擁壁基礎の改良地盤の設計例

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こおがはまもり
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1 擁壁基礎のセメント改良地盤の設計例目次 (1) 基本方針 1. 本計算書の説明 2 2. 道路盛土構造諸元 2 3. 設計方針 2 4. 設計の目的 2 (2) 概要 1. 設計チャート図 5 2. 設計目標性能 - 要求性能 5 3. 擁壁の設計方法 6 4. 擁壁安定計算の説明 7 5. 地盤支持力の計算 7 6. 静的 FEM 解析の説明 7 (3) 地盤 ( 材料 ) 定数 1. 地盤 ( 材料 ) 定数 8 2. 各解析で使用する要素定数の整理 8 (4) 作用荷重 1. 設計外力作用荷重の組み合わせ 14 (5) 改良地盤 1. 概要説明設計強度配合設計 15 (6) 擁壁の安定計算 1. 擁壁タイプ計算結果 17 (7) 地盤支持力の計算 1. 地盤支持力の計算 32 (8)FEM 解析結果 1. 解析フロー図使用プログラム 34 3.FEM 解析条件 34 4.FEMモデル化の説明解析結果の使用目的結果図 ( 常時 ) 擁壁つま先下端の変位 ( 沈下 ) 量を抽出結果図 ( 大地震時 ) 38 9 擁壁と地盤を含む全体安全率 41 10, 静的 FEM 解析の妥当性評価 41 (9) 結果の整理結果の整理 42 * 浅層処理工法で改良地盤を造成した ( 株 ) ブルドジオテクノ 1

2 (1) 基本方針 1, 本解析は宅地造成に伴って設置される L 型擁壁の基礎地盤をセメント混合により浅層処理工法にて施工される改良地盤の設計を行う断面図 2, 道路盛土及び BOX 構造諸元工事場所福岡県内擁壁 L 型擁壁直接基礎 ( 改良処理 ) 全高さ H=7.0m 改良地盤浅層処理 ( セメント + 現場発生土混合による ) 構造図断面図 PAGE=3 現場説明図 PAGE=4 3, 設計方針 ( 参考文献 ) 建築基準法同施行令宅地防災マニュアル ( 平成 19 年 ) 建築物のための改良地盤の設計及び品質管理規準 ( 日本建築センター ) セメント系固化材による地盤改良マニュアル ( セメント協会 ) 4, 設計の目的荷重状態想定する荷重設計の目的常時常時作用する荷重安全性を検討する地震時 1 回 ~ 数回遭遇する地震荷重安全性を検討する 2

4 4 改良地盤現場説明図駐車場駐車場 L 型擁壁盛土 ( 砂質土 ) γs=17.0(kn/m3) φ=30.00( ) C=0.00(kN/m2) 改良地盤シルト質砂 γs=17.0(kn/m3) φ=31.873( ) C=0.00(kN/m2) 砂質シルト γs=17.0(kn/m3) φ=5.000( ) C= (kN/m2) 風化花崗岩 ( 基盤 ) 1/ M

5 (2) 概要 1, 設計チャート図本設計は改良地盤の設計を行う設計条件の設定荷重条件地盤材料定数など設計外力の算定擁壁の安定計算底面作用力の算定改良地盤の検討直接基礎支持力の計算地盤支持力の算定変形すべりに対する検討結果の整理 END 2, 設計目標性能 - 要求性能法第 20 条令第 81 条令第 83 条 1. 各指針により算出される荷重外力に対して技術的基準に適合すること ( 安全な構造であること ) 2. 作用力の計算 3. 各部分の耐力及び変形性能を越えないこと 4. 次の荷重外力を採用する固定荷重積載荷重積雪荷重風圧力地震力他実状に応じて外力を採用検討内容 1. 部材の安全各限界状態に至らない ( 限界状態法により計算 ) 耐久性使用性安全性耐震性 2. 基礎の安全常時の安全率転倒 e B/6 :e 偏心距離滑動 Fs 1.5 ( 支持力 Fs 3.0 地盤支持力算定の場合 ) 地震時の安全率転倒 e B/2 ( 大地震 ):e 偏心距離滑動 Fs 1.0( 大地震 ) ( 支持力 Fs 1.0 地盤支持力算定の場合 ) 3. 荷重の組合せ常時地震時 4. 地盤を含む全体安定常時 Fs 1.5 地震時 Fs 1.0 地盤支持力の安定条件常時大地震時地盤反力度長期地盤支持力地盤反力度短期地盤支持力 ( 要求性能 :n=1) 5

6 3, 擁壁の設計方法擁壁の安定計算土圧式 : 試行くさび法擁壁の安定検討地盤支持力算定及び照査に必要な底面作用力を算定する基本方針 : 宅地防災マニュアル改良地盤の検討浅層改良工法セメント+ 現場発生土混合による改良工法使用セメントは六価クロム対策仕様混合方法は現場でのバックホウ混合地盤支持力の計算以下の算定式により地盤支持力を算定する建築基準 ( 告示 1113 号 ) 式基本方針 : 宅地防災マニュアル静的 FEM 解析地盤の変形性能を数値解析で推定擁壁 + 地盤を含む全体安定 ( すべり破壊 ) の検討せん断強度低減法によりすべり安全率を算定する 6

7 4, 擁壁安定計算の説明形状外力安定検討常時 + 大地震時結果の整理 5, 地盤支持力の計算地盤定数設計外力 ( 荷重勾配沈下 ) 支持力検討常時 + 大地震時沈下量すべり算定静的 FEM 解析結果の整理 6, 静的 FEM 解析の説明形状外力変位量すべり安全率の計算 7

8 (3) 地盤 ( 材料 ) 定数 1, 地盤 ( 材料 ) 定数地盤 ( 材料 ) の区分土質 ( 地盤 ) 定数の整理 ( 全応力 ) 基礎地盤の強度定数の推定 (N 値より ) 地盤種別 ( 建築物の構造関係技術基準解説書 2007) による場合 L 型擁壁部分の材料定数 PAGE=9 PAGE=10 PAGE=11 PAGE=12 PAGE=13 2, 各解析で使用する要素定数の整理解析種別解析の目的構成モデル地盤定数理論計算土圧地盤支持力 C φ PAGE=10 静的解析変形解析 MC( モールクーロン ) PAGE=10 8

9 地盤改良定数地盤 ( 材料 ) の区分番号土質 ( 構成 ) 名 1 L 型擁壁 Con 2 改良地盤 3 盛土 4 シルト質砂 5 砂質シルト 6 風化花崗岩区分 RC 浅層改良砂質土砂質土層粘土層軟岩調査又は試験指針値設計値設計値 N 値推定 N 値推定基盤 γs γs' RC: 鉄筋コンクリートの略 γs: 湿潤単位体積重量 (kn/m3) γs': 飽和単位体積重量 (kn/m3) 9

10 地盤改良定数土質 ( 地盤 ) 定数の整理 ( 全応力 ) 番号土質 ( 構成 ) 名 2 改良地盤 3 盛土 4 シルト質砂 5 砂質シルト C(kN/m2) φ( ) E(kN/m2) 風化花崗岩 C: 粘着力 (kn/m2) φ: 内部摩擦角 ( ) E: 弾性定数 (2800*N) ν: ポアソン比改良土のE: 地盤改良マニュアルP73 式 (c=(6~10)n 杭基礎設計便覧 P59の式で c=6.25nの変形 ) qu: 一軸圧縮強度 (kn/m2) qu(fc) 820 E=2800 qu 8/100 ν モデル弾性 MC/DP MC MC 5. 砂質シルトは土質試験結果による定数を使用 10

11 地盤改良定数基礎地盤の強度定数の推定 (N 値より ) 道路橋示方書式ボーリング番号 :No.1 番号土層名 4 シルト質砂 5 砂質シルト γt γt 層厚 (m) 平均 N N C φ γt: 土の単位体積重量 (kn/m3)( 地下水位上 ) γt : 土の単位体積重量 (kn/m3)( 地下水位下 ) C: 粘着力 (kn/m2) 170N N1= φ: 内部摩擦角 ( ) σ'v+70 推定式 : 道路橋示方書 Ⅳ 下部構造編 P564 N1: 有効上載圧 100kN/m2 相当に換算したN 値 (σ'v<50の場合は σ'v=50とする ) σ'v: 有効上載圧 (kn/m2) φ の推定式 :(N>5) は示方書 P564 (N 5) は N 値と C φ の活用法 ( 地盤工学会 ) P129 φ=4.8logn1+21 (N>5) φ=15+ 20N (N 5) * log は自然対数 (P564)(=ln) C の推定式 :qu=0.4+n/20(kgf/cm2) N 値と C φ の活用法 ( 地盤工学会 ) P131 C=qu/2 土質力学の基礎 ( 技報堂出版 ) P116 C=qu/2 杭基礎設計便覧 ( 日本道路協会 ) 平成 19 P59 11

12 地盤種別 ( 建築物の構造関係技術基準解説書 2007) 層番号層名層種別層厚平均 N 値平均せん断弾性波速度 Hi/Vsi Hi(m) Vsi(m/s) (sec) 4 シルト質砂砂質土砂質シルト粘性土合計 T G = 4 Σ(Hi/Vsi) = (sec) よって耐震設計上の地盤種別は Ⅰ 種地盤となる地盤周期 :Tg(sec) 道路橋示方書 Ⅴ 耐震設計編 P25( 式 4.5.1) 地盤の応答解析( 吉田望 ) P7~8 地盤種別 : 建築物の構造関係技術基準解説書 2007:P269 Ⅰ 種地盤 : 良好な洪積地盤及び岩盤硬質砂れき層など Tg 0.2 Ⅱ 種地盤 :Ⅰ 種 Ⅲ 種にも属さない洪積地盤及び沖積地盤 0.2<Tg 0.75 Ⅲ 種地盤 : 沖積地盤のうち軟弱地盤 0.75<Tg 解説 : 道路橋示方書 Ⅴ 耐震設計編 P26 耐震設計上の地盤面 : 十部堅固な地盤 (Vsi 300m/s) 算定式 : 道路橋示方書 Ⅴ 耐震設計編 P25 粘性土層 Vsi=100Ni 1/3 1 Ni 25 砂質土層 Vsi=80Ni 1/3 1 Ni 50 12

13 地盤改良定数 L 型擁壁部分の材料定数コンクリートの許容応力度条件長期短期種別 Fc 圧縮せん断圧縮せん断 (N/mm2) 令 91 及びH12 建告 Fc せん断 Fc 21 = 30 Fc Fc>21 = 短期は長期の 2 倍圧縮 = Fc 3 短期は長期の 2 倍コンクリートの許容付着応力度条件長期短期種別 Fc その他の鉄筋その他の鉄筋 (N/mm2) 令 91 及びH12 建告 Fc 22.5 Fc 長期 ( その他の鉄筋 )= 10 短期は長期の2.0 倍 Fc Fc>22.5 長期 ( その他の鉄筋 )= 短期は長期の 2.0 倍コンクリートの材料強度種別 Fc 圧縮せん断 (N/mm2) 令 97 コンクリートのヤング係数 ( 建築式 ) コンクリートの引張り強度 (Con 示 P34, 4.2) 種別 Fc σbt 引張 (N/mm2) (N/mm2) (kn/m2) 鉄筋コンクリート工学( 技報堂 ) P12 鉄筋コンクリート構造計算基準同解説 P38 Fc γ ヤング係数 E (N/mm2) (kn/m3) (N/mm2) (kn/m2) (kn/mm2) (kn/cm2) 計算値 σbt=0.23 Fc 2/3 ポアソン比 0.2 気乾単位体積重量 γ: 表 6 の数値 -1 E=3.35x10 4 x γ 24 2x Fc

14 (4) 作用荷重 1, 設計外力 1 固定荷重名称 ( 固定荷重 ) 鉄筋コンクリート単位体積重量 24.0(kN/m3) 2 積載荷重積載荷重常時地震時 10.0(kN/m2) 3 擁壁安定検討時に考慮する土圧主働土圧受働土圧試行くさび法クーロン法 4 設計用地震荷重宅地造成マニュアルP175による値設計水平震度 kh 地域別補正係数 cz 2: 地盤別補正係数水平震度標準値 kho ( 福岡県 ) 0.8(Ⅰ 種 ) 0.20( 中地震 ) ( 大地震 ) kh=cz* 2* 3*kho ( 3: 用途別補正係数 ( 通常 =1.0)) 2, 荷重の組み合わせ設計条件荷重条件考慮する荷重水位考慮常時平常時固定荷重 + 常時土圧 + 積載荷重なし ( 基盤面下 ) 地震時大地震時固定荷重 + 大地震時土圧 + 積載荷重なし ( 基盤面下 ) 14

15 (5) 改良地盤 1, 概要説明改良工の概要構造諸元構造改良処理土 ( 現場発生土使用 ) 処理材セメント系固化剤 ( 六価クロム対策品 ): ジオセット 200( 太平洋セメント ) 混合場所現場混合工法バックホウによる混合 ( 注 1) * 注 1: 工法 ( 地盤改良マニュアル第 3 版 P76 参照 ) 2, 設計強度設計強度 ( 安定に必要な強度 ) Fc 820kN/m2 3, 配合設計改良地盤の設計及び品質管理指針 ( 日本建築センター ) 第 3 版 P243 より配合 ( 添加量 ) を算定する添加量 ( 注 1) 基準添加量 ( 下図 ) d1 強さ比 ( 下表 ) (1-m V) 128kg/m3 128kg 0.5 =(1-1.3*0.45)=0.415 * 改良目標強度 = 基準値 Fc/d1 強さ比 /(1-m V)= 820/0.5/0.415=3951(kN/m2) * 定数 m: 現場の採取コアの一軸圧縮試験結果から設定 * 定数 V: 当面の設定値を採用 * 含水比 : 現場での標準的な値とする (W=20% とした ) * 添加量 = 目標強度の場合の添加量下図より (kg/m3) * 配合試験 : 施工管理時に行う * 環境 ( 六価クロム溶出 ) 試験 : 施工管理時に行う * 注 1: 残土 1m3 に対して添加する改良材の量 * 基準添加量 ( 下図を参考に決定 ) 15

16 出典 : 太平洋セメント資料 *d1: 強さ比 ( 現場 / 室内 )( 下図を参考に決定 ) 出典 : 地盤改良マニュアル第 3 版 P47 16

17 (6) 擁壁の安定計算 1. 擁壁タイプ種類擁壁高さ ( 全高 ) 底版幅基礎形式設置箇所検討内容逆 T 型直接基礎宅地常時大地震 2. 計算結果使用プログラム : 擁壁の設計 ( フォーラムエイト ) 結果概要 PAGE=19~31 断面計算は省略する 1 安定計算の結果 17

18 2 底面反力度の計算結果 18

19 目次 1 章設計条件一般事項形式形状寸法躯体形状寸法背面土砂形状寸法使用材料載荷荷重その他荷重土砂土圧基礎の条件許容せん断抵抗算出用データ鉛直支持力算出用データ安定計算の許容値及び部材の許容応力度安定計算の許容値部材の許容応力度 22 2 章安定計算水位を考慮しないブロックデータ躯体自重, 土砂重量, その他荷重, 浮力 ( 揚圧力 ) による鉛直力水平力地表面の載荷荷重, 雪荷重土圧水圧作用力の集計安定計算結果転倒に対する安定滑動に対する安定地盤反力度の計算 31 19

20 1: 章設計条件 1.1 一般事項データ名 :204TKAKUBOU).f8r 1.2 形式 L 型 -B( 直接基礎 ) 1.3 形状寸法躯体形状寸法 [ 単位 :mm] 奥行方向幅 ( ブロック長 ) B = 背面土砂形状寸法 1000(mm) 1.4 使用材料コンクリート竪壁 ( 鉄筋コンクリート ):σck = 24 (N/mm 2 ) 底版 ( 鉄筋コンクリート ):σck = 24 (N/mm 2 ) 鉄筋種類 : SD345 内部摩擦角背面土砂 : ( 度 ) 20

21 単位体積重量 (kn/m 3 ) 躯体鉄筋コンクリート水浮力算出用土砂湿潤重量飽和重量背面前面設計水平震度 Kh = 載荷荷重荷状重態載荷位置 (m) 載荷幅 (m) 荷重強度 (kn/m 2 ) 始端側終端側有効な検討安定竪壁底版平常時 1 1 地震時その他荷重水平方向集中荷重荷状重態荷名重称載荷位置 (m) 荷重強度 (kn/m) 安定有効な検討竪壁前趾後趾平常時地震時土砂背面土砂形状 1.8 土圧擁壁天端と地表面始点のレベル差 (m) 土圧の作用面の壁面摩擦角 ( 度 ) 荷状重態安定計算時主働土圧断面計算時切土受働土圧常時 2 地震時土圧を考慮しない下面からの高さ (m) 安定計算時の土圧の仮想背面はかかと端( かかとから鉛直に伸ばした線 ) 安定計算時の土圧作用面が鉛直面となす角度 ( 度 ) 竪壁設計時の土圧作用面が鉛直面となす角度 ( 度 ) 粘着力(kN/m 2 ) 荷状重態すべり面用粘着高さ用常時地震時 21

22 1.9 基礎の条件許容せん断抵抗算出用データ照査に用いる底版幅基礎底面と地盤との間の付着力 CB (kn/m 2 ) 基礎底面と地盤との間の摩擦係数 μ 鉛直支持力算出用データ地盤の粘着力 c (kn/m 2 ) 全幅地盤のせん断抵抗角 φ ( 度 ) 荷重状態 ( 水位 ) 根入れ深さ (m) Df 単位体積重量 (kn/m 3 ) γ1 γ2 平常時地震時ここに D f : 基礎の有効根入れ深さ (m) γ 1: 支持地盤の単位体積重量 (kn/m 3 ) γ 2: 根入れ地盤の単位体積重量 (kn/m 3 ) 1.10 安定計算の許容値及び部材の許容応力度安定計算の許容値荷状重態許容偏心量 eb / B (m) 転倒安全率滑動安全率最大地盤反力度 (kn/m 2 ) 平常時 1/ 地震時 1/ 部材の許容応力度 (1) 鉄筋コンクリート部材 1) 竪壁 ( 一般部材 ) (N/mm 2 ) 荷状重態コンクリートの圧縮応力度 σca 鉄筋の引張応力度 σsa τa1 せん断応力度 τa2 平常時地震時 ) 底版 ( 一般部材 ) (N/mm 2 ) 荷状重態コンクリートの圧縮応力度 σca 鉄筋の引張応力度 σsa τa1 せん断応力度 τa2 平常時地震時ここに τ a1 τ a2 : コンクリ - トのみでせん断力を負担する場合のせん断応力度 : 斜引張鉄筋と協同して負担する場合のせん断応力度 22

23 2 章安定計算 2.1 水位を考慮しないブロックデータ (1) 躯体自重 1) ブロック割り ) 自重重心区分計算式幅高さ奥行体積 Vi(m 3 ) Xi 重心位置 (m) Yi Vi Xi Vi Yi 備考 / Σ 重心位置 XG = Σ(Vi Xi)/ΣVi = 8.204/ = (m) YG = Σ(Vi Yi)/ΣVi = / = (m) (2) 背面土砂 1) ブロック割り 1 2 2) 体積重心区分計算式幅高さ奥行体積 Vi(m 3 ) Xi 重心位置 (m) Yi Vi Xi Vi Yi 備考 1 2 1/ Σ 重心位置 XG = Σ(Vi Xi)/ΣVi = / = (m) YG = Σ(Vi Yi)/ΣVi = / = (m) 23

24 2.2 躯体自重, 土砂重量, その他荷重, 浮力 ( 揚圧力 ) による鉛直力水平力 (1) 躯体自重による作用力 [1] 平常時位置鉛直力 W = γ V 作用位置 X (m) 躯体 = [2] 地震時位置鉛直力 W = γ V 作用位置 X (m) 躯体 = 位置水平力 H = W kh 作用位置 Y (m) 躯体 = (2) その他荷重による作用力 [1] 平常時水平力番号荷重名称水平荷重 Hi 作用位置 Yi (m) Hi Yi 1 Σ [2] 地震時 YG = Σ(Hi Yi)/ΣHi = / = (m) 水平力番号荷重名称水平荷重 Hi 作用位置 Yi (m) Hi Yi 1 Σ YG = Σ(Hi Yi)/ΣHi = / = (m) (3) 土砂重量, 浮力 [1] 平常時 1) 土砂重量による作用力水位位置による分割全体積重心位置水位より下の体積重心位置位置体積 V(m 3 ) X 重心位置 (m) Y 体積 Vl(m 3 ) Xl 重心位置 (m) Yl 土砂 ( 背面 ) 水位より上の体積重心位置位置体積 Vu(m 3 ) Xu 重心位置 (m) Yu 土砂 ( 背面 )

25 水位より上の体積 Vu = V-Vl 水位より上の重心位置 Xu = (V X-Vl Xl)/Vu Yu = (V Y-Vl Yl)/Vu 土砂による作用力位置水位より上の重量 Wu = Vu ( 土の湿潤重量 ) 水位より下の重量 Wl = Vl ( 土の飽和重量 ) 土砂 ( 背面 ) = = 位置重量 W Wu + Wl 作用位置 X (Wu Xu+Wl Xl)/W (m) 土砂 ( 背面 ) [2] 地震時 1) 土砂重量による作用力水位位置による分割全体積重心位置水位より下の体積重心位置位置体積 V(m 3 ) X 重心位置 (m) Y 体積 Vl(m 3 ) Xl 重心位置 (m) Yl 土砂 ( 背面 ) 水位より上の体積重心位置位置体積 Vu(m 3 ) Xu 重心位置 (m) Yu 土砂 ( 背面 ) 水位より上の体積 Vu = V-Vl 水位より上の重心位置 Xu = (V X-Vl Xl)/Vu Yu = (V Y-Vl Yl)/Vu 土砂による作用力位置水位より上の重量 Wu = Vu ( 土の湿潤重量 ) 水位より下の重量 Wl = Vl ( 土の飽和重量 ) 土砂 ( 背面 ) = = 位置重量 W Wu + Wl 作用位置 X (Wu Xu+Wl Xl)/W (m) 水平力 H W kh 作用位置 Y (Wu Yu+Wl Yl)/W (m) 土砂 ( 背面 ) =

26 (4) 自重集計 [1] 平常時重量 Ni 水平力 Hi Xi 作用位置 (m) Yi モーメント (kn.m) Ni Xi Hi Yi 躯体背面土砂合計 [2] 地震時重量 Ni 水平力 Hi Xi 作用位置 (m) Yi モーメント (kn.m) Ni Xi Hi Yi 躯体背面土砂合計地表面の載荷荷重, 雪荷重鉛直力 N = 1 2 (q1+q2) L ここに q L X : 載荷荷重強度 : 載荷荷重長さ : つま先位置から合力作用点までの距離荷重状態 q1 (kn/m 2 ) q2 (kn/m 2 ) L (m) 鉛直力 N 作用位置 X (m) 平常時地震時土圧水圧 [1] 平常時土圧は試行くさび法により求める仮想背面の位置 ( つま先からの距離 ) xp = m yp = m 仮想背面の高さ H = m 仮想背面が鉛直面となす角度 α = 背面土砂の単位体積重量 γs = kn/m 3 背面土砂の内部摩擦角 φ = 壁面摩擦角 δ = β = すべり角の変化範囲 ωi = ~ すべり角 (ω) に対する土砂重量 (W), 土圧力 (P) 水位 hw = m すべり角 ω( ) 土砂重量 W 水位以上水位以下上載荷重合計土圧力 P

27 土圧力が最大となるのは ω = のとき P = kn である土圧力 W sin(ω-φ) P = cos(ω-φ-α-δ) sin( ) = cos( ) = kn このときの土圧力の水平成分鉛直成分作用位置は次のようになる水平成分 Ph = P cos(α+δ) = cos( + ) = kn 鉛直成分 Pv = P sin(α+δ) = sin( + ) = kn 作用位置 Ho = H 3 = = m 3 x = xp-ho tanα = tan = m y = yp+ho = = m 土圧図 [2] 地震時土圧は地震時慣性力を考慮した試行くさび法により求める仮想背面の位置 ( つま先からの距離 ) xp = m yp = m 仮想背面の高さ H = m 仮想背面が鉛直面となす角度 α = 背面土砂の単位体積重量 γs = kn/m 3 背面土砂の内部摩擦角 φ = 3 地表面が水平面となす角度 β = 地震時合成角 θ = tan -1 kh = tan =

28 壁面摩擦角 sinφ sin(θ+δ-β) δ = tan -1 1-sinφ cos(θ+δ-β) sin30.00 sin( ) = tan -1 1-sin30.00 cos( ) = sin(β+θ) -1 Δ = sin sinφ sin( ) -1 = sin sin30.00 = すべり角の変化範囲 ωi = ~ すべり角 (ω) に対する土砂重量 (W), 土圧力 (P) 水位 hw = m すべり角 ω( ) 土砂重量 W 水位以上水位以下上載荷重合計土圧力 P 土圧力が最大となるのは ω = のとき P = kn である土圧力 W/cosθ sin(ω-φ+θ) P = cos(ω-φ-α-δ) = /cos9.090 sin( ) cos( ) = kn このときの土圧力の水平成分鉛直成分作用位置は次のようになる水平成分 Ph = P cos(α+δ) = cos( ) = kn 鉛直成分 Pv = P sin(α+δ) = sin( ) = kn 作用位置 Ho = H 3 = = m 3 x = xp-ho tanα = tan = m y = yp+ho = = m 土圧図

29 2.5 作用力の集計 (1) フーチング前面での作用力の集計 [1] 平常時項目鉛直力 Ni 水平力 Hi アーム長 Xi (m) Yi (m) 回転モーメント (kn.m) Mxi= Ni Xi Myi= Hi Yi 自重載荷雪土圧その他荷重合計 [2] 地震時項目鉛直力 Ni 水平力 Hi アーム長 Xi (m) Yi (m) 回転モーメント (kn.m) Mxi= Ni Xi Myi= Hi Yi 自重載荷雪土圧その他荷重合計荷重状態 ( 水位 ) No Ho Mo (kn.m) 平常時地震時 (2) フーチング中心での作用力の集計鉛直力 :N c = N o 水平力 :H c = H o 回転モーメント :M c = N o B j/2.0-m o (kn.m) ここにフーチング土圧方向幅 :B j = (m) 単位幅当り荷重状態 ( 水位 ) Nc Hc Mc (kn.m) 平常時地震時全幅 (1.000m) 当り荷重状態 ( 水位 ) Nc Hc Mc (kn.m) 平常時地震時

30 2.6 安定計算結果転倒に対する安定 (1) 合力作用点及び偏心量の算出 d = ΣMr-ΣMt ΣV ここに d : 底版つま先から合力の作用点までの距離 (m) ΣMr: 底版つま先回りの抵抗モーメント (kn.m) ΣMt: 底版つま先回りの転倒モーメント (kn.m) ΣV : 底版下面における全鉛直荷重 e = B 2 -d ここに e : 合力の作用点の底版中央からの偏心距離 (m) B : 底版幅 (m), B = e a= B/n ここに e a: 許容偏心距離 (m) n : 安全率荷重状態 ( 水位 ) ΣMr (kn.m) ΣMt (kn.m) ΣV d (m) e (m) ea (m) 平常時地震時 (2) 安全率の算出 F = Mr Mo ここに Mr: 抵抗モーメント Mo: 回転モーメント荷重状態 ( 水位 ) Mr (kn.m) Mo (kn.m) F = Mr/Mo 安全率許容値平常時地震時滑動に対する安定 RV μ+cb B F s= R H ここに R V: 底版下面における全鉛直荷重 R H: 底版下面における全水平荷重 μ: 底版と支持地盤の間の摩擦係数, μ=0.600 C B : 底版と支持地盤の間の付着力 (kn/m 2 ), C B = B : 底版幅 (m), B = 荷重状態 ( 水位 ) 鉛直荷重 RV 水平荷重 RH 安全率 Fs 必要安全率 Fsa 平常時地震時

31 2.6.3 地盤反力度の計算 1) 合力作用点が底版中央の底版幅 1/3( ミドルサード ) の中にある場合 q1 = ΣV B ( 6e 1+ B ) q2 = ΣV B ( 6e 1- B ) 2) 合力作用点が底版中央の底版幅 2/3の中にある場合 2ΣV q 1 = 3 (B/2-e) ここに ΣV : 底版下面に作用する全鉛直荷重 B : 底版幅 (m), B = e : 偏心量 (m) [1] 平常時地盤反力の作用幅 (m) x 及び B 地盤反力の形状地盤反力度 (kn/m 2 ) qmin qmax 最大値台形 [2] 地震時地盤反力の作用幅 (m) x 及び B 地盤反力の形状三角形地盤反力度 (kn/m 2 ) qmin qmax 最大値

32 (7) 地盤支持力の計算 1. 地盤支持力の計算改良地盤の鉛直支持力の計算 PAGE=33 上層 ( 改良 ) 地盤及び下層地盤を考慮した地盤支持力を算定する 32

33 改良地盤の鉛直支持力建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針 ( 日本建築センター )P245 作用力条件常時大地震時 q(kn/m2) H V 基礎寸法底版幅 B 長さL 4.6 長方形 0 (m) 1 改良地盤の許容支持力荷重条件 Fc(kN/m2) Fs q(kn/m2) qa(kn/m2) 判定常時 OK 大地震時 OK qa: 改良地盤の許容支持力 Fs: 安全率 ( 常時 =3 中地震時 =2 大地震時 =1) 基本式 q qa = Fc Fs 2 下部地盤の許容支持力荷重条件 q(kn/m2) q'(kn/m2) qa(kn/m2) 判定常時 OK ic iq ir 大地震時 OK 判定 :q' paでok Df(m) H(m) B(m) L(m)(*L 用 ) θ( 施工角 )γ(kn/m3) φ( ) C(kN/m2) α c Nc β γ1 B' Nr γ2 D'f Nq 定数 ; 建築物のための改良地盤の設計及び品質管理指針 ( 日本建築センター )P247 qa: 下部地盤における地盤の許容支持力 Fs: 安全率 ( 常時 =3 中地震時 =2 大地震時 =1) γ: 改良土の単位体積重量 qa= Fs 1 ic α c Nc+ir β γ1 B' Nr+iq γ2 Df Nq-1 +iq γ2 Df q'= q B L B+2 H-Df tanθ L+2 H-Df tanθ +γ H-Df ic,iq : (1-θ/90)^2 iγ : (1-θ/φ)^2 θ : 基礎に作用する荷重の鉛直方向に対する傾斜角 (θがφを超える場合はφとする) φ : 地盤の特性によって求めた内部摩擦角 C : 基礎荷重面下にある地盤の粘着力 [kn/m2] γ1 : 基礎荷重面下にある地盤の単位体積重量 [kn/m3] 地下水位下にある場合は水中単位体積重量をとる γ2 : 基礎荷重面より上方にある地盤の平均単位体積重量 [kn/m3] 地下水位下にある部分については水中単位体積重量をとる α β: 形状係数 ( 告示 1113 号による ) 連続 Nc,Nγ,Nq: 支持力係数基礎底面より下方にある地盤の内部摩擦角 φの関数 ( 告示 1113 号による ) Df : 基礎の近接した最低地盤面から基礎底面までの深さ [m] 隣接地で掘削が行われる恐れのある場合はその影響を考慮する B : 基礎底面の最小幅 [m] 円形の場合は直径 θ 荷重傾斜角常時大地震 θ=tan -1 H V パンチング破壊の検討 ( 連続基礎 ) qmax 条件式判定 OK 地震時 C(kN/m2) D(m) 410 Fs qa(kn/m2) qmax 2 C D B Fs +qa C: 改良地盤のせん断強度 (=Fc/2) D: 改良厚さ qa: 下部地盤の許容支持力 33

34 (8)FEM 解析結果 1, 解析フロー図設計条件 ( モデル ) の設定二次元全応力法土質定数の算定推定試験より定数の設定設計外力の算定静的 FEM 解析変位安全率結果の整理 END 2, 使用プログラム静的 FEM 解析コード GeoFEAS( 群馬大学鵜飼研究所 / フォーラムエイト ) 解析結果との比較資料論文有限要素法による堤防の液状化時安全性評価法の提案 ( フォーラムエイト ) 静的弾塑性地盤解析に関するセミナー ( せん断強度低減法に関する資料 )( フォーラムエイト ) 参考文献 Potts, D., Axelsson, K., Grande, L., Schweiger, H. and Long M. : Guidelines for the use of advanced numerical analysis, Thomas Telford, 2002 鹿島建設土木設計本部編 : 新土木設計の要点 5, トンネル, 鹿島出版会,2003 田中忠治, 鵜飼恵三, 河邑眞, 阪上最一, 大津宏康 : 地盤の三次元弾塑性有限要素法, 丸善, Zienkiewicz, O.C., Chan, A.H.C., Pastor, M., Schrefler, B.A. and Shiomi, S.: Computational Geomechanics with Special Reference to Earthquake Engineering, JOHN WILEY & SONS, 後藤學 : 実践有限要素法, 大変形弾塑性解析, コロナ社,1995 O.C. ツェンキーヴィッツ, ロバート L. テイラー, 矢川元基訳 : マトリックスと有限要素法 [ 改訂新版 ], 科学技術出版, ,FEM 解析条件内容解析次元解析条件解析手法静的 FEMによる弾塑性変位の計算安全率の計算手法二次元平面ひずみ解析全応力法弾塑性変形解析せん断強度低減法 34

35 4,FEM モデル化の説明解析モデル : 奥行き 1m 当たりに換算し定数を算定する擁壁構築をステージ解析で解析する 1 擁壁築造前 ( 改良工は施工済み ) 応力は発生するが変位 =0 2 擁壁築造後 ( 擁壁のつま先部分の沈下量を抽出 ) 3 擁壁築造後 ( 大地震発生時のすべり安全率を計算 ) 構成部分擁壁改良部分地盤要素モデル弾性要素ソリッド要素 (MC) 35

36 5, 解析結果の使用目的解析種別変形解析安全率解析の目的擁壁設置の場合の沈下 ( 変形 ) 量の算定大地震時のすべり安全率の計算 6, 結果図 ( 常時 ) 番号解析モデル境界条件ファイル名荷重条件構成モデル 1 静的解析固定 ( 側面鉛直自由 ) 平常時 MC モデル図変形図 (X10 倍 ) 36

37 X 方向変位図 Y 方向変位図せん断応力図 37

38 せん断ひずみ図 7 擁壁つま先下端の変位 ( 沈下 ) 量を抽出ステージ Y 方向変位 ( 沈下量 ) 判定擁壁設置後 ( 常時 ) 0.005m OK( 許容値は別紙協議 ) 8, 結果図 ( 大地震時 ) 番号解析モデル境界条件ファイル名荷重条件構成モデル 1 静的解析固定 ( 側面鉛直自由 ) 大地震時 MC モデル図 38

39 変形図 (X10 倍 ) X 方向変位図 Y 方向変位図 39

40 せん断応力図せん断ひずみ図最大ひずみ増分 ( すべり安全率 ) Fs=

41 9 擁壁と地盤を含む全体安全率ステージ Fs 判定大地震時 (OK) 10, 静的 FEM 解析の妥当性評価 1. 解析実施前の妥当性確認 ( 解析実施前に入力データの確認事前解析記録などにより妥当性を確認する ) 省略する 41

42 (9) 結果の整理擁壁の安定計算土圧式 : 試行くさび法擁壁の安定検討地盤支持力算定及び照査に必要な底面作用力を算定する基本方針 : 宅地防災マニュアル参照 PAGE=17 42

43 改良地盤の検討浅層改良工法セメント+ 現場発生土混合による改良工法使用セメントは六価クロム対策仕様混合方法は現場でのバックホウ混合地盤支持力の計算以下の算定式により地盤支持力を算定する建築基準 ( 告示 1113 号 ) 式基本方針 : 宅地防災マニュアル参照 PAGE=33 43

44 静的 FEM 解析地盤の変形性能を数値解析で推定 7 擁壁つま先下端の変位 ( 沈下 ) 量を抽出ステージ Y 方向変位 ( 沈下量 ) 判定擁壁設置 0.005m OK( 許容値は別紙協議 ) 後参照 PAGE=38 擁壁 + 地盤を含む全体安定 ( すべり破壊 ) の検討せん断強度低減法によりすべり安全率を算定する 9 擁壁と地盤を含む全体安全率ステージ Fs 判定大地震時 (OK) 参照 PAGE=41 44

目次章設計条件適用基準形式形状寸法地盤条件使用材料土砂載荷荷重その他荷重浮力土圧水圧基礎の条件..

目次章設計条件適用基準形式形状寸法地盤条件使用材料土砂載荷荷重その他荷重浮力土圧水圧基礎の条件.. 3 鉄筋コンクリート造擁壁の構造計算例逆 T 型 ( 粘性土 ):H=5.0m タイプ 56 目次章設計条件... 59. 適用基準... 59. 形式... 59.3 形状寸法... 59.4 地盤条件... 59.5 使用材料... 60.6 土砂... 60.7 載荷荷重... 6.8 その他荷重... 6.9 浮力... 6.0 土圧... 6. 水圧... 63. 基礎の条件... 63..