JP2000027185A - 地盤定数の推定方法 - Google Patents

地盤定数の推定方法

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JP2000027185A JP21184298A JP21184298A JP2000027185A JP 2000027185 A JP2000027185 A JP 2000027185A JP 21184298 A JP21184298 A JP 21184298A JP 21184298 A JP21184298 A JP 21184298A JP 2000027185 A JP2000027185 A JP 2000027185A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 山留め壁の変形を利用して地盤定数を推定す
る。 【解決手段】 根切り工事に先立って構築された山留め
壁10の掘削側地盤において、上下が不透水性層21、
23に挟まれた被圧帯水層22に行われたディープウェ
ルによる被圧水頭の低下分を山留め壁10に作用する差
分水圧ΔPとして求めるとともに被圧水頭低下時の山留
め壁10の変形量を実測する。そして山留め壁10の設
計のために行われた山留め弾塑性法解析の梁バネモデル
を用いて差分水圧ΔPと、差分水圧ΔPが作用した時の
山留め壁10の変形量とを用いた逆解析を行い、山留め
壁10の構築された地盤の地盤反力分布を算出し、設計
に用いる地盤定数の推定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は地盤定数の推定方法
に係り、特に根切り工事に伴い行われる地下水位低下工
法によって山留め壁に作用する水圧変化分と山留め壁の
壁体変形とから山留め壁を構築した地盤の地盤定数を精
度よく把握するようにした地盤定数の推定方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、建物の地下階、地下駅、地下駐
車場等の地下構造物を構築するために山留め壁を用いた
根切り工事が行われている。掘削対象となる地盤に砂層
と不透水性粘性土層とが互層をなして分布する場合に
は、上下が粘性土層で挟まれた砂層が被圧帯水層となる
ことが多い。また、掘削底面付近に薄い粘性土層が存在
し、その下層に被圧水頭が高い砂層が位置するような場
合には、盤下げ掘削時に盤膨れ等が発生するおそれがあ
る。そこで、高い被圧水頭を有する地盤を掘削する場合
に、地下水位低下工法として山留め壁の掘削側にディー
プウェル等が計画されることが多い。ディープウェルを
設置するには、対象地盤の透水係数、排水規模、構築さ
れる山留め壁の根入れ等をもとに井戸理論等の設計手法
に基づいてウェルの本数、配置等が決定される。さらに
現場において盤下げ掘削を行う前に揚水試験を行い、地
下水位の変化をとらえて揚水量の管理を行っている。
【0003】図3(a)は、一例として上下が不透水粘
性土層21、23(GL.−10〜−15m及びGL.
−40m付近)に挟まれた被圧帯水砂層22中に山留め
壁10を構築し、掘削区域内の所定範囲にディープウェ
ル50を設置して地下水位低下を図った施工例を示した
模式地盤断面図である。本例では、同図(b)に示した
ように、下層の不透水性粘性土層23に近い計測点a
(GL.−38m付近)における山留め壁内外位置での
被圧水頭Wa(Waout、Wain)が計測されている。
通常、被圧水頭は観測孔内に設置された間隙水圧計によ
り計測されるが、本明細書中では説明のために、計測点
aにおける被圧水頭Waの大きさを、山留め壁内外に配
置した大気圧に連通する観測孔の水柱高さ(水位)で示
している(図3参照)。同図に示したように、掘削側に
配置されたディープウェル50を運転することにより掘
削側では所定の水位曲線(図示せず)を示して被圧水頭
が低下し、山留め壁近傍においても図示したような水位
低下(Waout→Wain)が認められる。この従来例で
は山留め壁内外に位置する観測孔の水柱高さで示したよ
うに、山留め壁10内外で約15m程度の水位差が生じ
た。
【0004】この山留め壁10内外面での水位差は、山
留め壁の外側から作用する差分水圧と見なすことができ
る。この差分水圧による山留め壁への影響は、掘削開始
当初の背面土圧の影響が小さい段階での山留め壁の変形
性状を計測することによって求めることができる。図4
は、掘削当初における山留め壁の変形d0を壁体傾斜計
等を用いて実測した結果を示した壁体変形図である。
【0005】一方、図3(a)に示したような山留め壁
10を設計する場合、その設計手法として掘削深さ、地
盤状態により各種の方法がとられている。特に大規模な
山留め壁の設計においては、山留め壁の壁体応力が許容
範囲内となるように設計を行うのに加え、掘削段階を追
って変化する壁体変位を確実に把握する必要がある。設
計手法のうち、比較的実際の挙動に近いモデル化を行っ
ているものとして山留め弾塑性法解析が知られている。
この山留め弾塑性法解析は、山留め壁を連続梁とし、そ
の連続梁を、掘削段階に従って設けられる切梁支点と、
根入れ受働部分に地盤バネを配設した地盤モデルで支持
させて、掘削段階に伴って変化する主働土圧を荷重とし
た連続梁の応力、変位を求めようとするものである。こ
の解析では地盤バネに弾塑性状態を設定して地盤の降伏
に伴う応力再配分等のメカニズムを考慮することができ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の山留
め弾塑性法解析に用いられる掘削側作用土圧および地盤
バネモデルの設計定数は、実際の現地土質調査によって
求められたN値、地盤変形係数(E)等を参考にして決
定されている。たとえば、作用土圧のパラメータとなる
内部摩擦角(φ)、粘着力(c)はともにN値からの推
定値やボーリング試料による土質試験結果が用いられる
ことが多い。また、地盤バネ定数は、水平方向地盤反力
係数(Kh値)に対してバネの深さ方向分担深さと奥行
き方向分担幅とを考慮して決定されるが、この水平方向
地盤反力係数(Kh値)もN値または変形係数(E)を
パラメータとした算定式により求めるのが一般的であ
る。ところが、この水平方向地盤反力係数Kh値は、本
来、杭等の見付け幅の小さい構造物の水平抵抗地盤反力
を設定するのに適用することを目的としており、山留め
壁のように奥行き方向に連続している壁式構造物の単位
幅当たりに換算して使用できる条件が限られている。
【0007】従来から、山留め壁を構築して根切り工事
を行うに先だって、ディープウェル等の地下水位低下工
法の揚水試験が行われており、その際山留め壁の内外面
に水圧変化に伴う荷重が作用することが定量的に把握で
き、その時の壁体変位も計測できていた。その一方、実
際の山留め壁設計で用いられる設計値はたぶんに仮定条
件を含んだ推定値が用いられている上、その設計により
実際に壁体が構築されても、掘削開始前の壁体に作用す
る実荷重−変位状態を把握し、その壁体や基礎杭の構築
に伴って地盤状態が乱された後の実際的な地盤定数を把
握し、山留め壁設計にフィードバックさせるという設計
手法はなかった。
【0008】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、ディープウェルの運転によ
る揚水試験時に発生した山留め壁の変形とそのときの作
用荷重との関係から逆解析を行い、山留め壁を支持する
周辺地盤の性状を把握する地盤定数の推定方法を提供す
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は根切り工事に先立って構築された山留め壁
の掘削側において、その上下が不透水性層に挟まれた被
圧帯水層に対して行われた地下水位低下手段による被圧
水頭の低下分を前記山留め壁に作用する差分水圧として
求めるとともに、被圧水頭低下時の前記山留め壁の変形
量を実測し、前記山留め壁の設計のために行われた山留
め弾塑性法解析の梁バネモデルを用いて前記差分水圧
と、該差分水圧が作用した時の前記山留め壁の変形量と
を用いた逆解析を行い、前記山留め壁の構築された地盤
の地盤反力分布を算出し、設計に用いる地盤定数の推定
を行うようにしたことを特徴とする。
【0010】このとき前記差分水圧は、前記被圧帯水層
の層厚に相当する範囲に、前記山留め壁背面側から作用
する等分布荷重と仮定することが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の地盤定数の推定方
法の一実施の形態について、添付図面を参照して説明す
る。図1(a)は、図3に示したディープウェルを運転
して山留め壁10内側の掘削側の被圧帯水層の水位低下
を図ったときの地盤内の深さ方向の水圧分布(Wout、
Win)を模式的に示した模式地盤断面図である。同図に
示したように、山留め壁10の両側の自然地下水位W
は、ともに上部の不透水性粘性土層21上面まで静水圧
勾配ΔW(=1t/m)で漸増し、粘性土層21内では
ほぼ一定値となる。掘削背面側(山留め壁外側)の被圧
帯水層22では、下端の被圧水頭計測点a(本実施の形
態ではGL.−38m)の水圧Pa(t/m2)まで静
水圧勾配ΔWで漸増している。一方、掘削側(山留め壁
内側)は所定深さだけ盤下げ掘削され、自然地下水位w
と地表面とが一致した状態にある。被圧帯水層22では
図示しないディープウェルによって掘削側の水圧分布W
inは掘削背面側の水圧分布Woutに対してΔP=15
(t/m2)だけ減少している。したがって、図1
(a)からも明らかなように、山留め壁10に掘削背面
側から作用する差分水圧ΔPは、被圧帯水層22が高い
透水性を有する均質な砂層では、図1(b)に示したよ
うに被圧帯水層22の全層(GL.−15m〜−40
m)にわたって掘削背面側から作用する等分布荷重Pw
=15(t/m2)と見なすことができる。
【0012】この差分水圧ΔPと等価な等分布荷重Pw
が作用した時の山留め壁10の深さ方向の変形分布d0
は図4に示したように壁体に沿って設置された傾斜計
(図示せず)等によって実測することができる。本実施
の形態では、山留め壁10の掘削側には1段切梁11が
設置されており、上部支点として山留め壁の上端変位を
拘束している。
【0013】ここで、図1(b)に示した差分水圧ΔP
と等価な等分布荷重Pwを図示した山留め壁10に作用
させたときに生じた変位が、図4に示した実測変位d0
と等しくなるように繰り返し計算を行う逆解析を行って
地盤の力学定数を求めることができる。すなわち、図2
(a)に模式的に示したように梁要素(山留め壁)とバ
ネ要素(地盤、切梁)から構成された設計用の山留め弾
塑性解析用の解析モデルを用いた逆解析を行う。この逆
解析では作用荷重と梁要素としての山留め壁の諸定数は
既知であるとし、バネ要素としてモデル化されている掘
削底面以深の地盤バネ定数を未知パラメータとして求め
る。このとき掘削底面以深の地盤は受働土圧Ppを考慮
する塑性域から地盤弾性バネKeを考慮する弾性域に遷
移するように設定されている。この塑性域、弾性域にお
ける当該地盤の地盤反力バネのための横方向地盤反力係
数Khを求めることができる(図2(b)参照)。
【0014】逆解析では、対象となる山留め架構全体の
剛性方程式において、実測により求まっている変位後の
壁体の計測点座標と既知荷重作用時の壁体の変位後の節
点座標とが一致するとしてたてた非線形方程式を繰り返
し計算を行って解く。これにより、剛性方程式中に仮定
した未知の弾性定数パラメータが求められる。また、逆
解析を簡易に行うためには、山留め弾塑性法解析モデル
の計算における解析結果と実測値との対比を行い、いく
つかの入力定数をトライアルにより入れ換えた計算を行
い、適切な定数を設定するようにしてもよい。
【0015】図2(a)には、図4に示したように実際
に差分水圧ΔPが山留め壁10に作用したときの壁体の
変位実測値d0と逆解析における計算上の壁体変位d1と
が合わせて示されている。さらに掘削底面以深での塑性
域及び弾性域での深さ方向の地盤反力分布が示されてい
る。このように作用荷重が既知であるとして逆解析を行
うことにより、掘削底面以深での地盤反力分布を求め、
深さ方向を所定の範囲で区切ることで区々の範囲の設計
値としての横方向地盤反力係数を求めることができる
(図2(b)参照)。
【0016】また、逆解析により求まった横方向地盤反
力係数と掘削時の壁体変位を利用することにより、背面
土圧分布や切梁の設計用軸剛性の再検討を行え、その結
果により各掘削段階における壁体変形量をより高精度に
推定することができる。さらに求められた設計値に基づ
く予測解析を行い、設計当初の仕様に対する部材や架構
の変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による地盤定数の推定方法の一実施の形
態を示した部分断面図。
【図2】本発明の地盤定数の推定方法の一例を示した平
面図。
【図3】従来の根切り工事における地下水位低下工法の
実施状態および被圧水頭の低下状態を模式的に示した地
盤断面図。
【図4】図3(a)で示した地下水位低下時の山留め壁
の変形の実測結果を示した壁体変位図。
【符号の説明】
10 山留め壁 21,23 不透水性粘性土層 22 被圧帯水層 ΔP 差分水圧 Pw 等分布荷重

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】根切り工事に先立って構築された山留め壁
    の掘削側地盤において、その上下が不透水性層に挟まれ
    た被圧帯水層に対して行われた地下水位低下手段による
    被圧水頭の低下分を前記山留め壁に作用する差分水圧と
    して求めるとともに、被圧水頭低下時の前記山留め壁の
    変形量を実測し、前記山留め壁の設計のために行われた
    山留め弾塑性法解析の梁バネモデルを用いて前記差分水
    圧と、該差分水圧が作用した時の前記山留め壁の変形量
    とを用いた逆解析を行い、前記山留め壁の構築された地
    盤の地盤反力分布を算出し、設計に用いる地盤定数の推
    定を行うようにしたことを特徴とする地盤定数の推定方
    法。
  2. 【請求項2】前記差分水圧は、前記被圧帯水層の層厚に
    相当する範囲に、前記山留め壁背面側から作用する等分
    布荷重であることを特徴とする請求項1記載の地盤定数
    の推定方法。
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