JP4406577B2 - 掘割道路 - Google Patents

Description

本発明は、半地下の交通路である掘割道路に関する。

従来、掘割道路の構造としては、溝状に掘削された地盤に、Ｕ字形のコンクリート構造物を構築した構造が知られている。
この掘割道路を施工する方法としては、まず交通路となる部分の両側に土留壁を設置した後に掘削を行うとともに上部に覆工を敷設し、Ｕ字型のコンクリート構造物を構築する工法が知られている。
また、掘割道路のうち、他の交通路との交差がある部分（立体交差）には、Ｕ字形のコンクリート構造物のかわりに、ボックスカルバートを用いることで立体交差を構築している。

その他、立体交差を構築する工法としては、例えば、断面形状が矩形状のシールドによって路下にトンネルを構築することで立体交差とする工法（例えば、非特許文献１、２参照）や、打設した杭の上部に、上側となる交通路を構築して上側の交通路を通行可能とした後、下側を掘削して立体交差とする工法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
特開２００２−４７６０４号公報 都市再生に向けた地下立体交差の新技術−大断面分割シールド「ハーモニカ」工法の開発−「２００３年４月９日掲載」＜http://www.taisei.co.jp/release/2003/apr/apr01.html＞ アンダーパス第２弾！ 交差点を交通規制ゼロで地下立体交差化〜道路交差部のアンダーパス急速施工法「ＫＳＵＰ＜Ｖ＞工法」を開発〜「２００３年７月１８日掲載」＜http://www.kajima.co.jp/news/press/200307/18c1fo-j.htm＞

交通路を開削してコンクリート構造物の設置を行う工法では、車線の規制が多くなるとともに工期が長いため、交通渋滞の原因となっていた。
また、立体交差部分において、ボックスカルバートを用いる工法やシールド工法は、下側を通る交通路の上部にある程度の土被りが必要なため、その分だけ交通路の深度が深くなり、地下部分の道路延長が長くなるとともに、上載土圧に耐えうる構造にする必要がある。
特許文献１に示すような杭基礎を用いた工法では、杭の設置の他に、下側となる交通路の掘削の前に土留壁等の仮設工事の必要があるため、その分の工期、費用が必要であった。
また、いずれの工法においても、地下にある構造物には土圧や地下水圧がかかるため、仮設構造物及び地下構造物本体はこれに耐えうる強固な構造とする必要があり、これらを構築する部材のコストが高くなっていた。

本発明の課題は、施工の際の仮設工事を削減して工期を短縮するとともに交通規制を削減し、掘割道路の構築工事による交通への影響を最小限とすることである。
また、掘割道路の構造において、仮設構造物及び地下構造物本体にかかる応力を分散し、これらを構築する部材のコストを削減することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
掘割道路１の両側に沿って土留壁となるように連続して設けた杭３と、
前記掘割道路１の両側に設けた前記杭３と連結し、前記掘割道路１をなす底版４と、
前記杭３の上部に、胸壁５を有し、前記胸壁５より前記掘割道路１側に橋座６を有する橋台７と、
前記掘割道路１を挟んで対向する前記橋座６に架設され、前記掘割道路１の上部に設けられる上側の交通路２を形成する橋部材８と、
前記胸壁５と、前記橋部材８の端面との間に設けられ、前記橋部材８の軸方向の力を伝達可能な緩衝材９と、
を備える掘割道路１であって、
前記杭３の上部に、胸壁５を有し、前記胸壁５より前記掘割道路１側に橋座６を有する橋台７を設け、前記掘割道路１の上部に設けられる上側の交通路２を形成する橋部材８を、前記掘割道路１を挟んで対向する前記橋座６に架設する橋掛け工程を、前記掘削道路１となる部分を掘削する掘削工程の前に実施して形成されることを特徴とする。

このように、掘割道路１の両側に沿って土留壁となるように連続して杭３を設けたことで、杭３を土留壁と、掘割道路１の側壁とに兼用でき、土留壁と側壁を別々に構築する場合に比べ工期及び費用を削減できる。
また、従来土留壁は、側壁を構築する場所の外側に構築していたが、これらが同じ場所に構築されることとなるので、掘削幅を狭くできるとともに、施工ヤード２７の幅を狭くでき、交通への影響を最小限にできる。

さらに、掘割道路１をなす底版４を、両側の杭３と連結するように形成したことで、断面形状がＨ形となり、地下構造物が杭３による杭基礎と、底版４による直接基礎を併せ持つパイルドラフト構造を構成するようになる。これによって、地下水位が高い場所における躯体の浮き上がりや、地盤の液状化などに対しても安定した構造となる。

また、水平面を有する橋座６が胸壁５よりも掘割道路１側に有り、橋部材８を掘割道路１を挟んで対向する位置にある橋座６に架設し、胸壁５と橋部材８の端面との間で力の伝達を可能としたことで、橋部材８を杭３の切梁として利用できる。これにより、施工時において切梁３６の仮設工事を削減できるとともに、完成後において、地下構造物にかかる土圧が底版４と橋部材８とに分散され、各部材にかかる負担を軽減でき、各部材のコストを削減できる。
また、橋部材８を架設することで上側の交通路２を形成するようにしたことで、掘割道路１を従来より浅い位置に構築でき、地下部分の道路延長を短くできるとともに各部材にかかる負担を軽減でき、各部材のコストを削減できる。

そして、胸壁５と橋部材８の端面との間に緩衝材９を備えることで、橋部材８に曲げモーメントを伝達することなく、橋部材８の軸方向の力のみを伝達できるようになる。この構造により、橋梁下部工としての杭３に過大な負担がかからないようにすることができる。
また、上側の交通路２は、橋掛け工程によってほぼ完成し、完成後は、掘削工程中に施工前と同様に通行できるようになるので、交通への影響が少なくなる。

本発明によれば、掘割道路の両側に土留壁となるように連続して設けた杭が側壁としての機能も有し、また、橋部材が切梁としての機能も有することで、仮設工事を削減でき、工期、費用を削減できる。
また、地下構造物にかかる土圧を底版と橋部材とに分散し、各部材にかかる負担を軽減して、部材のコストを削減できる。
また、橋部材によって上側の交通路を形成するので、掘割道路を浅い位置に構築でき、地下部分の道路延長を短くできるとともに、各部材にかかる負担を軽減して、部材のコストを削減できる。
さらに、地下構造物がパイルドラフト構造を有することで、地盤の液状化などに対しても安定な構造となる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
掘割道路は、道路や線路などの交通路が半地下となったものであって、ここでは、その掘割道路の一例として、図１２に示すような交通路の交差部１８における立体交差の構造及び施工方法について説明する。

この立体交差は、交差する交通路としての道路を立体的に交差させるもので、下側を通る交通路が地下を通る掘割道路となったものである。図１から図１２に示すように、掘割道路１の両側には、地下部分の始点から終点まで連続して杭３をなす杭材が設けられている。この杭３は、隣接する杭３同士が継手（図示略）によって連結しており、掘割道路１の側壁をなすとともに土留壁をなすものである。この土留壁をなす杭３は、この立体交差の構築時において、掘割道路１を掘削するときに設けられたものであり、これをそのまま掘割道路１の側壁として用いることで、工期の短縮及び費用の削減が可能となる。

この連続して打設された杭３の間にある掘割道路１の下部には、底版４が形成されている。杭３の外面には、杭３と底版４を連結する連結部材としての鉄筋（図示略）が、底版４の方向に向かって突出するように溶接されており、この鉄筋が底版４の鉄筋の一部となることによって、杭３と底版４が強固に連結されている。すなわち、図１、２に示すように、杭３と底版４で断面がＨ形となった構造をしており、この立体交差の地下構造物は、杭３による杭基礎と、底版４による直接基礎とを併せ持つパイルドラフト構造となっている。このように、地下構造物がパイルドラフト構造となっていることで、例えば、地下水位が高い場所における躯体の浮き上がりによって、地下構造物が上方向の力を受けても、杭３の引抜抵抗により耐えることができる。また、支持杭を有することで、地盤の液状化に対しても有効である。

なお、掘割道路１の両側に設けられた杭３のうち、地下部分の始点、終点付近であって、底版４の下面よりも地下水位が低く、地下水の影響をあまり受けない範囲では、杭３と底版４を連結せず、自立式の杭としても良い。

図１２に示すような交通路の交差部１８にある杭３の上部には、図１に示すように橋台７が設けられており、ここに上側の交通路２をなす橋部材８が架設されている。この橋台７の上部には、図１、３、４に示すように、掘割道路１に対して外側にあって、上方へ鉛直に突出する胸壁５が掘割道路１の延長方向に沿って設けられており、橋台７の断面形状はＬ字形となっている。また、橋台７の上部であって、この胸壁５よりも掘割道路１側には、橋部材８を載置する水平面を有する橋座６が形成されている。さらに、この橋座６の上面には、橋部材８を支持するゴム支承１９が設けられており、橋部材８は、掘割道路１を挟んで対向する位置にある橋座６に、ゴム支承１９を介して架設される。

橋部材８としては、プレテンション方式プレストレストコンクリート製のもの（プレテン桁）で、あらかじめ工場などで生産されたものを用いている。このようなプレテン桁としては、例えば、Ｔ桁やホロー桁のような一般的に用いられているものを用いることができる。図１、３、４、５では、Ｔ桁を用いた場合を図示したが、その他の桁を用いた場合もこれとほぼ同様の構成となっている。
橋部材８は、長さ方向が掘割道路１の延長方向に対して直交するように、胸壁５より掘割道路１側にある橋座６に設けられたゴム支承１９に載置されている。そして、隣接して複数本配された橋部材８の上面は舗装され、上側の交通路２となっている。
また、隣接して配された橋部材８の間には、橋部材８どうしを連結するようにコンクリートが充填されているとともに、このコンクリート部分と橋台７を連結するようにアンカーバー２０が設けられ、橋台７から橋部材８が外れないようにしている。
なお、ゴム支承１９とアンカーバー２０はともに、掘割道路１を挟んだ両側の橋台７に設けられているが、アンカーバー２０の構造は、掘割道路１を挟んだ片側が固定側、これに対向する側が可動側となっている。すなわち、固定側では、アンカーバー２０が橋部材８どうしの間に充填されたコンクリート部分に固定されており、可動側ではアンカーバー２０とコンクリート部分との間に遊間が設けられている。

この橋部材８は上側の交通路２を形成するほか、土留壁をなす杭３の切梁としても機能するものである。このように橋部材８が土留壁の切梁を兼ねることで、底版４や杭３にかかる応力が分散されて、各部材の負担が軽減されるので、各部材のコストを削減できる。
しかし、橋部材８であるプレテン桁は、もともと外部から過大な軸力が加わることを想定して作られていないので、過分に負担させるわけにはいかない。そこで、掘削時には、図５に示すように、橋部材８を単独で切梁とせず、仮設の切梁３６も設けて橋部材８の負担を軽減している。また、橋部材８の端面と胸壁５の間に緩衝材９を設けることで、橋部材８が緩衝材９を介して軸力のみを伝達する構造とし、この構造により、橋梁下部工としての杭３の負担を軽減している。

また、図２、１２に示すように、橋部材８を載置している交差部１８から所定の範囲には、掘割道路１の上部に突出するように設けられた張出し部２１が設けられている。この張出し部２１は、杭３に支持されるように杭３の上部に設けられており、側道３０を走る車両のうち、交差点を右折する車両が待機する右折レーンをなすものである。なお、張出し部２１を掘割道路１の延長方向に沿って連続して設け、交通路として利用できるようにしても良い。

次に、以上のような構成を有する掘割道路の一例である立体交差の施工方法について説明する。なお、交差部１８を中心とした片側半分についての施工方法を示すが、反対側についても同様の施工を行うものとする。
まず、掘割道路１の両側に設けられる杭３の施工を行う。この杭３の施工にあたっては、杭上に配されて杭上を自走可能な杭打設装置を用いる。このような杭打設装置によって施工を行えば、施工ヤード２７の範囲を狭くできるので、交通への影響を最小限に抑えることができる。また、杭打設装置を複数台投入し、各施工ヤード２７で並行して施工を行えば、工期を短縮することができる。
また、ここでは、掘割道路１となる既存の交通路３８が、４車線の交通路で、交差部１８には右折レーンが設けられて５車線となっており、上側の交通路２となる既存の交通路３９が、交差部１８において３車線になっている交差点での施工について説明する。

まず、図７に示すように、後に掘割道路１となる既存の交通路３８のうち、交差部１８を中心とした片側半分の施工を行う。
作業を行うための施工ヤード２７としては、後に右折レーンとしての張出し部２１を構築する部分とし、反対車線側もほぼ同じ範囲を施工ヤード２７として確保する。よって、施工ヤード２７の幅は、既存の交通路３８のうち、最も外側にある車線部分と、その外側の杭３を施工するのに必要な部分とを合わせた幅となる。すなわち、二つの施工ヤード２７の間には、既存の交通路３８で内側の車線となっていた部分が残ることとなり、施工中であっても利用可能となっている。また、施工ヤード２７を設けたことで利用できなくなった外側の車線は、施工ヤード２７の外側に新たに構築した迂回路２８に切り替える。この施工ヤード２７の外側に新たに構築した迂回路２８は、立体交差が完成した後に側道３０を設ける部分を用いて仮設したものである。また、上側となる交通路３９は交差部１８のほぼ中央部まで設けられた施工ヤード２７を迂回するように設けられる。

施工ヤード２７や、迂回路２８の仮設が完了したら、杭打設工程に移る。
上述の施工ヤード２７内において、交差部１８から順次杭３を施工し、後に橋部材８を載置する杭３には橋台７を形成する。この橋台７には、図３、４に示すように、胸壁５やゴム支承１９及び橋部材８を橋台７に連結するためのアンカーバー２０などが設けられる。そして、既存の交差部１８にあって、橋台７を形成した杭３の上部を覆工部材２９で覆工し、上側となる交通路３９をここに移設する。同様に、交差部１８を中心とした反対側の交通路についても同様の施工を行い、図８に示すように、上述した交差部１８の覆工が完了したら、迂回させていた上側となる交通路３９を元に戻す。

次に、図８に示すように、施工ヤード２７の長さを、地下部分の入口となる所まで延長し、杭３の施工を行うとともに、図２に示すように、施工した杭３の上部に側道３０の側壁となる壁高欄３１を形成する。
また、図１２に示すように、後に掘割道路１の側道３０の右折レーンとなる張出し部２１の構築を行う。なお、この張出し部２１は、次に行う橋掛け工程が完了してから使用開始とする。

杭打設工程が完了したら、杭打設装置などを撤去し、図９に示すように、橋部材８を架設する橋掛け工程を行う。
橋部材８の架設は夜間において、杭３の施工時に施工ヤード２７の間にあった交通路を通行止めとして、迂回路２８のみを通行可能とする。そして、杭打設工程で、掘割道路となる交通路３８の両側に打設した杭３の間を新たに施工ヤード３２として行う。また、交差部１８は、片側半分を施工ヤード３２とし、上側となる交通路３９は、この施工ヤード３２を迂回するように仮設する。

橋部材８の架設は、まず、施工ヤード３２とした交差部１８の覆工部材２９を取り除くとともに、杭３の上部に形成した橋台７が露出する程度の深さだけ掘割道路となる交通路３８を掘削する。この掘削した部分であって、掘割道路となる交通路３８のほぼ中央に、後に仮設の切梁３６を支持する中間杭３３を、掘割道路となる交通路３８の延長方向に並ぶように、適当な間隔を置いて打設する。中間杭３３の打設後、橋台７の橋座６に設けられたゴム支承１９に、あらかじめ工場などで製作された橋部材８であるプレテン桁をクレーン３４によって載置するとともに、設置した橋部材８の端面と、胸壁５の間に緩衝材９を配置する。橋部材８を載置したら、隣接する橋部材８の間にコンクリートを充填する。これにより、橋部分が強固になるとともに、あらかじめ橋台７に設けられていたアンカーバー２０がこのコンクリートによって固定され橋部材８と橋台７が連結される。なお、掘割道路１を挟んだ片側は可動側として、アンカーバー２０の周囲に遊間ができるようにする。
その他、橋部材８の上面の舗装や橋側端部の壁高欄の構築等を行い、交通路として利用できるようにする。

上述の橋部材８の架設と同時に、橋部材８を架設する部分以外において、後の掘削工程のために、杭打設工程時の施工ヤード２７の間にあった交通路３８の撤去と、止水壁３５、中間杭３３の仮設を行う。交差部１８を中心とした片側半分の橋掛け工程が完了したら、上側となる交通路３９を、架設した橋部材８上を迂回するように架設し、反対側の施工を上述と同様に行い、橋掛け工程を完了する。

図１０に示すように、橋掛け工程の完了後、迂回させていた上側となる交通路３９を元に戻す。
また、杭打設工程時に設けられた施工ヤード２７では、杭３を打設するのに必要な範囲として、打設する杭３よりも外側に境界を有していたが、橋掛け工程時に設けられた施工ヤード３２では、杭打設工程によって打設された杭３を境界としているため、側道部分が広くなっている。そこで、迂回路２８を２車線にするとともに、張出し部２１を右折レーンとして利用し、交通への影響を少なくする。そして、施工ヤード３２を、後に地下部分を通る本線と側道３０との分岐部分まで延長し、掘割道路となる交通路３８の掘削工程を行う。

図６に示すように、橋部材８を架設していないアプローチ部においては、掘削の進行に合わせ、土圧による杭３の変形を防止する切梁３６を仮設する。この切梁３６は、掘割道路１の延長方向に沿うように杭３に当接する腹起こし３７に対して、水平に直交して当接するように配したもので、先に打設した中間杭３３によってほぼ中央を支持されている。また、図５に示すように、橋部材８を架設した交差部１８においては、橋部材８が切梁として機能するので、架設する切梁３６は一段で良く、仮設工事を削減できる。所定の深さまで掘削を完了したら、掘割道路１をなす底版４を形成する底版形成工程に移る。

底版形成工程においては、まず、掘削面に砕石などからなる基礎部２３を設ける。
次に、杭３の外面であって、底版４と接する部分には、杭３と底版４を連結する連結部材としての鉄筋（図示略）を、底版４が形成される方向に突出するように複数溶接する。
さらに、この鉄筋の他、底版４に必要な鉄筋を構築した後、コンクリートを打設して基礎部２３の上部に底版４を構築する。コンクリートが硬化して杭３と底版４が連結し、杭基礎と直接基礎を併せ持つパイルドラフト構造が形成されたら、仮設していた切梁３６を撤去する。なお、切梁３６を支持していた中間杭３３は底版４の上面で切断し、底版４の内部及び下部にあった部分はそのまま残置される。

底版形成工程が完了したら、交通路の舗装や、排水設備、電気設備などの設置を行い、これらが完了したら、掘割道路１を開通させる。掘割道路１の開通に合わせて、掘割道路１の迂回路２８を１車線にして側道３０とし、歩道等を整備して施工完了となる。

なお、以上の実施の形態においては、交通路の交差部における立体交差について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、自動車専用道路のように、半地下部分が長い距離連続する掘割道路を構築する場合も同様に杭打設工程、橋掛け工程、掘削工程、底版形成工程により構築することができる。このとき、掘割道路に交差する交通路が複数ある場合は、各箇所において橋掛け工程を行うようにする。また、橋掛け工程を掘割道路の所定区間に渡って連続して行い、掘割道路の上側に構築する交通路を掘割道路に並行するように構築しても良い。

また、杭打設装置としては、例えば、杭上に配されて杭上を自走可能であり、既設の杭から反力を取って新たな杭を圧入する杭圧入装置等のような公知のものを用いても良い。
さらに、杭３と底版４とを連結する連結部材が、地下水等によって腐食することを防止するための止水手段を設けても良く、また、使用する橋部材、杭の材質、形状等も任意であって、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した一実施の形態の構成を示す、立体交差の交差部の断面図である。 アプローチ部の断面図である。 橋台付近の断面図である。 橋台付近の断面図であって、アンカーバーが設けられた部分の断面図である。 図１の部分における施工時の断面図である。 図２の部分における施工時の断面図である。 立体交差の施工方法を示す図であって、杭打設工程を示す上面図である。 杭打設工程が完了した状態の上面図である。 橋掛け工程を示す上面図である。 掘削工程を示す上面図である。 底版打設工程を示す上面図である。 完成した立体交差の上面図である。

符号の説明

１ 掘割道路
２ 上側の交通路
３ 杭
４ 底版
５ 胸壁
６ 橋座
７ 橋台
８ 橋部材
９ 緩衝材
１８ 交差部

Claims (1)

1. 掘割道路の両側に沿って土留壁となるように連続して設けた杭と、
   前記掘割道路の両側に設けた前記杭と連結し、前記掘割道路をなす底版と、
   前記杭の上部に、胸壁を有し、前記胸壁より前記掘割道路側に橋座を有する橋台と、
   前記掘割道路を挟んで対向する前記橋座に架設され、前記掘割道路の上部に設けられる上側の交通路を形成する橋部材と、
   前記胸壁と、前記橋部材の端面との間に設けられ、前記橋部材の軸方向の力を伝達可能な緩衝材と、
   を備える掘割道路であって、
   前記杭の上部に、胸壁を有し、前記胸壁より前記掘割道路側に橋座を有する橋台を設け、前記掘割道路の上部に設けられる上側の交通路を形成する橋部材を、前記掘割道路を挟んで対向する前記橋座に架設する橋掛け工程を、前記掘削道路となる部分を掘削する掘削工程の前に実施して形成されることを特徴とする掘割道路。

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