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あきたけはやしもと
6 years ago
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1 多自然河川護岸自然環境に調和する擁壁工ブランチブロック工法設計マニュアル年度版 - 平成 30 年 4 月ブランチブロック工法協会

3 ***** 目次 ***** 1. 適用範囲 1 2. 適用基準 1 3. 設計条件 1 (1) 擁壁の形式 1 (2) 荷重 1 (3) 荷重の組合せ 1 (4) 許容応力度 1 (5) 土圧 2 (6) せん断抵抗角 ( 内部摩擦角 ) 3 (7) 壁面摩擦角 3 (8) 単位体積重量 3 (9) 基礎底面と地盤との間の摩擦係数と付着力 5 (10) 支持地盤の種類と許容支持力度 5 (11) 地震の影響 5 4. 設計計算 7 (1) 設計の考え方 7 (2) 設計フロー 8 (3) 外的安定に対する検討 ( 常時地震時 ) 9 (4) 内的安定に対する検討 ( 地震時 ) その他 12 (1) 擁壁天端の施工設計計算例 13 (1) 計算条件 13 (2) 外的安定検討に用いる荷重計算 15 (3) 外的安定照査 22 (4) 内的安定検討に用いる荷重計算 26 (5) 内的安定検討に用いる断面力の計算 27 (6) 内的安定照査 ( 応力度照査 ) 標準設計計算結果 30 (1) 背面が水平の場合 30 (2) 背面に1:1.0 の土羽がある場合 ( 土羽高 1.0m) 30 (3) 背面に1:1.0 の土羽がある場合 ( 土羽高 2.0m) 31

5 1. 適用範囲本設計マニュアルはコンクリート 2 次製品ブランチブロックを用いた擁壁の設計に適用する 2. 適用基準本設計基準は以下の指針に準じて設計を行うことを原則とする道路土工擁壁工指針平成 24 年 7 月 ( 社 ) 日本道路協会土木構造物標準設計第 2 巻擁壁類平成 12 年 9 月 ( 社 ) 全日本建設技術協会 3. 設計条件 (1) 擁壁の形式もたれ式擁壁 (2) 荷重設計に当たっては一般に次の荷重を考慮するものとする 1) 自重 2) 載荷重 3) 土圧 4) 地震の影響 (3) 荷重の組み合わせ 1 自重 + 載荷重 + 土圧 ( 常時 ) 2 自重 + 地震の影響 ( 地震時 ) ( 地震時慣性力 + 地震時土圧 ) (4) 許容応力度 1) コンクリート (N/mm 2 ) 応力度の種類コンクリートの設計基準強度圧縮応力度曲げ圧縮応力度軸圧縮応力度コンクリートのみでせん断力を負担する場合せん断応力度斜引張筋と共同して負担する場合押し抜きせん断応力度付着応力度異形棒鋼に対して注 1) ブランチブロック本体の設計基準強度 24 N/mm 2 を標準とする注 2) 天端コンクリートの設計基準強度 18 N/mm 2 を標準とする - 1 -

6 2) 鉄筋応力度部材の種類引張応力度荷重の組み合わせに衝突あるいは地震の影響を含まない場合注 ) ブランチブロック本体に使用する鉄筋は SD345 を標準とする SD295A SD295B (N/mm 2 ) 一般の部材厳しい環境下の部材鉄筋の重ね継手長あるいは定着長を算出する場合圧縮応力度鉄筋の種類荷重の組み合わせに衝突あるいは地震の影響を含む場合の許容応力度の基本値 SD ) 許容応力度の割り増し係数荷重の組み合わせ割り増し係数地震時の影響を考慮する場合 1.50 風荷重を考慮する場合 1.25 衝突荷重を考慮する場合 1.50 (5) 土圧ブランチブロックと石材中詰め材により一体化されたもたれ擁壁の背面に作用する土圧を試行くさび法により算定する ( 計算方法の詳細については道路土工擁壁工指針を参照 ) 右図の B H の平行四辺形を仮想もたれ擁壁とする - 2 -

7 (6) せん断抵抗角 ( 内部摩擦角 ) 裏込め土の種類せん断抵抗角粘着力注 2) φ ( ) C (kn/m 2 ) 礫質土注 1) 35 - 砂質土 30 - 粘性土 ( ただし WL<50%) 25 - 注 1) きれいな砂は礫質土の値を用いてもよい注 2) 土圧定数をこの表から推定する場合は粘着力 C を無視する (7) 壁背面摩擦角道路土工擁壁工指針に準拠して壁背面摩擦角 δを求める常時 δ=2/3φ 地震時 δ=1/2φ (8) 単位体積重量 1) 土の単位体積重量 (kn/m 3 ) 地盤土質緩いもの密なもの自然地盤砂および砂礫砂質土粘性土砂および砂礫盛土砂質土 19 粘性土 ( ただし WL<50%) 注 ) 地下水位以下にある土の単位体積重量はそれぞれ表中の値から 9 kn/m 3 を差し引いた値としてよい ) コンクリートの単位体積重量鉄筋コンクリート 24.5 (kn/m 3 ) 無筋コンクリート 23.0 (kn/m 3 ) 3) 水の単位体積重量水 9.8 (kn/m 3 ) 海水 10.3 (kn/m 3 ) - 3 -

8 4) 石材の単位体積重量石材による仮想もたれ擁壁部の間隙比 e は過去の施工実績や試験施工から 15~25% となる場合が多いことが確認されている設計計算において外的安定については単位体積重量を小さく評価したほうが安全側の設計となり内的安定については単位体積重量を大きく評価したほうが安全側の設計となる以上のことから仮想もたれ擁壁部石材の見かけの単位体積重量は外的安定計算時では e=0.25, 内的安定計算時では e=0.15 として次式により算出するものとする γ=10 n 1 1+e ( 小数点以下 1 桁に丸める ) ここに γ : 仮想もたれ擁壁部石材の見かけの単位体積重量 (kn/m 3 ) n : 石材の種類による比重 e : 仮想もたれ擁壁部石材の間隙比外的安定計算時間隙比 e=0.25 とし γ=10 n 内的安定計算時間隙比 e=0.15 とし γ=10 n ブランチブロック工法に適していると考えられる石材の比重 n の一例を下表に示す岩種花崗岩安山岩玄武岩比重 2.5~ ~ ~

9 (9) 基礎底面と地盤との間の摩擦係数と付着力せん断面の条件岩または礫とコンクリート土と基礎コンクリートの間に割り栗石または砕石を敷く場合支持地盤の種類摩擦係数 μ=tanφ B 付着力 C B 岩盤 0.7 考慮しない礫層 0.6 考慮しない砂質土 0.6 考慮しない粘性土 0.5 考慮しない (10) 支持地盤の種類と許容支持力度岩盤礫層砂質地盤支持地盤の種類許容支持力度備考 qa (kn/m 2 ) qu (kn/m 2 ) N 値亀裂の少ない均一な軟岩以上 - 亀裂の多い硬岩以上 - 軟岩土丹以上 - 密なもの密でないもの密なもの ~50 中位なもの ~30 粘性土地盤非常に堅いもの ~400 15~30 堅いもの ~200 10~15 注 ) 地震時は常時値の1.5 倍とする (11) 地震の影響 1) 設計水平震度地震の影響を考慮する場合の設計水平震度は次式により算出するものとする k h=c Z k h0 ここに k h : 設計水平震度 k h0 : 設計水平震度の標準値で下表による c Z : 地域別補正係数で道路土工要綱巻末資料資料 -1 地盤種別 Ⅰ 種 Ⅱ 種 Ⅲ 種レベル1 地震動レベル2 地震動注 ) 設計地震動のレベルについては道路土工擁壁工指針に準じる - 5 -

10 耐震設計上の地盤種別は原則として地盤の特性値 T G により区分し下表によるものとする地表面が基盤面と一致する場合は Ⅰ 種地盤とする地盤種別地盤の特性値 T G (sec) Ⅰ 種 T G < 0.2 Ⅱ 種 0.2 T G < 0.6 Ⅲ 種 0.6 T G 地盤の特性値 T G は次式により算出するものとする T G=4Σ Hi V si ここに T G : 地盤の特性値 (sec) H i :i 番目の地層の厚さ (m) V si :i 番目の地層の平均せん断弾性波速度 (m/sec) 粘性土の場合 V si = 100N i 1/3 砂質土の場合 V si = 80N i 1/3 (1 N i 25) (1 N i 50) N i : 標準貫入試験による i 番目の地層の平均 N 値 i : 当該地盤が地表面から基盤面まで n 層に区分されるときの地表面から i 番目の地層の番号 2) 地震時慣性力の求め方地震時慣性力は, 自重 ( 一体化する擁壁部全体の自重 )W に設計水平震度 k h を乗じたものとし擁壁全体断面の重心位置 G を通って水平方向に作用させる重量 :W =B H γ(kn) 作用高 :H G=1/2H (m) - 6 -

11 3) 地震時土圧の求め方地震時土圧の算定には試行くさび法において土くさびに水平方向の地震時慣性力を作用させる方法を用いるものとする ( 計算方法の詳細については道路土工擁壁工指針を参照 ) 4. 設計計算 (1) 設計の考え方本工法はブランチブロックにより石材の一体化を図り全体で擁壁 ( もたれ式擁壁 ) としての機能を発揮させ斜面の安定性を確保する工法であるまた別途技術資料に示すように常時においてはブランチブロックには増加応力が見られないことが確認されており石材だけで斜面の安定性を十分確保できることが確認されているしたがってブランチブロックに必要な機能は地震時においても安定的に石材の一体化を図ることであるすなわち地震力を受けた石材が擁壁全面側に抜け出すことを防止することがブランチブロックに要求される機能である以上のことから設計として求められることは常時地震時についての外的安定に対する照査地震時における石材の抜け出しを防止する内的安定に対する照査である 1) 外的安定についての検討 ( 常時地震時 ) 1 滑動に対する照査 2 転倒に対する照査 3 支持地盤の支持力に対する照査 2) 部材の応力度検討 ( 地震時 ) 1 ブランチブロック本体の応力度照査 3) 安定計算時の安全率荷重の組み合わせ転倒滑動地盤支持地震時の影響を考慮しない場合 B/ 許容支持力以内地震時の影響を考慮する場合 B/ 常時の1.5 倍 - 7 -

12 (2) ブランチブロックの設計は以下のようなフローに従って行う計算開始常時外的安定荷重計算 ( 常時土圧自重 ) 滑動転倒支持力に対する照査地震時外的安定荷重計算 ( 地震時土圧 ) 滑動転倒支持力に対する照査荷重計算 ( 地震時慣性力 ) 地震時内的安定断面力計算応力度照査計算終了 - 8 -

13 (3) 外的安定に対する検討 ( 常時地震時 ) 1) 滑動に対する安定 Fs = 滑動に対する抵抗力滑動力 = V μ+cb B H ΣV: 擁壁底面における全鉛直荷重 (kn/m) ΣH: 擁壁底面における全水平荷重 (kn/m) μ : 擁壁底面と支持地盤の間の摩擦係数 C B : 擁壁底面と支持地盤の間の付着力 (kn/m 2 ) B : 擁壁底面の幅 (m) 安全率 Fs は常時で1.5 地震時には1.2を下回ってはならない安全率の値が所定の安全率を満足できない場合は原則として擁壁を大きくする地形条件などの制約によりやむをえない場合は基礎の根入れを深くして前面土の受働土圧を考慮するなどの方法を考慮する 2) 転倒に対する検討合力の作用点は常時は底版中央の底版幅 1/3の範囲よりも後方になければならない ( ミドルサードより後方 ) e B/6 地震時は底版中央の底版幅 2/3の範囲よりも後方になければならない e B/3 もたれ擁壁であるため作用点の位置が上記範囲を外れている場合でも合力の作用点が底版中央の底面幅 1/3( 地震時の場合は 2/3) より後方にあれば擁壁が後方に転倒することはないと判断してよい 3) 地盤支持に対する検討道路土工擁壁工指針に準拠し荷重の合力の作用位置 dの範囲に応じた計算式により最大地盤反力度を計算し最大地盤反力度が許容支持力度以内であれば良い qmax qa - 9 -

14 (4) 内的安定に対する検討 ( 地震時 ) 1) 断面力の算定以下の手順で枝材付根部に発生する断面力を算定するブランチブロック 1 基当たりに作用する地震時慣性力を計算する p 0=k h γ B ここに p 0 : 単位面積当たりに作用する地震時慣性力 (kn/m 2 ) k h : 設計水平震度 γ : 仮想もたれ擁壁の見かけの単位体積重量 (kn/m 3 ) B : 仮想もたれ擁壁の奥行き幅 (m) P 0=p 0 a 1 a 2 ここに P 0 : ブランチブロック 1 基当たりに作用する地震時慣性力 (kn) a 1 : ブランチブロックの水平方向設置間隔 (1.0m を標準とする ) a 2 : ブランチブロックの鉛直方向設置間隔 (1.0m を標準とする ) 枝材 1 本当たりに作用する荷重を計算する P=P 0/3 ( 枝材 3 本が均等に荷重を負担するものとする ) ここに P : 枝材 1 本当たりに作用する地震時慣性力 (kn) 幹材に発生する軸力を計算する N=P 0 ここに N : 幹材に発生する軸力 (kn) 枝材付根部に発生する曲げモーメントせん断力を計算する M=P L/2 ( 部材中央に集中荷重が作用する片持ち梁の曲げモーメント ) S=P ( 部材中央に集中荷重が作用する片持ち梁のせん断力 ) ここに M : 枝材付根部に発生する曲げモーメント (kn m) S : 枝材付根部に発生するせん断力 (kn) L : 枝材の有効長 (m)

15 2) 応力度照査幹材についての応力度照査幹材について算出した軸力に対し鉄筋のみで抵抗 ( コンクリートの引張応力度は考慮しない ) するものとし次式により鉄筋の引張応力度 (σ s) を算定し許容応力度 (σ sa) に対して照査する σ s=n/σa s ここに A s : 幹材に配置する鉄筋の断面積 (mm 2 ) 枝材についての応力度照査算出した断面力を用い下図に示すように枝材断面 (6 角形 ) に内接する円形 RC 断面として応力度 (σ c,τ m,σ s) を算定し許容応力度 (σ ca,τ a,σ sa) に対して照査する半径 r 0=90mm 鉄筋位置 r 1=37mm の RC 円形断面 (4-D10) で応力度計算を行う枝材の断面配筋図応力度計算断面図

:50cm~150cm 程度 ) 3) 植生土のうを 1 段 (15cm) 積み

16 5. その他 (1) 擁壁天端の施工擁壁天端の施工方法については様々な仕上げ方法があり設置環境景観や安全性を考慮して採用するものとする 1) 前面部石材 (etc ミカゲ長石 : 割肌棒状コンクリート製品 ) をブランチブロック天端部に設置しその背面を割栗石 ( クラッシャーラン ) で埋戻して仕上げる 2) 天端コンクリート ( 無筋 ) を 10cm~15cm の厚さで打設して仕上げる ( 奥行き方向打設幅 :50cm~150cm 程度 ) 3) 植生土のうを 1 段 (15cm) 積み背面は土砂で埋戻して仕上げる 4) 天端まで自然石を積み上げるこの場合の奥行き幅は 100~150cm 程度とする

17 6. 設計計算例 (1) 計算条件 1) 形状寸法 2) 使用材料コンクリート設計基準強度 :σ ck=24(n/mm 2 ) 許容応力度 : 許容曲げ圧縮応力度 σ ca=8(n/mm 2 ) 許容せん断応力度 τ a =0.39(N/mm 2 ) 鉄筋鉄筋種別 :SD345 許容応力度 : 許容曲げ引張応力度 σ sa=160(n/mm 2 ) 裏込め土( 背面土 ) 砂質土 ( 密なもの ) 単位体積重量 :γ=19.0(kn/m 3 ) 内部摩擦角 :φ=30.0( ) 粘着力 :C= 0.0(kN/m 2 ) 壁面摩擦角 : 常時 δ=2/3φ =20.0( ) 地震時 δ=1/2φ =15.0( )

18 石積み石材花崗岩比重 :n=2.6 単位体積重量 : 外的安定計算時間隙比 e=0.25 γ= =20.8(kN/m 3 ) 内的安定計算時間隙比 e=0.15 γ= =22.6(kN/m 3 ) 3) 支持地盤土質区分 : 砂質土摩擦係数 :μ=0.6 許容支持力度 :qa=300(kn/m 2 ) 4) 地震の影響当該箇所の地盤種別 :Ⅰ 種地盤とする当該箇所の地域区分 :A 地域別補正係数 c Z=1.0 対象とする地震規模 : 中規模地震設計水平震度の基本値 :k h0 =0.12(Ⅰ 種地盤, 中規模地震対応 ) 設計水平震度 :k h = =

19 (2) 外的安定検討に用いる荷重計算 1) 躯体体積重心 [1] ブロック割り [2] 体積重心 2) 前面土砂体積重心 [1] ブロック割り

20 [2] 体積重心 3) 躯体自重による作用力 [1] 常時 [2] 地震時 4) 前面土砂による作用力 [1] 常時

21 5) 自重集計 [1] 常時 [2] 地震時 6) 土圧

22 [1] 常時

23 [2] 地震時

24 - 20 -

25 7) 躯体前面での作用力の集計 [1] 常時 [2] 地震時 8) 躯体中心での作用力の集計

26 (3) 外的安定照査 1) 滑動に対する照査 2) 転倒に対する照査

27 3) 支持力に対する照査

28 - 24 -

29 - 25 -

30 (4) 内的安定計算に用いる荷重計算 1) 地震時慣性力 p 0=k h γ B ここに p 0 : 単位面積当たりに作用する地震時慣性力 (kn/m 2 ) k h : 設計水平震度 k h=0.12 γ : もたれ擁壁の見かけの単位体積重量 (kn/m 3 ) γ =22.6(kN/m 3 ) B : もたれ擁壁の奥行き幅 (m) B =1.500(m) よって p 0= = 4.068(kN/m 2 ) 2) ブランチブロック 1 基当たりに作用する地震時慣性力 P 0=p 0 a 1 a 2 ここに P 0 : ブランチブロック 1 基当たりに作用する地震時慣性力 (kn) a 1 : ブランチブロックの水平方向設置間隔 (1.0m を標準とする ) a 2 : ブランチブロックの鉛直方向設置間隔 (1.0m を標準とする ) よって P 0= = 4.068(kN) 3) 枝材 1 本当たりに作用する荷重 P=P 0/3 ( 枝材 3 本が均等に荷重を負担するものとする ) ここに P : 枝材 1 本当たりに作用する地震時慣性力 (kn) よって P= 4.068/3 ( 枝材 3 本が均等に荷重を負担するものとする ) = 1.356(kN)

31 (5) 内的安定計算に用いる断面力の計算幹材に発生する軸力を計算する N=P 0 =1.356(kN) 枝材付根部に発生する曲げモーメントせん断力を計算する M=P L/2 ( 部材中央に集中荷重が作用する片持ち梁の曲げモーメント ) S=P ( 部材中央に集中荷重が作用する片持ち梁のせん断力 ) ここに M : 枝材付根部に発生する曲げモーメント (kn m) S : 枝材付根部に発生するせん断力 (kn) L : 枝材の有効長 (L=0.75m) よって M= /2 =0.509(kN m) S=1.356(kN)

32 (6) 内的安定照査 ( 応力度照査 ) 幹材についての応力度照査幹材について算出した軸力に対し鉄筋のみで抵抗 ( コンクリートの引張応力度は考慮しない ) するものとし次式により鉄筋の引張応力度 (σ s) を算定し許容応力度 (σ sa) に対して照査する σ s=n/σa s ここに A s : 幹材に配置する鉄筋の断面積 (mm 2 ) 4-D =506.8(mm 2 ) σ s= /506.8 =2.676(N/mm 2 ) σ sa =300(N/mm 2 ) OK 枝材についての応力度照査算出した断面力を用い下図に示すように枝材断面 (6 角形 ) に内接する円形 RC 断面として応力度 (σ c,τ m,σ s) を算定し許容応力度 (σ ca,τ a,σ sa) に対して照査する半径 r 0=90mm 鉄筋位置 r 1=37mm の RC 円形断面 (4-D10) で応力度計算を行う枝材の断面配筋図応力度計算断面図 σ c= 2.447(N/mm 2 ) σ sa = 12.00(N/mm 2 ) OK τ m= 0.09 (N/mm 2 ) τ a = 0.58(N/mm 2 ) OK σ s=48.024(n/mm 2 ) σ sa =300.00(N/mm 2 ) OK

33 - 29 -

34 7. 標準設計計算結果一覧表 (1) 背面が水平の場合 H (2) 背面に 1:1.0 の土羽がある場合 ( 土羽高 1.0m) 1.0m H 1.0m

35 (3) 背面に 1:1.0 の土羽がある場合 ( 土羽高 2.0m) 1.0m H 2.0m

36 ブランチブロック工法協会事務局 : 株式会社高環境エンジニアリング内東京都渋谷区千駄ヶ谷 TEL: FAX:

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..