するのはＨ形鋼２２に限らない。流出防止壁部２６を結合可能な構造を有していれば、例えばＴ字型や、山形鋼（断面Ｌ字形鋼）、溝形鋼、リップ溝鋼などでもよい。

４…地盤
５…軌道
６…盛土路盤
８…バラスト道床
１０…第１線路部
１２…橋桁
１４…抗土圧橋台
１６…第２線路部
２０…杭体
２２…Ｈ形鋼
２４…コンクリート層
２６…流出防止壁部
２８…剛結部
３０…壁体
３２…嵌合孔
５０…耐震補強構造物

Claims (6)

1. 土構造上に設けられたバラスト軌道である第１線路部と、隣接する前記第１線路部とは路盤及び／又は軌道の構造が異なる第２線路部との境界部を跨ぐ線路部分において、レールから２００ｍｍ〜５００ｍｍ離れた位置で前記第１線路部のレールに沿って所定間隔で設けた前記第１線路部の土構造を改良するための杭体と、
   前記杭体と結合して設けた前記第１線路部のバラストのレール直角方向の流出を防止するための流出防止壁部と、
   前記杭体それぞれの前記土構造より上方部分を剛結した剛結部と、
   を備え、前記杭体と前記第２線路部の支持部とが結合された耐震補強構造物。
2. 前記剛結部は、少なくとも前記杭体の頭部を剛結する、
   請求項１に記載の耐震補強構造物。
3. 前記第２線路部は、橋梁に係る線路部であり、
   前記杭体と、前記橋梁の橋台又は橋桁とが結合されて構成された、
   請求項１又は２に記載の耐震補強構造物。
4. 前記第２線路部は、土構造上に設けられたバラスト軌道であり、
   前記第１線路部と前記第２線路部とは、土構造の地盤強度が異なり、
   前記第２線路部に設けた第２線路部用杭体を介して、前記杭体と、前記第２線路部の路盤とが結合された請求項１又は２に記載の耐震補強構造物。
5. 前記杭体は、Ｈ形鋼を有し、隣同士のＨ形鋼のウェブを対向させるように前記所定間隔で設けられ、
   前記流出防止壁部は、隣同士の前記Ｈ形鋼の間に嵌め込まれることで前記杭体と結合する壁体を有する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の耐震補強構造物。
6. 前記流出防止壁部は、Ｌ形擁壁を有する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の耐震補強構造物。

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