U型擁壁の設計｜道路土工 擁壁工指針に準拠

計算方法と適用範囲

このツールで計算できること

掘割式U型擁壁（側壁と底版が一体のU字断面。延長1mあたり）について、部材の安全性（側壁・底版の断面照査）、浮上がりに対する検討、擁壁自体の安定性（滑動・転倒・支持）の照査を行います。内空が空の掘割式のほか、中詰め土を入れた形式も扱えます。常時に加えて、設計水平震度を用いた地震時の照査に対応します。

計算方法・使用式

• 荷重の組合せ: 常時は「自重＋載荷重＋土圧」と「自重＋土圧」の両方を計算して照査ごとに不利な方を採り、地震時は「自重＋地震の影響」として載荷重を組み合わせません（道路土工 擁壁工指針 4-2-1(2)）。

• 土圧: 常時は静止土圧（p = K0・(γ・z + q)。指針 5-2-4(3)、式 解5-5）です。地震時は、指針 5-7-6 が示す道路橋示方書Ⅴ耐震設計編の地震時土圧（修正物部・岡部式）とし、地震時主働土圧係数 KEA を同編 式(4.2.2)の「背面が土とコンクリートの場合」の近似式で自動入力します。

  あわせて躯体と底版上の土の自重の慣性力を考慮します。法担ぎは換算等分布荷重として載荷重に加算します（本ツールの扱い）。

• 側壁: 底版との結合部を固定端とする片持ばりとして、土圧・水圧による曲げモーメント・せん断力を求めます（指針 5-7-6(3)）。地震時の慣性力は、外側引張の照査では内向き、内側引張の照査では外向きに取ります。
• 底版: 弾性床上のはり（Winklerばり）として、鉛直地盤反力係数kvによるばね支持のはりを有限要素で解き、断面力と地盤反力分布を求めます（指針 5-7-6(3)）。地盤ばねは引張を受け持たないものとし、底版が浮き上がる範囲のばねを外して解き直します。照査断面は中央・左右の側壁付け根と、張出しがあればそのつけ根です。内空側の断面には側壁から伝わる軸方向力（掘割式は圧縮、中詰め式は引張）を入れます。
• 浮上がり: Fs = (WB＋WS＋QS)/(US＋UD)（躯体自重、張出しとテーパーの上の土・中詰め土の重量、土のせん断抵抗または側壁と土の摩擦抵抗と、静水圧による浮力・地震時の過剰間隙水圧による浮力の比。指針 式 解5-42）。
• 安定性: 滑動は Fs = (V0・μ＋cB・B′)/H0（式 解5-10、B′= B−2e）、転倒は合力作用位置の偏心量（常時 |e|≦B/6、地震時 |e|≦B/3）、支持は地盤反力度と許容鉛直支持力度（地震時は1.5倍）の比較で照査します（指針 5-3-2）。張出しの上の載荷重は支持の照査だけに入れ、合力が底面中央の2/3の範囲の外にあるときは地盤反力度を算定範囲外として支持を NG とします。
• 部材計算は許容応力度法（単鉄筋長方形断面、ヤング係数比n=15）で、コンクリート圧縮σc・せん断τ・鉄筋引張σsを照査します。

入力と出力

入力: 検討ケース・地盤種別・地域別補正係数cz・設計水平震度kh、躯体形状（高さH・内空幅・側壁厚（天端/基部）・底版厚・張出し）、左右別々の土砂形状（法担ぎ・天端からの下がり）、地下水位・内水位・中詰め土の条件、材料（γ・Fc・鉄筋材・部材の環境条件）、静止土圧係数K0・背面土の土質と地震時土圧係数KEA・載荷重q、基礎条件（鉛直地盤反力係数kv・摩擦係数μ・付着力cB・許容鉛直支持力度）、浮上がりの QS・UD、配筋（径・ピッチ・純かぶり）、許容安全率・許容応力度（多くは他の入力から自動入力）。

出力: 側壁基部・底版（中央・側壁付け根・張出しのつけ根）の応力度照査、浮上がりの安全率、滑動・転倒（偏心量）・支持（地盤反力度）の照査結果のOK/NG判定と、底版の断面力・地盤反力の分布。計算過程つきの帳票（計算書）を出力できます。

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。躯体は左右対称とし、土砂形状のみ左右別々に与えられます。
• 常時の土圧は静止土圧です（掘割式U型擁壁は変位を許さない構造のため）。主働土圧への低減は行いません。
• 土圧は水平成分のみを考慮し、鉛直成分は無視します。
• 底版の解析は鉛直地盤反力係数kvに依存します。kvの設定が結果に大きく影響します。
• 掘割式では本来省略できるとされる安定性の照査（指針5-3）も、左右の土砂形状が異なる場合の偏土圧や中詰め式に備えて常に行います。
• 地下水位・内水位は静水圧として扱い、浸透流・間隙水圧の変動は考慮しません。
• 地震時土圧係数の自動入力は、道路橋示方書Ⅳ下部構造編 7.9を満たす良質な背面土を前提とした近似式です。これを満たさない背面土では、別途評価した値を直接入力してください。
• 施工時の底版中央部の照査、側方地盤の液状化による側壁への土圧の増加、地盤変位の影響が大きい場合の応答変位法などによる検討、中詰め土の地震時の土圧の増加と慣性力は扱いません。

使用基準・参考文献・設計者が確認すべき事項

• 道路土工 擁壁工指針（平成24年7月、日本道路協会）: U型擁壁の設計（5-7-6）、荷重の組合せ（4-2-1）、自重と載荷重の載荷方法（4-2-2・4-2-3、解図4-1・4-2）、静止土圧（式 解5-5）、設計水平震度（解表5-1）、浮上がりの照査（式 解5-42）、滑動（式 解5-10）・転倒・支持の照査（5-3-2）、許容鉛直支持力度と摩擦係数（解表4-8・解表4-9）、コンクリートのヤング係数（表4-1）、許容応力度（表4-2〜表4-5・表4-10）。 Amazonで見る
• 道路橋示方書・同解説Ⅴ耐震設計編（平成29年11月、日本道路協会）: 地震時土圧（4.2、式(4.2.2)）。 Amazonで見る
• 道路橋示方書・同解説Ⅳ下部構造編（平成29年11月、日本道路協会）: 鉛直方向地盤反力係数 kv（式(8.5.2)・(8.5.3)、表-8.5.1、表-9.6.1）。 Amazonで見る
• 道路橋示方書・同解説Ⅰ共通編（平成29年11月、日本道路協会）: 地震時土圧を算出する場合の壁面摩擦角（表-解8.7.1）。

設計水平震度・許容安全率・許容応力度・土質定数・鉛直地盤反力係数は参考の既定値を自動入力しますが、地域・地盤条件により異なります。採用値の妥当性のほか、揚圧力の設定（地下水位の季節変動）、施工時の排水、支持地盤の許容支持力度は、設計者が別途確認してください。

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