JP6284796B2

JP6284796B2 - 土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法

Info

Publication number: JP6284796B2
Application number: JP2014057924A
Authority: JP
Inventors: 小島　謙一; 謙一小島; 貴樹松丸; 隆史猿渡; 正広岡本; 澄雄矢崎; 弘一横田; 大内　公安; 公安大内
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: JP2015183363A

Description

本発明は、土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法に係り、のり面へ小口径角型棒状補強体を挿入した補強土構造体と、この補強土構造体の表面に連結されるジオセルからなる法面保護工と、そのジオセルへの補強土構造体の連結工と、それらを組み合わせた土構造物のり面の安定化を図り得る、土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法に関する。換言すれば、ある程度の変形は許容するが、壊滅的な破壊に至ることのない「修復が簡便なねばり強さ」を有する斜面安定化工法に関するものである。

近年、自然地山あるいは既設盛土を対象に土構造物内に棒状補強材を構築し、補強土構造体を形成することにより地盤の安定化を図ろうとする地山補強土工法が広く用いられるようになってきている。この地山補強土工法の適用範囲が拡大するにつれて、多機能の補強材の開発も求められるようになってきた。

特に、既設盛土のような緩い地山のり面の掘削や地盤の掘削土留め工事に用いる場合には、ロックボルトのような鉄筋補強材では効率よく補強することができず、また、永久構造物への適用に当たっては補強材の耐久性や品質向上に対する要求が高まっている。このため使用目的によって特徴ある補強材が多数提案されているが、現状では各種の補強材を補強材の機能によってネイリング、ダウアリング、マイクロパイリングの３種類に大きく分類されている。

ここで、ネイリングとは補強材直径が１０ｃｍ程度以下のもので、主として補強材の引張り抵抗によって地山の安定性を向上させる工法であり、マイクロパイリングは、補強材直径１０〜２０ｃｍ程度でネイリングに比べれば直径や補強材剛性も大きく、引張り抵抗に加えて曲げや圧縮抵抗も期待できるため支持力補強などにも用いられている。また、ダウアリングは補強材直径３０〜５０ｃｍ程度で直径や剛性が大きいため特に周面摩擦抵抗力が得られにくい盛土や崩壊性地山で使用されている。

ダウアリングの代表的な工法に、機械攪拌混合方式の深層混合処理工法の技術を応用することで地盤条件に応じて３０〜５０ｃｍ（一般的には４０ｃｍ）の大径の補強体の構築を可能にしたラディッシュアンカー工法がある。ラディッシュアンカー工法は、ネイリング工法と比べて大径であるため、その合理的な補強効果を生かして既設盛土のり面や地山の急勾配化、掘削土留め工の支保工としての適用、既設擁壁の耐震補強、既設のり面の耐震・降雨対策などにも適用されている。ダウアリングおよびマイクロパイリングの代表的な工法を表１に示す。

表１に示すように、棒状補強材の築造方法としては、機械撹拌混合方式、ケーシング削孔等があり、地山との定着材としては、セメントミルクやソイルセメントが、また芯材の種類としては、ＦＲＰロッド、ネジ節異形棒鋼等が用いられている。

また、上述した補強材直径が１０ｃｍ程度以下のネイリングの場合、インナーロッドのみで削孔を行うロッド方式、孔壁が自立しない場合に用いられる自穿孔式、およびケーシングにより孔壁を安定させながら削孔を行う二重管方式等がある。二重管方式の場合、削孔時にエアーや水によってスライム除去を行い、芯材建込後にはケーシングを引き抜く必要がある。

以上のように、地山補強土工法に用いられる補強材の内、補強材自身に曲げ剛性がほとんど無い場合には補強材の引張り抵抗を期待する工法となる。この引張り補強土工法では土の変形に伴って、補強材表面に軸方向のせん断力が発生し、その結果、補強材に引張り力が受動的に発生すると考えられる。したがって、引張り補強材の表面は、土との間にせん断力が発生するように粗で、補強材周面と地盤との摩擦力が十分に発揮される必要がある。

しかしながら、これら地山補強土工法においては、補強材周面と地盤との摩擦力を確保するためにケーシング削孔の場合には、セメントミルクを加圧注入したり、あるいは、セメントミルクに膨張材を添加するなどして対応しているが、適用地盤の種類、地下水の状況等の影響を受けて必ずしも十分な補強効果を発揮していないのが現状である。

特表２０１２−５０４０５８号公報実用新案登録第３１２８１０７号公報特開２００５−９１４６号公報特開２０１０−１６８８８８号公報特開平５−２２２７３２号公報特開２０１２−１６７５０８号公報

このような状況に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は以下の通りである。
（１）低廉な工法とするために、施工時には大型掘削機械を用いなくても、掘削効率を上げることができる棒状補強材形状とすること。
（２）また同様に、低廉な工法とするためには工期を短縮する必要があり、掘削時のスライム処理をしなくても済む工法とすること。
（３）棒状補強材と周辺地盤との摩擦力が十分に確保できること。
（４）硬質地盤にもある程度の硬さまで対応できること。基本的にはパーカッションを用いず削孔が可能なこと、すなわち、無（低）振動・無（低）騒音であること。
（５）２００９年８月に東名高速道路牧の原サービスエリア付近で発生した斜面崩壊は、台風９号による先行降雨があった後に比較的小規模の地震が原因で起きている。これまでは豪雨と地震は同時に考慮してこなかったが、今後重要構造物等では豪雨と地震を同時に考慮する必要性が増し、降雨対策と耐震対策の両対策に効果のある工法であること。
（６）のり面保護工には、補強効果を増大させるために必要な一体型剛壁面に加え、景観上およびヒートアイランド対策として緑化の機能を有する複合構造体にすること。
（７）耐震補強、耐降雨および緑化の3 機能を有する補強構造体をシステマティックに打設することが可能な施工技術とすること。

本発明は、上記状況に鑑みて、ある程度の変形は許容するが、壊滅的な破壊に至ることのない、土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕掘削機との作業効率を高めるために、標準寸法５０×５０〜１５０×１５０ｍｍ程度、厚さ１．６〜１２．０ｍｍ程度である小口径角型鋼管からなる地山補強材による地山補強土工と、中詰工を施したジオセル敷設からなるセル型補強のり面保護工と、前記地山補強材と前記ジオセルとの頭部定着工とを施す土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法であって、前記掘削対象地盤が逸散しやすい、亀裂が発達している、もしくは空洞がある場合には、当初、セメントミルク系の注入材を、その後、浸透型の注入材を二重管ダブルパッカーを用いて繰り返し注入することによって地山補強材の径を拡大可能にすることを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、前記小口径角型鋼管内にはセメントペーストを充填し、二重防食構造とし、その頭部には複数枚の押圧板を設置し、地山部ならびに地山補強材周辺の充填材を確実に押印し、最下部に設置する押圧板の寸法は、前記小口径角型鋼管の寸法より若干小さくしてその内部に固定し、高剛性プレートを構築することを特徴とする。

〔３〕上記〔２〕記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、前記高剛性プレートにはあらかじめ鉄筋を溶接しておき、前記のり面保護工として採用した立体ハニカム構造のジオセルの縦・横方向に挿入されている連結用鉄筋と一体化させることを特徴とする。

〔４〕上記〔２〕記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、前記高剛性プレートは、１つのセル内に収まる形状を基本とし、その押圧効果による高い補強・拘束効果をのり面保護工として採用した立体ハニカム構造のジオセルに伝達させるために、求められる要求に応じて複数のセルにまたがる構造としたことを特徴とする。

〔５〕上記〔３〕記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、前記立体ハニカム構造のジオセルの高さは、１０〜１５ｃｍ程度を標準とし、縦・横方向に挿入する連結用鉄筋の径、防錆対策、ならびに施工性を考慮して、適切な径および位置にパンチングすることを特徴とする。

〔６〕上記〔２〕記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、地山補強材、前記高剛性プレート、およびのり面保護工としてのジオセルの三構造体を一体化させるために、前記ジオセルの高さの１／２程度までモルタル充填を基本とし、その上部は中詰め材として植生土のう、種子吹付、あるいは砕石で充填することを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

(１) 地山に対する補強機能としての小口径角型補強材、高剛性プレート、およびのり面保護工としての立体ハニカム構造体の三構造体を一体化させたために、耐震および耐降雨対策の両効果が期待できる。

(２) 多様な地盤性状と不確定性・不規則性が著しい地震動に対して、耐震および耐降雨対策を考える場合、設定外力を超えた地震動に対しても壊滅的な破壊に至らしめない耐震対策として、あまり要求性能の高くない土構造物に対しての低廉な補強対策となる。

(３) 大地震時の場合にも、あまり要求性能の高くない土構造物に対してはある程度の変形は許容するが、壊滅的な破壊までには至らしめないことから、「ねばり強さ」を有する対策工法である。

(４) 騒音・振動を伴う施工機械は積極的には用いない低公害型工法であり、都市域、特に耐震対策にいまだ着手していない既設構造物にも有効に適用できる。

(５) のり法面保護工の被覆コンクリートの上部を緑化することによって、ヒートアイランドの原因の一部になっているコンクリート壁の高温化を防ぐことができる。

本発明の実施例を示す土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法の標準横断面図である。本発明の実施例を示すジオセルを示す図である。本発明の実施例を示すジオセルの接続方法を示す図である。本発明の実施例を示す土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法の施行フローチャートである。本発明の実施例を示す小口径角型鋼管の斜視図である。本発明の実施例を示す小口径角型鋼管とその内部構造の概略を示す図である。本発明の実施例を示すのり面への小口径角型鋼管の打設状態を示す模式図である。本発明の実施例を示すのり面への小口径角型鋼管のジオセルへの頭部定着工の模式図である。

本発明の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法は、掘削機との作業効率を高めるために、標準寸法５０×５０〜１５０×１５０ｍｍ程度、厚さ１．６〜１２．０ｍｍ程度である小口径角型鋼管からなる地山補強材による地山補強土工と、中詰工を施したジオセル敷設からなるセル型補強のり面保護工と、前記地山補強材と前記ジオセルとの頭部定着工とを施す土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法であって、前記掘削対象地盤が逸散しやすい、亀裂が発達している、もしくは空洞がある場合には、当初、セメントミルク系の注入材を、その後、浸透型の注入材を二重管ダブルパッカーを用いて繰り返し注入することによって地山補強材の径を拡大可能にする。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法の標準横断面図である。

この図において、１はのり面保護工であり、ジオセル内に中詰材（砕石、モルタル、植生土のう、現地発生土等）を充填した連続のり面保護工である。２は連結工であり、ジオセルのセル面に設けた溝または孔に連結用棒鋼を通して、セル展開面の縦・横方向を連結・一体化させ、ジオセルによるのり面保護工を強化する（ジオセルの構造及びジオセルの接続方法については図６参照）。３は地山補強土工であり、対象とする斜面のすべり崩壊に対して、地山補強材の引抜き抵抗により安定を確保するための斜面補強工である。のり面保護工と一体化させた構造とすることにより、すべりの規模に応じた補強材を選定・適用することができる。４は頭部定着工であり、のり面保護工１と地山補強土工３を一体化させる目的で、支圧板を補強材頭部にナット等で定着し、連結することにより、対象構造物の耐震性や耐降雨性を向上させる。

図２は本発明の実施例を示すジオセルを示す図であり、図２（ａ）は標準展開図、図２（ｂ）は上面図、図２（ｃ）は側面図である。図３は本発明の実施例を示すジオセルの接続方法を示す図であり、図３（ａ）は結束バンドによる結束の様子を示す図、図３（ｂ）結束された状態を示す図である。

ジオセルとは、ジオシンセティックスに分類される高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）製の帯状シート材料を超音波で千鳥配置に熱溶着した、立体ハニカム構造の製品である。ジオセル本体を展開し、セル内に中詰材（砕石、モルタル、植生土のう、現地発生土等）を充填して、セル内の中詰材を拘束して強度を確保することにより、連続した構造物を形成することができる。

ジオセルの特徴を以下のように示すことができる。

（１）軽量・コンパクトである。

ジオセルは軽量でコンパクトに畳んであるため広い保管場所を必要とせず、小運搬が容易である。

（２）多様な中詰材を活用できる。

ジオセルの中詰材には砕石、モルタル、植生土のう、現地発生土等が利用できる。

（３）施工が容易である。

施工はジオセル本体を展開し、設置後に中詰材を充填して締固めるだけである。

（４）柔軟性がある。

ジオセルは柔軟性があるため、多少の凹凸のあるのり面や地盤に追随できる。

（５）緑化が容易である。

植生土や植生土のうを使用することにより緑化が容易にできる。

図４は本発明の実施例を示す土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法の施行フローチャートである。

この図において、（１）のり面へ地山補強材を打設し、地山補強土工を施す（ステップＳ１）。

（２）次に、のり面へジオセルの敷設を行い、のり面保護工を施す（ステップＳ２）。

（３）次に、連結工を施す（ステップＳ３）。

（４）次に、頭部定着工を施す（ステップＳ４）。

（５）次に、中詰工（砕石やモルタル）を施す（ステップＳ５）。

（６）最後に、モルタル吹付・植生を行い完成する（ステップＳ６）。

図５は本発明の実施例を示す小口径角型鋼管の斜視図であり、図５（ａ）はその小口径角型補強材の全体標準寸法を示す斜視図、図５（ｂ）はその小口径角型補強材の先端と先端付近の形状を示す斜視図、図５（ｃ）はその小口径角型補強材の先端閉塞型を示す図、図５（ｄ）はその小口径角型補強材の開放型を示す図である。

図５（ａ）に示すように、補強材としての小口径角型鋼管１１の標準寸法は、小口径の幅Ｗは標準寸法５０×５０〜１５０×１５０ｍｍ程度、厚さｔ１．６〜１２．０ｍｍ程度の角型鋼管とし、掘削対象地盤によって適切なものを適時選択する。

その先端とその先端の形状は、図５（ｂ）に示すようである。

その先端付近、もしくは先端に図５（ｃ）に示すようスパイラルビット１２（先端閉塞型）を取り付け、さらに図５（ｄ）に示すように先端付近に連続してスクリューフィン１３を溶接し（先端開放型）、スクリューフィン１３の回転による推進力、もしくは、スパイラルビット１２の回転力によって地盤を掘削・削孔する。

図６は本発明の実施例を示す小口径角型鋼管とその内部構造の概略を示す図、図７は本発明の実施例を示すのり面への小口径角型鋼管の打設状態を示す模式図、図８は本発明の実施例を示すのり面への小口径角型鋼管のジオセルへの頭部定着工の模式図であり、図８（ａ）はその頭部定着工を示すのり面保護工の断面図、図８（ｂ）はその頭部定着工を示す平面図である。

図６に示すように、小口径角型鋼管１１の内部には矩形パッカー１５が設けられた棒状補強材１４が配置されている。また、その小口径角型鋼管１１には、削孔対象の地盤条件に応じて５０〜１００ｃｍ程度の間隔で注入孔１６を開ける。その注入孔１６の外側にはセメントペースト等の注入の際にバルブとして作用するゴムスリーブ１７で覆う。また、小口径角型鋼管１１と周辺地盤との摩擦力を確保するために、セメントペースト等を繰り返し注入を実施するが、その際には注入予定箇所の上下に採用し小口径角型鋼管１１の寸法に応じた矩形パッカー１５を使用し、二重管方式によって入念な注入工事を実施する。

更に、矩形パッカー１５の位置を上下させることによって、注入位置を所定の位置に変更することができるので、必要と判断される個所には計画的に再注入を実施することができる。

また、対象地盤が逸散しやすい、亀裂が発達している、もしくは空洞がある場合などには、当初、セメントミルク系の注入材を、その後、浸透型の注入材を二重管方式のダブルパッカー１５、１５を用いて繰り返し注入することによって補強体径を拡大することができる。

そのため、従来の地山補強土工と比較して大きな極限引抜力を得ることができる（補強材の許容引張り力に対しては、必要な鋼材厚を選定する）。

小口径角型鋼管１１内にはセメントペーストを充填し、二重防食構造とし、その頭部には複数枚の押圧板を設置し、地山部ならびに補強材周辺の充填材を確実に押印する。最下部に設置する押圧板の寸法は、小口径角型鋼管１１の寸法より若干小さくしてその内部に固定し、図７および図８に示すように、高剛性プレート１８を構築する。

この高剛性プレート１８にはあらかじめ鉄筋１９を溶接しておき、法面保護工として採用した立体ハニカム構造のジオセル２１の縦・横方向に挿入されている連結用鉄筋２２，２３と一体化させる。

この高剛性プレート１８は、１つのセル内に収まる形状を基本とするが、その押圧効果による高い補強・拘束効果を法面保護工として採用した立体ハニカム構造のジオセル２１に伝達させるために、求められる要求に応じて複数のセルにまたがる構造でも良い。

立体ハニカム構造のジオセル２１の高さは、１０〜１５ｃｍ程度を標準とするが、縦・横方向に挿入する連結用鉄筋２２，２３の径、防錆対策、ならびに施工性を考慮して、適切な径および位置にパンチングするものとする。

図８に示すように、棒状補強材、高剛性プレート１８、およびのり面保護工としてのジオセル２１の三構造体を一体化させるために、ジオセル２１の高さの１／２程度まで吹付モルタル２４のモルタル充填を基本とし、その上部は中詰め材として植生土のう２５、種子吹付、あるいは砕石等で充填する。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法は、ある程度の変形は許容するが、壊滅的な破壊に至ることのない、小口径角型棒状補強体による土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法として利用可能である。

１のり面保護工
２連結工
３地山補強土工
４頭部定着工
１１小口径角型鋼管
１２スパイラルビット
１３スクリューフィン
１４棒状補強材
１５矩形パッカー
１６注入孔
１７ゴムスリーブ
１８高剛性プレート
１９鉄筋
２１ジオセル
２２，２３連結用鉄筋
２４吹付モルタル
２５植生土のう

Claims

掘削機との作業効率を高めるために、標準寸法５０×５０〜１５０×１５０ｍｍ程度、厚さ１．６〜１２．０ｍｍ程度である小口径角型鋼管からなる地山補強材による地山補強土工と、中詰工を施したジオセル敷設からなるセル型補強のり面保護工と、前記地山補強材と前記ジオセルとの頭部定着工とを施す土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法であって、前記掘削対象地盤が逸散しやすい、亀裂が発達している、もしくは空洞がある場合には、当初、セメントミルク系の注入材を、その後、浸透型の注入材を二重管ダブルパッカーを用いて繰り返し注入することによって地山補強材の径を拡大可能にすることを特徴とする土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法。
請求項１記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、前記小口径角型鋼管内にはセメントペーストを充填し、二重防食構造とし、その頭部には複数枚の押圧板を設置し、地山部ならびに地山補強材周辺の充填材を確実に押印し、最下部に設置する押圧板の寸法は、前記小口径角型鋼管の寸法より若干小さくしてその内部に固定し、高剛性プレートを構築することを特徴とする土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法。
請求項２記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、前記高剛性プレートにはあらかじめ鉄筋を溶接しておき、前記のり面保護工として採用した立体ハニカム構造のジオセルの縦・横方向に挿入されている連結用鉄筋と一体化させることを特徴とする土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法。
請求項２記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、前記高剛性プレートは、１つのセル内に収まる形状を基本とし、その押圧効果による高い補強・拘束効果をのり面保護工として採用した立体ハニカム構造のジオセルに伝達させるために、求められる要求に応じて複数のセルにまたがる構造としたことを特徴とする土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法。
請求項３記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、前記立体ハニカム構造のジオセルの高さは、１０〜１５ｃｍ程度を標準とし、縦・横方向に挿入する連結用鉄筋の径、防錆対策、ならびに施工性を考慮して、適切な径および位置にパンチングすることを特徴とする土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法。
請求項２記載の土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法において、地山補強材、前記高剛性プレート、およびのり面保護工としてのジオセルの三構造体を一体化させるために、前記ジオセルの高さの１／２程度までモルタル充填を基本とし、その上部は中詰め材として植生土のう、種子吹付、あるいは砕石で充填することを特徴とする土構造物の耐震・耐降雨対策斜面安定化工法。