Q140 大型ブロック積み擁壁の浮力

回答

「大型ブロック積み擁壁設計・施工マニュアル」では，擁壁本体に作用する浮力は図−１のように，算定しています。
前後で水位差がある場合には浸透流が発生するため，圧力損失の影響を考えて浮力を算定しています。
水位差がない場合は，静水圧によって浮力が発生することになります。
透水性のあるブロックを採用しても浮力は発生しますので，ブロックの単位体積重量で調整すればよいと思われます。

参考までに，土圧は図−２のように算定しています。

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q141　大型ブロック積み擁壁の控長　

回答

　「大型ブロック積み擁壁設計・施工マニュアル」で設計すると，ブロックの必要控長は一般に滑動に対する安定性から決定されます。盛土部擁壁で，その背後が車道の場合（嵩上げ盛土がない場合），控長と直高の関係は，(式１)で求められます。
ここに，tは控長(m)，Hはブロック積み擁壁直高(m)， KAは主働土圧係数，Fs は滑動の安全率 1.5，γ は裏込め土の単位体積重量(kN/m3)， γcはコンクリートの単位体積重量 23kN/m3， qは上載荷重(kN/m2)， μは底面の摩擦係数， α は壁面傾斜角(度)，δは壁面摩擦角（度）δ=2/3φです。
　裏込め土が礫質土(γ=20kN/m3，φ=35゜)と砂質土(γ=19kN/m3，φ=30゜)について必要控長を計算すると下図のようになります。
　擁壁工指針ではどのような根拠で控長を決められたのかはわかりませんが，擁壁工指針で規定されている控長は，(式１)で裏込め土を礫質土てして求めた控長と，砂質土として求めた控長の中間的な値になっています。

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q142 控長の異なるブロックを用いた積み擁壁の計算法

回答

　「大型ブロック積み擁壁設計・施工マニュアル」には，控長の異なるブロックを用いた場合の土圧計算法について記述をしてあるせいと思われるのですが，最近の会計検査で「等厚のブロックを使用するよりも控長の異なるブロックを階段状に積むのが経済的でないか」という指摘があるようです。
　当マニュアルでは，控長を変えて設計することを奨励している訳ではありません。道路土工−擁壁工指針では，壁を等厚にすることを前提として控長を定めていますので，当マニュアルを適用する場合にも基本的には壁を等厚にすべきです。
　控長を変化させる場合には，その影響を考慮して主働土圧，地盤反力を計算する必要があります。主働土圧を簡便的に算定するには，仮想壁面を図1のように設定することが考えられます。


図 1　土圧作用面の考え方

　方法Aは下部の壁面を地表面まで延長させる方法です。方法Bはつま先と壁背面上端を直線で結ぶ方法です。方法Cは壁面をaa'bと折れ曲げる方法です。これらの内，方法Cが，実際の挙動に近いと思われますが，壁面の折れ曲がりを考慮した土圧計算は複雑になります。
　図２に示す高さ10mの擁壁で，断面変化位置hを変化させて３種類の方法で滑動の安全率を計算した結果を図２に示します。方法Aと方法Bはほとんど変わりません。方法Bは安全率を過小に評価することが考えられます。
　以上のことから，当マニュアルでは，設計計算の簡便性を考えて，方法Aによって土圧を算定するものとしています。ただし，h/Hの比が大きい場合，上部と下部でブロックの控長が極端に異なる場合，地表面が水平でない場合などにおいては，方法Aで良いということではありません。そのような場合は別途検討する必要があります。

図 ２　試計算結果



図 ３　地盤反力分布

　控長が異なるブロックを用いた場合の地盤反力は図３(a)となるため，当該マニュアルに示している壁厚を一定とした計算式を適用することはできません。控長の影響を考慮た剛性方程式をたて，地盤反力を計算する必要があります。図２に示すhの値が小さく，上部と下部のブロックの控長の差が少ない場合には，図３(b)のように仮想壁面に地盤反力が作用するものとしてマニュアルに示している計算式を準用できます。

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q143 もたれ式擁壁の地震時の応力計算例

回答

　壁の断面力については，もたれ式擁壁も大型ブロック積み擁壁も同じなので，「大型ブロック積み擁壁設計・施工マニュアル」をご覧になって下さい。地震時についても詳細な計算例を掲載しています。
　このマニュアルは下記で販売しています。定価は２０００円です。
[マニュアル申込先]
申込先：
〒790-8577愛媛県松山市文京町３　愛媛大学工学部環境建設工学科内
耐震性大型コンクリートブロック積み擁壁に関する研究委員会
e-mail　nakajima@dpc.ehime-u.ac.jp
FAX　089-927-9817
中島淳子宛　　　
伊予銀行　一万支店（普）１７０７３７０　ブロック積み擁壁研究会　　

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q144 土圧計算に裏込砕石を考慮した擁壁設計

回答

　ブロック積み擁壁は，わが国の伝統的工法である石垣から発展した工法ですが，設計法が確立していません。重力式擁壁などと同様の方法で安定計算をすると不安定という結果になり，実際の現象を適切に説明することはできません。裏込砕石の土圧軽減効果を考慮すればうまく説明できることに気づき，土木学会の四国支部の研究発表会で発表したり，拙著で紹介しました。後で気が付いたのですが，名古屋大学の松澤宏教授は既に研究されておられ，昭和５９年の第１９回土質工学研究発表会で論文を発表されています。
　国土交通省は，「ブロック積みの設計法は確立されていない」という立場をとっており，擁壁工指針では経験的に標準断面を示すに留まっています。したがって，マニュアルベースで話をするならば，設計法がないのですから，裏込砕石の効果を考慮すべきか，無視すべきかという議論は全く意味をなさないと思います。

　以前，コンクリート製品メーカーの方から，壁背面に排水マットを設置すれば裏込砕石は不要，という話を聞いたことがありますが，これは明らかに間違っていると思います。
私は，裏込砕石は，排水効果と土圧低減効果という重要な役割をしていると考えています。この砕石の効果が力学的に説明できないから，ブロック積み擁壁の安定性を適切に評価できないのだと思っています。

　我々の先輩達は，石垣をどのように設計していたかを以前に調べたことがあります。平山復二郎工学博士(第４４代土木学会会長)が昭和初期に出版された土木施工法という本を見ると，裏込栗石の効果がキチッと評価され，設計・施工に反映されています。　
　これ以外にも，わが国の大先輩達の論文を読むと，何十年も昔の研究にも関わらず感動する内容のものが少なくありません。非常に高度な研究をされています。それらの貴重な研究成果が現在のマニュアルに活かされていないのは非常に残念です。
　以下，参考のために平山博士の著書から石垣に関する記述の要点を以下に紹介させていただきます。

平山復二郎，磯崎傳作：土木施工法，昭和１２年，アルスより

裏栗石の役目

�@栗石は石垣躯体コンクリート型枠の代用となる。
�A石垣躯体の自立性を付与する。
�B石垣裏面の排水を良くする。
�C石垣に加わる土圧力を減少させる。

土留石垣施工上の留意点

�@栗石は，土留が切土部か盛土部であるか，裏面の土砂に応じて適当に増減する。
�A石垣の崩壊の要因は，基礎の不良，背面土圧，背面裏込土砂の沈降の３つである。この内最も多いのは，裏込の沈降のために後に引けて生じる亀裂である。基礎の亀裂がこれに次ぎ，土圧を受けて転倒するのは稀である。
�B特に注意すべきことは，水抜孔を前面より栗石まで透して数多く作ること。排水が不十分であると，土圧を増加，または基礎地盤の支持力を減退させる。
�C5〜10m間隔に絶縁継手を作ること。そうしないと，地質が不均一であるため不等沈下を来たし，亀裂を生じる恐れが多分にある。

石垣の安定計算の一般的条件

　土の内部摩擦角　４０度
　石垣と裏込め土の摩擦角(壁面摩擦角) ３０度
　土の単位体積重量　　1600kg/m3
　石垣の単位体積重量 2400kg/m3
　土圧理論は，クーロンの理論による。
　偏心力の作用点は断面の核内にあること。
　基礎は滑動と支持力に安定すること。

旧国鉄の盛土部における土留石垣の標準断面

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q145 逆Y型擁壁について　

回答

　拙著で逆Y型擁壁についての詳細な記述を避けているのは，逆Y型擁壁の構造的メリットが理解できないためです。
　高知市を起点とし，愛媛県大洲市を経由して佐賀市に至る国道197号があります。布施ヶ坂工区の改築工事において，平成元年と平成３年度にそれぞれ逆Y型擁壁の施工が行われました。平成元年に施工された逆Y型擁壁は二段積み，平成３年と施工は４段積み(下図参照)でした。１段のブロックの高さは３mです。
　逆Y型擁壁を選定した理由は，発生する地盤反力が小さく，構造的にフレキシブルなため多少の沈下にも追随できるという理由であったようです。ところが，平成元年施工箇所では，たて壁の天端付近がせん断破壊，平成３年に施工した箇所では２段目のブロックの前足部がせん断破壊しました。いずれも不等沈下が原因でした。
　つい最近(平成14年７月３０日)では，国道５６号宇和島道路で逆Y型擁壁崩壊したというニュースが報道されていました。今のところ原因は分かりませんが，私には逆Y型擁壁の安定性に関する力学的メカニズムが理解できません。

愛媛新聞HPより

宇和島道路の擁壁ブロック崩落 ２．６キロ通行止め

３０日午前８時５分ごろ、宇和島市宮下の国道５６号宇和島道路坂下津トンネル入り口近くで、擁壁ブロックが幅７０メートル、高さ２０メートルにわたって土砂とともに崩れ落ちて側道を埋め、一部は本線上に達した。このため国土交通省大洲工事事務所は、宇和島道路のうち同市寄松から坂下津までの２．６キロを全面通行止めにしている。迂回（うかい）路は既存の国道５６号。通行車両への被害はなかった。

逆Y型擁壁の土圧計算法の疑問点

　国土道路株式会社の出されている逆Y型擁壁のカタログを見ますと，逆Y型擁壁を多段積みした場合の土圧計算法として以下のように説明されています。
（１）裏込砕石と盛土の境界面abを仮想背面と見なし，この仮想背面に作用する主働土圧合力P1をクーロン公式または試行くさび法で算定する。
（２）最下段の逆Y型ブロックの仮想背面acに作用する主働土圧合力P2とその作用角δ2は，土塊bacに作用する土塊重量W2と仮想背面�@に作用する土圧合力P1との力のつり合い条件から決定する。

　上記の土圧計算法に対して，下記の疑問があります。
�@主働土圧が発生するには，少なくとも２本のすべり面が出現する必要がある。adは１つのすべり面と考えられるが，他のすべり面はどこに発生するのか不明。
�Aab面は仮想背面であり，すべり面ではないため，δ1を特定することは理論的にできない(クーロンの破壊基準が適用できない)。
�Bac面がすべり面であるとすれば，δ2=φとする必要がある。

逆Y型擁壁の設計法に対する疑問
　土圧計算法に多少理論的問題が合ったとしても，それはたいしたことでないと考えています。裏込土のせん断強度の推定誤差の影響がはるかに大きいためです。
　土圧計算法よりも下記の点が気になります。
�@逆Y型ブロックの下面を砕石で充填し，擁壁底面との隙間をモルタルでグラウトしているようであるが，砕石基礎と擁壁底面を完全に密着させることか可能なのか，また，密着していることを管理可能なのかどうか。
�Aつま先に応力集中が考えられるが，これに対する処置が十分なされているのか。
�B実物大実験，模型振動実験等により地震時における応答，あるいは主働すべり面の発生状況，地盤反力分布が確認されているのか。

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q146 大型ブロック積み擁壁の地盤反力算定式
　

貴著「続・擁壁の設計法と計算例」の中の大型ブロック積み擁壁の計算例で，地盤反力算定式式として269ページに下記の式が示されていますが，この式中の最後の項で1/3l2^2となつているのは，1/3l2^4の誤りではないでしょうか。

回答
　著書の式で間違いないと思います。
　この式の誘導過程は，132〜135ページに記述していますのでご覧になって下さい。
　更に詳しい誘導過程が知りたいのであれば，下記のpdfファイルをご覧になって下さい。
　pdfファィル「大型ブロック積み擁壁の地盤反力算定式の誘導」

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q147 滑動の安全率の算定式　

回答
　「Excelによる擁壁設計」に添付してあるソフトの滑動の安定性に対する照査法は，道路土工−擁壁工指針に準拠しています。
　滑動の照査において，基礎底面と地盤の間の粘着力(付着力)CBは，擁壁工指針では「考慮しない」ことになっています。擁壁工指針p21の表１−７をご覧になって下さい。
　根入れ地盤の受働抵抗としては，受働土圧の1/2を考慮できることになっています。これは，p73の参(2-2)式をご覧になって下さい。

Q148　空石積の安定性評価法　

回答
　空石積の安定性は，石の形状，寸法，積み方によって異なりますので，単純に安定性を評価するのは困難です。
　過去何十年，あるいは数百年間安定を保っていた石積が崩壊することがあります。これは，地盤の不等沈下あるいは植物の根茎の影響で積み方に狂いが生じるためと考えられます。空石積みは少しの狂いで不安定になるため，単純にc，φに置き換えることは困難と考えられます。

Q149 Excelによる擁壁設計「重力式擁壁２」の間違い

回答

　ご指摘ありがとうございます。ご指摘の通りプログラムミスです。このプログラムでは，セル名をとして擁壁高さをHa，嵩上げ盛り土高をHo，全高をHとしていますが，計算でHaを用いるべき箇所でHを使用していました。このために，ご指摘のような誤りがありました。
修正したプログラムは下記からダウンロードできますのでご利用下さい。
　「重力式擁壁２修正版」

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q150 上部法面をアンカーで抑えた場合のもたれ式擁壁の設計法

回答

　もたれ式擁壁に作用する主働土圧の計算は，下記の図面のようにすればよいと思われます。アンカーの背後地盤が安定しているとして，その下方の土塊のみを考慮した土圧計算は，土塊の安定領域の下端を地表面と見なして計算すれば良いのではないでしょうか。
　円弧すべり計算で土圧を算定するのであれば，下記のようにすればよいでしょう。
　　�@すべり面を仮定する。
　　�Aすべりの安全率が1.0となる抑止力Pを求める。
　　�B想定されるあらゆるすべり面の中でPが最大になる値を主働土圧とする。

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q151 もたれ式擁壁の地盤反力計算

回答
　もたれ式擁壁では，底面と壁面に地盤反力が発生しますが，地盤と壁面には付着力が期待できないため，地盤反力が発生するのは壁面の圧縮領域のみと考える必要があります。
　拙著では，壁面の長さをl，引張領域の長さをl1，圧縮領域の長さをl2=l-l1とし，圧縮領域l2のみが離散型の弾性バネで拘束されていると考えて，剛性方程式をたてています。
　式(6.8)は，壁面に垂直方向の変位が0になるという条件式です。引張領域の長さl1は，基礎の水平変位uo，鉛直変位vo，回転角αに影響されるため，単純に求めることはできませんので，式(6.8)の条件を満たすようなl1を試行錯誤的に求める必要があります。

Q152 試行くさび法による土圧算定式

土木構造物設計・施工の盲点で勉強させて頂いてます。 　page39の土圧合力を算定する式（2.9）で，分母がsinではなくてcosになっている理由がわかりません。きっと簡単なことなのでしょうが、前に進めなく困っております。御教授をお願いいたします。 　(2.9)

回答
　式(2.9)は下記のように誘導されます。

Q&Aコーナーへ戻る

HPへ戻る

Q153 多段積み大型ブロックの土圧計算法

回答
　下図に示すように上段から逐次計算してゆく必要があります。
　�@１段目に作用する土圧P1を求める。
　�A１段目と２段目に作用する土圧合力ΣPを求め，２段目に作用する土圧はP2=ΣP-P1として求める。
　�B以後同様の方法で逐次下方のブロックに作用する土圧を求める。