'05/1/7
関東ローム地山の掘削・山留め・支持力 目次
吉見 吉昭

掘削
 
斜面を崩壊させようとする力は重力と浸透水力で,それに抵抗する力は土のせん断強度です。その意味で,関東ロームが軽くて強いことが崩壊を起りにくくしており,8mも鉛直に素掘りできる場合もあるとさえ言われています。また,砂質土のように地下水が湧き出す心配がないので排水工事を行なう必要もありません。スコップで楽に掘れることもあり,最も掘削しやすい土と言っても過言でないでしょう。卑近な例ですが,関東ローム台地にある我が家では,公共下水道が敷設される前,浄化槽を出た汚水を吸込ませるための,人力で素掘りした深さ9mの穴があります。数十年経ちますが,びくともしていません。

仮設山留め
親杭横矢板の水平断面 
関東ローム地盤を掘削するときの仮設山留めとして,通常は右図のような水平断面を持つ親杭横矢板(おやぐい・よこやいた)が用いられます(上が掘削側,下が山側で矢印は土圧1))。昔は打ち込まれた鋼製の親杭()のフランジ面が地盤に密着し,これだけでもかなりの山留め効果があったのですが,近年は騒音・振動防止のため,あらかじめ掘った穴の中に杭を建てこみ,セメントミルクで根固めをするようになりましたので,土圧はまず地盤に密着させた横矢板に作用します。掘削の進行に合わせて上から順に横矢板を挿入し,くさび(図では省略)で地盤に密着させます。

関東ローム上の模型基礎載荷実験(沈下パターンと荷重−沈下曲線)
支持力
 関東ローム地山の支持機構を調べるために,深さ約4mからていねいに切り出した関東ロームの直方体の表面に幅50mmの小型模型基礎を置き,これを地盤中に鉛直に押し込む実験を行った結果は下図のようになりました2)。右下の図の(イ),(ロ)は基礎からそれぞれ150mm,25mm離れた地表面です。地表面がわずかに沈下する一方で,基礎直下の地盤がほぼ鉛直方向に圧縮して,基礎が地盤に切れ込むように沈下していることが特徴的です。ところが基礎の支持力理論では,剛塑性体としてモデル化された地盤は体積変化を起さないので,両側の地表面が逆に盛り上がるはずです。したがって,そのようなモデルに立脚した支持力式3)は,関東ロームには適用できません。

 右端の荷重度〜沈下量曲線をよく見ますと,折れ曲った後の曲線がギザギザになっています。これは,関東ロームが不飽和であり,間隙率が大きく,ポアソン比が小さいことを反映し,土の構造が一種の進行性破壊を起したことを示していると思われます。沈下量約0.2 cm(基礎幅の4%)のところで荷重度−沈下量曲線が折れ曲りますが,それに対応する降伏荷重度は約4.0 kgf/cm2 (=40 tf/m2=400 kPa)と,かなり大きい値です。同様な地表面沈下と降伏荷重度は,一辺の長さが10,30,45,61 cm の平板載荷試験でも観察されています4)。また,45年前に発行された“東京地盤図”に,多数の平板載荷試験結果に基づいて書かれた,関東ロームは「少なくとも30t/u,通常は40t/u以上の支持力を有するものとみることができる。」という記述とも矛盾しません5)。したがって,安全率=3とすれば,設計用の荷重度は10 tf/u=100 kPaになります。

おわりに
 “関東ローム地山の力学的性質”で述べましたように,地山の関東ロームが本来持っている強度と剛性をうまく利用することによって,掘削・山留め・基礎の合理的な設計・施工が可能です。ただし,関東ロームは乱されると極端に弱く,軟らかくなりますので,施工に当たって地盤を乱さないことが条件です。機械化施工では,掘り過ぎに特に細心の注意を払い,もし埋め戻す必要があれば十分に転圧などの処置を施す必要があります6)

 掘削と仮設山留めについて,長年の経験に基づく有益な助言を賜りました遠藤正明博士に厚く御礼申し上げます。


  1. 土圧は一様に分布するとは限らず,ゼロの場所もありえます。
  2. 永末大・吉見吉昭:関東ローム地盤の平面ひずみ弾塑性解析,『第4回土質工学研究発表講演集』,531-536, 1969
  3. 日本建築学会:『建築基礎構造設計指針』,105-109, 2001
  4. 伊藤幸爾郎:「関東ローム層における平板載荷試験」,『平板載荷試験に関するシンポジウム発表論文集』,土質工学会,15-22, 1979
  5. 東京地盤調査研究会:『東京地盤図』,14-15, 1959
  6. 吉見吉昭:関東ローム地山の力学的性質,『土と基礎』,Vol. 53, No. 1, 63-65, 2005