JP2020197091A

JP2020197091A - 山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置

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Publication number: JP2020197091A
Application number: JP2019104721A
Authority: JP
Inventors: 直寛濁川; Naohiro Nigirikawa; 浅香　美治; Miharu Asaka; 美治浅香
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-12-10

Abstract

【課題】各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることのできる山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置を提供する。【解決手段】地盤を所定の掘削幅Ｂ、奥行きＬ、深さｈで掘削した際の山留め壁３に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁３から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力σｚを適用するとともに、除荷時における側方応力σｈの残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば洪積地盤における山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置に関するものである。

従来、山留め壁の応力および変形は、山留め壁に作用する荷重および抵抗を適切に評価し、各次掘削段階について力の釣り合いを解いて算定している。掘削側の抵抗にあたる掘削側側圧は、掘削土塊の排土による除荷や山留め壁の変形などの影響を受け、背面側土圧よりも複雑な力学挙動を示す。建築学会指針（ＡＩＪ指針）では、簡単かつ安全側の評価のため一次元除荷を想定し、掘削側側圧を各次掘削の根切り床から算定することを推奨している。しかしながら、軟弱な沖積粘性土が主体の沖積地盤においては、この方法による山留め壁の変形計算は、最終掘削時での床付け付近での変位を過大に評価する傾向にあることが指摘されている。

一方、洪積地盤の場合は、セメンテーションなどの年代効果の影響を受けて、沖積地盤とは異なる力学特性を示す。図５は、洪積土を対象としたＫ_０除荷試験の結果である。この図には、除荷時の側方応力の変化量は鉛直応力の変化量と比べて小さく、側方応力の残留は大きいことが示されている。したがって、洪積地盤の山留め壁に作用する掘削側側圧を適切に評価するためには、この残留応力の効果を考慮する必要がある。

なお、山留め工事の地盤掘削時における構造物の変状を確認するためのモニタリング技術としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。

特開平８−１５１６３３号公報

このため、洪積地盤の山留め壁において、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることのできる方法が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることのできる山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る山留め壁の側圧評価方法は、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用するとともに、除荷時における側方応力の残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めることを特徴とする。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法は、上述した発明において、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力を差し引いて求められることを特徴とする。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法は、上述した発明において、地盤が洪積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の０．１倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であることを特徴とする。

また、本発明に係る山留め壁の側圧評価装置は、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する装置であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用するとともに、除荷時における側方応力の残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めることを特徴とする。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置は、上述した発明において、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力を差し引いて求められることを特徴とする。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置は、上述した発明において、地盤が洪積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の０．１倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であることを特徴とする。

本発明に係る山留め壁の側圧評価方法によれば、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用するとともに、除荷時における側方応力の残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるので、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法によれば、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力を差し引いて求められるので、掘削側側圧の評価に用いる鉛直応力を簡易に求めることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法によれば、地盤が洪積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の０．１倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であるので、評価の精度を高めることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る山留め壁の側圧評価装置によれば、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する装置であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用するとともに、除荷時における側方応力の残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるので、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置によれば、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力を差し引いて求められるので、掘削側側圧の評価に用いる鉛直応力を簡易に求めることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置によれば、地盤が洪積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の０．１倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であるので、評価の精度を高めることができるという効果を奏する。

図１は、本発明におけるＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による鉛直除荷応力の計算モデルを示す図である。図２は、山留め壁から０．１Ｂ離れた位置における鉛直除荷応力の補正係数αを示す図である。図３は、除荷時における軸応力・側方応力の低減比の関係を示す図である。図４は、除荷時における側方応力の残留効果に関する補正係数βを示す図である。図５は、従来のＫ_０圧密・除荷時の軸応力と側方応力の関係を示す図である。

以下に、本発明に係る山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜山留め壁の側圧評価方法＞
まず、本発明の山留め壁の側圧評価方法の実施の形態について説明する。
本実施の形態に係る山留め壁の側圧評価方法は、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用するとともに、除荷時における側方応力の残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるものである。掘削される地盤としては、洪積地盤を想定している。

本実施の形態が適用される計算モデルを図１に示す。この図に示すように、排土される掘削土塊１（奥行きＬ，掘削幅Ｂ，掘削深さｈ）を除荷重として根切り底面２に作用させる。山留め壁３から０．１Ｂの水平距離だけ離れた位置、かつ根切り底からの深さｚにおける鉛直応力σ_ｚ（=γ_ｔｚ−ｐ_ｗｐ）は、掘削前の一次元鉛直土被り圧σ_ｚ０（＝γ_ｔ（ｚ＋ｈ）−ｐ_ｗｐ）からＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力Δσ_ｚ（ｅ）を差し引いて求める。ここに、γ_ｔ：土の湿潤単位体積重量、ｐ_ｗｐ：根切り底からの深さｚにおける掘削側の水圧である。

山留め壁に作用する掘削側側圧Ｐ_ｐの計算は、建築学会指針に倣いランキン・レザール式により求まる主働土圧に基づく方法（以下、ランキン・レザール法という。）を用いる。

（ＡＩＪ指針による側圧Ｐ_ｐ）

ここに、ｃ：土の粘着力、φ：土の内部摩擦角である。ランキン・レザール法による計算に、Ｓｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力を取り入れた鉛直応力を用いると次式が得られる。

（沖積地盤の側圧Ｐ_ｐ’）

ここに、σ_ｚ：根切り底からの深さｚにおける鉛直土被り圧、Δσ_ｚ（ｅ）：掘削土塊の排土による除荷応力である。（３）式を変形すると次式が得られる。

ここで、Δσ_ｚ（ｅ）／Δσ_{ｚ（１Ｄ）}＝αとして（４）式を整理すると次式が得られる。なお、αは鉛直除荷応力の補正係数である。

ランキン・レザール法を修正した（６）式は、沖積地盤の側圧に対応し、除荷時における側方応力σ_ｈの残留応力の効果は考慮されていない。（６）式中のαは、例えば図２に示すようなチャートから読み取ることができる。図２中の縦軸は根切り底からの深さｚと掘削幅Ｂの比であり、横軸はＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力Δσ_ｚ（ｅ）と一次元除荷応力Δσ_{ｚ（１Ｄ）}の比（＝α：補正係数）である。

洪積砂の載荷・除荷挙動について、横軸を軸応力（鉛直応力）の低減比（＝除荷後の応力／初期応力）、縦軸を側方応力の低減比で整理したものを図３に示す。沖積地盤の場合、一般にセメンテーションなどの年代効果は小さいため、除荷時の軸応力と側方応力の変化量はほぼ１：１に対応する。洪積地盤の場合は、残留応力の効果から図４のように対応する。

（６）式の適用範囲を洪積地盤に拡張する場合、図４から求まる残留応力に関する補正係数βを（６）式に取り入れた次式によって、山留め壁に作用する掘削側側圧Ｐ_ｐ’’を計算する。なお、補正係数βは、軸応力の低減比ａと側方応力の低減比ｂの比（＝ｂ／ａ）である。

（本発明による洪積地盤の側圧Ｐ_ｐ’’）

実用上は、あらかじめ図２、図３のチャート、図４の対応表を作成しておき、図２のチャートから補正係数αを読み取るとともに、図３や図４から補正係数βを読み取り、ランキン・レザール法を修正した（７）式を用いて掘削側側圧を計算することで、現実に即した掘削側側圧の深度分布を設定する。

本実施の形態によれば、洪積地盤に山留め壁を施工する際の設計計算において、山留め壁から０．１Ｂだけ離れた位置における鉛直除荷応力の補正係数αを求めるチャート（図２を参照）、除荷時における側方応力の残留効果に関する補正係数βを求めるチャート（図３を参照）、対応表（図４を参照）、およびランキン・レザール法を修正した（７）式を併用することで、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができる。現実に即した掘削側側圧の深度分布を設定することが可能なため、最終掘削時に山留め壁に生じる変形の計算精度が向上する。

なお、上記の実施の形態においては、山留め壁から掘削側に０．１Ｂの距離だけ離れた位置における鉛直応力を用いる場合を例にとり説明したが、本発明の距離はこれに限るものではない。例えば、事前に地盤の特性等に応じて、最終掘削時における山留め壁変位の実測値を近似できる距離を検討しておき、その距離だけ離れた位置における鉛直応力を用いてもよい。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。

＜山留め壁の側圧評価装置＞
次に、本発明の山留め壁の側圧評価装置の実施の形態について説明する。
本実施の形態に係る山留め壁の側圧評価装置は、上記の山留め壁の側圧評価方法を装置として具現化したものであり、例えばＣＰＵを有するコンピュータと、データを記憶するメモリと、データを入力するキーボードと、データを出力するディスプレイなどにより構成される。コンピュータが、メモリやキーボード等を通じて入力された地盤・施工条件データ、図２〜図４のデータに基づいて、上記の（７）式の計算を実行し、その結果をディスプレイなどに出力させることで、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に把握することができる。

以上説明したように、本発明に係る山留め壁の側圧評価方法によれば、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用するとともに、除荷時における側方応力の残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるので、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができる。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法によれば、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力を差し引いて求められるので、掘削側側圧の評価に用いる鉛直応力を簡易に求めることができる。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法によれば、地盤が洪積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の０．１倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であるので、評価の精度を高めることができる。

また、本発明に係る山留め壁の側圧評価装置によれば、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する装置であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用するとともに、除荷時における側方応力の残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるので、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができる。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置によれば、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力を差し引いて求められるので、掘削側側圧の評価に用いる鉛直応力を簡易に求めることができる。

また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置によれば、地盤が洪積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の０．１倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であるので、評価の精度を高めることができる。

以上のように、本発明に係る山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置は、山留め壁の設計に有用であり、特に、洪積地盤における山留め工事の各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めるのに適している。

１掘削土塊
２根切り底面
３山留め壁
Ｌ奥行き
Ｂ掘削幅
ｈ掘削深さ

Claims

地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、
ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用するとともに、除荷時における側方応力の残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めることを特徴とする山留め壁の側圧評価方法。
鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力を差し引いて求められることを特徴とする請求項１に記載の山留め壁の側圧評価方法。
地盤が洪積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の０．１倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であることを特徴とする請求項１または２に記載の山留め壁の側圧評価方法。
地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する装置であって、
ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用するとともに、除荷時における側方応力の残留応力の効果を考慮して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めることを特徴とする山留め壁の側圧評価装置。
鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からＳｔｅｉｎｂｒｅｎｎｅｒの応力解による除荷応力を差し引いて求められることを特徴とする請求項４に記載の山留め壁の側圧評価装置。
地盤が洪積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の０．１倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であ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側圧評価装置。