JP6326294B2 - 土留め構造の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、土留め構造の構築方法に関する。

地下水面が地表近傍にある地盤において、鉄筋コンクリート連続壁（以下、「ＲＣ連壁」という）による立坑を構築する場合には、地下水圧（揚圧）と内部土荷重とが釣り合う位置以深の遮水層にＲＣ連壁の下端を挿入するのが一般的である。

ＲＣ連壁の壁厚は、床付け近傍の最大土圧に対して設計し、ＲＣ連壁の全長（全高）にわたって等厚に形成するのが一般的である。
ところが、立坑の底部に形成される底盤体以深では、遮水機能を確保することができる壁厚を備えていればよく、床付け近傍の最大土圧に対する壁厚は過大である。

そのため、ＲＣ連壁の壁厚を深さ方向で変化させる土留め構造が開示されている。
例えば、特許文献１には、地中に溝を形成し、この溝内にコンクリートを打設して連壁を形成する工法であって、溝を形成する際に、深さ方向で溝幅を変化させることで壁厚を変化させた土留め構造の構築方法が開示されている。

また、特許文献２には、通常の掘削機で所定深さまで溝を掘削した後、掘削機を偏断面掘削機に入れ替えて、所定深さ以深の溝を薄厚に掘削する掘削方法が開示されている。

特開２００６−１２５１４８号公報 特開平７−７１０３５号公報

特許文献１に記載の土留め構造の構築方法は、掘削幅の変更が可能な特殊な機械を用いる必要があるため、施工費が高価になってしまう。
また、特許文献２に記載の掘削方法は、複数の掘削機を使う必要があるため、施工費が嵩む。

前記従来の施工方法は、いずれにおいても、地山状況によっては、壁厚の切り替え箇所において地山が崩落するおそれがある。

このような観点から、本発明は、簡易かつ安価に構築することができ、なおかつ、信頼性の高い土留め構造の構築方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の土留め構造の構築方法は、遮水層に到達する外周連壁を形成する工程と、前記外周連壁の内面に沿って内周連壁を形成する工程と、前記内周連壁の内側の地盤を床付け面よりも浅い仮底盤まで掘削する工程と、前記外周連壁と前記内周連壁の段差部を巻き込むように底盤体を形成する工程と、前記仮底盤から前記底盤体に到達する杭を形成するとともに、前記杭と前記内周連壁とをつなぐ繋ぎ部材を形成する工程と、床付け掘削を行う工程とを備えており、前記内周連壁は、前記床付け面よりも深く、かつ、外周連壁の先端よりも浅い位置に到達するように形成することを特徴としている。

かかる土留め構造の構築方法によれば、外周連壁を形成した後に内周連壁を形成するため、地山が安定している状態で内周連壁を構築することができる。そのため、壁厚の変化位置における地山の崩落を抑制することができる。
また、外周連壁と内周連壁との組み合わせによって土留壁の壁厚を変化させているため、施工性および経済性に優れている。

前記内周連壁を貫通して前記外周連壁に到達する後施工アンカーを打設する工程をさらに備えていれば、内周連壁と外周連壁とが一体化するので、剛性を高めることができる。

前記外周連壁と前記内周連壁の段差部を巻き込むように底盤体を形成することで、底盤体が盤ぶくれを抑制するとともに、床付け掘削時の揚圧力に抵抗するため、より信頼性の高い立坑を構築することができる。

また、前記内周連壁の内側の地盤を床付け面よりも浅い仮底盤まで掘削する工程と、前記仮底盤から前記底盤体に到達する杭を形成するとともに、前記杭と前記内周連壁とをつなぐ繋ぎ部材を形成する工程とをさらに備えているため、揚圧力により底盤体に作用する曲げモーメントを、コンクリート杭により低減させることが可能となる。そのため、底盤体の厚さを薄くすることができ、工期および工費の削減を図ることができる。

さらに、前記外周連壁に複数の計測孔を形成しておき、少なくとも１つの前記計測孔内に設置された発信機と、その他の前記計測孔内に設置された受信機を利用して、前記底盤体の施工状況を確認することで、高品質な底盤体を簡易に構築することができる。

本発明の土留め構造および土留め構造の構築方法によれば、信頼性の高い土留め構造を簡易かつ安価に構築することができる。

第一の実施形態の土留め構造を示す断面図である。 （ａ）は土留壁の平断面図、（ｂ）は土留壁の拡大断面図である。 （ａ）および（ｂ）は第一の実施形態の土留め構造の構築方法の各施工段階を示す断面図である。 （ａ）は図３の（ｂ）に続く施工段階を示す断面図、（ｂ）土留壁の一部を示す拡大断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図４の（ａ）に続く施工段階を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は第二の実施形態の土留壁構造の構築方法の各施工段階を示す断面図である。 第二の実施形態の土留壁構造を示す断面図である。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態の土留め構造１は、図１に示すように、立坑２を囲む外周連壁３および内周連壁４からなる土留壁５により形成されている。

外周連壁３は、地中に形成された鉄筋コンクリート製の連続壁であって、図２の（ａ）に示すように、平面視円形に形成されている。
なお、外周連壁３の平面形状は限定されるものではなく、例えば、矩形状に形成されていてもよい。

図１に示すように、外周連壁３の下端は、立坑２の床付け面２ａよりも深い位置にある遮水層（粘性土層）Ｇｃに到達している。
外周連壁３の遮水層Ｇｃへの根入れ深さは、止水性を確保することが可能であれば、限定されない。

内周連壁４は、鉄筋コンクリート製の連続壁であって、図１および図２に示すように、外周連壁３の内面に沿って形成されている。
内周連壁４は、図１に示すように、外周連壁３と内周連壁４との間に跨って配設されたアンカー６を介して、外周連壁３と一体化されている。

内周連壁４は、外周連壁３よりも壁高が小さく、その上端は外周連壁３の上端よりも低い位置、その下端は外周連壁３の下端よりも高い位置となるように形成されている。

本実施形態の内周連壁４は、その上端が地表面ＧＬよりも低くなるように形成されている。
また、内周連壁４の下端は、床付け面２ａよりも深く、かつ、遮水層Ｇｃよりも浅い位置まで根入れされている。

立坑２の底部には、図１に示すように、底盤体７が形成されている。
底盤体７は、立坑２の底部を遮蔽するように、床付け面２ａよりも深い位置で地盤改良を行うことにより形成された改良体である。

底盤体７は、内周連壁４の下端を巻き込むように形成されている。
また、底盤体７の厚さ（高さ）は、地下水の揚圧力に対して十分な耐力を発現することが可能な大きさを有している。

本実施形態の立坑２には、図１に示すように、内部構造体９が形成されている。
内部構造体９は、床付け面２ａの上面に形成された底部９ａと、土留壁５の内面に沿って形成された内壁部９ｂとを備えて断面凹字状に形成されている。
なお、内部構造体９の形状は限定されない。

次に、土留め構造の構築方法について説明する。
本実施形態の土留め構造の構築方法は、外周連壁形成工程と、内周連壁形成工程と、仮底盤掘削工程と、底盤体形成工程と、床付け掘削工程と、構造体構築工程を備えている。

外周連壁形成工程は、図３の（ａ）に示すように、地盤（透水層Ｇｓおよび遮水層Ｇｃ）に外周連壁３を形成する工程である。
外周連壁３の施工は、まず、地表から地盤を掘削することで、外周連壁用溝３ａを形成する。外周連壁用溝３ａは、遮水層Ｇｃに到達する深さを有している。

次に外周連壁用溝３ａ内に鉄筋籠を投入するとともに、コンクリートを打設して、外周連壁３（図３の（ｂ）参照）を形成する。
なお、外周連壁用溝３ａには、鉄筋籠の投入に伴い、周方向に所定の間隔をあけて、複数本の計測孔８（図２参照）用の管材を配管しておく。

本実施形態では、管材として、塩化ビニル製の直管を使用する。なお、管材を構成する材料は、外周連壁３内に縦孔（計測孔８）を形成することが可能であれば、限定されない。
管材は、外周連壁３の上端において開口するとともに、下端が底盤体７の形成予定箇所よりも深い位置に到達するように配管する。

外周連壁３を形成したら、揚水を行って外周連壁３内の地下水位ＷＬを低下させるとともに、図３の（ｂ）に示すように、外周連壁３の内側を数ｍ掘削（初期掘削）する。
なお、初期掘削の深さは限定されないが、土圧によって外周連壁３に大きな変形が生じない程度の深さとする。

内周連壁形成工程は、図３の（ｂ）に示すように、外周連壁３の内面に沿って内周連壁４を形成する工程である。
内周連壁４の施工は、まず、外周連壁３の内面に沿って地山を掘削することで、内周連壁用溝４ａを形成する。

内周連壁用溝４ａは、計画された床付け面２ａよりも深い位置まで掘削する。
本実施形態では、内周連壁用溝４ａを、外周連壁３の内面から２０ｃｍ程度の間隔をあけた位置に形成する。なお、内周連壁用溝４ａと外周連壁３との間隔は限定されるものではない。また、内周連壁用溝４ａを外周連壁３に面するように形成してもよい。

内周連壁用溝４ａの掘削が完了したら、掘削機Ｍを外周連壁３側に押し付けた（引き寄せた）状態で引き上げることで、外周連壁３に付着した土砂（外周連壁３と内周連壁用溝４ａとの間隔に残された土砂）を除去する。
なお、掘削機Ｍの外周連壁３への押し付け方法は限定されないが、例えば、掘削機Ｍの外周連壁３と反対側のアジャストガイド（図示せず）を伸長させることにより行えばよい。

次に、内周連壁用溝４ａ内に鉄筋籠を投入するとともに、コンクリートを打設して、内周連壁４を形成する（図４の（ａ）参照）。内周連壁４のコンクリートは、外周連壁３の内面に接することになる。
内周連壁４が完成したら、揚水を行い内周連壁４内の地下水位ＷＬを低下させる。

仮底盤掘削工程は、図４の（ａ）に示すように、内周連壁３の内側の地盤（透水層Ｇｓ）を床付け面２ａよりも浅い仮底盤２ｂまで掘削する工程である。
仮底盤２ｂの掘削に伴い、内周連壁４が露出したら、図４の（ｂ）に示すように、内周連壁４を貫通して外周連壁３に到達する後施工アンカー６を随時打設する（アンカー打設工程）。

後施工アンカー６は、縦方向および横方向で所定の間隔をあけて打設する。
後施工アンカー６の打設は、内周連壁４を貫通して外周連壁３に到達するアンカー孔６ａを形成し、このアンカー孔６ａ内にアンカー材６ｂを挿入するとともに充填材を注入することにより行う。

アンカー材６ｂを構成する材料は限定されないが、本実施形態では鉄筋を使用する。
また、充填材を構成する材料は、アンカー材６ｂをアンカー孔６ａ内に一体に固定することが可能であれば限定されるものではなく、例えば、グラウトやモルタルを使用すればよい。後施工アンカー６の本数や配置は限定されない。

底盤体形成工程は、図５の（ａ）に示すように、外周連壁３と内周連壁４の段差部を巻き込むように底盤体７を形成する工程である。
底盤体７は、仮底盤２ｂから地盤改良を行うことにより、床付け面２ａの下方に形成する。底盤体７は、その上端面が内周連壁４の下端よりも高く、その下端面が内周連壁４の下端よりも低く（深く）なるように形成する。
なお、底盤体７の形成方法は限定されないが、本実施形態では、地盤内にセメントミルクと水と空気を高圧噴射撹拌するいわゆる高圧噴射撹拌工法により行う。

本実施形態では、底盤体７の施工を、図２に示すように、外周連壁３に形成しておいた計測孔８を利用して、底盤体７の施工状況を確認しながら行う。

計測孔８を利用した計測は、少なくとも１つの計測孔８に発信器８ａを設置し、その他の計測孔８には受信器８ｂを設置した状態で行う。
本実施形態では、受信器８ｂを、深さ方向に沿って複数設置しておく。

本実施形態では、複数の受信器８ｂにより発信器８ａから発信された音波を計測する、いわゆる音響トモグラフィを採用している。
すなわち、底盤体７の地盤改良後に、改良体（底盤体７）を伝搬した音波の伝搬速度を計測することにより改良体の強度や偏在状況を確認する。

計測の結果、不良箇所が確認された場合には、追加改良を行い、底盤体７を完成させる。

床付け掘削工程は、床付け掘削を行う工程である。
床付け掘削は、図５の（ｂ）に示すように、揚水により地下水位ＷＬを底盤体７以深まで低下させるとともに、床付け面２ａまで内周連壁４の内側の地盤を掘削する。

地盤の掘削に伴い、内周連壁４が露出したら、図３の（ｂ）に示すように、内周連壁４を貫通して外周連壁３に到達する後施工アンカー６を随時打設する（アンカー打設工程）。

構造体構築工程は、図１に示すように、立坑２内に内部構造体９を形成する工程である。
内部構造体９は、床付け面２ａまでの掘削が完了した後、底部９ａおよび内壁部９ｂの施工を行うことにより構築する。

底部９ａは、床付け面２ａの上面に必要な配筋等を行った後、コンクリートを打設することにより形成する。

内壁部９ｂは、底部９ａの上に型枠を設置し、必要な配筋を行った後、コンクリートを型枠内に打設することにより形成する。
内壁部９ｂは、必要に応じて内周連壁４と一体化する。

本実施形態の土留め構造および土留め構造の構築方法の作用効果は、次の通りである。
土留壁５に作用する土圧に応じて、土留壁５の壁厚を変化させているため、経済的である。すなわち、土圧が比較的小さい土留壁５の上端部では、外周連壁３のみによって土留壁５を形成し、以深の比較的土圧が大きい部分では外周連壁３と内周連壁４を組み合わせることで土留壁５を形成することで土圧に耐える構造としている。

また、土圧が作用することのない地中の遮水性の確保のみを目的としている部分では、外周連壁３のみによって土留壁５が形成されている。
そのため、本実施形態の土留壁５は、全高（全長）にわたって等厚に形成された従来の土留壁に比べて、施工時の手間や、材料費を削減することができる。

内周連壁４の施工は、外周連壁３内で揚水を行い、地下水位ＷＬを低下させた状態で行うため、内周連壁４の上端を地表面ＧＬよりも低い位置に設定することができ、地表近傍の土留壁の壁厚を縮小することができる。

内周連壁４の施工は、外周連壁３の施工後に行うため、土留壁５を形成するための溝（外周連壁用溝３ａおよび内周連壁用溝４ａ）を一定の厚みで形成することができる。そのため、土留壁５の構築時に地山が崩落する危険性が少ない。

内周連壁４と外周連壁３とは、後施工アンカー６を介して一体に形成されているため、土留壁５の剛性を増強されている。そのため、土留壁５の壁厚（内周連壁４の壁厚と外周連壁３の壁厚とを足し合わせた壁厚）を縮小することが可能となる。
また、後施工アンカー６は土留壁５のせん断補強部材としても機能する。

底盤体７が揚圧力に耐えるように形成されているため、床付け面２ａまでの掘削作業の安全性が確保されている。また、底盤体７により盤ぶくれを抑制することができ、また、外周連壁３の長さ（深さ）を縮減することが可能となり、ひいては、工期及び公費の削減が可能となる。また、底盤体７により、床コンクリートの厚さの低減化を図ることができる。

また、底盤体７の施工を、施工状況を確認しながら行うため、高品質な底盤体７を簡易に構築することができる。
底盤体７は、揚水により減圧した状態で施工するため、逸水による改良不良の発生が防止されている。

底盤体７は、外周連壁３と内周連壁４との段差部を巻き込んだ状態で形成するため、当該段差部がせん断キーとして機能する。そのため、底盤体７に作用する揚圧力を土留壁５に伝達することができ、ひいては土留壁（内周連壁４）の短縮化を図ることができる。
つまり、土留壁５の内部土塊と揚圧力との釣り合い位置に遮水層Ｇｃが無い場合であっても、底盤体により揚圧力に耐える構造が形成される。

外周連壁３が遮水層Ｇｃに挿入されているため、地下水噴出が抑制されている。そのため、底盤体７は、揚圧力に対する剛性を備えていればよい。

内周連壁４の施工に先立ち、外周連壁内の被圧水の揚水を行っているため、内周連壁４の施工を１段低い位置から行うことができ、地表近傍の土留壁５の壁厚を縮小することができる。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態の土留め構造１は、図６および図７に示すように、立坑２を囲む外周連壁３および内周連壁４からなる土留壁５と、内周連壁４内に立設された柱１０と、内周連壁４と柱１０とを連結するつなぎ材１１とにより形成されている。

外周連壁３および内周連壁４の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

柱１０は、立坑２の底部に形成された底盤体７に立設されている。
底盤体７は、立坑の底部を遮蔽するように形成された地盤改良体である。なお、底盤体７の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

柱１０は、図７に示すように、繋ぎ部材１１とともに、立坑２内に形成された内部構造体９の一部を構成する。
柱１０の配置や繋ぎ部材１１の構成（形状等）は限定されない。

次に、土留め構造の構築方法について説明する。
本実施形態の土留め構造の構築方法は、外周連壁形成工程と、内周連壁形成工程と、仮底盤掘削工程と、底盤体形成工程と、柱形成工程と、床付け掘削工程と、構造体構築工程を備えている。

外周連壁形成工程、内周連壁形成工程、仮底盤掘削工程および底盤体形成工程の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

柱形成工程は、柱１０を形成するとともに、繋ぎ部材１１を形成する工程である。
柱１０の形成は、まず、仮底盤２ｂから底盤体７に到達する杭１２を形成することにより行う。

杭１２の施工は、図６の（ａ）に示すように、まず、仮底盤２ｂから縦孔（図示せず）を掘削する。縦孔（杭１２）は、底盤体７に到達するように形成する。
次に、縦孔に芯材や鉄筋籠等を挿入した後、コンクリートを打設することにより杭１２を形成する。

なお、杭１２は、コンクリート杭に限定されるものではなく、例えば、鋼管杭であってもよい。

杭１２を形成したら、図６の（ｂ）に示すように、杭１２の上端から上方に延びる柱部１３を立設させる。
柱部１３は、現場打ちコンクリートにより形成してもよいし、プレキャスト部材を使用して形成してもよい。

柱部１３を形成したら、柱部１３と内周連壁４とをつなぐ繋ぎ部材１１を形成する。
繋ぎ部材１１は、プレキャスト部材により形成してもよいし、現場打ちコンクリートにより形成してもよい。

床付け掘削工程は、床付け掘削を行う工程である。
床付け掘削は、図６の（ｂ）に示すように、繋ぎ部材１１を介して柱部１３を内周連壁４に連結した状態で、床付け面２ａまで内周連壁４の内側の地盤を掘削する。

内周連壁４の内側は、揚水により底盤体７以深の地下水位ＷＬを低下させておく。
また、地盤の掘削に伴い、内周連壁４が露出したら、内周連壁４を貫通して外周連壁３に到達する後施工アンカー６を随時打設する（アンカー打設工程）。

構造体構築工程は、図７に示すように、立坑２内に内部構造体９を形成する工程である。
内部構造体９は、床付け面２ａまでの掘削が完了した後、掘削により露出した杭１２および柱部１３を連続した柱１０として形成する。

本実施形態の土留め構造および土留め構造の構築方法の作用効果は、次の通りである。
底盤体７に根入れされた柱１０（杭１２および柱部１３）を繋ぎ部材１１により土留壁５に接合させた状態で床付け掘削を行うため、揚圧力を受けることで発生する底盤体７の曲げモーメントを低減させることができる。そのため、底盤体７の必要厚（高さ）を小さくすることができ、底盤体７の施工の手間および施工費の削減を図ることができる。

また、柱１０を内部構造体９の一部として使用することで、床付け掘削に至る前段階で、仮底盤２ｂより上方の内部構造体９の構築を順巻にて行うことができる。また、仮底盤２ｂよりも上方に形成した内部構造体９の自重により、浮き上がりに対向することが可能となり、立坑２の全体の構造のスリム化を図ることが可能となる。

この他の第二の実施形態に係る土留め構造および土留め構造の構築方法による作用効果は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、前記各実施形態では、外周連壁と内周連壁とをアンカーを介して一体化する場合について説明したが、外周連壁と内周連壁は、必ずしもアンカーにより連結する必要はない。

また、底盤体は必要に応じて形成すればよく、省略してもよい。
また、外周連壁には、必ずしも計測孔が形成されている必要はない。

立坑の使用目的は限定されるものではない。
また、立坑の深度や大きさ（規模）等も限定されない。

１ 土留め構造
２ 立坑
２ａ 床付け面
３ 外周連壁
４ 内周連壁
５ 土留壁
６ 後施工アンカー（アンカー）
７ 底盤体
８ 計測孔
８ａ 発信器
８ｂ 受信器
９ 内部構造
１０ 柱
１１ 繋ぎ部材
１２ 杭
１３ 柱部
Ｇｃ 遮水層
Ｇｓ 透水層

Claims (2)

1. 遮水層に到達する外周連壁を形成する工程と、
   前記外周連壁の内面に沿って内周連壁を形成する工程と、
   前記内周連壁の内側の地盤を床付け面よりも浅い仮底盤まで掘削する工程と、
   前記外周連壁と前記内周連壁の段差部を巻き込むように底盤体を形成する工程と、
   前記仮底盤から前記底盤体に到達する杭を形成するとともに、前記杭と前記内周連壁とをつなぐ繋ぎ部材を形成する工程と、
   床付け掘削を行う工程と、を備える土留め構造の構築方法であって、
   前記内周連壁は、前記床付け面よりも深く、かつ、外周連壁の先端よりも浅い位置に到達するように形成することを特徴とする、土留め構造の構築方法。
2. 前記外周連壁に複数の計測孔を形成しておき、
   少なくとも１つの前記計測孔内に設置された発信機と、その他の前記計測孔内に設置された受信機を利用して、前記底盤体の施工状況を確認することを特徴とする、請求項１に記載の土留め構造の構築方法。

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