JP5180022B2 - 山留め壁頭部の拘束工法 - Google Patents

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この発明は、地中に山留め壁を構築して、同山留め壁の内側地盤を掘削する山留め掘削工法において、山留め壁の頭部が掘削側へ倒れる変形を生じないように拘束し又は補強する工法の技術分野に属する。
掘削する地盤の周囲に山留め壁を構築して地盤を掘削する山め掘削工法としては、従来、いわゆるシートパイルを連続壁状態に地中へ打設して山留め壁を構築する工法、或いはH形鋼柱を地中へ打設し、そのH形鋼柱の間へ土留め板を建て込んで山留め壁を構築する工法が実施されたほか、軟弱地盤の場合には、原位置地盤土と安定材(セメント)とを攪拌・混合したソイルセメントで造成した地盤改良柱を連続させた山留め壁を構築し、或いは同地盤改良柱の中へ芯材を挿入して補強、補剛した自立山留め壁を構築する工法が広く実施されている(下記の特許文献1〜3を参照)。
その他、下記の特許文献4には、ソイルセメントで造成した地盤改良柱を連続させた山留め壁を構築すると共に、同地盤改良柱の頭部の背面側地盤の表層に捨てコンクリートを打設して前記地盤改良柱の頭部と結合し、もって地盤改良柱へ芯材を建て込むことを無用とし、コストダウンを図った山留め壁工法が開示されている。
更に、下記の特許文献5には、芯材入りソイルセメント柱列山留め壁を内側から支持する切梁が無用となるように、又は切梁の段数を減らせるように、地山側(背面側地盤)にソイルセメント柱列の芯材と平行する弦材を打ち込み、この弦材と芯材とを束材および斜材で連結して、地山側の側圧に対する補強、補剛を行ったソイルセメント柱列山留め壁工法が開示されている。
特開平2−74715号公報 特開平4−115016号公報 特開平7−197450号公報 特開平11−350491号公報 特開2003−55959号公報
地盤の掘削工事を目的として構築する山め壁は、所詮は仮設物であり、事後には解体し撤去することを前提に構築し使用される。したがって、仮設工事はなるべく安価に短時間で施工できることが望ましい。
その点、上記特許文献1〜3に開示された山め壁構築工法は、いわゆる軟弱地盤の特質を活用した施工法として有効的である。しかし、もともと軟弱地盤であるが故に、山留め壁を構築して地盤の掘削を開始すると、地盤の掘削に使用するバックホウ、或いは切梁の架設や掘削土の搬出に使用するクローラクレーン、ダンプトラックなどの重機類が山留め壁頭部の背面側地盤の上に載り、山留め壁に接近して稼働するため、そうした重機類の重量や作業荷重によって山留め壁の頭部に対する側圧が増大し、山留め壁の頭部が掘削側へ倒れる変形を生じ、ひいては周辺地山の変形や沈下が大きくなること、および山留め壁にその耐力以上の荷重が作用するといった重大な問題点が起きる。
その点、上記特許文献4に開示された発明は、地盤改良柱頭部の背面側地盤の表層に捨てコンクリートを打設して前記地盤改良柱の頭部と結合するので、一見、山留め壁頭部の変形を抑止する作用効果を期待できると誤解しやすい。しかし、捨てコンクリートは厚さにして5〜30cm程度のコンクリート構造物にすぎないから、上記の重機類が山留め壁頭部の捨てコンクリート上に載ると、そうした重機類の重量や作業荷重によって簡単に亀裂を生じ破損してしまうから、山留め壁の頭部に対する側圧の増大を抑制する効果期待することは難しい。また、捨てコンクリートは事後の解体、撤去が困難で、例えばバックホウでザクザクと解体することは望み得ない。
上記捨てコンクリートの代わりに、山留め壁頭部の背面側地盤が軟弱である場合の対策として、その表層地盤を事後の解体、撤去が容易なソイルセメントに改良処理した場合も同様で、重機類の重量や作業荷重によって崩壊し、山留め壁に対する側圧荷重の軽減効果は期待できない。
一旦山留め壁が内側へ倒れる変形をし始めると、上記捨てコンクリートやソイルセメントによる表層改良体は簡単に崩壊を始め、載荷重(側圧)の分散効果は消滅する。
また、上記特許文献5に開示された発明のように、芯材入りソイルセメント柱列山留め壁よりも地山側(背面側地盤)に芯材と平行する弦材を打ち込み、この弦材と芯材とを束材および斜材で連結した構成のソイルセメント柱列山留め壁も、山留め壁の補強、補剛効果注目できる。しかし、地盤改良柱の頭部の変形を抑止する拘束、補強にはさほど有効とはいえない。また、弦材を打ち込み、この弦材と芯材とを束材および斜材で連結して補強する作業が面倒で、工費が嵩み、工期が長引く上に、事後の解体、撤去にも手数が掛かるという問題点がある。
本発明の目的は、重機類が山留め壁頭部の背面側地盤の上に載り、山留め壁に接近して稼働しても、そうした重機類の重量や作業荷重によってひび割れたり崩壊しないだけに補強されて山留め壁頭部への側圧が増大することを防止でき、且つ山留め壁頭部が掘削側へ倒れる変形を積極的に抑止することができ、もって周辺地山に変形や沈下を生じさせず、また、山留め壁にその耐力以上の荷重が作用することを有効に防止できる山留め壁頭部の拘束工法を提供することである。
本発明の次の目的は、施工が容易で安価に短工期で実施でき、事後の解体、撤去の作業が容易で、産業廃棄物を発生しない表層改良地盤による山留め壁頭部の拘束工法を提供することである。
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項1に記載した発明に係る山留め壁頭部の拘束工法は、
地中に山留め壁1を構築して、同山留め壁1の内側地盤を掘削する山留め掘削工法において、山留め壁1の頭部が掘削側へ倒れる変形を生じないように拘束する工法であって、
山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を、原位置土とセメントを混合したソイルセメントに改良し、又はソイルセメントに置換する工事を行って、重機類が載って稼働し得る幅員及び深さに施工した表層改良地盤4を造成すること、
ソイルセメントに改良し又は置換した前記表層改良地盤4中に、複数のアンカー用鋼材5を背面方向へほぼ水平な配置で、且つ山留め壁1の長手方向へは表層改良地盤4へ重機類が載って稼働することに耐える強度、剛性を発揮する補強効果を奏するピッチで複数本埋設して、同アンカー用鋼材5の一端を前記山留め壁の頭部と結合してアンカー機能を発揮させることを特徴とする。
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した山留め壁頭部の拘束工法において、
山留め壁頭部の背面側地盤の表層土をソイルセメントに改良し又はソイルセメントに置換する工事は、原位置で表層土を攪拌してセメントと混合する施工法、又は表層土を掘削して改良施設へ運搬し、若しくは他所で掘削して改良施設へ運搬した土を改良施設においてセメントと混合してソイルセメントに改良処理し、そのソイルセメントを前記表層土の位置へ埋め戻す施工法により行うことを特徴とする。
請求項3に記載した発明は、請求項1に記載した山留め壁頭部の拘束工法において、
アンカー用鋼材5として鉄筋又はPC鋼材を使用し、同アンカー用鋼材5は、ソイルセメントに改良し又は置換した表層改良地盤4の補強に適するピッチで複数本を表層改良地盤4中に埋設し、その中で山留め壁1の芯材6と相対峙する鋼材5の一端を同芯材6の頭部と結合してアンカー機能を発揮させることを特徴とする。
請求項4に記載した発明は、請求項1に記載した山留め壁頭部の拘束工法において、
アンカー用鋼材5として鉄筋又はPC鋼材を使用し、該アンカー用鋼材5はソイルセメントに改良し又は置換した表層改良地盤4の補強に適するピッチで複数本を表層改良地盤4中に埋設し、その中の一部の鋼材5の端部を山留め壁1の頭部と反力受け具10、11を介して結合しアンカー機能を発揮させることを特徴とする。
本発明に係る山留め壁頭部の拘束工法は、山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を、原位置土とセメントを混合したソイルセメントに改良し、又はソイルセメントに置換した表層改良地盤4中に、複数本のアンカー用鋼材5を背面方向へほぼ水平に、且つ山留め壁の長手方向へは表層改良地盤4に補強効果を奏するピッチで複数本埋設し、同アンカー用鋼材5の一端を前記山留め壁1の頭部と結合するから、第一に、アンカー用鋼材5が表層改良地盤4の補強材として働き、載荷重に対して強い剪断補強効果を発揮する。そのため重機類が山留め壁頭部の背面側の表層改良地盤4上に載り、山留め壁1に接近して稼働しても、表層改良地盤4はそうした重機類の重量や作業荷重に耐える強度と剛性を発揮し、或いは荷重分散の効果を発揮するので、重機類の載荷重を受けても、山留め壁1の頭部を掘削側へ倒す側圧作用が軽減され、山留め壁1にその耐力以上の荷重が作用することを有効に抑止できる。
第二に、アンカー用鋼材5は、表層改良地盤4と強く付着、密着してアンカー用鋼材5の引き抜きに大きな抵抗力を生じ、アンカー機能を発揮するので、このアンカー用鋼材5の一端を前記山留め壁1の頭部と結合した効果として、山留め壁1の頭部が掘削側へ倒れる変形に抵抗して山留め壁頭部の拘束効果を発揮する。
こうして山留め壁頭部の変形が効果的に拘束される結果、相対的に周辺地山に変形や沈下が発生することも効果的に防止でき、安全性の高い地盤掘削工事を可能にする。
その上、本発明の拘束工法は、山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を、原位置土とセメントを混合したソイルセメントに改良し、又はソイルセメントに置換して、複数のアンカー用鋼材5を背面方向へほぼ水平に埋設する既往技術実施できるから、施工が容易であり、安価に短工期に実施できる。
しかも、ソイルセメントに改良し又は置換した表層改良地盤4は、アンカー用鋼材5を埋設していても、事後の解体、撤去の作業は、例えばバックホウでザクザクと掘削する方法で容易に解体でき、アンカー用鋼材5との分別も容易である。
地中に山留め壁1を構築して、同山留め壁1の内側地盤を掘削する山留め掘削工法において、山留め壁1の頭部が掘削側へ倒れる変形しないように表層改良地盤4を造成して拘束する施工法である。
表層改良地盤4の造成は、山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を、原位置土とセメントを混合したソイルセメントに改良し、又はソイルセメントに置換する工事によって行う。 ソイルセメントに改良した表層改良地盤4中に、複数本のアンカー用鋼材5を背面方向へほぼ水平に、且つ山留め壁1の長手方向へは補強効果を発揮するピッチで埋設して、同アンカー用鋼材5の一端を前記山留め壁1の頭部と結合する。
山留め壁頭部の背面側地盤の表層土をソイルセメントに改良し、又はソイルセメントに置換する工事は、原位置で表層土を攪拌してセメントと混合する施工法により、又は表層土を掘削して改良施設へ運搬し、若しくは他所で掘削して改良施設へ運搬した土を改良施設においてセメントと混合してソイルセメントに改良処理し、そのソイルセメントを前記表層土の位置へ埋め戻す施工法により行う。
アンカー用鋼材5としては鉄筋又はPC鋼材を使用し、同アンカー用鋼材5はソイルセメントに改良した表層改良地盤4の補強に適するピッチで複数本を表層改良地盤4中に埋設し、その中で山留め壁1の芯材6と対応する鋼材の一端を山留め壁1の同芯材6の頭部と結合する。
或いは前記のように埋設したアンカー用鋼材5中の一部の鋼材5の一端部を山留め壁1の頭部と反力受け具10、11を介して結合する。
次に、本発明による山留め壁頭部の拘束工法を、図示した実施例に基づいて説明する。 先ず図1は、掘削するべき地盤の外周位置の地中に山留め壁1を構築し、同山留め壁1の内側地盤を掘削する山留め掘削工法の実施状況を平面図として示している。図中の符号2、3は前記山留め壁1の内側へ組み入れて架設した切梁と腹起こしを示す。
また、図中の符号4は、前記山留め壁1の外周の軟弱地盤について、山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を、原位置土とセメントを混合したソイルセメントに改良し、又はサイト等に用意した改良施設で改良処理したソイルセメントを再び埋め戻して置換する工事を行って造成した表層改良地盤を示している。
山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を、原位置土とセメントを混合したソイルセメントに改良し、又はソイルセメントに置換する工事は、既往の技術として、次のように実施される。
具体的には、図示を省略したスタピライザの如き地盤改良処理機を搬入し、原位置の表層土を直接、深さ70cm〜150cmぐらいまでをセメントと攪拌、混合する地盤改良工法を実施する。
或いは山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を、バックホウやブルドーザー、ユンボ等の重機により、やはり地下70cm〜150cmぐらいまで掘削し、その掘削土は一旦サイトに用意した改良施設へ運搬する。又は他所で掘削した土砂をサイトの改良施設へ運び込み、そうした掘削土を改良施設においてセメントと均一に攪拌、混合してソイルセメントに改良処理し、出来上がったソイルセメントを再び前記山留め壁頭部の背面側地盤の表層土上へ運搬して埋め戻す施工法を実施する。
いずれの施工法を採用して実施するかは、現場の施工条件や環境条件などに応じて適宜に選択することになる。かくして形成する表層改良地盤4は、重機類が載って稼働することを前提に幅員Wは4mないし6mぐらいとし、その深さH(層厚)はおよそ70cmないし150cmを目安に施工する。
本発明の特徴は、上記のように原位置土を直接改良処理し、又は表層土をソイルセメントと置換して形成した表層改良地盤4の中に、複数のアンカー用鋼材5を、図1〜図3に示したように、背面方向へほぼ水平に、且つ山め壁1の長手方向には当該表層改良地盤4の補強効果を奏するピッチで埋設することにある。アンカー用鋼材5としては、外径が32mm程度の鉄筋又はPC鋼材を好適に使用することができる。アンカー用鋼材5の長さは、図2に見るとおり、表層改良地盤4の幅員Wよりも少し短い程度とする。
アンカー用鋼材5の平面配置のうち、上記表層改良地盤4の補強効果を奏するピッチで埋設するとは、具体的には上記の鉄筋又はPC鋼材を山め壁1の長手方向に45cmピッチ程度に配置して埋設することを指す(図3を参照)。アンカー用鋼材5は、表層改良地盤4の層厚のおよそ中程の位置に埋設する。
そして、山留め壁1が芯材入り地盤改良柱であるときは、前記アンカー用鋼材5の中で、山留め壁1中に挿入した芯材6と相対峙する位置のアンカー用鋼材5の内端を、山留め壁頭部の芯材6と接点7において溶接等の方法で結合する。もっともアンカー用鋼材5の平面配置や本数、長さについては、山留め壁1を構成する資材に応じて太さ、材質、ピッチと共に決定して実施する。
アンカー用鋼材5を、改良処理した表層改良地盤4の中程へ埋設する手法としては、次のように実施できる。
表層改良地盤4の形成を、山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を掘削して一旦運び出し改良施設においてソイルセメントに改良処理して再度埋め戻す置換を行う施工法を実施する場合には、図3に例示したように、ソイルセメントを表層改良地盤4の層厚の約1/2程度に敷き均した時点で、同ソイルセメントの面上へアンカー用鋼材5を上記した配置に並べて置き、その一部の鋼材5は、内端を山留め壁頭部の芯材6と溶接等の方法で結合する。しかる後に、ソイルセメントの埋め戻しを残る1/2の層厚分だけ行い、締め固めて一体化させる。
山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を、スタピライザの如き地盤改良処理機で直接掘削しセメントと攪拌混合して改良処理する施工法を実施する場合には、同施工法の進捗にしたがい、施工直後の未だ軟らかい表層改良地盤4にアンカー用鋼材5の埋設用溝を掘り、その溝底へアンカー用鋼材5を置いて山留め壁頭部の芯材6と溶接等の方法で結合する。その後に前記溝を埋め戻し、強く締め固めて一体化を図る作業を繰り返す施工法を好適に実施することができる。
かくしてアンカー用鋼材5を表層改良地盤4の層厚の中程へ埋設すると、各アンカー用鋼材5は、表層改良地盤4と強く接着ないし付着して一体化し、同表層改良地盤4の補強材として働き、表層改良地盤4への載荷重に対して有効な剪断補強材としての作用効果を奏する。
ここで、上記アンカー用鋼材5が表層改良地盤4と強く接着ないし付着して一体化した場合のアンカー効果を、強度設計の手法で示すと以下の通りである。
先ず、ソイルセメントに改良処理された表層改良地盤4の強度quは、過去の実績に基づいて、qu=0.1N/mmと仮定することができる。
この条件下で、アンカー用鋼材5の接着強度τuは、上記表層改良地盤4の強度quの約1/6と仮定すると、τu=qu/6=0.017N/mm程度を確保できるものと考えられる。
アンカー用鋼材5の太さがD32、長さL=6mの鉄筋で、その全長が図2に示したように表層改良地盤4の層厚の中程に深く埋設され一体化している場合に、この鉄筋1本当たりの接着強度Fuは、上記の事例によると、Fu=π・D・L×τu=10.2KNと算出される。つまり、この接着強度Fuにより、山留め壁頭部の芯材6を拘束するアンカー機能を発揮させ、その変形を抑制できることになる。
次に、上記山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を表層改良地盤4で形成した場合に、この表層改良地盤4が載った表層土との摩擦抵抗を算定する。
表層改良地盤4の下に存在する表層土が緩い砂地盤で、その安息角φ=25°程度で、表層改良地盤4の単位体積重量γがγ=17KN/m程度、 表層改良地盤4の層厚hが70cmであると、表層改良地盤4が載った表層土との摩擦応力τrは、
τr=γ・h・tanφ=17×0.7×tan25°=5.5KN/m
と求めることができる。
山留め壁頭部が内側へ倒れる変位は、初期の掘削による影響が大きいと考えられる。そこで地下5mまでの掘削による変位を、本発明の拘束工法で抑制するものとし、45°の主動崩壊を仮定すると、表層改良地盤4の幅員Wが6mのうち、実質は幅員W1=4mのみが抵抗すると仮定する。すると上記アンカー用鋼材5の接着強度τuに相当する表層改良地盤4の底面に必要な分担幅Lは、次のように求めることができる。
L=Fu/(W1・τr)=10.2/4.0×5.5=0.46m。
したがって、山留め壁1が芯材入り地盤改良柱で構築され、芯材6のピッチが45cm程度であるときは、全芯材に1本ずつの割合で、相対峙する配置としたアンカー用鋼材5をそれぞれ表層改良地盤4の中に埋設すると、最大の山留め壁頭部の拘束効果を得られることがわかる。
次に、図4は、アンカー用鋼材5と山留め壁1の頭部との結合の異なる実施例を示す。 即ち、山留め壁1の長手方向へ表層改良地盤4の補強に適するピッチで複数本配置し、同表層改良地盤4の層厚の中程へ埋設したアンカー用鋼材5のうちから、山留め壁頭部の拘束効果を考慮して選択した一部のアンカー用鋼材5の内端を、それぞれ山留め壁1の頭部を水平方向に内側まで貫通させる。そして、山留め壁1の頭部の内側面に腹起こしの如き反力受け10と受け台11を設置し、アンカー用鋼材5の内端を、いわゆる地盤アンカーの緊結に使用する結合具12により結合してアンカー機能を発揮させる例である。
以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は図示した実施例に限定されない。本発明の目的、要旨を逸脱することなく、いわゆる当業者が必要に応じて行う設計変更や変形、応用のバリエーションにも及ぶことを、念のために申し添える。
本発明による山留め壁頭部の拘束工法を実施した地盤掘削工事全景を概念的に示した平面図である。 図1のII−II線矢視の断面図である。 表層改良地盤へアンカー用鋼材を埋設する要領を示す斜視図である。 図2とは異なる構成の実施例2を示した断面図である。
1 山留め壁
4 表層改良地盤(ソイルセメント)
5 アンカー用鋼材
10、11 反力受け具

Claims (4)

  1. 地中に山留め壁を構築して、同山留め壁の内側地盤を掘削する山留め掘削工法において、山留め壁の頭部が掘削側へ倒れる変形を生じないように拘束する工法であって、
    山留め壁頭部の背面側地盤の表層土を、原位置土とセメントを混合したソイルセメントに改良し、又はソイルセメントに置換する工事を行って、重機類が載って稼働し得る幅員及び深さに施工した表層改良地盤を造成すること、
    ソイルセメントに改良し又は置換した前記表層改良地盤中に、複数のアンカー用鋼材を背面方向へほぼ水平な配置で、且つ山留め壁の長手方向へは表層改良地盤へ重機類が載って稼働することに耐える強度、剛性を発揮する補強効果を奏するピッチで複数本埋設し、同アンカー用鋼材の一端を前記山留め壁の頭部と結合してアンカー機能を発揮させることを特徴とする、山留め壁頭部の拘束工法。
  2. 山留め壁頭部の背面側地盤の表層土をソイルセメントに改良し又はソイルセメントに置換する工事は、原位置で表層土を攪拌してセメントと混合する施工法、又は表層土を掘削して改良施設へ運搬し、若しくは他所で掘削して改良施設へ運搬した土を改良施設においてセメントと混合してソイルセメントに改良処理し、そのソイルセメントを前記表層土の位置へ埋め戻す施工法により行うことを特徴とする、請求項1に記載した山留め壁頭部の拘束工法。
  3. アンカー用鋼材として鉄筋又はPC鋼材を使用し、該アンカー用鋼材はソイルセメントに改良し又は置換した表層改良地盤の補強に適するピッチで複数本を表層改良地盤中に埋設し、その中で山留め壁の芯材と相対峙する鋼材の一端を芯材の頭部と結合してアンカー機能を発揮させることを特徴とする、請求項1に記載した山留め壁頭部の拘束工法。
  4. アンカー用鋼材として鉄筋又はPC鋼材を使用し、該アンカー用鋼材はソイルセメントに改良し又は置換した表層改良地盤の補強に適するピッチで複数本を表層改良地盤中に埋設し、その中の一部の鋼材の端部を山留め壁の頭部と反力受け具を介して結合しアンカー機能を発揮させることを特徴とする、請求項1に記載した山留め壁頭部の拘束工法。
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