JP2012017584A

JP2012017584A - 山留め壁の変位抑止用改良体とその抑止工法

Info

Publication number: JP2012017584A
Application number: JP2010154644A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Ishimaru; 達朗石丸; Daisaku Sano; 大作佐野; Shigemi Yashiro; 成美八代
Original assignee: Toda Corp
Current assignee: Toda Corp
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2012-01-26

Abstract

【課題】本発明は、山留め壁の変位抑止用改良体に関し、従来の山留め壁の変位抑止用改良体において、工期の短縮と費用の低減および無駄や環境影響の少ない施工を図ることことが課題であって、それを解決することである。
【解決手段】山留め壁を構築して地盤を掘削する際に、前記山留め壁が掘削領域側に変形するのを防止する改良体は、その形状が、前記山留め壁に沿った所要長さの平行部分と前記山留め壁に直交する直交部分とで成るＴ字型形状に設定されると共に、前記改良体における直交部分の長さが、前記山留め壁に対向する山留め壁に到達しない長さにされた山留め壁の変位抑止用改良体とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、軟弱地盤において掘削工事をする際に、山留め壁が内側に変位するのを防止する山留め壁の変位抑止用改良体とその抑止工法に関するものである。

有効な土地活用のために都心部の狭小な敷地や軟弱地盤での地下計画においては、掘削行為による周辺地盤への影響を極力避けなければならない。そこで、従来では、掘削工事における深層地盤改良による、山留め壁の変形を防止する工法が知られている。例えば、特許文献１に記載されているように、掘削予定区域の周囲に山留め壁を構築し、該山留め壁の掘削に先立ち、適宜の山留め壁間にソイルセメントによる地中仮設壁を設けて、該地中仮設壁で前記山留め壁を補強しながらこの山留め壁の内側を前記地中仮設壁と共に順次掘削する工法がある。又、特許文献２に記載されているように、山留め壁の掘削面側に、該山留め壁に直交する控え壁を間隔をおいて複数設ける山留め工法において、前記控え壁は硬質地盤に対して未着底状態で施工される柱列状の地盤改良体からなり、前記控え壁とそれらの間に残された未改良の原地盤とを一体化せしめ、前記控え壁の表面を凹凸面にして前記原地盤と確実に結合させる工法がある。

特開昭６０−２２６９１７号公報特開２００１−３５５２３７号公報

しかし、従来の山留め壁の変位抑止工法においては、前記地中仮設壁若しくは前記控え壁を、切梁として評価する設計手法であるので、図１１に示すように、掘削面積が大きい場所でも格子状に軟弱地盤を改良してソイルセメント等による改良体を構築しているのが現状であり、工期が掛かると共に掘削時に同時に前記改良体を掘削するので、産業廃棄物も多くなると言う課題がある。本発明に係る山留め壁の変位抑止用改良体と、その抑止工法は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る山留め壁の変位抑止用改良体の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、山留め壁を構築して地盤を掘削する際に、前記山留め壁が掘削領域側に変形するのを防止する改良体は、その形状が、前記山留め壁に沿った所要長さの平行部分と前記山留め壁に直交する直交部分とで成るＴ字型形状に設定されると共に、前記改良体における直交部分の長さが、前記山留め壁に対向する山留め壁に到達しない長さであることである。

前記改良体における直交部分は、周囲軟弱地盤とこれに接する両側面と底面との合計３面との摩擦によって支持される水平方向の杭体と見なされ、当該直交部分の長さが設定されていること、；
また、前記改良体における直交部分の長さを、掘削深さの３倍としたこと、；
を含むものである。

本発明に係る山留め壁の変位抑止工法の要旨は、山留め壁の変位を抑止する工法であって、前記山留め壁の内側に設けられ変位を抑止する改良体は、その形状が平面視して前記山留め壁に沿った所要長さの平行部分と前記山留め壁に直交する直交部分とで成るＴ字型形状に形成され、前記改良体における直交部分の長さは、荷重伝達法により一定荷重が前記山留めに載荷されたとき前記直交部分を水平方向の杭体と見なして所定の沈下量計算で算出した所望の水平変位量以内に収まるように設定し、前記改良体を構築した後に地盤を所要深さまで掘削し根切りすることである。

改良体における直交部分の長さを掘削深さの３倍としたことを含む。また、前記改良体の直交部分の長さが設定された後に、山留め壁が受ける荷重と改良体の水平変位量とによりばね定数を算出してこれを地盤ばねとし、該地盤ばねを弾塑性解析に入力して求めた変位量の基準の変位量に対する増加率と、前記改良体の変位量の基準の変位量に対する増加率とがほぼ同じであることを検証して施工することを含むものである。

本発明の山留め壁の変位抑止用改良体とその変位抑止工法によれば、比較的広い軟弱地盤の敷地を地下計画する場合に、山留め壁の水平方向の変位を抑止する改良体の長さを、必要最小限に抑えるようになり、コストの低減、作業工程の工期短縮、環境影響評価に貢献する、と言う優れた効果を奏するものである。

また、改良体をＴ字型にすることで、必要な長さに設定することができて、長さ方向の延長先にある対向した山留め壁まで無駄に延長させて改良体を構築するようなことが無くなり、コスト低減となると共に工期短縮とも成る。改良体の平行部分が腹起こしに押す等して、山留めの水平変位を効率的に抑止する。

改良体のＴ字型部分の直交部分を、水平方向の杭体と見なして必要長さを設定するという斬新な手法を用いることで、効率的な設定工法を可能にしたものである。更に、前記改良体における直交部分の長さを、掘削深さの３倍として容易に設計できる抑止工法にすることができる。

本発明に係る山留め壁の変位抑止工法を示す全体の平面図（Ａ）と、Ｔ字型改良体２の平面図（Ｂ）とである。同本発明の山留め壁の変位抑止工法における、３次元有限要素法解析の比較モデルを一覧にした図である。同３次元有限要素法解析のモデル断面図である。同３次元有限要素法解析における山留め壁の載荷条件を示す断面図である。３次元モデルを切り出して示す斜視図である。同３次元有限要素法解析のモデルの結果を示す一覧図である。荷重−変位量曲線の図である。荷重伝達法と弾塑性法とによる変位量を表にして示す説明図である。本発明に係る山留め壁の抑止工法を説明する施工手順説明図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。改良体の他の例を示すもので、壁式タイプの改良体２ｃを対にして示す斜視図（Ａ）と、バットレスタイプの改良体２ｅを対にして示す斜視図（Ｂ）とである。従来例に係る改良体の構築パターンを示す平面図である。

本発明に係る山留め壁の変位抑止用改良体とその抑止工法は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｔ字型の改良体２を形成すると共に、該改良体２の直交部分２ａの長さを対向する山留め壁１に至らない長さにしている。

山留め壁を構築して地盤を掘削する際に、前記山留め壁が掘削領域側に変形するのを防止する改良体２は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、その形状が、前記山留め壁１に沿った所要長さの平行部分２ｂと前記山留め壁１に直交する直交部分２ａとで成るＴ字型形状に設定される。

前記改良体２における直交部分２ａの長さが、前記山留め壁１に対向する山留め壁１に到達しない長さである。このようにすれば、全長に亘って改良工事するよりも短期間の工事で済み工費も低コストに抑えることができるからである。

この改良体２によって山留め壁１の変位を防止するものであるが、その効果については、検証する必要がある。そこで、図２乃至図３に示すように、原地盤を軟弱地盤と想定し、地盤改良体として、その一軸圧縮強度をｑｕ＝１１５０ｋＮ／ｍ^２と設定して、変形係数を１１５ＭＮ／ｍ^２、ポアソン比を０．２５として、３次元有限要素法解析（ＦＥＭ、以下同じ）を用いて、一定の側圧を山留め壁１に載荷して水平変位量の変化を比較して評価する。

図２に示すように、比較するモデルのタイプをＡ〜Ｃまでの５タイプを用意している。
表中のタイプＡは、掘削側全面を格子状に改良する従来例の工法を想定したものである。タイプＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、山留め壁に直交する改良長さを掘削深さのそれぞれ１倍〜３倍としたものであり、地盤の改良体の長さを連続させない場合の改良長さによる変位抑止効果の程度を比較するためである。タイプＣは、改良無しのモデルである。

ＦＥＭモデルとして、図３に示すように、例えば、掘削深さをＨ＝３．５ｍとして、山留め背面側は３Ｈ（＝１０．５ｍ）とし、掘削側は６Ｈ（＝２１．０ｍ）として、十分影響のない範囲としている。また、地層構成として深層地盤改良の施工対象となるような、掘削部に沖積シルト層が堆積している軟弱地盤としている。

載荷条件は、図４に示すように、側圧係数ｋ＝０．５、土塊重量γ＝１７．０ｋＮ／ｍ^３とし、山留め壁全長に載荷する。改良体２の効果のみを検証するので、支保工の影響はないようにしている。図５に、地盤改良体の改良パターンを切り出した３次元ＦＥＭモデルの斜視図を示す。改良体２の配置ピッチは７．５ｍとした対称モデルであり、地盤改良工法は、噴射式撹拌混合処理工法である（出来型としてはφ２１００ｍｍ程度の円形であるが、モデルでは２ｍの方体としている）。

図６に解析結果を示す。従来例の改良工法であるタイプＡに対する変化量の増加率を評価するものであり、例えば、タイプＢ３では、１．２９倍であり連続させなくても効果があることが判る。

上記のように改良体２が対向する山留め壁間に連続して構築されていなくても相当の効果を発揮することが判ったが、更に、山留め壁や支保工の計測管理のために、山留め弾塑性解析に入力出来るデータを抽出できることを検証する。

前記改良体２における直交部分２ａは、本発明において周囲軟弱地盤３とこれに接する両側面と底面との合計３面との摩擦によって支持される水平方向の杭体と見なしている。その変位量を、日本建築学会の「建築基礎構造設計指針」（２００１年）の沈下量計算により算出する。その際に、山留め壁が受ける荷重と、算出した地盤改良体の水平変位よりばね常数を算出し、地盤ばねとして弾塑性解析に入力したものと比較検証する。また、水平変位量は、荷重伝達法により求め、周辺地盤が粘性土であるため周面摩擦度が最大となる沈下量は１０ｍｍと設定している。

図７に荷重−変化量の曲線を示す。図中の破線は、今回の山留めモデルに作用する荷重の合力で地盤改良体２が受ける荷重である。これに対応する変位量を地盤改良体の山留め近傍での水平変位とみなし、図８の表に示す。また、この荷重と変位とからそれぞれのタイプの地盤ばねを設定し、弾塑性解析により算出した地盤改良位置での変位をあわせて示している（タイプＢ１では算出された地盤ばねが原地盤より小さくなったので、弾塑性解析で比較していない）。

前記各タイプＢ１，Ｂ２，Ｂ３の、荷重伝達法と弾塑性法とによる変位量をタイプＡと比較すると、タイプＢ３がタイプＡによく一致している。

このように、改良体２の直交部分２ａ長さが、不連続に設定されても、タイプＡと同様の効果を奏するものである。また、改良体２における直交部分２ａの長さを、掘削深さの３倍（３Ｈ）とすることが、最も効果的であることが判る。

そこで、本発明の山留め壁の変位抑止工法を、図９を参照して説明する。まず、同図９（Ａ）に示すように、軟弱地盤３に山留め壁１を周囲を囲うようにして構築する。そして、深層地盤改良を施工する。地盤の深い方には、壁式改良体２ｃを噴射式撹拌混合処理工法により構築する。この壁式タイプの改良体２ｃは、図１０（Ａ）に示すように、直交部分２ａと平行部分２ｂのほかに、山留め壁に平行な壁部分２ｄを有するものである。なお、図１０（Ｂ）に示すように、直交部分２ｂと壁部分２ｄとを階段部分２ｆで連結したバットレスタイプの改良体２ｅも使用することがある。前記壁式改良体２ｃは、山留め壁１に沿って全周に亘り構築する。また、Ｔ型改良体２は、図１（Ａ）に示すように、山留め壁１に沿った方向では連続的にして、直交する方向では不連続にして噴射式撹拌混合処理工法で施工する。改良体２，２ｃにおける直交部分２ａの長さを、掘削深さ（例えば、３．５ｍ）の３倍（３Ｈ）としている。

前記山留め壁１の内側に設けられ変位を抑止する改良体２は、その形状が平面視して前記山留め壁に沿った所要長さの平行部分と前記山留め壁に直交する直交部分とで成るＴ字型形状に形成され、前記改良体における直交部分の長さが、荷重伝達法により一定荷重が前記山留めに載荷されたときの水平方向の杭体と前記直交部分を見なして所定の沈下量計算で算出した水平変位量が、評価手法が確立している格子状に連続改良させた場合の変位量を基準にして、当該基準の変位量に対して増加分が１５％以内になるように設定されている。

前記Ｔ字型改良体２と壁式改良体２ｃを構築した後に、図９（Ｂ）に示すように、軟弱地盤３を所要深さまで一次掘削する。そして、山留め壁１，１間に切梁４を施工する。更に、図９（Ｃ）に示すように、前記切梁４を設けた後に、二次掘削を施工する。根切り底まで掘削して掘削が完了する。前記壁式改良体２ｃにより山留め壁１の変位が防止されると共に、山留め壁１の下端位置よりも更に深く施工して設けた壁部分２ｄによりヒービングが防止されるものである。

こうして、改良体２，２ｃにより従来例と同様の効果を奏して山留め壁の変位が抑制され、改良体２の直交部分２ａの長さが設定された後に、山留め壁１が受ける荷重と改良体の水平変位量とによりばね定数を算出してこれを地盤ばねとし、該地盤ばねを弾塑性解析に入力して求めた変位量の基準の変位量に対する増加率と、前記改良体の変位量の基準の変位量に対する増加率とがほぼ同じであることを検証して施工しているので、実態に即した抑制効果が期待できるものである。

本発明に係る山留め壁の変位抑止工法は、軟弱地盤改良工事において採用されるものである。

１山留め壁、
２改良体、２ａ直交部分、
２ｂ平行部分、２ｃ壁式改良体、
２ｄ壁部分、２ｅバットレスタイプの改良体、
２ｆ階段部分、
３軟弱地盤、
４切梁。

Claims

山留め壁を構築して地盤を掘削する際に、前記山留め壁が掘削領域側に変形するのを防止する改良体は、
その形状が、前記山留め壁に沿った所要長さの平行部分と前記山留め壁に直交する直交部分とで成るＴ字型形状に設定されると共に、
前記改良体における直交部分の長さが、前記山留め壁に対向する山留め壁に到達しない長さであること、
を特徴とする山留め壁の変位抑止用改良体。
改良体における直交部分は、周囲軟弱地盤とこれに接する両側面と底面との合計３面との摩擦によって支持される水平方向の杭体と見なされ、当該直交部分の長さが設定されていること、
を特徴とする請求項１に記載の山留め壁の変位抑止用改良体。
改良体における直交部分の長さを、掘削深さの３倍としたこと、
を特徴とする請求項２に記載の山留め壁の変位抑止用改良体。
山留め壁の変位を抑止する工法であって、
前記山留め壁の内側に設けられ変位を抑止する改良体は、
その形状が平面視して前記山留め壁に沿った所要長さの平行部分と前記山留め壁に直交する直交部分とで成るＴ字型形状に形成され、
前記改良体における直交部分の長さは、荷重伝達法により一定荷重が前記山留めに載荷されたとき前記直交部分を水平方向の杭体と見なして所定の沈下量計算で算出した所望の水平変位量以内に収まるように設定し、
前記改良体を構築した後に地盤を所要深さまで掘削し根切りすること、
を特徴とする山留め壁の変位抑止工法。
改良体における直交部分の長さを掘削深さの３倍としたこと、
を特徴とする請求項４に記載の山留め壁の変位抑止工法。
改良体の直交部分の長さが設定された後に、山留め壁が受ける荷重と改良体の水平変位量とによりばね定数を算出してこれを地盤ばねとし、該地盤ばねを弾塑性解析に入力して求めた変位量の基準の変位量に対する増加率と、前記改良体の変位量の基準の変位量に対する増加率とがほぼ同じであることを検証して施工すること、
を特徴とする請求項４または５に記載の山留め壁の変位抑止工法。