特許 6618114 山留め壁及び親杭横矢板工法による山留め壁の構築方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6618114

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】山留め壁及び親杭横矢板工法による山留め壁の構築方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/14 20060101AFI20191202BHJP

   E02D 5/03 20060101ALI20191202BHJP

【ＦＩ】

   E02D5/14

   E02D5/03

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-254004(P2015-254004)

(22)【出願日】2015年12月25日

(65)【公開番号】特開2017-115498(P2017-115498A)

(43)【公開日】2017年6月29日

【審査請求日】2018年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】100113169

【弁理士】

【氏名又は名称】今岡 憲

(72)【発明者】

【氏名】中島 朋宏

(72)【発明者】

【氏名】熊給 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 宰

(72)【発明者】

【氏名】谷 慎行

(72)【発明者】

【氏名】中津 紀幸

(72)【発明者】

【氏名】井垣 圭二

(72)【発明者】

【氏名】上田 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】清水 大和

(72)【発明者】

【氏名】大西 直宏

【審査官】 苗村 康造

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０６８２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２３６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２８０４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１６７０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１４３３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２２１９９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ５／００〜 ５／２０

Ｅ０２Ｄ ５／２２〜 ５／８０

Ｅ０２Ｄ １７／００〜 １７／２０

Ｅ０２Ｂ １／００〜 ３／２８

Ｅ２１Ｄ １１／００〜 １９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下両側の不透水層で挟まれた帯水層を含む地盤に適用される山留め壁であって、
上記地盤中に一列に建て込まれた一連の親杭と、
隣り合う親杭同士の間に形成される壁体とを具備し、
上記親杭は、上記壁体の表面側に形成される掘削部側に表れる表側フランジ部とこの表側フランジ部の幅方向中間部に連結されたウェブ部とを有しており、
各壁体は、
それら親杭の表側フランジ部の間に、前記掘削部に露出するように架設された複数の横矢板と、
上記横矢板の裏面に密接させた状態で当該裏面と地盤とに形成された裏込め層と、
を有しており、
上記裏込め層は、隣接する親杭の間に、上方から見て、両親杭のウェブ部の内面の一方から他方まで延びる平らな溝底を有する平溝部を形成して、それら一対のウェブ部の内面と横矢板の裏面と上記溝底とで囲まれる空間に土壌を投入することで構成されており、
上記裏込め層のうち少なくとも帯水層に接する部分が、親杭同士の間の領域内で水の流れを遮断する遮水壁部であり、
当該遮水壁部は、裏込め土に膨潤性を有する遮水材料を混入させることで形成されており、
この遮水壁部が帯水層の被掘削面の略全体を覆うことを特徴とする、山留め壁。

【請求項2】

上記遮水壁部は、帯水層と接する範囲をカバーするコア部と、不透水層のうち帯水層と隣接する部分の端面を遮蔽するラップ部とを有することを特徴とする、請求項１記載の山留め壁。

【請求項3】

上記横矢板の水平方向の長さは、隣り合う親杭のウェブ部同士の距離より短く、かつ隣り合う親杭の表側フランジの対向端部同士の距離より長いものとし、
上記横矢板の水平方向の両端部は、裏込め層と表側フランジとの間に挟まれた状態で係止されており、
横矢板の水平方向の端部とウェブとの間に形成される隙間が裏込め層の一部で充填されたことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の山留め壁。

【請求項4】

上下両側の不透水層で挟まれた帯水層を含む地盤に山留め壁を構築する方法であって、
一定の地盤部分の境界線に沿って複数の親杭を地盤中に打ち込む第１の工程と、
上記地盤部分を掘削して、掘削部を形成する第２の工程と、
掘削部に露出した親杭部分の間の地盤部分の表面側を壁厚相当代だけ切り崩して溝底が平らな平溝部を形成する第３の工程と、
上記平溝部の内部の掘削部寄りに、隣り合う親杭に両端部を係止させて横矢板を嵌め込むとともに、上記横矢板の裏面と平溝部の溝底との隙間内に裏込め層を形成する第４の工程と、
からなり、
上記親杭は、上記壁体の表面側に形成される掘削部側に表れる表側フランジ部とこの表側フランジ部の幅方向中間部に連結されたウェブ部とを有しており、
かつ隣合う親杭の表側フランジ部の間に前記横矢板を架設しており、
上記裏込め層は、隣接する親杭の間に、上方から見て、両親杭のウェブ部の内面の一方から他方まで延びる平らな溝底を有する平溝部を形成して、それら一対のウェブ部の内面と横矢板の裏面と上記溝底とで囲まれる空間に土壌を投入することで構成されており、
裏込め層のうち上記帯水層をカバーする部分を形成する段階で、上記土壌に膨潤性を有する遮水材料を混入させることによって、当該部分を遮水壁部に形成したことを特徴とする、親杭横矢板工法による山留め壁の構築方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、山留め壁及び親杭横矢板工法による山留め壁の構築方法に関する。

【背景技術】

【0002】

建築物の基礎を造るために土地を掘削して空間を形成する根切り工事においては、周囲の土壌が当該掘削部内に崩落しないように山留め壁を構築する。
このとき掘削部の底部（根切り底）よりも高いレベルに地下水位がある場合には、ソイルセメント柱列壁や鋼矢板等の止水壁を構築することが一般的である。
これに対して、親杭矢板工法を用いて止水壁を構築する工法として次のものがある。
（１）親杭横矢板工法による山留め壁の構築とは別に当該山留め壁の背面地盤にゲル状の止水材を圧入して止水部を構築する工法（特許文献１）。
（２）山留め壁の鋼板と地盤との隙間に地上から圧送ポンプなどを用いて止水材を注入・充填し、凝固させる工法（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−６８２０３

【特許文献2】特開平０４−１４３３０８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の公報では山留め工事の他に重機を用いた薬液注入工事が必要となり、工期と工費とが増大してしまうという課題がある。
特許文献２の工法では、止水材の調整・ポンプによる圧送などの施工手間が大きいという課題がある。
他方、山留め工事では掘削面の高さ方向の一部のみに帯水層が存在し、この帯水層の存在する位置にだけ遮水措置を施せば十分に水の流れを遮ることができる場合もある。

【0005】

本発明の目的は、山留め工事の現場の地下水位が根切り底より高いレベルにあるときに、より簡易に構築できかつ遮水性能を十分に発揮できる山留め壁及び親杭横矢板工法による山留め壁の構築方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の手段は、 上下両側の不透水層で挟まれた帯水層を含む地盤に適用される山留め壁であって、
上記地盤中に一列に建て込まれた一連の親杭と、
隣り合う親杭同士の間に形成される壁体とを具備し、
上記親杭は、上記壁体の表面側に形成される掘削部側に表れる表側フランジ部とこの表側フランジ部の幅方向中間部に連結されたウェブ部とを有しており、
各壁体は、
それら親杭の表側フランジ部の間に、前記掘削部に露出するように架設された複数の横矢板と、
上記横矢板の裏面に密接させた状態で当該裏面と地盤とに形成された裏込め層と、
を有しており、
上記裏込め層は、隣接する親杭の間に、上方から見て、両親杭のウェブ部の内面の一方から他方まで延びる平らな溝底を有する平溝部を形成して、それら一対のウェブ部の内面と横矢板の裏面と上記溝底とで囲まれる空間に土壌を投入することで構成されており、
上記裏込め層のうち少なくとも帯水層に接する部分が、親杭同士の間の領域内で水の流れを遮断する遮水壁部であり、
当該遮水壁部は、裏込め土に膨潤性を有する遮水材料を混入させることで形成されており、
この遮水壁部が帯水層の被掘削面の略全体を覆う。

【0007】

本手段では、上下両側を不透水層４で挟まれる帯水層３を含む地盤に適用される、親杭横矢板工法で構成される山留め壁１０であって、横矢板２２の裏側の裏込め層２４のうち少なくとも上記帯水層３に接する部分を、当該帯水層３の被掘削面全体を覆う遮水壁部２６に形成したものを提案する（図１参照）。遮水壁部２６は裏込め土に遮水材料を混入してなる。

【0008】

「遮水材料」とは、土壌と混合させることができ、かつ混合状態で遮水性能を発揮できる材料をいう。好適な一例として、“吸水により膨張する不透水性材料”、特にベントナイトが好ましい。
本明細書において「遮水」とは、従来技術のソイルセメント柱列壁の如く完全に水を止める「止水」よりも広い概念であり、透水係数を十分に低い数値（例えば２.０×Ｅ−０６ｍ／ｓ程度）にすることができれば足りる。

【0009】

第２の手段は、第１の手段を有し、
上記遮水壁部は、帯水層と接する範囲をカバーするコア部と、不透水層のうち帯水層と隣接する部分の端面を遮蔽するラップ部とを有する。

【0010】

本手段においては、図１に示すように、前記遮水壁部２６が、帯水層３と接する範囲をカバーするコア部２６ａの他に、不透水層のうち帯水層と隣接する部分の端面を遮蔽するラップ部２６ｂを有している。このラップ部２６ｂを設けることによって、帯水層３の被掘削面からの漏水を有効に抑制できる。
「ラップ部」は、遮水性能を十分に発揮できる程度に不透水層とラップする長さ（ラップ長）を有する。このラップ長は、少なくとも帯水層の端面から遮水壁部のラップ部の裏面及び遮水壁部の周端面とを迂回して掘削部に至る経路の透水係数が遮水壁部を貫通する経路の透水係数より大となるように設定することが望ましい（図６参照）。

【0011】

第３の手段は、第１の手段又は第２の手段を有し、
上記横矢板の水平方向の長さは、隣り合う親杭のウェブ部同士の距離より短く、かつ隣り合う親杭の表側フランジの対向端部同士の距離より長いものとし、
上記横矢板の水平方向の両端部は、裏込め層と表側フランジとの間に挟まれた状態で係止されており、
横矢板の水平方向の端部とウェブとの間に形成される隙間が裏込め層の一部で充填された。

【0012】

本手段では、横断面図である図２に示すように、上記横矢板の水平方向の長さは、隣り合う親杭のウェブ部同士の距離より短く、かつ隣り合う親杭の表側フランジの対向端部同士の距離より長いものとして、横矢板の水平方向の端部とウェブとの間に隙間Ｇが形成されるように設け、この隙間Ｇが裏込め層の一部で充填されるように設けている。これにより遮水性能がさらに向上する。

【0013】

第４の手段は、 上下両側の不透水層で挟まれた帯水層を含む地盤に山留め壁を構築する方法であって、
一定の地盤部分の境界線に沿って複数の親杭を地盤中に打ち込む第１の工程と、
上記地盤部分を掘削して、掘削部を形成する第２の工程と、
掘削部に露出した親杭部分の間の地盤部分の表面側を壁厚相当代だけ切り崩して溝底が平らな平溝部を形成する第３の工程と、
上記平溝部の内部の掘削部寄りに、隣り合う親杭に両端部を係止させて横矢板を嵌め込むとともに、上記横矢板の裏面と平溝部の溝底との隙間内に裏込め層を形成する第４の工程と、
からなり、
上記親杭は、上記壁体の表面側に形成される掘削部側に表れる表側フランジ部とこの表側フランジ部の幅方向中間部に連結されたウェブ部とを有しており、
かつ隣合う親杭の表側フランジ部の間に前記横矢板を架設しており、
上記裏込め層は、隣接する親杭の間に、上方から見て、両親杭のウェブ部の内面の一方から他方まで延びる平らな溝底を有する平溝部を形成して、それら一対のウェブ部の内面と横矢板の裏面と上記溝底とで囲まれる空間に土壌を投入することで構成されており、
裏込め層のうち上記帯水層をカバーする部分を形成する段階で、上記土壌に膨潤性を有する遮水材料を混入させることによって、当該部分を遮水壁部に形成した。

【0014】

本手段は、遮水性能を向上させた親杭横矢板工法による山留め壁の構築工法を提案する。具体的には横矢板２２の裏側に裏込め層２４を形成するときに、地盤の帯水層３に接する箇所について、裏込め土に遮水材料を混入して遮水壁部２６を構成するものである。裏込め作業の際に作業員が帯水層を確認して遮水壁部２６を形成するので、別途に地盤に薬剤を注入する場合と比較して、効率的に遮水壁部２６を形成することができる。また地表面からの作業が必要である従来技術に比べて工期を短縮できる。

【発明の効果】

【0015】

第１の手段に係る発明によれば、帯水層に接する箇所において裏込め土部分を遮水壁部としており、当該遮水壁部は裏込め土に遮水材料を混合してなるから、特別な機械（大型重機など）を必要とせずに簡単に形成することができる。
第２の手段に係る発明によれば、遮水壁部が、帯水層と隣接する不透水層部分の端面を遮蔽するラップ部を有するから、より遮水性能が高まる。
第３の手段に係る発明によれば、横矢板の水平方向の端部とウェブとの間に形成される隙間が裏込め層の一部で充填されているから、さらに遮水性能が向上する。
第４の手段に係る発明によれば、横矢板の嵌め込み及び裏込め層の形成の段階において、土壌に遮水材料を混入させることによって、裏込め層のうち帯水層と接する部分を遮水壁部に形成するから、帯水層の位置を目視により確認して、より確実に遮水壁部を形成することができ、また地表面からの作業が必要である従来技術に比べて工期を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態に係る山留め壁の縦断面図である。

【図2】図１の山留め壁の横断面図である。

【図3】図１の山留め壁の一部斜視図である。

【図4】本願発明で使用する遮水材料（ベントナイト）の膨潤作用のイメージを示す説明図である。

【図5】本発明のラップ長さを説明するためのモデルの概念図である。

【図6】本発明のラップ長さの説明図である。

【図7】図１の山留め壁を構築する工程の一部を示す図であり、 ［１Ｓ］は帯水層と接する階層（施工階層）の一つ上の階層まで横矢板及び裏込め土を形成した段階の平面図、［１Ｐ］はこの段階の工程の縦断面図であり、 ［２Ｓ］は施工階層で親杭の内側を掘削する工程の平面図、［２Ｐ］は同工程の縦断面図であり、 ［３Ｓ］は施工階層において下から１番目及び２番目の横矢板を設置するとともに裏込めをする工程の平面図、［３Ｐ］は同工程の縦断面図であり、 ［４Ｓ］は施工階層で下から３番目の横矢板を設置する工程の平面図、［４Ｐ］は同工程の縦断面図である。

【図8】図１の山留め壁を構築する工程の残りを示す図であり、 ［５Ｓ］は下から３番目の横矢板に裏込めをする工程の平面図、［５Ｐ］は同工程の縦断面図であり、 ［６Ｓ］は施工階層で下から４番目の横矢板を設置する工程の平面図、［６Ｐ］は同工程の縦断面図であり、［７Ｓ］は下から４番目の横矢板に裏込めをする工程の平面図、［７Ｐ］は同工程の縦断面図であり、 ［８Ｓ］は施工階層の４番目より上の残りの部分に横矢板を設置するとともに裏込めをする工程の平面図、［８Ｐ］は同工程の縦断面図である。

【図9】本発明の実施例を示す説明図である。

【図10】本発明の実施に使用可能な裏込め材料の透水係数に関する資料の一例であり、（Ａ）裏込め材料の透水係数の試験結果であり、（Ｂ）は透水係数の大きさを一般の土壌と比較して説明する資料である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0017】

図１から図９は、本発明の第１実施形態に係る山留め壁及び山留め壁の構築方法を示している。

【0018】

縦断面図である図１において、符号２は、地盤を表しており、この地盤は、上下一対の不透水層４，４によって挟まれた帯水層３を有する。
符号８は、掘削部であり、この掘削部を囲むように山留め壁１０が形成されている。

【0019】

山留め壁１０は、複数の親杭１２と壁体２０とで構成されている。

【0020】

上記親杭１２は、掘削予定箇所の境界線に沿って好ましくは一定間隔で地盤２中に打ち込まれている。親杭１２は、本実施形態では、ウェブ部１４の両端部に表側フランジ部１６及び裏側フランジ部１８が付設されてなるＨ型鋼である。もっとも裏側フランジ部１８を省略してＴ型鋼にしても構わない。

【0021】

なお、各親杭の下部を地盤への定着部分として残して、隣り合う親杭１２同士の間には、土壌部分を作業員が掘削して形成された平溝部６が形成されている。この平溝部６はほぼ平らな垂直面である溝底６ａを有する。
上記壁体２０は、隣り合う親杭１２同士の間の平溝部６内にそれぞれ形成されている。各壁体２０は、複数の横矢板２２と、これら横矢板２２の裏面に形成された裏込め層２４とからなる。

【0022】

上記横矢板２２の横方向の両端部は、両側の親杭１２の表側フランジ部１６の裏面に当接され、かつ係止されている。こうした横矢板２２が上下方向に複数連ねられ、山留め壁１０の壁面が形成されている。図２に示す通り、横矢板２２の横幅は、隣り合う親杭のウェブ部同士の対向面の間の距離よりも短く、そして横矢板２２の各端面とウェブ部１４との間には、幅Δｇを有する隙間Ｇがそれぞれ形成されている。

【0023】

上述の如く上下方向に連なる複数の横矢板２２の裏面と平溝部６の溝底６ａと一対のウェブ部の内面とで囲まれる空間には、裏込め層２４が形成されている。この裏込め層２４は、上記空間内に作業員が裏込め材（主として裏込め土）を投入するとともに、締め固めることによりなる。

【0024】

本発明においては、裏込め層２４のうち少なくとも帯水層３に接する部分を遮水壁部２６に形成している。遮水壁部２６は、裏込め土と遮水材料とを混合撹拌したものを裏込め材として、当該裏込め材を作業員が上記空間に投入して締め固めてなる。
遮水材料を含む裏込め材の一部は、図２に示す隙間Ｇへ充填され、締固め作業により横矢板２２の端面及び表側フランジ部１６の裏面に密着するため、遮水性能が著しく向上する。
遮水材料は、例えばベントナイトのように吸水により膨張して遮水性能を発揮する材料を用いるとよい。
また裏込め土はもともとそこにあった土壌（原位置土）を用いるとよい。
そうすることで本発明を実施するために準備するべき材料はベントナイトなどの遮水材料だけで足りることになる。そして当該材料は水ガラス系の薬剤と比較して安価であり、また当該材料を使用する場所も帯水層の位置に対応した箇所に限られるので、山留め壁の構築コストを効果的に低減できる。

【0025】

本発明の遮水壁部２６は、隣り合う親杭１２同士の間の領域（平溝部６）内で遮水する機能を有する。
特許文献１の如く山留め壁よりも裏側に別個に止水部を設ける技術と比較して、親杭横矢板工法の裏込め工程の一環として遮水壁部２６を形成することができるので、親杭の打設以外に地表面からの作業が必要なく、従来技術に比べて工期を短縮できる。
また上記裏込め作業を行う際に作業員は帯水層３の位置を目視で確認して、帯水層の位置に対応して遮水壁部２６を形成するので、作業が著しく簡略化される。また横矢板２２の裏面と平溝部６の溝底６ａとの間に裏込め材を投入するときにも、例えば図９に示すように作業員Ｍが横矢板２２に裏込め材Ｂの充填状況を視認することができる。特に上記隙間Ｇ内にも裏込め材がしっかりと入っていることを直接目視した後に締固めすることができるので、簡易な構成でありながら、遮水効果を十分に達成することができる。

【0026】

図４は、硬化材料の作用を説明する概念図である。
同図中、第１列は、ベントナイトの配合比が０の状態を示す。同列の上段は不飽和の状態であり（Ａ−１）、純粋な山砂が描かれている。同列の中段は通水直後の未飽和の状態であり（Ａ−２）、不飽和部は通水されないので見かけの透水係数は小さい。同列の下段は通水から時間が十分経過した飽和状態であり（Ａ−３）、飽和されることで水みちが増え透水係数が大きくなる。
同図中、第２列は、ベントナイトの配合比が５〜１０％の状態を示す。同列の上段は不飽和の状態であり（Ｂ−１）、ベントナイトの混合比は少ない。同列の中段は通水直後の未飽和の状態であり（Ｂ−２）、不飽和部は通水されないので見かけの透水係数は小さい。同列の下段は通水から時間が十分経過した飽和状態であり（Ｂ−３）、ベントナイトは膨潤するが水みちの閉塞には至らない。
同図中、第３列は、ベントナイトの配合比が１５〜２０％の状態を示す。同列の上段は不飽和の状態であり（Ｃ−１）、ベントナイトの混合比は多い。同列の中段は通水直後の未飽和の状態であり（Ｃ−２）、ベントナイト未膨張部が水みちとなり通水される。同列の下段は通水から時間が十分経過した飽和状態であり（Ｃ−３）、ベントナイトの膨潤により水みちが閉塞される。
以上のことから、本発明の好適な一実施例として、原位置土の含水比は２０％程度のものを使い、ベントナイトは原位置土の乾燥質量に対して質量比１５％程度を混合撹拌するとよい。もっとも帯水層の通水量等によって要求される遮水性能や現場の諸条件に応じて上記の数値を適宜変更できることはもちろんである。

【0027】

上述の混合撹拌は、掘削に使用する重機（例えば小型のバックホウ）を使用することができるため、他の重機（特に大型重機）を準備する必要がなく、安価で容易にソイルベントナイト（遮水壁部２６）を形成することができる。

【0028】

本実施形態では、遮水壁部２６が地盤２中の帯水層３に接する範囲だけでなく、その上下の不透水層４のうち帯水層３と隣接する部分まで延長し、オーバーラップさせるように構成されている。本明細書では、遮水壁部２６のうち帯水層３の端面に覆う部分をコア部２６ａと称し、また不透水層４の端面を覆う部分をラップ部２６ｂというものとする。このような構成とすることにより、帯水層３を通る地下水が遮水壁部２６の回りを迂回して掘削部８へ到達することを防止している。遮水壁部２６が帯水層３の端面を超えて不透水層側へ延長する長さを、ラップ部２６ｂのラップ長というものとする。上下の不透水層へのラップ長は基本的には後述の界面透水試験により定めることが望ましいが、そうでない場合には２０ｃｍを標準とする。

【0029】

図５及び図６は、上述のラップ長の設計方法を示すための説明図である。
図５は、上下の不透水層で挟まれた帯水層を含む地盤をより抽象化した地盤モデルを表している。すなわち、地盤中の帯水層は一本の水みちとして表され、その流量をＱとする。そしてその水みちを閉塞するために円盤状の遮水壁部２６を想定する。遮水壁部２６の回りには円環状の裏込め層２４部分が広がっているものとする。

【0030】

上述の設計方法の基本的な考え方は、図６に示すように帯水層を通る地下水が遮水壁部及び円環状の裏込め層部分を直交方向で透過するときの流量（Ｑｖ）よりも、遮水壁部の裏面に沿って円環状の裏込め層部分との境界線へ至る迂回路を通過するときの流量（Ｑｈ）が小さくとなるようにラップ長を定めるということである。そうすると、一般にＱｖは十分小さくなるように設計されるので、Ｑｈも十分に小さいと考えることができる。

【0031】

図５に示すように、上記水みちは、遮水壁部を透過する流れ（流量Ｑｓ）、遮水壁部と裏込め層２４との境界線を透過する流れ（流量Ｑｂ）、裏込め層２４を透過する流れ（流量Ｑｃ）とに分岐するものと想定する。そうすると、各流量には次の関係がある。
［数式１］Ｑ＝Ｑｓ＋Ｑｂ＋Ｑｃ
次に各流量はダルシーの法則によりそれぞれ次のように数式化される。但し、遮水壁部及び裏込め層の面積の和をＡ、この面積内での透水係数をｋ、動圧勾配をｉとし、遮水壁部の透水係数をｋｓ、円環状の裏込め層の透水係数をｋｃとし、遮水壁部と裏込め層との間の境界流れ係数をαとする。また便宜的に遮水壁部の直径を、円環状の裏込め層の直径の半分とする。さらにＱｂの境界長さ（水みちの終点から遮水壁部の裏面及び遮水壁部の周面を通る迂回路の長さ）をＬとする。
［数式２］Ｑ＝ｋ・ｉ・Ａ
［数式３］Ｑｓ＝ｋｓ・ｉ・（１／４）Ａ
［数式４］Ｑｂ＝α・i・Ｌ
［数式５］Ｑｃ＝ｋｃ・ｉ・（３／４）Ａ
そして数式１に数式２〜５を代入して整理すると、
［数式６］Ｑｂ＝Ｑ−Ｑｓ−Ｑｃ
＝ｉ・Ａ［ｋ−（３／４）×ｋｃ−（１／４）×ｋｓ］
また境界面の透水量を境界長さＬと境界流係数αで表現すると
Ｑｂ＝α×ｉ×Ｌ
これを数式６に代入してαを求めると
［数式６］α＝（Ａ／Ｌ）×［ｋ−（３／４）×ｋｃ−（１／４）×ｋｓ］ (m²/s)

【0032】

図６に示す遮水壁部及び円環状の裏込め層部分を通過する流れの流量Ｑｈと遮水壁部を迂回する流れの流量Ｑｖとの関係を考える。前述の通り、
［数式７］Ｑｖ>Ｑｈ
計算を簡単にするために後者を垂直方向の境界流量と近似して、それぞれ式で表す。
帯水層中の流れの水圧をＷｐとし、遮水壁部の厚さをｔ_１とする。距離ｔ_１を進む間の圧力降下はＷｐであるから、動圧勾配（Ｗｐ／ｔ_１）であり、前述のダルシーの法則から、
［数式８］Ｑｈ＝ｋ・（Ｗｐ／ｔ_１）・Ａ
次に遮水壁部の半径（このモデルではラップ長に相当する）をｔ_２とすると、遮水壁部の裏面を半径方向に流れるとき、距離ｔ_２を進む間の圧力降下は（Ｗｐ／ｔ_２）であるから、境界長さをＬとすると、
［数式９］Ｑｖ＝α・（Ｗｐ／ｔ_２）・Ｌ

【0033】

数式７〜９から
ｋ・（Ｗｐ／ｔ_１）・Ａ>α・（Ｗｐ／ｔ２）・Ｌ
次に図３に示すような実際の山留め壁の構造に戻り、ラップ長さをｔ_２、横方向の長さをＬとして、その単位巾を想定すると、Ａ＝Ｌ×ｔ_２ Ｌ＝１であるので
［数式９］ ｔ_２＞［（α／ｋ）×ｔ_１］^０.５
これに対し、界面透水試験結果を代入し、ｔ_１＝０.０５ｍに対する必要ラップ長さを計算する。また、施工時には１０倍程度の安全率を見込みラップ長を設定する。

【0034】

図７〜図９は、親杭横矢板工法による本発明の山留め壁の構築方法を示している。
一般的な横杭横矢板工法による山留め壁の構築方法では、次の工程からなる。
（１）掘削予定箇所である一定の地盤部分の境界線に沿って好ましくは一定間隔で複数の親杭を打ち込む工程。
具体的には、アースオーガー機にて境界線に掘削孔を穿設して親杭を建て込めばよい。
（２）上記地盤部分を掘削して、掘削部８を形成する工程。
掘削部８を形成するときには比較的小型の重機Ｅを用いる。或る程度の深さを有する掘削部８であっても、図９に示すように掘削予定深さを複数の階層に分けて掘削することで比較的小型の重機Ｅでも対応できる。
（３）掘削部８に露出した、隣接する親杭同士の間の地盤部分の表面側を壁厚相当分だけ切り崩す工程。
上記地盤部分の表面側を切り崩す作業は、作業員が行うことができる。切り崩した後には、ほぼ平らな垂直面である溝底６ａを有する平溝部６が形成される。
（４）隣同士の親杭の間に、上下方向に連ねられた状態となるように複数の横矢板２２を架設するとともに、横矢板の裏面と平溝部の溝底との間に裏込め層を形成する工程。
親杭としてＨ型鋼を用いるときには、表側フランジ部１６の裏面に横矢板２２の両端部が係止されるように架設する。なお、横矢板の端部は、表側フランジ部１６の裏面と裏込めそうとの間に挟まれて固定される。

【0035】

本実施形態では、掘削部８の第１階層に関しては通常通りの親杭横矢板工法で山留め壁を形成し、第２階層以下で掘削部に表れた地盤に帯水層が現れた場合を想定して、本発明の山留め壁の構築方法を図７〜図８に基づいて解説する。もっとも第１階層に帯水層３が現れた場合でも同様に対処できる。

【0036】

図７の［１Ｓ］及び［１Ｐ］は、第２階層に山留め壁を構築する前の状態をそれぞれ平面図及び側面図で表している。
図７の［２Ｓ］及び［２Ｐ］は、親杭１２の内側を重機（図示せず）で掘削して掘削部８の第２階層分を掘削した状態を表している。
親杭１２の内側を掘削した後に掘削部８に作業員が入り、隣接する親杭１２同士の間の地盤部分の表面側を一定の幅だけ切り崩すと、前述の平溝部６が形成される。
切り崩した土壌は後に裏込め土として利用するために、所定の場所に貯留しておく。
なお、第２階層まで掘削された掘削部８に作業員が入った段階で、新たに掘削部に表れた地盤の表面を観察して帯水層３の存在及び位置を視認できる。帯水層３は、不透水層４に比べて湿気を帯びており、外観が異なるのが通常だからである。仮に外観から判別できなくても、切り崩しの作業で土壌に直接触るので、帯水層３であることに容易に気づくことができる。
図７の［３Ｓ］及び［３Ｐ］は、この階層のうち帯水層３の下側に山留め壁を構築する工程を表している。
具体的には、掘削部８の底から帯水層３の下端付近まで横矢板２２ａ、２２ｂを順次親杭１２同士の間に架設するとともに、横矢板２２の裏側に裏込め土を充填して締め固める。裏込め土の土壌の上面の高さは、帯水層３の下端よりラップ長さ分だけ低くする。遮水壁部２６のラップ部２６ｂを形成するスペースを確保するためである。
図７の［４Ｓ］及び［４Ｐ］は、帯水層３の下半部と向かい合う位置に横矢板２２ｃを架設するとともに横矢板２２ｃの裏側に裏込め材料を投入する段階を表している。
裏込め材料は、図７の［２Ｐ］の段階で地盤を切り崩して得た土壌とベントナイトとを機械撹拌により混合して製造する。
機械撹拌には掘削に利用した重機を用いるので、別に重機を必要とすることがない。
なお、数量によっては、機械撹拌に代えて人力による撹拌とすることも可能である。

【0037】

図８の［５Ｓ］及び［５Ｐ］は、帯水層３の下半部と向かい合う横矢板２２ｃの裏側に投入された裏込め層２４を締め固める段階を表している。
図８の［６Ｓ］及び［６Ｐ］は、帯水層３の上半部と向かい合う位置に横矢板２２ｄを架設する段階を表している。
図８の［７Ｓ］及び［７Ｐ］は、帯水層３の上半部と向かい合う横矢板２２ｄの裏側に裏込め材料を投入し、締め固めて裏込め層とする段階を表している。
図８の［８Ｓ］及び［８Ｐ］は、この階層での最後の横矢板２２ｅ及び裏込め層の形成の段階を表している。この段階では、まず裏込め材料を平溝部６の溝底６ａに一定の厚さで付着させ、その次に横矢板２２ｅを架設する。順番を逆にすると、裏込め材料を横矢板２２ｅの裏側へ充填することが難しいからである。

【0038】

図１０は、透水試験の実施例を示すものである。
同図（Ａ）は裏込め土にベントナイトを混合撹拌して形成した裏込め材料の透水試験の結果を示す。同図（Ｂ）は、試験結果である透水係数の大きさを理解するために示した、各種土壌の透水係数の資料である。
上記の試験では、所定の土壌を原材料とし、含水比、含Ｂｔ（ベントナイト）比を変更して６回実験を行っている。この原材料を用いた場合には、含水比を１５％、含Ｂｔ比を１５％としたときに、２．０Ｅ−０９ｍ／ｓという結果が得られた。この程度の透水係数であれば本発明の裏込め材料として十分に使用できる。

【0039】

なお、本発明の実施形態は好適な実施例に過ぎず、本発明の精神に反しない限り、その実施の態様を適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0040】

２…地盤 ３…帯水層 ４…不透水層 ６…平溝部 ６ａ…溝底
８…掘削部
１０…山留め壁 １２…親杭 １４…ウェブ部 １６…表側フランジ部
１８…裏側フランジ部
２０…壁体 ２２,２２ａ,２２ｂ,２２ｃ,２２ｄ,２２ｅ,２２ｆ…横矢板
２４…裏込め層 ２６…遮水壁部 ２６ａ…コア部 ２６ｂ…ラップ部
Ｅ…重機 Ｇ…隙間 Ｍ…作業員

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】