土 木 学 会 論 文 集No. 474/VI-20, pp. 47∼56, 1993. 9
明石海 峡 大橋1Aア ンカレイジ基 礎 における
大深 度 掘削 の計 測結果 とその評価
古 屋 信 明*・ 辰 巳 正 明**・ 斉 藤 哲 男***・ 山 岡 禮 三****・ 崎 本 純 治*****・ 伊 藤 政 人****** 明石 海 峡 大 橋1Aア ン カ レイ ジ基 礎 の施 工 に お い て, 内径80.6m, 深 さ64mの 大 規 模 ・大 深 度 の掘 削 工 事 が 行 わ れ た. 本 工 事 は掘 削 面 積 ・深 度 と も過 去 の実 績 を上 回 る た め, 500点 以上 の計 測 器 を設 置 して, 土 留 め壁 お よ び地 盤 挙 動 を常 時 監 視 す る と と もに, シ ミュ レー シ ョン解 析 に よ って, 安 全 性 を予 測 ・確 認 しつ つ 掘削 を行 っ た. そ の結 果, 掘 削 工 事 は計 画 どお り安 全 に終 了 した. 本 報 告 は, この 工事 に お け る土 留 め壁 お よ び地 盤 挙 動 の計 測 結 果 と, シ ミュ レー シ ョン解 析 に よ る そ の評 価 につ いて 述 べ る もの で あ る.Key Words: deep excavation, cylindrical earth retaining, observational construction, simulation 1. は じ め に 明 石 海 峡 大 橋1Aア ンカ レ イ ジ基 礎 に お け る 支 持 地 盤 に至 る掘 削 工 は; (1)過去 のLNGタ ン クな どの 掘 削 工 の 実 績 に比 べ, 深 度 で40%, 直 径 で20%大 き くな っ て お り, 今 ま で に経 験 した こ との な い 大規 模 大 深 度 の地 下 連 続 壁 に よ る 円 形 土留 め 内 に お ける掘 削 で あ っ た. (2)掘削 工 程 短 縮 の た め, 1掘 削 段 階 あ た りの 掘 削深 度 を 深 くす る と と もに, 連 壁 を補 強 す る ため の 側 壁 構 築 の 方 法 を逆 巻 工 法 と順 巻 工 法 の併 用 と し た. (3)埋立 地 に お け る掘 削 工 事 で あ る ため, 最終 掘 削床 付 面 (TP-61m)に 比 べ て 地 下 水 位(TP±0m)が 非 常 に高 く, ま た根 入 れ部 地 盤 の 軟岩 の透 水性 が さほ ど低 くなか っ た た め, 地 下 水 圧 に よる底 面 地 盤 の破 壊 が 懸 念 され た. な ど の 特 徴 を有 す る工 事 で あ っ た. そ の た め 掘 削 に あ た って は, 計 測 管 理 に よ り土留 め壁 お よ び底 面 地 盤 の安 全 性 を十 分 把 握 しつ つ 施 工 を行 っ た. 本 報 告 は計 測 デー タお よび解 析 に よ っ て明 らか に な っ た, 大 深 度 掘 削 時 の 土 留 め壁 お よ び地 盤 挙 動 につ いて 述 べ る もの で あ る. 2. 1Aア ン カ レ イ ジ基 礎 の 工 事 お よ び 検 討 概 要 (1) 工 事 概要 神 戸 市 と淡 路 島 の 間 で建 設 の進 め られ て い る明 石 海 峡 大 橋(図 一1: 中 央 支 間1990m, 橋 長3910m)の4つ の 基 礎 の う ち, 神 戸 側 ア ンカ レ イ ジ(以 下1Aと 呼 ぶ) 基 礎 は 直径85m, 深 さ63.5mの 円 筒 形 で, 世 界 最 大 級 の 橋 梁 基 礎 で ある. 1A基 礎(図 一2)は, 海 岸 部 の埋 立 て地 に 円 形 に築 造 さ れ た地 下 連 続 壁 の 内部 を 掘 削 しつ つ, RC構 造 の側 壁 を打 足 し, 底 版 コ ン ク リー トお よ びRCC(Roller Compacted Concrete)に よ る 中 詰 め コ ン ク リー トを打 設 した後, 頂 版 を施工 す る こと に よっ て完 成 す る. こ の 施 工 法 は, ア ン カ レイ ジ に作 用 す る115,000tfの ケ ー ブ ル水 平 張 力 に抵 抗 す るた め に必 要 な大 面 積 の基 礎 を, 現 地 の地 質 条 件 か ら大深 度 ま で下 げ な け れ ば な らな い と い う技 術 的 条件 か ら決 定 さ れ た もの で あ る. 写 真一1に 内 部 地 盤 の掘 削 状 況 を示 す. (2) 地 質 概 要 1A掘 削 地 点 の 地 質 縦 断 図 を図 一3に 示 す. TP-50 m付 近 ま で の 沖 積 ∼ 上 部 洪 積 層 は 粒 度 分 布 の よ い 砂 礫 層 で あ り, そ の 下 部 に 同 じ く砂 礫 を中心 と す る薄 層 の明 石 層 が 位 置 す る. TP-55m付 近 か らTP-180m付 近 ま で神 戸 層 が 続 き, 明石 海 峡付 近 の基 盤 で あ る花 崩 岩 に 至 る. lA基 礎 の支 持 地 盤 で あ る神 戸 層 は, 砂 岩 ・泥 岩 を主 体 と す る第 三 紀 堆 積 軟 岩 で あ り, 頻 繁 な 互層 を成 し て い る. (3) 土 留 め壁 の 設 計 1A基 礎 の土 留 め壁 は, 壁 厚2.2m, 壁 長75.5m(下 端 深 さTP-73.0m)の 地 下 連 続 壁 と, 後 打 ちの 側壁(厚 さ2.0m)と か ら成 る. 土 留 め壁 の 設 計 は, 等 圧(軸 対 称 荷 重: 土 圧 ・水圧)に 対 す る計 算 と偏 圧(非 軸 対 称 荷 *正 会 員 本 州 四 国 連 絡 橋 公 団 垂 水 工 事 事 務 所 副 所 長 (前 第一 工 事 長)(〒655神 戸市 垂 水 区平 磯1-1-66) **正 会 員 本 州 四 国 連 絡 橋 公 団 垂 水 工 事 事 務 所 所 長 ***正 会 員 本 州 四 国 連 絡 橋 公 団 垂 水 工 事 事 務 所 第 一 工 事 工 事 長 代 理 ****正 会 員 大 林 ・清 水 ・飛 鳥 ・東 亜 ・不 動 共 同 企 業 体 明 石 海 峡 大 橋lA下 部 工 工 事 事 務 所 所 長 *****正 会 員(株)大 林 組 技 術 研 究 所 主 任 研 究 員 ******正 会 員(株)大 林 組 技 術 研 究 所 研 究 員
重: 偏 土 圧 ・偏 水 圧 ・地 震 時 土 圧)に 対 す る計 算 の2種 類 行 い, そ れ ぞ れ の荷 重 に よ っ て発 生 した応 力 が 所 定 の 値 を満 足 す る よ う に行 っ た. 土 留 め 壁 の 設 計 と施工 は文 献71.2を参 照 さ れ た い. (4) 底 面地 盤 の 安 定性 検 討 図一4に, 底 面 付 近 の地 質 状 況 と現 場 透水 試 験(単 孔 式 ・回復 法)に よ っ て求 め られ た透 水 係 数 の 分 布 を示 す. TP-70m一80mの 根 入 れ 部 付 近 の透 水 係 数 は10-4 10-5cm/secと や や 透 水 性 が 低 い も の の, 地 下 水 位 が TP±D.Omと 高 い こ と か ら浸 透 圧 に よ る底 面 地 盤 の破 壊 が懸 念 さ れ た. TP-85m-100m付 近 は10-7cm/sec 以 下 の不 透 水 層 とみ な す こ とが で き る が, 連 壁 先端 を こ の 層 まで 根 入 れ させ る こ とは連 壁 の施 工 性 ・工 期 の面 か ら不 利 で あ るた め, デ ィー プ ウ ェ ル に よ る水 圧 低 下 工 法 を採 用 して地 盤 の安 定 を 図 る こ と と した. そ の安 定 検 討 に 際 して は, 神 戸 層 の 層 序 の 連 続 性 や 亀 裂 の状 態 が不 明確 で あ っ た ため, 神 戸 層 に不 透 水層 が 介 写真-1 掘削状況 図-2 1Aア ン カ レ イ ジ全 体 図 図-3 地質縦 断図
土 木 学 会 論 文 集No. 474/VI-20, pp. 47∼56, 1993. 9 在 す る場 合 の盤 ぶ くれ と不 透水 層 が な い場 合 のハ イ ドロ フ ラ ク チ ャ リン グの2つ の破 壊 形 態 につ い て検 討 を行 っ た, ス ー パ ー コ ン ピュ ー タ を 用 い た3次 元FEM応 力 浸 透 連 成 解 析 に よっ て検 討 した結 果, デ ィ ー プ ウ ェル4 本 で 間 隙 水 圧 を低 下 させ る こ と に よ り, 両破 壊 に 対 す る 安 全性 が 確 保 で き る と い う結 論 が 得 られ た. 3. 土 留 め 計 測 管 理 シ ス テ ム (1) 計 測 項 目 本 掘 削 工 に お い て は, ・地 下 連 続 壁 の 安 全 管 理 ・底 部 地 盤 の 安 全 管 理 図-4 底面付近地質状況お よび透水係数 図-5 計器位置図 <凡 例> 計 器 名 記 号 鉄筋 計 朋 方向 ● 鉛直方向5 班圧計 □ 冊隙水圧計 ■ コンクリ ー ト有効 応力 計 円周方司 △ 鉛値方向 ▼ 挿入式傾斜計 ☆ 地中悶隙水圧計 ○ 層別沈下計* 表 一1 計測 項 目一 覧 表
の2つ を主 目的 に, 壁 体 お よび地 盤 の挙 動 の計 測 を実 施 した. これ らの 計 測結 果 を もと に次 段 階 の応 力 や 挙 動 を 予 測 し, 施 工 の安 全性 を確 保 した. ま た上 記 目的 の 他, コ ン ク リー ト打 設 に伴 う温 度 応 力 の確 認 の た めの 計 測 も 同 時 に実 施 した. 表-1に 本 掘 削 工 事 に お け る計 測 項 目 の 一 覧表 を示 し, 図一5に 計 器 位 置 図 を示 す. (2) 計 測 シス テ ム 計 測 シス テ ム は図 一6に 示 す よ う に, 常 時 監 視 用 シス テム, デ ー タ処 理 シス テ ム, お よ び デー タ管 理 シス テ ム よ りな って お り, そ れ ぞ れパ ソ コ ン とそ の周 辺 機 器 で構 成 した. 計 測 デ ー タ は, 自 動 多 点 切 替 器 ・自動 測 定 器 か ら光 フ ァ イバ ー ケ ー ブ ル を 通 じて 常 時監 視 用 シス テ ム に15 分毎 に 自動入 力 さ れ, あ らか じめ設 定 され た 管理 値 と の 比較 に よ り警 報 装 置 が作 動 す る よ う にな って い る. ま た常 時監 視 用 シス テ ム か ら1日1回, デ ー タ処 理 シ ス テ ム に デ ー タ を転 送 し, 計 測 管 理 や プ レゼ ンテ ー シ ョ ン用 の 図 化処 理 を行 っ た. さ らに デ ー タ処理 シス テ ムか ら は大林 組 技術 研 究 所(東 京 都 清 瀬 市)に 設 置 した デ ー タ管 理 シス テ ム に1日1回NTT回 線 を通 じて デ ー タ を 転 送 し, 技 術 支援二部 門 に お い て も現 場 と同 時 に最 新 デ ー タ を用 い た管理 が行 え る よ う に した. (3)計 測 管 理 方 法 計 測 管 理 は, 日常 的 に計 測 結 果 と事 前 に 設定 した管 理 値 と を比 較 して安 全 性 を確 認 す る 日 常管 理 と と もに, 次 段 階 掘 削 予 測 管理 を行 っ た. 次 段 階 掘 削 予 測 管 理 は図 一 7の フ ロ ー に示 す よ う に, 現 段 階 の挙 動 を逆 解 析 し, そ の 定 数 を用 い た予 測 解 析 結 果 に よ り次 段 階 以 降 の安 全 性 を判 断 す る手 法 で あ る. a) 土留 め壁 に関 す る管 理 土 留 め壁 に 関す る管 理 は, 設 計上 ク リ テ ィ カル とな っ た 円周 方 向 コ ン ク リ ー ト圧縮 応 力度 お よび 鉛 直 方 向鉄 筋 引張 応 力 度 が それ ぞれ の 許 容応 力度 以 下 とな る よ う管理 した. 解 析 手 法 は, 土留 め が 円形 で あ る こ とを リ ングバ ネ と して 考 慮 し た2次 元 骨組 構 造 解 析 モ デ ル(図-8) を用 い た. b) 底 面 地 盤 に 関 す る管 理 底 面 地 盤 に 関 す る管 理 は, 掘 削 中 の間 隙 水 圧 の 計 測 結 果 を3次 元FEM浸 透 流 解 析 を 用 い て シ ミュ レー シ ョ ンす る こ とに よ り, 神 戸 層 の 透 水性 を よ り正 確 に把 握 し た後, 盤 ぶ くれ な い しはハ イ ドロ フ ラ クチ ャ リ ン グに対 す る管理 を行 っ た. 盤 ぶ くれ に対 して は, 浸透 流解 析 に よっ て得 られ る間 隙水 圧(揚 圧 力)が 地 盤 の 重 量 の1/1. 2以 下(安 全 率1. 2) に な る よ うに 管 理 した. 1. 2と い う安 全 率 は構 造 物 の重 要性, ウ ェル の き きか た の ば らつ き な ど を考 慮 して大 き め に設 定 した. ハ イ ドロ フ ラ クチ ャ リン グ に対 す る安 全 性 は地 盤 の応 力状 態 を図 一9に 示 す局 所 安 全 率 に よ って 評 価 し た. この 局 所 安 全 率 は軸 対 称FEM応 力 変 形 解 図-6 計 測 シ ス テ ム 図-7 次段 階掘 削 予 測 管 理 フ ロ ー 図-8 2次 元骨組構造解析 モデル 図-9 局所安全率 の算出方法
土 木 学 会 論 文 集No. 474/VI-20, pp. 47∼56, 1993. 9 析(全 応 力解 析)に よる応 力 円 を, 浸 透 流 解 析 に よっ て 求 ま る過 剰 間 隙 水圧 分 左 ヘ シフ トさ せ, その 円 の破 壊 線 ペ の接 近度 を表 す もの で あ る. 事 前 検 討 で 行 った3次 元 の 連成 解析(有 効 応 力解 析)は, 計 算 に膨 大 な 時 問 を要 す るた め, 計 測結 果 を解 析 に反 映 させ に く く, 管理 に用 い るに は不 適 当 で あ っ た. そ こで, 基 本 設 計 で 用 い られ た手 法 で あ る 上述 の 計算 方 法 で管 理 を行 った. 4. 土 留 め 壁 に 関 す る 計 測 結 果 と そ の 考 察 (1)土 留 め壁 に作 用 す る土 圧 ・水 圧 図. 10に, 掘 削 開 始 前 の 土 留 め壁 に作 用 して い た側 圧(土 圧+水 圧)の 分 布 を示 す. 図 に は, 静 水圧 の み と 静 水 圧+静 止 土 圧(V=0.5)を 示 して あ る. 実 測 の 土 圧 係 数 は設 計 値 で あ る0.5の 約 半 分 の0.27程 度 で あ っ た. 神 戸 層(TP-55m以 深)の 土 圧 は, 設 計 上0と 仮 定 して い た が, 実 際 の 土 圧 はTP-30m付 近 よ り減 少 しは じめ, TP-60m付 近 以深 の 土圧 は ほ ぼ0(静 水 圧 の み)と み な す こ とが で き, そ の仮 定 は妥 当 で あ っ た と 考 え られ る. 図 一11に 掘 削 に伴 う土 圧 の 変 化 を 示 す. 土 圧 は側 圧 か ら間 隙 水 圧 を差 し引 いて 求 め た. 外 側 の土 圧 は壁 の 変 形 が小 さか っ た ため, 掘 削 全期 間 を通 じて そ の変 化 は小 さか っ た. 内 側 の 土 圧 は, 掘 削 に伴 う土 被 り圧 の減 少 に よ る土 圧 の 減 少 と, 壁 の 変形 に起 因す る地 盤 反 力 の 増 加 が 同 時 に起 こ って い る もの と考 え られ, そ の変 化 は複 雑 な動 き とな って い る. (2)土 留 め壁 の変 形 お よび 円 周 方 向 軸 力 図-12, 図-13に1次 掘 削(掘 削 深 度TP-17m), 3次 掘 削(同TP. 45.5m), 最 終 掘 削(同TP-61m), に お け る 土 留 め壁 の 変 位 と 円周 方 向軸 力 分 布 を示 す. (掘 削 状 況 な ど は図一16参 照). 図 中, 土 留 め壁 の 設 計 値 を点 線 で示 して あ る. 土 留 め壁 の変 位 は挿 入 式 傾 斜 計 か ら求 め た変 位 に壁 下 端 の変 位 を プ ラ ス して 算 出 した. 壁 下 端 の変 位 はそ の位 置 に設 置 した 円周 方 向 鉄 筋 か ら求 ま る 円周 方 向 軸 力 よ り 算 出 した. こ う して 算 出 した 変位 の精 度 は, 軸 力 か ら算 出 され る下 端 変 位 の ば らつ きが1∼2mm程 度 で あ る こ と よ り, 十 分 な精 度 で あ る と判 断 した. 円周 方 向軸 力 は, 鉄 筋 と コ ンク リー トの弾 性 係 数 比m(=Es/Ec)を7と して 求 め た. mは 同 一 位 置 に設 置 し た鉄 筋 計 と コ ン ク 図-10 初 期 側 圧 00 □90 ▲180 ◇270 図-11 掘 削 深 度 ∼土 圧 -○-TP-18.9m --□--TP-30.5m ▲TP-37.8m ○--TP-42.5m --○-TP-18.9m --□--TP-30.5m ▲-TP-42.5m -◇-TP-48.5m 図-12 土 留 め 壁 の 変 形 ●0 □90° ▲1800 □270° simulation--design 図-13 円周 方 向軸 力 ●0 □90 △180 ○2700 simulation --desisn
リー ト有 効 応 力 計 の 計 測 値 の 相 関 を 図. 14に 示 す よ う に と り, そ の 比(σs/σc)よ り決 定 した. 壁 の 最 大 変 位 は最 終 掘 削 時 で 発 生 し, 設 計 値 が1.8 cmで あ っ た の に 対 し, 実 測 値 は1.2∼1.5cm程 度 で あ っ た. また 同様 に 円周 方 向軸 力 の最 大 値 も最 終 掘 削 時 で 発 生 し, そ の値 は 約2000tf/m程 度, コ ンク リー ト圧 縮 応 力 度 に して90kgf/cm2程 度 で あ っ た. (設 計最 大軸 力 は約3000tf/m, 同応 力 度135kgf/cm2). この よ うに, 壁 の変 位 お よ び 円周 方 向 軸 力 の 最 大値 が 設 計 値 の2/3程 度 に と ど ま っ た の は, 土 留 め壁 に作 用 す る外 力 が 設 計値 よ りも小 さ か っ た こ とが 主 な 要 因 と考 え られ る. 設 計 に用 い た壁 に作 用 す る外 力 とそ れ に対 応 す る実 測 値 を図. 15に 示 す. 外 力 の実 測 値 が設 計 値 よ り も小 さか った理 由 と して, 土 圧 係 数 が 小 さい こと(特 に TP-30m以 深), デ ィー プ ウ ェ ル に よ る 内 部 排 水 の 影 響 が 外 側 に及 ん だ た め連 壁 下 端 付 近 の 内 外 の水 圧 差 が小 さ くな っ た こと が挙 げ られ る. 図-12, 図-13に は, 予 測 管 理 に 用 い た シ ミュ レー シ ョ ン計算 結 果 も実 線 で示 して い る. 計算 に は, 図 一15 に 実線 で示 す よ う な実 際 の 外 力 に 見合 っ た荷 重 を設 定 し て お り, 掘 削 深 度 と側 壁 の 施 工 状 況(図 一16)を 実 際 の 工 事 に合 わ せ て あ る. 地 盤 定 数(表-2)は, 神 戸 層 の 地 盤 反 力 係 数 を設 計 時 の2倍 に し て行 っ た. 神 戸 層 の kHの み を変 更 させ た の は他 層 の んHは リン グバ ネkRに 比 べ て 小 さい た め, そ の影 響 が 少 な い と判 断 し たか らで あ る. 神 戸 層 の κHを 大 き め に 評価 す る こ と に よ り, 計 算 結 果 を 全 体 的 に よ く実 測 値 に 一 致 さ せ る こ と が で き た. しか し, 壁 下 端 部 分 が 掘 削 が進 む に つ れ 内側 へ はね 出 して い る現 象 は あま り一 致 して い な い. この現 象 は図一 17に 示 す よ う に地 盤 の ま わ り こみ や地 下 水 の 移 動 に よ る浸 透 圧 の 影 響 で あ る と考 え られ る. 骨 組 構 造 解析 で こ の現 象 を表 現 す る た め に は, こ の現 象 に起 因 す る荷 重 を 考 慮 しな けれ ば な らな い と考 え て い る. 図-14 σcと σs相関 図 図-15 壁体 に作用す る荷重 (最終掘削時) lateral pressure ▲water pressure simulation ----design 図-16 掘削深度 と側壁施工状況 ※ 印ロットは打設後十分な時間が経 していないため 強度未発現であるとし解析上考慮していない。 表-2 入力定数一 覧表 側壁の1∼12は 打設順序を示す 図-17土 留め壁下端の変形模式図
土 木 学 会 論 文 集No. 474/VI-20, pp. 47∼56, 1993. 9 (3) 鉛 直方 向 曲 げ モ ー メ ン ト 図-18に 最 終 掘 削 時 の 鉛 直 方 向 曲 げ モ ー メ ン トの 実 測 値, 設 計 値 お よ び前 節 に お け る計 算 値 を示 す. 図 中 。 プ ロ ッ トは壁 内外 の鉄 筋 計 の読 み値 か ら全 断 面 有 効 と し て算 出 した もの で あ り, ▲ プ ロ ッ トは挿 入 式 傾 斜 計 に よ る 変位 の デ ー タ(1800方 向 の 値)を2回 微 分 してEを 乗 じて求 め た も の で あ る. 実 測 値 は, 掘 削 敷 直下 の位 置 で外 側 引 張 の 曲 げモ ー メ ン トが設 計 値 を大 き く上 回 っ た. こ れ は根 入 れ 部 の神 戸 層 が硬 く壁 体 の 内側 へ の変 形 を拘 束 した こ とに 加 え, 連 壁 下 端 部 が 内側 へ は ね 出 した こ と に よ り, 外 側 引張 の 曲 率 が大 き くな っ た た め と考 え られ る. 計 算値 も連 壁 下 端 の は ね 出 しを考 慮 で き て い な い ため, この 部 分 は一 致 し て い な い. 曲 げ モ ー メ ン トは設 計 値 を上 回 って いた が, 管 理 対 象 と して い た 鉛 直 方 向 鉄 筋 の 引 張 応 力 度 は最 大 で も400 kgf/cm2程 度 と十 分 管 理 値 以 内 で あ っ た. これ は コ ンク リー ト断 面 が全 断 面 有 効 の領 域 で あ った こと を示 す も の で あ る. コ ン ク リ ー トは配 合 強 度560kgf/cm2と い う高 強 度 の も の を用 い て お り, 実 際 の圧 縮 強 度 も図一19に 示 す よ う に, 600kgf/cm2以 上 で あ っ た. こ れ よ り引 張 強 度 は60kgf/cm2程 度 と推 測 され, 400kgf/cm2/7(= 6s/E6)=57kgf/cm2の 引 張 応 力 に 抵 抗 で き た もの と考 え られ る. 5. 底 面 地 盤 の 安 定 性 に 関 す る 計 測 結 果 と そ の 考 察 (1) 地 盤 の 間 隙 水 圧 お よび 揚水 量 図-20に, 1次, 3次, 最 終 掘 削 時 の壁 面 お よび 地 盤 中 の間 隙 水 圧 の 計 測 結 果 を示 す. デ ィー プ ウ ェル の 内 部 排 水 に よ り, 連 壁 内 側 の 水圧 は 低 下 して お り, 外 側 の 水 圧 も連 壁 下 端 か らTP-55m 付 近 ま で そ の影 響 に よ り低 下 して い る. TP-55m以 浅 の外 側 の水 圧 に は排 水 の影 響 が お よ ん で お らず, ほ ぼ静 水 圧 を 示 して い る. 埋 立 地 の施 工 で あ り, 土 留 め壁 と海 との 距 離 が約20mと 近 接 して い る に もか か わ らず, 水 圧 が 連 壁 下 端(TP-73m)付 近 を中 心 に非 常 に 敏 感 に 低 下 した の は, 神 戸 層 上 部 に海 水 の流 入 を遮 断 す る透 水 性 の低 い層 が発 達 して い た こ と, その 下 部 は比較 的 水 圧 の抜 け易 い地 盤 で あ っ た こ と に よ る もの と思 わ れ る. 図 一21に デ ィー プ ウ ェル4本 に よ る 揚 水 量 の 経 時 変 化 図 を示 す. こ の値 は降 雨 や 土 留 め壁 の ク ラ ッ クか らの 漏 水, ボ ー リン グ孔 か らの 自噴 水 な ど も含 ん だ値 で あ る. 4次 掘 削終 了後 そ れ らの 量 を測 定 した と こ ろ, 土 留 め壁 か らの 水 量 は約90m3/day, 自噴 水 量 は約40m3/dayで あ り, 全 体 の約6割 を 占め て い た. よっ て, 連 壁 下 端 か らの ま わ りこみ 水 量 は図 に示 す もの の半 分 程 度 で あ っ た ろ う と推 量 して い る. 揚 水量 が この よ うに少 なか っ たの は, TP-55m付 近 の透 水 性 が低 か っ た こ と に加 え, そ の下 部 の 透 水 係 数 も10-4cm/secと や や 透 水 性 の低 い 層 で あ っ た ため と考 え て い る. (2) 盤 ぶ くれ 図-20に は3次 元FEM浸 透 流 解 析 に よ る 計 算 結 果 も実 線 で 示 して あ る. 解 析 メ ッシ ュ図 お よ び地 盤 の 透 水 係 数 は 図 一22に 示 す とお りで あ る. 神 戸 層 の う ち上 部 (TP-55m∼73m)の 透 水 係 数 を10-6cm/sec, そ の下 部(TP-73m∼85m)を10-4cm/secに 設 定 す る こ と に よ り, 上 記 に示 す間 隙 水 圧 の挙 動 を比 較 的 よ く シ ミュ レー シ ョ ンす る こ と が で き た. 解 析 に よっ て得 られ た最 終 掘 削 時 に お け る全 水 頭 コ ン タ ー図 を図-23に 示 す. 解 析 に よ り, 神 戸 層 上 部 に不 透 水層 の存 在 す る こ と が 予 測 され た ので, 底 面 地 盤 の 安 全 管理 は盤 ぶ くれ に対 す る管 理 を重 点 的 に行 っ た. そ の結 果, 最 終 掘 削 時 に お い て デ ィ ー プ ウェ ル の 水 位 をTP-81mに 設 定 す る こ と に よ り, 透 水 層 の間 隙 水 圧 を盤 ぶ くれ に対 して安 全 な 値 ま で低 下 させ る こ とが で きた. 事 前 の地 盤 調 査 にお いて は神 戸 層 上 部 に は明 確 な 不 透 水 層 の 存 在 は 認 め られ なか っ た(図-4参 照). しか し こ れ は神 戸 層 が 頻 繁 な泥 岩 と砂 岩 の 互 層 で あ っ た た め 図. 18鉛 直方 向 曲 げモ ー メ ン ト reinforcing bar A inclinometer simulation ---- design 図-19 コ ア圧 縮 強 度(TP-52.5m)
に, 単孔 式 の透 水係 数 試 験 法 の結 果 が優 透 水 層(透 水 係 数 大)の 値 に 支配 され た か らで は な いか と推 測 で き る. (3) ハ イ ドロ フ ラ ク チ ャ リン グ 底面 地 盤 の安 定管 理 は お も に盤 ぶ くれ に対 して行 っ た が, ハ イ ドロ フ ラ ク チ ャ リン グ に対 す る管 理 も底 面 地 盤 の リバ ウ ン ド旦 を軸 対 称FEM応 力 変 形 解 析 に よ り シ ミュ レー シ ョ ン解 析 し, 地 盤 内の 応 力 状 態 を局 所 安 全 率 に よ っ て評 価 す る こ と に よ っ て行 っ た. 図24に, 基 礎 中 心 お よび 土 留 め壁 か ら10mの 地 点 (0, 183, 3200)に お け る底 面 地 盤(TP-65m付 近) の鉛 直変 位 と掘 削 深 度 の関 係 を示 す. 最 終 掘 削 時 にお け る 底面 の 鉛 直変 位 は, 掘 削 中 央 で約2cm程 度 で あ っ た が, 掘 削 深 度 がTP-40-50mに 達 す る ま で ほ と ん ど 底 面地 盤 の変 位 は生 じて お らず, 最 終 掘 削 段 階 に お い て 急 激 に 増 加 して い る. こ れ は掘 削 に よ る土 砂 重 量 の減 少 が 地盤 内 の応 力 除荷 に 及 ぼ す影 響 範 囲が 限 られ て い る た め と考 え ら え る. 図25に 最 終 掘 削 時 に お け る リバ ウ ン ド量 の 深 度 分 布 図 を示 す. TP-61mま で 掘 削 し た時 点 で もTP-85m以 深 に は そ の 影 響 が ほ と ん ど お よ ん で お らず, リバ ウ ン ドの影 響 深 さ は20m程 度 で あ っ た. 図-24, 図-25に は 軸 対 称FEM応 力 変 形 解 析 に よ る計 算 結 果 も示 して あ る. 解 析 で は地 盤 を線 形弾 性 体 と して お り, そ の メ ッ シ ュ 図 お よ び地 盤 定 数 は 図26に 示 して あ る. 計 算 結 果 は神 戸 層 の 弾性 係 数 を 設計 時 に用 い た値 と そ の3倍 と し た2ケ ース を表 示 して お り, 3倍 図20 間隙水圧分 布 ○wall ground simulation 図-21 揚水皿経時変化 図-22 3次 元FEM浸 透 流 解析 メ ッシ ュ 図 図-23 全 水 頭 コ ン タ ー 図 (最 終 掘 削 時)
土 木 学 会 論 文 集No. 474/VI-20, pp. 47∼56, 1993. 9 と したケ ース の 方 が 比 較 的 実 測 値 に 近 い. そ の理 由 と し て, 弾 性 係 数 を求 め た ひず み レベ ル の差 が挙 げ られ る. 設 計 値 の 弾 性 係 数 は三 軸 圧縮 試験 お よび孔 内水 平 載 荷 試 験 か ら得 られ た値 で あ り, そ の ひ ず み レベ ル は0.1∼ 数%程 度 で あ る. 一 方, 現 実 の ひ ず み レベ ル は0.01∼ 0.1%程 度 と小 さ い た め, 弾 性 係 数 は大 きめ に 設 定 した 方 が実 測 値 に近 い もの と考 え られ る. しか し, 図一24に 示 す 変 位 の 増 加 過 程 や 図一25に お け る深 度 分 布 は実 測 と計 算 で"はか な り違 っ て い る. これ は土 砂 重 量 の減 少 が 地 盤 応 力 に及 ぼ す 範 囲 が 限 ら れ て い る こ と を連 続 体 モ デ ル で あ るFEM解 析 で は表 現 し に くい た め で あ る と思 わ れ る. ま た デ ィー プ ウ ェ ルの 水 圧 低 下 に よ り, 土 の 有 効 重 量 が増 した こ と に よ る沈 下 の 影 響 を解 析 に考 慮 して いな い こと も この理 由 に挙 げ られ る. ハ イ ドロ フ ラク チ ャ リ ング に対 す る管 理 に は安 全 側 の 評 価 とな る設 計 時 の弾 性 係 数 に基 づ い た計 算結 果 を用 い た. 図27に 最 終 掘 削 時 に お け る局 所 安 全 率 分 布 を示 す. 連壁 付 近 お よ び掘 削 面 付 近 の 安 全 率 は小 さい が, 最 小 安 全 率 は1.24, 連 壁 近 傍 の 安 全 率 の平 均 は2. 14で あ り, ハ イ ドロ フ ラ ク チ ャ リン グ に対 して も安 全 で あ る と 判 断 した. 図-24 掘 削深度 ∼底面地盤変位 ●center □183 ▲320 ◇0 図-25 底面地盤変位鉛直分布 (最終掘削時) center --△--183 図-26 軸 対 称FEM解 析 メ ッシ ュ図 お よ び地 盤 定 数 図-27 局所安全率分 布 ■LSF<2 □25LSF<4 □4≦LSF<6 □6≦LSF
(2)円周 方 向 応 力 度 お よ び連 壁 変 位 の 最 大 値 は, 連 壁 に作 用 す る側 圧 が 小 さ か っ た た め, 設 計 値 の2/3程 度 で あ っ た. (3)鉛直 方 向 曲 げモ ー メ ン トは根 入 れ 部 の 内 側 へ の はね 出 しに よ り, 外側 引張 の モ ー メ ン トが卓 越 し, 一 部 設 計 値 を上 回 った. しか し, 全 般 的 に コ ン ク リー ト応 力 が 全 断 面 有 効 の 領 域 で あ っ た た め, 鉄 筋 応 力 度 は管 理 値 以 内 で あ っ た. (4)連壁 の 根 入 れ は 完 全 な 不 透 水 層 に 達 し て お ら ず, デ ィー プ ウ ェル4本 で排 水 ・水圧 低 下 を行 っ て, 掘 削 を進 め た. そ の 結 果, 海岸 に 隣 接 した 工事 で あ っ た の に もか か わ らず, 底 面地 盤 の 水圧 は敏 感 に低 下 し, か つ 揚 水 量 は少 な く盤 ぶ くれ に対 して も所 定 の水 圧 低 下 析 手 法 の確 立 が 必 要 で あ ろ う. 本 掘 削 工 に お いて 得 られ た数 々 の デー タが 今 後 ま す ま す 盛 ん に な るで あ ろ う大 深 度 地 下 開 発 にお ける 掘 削 挙 動 の 予 測 の 一 助 とな れ ば幸 い で あ る. 参 考 文 献 1) 加島聰 ・佐野 幸洋 ・古屋信 明 ・山岡禮三: 明石海峡大橋 1Aア ンカ レイ ジに おける大 壁厚土留 めの設 計 と施工, 土木学 会論 文集, No. 444, VI-16, pp. 87∼96, 1992. 3. 2) 山岡禮三 ・船越敦 ・古屋信明: 明石海峡大橋1A下 部工 の施工, 長大橋下 部工 の施工技術, 土木学会土 木施工研 究委員 会, 1991年6月. (1992.7.28受 付)
RESULTS
OF OBSERVATION
AND SIMULATION
OF DEEP
EXCAVATION
FOR
THE
FOUNDATION
1A ANCHORAGE
OF AKASHI-KAIKYO
BRIDGE
Nobuaki FURUYA, Masaaki TATSUMI, Tetsuo SAITO,
Reizo YAMAOKA,
Junji SAKIMOTO
and Masato ITO
Excavation for the foundation of 1A anchorage of AKASHI-KAIKYO BRIDGE was finished in August 1991. This excavation had large depth and scale: 64m depth and 80. 6 m inner-diameter, which we had not experienced before. And, there was also some concern about bottom ground failure due to the ground water, because the ground water level was very high and the bottom ground was soft rock whose permeability was not so low.
Accordingly, we observed behavior of the retaining wall as well as condition of the bottom ground and estimated them by simulation analyses in order to predict and confirm stability of them during the excavation. We thus finished it in safety. This paper describes results of observation of the retaining wall and the bottom ground and simulation analyses in this excavation work.
