ジオシンセティックス技術情報 1
9
9
8
.
1
1
技術報文
プレロード・プレストレスされたグリッド補強土橋脚
東京大学工学部内村太郎
1.はじめに
プレ口ーディド・プレストレスト (PL ・PS) 補強土工法は、プレロードとプレストレスに
よって補強盛土の剛性を飛躍的に高め、より大きな荷重を受ける構造物(橋台、橋脚、重要構造
物の基礎など)にも応用できるようにする工法である 1)。図 -1に PL.PS補強土工法の概念図
を示す。補強盛土に 4本以上のタイロッド
(
PC鋼棒など)を鉛直に挿入して、下端は盛土底部
の反力板 (RCブロックなど)に締結しておく。タイロッド上端に、上部反力板を反力にしてジ
ヤツキを設置し、タイロッドを十分強い力で
荷量
引張ることで、盛土を鉛直方向にプレロード
沈下
する。盛土はジオテキスタイルで補強されて
ι
いるので、高い鉛直フレロードに耐える強度
414F
，， 1 1
1 1
部反力板
r 盛土材
i.
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張力材の一二!_
竺乙←補強材
張力二二二
.
1 一一一一
を半分程度除荷する。最後にタイ口ッドと反
一一一一寸ト-/--→ 二二二二張力材
力板をナットなどの締結具で固定し、ジヤツ
が十分にある。次に張力を緩めてプレロード
1
1
τ
盛土の
キを外す。タイロッドには引張、盛土には圧
下部反力板
圧縮力一
-
縮のプレストレスが残る。供用時には、盛土
が高い荷重でプレロードされたために塑性変
基礎地盤
形がほとんど起こらないことに加え、常にプ
レストレス荷重によって土が締め付けられて
図- 1
いるために、高い剛性を発揮する。
2.
プレ口ーディド・プレストレスト補強盛
土の概念図
PL.PS補強土橋脚の実施工
1
9
9
6年夏に建設された JR九州篠栗線馬出橋梁(福岡市:図-2a) で、初の実施工の PL.
) 幻。盛土材は粒土調整砕石 (
D=
3
0
r
n
r
n、
PS補強土橋脚として橋脚 P1が建設された(図ー 2b
皿
O
.
9
m
m、 Uc=16.5) 、補強材はポリマーグリッドであり、 16.5mの桁を 2連支持している。
上部反力板として R C小橋台(厚さ 8
0
c
m
) を兼用し、タイロッドには直径 3
5
m
mの P C鋼棒を 4本
D50ニ
用いた。基礎地盤は厚さ 11mの軟弱粘土層だ、ったため、セメン卜混合で改良した。さらに、地表
面から深さ 1mまで、は、地盤改良杭を密に打設して、これを下部反力板として代用した。タイロ
ッドの下端は、改良杭に約 4m
挿入し定着した。橋脚の設計桁荷重は 1
9
7
k
N
=
2
0
.
l
t
f、設計列車荷
重は衝撃荷重を含めて 1
3
3
0
k
N
=1
3
6
t
fである。仮設構造物として、 5年間程度使用する予定である。
一方、この橋梁の橋台 A 2 (図ー 2c) は、剛な壁面工を持つ補強土擁壁として建設されたが、
プレロード・プレストレスはかけていない。 R C壁面工は前面にだけ施工されていて、側面は植
生した法面である。
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図一 2
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n棚)
a) ]R九州篠栗線馬出橋梁の全体図。 b) PL ・P S補強土橋脚の詳細。 c) プレ口
ード、プレストレスをかけない補強土橋台
-30ー
図 - 3は、橋脚の、油圧ジャッキで加えたプレロード荷重(タイロッドの張力に等しい)と鉛
9
6
凶ずつ増やしながら、 3
0分または 6
0分ずつ
直圧縮量との関係である。初日はプレロード荷重を 1
クリープさせた(図-3 A) 。その後は、現場の要請により、日中は一定のプレロード荷重を加
え、夜間と休日はタイ口ッドを反力板に
2
5
0
0
﹁u
3日目にタイロッドの張力を
ドをかけ、 1
nUF
ω
#
3
5
0
k
N=2
4
0
tfのプレロー
る。最終的に 2
nunu
nunu
2時間であ
を加えたのは、合計で正味約 7
L4I
返し荷重を数回かけた。プレロード荷重
円
(ZU4)CO一的戸﹄
締結して放置した。途中で、大振幅の繰
g1000
」
9
5
0
凶 =97tfに除荷して、タイロッドと
む
反力板とを固定した。プレロード時の盛
ト
500
で、あり、また
土の鉛直圧縮量は最大 8mm
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3
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0
k
Nで除荷・再載荷した時の弾
性的変形は 0
.
5
m
m (図-3B) で、非常
図ー 3 プレロード(タイロッド張力)と、盛土の
に剛性が高かった。以降、プレストレス
圧縮量の関係
された状態で約 2年間計測を続けた(図ー 3C) 。
麦
、
図-4は、プレロード f
2
5
0
0
約 2年間のタイロッド張力
z
」
正
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(フ。レストレス)、 PL.
P S橋脚の圧縮量、 PL.
P Sをかけていない補強土
c
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ぞれ、およそ 1年周期のわ
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ずかな変動を含んでいる
。
盛土変形か、もしくは計測
装置への影響のためと 思われ
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る。そこで、これらの計測
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1
5
0
0
1
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0
0
5
0
0
。
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橋台の圧縮量である。それ
が、これは温度変化による
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0
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Elapsed time (
d
a
y
)
値の極大・極小点を直線で、
つなぐことで、長期的な変
2
0
図 - 4 タイロッド張力および橋脚・橋台の圧縮量の経時変化
動速度を読みとった。 2
5日目に桁を架設した後、 P L・P S橋脚は 0
.
2
5
m
m
/年の速さで圧縮し、
1
k
N
/年で減少している。 3
0
0日目付近で供用開始し、それ以降 3
9
2
k
N(
4
0
tf
)
タイ口ッドの張力は 5
程度の列車荷重が 1日に 1
2
5回以上かかるようになったが、盛土の圧縮速度、タイロッド張力の
減少速度に顕著な変化は見られない。 PL.PS橋脚の圧縮率は十分に小さく、この変化速度が
保たれるとすれば、 5年程度の仮設供用期間を過ぎても、問題になることはないだろう。また、
タイロッドの張力は初期値 9
5
0
k
Nに対して約 5%/年で減少しているが、これも 5年程度では問題
にならないだろう。但し、タイ口ッド張力が減少すると、盛土の剛性が低下し 3)、列車荷重の繰
返し載荷による残留沈下が大きく生じるようになり、このためにタイロッド張力が減少するとい
qtu
1i
う悪循環に陥る可能性があるので、さらに長期間供用するためにはタイロッド張力を維持する工
夫が必要である。具体的にはタイ口ッドの締結部にパネを挟んで、タイロッドのパネ定数を下げ
ることが効果的だろう。
一方、 PL'PSをかけていない補強土橋台は、桁を仮設したあとの圧縮量しか計測していな
いが、供用開始までの約 9ヶ月間に 3mm
圧縮し、さらに供用開始後は急激に圧縮して、約 2年間
2
m
mに達している。現在も圧縮が進んでいる。
の総圧縮量は 1
図 - 5は、営業運転開始日の始発列車通過時の橋脚のタイロッド張力、橋脚と橋台の圧縮量の
.
0
2
m
m
圧縮し、それに伴ってタイロッド張力も約 7削減少
変化を計測したものである。橋脚は約 0
しているが、ほぼ弾性的にもとの値に回復している。これに比べて、橋台はおよそ 1
0
倍の 0
.
2
m
m
圧
縮し、図 - 4に示したように列車荷重の繰返し載荷によって大きな残留圧縮を起こしている。こ
れらの圧縮量をひずみに直
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すと、橋脚が 0.0008%で
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を越えないのに対して、橋
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台が 0.008%程度で、 1
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を越えている。この違い
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図ー 5 列車通過時のタイロッド張力および橋脚・橋台の圧縮量の
変化
比較から、プレロード・プレストレスによって、つぎの効果が得られたと言える。
-自重や死荷重による、長期的なクリープ圧縮を抑制する効果。
・列車荷重載荷時の、一時的な圧縮変形を抑制する効果。
・列車荷重の繰返し載荷による、残留圧縮の累積を抑制する効果。
3. 盛土材の繰返し載荷・プレロード試験
PL'PS補強盛土に列車荷重などが繰り返しかかった場合の、盛土の圧縮特性とそれに伴う
プレストレスの減少を検討するために、上述の橋脚で用いた擦を用いて、室内の中型三軸圧縮試
3
7cm(H)の直方体であり、 ρdニ1.9
5g/
c
m
、w=3.3%で締
験を行った。供試体は、 23cmX23cmX5
め固めた。軸および、水平ひず、みは LDTを用いて精密に測定した(図-6) 。 σv'=σh' =49kPa
(
0
.
5
k
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9
回a
(こ保ったまま、偏差応力 q=σv' 一 σ
h
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8
k
P
aで
6時間クリープ変形 (C1)させ、 q=
9
8
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'
"
O
k
P
aで 5
0
0回の繰返し載荷 (CYC1
) 、 q=1
9
6k
P
aの
載荷・除荷(プレロード; PL) 、再び Q =
9
8
0
k
P
aで繰返し載荷 (CYC2)、 Q =1
9
6
k
P
aで
、
の
クリープ変形 (C2) 、 qニ 9
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O
k
P
aで、の繰返し載荷 (CYC3) 、 Q =1
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図 - 6 三軸圧縮試験装置の概要
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図 - 7 (左上)
a) 偏差応力の載荷履歴
b) 軸圧縮ひずみの履歴
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図 -7 (左上)
a) 偏差応力の載荷履歴
b) 軸圧縮ひずみの履歴
図 -8 (右上)
a) 偏差応力と軸圧縮ひずみ
b) 偏差応力と側方圧縮ひずみ
nu
1
0
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図 -9 (左)繰返し載荷時の残留軸
圧縮ひずみの進行状況
円ぺU
円ぺU
載荷 (CYC4) 、 Q =9
8
'
"
'
'
O
k
P
aでの繰返し載荷 (CYC5) を行った(図 -7) 。
、 q と軸圧縮ひずみ
図 - 8に
E v、水平圧縮ひずみ E hとの関係を示す。いづれも繰返し部分は
1回目と 5
0
0回目のサイクルのみ表示しである。図 - 9は、それぞれの繰返し載荷における、残留
圧縮ひずみの進行の様子を示している。残留圧縮ひずみは、 CYClでは圧縮するが、 CYC2
はほぼ一定で、 CYC3， CYC5と進むにつれ伸びる傾向になった。礁の供試体で、高い軸応
力でクリープ変形させてから除荷して低い軸応力でクリープ試験をすると、軸方向に伸びび、るよう
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になる (
荷でも、似たような現象が起きている。一方、高い応力 (CYC4) では、大きな残留圧縮が起
きている。
これより、
PL.PS補強土工法では、高い応力のプレロードをかけ、さらにプレロード中に
多数回繰返し載荷すれば、除荷後の繰返し載荷に対する残留沈下およびそれに伴うプレストレス
低下を防止できる。しかし、残すプレストレスに比べて十分高いプレロードをかけておかないと、
CYC4のように繰返し載荷による残留沈下が生じるだろう。
4. まとめ
PL・PS補強土橋脚の計測結果から、プレロード、プレストレスによって、補強盛土の長期
的なクリープ圧縮、活荷重による一時的な圧縮、繰返し荷重による残留圧縮のいずれも、効果的
に抑制できることが分かった。また、盛土材の三軸圧縮試験からは、高いプレロードを繰り返し
載荷することで、除荷後の繰返し載荷に対する残留圧縮を抑制できることが分かった。
註)本報は、第 6回国際ジオシンセティックス会議で発表した、同名の論文の抄訳であるが、ペ
ージ数の制限と、橋脚の長期計測の最新データが得られていることから、内容を一部更新または
省略した。
参考文献
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.，Tateyama，M
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K
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