JP6646442B2 - 山留め壁 - Google Patents

Description

本発明は、セメント系の山留め壁本体に鉄骨芯材が埋め込まれている山留め壁に関する。

従来の山留め壁として、例えば、掘削地盤に対して地盤改良を施した地盤改良構造を利用したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
この地盤改良構造は、地震時に液状化現象の発生が懸念される軟弱な掘削地盤にセメント系固化材を混合・撹拌して構築される柱状の改良体を隣接間でオーバーラップさせた状態で格子状に連続配置させる「ＴＯＦＴ工法（登録商標）」で構築される。そして、その格子状の地盤改良構造の外周部位を周辺地盤の表面まで上方に延長させて山留め壁本体が構成されている。

この山留め壁本体では、必要な剛性を確保するために鉄骨芯材が埋め込まれている。また、この鉄骨芯材は、山留め壁本体の壁厚方向において、掘削される内側に側面を露出させて配置されている。そして、山留め壁本体に埋め込まれる鉄骨芯材としては、横断面における一対のフランジの外面間の距離が山留め壁の壁厚に対して２／３程度である大型のＨ形鋼が用いられる。

特開２０１２−１１２１６２号公報

上述のような山留め壁では、地盤改良構造の一部を山留め壁に利用することで施工性の向上及び材料コストの低廉化が図られているが、山留め壁において必要な剛性を確保しながら更なる改良が望まれている。
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、セメント系の山留め壁本体に鉄骨芯材が埋め込まれている山留め壁において、山留め壁本体に必要な剛性を適切に付与しながら、施工性の向上及び材料コストの低廉化を実現することができる技術を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、セメント系の山留め壁本体に鉄骨芯材が埋め込まれている山留め壁であって、
前記鉄骨芯材が、前記山留め壁本体の壁厚方向において、背面土側となる外側に偏らせて配置されており、
掘削地盤に対して地盤改良を施した地盤改良構造が構築され、
前記山留め壁本体が、前記地盤改良構造の外周側部位を上方に延長させて構成され、
前記鉄骨芯材が、上下方向において、前記地盤改良構造の内側部位の上端部に対して上方側範囲及び下方側範囲を有する前記山留め壁本体の上下中間部位のみに配置されている点にある。

本構成によれば、山留め壁本体に埋め込む鉄骨芯材の埋め込み位置を壁厚方向の外側に偏らせることにより山留め壁本体に必要な剛性を適切に付与しながら、その鉄骨芯材の小型化を図ることにより施工性の向上及び材料コストの低廉化を実現することができる。
即ち、山留め壁本体では、外側の背面土からの土圧を受けつつ内側が掘削された状態において、外側に上下方向の引張応力が作用し内側に上下方向の圧縮応力が作用する。これに対し、山留め壁本体は、鉄骨芯材が外側に偏らせて配置されているので、外側の引張強度が補強されることになる。このことで、外側に作用する引張応力については、主に引張強度が高い鉄骨芯材で好適に受け、一方、内側に作用する圧縮応力については、主に圧縮強度が高い固化後のセメント系固化材で好適に受けることができる。よって、鉄骨芯材を小型化した場合でも、山留め壁本体に必要な剛性を適切に付与することができる。

本構成によれば、山留め壁本体の必要な剛性を適切に付与しつつ、鉄骨芯材の更なる小型化を図ることにより、一層の施工性の向上及び材料コストの低廉化を図ることができる。
即ち、山留め壁本体の外側に作用する上下方向の引張応力は、上下方向において、山留め壁本体の内側への倒れ込みを支持する掘削地盤側の部位で大きくなり、その部位に対して上下に遠ざかるほど小さくなる。よって、山留め壁本体において、そのような掘削地盤側の部位を含む上下中間部位のみに鉄骨芯材を配置することで、その上下中間部位に作用する大きな引張応力に耐えるための引張強度が確保されつつ、一方で、当該引張応力が小さい上端部及び下端部付近では鉄骨芯材の配置が省略されることで、必要な鉄骨芯材の短尺化を図ることができる。

例えば、掘削地盤に対して地盤改良を施した地盤改良構造が構築され、前記山留め壁本体が、前記地盤改良構造の外周側部位を上方に延長させて構成されている場合には、山留め本体は、内側（掘削地盤側）が地盤改良構造により支保されていることになる。このことにより、山留め壁本体の内側への倒れ込みを支持する掘削地盤側の部位が、内側の地盤改良構造の上端部付近、即ち掘削地盤の表面付近まで上昇する。従って、山留め壁本体の下端側において、鉄骨芯材の配置を省略できる上下範囲が大きくなるので、必要な鉄骨芯材の一層の短尺化を図ることができる。

本構成によれば、改良地盤構造を利用して、その外周側部位を上方に延長させて、一連の構造物として外側の背面土からの土圧を受ける山留め壁本体として機能させるので、当該改良地盤構造とは別の山留め壁を構築する必要がなく、一層の施工性の向上及び材料コストの低廉化を図ることができる。
本発明の第２特徴構成は、前記地盤改良構造が、柱状の改良体を隣接間でオーバーラップさせた状態で連続させた柱列部位として、前記山留め壁本体となる外周側柱列部位と、当該外周側柱列部位の内側に対して内側から接続される内側柱列部位とで構成されており、
前記外周側柱列部位は、前記内側柱列部位が接続された柱状体と、前記内側柱列部位が接続されていない柱状体とを有するとともに、当該両柱状体の前記上下中間部位のみに前記鉄骨芯材を配置している点にある。

建設予定地に構築された改良地盤構造並びにそれを利用した山留壁の構築状態を示す平面図 山留め壁の構築状態を示す側断面図 山留め壁の構築状態を示す平断面図

本発明の実施形態について、図１〜図３に基づいて説明する。
図２に示すように、新築建物６０の建設予定地となる掘削地盤ｇ’の周囲には、外側の周辺地盤ｇを構成する背面土側からの土圧に耐えて内側の掘削部側（掘削地盤ｇ’側）への土砂の崩落を防止するための山留め壁本体１ａからなる山留め壁１が構築されている。
また、この山留め壁１は、掘削地盤ｇ’に対して液状化現象の対策として地盤改良を施した地盤改良構造１０を利用して構築されている。
そして、この山留め壁１の内側の地盤改良構造１０上には、例えば、コンクリート製の擁壁３０と、基礎部４０とが備えられている。また、この基礎部４０には、例えば免震装置５０を介装させた上で、新築建物６０が構築される。

（地盤改良構造）
先ず、この地盤改良構造１０について、以下に説明を加える。
地盤改良構造１０は、図１に示すように、柱状の改良体を隣接間でオーバーラップさせた状態で連続させた柱列部位１０ａ，１０ｂ，１０ｃを格子状に配置させて、軟弱な掘削地盤ｇ’を格子状に囲み、地震時での液状化現象の発生を抑制するものとして構成されている。この柱状の改良体は、地盤中にセメントミルクなどのセメント系固化材を吐出しながらそのセメント系固化材を現位置土と混合・撹拌することで構築される。

平面視における地盤改良構造１０の形状は、適宜新築建物６０や周辺環境等に合わせて決定することができるが、本実施形態では、図１に示すように、新築建物６０（図２参照）の外形に合わせて、長辺と短辺とを交互に配置して各内角が何れも１２０°である異形６角形の外形を有する格子状に形成されている。即ち、この地盤改良構造１０は、当該異形６角形に沿って配置された外周側柱列部位１０ｃと、その外周側柱列部位１０ｃの内側に配置されて互いに交差する２種類の第１内側柱列部位１０ａ及び第２内側柱列部位１０ｂとで構成されている。

具体的に、第１内側柱列部位１０ａは、平面視において、外周側柱列部位１０ｃで囲われた掘削地盤ｇ’の中心部である地盤中心部ｐ１から中心角１２０°ごとの角度をなして放射状に延出する３列の柱列部位として構成されている。そして、夫々の第１内側柱列部位１０ａの地盤中心部ｐ１とは反対側端部は、外周側柱列部位１０ｃの上記異形６角形を構成する長辺の中心部付近である接続部ｐ４に内側から接続するものとなる。

一方、第２内側柱列部位１０ｂは、平面視において、夫々の第１内側柱列部位１０ａの中心部付近である柱列中心部ｐ２に垂直方向で交差する３列の柱列部位として構成されている。即ち、これら第２内側柱列部位１０ｂは、３箇所の交差部ｐ３で互いに交差して地盤中心部ｐ１を囲む三角形で配置されている。更に、当該三角形の頂点となる交差部ｐ３よりも外側に延長されて、夫々の端部が外周側柱列部位１０ｃの上記異形６角形を構成する長辺と短辺との接続部付近である接続部ｐ５に内側から接続するものとなる。

そして、このような形態の地盤改良構造１０を採用することにより、上記異形６角形の掘削地盤ｇ’を柱列部位１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより略均等な格子状で囲むことができる。これにより、地震時における掘削地盤ｇ’のせん断破壊に起因する液状化現象の発生を合理的に抑制することができる。

（山留め壁）
次に、山留め壁１の構成について、以下に説明を加える。
図１及び図２に示すように、山留め壁１を構成する山留め壁本体１ａは、施工性の向上及び材料コストの低廉化を図るために、上述した地盤改良構造１０を利用して構成されている。即ち、図２に示すように、地盤改良構造１０の外周側部位である外周側柱列部位１０ｃが上方の周辺地盤ｇの表面まで延長され、その延長された外周側柱列部位１０ｃが山留め壁１の山留め壁本体１ａとして機能する。

図２及び図３に示すように、山留め壁本体１ａを構成する夫々の柱状体には、周辺地盤ｇ側となる外側（図２及び図３の左側）から土圧を受けつつ内側（図２及び図３の右側）が掘削された場合でも安定して自立するよう鉄骨芯材３が埋め込まれている。そして、このように山留め壁本体１ａに埋め込まれる鉄骨芯材３は、山留め壁本体１ａの壁厚方向において、外側に偏らせて配置されている。このことで、山留め壁本体１ａは、外側における上下方向の引張強度が補強されることになる。

詳しくは、この山留め壁本体１ａでは、外側から土圧を受けつつ内側が掘削された状態において、外側に上下方向の引張応力が作用し内側に上下方向の圧縮応力が作用する。そして、鉄骨芯材３を外側に偏らせて埋め込んだ山留め壁本体１ａでは、外側の引張応力を主に引張強度が高い鉄骨芯材３で好適に受けることができ、一方、内側の圧縮応力を主に圧縮強度が高い固化後のセメント系固化材で好適に受けることができる。即ち、この山留め壁本体１ａでは、山留め壁本体１ａへの作用力をこれら鉄骨芯材３とセメント系固化材とでバランス良く受けることができる。これにより、必要な剛性を確保しつつ、鉄骨芯材３の小型化が図られている。

山留め壁本体１ａに埋め込まれる鉄骨芯材３としては、例えば、横断面における一対のフランジの外面間の距離が山留め壁本体１ａの壁厚さの１／３〜１／７程度のＨ形鋼が鉄骨芯材３として好適に利用することができる。
このように鉄骨芯材３が小型化されることで、鉄骨芯材３を山留め壁本体１ａに埋め込む際の施工性が向上し、更には、その鉄骨芯材３の材料コストが低廉化されることになる。

また、このような山留め壁本体１ａでは、壁厚方向において外側ほど引張応力が大きくなる。そこで山留め壁本体１ａの壁厚方向での鉄骨芯材３の埋め込み位置については、鉄骨芯材３を覆うセメント系固化材について最低限の厚みを確保することができる範囲内において、できるだけ外側とすることが望ましい。
例えば、壁厚方向における山留め壁本体１ａの中心部から鉄骨芯材３の中心部までの偏倚幅Ｄは、山留め壁本体１ａの壁厚（当該山留め壁本体１ａを構成する柱状体の直径）の１／２〜１／４程度に設定することができる。

山留め壁本体１ａの外側に作用する上下方向の引張応力は、上下方向において、山留め壁本体の内側への倒れ込みを支持し得る掘削地盤ｇ’側の部位で大きくなり、その部位に対して遠ざかるほど小さくなる。そこで、図２に示すように、鉄骨芯材３は、そのような掘削地盤ｇ’側の部位を含む山留め壁本体１ａの上下中間部位のみに配置されている。

即ち、山留め壁本体１ａの外側において、上下方向の引張応力が大きいためにセメント系固化材だけではその引張応力に耐えることができなくなる上下中間部位では鉄骨芯材３が存在するようにして、引張強度が補強される。一方、上下方向の引張応力が小さいためにセメント系固化材だけで十分な強度が得られる上端部側及び下端部側には鉄骨芯材３が存在しないようにして、鉄骨芯材３の短尺化が実現されている。このことで、山留め壁本体１ａの剛性を維持したまま、鉄骨芯材３の短尺化により、一層の施工性の向上及び材料コストの低廉化が図られている。

更に、この山留め壁本体１ａは、内側が地盤改良構造１０の内側柱列部位１０ａ，１０ｂにより支保されているので、山留め壁本体１ａの内側への倒れ込みを支持する掘削地盤ｇ’側の部位は、内側の地盤改良構造１０の上端部付近となる。よって、山留め壁本体１ａに埋め込まれている鉄骨芯材３は、上下方向において、この内側の地盤改良構造１０の上端部付近を含む上下中間部位に配置されており、このことにより、山留め壁本体１ａの下端側における鉄骨芯材３の配置を省略できる上下範囲が大きくなる。

また、外側の周辺地盤ｇから土圧を受け内側が掘削される山留め壁本体１ａでは、内側の地盤改良構造１０の上端部付近を基準に、その上方側に曲げモーメントが生じ、その曲げモーメントにより当該地盤改良構造１０の上端部付近の上下所定範囲の外側に上下方向の引張応力が生じる。そこで、鉄骨芯材３における内側の地盤改良構造１０の上端部付近から上端部までの上方側範囲Ｌａの長さは、上記曲げモーメント及びそれにより生じる引張応力の両方を考慮して設定することが好ましく、一方、鉄骨芯材３の当該地盤改良構造１０の上端部付近から下端部までの下方側範囲Ｌｂの長さは、上記引張応力を考慮して設定することが好ましい。

山留め壁本体１ａを構成する複数の柱状体のうち、内側柱列部位１０ａ，１０ｂが直接接続された柱状体については、上述したように、内側の地盤改良構造１０の上端部付近を含む上下中間部位のみに鉄骨芯材３を配置すれば、十分な剛性が得られることになる。
一方、内側柱列部位１０ａ，１０ｂが接続されておらず、内側に軟弱な掘削地盤ｇ’が存在する柱状体についても、上記内側柱列部位１０ａ，１０ｂが直接接続された柱状体と同様の上下中間位置のみに鉄骨芯材３が配置されている。これにより、山留め壁１全体として鉄骨芯材３の材料コストの低廉化が図られている。尚、この内側柱列部位１０ａ，１０ｂに接続されていない柱状体については、内側柱列部位１０ａ，１０ｂに直接接続された十分な剛性を有する柱状体が両側に配置され、当該両側の柱状体に対して一部をオーバーラップさせた状態で連続的に配置されていることから、鉄骨芯材３を上下中間位置のみに配置した場合でも、必要な剛性が得られることになる。

鉄骨芯材３の山留め壁本体１ａへの埋め込み作業では、セメント系固化材が固化する前の山留め壁本体１ａの上端部から下方に向けて鉄骨芯材３が挿入される。更に、この埋め込み作業において、鉄骨芯材３の挿入部分のセメント系固化材をバイブレータなどにより振動させると、挿入時の抵抗が軽減され、鉄骨芯材３の自重での挿入が可能となる。
そして、バイブレータによる振動の作動及び停止を調整すれば、鉄骨芯材３の挿入量を簡単に調整することができ、これにより、山留め壁本体１ａに対し鉄骨芯材３を所望の上下中間部位に配置させることができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、鉄骨芯材３を山留め壁本体１ａの上下中間部位のみに配置したが、山留め壁本体１ａの必要な剛性を確保することが可能な範囲内において、鉄骨芯材３の上下方向における位置を変更しても構わない。

（２）上記実施形態では、地盤改良構造１０の外周側柱列部位１０ｃを上方に延長させて山留め壁本体１ａとしたが、当該地盤改良構造１０を利用することなく、当該地盤改良構造１０の外側に別の山留め壁本体１ａを構築するように構成しても構わない。

１ 山留め壁
１ａ 山留め壁本体
３ 鉄骨芯材
１０ 地盤改良構造
１０ｃ 外周側柱列部位（外周側部位）
ｇ 周辺地盤
ｇ’ 掘削地盤

Claims (2)

1. セメント系の山留め壁本体に鉄骨芯材が埋め込まれている山留め壁であって、
   前記鉄骨芯材が、前記山留め壁本体の壁厚方向において、背面土側となる外側に偏らせて配置されており、
   掘削地盤に対して地盤改良を施した地盤改良構造が構築され、
   前記山留め壁本体が、前記地盤改良構造の外周側部位を上方に延長させて構成され、
   前記鉄骨芯材が、上下方向において、前記地盤改良構造の内側部位の上端部に対して上方側範囲及び下方側範囲を有する前記山留め壁本体の上下中間部位のみに配置されている山留め壁。
2. 前記地盤改良構造が、柱状の改良体を隣接間でオーバーラップさせた状態で連続させた柱列部位として、前記山留め壁本体となる外周側柱列部位と、当該外周側柱列部位の内側に対して内側から接続される内側柱列部位とで構成されており、
   前記外周側柱列部位は、前記内側柱列部位が接続された柱状体と、前記内側柱列部位が接続されていない柱状体とを有するとともに、当該両柱状体の前記上下中間部位のみに前記鉄骨芯材を配置している請求項１に記載の山留め壁。

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