JP6201929B2 - 橋台の洗掘防止構造 - Google Patents

Description

本発明は、河川に架設された橋梁の橋台や橋脚の洗掘対策として行われる橋台及び橋脚の洗掘防止構造に関する。

河川に架設された橋梁の橋台や橋脚の基礎の周辺は、洗掘によって土砂が流出することがある。土砂流出によって基礎周辺が空洞になると、橋台や橋脚を支える地盤の抵抗が小さくなり、橋台や橋脚が傾いたり倒壊したりすることがある。さらに橋台の場合は、橋台の背面側の土まで流出することがあり、この場合、路面が陥没する事故につながる。
洗掘対策としては、例えば非特許文献１に開示されたように、橋台や橋脚の周辺を鋼矢板で締切り、洗掘された部分に充填材を、橋台の背面側に背面処理材を充填する方法がとられる。この場合、鋼矢板としては、一般的にはＵ形鋼矢板が用いられる。

「橋台基礎の洗掘への対応事例」、土木技術資料（雑誌名）、一般財団法人土木研究センター（発行）、2011年3月号 p48-49

橋台や橋脚の洗掘対策では、既設基礎の支持地盤をみださないような構造や施工とすることが重要である。
Ｕ形鋼矢板は断面の高さが高いため地盤への打設時に地盤を押しのける体積が大きく、近傍の地盤を乱す程度が大きい。
また、断面剛性が高いので、既設基礎の水平抵抗に及ぼす影響が大きい。

Ｕ形鋼矢板の場合、鋼矢板壁に作用する土圧は、鋼矢板の剛性で根入れ部の地盤に伝達し、地盤反力で抵抗するため、大きな断面力が発生する。従って縦継ぎ箇所では、相応の剛性を確保するための方策が必要となる。
しかし、鋼矢板の打設は、作業空間の狭い桁下で行う必要があるが、短く切断したＵ形鋼矢板を打設時に現地で縦継ぎしながら施工することになる。縦継は、一般的には溶接によって行うが、Ｕ形鋼矢板は断面形状において曲線部分が多く、また継手部分は形状が複雑なため溶接が行えず断面欠損が生じるため、さらに添接板を溶接する必要がある。これらの作業は特殊な技能を必要とし、時間も要するため、施工コストが上昇する。

また、Ｕ形鋼矢板の場合、鋼矢板壁に作用する土圧に対しては、根入れ部の地盤反力で抵抗するため、鋼矢板で締切る場合、鋼矢板を不透水層まで根入れし、ボイリング現象が生じないように注意する必要がある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、設置後において既設基礎の支持地盤に与える影響が少ない構造であり、また施工時においても既設基礎の支持地盤に与える影響が少ない橋台及び橋脚の洗掘防止構造を得ることを目的としている。

（１）本発明に係る橋台の洗掘防止構造は、橋桁を支持する橋台の洗掘防止構造であって、前記橋台の近傍であって、前記橋桁を挟んで打設された一対の反力杭と、複数の直線形鋼矢板を連結して前記橋台の河川側を囲むように打設すると共に両端に配置された直線形鋼矢板を前記一対の反力杭にそれぞれ連結してなる直線形鋼矢板壁とを備え、該直線形鋼矢板壁で囲まれた領域に充填材を充填してなることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記直線形鋼矢板壁は、前記橋台側から河川側に突出する円弧状であることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記直線形鋼矢板の下端が支持層に到達していないことを特徴とするものである。

（４）本発明に係る橋脚の洗掘防止構造は、橋桁を支持する橋脚の洗掘防止構造であって、複数の直線形鋼矢板を連結して前記橋脚を囲むように打設すると共に両端に配置された直線形鋼矢板を連結して筒状に形成した直線形鋼矢板筒状壁を備え、該直線形鋼矢板筒状壁で囲まれた領域に充填材を充填してなることを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記直線形鋼矢板筒状壁は円筒状に形成されていることを特徴とするものである。

（６）また、上記（４）又は（５）に記載のものにおいて、前記直線形鋼矢板の下端が支持層に到達していないことを特徴とするものである。

本発明においては、橋台の近傍であって、橋桁を挟んで打設された一対の反力杭と、複数の直線形鋼矢板を連結して前記橋台の河川側を囲むように打設すると共に両端に配置された直線形鋼矢板を前記一対の反力杭にそれぞれ連結してなる直線形鋼矢板壁とを備え、該直線形鋼矢板壁で囲まれた領域に充填材を充填してなるので、橋台の周辺の洗掘を防止できると共に、既設基礎の支持地盤を極力みださない構造にすることができる。
また、直線形鋼矢板を用いることで、縦継ぎ箇所の構造を、打設時に作用する荷重に耐えられる程度に簡素化することが可能なことから、施工コストや作業時間を大幅に改善することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る橋台の洗掘防止構造を説明するための縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る橋台の洗掘防止構造の説明するための平面図である。 本発明の実施の形態１に用いる直線形鋼矢板の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る橋台の洗掘防止構造の施工手順の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る橋脚の洗掘防止構造を説明するための縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る橋脚の洗掘防止構造の説明するための平面図である。 本発明の実施の形態２に係る橋脚の洗掘防止構造の施工手順の説明図である。

［実施の形態１］
本実施の形態に係る橋台の洗掘防止構造１は、図１、図２に示すように、橋桁３を支持する橋台５の洗掘防止構造であって、
橋台５の近傍であって、橋桁３を挟んで打設された一対の反力杭７と、複数の直線形鋼矢板９を連結して橋台５を囲むように打設すると共に両端に配置された直線形鋼矢板９を一対の反力杭７にそれぞれ連結してなる直線形鋼矢板壁１１とを備え、
直線形鋼矢板壁１１で囲まれた領域に充填材１３を充填してなることを特徴とするものである。
以下、詳細に説明する。

＜橋桁、橋台＞
橋梁やその橋桁３の構造等については特に限定されない。ただ、橋梁の両端にあって、取り付け道路と橋梁を接続し、上部構造からの荷重および背面盛土からの土圧荷重を支持する下部構造である「橋台」を有するものが対象となる。
橋台５の下部は基礎杭１５が支持層１７まで打設されて支持されている。

＜反力杭＞
反力杭７は、橋台５の近傍であって、橋桁３を挟んで打設された一対の杭体からなる。各反力杭７は、直線形鋼矢板壁１１が連結され、反力をとるための構造物であり、特に杭の種類は限定されない。

＜直線形鋼矢板＞
直線形鋼矢板９は、図３に示すように、両端に設けられた主爪部と副爪部からなる継手部９ａと、継手部９ａ同士を繋ぐウェブ部９ｂとによって構成されている。図３に示すように、隣の直線形鋼矢板９の継手部９ａを連結することで、後述の直線形鋼矢板壁１１が形成される。
なお、直線形鋼矢板９の継手部９ａに作用する荷重としては、打設時に生じる圧縮力と引張力が主となるので、施工方法および地盤条件を考慮して最大荷重を算定し、それに耐えられる構造とすればよい。
なお、直線形鋼矢板９は、ウェブ部９ｂについては防食するのが望ましいことは言うまでもないが、継手部９ａ近傍も防食が必要な場合には、継手部９ａについても容易な防食方法とするのが望ましい。

＜直線形鋼矢板壁＞
直線形鋼矢板壁１１は、隣接する直線形鋼矢板９の継手部９ａを連結すると共に縦方向の直線形鋼矢板９を溶接によって接合して形成され、橋台５の河川側を囲むように設置されている。
直線形鋼矢板壁１１は、橋台５側から河川側に突出する円弧状であることが望ましい。
直線形鋼矢板壁１１を円弧状にすることで、直線形鋼矢板壁１１に作用する土圧をフープテンションに変換し、部材の引張耐力で支えるため、Ｕ形鋼矢板と比べて小さな断面剛性で構造が成立する。このような構造の場合、部材長方向で曲げはほとんど生じないため、継手部９ａにおいても剛性を確保する必要が無い。また、縦継ぎ箇所についても、打設時に作用する荷重に耐えられる程度の構造にすれば足り、施工コストを抑えることができる。
なお、縦方向の直線形鋼矢板９同士の接合は、地盤条件や施工条件によるが、溶接だけでなく、ボルト継手や機械式継手等を用いることが出来る。

直線形鋼矢板壁１１を構成している最下部の直線形鋼矢板９は、図１に示すように、その下端が支持層１７に到達していないのが好ましい。これによって、直線形鋼矢板壁１１に土圧等によって応力が作用したときに支持層１７を乱すことがない。
また、直線形鋼矢板壁１１を構成している最下部の直線形鋼矢板９を根入れする必要がないので、ボイリング現象の発生に注意する必要もない。

＜充填材＞
充填材１３は、図１に示すように、直線形鋼矢板壁１１で囲まれた領域に充填されるもので、例えば流動化処理土、モルタルなどである。充填材料は、自己充填性に優れ、水中施工可能なことが望ましい。固化する材料の場合、フーチングや基礎等の既存構造物と一体化し、橋台に作用する荷重の分布が変化する恐れがあるので、適用にあたっては検討が必要である。

次に、上記のように構成されたる橋台の洗掘防止構造１の施工方法について、図４に基づいて説明する。
図４（ａ）は施工前の状態を示しており、橋台５の下面に洗掘が生じて杭頭が露出しており、また橋台５の背面土も流出し、橋台５の背面の路面が陥没している。
図４（ｂ）に示すように、橋台５を挟んで一対の鋼管杭からなる反力杭７を打設する。また、橋台５の基礎杭１５の支持層１７を乱さないように、橋台５から十分な距離を離して直線形鋼矢板９を打設する。直線形鋼矢板９の打設は、桁下部では作業空間を確保するために２本に分割し、現場で溶接によって接続しながら打設する。

直線形鋼矢板９の縦継ぎは、直線形鋼矢板９のウェブ部９ｂの直線部分だけを開先をとって完全溶け込み溶接し、添接板による補強をする必要はない。このように、直線形鋼矢板９の場合、直線部分のみの溶接で足りるため、Ｕ形鋼矢板を用いた場合に比較して溶接作業時間を大幅に短縮できる。例えば、Ｕ形鋼矢板を使用した場合には、現場溶接１箇所あたり３０分程度必要であるが、直線形鋼矢板９の場合には１０分以内で作業を完了できる。
直線形鋼矢板９は、図２に示すように、平面視で円弧状になるように接続し、両端の直線形鋼矢板９はその継手部９ａを、鋼管杭に取り付けた継手に接続することで反力杭７に連結する。

直線形鋼矢板９によって直線形鋼矢板壁１１が形成された後、図４（ｃ）に示すように、直線形鋼矢板壁１１で囲まれた領域に充填材１３を充填して作業を完了する。充填材の種類や施工方法によっては、橋台背面の空洞に充填されないおそれがあるので、その場合は地上部から掘削し背面処理材１４を充填する。

以上のように構成された本実施の形態の橋台の洗掘防止構造１によれば、洗掘防止効果に加えて以下の効果が得られている。
本実施の形態によれば、橋台５の周囲を仕切る壁体として直線形鋼矢板９によって形成される直線形鋼矢板壁１１を用いたので、地盤への打設時に地盤を押しのける体積が少なくてすみ、近傍の地盤を乱す程度も小さくて済む。
また、直線形鋼矢板壁１１を円弧状にしたので、直線形鋼矢板壁１１に作用する土圧をフープテンションに変換して部材の引張耐力で支えるようにしたので、Ｕ形鋼矢板を地盤に打設する場合のように根入れの必要がなく、地盤を乱すこともない。このため、直線形鋼矢板壁１１に土圧が作用した場合に、地盤反力で抵抗することがなく、この意味でも地盤を乱すことがない。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る橋脚の洗掘防止構造１９は、図５、図６に示すように、橋桁３を支持する橋脚２１の洗掘を防止するものであって、複数の直線形鋼矢板９を連結して橋脚２１を囲むように打設すると共に両端に配置された直線形鋼矢板９を連結して筒状に形成した直線形鋼矢板筒状壁２３を備え、直線形鋼矢板筒状壁２３で囲まれた領域に充填材１３を充填してなることを特徴とするものである。
実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。

＜直線形鋼矢板筒状壁＞
直線形鋼矢板筒状壁２３は、隣接する直線形鋼矢板９の継手部９ａを連結すると共に縦方向の直線形鋼矢板９を溶接によって接合して形成され、橋脚２１を囲むように筒状に設置されている。直線形鋼矢板筒状壁２３は、図６に示すように、橋脚２１を囲む円筒形であることが望ましい。
直線形鋼矢板筒状壁２３を円筒形にすることで、直線形鋼矢板筒状壁２３に作用する土圧をフープテンションに変換し、部材の引張耐力で支えるため、Ｕ形鋼矢板と比べて小さな断面剛性で構造が成立する。このような構造の場合、部材長方向で曲げはほとんど生じないため、継手部９ａにおいても剛性を確保する必要が無い。

直線形鋼矢板筒状壁２３を構成している最下部の直線形鋼矢板９は、図５に示すように、その下端が支持層１７に到達していないのが好ましい。これによって、直線形鋼矢板筒状壁２３に土圧によって応力が作用したときに支持層１７を乱すことがない。
地盤が軟弱な場合、Ｕ形鋼矢板の場合、根入れ長を大きくする必要があるが、円筒状に配置した直線形鋼矢板９の場合は、自重による沈下が防げる支持力が得られれば、根入れ長を大きくする必要は無い。

次に、上記のように構成されたる橋脚の洗掘防止構造１９の施工方法について、図７に基づいて説明する。
図７（ａ）は施工前の状態を示しており、橋脚２１の下部に洗掘が生じて杭頭が露出している。
図７（ｂ）に示すように、橋脚２１の基礎杭１５の支持層１７を乱さないように、橋脚２１から十分な距離を離して直線形鋼矢板９を打設する。直線形鋼矢板９の打設は、桁下部では作業空間を確保するために２本に分割し、現場で溶接によって接続しながら打設する。
直線形鋼矢板９の縦継ぎは、実施の形態１と同じ方法で実施する。直線形鋼矢板９は、図６に示すように、平面視で円形状になるように接続する。
なお、直線形鋼矢板９は、円周状に橋脚２１を取り囲み、両端の直線形鋼矢板９同士を連結するため反力杭７は不要である。

直線形鋼矢板９によって直線形鋼矢板筒状壁２３が形成された後、図７（ｃ）に示すように、直線形鋼矢板筒状壁２３で囲まれた領域に充填材１３を充填して作業を完了する。

以上のように構成された本実施の形態の橋脚の洗掘防止構造１９によれば、洗掘防止効果に加えて以下の効果が得られている。
本実施の形態によれば、橋脚２１の周囲を仕切る壁体として直線形鋼矢板９によって形成される直線形鋼矢板筒状壁２３を用いたので、地盤への打設時に地盤を押しのける体積が少なくてすみ、近傍の地盤を乱す程度も小さくて済む。
また、直線形鋼矢板壁９を円筒状にしたので、直線形鋼矢板筒状壁２３に作用する土圧をフープテンションに変換して部材の引張耐力で支えるようにしたので、Ｕ形鋼矢板を地盤に打設する場合のように根入れの必要がなく、地盤を乱すこともない。このため、直線形鋼矢板筒状壁２３に土圧が作用した場合に、地盤反力で抵抗することがなく、この意味でも地盤を乱すことがない。

１ 橋台の洗掘防止構造
３ 橋桁
５ 橋台
７ 反力杭
９ 直線形鋼矢板
９ａ 継手部
９ｂ ウェブ部
１１ 直線形鋼矢板壁
１３ 充填材
１４ 背面処理材
１５ 基礎杭
１７ 支持層
１９ 橋脚の洗掘防止構造
２１ 橋脚
２３ 直線形鋼矢板筒状壁

Claims (3)

1. 橋桁を支持する橋台の洗掘防止構造であって、
   前記橋台の近傍であって、前記橋桁を挟んで打設された一対の反力杭と、
   複数の直線形鋼矢板を連結して前記橋台の河川側を囲むように打設すると共に両端に配置された直線形鋼矢板を前記一対の反力杭にそれぞれ連結してなる直線形鋼矢板壁とを備え、
   該直線形鋼矢板壁で囲まれた領域に充填材を充填してなることを特徴とする橋台の洗掘防止構造。
2. 前記直線形鋼矢板壁は、前記橋台側から河川側に突出する円弧状であることを特徴とする請求項１記載の橋台の洗掘防止構造。
3. 前記直線形鋼矢板の下端が支持層に到達していないことを特徴とする請求項１又は２に記載の橋台の洗掘防止構造。