JP2011157781A

JP2011157781A - 鋼矢板擁壁およびその設計方法

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Publication number: JP2011157781A
Application number: JP2010021996A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakayama; 裕章中山; Noriyoshi Harada; 典佳原田; Tatsuaki Kurosawa; 辰昭黒澤; Ryosuke Nagatsu; 亮祐永津
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: JP5381760B2

Abstract

【課題】背面地盤側の敷地の有効利用を図ることができるとともに土圧の増加に対しても経済的に設計することができる鋼矢板擁壁およびその設計方法を提供すること。
【解決手段】鋼矢板２から背面側に延びて背面土Ｓに貫入される板状部材３を溶接固定し、この板状部材３が鋼矢板擁壁１の壁厚範囲から背面側に突出しないようにすることで、鋼矢板擁壁１の壁厚が厚くなって背面地盤Ｇ２の敷地を圧迫することがなく、背面側の敷地の有効利用を図ることができる。また、板状部材３と背面土Ｓとの摩擦抵抗力によって掘削部Ｂの掘削に伴う増加土圧を支持することができるので、鋼矢板２のサイズや板厚を増加させなくてもよいことから、鋼矢板擁壁１を経済的に設計することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、断面屈曲状に形成された鋼矢板で背面土圧を支持する鋼矢板擁壁、および鋼矢板擁壁の設計方法に関するものである。

土木建築分野における土留め壁として、鋼矢板を左右に連結して構築される鋼矢板擁壁が利用されている。このような鋼矢板擁壁の剛性を向上させるために、鋼矢板の側面にＨ形鋼を溶接固定したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、鋼矢板擁壁として、背面側に複数の鋼矢板を連結した控え壁と、この控え壁の先端側に交差して複数の鋼矢板を連結した支圧壁とを設けることで、当該鋼矢板擁壁の剛性向上を図ったものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、土留め壁の前面側の敷地に建物や排水設備等を構築する場合、図６に示すように、土留め壁Ｗ近傍の地盤を掘削することがあり、このように前面地盤Ｇ１に掘削部Ｂを形成すると背面地盤Ｇ２との段差Ｄ２が大きくなって背面土圧Ｐ（＝Ｐ１＋Ｐ２）が増加することとなる。このため、土留め壁の設計に際しては、所定段差Ｄ１における背面土圧Ｐ１に対してのみならず、増加土圧Ｐ２も考慮して土留め壁Ｗの壁厚や根入れ深さ等を算出することが一般的である。従って、特許文献１、２に記載の鋼矢板擁壁においても、増加土圧Ｐ２を考慮した荷重に対して鋼矢板のサイズや板厚を算出するとともに、溶接固定するＨ形鋼のサイズや板厚、控え壁や支圧壁の長さ等を算出することになる。

特開２００８−１７５０２９号公報特許第３０７２０６５号公報

しかしながら、従来の鋼矢板擁壁のように、鋼矢板にＨ形鋼を溶接固定したり、控え壁や支圧壁を連結したりすると、これらのＨ形鋼や控え壁、支圧壁が鋼矢板擁壁の背面側に突出することから、背面側の敷地における有効利用可能な面積が減少したり、敷地内に構築する建物等の基礎や地下の設置領域が制限されたりなどの不都合が生じてしまう。
また、従来の土留め壁の設計方法では、増加土圧Ｐ２も考慮した背面土圧Ｐ（＝Ｐ１＋Ｐ２）に対して鋼矢板やＨ形鋼、控え壁や支圧壁を設計することになるため、所定段差に対して設計するよりも部材サイズや板厚が増加してしまい、材料コストや施工コストが増大するという不都合が生じる。

本発明の目的は、背面地盤側の敷地の有効利用を図ることができるとともに土圧の増加に対しても経済的に設計することができる鋼矢板擁壁およびその設計方法を提供することにある。

本発明の鋼矢板擁壁は、断面屈曲状に形成された鋼矢板で背面土圧を支持する鋼矢板擁壁であって、前記鋼矢板には、背面側に延びて背面土に貫入される板状部材が固定され、前記板状部材は、前記鋼矢板の背面側の側面よりも前面側に位置して設けられていることを特徴とする。

以上の本発明によれば、鋼矢板の背面側に固定した板状部材が鋼矢板の背面側の側面よりも前面側に位置する、つまり板状部材が鋼矢板よりも背面側に突出しないようにしたことで、当該鋼矢板擁壁の壁厚を増加させずかつ背面地盤に控え壁等が存在しないようにでき、背面地盤側の敷地の有効利用を図ることができる。また、板状部材を背面土に貫入することで、この板状部材と背面土との摩擦力を得ることができる。従って、前面地盤を掘削して増加土圧が生じた場合であっても、背面地盤が静止している状態（静止土圧状態）であれば、板状部材と背面土との摩擦力によって土圧の増加分を負担することができ、鋼矢板のサイズや板厚を増加させなくてもよいことから当該鋼矢板擁壁を経済的に設計することができる。

この際、本発明の鋼矢板擁壁では、前記板状部材の上下長さは、前記鋼矢板の長さ寸法よりも短く設定され、前面側掘削土の表面位置を跨いで当該板状部材が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、鋼矢板の長さ寸法よりも板状部材の上下長さを短く設定することで、板状部材の材料コストや溶接手間等に伴う加工コストを必要最低限まで低減でき、板状部材を固定した鋼矢板の重量増加を必要最小限に抑制できることから施工性を向上させることができる。また、板状部材は鋼矢板下端部には取り付けないため、鋼矢板下端部での打設抵抗の増加を防ぐことができる。さらに、前面側掘削土の表面位置を跨いで板状部材を設置することで、増加土圧を受けた際に鋼矢板の曲げ変形が最も大きく発生しやすいその上下近傍位置において、板状部材と背面土との摩擦力による支持で効果的に鋼矢板の変形を抑制することができる。

さらに、本発明の鋼矢板擁壁では、前記板状部材は、表面に凹凸が形成された縞鋼板で構成されるか、または表面に溶接した鋼材からなる突起を有して構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、縞鋼板の凹凸や鋼材からなる突起を設けることで、板状部材と背面土との摩擦力を増大させて増加土圧に対する支持力を向上させることができる。

さらに、本発明の鋼矢板擁壁では、前記板状部材の背面側端縁には、当該板状部材の板厚方向に膨出する膨出部または板厚方向に延びる延出部が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、板状部材の背面側端縁に膨出部や延出部を形成して背面土と幾何学的に係合させることで、この係合力が加わることにより増加土圧に対する支持力をさらに向上させることができる。

一方、本発明の鋼矢板擁壁の設計方法は、断面屈曲状に形成された鋼矢板を用いて背面土圧を支持する前記いずれかの鋼矢板擁壁の設計方法であって、前面側と背面側との所定段差における背面土圧を支持可能に前記鋼矢板を設計し、前記所定段差よりもさらに前面地盤を掘削して段差が大きくなった際の増加土圧を、前記鋼矢板の背面側に延びて固定される板状部材と背面土との摩擦力で支持可能に当該板状部材を設計することを特徴とする。

このような本発明によれば、板状部材と背面土との摩擦力によって増加土圧を支持可能に板状部材を設計することで、所定段差における背面土圧を支持可能に設計した鋼矢板のサイズや板厚等を増加させる必要がないため、鋼矢板擁壁を経済的に設計することができる。

以上のような本発明の鋼矢板擁壁およびその設計方法によれば、板状部材が鋼矢板よりも背面側に突出しないことから、背面地盤側の敷地の有効利用を図ることができるとともに、板状部材と背面土との摩擦力によって増加土圧を支持することで、鋼矢板のサイズや板厚等を増加させる必要がないため、鋼矢板擁壁を経済的に設計することができる。

本発明の一実施形態に係る鋼矢板擁壁を示す断面図である。前記鋼矢板擁壁を示す斜視図である。前記鋼矢板擁壁を示す断面図である。前記鋼矢板擁壁の変形例を示す断面図である。前記鋼矢板擁壁の他の変形例を示す断面図である。鋼矢板擁壁に作用する土圧を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３において、鋼矢板擁壁１は、傾斜地における前面地盤Ｇ１と背面地盤Ｇ２の段差部において背面土Ｓの土圧を支持する土留め壁として利用されるものであって、複数の鋼矢板２を左右に連結した壁体として構成されている。鋼矢板２は、断面中央に位置する第１フランジ２１と、この第１フランジ２１の両側端縁に連続する一対のウェブ２２と、これら一対のウェブ２２の先端縁から第１フランジ２１と平行かつ外方に延びる一対の第２フランジ２３と、これら一対の第２フランジ２３の先端縁に設けられる一対の継手部２４とを有したハット形鋼矢板であり、隣り合う鋼矢板２の継手部２４同士を係合することで連結されている。このような鋼矢板２では、第１フランジ２１の前面側表面と継手部２４の背面側端面との外面間距離である鋼矢板断面高さＨを有し、この鋼矢板断面高さＨが鋼矢板擁壁１の壁厚寸法になっている。

鋼矢板２の第１フランジ２１には、背面側に延びて背面土Ｓに貫入される板状部材３が溶接固定されている。この板状部材３は、鋼矢板２の長さ寸法Ｌよりも短い長さ寸法Ｌ１を有し、鋼矢板２の上端縁よりも高さ寸法Ｌ２だけ下がった位置から、鋼矢板２の下端（先端）縁よりも高さ寸法Ｌ３だけ高い位置までの間であって、前面地盤Ｇ１の表面および掘削部Ｂの底面の両方の高さ位置を跨いで設けられている。ここで、鋼矢板２の上端縁よりも板状部材３を低くする高さ寸法Ｌ２としては、鋼矢板２の上端部を保持するバイブロチャック等の打設機械の所要寸法以上で、例えば５００mm以上に設定されていればよい。また、板状部材３の背面側への幅寸法は、その先端が鋼矢板２の背面側の側面Ｍよりも前面側に位置する、すなわち、板状部材３が鋼矢板擁壁１の壁厚範囲内に位置して背面側に突出しないように設定されている。

このような板状部材３は、図２に示すように、表面に凹凸３１が形成された縞鋼板で構成されており、貫入された背面土Ｓとの間に摩擦力が発生するようになっている。そして、図３(Ａ)に示すように、１本の鋼矢板２の第１フランジ２１に１枚の板状部材３が固定されていてもよいし、必要とされる摩擦力が大きい場合には、図３(Ｂ)に示すように、１本の鋼矢板２の第１フランジ２１に２枚あるいは３枚以上の板状部材３が固定されていてもよい。さらに、板状部材３は、縞鋼板の平板から構成されるものに限らず、図４(Ａ)に示すように、その背面側端縁から板厚方向に延びる延出部３２が固定されて断面略Ｔ字形に形成されたものでもよいし、図４(Ｂ)に示すように、その背面側端縁に鉄筋等を固定して板厚方向に膨出する膨出部３３を有したものであってもよい。また、図４(Ｃ)に示すように、板状部材３の表面に溶接固定した複数の鉄筋３４等によって突起が形成されていてもよい。また、板状部材３の板厚寸法は、地盤への打設時の変形を防止するために、鋼矢板２の板厚寸法と同等以上に設定されていることが望ましい。

以下、板状部材３の設計例を示す。
設計条件としては、擁壁の壁高さ（所定段差）Ｄ１を３ｍ、前面地盤Ｇ１の掘削部Ｂ深さＤ３を１．５ｍとし、地盤の単位体積重量を１８kN/m³ 、地盤のＮ値を１５とした。従って、掘削部Ｂの掘削に伴う土圧の増加分（増加土圧Ｐ２）は、５０．６kN/mと算出される。
また、地盤を砂質土として、「道路橋示方書（社団法人日本道路協会）」に基づき、板状部材３との単位面積あたりの摩擦力を３０kN/m² に設定した。そして、幅寸法が０．２８７ｍで長さ寸法Ｌ１が６ｍの板状部材３を１枚固定するように設定すると、板状部材３と背面土Ｓとの摩擦力は、５７．４kN/mと算出される。
以上のように、板状部材３の幅、長さおよび枚数を設定することで、掘削部Ｂの掘削による増加土圧Ｐ２を板状部材３の摩擦抵抗力が上回るようにでき、増加土圧Ｐ２を板状部材３の摩擦抵抗によって支持することができる。

以上の本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
すなわち、板状部材３が鋼矢板擁壁１の壁厚範囲から背面側に突出しないので、鋼矢板擁壁１の壁厚が厚くなって背面地盤Ｇ２の敷地を圧迫することがなく、背面側の敷地の有効利用を図ることができる。また、板状部材３と背面土Ｓとの摩擦抵抗力によって増加土圧Ｐ２を支持することができるので、鋼矢板２のサイズや板厚を増加させなくてもよいことから、鋼矢板擁壁１を経済的に設計することができる。
さらに、凹凸３１を有した縞鋼板から板状部材３を構成したり、板状部材３の表面に鉄筋３４等によって凹凸を形成したりすることで、板状部材３と背面土Ｓとの摩擦力を増大させて増加土圧Ｐ２に対する支持力を向上させることができる。また、板状部材３の枚数を増やしたり、板状部材３の先端に延出部３２や膨出部３３を形成したりすることで、支持力をさらに向上させることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態ではハット形鋼矢板からなる鋼矢板２を例示したが、本発明の鋼矢板としては、ハット形鋼矢板に限らず、Ｕ形鋼矢板やＺ形鋼矢板など他の形態の鋼矢板も利用可能である。Ｕ形鋼矢板を用いた鋼矢板擁壁の変形例を図５に基づいて説明する。

図５において、鋼矢板擁壁１Ａは、フランジ２５と、このフランジ２５の両側端縁に連続する一対のウェブ２６と、これら一対のウェブ２６の先端縁に設けられる一対の継手部２７とを有したＵ形の鋼矢板２Ａを表裏交互に連結して構成されている。このような鋼矢板２Ａでは、隣り合う一対の鋼矢板２Ａのフランジ２５表面間の距離によって鋼矢板断面高さＨが決まり、この鋼矢板断面高さＨが鋼矢板擁壁１Ａの壁厚寸法になっている。そして、板状部材３は、前面側に凸な鋼矢板２Ａのフランジ２５から背面側に延びて固定され、この板状部材３が鋼矢板擁壁１Ａの壁厚範囲内に位置して背面側に突出しないように設定されている。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１，１Ａ…鋼矢板擁壁、２，２Ａ…鋼矢板、３…板状部材、３１…凹凸、３２…延出部、３３…膨出部、３４…鉄筋（突起）、Ｓ…背面土。

Claims

断面屈曲状に形成された鋼矢板で背面土圧を支持する鋼矢板擁壁であって、
前記鋼矢板には、背面側に延びて背面土に貫入される板状部材が固定され、
前記板状部材は、前記鋼矢板の背面側の側面よりも前面側に位置して設けられていることを特徴とする鋼矢板擁壁。
請求項１に記載の鋼矢板擁壁において、
前記板状部材の上下長さは、前記鋼矢板の長さ寸法よりも短く設定され、前面側掘削土の表面位置を跨いで当該板状部材が設けられていることを特徴とする鋼矢板擁壁。
請求項１または請求項２に記載の鋼矢板擁壁において、
前記板状部材は、表面に凹凸が形成された縞鋼板で構成されるか、または表面に溶接した鋼材からなる突起を有して構成されていることを特徴とする鋼矢板擁壁。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の鋼矢板擁壁において、
前記板状部材の背面側端縁には、当該板状部材の板厚方向に膨出する膨出部または板厚方向に延びる延出部が形成されていることを特徴とする鋼矢板擁壁。
断面屈曲状に形成された鋼矢板を用いて背面土圧を支持する請求項１から請求項４のいずれかに記載の鋼矢板擁壁の設計方法であって、
前面側と背面側との所定段差における背面土圧を支持可能に前記鋼矢板を設計し、
前記所定段差よりもさらに前面地盤を掘削して段差が大きくなった際の増加土圧を、前記鋼矢板の背面側に延びて固定される板状部材と背面土との摩擦力で支持可能に当該板状部材を設計することを特徴とする鋼矢板擁壁の設計方法。