JP7310406B2

JP7310406B2 - 山留め壁の支持構造及び山留め壁の支持方法

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Publication number: JP7310406B2
Application number: JP2019137661A
Authority: JP
Inventors: 康雄元井; 真荒川; 俊真保; 光一中塚
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2023-07-19
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: JP2021021225A

Description

本発明は、山留め壁の支持構造及び山留め壁の支持方法に関する。

従来より、地下構造物や建物の地下部分等を構築するべく、地盤を掘削して地下空間を確保するにあたり、山留め壁を用いて掘削領域を囲繞することが知られている。

なかでも、山留め壁に作用する側圧を、切梁及び腹起し等の支保工を用いて支持する切梁式の山留め工は、容易に支保工の数や配置を変更することができ、様々な施工現場に対応できる汎用性の高い工法であるため、一般に広く採用されている。しかし、山留め壁で囲繞した掘削領域において、機械掘削や躯体の構築作業を行うと、支保工が障害となり作業に制約が生じるため、作業性に劣るといった課題を有している。

このような中、例えば特許文献１では、切梁及び火打ちの数量を大幅に削減しつつ、山留め壁に作用する側圧を支持する方法が開示されている。

具体的には、山留め壁における掘削領域側の側面に腹起し材を設けるとともに、掘削領域内であって山留め壁の側面から離間した位置に、場所打ちコンクリート杭に支持された鉄骨柱を設ける。そして、これら鉄骨柱と腹起しとの間に、水平な切梁を設けることにより、山留め壁に作用する側圧を、切梁及び鉄骨柱を介して場所打ちコンクリート杭に伝達し、山留め壁を安定させている。

特開２０１３－７９５１１号公報

特許文献１によれば、山留め壁で囲繞された掘削領域には、切梁、鉄骨柱及び場所打ちコンクリート杭が山留め壁に沿って存在するのみとなるため、機械掘削や躯体の構築作業に制約の生じる範囲が減少し、作業性を向上することが可能となる。

しかし、根切りの高さが大きい大規模な地下空間を確保しようとすると、山留め壁に作用する側圧が増大することに伴って、鉄骨柱の断面を大きくする必要が生じる。すると、鉄骨柱を支持するコンクリート杭の断面径も大きくしなければならず、施工性及び経済性に課題が生じていた。

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、根切りの高さを大きく確保した場合にも、山留め壁の倒れを効率よく防止することの可能な、山留め壁の支持構造及び山留め壁の支持方法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壁の支持構造は、山留め壁の掘削領域側の側面に設けられる腹起しと、前記掘削領域に立設される柱状体と、前記腹起しと直交して配置され、該腹起しと前記柱状体とを連結する切梁と、を備え、前記柱状体の近傍に、地盤アンカーを設けるとともに、前記柱状体の前記腹起しと対向する側面に、前記地盤アンカーのアンカー頭部を配置するためのアンカー設置部が、張り出して設けられており、前記地盤アンカーは、前記アンカー設置部の先端部近傍を押し下げるように、緊張材が鉛直状に配置されていることを特徴とする。また、本発明の山留め壁の支持構造は、山留め壁の掘削領域側の側面に設けられる腹起しと、前記掘削領域に立設される柱状体と、前記腹起しと直交して配置され、該腹起しと前記柱状体とを連結する切梁と、を備え、前記柱状体の近傍に、地盤アンカーを設けるとともに、前記柱状体の前記腹起しと対向する側面に、前記地盤アンカーのアンカー頭部を配置するためのアンカー設置部が、張り出して設けられており、前記柱状体は、山留め壁と平行に立設された一対の支柱と、該支柱どうしを連結する支柱つなぎ材とにより構成され、前記アンカー設置部は、前記支柱各々の側面に設置される２本のブラケットと、２本の該ブラケットに架け渡されるアンカー用腹起しとを備え、前記地盤アンカーのアンカー頭部は、前記アンカー用腹起しに設置されることを特徴とする。

本発明の山留め壁の支持方法は、本発明の山留め壁の支持構造を用いた山留め壁支持方法において、前記地盤アンカーの緊張材に緊張力を付与し、前記アンカー設置部を介して前記柱状体にモーメント荷重を作用させることを特徴とする。

本発明の山留め壁の支持構造及び山留め壁の支持方法によれば、山留め壁に設けた腹起しと掘削領域に立設される柱状体とを切梁で連結するとともに、柱状体の腹起しと対向する側面にアンカー設置部を設ける。これにより、地盤アンカーを介してアンカー設置部を押し下げると柱状体にモーメント荷重が作用されるため、柱状体に、頭部を山留め壁に向けた状態のたわみを生じさせることができる。

したがって、地盤アンカーの緊張材に付与する緊張力を調整し、柱状体に作用させるモーメント荷重と、山留め壁の背面に側圧が作用することに伴って柱状体に作用する切梁反力とをバランスさせることにより、柱状体における切梁との接合点に生じるたわみ量を相殺し、柱状体のたわみを制御することができる。

このため、掘削領域における根切りの高さが大きく、山留め壁に作用する側圧が増大しても、柱状体に大きなたわみが生じる現象を抑制することができ、山留め壁の支持構造全体をコンパクトにしながら、山留め壁の倒れを効率よく防止することが可能となる。

これにより、支持構造全体をより一層コンパクトにできることから、平面視で掘削領域全域において支持構造が占める割合をより小さくでき、掘削領域における機械掘削や躯体工事等の作業効率を、大幅に向上させることが可能となる。

本発明によれば、山留め壁に設けた腹起しと、掘削領域に立設される柱状体とを切梁で連結するとともに、柱状体の腹起しと対向する側面にアンカー設置部を張り出して設けることにより、支持構造全体をコンパクトにしつつ、根切りの高さを大きく確保した場合にも、山留め壁の倒れを効率よく防止することが可能となる。

本発明の実施の形態における山留め壁の支持構造の概念を示す図である。本発明の実施の形態における山留め壁の支持構造の詳細を示す図である。本発明の実施の形態における柱状体のたわむ様子を示すグラフである。本発明の実施の形態における山留め壁の支持構造の他の事例を示す図である（その１）。本発明の実施の形態における山留め壁の支持構造の他の事例を示す図である（その２）。

本発明は、山留め壁に設けた腹起しと掘削領域に立設される柱状体とを切梁で連結するにあたり、山留め壁の背面に側圧が作用することに起因して柱状体に作用する切梁反力により生じる柱状体のたわみ量を、地盤アンカーを利用して制御するものである。以下に、図１～図５を参照しつつ、その詳細を説明する。

図１及び図２で示すように、掘削領域２１を囲繞するように構築されている山留め壁２０の支持構造１は、腹起し２、切梁３及び火打ち４と、柱状体５、アンカー設置部６及び地盤アンカー７と、により構成されている。なお、腹起し２、切梁３及び火打ち４には、一般に山留め壁の支保工として採用されている仮設材を用いることができる。

腹起し２は、山留め壁２０の掘削領域２１に対向する側面に対して水平に設けられており、腹起し２には、これに直交して水平に並列配置された２本の切梁３の一方の端部が接合されている。

２本の切梁３は、切梁３と平面視で直交する切梁つなぎ材３１により連結されるとともに、腹起し２との間に形成された入隅部には、火打ち４が設置されている。そして、切梁３を挟んで山留め壁２０と対向する位置には、柱状体５が立設されている。

柱状体５は、図２で示すように、山留め壁２０の掘削領域２１に対向する側面と平行に間隔を設けて立設された一対の支柱５１と、支柱５１どうしを連結する支柱つなぎ材５２とを有し、図１で示すように、支柱５１の下端部は硬質地盤１０に根入れされ、セメント系材料よりなる固化体５３により固着されている。

支柱５１及び支柱つなぎ材５２は、鉄骨材であってもよいし、コンクリートのプレキャスト部材であってもよい。また、固化体５３は、支柱５１の下端部を硬質地盤１０に固定できるものであればいずれを採用してもよく、例えば硬質地盤１０中に構築した場所打ちコンクリート杭であってもよいし、硬質地盤１０に削孔を設けてこの削孔と支柱５１との間に根固め液を充填して固化した根固め部であってもよい。

このような構成の柱状体５であって、支柱５１における山留め壁２０と対向する側面５１１に前述の２本の切梁３の他方の端部が接合され、これら切梁３により、柱状体５と腹起し２とが連結されている。また、支柱５１の側面５１１には、切梁３の上方位置にアンカー設置部６が張り出して設けられている。

アンカー設置部６は、地盤アンカー７のアンカー頭部を支持するものであり、間隔を設けて並列に水平配置される２本のブラケット６１と、２本のブラケット６１に架け渡されるように設置されるアンカー用腹起し６２とを有している。

２本のブラケット６１はそれぞれ、先端を山留め壁２０に向けた片持ち梁をなすようにして２本の支柱５１各々の側面５１１に設置されている。また、アンカー用腹起し６２は、２本のブラケット６１の先端近傍で、両者を連結するようにして２本の支柱５１各々の側面５１１と平行に配置されている。

なお、アンカー用腹起し６２は、地盤アンカー７のアンカー頭部を配置可能な水平面を有し、かつ地盤アンカー７の緊張材７１を挿通可能な空間を有していれば、いずれの形状の部材を採用してもよい。本実施の形態では、アンカー用腹起し６２として２本の溝形鋼を採用し、これらのウェブ背面を隙間を設けて向い合せ、この隙間に地盤アンカー７の緊張材７１を挿通し、上方に位置するフランジにアンカー頭部を設置している。

そして、地盤アンカー７は、２本の支柱５１の中間位置であって、これら２本の支柱５１と腹起し２との間に、緊張材７１が鉛直を向くようにして設置されている。そして、緊張材７１の上端には、アンカー用腹起し６２の上面に載置された支圧板７２を貫通し、緊張材７１に緊張力を付与する定着具７３が設置されることにより、アンカー頭部が形成されている。また、緊張材７１の下端に設けられたアンカー体７４は、図１で示すように、硬質地盤１０に固着されている。

上記の構成を有する山留め壁２０の支持構造１は、掘削領域２１での掘削工事が進行し山留め壁２０の背面に土圧及び水圧等の側圧が作用すると、腹起し２及び切梁３を介して支柱５１の側面５１１に側圧が伝達される。

すると、柱状体５は、切梁３の反力により上端が掘削領域２１の中央側を向くようにしてたわみ、例えば、図３のグラフで示す曲線Ａのように、根切り底で０．５ｍｍ程度、柱頭部で２．０ｍｍ程度のたわみ量を生じる。

なお、図３のグラフにおいて曲線Ａは、山留め壁２０から５ｍ程度離間した位置に柱状体５が立設されるとともに、ＧＬ－４．０ｍの高さ位置に切梁３が配置され、かつ根切り底がＧＬ－６．０ｍに位置する場合において、山留め壁２０に所定量の側圧を作用させた際の柱状体５のたわみ量を例示している。また、切梁３の断面寸法は０．３ｍ×０．３ｍ、柱状体５を構成する支柱５１の断面寸法は０．３ｍ×０．７ｍ、アンカー設置部６を構成するアンカー用腹起しのウェブ寸法は０．３ｍに設定されている。

一方で、柱状体５には、山留め壁２０と対向する側面５１１に設けられたアンカー設置部６を介して地盤アンカー７が設置されている。したがって、地盤アンカー７の緊張材７１に所定量の緊張力を付与すると、アンカー頭部及びアンカー用腹起し６２を介してアンカー設置部６の先端近傍が押し下げられて、柱状体５にモーメント荷重を作用させることができる。

すると、柱状体５は、モーメント荷重が作用されたことにより、上端が山留め壁２０を向くようにしてたわみ、例えば、図３のグラフで示す曲線Ｂのように、根切り底で－０．５ｍｍ程度、柱頭部で－２．６ｍｍ程度のたわみ量を生じさせることができる。

なお、図３のグラフにおいて曲線Ｂは、山留め壁２０から５ｍ程度離間した位置に柱状体５が立設されるとともに、ＧＬ－３．０ｍの高さ位置にアンカー設置部６が配置され、かつ根切り底がＧＬ－６．０ｍに位置する場合において、地盤アンカー７の緊張材７１に所定量の緊張力を作用させた際の柱状体５のたわみ量を例示している。

このように、地盤アンカー７及びアンカー設置部６を介して柱状体５にモーメント荷重を作用させることにより、柱状体５に対して、切梁３の反力が作用した場合と反対方向のたわみを生じさせることができる。

つまり、地盤アンカー７の緊張材７１に付与する緊張力を調整することにより、山留め壁２０に側圧が作用した場合にも、柱状体５のたわみが、図３のグラフで示す曲線Ｃ程度に収まるよう、具体的には、柱状体５における切梁３との接合点（ＧＬ－４．０ｍ）のたわみ量を相殺して０ｍｍ（不動点）程度となるように、柱状体５にモーメント荷重を作用させることができる。

上記の構成を有する支持構造１を用いた山留め壁２０の支持方法としては、まず、山留め壁２０の背面に側圧が作用することに伴って柱状体５に切梁３の反力が作用した際の、柱状体５における切梁３との接合点に生じるたわみ量を推定する。併せて、このたわみ量を相殺するために必要な柱状体５に作用させるモーメント荷重、及びこれに必要な地盤アンカー７の緊張材７１に付与する緊張力をあらかじめ算定しておく。

そのうえで、掘削領域２１において、山留め壁２０に作用する側圧に対応させて、地盤アンカー７の緊張材７１に付与する緊張力を調整し、柱状体５に作用する切梁３の反力と地盤アンカー７によるモーメント荷重とをバランスさせる。

これにより、柱状体５のたわみを制御することができるため、掘削領域における根切りの高さが大きく、山留め壁２０に作用する側圧が増大しても、柱状体５に大きなたわみが生じることがない。このため、従来のような大掛かりな山留め支保工は不要であり、柱状体５に採用する材料も必ずしも高い剛性を有する材料や大断面を有する部材でなくてもよく、例えば、市場で一般に取引されている鉄骨材やＰＣ柱等を採用することが可能である。

したがって、支持構造１全体をコンパクトにしながら、柱状体５に生じる掘削領域２１の内側へのたわみを確実に抑止し、山留め壁２０の倒れを効率よく防止することが可能となる。

なお、柱状体５は、山留め壁２０の支持構造１としてのみ用いる仮設材でもよいが、のちに掘削領域２１に構築する構造物の柱等としても利用する本設材であってもよい。このような場合には、構造物の本設材として必要な鉛直支持力と座屈耐力を確保するよう、柱状体５の断面寸法を設計すればよい。

また、本実施の形態では、地盤アンカー７の緊張材７１を鉛直状に配置していることから、片持ち梁をなすアンカー設置部６の先端部近傍を効率よく押し下げ、柱状体５にモーメント荷重を作用させることができるだけでなく、緊張材７１を傾斜させて配置する場合と比較して、柱状体５の立設位置を山留め壁２０に対して、より近接させることが可能となる。

これにより、支持構造１全体をより一層コンパクトにできるため、平面視で掘削領域２１全域において支持構造１が占める割合を小さくすることが可能となる。こうすると、掘削領域２１において機械掘削や躯体工事等を実施する際に制約の生じる範囲が小さくなるため、掘削領域２１内での作業効率を大幅に向上させることが可能となる。

なお、地盤アンカー７の緊張材７１は傾斜させて配置してもよく、その場合には、支圧板７２を載置するアンカー用腹起し６２の上面を、緊張材７１に対して直交させるよう形成するとよい。

本発明における山留め壁２０の支持構造１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、アンカー設置部６を構成するブラケット６１やアンカー用腹起し６２にＨ形鋼や溝形鋼等の鋼材を採用したが、必ずしもこれに限定するものではなく、例えば角形鋼管等、地盤アンカー７の緊張材７１に緊張力を付与した際に変形や破壊を生じるものでなければ、いずれを採用してもよい。

また、本実施の形態では、柱状体５を２本の支柱５１により形成したが、例えば、図４で示すような、現場打ち鉄筋コンクリート造の１本の柱体であってもよいし、鋼管であってもよい。

さらに、本実施の形態では、アンカー設置部６を切梁３の上方に配置したが、柱状体５にモーメントを作用させる高さ位置は、いずれでもよく、例えば図５で示すように、アンカー設置部６を切梁３より下側に配置してもよい。こうすると、切梁３を１本にすることもでき、山留め壁２０支持構造１を更にコンパクト化することが可能となる。

１支持構造
２腹起し
３切梁
４火打ち
５柱状体
５１支柱
５１１側面
５２支柱つなぎ材
５３固化体
６アンカー設置部
６１ブラケット
６２アンカー用腹起し
７地盤アンカー
７１緊張材
７２支圧板
７３定着具
７４アンカー体
１０硬質地盤
２０山留め壁
２１掘削領域

Claims

山留め壁の掘削領域側の側面に設けられる腹起しと、
前記掘削領域に立設される柱状体と、
前記腹起しと直交して配置され、該腹起しと前記柱状体とを連結する切梁と、
を備え、
前記柱状体の近傍に、地盤アンカーを設けるとともに、
前記柱状体の前記腹起しと対向する側面に、前記地盤アンカーのアンカー頭部を配置するためのアンカー設置部が、張り出して設けられており、
前記地盤アンカーは、前記アンカー設置部の先端部近傍を押し下げるように、緊張材が鉛直状に配置されていることを特徴とする山留め壁の支持構造。
山留め壁の掘削領域側の側面に設けられる腹起しと、
前記掘削領域に立設される柱状体と、
前記腹起しと直交して配置され、該腹起しと前記柱状体とを連結する切梁と、
を備え、
前記柱状体の近傍に、地盤アンカーを設けるとともに、
前記柱状体の前記腹起しと対向する側面に、前記地盤アンカーのアンカー頭部を配置するためのアンカー設置部が、張り出して設けられており、
前記柱状体は、山留め壁と平行に立設された一対の支柱と、該支柱どうしを連結する支柱つなぎ材とにより構成され、
前記アンカー設置部は、前記支柱各々の側面に設置される２本のブラケットと、２本の該ブラケットに架け渡されるアンカー用腹起しとを備え、
前記地盤アンカーのアンカー頭部は、前記アンカー用腹起しに設置されることを特徴とする山留め壁の支持構造。
請求項１または２に記載の山留め壁の支持構造を用いた山留め壁支持方法において、
前記地盤アンカーの緊張材に緊張力を付与し、前記アンカー設置部を介して前記柱状体にモーメント荷重を作用させることを特徴とする山留め壁の支持方法。