JP7699029B2 - 地中連続壁の終局せん断耐力算定方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉛直継手部に波形鋼板を用いた地中連続壁の終局せん断耐力算定方法に関する。

バケット式もしくは回転水平多軸式の掘削機により鉄筋コンクリート製の地中連続壁を構築する地中連続壁の施工方法が知られている。このような地中連続壁の施工方法として、地中に間隔をあけて先行エレメントを設け、先行して設けられた先行エレメントの間に後行エレメントを先行エレメントと連結させて設けて地中連続壁を構築する方法がある。

隣接する先行エレメントと後行エレメントとの鉛直継手部の構造には、鉛直継手部に仕切り板を設け、先行エレメントの横筋と後行エレメントの横筋とを重ね継手として剛接合する構造や、鉛直継手部に仕切り板の有無の種別はあるが、鉛直継手部に横筋を通さず、応力伝達（接合耐力）を期待しない構造がある。また、鉛直継手部の構造として、鉛直継手部に横筋は通さないが、鉛直継手部材として上下方向に波形が連なる波形鋼板を設け、波形鋼板がシヤーキーとなる半剛接合の構造も知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０-１６９４８７号公報

地中連続壁の設計に際しては、これまで許容応力度設計を踏襲してきたが、昨今、地中連続壁にも２次設計が求められている。

そこで、本発明は、地中連続壁の２次設計が可能となる地中連続壁の終局せん断耐力算定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る地中連続壁の終局せん断耐力算定方法は、先行して施工される先行エレメントと、前記先行エレメントの後に施工される後行エレメントと、が壁長さ方向に隣接して地盤に構築される地中連続壁の終局せん断耐力算定方法であって、前記先行エレメントと前記後行エレメントとを接合する鉛直継手部には、前記先行エレメントのコンクリート部における前記壁長さ方向の前記後行エレメント側の端部に沿って、壁高さ方向全体にわたって波形鋼板が設けられ、前記波形鋼板は、壁厚さ方向から見て波形を形成する凹凸が壁高さ方向に配列され、前記壁長さ方向の両側の面が凹凸面であり、前記波形鋼板は、前記先行エレメント側の凹凸面が前記先行エレメントのコンクリート部と定着し、前記後行エレメント側の凹凸面が前記後行エレメントのコンクリート部と定着し、前記地中連続壁の終局せん断耐力は、壁高さ方向に作用するせん断力に対するせん断耐力であり、前記地中連続壁の終局せん断耐力は、下記の式（１）および式（２）で算定する。
Ｑ＝０．９５Ｎ ・・・（１）
Ｎ＝０．１Ｆ _ｃ ・Ｂ・Ｌ ・・・（２）
Ｑ ：地中連続壁の終局せん断耐力
Ｆ _ｃ ：コンクリート部のコンクリートの設計基準強度（Ｎ／ｍｍ ^２ ）
Ｂ ：地中連続壁の壁厚さ寸法（ｍｍ）
Ｌ ：地中連続壁の壁高さ寸法（ｍｍ）

本発明では、地中連続壁の終局せん断耐力を上記の式（１）で算定することにより、地中連続壁の終局せん断耐力を安全側に評価することができる。これにより、地中連続壁の２次設計が可能となる。

本発明によれば、２次設計が可能となる地中連続壁を実現することができる。

本発明の実施形態による地中連続壁の水平断面図で図２のＡ－Ａ線断面に対応する図である。 本発明の実施形態による地中連続壁の鉛直断面図で図１のＢ－Ｂ線断面に対応する図である。 試験体の立面図である。 試験体の平面図である。 試験体の側面図である。 シヤーキーの形状、寸法を示す図である。 構造実験の載荷方法を示す図である。 加力サイクルを示すグラフである。 変位測定位置を示す図である。 各試験体のＱ／（Ｆｃ・Ｂ・Ｌ）－Ｎ／（Ｆｃ・Ｂ・Ｌ）関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態による地中連続壁の終局せん断耐力算定方法について、図１－図１０に基づいて説明する。
本実施形態による地中連続壁の終局せん断耐力算定方法は、図１および図２に示すような壁長さ方向に配列される複数の壁状のエレメント２、３を有する地中連続壁１におけるエレメントの終局せん断耐力算定方法である。複数のエレメント２、３は、いずれも地盤１１（図１参照）を掘削して構築されている。地盤の掘削は、例えば、バケット式もしくは回転水平多軸式の掘削機により行われる。
壁長さ方向とは、地中連続壁１の壁面に沿った水平方向を示している。壁長さ方向に直交する水平方向を壁厚さ方向とし、壁長さ方向および壁厚さ方向に直交する上下方向（鉛直方向）を壁高さ方向とする。図１および図２では、壁長さ方向を矢印Ｘで示し、壁厚さ方向を矢印Ｙで示し、壁高さ方向を矢印Ｚで示している。

地中連続壁１を構成する複数のエレメント２、３は、先行して施工される先行エレメント２と、先行エレメント２の後に施工される後行エレメント３とから構成され、先行エレメント２と後行エレメント３は、壁長さ方向に交互に配列されている。

先行エレメント２と後行エレメント３とは、壁厚さ方向および壁高さ方向の寸法が同じ寸法に設定され、それぞれの壁芯を一致させるように配列されている。先行エレメント２と後行エレメント３とは、それぞれの壁長さ方向の端部を突き合わせるように配置されている。
以下の説明において、壁長さ方向のうち先行エレメント２に対して後行エレメント３が配置されている側を前側とし、後行エレメント３に対して先行エレメント２が配置されている側を後側とし、壁長さ方向を前後方向と表記することがある。また、壁高さ方向を上下方向と表記することがある。

本実施形態による地中連続壁は、以下のように構築される。まず、先行エレメント２が構築される全領域、および後行エレメント３の壁長さ方向の端部近傍が構築される領域を先行して掘削する。そして、先行エレメント２を構築した後に、後行エレメント３が構築される領域の残りの領域（後行エレメント３の壁長さ方向の端部近傍以外が構築される領域）を掘削して後行エレメント３を構築する。

以下では、先行して掘削される領域を先行掘削部１２と表記し、先行エレメント２を構築した後に掘削される領域を後行掘削部１３と表記する。先行掘削部１２における後行エレメント３の壁長さ方向の端部近傍（先行エレメント２側の端部近傍）が構築される領域を前端領域１４と表記する。

図１、図２に示すように、先行エレメント２は、コンクリート２３に鉄筋２４が配筋されたＲＣ造の壁状の先行コンクリート部２１と、先行コンクリート部２１の壁長さ方向の前端部（後行エレメント３側の端部）に設けられた鉛直継手部材４と、を有している。鉛直継手部材４は、先行コンクリート部２１の壁高さ方向全体にわたるように設けられている。

後行エレメント３は、コンクリート３３に鉄筋３４が配筋されたＲＣ造の壁状の後行コンクリート部３１を有している。後行エレメント３の壁高さ方向の寸法は、先行エレメント２の壁高さ方向の寸法と略同じである。先行エレメント２と後行エレメント３とは、先行エレメント２の鉛直継手部材４を介して接合されている。先行エレメント２と後行エレメント３との接合部分、すなわち、先行コンクリート部２１のコンクリート２３の前端部分、鉛直継手部材４および後行コンクリート部３１の後端部分を鉛直継手部６とする。

図１および図２に示すように、鉛直継手部材４は、波形鋼板４１と、波形鋼板４１の壁厚さ方向の両端部それぞれに取り付けられて後方に延びる一対の側部材４２，４３と、一対の側部材４２，４３の間に取り付けられて波形鋼板４１の後側に重なって配置される強度付加部材４４と、波形鋼板４１の前側に取り付けられて前方に突出する突出部４５と、を有している。

波形鋼板４１は、断面形状が波形となり、凹凸が配列された波形形状を成す面を有するように加工された鋼板である。波形鋼板４１は、波形形状を成す面が壁長さ方向を向くように配置されている。すなわち、波形鋼板４１は、壁厚さ方向から見た形状が波形となっている。本実施形態の波形鋼板４１の断面形状の波形は、台形が連なった台形波の形となっている。

本実施形態では、２つの波形鋼板４１が壁厚さ方向に並んで配置され、２つの波形鋼板４１の間に突出部４５が接合されている。以下では、２つの波形鋼板４１を合わせて波形鋼板４１とする。
波形鋼板４１の壁高さ方向の寸法は、先行エレメント２の壁高さ方向の寸法と同じである。波形鋼板４１の壁厚さ方向の寸法は、先行エレメント２および後行エレメント３の壁厚さ方向の寸法よりも小さく設定されている。

突出部４５は、先行エレメント２を構築する際に先行掘削部１２の前端領域１４に設置される保護部材（不図示）に係合したり、構築された先行エレメント２の前端部（鉛直継手部材４）を洗浄する際に洗浄機（不図示）をガイドしたりする部材として設けられている。突出部４５は、断面形状がＴ字形状の形材で、壁高さ方向に延びる向きに配置される。突出部４５は、壁厚さ方向に並んだ２つの波形鋼板４１の間に配置され、２つの波形鋼板４１それぞれに接合されている。

図１、図３に示すように、一対の側部材４２，４３は、壁厚さ方向に対称となるように設けられている。
一対の側部材４２，４３は、それぞれ断面形状がＬ字形の長尺の型材で、壁高さ方向に延びる向きに配置されている。一対の側部材４２，４３は、波形鋼板４１の壁高さ方向の長さ寸法と同じ長さ寸法に設定されている。
一対の側部材４２，４３の断面形状のＬ字形を構成する直交して接続される２つの片を前板部４２１，４３１および側板部４２２，４３２とする。

一方の側部材４２は、前板部４２１が壁長さ方向を向く鉛直面に沿い、かつ側板部４２２が前板部４２１の壁厚さ方向の他方側の端部（波形鋼板４１側の端部）から後側に突出する向きに配置される。
他方の側部材４３は、前板部４３１が壁長さ方向を向く鉛直面に沿い、かつ側板部４３２が前板部４３１の壁厚さ方向の一方側の端部（波形鋼板４１側の端部）から後側に突出する向きに配置される。

一対の側部材４２，４３それぞれの前板部４２１，４３１は、前面が波形鋼板４１の前端部の位置と略同じ位置に配置されている。
一対の側部材４２，４３それぞれの側板部４２２，４３２は、波形鋼板４１側の面が波形鋼板４１の側部と当接し、波形鋼板４１に接合されている。一対の側部材４２，４３それぞれの側板部４２２，４３２と波形鋼板４１とは、例えば、Ｌ字形のアングル材とボルト・ナットを介して接合されている。
側板部４２２，４３２は、波形鋼板４１の前後方向（壁長さ方向）の寸法よりも長く形成され、後端部が波形鋼板４１の後端部よりも後側に配置されている。
波形鋼板４１の壁厚さ方向の両端部は、一対の側部材４２，４３によって塞がれている。

強度付加部材４４は、断面形状がコの字形（Ｃ字形）の長尺の形材で、壁厚さ方向に延びる向きに配置されている。強度付加部材４４は、壁高さ方向に間隔をあけて複数設けられている。
強度付加部材４４は、その長さ方向の一方の端部（壁厚さ方向の一方の端部）が一方の側部材４２の側板部４２２の後端部近傍に接合され、長さ方向の他方の端部（壁厚さ方向の他方の端部）が他方の側部材４３の側板部４３２の後端部近傍に接合されている。
強度付加部材４４は、先行エレメント２に設けられることで鉛直継手部６の剛性および強度を増大させ、施工の際の吊り上げ時に必要となる剛性や強度を確保することができる。

本実施形態の地中連続壁１では、波形鋼板４１の本体部分４１２、一対の側部材４２，４３の前板部４２１，４３１の後側に、先行コンクリート部２１のコンクリート２３が打設され、前側に後行コンクリート部３１のコンクリート３３が打設される。
一対の側部材４２，４３の側板部４２２，４３２、強度付加部材４４は、先行コンクリート部２１に埋設される。波形鋼板４１に接合された突出部４５は、後行コンクリート部３１に埋設される。

先行コンクリート部２１のコンクリート２３および後行コンクリート部３１のコンクリート３３は、波形鋼板４１の波形の凹部にも充填されている。先行コンクリート部２１と、後行コンクリート部３１とは、波形鋼板４１を介して噛み合った形状となり、先行エレメント２と後行エレメント３との接合部分にシヤーキーが形成される。このため、先行エレメント２と後行エレメント３とは、互いに面内せん断力を伝達可能に構成されている。

図１に示すように、本実施形態では、一対の側部材４２，４３は、先行エレメント２のコンクリート２３の打設時に、後行エレメント３側（前側）にコンクリート２３が流出することを防止するシート部材５１と、シート部材５１が側部材４２，４３側に寄らず、先行掘削部１２の側面に沿うように抑える棒状の押さえ部材５２（スタッド等）と、が取り付けられている。

続いて、本実施形態による地中連続壁の終局せん断耐力算定方法について説明する。
地中連続壁の終局せん断耐力算定式を式（１）に示す。
Ｑ＝０．９５Ｎ ・・・（１）ここに、
Ｑ ：地中連続壁の終局せん断耐力
Ｆ_ｃ：コンクリートの設計基準強度（Ｎ／ｍｍ^２）
Ｂ ：地中連続壁の厚さ寸法（ｍｍ）（図４、５参照）
Ｌ ：地中連続壁の高さ寸法（ｍｍ）（図３、４参照）

上記のＮについては、コンクリート圧縮強度をパラメータとした試験体５体を用いて２０２０年度に実施した試験の結果を安全側に評価すると、以下の式（２）で算定することができる。
Ｎ＝０．１Ｆｃ・Ｂ・Ｌ・・・（２）
式（２）中の記号については、式（１）に用いられている記号と同じである。

上記の式（１）の妥当性を構造実験により確認した。構造実験の概要を以下に示す。
図３－図５に試験体の形状および寸法を、図６にシヤーキー（波形鋼板４１、以下シヤーキー４１と表記する）の形状・寸法を示す。
試験体１０１－１０５は、地中連続壁の鉛直継手部６（鉛直継手部材４周り）を取り出した部分モデルで、コンクリート強度を試験パラメータ（Ｎｏ.１：Ｆｃ１８（Ｆｃ＝１８Ｎ／ｍｍ^２）、Ｎｏ.２：Ｆｃ３０（Ｆｃ＝３０Ｎ／ｍｍ^２）、Ｎｏ.３：Ｆｃ４５（Ｆｃ＝４５Ｎ／ｍｍ^２）、Ｎｏ.４：Ｆｃ６０（Ｆｃ＝６０Ｎ／ｍｍ^２）、Ｎｏ.５：Ｆｃ８０（Ｆｃ＝８０Ｎ／ｍｍ^２））とした計５体である。図面では、試験体Ｎｏ．１を符号「１０１」で示し、試験体Ｎｏ．２を符号「１０２」で示し、試験体Ｎｏ．３を符号「１０３」で示し、試験体Ｎｏ．４を符号「１０４」で示し、試験体Ｎｏ．５を符号「１０５」で示す。試験体Ｎｏ．１－Ｎｏ．５のコンクリートの設計基準強度は、１８Ｎ／ｍｍ^２以上８０Ｎ／ｍｍ^２以下である。
試験体Ｎｏ．１－Ｎｏ．５それぞれの鉛直継手部６に設けるシヤーキー４１の形状・寸法、材質は、全試験体共通とした。シヤーキー４１は、ＰＬ－２．３（ＳＳ４００）で製作されている。
試験体Ｎｏ．１－Ｎｏ．５それぞれのコンクリートの打設方向は、図３の矢印Ｃの方向で、全試験体とも実施工に合わせて縦打ちとした。

図７に試験装置８を示す。
試験体Ｎｏ．１－Ｎｏ．５は、それぞれ鉛直継手部６の壁高さ方向が水平になるように試験装置に設置し、上下スタブを加力フレーム８１にＰＣ鋼棒８２で緊結する。軸力は０とし、２台の２ＭＮ鉛直ジャッキ８３で初期の鉛直方向変位を一定に保持した状態で、図８に示す加力サイクルに従い（コンクリートの長期許容せん断力_ＬＰａ（＝_Ｌτａ・Ａｓ、コンクリートの長期許容せん断応力度_Ｌτａ＝ｍｉｎ（σ_Ｂ／３０，０．４９＋σ_Ｂ／１００））レベルで２回繰り返した後、同短期許容せん断力_ＳＰａ（＝_Ｓτａ・Ａｓ＝１．５・_Ｌτａ・Ａｓ）レベルで２回繰り返す）、３ＭＮ水平ジャッキ８４により正負交番繰返し加力を与えた。

図９に変位計測位置を示す。試験中、３ＭＮロードセルにより水平荷重（せん断力）を、鉛直継手部６のすべり変形ＤＨＮ、ＤＨＳ、制御用鉛直方向変位ＤＶＮ、ＤＶＳを高感度変位計ＣＤＰ－１００で測定した。

各試験体のＱ／（Ｆｃ・Ｂ・Ｌ）－Ｎ／（Ｆｃ・Ｂ・Ｌ）関係を図１０に示す。なお、評価に際しては、正加力側の実験データのみを採用した。図１０には、式（１）を表記した。
上記の耐力計算結果および構造実験から、本実施形態による地中連続壁の終局せん断耐力算定方法では、鉛直継手部に波形鋼板を用いた地中連続壁の終局せん断耐力を安全側に評価することができる。これにより、地中連続壁の２次設計に資することができる。

本願の出願人は、過去に地中連続壁の終局せん断耐力算定方法の特許出願（特願２０２１－０８６８２６号）を行っている。特願２０２１－０８６８２６号では、地中連続壁の終局せん断耐力算定式を下記の式（２）に示している。
τ＝Ｑ／（Ｂ・Ｌ）＝０．１Ｆｃ
Ｑ＝０．１ＦｃＢＬ ・・・（２）
ここに、
Ｑ ：地中連続壁の終局せん断耐力
Ｆｃ：コンクリートの設計基準強度（Ｎ／ｍｍ^２）
Ｂ ：地中連続壁の厚さ寸法（ｍｍ）
Ｌ ：地中連続壁の高さ寸法（ｍｍ）

図１０には、式（２）も表記した。図１０からわかるように、式（１）では、終局せん断耐力を式(２)よりも精度よく評価することができる。

以上、本発明による地中連続壁の終局せん断耐力算定方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、コンクリートの設計基準強度は、１８Ｎ／ｍｍ^２以上８０Ｎ／ｍｍ^２以下としているが、この範囲以外であってもよい。
波形鋼板の断面形状は、上記以外であってもよい。

１ 地中連続壁
２ 先行エレメント
３ 後行エレメント
４ 鉛直継手部材
６ 鉛直継手部
１１ 地盤
２１ 先行コンクリート部
３１ 後行コンクリート部
４１ 波形鋼板

Claims (1)

1. 先行して施工される先行エレメントと、前記先行エレメントの後に施工される後行エレメントと、が壁長さ方向に隣接して地盤に構築される地中連続壁の終局せん断耐力算定方法であって、
   前記先行エレメントと前記後行エレメントとを接合する鉛直継手部には、前記先行エレメントのコンクリート部における前記壁長さ方向の前記後行エレメント側の端部に沿って、壁高さ方向全体にわたって波形鋼板が設けられ、
   前記波形鋼板は、壁厚さ方向から見て波形を形成する凹凸が壁高さ方向に配列され、前記壁長さ方向の両側の面が凹凸面であり、
   前記波形鋼板は、前記先行エレメント側の凹凸面が前記先行エレメントのコンクリート部と定着し、前記後行エレメント側の凹凸面が前記後行エレメントのコンクリート部と定着し、
   前記地中連続壁の終局せん断耐力は、壁高さ方向に作用するせん断力に対するせん断耐力であり、
   前記地中連続壁の終局せん断耐力は、下記の式（１）および式（２）で算定する地中連続壁の終局せん断耐力算定方法。
   Ｑ＝０．９５Ｎ ・・・（１）
   Ｎ＝０．１Ｆ _ｃ ・Ｂ・Ｌ ・・・（２）
   Ｑ ：地中連続壁の終局せん断耐力
   Ｆ _ｃ ：コンクリート部のコンクリートの設計基準強度（Ｎ／ｍｍ ^２ ）
   Ｂ ：地中連続壁の壁厚さ寸法（ｍｍ）
   Ｌ ：地中連続壁の壁高さ寸法（ｍｍ）

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