JP6826820B2

JP6826820B2 - 挿入杭式土留め壁

Info

Publication number: JP6826820B2
Application number: JP2016088707A
Authority: JP
Inventors: 均浅野; 光洋赤塚; 賢二下坂; 剛司富田; 信夫坂崎
Original assignee: Toda Corp
Current assignee: Toda Corp
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-04-27
Also published as: JP2017197950A

Description

本発明は、背面側の土砂重量を利用して抵抗モーメントを発生させることにより、従来の自立式土留め壁よりも適用可能な掘削深の拡大を図った土留め壁に関する。

従来より、開削工事で地中構造物を造成する際には、その周囲に土留め壁を構築し、地盤の掘り下げを行っている。土留め壁としては、地盤への根入れ部の水平地盤抵抗によって土圧に抵抗させる自立式土留め壁(図１５(A)参照)を採用することができれば、フーチングレスであるため自然改変量が縮小でき、用地境界問題への対応に優れるなどの利点を有する他、内部空間側に支保工が存在しないため掘削も容易で、施工完了状態では内部に邪魔な部材（支保工等）が存在しないオープンな空間が作れるため、地中構造物の構築に当たって施工性が大幅に向上するなどの利点を有する。

しかしながら、自立式土留め壁は地盤への根入れ部の水平地盤抵抗によって土圧に抵抗させる構造であるため、地盤が比較的良好で掘削深さが浅い場合にしか適用できないという問題があった。そのため、深い開削工事では、切梁式支保工(図１５(B)参照)、グランドアンカー式支保工(図１５(C)参照)、控え杭タイロッド式支保工(図１５(D)参照)などの形式の土留め壁が採用されている。しかしながら、これら支保工式土留め壁の場合は、支保工の架設・撤去に係る費用が嵩む、工期が長くなる、本体構造物の施工効率が悪くなるなどの問題があった。

そこで、下記非特許文献１では、図１６に示されるように、従来は鉛直に構築されてきた自立式土留め壁を背面側に傾斜させることにより(概ね３〜１０°)、土留め壁に作用する土圧を低減し、深い開削工事(概ね１５ｍ)にも適用できるようにした自立式土留め壁５０が提案されかつ実施されている。

青木俊二、外３名，「親杭横矢板形式による斜め自立土留めの設計及び施工」，土木建設技術発表会概要集2012，土木学会，2012.11，p.259-263

前記斜め自立式土留め壁５０は、従来は鉛直に構築されてきた親杭を背面側に傾斜させることにより、効果的に土圧を低減できるようになり、掘削深さも１５ｍ程度まで拡大できるようになった。

しかしながら、斜め自立式土留め壁５０は、親杭を背面側へ傾斜させた分、掘削領域が外側に拡がることになるため、施工条件によっては、用地境界を拡大させるか、用地境界に制限がある場合は掘削領域を狭める必要があった。

また、親杭の施工は、斜め方向に打設することが条件となるため、例えば中型三点式杭打機のリーダにセンターホール構造の油圧式高周波バイブロを取り付けた機械を使用し、前記リーダを傾斜させて親杭を打設するようにしているが、親杭の傾斜管理に多大な労力が掛かるなどの問題があった。さらに、土留め壁の壁高が大きくなると、親杭の断面寸法が上がるため施工費が嵩み不経済となる等の問題もあった。

一方、前述した支保工土留め壁の中で、グランドアンカー式支保工、控え杭タイロッド式支保工については、内部に邪魔な部材（支保工等）が存在しないオープンな空間が作れるようになる。しかしながら、前記グランドアンカー式支保工は、アンカー工事が伴うため工費が嵩むとともに、工期が長期化する欠点がある。控え杭タイロッド式支保工も同様で、土留め壁の背面側の工事が伴うため、工費が嵩むとともに、工期が長期化する欠点がある。

そこで本発明の主たる課題は、背面側の土砂重量を利用して抵抗モーメントを発生させることにより、従来の自立式土留め壁よりも掘削深さの拡大を図るとともに、経済性に優れ、かつ工期の長期化を招かないなどの利点を備えた土留め壁を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、水平方向に所定間隔で配置されるとともに、下半部分が地盤中に挿入されている親杭と、隣接する親杭間に上下方向に沿って設置されている横矢板と、前記親杭の側部位置から背面側地盤に挿入状態で設置されているとともに、挿入元側が前記親杭に剛結されたＨ形鋼からなる挿入杭とを備える挿入杭式土留め壁であって、
前記挿入杭は、各親杭に対して設置されるとともに、１箇所あたり、前記親杭の両側に左右一組で配置され、
前記親杭に対する前記挿入杭の取付部で、前記挿入杭が上載土荷重を受けた際にも前記親杭に対する取付角度が変わらないように、前記親杭のフランジ間に収まる寸法のＨ形鋼を用いるとともに、前記挿入杭のフランジが挿入できるスリット溝が形成された連結金物を前記親杭のウエブを跨ぐ両側に、ボルト・ナットを用いて取り付け、前記挿入杭は片側のフランジを前記スリット溝に嵌合させた状態で地盤中に挿入され、該挿入杭のウエブがボルト・ナットにより前記連結金物のフランジに対して剛結されていることを特徴とする挿入杭式土留め壁が提供される。

上記請求項１記載の発明は、水平方向に所定間隔で配置されるとともに、下半部分が地盤中に挿入されている親杭と、隣接する親杭間に上下方向に沿って設置されている横矢板とからなる一般的な土留め壁に対して、前記親杭の側部位置から背面地盤に挿入状態で設置されているとともに、挿入元側が前記親杭に剛結されている水平挿入杭を追加するものである。

従って、前記挿入杭よりも上側に存在する上載土が挿入杭に荷重として作用することによって、挿入杭に親杭の変形を抑える回転方向の抵抗モーメントを生じさせることができ、この抵抗モーメントが親杭に伝達されることによって、土圧によって親杭に生じる曲げモーメントを相殺することができるようになるため、従来の自立式土留め壁よりも適用可能な掘削深さを拡大することが可能となる。また、前記挿入杭は、通常の場合、掘削途中毎に内部空間側からの比較的簡単な工事によって追加することができるため、経済性に優れ、かつ工期の長期化を招くこともない。

なお、本発明における「剛結」とは、前記挿入杭が荷重を受けた場合にも親杭に対する取付角度が変わらないようにしっかりと連結されている状態の連結構造をいい、その結果、挿入杭に生じた抵抗モーメントを確実に親杭に伝達できるようになる。

また、上記請求項１記載の発明は、前記挿入杭は、１箇所あたり、親杭の両側に左右一組で配置されている構造とするものである。挿入杭に発生する抵抗モーメントは、上載土荷重によって発生するものであるため、抵抗モーメントの増大を図るには、挿入杭に作用する土荷重量を増大させることが有効となる。従って、親杭の片側に１本だけに設けるよりも、親杭を挟んで左右一対で挿入杭を設けることにより上載土荷重を増大でき、その結果、抵抗モーメントを増大できるようになる。

請求項２に係る本発明として、前記挿入杭は、高さ方向に複数段で設置されるとともに、上下方向に隣接する挿入杭間で相対的に上部側に位置する挿入杭よりも相対的に下部側に位置する挿入杭の方が挿入長さが長く設定されている請求項１記載の挿入杭式土留め壁が提供される。

上記請求項２記載の発明は、前記挿入杭が、高さ方向に複数段で設置される場合に、上下方向に隣接する挿入杭間で相対的に上部側に位置する挿入杭よりも相対的に下部側に位置する挿入杭の方が挿入長さが長く設定されている構造とするものである。前記挿入杭に作用する上載土荷重は、挿入長さに対応する区間の上側土砂が重力方向の荷重として作用するため、相対的に下側に位置する挿入杭に作用する上載土荷重は、相対的に上側に位置する挿入杭の先端よりも手前側の区間では上側に挿入杭が位置しているため上載土荷重が大幅に低減され、上側に位置する挿入杭の先端よりもさらに奥側の地盤区間の上載土砂が有効に作用することになる。そのため、相対的に下部側に位置する挿入杭の方を上側の挿入杭の挿入長さよりも長くしておかないと、下部側に位置する挿入杭に上載土荷重による抵抗モーメントを効果的に発生させることができなくなってしまうため、本発明のように、上下方向に隣接する挿入杭間で相対的に上部側に位置する挿入杭よりも相対的に下部側に位置する挿入杭の方が挿入長さが長く設定することが望ましい。

請求項３に係る本発明として、前記挿入杭式土留め壁の外面にプレキャスト板を張設することにより本設構造物としている請求項１、２いずれかに記載の挿入杭式土留め壁が提供される。

上記請求項３記載の発明は、本発明に係る挿入杭式土留め壁を本設構造体とする場合に、土留め壁の外面にプレキャスト板を張設するものである。たとえば、立体交差道路を構築する場合の堀割道路の擁壁、盛土擁壁、もたれ擁壁として適用する場合などに有効となる。

以上詳説のとおり本発明によれば、背面側の土砂重量を利用して抵抗モーメントを発生させることにより、従来の自立式土留め壁よりも掘削深さの拡大を図るとともに、経済性に優れ、かつ工期の長期化を招かないなどの利点を備えた土留め壁を提供できるようになる。

本発明に係る挿入杭式土留め壁１を示す構造斜視図（一部に、水平挿入杭の施工要領を含む。）である。挿入杭式土留め壁１の作用効果を説明するための水平挿入杭４への荷重作用図である。連結金物５を示す、(A)は正面図、(B)は平面図、(C)側面図である。 (A)は連結金物５の取付状態を示す斜視図、(B)は水平挿入杭４の取付状態を示す斜視図である。挿入杭式土留め壁１の施工手順図である。挿入杭４の施工要領を示す図である。事前に挿入杭４を挿入する地盤の揉みほぐしを行う場合の要領図(A)(B)である。機械式拡径攪拌機による揉みほぐし要領を示す手順図(A)〜(C)である。挿入杭式土留め壁１を本設構造物とする場合の構造を示す側面図である。その拡大横断面図である。挿入杭式土留め壁１を本設構造物とし、堀割道路擁壁に適用した場合の横断面図である。挿入杭式土留め壁１を本設構造物とし、盛土擁壁に適用した場合の横断面図(A)(B)である。挿入杭式土留め壁１を本設構造物とし、もたれ擁壁に適用した場合の横断面図である。挿入杭式土留め壁１にグランドアンカーを追加した場合の横断面図である。従来の各種土留め壁(A)〜(D)を示す概略断面図である。従来の斜め自立式土留め壁５０を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

〔挿入杭式土留め壁１の構造〕
本発明に係る挿入杭式土留め壁１は、水平方向に所定間隔で配置されるとともに、下半部分が地盤中に挿入されている親杭２，２…と、隣接する親杭２，２間に上下方向に沿って設置されている横矢板３，３…と、前記親杭２の側部位置から背面地盤に挿入状態で設置されているとともに、挿入元側が前記親杭２に剛結されている挿入杭４，４とからなるものである。

以下、図面に基づいて具体的に詳述する。

前記親杭２は、土圧に抵抗するための構造部材であり、通常は鉛直方向に打設され、下半部分が地盤中に挿入されている。使用部材としては、自立式土留め壁や親杭横矢板土留壁などに一般的に使用されているＨ形綱が好適に用いられる。このＨ形綱の断面寸法は壁高に応じて選定されるが、概ねＨ３００〜Ｈ５００程度のものが多く使用される。この親杭２は、地盤掘削前に掘削領域の境界線に沿って水平方向に所定間隔で杭打ち機によって地盤に打設される。間隔は概ね１．０〜２．０ｍ程度とされる。

従来の自立式土留め壁の場合は、親杭２の地盤への根入れ部Ｌの水平地盤抵抗だけによって土圧に抵抗させるが、本発明に係る挿入杭式土留め壁１の場合は、地盤への根入れ部の水平地盤抵抗と、前記挿入杭４による抵抗モーメントとの協働作用によって土圧に抵抗させる構造であるため、壁高が同じである場合は、根入れ部Ｌの長さを従来の自立式土留め壁の場合よりも短く設定することが可能であるとともに、親杭２の断面寸法も相対的に小さくできるようになる。

前記横矢板３，３は、掘削に伴って前記親杭２，２間に順次嵌め込んでいき、土留めを図る板材である。通常は、主に唐松などの木材が用いられている。

前記挿入杭４は、本発明において特別に追加された部材である。この挿入杭４は、高さ方向に１又は複数段で設置される。図１の例では、上下方向に２段で設置した例を示している。前記挿入杭４としては、概ねＨ２００〜Ｈ４００程度の断面のＨ形鋼を好適に用いることができる。前記挿入杭４の段数及び挿入深さについては、親杭２の天端許容変形量を基準とした設計計算によって決定されることになるが、通常のケースでは高さ方向に２〜４段程度で設置され、挿入深さは概ね２〜５ｍ程度である。

前記挿入杭４は、掘削の進行に伴って、所定の掘削段階毎に各親杭２に対して設置される。１箇所あたりの設置数は１本とすることも可能であるが、図示例されるように、１箇所あたり、親杭２の両側に左右一組で配置するのが抵抗モーメントを大きく確保する上で望ましい。設置は、前記親杭２の側部位置から略水平方向に沿って地盤中に挿入し、挿入元側を前記親杭２に対して剛結する。前記親杭２と挿入杭４とを剛結とするのは、図２に示されるように、挿入杭４に生じた抵抗モーメントＭ_１、Ｍ_２を確実に親杭２に伝達させる構造とするためであり、剛結構造とするには、親杭２に対する挿入杭４の取付部で、前記挿入杭４が上載土荷重を受けた際にも親杭２に対する取付角度が変わらないように、後述の連結金物５を介してしっかりと複数のボルト・ナットで連結したり、溶接等により堅固に連結するようにする。また、前記挿入杭４の挿入方向は水平方向を基本とするが、施工誤差を含め僅かに傾斜させて設置されていてもよい。

前記挿入杭４を親杭２に連結するための連結金物５の一例を図３に示す。

同図に示される連結金物５は、Ｈ形綱を加工した金物が用いられている。親杭２のフランジ間に収まる寸法のＨ形鋼断面とし、高さ方向中央に補強リブ２０ａを取り付けるとともに、補強リブ２０ａの上下位置にそれぞれ挿入杭４のフランジが挿入できるスリット溝２０ｂ、２０ｃが形成されている。この連結金物５を親杭２のウエブを跨ぐ両側に、ボルト・ナット２１、２１…を用いて堅固に取り付ける。図４(A)にも連結金物５を親杭２に取り付けた状態を示している。

前記挿入杭４は、片側のフランジを前記スリット溝２０ｂ、２０ｃに嵌合させた状態で地盤中に挿入され、ボルト・ナット２２、２２…により連結金物５に対して剛結されている。図４(B)にも挿入杭４を前記連結金物５に連結した状態を示している。

前記挿入杭４を設置することにより、図２に示されるように、挿入杭４よりも上側の土荷重を載荷重として作用させることができ、親杭２の変形を抑える方向の抵抗モーメントＭ_１、Ｍ_２を発生させることができ、この抵抗モーメントＭ_１、Ｍ_２が親杭２に伝達されることにより親杭２の変形量を抑えることが可能となる。従って、従来の自立式土留め壁よりも適用可能な掘削深さを拡大することが可能となる。また、後述のように、前記挿入杭４の工事は、内部空間側からの比較的簡単な工事によって追加することができるため、経済性に優れ、かつ工期の長期化を招くこともない。

図１及び詳細には図２に示されるように、高さ方向に複数段で設置される場合は、上下方向に隣接する挿入杭４_１，４_２間で相対的に上部側に位置する挿入杭４_１よりも相対的に下部側に位置する挿入杭４_２の方が挿入長さが長く設定されている。上から１段目の挿入杭４_１に作用する上載土荷重は、挿入長さに対応する区間の上側土砂が重力方向に荷重として作用するが、２段目の挿入杭４_２の場合は、１段目の挿入杭４_１の先端よりも手前側の区間では上側に挿入杭４_１が存在しているため上載土荷重が大幅に低減され、１段目の挿入杭４_１の先端よりもさらに奥側の地盤区間の上載土砂が有効に作用することになる。そのため、相対的に下部側に位置する挿入杭４_２の方を上側の挿入杭４_１の挿入長さよりも長くしておかないと、下側に位置する挿入杭４_２に上載土荷重による抵抗モーメントＭ_２を効果的に発生させることができなくなってしまうため、上下方向に隣接する挿入杭４_１，４_２間で、相対的に上部側に位置する挿入杭４_１よりも相対的に下部側に位置する挿入杭４_２の方を挿入長さが長く設定することが望ましい。なお、３段配置以上の場合は、上側から順に、１段目、２段目、３段目の順で挿入杭４の挿入長さが徐々に長くなるように設定する。

次に、挿入杭式土留め壁１の施工手順及び要領について図５〜図８に基づいて詳述する。

先ず、図５(A)に示されるように、掘削境界線に沿って所定の間隔で、杭打ち機などの施工機械により親杭２となるＨ形綱を地盤中に打設する。

次に、親杭２によって囲まれた領域内をパワーショベル等の掘削機械により掘削を行う。掘削の進行に伴い、親杭２，２間に横矢板３、３…を架け渡し、土留めを図りながら徐々に掘り下げていく。図５(B)に示されるように、所定の深さ、すなわち１段目の挿入杭４の設置位置よりもやや掘り下げた位置まで掘削したならば、１段目の挿入杭４、４…の設置作業に入る。

挿入杭４の施工は、例えば図６に示される水平方向への杭圧入機１０を用い、基本的には圧入によって挿入杭４を背面地盤側に挿入する。前記杭圧入機１０は、走行可能なクローラ台車１１上に水平配向のガイドセル１２を搭載し、このガイドセル１２に沿って前後進自在にドリフタ１３を備えるとともに、圧入反力受用貫入杭１４を備えた装置であり、挿入杭４をガイドセル１２にセットした状態からドリフタ１３を前進させることにより地盤中に圧入する。

また、背面地盤が比較的良好で、圧入のみでは挿入杭４を地盤中に設置できないような場合は、補助工法を併用することが望ましい。この補助工法は、圧入前に前記挿入杭４の挿入範囲の土砂を揉みほぐして挿入杭４が容易に圧入できるようにする作業をいう。具体的には、前述した杭圧入機１０を用いるなどして、図７(A)に示されるように、挿入杭４の断面（図示例はＨ形鋼断面）の範囲に小径オーガを回転させながら貫入させることにより土砂を揉みほぐしたり、図７(B)に示されるように、挿入杭４の断面（図示例はＨ形鋼断面）を含む円形範囲の土砂を機械式拡径攪拌機を用いて１回の工程で揉みほぐすことによって、挿入杭４の圧入できるように地盤の弱体化を図るようにする。

前記機械式拡径攪拌機としては、例えば図８に示されるように、親杭２の隣接位置から撹拌ロッド１５を地盤中に奥側まで貫入させたならば、拡径ビット１５ａを拡開させ、その後、回転させながら手前側に引く抜くことにより拡径された範囲の地盤を揉みほぐしできるようにした装置を用いることができる。このような装置としては、例えばアンカー工法において、拡径されたアンカー体を地中に造成するための機械をそのまま適用することができる。

１段目の挿入杭４，４…の設置作業が完了したならば、図５(C)に示されるように、掘削を開始し、横矢板３の設置を併行しながら徐々に地盤を掘り下げ、２段目の挿入杭４の設置位置よりもやや掘り下げた位置まで掘削したならば、２段目の挿入杭４、４…の設置作業に入る。設置要領は１段目の場合と同様である。

２段目の挿入杭４，４…の設置作業が完了したならば、所定深さまで掘削を行い掘削作業を完了する。

〔挿入杭式土留め壁１を本設構造体とした適用例〕
挿入杭式土留め壁１は、前述したように、土留め用の仮設構造物として適用される他、そのまま本設構造物としての利用も可能である。具体的には、図９に示されるように、親杭２の前面側に、壁面全体を覆うようにプレキャスト板６，６…を張設する。このプレキャスト板６，６…の設置は下段側から上段側に掛けて行うのがよい。その後、図１０に示されるように、親杭２，２間の横矢板３とプレキャスト板６とに挟まれた閉鎖空間にコンクリート７を打設する一方、一部の閉鎖空間については水抜き孔（パイプ）８，８を配置するとともに、砕石９を充填して透水層として機能させるようにする。また、本土留め壁１を遮水壁とする場合はすべての閉鎖空間内にコンクリート７を打設し遮水を確保する。

（堀割道路擁壁への適用）
本設構造体とした本土留め壁１は、例えば図１１に示されるように、立体交差道路の堀割道路の擁壁として適用することができる。この場合は、(1)基本的に擁壁の構築はプレファブ工法のため、工期短縮が図れる。(2)仮設と本設の併用工法であるため、施工時占用幅を縮小でき、既存道路の切り廻しを大幅に軽減できる。(3)掘削幅及び深さを従来工法よりも小さくできるため、掘削残土の発生量を軽減できるなどの利点を有する。

（盛土擁壁への適用）
本設構造体とした本土留め壁１は、例えば図１２(A)に示されるように、造成地盤などにおける盛土擁壁や、図１２(B)に示されるように、腹付け盛土の擁壁として適用することができる。この場合は、従来のＬ型擁壁や補強土などの盛土擁壁よりも経済的となる。

（もたれ擁壁への適用）
本設構造体とした本土留め壁１は、例えば図１３に示されるように、もたれ擁壁として適用することができる。この場合は、土圧が小さくなり、構造規模が縮小できるため、経済性、施工性等に優れるようになる。

〔その他の形態例〕
(1)本発明に係る挿入杭式土留め壁１は、基本的に前記親杭２と、横矢板３と、挿入杭４とからなる構造体であるが、場合によって他の支保工と併用することも可能である。例えば、図１４に示されるように、大深度掘削の場合は、グランドアンカー１６を併用することにより他の工法よりも経済的になるとともに、隣接して埋設物が存在するような場合に、グランドアンカー併用により地盤の変形を抑制することができるようになる。また、前述した控え杭タイロッドと併用することも可能である。

１…挿入杭式土留め壁、２…親杭、３…横矢板、４…挿入杭、５…連結金物、６…プレキャスト板、７…コンクリート、８…水抜き孔（パイプ）、９…砕石、１０…杭圧入機

Claims

水平方向に所定間隔で配置されるとともに、下半部分が地盤中に挿入されている親杭と、隣接する親杭間に上下方向に沿って設置されている横矢板と、前記親杭の側部位置から背面側地盤に挿入状態で設置されているとともに、挿入元側が前記親杭に剛結されたＨ形鋼からなる挿入杭とを備える挿入杭式土留め壁であって、
前記挿入杭は、各親杭に対して設置されるとともに、１箇所あたり、前記親杭の両側に左右一組で配置され、
前記親杭に対する前記挿入杭の取付部で、前記挿入杭が上載土荷重を受けた際にも前記親杭に対する取付角度が変わらないように、前記親杭のフランジ間に収まる寸法のＨ形鋼を用いるとともに、前記挿入杭のフランジが挿入できるスリット溝が形成された連結金物を前記親杭のウエブを跨ぐ両側に、ボルト・ナットを用いて取り付け、前記挿入杭は片側のフランジを前記スリット溝に嵌合させた状態で地盤中に挿入され、該挿入杭のウエブがボルト・ナットにより前記連結金物のフランジに対して剛結されていることを特徴とする挿入杭式土留め壁。
前記挿入杭は、高さ方向に複数段で設置されるとともに、上下方向に隣接する挿入杭間で相対的に上部側に位置する挿入杭よりも相対的に下部側に位置する挿入杭の方が挿入長さが長く設定されている請求項１記載の挿入杭式土留め壁。
前記挿入杭式土留め壁の外面にプレキャスト板を張設することにより本設構造物としている請求項１、２いずれかに記載の挿入杭式土留め壁。