JP2016204953A - 土留め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】土留め部材自体の弾性力を有効に利用して、土留め部材の変形を抑制できる土留め方法を提供すること。【解決手段】土留め壁１７の背面側２３となるウェブの外側９ａの面が凹である土留め部材３ａを、地盤１９に圧入したガイド土留め部材１の連結部５に連結部７ａを連結しつつ、曲がりを矯正するように弾性変形させて地盤１９に圧入する。次に、背面側２３となる内側１１ｂの面が凹である土留め部材３ｂを、土留め部材３ａの連結部７ａに連結部７ｂを連結しつつ、曲がりを矯正するように弾性変形させて地盤１９に圧入する。さらに、複数の土留め部材３を曲がりを矯正するように弾性変形させて地盤１９に圧入して土留め壁１７を構築する。その後、土留め部材３の弾性変形により発生する弾性力によって、背面側２３からの土圧による土留め壁１７の変形を抑制しつつ、土留め壁１７の掘削側２５の地盤１９を掘削する。【選択図】図２

Description

本発明は、土留め方法に関するものである。

従来、地下構造物を施工する際には、一般的に、土留め壁を利用する開削工法が用いられている。図５は、開削工法の概要を示す図である。図５に示すように、開削工法では、地盤１０１に土留め壁１０３を形成した後、必要に応じて支保工１０５を設置して、掘削側１０７の地盤１０１を掘削する。

図５に示すような開削工法において、都市部等で掘削背面の影響範囲に構造物が存在する場合は、土留め壁の変形を抑制する（例えば、１.０ｃｍ程度に）必要がある。しかし、一般的な鋼矢板を土留め壁１０３として用いる場合、掘削深度が比較的浅く（例えば、３ｍ程度）ても、自立土留め壁では変形が大きくなる。そのため、変形を抑制するには支保工１０５が必要となる。

図６は、土留め壁の応力と変位量の計算例を示す図である。図６では、地下水位がＧＬ−２．０ｍ、せん断抵抗角がΦ＝３０％の砂質土に鋼矢板を用いて土留め壁を設置し、種々の条件で掘削をする場合の土留め壁の応力と変位量の計算例を示す。

図６（ａ）は、自立土留め壁の鋼矢板応力が最大となるように掘削する例を示す図である。自立土留め壁の鋼矢板応力を許容応力度まで発生させると、図６（ａ）に示すように、深度３．５ｍまで掘削が可能であるが、土留め壁の変位が３６ｃｍ程度となり、土留め壁の背面地盤への影響が大きい。

図６（ｂ）は、自立土留め壁の変位が１．０ｃｍ以内となるように掘削する例を示す図である。土留め壁の背面地盤への影響を考えて変位を１．０ｃｍとすると、図６（ｂ）に示すように、掘削深度は１．６５ｍ程度となる。また、鋼矢板の応力は許容応力度の１／１２程度となる。

図６（ｃ）は、支保工を１段設置し、土留め壁の変位が１．０ｃｍ以内となるように掘削する例を示す図である。支保工を１段設置し、土留め壁の背面地盤への影響を考えて変位を１．０ｃｍとすると、図６（ｃ）に示すように、掘削深度は約３．１ｍとなる。また、鋼矢板の応力は許容応力度の１／７程度となる。

図６（ｄ）は、土留め壁の変位を１．０ｃｍ以内とし、深度３．５ｍまで掘削する例を示す図である。土留め壁の背面地盤への影響を考えて変位を１．０ｃｍとしつつ、深度３．５ｍまで掘削するには、図６（ｄ）に示すように、支保工を２段設置する必要がある。鋼矢板の応力は許容応力度の１／８程度となる。

図６（ｃ）、図６（ｄ）に示すように、支保工を設置すると、土留め壁の変位を抑制しつつ深く掘削することが可能となる。一方で、支保工を配置することによって、地下構造物の形状の制約や作業性の低下の問題がある。また、土留め壁の鋼矢板の応力は許容応力度の数％程度しか発揮されず、無駄が大きい。

そのため、支保工を設置せずに掘削深度を確保する方法が提案されている。図７は、曲げ剛性を高めた鋼矢板１１１を用いる例を示す図である。図７（ａ）は、鋼矢板１１１の斜視図を、図７（ｂ）は、鋼矢板１１１を土留め壁に用いて地盤１０９を掘削する例を示す。

図７（ａ）に示すように、鋼矢板１１１は、長手方向に緊張材１１３が配設される。緊張材１１３の端部には、アンカー金具１１５が設けられる。掘削工事では、地盤１０９に、ゆるみのない程度に緊張材１１３を緊張した状態の鋼矢板１１１を打設し、掘削を行う。そして、図７（ｂ）に示すように、掘削の進行に伴って鋼矢板１１１の変形が大きくなる場合には、アンカー金具１１５に加工されたネジを増し締めして緊張材１１３にさらに大きな緊張力を与え、鋼矢板１１１の変形を抑制する（例えば、特許文献１参照）。

また、道路工事等において、法面の切り土を少なくするために、塑性変形させた土留め部材を地中に設置して、内側を掘削する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−５０４４６号公報 特開平１１−２２９３７７号公報

しかしながら、土留め部材に緊張材を配設しておき、掘削後に緊張力を導入する方法では、装置が複雑になる。また、塑性変形させた土留め部材を用いて掘削する場合にも、背面土圧による土留め部材の変形は生じる。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、土留め部材自体の弾性力を有効に発生させて利用することにより、土留め部材の変形を抑制できる土留め方法を提供することである。

前述した目的を達成するために本発明は、土留め部材を掘削側に弾性変形させながら地盤に圧入して土留め壁を構築する工程ａと、前記土留め壁の掘削側の地盤を掘削する工程ｂと、を具備し、前記工程ｂ以降に、前記土留め部材の弾性変形により発生する弾性力によって、背面側の地盤の土圧による前記土留め壁の掘削側への変形を抑制することを特徴とする土留め方法である。

本発明によれば、土留め部材を弾性変形させつつ地盤に圧入し、掘削時に土留め部材自体の弾性力を有効に発生させて利用することにより、土留め壁の変形を抑制できる。

前記土留め部材は、例えば、前記背面側が凹となるように予め曲がった部材であり、前記工程ａで、曲がりを矯正しつつ地盤に圧入する。
前記土留め部材は、前記背面側が凹となるように予め塑性変形させた部材であり、前記工程ａで、曲がりを矯正しつつ地盤に圧入してもよい。
いずれの場合にも、土留め部材の曲がりを矯正する過程で土留め部材を弾性変形させて地盤に圧入することにより、弾性力を有効に発生させて、弾性力を利用して土留め壁の掘削側への変形を抑制できる。

前記工程ａで、前記土留め部材を曲がり矯正機構を介して前記地盤に圧入することにより、前記土留め部材を掘削側に弾性変形させてもよい。
曲がり矯正機構を介することにより、土留め部材を精度良く掘削側に弾性変形させることができる。

本発明では、予め地中に設置されたガイド土留め部材を用い、前記工程ａで、前記ガイド土留め部材の連結部に前記土留め部材の連結部を連結しつつ前記土留め部材を前記地盤に圧入することにより、前記土留め部材を掘削側に弾性変形させることが望ましい。
ガイド土留め部材の連結部に前記土留め部材の連結部を連結しつつ前記土留め部材を前記地盤に圧入することにより、土留め部材を弾性変形させて地盤に圧入する作業が容易になる。

本発明では、前記工程ｂで、前記地盤の掘削の深度に合わせて前記土留め壁の前記掘削側に支保工を設置してもよい。
本発明では、土留め部材自体の弾性力を利用して土留め壁の変形を抑制することにより、弾性力を利用しない場合と比較して、支保工の設置数を低減することができる。

本発明によれば、土留め部材自体の弾性力を有効に発生させて利用することにより、土留め部材の変形を抑制できる土留め方法を提供できる。

土留め壁の構築に用いる土留め部材を示す図 土留め壁１７を用いた土留め方法を示す図 地盤１９に土留め壁２を構築して掘削側２５を掘削したステップにおける各種値の計算例を示す図 曲がり矯正機構を用いる例を示す図 開削工法の概要を示す図 土留め壁の応力と変位量の計算例を示す図 曲げ剛性を高めた鋼矢板１１１を用いる例を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、土留め壁の構築に用いる土留め部材を示す図である。図１（ａ）はガイド土留め部材１の平面図、図１（ｂ）はガイド土留め部材１の側面図である。図１（ｃ）は土留め部材３ａの平面図、図１（ｄ）は土留め部材３ａの側面図である。図１（ｅ）は土留め部材３ｂの平面図、図１（ｆ）は土留め部材３ｂの側面図である。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、ガイド土留め部材１は、略まっすぐな通常のＵ型鋼矢板である。ガイド土留め部材１は、フランジに沿って連結部５を有する。

図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、土留め部材３ａは、Ｕ型鋼矢板である。土留め部材３ａは、ウェブの外側９ａが凹となるように予め曲がった部材として成型された部材とする。あるいは、略まっすぐな通常のＵ型鋼矢板を、ウェブの外側９ａが凹となるように予め塑性変形させた部材としてもよい。土留め部材３ａは、フランジに沿って連結部７ａを有する。

図１（ｅ）、図１（ｆ）に示すように、土留め部材３ｂは、Ｕ型鋼矢板である。土留め部材３ｂは、ウェブの内側１１ｂが凹となるように予め曲がった部材、あるいは、略まっすぐな通常のＵ型鋼矢板を、ウェブの内側１１ｂが凹となるように予め塑性変形させた部材とする。土留め部材３ｂは、フランジに沿って連結部７ｂを有する。

図２は、土留め壁１７を用いた土留め方法を示す図である。図２（ａ）は土留め壁１７の水平方向の断面図である。図２（ｂ）は土留め部材３の圧入方法を示す図である。図２（ｃ）は、土留め壁１７を設置した地盤１９の掘削前の状態を示す図、図２（ｄ）は、土留め壁１７を設置した地盤１９の掘削後の状態を示す図である。

図２（ａ）に示すように、土留め壁１７は、ガイド土留め部材１と、複数の土留め部材３とで構成される。土留め壁１７を構築するには、まず、ガイド土留め部材１を、内側１５が背面側２３、外側１３が掘削側２５となるように地盤１９に圧入する。そして、ガイド土留め部材１の連結部５に土留め部材３ａの連結部７ａを連結しつつ、土留め部材３ａを、外側９ａが背面側２３、内側１１ａが掘削側２５となるように地盤１９に圧入する。

次に、土留め部材３ａの連結部７ａに土留め部材３ｂの連結部７ｂを連結しつつ、土留め部材３ｂを、内側１１ｂが背面側２３、外側９ｂが掘削側２５となるように地盤１９に圧入する。その後、土留め部材３ａと土留め部材３ｂとを、連結部７ａと連結部７ｂとを連結しつつ交互に地盤１９に圧入する。ガイド土留め部材１や土留め部材３の地盤１９への圧入には、図２（ｂ）に示すように圧入機２１を用いる。

ガイド土留め部材１を圧入した後、土留め部材３ａの連結部７ａをガイド土留め部材１の連結部５に連結することにより、土留め部材３ａは、背面側２３が凹となるような曲がりを略真っ直ぐに矯正するように弾性変形させつつ、地盤１９に圧入される。その後も、各土留め部材３の連結部７を先行して圧入された隣接する土留め部材３の連結部７に連結することにより、各土留め部材３は、背面側２３が凹となるような曲がりを略真っ直ぐに矯正するように弾性変形させつつ、地盤１９に圧入される。

各土留め部材３を、上述したように弾性変形させつつ地盤１９に圧入することにより、地盤１９中に略垂直な土留め壁１７が構築される。ガイド土留め部材１は、地盤１９の掘削前に抜いてもよい。土留め壁１７の完成後、図２（ｄ）に示すように、土留め壁１７の掘削側２５の地盤１９を所定の深さまで掘削する。

図２（ａ）に示す例では、ガイド土留め部材１として、略まっすぐなＵ型鋼矢板を使用したが、ガイド土留め部材は地盤１９に圧入された時点で略まっすぐであればよい。つまり、予め弾性変形させつつ地中に設置された図１に示す土留め部材３をガイド土留め部材として使用しても良い。予め地中に設置された時に略まっすぐであれば、略まっすぐなＵ型鋼矢板等と同等の作用・機能を発揮できる。したがって、土留め部材３ｂを圧入する時は、土留め部材３ａがガイド土留め部材となる。

図２（ｃ）に示すように、土留め壁１７の掘削側２５の地盤１９を掘削していない状態では、背面側２３の地盤１９に、土留め壁１７から、土留め部材３の弾性変形により発生する弾性力によって矢印Ａに示すような力が加わる。また、背面側２３の地盤１９の土圧は、矢印Ｂに示すような受動土圧の状態となる。

図２（ｄ）に示すように、土留め壁１７の掘削側２５の地盤１９を掘削した状態では、背面側２３の地盤１９に、土留め壁１７から、土留め部材３の弾性変形により発生する弾性力によって矢印Ａに示すような力が加わる。また、背面側２３の地盤１９の土圧は、矢印Ｃに示すような主動土圧の状態となる。土留め部材３から加わる矢印Ａに示す方向の力が、地盤１９の主動土圧の矢印Ｄに示す方向の成分よりも大きい場合、土留め壁１７が掘削側２５に変形することはない。

以下に、土留め部材３ａ、土留め部材３ｂの曲がり具合の決定方法について述べる。土留め部材３の曲がり具合は、開削予定の地盤の性状や掘削深度に応じて、通常の土留め部材を用いて施工した場合の土留め部材の予測変位量を考慮して決定される。

例えば、図２に示すように、地盤１９に土留め壁１７を構築して掘削側２５を深度３．５ｍまで掘削する場合には、図３に示すように、地盤１９に通常のＵ型鋼矢板を用いて土留め壁２を構築して掘削側２５を深度３．５ｍまで掘削した場合の土留め壁２の変位量を考慮して、土留め部材３ａ、土留め部材３ｂの曲がり具合を決定する。

図３は、地盤１９に土留め壁２を構築して掘削側２５を掘削したステップにおける各種値の計算例を示す図である。地盤１９は、地下水位がＧＬ−２．０ｍ、せん断抵抗角がΦ＝３０％の砂質土である。図３では、地盤１９に通常のＵ型鋼矢板を打設して土留め壁２を構築し、掘削側２５の地盤１９を深度３．５ｍまで掘削した場合の、地盤１９の有効土圧、有効水圧、地盤バネを示している。また、各種学会等の基準に準拠して土圧や水圧から有効主働側圧、有効受働側圧を求め、有効側圧を土留め壁２に作用させた場合の土留め壁２の変位量、曲げモーメント、せん断力を示している。

図２に示すように、地盤１９に土留め壁１７を構築し、掘削側２５を深度３．５ｍまで掘削する場合、土留め壁１７を構成する土留め部材３ａは地盤１９の背面側２３となるウェブの外側９ａが凹となるように、土留め部材３ｂは地盤１９の背面側２３となるウェブの内側１１ｂが凹となるように、図３に示す変位量のグラフを左右反転させた形状とすることが望ましい。土留め部材３の形状は、図２（ｄ）に示す土留め壁１７から加わる矢印Ａに示す方向の力が、地盤１９の主動土圧の矢印Ｄに示す方向の成分よりも大きくなるような形状であればよい。

このように、本実施の形態によれば、地盤１９に圧入した際に背面側２３となる面が凹となるように予め曲がったまたは塑性変形させた部材である土留め部材３を、曲がりを矯正するように弾性変形させつつ地盤１９に圧入し、掘削側２５の地盤１９を掘削する際に土留め部材３自体の弾性力を利用することにより、背面側２３からの土圧による土留め壁１７の変形を抑制できる。

また、土留め壁１７を構築する際に、先行して地盤１９に圧入したガイド土留め部材１をガイドとして用いて後行する土留め部材３ａを圧入することにより、土留め部材３ａの曲がりを容易に矯正できる。さらに、先行して曲がりを矯正しつつ圧入した土留め部材３をガイドとして用いて後行する土留め部材３を圧入することにより、後行する土留め部材３の曲がりも容易に矯正できる。

なお、本実施の形態では、支保工を用いない例について述べたが、土留め部材を弾性変形させつつ地盤に圧入して構築した土留め壁と支保工とを併用して土留めを行ってもよい。例えば、図６（ｃ）に示す条件で土留め壁と支保工とを併用して掘削する場合、図６（ｃ）に示す変位量のグラフを左右反転させた形状の土留め部材を用いれば、地盤の掘削時に土留め壁の変形を抑制できる。土留め壁と支保工とを併用する場合、支保工の設置深さは、例えば５ｍ掘って４．５ｍの位置に支保工を設置し、さらに１０ｍまで掘って９．５ｍの位置に支保工を設置する等、地盤の切削深さに応じて決定する。

本実施の形態では、図１に示すように、上端付近のみが曲がった形状の土留め部材を用いたが、土留め部材の形状はこれに限らない。土留め部材の形状は、地盤の性状や掘削深さに応じて決定され、曲がりを矯正しつつ土留め部材を圧入して形成した土留め壁から背面側の地盤に加わる力が、地盤の掘削時に背面側の地盤から土留め壁に加わる土圧の水平方向成分よりも大きくなればよい。土留め部材は、Ｕ型鋼矢板に限らず、丸鋼やＨ鋼を用いた鋼矢板でもよい。

本実施の形態では、略真っ直ぐなガイド土留め部材１を用い、土留め部材３を略真っ直ぐに矯正するように弾性変形させたが、ガイド土留め部材の形状は略真っ直ぐに限らない。ガイド土留め部材の曲がりは、土留め部材の曲がりと異なる曲りであればよく、所望の形状に弾性変形させながらガイドさせることができるものであればよい。また、土留め壁を構築する際に、ガイド土留め部材を所定の本数おきに配置してもよい。

また、土留め部材３ａ、３ｂを地上で弾性変形を加えながら地盤１９に圧入することが可能であれば、ガイド土留め部材１は必ずしも必要ではない。

本実施の形態では、図２（ｂ）に示すように圧入機２１を用いて土留め部材３等を地盤１９に圧入したが、圧入機と曲がり矯正機構とを用いて土留め部材３等を地盤１９に圧入しもよい。図４は、曲がり矯正機構を用いる例を示す図である。

図４（ａ）は、圧入機２１ａの下方に曲がり矯正機構２７を配置した例を示す。図４（ｂ）、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す矢印Ｅ−Ｅによる断面図である。図４（ａ）に示す例では、圧入機２１ａの下方に配置した曲がり矯正機構２７を介して、土留め部材３を掘削側２５に弾性変形させつつ地盤１９に圧入する。

曲がり矯正機構２７の断面には、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す２種類のパターンがある。図１に示す土留め部材３ａを地盤１９に圧入する際には、図４（ｂ）に示すような、土留め部材３ａに対応する形状の貫通孔２９ａが上下方向に真っ直ぐに形成された曲がり矯正機構２７ａが用いられる。図１に示す土留め部材３ｂを地盤１９に圧入する際には、図４（ｃ）に示すような、土留め部材３ｂに対応する形状の貫通孔２９ｂが上下方向に真っ直ぐに形成された曲がり矯正機構２７ｂが用いられる。

図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す例では、圧入機２１ａおよび曲がり矯正機構２７に図１に示す土留め部材３を通し、上下方向に真っ直ぐに設けられた貫通孔２９によって土留め部材３を掘削側２５に弾性変形させつつ、圧入機２１ａで土留め部材３を地盤１９に圧入する。

図４（ｄ）は、圧入機２１ｂの下方に曲がり矯正機構３１を配置した例を示す。曲がり矯正機構３１は、土留め部材３を掘削側２５に押す油圧ジャッキ３３を上半部内に有し、背面側２３に押す油圧ジャッキ３３を下半部内に有する。図４（ｄ）に示す例では、圧入機２１ｂおよび曲がり矯正機構３１に図１に示す土留め部材３を通し、曲がり矯正機構３１の油圧ジャッキ３３を制御して土留め部材３を掘削側２５に弾性変形させつつ、圧入機２１ｂで土留め部材３を地盤１９に圧入する。

１………ガイド土留め部材
２、１７………土留め壁
３、３ａ、３ｂ………土留め部材
５、７、７ａ、７ｂ………連結部
９、９ａ、９ｂ、１５………内側
１１、１１ａ、１１ｂ、１３………外側
１９………地盤
２１、２１ａ、２１ｂ………圧入機
２３………背面側
２５………掘削側
２７、３１………曲がり矯正機構

Claims (6)

1. 土留め部材を掘削側に弾性変形させながら地盤に圧入して土留め壁を構築する工程ａと、
   前記土留め壁の掘削側の地盤を掘削する工程ｂと、
   を具備し、
   前記工程ｂ以降に、前記土留め部材の弾性変形により発生する弾性力によって、背面側の地盤の土圧による前記土留め壁の掘削側への変形を抑制することを特徴とする土留め方法。
2. 前記土留め部材は、前記背面側が凹となるように予め曲がった部材であり、前記工程ａで、曲がりを矯正しつつ地盤に圧入することを特徴とする請求項１記載の土留め方法。
3. 前記土留め部材は、前記背面側が凹となるように予め塑性変形させた部材であり、前記工程ａで、曲がりを矯正しつつ地盤に圧入することを特徴とする請求項１記載の土留め方法。
4. 前記工程ａで、前記土留め部材を曲がり矯正機構を介して前記地盤に圧入することにより、前記土留め部材を掘削側に弾性変形させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の土留め方法。
5. 予め地中に設置されたガイド土留め部材を用い、
   前記工程ａで、前記ガイド土留め部材の連結部に前記土留め部材の連結部を連結しつつ前記土留め部材を前記地盤に圧入することにより、前記土留め部材を掘削側に弾性変形させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の土留め方法。
6. 前記工程ｂで、前記地盤の掘削の深度に合わせて前記土留め壁の前記掘削側に支保工を設置することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の土留め方法。

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