既設橋梁支持杭のネガティブフリクション対策

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軟弱地盤地域において、橋梁下部工が施工されています。(支持杭は鋼管杭。背面盛土、上部工は未施工。)
当下部工はH=15m程度の背面盛土を伴うため、設計時点では、ネガティブフリクション対策として下部工施工前のプレロードが必須とされていましたが、
実施工では、プレロードが行われていないことを確認しました。

今後施工するH=15mの背面盛土により発生するネガティブフリクションを考慮した杭照査を行ったところ、もちませんでした。

なにか良い対応法があれば、ご教授いただけないでしょうか。

※沈下しないよう、盛土直下支持地盤の軟弱層、H=20mの全層改良を考えましたが、下部工側部については問題なさそうなものの、 下部工背面側は、橋軸方向のため、全層改良すると杭設置地盤のkhに影響が出て、橋台が持たなくなるようです。

※摩擦低減材を塗布した鋼矢板打設による応力遮断→沈下影響低減も考えましたが、その低減率が明らかにされておりません。

コメント

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※沈下しないよう・・・・橋台が持たなくなるようです・・・・?
作り直したほうが安価と思いますが・・・・カルバート工とか軽量にするか・・・背面を橋梁にするか
ネガティブフリクションも問題でしょうが、側方移動の照査は?

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ご意見ありがとうございます。
多連続高架橋で、他の橋脚、橋台も施工済みであり、構造形式の大きな変更は他に影響するため、
できれば「既設杭のネガティブフリクション対策工法」などがないか、検討している状況です。

側方移動については、確認します。
(深部の一部軟弱層により圧密沈下は発生しますが、全層が軟弱なわけではありません)

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EPSなどで背面土圧および単位体積重量を下げる手法もありますね。

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ご意見ありがとうございます。
支持杭が長く、もとより下部工土圧に対し上部工の死荷重が卓越しており、
現時点では、土圧軽減によりネガティブフリクションを相殺するのはオーダー的に難しいと考えています。
今後詳細に検討致します。

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設計計算が正しいとすれば、施さなかったプレロードをすれば正常状態になるのかもしれません。
ちょっと分からないのはプレロードは下部工下面なのでしょうかね?
そうであればもう時すでに遅しですけどね。

今更、難しいのかも知れませんが、フーチングを広げれば沈下抑制にはなると思います。

しかし、全体的に考えると上部工の死荷重が圧倒的に大きいなかで、プレロードするしないで持つ持たないの分かれ目になるということは、かなりリスキーで設計計算自体に無理があると感じます。もしくは現在行っている照査に数値の取り違えがある感じもしますので確認が必要と思います。

それを踏まえたうえでシンプルに考えると、下部工まで出来上がっている現段階で、死荷重に耐えられぬ反力しか得られぬ状況ならば、上部構造体の変更しか手だてはないような気がします。
コンクリート上部なら鋼橋にすることで2割程度は死荷重低減出来ると思います。
でも、比較的軽量の上部工で設計されているんだろうなと推測できますから、アドバイスにならないですよね。

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ご意見ありがとうございます。

その後下記で私が投稿したように、既設橋台背面で今後プレロードの盛土を行うと、支持地盤H=20mで盛土荷重が45°で分布、
つまり平面的には円形に、半径20mで深層の軟弱層に作用、圧密、つまり橋台前面までネガティブがフリクションが発生すると考えています。
よって、橋台を作ってしまった今では、時遅し、の状態と考えています。

橋梁設計としては、設計時点で地形的、工期的にプレロードが可能であるならば、経済的なプレロードでNF対策とするのは合理的で、
やむを得ないとは思います。
既設橋台設計においても、「施工前のプレロード」が申し送られていました。

多連続高架橋で、複数の既設橋台、既設橋脚に影響するため、できれば上部工変更、下部工背面軽量化、khを変えるような地盤改良、は
避けたいと考えているところです。
(「フーチング拡幅+フーチング下面増し厚 による支持杭増し打ち」も、フーチングが10m×10m程度と広いため、施工が難しいので避けたい)

できれば、各既設橋台、各既設橋脚周囲に、周辺地盤からのフリクションを「0」にカットできるような矢板を打設する、というような工法を望んでいます。

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橋台背面を地盤改良すると橋台or杭が持たなくなるというのがよく分からないのですが?
杭の前面側を改良しない限り、KHは変わらないはずです。

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♯6828回答者ですが、私もそこが不可解です。
以深20m改良も完成路面以深20mなのだろうなと解釈しています。

多分、内容を整理すれば的確なアドバイスが得られると感じます。

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質問者のomuです。
ご意見ありがとうございます。

現地盤をEL=0mとすれば、完成路面高は+15m、基盤面は-20mです。

橋台背面を15m盛れば、荷重は支持地盤H=20m内で45°分布する、つまり平面的にも円形に半径20mで盛土荷重が作用し、
結果として橋台前面の深層の軟弱地盤層も圧密させると考えています。
よって、改良で対応する場合には、橋台背面だけではなく、橋台全周の改良が必要と考えている次第です。
(その橋台だけではなく、半径20mの影響範囲にその他の橋台も複数存在します。。。)

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側近にも橋台などが隣立しているから、NF主要因を外に出さずにかつ内部で打ち消しあう構造を考えた結果、橋台を矢板で囲ってしまうということですね。
多分行きつく考えとしてはズレてはいないと思います。
でも、橋台前面側で用地不足が起こるかもしれませんし(もう追加買収出来ないはず)、先のプレロードと比較したらコストがかなり掛ると思います。
そうなれば、なぜプレロードをしなかったのかという根源に戻り、施工者責任云々に至るような気がします。
その辺が整理された以後、時間的問題でプレロードが不可となれば矢板をはじめとした対策工に目が向けられるのかなと感じます。

仮に矢板となった場合、私にはまったく分からないエリアです(笑)
サンドパイルで含水比下げるなどは無理なんでしょうね。

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ご意見ありがとうございます。
当時も課題は認識されたなかで、やむをえず施工しています。
経緯は、当初に官側と整理済みです。。。

矢板も、含水比を下げたり摩擦を低減する材料を塗布したりしても、H=20mの周面摩擦を0にはできないように思います。
0にするため、矢板を20m下の支持層に支持させ、周面摩擦が作用しても座屈しないように応力照査することを考え、
となると鋼管杭のようにも思い、鋼管杭の事例も調べましたが、実績はないようです。

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背面盛土の沈下対策で橋台前面まで改良した経験はありません。

橋台を改良杭でコの字に囲えば橋台前面は圧密しないと考えます。

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ご意見ありがとうございます。

上載荷重の下方への広がりが、平面的にみて、光のように直進的に広がるのか、音のように回析しながら広がるのか、の話だと思います。

上載荷重の上方から下方への伝達は、土のせん断力(?)によるものだと思うので、、特定の1点から下へは必ず円形に広がり、つまり
橋台端部でも音のように回析しながら、橋台前面にも回り込んで荷重が下方へ伝播するように思うのですが。。。そのために前面も改良かなと。

ご意見下さい。

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回析って・・・。
空想は勝手ですが、現実として前面まで改良してる例がどれだけあるか調べました?

老婆心ながら、技術者なら落としどころを考えないと一人騒いでも周りが迷惑するだけですよ。

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ご意見ありがとうございます。

既設橋梁支持杭のネガティブフリクション対策事例がないため、ここで質問させていただいている次第です。
事例があるから不要となるとも思っていません。
知識、経験が足りないため、前面改良が不要だという理由を、文献等をもって教えていただけたらと思います。
落としどころは、正の考えを把握してから整理します。

ご意見下さい。

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技術者というより学者・研究者が向いているようですね。

誰もそんなことはやってないのに正の考えうんぬんとか言ってやろうとしてるなら、
逆に回析するから前面側にも必要という根拠を探した方がいいんじゃないですか?

自分の考えは合ってるだろ?
ここまで考えてるんだぜ。否定できるもんなら否定してみろ。
って押し付けにしか聞こえない。

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原地盤20mのうち,どれぐらいが軟弱粘土層なのでしょう?
別途コメントがあるように側方流動が非常に気になる状況で,ある意味NF以上に恐ろしい。これは検討必須です。
状況がよくわからないところもあるので直感的なアイデアということになりますが,
圧密を受ける軟弱粘土層が厚いならそもそもそれほど大きなNFは生じないし,杭も先端期待でしっかり設計されている筈。
圧密層がそれほど厚くないなら,背面盛土が未施工のようなので,橋台下杭間部を狙って,背面側も多少余裕を持った広さを含める形でセメント系改良が出来ないでしょうか。
圧密層以外の地盤の状況にもよりますが,地盤内で杭に直接作用する側方圧の上昇を設計上考慮できているでしょうか?
これが不十分な場合,問題はNFのみにとどまらない。背面側に側方圧を分担させる壁や壁状改良が必要。
この応力遮断壁の表面にスリップレイヤーを設けたりすることで,橋台下の連れ込み沈下や橋台下が直接圧密沈下してNFが発生することをかなり防止することが可能。
鋼矢板対策の沈下低減率がわからないとのことですが,確かにどこかに答えがあったり,単純に答えが得られる話ではないでしょうが,設計的にはSL杭・SLシートでの扱い,沈下抑止鋼矢板の考え方などが援用できようかと思います。
背面盛土施工に際しては,壁体の変形計測,別途計測用の杭や沈下板等を設置して,長期動態観測するべきだと思います。
側方流動の懸念が大きいような場合,後付で地盤の対処をしようとすると,既施工の橋台に側方変位や杭の変状等の影響を与えてしまう。
この場合は,例えば背面側にもう1つ背面盛土荷重を受けるような構造を作って,同時に連れ込み沈下の緩衝帯にすることで杭のNF問題も防げるように思います。

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ご意見ありがとうございます。

原地盤20mの最下端付近に、H=4mの軟弱層が確認されています。
それ以外は砂質土層で、周面摩擦が十分期待できてしまいます。

杭の橋軸方向、橋軸直交方向の地盤改良は、杭の剛性が高まり作用力の集中を招く→杭増し打ち等につながりかねないため、
極力避けられればと考えています。(他が困難なら、実施します。)

側方流動は照査済みです。
SL塗布した鋼矢板も、参考事例等みながら、今後検討します。
動態観測について失念していました。提案します。

いろいろご提案、ありがとうございました。勉強させていただきます。