座屈防止杭による道床横抵抗力増強発現のメカニズム
東海旅客鉄道株式会社 正会員 ○福中 力也 東海旅客鉄道株式会社 正会員 久永 健一郎 東海旅客鉄道株式会社 正会員 前田 麦 東海旅客鉄道株式会社 正会員 清水 裕介
１ はじめに
従来，下級線（3，4級線）の一般的な軌道構造は，40N， 木まくらぎ，ふるい砂利であった．近年，安全性をさら に強化することに加え，LCCを低減することを目的とし て，下級線においても50N化，PC化，道床砕石化を推進 している．
この中長期的な軌道強化の推進に併せて，労務費，材 料費の低コスト化を図るため，下級線専用のPCまくらぎ
（以下，「下級線用PCまくらぎ」）を開発した，下級線に おける列車通過トン数を考慮し，軽量化しつつ，道床横 抵抗力は従来と同程度を確保した設計としており，平成 26年度より本格導入している．
下級線用PCまくらぎには，貫通縦穴を軌間内に２箇 所設けている．その活用方法の主なものとして，貫通縦 穴に異形棒鋼を打ち込むこと（図-1）により，道床横抵 抗力を増強させる方法を提案した．
本稿では，貫通縦穴を通じて道床に打ち込む異形棒鋼 を『座屈防止杭』（以下，「杭」）と呼び，杭の基本性能及 び酷暑期における道床弛緩作業への影響を検証するため，
道床横抵抗力測定試験（総数657本）を行ったので，そ の結果について報告する．
図－１ 下級線用PCまくらぎと杭 ２．下級線用PCまくらぎの概要
(1)下級線用PCまくらぎの特徴
下級線用PCまくらぎは，従来のPCまくらぎに比べ，
「まくらぎ厚を薄くし軽量化を図った点」，「まくらぎ端 部面積を増加させ道床横抵抗力を確保した点」，「軌間内 に2つの貫通縦穴を採用した点」の3点が挙げられる．
(2)杭打込みによる道床横抵抗力測定結果（実軌道試験）
ふるい砂利，砕石における杭の有無についての試験結 果を図-2 に示す．グラフは弛緩状態での道床横抵抗力を 示す．杭を打ち込むと，道床種別に関係無く，約 3kN/m の増強効果があることを確認した．
図-２ 杭打ち込みによる道床横抵抗力 ３．杭が道床横抵抗力に与える影響の分析
ここでは，なぜ杭を打ち込むことにより増強効果があ るのかを検証する．
(1)仮説と試験概要
図-3に示すように，杭には，留まろうとする杭単体の 力と回転モーメントによる道床を押さえる力が働くこと により増強効果が発揮されると仮説を立てた．
図－３ 杭による増強効果（仮説）
試験方法を図-4に示す．
下級線用 PC まくらぎ各部にひずみゲージを取付け試 験を実施した．ゲージ取付け位置は図-4の②～④である．
図－４ 試験測定項目
（2）試験結果
試験結果を図-5に示す．
キーワード 座屈防止杭 道床横抵抗力 実軌道モデル 増強メカニズム
連絡先 〒453-0872 名古屋市中村区平池町4-1 東海旅客鉄道㈱名古屋保線区 TEL:052-541-7032
①荷重
②杭が留まろうとする力
④道床を押さえる力
③回転モーメント
測定項目
①荷重
②杭側面の応力
③まくらぎ上面応力
④まくらぎ下面応力
④
断面図
③
②
① まくらぎ
ひずみゲージ 0
2 4 6 8 10
5.81 5.80
杭なし 杭なし
3.9kN/m 道床条件：弛緩状態
杭長さ ：200㎜
必要道床 横抵抗力
杭あり
2.97 2.91
ふるい（土） 砕石
道床横抵抗力 杭あり
（kN/m）
Ｎ＝40
σ＝0.66 Ｎ＝9
σ＝0.65
Ｎ＝8
σ＝0.70 Ｎ＝10
σ＝0.61
土木学会第70回年次学術講演会(平成27年9月)
‑1013‑
Ⅵ‑507
①は荷重であり，道床横抵抗力の増加を示す．②はひ ずみゲージの測定値である．抵抗力の増加とともに，軸 力が増加していることがわかる．③④はまくらぎに働く 応力を示す．どちらも圧縮方向に力が働いていることを 確認した．これらの結果から，杭の効果は，杭単体の抵 抗力と，回転力の発生による下面摩擦力の増加の二つの 要素により約 3kN/m の増強効果を発揮していることを 確認した．
図－５ 試験結果 ４．杭の実用化を想定した課題の検証
杭効果の持続性，降雨の影響，杭の浮き上がりについ て検証を行った．
(1)杭効果の持続性
杭有り，杭無しの道床横抵抗力を追跡調査し，杭効果 の持続性を確認した．ふるい区間の結果を図-6 に，砕石 区間を図-7に示す．敷設後90日までの間，杭の増強効果 が持続することを確認した．
図－６ 追跡調査（ふるい） 図－７ 追跡調査（砕石）
(2)降雨の影響
ふるい区間において，降雨により細粒分が流出し，道 床横抵抗力に影響が無いかを検証するため，時雨量50mm 相当の水140㍑を散水し測定した．散水状況と降雨試験 結果を図-8に示す．
道床弛緩作業直後の含水状態による測定結果に差が無 いことから，降雨による杭の効果減少の影響はほとんど 無いことを確認した．
図－８ 散水状況と降雨試験結果 (3)杭の浮き上がり
杭設置から 60 日後までの杭とまくらぎをレベル測量 した結果を図-9に示す．初期沈下量による2～3㎜程度の 隙間はあるが，その後の繰返し荷重による変化は無いこ とから杭の浮き上がりは発生しないことを確認した．
図－９ 杭とまくらぎの沈下差の経過 ５．実施工への展開
これまでの結果を踏まえ，夏期作業制限期間中の PC まくらぎ取替工事を夜間にて実施した．施工条件として，
全てのPCまくらぎへ杭を設置することとした．施工後に は最高レール温度 56.6℃を経験したが変状等は発生して おらず，図-10に示すとおり，通り狂いの経過もほとんど 変化のないことがわかる．
図－１０ 施工後の通り狂い（試験車）
６．まとめと今後の進め方
本研究において，下級線用PCまくらぎに座屈防止杭を 打込むことにより，道床状態や道床種別に関らず，道床 横抵抗力の増強効果が得られることを確認した．また，
杭の実用性を評価したところ，安価にかつ，施工性良く 軌道強化が可能なことを確認した．また，夏期に道床弛 緩作業を実施してその安全性も確認した．
〈参考文献〉
1) 楠田，山口，桃谷，伊藤（2012） 「模型実験によるバラスト軌道の道床横 抵抗力の検討」第 67 回土木学会年次学術講演会概要集，Ⅵ－533，
2012
2) 清水，渡邊（2013） 「実物大の軌きょうを用いたＰＣまくらぎの道床横抵抗 力試験」 第 68 回土木学会年次学術講演会概要集，Ⅵ－465，2013
0 1 2 3 4
0 20 40 60
経過日数（日）
杭① 杭② 杭③ 杭ーまくらぎ沈下差（mm）
-1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
0 1.0 2.0 3.0 4.0
-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
①
③ ④
②
水平変位（㎜）
荷重と鉄筋の応力
（kN,MPa) （MPa)
まくらぎ応力
①荷重（道床横抵抗力）
②杭の応力
③まくらぎ上面応力
④まくらぎ下面応力
①② ③④
0 2 4 6 8 10
0 20 40 60 80 100
道 床 横 抵 抗 力
（経過日数）
（kN/m） ふるい
杭なし 杭あり 杭の効果
必要道床横抵抗力 3.9kN/m 必要道床横抵抗力 3.9kN/m
N=116 σ=0.73
0 2 4 6 8 10
0 20 40 60 80 100
砕石 杭なし 杭あり
（経過日数）
杭の効果
道 床 横 抵 抗 力
（kN/m）
必要道床横抵抗力 3.9kN/m 必要道床横抵抗力 3.9kN/m
N=108 σ=0.84
-10 -5 0 5 10
6,810 6,820 6,830 6,840 6,850 6,860 6,870 6,880 6,890 キロ程
直後 1ヶ月 2ヶ月
6k820m 6k840m 6k860m 6k880m
復元波形通り
(mm)
0 2 4 6 8 道床横抵抗力 10
（kN/m）
50mm 5.48 5.64
必要道床 横抵抗力 3.9kN/m 必要道床 横抵抗力 3.9kN/m
時雨量降雨なし
道床条件：弛緩状態
ふるい
土木学会第70回年次学術講演会(平成27年9月)
‑1014‑
Ⅵ‑507
