(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山の斜面内部の一のすべり面に対して略直交方向に、前記一のすべり面の奥側まで打設される直杭と、
前記直杭の上側の離間した位置で、前記一のすべり面に対して略直交方向より水平に近づくように傾いて寝て、前記一のすべり面の奥側まで打設される斜杭を有し、
地山斜面に沿って離れた位置に配置されている前記直杭の杭頭部と前記斜杭の杭頭部とが剛結され、
前記一のすべり面より地山斜面表層に近い側の前記直杭と前記斜杭間に地盤自体が保有する内部応力を維持している非塑性化領域が残されていることを特徴とする斜面の安定化構造。
【請求項２】
前記斜杭を第１の斜杭とし、
前記第１の斜杭の上側の離間した位置で、前記一のすべり面に対して略直交方向より水平に近づくように傾斜して寝て、前記一のすべり面の奥側まで打設される第２の斜杭を有し、
地山斜面に沿って離れた位置に配置されている前記直杭の杭頭部と前記第１の斜杭の杭頭部と前記第２の斜杭の杭頭部とが剛結され、
前記一のすべり面より地山斜面表層に近い側の前記直杭と前記第１の斜杭間、及び前記第１の斜杭と前記第２の斜杭間に、それぞれ地盤自体が保有する内部応力を維持している非塑性化領域が残されていることを特徴とする請求項１記載の斜面の安定化構造。
【請求項３】
前記直杭と前記斜杭の剛結体、若しくは前記直杭と前記第１の斜杭と前記第２の斜杭の剛結体が、前記地山の斜面の横方向に沿って並設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の斜面の安定化構造。
【請求項４】
前記直杭と前記斜杭、若しくは前記直杭と前記第１の斜杭と前記第２の斜杭のそれぞれが、直径１００〜３００ｍｍの鋼管と、グラウト材の注入で形成される定着層とから構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の斜面の安定化構造。
【請求項５】
前記斜杭と前記斜杭の直下の前記一のすべり面とがなす角度が６５度〜７５度に設定されている、
若しくは前記第１の斜杭と前記第１の斜杭の直下の前記一のすべり面とがなす角度が６５度〜７５度、前記第２の斜杭と前記第２の斜杭の直下の前記一のすべり面とがなす角度が６５度〜７５度に設定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の斜面の安定化構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山に杭を打設して斜面を安定化する斜面の安定化構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地山に杭を打設して斜面を安定化する手法として、特許文献１の組杭抑止工法が知られている。この組杭抑止工法は、長大切土法面対策として、切土法面における途中の小段に鉛直杭を一列に打設すると共に、その直上部分の斜面に対して斜杭を一列に打設し、これらの杭頭部同士を基礎梁により剛結して組杭とし、斜面を安定化するものである。この工法は、水平力に対して抑止杭的に用いられる地滑り補強であり、用地に十分な余裕がある切土斜面で汎用の鉄筋補強土工法等に組み合わせて用い、引張、曲げ、剪断力等に対して大きな耐力を発現させようとしているものである。
【０００３】
また、特許文献２の図１１には、地山に補強材として鉄筋と固化材によるパイル（小口径杭）を網目状に打設し、土の変形を抑制するルートパイル工法が示されている。ここで網目状とは、鉄筋芯材入りパイルを方向の異なる斜め網状に打設配置するもので、これにより、土の変形・パイル間の土のすりぬけを抑制し、鉄筋等の補強材と土を一体化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７５９０７号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の組杭抑止工法で施工を行う際には、切土法面を上部側から下部側へ段階的に形成しながら、第１の領域Iの途中の小段で鉛直杭と斜杭を一列づつ打設し、これらの杭頭部同士を基礎梁により剛結し、その後、その下側の第２の領域IIを切土形成してまた小段を設け、鉛直杭と斜杭を一列づつ打設して基礎梁により剛結し、という作業を繰り返すため、用地と施工上の制約を大きく受けてしまう。このため、適用範囲が狭く、限られたものとなる。
【０００６】
また、この組杭抑止工法は鉛直杭と斜杭の組み合わせではあるが、基本的には従来の単列の鉛直杭の曲げ耐力（水平方向支持力）不足を補うために、鉛直杭と斜杭を組み合わせて頭部剛結しただけのものである。そのため、単列の鉛直杭よりは補強効果が見込まれるが、斜杭Ｎが、鉛直杭Ｍの背面ですべり面２０１に対してほぼ直交する状態で背面土圧を全面的に受け止めて剪断力に抗してしまう為、鉛直杭Ｍにかかる土圧が減って鉛直杭としての支持力は確保されるものの、鉛直杭Ａと斜杭Ｂからなる組杭としての相乗的な補強効果が望めるものではない（図１３参照、図中２０２は切土斜面である）。従って、斜杭の施工で増加する施工コストや施工時間に見合うだけの十分な補強効果の増大があるとは言い難く、コストパフォーマンスに劣る。
【０００７】
また、特許文献２のルートパイル工法は、あくまでも補強土工法であり、土を一体化させることができるように多数の細径補強材を網目状に打設し、土と補強材との相互作用により、補強材が地山の変形に追随して補強効果を発揮できるようにするものである。即ち、すべり力に対する杭の軸抵抗、杭の支持力を期待することができる抑止杭ではない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、地滑り斜面に対して組杭により杭の前面及び杭間の地盤反力を最大限有効に活用することができると共に、用地上の制約や施工上の制約が少なく、汎用性に優れ合理的な斜面の安定化構造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】
【０００９】
本発明の斜面の安定化構造は、地山の斜面内部の一のすべり面に対して略直交方向に、前記一のすべり面の奥側まで打設される直杭と、前記直杭の上側の離間した位置で、前記一のすべり面に対して略直交方向より水平に近づくように傾いて寝て、前記一のすべり面の奥側まで打設される斜杭を有し、地山斜面に沿って離れた位置に配置されている前記直杭の杭頭部と前記斜杭の杭頭部とが剛結され、前記一のすべり面より地山斜面表層に近い側の前記直杭と前記斜杭間に地盤自体が保有する内部応力を維持している非塑性化領域が残されていることを特徴とする。
これによれば、すべり面に対して略直交する方向より水平に近づくように傾いた斜杭が杭背面側の土圧を効果的に支持することにより、斜杭と直杭の間及び直杭の前面側の地盤反力が維持され、杭の前面及び杭間の地盤の塑性化が可及的に抑止される。従って、前後方向に２列をなす組杭として剛結された斜杭と直杭の双方が互いに最大限の支持力を発現して斜面を安定化することができる。即ち、斜杭がすべり面に対して略直交する方向より水平に近づくように傾いている、つまりは寝ていることによって、局所的な剪断力を杭の曲げ耐力だけで抗する状態になるのを避け、長さ方向に応力分散させることができ、土圧分散による地盤反力を効果的に発現させることができる。この結果、斜杭の前面と直杭の間にも外力を受け持つ土圧が発生し、直杭の荷重分担を大幅に減じる一方で、直杭前面側の地盤反力も維持される。そして、斜杭により安定化が保持された地盤中に位置し、すべり面に略直交することで直接的な引張剛性が期待される直杭が組杭の前面に位置することになり、この直杭の配置によって斜杭の変形が防止される。また、直杭と斜杭が頭部剛結されていることでも互いの変形が防止される。これによって、斜杭が直杭を守る一方で直杭が斜杭を守る状態となり、杭背面と杭前面及び杭間の土壌の塑性化が可及的に防止されると共に、斜杭、直杭それぞれが変位発生の早期段階から効果的な支持力を発現できると共に、終局的にも双方の杭が最大限の支持力を発現することができる。また、本発明において直杭、斜杭とは、斜面内部のすべり面に対して略直交方向とそれより水平に近づくように傾く方向に打設されるものであることから、鉛直杭のように斜面途中に段部を形成する必要がなく、施工に当たって用地上の制約や施工上の制約が少なく、汎用性に優れている。また、既存の抑止杭による安定化構造では、大きな抑止力が必要な場合に、杭径を大きくし、杭材質を高張力のものにして対処していたため、施工機械が大型化したり、施工に制約を受けたり、経済性が損なわれていたが、本発明では機動性の良い小口径による組杭を用いても地盤自体が保有する内部応力を崩壊させることなく最大限に活かして大きな抑止力を得、斜面を安定化させることができ、優れた経済性、施工効率で合理的に斜面補強をすることができる。
【００１０】
本発明の斜面の安定化構造は、前記斜杭を第１の斜杭とし、前記第１の斜杭の上側の離間した位置で、前記一のすべり面に対して略直交方向より水平に近づくように傾斜して寝て、前記一のすべり面の奥側まで打設される第２の斜杭を有し、地山斜面に沿って離れた位置に配置されている前記直杭の杭頭部と前記第１の斜杭の杭頭部と前記第２の斜杭の杭頭部とが剛結され、前記一のすべり面より地山斜面表層に近い側の前記直杭と前記第１の斜杭間、及び前記第１の斜杭と前記第２の斜杭間に、それぞれ地盤自体が保有する内部応力を維持している非塑性化領域が残されていることを特徴とする。
これによれば、第２の斜杭を用いると共に、直杭、第１の斜杭、第２の斜杭の杭頭部を剛結することにより、すべり面に対する終局的な剪断強度を一層高めることができる。
【００１１】
本発明の斜面の安定化構造は、前記直杭と前記斜杭の剛結体、若しくは前記直杭と前記第１の斜杭と前記第２の斜杭の剛結体が、前記地山の斜面の横方向に沿って並設されていることを特徴とする。
これによれば、地滑り抑制力の高い安定した斜面構造を広範囲に形成することができる。
【００１２】
本発明の斜面の安定化構造は、前記直杭と前記斜杭、若しくは前記直杭と前記第１の斜杭と前記第２の斜杭のそれぞれが、直径１００〜３００ｍｍの鋼管と、グラウト材の注入で形成される定着層とから構成されていることを特徴とする。
これによれば、直径１００〜３００ｍｍの小口径の鋼管による杭を用いることで、より施工上の制約が少なくすることができると共に、斜面のすべり面に対して略直交方向に或いは傾斜角度をつけて打設することも容易に行うことができる。
【００１３】
本発明の斜面の安定化構造は、前記斜杭と前記斜杭の直下の前記一のすべり面とがなす角度が６５度〜７５度に設定されている、若しくは前記第１の斜杭と前記第１の斜杭の直下の前記一のすべり面とがなす角度が６５度〜７５度、前記第２の斜杭と前記第２の斜杭の直下の前記一のすべり面とがなす角度が６５度〜７５度に設定されていることを特徴とする。
これによれば、斜杭若しくは第１、第２の斜杭の軸方向を剪断面と最適に斜交させることで、早い段階から斜杭若しくは第１、第２の斜杭の周面摩擦を生かして引張方向の力が働かせ、又、斜杭若しくは第１、第２の斜杭の前側の地盤反力を得ることができ、剪断変位の小さいうちに剪断抵抗力を早く確実に働かせることができる。従って、大きな剪断変位、剪断応力の発生を抑制し、斜面の安定性を一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の斜面の安定化構造は、地滑り斜面に対して組杭により杭の前面及び杭間の地盤反力を最大限有効に活用することができ、剛結された斜杭と直杭の双方に互いに最大限の支持力を発現させて斜面を安定化することができる。また、用地上の制約や施工上の制約が少なく、汎用性に優れ、極めて高い合理的を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による第１実施形態の斜面の安定化構造を示す模式断面図。
【図２】第１実施形態の斜面の安定化構造における直杭、第１の斜杭、第２の斜杭の剛結部分を示す断面説明図。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は第１実施形態の斜面の安定化構造における杭の施工工程を示す断面説明図。
【図４】本発明による第２実施形態の斜面の安定化構造を示す模式断面図。
【図５】モデル実験装置の構成図。
【図６】（ａ）、（ｂ）はモデル実験装置における第１実施例及び第１比較例の杭配置を示す説明図、（ｃ）、（ｄ）はモデル実験装置における第２実施例及び第２比較例の杭配置を示す説明図。
【図７】（１）はモデル実験による第１実施例及び第１比較例の剪断変位と剪断応力の関係を示すグラフ、（２）はモデル実験による第２実施例及び第２比較例の剪断変位と剪断応力の関係を示すグラフ。
【図８】（ａ）は第１実施例に対応する３次元ＦＥＭ解析用モデル図、（ｂ）は第１比較例に対応する３次元ＦＥＭ解析用モデル図、（ｃ）は第２実施例に対応する３次元ＦＥＭ解析用モデル図、（ｂ）は第２比較例に対応する３次元ＦＥＭ解析用モデル図。
【図９】（ａ）は第１実施例対応解析用モデルにおける縦断方向の塑性域分布図、（ｂ）は第１比較例対応解析用モデルにおける縦断方向の塑性域分布図。
【図１０】（ａ）は第１実施例対応解析用モデルにおける剪断面（すべり面）直上の塑性域分布をあらわす３Ｄモデル図、（ｂ）は第１比較例対応解析用モデルにおける剪断面（すべり面）直上の塑性域分布をあらわす３Ｄモデル図。
【図１１】（ａ）は第２実施例対応解析用モデルにおける縦断方向の塑性域分布図、（ｂ）は第２比較例対応解析用モデルにおける縦断方向の塑性域分布図。
【図１２】（ａ）は第２実施例対応解析用モデルにおける剪断面（すべり面）直上の塑性域分布をあらわす３Ｄモデル図、（ｂ）は第２比較例対応解析用モデルにおける剪断面（すべり面）直上の塑性域分布をあらわす３Ｄモデル図。
【図１３】従来の斜面の安定化構造の参考説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔第１実施形態の斜面の安定化構造〕
本発明による第１実施形態の斜面の安定化構造は、図１及び図２に示すように、地山１００の斜面１０１から内部にあるすべり面１０２に対して略直交方向に打設されている直杭１と、直杭１の上側の離間した位置で、斜面１０１からすべり面１０２に対して略直交方向より水平に近づくように傾いて打設されている第１の斜杭２と、第１の斜杭２の上側の離間した位置で、斜面１０１からすべり面１０２に対して略直交方向より水平に近づくように傾いて打設されている第２の斜杭３を備える。直杭１、第１の斜杭２、第２の斜杭３は、それぞれ斜面１０１から先端側の部分がすべり面１０２の奥側まで到達するように打設されている。
【００１７】
直杭１は、すべり面１０２に対して略直交方向に打設され、第１の斜杭２、第２の斜杭３は、すべり面１０２に対して略直交方向より水平に近づくように傾いて打設され、この直杭１、第１の斜杭２、第２の斜杭３の３列で組杭が構成されており、既存の鉛直方向に打設される鉛直杭と、鉛直方向に対して若干傾斜して打設される斜杭からなる組杭とは異なるものである。
【００１８】
第１の斜杭２と、第１の斜杭２の直下のすべり面１０２とがなす角度αは、略直交方向より水平に近づくように傾斜する角度で適宜設定することが可能であるが、６５度〜７５度に設定すると好適であり、図示例の角度αは７０度になっており、第１の斜杭２の直杭１に対する傾斜角度は２０度になっている。同様に、第２の斜杭３と、第２の斜杭３の直下のすべり面１０２とがなす角度βは、略直交方向より水平に近づくように傾斜する角度で適宜設定することが可能であるが、６５度〜７５度に設定すると好適であり、図示例の角度βは７０度になっており、第２の斜杭３の直杭１に対する傾斜角度は２０度になっている。この斜杭２、３の角度α、βは、すべり面に対して略直交する直杭１と打設角度が傾斜する斜杭２、３を同一の施工機械で段取り変えしながら打設するのに無理のない角度で、作業性にも支障を及ぼさない。
【００１９】
直杭１、第１の斜杭２、第２の斜杭３のそれぞれは、鋼管１１、２１、３１と、グラウト材の注入で形成され、地山１０１に打設されている鋼管１１、２１、３１の周囲で硬化している定着層６３から構成されており（図３参照）、更に、鋼管１１、２１、３１にはそれぞれ杭頭部１２、２２、３２が溶接して固定されている。鋼管１１、２１、３１には所要の杭支持力が得られる適宜の鋼管を用いることが可能であるが、直径１００〜３００ｍｍの小口径の鋼管とすると、より施工上の制約が少なくすることができると共に、斜面のすべり面に対して略直交方向に或いは傾斜角度をつけて打設することも容易に行うことができて好適である。
【００２０】
直杭１の杭頭部１２及びその近傍、第１の斜杭２の杭頭部２２及びその近傍、第２の斜杭３の杭頭部３２及びその近傍は、斜面１０１上に一体的に設けられている鉄筋コンクリート４に埋め込まれており、即ち、本実施形態においては直杭１、斜杭２、３の杭頭部１２、２２、３２は鉄筋コンクリート４を介して剛結されている。鉄筋コンクリート４は、コンクリート部４１と、コンクリート部４１内に配された鉄筋４２とから構成される。
【００２１】
本実施形態の直杭１、第１の斜杭２、第２の斜杭３はいずれも同様の施工方法により地山１００に打設される。図３は直杭１、第１の斜杭２又は第２の斜杭３を構成する杭６を打設する施工工程を示す断面説明図である。
【００２２】
杭６を打設する際には、先ず斜面１０１から地山１００に向かって削孔１０３を形成する。図３（ａ）の例では、先端部にビット５３とダウンザホールハンマー５２が設けられている削孔ロッド５１を鋼管６１内に挿入し、鋼管６１をケーシングとする削孔ロッド５１を施工機械で回転させて削孔１０３を形成する。削孔１０３が所要の深さまで到達したら削孔ロッド５１を引き抜いて鋼管６１のみ削孔１０３内に存置する（図３（ｂ）参照）。なお、図示例はダウンザホールハンマー方式の削孔であるが、ロータリーパカッション方式等でも同様に鋼管６１をケーシングとして削孔することができ、また、地山１００の土質や鋼管６１の形態によっては、打撃を伴わずに回転のみで削孔打設することも可能である。
【００２３】
その後、図３（ｃ）に示すように、鋼管６１内に先端部にパッカー５５が設けられている注入管５４を挿入し、パッカー５５が孔奥近傍に到達するまで挿入する。そして、注入管５４にグラウト材を圧送してパッカー５５の先端から吐出させ、鋼管６１の周面に長手方向に所定間隔を開けて形成されている吐出孔６１１から周囲の地山１００内にグラウト材を注入する。グラウト材が浸透した周囲の地山１００には定着層６３が形成される。このグラウト材の注入をパッカー５５及び注入管５４を引き上げながら繰り返し行い、鋼管６１の周囲に定着層６３が形成される（図３（ｄ）、（ｅ）参照）。
【００２４】
そして、鋼管６１から注入管５４及びパッカー５５を引き抜き、鋼管６１の斜面１０１から吐出する端部に杭頭部を溶接等によって固定し、直杭１、第１の斜杭２又は第２の斜杭３を構成する杭６が形成される。
【００２５】
第１実施形態では、直杭１と第１の斜杭２と第２の斜杭３を剛結合して構成される剛結体が、地山１００の斜面１０１の横方向に沿って並設されており、この複数並設された剛結体の直杭１の杭頭部１２、第１の斜杭２の杭頭部２２、第２の斜杭３の杭頭部３２が、斜面１０１上に一体的に設けられている鉄筋コンクリート４で剛結されている（図示省略）。直杭１と第１の斜杭２と第２の斜杭３の剛結体を並設することにより、地滑り抑制力の高い安定した斜面構造を広範囲に形成することができる。
【００２６】
第１実施形態の斜面の安定化構造によれば、すべり面に対して略直交する方向より水平に近づくように傾いた第１の斜杭２、第２の斜杭３が直杭１の背面側の土圧を効果的に支持することにより、第２の斜杭３と第１の斜杭２との間、第１の斜杭２と直杭１との間、及び直杭１の前面側の地盤反力が維持され、直杭１の前面及び杭間の地盤の塑性化を可及的に抑止できる。従って、組杭として剛結された直杭１と第１の斜杭２と第３の斜杭３が互いに最大限の支持力を発現して斜面を安定化することができる。
【００２７】
即ち、第１の斜杭２、第２の斜杭３がすべり面に対して略直交する方向より水平に近づくように傾くことによって、局所的な剪断力を杭の曲げ耐力だけで抗する状態になるのを避け、長さ方向に応力を分散させ、土圧分散による地盤反力を効果的に発現させることができる。この結果、第２の斜杭３の前面と第１の斜杭２との間、第１の斜杭２と直杭１との間にも外力を受け持つ土圧が発生し、直杭１の荷重分担を大幅に減じる一方で、直杭１の前面側の地盤反力も維持される。そして、斜杭２、３により安定化が保持された地盤中に位置し、すべり面に略直交することで直接的な引張剛性が期待される直杭１が組杭の前面に位置することになり、この直杭１の配置によって斜杭２、３の変形が防止される。また、直杭１と斜杭２、３が頭部剛結されていることでも互いの変形が防止される。これによって、斜杭２、３が直杭１を守る一方で直杭１が斜杭２、３を守る状態となり、杭背面と杭前面及び杭間の土壌の塑性化が可及的に防止されると共に、斜杭２、３、直杭１のそれぞれが変位発生の早期段階から効果的な支持力を発現できると共に、終局的にもそれぞれの杭が最大限の支持力を発現することができる。
【００２８】
また、直杭１、斜杭２、３とは、斜面内部のすべり面に対して略直交方向とそれより水平に近づくように傾く方向に打設されるものであることから、鉛直杭のように斜面途中に段部を形成する必要がなく、施工に当たって用地上の制約や施工上の制約が少なく、汎用性に優れている。また、既存の抑止杭による安定化構造では、大きな抑止力が必要な場合に、杭径を大きくし、杭材質を高張力のものにして対処していたため、施工機械が大型化したり、施工に制約を受けたり、経済性が損なわれていたが、第１実施形態では機動性の良い小口径による組杭を用いても地盤自体が保有する内部応力を崩壊させることなく最大限に活かして大きな抑止力を得、斜面を安定化させることができ、優れた経済性、施工効率で合理的に斜面補強をすることができる。
【００２９】
更に、第１の斜杭２に加えて第２の斜杭３を用いると共に、直杭１、第１の斜杭２、第２の斜杭３の杭頭部１２、２２、３２を剛結することにより、すべり面に対する終局的な剪断強度を一層高めることができる。
【００３０】
また、第１の斜杭２の角度α、第２の斜杭３の角度βを６５度〜７５度に設定することにより、第１の斜杭２、第２の斜杭３の軸方向を剪断面と最適に斜交させて、早い段階から第１の斜杭２、第２の斜杭３の周面摩擦を生かして引張方向の力が働かせ、又、第１の斜杭２、第２の斜杭３の前側の地盤反力を得ることができ、剪断変位の小さいうちに剪断抵抗力を早く確実に働かせることができる。従って、大きな剪断変位、剪断応力の発生を抑制し、斜面の安定性を一層高めることができる。
【００３１】
〔第２実施形態の斜面の安定化構造〕
本発明による第２実施形態の斜面の安定化構造は、図４に示すように、第１実施形態における第２の斜杭３を設けない斜面の安定化構造であり、地山１００の斜面１０１から内部にあるすべり面１０２に対して略直交方向に打設されている直杭１ａと、直杭１ａの上側の離間した位置で、斜面１０１からすべり面１０２に対して略直交方向より水平に近づくように傾いて打設されている斜杭２ａを備え、直杭１ａ、斜杭２ａが、それぞれ斜面１０１から先端側の部分がすべり面１０２の奥側まで到達するように打設されているものである。直杭１ａ、斜杭２ａは第１実施形態の直杭１、第１の斜杭２とそれぞれ同一構成であり、直杭１、第１の斜杭２と同様に打設される。
【００３２】
直杭１ａの杭頭部及びその近傍、斜杭２ａの杭頭部及びその近傍は、斜面１０１上に一体的に設けられている鉄筋コンクリート４に埋め込まれており、即ち、本実施形態においては直杭１ａの杭頭部と斜杭２ａの杭頭部とが鉄筋コンクリート４を介して剛結されている。鉄筋コンクリート４は、第１実施形態と同様、コンクリート部４１と、コンクリート部４１内に配された鉄筋４２とから構成されるものである。第２実施形態では直杭１ａと斜杭２ａとで組杭が構成されている。
【００３３】
この直杭１ａ、斜杭２ａは第１実施形態の直杭１、第１の斜杭２とそれぞれ同一構成であり、又、図３の杭６の打設工程の如く、直杭１、第１の斜杭２と同様に打設される。また、斜杭２ａと直下のすべり面１０２とがなす角度αは、第１の斜杭２と直下のすべり面１０２とがなす角度αと同様に設定される。
【００３４】
第２実施形態では、直杭１ａと斜杭２ａを剛結合して構成される剛結体が、地山１００の斜面１０１の横方向に沿って並設されており、この複数並設された剛結体の直杭１ａの杭頭部、斜杭２ａの杭頭部が、斜面１０１上に一体的に設けられている鉄筋コンクリート４で剛結されている（図示省略）。直杭１ａと斜杭２ａの剛結体を並設することにより、地滑り抑制力の高い安定した斜面構造を広範囲に形成することができる。
【００３５】
第２実施形態の斜面の安定化構造によれば、すべり面に対して略直交する方向より水平に近づくように傾いた斜杭２ａが直杭１ａの背面側の土圧を効果的に支持することにより、斜杭２ａと直杭１ａとの間、及び直杭１ａの前面側の地盤反力が維持され、直杭１ａの前面及び杭間の地盤の塑性化を可及的に抑止できる。従って、組杭として剛結された直杭１ａと斜杭２ａが互いに最大限の支持力を発現して斜面を安定化することができる。
【００３６】
即ち、斜杭２ａがすべり面に対して略直交する方向より水平に近づくように傾くことによって、局所的な剪断力を杭の曲げ耐力だけで抗する状態になるのを避け、長さ方向に応力を分散させ、土圧分散による地盤反力を効果的に発現させることができる。この結果、斜杭２ａと直杭１ａとの間にも外力を受け持つ土圧が発生し、直杭１ａの荷重分担を大幅に減じる一方で、直杭１ａの前面側の地盤反力も維持される。そして、斜杭２ａにより安定化が保持された地盤中に位置し、すべり面に略直交することで直接的な引張剛性が期待される直杭１ａが組杭の前面に位置することになり、この直杭１ａの配置によって斜杭２ａの変形が防止される。また、直杭１ａと斜杭２ａが頭部剛結されていることでも互いの変形が防止される。これによって、斜杭２ａが直杭１ａを守る一方で直杭１ａが斜杭２ａを守る状態となり、杭背面と杭前面及び杭間の土壌の塑性化が可及的に防止されると共に、斜杭２ａ、直杭１ａのそれぞれが変位発生の早期段階から効果的な支持力を発現できると共に、終局的にもそれぞれの杭が最大限の支持力を発現することができる。
【００３７】
また、直杭１ａ、斜杭２ａとは、斜面内部のすべり面に対して略直交方向とそれより水平に近づくように傾く方向に打設されるものであることから、鉛直杭のように斜面途中に段部を形成する必要がなく、施工に当たって用地上の制約や施工上の制約が少なく、汎用性に優れている。また、既存の抑止杭による安定化構造では、大きな抑止力が必要な場合に、杭径を大きくし、杭材質を高張力のものにして対処していたため、施工機械が大型化したり、施工に制約を受けたり、経済性が損なわれていたが、第２実施形態では機動性の良い小口径による組杭を用いても地盤自体が保有する内部応力を崩壊させることなく最大限に活かして大きな抑止力を得、斜面を安定化させることができ、優れた経済性、施工効率で合理的に斜面補強をすることができる。その他、第１実施形態と対応する構成から対応する効果を奏する。
【００３８】
〔実施例と比較例の対比〕
本発明による斜面安定化構造のうち、直杭１＋第１の斜杭２＋第２の斜杭３の３列で１組をなす第１実施形態の構造に対応するモデル実施例の第１実施例と、直杭１ａ＋斜杭２ａの２列で１組をなす第２実施形態の構造に対応するモデル実施例の第２実施例とが、同本数の直杭に比して有する有効性を確認するため、第１実施例、第２実施例と比較例のモデル実験を行った。このモデル実験では杭や地盤のモデルにセンサを設けておくことにより、各位置での挙動を数値として計測することができる。
【００３９】
図５はモデル実験装置の構成図である。モデル実験装置５００は、上箱部５０２と下箱部５０３で一対の剪断箱５０１を有し、剪断箱５０１内に珪砂７号を相対密度80％となるように充填して模擬地盤を作成し、この模擬地盤内に、φ114.3mm鋼管杭を想定して相似比1/10となるアルミ角棒10mm×10mm×260mm（中空、厚さ1mm）を模型杭５０４として、実施例及び比較例となるように配置した。図５中、５０５はすべり面１０２に対応する剪断面である。
【００４０】
モデル実験における杭配置を図６に示す。図６（ａ）、（ｂ）は第１実施例及びその比較例である第１比較例の杭配置を示しており、第１実施例では直杭１＋第１の斜杭２＋第２の斜杭３の３本に対応するように模型杭５０４を上箱部５０２及び下箱部５０３内に配置し、３本の模型杭５０４の頭部を同様に相似比を考慮したアルミ棒φ3mmで剛結した。第１比較例では直杭１を３列で打設する場合に対応するように剪断面５０５に対して略直交する３本の模型杭５０４を上箱部５０２及び下箱部５０３内に配置し、３本の模型杭５０４の頭部を同様に相似比を考慮したアルミ棒φ3mmで剛結した。
【００４１】
図６（ｃ）、（ｄ）は第２実施例及びその比較例である第２比較例の杭配置を示しており、第２実施例では直杭１ａ＋斜杭２ａの２本に対応するように模型杭５０４を上箱部５０２及び下箱部５０３内に先端部を保持して配置し、２本の模型杭５０４の後端部に位置する頭部を同様に相似比を考慮したアルミ棒φ3mmで剛結した。第２比較例では直杭１ａを２列で打設する場合に対応するように剪断面５０５に対して略直交する２本の模型杭５０４を上箱部５０２及び下箱部５０３内に先端部を保持して配置し、２本の模型杭５０４の後端部に位置する頭部を同様に相似比を考慮したアルミ棒φ3mmで剛結した。
【００４２】
そして、剪断箱５０１の上面を拘束圧25ｋN/m２で拘束した状態で、下箱部５０３を側方から速度1mm/minで剪断力を付与する形式で実験した。各模型杭５０４には、土圧計、歪み計等のセンサを深さ方向に所定ピッチで取り付けておき、各模型杭５０４に負荷される土圧や歪み等を求めた。
【００４３】
このモデル実験により得られた剪断変位と剪断応力の関係を図７に示す。図７（１）における黒色点の軌跡の実線は第１実施例の結果、白色点の軌跡の点線は第１比較例の結果であり、図７（２）における黒色点の軌跡の実線は第２実施例の結果、白色点の軌跡の点線は第２比較例の結果であり、それぞれモデル実験装置５００に設置されている剪断応力測定センサー及び変位センサーにより、得られた信号をコンピューターで変換し、グラフ化したものである。尚、ここに言う剪断応力は、模型杭５０４の剪断応力ではなく、実験箱の中に再現された模擬地盤の剪断応力であり、又、ここに言う剪断変位は、模擬地盤の剪断変位である。
【００４４】
本モデル実験の結果によると、第１実施例は、直杭１の３列の頭部剛結に対応する第１比較例の剪断実験結果に対し、初期剛性はほぼ変わらないものの、終局的に大きな剪断応力を発現する、つまりは高い補強効果を有することが分かる。
【００４５】
一方、第２実施例と、直杭１ａの２列の頭部剛結に対応する第２比較例では、第２実施例の方が初期剛性で第２比較例を上回るものの、その後の剪断応力−剪断変位曲線ではあまり差が見られず、終局的には第２比較例より剪断応力が落ちている。しかし、この結果は剪断応力−剪断変位曲線であるが、同時に検出された土圧計のデータによれば、模型杭５０４に生じる土圧分布には第２実施例と第２比較例とで大きな差が生じることが分かった。
【００４６】
自然地盤は常に動き得るものであり、ある載荷荷重に対し変位が同じ地盤であっても「壊れた地盤」と「壊れていない地盤」がある。壊れていない地盤は変形しても弾性体として地盤崩壊を免れるように自身を維持し、地盤が壊れていて塑性化していれば、杭の支持力を超えたところで崩壊する。このような地盤性状の相違は、土圧分布の相違と相関性を有すると考えられる。
【００４７】
そのため、第１、第２実施例と第１、第２比較例の剪断試験において生じる土圧の違いに着目し、モデル実験に対応するモデルにより、杭の前面・背面及び杭間の地盤における地盤性状を三次元ＦＥＭ解析により評価した。三次元ＦＥＭ解析は、静的な条件下で地盤を弾塑性体として見て３次元軸上で要素分割し、その応力と変形について解析を行うものであり、杭が打設された地盤全体の連続的な挙動、三次元的な挙動を把握するのに有利である。
【００４８】
この三次元ＦＥＭ解析では、モデル実験により得た各データと最も整合するよう解析条件を定めてパラメータを設定し、当該条件及びパラメータを用いてＦＥＭ解析を行った。そして、視覚的に見識可能となるようにデータを加工することにより、杭間及び組杭の前後の地盤状態を確認した。
【００４９】
図８（ａ）、（ｂ）は第１実施例と第１比較例に対応する３次元ＦＥＭ解析用モデル図、図８（ｃ）、（ｄ）は第２実施例と第２比較例に対応する３次元ＦＥＭ解析用モデル図であり、これらのモデル図中の６０１はモデル直杭、６０２はモデル斜杭、６０３は剪断面である。各モデルでは、第１実施例の組杭、第１比較例の組杭、第２実施例の組杭、第２比較例の組杭を横方向に３組並設し、各例の各杭の頭部は全体的に剛結している。
【００５０】
図９〜図１２は、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対応したモデルで三次元ＦＥＭ解析を行ったものから、所定の応力状態下における縦断面と、剪断面（すべり面）直上の解析結果を取り出し、所定の閾値で２値化し、黒く塗りつぶした箇所を塑性化地盤、塗りつぶされていない箇所を非塑性化地盤として表したものである。図９（ａ）及び図１０（ａ）は第１実施例対応解析用モデル、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）は第１比較例対応解析用モデル、図１１（ａ）及び図１２（ａ）は第２実施例対応解析用モデル、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）は第２比較例対応解析用モデルのものをそれぞれ示している。
【００５１】
図９及び図１１の縦断方向の塑性域分布図によれば、第１実施例、第２実施例対応のモデルでは、すべり面より上側（斜面表層に近い側）の杭間に非塑性化領域が残り、終局的な変位状態においても、壊れることなく地盤反力を維持している地盤が残ることが分かる。一方、第１比較例、第２比較例対応のモデルでは、杭間の地盤がほぼ全て塑性化してしまうことが分かる。このように一旦塑性化した地盤は杭間において弾性体として地盤反力を発現することはできない。
【００５２】
また、図１０及び図１２の剪断面（すべり面）直上近傍の横断面における塑性域分布状態によれば、第１実施例、第２実施例対応のモデルでは、杭の前面・背面及び杭間でも非塑性化領域が残り、地盤反力が見込めるのに対し、第１比較例、第２比較例対応のモデルでは、地盤のほとんどが塑性化してしまうことが分かる。即ち、本発明は、単に載荷荷重的なメリットがあるということではなく、杭材周辺の土圧を効果的に生かして、斜面の安定化を合理的に図ることができると言える。
【００５３】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明、各実施形態、各例の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものであり、下記変形例も包含する。
【００５４】
例えば直杭１の杭頭部１２と第１の斜杭２の杭頭部２２と第２の斜杭３の杭頭部３２を剛結する部材、或いは直杭１ａの杭頭部と斜杭２ａの杭頭部を剛結する部材は、鉄筋コンクリート４に限定されず、ヒンジ等回転可能なものでない限り剛結可能な部材であれば適宜であり、例えば直杭１の杭頭部１２と第１の斜杭２の杭頭部２２と第２の斜杭３の杭頭部３２を、或いは直杭１ａの杭頭部と斜杭２ａの杭頭部を鋼材で連結することにより剛結する構成等としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、地山の斜面を安定化する際に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１、１ａ…直杭  １１…鋼管  １２…杭頭部  ２…第１の斜杭  ２１…鋼管  ２２…杭頭部  ２ａ…斜杭  ３…第２の斜杭  ３１…鋼管  ３２…杭頭部  ４…鉄筋コンクリート  ４１…コンクリート部  ４２…鉄筋  ５１…削孔ロッド  ５２…ダウンザホールハンマー  ５３…ビット  ５４…注入管  ５５…パッカー  ６…杭  ６１…鋼管  ６１１…吐出孔  ６３…定着層  １００…地山  １０１…斜面  １０２…すべり面  １０３…削孔  α…第１の斜杭と直下のすべり面とがなす角度  β…第２の斜杭と直下のすべり面とがなす角度  Ｍ…鉛直杭  Ｎ…斜杭  ２０１…すべり面  ２０２…切土斜面  ５００…モデル実験装置  ５０１…剪断箱  ５０２…上箱部  ５０３…下箱部  ５０４…模型杭  ５０５…剪断面  ６０１…モデル直杭  ６０２…モデル斜杭  ６０３…剪断面
【図１】
0006624730.tif 000002
【図２】
0006624730.tif 000003
【図３】
0006624730.tif 000004
【図４】
0006624730.tif 000005
【図５】
0006624730.tif 000006
【図６】
0006624730.tif 000007
【図７】
0006624730.tif 000008
【図８】
0006624730.tif 000009
【図９】
0006624730.tif 000010
【図１０】
0006624730.tif 000011
【図１１】
0006624730.tif 000012
【図１２】
0006624730.tif 000013
【図１３】
0006624730.tif 000014