JP2016180223A - 山留架構およびその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】山留壁の背面側の敷地が狭い場合や、山留壁の背面にアンカー定着地盤がない場合であっても、短工期で掘削できる山留架構を提供すること。
【解決手段】山留架構１は、鉛直方向に延びる山留壁１０と、この山留壁１０の掘削領域側とは反対側の地盤に設けられた複数の控え杭２０と、控え杭２０同士を連結する第２腹起し２２と、山留壁１０と控え杭２０とを緊張状態で連結している連結部材３０と、を備える。本発明によれば、山留壁１０の背面側の敷地が狭い場合でも、山留壁１０の背面側に控え杭２０を打ち込むスペースを確保できればよく、山留壁１０を支持できる。また、山留壁１０の高さが高い場合であっても、連結部材３０で山留壁１０を背面側に引っ張るので、山留壁１０を支持できる。また、山留壁１０の掘削領域側に山留架構１のための構造物が不要となるので、掘削作業に手間がかからないから、短工期で山留架構１を構築できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、掘削領域を囲んで構築される山留壁を含む山留架構、および、その構築方法に関する。

従来より、山留壁の支持方法として、第１に、山留壁の掘削領域側に控え杭や梁材を設けて、これら控え杭や梁材により山留壁を支持する方法（特許文献１参照）がある。また、第２に、山留壁を構成する部材の強度や厚みを大きくして、山留壁自体の強度を向上させて自立させる方法がある。
また、第３に、山留壁の背面の地盤に控え杭を打設し、この控え杭と山留壁をタイロッド（繋ぎ材）で連結するタイロッド構法がある（特許文献２参照）。

特許第４８２０２７６号公報 特開２０１４−５６５０号公報

日本建築学会関東支部編：プレストレストコンクリート構造の設計―構造計算のすすめ方・５―、１９８８．１０、第２版

しかしながら、第１の方法では、これら構造物が掘削作業の邪魔になるので、掘削作業に手間がかかって、工期が長期化する、という問題があった。
また、第２の方法では、山留壁を構成する部材の強度に限界があるため、掘削深さが深くなると、山留壁の高さが高くなってしまい、対応できない場合があった。

そこで、第１の方法および第２の方法の問題を解決するため、山留壁に地盤アンカーを打設することが提案されている。しかし、地盤アンカー工法の場合、山留壁の背面側にある程度広い敷地が必要であった。また、山留壁に設ける地盤アンカーの取付け高さ位置より下方側にアンカーの定着地盤が存在しない場合には、使用出来なかった。よって、一般的には、アンカー長としては、２０ｍ程度が必要であった。

また、第３の方法では、控え杭は非掘削領域の地盤中に単独で打ち込まれており、山留壁はタイロッドを介して控え杭単体で支持されている。よって、地盤中に打ち込まれた複数の控え杭同士は連結されておらず、複数の控え杭が群をなして山留壁の傾斜を抑止することはできなかった。よって、複数の控え杭が一体として自立して抵抗することはできていなかった。

また、タイロッドは、特殊な係合部材を介して控え杭と連結されており、一般的に、構造材としてのＰＣ鋼材（鉄筋やＰＣ鋼棒、あるいはＰＣ鋼より線）に緊張力を導入してプレストレスト架構体を構築する際には、ＰＣ鋼材には規格降伏強度の７０％〜８０％程度の緊張力相当の引張力が導入させるため、係合部材が破断するおそれがあった（非特許文献１参照）。よって、タイロッド材の弛み防止を目的として導入する緊張力程度であれば、ターンバックル等でタイロッド同士を連結することが可能であったが、山留壁と、控え杭と、緊張力が導入された連結部材によって山留架構を形成させるには、連結部材の両端部には構造材を定着させる程度の定着具が必要であった。

また、タイロッドの周囲に埋め戻られた土によって形成される地盤上を工事車両などが通行した際には、車両重量が地盤を介してタイロッドに直接加わり、引張部材であるタイロッドにせん断力が作用して部材耐力が低下する、という問題があった。

以上のような課題を踏まえて、本発明は、山留壁の背面側の敷地が狭い場合や、山留壁の背面に所定の空間があればアンカー定着地盤がない場合であっても、山留壁を高強度部材によって形成したり、山留壁の本体壁を厚くしたりすることなく、短工期で構築できる山留架構およびその構築方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、地盤アンカーを用いない山留架構として、山留壁の背面の地盤に複数の控え杭を打ち込み、控え杭同士を連結部材で接続させた控え杭の群体と、山留壁と、緊張力を導入した連結部材により構成される山留架構を地盤中に構築することによって、山留壁と控え杭とが一体となり地震時に作用する水平荷重に対してせん断抵抗できることに着眼して、山留壁の掘削領域側への傾斜やせり出しを防止できる山留架構を発明するに至った。

第一の発明の山留架構（例えば、後述の山留架構１）は、鉛直方向に延びる山留壁（例えば、後述の山留壁１０）と、当該山留壁の掘削領域側とは反対側の地盤に設けられた複数の控え杭（例えば、後述の控え杭２０）と、前記山留壁と前記控え杭とを緊張状態で連結している連結部材（例えば、後述の連結部材３０）と、を備え、前記連結部材は、外周面にねじが形成されたねじふし鉄筋（例えば、後述のねじふし鉄筋３１）と、前記山留壁に係止して前記ねじふし鉄筋が貫通する第１定着部材（例えば、後述の第１定着部材３２）と、前記控え杭に係止して前記ねじふし鉄筋が貫通する第２定着部材（例えば、後述の第２定着部材３３）と、前記ねじふし鉄筋の両端部に螺合されて前記第１定着部材および前記第２定着部材に係止された締付部材（例えば、後述の第１ナット３４、第２ナット３５）と、を備えることを特徴とする。また、複数の控え杭同士は、腹起し部材で連結されていなく、山留壁とそれぞれの控え杭が、緊張力が導入された連結部材で連結されていてもよい。

第二の発明の山留架構は、前記控え杭同士を連結する腹起し部材（例えば、後述の第２腹起し２２）をさらに備えることを特徴とする。

この発明によれば、山留壁の背面側の地盤に控え杭を設けて、この控え杭と山留壁とを連結部材で連結して緊張力を導入した。よって、山留壁の背面側の敷地が狭い場合でも、山留壁の背面側に控え杭を打ち込むスペースを確保できればよく、控え杭と山留壁とを接続する連結部材に予備緊張（プレロード）を与えておくことで、山留壁に作用する土圧によって生じる山留壁のせり出し変形分を予め控え杭側に引張っておくことができる。また、山留壁の掘削領域側に山留架構のための構造物が不要となるので、掘削作業に手間がかからないから、短工期で山留架構を構築できる。また、複数の控え杭同士が腹起し部材で連結されていることで、複数の控え杭と腹起し部材が一体となって山留壁のせり出し変形分を抑制することができる。

また、ねじふし鉄筋、定着部材、および締付部材を含んで連結部材を構成した。よって、締付部材を回転させるだけで、連結部材に導入する緊張力を容易に調整できる。また、ねじふし鉄筋や締付部材には、既製品を利用できるので、簡易に、かつ少ない部品数で連結部材を構成できて、低コストである。よって、控え杭に定着させる連結部材の端部には、特別に制作された係合部材等は不要である。

第三の発明の山留架構は、前記ねじふし鉄筋は、地盤中に埋設されており、前記連結部材は、前記ねじふし鉄筋の少なくとも上面を覆う被覆部材（例えば、後述の被覆部材３６）をさらに備えることを特徴とする。

この発明によれば、山留壁と控え杭を連結する連結部材（ねじふし鉄筋）については、少なくとも上面を被覆部材で覆い、連結部材の外周囲に空間を確保したのでで山留壁の背面側の埋戻し土が連結部材に接することはなく、地盤上の積載荷重等が土を介して、直接、連結部材に局所的に作用しない。連結部材と土との間に、非接触領域を確保することで、連結部材に及ぼす土の影響を除いた。また、ねじふし鉄筋を地盤中に埋設することで、土砂によりねじふし鉄筋の変形を拘束し、山留壁をより確実に支持できる。また、山留壁と控え杭で形成された山留架構の周囲に土を埋め戻すことで、山留架構の変形を拘束し、鉛直剛性およびせん断剛性を向上させた。

また、山留壁と控え杭との間の領域では、地中にねじふし鉄筋が配置されているので、この山留壁と控え杭との間の領域で作業すると、地中のねじふし鉄筋に鉛直荷重がかかって、導入した緊張力が変化してしまうおそれがある。
しかしながら、この発明によれば、ねじふし鉄筋の少なくとも上面を覆う被覆部材を設けたので、山留壁と控え杭との間の領域で作業しても、ねじふし鉄筋には引張力以外の荷重が作用するのを防ぐことができる。よって、この山留壁と控え杭との間の領域の地盤面上を作業スペースとして活用できる。

第四の発明の山留架構の構築方法は、地盤中に鉛直方向に延びる山留壁を構築する工程（例えば、後述のステップＳ１）と、当該山留壁の掘削領域とは反対側の地盤に複数の控え杭を打設する工程（例えば、後述のステップＳ２）と、前記山留壁と前記控え杭との間の地盤を、当該控え杭の上部が露出するまで掘削する工程（例えば、後述のステップＳ３）と、前記複数の控え杭の間に腹起し部材を架設して前記控え杭同士を連結する工程（例えば、後述のステップＳ４）と、前記山留壁と前記控え杭との間に連結部材を架設し、当該連結部材に緊張力を導入する工程（例えば、後述のステップＳ４、Ｓ５）と、前記連結部材の上に土を埋め戻す工程（例えば、後述のステップＳ６）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、山留壁の背面側の敷地が狭い場合や、山留壁の背面に所定の空間があればアンカー定着地盤がない場合であっても、高強度材料を使用したり、山留壁の本体壁を厚くすることなく山留壁を短工期にて構築できる。

本発明の一実施形態に係る山留架構の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面位置における平面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 実施形態に係る山留架構を構築する手順のフローチャートである。 実施形態に係る山留架構を構築する手順の縦断面説明図（その１）である。 実施形態に係る山留架構を構築する手順の縦断面説明図（その２）である。 実施形態に係る山留架構を構築する手順の縦断面説明図（その３）である。 実施形態に係る山留架構を構築する手順の縦断面説明図（その４）である。 本発明の変形例に係る山留架構の縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る山留架構１の縦断面図であり、図２は、山留架構１のＡ−Ａ断面位置での平面図である。
本実施形態では、山留架構１は、鉛直方向に延びる山留壁１０と、この山留壁１０の掘削領域側とは反対側つまり背面側の地盤２に設けられた複数の控え杭２０と、これら控え杭２０同士を連結する第２腹起し２２と、山留壁１０と控え杭２０とを緊張力が導入された状態で連結する複数の連結部材３０と、を備える。

山留壁１０は、ＳＭＷ（Soil Mixing Wall）連続壁である。このＳＭＷ連続壁は、土とセメントスラリーとを原位置で混合して攪拌することで地中に造成された壁体であり、所定間隔おきにＨ形鋼が芯材１２として設けられている。

山留壁１０には、複数の芯材１２に跨がって、第１腹起し１３が架設される。
第１腹起し１３は、芯材１２の掘削領域側の側面に当接して配置されて、水平方向に延びている。この第１腹起し１３は、略コの字形状の溝形鋼を上下に背中合わせに配置して構成される。ここで、下側の溝形鋼を下段腹起し１４とし、上側の溝形鋼を上段腹起し１５とする。

控え杭２０は、山留壁１０に沿って所定間隔おきに複数配置され、これら複数の控え杭２０に跨がって、第２腹起し２２が架設される。

第２腹起し２２は、控え杭２０の掘削領域とは反対側の側面に当接して配置されて、水平方向に延びている。この第２腹起し２２は、略コの字形状の溝形鋼を上下に背中合わせに配置して構成される。ここで、下側の溝形鋼を下段腹起し２３とし、上側の溝形鋼を上段腹起し２４とする。

連結部材３０は、各控え杭２０について一対ずつ設けられている。
連結部材３０は、外周面にねじが形成されたねじふし鉄筋３１と、山留壁１０の第１腹起し１３に係止してねじふし鉄筋３１が貫通する第１定着部材３２と、控え杭２０の第２腹起し２２に係止してねじふし鉄筋３１が貫通する第２定着部材３３と、ねじふし鉄筋３１の両端部に螺合されて第１定着部材３２および第２定着部材３３に係止された締付部材としての第１ナット３４および第２ナット３５と、ねじふし鉄筋３１を覆う被覆部材３６と、を備える。

連結部材３０には、ＳＳ４００等の鋼材に比べて強度が高く軽量なねじふし鉄筋を使用した。また、第１定着部材３２と第１ナット３４、または、第２定着部材３３と第２ナット３５には、鋳物成形によってそれぞれが一体化された鋼製の定着具（既製品）を使用する。これによって、定着部材３２、３３を設置するとともに、ナット３４、３５で締め付ける工程を同時施工でき、短工期で緊張力を導入できる。また、連結部材３０の設置高さは、山留壁１０が掘削領域側に傾斜することを少ない鋼材量によって抑制するために、山留壁１０の高さの２／３以上の高さ位置に設置することが好ましい。

ねじふし鉄筋３１は、地盤２に埋設されており、一対のねじふし鉄筋３１が控え杭２０を挟んで配置されている。
ねじふし鉄筋３１の山留壁１０側の端部は、第１腹起し１３の下段腹起し１４と上段腹起し１５との間に配置されている。第１定着部材３２は、第１腹起し１３の掘削領域側の側面に配置され、第１ナット３４は、第１定着部材３２の上に配置されている。

ねじふし鉄筋３１の控え杭２０側の端部は、第２腹起し２２の下段腹起し２３と上段腹起し２４との間に配置されている。第２定着部材３３は、第２腹起し２２の掘削領域側とは反対側の側面に配置され、第２ナット３５は、第２定着部材３３の上に配置されている。

被覆部材３６は、円筒形状の樹脂製または鋼管であり、ねじふし鉄筋３１は、この被覆部材３６に挿通されている。図３に示すように、ねじふし鉄筋３１は、被覆部材３６内部の下端面に配置されており、これにより、ねじふし鉄筋３１の側方および上方には、空間が確保されている。

以下、山留架構１を構築する手順について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳ１では、図５に示すように、地盤２に鉛直方向に延びる山留壁１０を構築する。ステップＳ２では、図５に示すように、山留壁１０の掘削領域とは反対側つまり背面側の地盤２に控え杭２０を打設する。
ステップＳ３では、図６に示すように、山留壁１０の掘削領域側および背面側を掘削して、山留壁１０の上部および控え杭２０の上部を露出させる。

ステップＳ４では、図６に示すように、先ず、地盤面と平行方向に、山留壁１０の掘削領域の壁面側に第１腹起し１３を設置するとともに、複数の控え杭２０同士を第２腹起し２２で連結する。次に、山留壁１０と控え杭２０との間に、所定間隔を空けて連結部材３０を架設する。

具体的には、まず、第１腹起し１３の下段腹起し１４を架設するとともに、第２腹起し２２の下段腹起し２３を架設する。次に、ねじふし鉄筋３１を被覆部材３６に挿通して、このねじふし鉄筋３１を下段腹起し１４、２３の上に載置する。次に、ねじふし鉄筋３１の上に、第１腹起し１３の上段腹起し１５を架設するとともに、第２腹起し２２の上段腹起し２４を架設する。

ステップＳ５では、図７に示すように、連結部材３０に緊張力を導入する。
具体的には、第１腹起し１３の掘削領域側に、緊張用腹起し４０および油圧ジャッキ４１を取り付けて、この油圧ジャッキ４１により、ねじふし鉄筋３１を図７中左方向に引っ張ることで、ねじふし鉄筋３１に緊張力を導入する。この状態で、第１ナット３４を締め付けて緊張力を保持し、その後、油圧ジャッキ４１および緊張用腹起し４０を取り外す。

この段階では、山留壁１０と控え杭２０とを連結する連結部材３０に予め緊張力を導入する（プレロード）ことで、二次掘削以降の土圧作用によって山留壁１０が掘削領域側に傾斜していくせり出し分を、予め控え杭２０側に引っ張っておくことで、せり出しを抑制することができる。また、これにより構築段階の終盤において、山留壁１０の背面側に土を埋め戻した際に、山留壁１０に過大なせり出しなどが生じないようにした。

ステップＳ６では、図８に示すように、連結部材３０の上に土３を埋め戻す。このとき、ねじふし鉄筋３１が被覆部材３６内部の下端面に配置されるように、土砂を投入する。
また、複数の控え杭２０同士を連結する第２腹起し２２の周囲に土３を埋め戻すことで、第２腹起し２２の側面と埋戻し土３との接合面には支圧抵抗が形成される。よって、第２腹起し２２は、上述の連結部材３０と同様、埋め戻し土の土圧によって山留壁１０の掘削領域側への傾斜を抑制できる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）山留壁１０の背面側の地盤に控え杭２０を設けて、この控え杭２０と山留壁１０とを連結部材３０で連結して緊張力を導入した。よって、山留壁１０の背面側の敷地が狭い場合でも、山留壁１０の背面側に控え杭２０を打ち込むスペースを確保できればよく、山留壁１０を支持できる。また、山留壁１０の高さが高い場合であっても、連結部材３０で山留壁１０を背面側に引っ張るので、山留壁１０を支持できる。また、山留壁１０の掘削領域側に山留架構のための構造物が不要となるので、掘削作業に手間がかからないから、山留架構１を短工期で掘削できる。

（２）連結部材３０を構成するねじふし鉄筋３１は、ＳＳ４００等の鋼材に比べて、高強度で、軽量である。また、ねじふし鉄筋３１は、ねじふし鉄筋３１同士の継手部や端部の定着部に既製品の定着具を使用できる。よって、連結部材３０の定着方法として、溶接を行うことなく、全長に亘って品質の高い緊張材を構成できる。

（３）連結部材３０に導入する緊張力は、切梁を設置する際に使用する油圧ジャッキ４１を用いる。連結部材３０に予備緊張力を与えて、プレロード状態を実現して、連結部材３０に予め伸びを発生させることで、山留壁１０の変位を抑制することができる。また、従来工法では、タイロッド材に用いられているターンバックルによる緊張方法はたるみを取る程度であり、本願発明で想定している一般的なプレロード荷重（引張張力の７０〜９０％程度）相当は連結部材（タイロッド材）に与えることはできない。

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範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
本実施形態では、被覆部材３６を円筒形状としたが、これに限らず、ねじふし鉄筋３１の側方および上方に空間を確保できれば、どのような形状でもよい。例えば、被覆部材を、ねじふし鉄筋３１に上から被せる断面山形状としてもよい。

また、本実施形態では、連結部材３０をねじふし鉄筋３１としたが、施工場所等の影響で棒状の連結部材３０が設置出来ない場合には、連結部材３０を可とう性を有するＰＣ鋼より線としてもよい。
また、本実施形態では、連結部材３０の設置高さを地盤面からある程度掘り下げた位置としたが、これに限らず、図９に示す山留架構１Ａのように、連結部材３０を地盤面に近い位置に設置し、被覆部材を設けなくてもよい。

１、１Ａ…山留架構
２…地盤
３…土（埋め戻し土）
１０…山留壁
１２…芯材
１３…第１腹起し １４…下段腹起し １５…上段腹起し
２０…控え杭
２２…第２腹起し（腹起し部材） ２３…下段腹起し ２４…上段腹起し
３０…連結部材
３１…ねじふし鉄筋 ３２…第１定着部材 ３３…第２定着部材
３４…第１ナット（締付部材） ３５…第２ナット（締付部材）
３６…被覆部材 ４０…緊張用腹起し ４１…油圧ジャッキ

Claims (4)

1. 鉛直方向に延びる山留壁と、
   当該山留壁の掘削領域側とは反対側の地盤に設けられた複数の控え杭と、
   前記山留壁と前記控え杭とを緊張状態で連結している連結部材と、を備え、
   前記連結部材は、外周面にねじが形成されたねじふし鉄筋と、
   前記山留壁に係止して前記ねじふし鉄筋が貫通する第１定着部材と、
   前記控え杭に係止して前記ねじふし鉄筋が貫通する第２定着部材と、
   前記ねじふし鉄筋の両端部に螺合されて前記第１定着部材および前記第２定着部材に係止された締付部材と、を備えることを特徴とする山留架構。
2. 前記複数の控え杭同士を連結する腹起し部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の山留架構。
3. 前記ねじふし鉄筋は、地盤中に埋設されており、
   前記連結部材は、前記ねじふし鉄筋の少なくとも上面を覆う被覆部材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の山留架構。
4. 地盤中に鉛直方向に延びる山留壁を構築する工程と、
   当該山留壁の掘削領域とは反対側の地盤に複数の控え杭を打設する工程と、
   前記山留壁と前記控え杭との間の地盤を、当該控え杭の上部が露出するまで掘削する工程と、
   前記複数の控え杭の間に腹起し部材を架設して前記控え杭同士を連結する工程と、
   前記山留壁と前記控え杭との間に連結部材を架設し、当該連結部材に緊張力を導入する工程と、
   前記連結部材の上に土を埋め戻す工程と、を備えることを特徴とする山留架構の構築方法。

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