JP6909101B2 - 盛土拡幅工法及び盛土 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道等における盛土を拡幅する盛土拡幅工法及び拡幅された盛土に関する。

鉄道において、既存の線路の脇に新たな線路を増設する腹付け線増が行われることがある。盛土区間で腹付線増が行われる場合、盛土が拡幅される。

従来から、盛土を拡幅する工法として、土留擁壁を構築する工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この工法では、既設盛土の近くに土留擁壁を構築し、既設盛土と土留擁壁の間に盛土を施す。しかし、この工法は、コンクリート製の土留擁壁を構築するので、施工コストが高くなる。このため、盛土を拡幅する場合、このような土留擁壁を構築せずに、既設盛土に腹付盛土（新設盛土）を施工することが多い。

既設の盛土に腹付して新たに盛土を施工する場合は、既設盛土に対する有害な沈下等の問題、新旧盛土の接続部におけるすべり等の問題が生じないようにするとともに、線路横断方向の路床の剛性が大きく変化しないような処理が設計標準で求められている（非特許文献１、３．３．１腹付盛土参照）。新設盛土と既設盛土との境界は、すべりが生じたり、水の通路となる等、弱点となりやすい。このため、従来は、腹付盛土を施工する際には、既設盛土に段切りが施工されていた。

従来の盛土拡幅工法を図７（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図７（ａ）に示すような既設盛土１０１ののり面１１１を、図７（ｂ）に示すように、階段状に掘削して段切り１１２が施工される。そして、図７（ｃ）に示すように、腹付盛土１０３が施工される。既設盛土１０１と腹付盛土１０３は、段切り１１２が接続部となる。

しかし、このような段切り１１２を施工するために、既設盛土１０１を大きく掘削する必要があり、場合によっては、この掘削範囲が既設盛土１０１の施工基面１１３に侵入してしまうことがある（図７（ｂ）参照）。そのような場合、施工基面近辺での土留め施工等により、工事が大掛かりとなっていた。なお、施工基面は、路盤の高さの基準面であり（非特許文献２、１１２参照）、盛土上部の面である。

特開平７−１０２５０７号公報

国土交通省鉄道局監修 「鉄道構造物等設計標準・同解説 土構造物」丸善出版 平成２５年改編 ＪＩＳ Ｅ１００１：２００１ 「鉄道−線路用語」

本発明は、上記問題を解決するものであり、盛土を拡幅する際に、既設盛土への段切りの施工を不要とすることを目的とする。

本発明の盛土拡幅工法は、既設盛土に腹付盛土を施工して盛土を拡幅する工法であって、既設盛土ののり面に接続層を設ける工程と、前記接続層の上に土を盛って腹付盛土を施工する工程とを有し、前記接続層は、透水性を有し、その内部摩擦角が前記既設盛土の内部摩擦角より大きく、Ｎ値が前記既設盛土及び腹付盛土のＮ値より大きく、前記腹付盛土側の面に複数の段を有することを特徴とする。

この盛土拡幅工法において、前記接続層は、合成樹脂シートから成る型枠と、その型枠に充填された透水性を有する固形材料とを有する。

この盛土拡幅工法において、前記型枠は、ジオセルであり、前記透水性を有する固形材料は、複数の砕石であることが好ましい。

本発明の盛土は、既設盛土に腹付盛土を施工して拡幅された盛土であって、前記既設盛土と腹付盛土との間に接続層を備え、前記接続層は、透水性を有し、その内部摩擦角が前記既設盛土の内部摩擦角より大きく、Ｎ値が前記既設盛土及び腹付盛土のＮ値より大きく、前記腹付盛土側の面に複数の段を有することを特徴とする。

この盛土において、前記接続層は、合成樹脂シートから成る型枠と、その型枠に充填された透水性を有する固形材料とを有する。

この盛土において、前記型枠は、ジオセルであり、前記透水性を有する固形材料は、複数の砕石であることが好ましい。

本発明の盛土拡幅工法及び盛土によれば、盛土を拡幅する際に接続層が設けられるので、既設盛土への段切りの施工が不要となる。接続層は、透水性を有するので、水はけが良く、弱点となるような水の通路とならない。また、接続層は、その内部摩擦角が既設盛土の内部摩擦角より大きいので、既設盛土とのすべりが防がれる。また、接続層は、腹付盛土側の面に複数の段を有するので、腹付盛土とのすべりが防がれ、腹付盛土の沈下が低減される。また、接続層は、Ｎ値が既設盛土のＮ値より大きいので、安定な盤構造となって、腹付盛土の荷重を支えることができ、腹付盛土の沈下が低減される。また、接続層は、Ｎ値が腹付盛土のＮ値より大きいので、腹付盛土の荷重が分散して下に伝達され、既設盛土の沈下が低減される。

（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る盛土拡幅工法を時系列順に示す断面構成図、（ｃ）は本発明の一実施形態に係る盛土の断面構成図。 同工法における接続層の部分斜視図。 同盛土の数値シミュレーションにおけるモデルを示す図。 同数値シミュレーションにおける地盤区分図。 試験盛土の断面構成図。 前記数値シミュレーションにおける照査点を示す図。 （ａ）〜（ｃ）従来の盛土拡幅工法を時系列順に示す断面構成図。

本発明の一実施形態に係る盛土拡幅工法を図１（ａ）〜（ｃ）及び図２を参照して説明する。この盛土拡幅工法は、既設盛土に腹付盛土を施工して盛土を拡幅する工法である。図１（ａ）に示すように、拡幅する対象の盛土は、既設盛土１である。

図１（ｂ）に示すように、この盛土拡幅工法は、既設盛土１ののり面１１に接続層２を設ける工程を有する。

次に、図１（ｃ）に示すように、接続層２の上に土を盛って腹付盛土３を施工する工程を有する。すなわち、腹付盛土３は、新設盛土である。このような工程により、拡幅された盛土４が作られる。

接続層２は、透水性を有し、その内部摩擦角が既設盛土１の内部摩擦角より大きく、Ｎ値が既設盛土１及び腹付盛土３のＮ値より大きく、腹付盛土３側の面に複数の段２１を有する。

図２に示すように、接続層２は、型枠２２と、透水性を有する固形材料２３とを有する。型枠２２は、合成樹脂シートから成る。固形材料２３は、型枠２２に充填される。

型枠２２は、ジオセルである。透水性を有する固形材料２３は、複数の砕石である。

本発明の一実施形態に係る盛土４を図１（ｃ）及び図２を参照して説明する。この盛土４は、既設盛土１に腹付盛土３を施工して拡幅されている。盛土４は、既設盛土１と腹付盛土３との間に接続層２を備える。接続層２は、透水性を有し、その内部摩擦角が既設盛土１の内部摩擦角より大きく、Ｎ値が既設盛土１及び腹付盛土３のＮ値より大きく、腹付盛土３側の面に複数の段２１を有する（図１（ｃ）参照）。

この盛土４は、前記の盛土拡幅工法によって作られる。したがって、接続層２の構成は、その盛土拡幅工法における接続層２と同じである（図２参照）。

盛土４について、さらに詳述する。既設盛土１及び拡幅された盛土４は、例えば、鉄道の盛土であり、断面が略台形である（図１（ｃ）参照）。盛土とは、土を盛って作られた土構造物である。

前述したように、接続層２は、その内部摩擦角が既設盛土１の内部摩擦角より大きい。

ここで、内部摩擦角について説明する。土が外力を受けると、土の中にせん断応力τ［ｋＮ／ｍ^２］が生じ、その土の中にせん断抵抗を超える箇所があると、せん断破壊が起こる。せん断破壊において、破壊する面をすべり面といい、せん断応力τに抵抗する最大のせん断抵抗をせん断強さｓ［ｋＮ／ｍ^２］という。

土のせん断強さｓは、クーロンの式により、次のように表される。

ｓ＝ｃ＋σ・ｔａｎφ

ここに、ｃは土の粘着力［ｋＮ／ｍ^２］、σは土のすべり面に働く垂直応力［ｋＮ／ｍ^２］、φは土の内部摩擦角［°］である。

前述したように、接続層２は、Ｎ値が既設盛土１及び腹付盛土３のＮ値より大きい。

ここで、Ｎ値について説明する。Ｎ値は、土の強度を表す数値であり、日本工業規格「標準貫入試験方法」（ＪＩＳ Ａ１２１９：２０１３）に規定されている。標準貫入試験（ＳＰＴ）は、ＳＰＴサンプラーを動的貫入することによって地盤の硬軟、締まり具合の判定、及び土層構成を把握するために行われる。Ｎ値は、ＳＰＴサンプラーを３００ｍｍ打ち込むのに必要な打撃回数である。

前述したように、接続層２は、腹付盛土３側の面に複数の段２１を有する。すなわち、接続層２は、腹付盛土３に接続する面が階段状の形状を有する。

接続層２の構成について説明する（図２参照）。高さ方向に幅を有し、平面視で波形に成形された帯状の合成樹脂シートが複数用いられ、隣接する合成樹脂シートは、平面視でその波形の位相が１８０°相違し、１周期ごとに互いに接合される。これにより、合成樹脂シートで囲まれた空間領域が、平面を埋め尽くすように周期的に配列され、型枠２２が構成される。この型枠２２における前記空間領域に透水性を有する固形材料２３が充填される。固形材料２３が充填された型枠２２を複数、既設盛土１ののり面１１に階段状に積み上げることにより、接続層２が構成される。

型枠２２の合成樹脂シートは、例えば、高密度ポリエチレンシートである。透水性を向上させるために、型枠２２は、複数の貫通孔２４を有する。本実施形態では、この型枠２２は、ジオセルである（例えば、特表２０１２−５０４０５８号公報参照）。透水性を有する固形材料２３は、複数の砕石である。その砕石は、粒度調整砕石であり、締固めし易く、透水性が良い。なお、粒度調整砕石とは、破砕後ふるい分けしてほぼ一定のサイズにした砕石である。

このように、本実施形態によれば、盛土を拡幅する際に接続層２が設けられるので、既設盛土１への段切りの施工が不要となる。接続層２は、透水性を有するので、水はけが良く、弱点となるような水の通路とならない。また、接続層２は、その内部摩擦角が既設盛土１の内部摩擦角より大きいので、既設盛土１とのすべりが防がれる。また、接続層２は、腹付盛土３側の面に複数の段２１を有するので、腹付盛土３とのすべりが防がれ、腹付盛土３の沈下が低減される。また、接続層２は、Ｎ値が既設盛土１のＮ値より大きいので、安定な盤構造となって、腹付盛土３の荷重を支えることができ、腹付盛土３の沈下が低減される。また、接続層２は、Ｎ値が腹付盛土３のＮ値より大きいので、腹付盛土３の荷重が分散して下に伝達され、既設盛土１の沈下が低減される。

上記の効果を定量的に確認するために、数値シミュレーション及び実物大の試験を行った。この数値シミュレーション及び試験について、図３〜図６を参照して説明する。

先ず、有限要素法による数値シミュレーションを行った。図３に示すように、数値シミュレーションにおいて、拡幅された盛土４は、断面が台形で、高さＨ＝１２ｍ、底部の幅Ｗ＝５０ｍとした。基礎地盤５は、断面が長方形で、深さＤ＝５０ｍとした。基礎地盤５は、盛土４直下の基礎地盤５１、その両側の基礎地盤５２、５３に区分した。基礎地盤５１の幅は、Ｗ＝５０ｍ、基礎地盤５２の幅は、Ｗ５２＝１１５ｍ、基礎地盤５３の幅は、Ｗ５３＝１１５ｍとした。

計算のメッシュサイズは、盛土４が０．２５ｍ、盛土４の直下の基礎地盤５１が２．５ｍ、その両側の基礎地盤５２、５３が、３．５ｍとした。

図４に示すように、既設盛土１を既設盛土（深部）１ａと既設盛土（表層部）１ｂに区分した。接続層２と腹付盛土３（新設盛土）を４段施工し、１段、２段、３段、４段の接続層２をそれぞれ、接続層２０１、２０２、２０３、２０４に区分し、１段、２段、３段、４段の腹付盛土３をそれぞれ、腹付盛土３０１、３０２、３０３、３０４に区分した。

このように区分した地盤の物性値を表１の通りとした。

表１の物性値において、内部摩擦角以外は、後述する実物大の試験における実際の値を用いた。接続層２の内部摩擦角４３°は、型枠２２を製造しているメーカーの技術資料（旭化成ジオテック技術レポート、基盤部ジオセル中詰め材の違いによる摩擦係数）に図示されている摩擦係数から算出した（０．９４≒ｔａｎ４３°）。内部摩擦角φは、Ｎ値との関係が知られており、例えば、ペックの式φ＝０．３Ｎ＋２７がある。接続層２以外の内部摩擦角φは、このペックの式を用い、表１のＮ値から算出した。

接続層２を施工する場合だけでなく、比較例として、接続層２を施工しない場合についても数値シミュレーションを行った。その比較例（接続層無し）では、接続層２の物性値の代わりに既設盛土（表層部）１ｂの物性値を入力した。それ以外の条件は、接続層２ありの場合と同じにした。

この数値シミュレーションの結果は、後述する。

次に、実物大の試験を行った。この試験は、上記の数値シミュレーションにおける腹付盛土の１段施工に相当する。図５に示すように、腹付盛土３の幅Ｗ１は１０ｍ、高さＨ１は２．７ｍとした。

腹付盛土施工完了から１０日後の沈下量を、点Ｐ１〜Ｐ５で測定した。すなわち、この試験では、点Ｐ１〜Ｐ５は測定点である。点Ｐ１は、既設盛土１ののり面である。点Ｐ２は、腹付盛土３の上面における既設盛土１との境界近傍である。点Ｐ３は、腹付盛土３の上面中央である。点Ｐ４は、既設盛土１ののり面（地中部）である。点Ｐ５は、接続層２上の面（地中部）である。

接続層２を施工する場合だけでなく、比較例として、接続層２を施工しない場合についても試験を行った。その比較例（接続層無し）では、点Ｐ５は無い。

前記の数値シミュレーションにおいても、腹付盛土３の１段施工について沈下量を計算した。沈下量の照査点は、実物大の試験の測定点（点Ｐ１〜Ｐ５）と同じ箇所とした。

上述したような腹付盛土の１段施工について、試験における測定値と数値シミュレーションにおける計算値を表２に示す。

表２からわかるように、１段施工での実物大の試験においては、測定点Ｐ１〜Ｐ３の沈下量は、ほとんど計測されなかった。測定値と計算値はオーダー（桁数）が合っており、測定値は計算値の半分程度の差異であるので、数値シミュレーションの結果は妥当と考えられる。

特に、点Ｐ４の沈下量の測定値は、接続層なしの場合の６ｍｍに対して、接続層ありでは４ｍｍに低減され、接続層の効果が確認された。なお、試験では１段施工であるが、実際の施工は、４段施工であるので、実際の沈下量は、この試験の測定値の４倍程度になると推定される。したがって、接続層による沈下量の低減効果は、（６−４）×４＝８ｍｍと推定される。盛土上の軌道に対しては、数ミリメートルの低減は顕著な効果である。

次に、図６に示すように、腹付盛土３を４段まで施工した最終形の盛土４について、数値シミュレーションを行った。腹付盛土３は、４段の重層であり、下から順に腹付盛土１段３０１、腹付盛土２段３０２、腹付盛土３段３０３、及び腹付盛土４段３０４である。盛土４の最上部に軌道荷重１５ｋＮ／ｍ^２を加えた。

沈下量の照査点を三角で示す。点Ｐ１１は、腹付盛土１段３０１の上面における接続層２近傍である。点Ｐ１２は、腹付盛土１段３０１の上面中央である。点Ｐ１３は、腹付盛土１段３０１の上面近傍ののり面である。点Ｐ２１は、腹付盛土２段３０２の上面における接続層２近傍である。点Ｐ２２は、腹付盛土２段３０２の上面中央である。点Ｐ２３は、腹付盛土２段３０２の上面近傍ののり面である。点Ｐ３１は、腹付盛土３段３０３の上面における接続層２近傍である。点Ｐ３２は、腹付盛土３段３０３の上面中央である。点Ｐ３３は、腹付盛土３段３０３の上面近傍ののり面である。点Ｐ４１は、腹付盛土４段３０４の上面における接続層２近傍である。点Ｐ４２は、腹付盛土４段３０４の上面中央である。点Ｐ４３は、腹付盛土４段３０４の上面近傍ののり面である。点Ｐｉ、点Ｐｉｉ、点Ｐｉｉｉ、点Ｐｉｖは、それぞれ、腹付盛土１段３０１、腹付盛土２段３０２、腹付盛土３段３０３、腹付盛土４段３０４に接する既設盛土１ののり面である。

接続層２を施工する場合だけでなく、比較例として、接続層２を施工しない場合についても数値シミュレーションを行った。その比較例（接続層無し）では、接続層２の物性値の代わりに既設盛土（表層部）１ｂの物性値を入力した。それ以外の条件は、接続層２ありの場合と同じにした。

腹付盛土３における各照査点における計算値を表３に示す。

表３からわかるように、腹付盛土３の沈下量は、接続層２ありの場合が、接続層２なしの場合と比べ、９割程度に低減された。

既設盛土１における各照査点における計算値を表４に示す。

表４からわかるように、既設盛土１ののり面においても、沈下量が若干低減された。

このように、数値シミュレーション及び実物大の試験を行った結果、盛土を拡幅する際に、接続層２を設けることによって腹付盛土３の沈下量が低減され、現行の設計標準（非特許文献１）を満足できることがわかった。また、従来の段切りは、施工に大型重機を使用する必要があったが、ジオセルを用いた接続層２は、大型重機を用いなくても人力で容易に施工できる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本発明の盛土拡幅工法及び盛土は、鉄道の盛土の拡幅に限定されず、道路の盛土の拡幅に用いてもよい。

１ 既設盛土
１１ のり面
２ 接続層
２１ 段
２２ 型枠（ジオセル）
２３ 固形材料（砕石）
３ 腹付盛土（新設盛土）
４ 盛土

Claims (4)

1. 既設盛土に腹付盛土を施工して盛土を拡幅する盛土拡幅工法であって、
   既設盛土ののり面に接続層を設ける工程と、
   前記接続層の上に土を盛って腹付盛土を施工する工程とを有し、
   前記接続層は、透水性を有し、その内部摩擦角が前記既設盛土の内部摩擦角より大きく、Ｎ値が前記既設盛土及び腹付盛土のＮ値より大きく、前記腹付盛土側の面に複数の段を有し、合成樹脂シートから成る型枠と、その型枠に充填された透水性を有する固形材料とを有することを特徴とする盛土拡幅工法。
2. 前記型枠は、ジオセルであり、
   前記透水性を有する固形材料は、複数の砕石であることを特徴とする請求項１に記載の盛土拡幅工法。
3. 既設盛土に腹付盛土を施工して拡幅された盛土であって、
   前記既設盛土と腹付盛土との間に接続層を備え、
   前記接続層は、透水性を有し、その内部摩擦角が前記既設盛土の内部摩擦角より大きく、Ｎ値が前記既設盛土及び腹付盛土のＮ値より大きく、前記腹付盛土側の面に複数の段を有し、合成樹脂シートから成る型枠と、その型枠に充填された透水性を有する固形材料とを有することを特徴とする盛土。
4. 前記型枠は、ジオセルであり、
   前記透水性を有する固形材料は、複数の砕石であることを特徴とする請求項３に記載の盛土。

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