軟弱地盤上の矢板式係船岸の設計法の開発
独立行政法人水産総合研究センター
水産工学研究所水産土木工学部漁港施設研究室
坪田幸雄・佐伯公康・大槙正紀（前）平成13〜14年度
緒言
軟弱地盤上に重力式の漁港構造物を整備すると地盤改良などの対策が必要となり、多大の建設費がかかる。このため、コスト縮減が図れる矢板式係船岸を考える。ただし軟弱地盤上の矢板式係船岸は、上端付近で大きな側方変形の発生が危惧される。このような問題を解決するため、室内遠心載荷模型実験及び数値シミュレーションにより、矢板、タイロッド、控え杭の条件の相違が、軟弱地盤上の矢板式係船岸の変形挙動に及ぼす影響を明らかにするとともに、地盤反力法などの比較的容易に利用できる手法を用いた軟弱地盤上の矢板式係船岸の設計法の開発を行う。（図1参照）

軟弱地盤上に重力式の漁港構造物を

矢板式係船岸は重力式に比べ建設費が整備すると地盤改良などの対策が必少ないものの、軟弱地盤上では上端付要となり、多大の建設費がかかる。

近で大きな変形の発生が危惧される。

矢板、タイロッド、控え杭の条件の相違が、軟弱地盤上の矢板式係船岸の変形挙動に及ぼす影響を明らかにする。

地盤反力法などの比較的容易に利用できる手法を用いた軟弱地盤上の矢板式係船岸の設計法の開発を行う。

図1

調査のねらい

一46一

調査方法
1.

室内遠心載荷模型実験
土槽を用いて軟弱な模型地盤を作成し、これを地盤工学的に現地との相似率がよい強度分布の模型地盤が作成できる遠心載荷装置に搭載して、遠心加速度を100G（G：重力加速度）まで上げて、約20時間圧密し、模型地盤を作成する。この後、遠心載荷装置を停止して、模型地盤上に矢板式係船岸の模型（模型矢板、タイロッド、控え杭）を設置し、矢板の背後に砂で盛土を行って荷重とする。ただし、模型矢板の表面には鉛直方向の5カ所にひずみゲージが貼付されており、矢板の曲げひずみが測定できるようになっている。
また、タイロッドにはロードセルを取り付け、タイロッドの張力を測定できるようにしており、矢板の上端付近には水平変位計を取り付け、矢板の上端付近の水平変位が測定できるようになっている。さらに、土槽の背面及び底面には土圧計及び間隙水圧計を設置して、各点の土圧及び間隙水圧を測定できるようにしている。この状態で、再び遠心加速度を加えて矢板背後の砂盛土を荷重とした遠心載荷試験を行ない、現地地盤と相似的に同じ応力、ひずみ状態で地盤を変形させる。載荷中の地盤の間隙水圧、土圧、矢板の曲げひずみ、矢板の天端付近の水平変位、タイロッドの張力の挙動を観測する。実験条件は、①タイロッドが1〜3段の場合、②矢板と控え杭の水平距離を変えた場合、③矢板の厚さを変えた場
合、④控え杭の幅を変えた場合、⑤タイロッドの設置高さを変えた場合、について模型実験を行った。（図2、写真1，2、表1参照）

図2

遠心載荷模型断面図

一47一

写真1

遠心載荷装置表1

タイロッドの段数
矢板と控え杭の距離
矢板の厚さ

写真2

模型地盤

遠心載荷模型実験の実験条件1，2，3段
5，10，20cm・0、3，0．6，1、0鵬m

控え杭の幅
傘
タイロッドの設置高さ
上端から4．5，7。5，噛0．5cm2．数値シミュレーション
地盤を関口・太田の弾・粘塑性の構造骨格と、非圧縮性の間隙水よりなる2相系材料とし、矢板、控え杭及びタイロッドは線形弾性体のビーム要素とした。また、矢板、控え杭、タイロッドと地盤の間にはジョイント要素を挿入した。解析は、平面ひずみ条件の下に、有限要素法により行なった。解析の条件は、①タイロッドが1〜3段の場合、②矢板と控え杭の水平距離を変えた場合、③矢板の前面の捨石マウンドがある場合と、ない場含、について矢板背面の地盤表面に作用する一様分布の載荷圧を一定速度（1k％、1day）で増加させることにより行なった。（図3、表2，3参照）

親荷紙

上部給樵土、饗1または捨石マウンド

1摩翼諜墾華1盤艦難鱗駿晒凱

醤翌茎讐量麟31

数値シミュレーションに用いた地盤断面

一48一表2

数値シミュレーションに用いた土質定数

パラメーター
ヤング率Ｅ（MPa）
ポアソン比
γ
湿潤密度 ρ（t／m3）
限界状態パラメーター
Ｍ
圧縮指数
λ膨張指数
κ
初期含水比

θ0

異方向パラメーター9．80
一一0．00．0
α300．331．600
1．600
1．600 1．8001。4841484
1．735 一0．173
0．1738、315x10−3 一
0．027
0．0272．810x10−3 一

一1．200η00．315

初期体積ひずみ速度vo（1／day）
2次圧縮指数
透水係数αk（m／day)

表3

1．200

0，4800、315

一0．407

一10−510−510−5−10-3−410−3−510−3−4

一数値シミュレーションの解析条件

タイロッドの段数

1，213段

矢板と控え杭の距離

10，20，40m

矢板前面の捨石マウンド有り、無し

調査結果
1． タイロッドの設置位置の影響
図4，5に、タイロッドが1段の場合について、タイロッド設置位置をパラメータにして、タイロッド張力および天端付近の矢板の水平変位と遠心加速度の関係を示す。図4より、タイロッド設置位置が上段より下段の方が、タイロッドの張力が大きくなることがわかる。また、図5より、上段より下段の方が、天端付近の矢板の水平変位が小さくなることがわかる。
図6に、タイロッドが1段の場合について、タイロッド設置位置をパラメータにして、遠心加速度が60Gの場合の地盤中の矢板の水平変位の分布を示す。図より、タイロッド設置位置が上段より下段の方が、地盤中の矢板の水平変位が全体的に小さくなっていることがわかる。
これらのことから、タイロッドは上段よりも下段に設置した方が、控え杭及び矢板を拘束する効果が増大することがわかる。

一49一

図4

タイロッド設燈位置と張カ

図5

タイロッド設置位置と天端付近の矢板水平変位

図6

タイロッド設置位麗と地盤中の矢板の水平変位

一50一

2．控え杭の幅の影響

図7，8に、タイロッドが1段の場合について、タイロッドの幅をパラメータにして、タイロッド張力および天端付近の矢板の水平変位と遠心加速度の関係を示す。図7より、タイロッドの幅が広くなるに伴い、タイロッドの張力が大きくなることがわかる。また、
図8より、タイロッドの幅が広くなるに伴い、天端付近の矢板の水平変位が小さくなることがわかる。

図9に、タイロッドが1段の場合について、タイロッドの幅をパラメータにして、遠心加速度が60Gの場合の地盤中の矢板の水平変位を示す。図より、タイロッドの幅が広くなるに伴い、地盤中の矢板の水平変位が全体的に小さくなっていることがわかる。
これらのことから、タイロッドの幡を広くすることにより、控え杭及び矢板を拘束する効果が増大することがわかる。

図7

図8

控え杭の幅とタイロッドの張カ

控え杭の輻と天端付近の矢板水平変位

一51一

矢板の水平変位（cm）

図9

控え杭の嬉と地盤中の矢板の水平変位

3．矢板の厚さの影響

図10に、タイロッドが2段の場合について、矢板の厚さをパラメータにして、タイロッド張力と遠心加速度の関係を示す。図より、矢板の厚さが厚くなっても、タイロッドの張力はほとんど変わらないことがわかる。

図11に、タイロッドが2段の場合について、矢板の厚さをパラメータにして、遠心加速度が60Gの場合の地盤中の矢板の水平変位を示す。図より、矢板の厚さが厚くなっても、天端付近の矢板の水平変位はほとんど挿制されないことがわかる。一方、地盤の中部及び下部では、矢板の厚さが厚くなることにより、水平変位がある程度減少することがわかる。また、図示はしていないが、矢板の厚さが厚くなることにより、矢板の最大曲げモーメントも減少する。

図10

矢板の厚さとタイロッドの張カー52一図11

矢板の厚さと地盤中の矢板の水平変位

4．捨石マウンドの影響
捨石マウンドの有無が矢板の挙動に及ぼす影響は、数値シミュレーションにより検討した。

図12に、控え杭がない場合の載荷圧と矢板天端の水平変位の関係を示す。図より、捨石マウンドがない場合、矢板の水平変位が非常に大きくなっていることがわかる。
図13に、載荷圧が40kPaの場合の矢板の曲げモーメントの深度方向分布を示す。
図より、捨石マウンドがあることにより、矢板の最大曲げモーメントが大きく減少することがわかる。

50

捨石有り

捨石無し

00．00、51，0玉．52，0

矢板天端の水平変位（m）
図12

捨石マウンドの有無と矢板の水平変位

一53一2．5図13

捨石マウンドの有無と曲げモーメントの深度分布

5．タイロッドの段数の影響
図14，15に、遠心加速度が60Gの場合について、タイロッドの段数をパラメータにして、矢板の水平変位及び矢板の曲げモーメントの深度方向分布を示す。図より、タイロッドの段数の増加に伴い、天端付近の水平変位、地盤中の水平変位及び矢板に発生する曲げモーメントが減少することがわかる。なお、図示はしていないが、タイロッドの段数の増加に伴い、タイロッドの平均的な張力は増加し、矢板に発生する荷重は減少することもわかった。

図14

タイロッドの段数と矢板の水平変位の深度分布（60G）一54一図15

タイロッドの段数と矢板の曲げモーメントの深度分布（60G）

6．矢板と控え杭の距離の影響
図16，17に、タイロッドが2段の場合について、矢板と控え杭の距離Lをパラメータにして、タイロッドの張力と加速度、及び矢板の水平変位の深度方向分布を示す。図より、矢板と控え杭の距離Lの増加に伴い、タイロッドの張力が増大し、天端付近の水平変位、地盤中の水平変位が減少することがわかる。

図16

矢板と控え杭の距離とタイロッドの張カー55一図17

矢板と控え杭の距離と矢板の水平変位の深度分布（60G）
考察

以上のことをまとめると、次のことが明らかになった。
1）タイロッドは天端付近に取り付けるより下の位置に取り付けた方が、タイロッドの張力が増大し、控え杭及び矢板を拘束する効果が増大し、天端付近の水平変位は減少する。
2）控え杭の幅を広くすることにより、タイロッドの張力が増大し、控え杭及び矢板を拘束する効果が増大し、天端付近の水平変位及び地盤中の水平変位は減少する。
3）矢板の厚さを厚くしても、タイロッドの張力には変化はなく、矢板の天端付近の水平変位を抑制することはできないが、矢板の中部及び下部の水平変位及び矢板の最大曲げモーメントは減少する。
4）矢板前面に捨石マウンドがある場合、天端付近の水平変位は減少し、矢板に発生する曲げモーメントも減少する。
5）タイロッドの段数の増加に伴い、タイロッドの平均的な張力は増加し、タイロッドの拘束効果が大きくなり、天端付近の水平変位、地盤中の水平変位及び矢板に発生する荷重、曲げモーメントは減少する。
6）矢板と控え杭の距離の増加に伴い、タイロッドの張力が増大し、控え杭及び矢板を拘束する効果が増大し、天端付近の水平変位及び地盤中の水平変位は減少する。
すなわち、タイロッドの段数、矢板と控え杭の水平距離などを種々に変えた室内遠心載
荷模型実験、数値シミュレーションにより検討した結果、タイロッドの段数の増加、及び矢板と控え杭の距離の増加が、矢板の水平変位、分布荷重、曲げモーメントの抑制に効果的に作用することが明らかになった。
摘要①軟弱地盤上の矢板式係船岸の設計法として、比較的容易に利用できる手法を開発するまでには至らなかった。
②多段タイロッドを有する矢板式係船岸の有効性が示唆されたことにより、建設コスト縮減に配慮して軟弱地盤上に係船岸を整備する場合の技術資料として利用できる。

一56一

印刷予定価格計算書

局名

Nα
国際部

平成16年

2162月24日
国際コメ年PR用ポスター品。

名仕様
オフセットA1片面マットコート93．5k
数
量300枚』
頁。
区分
内 容
数量 価 金額 ｛
表紙裏
並組
表混組
製表組
デザイン
組版

平成163月

0、
A30O
29920
0
一 〇0x
『7480P×1。04、ご・、『×19日｝

0色分解
トレース
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A1＿2点．7220× 1
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時
数量
色数枚
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57600×，、、』〜、、×，×践，』 、x

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色数枚
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