JP2022045376A - 土留め構造及び土留め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二重土留め壁の剛性・強度アップを図ることが可能な土留め構造ならびに土留め方法を提供する。【解決手段】第１の壁体１１は、地盤に開削側と地山側とを仕切るように打ち込まれる。第２の壁体１２は、第１の壁体１１より地山側の地盤に、第１の壁体１１に対し間隔をあけて打ち込まれる。頭部連結材１３は、第１の壁体１１の頭部と第２の壁体１２の頭部とを連結固定し、内部連結材１４は、例えば平鋼からなり、打ち込み方向の中間位置で第１及び第２の壁体１１、１２を連結する。また、第１及び第２の壁体１１、１２と頭部連結材１３とは、コンクリートにより剛接合して、ラーメン構造をなすと共に、第１及び第２の壁体１１、１２間の地盤を拘束してもよい。また、第１び第２の壁体１１、１２は、内部連結材１４による連結状態で、地盤に同時に打ち込まれてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤の開削工事に際し、開削側（開削予定領域）と地山側（非開削領域）とを仕切って、施工場所に対する土留め（及び止水）を行う、土留め構造及び土留め方法に関する。

通常、開削工事で用いる土留め（山留め）は、鋼矢板やＨ鋼を打設して、土留め壁を構築し、土留め壁の剛性・耐力で、土圧・水圧に耐えて、開削場所の安全を確保する。
自立式土留めの場合、掘削の深さや地盤条件に応じて、土留め仕様（土留め壁仕様）が決定し、必要な鋼矢板やＨ鋼仕様が決定する。切梁やグラウンドアンカーなどの支保形式でも、その支保工仕様と土留め壁仕様のバランスで、全体の土留め仕様が決定する。

その中で、土留めの自立高さを高くする場合、あるいは、支保工仕様を簡素化する場合、それを支える土留め壁の仕様がアップする。

かかる場合の方策の１つとして、特許文献１に記載の土留め構造（二重土留め壁）が提案されている。
特許文献１に記載の土留め構造（二重土留め壁）は、
地盤に開削側と地山側とを仕切るように打ち込まれた第１の壁体と、
前記第１の壁体より地山側の地盤に、前記第１の壁体に対し間隔をあけて打ち込まれた第２の壁体と、
前記第１の壁体の頭部と前記第２の壁体の頭部とを連結する頭部連結材と、
を含んで構成され、
前記第１及び第２の壁体と前記頭部連結材とは、剛接合して、ラーメン構造をなすことを特徴とする。

特許文献１に記載の土留め構造（二重土留め壁）によれば、第１の壁体の頭部と第２の壁体の頭部とが頭部連結材により連結されるのみならず、第１及び第２の壁体と頭部連結材とが、剛接合して、門型ラーメン構造をなしている。従って、第１及び第２の壁体の互いの頭部の変位及び回転が拘束されて、第１及び第２の壁体による二重土留め壁の剛性・強度アップを図ることができる。また、第１及び第２の壁体が互いに拘束されることで、第１及び第２の壁体間の地盤を拘束することができる。これにより、内部の地盤の剛性が二重土留め壁の剛性アップに大きく寄与する。

特開２０１９－１２７８２２号公報

本発明は、特許文献１に記載の土留め構造（二重土留め壁）を更に改善し、二重土留め壁の更なる剛性・強度アップを図ることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る土留め構造は、
地盤に開削側と地山側とを仕切るように打ち込まれた第１の壁体と、
前記第１の壁体より地山側の地盤に、前記第１の壁体に対し間隔をあけて打ち込まれた第２の壁体と、
前記第１の壁体の頭部と前記第２の壁体の頭部とを連結固定する頭部連結材と、
前記第１の壁体と前記第２の壁体とを打ち込み方向の中間位置で連結する内部連結材と、
を含んで構成される。

また、本発明に係る土留め方法は、
第１の壁体と第２の壁体とを互いに間隔をあけて平行にした状態で高さ方向の中間位置で内部連結材により連結する、内部連結工程と、
前記内部連結材による連結状態で、前記第１の壁体と前記第２の壁体とを、地盤に、前記第１の壁体が開削側と地山側とを仕切り、前記第２の壁体が前記第１の壁体より地山側に位置するように、同時に打ち込む、同時打ち込み工程と、
前記第１及び第２の壁体の打ち込み後に、前記第１の壁体の頭部と前記第２の壁体の頭部とを頭部連結材により連結固定する、頭部連結工程と、
を含む。

本発明によれば、第１及び第２の壁体を、頭部連結材により連結固定する他、打ち込み方向の中間位置で内部連結材により連結するので、第１及び第２の壁体の一体化効果、及び、第１及び第２の壁体間の地盤拘束効果を更に高め、二重土留め壁の更なる剛性・強度アップを図ることができる。

本発明の一実施形態として二重土留め壁を用いた開削工事の施工例を示す図 図１のＡ－Ａ及びＢ－Ｂ矢視図に相当する頭部及び内部連結構造の平面図 頭部連結材による頭部連結構造の具体例を示す図（正面図及び平面図） バイブロハンマーによる同時打ち込みの方法例を示す図 圧入機による同時打ち込みの方法例を示す工程図 他の実施形態として二重土留め壁を用いた開削工事の施工例を示す図 図６のＡ－Ａ及びＢ－Ｂ矢視図に相当する頭部及び内部連結構造の平面図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態として二重土留め壁を用いた開削工事（立坑を含む）の施工例を示す図である。図２は鋼矢板を用いた二重土留め壁の平面図で、（Ａ）は図１のＡ－Ａ矢視図に相当する頭部連結構造の平面図、（Ｂ）は図１のＢ－Ｂ矢視図に相当する内部連結構造の平面図である。

本実施形態の土留め構造体１０は、第１の壁体１１と、第２の壁体１２との二重構造（二重土留め壁）である。

本実施形態では、第１及び第２の壁体１１、１２を構成する壁部材として、鋼矢板（シートパイル）を使用する。
鋼矢板は、図２に示されるように、断面が台形形状に屈曲し、表裏の一方の面が凸面、他方の面が凹面をなし、両端に継ぎ手（ジョイント）を有している。従って、鋼矢板を表と裏を逆にして互い違いに列設し、隣り合う鋼矢板を継ぎ手同士でつなげることで、鋼矢板の列により土留め壁（壁体）を構築できる。

第１の壁体（鋼矢板）１１は、地盤（開削前の地盤）Ｇに、開削側と地山側とを仕切るように打ち込まれる。
第２の壁体（鋼矢板）１２は、第１の壁体１１より地山側の地盤に、第１の壁体１１に対し例えば１ｍ程度の間隔をあけて平行に打ち込まれる。
なお、第１の壁体１１の打ち込みと第２の壁体１２の打ち込みは、後述のように、同時に（一緒に）行われる。

本実施形態の土留め構造体１０は、更に、第１の壁体１１の頭部と第２の壁体１２の頭部とを連結固定する頭部連結材１３と、第１の壁体１１と第２の壁体１２とを高さ方向（打ち込み方向）の１～複数の中間位置（図では２箇所）で連結固定する内部連結材１４とを含む。

先ず、頭部連結材１３について説明する。
頭部連結材１３は、第１の壁体１１の頭部と第２の壁体１２の頭部とを連結固定し、連結固定することで、第１の壁体１１と第２の壁体１２とを剛接合して、ラーメン構造をなさしめる。
言い換えれば、第１及び第２の壁体１１、１２と頭部連結材１３とは、剛接合して、ラーメン構造（門型ラーメン構造）をなすと共に、第１及び第２の壁体１１、１２間の地盤を拘束する。

上記剛接合のための頭部連結材１３の具体的構造については、図３により説明する。
図３は頭部連結材による頭部連結構造の具体例を示し、（Ａ）は図１と同じ方向から見た頭部連結構造の正面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。

本実施形態の頭部連結材１３は、垂直面内でＸ字状に交差する接合鋼材（３３、３４）を含み、これらのクロス型の接合鋼材を用いて、第１及び第２の壁体１１、１２の頭部を連結固定する。

本実施形態の頭部連結材１３は、更に詳しくは、第１縦鋼材３１と、第２縦鋼材３２と、第１クロス鋼材３３と、第２クロス鋼材３４と、を含む。これらの鋼材はいずれもアングル材で、第１及び第２クロス鋼材３３、３４についてはアングル材の両端部を斜めに切断して用いる。

第１縦鋼材３１は、第１の壁体１１の頭部に溶接固定されて縦方向に配置される。
第２縦鋼材３２は、第２の壁体１２の頭部に溶接固定されて縦方向に配置される。
第１及び第２縦鋼材３１、３２のいずれも、アングル材の一辺に予めボルト挿通孔を形成しておき、他の辺を第１及び第２の壁体１１、１２の互いに対向する面に接しさせた状態で周囲を溶接する。

第１クロス鋼材３３は、その両端部が、第１縦鋼材３１の上部と第２縦鋼材３２の下部とにそれぞれボルト固定されて、斜め方向に配置される。
第２クロス鋼材３４は、その両端部が、第１縦鋼材３１の下部と第２縦鋼材３２の上部とにそれぞれボルト固定されて、斜め方向に配置される。
従って、第１クロス鋼材３３と第２クロス鋼材３４とは、Ｘ字状にクロスする。

ここで、第１及び第２クロス鋼材３３、３４のボルト挿通孔は予め形成しておいてもよいが、現場にて、第１及び第２縦鋼材３１、３２の溶接固定後に、第１及び第２縦鋼材３１、３２の孔位置を確認して、孔をあけるとよい。これにより、施工誤差を吸収可能となる。

このように、第１及び第２縦鋼材３１、３２と第１及び第２クロス鋼材３３、３４とを用い、第１及び第２クロス鋼材３３、３４が交差して取付けられることから、第１及び第２の壁体１１、１２の頭部連結部の剛性を大きくすることができる。

更に、第１及び第２クロス鋼材３３、３４の交差部３５をボルト固定することにより、より強固なトラス構造とすることができ、更なる剛性向上を期待できる。
また、第１及び第２縦鋼材３１、３２と第１及び第２クロス鋼材３３、３４との各ボルト固定部は、複数箇所でボルト固定する構成とするのが望ましいが、１箇所でボルト固定する構成となる場合は、第１及び第２クロス鋼材３３、３４の交差部３５をボルト固定することで、剛結合を確保することができる。

次に内部連結材１４について説明する（図１及び図２（Ｂ）参照）。
内部連結材１４としては、例えば、平鋼を用いる。そして、板面を打ち込み方向と平行にして（垂直面内に配置して）、横方向の両端部を第１及び第２の壁体１１、１２に溶接（あるいはボルト接合）により固定してある。

内部連結材１４は、第１及び第２の壁体１１、１２の高さ方向（打ち込み方向）の１～複数の中間位置に設け、その数は、必要な剛性に合わせて調整するが、少なくとも、特に曲げモーメントが大きくなる位置（例えば床付面付近の位置）に設けるのが望ましい。

なお、本実施形態では、図２に示されているように、鋼矢板からなる第１及び第２の壁体１１、１２は、凸形状が反対方向となる逆位相に配置し、内側に凸どうしの最短距離となる位置に、頭部連結材１３及び内部連結材１４を設置しているが、これに限るものではない。

例えば、逆位相の配置の場合、外側に凸どうしの最長距離となる位置に、頭部連結材１３又は内部連結材１４を設置してもよい。
また、鋼矢板からなる第１及び第２の壁体１１、１２を、凸形状が同方向となる同位相に配置してもよく、この場合、第１及び第２の壁体１１、１２間の距離は一定となるので、頭部連結材１３及び内部連結材１４はどこに設置してもよい。

次に上記の内部連結材１４を含む土留め構造体（二重土留め壁）１０の構築方法について説明する。

第１及び第２の壁体１１、１２の打ち込み工程の前に、第１の壁体１１と第２の壁体１２とを、互いに間隔をあけて平行にした状態で高さ方向の中間位置で、内部連結材１４により連結固定する（内部連結工程）。具体的には、第１及び第２の壁体１１、１２間の適当な位置に平鋼からなる内部連結材１４を配置し、その水平方向の両端部を第１及び第２の壁体１１、１２に溶接することで、第１及び第２の壁体１１、１２を連結固定する。

次に、内部連結材１４による連結状態で、第１の壁体１１と第２の壁体１２とを、地盤に同時に打ち込む（同時打ち込み工程）。このときにスムーズな打ち込みが可能となるように、内部連結材１４としては、平鋼を用い、板面を打ち込み方向と平行に配置している。打ち込み方向の断面積を極力小さくして、打ち込み負荷の増大を抑制するためである。

内部連結材１４を含む第１及び第２の壁体１１、１２の同時打ち込みについては、図４又は図５の方法により行うことができる。

図４はバイブロハンマーによる同時打ち込みの方法例を示す図である。
本例では、第１の壁体（鋼矢板）１１と第２の壁体（鋼矢板）１２とを打ち込み方向の中間位置（１～複数箇所）で内部連結材（平鋼）１４により連結した状態で、第１及び第２の壁体（鋼矢板）１１、１２の頭部に跨がるように、打ち込み用治具１０１を被せ、打ち込み用治具１０１の中央部にバイブロハンマー１０２をセットして、打ち込みを行う。

図５は圧入機（パイラー）による同時打ち込みの方法例を示す工程図である。
本例では、同時に打ち込む２つの壁体（鋼矢板）１１、１２に対応させて、２つの圧入機（パイラー）２０１、２０２を使用する。

図５（ａ）は、２つの圧入機２０１、２０２により２つの壁体１１、１２を途中まで打ち込んで停止したところであり、この段階で、地盤Ｇと圧入機２０１、２０２との間で、２つの壁体１１、１２を１つ目の内部連結材１４により連結する。
図５（ｂ）では、圧入機２０１、２０２による打ち込みを再開し、１つ目の内部連結材１４を地中に打ち込む。

図５（ｃ）では、圧入機２０１、２０２を停止し、地盤Ｇと圧入機２０１、２０２との間にて、２つの壁体１１、１２を２つ目の内部連結材１４により連結する。
図５（ｄ）では、圧入機２０１、２０２による打ち込みを再開し、２つ目の内部連結材１４も地中に打ち込む。

内部連結材１４を含む第１及び第２の壁体１１、１２の打ち込み後、図１に示される様に、第１の壁体１１の頭部と第２の壁体１２の頭部とを頭部連結材１３により連結固定する（頭部連結工程）。

なお、施工条件によっては、第１及び第２の壁体１１、１２が一緒に入る溝を作って、第１及び第２の壁体１１、１２を挿入して、第１及び第２の壁体１１、１２間に内部連結材１４を配置して溶接等により連結固定し、この後、溝内を埋め戻すようにすることも考えられる。

上記のようにして構築された土留め構造体（二重土留め壁）１０によれば、第１の壁体１１の頭部と第２の壁体１２の頭部とが頭部連結材１３により連結されるのみならず、第１及び第２の壁体１１、１２と頭部連結材１３とが、剛接合して、門型ラーメン構造をなしている。従って、第１及び第２の壁体１１、１２が一体化して、引っ張り及び圧縮に対抗できると共に、第１及び第２の壁体１１、１２の互いの頭部の変位及び回転が拘束されて、第１及び第２の壁体１１、１２による二重土留め壁の剛性・強度アップを図ることができる。

また、第１及び第２の壁体１１、１２が互いに拘束されることで、第１及び第２の壁体１１、１２間の地盤を拘束することができる。これにより、内部の地盤の剛性が二重土留め壁の剛性アップに大きく寄与する。特に砂地盤の場合、大きな剪断抵抗を持つので、より大きな剛性アップが得られる。従って、１つの土留め壁の剛性×２以上の剛性を発揮させることができる。

しかも、第１及び第２の壁体１１、１２が打ち込み方向の中間位置にて１～複数の内部連結材１４により連結されるので、第１及び第２の壁体１１、１２の一体化効果、及び、第１及び第２の壁体１１、１２間の地盤拘束効果を更に高め、二重土留め壁の更なる剛性・強度アップを図ることができる。

なお、第１及び第２の壁体１１、１２間の地盤による剛性アップ効果を更に高めるため、第１及び第２の壁体１１、１２間の地盤を補強するようにしてもよい。例えば、第１及び第２の壁体１１、１２間の地盤に固化材（薬液）を注入したり、ウェルポイント工法により、第１及び第２の壁体１１、１２間の地下水位を低下させたりしてもよい。

次に、本発明の他の実施形態について、図６及び図７により説明する。
図６は本発明の他の実施形態として二重土留め壁を用いた開削工事（立坑を含む）の施工例を示す図である。図７は鋼矢板を用いた二重土留め壁の平面図で、（Ａ）は図６のＡ－Ａ矢視図に相当する頭部連結構造の平面図、（Ｂ）は図６のＢ－Ｂ矢視図に相当する内部連結構造の平面図である。

本実施形態では、頭部連結材１３及び内部連結材１４として、図７に示されるような一対のＬ型鋼板５１、５２を使用する。

一対のＬ型鋼板５１、５２は、第１及び第２の壁体（鋼矢板）１１、１２にそれぞれ溶接等で固定されて互いに対向する方向に突出し、互いの先端が相手側を越えた位置で互いに反対方向に鉤状に屈曲する。従って、一対のＬ型鋼板５１、５２は、互いに対向する屈曲部５１ａ、５２ａを有する。

頭部連結材１３となる部分では、一対のＬ型鋼板５１、５２を方版（囲繞）するように、第１及び第２の壁体１１、１２の頭部間（一対の屈曲部５１ａ，５２ａ間を含む）にコンクリート５３が打設され、第１の壁体１１の頭部と第２の壁体１２の頭部とが一対のＬ型鋼板５１、５２とコンクリート５３とにより剛結される。

内部連結材１４となる部分では、一対のＬ型鋼板５１、５２の互いに対向する屈曲部５１ａ、５２ａ間に土砂が拘束されることで、互いの屈曲部５１ａ、５２ａがこれらの間に拘束される土砂を介して一体化し、これにより、第１及び第２の壁体１１、１２が地中にて実質的に連結される。

上記のように、頭部連結材１３として、コンクリート５３（及び一対のＬ型鋼板５１、５２）を用いて、第１の壁体１１の頭部と第２の壁体１２の頭部とをつなぐことで、第１及び第２の壁体１１、１２を一体化してもよい。なお、コンクリートに代えて、モルタルを用いたり、地盤改良材を用いたりすることもできる。

また、上記のように、内部連結材１４として、一対のＬ型鋼板５１、５２を用いて、互いの屈曲部５１ａ、５２ａがこれらの間に拘束される土砂を介して一体化するようにして、第１及び第２の壁体１１、１２を地中で連結してもよい。内部に挟まれた土砂を含めた噛み合わせ構造で、内部土のせん断抵抗が増強され、二重土留め壁全体の高剛性化を図ることができる。

ここで、図６及び図７の実施形態の頭部連結構造を図１及び図２の実施形態の内部連結構造と組み合わせてもよいし、図６及び図７の実施形態の内部連結構造を図１及び図２の実施形態の頭部連結構造と組み合わせてもよい。

なお、図示の実施形態はあくまで本発明を概略的に例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１０ 土留め構造体
１１ 第１の壁体（鋼矢板）
１２ 第２の壁体（鋼矢板）
１３ 頭部連結材
１４ 内部連結材（平鋼）
３１ 第１縦鋼材
３２ 第２縦鋼材
３３ 第１クロス鋼材
３４ 第２クロス鋼材
３５ 交差部
５１、５２ Ｌ型鋼板
５１ａ、５２ａ 屈曲部
５３ コンクリート
１０１ 打ち込み用治具
１０２ バイブロハンマー
２０１、２０２ 圧入機（パイラー）

Claims (6)

1. 地盤に開削側と地山側とを仕切るように打ち込まれた第１の壁体と、
   前記第１の壁体より地山側の地盤に、前記第１の壁体に対し間隔をあけて打ち込まれた第２の壁体と、
   前記第１の壁体の頭部と前記第２の壁体の頭部とを連結固定する頭部連結材と、
   前記第１の壁体と前記第２の壁体とを打ち込み方向の中間位置で連結する内部連結材と、
   を含んで構成される、土留め構造。
2. 前記第１及び第２の壁体は、それぞれ、鋼矢板の列により形成されることを特徴とする、請求項１記載の土留め構造。
3. 前記内部連結材は、平鋼であって、その板面が打ち込み方向と平行に配置されることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の土留め構造。
4. 前記内部連結材は、前記第１及び第２の壁体にそれぞれ固定されて互いに対向する方向に突出し、互いの先端が相手側を越えた位置で互いに反対方向に鉤状に屈曲する一対のＬ型鋼板を含み、
   前記一対のＬ型鋼板が、互いに対向する屈曲部間に拘束される土砂を介して連結することを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の土留め構造。
5. 前記頭部連結材、及び、前記内部連結材は、前記第１及び第２の壁体にそれぞれ固定されて互いに対向する方向に突出し、互いの先端が相手側を越えた位置で互いに反対方向に鉤状に屈曲する一対のＬ型鋼板を含み、
   前記頭部連結材では、前記一対のＬ型鋼板を包含するように前記第１及び第２の壁体の頭部間に打設されたコンクリートにより、前記第１の壁体の頭部と前記第２の壁体の頭部とが連結固定され、
   前記内部連結材では、前記一対のＬ型鋼板が、互いに対向する屈曲部間に拘束される土砂を介して連結することを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の土留め構造。
6. 第１の壁体と第２の壁体とを互いに間隔をあけて平行にした状態で高さ方向の中間位置で内部連結材により連結する、内部連結工程と、
   前記内部連結材による連結状態で、前記第１の壁体と前記第２の壁体とを、地盤に、前記第１の壁体が開削側と地山側とを仕切り、前記第２の壁体が前記第１の壁体より地山側に位置するように、同時に打ち込む、同時打ち込み工程と、
   前記第１及び第２の壁体の打ち込み後に、前記第１の壁体の頭部と前記第２の壁体の頭部とを頭部連結材により連結固定する、頭部連結工程と、
   を含む、土留め方法。

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