山留計算の弾塑法とは?

こんにちは。大野です。

今日は山留計算の手法の弾塑性法についてお話します。

 

弾塑性法とは

 

弾塑性法とは、土留め設計の手法の一つです。

弾塑性法の説明は以下のようになります。

「土留め壁を有限長の弾性梁、支保工を弾性支承、地盤を弾塑性床として、掘削に従って変化する土留壁や支保工の断面計算を行うものである。

少し難しいですが、通常使う慣用法の検討は土が破壊されるかどうかは考慮されて計算されませんが、弾塑性法は土が破壊された状態(塑性)と破壊されず力が加わり離すと元の状態に戻る状態(弾性)を考慮して計算します

 

弾塑性法で検討する条件

 

弾塑性法は山留変位量を求めることができるので、近接構造物があり変位を求める必要がある場合に適用します。

基準書には土木では掘削深さ10.0m以上建築では掘削深さ15.0m以上の時に使用すると記載があります。

近年はJR近接工事では掘削深さが浅くても弾塑性法で検討する必要がある場合が増えています

 

 

弾塑性法と慣用法の違い

弾塑性法と従来からよく用いられる慣用法の違いを整理してみると以下のようになる。

 

 

山留壁の変位計測管理を行う場合、慣用法では変位量の詳細がわからないが、弾塑性法では変位の詳細が計算できる。

具体的には、弾塑性法では地盤1.0mで20㎜、2.0mで40㎜と細かい位置での変位が計算できる。

 

②弾塑性法と慣用法で土圧や水圧の計算式が異なるため、山留壁に加わる土圧が違ってくる

 

慣用法は掘削深さが10~15m以下の土留めの計測結果をもとに、計算手法を考えられているので、それ以上の掘削の場合の適用には向いていない

 

④慣用法は掘削に伴う掘削側の地盤状態が考慮されないが、弾塑性法では地盤状態が考慮した計算ができる

 

⑤慣用法は掘削に伴う山留支保工の断面変化が考慮できないが、弾塑性法は山留支保工の断面変化が考慮できる

 


 

今日は切梁の山留計算の弾塑性法と慣用法についてのお話でした。

 

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それではまた。

 

 

 

山留支保工の切梁ジャッキはどのようなもの?

こんにちは。大野です。

今日は山留支保工に配置する切梁ジャッキはどのようなものか?

何のために配置するのか?

どこに入れればよいのか?

という疑問に答えていきたいと思います。

 

 

切梁に設置するジャッキはどのようなものか

 

切梁の一部として使用される長さを調節可能な部品で、手動式のキリンジャッキと油圧で加圧できる油圧ジャッキがある。

 

↓↓手動式のキリンジャッキ

手動で長さを調整できる。

 

↓↓油圧式の油圧ジャッキ

油圧にてストロークを調整できる。

積極的にプレロード荷重をかけて土留め壁の変位を抑えることができる。

 

 

切梁ジャッキは何のために配置するのか?

 

ジャッキは、仮設時に切梁の最終寸法調整とともにゆるみをとり、土留壁のたわみを防止するために必要なものです。

また切梁を撤去するときには、切梁に土圧がかかって腹起しと密着状態になるので、撤去作業が困難となることが多いため、あらかじめジャッキを装着しておくと、山留支保工の撤去がスムーズになります。

 

 

切梁ジャッキはどのように配置すればよいのか?

切梁にジャッキを付ける場合、ジャッキは強度が弱いので弱点となる。

そのため、取り付け位置は腹起しあるいは中間杭のそばとし、並べないで千鳥配置とする。

 

今日は切梁のジャッキについてのお話でした。

 

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それではまた。

 

 

 

リチャージ工法とは

こんにちは。大野です。

今日はディープウェル工法と一緒につかわれる。リチャージ工法について説明していきます。

 

リチャージ工法とは

 

リチャージ工法はディープウェル工法で渇水した地下水をディープウェルと同じ構造をした遠く離れた井戸にいれ、水を処理する工法のことです。

 

↓↓リチャージ工法の概略図

 

リチャージ工法はどのようなときに採用するの?

 

ディープウェルで渇水した地下水位は通常は下水などの公共排水を利用して処理します。

以下のような理由の時にリチャージ工法を採用することが多いいです。

①ディープウェルの渇水により周辺地下水位の低下が問題となるとき

②ディープウェルの渇水量が多く、公共排水への放水量を確保できないとき

 

リチャージ工法を採用する際の検討項目

 

①地下水の水質

地下水位の水質を検査し、水質の汚染がないかをチェックします。

地下水中の鉄分が酸化すると目詰まりがおこりやすくなるため、鉄分の量を検査し、多い場合には渇水した地下水と空気が触れないように処理をします。

水質の検査により細粒分やバクテリアが多い場合は、リチャージする井戸の目詰まりが起こるため、リチャージする前にそれらを取り除く手段を講じます。

 

②注入地盤の透水性

リチャージする地盤が水が浸透しにくい透水性の低い地盤はリチャージが難しいため、透水性の良い砂や礫層の地盤でないと採用できません。

 

③山留・掘削面・構造物の安定

リチャージによる山留壁の背面の水圧上昇や掘削面のボイリング・ヒービング・盤ぶくれ等の安定、構造物にかかる浮力増加により構造物が浮き上がらないかの検討を行う必要がある。

 

④必要渇水量

渇水する帯水層と同じ層にリチャージする場合は、必要渇水量が多くなるため、その分を見込んだ排水計画を行う必要がある。

 

⑤余水の排水

渇水した地下水を全量リチャージできない場合は、余水の排水ルートについて確保しておく必要があります。

 

リチャージ工法の採用のポイント

 

リチャージ工法の採用を検討する際は次のようなことに注意します。

 

①リチャージ工法は地下水位の水質と注入する地盤の性質により決まります。

②注入速度を遅くするため、注入側のストレーナーをできる限り長く、井戸径をできるだけ大きく設計します。

③井戸内の水位を定期的に計測し、目詰まりの進行について調べます。必要な場合は定期的に井戸洗浄を計画します。

 

今日はリチャージ工法についてのお話でした。

ボイリング・ヒービング・盤ぶくれの対策についてはこちら

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それではまた。

 

 

盤ぶくれの検討の方法

こんにちは。大野です。

 

今日は盤ぶくれに対する安全性の検討に関するお話です。

盤ぶくれは難水水槽の下に被圧帯水層がある地盤で掘削を行う場合、掘削による土被り圧の減少に伴い、被圧地下水の揚圧力によってその上の掘削底面が持ち上がる現象をいいます。

盤ぶくれが発生すると、掘削底面が破壊し、山留の全体の崩壊につながります。

 

 

盤ぶくれの検討方法

盤ぶくれに対する安全性は次式によります。

 

F=ɤ×d/ɤw×h≧1.0

 

 

F:盤ぶくれに対する安全率

ɤ:土の湿潤単位体積重量(kN/ m3)

d:掘削底から難透水層以下までの距離(m)

ɤw:水の単位体積重量(kN/ m3)

h:被圧帯水層の水頭(m)

ɤw×h:難水槽下端に作用する被圧水による揚圧水力(kN/ m3)

 

土被り圧の他に揚圧力に対する抵抗要素として、地盤と山留壁の摩擦力などが考えられるが、摩擦力の効果は無視し、安全率をF≧1.0とします。

 

盤ぶくれ対策後の安定計算の方法

盤ぶくれが予想される場合、対策工を行いますが、対策工を計画した後の盤ぶくれ検討の方法を対策別に記載します。

①掘削底面下の被り圧水頭をディープウェル等によって低下させる対策をした場合。

⇒対策後の被圧帯水層の水頭により上式で再検討する

 

 

②止水性の山留壁を延長し、不透水層に根入れする対策をした場合。

⇒不透水層に根入れすることで、盤ぶくれが起きなくなるので、検討は省略します

 

③掘削内を地盤改良し、地下水を遮断し土破り圧を増加させる対策をした場合。

⇒地盤改良を遮水層とし上式で再検討をする

 

 

 

 

今日はボイリングの検討方法についてのお話でした。

ボイリング・ヒービング・盤ぶくれの対策についてはこちら

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それではまた。

 

山留のボイリングに対する安全の検討方法

こんにちは大野です。

今日は山留設計を行う際に、ボイリングの安全性の検討方法についてのお話です。

ボイリングは砂地盤のような透水性の大きい地盤で止水性の山留壁の鋼矢板やSMW工法で掘削する場合に起こる現象です。

 

ボイリングの検討方法

ボイリングは山留壁の水頭差により、掘削底面付近の砂地盤上向きの浸透流が生じ、砂が沸騰したような状態となり、地盤が破壊される現象です。

そのため、水位差による水圧と根入れ部の土の重量の比較により安全性の検討を行います。

 

ボイリングに対する検討は下式により求めます。

F=2×ɤ×D/ɤw×hw

F:ボイリングに対する安全率

ɤ:土の単位体積重量(kN/m3)

D:山留壁の根入れ長 (m)

hw:水位差(m)

ɤw:水の単位体積重量(kN/m3)

 

ボイリング対策後の検討方法

 

ボイリングの対策工を計画した場合の検討方法は対策別に次のようになります。

 

①山留壁の根入れを長くして不透水層へ先端を挿入した場合

⇒不透水層へ先端を挿入することで、上向きの水圧がかかることがなくなるので、ボイリングの検討は省略することができます

 

②掘削場内外の地下水位をディープウェルやウェルポイントにより低下させる対策をとった場合

⇒地下水位を下げた状態で、上式にて再検討を行い、山留壁の根入れ長を決定します

施工中も水位が計画通りに下がっているか、日常点検が必要になります。

 

 

③掘削内を地盤改良し、透水性の減少や強度の増加を図る対策をした場合

地盤改良の強度の検討と地盤改良と山留壁の付着力を考慮して、水圧に対して安全であるかを確認する必要があります

 

 

今日はボイリングの検討方法についてのお話でした。

 

ボイリング・ヒービング・盤ぶくれの対策についてはこちら

 

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それではまた。

 

仮設構造物に使用される鋼材の種類と許容引張応力の求め方について

こんにちは大野です。

今日は山留材に使用される鋼材の種類はどのようなものがあるかと許容応力についてのお話です。

 

山留材に使われる鋼材の種類

 

山留材に使用されるほとんどが一般構造用圧延鋼材 SS400という材質の鋼材です。

SS400が使用されている理由は、H形鋼、溝形鋼、等辺山形鋼で一般的で手に入りやすいという理由が一番です。

鋼材は市場に在庫がない場合は鋼材メーカーが作るのを待たないといけなくなります。使用したい鋼材が製造されるのは1~2ケ月後となります。

山留材は仮設のため、現場に合わせた設計変更が多くあります。そのため、材料が手に入りやすいSS400 を使用するのが一般的です。

鋼矢板のみSY295という材質を使用しています。

 

鋼材の許容応力度

 

降伏点

許容応力度に関係する鋼材の降伏点について説明します。

↓↓鋼材の応力とひずみの関係

 

上の図のC点が降伏点となります。

鋼材は力(応力)を加えるとある一定の応力までは、変形しても元の状態に戻ります。

応力を増やしていくと、ある応力を超えると、曲がったままの状態で元の状態に戻らなくなります

その元の状態に戻らなくなる応力を降伏点といいます。



許容応力度

図C点の降伏点の1.5倍(土木は1.7倍)の安全率を見込んだ値 を許容応力度(長期)となります。

 

仮設構造物は

①荷重を受ける期間が短い

②安全性とともに経済性を追求される。

許容応力の割り増しを行う。

 

割増は建築と土木で違います。

建築:1.25倍(長期と短期の平均)

土木:1.50倍

 

↓↓仮設構造物の許容応力の割増表

 

降伏点から許容応力度を求める方法は

例えばSS400 の建築構台の許容引張応力度の場合

曲げ、せん断、圧縮許容応力は建築、土木や発注者によって算出式が異なる。

 

 

 

 

今日は鋼材の材質と許容引張応力についてのお話でした。

 

それではまた!!

 

 

山留支保工の段数はどのようにして決めるの?

こんにちは大野です。

今日は山留支保工の鉛直方向の決め方についてのお話をしていこうと思います。

支保工の鉛直方向の決め方は土木基準と建築基準の場合で違ってきます

正確に言うと、土木では基準が決まっているが、建築では基準がありません。

土木と建築の違いは、土木は一般供用(道路上の施工など)をすることを考えられた指針で、現場が公共性の高いことを想定した基準です。

建築は一般的に私有地内での工事を想定して基準が作られています

そのため、土木のほうが安全性が高い計画になります。

安全性が高くなると比例して、山留支保工のコストも高くなります。

 

土木基準での支保工段数の決め方

 

土木の設計基準である「道路土工 仮設構造物工指針」によると、山留支保工の鉛直間隔は3m程度とし杭頭部から1m段目の腹起しを入れることを原則とする。

この基準を守ると掘削深さHで段数が変わってきます。

H= ~4m 1段支保工

H=4~7m 2段支保工

H=7~10m 3段支保工

となります。

これは地盤がかなり良い時の段数だと思ってください。

地下水位が高くて、水圧が大きい場所や地盤が良くない場所では+1段ぐらいの計画になるはずです。

山留壁の強度によっても違ってきます。

 

建築基準での支保工段数の決め方

 

建築基準では計算でOKが出ればいいですよという考えです。

経済性と安全性を考えながら計画します。

山留壁の剛性を高めて、山留支保工の段数を減らすことで、掘削や躯体工事がしやすくなったりするので、工程にも関係してきます。

これは地盤が良い時の段数を参考に記載します。

H= ~6m 1段支保工

H=6~10m 2段支保工

ぐらいの計画が標準となります。

※地盤や水位や周辺環境によって段数は変わりますので計算はおこなってくだい。

 

解体高さの設定

山留支保工の設置高さを設定するときに必ず計画しなくてはならないのが、構造物をどこまで構築してから切梁を解体するかという計画です。

解体の高さは支保工高の下1.0mまで埋め戻してから、解体するのが基本計画となりますが、構造物の構造上できない場合があります。

その場合、盛替え梁を設置し山留壁を押さえ切梁を解体する計画をします。

この解体の計画を省略すると実施工で問題になる場合が多いので注意しましょう

 

一段目支保工の高さの決め方

1段目山留支保工を設置する直前は山留壁が自立の状態になります。

そのため、近接した場所に民家がある場合など、変位を少なく抑えたい場合は、できるだけGL±0.0mぐらいの上部に設置して変位を抑えます。

また、周辺に既設構造物がなくできるだけ自立の状態で作業したい場合はGL-2.0mぐらいの下げた位置に設置します。

 

 

今日は支保工の設置高さのお話でした。

 

山留に関する質問がある場合は、コメントをお願いします。

できる範囲で回答しようと思っています。

 

それではまた。

 

 

 

土留計画に使用する土質定数は?

こんにちは大野です。

 

今日は山留を計画するときの構造計算に用いる土質定数についてのお話です。

 

仮設構造物の設計においては、土質定数の設定が、作用土圧や抵抗土圧、あるいは掘削底面の影響に大きく影響します。

必要な土質定数は以下のものがあります。

①N値
②土の単位体積重量
③せん断抵抗角(内部摩擦角)
④粘着力
⑤水平地盤反力係数

N値

 

N値は、標準貫入試験法により求める値です。

柱状図にN値の表示があります。

 

↓柱状図の例

青枠の数値がN値になります。

 

 

土の単位体積重量

 

土の単位体積重量は、土質試験から得られた実重量を用いることを原則しています。

しかし、標準貫入試験を行うときに、単位体積重量を試験しない場合があります。

その時は下の表を参考にして、設定してください。

※単位:kN/m3

 

上表は湿潤状態(地下水位以深)の単位体積重量で地下水位より上部の乾燥単位体積重量土木基準の設計では9.0kN/m3建築基準での設計では10.0kN/m3を差し引いた値を設定します。

 

 

 

せん断抵抗角(内部摩擦角)φ(°)

 

砂質土のせん断抵抗角(内部摩擦角)が試験結果から得られない場合は、N値から換算式を用いて求めます。

ただし、単位体積重量と同じで、土木基準と建築基準では換算式では違います

 

土木:φ=√(15N)+15 

建築:φ=√(20N)+15

N:N値

 

 

 

 

粘着力 C(kN/m2)

 

粘着力は、土質試験結果から求めることが望ましいが、試験をしない場合は下の表を参考にして決定する。

単位:kN/m2

 

この表のほかに

テルツァギー・パックの式

C=N/0.16(kN/m2)

 

から求める方法もあります。

上の表の範囲と同様の値になります。

 

 

 

 

水平地盤反力係数kh(kN/m3)

 

水平地盤反力は土留壁の水平変位等に用いられる係数となる。

地盤が山留壁を押さえる強度を表す係数です。

この値も土木基準と建築基準で違ってきます。

 

 

 

建築基準(建築学会)

 

砂質地盤

Kh=α×1000×N

α:下限値=0.5  上限値=2.0 N:N値

 

粘性土

kh=α×100×C

α:下限値=0.5  上限値=2.0 C:粘着力(kN/m3)

 

 

 

 

 

土木基準(道路土工)

 

kh=η×kH0×(BH/0.3)-3/4

 

ここに、η:壁体形式に関わる係数

連続した壁体の場合 η=1

親杭横矢板の場合 η=Bo/Bf、ただし η≦4

Bo:親杭中心間隔(m) Bf:親杭フランジ幅(m)

BH:換算載荷幅(m)親杭横矢板壁、連続壁ともにBH=10.0m

kH0:直径30cmの剛体円板により平板載荷試験の値に相当する水平方向地盤反力係数(kN/m3) kH0=1/0.3×α×E0

 

E0:地盤の変形係数(kN/m2)

α:地盤反力係数の推定に用いる係数

 

Eoとαの関係

①Eo:ボーリング孔内で測定した変形係数→ α=4

②Eo:供試体の一軸または三軸圧縮試験から求めた変形係数→ α=4

③標準貫入試験のN値よりEo=2800×Nで求めた変形係数→ α=1

 

今日は山留計画に使用する土質定数の話でした。

 

 

土質定数はN値さえわかれば、換算式がありますので、計画はできることになります。

軟弱地盤や大規模掘削では土質試験をしたほうがいいですが、その他は現場の状況を考慮してN値のみで計画をすることは可能です。

 

それではまた !!