JPH02283989A - 軟弱地盤内に築造する樋管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、河川の堤防堤体を貫通する樋管、道路や構築
物等の下を横断する樋管に関し、特に軟弱地盤内に築造
する樋管に関する。

〔従来の技術〕

河川の堤防の堤体内に堤体を横切って埋設される樋管と
しては、従来、矩形断面のボックスカルバートが一般に
用いられている。

軟弱地盤に杭基礎を打ってその上に樋管を築造し、その
上に堤体を造成した構造では、地盤の沈下量と樋管の沈
下量との差によって、樋管の周辺部から堤体内部にクラ
ック及び空洞が生じることが過去の実験等から指摘され
ている。すなわち、矩形断面の樋管では堤体と樋管の不
同沈下が生じると樋管上部の肩の堤体部分に剪断応力が
集中してこの部分からクラック等が生じ、また、樋管底
部に空洞が生じる場合がある。

このような場合に軟弱地盤地帯における杭で支持された
構造物において生じる最も顕著な変状は１周辺地盤の沈
下による構造物直下の空洞形成である。このような空洞
について実態調査を行ったところ次のようなことが判明
した。

第１７図、第１８図に示すように、堅固な地盤４４から
杭４３によって支持された構造物４１は、地盤４２ｉ３
よび堤体４５が沈下すると構造物４１が相対的に抜は上
り、その直下部に空洞４６を形成し、構造物４１の肩部
上方にクラック４７を生じ、また、側面部にはゆるみ域
ができ、この状態で河川が高水位になるとこれらの部分
から漏水が起る可能性がある。

構造物直下の空洞の形成状況は種々の要素が関係するが
、最も単純なモデルにおいては、第１７図に示すように
、樋管直下に幅Ｂ、相対移動高さＳに相当する空洞が形
成されることが考えられる。樋管幅Ｂに対して圧密層地
盤４２の厚さＤが大きく、底面付近の土質の塑性が低い
が締っている場合には第１８図に示すような構造物下の
空洞４６がＪ形成されやすい。

［発明が解決しようとする課題１ 軟弱地盤上に築造され、杭基礎上に支持された樋管は、
周辺地盤の沈下量と樋管の沈下量との差によって樋管の
下面に空洞が生じ、樋管の上部の肩の部分からクラック
が発生することが過去の実験等から指摘されている。こ
の原因の一つとして考えられるのが樋管の形状である。

従来、樋管の横断面形状は四角形であり、この肩の部分
に応力が集中することによりここからクラックが生じ底
面に空洞が生じていると考えられる。

そこで本発明者らは樋管の横断面形状として四角にこだ
わらず三角形、円形等の樋管形状の模型を作製し、堤体
と樋管の不同沈下に関する実験を行い、樋管横断面プロ
フィルの最適化形状に関して検討を行った。

その結果、軟弱地盤内に築造する樋管として最適なもの
を開発した。

本発明はこのような軟弱地盤内に築造する樋管を提供す
ることを目的とするものである。

１課題を解決するための手段） 本発明者らは神々の形状の樋管について諸種の堤体上に
ついて広範な実験を行った。その結果、横断面のプロフ
ィルが逆三角形をなし、その地中側の頂点のなす頂角α
を地盤の土質に応じ、α＝９０°　−φ ただし、 φ：周囲土質の内部摩擦角 とすれば、不同性下等があっても空洞を生じることのな
い樋管を軟弱地盤上に築造することができ最適であると
の結論に達し本発明を完成した。

［作用］ 本発明の基礎となった試験について説明する。

第１１図に示す実験装置を用いて第１２図に示す断面形
状の樋管モデルについて試験を行った。

第１１図の実験装置２０は、高さ１．０ｍ、幅３、０　
ｍ、奥行０．５　ｍの大きさをもつ前面が透明のアクリ
ル張りの土槽２１と、この土槽の底部に取り付けられた
沈下装置２２とから成る。土槽２１の底盤２３は８分割
されており、それぞれの底盤に取り付けられた手動のス
クリュージヤツキ２４によって最大１０ｃｍまで任意の
速度で沈下させることが可能である。

実験に用いた土槽内における盛土の施工方法として、ま
す土槽内に川砂を十分締固めながら２０ｃｍまでの深さ
まで埋戻し、基礎地盤２５を造成した。次に、基礎地盤
２５の上に試料土を１０ｃｍごとに一定の密度となるよ
うに締固めながら盛土２６を築造した。

、計測器は、第１．１図に示すように１０ｃｍ毎に土中
変位を観測するための観測、ｖｉ！２７ｉ３よび観測！
４２８を埋設すると共に、地表面に変位観測色２９を設
置して実験中の変位を経時的に観測できるようにした。

また、樋管３０に作用する土圧を計測するために樋管周
面に土圧計３１を６台設置した。

実験に使用した樋管模型は第１２図に示すように三角形
３２、台形３３．丸ＪＦ′、３４　、逆三角形３５につ
いて行い、それぞれ粘性土と砂を盛土に用いた場合につ
いて実験を行った。

粘性盛土における樋管周辺に生ずるクラックの発生状況
（５ｃｍ沈下時）を第１３図〜第１６図にボした。

三角形３２、台形３３、丸形３４については樋管の頂部
からではなく樋管の側壁部およびその下端膜クラックが
生じ下部に空洞が生じていることがわかる。また、逆三
角形３５については樋管頂部肩の部分からクラックか発
生しているが下部に空洞を生じないことが分かった。

以上の結果から逆三角Ｊｆｇ　３５の断面の樋管が底部
に空洞が発生しにくいことが判明したので、これについ
てさらに試験を行った。堤体模型は標準砂を用いて、ゆ
る詰め状態で一定の密度となるように築造した。計測は
、堤体上の変位を計測するための地中変位観測線を設置
して一定沈下量ごとの変位を計測した。

実験の概要を第２図に示す、なお、樋管の三角形の形状
については、以下に示す検討を行い決定した。

実験は樋管の幅Ｂｃと土被り高さＨを一定とし、第２図
に示す逆三角形の地中側の頂点の樋管角度θＣ（θＣは
頂角のｌ／２）を変化させ樋管高さＨｃを変化させて行
った。

頂点の樋管角度θＣについては、以下の項目に従って設
定した。

■　標準砂（気乾状態、ゆる詰め）の内部摩擦角φを３
７度とする。ここで、本実験で用いる角度をすべて鉛直
面からの角度とし、（９０°−φ）とすると、θは５３
度となる。

■　過去の実験から、樋管と堤体の不同沈下に伴う堤体
内の剪断面の発生角度βは約２０度（Ｈ／Ｂｃ＝３．Ｏ
）であるからこれに合わせてＯｃを２０度とする。

■　ランキンの主動土圧から θ＝４５°−Φ／２ とする、ここでφ＝３７度とするとθは、２６．５度と
なる。

以上の結果から本実験における実験を第１表のケース１
〜６として実験を行った。

以上のケース１〜６について、標準砂で堤体を築造した
場合の３ｃｍ不同沈下時における樋管周辺の堤体上の変
形状況を第３図〜第８図に示した。

これらの図から、すべての実験ケースについて樋管底部
の空洞は認められなかった。しかし、ケース１〜４（第
３図〜第６図）までは不同沈下に伴って樋管３５の底部
に緩み領域が発生し、さらに樋管３５の上部についても
堤体上の変位が認められた。

また、ケース５〜６（第７図〜第８図）については、樋
管周辺の堤体上の乱れも少な（安定したくさび形で樋管
周辺の堤体上が移動していることが認められた。なお、
このくさびの発生角度は。

おおむねランキンの主動土圧角θ（４５゜φ／２）に等
しいことが測定された。

すなわち、この実験から樋管の角度θＣは、不同沈下に
伴って堤体内に生じる樋管からの剪断角度β以下の角度
を設定するのがよいと考えられる。

この実験結果ケース５（第７図）と６（第８図）のθＣ
≦βの場合から、樋管周辺の堤体上は、不同沈下に伴っ
て樋管底部から剪断面が生じて静止領域に分かれている
のが分かる。なお、この剪断角度はランキンの主動土圧
から得られる角度θ（４５°−φ／２）にほぼ等しいこ
とがわかる。

この現象を模式的に表したのが第９図である。

地中側の頂角が（２×θＣ）である樋管３５の向って右
半分について考える１周縁の地盤１１が不同沈下し、樋
管３５の下側にゆるみ領域１２が生じたとする。すると
、樋管があたかも第９図の向って左の方へ水平移動した
ような挙動を示していることが考えられる。この結果、
樋管と堤体上との相対運動によって、堤体土山に新たに
剪断面１３が生じ、樋管周辺にくさび状の移動領域Ｉ４
が発生する。なお、この剪断面１３の角度はランキンの
主動土庄から得られるθにほぼ等しい、すなわち、不同
沈下を生じると樋管３５の側面からのくさび土塊１４が
発生し、（さび上部の上截圧１５との合力によって主働
土圧が樋管側面に作用し、樋管周辺のゆるみ領域１２は
閉塞され、空洞は発生しないと考えられる。

以上の考察からも、樋管の側面の角度ｅＣを剪断角度β
以下の角度にすると、樋管底面部およびその周辺に空洞
が発生することは少ないと結論された。

これらの一連の実験から内部摩擦角φの材料について、
不同沈下に伴う堤体上の挙動を確認することができた。

実際の現場で用いる粘着力を有する堤体上についても今
回の実験結果をもとに樋管の構造設計をすることができ
る。

これらの実験では逆三角形の上面を平面として行ったが
、上面の形状をさらに検討することによって、樋管周面
に作用する主動上圧を高め、さらに空洞の閉塞効果を高
めることができると考えられる。

以上の実験結果を参考に実際の樋管断面を想定したもの
を第１０図に示した。

堤体２の材料の内部摩擦角φ＝２８°の場合、剪断面１
３のなす剪断角度θは φ θ＝４５”　　−−＝３１’ となる、樋管の地中側の頂角の半角θＣはθより小さく
すれば安全であるから、例えば３０’　とすると頂角α
は、 α＝２θｃ＝６０゜ このとき、樋管の高さをＨとすればＨは樋管の横幅Ｂに
等しい。θＣを２５°とすればＨは１．２Ｂ、θを２２
．５°とすればＨは１，３Ｂとなる。

〔実施例］ 第１図に本発明の実施例を示した。

第１図（ａ）は堤体２の内部に敷設された樋管の縦断面
図、第１図（ｂ）はその平面図、第１図（ｃ）は樋管の
横断面図である。堤体２は天端幅４ｍ、　ＦＡ管上の覆
り４．４７　ｍ、斜面勾配ｌ：１．８４で堤体２の材料
は粘性土でその内部摩擦角φは２８．７度である。

樋管１はプレストレストコンクリート管で逆：角形プロ
フィルをなし、上幅２６００ｍｍ、高さ２０００ｍｍ、
肉厚３００ｍｍ、−本の長さ２４００ｍｍである。地中
側の頂角ａは５７度となっている。このαは（９０°−
Φ）＝６１．３度より小さく、本発明の要件を満足して
いる。

容管の継目は可撓性弾性ゴムでシールされ、８本連結と
なっており、抗４本で支持され、矢板１０で土留されて
いる。

堤体２は河床３側は護岸ブロック積み５によって覆工さ
れ、樋管上の土かぶりは４ｍとなっている。樋管の河川
側端には水門９が設けられ、放水路８、河床ブロック７
に連なっている。

実施例の樋管は堤体の不同沈下が起ってもその下底に空
洞を生じることがないので、洪水時にも、堤体の漏水の
原因となることはない。

［発明の効果］ 本発明の樋管は地盤の不同沈下が起っても下底の空洞を
生じないので、堤体の漏水の原因となることはなく、従
来のボックスカルバートの欠点を改善した安全性が高（
堤体樋管として最も適したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の（ａ）縦断面図、（ｂ）平面
図、（ｃ）樋管の断面形状図、第２図は樋管模型実験の
諸元の説明図、第３図〜第８図は逆三角形プロフィルの
実験結果を示す説明図、第９図は本発明の原理説明図、
第１０図は本発明の樋管の設計諸元の説明図、第１１図
は実験装置の説明図、第１２図は各種形状の実験プロフ
ィル図、第１３図〜第１６図は各種形状の実験地層の変
形の説明図、第１７図、第１８図は従来のボックスカル
バートの空洞発生の説明図である。 ■・・・樋管　　　　　　２・・・堤体３・・・河床　
　　　　　４・・・抗 圧 代 願人 財団法人国土開発技術研究センター 建設省土木研究所七 ビー・ニス・コンクリート株式会社 理大　弁理士　小杉佳男 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第１２ 図 第１５ 図 第１６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　横断面のプロフィルが逆三角形をなし、その地中側
   の頂点のなす頂角αを地盤の土質に応じ、 α＝９０°−φ ただし、φ：周囲土質の内部摩擦角 としたことを特徴とする軟弱地盤上に築造する樋管。