JP4438540B2 - 地下連続壁の応力負担材および施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下連続壁において地中埋設物等の下に配置される応力負担材および地中埋設物等の下に応力負担材を配置するための施工方法に関するものである。

例えば柱列式地下連続壁のソイルセメント杭からなる地中土留め壁を構築する場合、図７に示すように、水道管等の埋設物Ａによって土留め壁１に欠損部が生じる場合がある。このような欠損部は、従来、地盤改良工により対処している。即ち、図７においては、埋設物Ａの両側にＨ形鋼を芯材とするソイルセメント杭からなる土留め壁１が構築されており、その欠損部の外側（本体構造物の反対側）に高圧ジェット方式による地盤改良体５０、５０が埋設物Ａの下の左右両側に構築される。また、土留め壁１の本体構造物Ｂの側が所定深さの掘削底面Ｌまで掘削されると、欠損部の内側（本体構造物側）には角鋼管等の横架材による矢板５１が設けられる。

また、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１、非特許文献１がある。特許文献１には、地中の埋設物の下方をチェーンカッターにより掘削し、埋設物との間を高圧ジェットにより掘削し、掘削部分に固化材を注入して壁体を構築し、壁体と埋設物との間に充填材による間詰めを行うことが開示されている。非特許文献１には、地中埋設物等の下を特殊な掘削機で透かし掘りし、鉄筋かご横行装置により鉄筋かごを地中埋設物等の下へ設置し、その後コンクリートを打設して、地中埋設物等の下へ一般部と同仕様の地中連続壁を構築することが開示されている。
特開２００２−１３１４８４号公報 「土木工法事典 改訂Ｖ（資料編）」，産業調査会 事典出版 センター，２００１年２月２６日，ｐ．133 （地中連続壁透かし掘り工法）

上記した従来の土留め壁の欠損部に地盤改良体を構築する方法では、施工に時間がかかり、材料費等も多くかかり、全体工事費がコストアップするなどの課題があった。

本発明は、上記のような課題を解消すべくなされたものであり、地下連続壁の構築に際し、地中埋設物等の下の欠損部に、一般部と同等の鋼材の使用により、また鋼材を設置するための特別な装置を用いることなく、一般部と同等の強度を有する地下連続壁を容易かつ迅速に構築することができ、全体工事費の低減を図ることができる地下連続壁の応力負担材および施工方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の発明は、削孔内に芯材として建て込まれる地下連続壁の応力負担材であり、両端のフランジとフランジ間をつなぐウェブとからなる縦材（Ｈ形鋼等) を複数本ウェブが平行となるように配列し、両端のフランジとフランジ間をつなぐウェブとからなる横材（断面Ｈ形等の鋼材) を前記縦材のウェブの貫通孔に挿通することにより、芯材パネルが形成され、前記横材のウェブには建て込み時の抵抗を少なくする開口が形成されていることを特徴とする地下連続壁の応力負担材である。

即ち、ソイルセメント杭の土留め壁等の地下連続壁において地中埋設物や構造物等の下（欠損部) に芯材を有する壁体を構築するに際し、複数本の縦材と水平移動可能な複数本の横材からなる芯材パネルを掘削溝内の地中埋設物等の横に建て込んだ後、横材を水平に押し出し移動させ、地中埋設物等の下に応力負担材として配置するようにしたものであり、ソイルセメント（モルタル）等の内部に建て込みし易いように横材の建て込み方向に直交する水平ウェブに大きな開口を設けている。この場合、地中埋設物等の下には縦材がなく、側方の縦材で複数本の横材を片持ち支持するため、一般部の芯材の例えば２倍の断面係数の鋼材が用いられる。また、縦材は水平移動させる必要がないため、通常のＨ形鋼等のウェブに横材が貫通する貫通孔を設けるだけでよい。横材は土圧を片持ちで負担できるように構成される。

本発明の請求項２の発明は、請求項１に記載の応力負担材において、横材のウェブがトラスで形成されていることを特徴とする地下連続壁の応力負担材である。

即ち、横材のウェブには大きな開口部を多数配列するなどして建て込み時の抵抗を少なくすることができるが、鉄筋等を組んでトラスを形成し、平鋼等からなる平行フランジをトラスウェブでつなぐのが好ましい。土圧を片持ちで負担できるように、横材の断面係数、鉄筋等の径やトラス形状が決定される。

本発明の請求項３の発明は、地中の埋設物等（構造物その他も含む) の下に芯材としての応力負担材を設置する地下連続壁の施工方法であり、請求項１または２に記載の芯材パネルを削孔内の埋設物等の側方に建て込んだ後、横材を埋設物等の側に水平移動させ、埋設物等の直下に横材を配置することを特徴とする地下連続壁の施工方法である。横材の水平移動には溝掘削機を用いることができる。

以上のような構成の本発明において、地中埋設物等の下を溝掘削機等で掘削（透かし掘り) し、芯材パネルを建て込んだ後、横材を水平移動させることにより、応力負担材としての複数本の横材を地中埋設物等の下に配置することができ、地中埋設物等の下の欠損部に、左右の地下連続壁に連続する必要な強度の芯材を有する壁体が構築される。

本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。

(1) 地中埋設物等の下に応力負担材としての複数本の横材を容易に配置することができ、地中埋設物等の下の欠損部に、左右の地下連続壁に連続する必要な強度の芯材を有する壁体を構築することができる。

(2) 従来のような地盤改良体を施工することなく、一般部と同等の鋼材を使用するだけでよく、また鋼材を設置するための特別な装置を用いることなく、一般部と同等の強度を有する地下連続壁を容易かつ迅速に構築することができ、全体工事費の低減を図ることができる。

(3) 芯材パネルの横材のウェブに鉄筋等をトラス状に組んだトラスウェブを用いることにより、移動抵抗を小さくするための開口を大きく形成した上で、必要な強度を容易に確保することができる。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態はソイルセメント杭からなる地中土留め壁に適用した例であり、また地中埋設物の下に応力負担材を設置する場合である。図１は、応力負担材全体を水平移動させる方式の第１実施形態の構成と施工手順を示したものである。図２は、第１実施形態の応力負担材の詳細を示したものである。図３は、本発明に係る応力負担材の横材のみを水平移動させる方式の第２実施形態の構成と施工手順を示したものである。図４、図５は、第２実施形態の応力負担材の詳細を示したものである。図６は地中埋設物の下を掘削する溝掘削機の一例を示したものである。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、Ｈ形断面の縦材１０を複数本（図示例では７本) 所定のピッチで平行に配列し、各縦材１０を平鋼等のつなぎ材１１で連結することにより、掘削溝Ｔ内に挿入可能な芯材パネルＰ１が形成される。この芯材パネルＰ１を地上で組み立て、クレーンで吊って掘削溝Ｔ内に地中埋設物Ａの横に位置するように建て込んだ後、掘削溝Ｔ内を地中埋設物Ａの下（欠損部）へ水平移動させる。

縦材１０は複数本のうち数本（図示例では３本）が地中埋設物Ａの下に位置できるように、上部が切除されている。この欠損部の数本の縦材１０は地中埋設物Ａに向かって漸次短くするのが好ましい。図１ (b) に示すように、他の縦材１０（図示例では４本）は地中埋設物Ａの側方に縦に配置される。これと反対側の地中埋設物Ａの側方には、図示していないが、Ｈ形鋼単体による芯材が通常の方法で建て込まれる。

図２に示すように、Ｈ形断面の縦材１０は、ウェブ１０ｂが壁厚方向と平行となるように配置され、また各ウェブ１０ｂが平行となるように壁長手方向に配列されており、平行フランジ１０ａ、１０ａが土留め壁の内側と外側に位置することになる。この平行フランジ１０ａ、１０ａにＨ形鋼をウェブ中央で切断したＴ形鋼（カットティー）を用い、この一対のＴ形鋼フランジ１０ａをトラスに組んだ鉄筋１２でつなぐことにより、水平移動方向（壁長手方向) に直交するウェブ１０ｂが殆ど開口で形成されるようにし、ソイルセメント（モルタル）内を水平移動し易くしている。鉄筋１２は、Ｘ字状の斜材と、水平材とからなり、それぞれの端部をＴ形鋼フランジ１０ａの内側突起部分に溶接で接合することにより、ダブルワーレントラスを形成している。これに限らず、その他のトラス形式でもよい。

このようなＴ形鋼フランジ１０ａをトラスウェブ１０ｂでつないだ縦材１０は、埋設物がなかった場合に入るべき芯材Ｈ形鋼と同じ断面係数を持つ形状としている。具体的には一対のＴ形鋼フランジ１０ａ、１０ａを切断配置した形状により必要な断面係数が得られる。せん断力についてはトラス状に組んだ鉄筋１２で負担するようにしている。

つなぎ材１１は、全体をクレーンで吊り上げたときの自重を支えられるように決定されており、平鋼を縦材１０のＴ形鋼フランジ１０ａの外面に添接し溶接等で固定している。また、つなぎ材１１はＸ字状の斜材と水平材を用い、土留め壁構築後の掘削底面Ｌから上の部分に複数段で配置している。

また、構築される土留め壁について数値例を挙げると、埋設物を考慮しない通常の設計（原設計）では、断面力は１ｍ当り、例えば曲げモーメントがＭmax ＝691kＮｍ、せん断力がＳmax＝395kＮ発生しており、埋設物下の土留め壁の場合、縦材１０の配設ピッチが0.6 ｍでは、Ｍmax ＝415kＮｍ、Ｓmax ＝237kＮとなる。これに基づいて、必要な断面およびトラス状の鉄筋が決められる。

＜第２実施形態＞
図３に示すように、Ｈ形鋼からなる縦材２０を複数本（図示例では４本) 所定のピッチで平行に配列し、各縦材２０のウェブに対して上下に所定のピッチで配列された複数本（図示例では２１本) のＨ形断面の横材２１を挿通することにより、掘削溝Ｔ内に挿入可能な芯材パネルＰ２が形成される。この芯材パネルＰ２を地上で組み立て、横材２１は地中埋設物Ａの反対側に突出するようにし、クレーンで吊って掘削溝Ｔ内に地中埋設物Ａの横に位置するように建て込んだ後、全ての横材２１を地中埋設物Ａの下（欠損部）へ水平に押し出し移動させる。この横材２１の押し出しは溝掘削機を利用することができる。

図３ (b) に示すように、複数本の縦材２０が地中埋設物Ａの側方に縦に配置された状態で、地中埋設物Ａの下方に複数本の横材２１が平行に配列される。横材２１の長さは、複数本の全部の縦材２０に片持ち支持された状態で所定長さだけ突出するような長さとされる。横材２１の上部の数本（図示例では３本）は地中埋設物Ａに向かって漸次短くなるものを使用するのが好ましい。図４に示すように、このような芯材パネルＰ２の反対側の地中埋設物Ａの側方には、Ｈ形鋼単体による芯材３０が通常の方法で建て込まれる。横材２１は土留め壁構築後の掘削底面Ｌから上の部分に例えば縦材２０のピッチと同じピッチで配置される。

図４に示すように、Ｈ形鋼の縦材２０は、水平移動する必要がないので、通常のＨ形鋼が用いられ、ウェブ２０ｂが壁厚方向と平行となるように配置され、また各ウェブ２０ｂが平行となるように壁長手方向に配列されており、平行フランジ２０ａ、２０ａが土留め壁の内側と外側に位置することになる。図５ (a) に示すように、ウェブ２０ｂには、横材２１が貫通する貫通孔（開口部）２２が形成されている。この貫通孔２２の開口寸法は、Ｈ形断面の横材２１の断面と同じ寸法とされ、横材２１がスライド自在に支持される。

Ｈ形断面の横材２１は、ウェブ２１ｂが水平となるように横に寝かせた状態で上下方向に配列され、平行フランジ２１ａ、２１ａが土留め壁の内側と外側に位置することになる。図５ (b) に示すように、平行フランジ２１ａ、２１ａに平鋼を用い、この一対の平鋼をトラスに組んだ鉄筋２３でつなぐことにより、建て込み方向に直交するウェブ２１ｂが殆ど開口で形成されるようにし、ソイルセメント（モルタル）内に建て込む際に抵抗が少なくなるようにしている。鉄筋２３は、平鋼フランジ２１ａの内面に添接した弦材と、Ｘ字状の斜材と、水平材とからなり、それぞれを平鋼フランジ２１ａの内面に溶接で接合することにより、ダブルワーレントラスを形成している。これに限らず、その他のトラス形式でもよい。

この第２実施形態の場合、埋設物直下（欠損部）の例えば２ｍの部分には縦材がないため、横の例えば2.1 ｍの幅の縦材２０で受け持たせるために、この範囲にある４本の縦材２０については、埋設物がなかった場合に必要な断面係数の２倍の断面係数を持つＨ形鋼としている。横材２１については、土圧に対して片持ちで負担するために必要な断面およびトラス状の鉄筋が決められる。

また、構築される土留め壁について数値例を挙げると、埋設物を考慮しない通常の設計（原設計）では、断面力は１ｍ当り、例えば曲げモーメントがＭmax ＝691kＮm 、せん断力がＳmax ＝395kＮ発生しており、埋設物下の土留め壁の場合、縦材２０の配設ピッチが0.6 ｍでは、Ｍmax ＝415kＮm 、Ｓmax ＝237kＮであるため、欠損部を負担するために２倍にした、Ｍmax ＝830kＮm 、Ｓmax ＝474kＮとなる。これに基づいて、必要な断面およびトラス状の鉄筋が決められる。横材２１は、掘削底面付近の土圧が179kＮ／ｍであるので、この土圧を片持ちで負担できる断面およびトラス状の鉄筋が決められる。

なお、地中埋設物Ａの下を掘削する溝掘削機は、例えば図６に示す溝掘削機４０を使用することができる。立坑内のケーシングに反力を取って支持されたチェーンカッター４１により地中埋設物Ａの下を掘削（透かし掘り）する。また、この溝掘削機４０を使用して横材２１を押し出し移動させることができる。これに限らず、その他の溝掘削機を使用することもできる。

なお、以上はソイルセメント杭による土留め壁について説明したが、これに限らず、その他の地下連続壁にも適用することができる。

応力負担材全体を水平移動させる方式の第１実施形態の構成と施工手順を示す正面図であり、(a) は建て込み時、(b) は水平移動後を示す。 図１の第１実施形態の応力負担材の詳細を示したものであり、(a) は正面図、(b) は縦材の水平断面図、(c) は縦材の側面図である。 本発明の応力負担材の横材のみを水平移動させる方式の第２実施形態の構成と施工手順を示す正面図であり、(a) は建て込み時、(b) は横材水平移動後を示す。 図３の第２実施形態の応力負担材の詳細を示す正面図である。 図４の縦材と横材であり、(a) は縦材の水平断面図、(b) は縦材の側面図、(c) は横材の鉛直断面図、(d) は横材の平面図である。 地中埋設物の下を掘削する溝掘削機の一例を示す正面図である。 従来のソイルセメント杭の地中土留め壁の埋設物下の欠損部の対処方法を示したものであり、(a) は水平断面図、(b) は正面図である。

符号の説明

１……地下連続壁（ソイルセメント杭の地中土留め壁)
１０……縦材
１０ａ…フランジ（Ｔ形鋼フランジ)
１０ｂ…ウェブ（トラスウェブ)
１１……つなぎ材
１２……鉄筋
２０……縦材
２０ａ…フランジ
２０ｂ…ウェブ
２１……横材
２１ａ…フランジ（平鋼フランジ)
２１ｂ…ウェブ（トラスウェブ)
２２……貫通孔（開口部）
２３……鉄筋
３０……芯材
４０……溝掘削機
４１……チェーンカッター
Ａ……地中埋設物
Ｂ……本体構造物
Ｔ……掘削溝
Ｐ１…芯材パネル
Ｐ２…芯材パネル

Claims (3)

1. 削孔内に芯材として建て込まれる地下連続壁の応力負担材であり、両端のフランジとフランジ間をつなぐウェブとからなる縦材を複数本ウェブが平行となるように配列し、両端のフランジとフランジ間をつなぐウェブとからなる横材を前記縦材のウェブの貫通孔に挿通することにより、芯材パネルが形成され、前記横材のウェブには建て込み時の抵抗を少なくする開口が形成されていることを特徴とする地下連続壁の応力負担材。
2. 請求項１に記載の応力負担材において、横材のウェブがトラスで形成されていることを特徴とする地下連続壁の応力負担材。
3. 地中の埋設物等の下に芯材としての応力負担材を設置する地下連続壁の施工方法であり、請求項１または２に記載の芯材パネルを削孔内の埋設物等の側方に建て込んだ後、横材を埋設物等の側に水平移動させ、埋設物等の直下に横材を配置することを特徴とする地下連続壁の施工方法。

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