JP5923649B1 - 山留め支保工 - Google Patents

Abstract

【課題】部材点数が少なく軽量で、山留め壁に設置した際の平面視形状がコンパクトであり、かつ専用部材を製作することなく経済的な、腹起しと切梁を用いた山留め支保工を提供する。【解決手段】腹起し、切梁および接合部材を有し、接合部材が腹起しに対して軸方向が平行で、かつウェブが同一水平面を形成するように配置される山留主材と、山留主材を補強する第１のスチフナーとを備え、接合部材の、長手方向中央部に切梁の端面が接合されるとともに、切梁のフランジ幅内であって、切梁のウェブを挟む両側に対応する位置各々に第１のスチフナーがそれぞれ設置され、腹起しにおける第１のスチフナーで挟まれた空間に対応する位置に、腹起しを補強する第２のスチフナーが設置される。【選択図】図１

Description

本発明は、切梁式の山留め支保工に関する。

地盤を掘削して地下構造物を築造する場合、山留め壁を構築した後に、その内側の地盤の掘削工事を行なう。このとき、根切り部分において山留め壁が周囲の土圧により変形もしくは転倒し、これに伴って周辺地盤に沈下等の大規模な変状が発生するおそれがある。このような山留め壁の変形もしくは転倒を抑止するべく、切梁、腹起しおよび火打ちを備えた支保工にて山留め壁を支持する方法が知られている。

例えば、特許文献１には、あらかじめ火打ち材と切梁の一部を一体化させた火打ちブロックを製造しておき、これを現場に搬入して腹起しと切梁に連結する方法が開示されている。この方法によれば、現場における支保工の組み立て作業を大幅に省略することができ、施工性が向上する。しかし、火打ちブロックは部材点数が多いことから重量および外形形状ともに大きく、架設作業時において腹起しに装着すると、腹起しの転倒を招く恐れが生じる。このため、特許文献１では、火打ちブロック吊持しつつ、腹起しおよび切梁に対する接合作業を行っており、その作業は煩雑なものとなっている。

このような中、特許文献２には、火打ちブロックと比較して部材点数を低減したＴ字形の支保工部材が開示されている。具体的には、平面視三角形状の隅部ピースを用いて２体の横架材を結合しＴ字形のブロック体を形成したもので、Ｔ字の頭部を腹起しとの接合部とし、Ｔ字の下端部を切梁と接合部とするものである。

特開平９−８６８６７号公報 特開２００１−２９５２７５号公報

しかし、特許文献２の支保工部材を腹起しに取り付けると、Ｔ字の下端が山留め壁の内側に突出する構造となるから、従来の火打ちブロックと同様に腹起しの転倒を招く恐れが生じる。このため、吊り込み作業が煩雑となるだけでなく、架設作業時にはバランスを崩しやすく作業性に劣る。

また、２体の横架材を結合する際に隅部ピースを用いることから、山留め壁に架設した際の支保工部材の平面視形状は、従来の火打ちブロックと同様に略三角形となるため、山留め壁内において機械掘削作業等を行う際の障害となりやすい。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、部材点数が少なく軽量で、山留め壁に架設した際の平面視形状がコンパクトであり、かつ専用部材を製作することなく経済的な、腹起しと切梁を用いた山留め支保工を提供することである。

かかる目的を達成するため本発明の山留め支保工は、山留め壁に設置される腹起しと、該腹起しに対して直交するように配置される山留主材よりなる切梁と、該切梁と前記腹起しとを接合する接合部材とを有し、該接合部材が、前記腹起しに対して軸方向が平行で、かつウェブが水平面を形成するように配置される山留主材と、該山留主材を補強する第１のスチフナーとを備え、該接合部材において、フランジに前記切梁の端面が接合されるとともに、該切梁のフランジ幅内であって該切梁のウェブを挟む両側各々と対向する位置に、前記第１のスチフナーがそれぞれ設置され、前記腹起しにおいて、前記第１のスチフナーで挟まれた領域に対向する位置に、該腹起しを補強する第２のスチフナーが１つだけ設置されることを特徴とする。

上述する本発明の山留め支保工によれば、接合部材に、切梁や腹起しに一般に用いられている山留主材を採用することから、第１のスチフナーおよび第２スチフナーについても一般に山留主材の補強に用いられる補強部材を採用できるため、専用部材を新たに製作する手間を省き、安価でかつ容易に山留め支保工を架設することが可能となる。

また、接合部材が腹起しと平行に配置される山留主材よりなるため、あらかじめ接合部材を腹起しに先付けし、根切り底に搬入・仮置きしても大きく場所を取ることがない。また、接合部材が先付けされた腹起しを山留め壁に仮置しても、従来の火打ちブロックのように、重心位置が大きく偏心して腹起しの転倒を招くことがない。したがって、接合部材を別途クレーン等の作業車両にて吊持しながら、切梁と腹起しの間に設置する等の作業を省略でき、土留め支保工の架設作業に係る施工性を大幅に向上することが可能となる。

さらに、接合部材における、切梁のフランジ幅内であって切梁のウェブを挟む両側各々と対向する位置に、第１のスチフナーがそれぞれ設置されることにより、接合部材における、切梁との接合領域が全域にわたり均質に補強されて剛性が高まる。これにより、山留め壁に土圧が作用することによって切梁との接合部に生じる反力は、接合部材の剛性が高められた接合領域のウェブ全域に内力として伝達され、生じる応力の分散がウェブ内で促進される。したがって、従来のような隅部ピースを利用して切梁と接合部材との接合面積を大きく確保し、反力の作用面を大きくとる必要がなく、山留め壁に架設した際の平面視形状をコンパクトにしながら、接合部材の圧縮破壊を抑制することが可能となる。

そして、接合部材のウェブ内で応力分散が促進されることにより、反力は腹起しに対して等分布荷重の様相で作用するよう伝達されるため、腹起しを補強する第２のスチフナーは、少なくとも等分布荷重の中央となる２つの第１のスチフナーに挟まれた領域に設置する。これにより、腹起しと接合部材をバランスよく補強できるため、土留め壁に大きな土圧が作用して切梁軸力が増大した場合にも、補強を最小限にとどめて効率よく切梁を支持することが可能となる。また、第２のスチフナーの数量を低減できることから、隅部ピースが不要となることと相まって、部材点数が少なくすることができ、土留め支保工全体の軽量化を図ることが可能となる。

加えて、接合部材は、腹起しにおける当接した部分の曲げ剛性を高める火打ちとして機能するため、土圧が作用することにより腹起しに生じる曲げモーメントを低減でき、従来のような切梁と腹起しとの間を斜めに架け渡す火打材を不要としながら、腹起しの曲げスパンを小さくすることが可能となる。

また、本発明の山留め支保工は、前記第１のスチフナーおよび前記第２のスチフナーが、角筒状部材よりなることを特徴とする。

上述する本発明の山留め支保工によれば、第１のスチフナーおよび前記第２のスチフナーを角筒状部材とすることにより、板状や棒状のスチフナーと比較して座屈に対して高い剛性を有しながら、その重量を軽くすることができる。このため、接合部材におけるウェブ内の応力分散ならびに腹起しの補強の効率を高めるとともに、山留め支保工の架設作業を容易にすることが可能となる。

本発明によれば、切梁と腹起しの間に、山留主材を用いた接合部材を腹起しと平行に配置するのみの構成であるため、山留め壁に架設した際の平面視形状をコンパクトにすることができる。また、腹起しと接合部材の補強箇所を最小限にとどめて部材点数を少なくするため、土留め支保工全体の軽量化を図ることが可能となる。さらに、接合部材に山留主材を採用するとともに、腹起しと接合部材の補強に、山留主材を補強する際に用いられる既製品の補強金物を採用できるため、専用部材を製作する必要がなく、経済的に土留め支保工を架設することが可能となる。

本発明における土留め支保工を土留め壁に架設した状態を示す図である。 本発明における土留め支保工の詳細を示す図である。 本発明における土留め支保工の３次元ＦＥＭ解析による応力伝達および内部応力状態を示す図である（その１）。 本発明における土留め支保工の３次元ＦＥＭ解析による応力伝達および内部応力状態を示す図である（その２）。 本発明における土留め支保工の腹起しおよび接合部材が支持することの可能な切梁軸力の上限値を示す図である。

本発明の山留め支保工は、山留め壁の支保工として切梁を採用するにあたり、山留部材よりなる接合部材を介して切梁と腹起しを接合するとともに、接合部材および腹起しに、補強を行うものでる。
以下に、本発明の山留め支保工を、図１〜図５を参照しつつ説明する。

図１で示すように、山留め支保工２は、山留め壁１の内壁面に沿って水平に設置される腹起し３、腹起し３に対して直交するように、かつ水平に配置される切梁４、および腹起し３と切梁４との間に設置され、両者を接合する接合部材５を備えている。

腹起し３および切梁４はいずれも、山留め壁１の切梁式支保工に一般に用いられるＨ形鋼よりなる山留主材にて構成されており、その端面にはエンドプレートが設けられている。そして、腹起し３はウェブ３１を水平にしてフランジ３２の一方を介して山留め壁１に接合されており、切梁４は、ウェブ４１を鉛直にして端面を腹起し３に対向させて配置されている。

また、接合部材５は、腹起し３および切梁４と同様の、端面にエンドプレートを備えたＨ形鋼よりなる山留主材にて構成されており、切梁４の配置間隔より短い長さのものを用いている。そして、腹起し３に対して軸方向が平行で、かつウェブ５１が腹起し３のウェブ３１と同一水平面を形成するように配置されている。

このような接合部材５と腹起し３とは、図２で示すように、接合部材５のフランジ５２の一方を腹起し３のフランジ３２の他方に当接させた状態で、ボルト接合により接合されている。また、接合部材５と切梁４とは、接合部材５の長手方向中央部におけるフランジ５２の他方を、切梁４のエンドプレートに当接させた状態で、ボルト接合により接合されている。

また、接合部材５は、切梁４との接合部が、第１のスチフナー６により補強されている。具体的には、接合部材５のウェブ５１とフランジ５２に囲まれた領域内において、切梁４のフランジ４２幅内であってウェブ４１を挟む両側に対向する位置各々に、第１のスチフナー６がそれぞれ配置され、接合部材５のフランジ５２とボルト接合されている。

第１のスチフナー６は、対向する２面を２組有し、接合部材５のフランジ幅の１/２に相当する高さを有する角筒状部材により構成されている。２組のうち一方の対向する２面が、接合部材５のウェブ５１と同様の長さを有しており、開口面が接合部材５のウェブ５１と平行となるように配置されて、２組のうち他方の対向する２面を、一対のフランジ５２各々の内面に当接させてボルト接合している。

一方で、腹起し３にも、接合部材５との接合部が、第２のスチフナー７により補強されている。第２のスチフナー７は、腹起し３のウェブ３１とフランジ３２に囲まれた領域内において、接合部材５に設置した２つの第１のスチフナー６に挟まれた領域と対向する位置に配置され、腹起し３のフランジ３２とボルト接合されている。なお、第２のスチフナー７も、第１のスチフナー６と同様の構造を有するとともに、同様の態様で腹起し３のフランジ３２にボルト接合されている。

なお、第１のスチフナー６および第２のスチフナー７は、必ずしも角筒状部材に限定されるものではなく、腹起し３および接合部材４の補強材として機能するものあれば、その形状はいずれでもよい。

また、本実施の形態では、腹起し３、切梁４および接合部材５に、既製品である山留主材を用いることから、第１のスチフナー６および第２のスチフナー７についても、山留主材の補強材として一般に用いられている既製品の補強金物を採用することができる。こうすると、専用部材を新たに製作する手間を省き、安価でかつ容易に山留め支保工２を架設することが可能となる。

このような構成の山留め支保工２によれば、接合部材５が、腹起し３における当接した部分の曲げ剛性を高める火打ちとして機能するため、土圧が作用することにより腹起し３に生じる曲げモーメントを低減し、接合部材５を用いない場合と比較して腹起し３の曲げスパンを小さくすることが可能となる。なお、接合部材５の長さは、切梁４のフランジ幅より長く、地盤条件や施工条件等に応じて適宜設定すればよい。

また、接合部材５が山留主材よりなるシンプルな外形形状であるため、接合部材５が先付けされた腹起し３を山留め壁１に仮置しても、従来の火打ちブロックのように重心位置が大きく偏心して腹起し３の転倒が生じることがないため、土留め支保工２の架設作業に係る施工性を大幅に向上することが可能となる。

ところで、上述するような第１のスチフナー６と第２のスチフナー７の配置位置は、図３〜４で示すように、山留め壁１に架設した状態の山留め支保工２について、３次元ＦＥＭ解析にて土圧が作用した際の応力伝達および内部応力状態を評価することにより得られた知見に基づくものである。

３次元ＦＥＭ解析にて解析を行うにあたり、解析モデルとしては、山留め支保工２を構成する腹起し３、切梁４および接合部材５がいずれも、同一の断面寸法を有する山留主材にて構成されたものとし、解析対象は腹起し３と接合部材５および接合部材５と切梁４が接合されている部分を含む所定の領域を切り出した。また、荷重は、山留め壁に土圧が作用した際に、切梁４の端面と接合部材５との接合部に生じる反力を表現するべく、切梁４に対して軸方向の荷重を載荷することとし、その大きさを１０００ｋＮとした。

上述する条件のもと、第１のスチフナー６および第２のスチフナー７の配置位置を検討するための検討ケースを、以下の６種類用意した。なお、ケース４が、本実施の形態に対応する山留め支保工である、
ケース１：第１のスチフナー６および第２のスチフナー７ともに設置せず（図３（ａ）を参照）。
ケース２：接合部材５における、切梁４のウェブ４１と対向する位置にのみ、第１のスチフナー６を設置（図３（ｂ）を参照）。第２のスチフナー７は設置せず。
ケース３：接合部材５における、切梁４のウェブ４１と対向する位置に、第１のスチフナー６を設置するとともに、腹起し３における、第１のスチフナー６を挟んだ両側と対向する位置各々に、第２のスチフナー７を設置（図３（ｃ）を参照）。
ケース４：接合部材５における、切梁４のウェブ４１を挟んだ両側と対向する位置各々に、第１のスチフナー６を設置するとともに、腹起し３における、２つの第１のスチフナー６に挟まれた領域と対向する位置に、１つの第２のスチフナー７を設置（図４（ａ）を参照）。
ケース５：接合部材５における、切梁４のウェブ４１を挟んだ両側と対向する位置各々に、第１のスチフナー６を設置（図４（ｂ）を参照）。第２のスチフナー７は設置せず。
ケース６：接合部材５における、切梁４のウェブ４１を挟んだ両側と対向する位置各々に、第１のスチフナー６を設置するとともに、腹起し３における、２つの第１のスチフナー６を挟んだ両側と対向する位置各々に、第２のスチフナー７を設置。（図４（ｃ）を参照）

まず、図３および図４の接合部材５に着目すると、補強をしていないケース１はもとより、第１のスチフナー６を１つだけ設置したケース２および３は、第１のスチフナー６を２つ設置したケース４〜６と比較して、接合部材５における切梁４のフランジ幅と対向する領域の圧縮応力度が高く、接合部材５の補強が十分でない様子がわかる。

一方、第１のスチフナー６を２つ設置したケース４〜６はいずれも、第１のスチフナー６を１つ設置したケース２および３と比較して、接合部材５における切梁４のフランジ幅と対向する領域の圧縮応力度が低減しており、応力分散が促進されている様子がわかる。これは、接合部材５における切梁４との接合領域が、全域にわたり均質に補強されて剛性が高まったことにより、切梁４から作用された荷重が、剛性の高められた接合領域のウェブ５１全域に内力として伝達され、生じる応力の分散がウェブ５１内で促進されたものと考えられる。

次に、第１のスチフナー６を２つ設置したケース４〜６を、図４を参照しつつ比較する。腹起し３に第２のスチフナー７を１つのみ設置したケース４は、第２のスチフナー７を設置しないケース５および第２のスチフナー７を２つ設置したケース６と比較して、接合部材５の圧縮応力度および腹起しの圧縮応力度ともに、最も低い様子がわかる。これは、接合部材５のウェブ５１内で応力分散が促進されることにより、切梁４から作用された荷重が、腹起し３に対して等分布荷重の様相で作用するよう伝達されると想定されることから、腹起し３を補強する第２のスチフナー７を、等分布荷重の中央となる２つの第１のスチフナー６に挟まれた領域に設置したことで、腹起し３および接合部材５がバランスよく補強されたことによるものと考えられる。

また、図５をみると、腹起し３および接合部材５が安全に支持することの可能な切梁軸力の上限値は、例えば補強をしていないケース１を見ると、腹起し３は約４２００ｋＮ程度と高いものの、接合部材４は約１５００ｋＮ程度にとどまっている。これにより、補強をしていないケース１の山留め支保工２にて安全に山留め壁１を支持可能な切梁軸力の上限値は、約１５００ｋＮとなる。

一方で、第１のスチフナー６を２つ、第２のスチフナー７を１つ設置したケース４では、腹起し３が約５０００ｋＮ、接合部材４が約４０００ｋＮで、安全に山留め壁１を支持可能な切梁軸力の上限値は、約４０００ｋＮとなる。このようにしてケース１からケース６を比較すると、ケース４の山留め支保工２が、もっとも大きい切梁軸力を支持できる構造であることがわかる。

このように、上記のケース４に該当する本実施の形態の山留め支保工２は、腹起し３と接合部材５がバランスよく補強されているため、山留め壁に架設した際の平面視形状をコンパクトにしながら、土留め壁１に大きな土圧が作用して切梁軸力が増大した場合にも、効率よく切梁４を支持することが可能となる。また、バランスよく補強することで、第２のスチフナー７の数量を最小限にとどめることができるため、部材点数が少なくして土留め支保工１全体の軽量化を図ることが可能となる。

さらに、第１のスチフナー６および第２のスチフナー７を角筒状部材にすると、板状や棒状のスチフナーと比較して座屈に対して高い剛性を有しながら、その重量を軽くすることができるため、接合部材５におけるウェブ５１内の応力分散ならびに接合部材５および腹起し３の補強の効率を高めるとともに、山留め支保工の架設作業を容易にすることが可能となる。

なお、本発明の山留め支保工２は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、接合部材５における、切梁４のウェブ４１を挟んだ両側各々と対応する位置に、第１のスチフナー６を１つずつ設置する構成とした。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、それぞれ２個以上ずつ配置する構成としてもよい。同様に、腹起し３における、２つの第１のスチフナー６に挟まれた領域に、１つの第２のスチフナー７を設置したが、これに限定されるものではなく、第２のスチフナー７を複数個設置してもよい。

また、本実施の形態では、接合部材５を切梁４ごとに独立したものとしたが、これを連続する一本の接合部材５としてもよい。このようにすれば、切梁４からの軸力の影響を受けない部位、すなわち切梁４から所定の距離離れた切梁４間の接合部材５は、二段腹起しの腹起し部材としての役割を果たすことができ、腹起し３とあいまって山留め壁１からの大きな土圧に抵抗することが可能となる。

１ 山留め壁
２ 山留め支保工
３ 腹起し
３１ ウェブ
３２ フランジ
４ 切梁
４１ ウェブ
４２ フランジ
５ 接合部材
５１ ウェブ
５２ フランジ
６ 第１のスチフナー
７ 第２のスチフナー

Claims (2)

1. 山留め壁に設置される腹起しと、該腹起しに対して直交するように配置される山留主材よりなる切梁と、該切梁と前記腹起しとを接合する接合部材とを有し、
   該接合部材が、前記腹起しに対して軸方向が平行で、かつウェブが水平面を形成するように配置される山留主材と、該山留主材を補強する第１のスチフナーとを備え、
   該接合部材において、フランジに前記切梁の端面が接合されるとともに、該切梁のフランジ幅内であって該切梁のウェブを挟む両側各々と対向する位置に、前記第１のスチフナーがそれぞれ設置され、
   前記腹起しにおいて、前記第１のスチフナーで挟まれた領域と対向する位置に、該腹起しを補強する第２のスチフナーが１つだけ設置されることを特徴とする山留め支保工。
2. 請求項１に記載の山留め支保工において、
   前記第１のスチフナーおよび前記第２のスチフナーが、角筒状部材よりなることを特徴とする山留め支保工。