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特開2020-197087山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2020-197087(P2020-197087A)
(43)【公開日】2020年12月10日
(54)【発明の名称】山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置
(51)【国際特許分類】
   E02D 17/04 20060101AFI20201113BHJP
【FI】
   E02D17/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2019-104540(P2019-104540)
(22)【出願日】2019年6月4日
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】濁川 直寛
(72)【発明者】
【氏名】浅香 美治
(57)【要約】
【課題】各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることのできる山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置を提供する。
【解決手段】地盤を所定の掘削幅B、奥行きL、深さhで掘削した際の山留め壁3に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁3から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力σを適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるようにする。鉛直応力σは、掘削して排土される掘削土塊1を除荷重として根切り底面2に作用させる場合の根切り底面2から所定の深さzにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からSteinbrennerの応力解による除荷応力を差し引いて求めることが好ましい。地盤が沖積地盤であり、鉛直応力σは、山留め壁3から掘削側に掘削幅Bの0.1倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力が好ましい。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、
ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めることを特徴とする山留め壁の側圧評価方法。
【請求項2】
鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からSteinbrennerの応力解による除荷応力を差し引いて求められることを特徴とする請求項1に記載の山留め壁の側圧評価方法。
【請求項3】
地盤が沖積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の0.1倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であることを特徴とする請求項1または2に記載の山留め壁の側圧評価方法。
【請求項4】
地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する装置であって、
ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めることを特徴とする山留め壁の側圧評価装置。
【請求項5】
鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からSteinbrennerの応力解による除荷応力を差し引いて求められることを特徴とする請求項4に記載の山留め壁の側圧評価装置。
【請求項6】
地盤が沖積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の0.1倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であることを特徴とする請求項4または5に記載の山留め壁の側圧評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば沖積地盤における山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、山留め壁の応力および変形は、山留め壁に作用する荷重および抵抗を適切に評価し、各次掘削段階について力の釣り合いを解いて算定している。掘削側の抵抗にあたる掘削側側圧は、掘削土塊の排土による除荷や山留め壁の変形などの影響を受け、背面側土圧よりも複雑な力学挙動を示す。建築学会指針では、簡単かつ安全側の評価のため一次元除荷を想定し、掘削側側圧を各次掘削の根切り床から算定することを推奨している。
【0003】
しかしながら、この方法による山留め壁の変形計算は、最終掘削時での床付け付近での変位を過大に評価する傾向にあることが指摘されている。図5に示すように、軟弱な沖積粘性土が主体の地盤において、掘削幅:B=22.8m、奥行き:L=32.0mを深さ13m掘削した際の最終掘削時における山留め壁変位の実測値と、建築学会指針の推奨法による計算値(AIJ指針)を図6に示す。計算値は実測値と比べて相当大きな値を示していることから、建築学会指針の推奨法は掘削側側圧を過小評価しており、実際の現象と必ずしも整合しない可能性が示唆される。
【0004】
なお、山留め工事の地盤掘削時における構造物の変状を確認するためのモニタリング技術としては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平8−151633号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このため、沖積地盤の山留め壁において、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることのできる方法が求められていた。
【0007】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることのできる山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る山留め壁の側圧評価方法は、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めることを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法は、上述した発明において、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からSteinbrennerの応力解による除荷応力を差し引いて求められることを特徴とする。
【0010】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法は、上述した発明において、地盤が沖積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の0.1倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であることを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係る山留め壁の側圧評価装置は、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する装置であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めることを特徴とする。
【0012】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置は、上述した発明において、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からSteinbrennerの応力解による除荷応力を差し引いて求められることを特徴とする。
【0013】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置は、上述した発明において、地盤が沖積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の0.1倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係る山留め壁の側圧評価方法によれば、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるので、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができるという効果を奏する。
【0015】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法によれば、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からSteinbrennerの応力解による除荷応力を差し引いて求められるので、掘削側側圧の評価に用いる鉛直応力を簡易に求めることができるという効果を奏する。
【0016】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法によれば、地盤が沖積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の0.1倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であるので、評価の精度を高めることができるという効果を奏する。
【0017】
また、本発明に係る山留め壁の側圧評価装置によれば、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する装置であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるので、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができるという効果を奏する。
【0018】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置によれば、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からSteinbrennerの応力解による除荷応力を差し引いて求められるので、掘削側側圧の評価に用いる鉛直応力を簡易に求めることができるという効果を奏する。
【0019】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置によれば、地盤が沖積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の0.1倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であるので、評価の精度を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1図1は、本発明におけるSteinbrennerの応力解による鉛直除荷応力の計算モデルを示す図である。
図2図2は、最終掘削時における山留め壁変位の実測値と計算値(実施例)を示す図である。
図3図3は、山留め壁から0.1B離れた位置における鉛直除荷応力の補正係数(α)を示す図である。
図4図4は、山留め壁から0.1B離れた位置における鉛直除荷応力の補正係数(1−α)を示す図である。
図5図5は、従来の軟弱な沖積粘性土が主体の地盤を掘削する事例を示す図であり、(1)は平面図、(2)は断面図である。
図6図6は、従来の最終掘削時における山留め壁変位の実測値と計算値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に、本発明に係る山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0022】
<山留め壁の側圧評価方法>
まず、本発明の山留め壁の側圧評価方法の実施の形態について説明する。
本実施の形態に係る山留め壁の側圧評価方法は、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるものである。掘削される地盤としては、沖積地盤を想定している。
【0023】
本実施の形態が適用される計算モデルを図1に示す。この図に示すように、排土される掘削土塊1(奥行きL,掘削幅B,掘削深さh)を除荷重として根切り底面2に作用させる。山留め壁3から0.1Bの水平距離だけ離れた位置、かつ根切り底からの深さzにおける鉛直応力σ(=γtz−pwp)は、掘削前の一次元鉛直土被り圧σz0(=γ(z+h)−pwp)からSteinbrennerの応力解による除荷応力Δσz(e)を差し引いて求める。ここに、γ:土の湿潤単位体積重量、pwp:根切り底からの深さzにおける掘削側の水圧である。
【0024】
山留め壁に作用する掘削側側圧Pの計算は、建築学会指針に倣いランキン・レザール式により求まる主働土圧に基づく方法(以下、ランキン・レザール法という。)を用いる。
【0025】
(AIJ指針による側圧P
【数1】
【0026】
ここに、c:土の粘着力、φ:土の内部摩擦角である。ランキン・レザール法による計算に、Steinbrennerの応力解による除荷応力を取り入れた鉛直応力を用いると次式が得られる。
【0027】
(本発明による側圧P’)
【数2】
【数3】
【0028】
ここに、σ:根切り底からの深さzにおける鉛直土被り圧、Δσz(e):掘削土塊の排土による除荷応力である。(3)式を変形すると次式が得られる。
【0029】
【数4】
【0030】
ここで、Δσz(e)/Δσz(1D)=αとして(4)式を整理すると次式が得られる。
【0031】
【数5】
【数6】
【0032】
<本発明の効果の検証>
図5の地盤・施工条件において、掘削側側圧の計算に(6)式を、山留め壁に生じる変形の算定手法に弾塑性法(梁・ばねモデル)を用いて試行錯誤的に変形計算を行った。計算結果を図2に示す。
【0033】
この図に示すように、山留め壁から2m(約0.1B)離れた位置における各次掘削段階の除荷応力を掘削側側圧の計算に採用することで、最終掘削時における山留め壁変位の計算値が実測値に近似する結果が得られた。
【0034】
ランキン・レザール法を修正した(6)式に用いられるαは、例えば図3に示すようなチャートから読み取ることができる。図3中の縦軸は根切り底からの深さzと掘削幅Bの比であり、横軸はSteinbrennerの応力解による除荷応力Δσz(e)と一次元除荷応力Δσz(1D)の比(=α:補正係数)である。
【0035】
図4は、山留め壁から0.1Bだけ離れた位置における鉛直除荷応力を簡単に読み取ることができるチャートである。実用上は、あらかじめ図4のチャートを作成しておき、このチャートから(6)式の補正係数にあたる1−αを読み取り、ランキン・レザール法を修正した(6)式を用いて掘削側側圧を計算することで、現実に即した掘削側側圧の深度分布を設定する。
【0036】
本実施の形態によれば、沖積地盤に山留め壁を施工する際の設計計算において、山留め壁から0.1Bだけ離れた位置における鉛直除荷応力の補正係数1−αを求めるためのチャート(図4を参照)、およびランキン・レザール法を修正した(6)式を併用することで、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができる。現実に即した掘削側側圧の深度分布を設定することが可能なため、最終掘削時に山留め壁に生じる変形の計算精度が向上する。
【0037】
なお、上記の実施の形態においては、山留め壁から掘削側に0.1Bの距離だけ離れた位置における鉛直応力を用いる場合を例にとり説明したが、本発明の距離はこれに限るものではない。例えば、事前に地盤の特性等に応じて、最終掘削時における山留め壁変位の実測値を近似できる距離を検討しておき、その距離だけ離れた位置における鉛直応力を用いてもよい。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。
【0038】
<山留め壁の側圧評価装置>
次に、本発明の山留め壁の側圧評価装置の実施の形態について説明する。
本実施の形態に係る山留め壁の側圧評価装置は、上記の山留め壁の側圧評価方法を装置として具現化したものであり、例えばCPUを有するコンピュータと、データを記憶するメモリと、データを入力するキーボードと、データを出力するディスプレイなどにより構成される。コンピュータが、メモリやキーボード等を通じて入力された地盤・施工条件データ、図3図4のデータに基づいて、上記の(6)式の計算を実行し、その結果をディスプレイなどに出力させることで、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に把握することができる。
【0039】
以上説明したように、本発明に係る山留め壁の側圧評価方法によれば、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する方法であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるので、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができる。
【0040】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法によれば、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からSteinbrennerの応力解による除荷応力を差し引いて求められるので、掘削側側圧の評価に用いる鉛直応力を簡易に求めることができる。
【0041】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価方法によれば、地盤が沖積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の0.1倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であるので、評価の精度を高めることができる。
【0042】
また、本発明に係る山留め壁の側圧評価装置によれば、地盤を所定の掘削幅、奥行き、深さで掘削した際の山留め壁に作用する掘削側側圧を評価する装置であって、ランキン・レザール法による計算式に、山留め壁から掘削側に所定の距離だけ離れた位置における鉛直応力を適用して、各次掘削段階の掘削側側圧を求めるので、各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めることができる。
【0043】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置によれば、鉛直応力は、掘削して排土される掘削土塊を除荷重として根切り底面に作用させる場合の根切り底面から所定の深さにおける鉛直応力であって、掘削前の一次元鉛直土被り圧からSteinbrennerの応力解による除荷応力を差し引いて求められるので、掘削側側圧の評価に用いる鉛直応力を簡易に求めることができる。
【0044】
また、本発明に係る他の山留め壁の側圧評価装置によれば、地盤が沖積地盤であり、鉛直応力は、山留め壁から掘削側に掘削幅の0.1倍の距離だけ離れた位置における鉛直応力であるので、評価の精度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【0045】
以上のように、本発明に係る山留め壁の側圧評価方法および側圧評価装置は、山留め壁の設計に有用であり、特に、沖積地盤における山留め工事の各次掘削段階についてより現実に即した掘削側側圧の深度分布を簡易に求めるのに適している。
【符号の説明】
【0046】
1 掘削土塊
2 根切り底面
3 山留め壁
L 奥行き
B 掘削幅
h 掘削深さ
図1
図2
図3
図4
図5
図6