Development and Application to Reinforced Earth of Two Kinds of Sandbag with a Connection-Device

Development and Application to Reinforced Earth of Two Kinds of Sandbag with a Connection-Device

HAJIME KUSAMA

TOHOKU DEVELOPMENT CONSULTANT CO., LTD.

ABSTRACT

Sandbags are mainly used for structures like tempolary reinforced earth embank-ments because the structures from sandbags may be not expected so high in strength. The developed sandbags with a connection-device may be enable them to apply to large-scale structures.

This paper reports about the two kinds of developed sandbag with a connection -device _{, the trial balance calculation of the reinforced earth structure from} sandbags with connection-devices and some fundamental tests on them.

梗 概 土 の うは強度が小 さいなどの理由か ら仮設の補強盛土 などに利用 されて きた。今 回開発 した2種 類 の連結式土 の うは、連結材で補強 され るため高盛土の補 強土等 に利用で きる もの と期待 される。 この報告 では、 開発 した2種 の連結式土の うの構造 と形状、連結式土の うを用 いた高 さ6mの 補 強上 の安定牲 の試 算、連 結式土の うの試作試験、連結式土 の うと別 に開発 したポス ト硬化式 コンク リー トブ ロック との合成補強土の試作試験 などについて述 べた。

第9回 ジオテ キスタ イル シンポ ジウム

連結式土の うの開発および補強土への展開

(株)東 北 開発 コ ンサル タ ン ト 草 間 一 1は じめ に 土 留 、 締 切 りな ど に用 い られ る伝統 的 な工 法 に土 の う積 み 工 法 が あ り、 手 軽 に施 工で き るの で災 害仮 復 旧工 事 な どに良 く用 い られて い る。土 の う積 み 工法 は、 布 製 の土 の うあ る い は藁 製 の土 俵 を 用 い た 一 種 の 補 強土 工法 で あ り、 ま た ジオ テ キ ス タ イル を用 い た補 強 土の 法 面 部 に も用 い られ る場 合 が あ る。 今 回 、従 来 の 土 の う積 み工 法 の 弱点 の1つ で あ る土 の う相 互 の 不 確 実 な繋 ぎを 改 善 した2種 の連 結 式 土 の うを 開発 し、 さ らに連 結式 土の うを 用 い た補 強土 お よび 土 の うと コ ン ク リー トブ ロ ック を一 体 化 さ せ た 合成 補 強 土 の試 作 試 験 およ び設 計 法 の検 討 を行 った の で 、 これ につ い て 報告 す る。 2連 結 式 土 の うの開 発 (1)2種 の連 結式 土 の うの 開発(文 献7) 今 回 、 連結 装 置 と して"連 結 孔"お よ び"連 結継 手"を 持 つ2種 の土 の うを 開 発 した 。 こ れ らの土 の うは、 い ずれ も連 結 材 で連 結 装 置を 用 い て 連 結 して各 土 の うを 一体 化 し、 力 学 的 に は、 土 の う に圧 縮 応 力 を 、連 結 材 に 引張 応 力 を分 担 させ る もの で あ る。 図-1開 発 した連結式土の うの構成 図 a"連 結孔"を 持 っ 土 の う "連 結 孔"は 「土 の うの外 側 の 袋材 で形 成 す る貫 通孔 」 で 、 こ の連 結孔 に連 結材 を通 して各 土 の うを連 結 す る。 土 の うの連 結 孔 の周 囲 は 、袋 材 が 破 れ な い よ うに補 強 リン グな どで補 強 す る。 b"連 結 継手"を 持 つ土 の う "連 結継 手"は 、 そ の 中間 部 は土 の うの袋 の 内 空部 を貫 通 し、 両 端 部 は袋 の外 に あ って 連 結 材 を

繋 ぐた めの 連 結 リング な ど を取 付 け る。 各 土 の うの連 結 は 、(1)土 の うの"連 結 継 手"同 士 を 直接 繋 ぐ方 法 、(2)連 結材 を配 しその 連 結 材 を介 して繋 ぐ方 法 が あ る。"連 結 継 手"が 土 の うを 貫通 す る箇 所 に つ い て は、"連 結 孔"を 持 つ 土 の う場合 と同様 に土 の うが破 れ ない よ う に補 強 リ ングな どで補 強す る。 (2)連 結式土 の うを用 いた補強土 等の 構造 連結式土の うを連結材等で連結 した 構造物 は、土の うが本来 的に持つ圧縮 強度 および連結 材等で連結す ることに よ り生ず る引張強度 を併せ持つため、 前面が鉛直 または鉛直 に近い補 強土 の 設計が可能になる。 さ らに、土の うの 比較的小 さい耐久性、変形性を補完す る構造 と して、土 の うと別 に開発 した "ポ ス ト硬化式 コンク リー トブロック" (文献6)な どを合せて用い る合成 補 強土 を開発 した。 図-2連 結 式土の うを用 いた補強土の構成 図-3土 の うと コ ン ク リー トブ ロ ッ ク との合 成 補 強 土

ポス ト硬 化 式 コ ン ク リー トブ ロ ッ クは、 乾 燥 した コ ン ク リー ト材 料 を 詰 め た受 水 口を 持 つ 袋 式 型 枠 に受 水 口 か ら給 水 して コ ン ク リー ト材 料 を 硬化 させ て製 作 す る。 乾 燥 した コ ン ク リー トを 詰 め た受 水 口 を持 つ 袋 式型 枠 は土 を詰 め た土 の うに似 て お り、土 の う積 み と同 様 の 要領 で積 み 、 そ の 後 に 給 水 槽 か らコ ン ク リー ト材 料 に給 水 して硬 化 させ る。 図-4ポ ス ト硬 化 式 コ ン ク リー トブ ロ ック の構 成 図 今回、連結式 土の うと同様 な連結孔、連結継手 を持つポス ト硬化式 コンク リー トブロ ックを開発 し た(文 献8)。 3連 結式土の うを用 いた補強土の設計法の検討 (1)土 の う単体 の圧縮強度 と見掛 けの変形係数の試算 土 の うの形状 を載荷前後 にわたって、図-5に 示すよ うに半 円 と長方形 か ら成 る小判形、土の う材 に載荷 によ り発生す るひずみ は一定 と仮定す ると(1)式 群 が導 かれ る。 πr+2b=(πR+2a)(1+ε) πr2+4br=(πR2+4aR)(1+D)

}

(1) こ こに 、 R:載 荷 前 の 土 の うの 小 判部 の半 径 (cm) a:載 荷 前 の土 の うの小 判 部 の 直線 部 の長 さの1/2(cm) ε:載 荷 に よ る土 の う材 の ひず み (一) D:載 荷 に よ る土 の う内 の土 の ダ イ レイ タ ンシ ー(一) r:載 荷後 の土 の うの 小 判 部 の半 径 (cm) 図-5土 の うの圧 縮強度 と見掛 けの 変形係数 試算 モデル

b:載 荷 後 の土 の うの小判 部 の直 線 部 の長 さ の1/2(cm) な お、 単 位 に つ い て は 、m,mmに 置 き換 え て も良 い。 (1)式 群 よ り、 εを仮 定 してr、bを 求 め る(2)、(3)式 が 導 か れ る。 図-6土 の う内の応力伝達モデル r== (πR+2a)(1+ε)-＼√a2+2ε(πR+2a)2-πDR(πR+4a) π -一 ・(2) b=(πR+2a)(1+ε)-πr (3) さ らに、土の う内の土 は小判形の長方形部 は弾性、半 円部は液性 と し、長方形部 の鉛 直応 力pは 静 止土圧係数を参考 に して半円部の鉛直境界面へ水平応力 と して0.5pが 伝達するもの と仮定 し、土 の うの見掛けの変形係数 を次の諸式で試算す る。 σT=Eε(kgf/cm2) T=dσT(kgf/cm) P=2T/R(kgf/cm2) Ea= pR (R-r) a (a+R) (kgf/cm2) (4) こ こ に、 σT:土 の う材 の 引張応 力(kgf/cm2),E:土 の う材 の弾 性 係数(kgf/cm2) T:土 の う材 の 単 位 幅 あ た りの 引張 応 力(kgf/cm) d:土 の う材 の 厚 さ(cm),P:土 の う内 の 土 の鉛 直圧 縮 応 力(kgf/cm2) Ea:土 を詰 め た土 の うの見 掛 け の変 形係 数(kgf/cm2) (2)、(3)、(4)式 に お いて 、 ε=0.01,D=0の ときのT、Ea等 の 試 算 結 果 を 表-1に 示 す 。 な お、(1).(2)、(3)、(4)式 の 誘 導 に用 い た仮 定 は強 引 な と ころ も あ り、 今 後 よ り厳 密 な解 析 、 試 験 を 行 って精 度 を確 認 す る予 定 で あ る。 表-1土 の う材の張力、土の うの見掛 けの変形係数等の試算

な お、 ダ イ レイ タ ン シー につ い て は、 文 献5に 砂質 土 の実 測 例 等 の 記載 が あ る。 表-2土 の う材料 と して期 待 され る材 料 の 性 質(文 献2,3よ り作 成) (3)補 強土 と して の安 定 性 の検 討 a試 算 条 件 図-7に 示 す 補 強 土 につ いて 、表-3 に示 す 試算 条 件 に従 って 検 討 す る。 表-3試 算条 件 図-7補 強土 の形状等 注:研試 験 等 に よ る確認 は未 実 施 で あ る。

b断 面1∼1の 応 力 (a)常 時 断 面1∼1の 常 時 の 自重 お よ び土 圧 に よ る断 面 力 を を用 い て計 算 す る。 表-4常 時 に お け る 断面1∼1に 作 用 す る 自重 、 外 力 、 モ ー メ ン ト e1=B1/2-M1/N1=0.51(m) σf1 σb1

}

N1 B1 (1± 6e1 B1

)=

{

20.1(tf/m2) -3.7(tf/m2) こ こに 、 e1:断 面1∼1の 図 心 か ら軸 方 向 力Nの 作 用 点 まで の距 離(m)、 前 面 側 を+と す る。 B1:断 面1∼1に お け る躯 体 幅(m)、=2.25m σf1:躯 体 前 面 側 に作 用 す る縁 応 力(tf/m2) σb1:躯 体 背 面 側 に作 用 す る縁 応 力(tf/m2) (b)地 震 時 (a)の 場 合 と 同様 に して 、e1=0.99m、 σf1=28.5tf/m2、 σb1=-12. 8tf/m2に な り、 引 張 応力 の合 力 は4.5(tf/m)に な る。 また 、 断 面1∼1の剪 断 応 力 の合 力 は、 土 の うと土 の うの摩 擦係 数 をtan30° と仮 定 す る と、17.59×tan 30°-14.03=3.88(tf/m)に な る。 これ らの 引 張 応力 、剪 断 応 力 につ い て は 連 結 材 を用 い た連 結 材 に鋼 材 等 を用 い れ ば対 応 で き そ うで あ る。 表-5地 震 時 に お け る断 面1∼1に 作 用 す る 自重 、 外 力 、 モ ー メ ン ト

(c)変 位 量 断 面1∼1で 固定 され た 片持 梁 と して水 平 力 に よ る補 強土 の 天 端 の変 位量 を全 断面 有 効 と して 計 算 す る と、常 時 に お い て5.6cm、 地 震 時 の水 平 力 の増 分 に対 して2.2cmに な った 。 c安 定 検 討(文 献4参 照) (a)常 時 構 造 物 基 礎 の 安 定計 算 法 に従 って計 算 す る。 表-6常 時 に お け る補 強 土 底 面 に作用 す る 自重 、 外 力 お よ びモ ー メ ン ト (1)地 盤 反力 e=B/2-M/N=-0.08(m) σf σb

}

N B (1± 6e B )={ 8.3(tf/m2) 11.0(tf/m2) こ こに、 e:補 強 土 底 面 の 図 心 か ら鉛 直 力Nの 作 用 点 まで の距 離(m)、 前 面 側 を+と す る。 B:補 強 土 底 面 の 幅(m)、=3.85m σf:補 強 土底 面 の 前 面 側 の縁 の地 盤 反力(tf/m2) σb:補 強 土 底 面 の 背 面側 の縁 の地盤 反 力(tf/m2) (2)転 倒 下 式 に 示 す よ うに 、eの 絶 対値 が 底 面 幅 の1/6以 下 にな り、安 定 と判 定 され る。 ｜e｜=0.08≦B/6=0.64(m) (3)水 平 支 持 力 補 強 土 底 面 と地 盤 の 摩 擦 角 を φ(=30°)と 仮 定 す れ ば 、安 全 率FL≧3に な り安 定 と判 定 され る。 ｐb=(1/2)×3.00×1.80×1.202=3.89(tf/m)

FL= 3.89+39.49×tan30° 8.33 =3 .20 こ こ に 、 Ppb:補 強 土 前 面 の 受 働 土 圧(tf/m) (b) 地 震 時 (a) の 場 合 と同 様 に計 算 す る。 表-7 地 震 時 に お け る補 強土 底面 に作 角 す る 自重 、 外 力 お よび モ ー メン ト (1) 地 盤 反 力 e=B/2-M/N=0.36(m) σf σb N B (1± 6e B

={

16.82(tf/m2) 4.73(tf/m2) (2) 転 倒 下 式 に示 す よ うに 、eの 絶 対 値 が 底 面幅 の1/3以 下 にな り、安 定 と判 定 され る。 ￨e￨=0.36≦B/3=1.28(m) (3) 水 平 支持 力 下 式 に示 す よ うに 、 安 全率FL≧1.5に な り、 安定 と判定 され る。 FL= 3.89+41.45×tan30° 16.92 =1 .64 4 試 作 試 験 (1) 連 結 式 土 の うの 試作 連 結 式 土 の うにつ い て は 、 連 結孔 型 お よ び連 結 継 手 型 の2種 の土 の うを ポ リエ チ レ ン袋(内 寸 長2 0× 幅25CIn)を 用 い て作 製 し、 こ の土 の うに2,600gの 乾 燥 砂 を詰 め て封 入 した。 連 結 材 に はプ ラス チ ックチ ェー ン2#、 連 結継 手 に は ポ リプ ロ ピ レ ン製 の紐(直 径1.0mm)を 用 い た。

(2)連 結 式 袋型 枠 の 試 作 と乾 燥 した コ ン ク リー ト材 料 の 封 入 連 結 式 土 の う と同 じ材 料 、寸 法 の受 水 口 を持 つ 袋 型枠 を作 り、 この 袋 型枠 に2,300gの 乾燥 し た コ ンク リー ト材料 を封 人 した。 連 結 孔 、 連 結 継 手 の 構造 、 寸 法 も連 結 式 土 の うと同様 で あ る。 写真-1連 結式土の う(連 結孔型) 写真-2連 結孔を持つ袋型枠 (3)土 の う と コ ンク リー トブ ロ ックの 合成 補 強土 の試 作 22袋 の連 結 式 土 の うと6個 の ポス ト硬 化式 コ ン ク リー トブ ロ ック を連結 した小 形 の 合 成補 強土 を 試 作 し、 この段 階 で は合 成補 強 土 に大 きな 問題 点 は無 い こ とを確 認 した。 図-8合 成補強土の構造 と形状

写真-3合 成 補強土 の試作 写 真-4ポ ス ト硬 化 式 コ ンク リー ト ブ ロ ック擁 壁 の試作 5あ とが き 本 稿 につ いて は 仮定 に基 づ いた 部 分 が か な りあ るの で 、 これ らにつ いて は今 後 、解 析 、 試 験 等 を通 し て 確 認 して い く予 定 で あ る。 最 後 に、筆 者 は ジオ テキ ス タイ ル に つ いて ほ とん ど経 験 を持 ち合 わ せ て い な い の で、 昔 様 か らの問 題 点 の 指 摘 、助 言 等 に よ る ご支 援 、 ご鞭撻 を よ ろ し くお願 いい た します。 文 献 1)繊 維 便 覧 原 料 編 、 繊 維 学 会 編 、丸 善、 昭 和43年 2)繊 維 便 覧 、繊 維 学 会 編 、 丸 善 、 平成6年 3)材 料 テ ク ノ ロ ジー16ポ リマ ー材料 堂 山 昌男 、 山 本 良一 編 、1984年 、東 京 大 学 出 版会 4)国 鉄 建 造 物設 計 標 準 解 説 基 礎 構 造 物 ・抗 土 圧 構 造 物 昭和61年(社)土 木学 会 5)土 質 調 査 結果 の解 釈 と適 用 例 、 昭 和54年 、 土 質 工 学 会 編 6)ポ ス ト硬 化 式 コ ンク リー トの 製 作方 法及 び そ の製 作 に用 い る型 枠 特 許願(出 願 番 号 、 特 願平 6-174693)、 平 成6年6月 、(株)東 北開 発 コ ンサ ル タ ン ト 7)連 結 装 置 を有 す る土 の う及 び該 土 の うを用 い た諸 構 造 物 の構 築 方 法 、特 許 願(出 願 番 号 、 特願 平6-241766)、 平 成6年8月 、(株)東 北 開 発 コ ンサ ル タ ン ト 8)受 水 口及 び連 結装 置 を 有 す る袋 式 コ ン ク リー ト型 枠 並 び に該 型 枠 を 用 い た諸 構造 物 の 構 築 方 法 、特 許 願(出 願 番 号 、 特 願 平6-241767)、 平 成6年8月 、(株)東 北 開発 コ ンサ ル タ ン ト 9)毛 管 現 象 を利 用 して給 水 す る コ ンク リー ト製 作 方 法 に関 す る基 礎 研 究 、草 間一 、平 成6年3月 、 平 成5年 度 上木 学会 東 北 支 部 技 術 研究 発 表 会 10)2種 の 新 しい土 留 擁 壁 用 コ ンク リー トブ ロ ックの 基 礎 試験 、 草 間 一 、平 成6年6月 、 第29 回土 質 工 学 研 究発 表 会