(57)【要約】【課題】控え壁型山留め工法における控え壁を非矩形とする場合において、控え壁の変形抑止効果を適切に評価し、それに基づいて合理的な鉛直断面形状を決定する。【解決手段】控え壁２を複数のグリッドの集合体として想定し、グリッドの組み合わせパターンを様々に設定して各パターンのそれぞれについて３次元ＦＥＭ解析を行うことにより、各パターンの控え壁を設置した場合における山留め壁１の変形量ｙをそれぞれ算定し、その変形量yと控え壁がない場合の変形量y0と控え壁が全てのグリッドの集合体としての矩形である場合の変形量y１とから正規化変形低減量Ｘ＝(ｙ−ｙ0)／(ｙ1−ｙ0)を算定し、それを指標として各パターンの控え壁による変形抑止効果を定量的に評価する。上記の評価結果に基づいて正規化変形低減量Ｘが所定値以上、たとえばＸ≧0.90となるパターンを控え壁の合理的な鉛直断面形状として決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
山留め壁の掘削面側に、硬質地盤に対して未着底状態で施工された柱列状の地盤改良体からなる控え壁を前記山留め壁に直交させかつ間隔をおいて複数設ける控え壁型山留め工法に適用され、前記控え壁の鉛直断面形状を非矩形とする場合における前記山留め壁に対する変形抑止効果を、該控え壁を矩形とする場合を基準として評価するための方法であって、
前記控え壁の鉛直断面形状を鉛直方向および水平方向の双方に複数に分割して該控え壁を複数のグリッドの集合体として想定し、
前記グリッドの組み合わせパターンを様々に設定して、各パターンのそれぞれについて３次元ＦＥＭ解析を行うことにより、各パターンの控え壁を設置した場合における山留め壁の変形量ｙをそれぞれ算定し、
前記変形量yと、控え壁がない場合の変形量y0と、控え壁が全てのグリッドの集合体としての矩形である場合の変形量y１とによって、各パターンの控え壁による山留め壁に対する変形抑止効果を控え壁が矩形である場合の変形抑止効果を基準として表す指標としての正規化変形低減量Ｘを  Ｘ＝(ｙ−ｙ0)／(ｙ1−ｙ0)  として算定して、
該正規化変形低減量Ｘに基づいて各パターンの控え壁による変形抑止効果を評価することを特徴とする控え壁型山留め工法における控え壁の変形抑止効果評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の評価方法による評価結果に基づいて、前記正規化変形低減量Ｘが所定値以上となるパターンを控え壁の鉛直断面形状として決定することを特徴とする控え壁型山留め工法における控え壁の鉛直断面形状決定方法。
【請求項３】
前記正規化変形低減量Ｘが  Ｘ≧0.90  となるように控え壁の鉛直断面形状を決定することを特徴とする請求項２記載の控え壁型山留め工法における控え壁の鉛直断面形状決定方法。
【請求項４】
山留め壁の掘削面側に硬質地盤に対して未着底状態で施工される柱列状の地盤改良体からなる控え壁であって、
該控え壁の鉛直断面形状が非矩形とされ、かつ該控え壁の少なくとも上層部では前記山留め壁から前記掘削面側へ連続的に延出しているとともに、該控え壁の上層部における前記掘削面側への延出寸法が下層部における延出寸法と同等ないしそれ以上とされていることを特徴とする控え壁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地盤掘削に際して周囲地盤の崩壊や変形を山留め壁によって防止するための山留め工法に関わり、特に、山留め壁の掘削面側に地盤改良体からなる控え壁を設ける控え壁型山留め工法を対象として、控え壁による山留め壁に対する変形抑止効果を評価し、かつそれに基づいて控え壁の合理的な鉛直断面形状を決定するための方法、並びに控え壁に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の山留め工法として特許文献１に示される控え型山留め工法が知られている。これは、山留め壁の掘削面側に、硬質地盤に対して未着底状態で施工された柱列状の地盤改良体からなる控え壁（バットレス）を、山留め壁に直交させかつその長さ方向に間隔をおいて複数設け、控え壁とそれらの間の未改良の原地盤を一体化させてそれらの全体で山留め壁の変形を抑止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５５２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の控え壁型山留め工法においては、控え壁の鉛直断面形状は単純な矩形（長方形状）とされるが、控え壁と原地盤に作用する応力は一様ではなく偏って分布していると考えられることから、控え壁の鉛直断面を単純な矩形とすることは必ずしも最適ではなく寧ろ不合理であるとも考えられる。
近年、コストや工期の面からも、控え壁を単に矩形に施工するのではなく、山留め壁に対する変形抑止効果を大きく損なわない範囲でより合理的かつ最適な鉛直断面形状とすることが求められているが、現時点では控え壁の鉛直断面形状を非矩形とするようなことは想定されておらず、したがって控え壁を非矩形とする場合の変形抑止効果の評価方法や、最適な形状を決定するための設計手法は確立していないのが実状である。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は控え壁型山留め工法における控え壁を非矩形とする場合において、控え壁による山留め壁に対する変形抑止効果を適切に評価し、かつそれに基づいて控え壁の合理的な鉛直断面形状を決定するための有効適切な方法および控え壁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】
【０００６】
請求項１記載の発明は、山留め壁の掘削面側に、硬質地盤に対して未着底状態で施工された柱列状の地盤改良体からなる控え壁を前記山留め壁に直交させかつ間隔をおいて複数設ける控え壁型山留め工法に適用され、前記控え壁の鉛直断面形状を非矩形とする場合における前記山留め壁に対する変形抑止効果を、該控え壁を矩形とする場合を基準として評価するための方法であって、前記控え壁の鉛直断面形状を鉛直方向および水平方向の双方に複数に分割して該控え壁を複数のグリッドの集合体として想定し、前記グリッドの組み合わせパターンを様々に設定して、各パターンのそれぞれについて３次元ＦＥＭ解析を行うことにより、各パターンの控え壁を設置した場合における山留め壁の変形量ｙをそれぞれ算定し、前記変形量yと、控え壁がない場合の変形量y0と、控え壁が全てのグリッドの集合体としての矩形である場合の変形量y１とによって、各パターンの控え壁による山留め壁に対する変形抑止効果を控え壁が矩形である場合の変形抑止効果を基準として表す指標としての正規化変形低減量Ｘを  Ｘ＝(ｙ−ｙ0)／(ｙ1−ｙ0)  として算定して、該正規化変形低減量Ｘに基づいて各パターンの控え壁による変形抑止効果を評価することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明の控え壁型山留め工法における控え壁の鉛直断面形状決定方法は、請求項１記載の評価方法による評価結果に基づいて、前記正規化変形低減量Ｘが所定値以上となるパターンを控え壁の鉛直断面形状として決定することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の控え壁型山留め工法における控え壁の鉛直断面形状決定方法において、前記正規化変形低減量Ｘが  Ｘ≧0.90  となるように控え壁の鉛直断面形状を決定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、山留め壁の掘削面側に硬質地盤に対して未着底状態で施工される柱列状の地盤改良体からなる控え壁であって、該控え壁の鉛直断面形状が非矩形とされ、かつ該控え壁の少なくとも上層部では前記山留め壁から前記掘削面側へ連続的に延出しているとともに、該控え壁の上層部における前記掘削面側への延出寸法が下層部における延出寸法と同等ないしそれ以上とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、正規化変形低減量Ｘを指標として非矩形の控え壁の変形抑止効果を定量的に適切に評価することが可能であり、それにより非矩形の控え壁の最適形状を決定することが可能である。
したがって本発明によれば、従来の矩形の控え壁による場合と同程度の変形抑止効果を確保しつつ控え壁を合理化することが可能であり、以て、その施工に際して大幅な物量削減、コスト削減、工費削減、環境負荷低減を達成することが可能である。
本発明の控え壁は、鉛直断面形状が非矩形とされ、かつ該控え壁の少なくとも上層部では山留め壁から掘削面側へ連続的に延出しているとともに、該控え壁の上層部における掘削面側への延出寸法が下層部における延出寸法と同等ないしそれ以上とされているので、山留め壁に対する変形抑止効果に優れることはもとよりその施工も容易であり、最も合理的である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の原理を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態を示すもので、解析条件を示す図である、
【図３】同、解析対象の控え壁の形状パターンを示す図である。
【図４】同、解析結果を示す図である。
【図５】同、解析結果を示す図である。
【図６】同、解析結果を示す図である。
【図７】同、解析結果を示す図である。
【図８】同、解析結果を示す図である。
【図９】同、解析結果を示す図である。
【図１０】同、解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を説明するに先立ち、まず本発明の基本原理を図１を参照して説明する。
【００１３】
図１（ａ）は従来一般の控え壁型山留め工法を模式的に示すもので、山留め壁１の掘削面側に鉛直断面形状を矩形とした地盤改良体からなる控え壁２を設けた状態を模式的に示したものであるが、本発明では控え壁２をそのような単純な矩形とすることに代えて、たとえば（ｂ）に示すように矩形の一部が欠損したような任意の非矩形とすることにより、控え壁２を矩形とする場合に比べてその施工のための所要コストを削減し工期短縮を図るようにしたものである。
但し、控え壁２を非矩形とすることで本来の目的である山留め壁１に対する変形抑止効果が大きく損なわれてしまうことがあってはならないことは当然であるから、控え壁２を合理的に非矩形とするためには所望の変形抑止効果を確保し得ることを条件としてその形状を最適化する必要があり、そのためには非矩形の控え壁２による山留め壁１に対する変形抑止効果を適切に評価する必要がある。
【００１４】
そこで、本発明は以下の手法により非矩形の控え壁２の変形抑止効果を評価し、かつその形状を決定することを主眼とする。
すなわち、本発明では（ａ）に示したように通常の矩形として施工される控え壁２の鉛直断面形状を鉛直方向および水平方向の双方に複数に分割して、控え壁２全体が複数のグリッドの組み合わせによる集合体であると想定する。具体的には、矩形の控え壁２の全体を鉛直方向にｍ分割（図ではｍ＝３）するとともに水平方向にｎ分割（図ではｎ＝４）して、全体で（ｍ×ｎ）個のグリッド（図では全１２グリッド）を想定する。
そして、それらグリッドを様々なパターンで組み合わせた様々な非矩形の控え壁２を想定して、それら非矩形の控え壁２を山留め壁１に対して設置した場合について水平３次元ＦＥＭ解析を行い、それぞれの場合における山留め壁１の変形量を算定する。
【００１５】
この場合、（ｃ）に示すように控え壁２が全くない場合の変形量をｙ0、控え壁２が全てのグリッドの集合体としての矩形である場合の変形量をｙ１、控え壁２が任意のパターンの非矩形である場合の変形量をｙとして、それらの値に基づいて各パターンの控え壁２による変形抑止効果を定量的に評価する。
本発明では、その評価のための指標として、控え壁２が矩形である場合の変形抑止効果を基準として、非矩形である場合の変形抑止効果を表す新規な指標である正規化変形低減量Ｘを用いることとし、その正規化変形低減量Ｘを
Ｘ＝(ｙ−ｙ0)／(ｙ1−ｙ0)  
として定義する。
【００１６】
この正規化変形低減量Ｘは、控え壁がない場合（つまりｙ＝ｙ0の場合）には最小値Ｘ＝０となり、控え壁が全てのグリッドによる矩形である場合（つまりｙ＝ｙ1の場合）には最大値Ｘ＝１となり、非矩形の場合は  ０＜Ｘ＜１  の範囲で任意の値となるものであり、Ｘが最小値０に近いほど変形抑止効果は小さく、最大値１に近いほど変形抑止効果は大きくなるから、各パターンの控え壁について算定した正規化変形低減量Ｘの値からそのパターンの控え壁の変形抑止効果を定量的に評価できることになる。
そして、正規化変形低減量Ｘが  Ｘ≧0.90  であれば、その場合の変形抑止効果は実質的に矩形の控え壁による場合と同等とみなすことができるから、それを条件として控え壁の形状を決定することにより、控え壁の合理的な鉛直断面形状を決定することができる。
【００１７】
以上を踏まえて、以下に本発明の具体的な実施形態を図２〜図１０を参照して説明する。
図２は控え壁の鉛直断面形状が矩形の場合の解析メッシュを示す。
対象領域は、無限に続く山留め壁とそれに接した掘削底以深の原地盤および控え壁としての地盤改良体であり、図中にパラメータおよび解析条件を一覧として示す。
解析対象は粘性土地盤と想定し、原地盤剛性の拘束圧依存はないものと仮定し、解析ステップを側圧載荷のみの１ステップとした。また、背面側から作用させる荷重は逆三角形型とし、掘削底以浅の背面側荷重は切梁等で全て負担すると仮定し、平衡側圧は掘削底でゼロとし山留め壁下端の側圧が掘削前の背面側圧と同じであると仮定した。
【００１８】
鉛直断面形状を非矩形とした控え壁のパターンを図３に示す。ここでは控え壁の鉛直断面を９つに等分割し（図１におけるｍ＝ｎ＝３）、したがって通常の矩形の控え壁は基準ブロック数＝９（ケース9-1）のパターンとなる。
基準ブロックにはそれぞれ(1)〜(9)の番号を割り当て、鉛直断面形状パターンの制約は以下に示す条件とした。
・全てのパターンは基準ブロック数＝９の３×３の領域内で完結すること。
・基準ブロック数＝８の場合、９ケース全て（ケース8-1〜8-9）を対象とする。
・基準ブロック数＝７の場合、３６通りの組合せが考えられるが、実施工を考慮して１３ケース（ケース7-1〜7-13）のみを対象とする。
・基準ブロック数＝６の場合、８４通りの組合せが考えられるが、実施工を考慮して７ケース（ケース6-1〜6-7）のみを対象とする。
・基準ブロック数＝５の場合、１２６通りの組合せが考えられるが、実施工を考慮して５ケース（ケース5-1〜5-5）のみを対象とする。
・基準ブロック数＝４および基準ブロック数＝１の場合は、それぞれ正方形断面の１ケースずつ(ケース4-1、およびケース1-1)とし、控え壁のない場合を基準ブロック数＝０（ケース0-1）とした。
【００１９】
解析結果を図４に示す。
図中の変形ｙn-aは、各ケースn-aにおける山留め壁の上端と控え壁の上端が接する節点における水平変形量（図１（ｃ）における変形量ｙに相当）であり、有効数字は２桁、それ以下は切り下げとした。
【００２０】
また、変形低減比Ｙは原地盤のみ（控え壁なし、ケース0-1）の場合の山留め壁の変形に対する各パターンの変形の比であり、
Ｙ＝ｙn-a／ｙ0-1 
と定義する。
ここで、ｙn-aは上記のようにケースn-aにおける山留め壁の変形（図１（ｃ）におけるｙに相当）であり、ｙ0-1はケース0-1（原地盤のみ、控え壁なし）における山留め壁の変形（図１（ｃ）におけるｙ0に相当）である。
【００２１】
さらに、正規化変形低減量Ｘは、基準ブロック数＝９の矩形の控え壁（ケース9-1）の場合の変形低減量に対する各ケースの変形低減量の比であり、ここでは
Ｘ＝(ｙn-a−ｙ0-1)／(ｙ9−1−ｙ0-1)
と定義する。
ここで、ｙ9-1は矩形の控え壁（ケース9-1）による変形（図１（ｃ）におけるｙ1に相当）である。
上述したように、この正規化変形低減量Ｘは、矩形の控え壁（ケース9-1）の場合に最大値１となり、控え壁なし（ケース0-1）の場合に最小値０となり、正規化変形低減量Ｘの値が１に近いほど変形低減効果が高い鉛直断面形状であると評価できる。
【００２２】
以上の解析結果に基づき、基準ブロック数と変形低減比Ｙの関係を図５（ａ）に示し、基準ブロック数と正規化変形低減量Ｘの関係を図５（ｂ）に示す。
この結果から、基準ブロック数が多いほど変形低減比Ｙが小さく、正規化変形低減量Ｘが大きくなる傾向があることが分かる。但し、基準ブロック数が同じでも、変形低減比Ｙおよび正規化変形低減量Ｘに大きなばらつきがあり、このことから変形低減効果が鉛直断面形状に大きく依存することが分かる。
【００２３】
そこで、上記の結果を基準ブロック数毎に整理し、控え壁の鉛直断面形状の差異が変形低減効果に及ぼす影響について得られた知見を以下に示す。図６〜図９は各ケースの控え壁の変形低減効果を正規化変形低減量Ｘを指標として整理したものである。
【００２４】
「基準ブロック数＝８の場合（図６参照）」
・正規化変形低減量Ｘ≧0.90となるための必要十分条件は、基準ブロック(1)(2)(3)を有すること。
・正規化変形低減量Ｘ≧0.95となるための必要十分条件は、基準ブロック(1)(2)(3)(6)を有すること。
・基準ブロック(1)(2)(3)(6)を有する場合、基準ブロック(5)がある方が無い場合よりも正規化変形低減量Ｘが大きい。
・基準ブロック(1)(2)(3)(5)(6)を有する場合、残りの４基準ブロックの変形低減効果は
(7)＜(8)＜(4)＜(9)の順で高い。すなわち、(4)(7)(8)(9)の中から変形低減効果の高い
(9)(4)(8)の３つを選んで(7)のみを除外したケース8-1が、基準ブロック数＝８の中で最も変形低減効果の高い鉛直断面形状を有する控え壁となり、その場合の正規化変形低減量ＸはＸ＝0.99である。
【００２５】
「基準ブロック数＝７の場合（図７参照）」
・正規化変形低減量Ｘ≧0.85となるための必要十分条件は、基準ブロック(1)(2)(3)を有すること。
・正規化変形低減量Ｘ≧0.90となるための必要十分条件は、基準ブロック(1)(2)(3)(6)を有すること。
・基準ブロック(1)(2)(3)(6)を有する場合、基準ブロック(5)がある方が無い場合よりも正規化変形低減量Ｘが大きい。
・基準ブロック(1)(2)(3)(5)(6)を有する場合、残りの基準ブロックの変形低減効果は(7)＜(8)＜(4)＜(9)の順で高い。すなわち、(4)(7)(8)(9)の中から変形低減効果の高い(9)
(4)の２つを選んだケース7-7が、基準ブロック数＝７の中で最も変形低減効果の高い鉛直断面形状を有する控え壁となり、その場合の正規化変形低減量ＸはＸ＝0.97である。
【００２６】
「基準ブロック数＝６の場合（図８参照）」
・正規化変形低減量Ｘ≧0.85となるための必要十分条件は、基準ブロック(1)(2)(3)を有すること。
・正規化変形低減量Ｘ≧0.90となるための必要十分条件は、基準ブロック(1)(2)(3)(6)を有すること。
・基準ブロック(1)(2)(3)(6)を有する場合、基準ブロック(5)がある方が無い場合よりも正規化変形低減量Ｘが大きい。
・基準ブロック(1)(2)(3)(5)(6)を有する場合、残りの基準ブロックの変形低減効果は
(4)＜(8)＜(9)の順で高い（(7)は他のブロックと非連続となるので除外する）。
。すなわち、(4)(8)(9)の中から変形低減効果の高い(9)を選んだケース6-5が、基準ブロック数＝６の中で最も変形低減効果の高い鉛直断面形状を有する控え壁となり、その場合の正規化変形低減量ＸはＸ＝0.95である。
【００２７】
「基準ブロック数＝５の場合（図９参照）」
・正規化変形低減量Ｘ≧0.85となるための必要十分条件は、基準ブロック(1)(2)(3)(6)を有すること。
・正規化変形低減量Ｘ≧0.90となるための必要十分条件は、基準ブロック(1)(2)(3)(5)(6)を有すること。すなわち、基準ブロック(1)(2)(3)(5)(6)を有するケース5-2が、基準ブロック数＝５の中で最も変形低減効果の高い鉛直断面形状を有する控え壁となり、その場合の正規化変形低減量ＸはＸ＝0.91である。
【００２８】
図１０に正規化変形低減量Ｘ≧0.90となるケースについて、基準ブロック数と正規化変形低減量Ｘの関係を示す（なお、図１０では各ケースの正規化変形低減量Ｘの値の有効数字を３桁としてプロットしている）。
上述したように正規化変形低減量Ｘが0.90以上であれば、従来一般の矩形の控え壁と実質的に同等の変形低減効果を持つものとみなすことができることから、図１０に示される各ケースの控え壁の鉛直断面形状は、いずれも従来一般の単なる矩形状の控え壁に代えて採用し得る合理的な形状であるといえる。
特に本発明の控え壁の形状としては、図１０に示されるように、少なくとも上層部では山留め壁から掘削面側へ連続的に延出し、かつ上層部における掘削面側への延出寸法が下層部における延出寸法と同等ないしそれ以上とされているような形状が最も合理的である。
【００２９】
以上のように、本発明によれば、正規化変形低減量Ｘを指標として非矩形の控え壁の変形抑止効果を定量的に評価することが可能であり、それにより非矩形の控え壁の最適形状を決定することが可能であり、以て、従来の矩形の控え壁に代えてそれと同程度の変形抑止効果を有する合理的な非矩形の形状の控え壁を採用することが可能となり、その施工に際して従来よりも大幅な物量削減、コスト削減、工費削減、環境負荷低減を達成することが可能である。
【００３０】
なお、上記実施形態では、矩形の控え壁を３×３グリッドに分割する場合を例として説明したが、他のグリッド分割パターン、たとえば２×３、３×４、３×５、４×３、４×４、４×５，５×５…等のグリッド分割時においても、同様の解析を行うことにより合理的な鉛直断面形状を決定することが可能であることは当然である。
また、上記実施形態では正規化変形低減量Ｘが  Ｘ≧0.90  となるように控え壁の鉛直断面形状を決定するものとし、通常はそれで十分であり現実的ではあるが、非矩形の控え壁の最適形状は原地盤の状況や実施工の諸条件も考慮して設定すれば良く、可能であれば評価基準を緩和してたとえば  Ｘ≧0.85  としたり、あるいは必要であれば評価基準をより厳しくしてたとえば  Ｘ≧0.95、Ｘ≧0.97  等とすることは任意である。
【符号の説明】
【００３１】
１  山留め壁
２  控え壁（地盤改良体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013129967.tif 000011
【図１０】
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