矢板工法

対策工法
：鋼材を用いた工法(矢板工法)
改良仕様
：改良仕様 1
備考：
1. 設計概要
盛土構造物の鋼材を用いた工法では、所要の安定性が確保できるように、構造形式、鋼材断面、鋼材の根
入れ長を設定する。構造計算では、非液状化層で弾性支持されたChangの式による弾性床上の梁モデルを基本
とし、地震時作用外力に対して鋼材の剛性と地盤の反力によって抵抗する計算モデルとする。
地震時の作用外力として、漸増成分荷重と振動成分土圧を考慮する。漸増成分荷重とは、地震時に液状化
が進行するのに伴って鋼矢板への作用荷重が増加することを考慮したもので、振動成分土圧とは、地震時の
地盤及び鋼矢板の振動に応じた荷重が鋼矢板に作用することを考慮したものである。
矢板の設計計算モデル
2. 設計条件
2.1 盛土条件
盛土の天端幅
Bu =
7.000 (m)
盛土の水平距離
Bb =
20.300 (m)
盛土高さ
h
=
8.000 (m)
盛土勾配
n
=
2.54
17.000 (kN/m 3)
盛土の湿潤単位体積重量 γt =
上載荷重
q
−
=
(kN/m 2)
2.2 地盤条件
受働側および盛土下の地盤定数を以下のとおり設定する。
液状化層
受働側地盤については右表の FL 値を参考に、液状化層および
準液状化層
準液状化層、非液状化層に区分する。
支持地盤
No 深度反力
(上層)
1
2
○
3
○
地層
非液状化層
単位重量
液状化抵抗率
液状化
(水位下)
層厚 γ t2 × Hi'
(受働側) (盛土側)
H i'
γ t2
FL
FLB
(kN/m 2)
(kN/m 3)
(m)
深度
層厚
z
(m)
Hi
(m)
非液状化層
1.000
1.000
液状化層
6.000
5.000
非液状化層
19.5
0.800
1.188
26.000 20.000
Σ
地下水位
hw ：
1.000 (m)
液状化層の下端深度
Hdz ：
6.000 (m)
液状化層厚 (=Σ Hi') H ：
5.000 (m)
支持層深度(上層)
dz ：
6.000 (m)
設計水平震度
k
0.18
水の単位体積重量
γw =
=
10.0 (kN/m 3)
液状化層の平均飽和単位体積重量
γt2H =
Σ ( γt2 × Hi')
ΣHi'
=
97.500
5.000
=
FL ≦1.0
FL ≦1.3
FL ＞1.3
(または水位以浅)
19.500 (kN/m 3)
−
−
5.000
97.500
−
5.000
−
97.500
2.3 矢板の設計諸元
呼び名
： U形鋼矢板 SP-ⅣW
(
SY295
寸法
： W = 600 , h = 210 , t = 18.0 (mm)
質量(壁幅1m当り)
)
=
177.0 (kg/m 2)
有効高さ
hsp
=
210.0 (mm)
断面二次モーメント
I
=
56700 (cm4/m)
断面係数
Z
=
2700 (cm3/m)
弾性係数
E
=
許容応力度 (
SY295
)
σa =
許容変位量
δa =
210 (kN/mm 2)
270.0(N/mm 2)
−
(mm)
矢板地表面と受働側地表面との比高 la
=
矢板突出長
lb
=
矢板全長の最低長
Lmin =
4.125(m)
=
0.500(m)
=
13.000(m)
矢板全長丸め
0.000(m)
−
(m)
矢板全長
L
根入れ長算出に用いる定数
：l =
根入れモデル
：有限長モデル
2.0 / β
2.4 腐食代および継手効率の設定
鋼矢板各面の腐食代
： t1 = 1.0 mm
腐食時の鋼矢板断面性能低減率
, t2 = 1.0 mm (両側 2.0 mm)
η =
−
(%)
=
−
(桁)
丸め(有効数字ケタ)
断面二次モーメント(腐食時)
I
=
49820 (cm4/m)
断面係数(腐食時)
Z
=
2320 (cm3/m)
継手効率
項目
腐食代
漸増･振動荷重、根入れ計算
無視
考慮
断面力･変位、応力度計算
(Iに関して)
1.0
0.6
断面二次
断面係数
モーメント
(Zに関して)
I
Z
(cm4/m)
(cm3/m)
−
56700
−
0.6
29892
1392
2.5 矢板の相対剛性
E×I
D
ρ =
γt2H × H3 × hsp
=
210 ×106 × 56700 ×10 -8
1.0
= 232.615
19.500 × 5.000 3 × 210.0 ×10 -3
ここに、
鋼矢板壁の単位幅
D =
1.0 (m/m)
3. 設計荷重
液状化時に鋼材に作用する荷重として、漸増成分荷重および振動成分荷重を 1.0 (m)ピッチで算出する。
3.1 漸増成分荷重
鋼材に作用する漸増成分荷重は、実験、解析から盛土下の液状化程度、鋼材のたわみ性(相対剛性)、盛
土形状等に依存することが確認されている。これらを考慮して鋼材に作用する液状化層(および準液状化層)
の漸増成分荷重は下式で表される。
漸増成分荷重
= α 1 × α 2 × α 3 × F(z) (kN/m 2)
Ps
盛土下の液状化程度に関する係数 α 1 = RuB ( RuB ≦ Rumax であるため、α 1 は RuB と Rumax の小さい方とする)
盛土下の最大過剰間隙水圧比
RuB
= FLB -7 ( FLB ＜1の場合は RuB =1)
h
dc
Rumax = 1 - a×
液状化層中央の深度
a
= 0.15× (
dc
= z -
(水平地盤部の地表面を基準)
Hi
2
(ただし、0≦ Rumax ≦1)
1
- 0.1) = 0.15× (
n
1
2.54
- 0.1) = 0.044
(m)
矢板の相対剛性に対する補正係数 α 2 = 0.32× log10 ρ- 0.16 = 0.32× log10 232.615 - 0.16
= 0.597
(ただし、0.4≦ α 2 ≦1.0) ∴ α 2 = 0.597
Bu
- 0.0126× Bb + 1.071
2
7.000
= 0.0236×
- 0.0126× 20.300 + 1.071 = 0.898
2
盛土形状に対する補正係数
α 3 = 0.0236×
盛土漸増成分荷重の基本分布関数 F(z) (0≦z≦10m) = γt ×h×(0.00054×z3 -0.0149×z2 +0.140×z+0.275)
(z＞10m)
= 0.725× γ t ×h (kN/m2)
以下に α1 および Ps の計算結果一覧を示す。
地層
No
深度
層厚
z
(m)
Hi
(m)
1 非液状化層
1.000
1.000
2 液状化層
6.000
5.000
3 非液状化層
26.000 20.000
抵抗率
(盛土側)
FLB
1.188
中央
深度
dc
(m)
過剰間隙水圧比液状化に
よる係数
RuB
Rumax
α1
0.500 0.296
−
−
3.500 0.899
0.299
0.299
16.000 0.978
−
−
地表面深度
(受働側)
z
(m)
No
地層
液状化に
よる係数
α1
基本分布
関数
F(z)
(kN/m2)
漸増荷重
Ps
(kN/m 2)
1
0.000
非液状化層
−
37.400
−
2
1.000
非液状化層
−
54.487
−
3
1.000
液状化層
0.299
54.487
8.734
4
5
2.000
3.000
液状化層
液状化層
0.299
0.299
67.962
78.265
10.894
12.546
6
4.000
液状化層
0.299
85.838
13.759
7
5.000
液状化層
0.299
91.120
14.606
8
9
6.000
6.000
液状化層
非液状化層
0.299
−
94.553
94.553
15.156
−
3.2 振動成分荷重
鋼材に作用する液状化層(および準液状化層)の振動成分荷重は下式で表される。
= α d × P dmax
(kN/m 2)
振動成分土圧
Pd
振動成分土圧の最大値
Pdmax = k× ( γ w + γ't2 × Ru) ×
水位面から最も下の液状化層の下端までの距離 Hd
= H dz - hw =
水位面からの深さ
zw
= z - hw
土の水中単位体積重量(有効重量)
γ't2 = γ t2 - γ w
堤防盛土外側の平地盤部での過剰間隙水圧比
Ru
使用矢板の剛性に応じた振動成分の係わる係数 α d
= FL
-7
6.000 - 1.000
=
水の単位体積重量
γw =
(kN/m3)
( FL ＜1の場合は Ru =1)
(ただし、0.0≦ α d ≦1.0) ∴ α d = 0.547
0.18
10.0 (kN/m 3)
以下に R u、γ't2 および Pd の計算結果一覧を示す。
地層
No
1 非液状化層
2 液状化層
3 非液状化層
深度
層厚
z
(m)
Hi
(m)
1.000
1.000
6.000 5.000
26.000 20.000
抵抗率過剰間隙
単位重量
(受働側) 水圧比 (水位下) (有効重量)
γ't2
FL
Ru
γ t2
(kN/m3) (kN/m 3)
−
0.800
1.000
−
(m)
(m)
ここに、
k
= 5.000
(kN/m 2)
= 0.40× log10 ρ- 0.40 = 0.40× log10 232.615 - 0.40
= 0.547
設計水平震度
Hd × zw
19.5
9.5
地表面深度
(受働側)
z
(m)
No
地層
過剰間隙単位重量水位面か振動土圧
水圧比 (有効重量) らの深さ (最大値)
Ru
γ't2
zw
Pdmax
(kN/m 3)
(m)
(kN/m 2)
振動土圧
Pd
(kN/m2)
1
0.000
非液状化層
−
-1.000
−
−
2
1.000
非液状化層
−
0.000
−
−
3
1.000
液状化層
1.000
9.5
0.000
0.000
0.000
4
5
2.000
3.000
液状化層
液状化層
1.000
1.000
9.5
9.5
1.000
2.000
7.849
11.100
4.293
6.072
6
4.000
液状化層
1.000
9.5
3.000
13.594
7.436
7
5.000
液状化層
1.000
9.5
4.000
15.697
8.586
8
9
6.000
6.000
液状化層
非液状化層
1.000
−
9.5
5.000
5.000
17.550
−
9.600
−
3.3 鋼材に作用する荷重
以下に鋼材に作用する荷重として、漸増成分荷重および振動成分荷重の合計を示す。
地表面深度
地層
(受働側)
No
z
(m)
1
0.000 非液状化層
2
1.000
非液状化層
漸増荷重
振動荷重
荷重合計
Ps
(kN/m 2)
−
Pd
(kN/m2)
−
P
(kN/m 2)
0.000
−
−
0.000
3
1.000
液状化層
8.734
0.000
8.734
4
2.000
液状化層
10.894
4.293
15.187
5
6
3.000
4.000
液状化層
液状化層
12.546
13.759
6.072
7.436
18.618
21.195
7
5.000
液状化層
14.606
8.586
23.192
8
9
6.000
6.000
液状化層
非液状化層
15.156
−
9.600
−
24.756
0.000
4. 地盤反力係数、鋼材の特性値
4.1 水平方向地盤反力係数
設計に用いる水平方向地盤反力係数(kH )は、地盤調査、土質試験などの結果を検討した上で、以下のよ
うに設定する。
BH -(3/4)
0.3
kH' = (1 - Ru )× kH
(kN/m 3)
BH
(m)
(
水平方向地盤反力係数
kH = kH0 ×
(準液状化層の場合)
基礎の換算載荷幅
直径0.3mの剛体円板による平板載荷試験 kH0 =
の値に相当する水平地盤反力係数
1
×α× E0
0.3
α
地盤の変形係数
E0 = 2800×N
①
②
③
④
(kN/m3)
(連続壁は B H =10mとする)
地盤反力係数の推定に用いる係数
No
)
(kN/m 3)
(下表より算出する)
(kN/m 2)
変形係数 E0 の算出方法
直径0.3mの剛体円板による平板載荷試験の繰返し曲線から求めた変形係数の1/2
換算係数α
2
孔内水平載荷試験で測定した変形係数
8
8
供試体の一軸圧縮試験又は三軸圧縮試験から求めた変形係数
標準貫入試験のN値より E0 =2,800Nで推定した変形係数
2
よって、各地層の水平方向地盤反力係数( kH )は以下のようになる。
地層
No
2 液状化層
深度
層厚
z
(m)
Hi
(m)
6.000 5.000
3 非液状化層 26.000 20.000
水平方向地準液状化層過剰間隙直径0.3m相当
盤反力係数地盤反力
水圧比地盤反力係数
kH
k H'
Ru
k H0
(kN/m3)
(kN/m3)
(kN/m 3)
−
−
−
4036.723
−
−
−
56000.00
E0
算出
方法
−
④
係数
α
地盤の
平均N値
変形係数
E0
N
(kN/m 2)
−
−
−
2
8400.00
3.000
4.2 鋼材の特性値
地盤の反力係数および鋼材の曲げ剛性から特性値(β)を以下のとおり算出する。
4
特性値
β =
kH × D
4×E×I
( m-1 )
(ただし、準液状化層の kH は kH' とする)
ここに、
鋼矢板壁の単位幅
D =
1.0 (m/m)
弾性係数
E =
210 (kN/mm2)
断面二次モーメント(根入れ算定用)
I =
56700 (cm4/m)
断面二次モーメント(断面力･変位算定用) I = 29892 (cm4/m)
支持地盤
No 深度反力
(上層)
2
3
○
地層
液状化層
○
非液状化層
深度
層厚
z
(m)
Hi
(m)
6.000
5.000
26.000 20.000
特性値
(根入れ) (断面･変位)
β
β
( m-1 )
( m -1 )
−
−
0.3034
0.3561
5. 矢板長の算出
5.1 必要根入れ長
根入れ長の基本式を変形し、各地層の必要根入れ長( lri)を以下のとおり算出する。
根入れ長の基本式：
l
2.0
β
=
各地層の必要根入れ長(lri)
[中間層の場合] lri = H i
(m)
2.0 - Σ( β ×Hi )
(m)
β
( Σ( β ×Hi ) ≧ 2.0 の中間層は最下層扱いとする)
[最下層の場合] lri = H i +
地層
深度
層厚
z
(m)
Hi
(m)
No
2 液状化層
6.000
5.000
特性値
β ×Hi
(根入れ)
β
(rad)
(m-1)
−
Σ( β ×Hi ) 2.0 - Σ( β ×Hi )
(rad)
−
−
lri
(m)
−
-4.0680
6.592
(rad)
−
3 非液状化層 26.000 20.000 0.3034 6.0680
必要
根入れ長
6.0680
Σ
6.592
よって、必要根入れ長は lr = 6.592 (m)となる。
5.2 矢板全長
矢板全長(L)は、以下のとおり算出する。
矢板地表面と受働側地表面との比高 la
=
矢板突出長
lb
=
矢板全長の最低長
Lmin =
4.125 (m)
=
0.500 (m)
=
6.000 (m)
矢板全長丸め
支持層深度(上層)
dz
0.000 (m)
−
(m)
矢板最低長から求まる必要根入れ長 lrmin = Lmin - ( la + lb ) - dz
=
4.125 - ( 0.000 +
0
) - 6.000 = -1.875 (m)
MAX( lr , lrmin ) = MAX( 6.592 , -1.875) =
矢板全長(丸め前)
L
6.592 (m)
= ( la + l b ) + dz + MAX( lr , lrmin )
= ( 0.000 + 0 ) + 6.000 + 6.592 = 12.592 (m)
矢板全長は 0.500 m単位で設定することとし、L = 13.000 (m)とする。
なお、丸め後の根入れ長は l = L - ( la + l b ) - dz = 13.000 - ( 0.000 +
となる。
0
) - 6.000 = 7.000 (m)
6. 解析結果
解析結果および応力度の照査結果を以下に示す。鋼矢板に発生する断面応力度が許容値以下であることを
確認する。
曲げモーメント(最大値)
Mmax =
変位(最大値)
ymax =
断面係数(断面力･変位算定用) Z
許容応力度 (
SY295
)
σa =
δa =
許容変位量
応力度の照査
Mmax
σ =
Z
=
=
-249.59 (kN･m/m)
147.4 (mm)
1392
(cm3/m)
270.0 (N/mm 2)
−
(mm)
249.59
= 179.30 (N/mm 2) ≦ σ a = 270.0 (N/mm 2) ・・・ OK
1392 ×10 -3
−変位図−
最大変位 147.4(mm)
−曲げモーメント図−
最大曲げモーメント -249.59(kN･m)
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
100.0
0
-100.0
-150.0
0
150.0
荷重分布図
矢板頭/地表/受働地表
非液状化層
0.000
1.000
液状化層
支持層深度
(上層)
6.000
漸増荷重
振動土圧
荷重合計
非液状化層
矢板先端
13.000
26.000
矢板設計図
※()内は矢板頭部からの深度
0.000
(0.000)
6.000
(6.000)
矢板先端
l=7.000
(丸め 0.5m)
lr=6.592
支持層深度
(上層)
lrmin=-1.875
Lmin=4.125
矢板頭/地表/受働地表
12.592 (12.592)
13.000 (13.000)
地形モデル図
30
20
地層1
10
地層2
80
70
50
40
30
60
地層3
0

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