重力式擁壁の安定計算｜盛土等規制法・道路土工指針に準拠

計算方法と適用範囲

このツールで計算できること

重力式擁壁（無筋コンクリートの台形断面。延長1mあたり）について、土圧の算定、転倒・滑動の安定計算、合力の作用位置（偏心量）と地盤反力度の算定を行います。常時に加えて、設計水平震度を用いた震度法による地震時の照査に対応します。

計算方法・使用式

• 土圧: 試行くさび法（すべり面の角度を変えながら土くさびの力のつり合いを解き、壁に作用する力の水平成分が最大となるものを主働土圧とする方法）と、土圧係数法（Pa = 1/2・Ka・γ・H^2 + Ka・q・H。Kaは直接入力）を選択できます。試行くさび法の地震時は、土くさびの自重に慣性力kh・Wを加えて解きます（道路土工 擁壁工指針 5-2-4(5)）。

• 土圧の作用面: 試行くさび法では、躯体コンクリート背面（実背面。バッターがあれば傾斜面）を作用面とします（道路土工 擁壁工指針 5-2-4(1)、盛土等防災マニュアルの解説〔Ⅰ〕図Ⅷ・3-5）。壁面摩擦角は「土とコンクリート」の値で、常時2φ/3・地震時φ/2です（擁壁工指針 解表5-2）。

  透水マットを用いる場合は常時もφ/2とします（擁壁工指針に規定が無いため、盛土等防災マニュアルの解説〔Ⅰ〕Ⅷ・3・2・1 解説1(2)ア によります）。背面の上に載る土はくさびに含まれ、その重さは土圧の鉛直成分として効きます。鉛直成分は、水平成分と同じ高さ（土砂の分は H/3、上載荷重の分は H/2）の背面上の点に作用させ、つま先からその点までの水平距離を腕として抵抗モーメントを求めます（擁壁工指針 式(解5-11)）。

• 土圧係数法の作用面: 入力した土圧係数による土圧を、かかと（底面後端）を通る鉛直面に水平に作用させ、背面とその鉛直面の間にある土（地表面まで）と、その上の載荷重を、躯体を押さえる鉛直荷重として見込みます。

  重力式擁壁の土圧の作用面は原則として躯体背面ですが（盛土等防災マニュアルの解説〔Ⅰ〕図Ⅷ・3-5(a)）、土圧係数を与えたときの作用面の定めは無いため、同マニュアルの鉛直仮想背面の方法（図Ⅷ・3-7）にならい、宅地用重力式擁壁と同じ扱いにしています。土圧の鉛直成分は見込みません。

• 法担ぎ: 「法までの距離」は、躯体背面（土砂天端の高さにおける背面の位置）から法尻までの水平距離です（0で背面に接する）。試行くさび法では、この形状をそのままくさびに入れて自重を求めます。上載荷重は、法肩より奥の平場にだけ載せます（盛土等防災マニュアルの解説〔Ⅰ〕図Ⅷ・3-7）。

• 土圧係数法での法担ぎ: すべり面を仮定しないため盛土の形をそのまま扱えません。法面（法幅×法高の直角三角形断面）の土砂重量を法幅の区間に均した等分布荷重 γ・法高/2 に置き換え、上載荷重に加算します。

  この置き換えは基準に定めの無い近似で、「法までの距離」と「法幅」は土圧に反映されず、法が擁壁に近く法幅が狭い場合は、法面の形をそのまま解いた土圧より小さくなることがあります。地表面の傾斜による土圧係数の増加も反映されないため、Kaは地表面の形状に応じた値を入力してください。盛土形状が変化する場合は試行くさび法によるのがよいとされています（擁壁工指針 5-2-4(2)）。

• 地震時の荷重: 道路土工 擁壁工指針では、荷重の組合せを「自重＋地震の影響」とし（4-2-1(2)）、地震時土圧と躯体の慣性力を考慮します。上載荷重は組み合わせません。盛土等防災マニュアルの解説では、「地震時土圧による荷重」と「自重に起因する地震時慣性力に常時の土圧を加えた荷重」の大きい方を用います（同〔Ⅰ〕Ⅷ・3・2・1 解説1(1)イ(エ)）。

  本ツールは両方を計算し、転倒・滑動・地盤反力度ごとに不利な方を採ります。土圧係数法では地震時の土圧を算定しないため、入力した土圧係数による土圧に慣性力を加えた荷重とします（同マニュアルの、政令別表第二の土圧係数を用いる場合の扱い）。慣性力は、躯体（土圧係数法では背面の上の土も）の重量に設計水平震度を乗じ、それぞれの重心に作用させます（同マニュアル 図Ⅷ・3-21）。上載荷重には乗じません。

• 転倒: 盛土等防災マニュアルの解説では安全率 Fs = 抵抗モーメント/転倒モーメントで照査し（同〔Ⅰ〕表Ⅷ・3-8）、常時は、引張の発生を許容しない無筋コンクリート造擁壁の条件として、合力の作用位置が底面中央の1/3の中にあること（|e|≦B/6）もあわせて照査します（同 Ⅷ・3・2・1 解説6(1)）。

  道路土工 擁壁工指針では合力の作用位置の偏心量（常時 |e|≦B/6、地震時 |e|≦B/3）で照査します（5-3-2）。道路土工 擁壁工指針で土圧係数法を選んだ場合、滑動・転倒の照査では背面の上の載荷重を無視します（同 4-2-3）。

• 滑動: Fs = μ・ΣV / ΣH。擁壁前面の受働抵抗は見込みません。地震時は、土圧に自重の慣性力を加えた水平力で照査します（盛土等防災マニュアルの解説を選んだ場合は、上記の2つの荷重のうち不利な方）。

• 地盤反力度: |e|≦B/6のとき台形分布 qmax = ΣV/B・(1+6|e|/B)、B/6を超えるときは有効載荷幅 3(B/2−|e|) の三角形分布 qmax = 2ΣV/(3(B/2−|e|)) とします（分布形の切替は、偏心量の許容値によらず B/6 です）。

  三角形分布の式は合力が底面中央の2/3の範囲（|e|≦B/3）にあるときのもので、それを超える場合は「算定範囲外」と表示します。盛土等防災マニュアルの解説の大地震時で支持力を比較しない場合は、支持力を確かめようがないため「合力の作用位置」として NG とします（常時と道路土工 擁壁工指針は偏心量の照査で NG になります）。

• 支持力: 既定では、最大地盤反力度を必要地耐力として表示するだけで、支持力は照査しません。「入力した許容支持力度と比較する」を選ぶと、最大地盤反力度が入力した地盤の許容支持力度（地耐力）以下であることを照査し、総合判定に含めます。

  許容支持力度そのものは計算しません（直接基礎の地耐力計算へ連動して求めることができます。連動先には基準と検討ケースに応じた支持力の安全率を引き継ぎます）。盛土等防災マニュアルの解説の中地震時は、支持力を照査しません（同〔Ⅰ〕表Ⅷ・3-8）。

入力と出力

入力: 準拠する設計基準・検討ケース・設計水平震度kh、躯体形状（擁壁高H・天端幅T1・前面バッターT2・背面バッターT3。基礎幅B = T1+T2+T3は自動算出）、背面の法担ぎと天端からの下がり、土質条件（γ・φ・土圧係数Ka）、上載荷重q、底面と地盤の摩擦係数μ、許容安全率、支持力の扱いと許容支持力度。

出力: 転倒（安全率または偏心量）・滑動の照査結果、合力の作用位置と最大地盤反力度（必要地耐力。比較を選んだときは支持力の照査結果）。計算過程つきの帳票（計算書）を出力でき、直接基礎の地耐力計算・浅層改良・柱状改良へ荷重と断面形状を引き継げます。

適用範囲・計算上の仮定

• 延長1mあたりの2次元断面として計算します。
• 底版を持たない台形断面（前面・背面バッター）の無筋コンクリート擁壁が対象です。
• 自重で土圧に抵抗する形式のため、躯体（断面）の照査は行いません（道路土工 擁壁工指針は、一般的な形状の重力式擁壁の躯体の設計を省略してよいとしています）。躯体の途中の断面に引張が生じないかは、必要に応じて別途確認してください。
• 盛土等防災マニュアルの解説の中地震時は安定照査を行いません（同〔Ⅰ〕表Ⅷ・3-8）。同マニュアルの中地震時の照査は躯体の応力度だけで、本ツールでは扱いません（合力の作用位置と最大地盤反力度を参考として表示します）。
• 背面土は単一土層・水位なしの盛土として扱い、地下水位・水圧・浮力は考慮しません。切土面が近い切土部の土圧（切土面に沿うすべりを考える土圧）は扱いません。
• 滑動照査では受働土圧による抵抗を見込みません。
• 支持力は、既定では最大地盤反力度（必要地耐力）の表示までです。「入力した許容支持力度と比較する」を選んだときだけ、入力値と比べて照査します。許容支持力度そのものは求めないので、直接基礎の地耐力計算などで別途求めてください。
• 背面盛土と基礎地盤を含む全体としての安定（すべり破壊・圧密沈下・液状化など）は照査しません。軟弱層・液状化のおそれのある層がある場合や、斜面上・長大なのり面の下に設ける場合は、別途検討してください。

使用基準・参考文献・設計者が確認すべき事項

• 盛土等防災マニュアルの解説〔Ⅰ〕［第二次改訂版］（令和5年11月）: 照査項目と安全率（表Ⅷ・3-8）、地震時荷重（Ⅷ・3・2・1 解説1(1)イ(エ)）、土圧の作用面と壁面摩擦角（Ⅷ・3・2・1 解説1(2)、図Ⅷ・3-5）、無筋コンクリート造擁壁の合力の作用位置（Ⅷ・3・2・1 解説6(1)）、地盤反力度（式Ⅷ・3-10〜3-12）、積載荷重（Ⅷ・3・2・2 7、図Ⅷ・3-7）、地震時慣性力（Ⅷ・3・2・2 8、図Ⅷ・3-21）。 Amazonで見る
• 道路土工－擁壁工指針（平成24年度版、日本道路協会）: 荷重の組合せ（4-2-1(2)）、自重（4-2-2）、載荷重（4-2-3）、地震の影響（4-2-6）、試行くさび法と地震時土圧（5-2-4(2)(5)）、土圧の作用面と壁面摩擦角（5-2-4(1)、解表5-2）、転倒・滑動の照査（5-3-2、式(解5-10)〜(解5-13)）、重力式擁壁（5-7-2）、擁壁の構造形式の選定上の目安（解表3-1。重力式擁壁で適用されている主な擁壁高は5m程度以下）。 Amazonで見る

設計水平震度・許容安全率・土質定数は参考の既定値を入力していますが、適用する事業・地域・地盤条件により異なります。設計基準と検討ケースの選択で自動入力が変わるのは、許容安全率・コンクリートの単位体積重量・設計水平震度で、土質定数（γ・φ・Ka・μ）は変わりません。採用値の妥当性、支持地盤の許容支持力度、根入れ深さ、排水工、地下水位の影響、背面土の締固めは、設計者が別途確認してください。

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