構造設計講座（擁壁編）

　それでは、設計を始めてみましょう。以下の擁壁を例として、設計します。

４．擁壁各部の寸法

　まずは擁壁各部の寸法について、説明します。

　土の高低差は計画している高低差とします。擁壁天端を地表面よりも上げる場合は必要な寸法を設定します。

　次に根入れ寸法ですが、擁壁見付高さの15%かつ35cm以上とする必要があります。ここで対象としている高さ2.0m以下の場合は、35cmとなります。

　難しいのは底版長さ、壁厚さ、底版厚さの設定ですが、これは行政庁などが出している擁壁断面図集に合せ、設定します。これはあくまでも仮の寸法で計算しながら、調整していく事になります。

　設計例では神奈川県川崎市の宅地開発指針の擁壁断面図集に倣い、以下のように仮に設定しました。

　壁厚さ：20cm、底版厚さ：20cm、底版長さ：165cm

　壁厚、底版厚ですが、擁壁は土に接している為、通常よりもかぶり厚さを大きくとる必要があります。よって、ダブル配筋とするには20cm以上の厚さが必要になりますので注意が必要です。

※川崎市の宅地開発指針

※これらの擁壁断面図集は一般に良好な地盤条件にて、設定されています。よって、通常はこの形状よりも大きくなります。

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５．土圧の計算

　さて、それでは計算に入ってみましょう。まずは土圧の計算です。

　土圧を計算するには、「２．擁壁にかかる力」で説明しました通り、4つの要素が係わり、以下の式で計算出来ます。

土の重量による土圧（合力）= Ka × γ × Ｈ² / 2

上載荷重による土圧（合力）= Ka × ｗ × Ｈ

Ka：土圧係数、γ：土の比重、Ｈ：土圧を受ける高さ、ｗ：上載荷重

　さて、ややこしい計算式が出てきましたが、この4つの数値をEXCEL計算シートに入力すれば、自動的に計算が出来ます。

①土圧係数

　土圧係数は、0.50とします。

　厳密には「２．擁壁にかかる力」で説明しました通り、底版上の土の種類、強度により、この係数は変わりますが、Ｌ型擁壁の場合はこの部分を掘削、埋め戻しを行います。よって、元の地盤の強度は余り意味が無くなります。
　従って、安全側に考慮し、一般的に0.50とします。また、0.50とするようにとの行政指導もよくあります。

②土の比重

　土の比重は、擁壁底版上の土の種類により、以下の数値を使います。

　

土の種類	土の比重（kN/㎡）
粘性土、シルト	16 kN/㎡
砂質土	17 kN/㎡
砂礫、砂利	18 kN/㎡

　さて、砂混じり粘土、シルト質砂などと判断に迷うものもあります。これらは、地盤調査結果で○○粘土と書かれているのは粘性土、○○砂と書かれているのは砂質土と判断します。つまり、最後に書かれている土質で区分します。

③上載荷重（地表面載荷重）

　上載荷重は宅造法では、5kN/㎡以上となっています。また、木造2階建て住宅程度であれば、10kN/㎡程度です。それ以上であれば、任意に設定します。

　通常は最低でも木造2階建て住宅程度を考慮し、10kN/㎡とします。行政指導でも10N/㎡となっている事が多くあります。

④土圧を受ける高さ

　土圧を受ける高さはどの部位を検討するかによって、変わります。擁壁全体の安定を計算する場合は背面の 土の天端から、擁壁底版下端になります。壁を計算する場合は背面の土の天端から、壁の根元までになります。

　以上の項目の数値をEXCEL計算シートに入力すれば土圧が計算出来ます。

　【土圧の計算結果】

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６．擁壁の転倒、滑動の検討

①転倒の検討

　擁壁の転倒は左図の検討をします。擁壁は土圧により、底版のつま先（Ａ点）を中心して、回転を起こそうとします。転倒とは回転させようとする力なのでモーメント（kN･m）になります。土圧力に土圧力の中心から、底版のつま先（Ａ点）までの距離をかけた値が転倒させようとする力（転倒モーメント）になります。

　この転倒モーメントに対しては、擁壁の重量で抵抗する事になります。擁壁の重量の中心から、底版のつま先（Ａ点）までの距離をかけた値が転倒に抵抗する力（抵抗モーメント）になります。 　抵抗モーメントが転倒モーメントよりも大きければ、擁壁は転倒しない訳ですが、擁壁の設計基準として、 転倒に対しての安全率は1.5以上必要となっています。つまり、以下を確認する事になります。

抵抗モーメント／転倒モーメント ≧ 1.5

　話がだんだん難しくなってきましたが、転倒を防止するには擁壁の重量を増やすしかありません。つまり、転倒がＮＧの場合はＯＫになるまで底版長さを長くする事が必要になります。

　詳細な計算式は計算書（EXCEL計算シート）を確認して下さい。この転倒モーメントの計算としては、土圧合力は三角形分布荷重なので合力に高さの1/3をかけた値、上載荷重合力は等分布荷重なので高さの1/2をかけた 値を足したものとなります。また、抵抗モーメントの算出には擁壁各部の重量を算定し、それぞれの中心から、底版のつま先（Ａ点）までの距離をかけたものを合計して、算出します。

②滑動の検討

　擁壁の滑動は左図の検討をします。擁壁は土圧（土圧合力と上載荷重合力の合計）により、水平に移動しようとします。
　これに抵抗するのは擁壁底版と底版下の摩擦抵抗になります。この力を滑動抵抗と呼びます。

　そして、同じく安全率1.5が必要ですので以下を確認します。

滑動抵抗／土圧力 ≧ 1.5

　この滑動抵抗ですが、擁壁の重量に底版下の土の種類による摩擦係数μを掛けて算出します。

滑動抵抗(kN) = 擁壁の重量(kN) × 摩擦係数μ

　各土質の摩擦係数μは以下の表によります。地盤調査結果に応じた値をEXCEL計算シートに入力して下さい。

土の種類	摩擦係数μ
粘性土、シルト	0.30
砂質土	0.40
砂礫、砂利、地盤改良	0.50

　滑動を防止するには同じく、擁壁の重量を増やすしかありません。つまり、滑動がＮＧの場合はＯＫになるまで底版長さを長くする事が必要になります。

　さて、現在、最初に過程しました擁壁底版長さでは、転倒はＯＫになっていますが、滑動はＮＧとなっています。底版長さを少しずつ伸ばし、2.10mで滑動がＯＫになりました。

　　　　【転倒、滑動の検討結果】

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