JP2016050381A - 土堤の耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼矢板の使用量を抑えることができ、施工コストを縮減することができる土堤の耐震補強構造を提供する。【解決手段】本発明に係る土堤の耐震補強構造１は、支持層１１の上方が液状化層１３になっている基盤部３上に形成された土堤５の耐震補強構造であって、複数の直線形鋼矢板７を、その継手部７ａを連結させて円筒状で、かつ全ての直線形鋼矢板７の下端部が液状化層１３内に位置しているように土堤５に打設してなる円筒骨格体９を、土堤５の軸線方向に隣接させて連続して形成したことを特徴とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、堤防や盛土など土構造物である土堤の耐震補強対策に関する。

堤防や盛土などの土構造物は、大きな地震動に遭遇すると慣性力により堤体形状を保てず崩壊することがある。
特にその基盤部が砂地盤の場合、地震動により基盤部に液状化が生じ、堤体の重量を支えられず大きく沈下することがある。河川堤防でこのような沈下が生じると、堤体天端標高が河川の水位を下回り破堤につながる。
海岸堤防で沈下が生じた場合には、本来の目的である高潮や津波を防ぐ機能が損なわれることになる。

従来、このような液状化の可能性のある土堤の耐震対策としては、法尻部を地盤改良や鋼矢板壁等で補強し、液状化した基盤部が側方へ流動することを抑制する方法が一般的である。
また近年は、施工技術の向上により堤体直下の液状化層を地盤改良し、液状化そのものを防止する方法も実施されている。これらは基盤部での対策であるが、堤体内に耐震性に優れたコアとなる構造物を設置する方法も提案されている。
例えば特許文献１には、堤体内に鋼矢板壁を二重に設置し、地震や液状化により法部が崩壊や沈下しても、二重の鋼矢板壁に囲まれた部分は沈下せずに残るというものである。

特開２００３−１３４５１号公報

従来の法尻部を補強する方法では、液状化の発生を抑える訳ではないので、堤体の沈下を完全に抑えることは難しい。特に堤体幅が広がると、その効果の程度は低下する。
また、堤体直下の基盤部の地盤改良により液状化を抑止する方法は、一時的に堤体を撤去し、地盤改良後に堤体を復旧する必要があり、工事が大掛かりとなり工期を要するという問題がある。
堤体を残したまま、堤体を傷つけずに地盤改良を行うためには、堤外から斜めに薬液注入管を建て込む等の方法が必要となり、作業の難易度が高く、この場合でも工期と工費が増大する。

また、特許文献１に開示された堤体内に鋼矢板壁を設置する方法は、法尻補強と同様に基盤部の液状化の発生を抑える訳ではないので、液状化によって生じようとする堤体の変形に対して、鋼矢板壁の剛性で抵抗する。このとき通常は、二重の鋼矢板壁頭部を互いにタイロッド等で結び、土圧によって鋼矢板壁同士が離れようとする力に対して抵抗させる。同時に鋼矢板下端部を非液状化層に十分に根入し、同じく鋼矢板壁を水平移動させようとする力に対抗させるとともに、鋼矢板壁および堤体の荷重を支持させて沈下を防ぐ。液状化層厚が厚い場合、鋼矢板が長くなり打設の難易度が上昇するだけでなく、鋼矢板を支持する点間の距離が離れる分、鋼矢板壁の剛性を大きくする必要があり、コストが上昇する。

鋼矢板壁同士が離れる方向に変形するのを抑える方法として、鋼矢板壁同士を連結する隔壁を設置することが挙げられる。隔壁には、鋼矢板を使用するのが一般的であるが、通常のＵ形鋼矢板やハット形鋼矢板は継手間の引張強度に関する規定がないため、鋼矢板壁同士が離れる方向に作用する力に対して破壊しないように設計することが難しい。特に鋼矢板壁と隔壁を結び付ける箇所の構造については、荷重が集中するため特別な補強が必要になると考えられる。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、鋼矢板の使用量を抑えることができ、施工コストを縮減することができる土堤の耐震補強構造を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る土堤の耐震補強構造は、支持層の上方が液状化層になっている基盤部上に形成された土堤の耐震補強構造であって、複数の直線形鋼矢板を、その継手部を連結させて円筒状で、かつ全ての直線形鋼矢板の下端部が液状化層内に位置しているように前記土堤に打設してなる円筒骨格体を、前記土堤の軸線方向に隣接させて連続して形成したことを特徴とするものである。

（２）本発明に係る土堤の耐震補強構造は、支持層の上方が液状化層になっている基盤部上に形成された土堤の耐震補強構造であって、複数の直線形鋼矢板を、その継手部を連結させて円筒状で、かつ一部の直線形鋼矢板の下端部が液状化層内に位置しているように前記土堤に打設してなる円筒骨格体を、前記土堤の軸線方向に隣接させて連続して形成したことを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、隣接する前記円筒骨格体を、単数又は複数の直線形鋼矢板で連結したことを特徴とするものである。

本発明においては、複数の直線形鋼矢板を、その継手部を連結させて円筒状で、かつ全ての直線形鋼矢板の下端部が液状化層内に位置しているように前記土堤に打設してなる円筒骨格体を、前記土堤の軸線方向に隣接させて連続して形成したので、基盤部の液状化層が厚い場合でも、鋼矢板の使用量を抑えることができ、施工コストを縮減することができる。
また、円筒骨格体は、液状化層を直線形鋼矢板で囲い込んでいるので、地盤が側方に移動するのを拘束し、液状化抑止効果も期待できる。
さらに、円筒骨格体を形成している直線形鋼矢板の下端部が液状化層内に位置しているので、地震時において液状化層が液状化した際に、液状化層が免震層と類似の作用を発現し、堤体へ揺れが伝わるのを緩和できる。

本発明の一実施の形態に係る土堤の耐震補強構造の説明図であって、縦断面を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る土堤の耐震補強構造の説明図であって、平面視した状態の図である。 直線形鋼矢板の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る土堤の耐震補強構造の他の態様の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る土堤の耐震補強構造の説明図であって、縦断面を示す図である。 実施例に示した本発明例の設計例を示した図である。 実施例に示した比較例の設計例を示した図である。

［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係る土堤の耐震補強構造１は、図１に示すように、基盤部３上に形成された土堤５に複数の直線形鋼矢板７を、その継手部７ａを連結させて円筒状に前記土堤５に打設してなる円筒骨格体９を、土堤５の軸線方向に隣接させて複数形成したものである。
以下、各構成要件を詳細に説明する。

＜土堤＞
土堤５は、支持層１１（非液状化層）とその上方の液状化層１３からなる基盤部３上に盛土によって形成されている。

＜直線形鋼矢板＞
直線形鋼矢板７は、図３に示すように、両端に設けられた主爪部と副爪部からなる継手部７ａと、継手部７ａ同士を繋ぐウェブ部７ｂとによって構成されている。図３に示すように、隣の直線形鋼矢板７の継手部７ａを連結することで、円筒骨格体９が形成される。
なお、直線形鋼矢板７の継手部７ａに作用する荷重としては、打設時に生じる圧縮力と引張力が主となるので、施工方法および地盤条件を考慮して最大荷重を算定し、それに耐えられる構造とすればよい。

＜円筒骨格体＞
円筒骨格体９は、直線形鋼矢板７を、その継手部７ａを連結させて円筒状に土堤５に打設して形成される。
本実施の形態における円筒骨格体９を形成する全ての直線形鋼矢板７の下端部は、図１に示すように、液状化層１３内に位置している。
また、円筒骨格体９は、図２に示すように、土堤５の軸線方向に隣接させて連続して形成されている。

直線形鋼矢板７による円筒骨格体９は、内部の土砂の土圧を円周方向に生じる引張力（フープテンション）に変換するため、直線形鋼矢板７の継手部７ａは引張力に耐えられえる強度を有している。
円筒骨格体９は、直線形鋼矢板７による円筒部と内部の土砂は一体となって挙動し、外力に対して抵抗する構造となる。

円筒骨格体９を、堤体内のコアとして使用すると、基盤部３の液状化により法部が崩壊や沈下しても、コア部分には変形が生じない。また継手の引張抵抗によって形状を保持する構造であることから、土圧に抵抗するために下端部を支持層１１に根入れさせなくてもよい。また、同様の理由から隔壁も不要であり、原則として接続部も必要としない。

また、円筒骨格体９は、液状化層１３を直線形鋼矢板７で囲い込むことにより、地盤が側方に移動するのを拘束するので、液状化抑止効果が得られる可能性がある。

なお、隣接して配置された円筒骨格体９は、図４に示すように、直線形鋼矢板７を円弧状に連結してなるアーク部１９を介して接続するようにしてもよい。アーク部１９を介して円筒骨格体９を接続することで、円筒骨格体９同士の隙間から堤体を構成する土砂が流出するのを抑制するという効果が得られる。一方で、堤体を横切る方向で流れる地下水も遮断するため、堤体内および堤体近傍の地下水位が変化する可能性があることに留意が必要である。

以上のように、本実施の形態の土堤５の耐震補強構造は、複数の直線形鋼矢板７を、その継手部７ａを連結させて円筒状で、かつ全ての直線形鋼矢板７の下端部が液状化層１３内に位置しているように土堤５に打設してなる円筒骨格体９を、土堤５の軸線方向に隣接させて連続して形成したので、基盤部３の液状化層１３が厚い場合でも、鋼矢板の使用量を抑えることができ、施工コストを縮減することができる。
また、円筒骨格体９は、液状化層１３を直線形鋼矢板７で囲い込むことにより、地盤が側方に移動するのを拘束するので、液状化抑止効果が得られる。
さらに、円筒骨格体９を形成している直線形鋼矢板７の下端部が液状化層１３内に位置しているので、地震時において液状化層１３が液状化し免震層の作用を発現し、堤体に揺れが伝わるのを緩和できる。

［実施の形態２］
本実施の形態に係る土堤の耐震補強構造１７は、図５に示すように、円筒骨格体９を形成する一部の直線形鋼矢板７の下端部が液状化層１３内に位置し、他の直線形鋼矢板７の下端部が支持層１１内に位置するようにしたものである。
地震時において、円筒骨格体９自体が沈下しないためには、液状化層１３が液状化した場合においても円筒骨格体９の底面における地盤の支持力が堤体の自重を上回るようにする必要がある。
そのため、地盤の鉛直支持力が不足する場合には、円筒骨格体９を形成する直線形鋼矢板７の一部について縦方向の長さを長く設定し、支持層１１に根入れするようにする。
この場合も、鋼矢板セルの底面積は、鋼矢板壁の底面積に比べて圧倒的に大きいため、鋼矢板二重壁によるコアに比べて根入れ長を大幅に小さくでき、使用鋼材量を減らし、より対策コストを低減することもできる。

本発明の効果を確認するため、水位、すなわち荷重条件を同じにしたときに土堤５が転倒しないために必要とされる根入れ深さを発明例と従来例で比較するシミュレーション実験を行った。
図６は、本発明による設計例を示すものである。
円筒骨格体の直径はφ10186mm、砂質土のＮ値はＮ＝5、円筒骨格体の下端は液状化層内に位置し、根入れ深さは４．５０ｍ（Ｄ．Ｌ．＝-8.50ｍ）である。

図７は、本発明例と同じ条件において鋼矢板二重壁で設計した例である。なお、本設計においては、法部の影響については考慮しないものとした。
従来例では、根入れ深さは、８．５０ｍ（Ｄ.Ｌ.＝-12.5ｍ）である。

本発明に係る円筒骨格体９は、根入れ長が短いため、法線延長当たりの鋼重が6.2t/mであるのに対し、鋼矢板二重壁は7.9t/mとなる。なお鋼矢板二重壁の計算においては、隔壁は考慮していない。
このように、本発明例によれば、鋼重を大きく低減することができる。

１ 土堤の耐震補強構造（実施の形態１）
３ 基盤部
５ 土堤
７ 直線形鋼矢板
７ａ 継手部
７ｂ ウェブ部
９ 円筒骨格体
１１ 支持層
１３ 液状化層
１５ アーク部
１７ 土堤の耐震補強構造（実施の形態２）

Claims (3)

1. 支持層の上方が液状化層になっている基盤部上に形成された土堤の耐震補強構造であって、複数の直線形鋼矢板を、その継手部を連結させて円筒状で、かつ全ての直線形鋼矢板の下端部が液状化層内に位置しているように前記土堤に打設してなる円筒骨格体を、前記土堤の軸線方向に隣接させて連続して形成したことを特徴とする土堤の耐震補強構造。
2. 支持層の上方が液状化層になっている基盤部上に形成された土堤の耐震補強構造であって、複数の直線形鋼矢板を、その継手部を連結させて円筒状で、かつ一部の直線形鋼矢板の下端部が液状化層内に位置しているように前記土堤に打設してなる円筒骨格体を、前記土堤の軸線方向に隣接させて連続して形成したことを特徴とする土堤の耐震補強構造。
3. 隣接する前記円筒骨格体を、単数又は複数の直線形鋼矢板で連結したことを特徴とする請求項１又は２に記載の土堤の耐震補強構造。