JP4060497B2

JP4060497B2 - Roadbed material and roadbed structure with excellent strength and water permeability

Info

Publication number: JP4060497B2
Application number: JP26904199A
Authority: JP
Inventors: 雄二松本; 洋志大島; 順司井川; 利喜村上
Original assignee: Navitas Co Ltd; Nippon Steel Corp; Kyushu Railway Co
Current assignee: Navitas Co Ltd; Nippon Steel Corp; Kyushu Railway Co
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP2001089223A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は透水機能を有し、かつ車輌の荷重に耐え得る強度を持つトンネル内及びトンネル外の路盤材及び／又は路盤構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル内の鉄道用あるいは自動車用の路盤としては、地山が安定しており強度が十分ある場合、掘削地山を路盤とし、その上に鉄筋コンクリートを有する構造としていた。
また、側圧が大きかったり、覆工脚部の支持力が十分でない等、地山条件が悪い場合、覆工に大きな曲げモーメントが作用する恐れがあり、このような場合には、インバートを設けてトンネル断面を閉合することで、トンネルを安定な構造としていた。
そして、地下水位がトンネル断面よりも高い位置にあるようなトンネルの場合、水を含んだ地盤に、列車やトラック通過の際の荷重がかかると、加えられる圧力と振動の相乗作用により、路盤と地盤との間の間隙水圧が高まり、水と土粒子がいっしょに噴出する噴泥現象がおこる恐れがある。もし噴泥が起きれば、インバートコンクリートの下に空隙ができ、トンネル構造に悪影響をおよぼす懸念があった。
【０００３】
また、通常、トンネル外の通常部の鉄道用あるいは自動車用の路盤としては、切土や盛土によって作った地盤をさらに締め固めた構造を使用していた。そして、この上に砕石を敷き、更にその上に、鉄道用においては枕木とレールの敷設が、自動車用においてはアスファルトやコンクリートの舗装が施されていた。
しかし、近年の列車やトラック等の重荷重化や高速化に伴い、路盤へかかる荷重が大きくなり、大雨が降った場合や沼地のような地下水位の高い場所で路盤が軟弱化するという問題があった。このように、水を含んだ路盤に、列車やトラック通過の際の荷重がかかると、このとき加えられる圧力と振動の相乗作用が、水を含んだ路盤に影響を及ぼすことで、路盤下部の間隙水圧が高まり、水と土粒子がいっしょに噴出する噴泥現象がおこる恐れがある。ここで、噴泥が起きれば砕石路盤の支持力が失われレールや道路が不等沈下を生じる等の悪影響をおよぼす懸念があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような地下水位の高いトンネルに起こりがちな現象を回避するために、トンネル構造を水圧対抗型とする方法があるが経済的な水圧対抗型とするためには、トンネル断面形状を円形に近い形とする処置や、インバート打継目を側壁部へ上げる処置等が必要となるため、技術的な課題も多い。
また、大雨が降った場合や沼地のような地下水位の高い路盤に起こりがちな現象を回避する方法として、路盤の中や周辺に大容量、又は多くの排水溝を設ける方法、又は排水管を埋め込む方法がある。しかし、排水溝や排水管を作成するためには、多くの材料が必要となり、また工事が複雑となる。しかも路盤には、大きな、又は、多数の空間ができることで、路盤強度が局部的に弱くなることや、土砂が堆積して十分な排水能力が得られなくなるという課題があった。
【０００５】
透水性と支持強度を両立させる路盤材として、特公平６−９４５５５号公報に記載の、水砕スラグ、セメントに、更に、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化カルシウム、三酸化硫黄、酸化マグネシウム、及びリグニンスルホン酸ナトリウムを混合した路盤材が提案されている。しかし、この路盤材は小範囲の補修を短時間で行うための材料で、急速に硬化する性質があり、加圧（締め固め）を全く、又はほとんど行わずに使用できるものである。そのため、例えば夜中から朝方にかけての列車が通らない時間帯等に極めて短時間で施工できるという特徴を有している。
従って、材料を混合して短時間で施工を完了しなければ急速に固化するため、常に施工現場の近傍に混合工場を移動設置し、混合済みの材料の輸送時間を極めて短くする必要がある。また、急速に固化するため転圧等の締め固めを行う時間がとれないこともあり、締め固めを全く、又はほとんど行わずに施工しなければならない。
しかし、材料の混合工場を施工の進展に伴って移動する施工現場の近傍に頻繁に移設することは事実上不可能である。
その結果、広い範囲の施工を行うと、施工の最初と最後とで硬度むらを生じたり、あまり輸送距離が長いと混合工場から施工現場に材料を運搬する途中に固まってしまうこともあるため、通常のトンネル内外の路盤の新設や大規模補修においては事実上使用できない問題があった。
【０００６】
更に、透水性と支持強度を両立させるために、酸化アルミニウム以下の高価な材料を必須添加する必要があり、工事が煩雑になるだけでなく原料コストが高くなるという経済的な問題点もあった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、荷重の大きな列車やトラックの通過する地盤が弱く地下水位の高いトンネル内、又は、大雨の降る可能性があり、しかも、地下水位の高いトンネル外の路盤において、噴泥現象が発生しにくく、施工が容易で、しかも工事費、材料費が割安となる強度と透水性に優れた路盤材及び路盤構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、実質的に高炉水砕スラグとセメントのみを用い、その配合比率と締め固め率を制御することによって、添加材等を加えなくても、透水性と強度を両立させることが可能であり、しかも広範囲の路盤施工に適した硬化特性を持つ路盤材及び路盤構造が実現できることを知見し完成させたもので、その要旨は次の通りである。
【０００８】
前記目的に沿う第１の発明に係る強度と透水性に優れた路盤材は、地盤が弱く、しかも地下水位の高い地域に構築するトンネルの路盤材で、しかも一層当たりの締め固め後の高さが３００ｍｍ以内でかつ締め固め率８５％〜９８％に締め固め施行を行う路盤材であって、粒径が０．３〜２．５ｍｍの高炉水砕スラグとセメント及び不可避的不純物との混合物からなり、前記高炉水砕スラグ１００重量部に対して前記セメントの添加量が５．５〜１０．４重量部である。これによって、地盤が弱くしかも地下水位の高い地域に構築するトンネルの路盤材の材料の混合割合を定義することができる。
【０００９】
前記目的に沿う第２の発明に係る強度と透水性に優れた路盤構造は、地盤が弱く、しかも地下水位の高い地域に構築するトンネルの路盤構造であって、粒径が０．３〜２．５ｍｍの高炉水砕スラグとセメント及び不可避的不純物の混合物からなり、前記高炉水砕スラグ１００重量部に対して、前記セメントを５．５〜１０．４重量部添加した路盤材を一層当たりの締め固め後の高さが３００ｍｍ以内でかつ締め固め率８５〜９８％に締め固めて路盤を形成する。これによって、地盤が弱く、しかも地下水位の高い地域に構築するトンネルの、路盤材の材料の混合割合と締め固め率を定義した路盤構造を形成することができる。
ここで、本発明に係る強度と透水性に優れた路盤構造において、路盤材は厚さが１００〜２０００ｍｍである路盤を形成することが好ましい。これにより所要の強度機能及び透水機能を発揮し、しかも機能の飽和と経済性を考慮した路盤構造とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。本発明の一実施の形態に係る強度と透水性に優れた路盤材は、実質的に水砕スラグとセメントからなっている。
ここで、水砕スラグとは、高炉より発生する溶融スラグを水で急速に冷却して製造した砂状のガラス質の物質であり、アルカリ刺激材及び水を混合することにより硬化する性質を有しているものである。この、水砕スラグの物理特性は、高炉に装入される原料又は高炉スラグの冷却方法や冷却速度等により多少の変動があり、例えば硬質と軟質とに分類される。また、水砕スラグには前記したように物理的特性に多少の変動があるものの、その粒径のほとんどが０．３〜２．５mmの範囲であり、安定した粒度分布を示している。
【００１１】
また、前記セメントとは水砕スラグのガラス質の部分を適当な水分と共に溶解し、再結晶させて硬化させるアルカリ刺激剤であり、本路盤材ではポルトランドセメントを使用することが好ましい。なお、ポルトランドセメント以外のアルカリ刺激材としての他の材料、例えば生石灰や消石灰は材料年令（養生日数）の経過に伴う強度の発現が遅いという欠点を有している。
本実施の形態に係る路盤材は、望ましくは、水砕スラグ１００重量部に対し５．５〜１０．４重量部のセメントを混合している。これは、地下水位の高い地盤の路盤、又は大雨にも耐えうる路盤として用いる際、透水性能と強度を十分発現させるのに必要な硬化体となる条件であるからである。
なお、水砕スラグとセメント以外は不可避的不純物である。
【００１２】
透水性能の優れた材料である水砕スラグにセメントを混合した場合、セメント添加量を増加するごとに強度と密度があがり、逆に水砕スラグの粒子間隙をセメント粒子が埋めるため空隙率が下がることは容易に類推されるが、その両方の相反する性能が両方とも丁度良く発揮できる混合率がこの範囲にある。
【００１３】
以下に、本発明の路盤材及び路盤構造について、その数値を限定した理由や語句について説明する。
本発明で定義する水砕スラグとセメントとの混合割合は、それぞれが水分を全く含まない乾燥状態に換算した混合割合である。従って、実際に使用する水砕スラグは水分を含んだ状態、望ましくは水砕スラグ粒の表面が乾燥した表乾状態、であっても良いのは勿論である。なお、セメントは通常でも事実上水分を含まない状態で保存されている。
セメントの混合比率について、水砕スラグ１００重量部に対するセメントの混合割合を５．５重量部以上としたのは、セメントが５．５重量部未満であるとセメントによる硬化力が弱いため、路盤施工後に交通開放し、地下水や雨水が路盤内に進入した場合路盤体の強度低下を起こし、十分な強度が得られないからである。
ここで、セメントの混合割合を７．５重量部以上にするとより高い路盤強度が安定的に得られ、特に軸重が重く、速度の速い列車やトラックの走行する路盤に対しては望ましい。
【００１４】
また、セメント混合割合を１０．４重量部以下としたのは、１０．４重量部を超えるとセメントにより空隙率が低下するため透水性が低下し、トンネル地盤本来の透水性能より劣ることになり、またトンネル外の路盤では雨水や地下水を十分透水させることができず、路盤材、路盤構造としての透水性能を発揮できないからである。
特に、地下水位の高いトンネルや、雨量の多い地域の路盤に対しては、セメントを８．４重量部以下とすると、より高い透水性能が得られより望ましい。
上記のことより、水砕スラグ１００重量部に対し、５．５〜１０．４重量部のセメントを混合する。高い透水性能が安定的に要求される場合には、５．５重量部以上１０重量部未満、特に５．５〜８．６重量部セメントを混合することが望ましい。また、高い路盤強度が安定的に要求される場合には、７．５〜１０．４重量部セメントを混合することが望ましい。そして、高い透水性能と路盤強度の両方のバランスを要求される場合には、７．５〜８．４重量部セメントを混合することが望ましい。
【００１５】
ここで、透水性能と路盤強度のばらつきを考えると、セメント混合量５．５〜６．４重量部は６重量部を、７．５〜８．４重量部は８重量部を、９．５〜１０．４重量部は１０重量部を、それぞれ中央値と考えることも可能である。
なお、路盤材及び路盤構造として使用する水砕スラグとしては、硬質及び軟質のどちらでも使用可能であるが、軟質の方が潜在水硬性が強いため、より好ましい。
本発明の、路盤材及び路盤構造に関する地盤が弱い地域とは、特に水に対する抵抗力が弱く軟弱になりやすい地域で、具体的に特定するものではないが、例えば鹿児島県を中心とするシラス地域等が該当する。
また、地下水位の高い場合、地下水面下をトンネルで通過する場合もある。なお、トンネルは鉄道トンネルに使用する場合もある。
【００１６】
本発明の一実施の形態に係る強度と透水性に優れた路盤材を用いて路盤構造を施工するには、トンネル内など掘削して敷き均らされた原地盤の上に、前記路盤材を路盤として均等に敷き均す。敷き均し後、締め固めは、現場密度があらかじめ定められた所定の値に達する様に適当な締め固め機械（例えばタイヤローラ）にて締め固め、所定の層厚となるよう行う。敷き均す路盤材の層厚が厚い場合は、何層かに分けて締め固めを行うが、その際１層の締め固め後の高さは３００ｍｍ以内が望ましい。また、養生後に十分な硬化体となる様、各層締め固め毎に所定量の散水を行う。
【００１７】
ここで、路盤材の締め固め率は、路盤強度を確保するため８５％を下限とし、より安定して強度を得るためには９０％以上とすることが望ましい。また、上限は特に設けず、最大乾燥密度である１００％でも良いが、実際の施工現場で安定して路盤材の最大乾燥密度を得ることは困難であり、実質９８％が上限となる。
なお、締め固め率とは、室内試験で得られた最大乾燥密度（最適含水比における締め固め密度）と現場乾燥密度との割合であり、以下の式で示される。
（締め固め率）＝（現場乾燥密度）／（最大乾燥密度）×１００（％）
また、路盤の厚さは、所要の強度機能及び透水機能を発揮するため、最小厚は１００ｍｍとし、最大厚さは前記機能の飽和と経済性を考慮して２０００ｍｍとするのが望ましい。
【００１８】
その後、必要な期間養生を行う。前記養生は約２週間が好ましく、また、その期間中はトンネル掘削時に設けたウエルポイントからの排水を継続することが望ましい。そして、十分な硬化体となった後、通常は、前記路盤の上に、アスファルト混合物、セメントコンクリート、砕石（例えば道床バラス）の、１種あるいは２種以上からなる表層材を、交通条件に応じて施工し表層を形成する。
なお、アスファルト混合物とは、従来の道路舗装の表層に使用されている市販の材料であり、セメントコンクリートとは、道路舗装の表層に使用されているセメントコンクリート路盤や、鉄道用の路盤鉄筋コンクリート等である。
【００１９】
このような構成の路盤構造によると、路盤が良好な透水性を維持しているため、地下水や雨水がこの路盤材に容易に浸入してくることができ、付近の地下水流を乱すことがほとんどない。流入してきた地下水や雨水は本路盤内に適宜設けられた排水路（例えば有孔管）に導かれ系外へと排出される。また、この路盤内で地下水や雨水が処理されるので表層に影響を及ぼすことが極めて少ない。また、更に、本路盤は地下水が流入していても十分な強度を有しているので、車輌の荷重に耐えることができ、表層とあいまって車輌の荷重の分散して支えることが可能となる。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
本発明の透水性に優れた路盤材を、地盤が弱く地下水位の高い地域に構築するトンネル工区の近傍に施工した試験路盤で、列車の繰返し荷重に対する路盤耐久性の試験結果と、トンネル構造について説明する。
ここでは、路盤材に透水性のある水砕スラグを用い、トンネル周辺の水位を下げることを基本としている。
【００２１】
図１は、本発明の強度と透水性に優れた路盤構造をトンネル１４に施工したトンネル構造の例である。地盤１３の上に本発明の路盤材１０と排水管１２からなる透水性路盤を構成し、上部に路盤コンクリートの表層１１を設けてたトンネル構造である。
なお、本実施例では鉄道用のトンネルの例について示してあるが、道路用のトンネルに用いても同様の構造が可能である。道路用では、透水性路盤の上部に、例えば、下部表層材としてクラッシャラン、そして、その上部に粒度調整砕石、更に、その上部にアスファルトコンクリートの順に、３層からなる表層部を設ける構造とする。
【００２２】
図２は、水位のあるシラス地域に構築するトンネル工区の近傍の野外に施工した試験路盤２４である。地盤２３の上に本発明の路盤材２０と排水管（有孔管）２２からなる透水性路盤を構成し、上部に路盤コンクリート２１の表層と側部地山（シラス地山）３３側に側壁部遮水壁２５、地山側以外の周辺部に周辺部遮水壁２７を、さらに排水管２２の上部に中央通路２６を設けた路盤構造とした。そして、路盤コンクリート２１の上の軌道が敷設される部分に起振機２８を設置すると共に、振動計２９、間隙水圧計３０、土圧計３１、水位計３２をそれぞれ設置した。
【００２３】
構築はディープウェルによって地盤の水位を下げてから行った。水砕スラグは北九州産のものを用い、早期強度を期待するためにセメントを重量比で１０％添加した。これは、水砕スラグ１００重量部に対して、１０重量部のセメント含有量に相当する。スラグ路盤の構築基準については、乾燥密度ρｄを１．４ｇ／ｃｍ³以上、２週圧縮強度σ₁₄は２ＭＮ／ｍ²以上、２週養生透水係数ｋは５×１０^-3ｃｍ／ｓｅｃ程度、平板載荷試験値Ｋ₃₀は１１０ＭＮ／ｍ³とした。
なお、これらの構築基準値は、上記試験路盤での試験に関して目標とした値であり、実際の施工現場の状況によってその値は上下する。
実際に構築した試験路盤材の乾燥密度ρｄは１．４２ｇ／ｃｍ³、２週圧縮強度σ₁₄は３ＭＮ／ｍ²、２週養生透水係数ｋは９．３×１０^-3ｃｍ／ｓｅｃ程度、平板載荷試験値Ｋ₃₀は６４０ＭＮ／ｍ³となり、強度、透水性共に非常に良い結果が得られた。
また、この試験から、本発明の路盤材及び／又は路盤構造がトンネル内外を問わず優れたものであることが明らかとなった。
【００２４】
また、試験路盤による試験内容と試験結果について以下に示す。
まず、試験内容を以下に示す。
（１）繰返し載荷荷重：３．９〜５６．９ｋＮ／ｍ²（実際の列車荷重の１台分を模擬した路盤圧力相当値）
（２）載荷周波数：２０Ｈｚ
（３）繰返し回数：２００万回
（４）載荷方法：起振機荷重による繰返し載荷
（５）測定項目：路盤の累積沈下量、加速度、土圧、路盤内水位等
【００２５】
次に、試験結果を以下に示す。
（１）起振機周辺の路盤表面の繰返し累積沈下量（４測点）は図３に示すように、１０万回までは少なく、年間の列車通過トン数を６００万トン程度とすれば、約１０年間の沈下量に相当し、累積沈下量としては十分に小さい値である。
（２）図４に示す繰返し載荷の路盤変位（全振幅、４測点）は、全般的にほぼ一定の０．５ｍｍ程度であり、実際の新幹線現場における路盤変位とほぼ同様な数値を示した。
（３）図５に示す繰返し載荷中の振動土圧（全振幅、２測点）は、路盤コンクリート直下のスラグ路盤表面での値（▽）、スラグ路盤直下のシラス地盤の値（△）共にほぼ一定で推移している。
（４）図６に示すようにスラグ路盤内の水位は、中央排水溝において揚水をした結果、揚水の水位に応じて路盤内の水位が低下しスラグ路盤の透水性の確認ができた。
（５）載荷試験終了後、路盤コンクリート面に変状はみられず、路盤コンクリート撤去後のスラグ路盤及び路盤下のシラス地山にも変状はみられなかった。
（６）試験終了後のコアサンプリングによるスラグ強度は平均で２．４ＭＮ／ｍ²で、地下水位と繰返し荷重下でも大きく低下することはなかった。
【００２６】
（実施例２）
次に、本発明の透水性に優れた路盤材を、水に対する抵抗力が極めて低い、シラス地山内の地下水面下に構築するトンネル内外での試験施工、及び室内で行った水砕スラグの締固め・強度特性に関する試験結果について説明する。
ここでは、竣工後のトンネル坑内に水を排水しながらシラス粒子を流出させないことを基本としている。
本実施例では、水砕スラグの性質を活かして、ポルトランドセメントを添加した場合について、突固め試験を実施した。
【００２７】
試験事項は以下の３つである。
（１）事前室内試験：水砕スラグにセメントを４％、６％、８％、１０％添加した場合について、Ｅ法（ＪＩＳＡ１２１０、乾燥法・非繰返し法、４．５ｋｇランマー、１５ｃｍモールド、３層×９２回）により突固め試験を実施した。この結果をもとに、締固め度を９０％、９５％、１００％とした供試体を作製し、一軸圧縮強度を実施して配合強度を求めた。
ここで、セメント４％、６％、８％、１０％添加は、水砕スラグ１００重量部に対して、それぞれ４重量部、６重量部、８重量部、１０重量部のセメント含有量に相当する。以下も同様である。
（２）トンネル外試験施工：水砕スラグにセメントを４％、６％、８％、１０％添加した場合について、１０ｔタイヤローラによる転圧試験を実施し、現場密度試験にてセメント添加量や転圧回数等を変化させた場合の乾燥密度と含水比を把握した。
（３）トンネル内試験施工：水砕スラグにセメントを８％添加した場合について、１０ｔタイヤローラと４ｔ振動ローラにて路盤を作製し、現場密度試験にて乾燥密度と含水比を把握した。また、２週養生後の現位置において平板載荷試験をすると共に、不撹乱試料を採取して一軸圧縮試験を実施して、所定の強度・耐力等が得られ、実施行において均質な路盤の施工が可能か等を検討した。
なお、図７にトンネル内で施工した水砕スラグによる透水性路盤に関する試験施工断面図を示す。
【００２８】
以下に試験結果を示す。
（１）事前室内試験：水砕スラグにセメントを添加した場合は、添加量が多くなるほど最大乾燥密度が大きくなり、添加量が８％のとき乾燥密度ρｄ_max＝１．５２６ｇ／ｃｍ³と最大になる。締固めた水砕スラグの一軸圧縮強度ｑｕ（配合強度）は、セメント添加量、乾燥密度（締固め度）等が増加するほど大きくなる。よって、所要強度をｑｕ≒２．０Ｎ／ｍｍ²（ここで、Ｎ／ｍｍ²＝ＭＮ／ｍ²）程度とするためには、セメント添加量を８％とする必要がある。
（２）トンネル外試験施工：セメント添加量と転圧回数が多くなるほど乾燥密度が増大する。所要強度を得るための乾燥密度（締固め度）とするには、セメント添加量が８％の場合、５回程度の転圧回数が必要となる。
（３）トンネル内試験施工：図８に示すように、締固め後の乾燥密度ρｄは１．４２〜１．５０ｇ／ｃｍ³（平均１．４７ｇ／ｃｍ²：図８の左端）であった。また、2週養生後の地盤反力係数は１２８０〜２０６０ＭＮ／ｍ³となり、一軸圧縮強度ｑｕは１．８〜３．７Ｎ／ｍｍ²（ここで、Ｎ／ｍｍ²＝ＭＮ／ｍ²）（図８の中央右）となった。
従って、１０ｔタイヤローラで５回転圧することにより、所要のせん断強度と地耐力の確保が可能であるものと考えられる。また、乾燥密度ρｄを１．４０ｇ／ｃｍ³以上で締固め度を管理すれば、所要の強度と地耐力の路盤の施工が可能であると判断された。
【００２９】
（実施例３）
次に、本発明の透水性に優れた路盤材の一軸圧縮強度と透水性を把握するために実施した室内試験結果、及び実際のトンネルでの透水試験結果について説明する。
図９、１０は、それぞれ本発明の透水性に優れた路盤材の室内試験結果についてのグラフである。なお、これは、水砕スラグにポルトランドセメントを重量比で、４、６、８％添加した場合の、一軸圧縮強度、透水係数の経時変化を示している。
ここで、セメント４、６、８％添加は、水砕スラグ１００重量部に対して、それぞれ４重量部、６重量部、８重量部のセメント含有量に相当する。以下も同様である。
【００３０】
その結果、セメント添加量に比例して、一軸圧縮強度が増加し、透水係数がやや小さくなるが、8週までの養生期間による透水係数の変化は小さいことが分かる。
図９の一軸圧縮強度について、本発明の６、８重量部のセメント混合割合では、例えば材料の年令（材令）２週で１．４〜１．７（ＭＮ／ｍ²）の値があり、更に、材料年令が増えるにしたがって一軸圧縮強度が増加する優れた特性を示す。特に、８重量部のセメント混合割合でより優れた特性が得られる。一方、４重量部では例えば材料の年令（材令）２週で０．５５（ＭＮ／ｍ²）の低い値であり、更に材料の年令が増えても一軸圧縮強度の伸びが小さい傾向を示す。また、図１０の透水係数は、セメント混合割合が４、６、８重量部と増えるにしたがって若干減少するが、いずれもほぼ１．０×１０^-2ｃｍ／ｓｅｃ程度の優れた値を示す。
以上より、セメント混合割合が６、８重量部近傍、特に８重量部近傍で一軸圧縮強度と透水係数がバランスよく優れた値を示すことがわかる。
【００３１】
次に、実際の九州新幹線の麦生田トンネル内で実施した現場試験について説明する。
試験に使用した水砕スラグの施工は、図７に示すように、１層３００ｍｍ厚み６層（1層、2層は１５７ｍｍ）とし、総厚１５１４ｍｍとした。セメント量は水砕スラグ重量比で８％とし、セメントの添加は、現場近くの生コンクリートプラントで行い、プラント出荷から、現場施工までの時間を４時間以内で管理した。なお、施工方法は、原則として１０ｔタイヤローラと４ｔ振動ローラを使用し、端部など細部の施工には１ｔ振動ローラを併用した。
【００３２】
以下に、その結果について示す。
（１）一軸圧縮試験結果：２週養生の一軸圧縮試験結果は、図１１に示すように、施工機械や、中央部、端部の施工難易度の関係などから、１．７５〜３．６３Ｎ／ｍｍ²（ここで、Ｎ／ｍｍ²＝ＭＮ／ｍ²）とばらつきはあるものの、平均値で、２．４１Ｎ／ｍｍ²と室内試験よりやや大きめの強度が確認できた。
（２）透水試験結果：一軸圧縮試験結果と同様、施工によるばらつきはあるものの、平均値で、５．１×１０^-3ｃｍ／ｓｅｃと、2週養生時の室内試験結果より、やや小さい値となった（図１２に示す）。
【００３３】
また、図１３に、水砕スラグ路盤施工２週間後に、現場付近のウェルポイントの揚水を停止し、水位の回復状況を調査した結果を示す。水位はゆるやかに回復しながら、5日後には路盤内に敷設した有孔ヒューム管内中位以下で、安定した値を示しており、現地の透水係数１．０×１０^-3ｃｍ／ｓｅｃ程度のシラス地盤に対し、水砕スラグ路盤の排水効果が確認できた。
水砕スラグにセメントを添加することで、一軸圧縮強度の増大と共に、透水係数はやや低減するが、８週までの養生結果から、材料の年令による透水係数の変化は小さいことが確認できた。
また、実構造物での透水試験結果から、透水係数１．０×１０^-3ｃｍ／ｓｅｃ程度のシラス地盤において、８％セメントを混合した透水係数５．１×１０^-3ｃｍ／ｓｅｃの水砕スラグ路盤は、地下水位低減効果のあることが確認できた。
【００３４】
【発明の効果】
【００３５】
請求項１記載の強度と透水性に優れた路盤材は、地盤が弱く、しかも地下水位の高い地域に構築するトンネルの路盤材で、しかも一層当たりの締め固め後の高さが３００ｍｍ以内でかつ締め固め率８５％〜９８％に締め固め施行を行う路盤材であって、粒径が０．３〜２．５ｍｍの高炉水砕スラグとセメント及び不可避的不純物との混合物からなり、前記高炉水砕スラグ１００重量部に対して前記セメントの添加量が５．５〜１０．４重量部であるので、地盤が弱くしかも地下水位の高い地域に構築するトンネルの路盤材の材料の混合割合を定義することができる。これにより、シラス地域等地盤が弱く地下水位の高い地域のトンネルに適用すると、構築するトンネル周辺の水位を下げることができ、しかも、繰返し荷重によるスラグ地盤の沈下は少なく、また変状もない透水性に優れた路盤材を作製することができる。
【００３６】
そして、この路盤材を締め固め率８５％以上に締め固めて路盤を形成するので、急速に硬化せず、また他の材料を加えることなく、必要な路盤強度と、透水性をそれぞれ確保可能な優れた路盤構造とすることができる。これにより、十分な強度と良好な透水性を有することができるので、地下水位の高い位置にあるトンネル内外の路盤に使用した場合、列車やトラック、又は他の荷重がかかっても、路盤と地盤の間にある地下水や雨水は、路盤材を使用した路盤の方に逃げ間隙水圧が高まらないので噴泥は発生しにくい。また、トンネル断面を水圧対抗等、強固な構造とする必要がないので、掘削、覆工、路盤等を含めたトンネルの工事費が経済的にできる。
更に、トンネル外の路盤においても高炉水砕スラグとセメントのみで良好な透水性と十分な強度が得られるため、施工が容易で、しかも路盤材料が割安にできる。
また、路盤材の締め固め率が８５％以上であるので、必要な路盤強度と、透水性をそれぞれ確保することができる。これにより、雨水等による路盤の軟弱化を抑制し、強度と透水性に優れた路盤構造を形成することができる。
【００３７】
請求項２記載の強度と透水性に優れた路盤構造は、地盤が弱く、しかも地下水位の高い地域に構築するトンネルの路盤構造であって、粒径が０．３〜２．５ｍｍの高炉水砕スラグとセメント及び不可避的不純物の混合物からなり、高炉水砕スラグ１００重量部に対して、セメントを５．５〜１０．４重量部添加した路盤材を一層当たりの締め固め後の高さが３００ｍｍ以内でかつ締め固め率８５〜９８％に締め固めて路盤を形成するので、地盤が弱く、しかも地下水位の高い地域に構築するトンネルの路盤構造の、路盤材の材料の混合割合と締め固め率を定義した路盤構造を形成することができる。これにより、シラス地域等地盤が弱く地下水位の高い地域のトンネルに適用すると、構築するトンネル周辺の水位を下げることができ、しかも、繰返し荷重によるスラグ地盤の沈下は少なく、また変状もない透水性に優れた路盤構造を形成することができる。
特に、請求項３記載の強度と透水性に優れた路盤構造は、路盤材が厚さが１００〜２０００ｍｍである路盤を形成するので、所要の強度機能及び透水機能を発揮し、しかも機能の飽和と経済性を考慮した路盤構造とすることができる。これにより、十分な支持強度と透水性を両立でき、しかも原料費を低減した路盤構造を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る強度と透水性に優れた路盤材及び／又は路盤構造を使用したトンネル構造の概要図である。
【図２】本発明の実施例１に係る試験路盤断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る路盤表面での繰返し沈下量の図である。
【図４】本発明の実施例１に係る繰返し載荷中の路盤変位の図である。
【図５】本発明の実施例１に係る繰返し載荷中の振動土圧の図である。
【図６】本発明の実施例１に係るスラグ路盤内の水位例の図である。
【図７】本発明の実施例２及び実施例３に係るトンネル内施工断面図である。
【図８】本発明の実施例２に係る強度と透水性に優れた路盤材及び／又は路盤構造のトンネル内試験のグラフである。
【図９】本発明の実施例３に係る強度と透水性に優れた路盤材の材料の年令に対する一軸圧縮強度の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例３に係る強度と透水性に優れた路盤材の材料の年令に対する透水係数の変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例３に係る強度と透水性に優れた路盤材及び／又は路盤構造の水砕スラグ路盤の深度別一軸圧縮強度を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例３に係る強度と透水性に優れた路盤材及び／又は路盤構造の水砕スラグ路盤の深度別透水係数を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例３に係る麦生田トンネルにおける水砕路盤内地下水位状況図である。
【符号の説明】
１０：路盤材、１１：表層、１２：排水管、１３：地盤（シラス地盤）、１４：トンネル、２０：路盤材、２１：路盤コンクリート、２２：排水管、２３：地盤（シラス地盤）、２４：試験路盤、２５：側壁部遮水壁、２６：中央通路、２７：周辺部遮水壁、２８：起振機、２９：振動計、３０：間隙水圧計、３１：土圧計、３２：水位計、３３：地山（シラス地山）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a roadbed material and / or a roadbed structure outside and inside a tunnel having a water permeability function and having a strength capable of withstanding the load of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a roadbed for railways or automobiles in a tunnel, when a natural ground is stable and sufficiently strong, the excavated natural ground is used as a roadbed and reinforced concrete is provided thereon.
Also, if the ground conditions are bad, such as when the lateral pressure is large or the supporting force of the lining legs is not sufficient, a large bending moment may act on the lining, and in such cases, an invert should be provided. By closing the tunnel cross section, the tunnel had a stable structure.
And in the case of a tunnel where the groundwater level is higher than the tunnel cross section, if the load when passing through a train or truck is applied to the ground containing water, the combined action of the applied pressure and vibration causes the roadbed and Pore water pressure between the ground and the ground may increase, causing a mud phenomenon in which water and soil particles erupt together. If mud occurred, there was a concern that a void would be created under the invert concrete, which would adversely affect the tunnel structure.
[0003]
In addition, as a base for railways or automobiles in a normal part outside the tunnel, a structure in which the ground made by cutting or embankment is further compacted is used. Then, crushed stones were laid on this, and on that, sleepers and rails were laid for railways, and asphalt and concrete were paved for automobiles.
However, with heavy loads and speeding up of trains and trucks in recent years, the load on the roadbed becomes large, and the roadbed becomes soft in heavy rain or in places with high groundwater levels such as swamps. there were. In this way, if the roadbed containing water is subjected to a load when passing through a train or truck, the synergistic action of the pressure and vibration applied at this time will affect the roadbed containing water, so that Pore water pressure increases, and there is a risk of mud phenomenon in which water and soil particles erupt together. Here, there was a concern that if the mud occurs, the bearing capacity of the crushed stone base will be lost and the rails and roads will be sunk unevenly.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to avoid such a phenomenon that tends to occur in tunnels with a high groundwater level, there is a method of making the tunnel structure counter to the water pressure, but in order to make it economical, the cross section of the tunnel is nearly circular. There are many technical problems because it is necessary to take a shape treatment, a treatment for raising the invert joint to the side wall, and the like.
In addition, as a method of avoiding a phenomenon that tends to occur in heavy rain or on a roadbed with a high groundwater level such as a swamp, a method of providing a large capacity or many drainage grooves in or around the roadbed, or a drain pipe There is a way to embed. However, in order to create drainage grooves and drainage pipes, many materials are required and the construction becomes complicated. In addition, since the roadbed has a large or large number of spaces, the roadbed strength is locally weakened, and there is a problem that sediment cannot be obtained due to accumulation of earth and sand.
[0005]
As roadbed material that achieves both water permeability and supporting strength, as well as granulated slag and cement described in JP-B-6-94555, aluminum oxide, silicon dioxide, calcium oxide, sulfur trioxide, magnesium oxide, and lignin A roadbed material mixed with sodium sulfonate has been proposed. However, this roadbed material is a material for repairing a small area in a short time, has a property of rapidly curing, and can be used with little or no pressure (consolidation). Therefore, for example, it has the characteristic that it can be constructed in a very short time, such as a time zone where the train does not pass from midnight to the morning.
Therefore, if the materials are not mixed and the construction is not completed in a short time, it will solidify rapidly. Therefore, it is necessary to always move and install a mixing factory near the construction site and to shorten the transportation time of the mixed materials. In addition, since it solidifies rapidly, it may not take time to perform compaction such as rolling, so it must be constructed with little or no compaction.
However, it is practically impossible to relocate the material mixing factory frequently in the vicinity of the construction site that moves as construction progresses.
As a result, when performing a wide range of construction, uneven hardness may occur at the beginning and end of the construction, or if the transport distance is too long, it may solidify in the middle of transporting materials from the mixing plant to the construction site. There was a problem that it could not be used practically in the construction of new roadbeds inside and outside of ordinary tunnels and large-scale repairs.
[0006]
In addition, in order to achieve both water permeability and supporting strength, it is necessary to add an expensive material below aluminum oxide, which not only makes the work complicated, but also raises the cost of raw materials. .
The present invention has been made in view of such circumstances, and the ground through which a heavy train or truck passes is weak, and there is a possibility of heavy rain, or outside the tunnel with a high groundwater level. It is an object of the present invention to provide a roadbed material and a roadbed structure that are less likely to cause a mud phenomenon, are easy to construct, and are excellent in strength and water permeability that are cheaper in construction cost and material cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses substantially only blast furnace granulated slag and cement, and by controlling the blending ratio and compaction rate, it is possible to achieve both water permeability and strength without adding additives. In addition, it was discovered and completed that a roadbed material and a roadbed structure having hardening characteristics suitable for a wide range of roadbed construction can be realized, and the gist thereof is as follows.
[0008]
The roadbed material excellent in strength and water permeability according to the first invention in accordance with the above object is a roadbed material for a tunnel constructed in an area where the ground is weak and the groundwater level is high, and the height after further compaction Is a roadbed material that performs compaction within 300 mm and a compaction rate of 85% to 98%, The particle size is 0.3-2.5mm It consists of a mixture of granulated blast furnace slag, cement and unavoidable impurities, and the added amount of cement is 5.5 to 10.4 parts by weight with respect to 100 parts by weight of granulated blast furnace slag. Thereby, it is possible to define the mixing ratio of the material of the roadbed material of the tunnel constructed in the area where the ground is weak and the groundwater level is high.
[0009]
The roadbed structure excellent in strength and water permeability according to the second invention in accordance with the object is a roadbed structure of a tunnel constructed in an area where the ground is weak and the groundwater level is high, The particle size is 0.3-2.5mm After compacting per layer of roadbed material consisting of a mixture of granulated blast furnace slag, cement and unavoidable impurities and adding 5.5 to 10.4 parts by weight of cement to 100 parts by weight of granulated blast furnace slag The road bed is formed by compacting to a height of 300 mm or less and a compaction ratio of 85 to 98%. As a result, it is possible to form a roadbed structure in which the mixing ratio and the compaction rate of the material of the roadbed material are defined in a tunnel constructed in an area where the ground is weak and the groundwater level is high.
Here, in the roadbed structure excellent in strength and water permeability according to the present invention, the roadbed material has a thickness of 100 to 2000 mm. Forming the roadbed It is preferable. As a result, the required strength function and water permeability function can be exhibited, and a roadbed structure that takes into account functional saturation and economy can be obtained.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Subsequently, an embodiment of the present invention will be described to provide an understanding of the present invention. A roadbed material excellent in strength and water permeability according to an embodiment of the present invention is substantially made of granulated slag and cement.
Here, granulated slag is a sandy glassy substance produced by rapidly cooling molten slag generated from a blast furnace with water, and has the property of hardening when mixed with an alkali stimulant and water. It is what you are doing. The physical characteristics of the granulated slag vary somewhat depending on the raw material charged in the blast furnace or the cooling method and cooling rate of the blast furnace slag, and are classified into, for example, hard and soft. In addition, although the granulated slag has some variation in physical properties as described above, most of its particle size is in the range of 0.3 to 2.5 mm, indicating a stable particle size distribution.
[0011]
The cement is an alkali stimulant that dissolves the vitreous portion of the granulated slag with appropriate moisture, recrystallizes it, and hardens it. It is preferable to use Portland cement in the roadbed material. In addition, other materials as alkali stimulating materials other than Portland cement, such as quick lime and slaked lime, have a drawback that the development of strength with the passage of material age (days of curing) is slow.
In the roadbed material according to the present embodiment, 5.5 to 10.4 parts by weight of cement is desirably mixed with 100 parts by weight of granulated slag. This is because it is a condition that becomes a hardened body necessary for sufficiently expressing water permeability and strength when used as a roadbed of a ground having a high groundwater level or a roadbed that can withstand heavy rain.
Other than granulated slag and cement are inevitable impurities.
[0012]
When cement is mixed with granulated slag, which is a material with excellent water permeability, the strength and density increase as the amount of cement added increases, and conversely, the porosity of the granulated slag decreases as the cement particles fill the particle gaps. This is easily inferred, but the mixing ratio in which both of the contradictory performances can be exhibited well is within this range.
[0013]
Below, the reason and phrase which limited the numerical value are demonstrated about the roadbed material and roadbed structure of this invention.
The mixing ratio of the granulated slag and cement defined in the present invention is a mixing ratio converted into a dry state in which each does not contain any water. Therefore, it is a matter of course that the granulated slag actually used may be in a state containing moisture, preferably in a surface-dried state in which the surface of the granulated slag particles is dried. Cement is usually stored in a state that does not substantially contain water.
Regarding the mixing ratio of cement, the mixing ratio of cement with respect to 100 parts by weight of granulated slag was set to 5.5 parts by weight or more because when the cement is less than 5.5 parts by weight, the hardening power of the cement is weak, so This is because when the traffic is later opened and groundwater or rainwater enters the roadbed, the strength of the roadbed body is lowered and sufficient strength cannot be obtained.
Here, when the mixing ratio of the cement is 7.5 parts by weight or more, higher roadbed strength can be stably obtained, which is particularly desirable for roadbeds with heavy axle loads and high speed trains and trucks.
[0014]
In addition, the cement mixing ratio is set to 10.4 parts by weight or less. When the amount exceeds 10.4 parts by weight, the porosity decreases due to the cement, so that the water permeability decreases, and the original water permeability of the tunnel ground is inferior. In addition, the roadbed outside the tunnel cannot sufficiently permeate rainwater and groundwater, and the water permeability of the roadbed material and roadbed structure cannot be exhibited.
In particular, for tunnels with high groundwater levels and roadbeds in areas with a lot of rainfall, it is more desirable that cement be 8.4 parts by weight or less because higher water permeability can be obtained.
From the above, 5.5 to 10.4 parts by weight of cement is mixed with 100 parts by weight of granulated slag. When high water permeability performance is required stably, it is desirable to mix 5.5 parts by weight or more and less than 10 parts by weight, particularly 5.5 to 8.6 parts by weight cement. Moreover, when high roadbed strength is requested | required stably, it is desirable to mix 7.5-10.4 weight part cement. And when the balance of both high water permeability and roadbed strength is requested | required, it is desirable to mix 7.5-8.4 weight part cement.
[0015]
Here, considering the variation in water permeability and roadbed strength, the cement mixing amount of 5.5 to 6.4 parts by weight is 6 parts by weight, 7.5 to 8.4 parts by weight is 8 parts by weight, 9.5 ˜10.4 parts by weight can also consider 10 parts by weight as the median value.
In addition, as the granulated slag used as the roadbed material and the roadbed structure, either hard or soft can be used, but the softer is more preferable because the latent hydraulic property is stronger.
The area of the present invention where the ground related to the roadbed material and the roadbed structure is weak is an area where resistance to water is particularly weak and easily weakened, and is not specifically specified, for example, a shirasu area centered on Kagoshima Prefecture, for example. Etc.
In addition, when the groundwater level is high, it may pass through the tunnel below the groundwater surface. The tunnel may be used as a railway tunnel.
[0016]
In order to construct a roadbed structure using a roadbed material excellent in strength and water permeability according to an embodiment of the present invention, the roadbed material is placed on a ground ground that has been excavated and spread in a tunnel or the like. Spread evenly as roadbed. After the leveling, the compaction is performed with a suitable compacting machine (for example, a tire roller) so that the on-site density reaches a predetermined value, and a predetermined layer thickness is obtained. When the layer thickness of the roadbed material to be laid is thick, it is divided into several layers and compacted. In this case, the height after compaction of one layer is preferably within 300 mm. In addition, a predetermined amount of water is sprayed for each layer compaction so that a sufficient cured body is obtained after curing.
[0017]
Here, the compaction rate of the roadbed material is desirably 85% as a lower limit in order to secure the roadbed strength, and 90% or more in order to obtain the strength more stably. In addition, there is no particular upper limit, and the maximum dry density of 100% may be used. However, it is difficult to stably obtain the maximum dry density of the roadbed material at the actual construction site, and the upper limit is substantially 98%.
The compaction rate is a ratio between the maximum dry density (consolidation density at the optimum water content ratio) obtained in the laboratory test and the on-site dry density, and is represented by the following formula.
(Consolidation rate) = (In-situ dry density) / (Maximum dry density) × 100 (%)
The thickness of the roadbed is preferably 100 mm and the maximum thickness is 2000 mm in consideration of the saturation of the function and economy, in order to exhibit the required strength function and water permeability function.
[0018]
Thereafter, curing is performed for a necessary period. The curing is preferably about 2 weeks, and during that period, it is desirable to continue draining from the well point provided during tunnel excavation. And after becoming a sufficient hardening body, the surface layer material which consists of 1 type, or 2 or more types of an asphalt mixture, cement concrete, and crushed stone (for example, a roadbed ballast) is usually set on the said roadbed according to traffic conditions. To form the surface layer.
In addition, asphalt mixture is a commercially available material used for the surface layer of conventional road pavement. is there.
[0019]
According to the roadbed structure with such a configuration, since the roadbed maintains good water permeability, groundwater and rainwater can easily enter the roadbed material, and the groundwater flow in the vicinity is almost always disturbed. Absent. The inflowing groundwater and rainwater are led to a drainage channel (for example, a perforated pipe) provided appropriately in the main roadbed and discharged outside the system. In addition, since groundwater and rainwater are treated in this roadbed, the surface layer is hardly affected. Furthermore, since the roadbed has sufficient strength even when groundwater flows in, it can withstand the load of the vehicle, and can be supported by dispersing the load of the vehicle together with the surface layer. .
[0020]
【Example】
Example 1
Test results of roadbed durability with respect to repeated loads of trains and tunnel structure in the test roadbed constructed in the vicinity of the tunnel construction zone where the roadbed material with excellent water permeability of the present invention is constructed in an area where the ground is weak and the groundwater level is high explain.
Here, the basic method is to use water-permeable granulated slag as the roadbed material and lower the water level around the tunnel.
[0021]
FIG. 1 is an example of a tunnel structure in which a roadbed structure excellent in strength and water permeability according to the present invention is constructed in a tunnel 14. This is a tunnel structure in which a water-permeable roadbed composed of the roadbed material 10 and the drain pipe 12 of the present invention is formed on the ground 13 and a surface layer 11 of roadbed concrete is provided on the upper part.
In this embodiment, an example of a railway tunnel is shown, but the same structure can be used even when used for a road tunnel. For road use, for example, a crusher run as a lower surface layer material is provided on the upper part of the water-permeable roadbed, a particle size-adjusted crushed stone is provided on the upper part, and a surface part composed of three layers is provided on the upper part in this order.
[0022]
FIG. 2 is a test roadbed 24 constructed outside in the vicinity of a tunnel construction zone constructed in a Shirasu area with a water level. A water-permeable roadbed comprising the roadbed material 20 of the present invention and a drain pipe (perforated pipe) 22 is formed on the ground 23, and a surface layer of the roadbed concrete 21 and a side wall on the side ground (shirasu ground) 33 side on the upper side. A peripheral base impermeable wall 25, a peripheral impermeable wall 27 is provided in the peripheral part other than the natural ground side, and a central passage 26 is provided in the upper part of the drain pipe 22. And the vibrator 28 was installed in the part where the track on the roadbed concrete 21 was laid, and the vibration meter 29, the pore water pressure gauge 30, the earth pressure gauge 31, and the water level gauge 32 were installed, respectively.
[0023]
Construction was done after lowering the ground level with Deepwell. The granulated slag was from Kitakyushu, and 10% by weight of cement was added to expect early strength. This corresponds to a cement content of 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of granulated slag. Regarding the construction standard of slag roadbed, dry density ρd is 1.4 g / cm ^Three 2 weeks compression strength σ ₁₄ Is 2MN / m ² As above, the 2-week curing permeability coefficient k is 5 × 10 ^-3 About cm / sec, flat plate loading test value K ₃₀ Is 110MN / m ^Three It was.
In addition, these construction reference values are values targeted for the test on the test roadbed, and the values vary depending on the actual situation of the construction site.
The test roadbed material actually constructed has a dry density ρd of 1.42 g / cm. ^Three 2 weeks compressive strength σ ₁₄ Is 3MN / m ² 2 weeks curing permeability coefficient k is 9.3 × 10 ^-3 About cm / sec, flat plate loading test value K ₃₀ Is 640MN / m ^Three Thus, very good results were obtained in both strength and water permeability.
Moreover, it became clear from this test that the roadbed material and / or the roadbed structure of the present invention are excellent regardless of whether inside or outside the tunnel.
[0024]
The test contents and test results using the test roadbed are shown below.
First, the test contents are shown below.
(1) Repetitive loading load: 3.9-56.9 kN / m ² (Value equivalent to roadbed pressure simulating the actual train load)
(2) Loading frequency: 20Hz
(3) Number of repetitions: 2 million times
(4) Loading method: Repeated loading due to the vibrator load
(5) Measurement items: Cumulative subsidence, acceleration, earth pressure, water level in roadbed, etc.
[0025]
Next, test results are shown below.
(1) As shown in Fig. 3, the cumulative cumulative settlement (4 stations) on the roadbed surface around the vibrator is small up to 100,000 times, and if the annual train passing tonnage is about 6 million tons, It corresponds to the amount of settlement for about 10 years, and the accumulated amount of settlement is a sufficiently small value.
(2) The roadbed displacement (total amplitude, 4 measurement points) of the repeated loading shown in FIG. 4 is generally about 0.5 mm, which is almost the same value as the roadbed displacement at the actual Shinkansen site. .
(3) The vibration earth pressure (total amplitude, 2 stations) during repeated loading shown in Fig. 5 is both the value on the surface of the slag roadbed just below the roadbed concrete (▽) and the value of the shirasu ground just below the slag roadbed (△). It remains almost constant.
(4) As shown in FIG. 6, as for the water level in the slag roadbed, the water level in the roadbed was lowered according to the pumped water level as a result of pumping up water in the central drainage channel, and the water permeability of the slag roadbed was confirmed.
(5) After the completion of the loading test, no deformation was observed on the roadbed concrete surface, and no deformation was seen in the slag roadbed and the Shirasu ground below the roadbed concrete.
(6) The average slag strength by core sampling after the test is 2.4MN / m ² However, it did not drop significantly even under groundwater level and repeated load.
[0026]
(Example 2)
Next, the roadbed material with excellent water permeability according to the present invention, which has a very low resistance to water, is constructed under the groundwater surface in the Shirasu ground, inside and outside the tunnel, and tightening of granulated slag performed indoors. The test results regarding the hardening and strength characteristics will be described.
Here, the basic principle is to prevent shirasu particles from flowing out while draining water into the tunnel mine after completion.
In this example, a tamping test was conducted for the case where Portland cement was added taking advantage of the properties of granulated slag.
[0027]
The test items are the following three.
(1) Prior laboratory test: E method (JISA1210, drying method / non-repetitive method, 4.5 kg rammer, 15 cm mold, 3%, when cement is added to granulated slag at 4%, 6%, 8%, 10% The tamping test was carried out by layer x 92 times). Based on this result, specimens with a compaction degree of 90%, 95%, and 100% were prepared, and uniaxial compressive strength was performed to determine blending strength.
Here, the addition of 4%, 6%, 8% and 10% cement corresponds to the cement content of 4 parts by weight, 6 parts by weight, 8 parts by weight and 10 parts by weight, respectively, with respect to 100 parts by weight of the granulated slag. To do. The same applies to the following.
(2) Outside tunnel test construction: When 4%, 6%, 8%, or 10% of cement is added to granulated slag, a rolling pressure test is conducted with a 10t tire roller, The dry density and water content when the number of rolling operations was changed were determined.
(3) In-tunnel test construction: When 8% of cement was added to granulated slag, a roadbed was prepared with a 10t tire roller and a 4t vibrating roller, and the dry density and water content ratio were grasped by an on-site density test. In addition, a flat plate loading test will be performed at the current position after 2 weeks of curing, and undisturbed samples will be collected and a uniaxial compression test will be performed to obtain the prescribed strength and proof stress. We examined whether it was possible.
In addition, the test construction sectional drawing regarding the water-permeable roadbed by the granulated slag constructed in the tunnel is shown in FIG.
[0028]
The test results are shown below.
(1) Prior indoor test: When cement is added to granulated slag, the maximum dry density increases as the amount added increases, and the dry density ρd when the amount added is 8%. _max = 1.526 g / cm ^Three And become the maximum. The uniaxial compressive strength qu (compound strength) of the compacted granulated slag increases as the cement addition amount, the dry density (consolidation degree) and the like increase. Therefore, the required strength is qu ≈ 2.0 N / mm ² (Where N / mm ² = MN / m ² In order to achieve the above level, the amount of cement added needs to be 8%.
(2) Outside tunnel test construction: The dry density increases as the amount of cement added and the number of rolling operations increase. In order to obtain the dry density (consolidation degree) for obtaining the required strength, when the cement addition amount is 8%, the number of rolling times of about 5 times is required.
(3) Test construction in tunnel: As shown in FIG. 8, the dry density ρd after compaction is 1.42-1.50 g / cm. ^Three (Average 1.47 g / cm ² : The left end of FIG. The ground reaction coefficient after 2 weeks of curing is 1280-2060MN / m ^Three The uniaxial compressive strength qu is 1.8 to 3.7 N / mm ² (Where N / mm ² = MN / m ² (Right center of FIG. 8).
Therefore, it is considered that the required shear strength and ground strength can be ensured by pressing 5 times with a 10t tire roller. The dry density ρd is 1.40 g / cm. ^Three If the degree of compaction was managed as described above, it was judged that it was possible to construct a roadbed with the required strength and earth strength.
[0029]
(Example 3)
Next, a description will be given of the results of laboratory tests conducted to grasp the uniaxial compressive strength and water permeability of the roadbed material excellent in water permeability of the present invention and the results of water permeability tests in actual tunnels.
FIGS. 9 and 10 are graphs of the laboratory test results of the roadbed material excellent in water permeability according to the present invention. In addition, this has shown the time-dependent change of the uniaxial compressive strength and the water permeability when Portland cement is added to granulated slag by 4, 6 or 8% by weight.
Here, the addition of 4, 6, and 8% cement corresponds to a cement content of 4 parts by weight, 6 parts by weight, and 8 parts by weight, respectively, with respect to 100 parts by weight of the granulated slag. The same applies to the following.
[0030]
As a result, the uniaxial compressive strength increases in proportion to the amount of cement added, and the hydraulic conductivity becomes slightly smaller, but the change in hydraulic conductivity with the curing period up to 8 weeks is small.
With respect to the uniaxial compressive strength of FIG. 9, at a cement mixing ratio of 6 or 8 parts by weight of the present invention, for example, 1.4 to 1.7 (MN / m) at 2 weeks of material age (material age) ² In addition, it exhibits excellent characteristics in which the uniaxial compressive strength increases as the material age increases. In particular, more excellent characteristics can be obtained at a cement mixing ratio of 8 parts by weight. On the other hand, at 4 parts by weight, for example, the material age (material age) is 0.55 (MN / m 2 weeks). ² ), And the elongation of the uniaxial compressive strength tends to be small even when the material age increases. Moreover, although the water permeability of FIG. 10 slightly decreases as the cement mixing ratio increases to 4, 6, and 8 parts by weight, both are approximately 1.0 × 10. ^-2 An excellent value of about cm / sec is shown.
From the above, it can be seen that the uniaxial compressive strength and the water permeability coefficient show excellent values with a good balance when the cement mixing ratio is in the vicinity of 6, 8 parts by weight, particularly in the vicinity of 8 parts by weight.
[0031]
Next, we will explain the field tests conducted in the Mugiuda tunnel on the actual Kyushu Shinkansen.
As shown in FIG. 7, the construction of the granulated slag used in the test was 1 layer of 300 mm thickness and 6 layers (1 layer, 2 layers were 157 mm), and the total thickness was 1514 mm. The amount of cement was 8% in terms of the weight ratio of granulated slag, and cement was added at a ready-mixed concrete plant near the site, and the time from plant shipment to site construction was controlled within 4 hours. As a construction method, in principle, a 10t tire roller and a 4t vibration roller were used, and a 1t vibration roller was used in combination for details such as an end portion.
[0032]
The results are shown below.
(1) Uniaxial compression test result: As shown in FIG. 11, the uniaxial compression test result of the 2-week curing is 1.75 to 3.63 N from the construction machine, the relationship between the construction difficulty level of the center portion and the end portion, and the like. / Mm ² (Where N / mm ² = MN / m ² ) And variation, but the average value is 2.41 N / mm ² The strength was slightly larger than the laboratory test.
(2) Water permeability test result: Similar to the uniaxial compression test result, although there are variations due to construction, the average value is 5.1 × 10 ^-3 The value was cm / sec, which was slightly smaller than the results of the laboratory test during the 2-week curing (shown in FIG. 12).
[0033]
Moreover, in FIG. 13, the result of having investigated the recovery | restoration state of the water level by stopping the pumping of the well point near the site two weeks after construction of the granulated slag roadbed. The water level gradually recovered, but after 5 days, it showed a stable value below the middle level in the perforated fume pipe laid in the roadbed, and the local hydraulic conductivity 1.0 × 10 ^-3 The drainage effect of the granulated slag roadbed was confirmed against the shirasu ground of about cm / sec.
By adding cement to the granulated slag, the permeability coefficient is slightly reduced along with the increase in uniaxial compressive strength, but from the results of curing up to 8 weeks, it was confirmed that the change in the permeability coefficient due to the age of the material was small. .
Moreover, from the result of the water permeability test on the actual structure, ^-3 Water permeability of 5.1x10 mixed with 8% cement in shirasu ground of about cm / sec ^-3 It was confirmed that the granulated slag roadbed of cm / sec has an effect of reducing the groundwater level.
[0034]
【The invention's effect】
[0035]
The roadbed material excellent in strength and water permeability according to claim 1 is a roadbed material of a tunnel constructed in an area where the ground is weak and the groundwater level is high, and the height after compaction per layer is within 300 mm and It is a roadbed material that performs compaction at a compaction rate of 85% to 98%, The particle size is 0.3-2.5mm It consists of a mixture of granulated blast furnace slag, cement and unavoidable impurities, and the added amount of cement is 5.5 to 10.4 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the granulated blast furnace slag. It is possible to define the mixing ratio of the material of the roadbed material of the tunnel constructed in the area where the groundwater level is high. As a result, when applied to tunnels with weak ground and high groundwater level, such as the Shirasu area, the water level around the tunnel to be constructed can be lowered, and slag ground subsidence due to repeated loading is low and there is no deformation. It is possible to produce a roadbed material having excellent properties.
[0036]
And since this roadbed material is compacted to a compaction rate of 85% or more to form the roadbed, it is possible to secure the required roadbed strength and water permeability without hardening rapidly and without adding other materials. An excellent roadbed structure can be obtained. As a result, it can have sufficient strength and good water permeability, so when it is used on the roadbed inside and outside the tunnel at a high groundwater level, the roadbed and ground even if trains, trucks, or other loads are applied. The groundwater and rainwater between them escape to the roadbed using roadbed material, and the pore water pressure does not increase, so that mud is not easily generated. Further, since it is not necessary to make the tunnel cross section have a strong structure such as water pressure resistance, tunnel construction costs including excavation, lining, roadbed, etc. can be made economically.
Furthermore, since the good water permeability and sufficient strength can be obtained only with blast furnace granulated slag and cement even on the roadbed outside the tunnel, the construction is easy and the roadbed material can be made cheaper.
Further, since the compaction rate of the roadbed material is 85% or more, the required roadbed strength and water permeability can be ensured. Thereby, the softening of the roadbed due to rainwater or the like can be suppressed, and a roadbed structure excellent in strength and water permeability can be formed.
[0037]
The roadbed structure excellent in strength and water permeability according to claim 2 is a roadbed structure of a tunnel constructed in an area where the ground is weak and the groundwater level is high, The particle size is 0.3-2.5mm It consists of a mixture of granulated blast furnace slag, cement and unavoidable impurities, and the roadbed material with 5.5 to 10.4 parts by weight of cement is added to 100 parts by weight of granulated blast furnace slag. Since the roadbed is formed by compacting to a compaction ratio of 85 to 98% within 300 mm, the mixing ratio of the material of the roadbed material in the roadbed structure of the tunnel constructed in an area where the ground is weak and the groundwater level is high A roadbed structure in which the compaction rate is defined can be formed. As a result, when applied to tunnels with weak ground and high groundwater level, such as the Shirasu area, the water level around the tunnel to be constructed can be lowered, and the slag ground subsidence due to repeated loading is low and there is no deformation. A roadbed structure with excellent properties can be formed.
Particularly, in the roadbed structure excellent in strength and water permeability according to claim 3, the roadbed material has a thickness of 100 to 2000 mm. Forming the roadbed Therefore, it is possible to provide a roadbed structure that exhibits the required strength function and water permeability function, and also takes into account the saturation of functions and economy. Thereby, sufficient supporting strength and water permeability can be achieved, and a roadbed structure with reduced raw material costs can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a tunnel structure using a roadbed material and / or a roadbed structure excellent in strength and water permeability according to Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a test roadbed according to Example 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the amount of repeated settlement on the roadbed surface according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram of a roadbed displacement during repeated loading according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram of vibrating earth pressure during repeated loading according to Example 1 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram of an example of the water level in the slag roadbed according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of construction in a tunnel according to Example 2 and Example 3 of the present invention.
FIG. 8 is a graph of an in-tunnel test of a roadbed material and / or roadbed structure excellent in strength and water permeability according to Example 2 of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a change in uniaxial compressive strength with respect to age of a roadbed material excellent in strength and water permeability according to Example 3 of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing a change in water permeability coefficient with respect to the age of a roadbed material excellent in strength and water permeability according to Example 3 of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing the uniaxial compressive strength according to depth of a roadbed material and / or a granulated slag roadbed having a roadbed structure excellent in strength and water permeability according to Example 3 of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing a permeability coefficient according to depth of a roadbed material and / or a granulated slag roadbed having a roadbed structure excellent in strength and water permeability according to Example 3 of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing the groundwater level in the granulated roadbed in the Mukuroda tunnel according to Example 3 of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: roadbed material, 11: surface layer, 12: drainage pipe, 13: ground (shirasu ground), 14: tunnel, 20: roadbed material, 21: roadbed concrete, 22: drainage pipe, 23: ground (shirasu ground), 24 : Test roadbed, 25: Side wall impermeable wall, 26: Central passage, 27: Perimeter impermeable wall, 28: Vibrator, 29: Vibrometer, 30: Pore pressure gauge, 31: Earth pressure gauge, 32: Water level Total, 33: Ground (Shirasu)

Claims

Roadbed material for tunnels built in areas with weak ground and high groundwater level, and the height after compaction is within 300 mm and compaction is performed at a compaction rate of 85% to 98%. And comprising a mixture of granulated blast furnace slag having a particle size of 0.3 to 2.5 mm, cement and unavoidable impurities, and the amount of cement added to 100 parts by weight of the granulated blast furnace slag is 5. A roadbed material excellent in strength and water permeability, characterized by being 5 to 10.4 parts by weight.

A tunnel roadbed structure constructed in an area where the ground is weak and has a high groundwater level, comprising a mixture of granulated blast furnace slag having a particle size of 0.3 to 2.5 mm, cement and unavoidable impurities, The road base material added with 5.5 to 10.4 parts by weight of the cement with respect to 100 parts by weight of crushed slag is compacted to a height of 300 mm or less per one layer and a compaction rate of 85 to 98%. A roadbed structure having strength and water permeability characterized by forming a roadbed.

The roadbed structure excellent in strength and water permeability according to claim 2, wherein the roadbed material forms a roadbed having a thickness of 100 to 2000 mm.