道路擁壁に鋼矢板を適用

自立式鋼矢板道路擁壁−耐震性能の検証、設計法の策定など−
鋼管杭協会

鋼矢板技術委員会
表 2.1 遠心模型実験ケース

古屋工業大学教授、事務局：財団法人先1. はじめに端建設技術センター）
での検討・審議の上

自立式鋼矢板壁は、河川・港湾分野の本体壁で多くの施工実績があり、これまで仮設壁での適用が主であった道路分野にお壁高（mm） 鋼矢板模型
板厚（mm）

根入れ（mm）

ケース ＜実スケール（m）＞で策定されたものである。

地盤

地盤バネ値
豊浦砂
鋼板4.6mm
160mm（乾燥）推定のための（VL相当） （1.9/β相当） Dr60％
静的載荷試験

2. 遠心模型実験による耐震性能の検証

S-1

2.1

予備1160mm（1.9/β相当）

D-1

豊浦砂
250mm
（3.0/β相当） （乾燥）Dr60％

いても、自立式鋼矢板擁壁の適用事例が実験条件

れ式の柔構造であるため耐震性に優れ、自立式鋼矢板擁壁の耐震安定性の検また軟弱地盤であっても安定性を確保で証、および設計法の確立を目的として、動きる等の構造上の特長と、コンリート擁壁的遠心載荷装置（写真 2.1）を用いた振動に比べて省スペースでの壁体構築が可能実験を実施した。本実験における主な確である等の施工上の特長を有している。さ

認項目は以下のとおりである。

らに、切土掘削による擁壁設置の場合に①地震時の鋼矢板変位レベルは、仮設土留めと本体擁壁を兼用でき、（適用範囲）の把握建設コスト縮減効果が大きい。

②鋼矢板の必要根入れ長の確認

210mm（2.5/β相当）

110mm＜4.5m＞

D-2

D-EX③地震時の作用土圧性状の把握（社団法人日本道路協会、平成 11 年 3 月）

④鋼矢板擁壁の終局状態の確認には、鋼矢板擁壁についての具体的な設

本実験では実大構造物の 1/40 縮尺模計法が言及されておらず、河川護岸等での型を用い、実地盤と同じ自重応力状態を設計法を準用しているのが現状である。

再現できる 40G の遠心力場で実験を行っ

145mm（2.5/β相当）

D-560mm＜2.4m＞

予備2110mm＜4.5m＞

鋼板2.7mm（IIW相当）

145mm（2.5/β相当）

鋼板4.6mm（VL相当）

160mm
（乾燥）
Dr75％

L型擁壁
模型

110mm
＜4.5m＞

L-1（乾燥）
Dr60％20mmた。実験ケースを表 2.1 に示す。鋼矢板根

ュアル検討委員会」（ 委員長：中井照夫 名定）、鋼矢板曲げ剛性

Dr60 〜 75%）、擁壁形

A12A13A6A7A8A9A2A3A4A5クリート擁壁）
を実験パ

350
地盤 豊浦砂（Dr=60%）

AY1A0,A1180320250200500

505050250125300

ラメータとした。

9地盤材料には乾燥し520

A1132090A10式の差異（自立式鋼矢板擁壁および L 型コンA15110110A14DH2460125@2

初 期 密 度（ 相 対 密 度

AY2DH1DV3（IIw 型相当およびⅤL 型〜 4.5m 相当）、地盤のDV1 DV2

土槽高4000kN/m3 を用いて算

地盤

力 係 数 の 推 定 値

ニュアルは、「自立式鋼矢板擁壁設計マニ矢板擁壁設計マニュアル」 が策定された。本マ60

試験による水平地盤反1）

60ることを目的とし、この度、「自立式鋼矢板相当）、擁壁高さ（2.4加速度計
変位計〈変位計加速計設置図〉
加速度計

β：基礎の特性値で S-1
変位計て効率的・効果的な社会基盤整備に資す

60

入れ長（1.9/β〜 3.0/β、70

板壁を用いた道路擁壁の設計法を整備し

写真 2.1 動的遠心載荷装置（（独）
土木研究所所有）

（乾燥）
Dr75％

210mm

D-4

しかしながら、「道路土工 擁壁工指針」

このため、経済的で安全な自立式鋼矢鋼板4.6mm（VL相当）

140増えている。自立式鋼矢板擁壁は、根入

図 2.1 D-2 模型概要
（自立式鋼矢板擁壁）

変位
125加速計矢板

1500

Acc（gal）

1000
500
0-500

020406080100120140160

180-1000-1500
Time（sec）

図 2.2 入力波形
（実物大換算）鋼矢板頭部水平変位DH1 累積値（mm）

3530

予備1（1.9/β）
D-2（2.5/β）
D-1（3.0/β）

252015105
加振ステップ

鋼矢板頭部水平変位DH1（各ステップ）（mm）

写真 2.2 自立式鋼矢板（Step5 終了後）
12から、重力場で豊浦硅砂を気中落下させ、所定の相対密度となるように密度管理した。一例として、ケース D-2（自立式鋼矢板擁壁）の模型地盤および計測位置を図 2.1に示す。また、鋼矢板模型の下端をフリーとするとともに、曲げひずみ計測のため、奥行き方向に 3 分割して短冊状の模型を作製し、中央の矢板にひずみゲージを貼り

50

7.16.162

1.4 1.3 1.302345L2地震波 SIN波8G SIN波20G SIN波30G

0.6 0.7 0.5

1L1地震波

2L2地震波3SIN波8G4SIN波20G5SIN波30G

図 2.4 各加振ステップ毎の壁体頭部変形量（a）Step 1：L1相当波 最大曲げ歪み時120

予備2（鋼矢板擁壁）
L-1（L型擁壁）

天端位置

8045403020100

加振ステップ0遠心力40G1L1地震波

地表面位置
設計土圧φ30°（k=0.5）-40土圧分布（歪計測値より算定）-8002345L2地震波 SIN波8G SIN波20G SIN波30G-120-160

図 2.5 壁体頭部の累積変形量（L 型擁壁模型との比較）付け、計測値から変形量、断面力および-200-80-40作用土圧を算出した。
本実験では、図 2.2 に示す 5 種類の入力においては、矢板根入れ長による壁体変波（実物大換算）を連続して水平方向に入形量の違いは少ないこと、L2 加振（Step力した。 S t e p 1 、2 は実 地 震 波で あり、2）以降の加振 Step 2 〜 5 においては、根80

Step1 は L1 地震相当として最大加速度

入れ長が長いほど矢板頭部水平変位量が40180Gal の大船渡波（1978 年宮城県沖地小さくなる傾向が確認できた。

深度（mm）

0度 720 Gal の神戸 PI 波
（1995 年兵庫県南いて、図 2.5 に、L 型擁壁模型との相対評部地震）を用いた。一方、Step3 〜 5 は正価 につ いて比 較したものを 示す。 加 振

弦波（20 波、1.5Hz）であり、それぞれ最大Step3 までは、壁体変形量は同程度であ加速度 200、 500、750 Gal である。

ったが、Step4 加振（正弦波 500Gal）
でL-160型擁壁が大きく変形し崩壊に至った（写真-200-803.0/β、Dr60%地盤）の鋼矢板頭部水平変保持しており（写真 2.2）、大規模加振時に位 DH1 について、累積変形量を図 2.3 においても優れた粘りがあることが確認で示す。また、各加振 Step 毎に生じる変形きた。

地表面位置
設計土圧φ30°（k=0.8）-40

土圧分布（歪計測値より算定）-80-1202.3）。一方、自立式鋼矢板擁壁はステップ
5 加振（正弦波 750Gal）の後も壁体性状を80

天端位置

同様に鋼矢板頭部水平変位 DH1 につ根入れ長を変えた3 つのケース（1.9/β〜040
土圧（kN/m2）（b）Step 2：L2相当波 最大曲げ歪み時120震）、Step2 は L2 地震相当として最大加速

2.2 実験結果の概要

6.4

6.0

5.7460
壁体頂部水平変位DH1 累積値（mm）

土槽にあらかじめ擁壁模型を据え付けて

1
L1地震波

図 2.3 壁体頭部の累積変形量（根入れ長の影響）た豊浦硅砂を用いた。模型地盤は、実験

8.1

7.88深度（mm）

写真 2.3 L 型擁壁（Step4 終了後）

10.6000
遠心力40G

11.1

予備1（1.9/β）
D-2（2.5/β）
D-1（3.0/β）

1

図 2.6-40040
土圧（kN/m2）

80

D-2（根入れ 2.5/β）の各加振ステップ最大曲げ歪み時の土圧分布

Step1、2（最大歪み時）における土圧分布量を図 2.4 に示す。同図より、遠心加速度

本実験における土圧分布推定の一例とを図 2.6 に示す。土圧分布は、計測した曲40G 付加時および L1 加振時（加振 Step 1）して、ケース D-2（根入れ 2.5/β）の加振げひずみ分布をスプライン曲線で近似し、102 階微分して得たものである。また、図中の破線は、物部−岡部式による主働土圧設計値（設計震度は、地表面付近の加速度応答値を用いた）である。推定した作用土圧は、いずれのケースでも設計値（物部岡部式）を下回る傾向にあること、地表面（深度 0mm 位置）以深では主働土圧は作用していないことが確認できた。

図 3.1 残留変形及び残留せん断ひずみ（CaseD-1：Ｌ１地震動）

3. 数値解析による動的挙動の把握
遠心模型実験に対する解析 2）及び実地盤･実構造を対象とした解析等､様々な解析を実施しており､ここでは､砂質地盤を対象とした､DBLEAVES3）による数値解析結果の一例を示す｡地盤及び鋼矢板の条件を表 3.1 に示す｡地震波は､レベル 1：大図 3.2 残留変形及び残留せん断ひずみ（CaseD-2：Ｌ２地震動）

船渡波､レベル 2：神戸 PI 波をそれぞれ入力した｡

表 3.1 解析条件

残留変形及び残留せん断ひずみでレベ

地盤

ル 1 地震波入力時の解析結果を 図 3.1 に､

壁高

レベル 2 地震波入力時の解析結果を 図

4.5m

鋼矢板

単位体積重量相対密度N値型値

根入れ長

全長17kN/m360%

5SP−VL

8.5m

13.0m

3.2 に示す｡また､鋼矢板頭部の水平変位
表 3.2 動解法に必要と考えられる条件

は､解析手法レベル 1 地震波入力：最大応答 11.5cm
残留値 3.7cm

時刻歴応答解析（動的解析）
一般

レベル 2 地震波入力：最大応答 78.2cm
残留値 51.5cm

解析
モデル

地盤特性

であり､鋼矢板背面の地盤の残留沈下量は､レベル 1 地震波入力：2.6cm
レベル 2 地震波入力：18.5cm

地盤と構造物の一括解析（連成解析）
2次元または3次元モデル
非線形モデル（全応力または有効応力モデル）とし、繰り返し載荷を含む履歴依存性を考慮できること

構造特性（鋼矢板）

線形もしくは非線形の梁モデル

地盤−構造間特性

地盤−構造間の滑りを考慮解析に用いる外力の入力形式

加速度時刻歴波形（設計基盤に入力）である｡レベル 1 地震では地盤の変形は鋼矢板周辺に限られるのに対し､レベル 2 地
震では地盤の変形が広範囲にわたること

表 4.1 鋼矢板擁壁に必要な性能
性能がわかる｡また､残留せん断ひずみから､レベル 2 地震では鋼矢板前面の受働地盤の塑性化が進展していることがわかる｡

性能 1性能 2

動的数値解析によって､鋼矢板擁壁および周辺地盤の変形､鋼矢板に生じる断面

性能 3

必要な性能
想定する荷重によって道路の健全性が損なわれず道路機能に支障が生じない性能（通常通行に影響を与えない）
想定する荷重による道路の損傷が限定的なものにとどまり、道路機能回復のための修復が比較的容易に行いうる性能（通行機能が回復可能な損傷にとどまる）
想定する荷重による道路の損傷が致命的とならない性能（崩壊せず）

力を精度よく評価するためには､例えば表

表 4.2 鋼矢板擁壁の性能の観点3.2 に示す条件が必要と考えられる｡特に地盤特性については､対象とする土質条件に応じて解析モデルを選定し､また､土質性能

安全性

性能 1試験を実施してパラメータを設定するなど､適切な解析方法を選択するように留意する必要がある｡なお､表 3.2 に挙げた条件

路面が崩壊しない、
性能 2を満たす動解法は､種々､開発されている

11

性能 3

使用性

長期的修復性

通行機能回復のための路面及び鋼矢板擁壁

通行機能への支障が修復を必要としないとも軽微な修復でよい

生じない

路面の応急修復により路面の本復旧が比較的道路車線で部分的に通行機能が回復できる容易である

通行機能が損なわれるが、鋼矢板擁壁の本復旧は速やかに機能回復できる新設または修復を行う

が､地盤と構造物との一括解析（連成解析）において十分な使用実績のあるもの､また

鋼矢板擁壁が倒壊しない

修復性
短期的修復性表 4.3 想定する設計状況と鋼矢板擁壁に必要な性能

は実験シミュレーション等により適用性が検証されたものを用いることが望ましい｡

4．自立式鋼矢板擁壁の設計法

広域幹線道路または緊急輸送道路

想定する設計状況

左記以外の道路性能 1

常時荷重（自重、載荷重、常時の土圧、水圧）、雪荷重、風荷重、衝突荷重及びこれらの組合せ
レベル１地震動による影響が支配的な状況

性能 1

レベル２地震動による影響が支配的な状況

性能 2

性能 3

4.1 性能規定
表 4.4 性能照査方法

仕様設計から性能設計への移行が進む
中、自立式鋼矢板擁壁の設計法も性能規定型の設計法とし、鋼矢板擁壁前背面の必要な性能

性能 1

解析手法

簡便法

モデル

道路の利用者にとって必要な機能を確保地盤特性するように設計することを基本とした。

性能 2・性能 3

梁−バネ（地盤）モデル
線形地盤

バイリニア型弾塑性地盤反力モデル

鋼矢板特性

解析される主な応答値

使用性・修復性のそれぞれの観点から表

震度法に基づく作用圧

加速度時刻歴波形

鋼矢板の頭部変位、断面力

鋼矢板の変形、断面力周辺地盤の変位・沈下

表 4.5 必要な性能に対する照査項目

4.1 のように性能 1 〜 3 の 3 段階のレベルを通行機能に関する道路の使用性＜許容変位量の目安＞

想定する
設計荷重条件性能 １

頭部変位量 ≦ 許容変位量
設計地盤面での水平変位 ≦ 根入れ部
＜壁高の1.0%以下＞の地盤水平抵抗が工学的に弾性挙動
頭部変位量 ≦ 許容変位量
レベル1地震動 応力度 ≦ 地震時許容応力度 と評価できる変位量＜1.5cm以下＞＜壁高の1.5%以下＞常時にする要求性能、修復性とは、道路の損傷を比較的容易に修復できる要求性能、

鋼矢板擁壁の安定性

必要な性能

壁の倒壊及び道路の崩壊等の致命的な損傷が生じず、人命を損なうことのないよう非線形履歴依存モデル

線形（弾性域内の曲げ剛性を用いる）

4.2 鋼矢板擁壁に必要な性能設定した。ここで、安全性とは、鋼矢板擁地盤と鋼矢板の一括解析

反力モデル

外力の入力形式

鋼矢板擁壁に必要な性能は、安全性・

動解法

弾塑性法

性能 2

鋼矢板擁壁本体の安定性

擁壁前面の受働側地盤の安定性＜許容変位量の目安＞

応力度 ≦ 常時許容応力度

レベル2地震動 応力度 ≦ 降伏時許容応力度

性能 3

頭部変位量 ≦ 許容変位量＜30cm以下＞

根入れ先端部に弾性領域が存在すること

使用性とは、道路の通行に支障が生じないようにする要求性能をいう。さらに、修復性では、主に被災時の応急復旧による始め修復性を指す短期修復性と、本復旧によ必要な性能の設定る修復性を指す長期的修復性を考慮する。

設計条件の整理表 4.2 に性能 1 〜 3 の設定における安全設計荷重の設定性、修復性、使用性からの観点を示す。
鋼矢板擁壁断面の仮定

4.3

根入れ長の計算

性能照査方法

簡便法による鋼矢板の変位・応力度の計算

鋼矢板擁壁の設計は、表 4.1 で規定する性能に対する照査を行うものとし、その照査方法は必要な性能に応じて表 4.4 に変位≦許容変位応力度≦許容応力度NO示すものを標準とする。また、照査項目はYES

鋼矢板擁壁の安定性、及び道路の使用性の観点から、表 4.5 のように設定し、それらを満足すれば必要な性能を満たしているとみなすものとし、図 4.1 に示す手順で性レベル2地震動に対する検討を行うかレベル2地震時の設計広域幹線道路または緊急避難道路能照査を行うものとする。

NONOYESその他の道路設計荷重の設定

設計荷重の設定

根入れ長の設定（L≧3/β）

根入れ長の設定（L≧3/β）

弾塑性または動解法による計算

弾塑性または動解法による計算

変位≦許容変位
応力度≦降伏応力度
根入れ部に弾性領域が存在

応力度≦降伏応力度
根入れ部に弾性領域が存在

NOYES

YES
終わり

図 4.1 鋼矢板擁壁の照査手順

12中詰めコンクリート（18-8-25）
200

500

鉄筋D13450

3200

3500

砕石 RC-40
水抜パイプ（VP50）

6鋼矢板 SP-VL型

200

300

ズレ止め材 L=0.10m

底受ブラケット L=0.30m

500

砕石 RC-40

写真 5.1 コンクリートパネルを用いた施工事例

W=700
A 255 A 295

225 225600

B 285 B 265

D13D13D13
吊り鉄筋 D13H

A SP-IIIw（SYW295）

D13365 300
665

目地材
t=20150100
30t=3cm2%→t=10cmt=15cm

500

50A

コンクリート化粧B SP-IVw（SYW295）

520

写真 5.2 場所打ちコンクリートを用いた施工事例

5．鋼矢板擁壁の修景方法

鋼矢板擁壁に必要な性能の規定及び実験、解析を踏まえた合理的な性能照査法

鋼矢板擁壁の壁面には、必要に応じてが具体的に示されている。効率的な道路修景工を施す。修景工には、例えば、写擁壁整備の推進に自立式鋼矢板擁壁は有真 5.1 に示すコンクリートパネルによる方効な工法であり、特に、軟弱地盤、狭い法、写真 5.2 に示す場所打ちコンクリートに場所での擁壁築造及び切土箇所での仮設よる方法、写真 5.3 に示す塗料・有機ライニ本体兼用等で、大きな効果を発揮する。自ングの塗覆装による方法がある。

立式鋼矢板擁壁及びその設計法の普及を

鋼矢板擁壁では、鋼矢板壁背面が道路はじめ、さらなる鋼矢板の利用技術の発展になる場合と鋼矢板壁前面が道路になるに向けた努力を今後とも継続する所存で場合があり、後者の場合でコンクリートパある。

写真 5.3 有機ライニング塗装を用いた施工事例

ネルまたは場所打ちコンクリートによって修景する際には、地震時に崩壊して通行人等に影響を及ぼすことがないように配慮して設計する必要がある。

6．おわりに
１）「自立式鋼矢板擁壁設計マニュアル」
は、設計実務者が有効に活用できるように、

13＜参考文献＞
１）
鋼管杭協会、財団法人先端建設技術センター：自立式鋼矢板擁壁設計マニュアル、2007.12
２）
左合靖樹、鳥海真琴、張鋒、中井照夫、原田典佳、Foundations, Vol.47, No.3, 2007４）
黒澤辰昭、吉野久能、元木卓也、奥田洋一：鋼矢板を用いた道路擁壁の動態観測、第39回地盤工

恩田邦彦、黒澤辰昭：自立式鋼矢板擁壁の耐震性学研究発表会 平成16年度発表講演集、2004

能評価、第43回地盤工学研究発表会
（投稿中）

５）
黒澤辰昭、吉野久能、納見昭広、奥田洋一：鋼矢

3）
B.Ye,G.L.Ye,F.Zhang and A.Yashima：Experiment板を用いた道路擁壁の動態観測
（その2）
、第40回

and numerical simulation of repeated

地盤工学研究発表会 平成 17 年度発表講演集、

liquefaction-consolidation of sand，Soils and2005