JP6164949B2 - 盛土の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、盛土の特に耐震・耐津波等の補強構造に関する。

従来、河川・海岸堤防、道路、鉄道などの盛土を補強するために各種の補強構造が提案されている。
特許文献１には、地震時や洪水時等の外力に対して盛土を補強する発明であって、盛土内部に１列もしくは２列の鋼矢板を支持地盤まで貫通し、連続的に設置するもの、２列の場合は、鋼矢板壁を連結材で互いに連結し、盛土を補強する構造が記載されている。
特許文献２には、下部の軟弱地盤の変形や地震時に液状化した場合、その変形や崩壊を防止するため、双方の法面を連結した抑え部材で覆う盛土補強構造、さらには法尻部に穴あき鋼管杭によるグラベルドレーンを造成し、地震時の過剰間隙水圧を消散させるものが記載されている。
特許文献３には、２列の地中鋼製壁体に面状補強材が架け渡されることなく接続され、地中鋼製体が外側に変形するのを防止する盛土の補強構造が記載されている。
特許文献４には、洪水時の越流による盛土法面の崩壊防止、洗掘を抑制するため、法面に沿って斜めに鋼矢板が打設された盛土の補強構造が記載されている。

特開２００３−１３４５１号公報 特開２００８−２５２２２号公報 特開２０１１−２１４２４８号公報 特開２０１１−２１４２５４号公報

以上の従来の盛土の補強構造にあっては、地震や洪水時等の外力に対して盛土体の変形や崩壊を防ぐもので、陸地近傍で発生する海溝型地震や活断層による内陸直下で生じる大きな地震動（レベル２地震動）による強い揺れや液状化に対して一定の補強効果が担保される。
しかし、特許文献１に記載の発明にあっては、巨大地震による大規模な液状化時の過剰間隙水圧の消散が終わらない短時間のうちに津波が来襲し、壁体が大津波の繰返し外力を受けると、鋼矢板は全塑性モーメントを超える可能性がある。鋼矢板間の連結材は棒部材であるため、越流により中詰土が流出すれば、機能しなくなるという問題がある。
特許文献２に記載の発明にあっては、津波による越流や浸透破壊は考慮されていない。
特許文献３に記載の発明にあっては、面状補強材の摩擦抵抗を利用して鋼矢板壁の変形を防止するもので、液状化時の変形抑制の確実性が低い。
特許文献４に記載の発明にあっては、液状化が発生した場合は、壁体の沈下を抑制する効果は小さい。
これらの従来の盛土の補強構造は、超軟弱地盤や液状化層が非常に厚い場合などでは、二重締切り内の盛土天端沈下量が大きくなり、地震後に到達する津波に抵抗できないおそれがある。また、液状化時の過剰間隙水圧の消散が終わらない短時間のうちに津波が来襲すると、中詰土に期待される反力が得られないため、二重締切り堤体部が津波に十分に対抗できないおそれがある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、主として海溝型地震で生じる液状化の可能性のある地盤上に築堤された河川・海岸堤防あるいは液状化し易い材料で築堤された盛土に対して、液状化と津波の複合災害から盛土体の変形を抑制し崩壊を防ぐことができる盛土の補強構造を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、盛土の天端から盛土を貫通し、盛土下の地盤に埋入され、盛土の連続方向に沿って２列に延設された鋼矢板からなる二重締切鋼矢板壁と、前記二重締切鋼矢板壁内の中詰土を貫通し盛土下の地盤まで設けられたグラベルドレーンと、を有し、前記中詰土の上面が前記天端より低位置に配置され、
さらに、前記二重締切鋼矢板壁内に、
前記中詰土の上を渡って前記２列の鋼矢板を互いに連結する連結材と、
前記中詰土の上面を覆う遮水シートと、
前記連結材及び遮水シートの上に形成された基礎捨石層と、
盛土の連続方向に沿って延設された集水パイプが内包され前記基礎捨石層の上に形成された保水層と、を有し、
前記グラベルドレーンが前記遮水シートに設けられた開口を介して前記基礎捨石層に接続され、前記集水パイプが前記二重締切り鋼矢板壁外への排水構造に接続されたことを特徴とする盛土の補強構造である。

請求項２記載の発明は、前記グラベルドレーンは、盛土の連続方向に沿って間隔を隔てて連続的に複数設けられて列をなしている請求項１に記載の盛土の補強構造である。

請求項３記載の発明は、前記グラベルドレーンの盛土の連続方向に沿った列は、前記２列の鋼矢板間の中央線の両側それぞれに１列又は２列以上設けられている請求項２に記載の盛土の補強構造である。

請求項４記載の発明は、前記連結材は、前記２列の鋼矢板の間を渡る方向に長尺なシート材を主体とし、盛土の連続方向に沿って間隔を隔てて連続的に複数設けられている請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の盛土の補強構造である。

請求項５記載の発明は、前記保水層内であって前記集水パイプ外には保水のための間隙を保持する単粒度砕石が配置されている請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の盛土の補強構造である。

本発明によれば、主として海溝型地震により液状化と津波の複合災害が生じても、盛土に構成された二重締切り鋼矢板壁内では、グラベルドレーンの間隙水圧消散効果が発揮され、過剰間隙水はグラベルドレーンを通じて上昇し、基礎捨石層を経て保水層に一時的に貯留されるとともに、集水パイプを通して二重締切鋼矢板壁外に排出される。したがって、二重締切鋼矢板壁内での液状化が抑制される。
また、盛土を越流する津波が生じても、遮水シートにより二重締切鋼矢板壁内の中詰土の流出が抑制される。
以上のように液状化と津波の複合災害が生じても、二重締切鋼矢板壁内の液状化と中詰土の流出が抑制されるので、２列の鋼矢板を互いに連結する連結材も中詰土に支持されて機能し、天端部の沈下、地盤剛性の低下が抑制されて盛土体の変形を抑制し崩壊を防ぐことができる。
また、グラベルドレーンを通じて上昇した過剰間隙水は、基礎捨石層を経て保水層に一時的に貯留されるので、盛土の天端表面からの噴砂・噴水は発生せず、噴砂・噴水による盛土の天端表面部の損傷は防がれる。

本発明の一実施形態に係る盛土の補強構造の断面図である。 本発明の一実施形態に係る盛土の補強構造の断面図であり、既存堤防に嵩上げを行うとともに補強構造を施した場合を示す。 本発明の一実施形態に係る盛土の補強構造の断面図であり、盛土の天端を含む上部の詳細断面を示す。 本発明の一実施形態に係る盛土の補強構造の施工途中の様子を示す盛土の天端部の概略平面図である。 本発明の一実施形態に係る盛土の補強構造における２列の鋼矢板と連結材の掛け渡しの構造を示すための平面図である。 本発明の一実施形態に係る盛土の補強構造における遮水シートの上面等を描いた平面図(a)及びＡ−Ａ断面図(b)である。 本発明の一実施形態に係る盛土の補強構造における排水構造を示すための平面図(a)及びＢ−Ｂ断面図(b)である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

まず、本発明の一実施形態に係る盛土の補強構造につき説明する。図１及び図２に本実施形態の盛土の補強構造が概ね示される。なお、図２に示されるのは既存堤防に嵩上げを行った場合である。盛土の補強構造としては図１と図２とで異なるものではない。本補強構造は、新規堤防にも既存堤防にも適用でき、既存堤防に施工する際に図２に示すように嵩上げを行うことも可能である。

図１及び図２に示すように、地盤１０上に盛土２０が築かれている。図２において盛土２０は嵩上げ盛土２１を含む。本実施形態の盛土の補強構造は、２列に延設された鋼矢板１，１からなる二重締切鋼矢板壁１，１と、グラベルドレーン２とを有する。
鋼矢板１は、盛土２０の天端２２から盛土２０を貫通し、盛土２０下の地盤１０に埋入されている。詳しくは鋼矢板１は、表層１１及び軟質層１２を貫き、硬質層１３に埋入されている。盛土内の過剰間隙水の上昇に伴い中詰土３、軟質層１２は液状化の可能性の高い地盤であり、鋼矢板１はこれを貫通して設けられる。
図４に示すように鋼矢板１は盛土２０の連続方向に沿って２列に延設されている。具体的には鋼矢板１は、盛土２０の天端２２の幅方向の中央線Ｃを中心に略対称な位置に配列される。

グラベルドレーン２は、二重締切鋼矢板壁１，１内の中詰土３を貫通し盛土２０下の地盤１０まで設けられている。グラベルドレーン２は、地震時に軟質層１２からの過剰間隙水を排水するためのものであるため、少なくとも軟質層１２に侵入して設けられ、図示するように全体に亘って設けられることが好ましく、さらに軟質層１２の下の硬質層１３に侵入していてもよい。
図示するように中詰土３の上面が天端２２より低位置に配置されている。グラベルドレーン２は中詰土３から下方へ掘削して施工されるため、グラベルドレーン２の上端は中詰土３の上面に露出している。

２列の鋼矢板１，１の上端は中詰土３の上面より上方に突出している。中詰土３の上面を底面として竪穴が形成され、ここに次の要素が設けられている。詳細は図３に示される。
すなわち、本実施形態の盛土の補強構造は、二重締切鋼矢板壁１，１内に、中詰土３の上を渡って２列の鋼矢板１，１を互いに連結する連結材４と、中詰土３の上面を覆う遮水シート５と、連結材４及び遮水シート５の上に形成された基礎捨石層６と、基礎捨石層６の上に形成された保水層７とを有する。なお、天端２２にはコンクリート８が敷かれている。

保水層７には、集水パイプ７ａが内包されている。集水パイプ７ａとしては、ポーラスコンクリートパイプが好ましい。保水層７内であって集水パイプ７ａ外には保水のための間隙を保持する単粒度砕石７ｂ，７ｃが配置されている。グラベルドレーン２の上方領域に配置された単粒度砕石７ｂより、集水パイプ７ａの周りに配置された単粒度砕石７ｃの粒度を小さくしている。なお、基礎捨石６ａの下地に敷砂９ａが、単粒度砕石７ｃの下地に敷砂９ｂが敷かれている。

集水パイプ７ａも、図４及び図７(a)に示すように盛土２０の連続方向に沿って延設されている。
グラベルドレーン２は、盛土の連続方向に沿って間隔を隔てて連続的に複数設けられて列をなしている。本実施形態では２列とされている。さらに過剰間隙水の排水性を上げるために、グラベルドレーン２の列数を増やしても良い。その場合、グラベルドレーン２の盛土の連続方向に沿った列は、２列の鋼矢板１，１間の中央線Ｃの両側それぞれに１列又は２列以上設けられていることが好ましい。図４に示すように１列の矢板壁をそれぞれ施工するオーガ併用圧入機１００、１００により、自機に近い側を担当してグラベルドレーン２を構築するための鉛直孔を掘削することが容易であるからである。例えば、片側のオーガ併圧入機１００がそれぞれ２列にグラベルドレーン２を施工することで、片側で２列、両側で４列となる。
集水パイプ７ａは、鋼矢板１近傍に配置されて両側で２列の構成である。平面視で集水パイプ７ａ，７ａの間にグラベルドレーン２が配置されている。

連結材４は、炭素繊維シートなどの引張剛性の高いシート材で構成される。図５に示すように２列の鋼矢板１，１の間を渡る方向に長尺なシート材を主体とする。２列の鋼矢板１，１を互いに連結するために、本実施形態では溝型鋼材４１及びターンバックル４２をさらに適用する。
図６に示すように溝型鋼材４１が鋼矢板１の内側面に配されて隣接する鋼矢板１，１，１，・・・を連結するように水平方向に渡されて固定されている。図６(b)に示すように連結材４の端部が鋼矢板１と溝型鋼材４１との間の空間に通されて溝型鋼材４１を一周し、含浸接着樹脂４３によってループ状に固定されることで、連結材４が溝型鋼材４１を介して鋼矢板１に連結される。連結材４が両側の鋼矢板１に同様に連結され、中間のターンバックル４２で引張力が調整される。図５に示すように、連結材４（ターンバックル４２を含む）が盛土の連続方向に沿って間隔を隔てて連続的に複数設けられている。

遮水シート５は、連結材４の上側に配置されている。遮水シート５は、グラベルドレーン２の上端面に相当する部分に開口が設けられたものである。この開口を介してグラベルドレーン２が基礎捨石層６に接続され、グラベルドレーン２から基礎捨石層６さらには、保水層７への排水が可能となる。この開口は、グラベルドレーン２の上端面の全体を露出させる１つの開口であってもよいし、グラベルドレーン２の上端面に配置される複数の孔であってもよいし、グラベルドレーン２の上端面を覆うメッシュ状の部材であってもよい。
遮水シート５は、二重締切鋼矢板壁１，１内の軟質層１２からグラベルドレーン２を通じて過剰間隙水の効果的な排水を促進する目的、また津波による越流によって中詰土３が吸い出されることを防止する目的のものであるため、グラベルドレーン２の周囲の中詰土３の表面全体を覆うように設けられる。図６(b)に示すように遮水シート５の側縁は鋼矢板１の内側面まで延ばし中詰土３に巻き込む。遮水シート５として、例えば遮水性のある不織布が適用される。

集水パイプ７ａは、二重締切鋼矢板壁１，１外への排水構造に接続されている。図７はその構成例である。
例えば図７に示すような集水枡７ｄが盛土の連続方向に沿って所定の間隔で保水層７内に設けられる。集水パイプ７ａの端部が集水枡７ｄに接続され、集水枡７ｄには排水管１４が接続されている。排水管１４が二重締切鋼矢板壁１，１外へ延設されている。排水管１４を通す部分については、鋼矢板１に適宜に孔又は切欠きが設けられる。排水管１４に続き、法面流下路１５、側溝１６が設けられた構造を例示した。集水パイプ７ａから二重締切鋼矢板壁１，１外に排水できれば、より単純な構造など、いかなる排水構造でもよい。

次に、本実施形態の盛土の補強構造の施工手順を説明する。
オーガ併用圧入機１００は、鋼矢板を把持するチャック及びオーガを備えており、鋼矢板を圧入する空間の一部をオーガにより掘削して鋼矢板を圧入するオーガ併用圧入工法を実施可能である。
まず、図４に示すようにオーガ併用圧入機１００により、天端２２に鋼矢板１を圧入し、所定長の鋼矢板壁を構成したら適宜にチャック及びオーガが搭載された旋回部１００ａを内側に旋回させて、グラベルドレーン２の形成位置上にオーガスクリューを配置し、オーガスクリューを回転及び下降させてグラベルドレーン２を構築するための鉛直孔を掘削する。オーガスクリューを上昇させながら砕石をその鉛直孔に投入し、グラベルドレーン２を形成する。なお、中詰土３の掘り下げ、埋め戻し、締め固め作業を適宜に行う。
さらに、オーガ併用圧入機１００により鋼矢板壁の延設とグラベルドレーン２の形成とを順番に繰り返す。
天端２２の両側部で、オーガ併用圧入機１００を稼動させ鋼矢板壁の延設とグラベルドレーン２の形成とを繰り返すことで盛土の連続方向に本補強構造における二重締切鋼矢板壁１，１とグラベルドレーン２とを構築する。
天端２２の一方の側部でオーガ併用圧入機１００を稼動させると同時に、天端２２の他方の側部で他のオーガ併用圧入機１００を稼動させることで工期を短縮することが好ましい。

次に、二重締切鋼矢板壁１，１及びグラベルドレーン２の構築が終わった部分から、溝型鋼材４１の鋼矢板１への連結固定、連結材４（ターンバックル４２を含む）による連結を実施する。さらに中詰土３及び連結材４（ターンバックル４２を含む）の上に遮水シート５を敷設する。
次に、遮水シート５の上部に基礎捨石６ａを敷き並べ、さらに基礎捨石層６の上部に集水パイプ７ａを設置するとともに単粒度砕石７ｂ，７ｃを充填して表層部を保水層７とする。
さらに、上述した二重締切鋼矢板壁１，１外への排水構造の設置位置では、これを施工する。

以上説明した本実施形態の盛土の補強構造によれば、主として海溝型地震により液状化と津波の複合災害が生じても、盛土２０に構成された二重締切鋼矢板壁１，１内では、グラベルドレーン２の間隙水圧消散効果が発揮され、過剰間隙水はグラベルドレーン２を通じて上昇し、基礎捨石層６を経て保水層７に一時的に貯留されるとともに、集水パイプ７ａを通して二重締切鋼矢板壁１，１外に排出される。したがって、二重締切鋼矢板壁１，１内での液状化が抑制される。
また、盛土２０を越流する津波が生じても、遮水シート５により二重締切鋼矢板壁１，１内の中詰土３の流出が抑制される。
津波により法面を構成する盛土の流出が進んでしまっても二重締切鋼矢板壁１，１内の中詰土３の流出が抑制されているとともに、二重締切鋼矢板壁１，１は連結材４で互いに拘束されているから、二重締切鋼矢板壁１，１で仕切られた堤体部分の耐力が維持され、堤防機能が維持される。
以上のように液状化と津波の複合災害が生じても、二重締切鋼矢板壁１，１内の液状化と中詰土３の流出が抑制されるので、２列の鋼矢板１，１を互いに連結する連結材４も中詰土３に支持されて機能し、天端部の沈下、地盤剛性の低下が抑制されて盛土体の変形を抑制し崩壊を防ぐことができる。
また、グラベルドレーン２を通じて上昇した過剰間隙水は、基礎捨石層６を経て保水層７に一時的に貯留されるので、盛土の天端２２表面からの噴砂・噴水は発生せず、噴砂・噴水による盛土の天端２２表面部の損傷は防がれる。

１ 鋼矢板
２ グラベルドレーン
３ 中詰土
４ 連結材
５ 遮水シート
６ 基礎捨石層
６ａ 基礎捨石
７ 保水層
７ａ 集水パイプ
７ｂ，７ｃ 単粒度砕石
７ｄ 集水枡
８ コンクリート
９ａ 敷砂
９ｂ 敷砂
１０ 地盤
１１ 表層
１２ 軟質層
１３ 硬質層
１４ 排水管
２０ 盛土
２１ 嵩上げ盛土
２２ 天端
４１ 溝型鋼材
４２ ターンバックル
４３ 含浸接着樹脂
Ｃ 中央線

Claims (5)

1. 盛土の天端から盛土を貫通し、盛土下の地盤に埋入され、盛土の連続方向に沿って２列に延設された鋼矢板からなる二重締切鋼矢板壁と、
   前記二重締切鋼矢板壁内の中詰土を貫通し盛土下の地盤まで設けられたグラベルドレーンと、を有し、
   前記中詰土の上面が前記天端より低位置に配置され、
   さらに、前記二重締切鋼矢板壁内に、
   前記中詰土の上を渡って前記２列の鋼矢板を互いに連結する連結材と、
   前記中詰土の上面を覆う遮水シートと、
   前記連結材及び遮水シートの上に形成された基礎捨石層と、
   盛土の連続方向に沿って延設された集水パイプが内包され前記基礎捨石層の上に形成された保水層と、を有し、
   前記グラベルドレーンが前記遮水シートに設けられた開口を介して前記基礎捨石層に接続され、前記集水パイプが前記二重締切鋼矢板壁外への排水構造に接続されたことを特徴とする盛土の補強構造。
2. 前記グラベルドレーンは、盛土の連続方向に沿って間隔を隔てて連続的に複数設けられて列をなしている請求項１に記載の盛土の補強構造。
3. 前記グラベルドレーンの盛土の連続方向に沿った列は、前記２列の鋼矢板間の中央線の両側それぞれに１列又は２列以上設けられている請求項２に記載の盛土の補強構造。
4. 前記連結材は、前記２列の鋼矢板の間を渡る方向に長尺なシート材を主体とし、盛土の連続方向に沿って間隔を隔てて連続的に複数設けられている請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の盛土の補強構造。
5. 前記保水層内であって前記集水パイプ外には保水のための間隙を保持する単粒度砕石が配置されている請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の盛土の補強構造。

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