Establishment of prediction method of ground deformation when pulling out earth retaining piles

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04685
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 福林 良典 宮崎大学, 工学部, 准教授 (70812220)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神山 惇 宮崎大学, 工学部, 助教 (90816266)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 施工事例分析 / 充填材 / 一軸圧縮強度 / 弾性係数 / 土水連成３次元弾塑性FEMコード

Outline of Annual Research Achievements

本年度は昨年度に引き続き，土留め部材の引抜時における地盤変形の数値解析手法について，検討を進めた．土水連成３次元弾塑性FEMコード（DBLEAVES）を利用した再現解析を試みている．既往の文献を参考にし，要素掘削法による引抜過程の再現を，DBLEAVESに導入しようとしている．平行して，汎用解析コードも導入し，数値解析による土留め部材引抜時の地盤変形の計算を進める．複数の解析コードの適用性を確認し，計算手法の確立に向けた時間短縮を図る．
土留め部材引抜時の地盤変形抑制に向けて，土留部材引抜同時充填工法が開発されている．引抜時に生じる負圧により，流動性のある充填材が土留め部材に追随し空隙を生じることなく置き換わり，そこで滞留することで直ちに硬化しはじめる．引抜跡に空隙が生じることがないため，地盤変形を従来の引抜き時より抑制することができる．すでに500近い施工事例が蓄積されている．この工法による地盤変形抑制効果を，定量的に評価する検討を進めた．
まず施工事例を整理した結果，土留め部材打設時の工法により，引抜時の挙動に違いが生じることが明らかになった．掘削孔を設けたのち土留め杭を打設した場合は，杭周辺地盤が埋戻し土であり，ゆるんでいる．その場合，引抜時の地盤変形影響範囲は，振動打込みにより設置された杭を引き抜く場合より，大きい傾向がある．引抜時の地盤変形を計算するには，杭打設工法を考慮することが重要であることが分かった．
充填材の強度発現は時間依存性であるので，養生期間と充填材の一軸圧縮強度や弾性係数の関係の検討を開始している．ここで得られた強度定数を，数値計算に反映させる．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

土留め部材の引抜時における地盤変形把握のための，数値解析手法の確立に時間を要している．解析コード開発者からの助言を得つつ，進めている．また，汎用コードの併用も進めており，確立に向けた時間短縮を図る．
数値解析結果の検証が必要である．現在，施工実績として集積されている引抜時の地表面沈下量を参照にしている．しかし，これらは施工監理上，計測された結果である．そのため数値解析結果の妥当性を検証するために，十分な情報を有していない．そこで，実施工現場，または実物大引抜実験を行い，地中変形，地盤内応力，地表面変位を計測することを計画している．昨年度からの新型コロナ感染症拡大のために，県外移動が困難であり，実施に至っていない．このことが，やや遅れていることの要因となっている．
充填材の一軸圧縮強度試験について，試験室での計測結果とのずれが見られる．攪拌手順や実験条件を見直す必要がある．そのため，数値解析上で，土留め部材に置き換わった充填材の材料強度を設定するに至っていない．現在，充填材開発機関とも結果や供試体の状況を共有しつつ，原因を解明している．

Strategy for Future Research Activity

研究期間の最終年度となる．引抜過程，同時充填引抜過程をモデル化する手法の開発を引き続き進める．数値解析で汎用コードも導入しており，様々な制約条件が考えられるが，実用的な杭引抜時の地盤変形を予測する手法を提案する．
数値解析結果の妥当性を検証するために，地盤条件，土留め部材との離隔，周辺環境条件を整理した環境下で，実現場での地表面沈下の計測データを収集する．簡易な手法で地中変形，地盤応力，含水比変動などを計測することも検討する．計測のための実物大規模の実験の実施は時間的制約から困難であるが，実現場での計測データの集約を試みる．
土留部材引抜同時充填工法は，引抜時の地盤変形を抑制する工法と考えられるため，その普及に向け地盤変形抑制効果の定量的評価を進める．充填材の時間変化に伴う強度特性が重要であり，その把握に向けた実験を継続する．これまでの経験から，攪拌方法や試験方法のノウハウは蓄積されつつあり，その強度特性の把握は可能である．
土留め部材が引抜撤去される背景には，地下水流の遮断を解除することもある．引抜時に地盤変形を抑制することと，土留め部材に置き換わった固化した充填材に透水性を持たせることが考えられる．この時，充填材本来の性能である，流動性と滞留時に固化が始まる即効性を確保する必要がある．そして，充填材内に加水分解が進む物質を混入することで，ポーラスでありながら所定のせん断強さを有する充填部を構築できる可能性がある．そのような物質として，徐放性有機資材の利用の実用性を検討する．
以上から，本研究課題の目標である，土留め部材引抜時の地盤変形を数値解析により予測する手法を提案する．

Causes of Carryover

2021年度に実現場での土留め部材引抜時の，地盤変形の計測を行う予定であった．しかし，新型コロナ感染症拡大の影響で，県外移動と施工現場での計測体制の確保が困難となった．そのため，計測に向けた現場の選定，計測機器の選定やデータ取得方法などの計画を進めることができなかった．2022年度には，現場計測または実物大での施工と計測を行う予定である．現場計測にかかる費用を2021年度予算として計上したが，2022年度に持ち越すこととした．
研究協力者である，土留部材引抜同時充填工法研究協会とは打合せを重ねており，国内移動が円滑にできるようになれば，現場を選定し計測を行う見込みである．