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擁壁の設計・3D配筋のなぜ? 解決フォーラム
U型擁壁の偏土圧計算について

U型擁壁は他の形状タイプとは照査方法が異なっています。また、明確な照査方法が掲載されている基準も少ないことから多くの問い合わせが寄せられています。今回は、その中でも特に多い、直接基礎時の偏土圧計算について解説します。

 水平反力と受働土圧

直接基礎時は比較的強固な地盤において採用されるため、一般に擁壁が変位することは考えずにモデル化します。左右の壁に作用する水平力が極端に異なる場合は小さい方に移動する可能性があり、このような時は小さい方には相当の反力が生じると考えます。但し、これによって生じる反力は受働土圧の範囲内であり、超えることはありません。本プログラムでは、この反力を水平反力と呼んでいます。この考え方を実現するために、プログラムでは以下の計算を行っています(図1)。

  1. 両側とも主働土圧を適用して安定計算を行う。
  2. 「1」により滑動安全率を確保できた場合は、両側とも主働土圧とする。
  3. 「2」により滑動安全率を確保できなかった場合は、水平反力を算出する。
  4. 水平反力≦受働土圧であれば受働側に水平反力を適用して再計算。
  5. 水平反力>受働土圧であれば計算中止。

水平反力は「滑動させないための反力」となりますので、水平反力適用ケース(上記「4」の場合)の滑動安全率は必要安全率(常時1.5、地震時1.2)と等しくなります(図2)。従いまして、水平反力>受働土圧とならない限り、滑動でNGとなることはありません。この一連の考え方は、土地改良基準の「水路工」を参考にしています。
尚、設定によっては、水平反力を考慮せずに計算することも可能ですが、この場合の滑動結果は必ずNG判定となります。


画像をクリックすると大きな画像が表示されます。 画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
▲図1 偏土圧計算のイメージ ▲図2 水平反力適用後の滑動結果(赤枠)
 壁面反力モデルと主働土圧モデル

U型擁壁の側壁断面力は2つのモデルを用いて計算しています。前述の水平反力を作用させているのが壁面反力モデルで、両側とも主働土圧を作用させているのが主働土圧モデルです。水平反力を作用させた場合と主働土圧を作用させた場合とでは、断面計算結果が大きく異なる場合があるため、常にこの2つのモデルを計算し、最終的にどちらを採用するかは設計者の判断で選択できるようにしています。尚、左右対称形状など水平反力が発生しない条件の場合は壁面反力モデルと主働土圧モデルは同じ結果となります。

 壁面反力モデルと主働土圧モデル

地震時の考え方も基本的には同じです。但し、土地改良基準の「ため池整備」に、地震時の主働側は地震時主働土圧,受働側は反力で設計する旨の記載があるため、プログラム初期状態では受働側に主働土圧が作用しない設定としています。この設定は「考え方」−「浮力、土圧・水圧」画面にて行います(図3)。また、地震時の側壁設計モデルは、常に壁面反力モデルとなります。

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▲図3 地震時受働側土圧を無視する設定(赤枠)


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