土の基本的性質 (1) 組成図図 -1 組成図 V W =0 V v V w W w 体積 V W 重量 V s Ws () 計算方法 V: 空隙体積 Vs: 土粒子の体積 Vw: 水の体積 W: 空隙重量 =0 Ws: 土粒子の重量 Ww: 水の重量 Gs: 土粒子の比重 γs: 土粒子の単位体

Size: px

Start display at page:

Download "土の基本的性質 (1) 組成図図 -1 組成図 V W =0 V v V w W w 体積 V W 重量 V s Ws () 計算方法 V: 空隙体積 Vs: 土粒子の体積 Vw: 水の体積 W: 空隙重量 =0 Ws: 土粒子の重量 Ww: 水の重量 Gs: 土粒子の比重 γs: 土粒子の単位体"

たかとしすすむ
5 years ago
Views:

1 第章技術資料

2 土の基本的性質 (1) 組成図図 -1 組成図 V W =0 V v V w W w 体積 V W 重量 V s Ws () 計算方法 V: 空隙体積 Vs: 土粒子の体積 Vw: 水の体積 W: 空隙重量 =0 Ws: 土粒子の重量 Ww: 水の重量 Gs: 土粒子の比重 γs: 土粒子の単位体積重量 γw: 水の単位体積重量 1 間隙比 : 土粒子体積に対する空気水の体積比 Vv n γ w e = = = G s - 1 V s 100- n γ d 間隙率 : 全体積に対する土粒子以外の体積の割合 V v e n = 100 = 100 (%) V 1+ e 3 含水比 : 土粒子重量に対する水重量の割合 W w ω = 100 (%) W s 4 飽和度 : 空隙体積に占める水体積の割合 5 比重 : 土粒子 V w ω γ s S r = 100 (%) = = V v e γ w ω G s W s γ d G s = = ( 1 + e ) V s γ w γ w 6 湿潤重量 : W W s+ W w γ t = = V V 7 乾燥重量 : W s γ t γ w G s γ s γ d = = = = V 1+ ω / e 1+ e 8 飽和重量 : 空隙を完全に水で飽和した時の単位重量 G s + e γ st = γ w 1+ e 9 水中重量 : 水中に浸けた状態で浮力を受けた場合の単位重量 e γ sub = G s - 1 γ w 1+ e - 1

3 1. 土質定数の推定 (1) (1) N 値 63.5kg のハンマーを 75cm 落下させサンプラーを 30cm 打ち込むのに要した打撃回数を N 値といい地盤が非常に締まって堅いとき N=50 を限度としてそのときの貫入量を測定しますこの場合換算 N 値 =(50/ 貫入量 ) 30 として計算します ( 例 50/15 換算 N 値 =100) () 一軸圧縮強度 (qu) 表 -1 粘土のコンシステンシー N 値と一軸圧縮強 qu(n/mm ) との関係コンシステンシー非常に軟らかい軟らかい中位の硬い非常に堅い固結した N 以下 ~4 4~8 8~15 15~30 30 以上 qu 0.05 以下 0.05~ ~ ~0. 0.~ 以上 ( 土質工学会 : 土質調査法より ) (3) 粘着力 C =qu/ ( 道路橋示方書より ) qu= N /80(Terzghi-Peck の式 ) より C=0.0065N (N/mm ) (4) 内部摩擦角 φ= 15N+15 N 値表 - N 値と砂の相対密度内部摩擦角との関係内部摩擦角 φ 相対密度 (Reltive Density) Dr =(e mx -e)/(e mx -e min ) Peck による Meyerhof による 0~ 4 非常に緩い (Very Loose) 0.0~ 以上 30 以上 4~10 緩い (Loose) 0.~ ~30 30~35 10~30 中位の (Medium) 0.4~0.6 30~36 35~40 30~50 密な (Dense) 0.6~0.8 36~41 40~45 50 以上非常に密な (Very Dense) 0.8~ 以上 45 以上 ( 土質工学会 : 土質調査法より ) (5) 透水係数 1 ダルシ-の法則 dh Q = k A = k A i dl Q V = = k i A 土の種類と透水性 k: 透水係数 cm/sec Q: 面積 A の断面を流れる流量 V: 平均流速 ( 実流速 =V/n) i: 動水勾配 ( 無次元 ) 表 -3 土の種類と透水係数の関係粘土 5μm 75μm 45μm mm 4.75mm 19mm 75mm 300mm 細粗細中粗シルトコブルボルダー砂礫透水性大きい中位小さい非常に小さい実質上不透水きれいな砂および微細砂シルト砂シルト不透水性の土土の種類きれいな礫きれいな砂と礫の粘土の混合土層状粘土など風化を受けていない統一分類 (GW),(GP) 混合土 GW,SW (SM),(SC),(ML) 均質な粘土など SW,WP,GM 不透水性の土が草木風化で変化した (CH),(MH),(VH) 3 推定透水係数 Hzen の方法 k=c( t)d e C : 係数 (50~150) t : 水温 100d e (cm/sec) d e :10% 通過粒径 (cm) Creger の方法 k=0.359d.37 0 (cm/sec) D 0 :0% 通過粒径 (mm) -

4 . 土質定数の推定 () 表 -4 自然状態の土の性質特性自然含水比液性限界塑性限界湿潤密度真比重土質 % WL(%) WP(%) tf/m 3 自然間隙比砂 5~0.6~ ~.0 0.5~1.0 砂質土 0~40.5~.7 30~50 0~40 1.6~ ~.0 砂質シルト 30~60.5~.7 40~70 30~50 1.5~ ~.5 粘土シルト 50~100.5~.7 40~10 30~70 1.4~ ~3.0 ( 土質工学会 : 土質試験法より ) 表 -5 自然状態土の間隙率と間隙比および単位重量土の種類間隙率間隙比含水比単位重量 n(%) e W(%) γd(kn/m 3 ) γst(kn/m 3 ) 1 砂均等でゆるい砂均等で密な砂混合のゆるい砂混合の密な粘土 ( 氷成 ) 軟らかい粘土 ( 氷成 ) 硬い粘土 ( 有機質少 ) 軟らかい粘土 ( 有機質多 ) 軟らかいベントナイト軟らかい ( 推進工法講座基礎知識編より ) 表 -6 土質定数参考表盛土自然地盤単位体内部粘着力摘要積重量摩擦角種類状態 kn/m 3 ( 度 ) kn/m ( 統一分類 ) 礫および礫混じり砂締め固めたもの (GW) (GP) 砂締め固めたもの粒度の良いもの粒度の悪いもの (SW) (SP) 砂質土締め固めたもの以下 (SM) (SC) 粘性土締め固めたもの以下 (ML) (CL) (MH) (CH) 関東ローム締め固めたもの以下 (VH) 礫密実なものまたは粒度の良いもの密実でないものまたは粒度の悪いもの (GW) (GP) 礫混じり砂密実なもの密実でないもの (GW) (GP) 砂密実なものまたは粒度の良いもの密実でないものまたは粒度の悪いもの (SW) (SP) 砂質土密実なもの以下密実でないもの (SM) (SC) 固いもの ( 指で強く押し多少へこむ ) 以下粘性土やや軟らかいもの ( 指の中程度の力で貫入 ) 以下 (ML) (CL) 軟らかいもの ( 指が容易に貫入 ) 以下固いもの ( 指で強く押し多少へこむ以下粘土および (CH) (MH) やや軟らかいもの ( 指の中程度の力で貫入 ) 以下シルト (ML) 軟らかいもの ( 指が容易に貫入 ) 以下関東ローム 14 5(φu) 30 以下 (VH) - 3

5 3. Jeffery の極座標系による沈下計算 (1) 極座標系による理論式 P h 0 U =- ( 1+ ) R ν ( 1- ) E 0 ν - ( 1- ν ) c osθ 1 h 0 - ( 1- ν ) R 1 + ( 1- ν ) c osθ c osθ 1 c osθ + h - - h + R 0 R 0 1 R x P h0 V =- ( 1+ ν) R ( 1- ) - ( 1- ) E 0 ν ν sinθ 1 h0 + ( 1- ν) + ( 1- ν) R1 sinθ sinθ 1 sinθ + h - - h + R 0 R 0 1 R x ここで = h 0- R 0 R 1= ( x - ) + y R = ( x +) + y y θ =t n - 1 y 1 θ =t n - 1 x - x + x U: 沈下量 (cm) R1 ν: ポアソン比 θ1 P: 有効応力 P= γt h 0 +q q: 上載荷重 (kn/m ) R0 通常 q=10.0 y E: 地山の弾性係数 (kn/m ) h 0 : 掘進機中心位置 (m) X h 0 =H+r r: 掘進機半径 (m) 図 - 極座標参考図 H: 土被り (m) h0 (0,0) θ R Y () 土質定数土質定数により解が変わるためここでは FEM 解析で一般的に使用される土質定数を用います土質 N 値表 -7 FEM 解析に使用している土質定数変形係数 (kn/m ) ポアソン比単位体積重量 (kn/m ) 粘着力 (kn/m ) 内部摩擦角 ( 度 ) 埋土 ~4 3, シルト ~3, 砂質シルト粘土細砂 4 5, , , ~1 10, , , ~ , ~ , , , 中砂 50 50, , 礫 50 50, ( トンネル標準示方書 [ 開削工法偏 ] 土木学会 ) - 4

6 4. リマノフによる弾性沈下量 Jeffery による極座標系沈下解析を Limnov が均質な物質に応用し一般に採用されています (1) 最大沈下量計算掘削断面直上において最大沈下量とな U = 1 - P E 0 4 R h mx ν 0 0 h - R る ν : ポアソン比 P : 有効応力 P= γt h+q q : 上載荷重 (kn/m ) 通常 q=10.0 E : 地山の弾性係数 (kn/m ) h : 掘進機中心位置 (m) h=h+r 0 r 0 : 掘進機半径 (m) H : 土被り (m) () 沈下曲線最大沈下量より Aversin の確率曲線を基礎として中心より x での沈下量を求めます沈下曲線の円錐体の直径の半分がであるなら次式となります最大沈下量をもとにした沈下曲線 x: 掘進機中心よりの離れ (m) : 掘進機中心よりの緩み範囲 (m) x U = U mx 1-4 e 4 x b>1.5 ~.0 沖積粘土層の場合 x 良好な地山の場合 Umx Ux h H R π φ + 4 ( )R 図 -3 沈下曲線参考図 (3) 考察 1 現実大きめの値となることが多く理論的に倍程度大きな値が得られる可能性があるわかりやすいトンネル工学土木工学社 / 福島啓一 U m x はトンネルのまわりに埋め戻しされなかった緩んだ面積からも計算されうるトンネル工学 - 理論設計施工 ( 鹿島出版会 ) 以上のように過大な値となり易くしかも刃口推進のような余堀による応力開放を前提としていると考えられます本工法は切羽及びテールボイドの管理方法において基本的に応力解放をおこさない工法であることから適用は不適と考えられます - 5

7 5. 緩み土圧 (1 ) 均一地盤層における緩み土圧の基本式 Te rzg hi の緩み土圧は q = σv = B1(γ- C/B1) Ko tnφ (1- e -ko tnφ H/B1 -ko tnφ H/B1 )+Po e B1 = Ro cot π/4+φ/ ただし内部摩擦角 φ= 0 の場合は解が不定となって適用できないため φ =0 の場合緩み土圧の計算に下記の式を用いますまた N 値 < 以下の軟弱な粘性土地盤等では粘着力は考慮しません q = σv = (γ-c/b1) H+Po ここに q : 管にかかる等分布付荷重 (kn/ m ) Σv:Terzghi の緩み土圧 (kn/ m ) ko: 水平土圧と鉛直土圧との比 ( 通常 ko=1 としてよい ) φ : 土の内部摩擦角度 ( 度 ) po: 上載荷重の影響 (=10kN/ m ) γ : 土の単位体積重量 (kn/m³) c : 土の粘着力 (kn/m ) Ro: 掘削半径 (m) Ro=(Be+0.1)/ Bc: 管外径 (m) H γ,c,φ B1 σv Ro π/4-φ/ π/4+φ/ 図 -4 均一地盤層における緩み土圧 - 6

8 ( ) 多層地盤層における緩み土圧の基本式 (GL-10 m を超える埋設位の場合 ) 土の単位体積重量 γ 粘着力 c 内部摩擦角度 φ がそれぞれ異なる多層地盤の場合は下記の式により緩み土圧を算出します q = σ v1 = σ v = σ vi = σ vn = B1(γ 1 - C 1 /B1) Ko tnφ 1 B1(γ - C /B1) Ko tnφ B1(γ i - C i /B1) Ko tnφ i B1(γ n - C n /B1) Ko tnφ n (1- e -ko tnφ1 H1/B1 -ko tnφ1 H1/B1 )+Po e (1- e -ko tnφ H/B1 -ko tnφ H/B1 )+σ v1 e (1- e -ko tnφi Hi/B1 -ko tnφi Hi/ )+σ vi-1 e (1- e -ko tnφn Hn/B1 -ko tnφn Hn/ )+σ vn-1 e B1 = B1 = Ro cot π/4+φ/ B1 H H1 σv1 σv γ1, C 1, φ1 γ, C, φ Hi σvi γv, Cv, φv Hn σvn γn, Cn, φn Ro π/4+φ/ 図 -5 多層地盤における緩み土圧 - 7

9 6. 鉛直方向の管の耐荷力 Mr qr= 0.75 r (1) 管の外圧強さ呼び径 D qr: 鉛直方向の管の耐荷力 (kn/m ) Mr: 外圧強さより求まる管の抵抗モーメント (kn mm) r : 管厚中心半径 (m) 表 -8 管の外圧強さはひび割れ加重による (kn/m) ひび割れ荷重破壊荷重 1 種種 1 種種 φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ ひび割れ荷重とは管に幅 0.05mm のひび割れを生じたときの荷重を有効長で除した値破壊荷重とは試験機が示す最大荷重を有効長で除した値 () 外圧強さより求まる管の抵抗モーメントひび割れ荷重により管値に生じる最大曲げモーメントと管の自重により生じるモーメントの和 Mr= 0.318P r+0.39w r P : 外圧強さ (kn/m) W : 管の重量 (kn/m) (3) 鉛直等分布荷重によって管に生じる曲げモーメント 10 度の自由支承を考慮すると ( 下図支承条件による係数参照 ) M =0.75q r q : 等分布荷重 (kn/m ) r : 管厚中心半径 (m) (4) 等分布荷重によって生じるひび割れの安全率等分布荷重によって生じるひび割れの安全率 (f) は管の抵抗モーメント (Mr) と管に生じるモーメント (M) の比または管の耐荷力 (qr) と等分布荷重 (q) との比でも求められます f= M Mr = q qr 1. (5) 支承条件による係数図 -6 支障角度と係数砂基礎コンクリ - ト基礎設計支承角 k の値

10 7. 推進方向の管の耐荷力 (1) 管の許容耐荷力 (kn): F = 1000 σm Ae σm: コンクリートの許容平均圧縮応力度 σc=50 N/mm σm=13.0 N/mm σc=70 N/mm σm=17.5 N/mm 1/4 強度 σc=90 N/mm σm=.5 N/mm 1/4 強度 Ae: 管の有効断面積 () コンクリートの許容圧縮応力度 σc = σc/ kn σc: コンクリートの許容圧縮応力度 (N/mm ) σc : コンクリートの圧縮強度 (N/mm ) f : 安全率 (=) (3) コンクリートの圧縮応力と圧縮歪みの関係 σ=( ε ε ε 3 ) σ : コンクリートの圧縮応力度 (N/mm ) ε : コンクリートの圧縮歪み (4) 管体に生じる応力 εmx =1.87 εmen εmx : 管の断面に生じる最大歪み εmen: 管の断面に生じる歪みの平均値 (5) コンクリ - トの許容平均圧縮応力度 σc=50n/mm の場合 σc=n/mm を使用します σc を式に代入し ε = これを εmx として εmen= 式に代入し σm=130n/mm となります (6) 管の有効断面積 Ae: 管の有効断面積 = π (B -D )/4 B : 管の外径 -ゴム溝深さ =D1- S D : 管内径 (7) 管の許容耐荷力呼び径 D D1-3 (mm) r (m) 表 -9 許容耐荷力 Ae (m ) W (kn/m) F (kn) 50N/mm 70N/mm 90N/mm φ ,96 3,091 3,974 φ ,986 4,00 5,169 φ ,767 5,070 6,519 φ ,374 5,888 7,570 φ ,309 7,147 9,189 φ ,39 8,399 10,799 φ ,939 10,688 13,741 φ ,451 1,7 16,357 φ ,09 14,93 19,198 φ ,64 18,364 3,611 φ ,455,151 8,479 備考 : 表中 Ae は {(D 1-3) -D }π/4 で求めた有効断面積 W は中央断面で求めた重量で W=π(D+T)T.45 で計算しました F の計算に用いた許容平均圧縮応力度 σm は σc=50n/mm 以上については 13N/mm σc=70n/mm 以上については 17.5N/mm σc=90n/mm 以上については.5N/mm としました - 9

11 8. BC 点における許容軸方向推進力曲線部 BC 点では背面からの抵抗力は管の継手部に集中することになりますそのときの地盤反力は管外径の 90 に分布すると仮定されまた管端部にかかる偏圧の分布形状を三角としその分布範囲長を L とすると BC 点での推進力 F BC と分布荷重 R g の関係は 1 F BC sin α= R g= L r q となり曲線推進における推進管の安全率 γ(=1.5) を考慮した許容推進力 F は次式にて求められます F = L r q 1.5 sin α ここに F BC :BC 点における推進力 (kn) F : 曲線部の許容推進力 (kn) R g : 許容地盤反力 (kn) r : 管厚中心半径 (m) : 管 1 本当りの折れ角 ( )α = sin L ( R- D/) R : 曲線半径 (m) D : 管外径 (m) L : 地盤反力に対する影響範囲長 (m) = L/ η L : 管の有効長 (m) η : 推進管の影響範囲係数 ( 1.0)( 分布範囲 90 の場合 ) - 1 η= R t R L R t R L 呼び径 ( mm ) 表 -10 影響範囲係数 η 値管長 L(m) 呼び径管長 L(m) ( mm ) φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ R t : 管厚比 =t /D i R L : 管長比 =L/D i D i : 推進管の内径 (m) t : 推進管の管厚 (m) r : 管厚中心半径 (m) q : 管の許容等分布側圧 (kn/m ) =M /(0.39r ) (90 分布と仮定 ) M : 管の抵抗曲げモーメント (kn-m) =0.318P r +0.39W r P : 外圧試験荷重 (kn/m) W : 管の自重 (kn/m) 供用等分布荷重を q に代入し算出した推力 F が許容推力となります推進線形中の曲線区間において最も推進抵抗力の大きくなる BC 点 ( 曲線半径及び位置により異なります ) の抵抗力を算出した F: 許容推進力と比較することで必要推進管外圧強度を確認します - 10 ( 社 ) 日本下水道協会 - 下水道推進工法の指針と解説より

12 表種管許容等分布側圧 q 呼び径管厚管厚半径自重外圧強度抵抗 M 等分布側圧 D i ( mm ) t( mm ) r(m) w(kn/m) P (kn/m) (kn mm) q (kn/ m ) φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ 表 -1 種管許容等分布側圧 q 呼び径管厚管厚半径自重外圧強度抵抗 M 等分布側圧 D i ( mm ) t( mm ) r(m) w(kn/m) P (kn/m) (kn mm) q (kn/ m ) φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ ( 社 ) 日本下水道協会 - 下水道推進工法の指針と解説より - 11

13 9. カ - ブ部地盤反力 (1) BC 点に作用する側圧の算定推進管が曲線部を通過するときに必要となるのは地盤反力です曲線部における管の張出力は図 -7 に示すように管に働く側方荷重 (F BC Sinα)= 地盤に必要な反力と考えられますが軸方向の分布範囲は推進管の形状により変化するため影響範囲係数を考慮し地盤に必要な反力 =P BC を推進管張出力としますこの管の許容等分布側圧 :P BC と同等以上の地盤反力が曲線部地盤に見込めない場合は曲線部側面に地盤改良が必要と考えられます r PBC PBC L/η FBC FBC sinα L 図 -7 BC 点における水平分力と側方荷重の模式図 BC 点における許容軸方向推力許容推進力の計算式より管の横方向の張出力を求めると 1 F BC sin α F BC sin α = L r p p = BC より BC L r となりますここに P BC : 管の外方向張出力 (kn) F BC :BC 点における推進力 (kn) α : 管 1 本当りの折れ角 ( ) L : 地盤反力に対する影響範囲長 (m) =L/η L : 推進管の有効長 (m/ 本 ) η : 推進管の影響範囲係数 ( 1.0)( 分布範囲 90 の場合 ) η= rt-0.579rl rt RL+.033 r: 分布範囲 r : 管厚中心半径 (m) () 地山強度の計算地盤反力は管芯での平均受働土圧強度の計算を行います P=(γ H+γ' H') tn (45+φ/)+ C tn(45+φ/) γ : 単位体積重量 H : 土被り φ : 内部摩擦角度 C : 粘着力注 1) 地山反力として支圧壁の計算を流用するのが見られますが計算値は幅 1m 当たりの kn/m として地山強度高さとなっている点が誤りです注 ) また支圧壁と異なり管に作用する地下水圧は相殺されることから土圧計算には水中重量を使用しなければならないと考えらます (3) 地盤改良の有無の判定管の外方向張出力 :P BC と地山強度の計算で求めた地盤反力 :P を比較し管の外方向張出力 P BC > 曲線部側面の地盤反力 :P 地盤改良の必要有り管の外方向張出力 P BC < 曲線部側面の地盤反力 :P 地盤改良の必要無しと判断しております - 1

14 10. 曲線部推進力計算の考え方 (1) ベルト伝動装置やバンドブレーキの理論を応用した従来の方法と互換性があるうえ計算が簡単で応用が利く新しい推力計算の方法が提案されました本工法では推力計算のみでなく管の外圧強度やカーブ防護工の検討まで理論展開しています 000 年版下水道推進工法の指針と解説にも R/L>0 程度以上であれば円弧と見なして差し支えなく有効であるとして採用されました B C F f E C F1 F+dF fbrd θ μfbrd θ d θ/ F πd. τrd θ d θ B Rd θ f 図 -8 側方反力参考図 () 接線方向の力の釣り合い (F+dF)cos(dθ/) - F cos(dθ/) = μ f B R dθ + π D o τ R dθ dθ 0 ならば cos(dθ/) 1 なので整理すると df=μ f B R dθ + π D o τ R dθ df=μ f B R dθ + ρ R dθ (1) μ: 管と地山の摩擦係数 τ : 管と土の剪断強さ (kn/m ) B: 管の地山と接触する幅 (m) f : 地盤反力 (kn/m ) D o : 管外径 (m) ρ : 外周面抵抗力 (kn/m)=π D o τ (3) 法線方向の力の釣り合い (F+dF)sin(dθ/)+F sin(dθ/)= f B R dθ dθ 0 ならば sin(dθ/) (dθ/) なので整理すると F dθ+df (dθ/)= f B R dθ df dθ/ は微少であるから無視して両辺を dθ で除せば F=f B R () (4) 推進力の計算 () を (1) に代入して整理すると df=(f + ρ R/μ)μ dθ より df/(f + ρ R/μ) = μ dθ カ - ブ区間は角度 0~θ それに対応する推力は F 1 ~F なので積分すると (log F+ ρ R/μ ) F =μ θ F 1 (F + ρ R/μ)/(F 1 + ρ R/μ)= e μ θ F =(F 1 + ρ R/μ)e μ θ - ρ R/μ F = F 1 e μ θ +(e μ θ -1) ρ CL/μ θ (R=CL/θより) F = F 1 e μθ + λ ρ CL (3) - 13

15 11. 推力の算定泥濃式推進工法の推力計算は ( 社 ) 日本下水道協会に参考式 ( Ⅰ ) として紹介されています本工法では参考式 ( Ⅰ ) の周面抵抗値計算式を基に過去の施工実績より経験的に得られた管外周抵抗値を利用して推進力を算定していますまた曲線部推進力の計算式は ( 社 ) 日本下水道協会発行の下水道推進工法の指針と解説 P119 に記載されている ( 式 -9) を参考としています (1 ) 直線部推力 F = F o + ( R S ) L F : 推力 ( kn) F o : 前面抵抗力 ( kn) F o= ( P e+ P w) ( B c/ ) π P e : 貫入抵抗 = 4 N 値 ( kn/m ) 最小貫入抵抗値として計算用 N 値は最小値を 0 とします P w : 掘削室泥水圧 ( 地下水圧 + 0 kn/m ) B c : 推進管外径 ( m ) R : 周面抵抗値 ( kn) 下記表より求めます S : 管外周長 ( m ) L : 推進延長 ( m ) 表 -13 種別通常方式周面抵抗値 R の計算式推力低減装置 TYPE Ⅱ TYPE Ⅰ 粘土シルト透水係数 10-4 以下の砂砂礫土透水係数 10-3 以上の砂砂礫土 (G/100) (G/100) (G/100) (G/100) (G/100) (G/100) G : 礫率 ( % ) () 曲線部推力 F = F 1 e μ θ + ( f R/ μ ) ( e μ θ - 1) = F 1 e μ θ + λ f C L F : 曲線後端にかかる力 F 1 : 曲線部に前方よりかかる力 e μ θ : 前面抵抗の曲線後端での割り増し率 e : 自然対数の底 e =.7188 ( 少数点以下 7 桁目以降は省略 ) μ : 管と地山の摩擦係数 ( 下記表 1-7 より ) θ : 曲率中心に対する曲線区間の角度 ( IA = CL/R ) ( rd) f : 管 1m あたりの推進抵抗 ( kn/m) R : 曲率半径 ( m) λ = (e μ θ - 1)/ μ θ : 曲線抵抗と直線抵抗の比率 C L : 曲線長 ( =R θ ) 表 -14 管と地山の摩擦係数 μ 推力低減装置種別通常方式 TYPE Ⅱ TYPE Ⅰ 粘土シルト透水係数 10-4 以下の砂砂礫土透水係数 10-3 以上の砂砂礫土

16 (3 ) 推力計算例施工条件管径 : 800 mm推進延長 : 160.0m 土質名称 : シルト層平均 N 値 : 0 程度土被り : 平均 5.0m 地下水位 : GL-1.00m 到達発進図 -9 概略平面図先端抵抗力 Fo = (Pe + Pw) (Bs/ ) π = ( ) (0.960 / )^ π = F o : 先端抵抗力 ( ただし Fo 0) (kn) Pe : 切羽単位面積当たり推力 Pe = 4 0 = 80 (kn/m ) Pw : 掘削室内泥水圧力 Pw = 10.0 ( / ) = 64.8 (kn/m ) γ w: 水の単位体積重量 γ w = 10.0 (kn/m 3 ) h' : 水頭差 h' = 4.00 (m) Bc : 管外径 (m) Bc = 0.96 (m) Bs : 掘進機外径 (m) Bs = 0.96 (m) m 当り抵抗力 f = R S = = (kn) R : 周面抵抗力表 1-6 より通常シルト層より R = 1.0 (kn/m ) S : 管の外周長 S = Bc π = 0.96 π = (m) Bc: 管外径 Bc = 0.96 (m) 直線 1 推力 Ft1 = Fo + f L1 = = (kn) 曲線 1 推力 Fc1 =F t1 e (μ θ ) + λ f C L1 = e( ) = (kn) λ 1 = {e (μ θ ) -1} / μ θ = 1.0 e (μ θ ) = e =.7188 θ = C L1 / R 1 = / = 0.15 μ : 摩擦係数 μ = 0.3 直線推力 Ft = Fc1+ f L = = (kn) よって総推進力は ( kn) - 15

17 1. 合成曲線の計算 (1) 合成曲線について平面カーブと縦断カーブが混在する混合カーブ平面カーブと縦断カーブが同時施工となる合成カーブでの施工も可能です掘進機の操作にあたっては平面カーブを形成するため左右のジャッキのストローク量に差を付けます右に曲がりたいときは左のジャッキを伸ばします縦断カーブを形成するためには上下のジャッキのストローク量に差を付けます上に曲がりたいときは下のジャッキを伸ばします 45 度方向に 4 点配置されたジャッキのストロークが 4 つとも異なるため制御が難しいと考えられていますまた平面カーブと縦断カーブの合成により目地開口方向が斜めになりますがクッション材は目地開口方向と直角の位置に配置する必要がありますこのようなことから推進工法における合成曲線の設計施工例は少なく合成カーブについての理論的な検討は文献に見あたりません合成カーブは平面と縦断のカーブを同時に形成する 3 次元曲線のため施工困難と考えられていました本工法では合成カーブは平面カーブと縦断カーブで構成されており互いに分解合成出来ると考えていますまた曲線数が少ない場合は塑性変形を利用したクッション材を全周に用いることで比較的容易に施工が出来ることになりました () 合成曲線の計算方法最大開口差 δ 鉛直開口差 δ sinθ b d c 鉛直開口差 c θ 合成開口量 θ 水平開口差 δ cosθ b 水平開口差 d 図 -10 鉛直及び水平開口差参考図 1 水平鉛直開口差と合成開口量 δ 0 = δ cos 0 θ + δ sin 0 θ = δ H + δ V より δ 0 = δ H + δ V 合成開口量 D 0 L = = R - D / δ D L 0 R - D / H 0 D 0 L + R - D / V 0 水平開口差 D 0 L = R - D / δ H H 0 = cos θ = b - δ 0 鉛直開口差 D 0 L = R - D / δ V V 0 = si n θ = d - c δ 0 合成曲率半径 R - D / = 0 0 D L 0 R - D / H 0 D L 0 D 0 L + R - D / V 0 = ( R - D / ) ( R - D / ) H 0 V 0 ( R - D /) +( R - D / ) H 0 V 0 D 0/ を省略して簡略化すると R = 0 R R H V R +R H V 3 合成開口方向の傾斜角 - 1 δ H - 1 θ = cos = si n δ 0 δ V δ 0-16

18 13. 推進管の選定 (1) 曲線施工法推進工法では推進管の継手部分にクッション材を使用することで曲線推進を可能としていますカーブ用クッション材は管渠の曲線形成を容易にし管端部の点接触を避けるため推進管の破損を防ぐ役割を果たします当工法では図 -11 に示すようにクッション材を推進管断面積の半分に貼付曲線推進時に屈曲が容易になるように接合部両側に空隙を作りますまたクッション材を使用することで角度を幾らでもつけられる訳ではなく地震動により区別されている震災レベル 1 地区とレベル地区に適した推進管の最大抜出量及び許容抜出量の角度までとなっています本工法ではクッション材を推力伝達位置に設置して曲線推進を施工します縦断曲線時上下に隙間を作る平面曲線時左右に隙間を作る Do S4 S 開口差 S1 外側開口量内側開口量 5mm 以上クッション材 t d 左右 90 貼り付上下 90 貼り付け図 -11 クッション材貼付位置 d Do( 推進管中心付近 ) を仮点とするとクッション材の厚みは開口差 S の半分に内側開口量を足した厚みとなることがわかる図 -1 目地開口量参考図 () 目地開口量と許容抜出し長表 -15 継手性能レベル1 許容抜出し長レベル許容抜出し長 JA 30 mm 60 mm JB 40 mm 80 mm JC 60 mm 10 mm 1 レベルにおける照査数値は最大抜出し長及び最大曲げ角度を使用します最大抜出し長とは止水ゴム輪が抜け出さない最大長さを言います 3 最大曲げ角度とは最大抜出し長を角度にて表したものであるか管が屈曲可能な最大曲げ角度を言います 4 レベル 1 における照査数値はレベル照査数値の 1/ としますこの数値は許容抜出し長及び許容曲げ角度と呼ばれるもので曲線施工における目地開きと地震動における抜出しがレベル 1 照査数値を上回らないようにします目地開口差 L Do 外側目地開口差 = R-Do ここに L : 推進管長 (m) Do: 推進管外径 (m) R : 曲線半径 (m) (3) 曲線半径と必要推進管長曲線半径に対する必要な推進管長は下記式より求められます必要推進管長 (m)= {( 曲線半径 :R(m)- 管外径 :Do(m) ) 許容抜出長 (m)} 推進管外径 :Do(m) しかしながら曲線の位置や推進延長によっては受圧面積確保のため推進管長を短く選定する場合もあります - 17

19 14. 推進工法用推進管 (1) ヒュ - ム管等 1 下水道推進工法用鉄筋コンクリート管 (JSWAS A--1999) 日本下水道協会規格表 -16 継手性能と取扱協会 (1) 継手性能管の名称規格番号登録者 JA E 形管 JSW AS A JA HJP KHK S- 1 全国 Wジョイント管協会 JB Wジョイント管 JWJP AS J- 全国 Wジョイント管協会 JB NS 推進管 JHP AS- 5 全国ヒューム管協会 JC Wジョイント管 JWJP AS J- N 全国 Wジョイント管協会下水道推進工法用ガラス繊維鉄筋コンクリート管 (JSWAS A-8-00) 日本下水道協会規格表 -17 継手性能と取扱協会 () 継手性能管の名称規格番号登録者 GJA E 形管 JSW AS A GJA HJP KHK S- 1 近畿ヒューム管工業協同組合 GJC SS ジョイント管 JSLPAS S-1 日本スーパーラインパイプ工業会 GJC Wジョイント管 JWJP AS J- N 全国 Wジョイント管協会 GJC NS 推進管 JHP AS- 5 全国ヒューム管協会 3 下水道推進工法用レジンコンクリート管 (JSWAS K-1-001) 日本下水道協会規格表 -18 継手性能と取扱協会 (3) 継手性能管の名称規格番号登録者 RJC レシンコンクリート推進管 JSW AS K 日本レジン製品協会 () その他の管 1 下水道用鋼コンクリート合成管 ( 栗本コンクリート工業 MAX 推進管 ) 1/3 管 (800 mm ) 1/4 管 (600 mm ) 1/5 管 (500 mm ) 1/6 管 (400 mm ) の鋼合成管であり超急曲線 ( 多曲線 ) 大深度高水圧 ( 内水圧 ) 耐震設計へ対応しています外圧強度は JSWAS A- 規格の推進管に比べ 3 倍 (3 種 ) 4 倍 (4 種 ) 5 倍 (5 種 ) の外圧強度を有しています対応口径 :φ800 mm ~φ3000 mm標準管半管があります合成鋼管 (CPC ライニング鋼管 ) 日本工業用水規格比較的薄肉の鋼管に膨張性コンクリートを遠心力でライニングした複合管です 3 鋼複合鉄筋コンクリート製埋込カラー形 Wジョイント推進管 (JWJPAS 全国 Wジョイント管協会 J ) 上記またはそれ以外の推進管については協会までお問い合わせください - 18

20 15. 中大口径推進管の規格下水道推進工法用鉄筋コンクリート管 JSWAS A (1) 管の種類と継手性能表 -19 管の種類種類種類注 1 形状外圧強度圧縮強度継手性能記号 50 X51 1 種標準管 70 X71 種 50 X5 JA JB JC S - - XS 中押管 1 種 50 XT51 T 種 50 XT5 呼び径範囲 800~ ~3000 注 1) 記号の X は継手性能区分 JA JB JC のいずれかを示し JA51 は継手性能 JA 51 は管体コンクリート圧縮強度が 50N/mm 以上で外圧強度が 1 種を示します注 ) 抜出長は曲線推進の際に管の外側の目地開きとして設計上で用いることの出来る数値であり最大抜け出し量の 1/ となっています表 -0 継手性能継手区分水圧 (MP) 抜出長 ( mm ) JA JB JC () 水密試験について継手区分 JA JB JC 表 -1 継手型式試験の種類と条件試験の種類試験水圧 (MP) 抜出長 (mm) 水平水密曲げ水密 45 複合水密水平水密曲げ水密 60 複合水密水平水密曲げ水密 90 複合水密複合水密試験は曲線推進において管の片側が継手性能の寸法だけ抜け出している状態からレベル地震動によって更に抜け出した場合においても止水性を保ち管路の流下機能が確保できることを確認する試験となっています地盤の永久ひずみを 1.5% とした場合の抜出量を管の有効長ひずみとして計算します標準管では =37mm となりますよって JA:30+37=67mm JB:40+37=77mm JC:60+37=97mm (3) 登録管表 - 登録された管継手登録管の管の名称規格番号性能番号略号 JSW AS JA JA1 E 形管 E A 登録者 JA JA HJP HJP KHK S- 1 全国 W ジョイント管協会 JB JB1 W ジョイント管 EW JWJP AS J- 全国 W ジョイント管協会 JB JC1 NS 推進管 NS JHP AS- 5 全国ヒューム管協会 JC JC W ジョイント管 ENW JWJP AS J- N 全国 W ジョイント管協会 JSW AS JC JC レシンコンクリート管 RT,R M 日本レジン製品協会 K 管材の割付は工事費にも影響することから慎重に検討する必要があります - 19

21 下水道推進工法用ガラス繊維鉄筋コンクリート管 JSWAS A-8-00 下水道推進工法用ガラス繊維鉄筋コンクリート管は水セメント比 (W/C)4~9% 程度のドライコンクリートを用いることで管体強度 70N/ mm を保障し高強度混和材を添加することで管体強度 90N/ mm を保障しています (1) 管の種類と継手性能表 -3 管の種類種類形状外圧強度圧縮強度継手性能 1 種 70 標準管中押管種類注 1 記号 X71 90 X91 70 X7 種 90 X9 70 X73 3 種 90 X93 GJA S - - XS GJC 70 XT 71 1 種 90 XT 91 呼び径範囲 800~3000 T 種 70 XT ~ XT 9 3 種 70 XT XT 93 注 1) 記号のXは継手性能区分 GJA GJC のいずれかを示します継手区分耐水性 (MP) 表 -4 継手性能抜出長 (mm) 管の名称 GJA E 型管 HJP GJC SS ショイント管 W ショイント管 N 形 NS 推進管 () 内圧性能について中大口径における雨水貯留管や農業用水パイプラインなど管体に内圧が発生する条件に対し有効な機能を有しています 1 高強度で均質なコンクリート構造を確保しています耐アルカリ性及び耐酸性ガラス繊維が全断面に有効に働く構造となっています 3 引張り強度の大きいガラス繊維を使用しています表 -5 内圧性能管種別内圧性能 1 種 P ( K) 種 4P (4 K) 3 種 6P (6 K) - 0

第 4 章技術資料

第 4 章技術資料 1. 高濃度泥水配合配合表 ( 参考 ) 標準配合 (1m 3 当り ) 材料粉末粘土増粘材目詰材水送泥率土質 (%) 普通土 ( 粘性土砂質土 ) 10 1.5 8.0 94.6 50~100 砂礫土 ( 礫率 30% 未満 ) 40 1.8 10.0 891.6 50 砂礫土 ( 礫率 30~40% 未満 ) 300.4 1.0 864.8 50.0~53. 未満

土の基本的性質 (1) 組成図 図 -1 組成図 V W =0 V v V w W w 体積 V W 重量 V s Ws () 計算方法 V: 空隙体積 Vs: 土粒子の体積 Vw: 水の体積 W: 空隙重量 =0 Ws: 土粒子の重量 Ww: 水の重量 Gs: 土粒子の比重 γs: 土粒子の単位体

土の基本的性質 (1) 組成図図 -1 組成図 V W =0 V v V w W w 体積 V W 重量 V s Ws () 計算方法 V: 空隙体積 Vs: 土粒子の体積 Vw: 水の体積 W: 空隙重量 =0 Ws: 土粒子の重量 Ww: 水の重量 Gs: 土粒子の比重 γs: 土粒子の単位体