JPH02504050A - 道路及び路盤構造体の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 道路及び路盤構造体の形成方法 技術分野 本発明は、粘土、ビート、泥、及び水等の低い支持力の地層層の上に路盤及び道 路の基礎を形成する方法に関する。

完全に相殺された基礎を形成するように建設工法を適合させ、設計する。これに 関して、過剰荷重による地層からの排水、それに伴う下部の地層の沈下、特に短 期荷重による沈下を避けることができる。支持構造体は連続梁枠組み格子を備え る浮揚体の複合構造体を形成する。その連続梁枠組み格子の剛性及び支持力は、 土の性状、荷重の大きさ、浮揚体の支持力に適合している。点荷重圧力は平衡し 、荷重集中は、構造体の剛性と浮揚体を介して地層に荷重を拡散させることによ り軽減される。更に、構造体は断熱性であるから、地中での凍結と結氷による損 傷を避けることができる。

従来技術 道路と８盤構造体は、最上層にある表面層とその下の種々の厚みの砂又は砂利材 料の基層からなっている。地盤の支持力が特に低い場合には、規定された構造の 補助基層を追加することができる。道路及び路盤表面工事の特徴は、表面層は小 さな引っ張り応力しか吸収できないことである。基層の機能は、荷重分散の機能 、換言すれば、点荷重を許容できる大きさにするために影響面を拡大することで ある。形成された引っ張り応力は地中で摩擦として吸収される。

従来の道路層は、かさ比重が下層地盤と少なくと同じである基層と表層で構成さ れている。土が異なると、かなりの変動がある。例えば、良く分級され、詰まっ た、砂質の砂利のかさ比重は１，８００〜２，０００ｋｇ＃ｎコで、粘土のかさ 比重は１，５００〜１，６００ｋｇ／ｍ３で、ビートのかさ比重は１，０００〜 １，１００　ｋｇ／ｍ３である。

基層の引っ張り強度を上げ、かつ特に短期荷重を吸収するためにビチュウメンに よる安定化法を使用する。例えば、繊維織物マットによる種々の解決法は、基層 と土の両方の引っ張り強度を増加する。下層地盤、又は同様のもののセメント安 定化、又は石灰安定化は主として剛性を高くするために使用される。

同時に、引っ張り強度も増加する。基層の支持力を増大し、かつ引っ張り応力を 伝達するための他の手段は、端部固定装置又は木の格子枠組みで水平くいを敷設 することである。無筋コンクリート又は補強コンクリートを構造材として使用で きる。コンクリートは表層を構成するのみならず、下層地盤に点荷重を分散する 働きがある。補強により、コンクリートの引っ張り強度は相当に改善される。コ ンクリートの密度が、２．３００〜２．４００ｋｇ／＋１１３であっても、基層 の厚みを減少させることができるので、構造体の荷重を減少できる。ブラスンチ ック成形コンクリートは時間とともに収縮する。収縮すると、コンクリートの結 合部に、制御不能のクラックが生じる。そのような継ぎ目では、曲げモーメント により生じる引っ張り応力を吸収する表層の能力は低減する。継ぎ目のために生 じる広範囲にわたる沈下を防止するために、基層を比較的厚くする。表層を軽量 砂利コンクリートで形成すると、ある程度荷重を軽減できる。例えば、アメリカ 合衆国では、密度を１．６００　ｋｇ／ｍ’まで下げた軽量砂利コンクリートを 使用して良好な結果を得ている。密度の低いコンクリートは耐磨耗性が小さくて 、交通による荷重で急速に摩損する。

下層地盤の荷重を軽減するいくつかの方法がある。スラグ、ヘイダイ）　（ｈａ ｙｄｉｔｅ）　、及び多孔質プラスチック等の低いかさ比重の材料を使用して、 道路築堤の重量を低減できる。くいを使用するのは、道路からの荷重を上部層よ り支持力と剛性が大きい深い地盤層に伝達する別の可能性である。くいにはくい ヘルメットを設けるか、くいで支持する補強した連続コンクリートスラブを打設 することができる。基層と表層とをそのスラブの上に作る。この設計は下部地層 の支持力を利用していなく、かつ全ての荷重を支持体に吸収させる橋梁構造体の 作用に匹敵している。同時に、荷重と地中の水抜きは土を締める効果がある。間 隙水は押されて出るにつれ、多孔性は減少する。支持力の低い地盤では、補助基 層と基層に初期荷重を加えることと併用して、上部地葡層の導管排水をしばしば 実施する。圧密に要する時間を短くするために縮方向の水抜きを実施する。この 方法で、表層を敷設する前に広範囲な沈下が生じる。表面水を排水し、かつ地下 水の上昇を防止するために、配管を設備する。

地盤が極端に不均一な多くの場合、プレローディングを適用する前に、最も悪い 土塊を除去する。プレローディングと同時の水抜きにより、特に大きな沈下が生 じる区域を検知できる可能性がある。

凍結により変形が起こる。所謂結氷損傷である。結氷防止材料を道路と路盤構造 体の下に配置する。集積が生じかつアイスレンズが形成される凍結領域に地下水 が微細粒土の毛細管現象で移送される場合に、この損傷が生じる。路側に沿って 断熱性の雪堤がある除雪された道路のように、地表面が露出されている場合に、 凍結がより容易に起きる。道路の材料は殆ど断熱能力が無く、道路の下の区域で 凍結が起きやすい。結氷損傷を防止するために、結氷し易い材料を除去しなけれ ばならない。又、工事中導管排水により土の排水をしなければならない。道路の 熱断熱能力を改善するために、ヘイダイト及びスラグ等の断熱材を使用する。

技術的問題 その後に変形が生じる荷重を吸収する土の能力は粒径、粒度分布、締固めの程度 、及び粒子の間にある空間に存在する土の間隙水圧に依存している。粘土及びビ ート等の締まりのない土質では、粒子構造体自身が荷重を支えるのみで、その荷 重で地層は既に平衡状態、即ち事前圧密圧力に達している。荷重がこれを越えて 増加すると、過剰の荷重は最初間隙水圧力により吸収される。この圧力は時間に 依存し、その圧力の変化は土の透水性即ち脱水の速度に依存している。ある量の 水を絞り出すと、相当する変形又は地盤沈下が生じる。この沈下は元に戻らない 。

土の支持力と剛性は深さが深くなるにつれ増加する。既に時間の経過と共に締め 固めされかつ水抜きした層の上に荷重をかける土の深さでこの土層の性状を決定 する。所謂、圧密か起きる。ある限界荷重を越えたとき、変形が急速に増大する 。凝集性上の上に構造物を設計するときは、荷重をこの限界荷重より下にするか 、又はより大きい支持力の地層にくいを介して荷重を伝達しなければならない。

地盤は均質でないので、限界荷重は場所により異なる。

道路及び路盤構造体の高さ水準は周囲の地域より高いところにあって排水を利便 にしているので、荷重は下部地層にかかる。

地中の粒子の間隙水は絞り出され、かつ変形が現れる。地層の沈下は低い事前圧 密圧力で更に明白である。更に、この“ような地層は、点荷重の影響地域を増加 するためにより厚い基層を必要とする。これは、今度はより大きい載荷を必要と し、沈下はより増大する。

解　　　決　　　法 本発明は、道路及び路盤建設において、構造体の上部の剛性を増加させて荷重の 分散を図ることに基づいている。これにより、下層土における応力と変形は軽減 される。更に、間隙水圧を利用して、動的荷重及びたの短期集中荷重を吸収する 。完全相殺基礎を可能にするように構造体を軽量に設計すると言うことは、下層 地層は追加の荷重を引き受けずかつ間隙水圧は変化なしに維持されることである 。このためには、水抜きを避けなければならない。高い地下水水位を得ようとす るのは不利なことではない。上述の基礎原理により、変形又は沈下は短期及び長 期荷重に対してかなり軽減される。更に、構造体の凍結が防止され、結氷損傷が 結氷防止がされた土において避けられる。

道路及び路盤構造体は、現場での組立ができる事前加工の素子から構成されてい る。設計は、構造体の全体とその部分の双方に対して選択される素子に依存して いる。素子は多孔質プラスチック又はそれと同等品で出来ている。プラスチック は、コンクリート打設中素子の上部を形成する梁格子のだめの型枠側面を形成す る。より正確に言えば、上部表層を備える支持部とその下に地層よりかさ比重が 低い軽量材料とを備える剛性素子として、構造体を設計する。その特徴は、地層 の支持面に点荷重が分散されるように素子を設計することである。更に、地層の 掘削したところに素子を据えつけることである。その掘削では、地層の掘削され た土塊の重量が掘削した場所に据える素子の重量に一致するように、掘削の深さ を調節する。掘削した土塊の平均かさ比重を越えないように支持部の重質の材料 と軽質の材料との組合せにより素子のかさ比重を調節する。素子の重量により地 層にかかる荷重と、及び素子に吸収された動的荷重の少なくともいくらかは、掘 削された土塊による重量軽減により相殺される。一方動的荷重の過剰部分と特に 素子の弾性変形範囲を越える部分は、地層にある間隙水圧により一時的に吸収さ れる。

図面の説明 第１図は本発明に係る基礎工法に使用される素子の第２図の線Ｔ−Ｉに沿った断 面図； 第２図は第１図の線ＩＩ−ＩＩに沿った長手方向素子を示す；第３図は地層の縮 方向応力の線図を示す。

好適実施例 基礎工法に使用する素子に基づいて本発明を説明する。コンクリート構造体自身 （第１図と第２図）を粱枠組格子１として設計し、梁枠組格子１の上端縁部は連 続コンクリートスラブ２により覆われている。必要な剛性と支持力を最終構造体 で得ることができるように、梁枠組格子とスラブを補強する。梁枠組格子とスラ ブのコンクリートは、８００〜１，４００　ｋｇ／ｍ”の密度範囲でかつ圧縮強 度が５ないし２５ＭＰａの間にある軽量砂利コンクリートで出来ている。特に３ Ｌコンクリートとχコンクリートは双方とも構造用軽量砂利コンクリートの種類 で良好な耐結氷性を有し、かつ補強材に対する腐食の防止性を有し、並びにこれ らの両面において充分に高品質の通常コンクリートに匹敵する。

しかし、この種類のコンクリートの耐磨耗性は低く、そのため表層には不適当で ある。掘削土塊がほぼ加えられる荷重に一致するように構造体の事前加工素子の 設置のために掘削を行う。

掘削の深さは、他の点を道路の高さの決定の上で考慮に入れない場合、通常数十 センチメータから５０センチメータである。両側の支持壁なしに、原則的には従 来の方法で掘削を行う。地盤を強化したり、又は排水する必要はないが、例えば 砂、砂利で平準にする必要がある。更に、基層、又は補助基層を設ける必要がな く、かつ結氷損傷を防止する手段は不必要である。

クレーン又は他の荷上げ装置により掘削した所に素子を配置すると、素子は後続 の素子の位置決めのための基準として、又は荷上げ装置の基礎として機能するよ うに素子を固定する。位置決めした素子の高さを調整することも可能である。２ ０〜６０ｍ＋ａ厚みの補強コンクリート層３を据え付けた素子の頂部に打設する 。コンクリートは、好適には５０〜２００Ｍｐａの範囲の圧縮強度を有する高強 度の種類である。このコンクリートは、素子の間に継ぎ目４を形成するために使 用できる。大きい固定能力がある、例えば溶接した鋼鉄製ネットを使用して、表 層の継ぎ目のない構造体を設計することもできる。表層が収縮すると、構造体の 機能にとり重要ではないが、ある意味でその安定性に逆の影響を与える非常に微 細なりランクが生じる。鋼鉄及びガラス又はポリマー材料のいずれかで出来た繊 維及び繊維マットを使用することができる。高強度コンクリートは、車両に必要 な保持力を与える表面溝を形成するのに表層として適当である。

溝の設計に関連して、道路の水の排水の可能性がある。生じた損傷は、高強度コ ンクリートで修理するのが容易である。

木質的な軽重量で、かつ同時に最大支持力と剛性とを付与するように構造体のコ ンクリートの性状を調整する。表層に使用されている高強度コンクリートは、曲 げモーメントが最大である区域で圧縮領域として機能する。軽量砂利コンクリー トを次いで引っ張り領域に位置させ、かつモーメント能力にも剛性にも影響しな い。構造体の上部縁の高強度コンクリートは、この領域を圧縮するときパンチ抵 抗が増大する。多孔質プラスチック５又は類似物からなる、素子の下部の剛性と 支持力は、非常に大きく上部構造体からの変形を吸収し、変形を下層地盤に拡散 する。

従来の上部構造体からの荷重に比べて、下層地盤にかかる荷重を小さくできる。

路床の載荷能力を得るだめの寸法算出は、例えば、アスハルト層から下部地盤へ の弾性理論による輪圧の荷重伝達に基づいている。下部層の弾性係数が大きけれ ば大きいほど、下部地盤の応力及び変形が小さくなる。応力は第３図の弐Ｅ、／ Ｅ２の関数で、Ｅ＋とＥ２は２個の連続層の弾性係数である。

第３図は、層の弾性係数の商の関数として荷重のかかる種々の深さの２個の層の 縦応力を示している。Ａと記しである区域は上部層の応力に関し、Ｂと記しであ る区域は下部層の応力に関するものである。Ｃは眉間の境界層を示し、Ｘ軸は纒 荷重を示し、深さの方向の層の厚みはＹ軸に沿って与えられる。

２個の層のうち上部層の縦応力を上の曲線に沿って種々の深さに対して読み取る ことができ、かつ下の曲線は下部層に関する。

交通手段からくる荷重ピークはその道路の不規則性に依存する。繰り返し荷重又 は長期荷重の場合、表面からの損傷からに加えて、路床の機能を損なう塑性変形 と弾性係数の低減が起こる。従来の路床では、材料が異なること及び層の造成技 術の欠点により、層の性状と厚みに局部的な相違が生じる。アスファルト層は、 破壊過程を加速する動的荷重により時間と共に疲労する。原則的には、寸法上の 限界は本発明に対しても同じである。輪荷重による破損はこの構造体の寸法上の 限界ではなく、タイヤ圧力を原則的に増加することができる。上部層の弾性係数 は高く、時間経過により変化しない。高強度層はこれらの条件を満足する。摩損 、破壊、取扱及び材料の不適切等の要因は、２次的重要性で、道路と構造体は良 好な利用指数、即ち高いｐｓｘ数を獲得する。

温度の変化と温度勾配に関して、構造体の寸法を決める。変形を防止したことに より生じる圧力を構造体の機能を低下させることなく吸収される。道路又は路盤 建設から生じる荷重はこのようにして地盤に伝達され、長期荷重は、変状しなか った土での大きさに同じである。剛の上部構造体からの点荷重は拡散されるので 、下層土の応力はかなりの余裕を持って限界値以下である。従来の道路建設では 、大きな本質的重量が限界荷重からの余裕をかなり減少させた。

限界荷重、事前圧密圧力を越える短期荷重の形の例外的荷重は地盤材料の間隙水 圧により吸収される。土は水の流れに対して低い透水性を有するので、これは動 的荷重により影響されない。この荷重の範晴には、従来の道路建設に比べて例え ば車両の短期駐車が相当する。

主として、多孔質又は類似物からなる構造体の下部は断熱性であって、それによ り結氷による損傷を避けることができる。

別の利点は、地盤から水抜きする必要がなく、溝排水を省くことができる。道路 は地盤の動きに追随し、局部的相違による平準化を達成できる。

国際調査報告 特表千２−５０４０５０　（６）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．支持力の低い地盤に作用する静的及び動的荷重に対する荷重支持機能を備え る道路及び路盤構造体の形成方法であって、前記構造体は、上部表層（３）を有 する支持部（１）と、その上部表層の下に地層よりかさ比重が小さい軽量材料（ ５）とを備える剛性素子として構成される、道路及び路盤構造体の形成方法にお いて、前記素子の組合せは非常に剛に構成されていて、点荷重は前記地層の支持 面の上に分散され、前記素子は前記地層の掘削されたところに据え付けられ、前 記掘削の深さは、前記地層から掘り由された土塊の重量が前記掘削された区域に 据え付けられる前記素子の重量にほぼ一致するような深さであり、前記支持部（ １）の重さの重い材料と前記軽量材料との組合せで調整して、前記素子のかさ比 重か前記掘り出した土塊の平均かさ比重を越えないようにして、前記素子の重量 により前記地層にかかる荷重と、及び前記素子により吸収された動的荷重の少な くとも一部とは、前記掘り出された土塊による重量減少により相殺され、一方前 記動的荷重の過剰部分と、特に前記素子の弾性変形範囲を越える荷重部分とは、 前記地層に存在する間隙水圧により一時的に吸収される、ことを特徴とする道路 及び路盤構造体の形成方法。
2. ２．前記素子の前記支持部（１）は、長手方向とそれを横切る方向の補強コンク リート製事前加工梁枠組格子で構成され、好適には前記コンクリートは、８００ 〜１，４００ｋｇ／ｍ３のかさ比重を有する補強軽量砂利コンクリートであり、 並びに前記素子の前記軽量材料（５）は、前記梁枠組格子に打設されかつ前記梁 格子枠組を完全に覆う補強コンクリートスラブの下に配置された多孔質プラスチ ック又は類似物からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の道路及び路盤構造 体の形成方法。
3. ３．前記掘削した所に多数の前記素子を位置決めして据え付けて連続構造体を形 成し、その頂部には、別の完全なかつ補強された２０ｍｍと６０ｍｍとの間の厚 みを有するコンクリート層（３）を打設する、ことを特徴とする請求項２に記載 の道路及び路盤構造体の形成方法。
4. ４．前記コンクリート層（３）は、５０〜３００ｍＰａ、好適には６０〜１５０ ｍＰａの圧縮強度で構成され、コンクリートは、鋼鉄、ガラス、炭素、ポリマー 又は類似物のネット又は繊維で強化されかつ補強されている、ことを特徴とする 請求項３に記載の道路及び路盤構造体の形成方法。
5. ５．前記軽量材料（５）に対して、低い水吸収性の連続した固体ブロック又は締 めてない粒状材料の形態で、かさ比重が１０〜５００ｋｇ／ｍ３、好適には２０ 〜１００ｋｇ／ｍ３である断熱材を使用する、ことを特徴とする請求項２から４ のうちいずれか１項に記載の道路及び路盤構造体の形成方法。