JP4229056B2 - 外圧対抗構造体、及び、その構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、外圧対抗構造体に係り、特に、港湾施設における鋼製岸壁や桟橋に用いるのに好適な、土圧や水圧等の外圧を支える外圧対抗構造体、及び、その構築方法に関する。

港湾施設における鋼製護岸や鋼製岸壁の従来技術としては、背面土圧や上載荷重を、（１）図１に示す如く、ケーソン式護岸１０あるいは矢板式護岸（控え矢板式、二重鋼矢板式等）を前面に、別途、鋼管杭２２を用いて杭式の桟橋２０を構築する方法、（２）図２（Ａ）(Ｂ）に示す如く、（１）において、杭式桟橋２０の鋼管杭２２を水中斜材２４で連結して水平抵抗を増加する方法、（３）図３（Ａ）（Ｂ）に示す如く、海底面に設置した鋼管ジャケット（鋼管トラス）３０により鋼矢板壁４０に作用する土圧を水平方向に支持すると共に、ジャケット３０の鋼管レグ３２、３３の内部に挿入、打設した鋼管杭３６、３７を桟橋基礎として鉛直荷重を支持する方法、等が用いられている。図２（Ｂ）において、２６は鋼管矢板、２８は裏込材である。

上記工法のうち、（２）及び（３）は、護岸法線より前面に桟橋を増設する場合等に経済的な急速施工可能な工法として用いられている。特に、（３）は、ジャケット構造の水平剛性が他構造よりも高く、軽量であること等から耐震性に優れ、大水深且つ軟弱地盤地区で構造的優位性が認められている。このことについては、非特許文献１に詳細に述べられている。

又、出願人は特許文献１で、図４に示す如く、陸地の水際に埋設され、土圧Ｐを受ける少なくとも２列に配列したレグ３２（護岸側）、３３（海側）と土留壁として設置される鋼矢板４２からなるジャケット構造物３０において、土圧Ｐを凹状に受けるように配置して、連結した鋼矢板セルのフープテンションとして支持するようにし、且つ、土留壁（４２）と該土留壁を支えるジャケット構造物３０を一体化することを提案している。

図において、３６、３７は鋼管杭、４４は上部Ｈ型鋼（梁）、４６は、レグ間を連結して全体の剛性を保持するための水平ブレース材（腹起し材）、４７は、同じく斜めブレース材、４８は嵌合用仕口、４９は床板である。

又、特許文献２には、図５に示す如く、所定の間隔で盛土と海底地盤を貫通して、基礎地盤に打設された杭５０によって複数の杭列５２を平行に構築し、杭５０間において、地中に打ち込まれると共に、外側に凸の円弧状に配置され、相互間が継手で連結された複数の直線矢板５４の両端部を各杭５０に連結して鋼矢板壁５６を構成し、各杭列５２間をつなぐ連係部材５８と二重の鋼矢板壁５６間に形成されるセルに、中詰め土６０が投入されてなる護岸構造が記載されている。図において、６２は主鋼管、６４は端部セル、６６は斜材である。

特開２００１−２４８１３５号公報 特開２００２−８１０３８５号公報 財団法人沿岸開発技術研究センター「ジャケット工法技術マニュアル」２０００年１月

しかしながら、図３のような従来技術では、Ｕ型鋼矢板、Ｚ型鋼矢板、鋼管矢板等の曲げ剛性の大きな矢板を用いて、背面土圧を一旦矢板４２の曲げ抵抗で受け、その水平反力を矢板壁４０の前面に設置したジャケット３０の頭部並びに海底面近傍の水平ブレース材４６で分担支持させ、最終的に矢板４２の曲げ抵抗とジャケットの支持杭３４で共同分担させる。そのため、（１）矢板壁とジャケットの剛性比により各構造の水平力の分担が変わり、構造の最適化が難しい、（２）構造部材３２、４２の機能に重複するものが生じ、経済性の最適化が難しい、（３）背面土圧分布によっては矢板壁４０は比較的大きな曲げ剛性が必要となり、鋼重量が増加する等の問題点を有していた。

又、特許文献１や２に記載の従来技術でも、十分に施工性や経済性を向上することができなかった。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、部材数を削減すると共に、最適設計を容易として、施工性、経済性を向上することを課題とする。

本発明は、レグと土留壁とを組み合わせた、外圧を支える構造体であって、外圧をアーク状抗張力壁のフープテンションとして支持すると共に、該フープテンションの反力を受けるレグには水平圧縮力として作用させるようにして、前記課題を解決したものである。

ここで、土圧又は水圧は、土留壁に直角方向に作用するが、図６に示す如く、土留壁をアーク状抗張力壁（単にアーク壁とも称する）７０とすることで、矢印Ａで示す如く、土圧は壁面に対してアーク（円弧）の半径方向に作用することになる。更に、壁体が曲げ剛性を持たない膜状体とすることにより、半径方向外圧Ｂは、その接線方向分力（これをフープテンションと称する）Ｃで支持することが可能となる。即ち、背面土圧を土留壁の曲げ剛性で支持する従来技術では、土圧が大きくなった場合に、土留壁の断面を増加させるか、中間支持点を設けるための腹起し材４６、４７（図４参照）を多段に配置する等、使用すべき材料（鋼材）量が増加し、経済性を著しく損なうことになる。これに対して、逆に、本発明のように、曲げ剛性のない、あるいは無視できる材料を用い、アーク状の壁体とすることにより、土圧Ｂをアーク壁７０の張力Ｃとして支持することが可能となり、必要な壁体材料を少なくすることができ、経済的な構造が実現できる。

ここで、アーク壁７０の材料としては、曲げ剛性がない鋼板や、爪部で回転を許容できる鋼矢板などを含め、シート状の引張強度の高い抗張力体であれば、何でも用いることができる。

又、アーク壁７０のフープテンションＣをジャケットのレグ３２に伝達するため、従来のように、図７（Ａ）に示す如く、レグ３２の外面に溶接等で取り付けた継手３４に嵌合させると、レグ（円形鋼管）３２の断面変形（扁平化）を惹起させることになり、当該アークとの継手部が強度上の著しい弱点となる。そのため、本発明では、図７（Ｂ）に示す如く、レグ３２の外側に配置した支圧外套管（サドルプレート）７４にアーク壁７０を接続し、力の伝達を確実にするためにサドルプレート７４とレグ３２の間に注入したモルタルグラウト７６を介して、レグ３２に面圧縮力としてフープテンションＣを伝達させることにより、レグに局所的に引張力を作用させることを回避し、当該部が強度上の弱点となることを回避している。

本発明は、更に、前記抗張力壁を構成する抗張力体を、海底面の円弧滑りを防止する深さ以上に打設したものである。即ち、軟弱盤に設置される岸壁において、従来技術では、土留め壁背面の土圧、上載重量等により円弧滑りが生じないよう、円弧滑り面を遮断するように矢板等を載置するか、円弧滑りの半径が小さくなるよう地盤改良を行なう。地盤改良をしない場合、鋼矢板の打設深さを深くすると使用鋼材料の増加が無視できないが、本発明で用いる抗張力体であれば、使用材料の増加率が従来技術に比べて少なく、経済性を損なわずに円弧滑り対策が可能となる。

本発明は、又、レグと土留壁とを組み合わせた、外圧を支える構造体であって、外圧をアーク壁のフープテンションとして支持すると共に、該抗張力壁を海底面の円弧滑りを防止する深さ以上に打設することにより、前記課題を解決したものである。

又、前記アーク状抗張力壁の平面形状を、円弧又は放物線としたものである。

又、前記レグとアーク壁を一体化したものである。即ち、従来技術では、（１）ジャケットのレグとこれに水平方向に連結された腹起こし材を介して鋼矢板壁に作用する土圧を受ける土留め機能と、（２）岸壁の上載重量を鉛直・水平（主に地震時荷重）に支持するジャケットの岸壁機能は別の構造体として設計上扱われてきたため、部材に無駄が多く、不経済な構造となることが多かった。本発明では、これらの両機能を、土留壁の支持レグと岸壁荷重の支持レグを共用させると共に、レグと土留壁（アーク壁）をモルタルグラウト材で一体化することにより、強度上の弱点を無くし、使用材料の最少化を図っている。

本発明は、又、前記一体化をモルタルグラウトにより行なうようにしたものである。

又、前記アーク壁を構成する抗張力体を、直線型鋼矢板又は鋼板としたものである。

又、前記レグを少なくとも２列に並列したレグとしたのである。

本発明は、又、レグと土留壁とを組み合わせた、外圧を支える構造体の構築方法であって、予め構造体の据付レベルに仮受け材を取り付けた仮杭を打設し、前記仮受け材に構造体を設置し、レグ内に杭を挿入して所定の支持力が得られる深さまで打設し、前記レグに円弧状導材を取り付け、前記導材に沿ってアーク状抗張力壁となる抗張力体を所定深さまで打設し、前記抗張力壁が所定の長さ施行された後、導材を撤去して背面の裏込め土を投入することを特徴とする外圧対抗構造体の構築方法を提供するものである。

本発明では、図４に示した従来構造における曲げ剛性の高い鋼矢板４２に代えて、逆に曲げ剛性の期待できない直線型鋼矢板あるいは鋼板等でなる抗張力体を用いることにより、背面土圧Ｒを矢板の張力（フープテンション／膜応力）Ｈ＝Ｒ・θ（ここにθ＝Ｌ／Ｄ：Ｌはアーク壁長（法線投影長）、Ｄはアーク直径、Ｒはアーク半径＝Ｄ／２）で抵抗させ、この張力Ｈの反力を例えばジャケット構造の護岸側レグにとらせることにより、従来構造では必要であった鋼矢板の水平反力受け水平ブレース材４６、４７を不必要とする。

上記矢板張力の理論は、厳密には背面土圧がアーク壁に垂直に作用し、アーク半径Ｒが壁張Ｌに比して十分に大きく円弧（円の一部）の形状が保持できる場合に成立する。平面土圧が護岸法線直角方向に均一に作用し、アーク半径Ｒが壁長Ｌに対し十分に大きくとれない場合には、土圧の作用後は円形の一部としての形状を保持することができず、アーク壁に面外曲げが作用し、局部的に大きな応力が発生することがある。このような場合には、抗張力壁７０の平面形状を円弧ではなく、図８に示す如く、放物線とすることにより、面外曲げ応力の発生を抑制できる。

本発明によれば、更に、従来構造では土留壁としての矢板列とジャケット構造の護岸側レグ並びにこれを外部として打設される鋼管杭の接続部における部材の重複を無くすことができ、部材数削減、矢板鋼重削減が可能となる。更に、ジャケット構造への土止壁の反力並びに上載荷重の作用条件と支持杭への荷重伝達機構等が明確となることから、ジャケット構造部材の最適設計が容易となり、施工性、経済性を向上できる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本実施形態の岸壁構造は、図９（護岸側から見た斜視図）、図１０（海側から見た斜視図）、図１１（図９のＸ−Ｘ線に沿う垂直断面図）に示す如く、岸壁背面の裏込め背面土圧を支持すると共に、円弧滑りに対し抵抗する直線型鋼矢板あるいは鋼板からなるアーク壁７０と、当該アーク壁７０をジャケット３０に取り付け、アーク壁７０に発生する土圧による張力（フープテンション）のアンカーとなるジャケットの護岸側レグ３２及び矢板張力を支持杭に分散し支持するためのジャケット本体３０及び地盤に所定の深さまで打設した鋼管杭３６、３７から構成される。図において、３３は海側レグである。

次に、本実施形態の施工手順を詳細に説明する。

（１）ジャケット構造を所定の位置に精度良く設置するため、図１２に示す如く、Ｈ型鋼等からなる仮杭８０を打設する。該仮杭８０には、ジャケットの据付レベルに予め仮受け材（鉛直支持材）８２を取り付ける。

（２）工場にて製作されたジャケット（鋼管トラス）３０を運搬し、図１３に示す如く、前記仮受け材８２にクレーン（フローティングクレーン等）８４により設置する。

（３）全てのジャケット構造が所定位置に設置された後、図１４に示す如く、ジャケットのレグ３２、３３をガイドとして、レグ内に鋼管杭３６、３７を挿入し、所定の支持力が得られる深さまで打設する。

（４）図１５に示す如く、ジャケット構造の護岸側レグ３２に直線型鋼矢板４２あるいは円弧状鋼板からなるアーク壁７０を所定の平面位置に設置するため、所要の半径を有する円弧状導材８６を取り付ける。

（５）図１６に示す如く、前記導材８６に沿ってアーク壁となる直線型鋼矢板４２あるいは円弧状鋼板を海底面以下の所定深さまで打設し、ジャケット構造の護岸側レグ３２に接続された連続壁を形成する。ここで、アーク壁７０の海底地盤への打設深さは、背面土の円弧滑りを防止するに必要な深さとする。

（６）図１７に示す如く、アーク壁７０が所定の長さ施工された後、導材８６を撤去し、背面の裏込め土９０を投入し、護岸あるいは岸壁を構築する。

図１１に示した如く、ジャケット構造３０の天端に床板９２を設置し、桟橋あるいは岸壁の建設を完成する。

なお、前記実施形態においては、アーク壁７０が護岸側レグ３２に設置されていたが、アーク壁７０を海側レグ３３に設置してもよい。この場合、ジャケット３０は埋立土の中に埋設されることになる。又、レグは２列に限定されず、１列又は３列以上であってもよい。

従来技術の一例を示す線図 図１の従来技術の改良例を示す線図 従来技術の他の例を示す線図 特開２００１−２４８１３５に記載された従来技術を示す平面図 特開２００２−８１０３８５に記載された従来技術を示す平面図 本発明の原理を説明するための平面図 同じく水平圧縮力として作用させる原理を従来技術と本発明で比較して示す平面図 同じく変形例を示す平面図 本発明の実施形態を護岸側から見た斜視図 同じく海側から見た斜視図 図８のＸ−Ｘ線に沿う垂直断面図 本発明による施工手順で仮杭を打設している状況を示す正面図 同じくジャケットを設置している状況を示す正面図 同じく鋼管杭を打設している状況を示す正面図 同じく円弧状導材を取り付けている状況を示す正面図 同じく連続壁を形成している状況を示す正面図 同じく裏込め土を投入している状況を示す正面図

符号の説明

３０…鋼管ジャケット（鋼管トラス）
３２、３３…鋼管レグ
３６、３７…鋼管杭
４０…鋼矢板壁
４２…鋼矢板
７０…アーク状抗張力壁（アーク壁）
７４…支圧外套管（サドルプレート）
７６…モルタルグラウト
８０…仮杭
８２…仮受け材
８６…円弧状導材
９０…裏込め土
９２…床板

Claims (8)

1. レグと土留壁とを組み合わせた、外圧を支える構造体であって、
   該土留壁はアーク状抗張力壁であり、外圧を該アーク状抗張力壁のフープテンションとして支持し、
   また、前記レグの外圧を受ける側の外周面の外側には、該外周面に沿うように支圧外套管が配置されており、該支圧外套管の端部には前記アーク状抗張力壁が連結されていて、該支圧外套管は外圧を前記レグに面圧縮力として作用させることを特徴とする外圧対抗構造体。
2. 前記レグと前記支圧外套管の間にモルタルグラウトが注入されていることを特徴とする請求項１に記載の外圧対抗構造体。
3. 前記アーク状抗張力壁を構成する抗張力体を、海底面の円弧滑りを防止する深さ以上に打設することを特徴とする請求項１又は２に記載の外圧対抗構造体。
4. 前記アーク状抗張力壁の平面形状を、円弧又は放物線としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の外圧対抗構造体。
5. 前記アーク状抗張力壁を構成する抗張力体が、直線型鋼矢板又は鋼板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の外圧対抗構造体。
6. 前記レグが少なくとも２列に並列したレグであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の外圧対抗構造体。
7. レグと土留壁とを組み合わせた、外圧を支える構造体の構築方法であって、
   予め構造体の据付レベルに仮受け材を取り付けた仮杭を打設し、
   前記仮受け材に構造体を設置し、
   レグ内に杭を挿入して所定の支持力が得られる深さまで打設し、
   前記レグに円弧状又は放物線状の導材を取り付け、
   前記導材に沿って、前記レグの外圧を受ける側の外周面の外側に該外周面に沿うように配置する支圧外套管および該支圧外套管の端部に連結されたアーク状抗張力壁となる抗張力体を所定深さまで打設し、
   前記アーク状抗張力壁が所定の長さ施工された後、導材を撤去して背面の裏込め土を投入することを特徴とする外圧対抗構造体の構築方法。
8. 前記レグと前記支圧外套管の間にモルタルグラウトを注入することを特徴とする請求項７に記載の外圧対抗構造体の構築方法。

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