JP2005120781A - Structure of composite wall - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、山留壁と鉄筋コンクリート壁とを一体化した本設の地下壁としての合成壁の構造に関する。 The present invention relates to a structure of a synthetic wall as a basement underground wall in which a mountain retaining wall and a reinforced concrete wall are integrated.
近年、ソイルミキシングウォールやH鋼横矢板等の仮設の山留壁と、その上部前面側に設けられる本来の地下壁である鉄筋コンクリート壁とを構造的に一体化して合成壁とし、その合成壁を本設の地下壁とすることが行われている。このような合成壁によれば、従来においては仮設として扱われてきた山留壁を本設構造の一部として活用することで、本来の地下壁の厚さを小さくでき、地下階の有効空間を拡大でき、コストダウンも図ることができることから、極めて有効であると考えられ、広く普及する気運にある。 In recent years, temporary mountain retaining walls such as soil mixing walls and H-steel sheet piles and reinforced concrete walls, which are the original underground walls provided on the upper front side, are structurally integrated into a composite wall. It is going to be a permanent underground wall. According to such a composite wall, the thickness of the original underground wall can be reduced by utilizing the mountain retaining wall, which has been treated as a temporary structure in the past, as part of the main structure, and the effective space of the underground floor Can be expanded and the cost can be reduced. Therefore, it is considered to be extremely effective, and is in the mood for widespread use.
図5はそのような合成壁の一従来例を示すものである。符号1は柱列として形成された山留壁(図示例はソイルミキシングウォール)、2はその芯材としての鉄骨(図示例はH形鋼)、3は山留壁1の前面側に設けられた本来の地下壁としての鉄筋コンクリート壁であり、それら山留壁1と鉄筋コンクリート壁3とを、芯材2に植設した多数のスタッド等のシヤキー4により構造的に一体化して合成壁5としている。そして、図示例のものでは、基礎杭6により支持して設けた基礎としての底盤7(あるいは基礎梁)を合成壁5における鉄筋コンクリート壁3の下端部に剛接合するという構造を採用している。
このような合成壁5は山留壁1の芯材2の軸力により合成壁5の曲げ応力を負担させようとするものであり、その設計手法としては建築学会の各種の「合成構造設計指針」や、トンネル協会の「H形鋼を芯材とする土留壁本体利用の手引き」等が参照されている。
Such a
ところで、上記のような合成壁5を設計するための従来一般の設計手法では、山留壁1の全体を合成壁5の一部として評価するのではなく、あくまで鉄筋コンクリート壁3と一体化している上部の範囲のみを合成壁5として構造的に有効なであると評価し、それよりも下部の範囲については山留壁1の単なる根入れ部1aとして評価しているに過ぎない。そして、そのような設計手法によって図5に示したような合成壁5とした場合には、合成壁5の脚部に生じる応力の全てを底盤7の端部において処理する必要があった。
By the way, in the conventional general design method for designing the
すなわち、図5に示したような合成壁5は土水圧を受けて内側に倒れ込むような曲げ変形(正曲げ)を受け、合成壁5およびそれに剛接合されている底盤7には図6(a)に示すような曲げモーメントが生じ、それらの曲げモーメントはそれらの接合部において最大かつ等しくなる(M=M’)。また、正曲げにより芯材には軸力(引張力)が生じ、図6(b)に示すようにその軸力も底盤7との接合部において最大(Nmax)となる。したがってそのような大きな曲げモーメントM’および軸力Nmaxを処理するために底盤7の所要厚が大きなものとならざるを得ないし、その厚さの範囲内に多数のシヤキー4を集約して設ける必要があり、そのため芯材2や底盤7の設計および施工が煩雑になりコスト高となる要因となっていた。
That is, the
上記事情に鑑み、本発明は、基礎以深の山留壁根入れ部を有効に評価することで、山留壁と鉄筋コンクリート壁とを一体化した合成壁の合理的な構造を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a rational structure of a composite wall in which a mountain retaining wall and a reinforced concrete wall are integrated by effectively evaluating a mountain retaining wall deeper than a foundation. And
上述したように従来においては山留壁の根入れ部は合成壁としての機能には何等関与しないものであったが、本発明は根入れ部にも合成壁としての機能の一部を負担させるようにしたものである。 As described above, in the past, the base portion of the mountain retaining wall has nothing to do with the function as the synthetic wall, but the present invention also bears a part of the function as the synthetic wall in the base portion. It is what I did.
すなわち、請求項1の発明は、鉄骨を芯材とする山留壁の上部前面側に鉄筋コンクリート壁を一体に設けて本設の合成壁とし、その合成壁における鉄筋コンクリート壁の脚部に基礎を剛接合した構造において、山留壁の芯材に生じる引張力に対してその山留壁の基礎以深の根入れ部に作用する抵抗力を見込み、かつ合成壁に生じる曲げモーメントおよび軸力の一部を山留壁の根入れ部における芯材に負担せしめたことを特徴とするものである。 That is, in the invention of claim 1, a reinforced concrete wall is integrally provided on the upper front side of the retaining wall having a steel frame as a core to form a permanent composite wall, and the foundation is rigidly attached to the legs of the reinforced concrete wall in the composite wall. In the joined structure, it is possible to expect a resistance force acting on the deeper than the foundation of the retaining wall against the tensile force generated in the core of the retaining wall, and a part of the bending moment and axial force generated in the composite wall Owing to the core material in the base portion of the Yamato wall.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、山留壁として鉄骨を芯材とするソイルミキシングウォールを採用し、その下端部に他の部分よりも富調合のソイルセメントによる根固め部を形成するとともに、芯材の下端部には根固め部に定着するためのシヤキーを設けたことを特徴とするものである。
The invention of
請求項1の発明によれば、基礎よりも上部に設けられた合成壁脚部に生じる応力の一部が山留壁根入れ部の芯材に負担されることにより、従来のようにその応力の全てを芯材と基礎との接合部において伝達する場合に較べて基礎を簡略化することが可能であり、それにより基礎成の削減、基礎配筋量の削減、芯材と基礎とを剛接合して一体化するためのシヤキーの軽減が可能となり、その結果、合成壁および基礎の施工の簡略化と工費削減を実現することができる。さらに、基礎成を低減することで、掘削底面を浅くでき、掘削土量の低減、山留め工事の軽減、切梁段数の削減を図ることができ、短工期とローコスト化を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, a part of the stress generated in the composite wall leg provided above the foundation is borne by the core material of the mountain retaining wall root portion, so that the stress is applied as in the conventional case. It is possible to simplify the foundation compared with the case where all of the above is transmitted at the joint between the core and the foundation, thereby reducing the foundation formation, reducing the amount of bar arrangement, and making the core and the foundation rigid. It is possible to reduce the shear key for joining and integrating, and as a result, it is possible to simplify the construction of the composite wall and the foundation and reduce the construction cost. Furthermore, by reducing the foundation formation, the bottom of the excavation can be made shallower, the amount of excavated soil can be reduced, the construction work for mountain retaining can be reduced, and the number of beam stages can be reduced, resulting in a shorter construction period and lower costs.
請求項2の発明によれば、芯材の下端部における地盤への定着性能を向上させることができ、それにより芯材に生じる引張力に対する抵抗力を充分にかつ確実に見込むことができ、芯材の軸力および曲げに対する耐力と剛性を充分に活用することができる。
According to the invention of
本発明の実施形態を図1〜図4を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態である合成壁の構造を示すものであり、これは基本的には図5に示した従来のものと同様に、鉄骨を芯材2とする山留壁1としてのソイルミキシングウォールの上部前面側に、シヤキー4を介して鉄筋コンクリート壁3を一体に設けて本設の合成壁5とし、その合成壁5における鉄筋コンクリート壁3の下端部に基礎としての底盤7を剛接合し、かつその底盤7を支持する基礎杭6を設けたものである。そして、従来においては山留壁1の根入れ部1aは合成壁5としての機能には何等関与しないものであったのに対し、本実施形態では山留壁1の根入れ部1aにも合成壁5としての機能を一部負担させており、その点で本実施形態の合成壁5は従来一般のものとは大きく相異している。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a structure of a synthetic wall according to an embodiment of the present invention. This is basically a mountain retaining wall 1 having a steel frame as a
具体的には、本実施形態の合成壁5も従来と同様に土水圧を受けて内側に倒れ込むような曲げ変形(正曲げ)を受け、それによりこの合成壁5には図2(a)に示すように下端部で最大(M)となる曲げモーメントが生じる。また、そのような正曲げにより山留壁1の芯材2には図2(c)に示すような軸力が生じる。その軸力は図1に示すように芯材2に引張力Nとして生じ、その反力として内側の鉄筋コンクリート壁3には圧縮力−Nが生じ、その圧縮力−Nは底盤7を介して基礎杭6に圧縮力として伝達される。なお、その際には、図2(b)に示すように芯材2と鉄筋コンクリート壁3との間では芯材2が上向きにずれるような応力が生じ、芯材2と底盤7との間では逆向きの応力が生じるので、シヤキー4はそのようなずれに抗し得るように設ける必要がある。また、上記のように鉄筋コンクリート壁3に生じる圧縮力−Nは底盤7を介して基礎杭6に圧縮力として伝達されることから、基礎杭6の支持力にはその圧縮力−N分を予め見込んでおく必要がある。
Specifically, the
芯材2に生じる上記の引張力Nに対しては、従来においてはシヤキー4を介して鉄筋コンクリート壁3および底盤7により抵抗していたのであるが、本実施形態ではその引張力Nに対して山留壁1の底盤7よりも以深の根入れ部1aによっても抵抗するものとしている。すなわち、山留壁1はそれ自体が自ずとかなりの重量を有するものであり、またその根入れ部1aと地盤との間には自ずとかなりの摩擦抵抗が生じるので、それら自重と摩擦力を芯材2に生じる引張力に対する抵抗力として見込むことができるのである。そして、本実施形態ではそのような抵抗力を充分かつ確実に確保するために山留壁1としてソイルミキシングウォールを採用し、図2(b)に示すように芯材2に生じる引張力Nを芯材2からソイルセメントに伝達し、さらにソイルセメントから摩擦力によって地盤に伝達するようにし、しかもそのソイルミキシングウォールの下端部に他の部分よりも富調合のソイルセメントによる高強度の根固め部1bを形成し、かつ芯材2の下端部にもシヤキー4としてのスタッドを設けて根固め部1bに確実に定着するようにしている。
Conventionally, the tensile force N generated in the
本実施形態では、上記のように山留壁1の根入れ部1aでの抵抗力を見込むことにより、底盤7の端部に生じる曲げモーメントを軽減することができる。すなわち、図2(a)に示すように合成壁5の下端部(底盤7との接合部)には従来と同様に大きな曲げモーメントMが生じるのであるが、上記のように芯材2に引張力Nが生じるとともに基礎杭6にはその反力としての圧縮力−Nが生じるので、合成壁5と底盤7とを剛接合としている接合部(図2(a)に剛域として示す)にはその曲げモーメントMとは逆向きの曲げモーメントN・L(Lは剛域の長さ:芯材2と基礎杭6との芯々間の距離)が生じ、そのような曲げモーメントN・Lが生じる分だけ底盤7の端部に生じる曲げモーメントM’は合成壁5に生じる曲げモーメントの最大値Mよりも小さくなる。つまり、従来においては図6(a)に示したように底盤7の端部に生じる曲げモーメントM’は合成壁5に生じる曲げモーメントの最大値Mと等しくなるのに対し、本実施形態ではM=M’+N・Lの関係から、M’=M−N・Lとなり、基礎底盤に生じる曲げモーメントM’を従来よりも小さくできるのである。以上の結果として、そこに設けるシヤキー4を軽減できるばかりでなく、底盤7の所要厚を従来よりも薄くすることが可能であり、底盤7における所要配筋量を削減することも可能であり、それにより施工の簡略化とコストダウンを図ることができる。
In the present embodiment, the bending moment generated at the end portion of the
また、従来においては、芯材2に生じる大きな軸力(引張力)を底盤7との接合部のみで処理せざるを得ないのであるが、本実施形態では山留壁1の根入れ部1aにおける芯材2に生じる軸力(引張力)を見込むことができるので、合成壁5に生じる軸力の一部を根入れ部1aにおける芯材2に負担させることができることになり、その分、底盤7で処理すべき軸力を従来の場合よりも軽減することができる。すなわち、図2(c)に示すように、根入れ部1aにおいて軸力Nが生じるとすれば、底盤7では接合部における軸力の最大値Nmaxと根入れ部1aでの軸力Nとの差分ΔNのみを処理すれば足り、それによっても芯材2と底盤7との間のシヤキー4を軽減することができる。一例を挙げると、従来の設計例では合成壁5と底盤7との接合部にシヤキーとして16mmφのスタッドが150mmピッチで20本程度必要であり、そのために底盤7の所要厚が1500mmでは不足するような場合でも、上記のように山留壁1の根入れ部1aの芯材2による抵抗力を考慮することで、スタッドの本数を10本程度にまで削減することができ、底盤7の所要厚も1500mmあれば充分となる。
Conventionally, a large axial force (tensile force) generated in the
さらに、本実施形態では、根入れ部1aにおける芯材2の曲げ剛性も評価して、合成壁5に生じる曲げモーメントの一部を根入れ部1aにおける芯材2に負担せしめることが可能である。すなわち、合成壁5が曲げ変形を受けた場合には根入れ部1aにおける芯材2にも図2(d)に示すような曲げモーメントが生じるので、底盤7との接合部において芯材2に生じる曲げモーメントをM”とすると、そこではM=M’+M”+N・Lの関係が成り立つから、底盤7の端部で処理すべきモーメントM”はM”=M−M’−N・Lとなって上記の場合よりもさらに小さなものとなる。
Further, in the present embodiment, it is possible to evaluate the bending rigidity of the
図3は上記の合成壁5の性能確認のためのシミュレーション結果を示すものである。Aは比較例としての従来の合成壁(根入れ部の芯材を考慮せず)の場合であり、BおよびCは根入れ部の芯材を考慮した本発明の合成壁である。また、Bは底盤7内へのスタッドを一部省略したもの、Cは省略せずに全数のスタッドを配置したものである。シミュレーションは、模式図に示すように、A(従来例)の場合は底盤7の端部と中間部を支持し、BおよびC(本発明)の場合には芯材2の下端と底盤7の中間部を支持し、その状態で合成壁5の頂部に水平荷重Pxを与えて荷重Pxと変位量δxとの関係を調べたものである(図中のA,B,Cは境界条件としてピン支持位置を示す)。その結果としては、A(従来例)の場合には400kN程度の荷重で底盤7が降伏してしまい、その時点での合成壁5の変位も10cmを越えたが、B,C(本発明)の場合にはいずれも800kN程度までは底盤7が降伏せず、その時点での合成壁5の変位も5cm程度に留まり、従来に較べて遙かに高耐力で高靱性の合成壁とできることが実証された。
FIG. 3 shows a simulation result for confirming the performance of the
なお、上記実施形態では杭基礎への適用例であるが、本発明においては基礎杭6は必ずしも必要ではなく、図4に示すように基礎杭6を省略した直接基礎の場合にも同様に適用可能であり、その場合も、芯材2に生じる引張力Nの反力が地盤の圧縮力−N(接地圧の合計)に代わるだけで上記と全く同様に機能する。また、上記実施形態では基礎として底盤(マット)7を採用したが、基礎梁とすることでも良く、いずれにしても上記実施形態において図示しているようにその端部(合成壁5との剛接合部)にハンチ7aを設けることも可能である。また、上記実施形態では山留壁1としてソイルミキシングウォールを採用したが、本発明は芯材2を有するものであればたとえばH鋼横矢板による山留壁等の他の構造の山留壁も同様に適用可能である。さらに本発明は建物のみならずたとえばカルバート等の各種の地中構造物にも同様に適用可能である。
In addition, in the said embodiment, although it is an example applied to a pile foundation, in this invention, the
1 山留壁(ソイルミキシングウォール)
1a 根入れ部
1b 根固め部
2 芯材(鉄骨)
3 鉄筋コンクリート壁
4 シヤキー(スタッド)
5 合成壁
6 基礎杭
7 底盤(基礎)
7a ハンチ
1 Yamadome wall (soil mixing wall)
1a
3 Reinforced
7a Haunch
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