ソイルネイリングは、不安定な自然斜面または不安定な人工（盛土）斜面を改修するための建設措置であり、新規または既存の斜面を安全に急勾配にすることができる建設技術です。この技術では、比較的細い補強材を斜面に挿入します。多くの場合、汎用鉄筋が用いられますが、専用の中実または中空システムの鉄筋も利用可能です。中実の鉄筋は通常、事前に掘削された穴に挿入され、別のグラウトラインを使用して所定の位置にグラウト注入されます。一方、中空鉄筋は、犠牲 ドリルビットを使用し、掘削の進行中に中空鉄筋にグラウトを注入することで、掘削とグラウト注入を同時に行うことができます。比較的短い鉄筋を斜面に打ち込む運動学的方法も開発されています。
掘削技術を用いて設置されるバーは、通常、完全にグラウト充填され、わずかに下向きの傾斜で設置されます。バーは法面全体に等間隔で設置されます。表面には、剛性フェーシング（多くの場合、空気圧式コンクリート、別名ショットクリート）または独立した土壌釘ヘッドプレートが使用される場合があります。 [1]あるいは、ヘッドプレートの下の土壌面に、柔軟な補強メッシュを固定することもできます。環境条件が厳しい場合は、ウサギ防護金網や環境浸食防止布を柔軟なメッシュフェーシングと組み合わせて使用できます。
ソイルネイル部品は擁壁や既存の盛土法面（盛土や堤防）を安定させるためにも使用できます。これは通常、修復措置として実施されます。
1972年にヴェルサイユで近代的な技術を用いて初めて適用されて以来[2] 、ソイルネイリングは世界中で確立された技術となっています。米国連邦道路局は1996年[3]と2003年にガイドラインを発行しました[4]。
予備分析
ソイルネイリングが効果的な保持技術であるかどうかを判断するには、4 つの主な点を考慮する必要があります。まず、既存の地盤条件を調べる必要があります。次に、検討している特定の用途について、ソイルネイルウォールの利点と欠点を評価する必要があります。その後、特定の用途に対して他のシステムを検討する必要があります。最後に、ソイルネイルウォールのコストを検討する必要があります。[4] : 13–14 ソイルネイルウォールは、さまざまな土壌の種類と状態に使用できます。ソイルネイリングに最適な条件は次のとおりです。土壌は、垂直またはほぼ垂直に切断されたときに、最低 2 日間、高さ 1 ~ 2 メートルで支えなしで立つことができる必要があります。また、断面内のすべてのソイルネイルは、地下水位より上に配置する必要があります。ソイルネイルが地下水位より上にない場合、地下水が掘削面、および地盤とソイルネイル自体の結合に悪影響を与えないようにする必要があります。[4] : 14–15 ソイルネイリングに好ましい条件に基づくと、硬質から硬質の細粒土、すなわち硬質から硬質の粘土、粘土質シルト、シルト質粘土、砂質粘土、砂質シルトが好ましい土です。見かけの凝集力がある密から非常に密な土である砂や砂利もソイルネイリングに適しています。風化岩も、岩全体が均一に風化している（つまり、弱化面がない）限り、許容されます。最後に、氷河土はソイルネイリングに適しています。[4]現場の地下状態の地質工学的探査は、土壌強度データ、地下水位、および土壌/岩盤の成層を決定するのに適切である可能性があります。探査中に採取された土壌/岩盤サンプルは、認可された地質工学研究室で試験して、ソイルネイリングの設計に適切な設計パラメータを決定することができます。この探査により、必要に応じて、不安定性や破損の考えられる原因についての洞察も得られます。
ソイルネイリングにとって不利または困難な土壌条件のリストには、乾燥した、粒度の悪い粘着力のない土壌、地下水位の高い土壌、玉石や巨石を含む土壌、軟らかいまたは非常に柔らかい細粒土、腐食性の高い土壌、好ましくない弱化面を持つ風化岩、黄土が含まれます。[4] : 15–16 その他の困難な条件には、凍結温度への長時間の曝露、凍結と融解を繰り返す気候、および非常に緩い粒状土壌が含まれます。[4] : 16
起源
ソイルネイリングは、岩盤の地下掘削システムであるニューオーストリアン工法から発展したものです。この工法は、岩盤に受動的な鉄筋を埋め込み、その後に補強された吹付コンクリートを施工する構造です。受動的な鉄筋と吹付コンクリートを組み合わせるこのコンセプトは、1960年代初頭から岩盤斜面の安定化にも応用されています。[4] : 23
ソイルネイリングは、1972年にフランスのヴェルサイユ近郊で行われた鉄道拡幅工事で初めて採用されました。高さ18メートル（59フィート）の砂質斜面を安定させるためにソイルネイリングが使用されました。この工法は、従来の他の支持工法に比べて費用対効果が高く、同時に工期も短縮できることが証明されました。[4] : 23 次に ソイルネイリングを研究した国はドイツでした。1975年から1981年にかけて、カールスルーエ大学と建設会社バウアーが協力して研究プログラムを立ち上げました。このプログラムでは、異なる構成の実験壁の実物大試験を実施し、設計に使用する分析手順を開発しました。[4] : 23 米国では、1976年に深さ13.7メートル（45フィート）の密なシルト質砂の基礎掘削の支持にソイルネイリングが初めて採用されました。オレゴン州ポートランドのグッドサマリタン病院の拡張工事では、ソイルネイリングが導入されました。この擁壁システムは、従来の擁壁システムに比べて約半分の工期と約85%のコストで建設されました。[4] : 24
デザイン
敷地の予備分析が終わったら、ソイルネイルウォールの初期設計を開始できます。このプロセスは、限界状態と設計アプローチの選択から始まります。ソイルネイルウォールの設計で使用される最も一般的な 2 つの限界状態は、強度限界と使用限界状態です。[3] : 77 強度限界状態は、ソイルネイルウォール システムの潜在的な破損メカニズムまたは崩壊状態に対応する限界状態です。[3] : 77 使用限界状態は、過度の壁の変形から生じる使用機能の損失に対応する限界状態であり、通常の使用条件下での応力、変形、および面ひび割れ幅の制限によって定義されます。[3] : 77 ソイルネイルウォールの最も一般的な 2 つの設計アプローチは、限界状態設計と使用荷重設計です。[3] : 77
初期設計の考慮事項には、壁のレイアウト（壁の高さと長さ）、ソイルネイルの垂直および水平間隔、壁面のソイルネイルのパターン、ソイルネイルの傾斜、ソイルネイルの長さと分布、ソイルネイルの材質、および関連する地盤特性が含まれます。[4] : 123 設計技術者は、これらすべての変数を念頭に置いた上で、次の手順で、簡略化されたチャートを使用して釘の長さと最大釘力を予備的に評価します。釘の長さ、直径、間隔によって、通常、壁の外部と内部の安定性が制御されます。これらのパラメータは、すべての外部および内部の安定性要件が満たされるまで、設計中に調整できます。[4] : 130 初期設計が完了したら、最終設計に進み、ソイルネイル壁の外部および内部の破損モード、地震の考慮事項、および美観をテストする必要があります。[4] : 144 排水、凍結浸透、および風や静水力などの外部荷重も決定し、設計の最終検査に含める必要があります。[4] : 144 土留め壁は、塑性度の高い粘土質土の地域には適していません。塑性度が高く、液性限界が高く、非排水せん断強度が低い土は、長期変形（クリープ）のリスクがあります。[4] : 144
工事
設計が完了したら、次のステップは施工です。ほとんどのソイルネイルウォール施工は、特定の手順に従います。まず、切込みを掘削し、必要に応じて仮の支保工を設置します。これは、従来の土木機械と油圧ドリルを使用して行います。[3] : 33 次に、設計技術者が指定した位置にソイルネイル用の穴を掘削します。このステップで使用する機械は、ソイルネイルウォールが支えている材料の安定性に応じて異なります。安定した地盤では、エアフラッシュ式の回転式または回転パーカッション式、あるいはドライオーガー方式を使用できます。[3] : 33 不安定な地盤では、エアと水フラッシュ式のシングルチューブ式およびデュプレックス回転式、あるいは中空ステムオーガー方式が使用されます。[3] : 33 穴が掘削されたら、次のステップは釘を設置してグラウトを充填することです。すべての釘が挿入されたら、排水システムを設置します。合成排水マットは、釘の頭の間に垂直に配置され、釘の頭は壁の底まで延長され、そこでフーチング排水に接続されるのが最も一般的です。[3] : 35 ショットクリートの層を塗布し、ベアリングプレートを設置してから、最終的なフェーシングを施してソイルネイルウォールを完成させます。[3] : 35 特定のプロジェクト条件に合わせて追加の準備作業や補足的なアクティビティを行うために、上記の手順のバリエーションが必要になる場合があります。
施工面では、ソイルネイルウォールは他の代替案に比べて決定的な利点があります。ソイルネイルウォールは、グラウンドアンカーウォールよりも必要な用地面積が小さく、環境への影響も少ないです。[4] : 17 ソイルネイルウォールの設置は比較的迅速で、通常、グラウンドアンカーウォールよりも必要な資材が少なく、建設機械も小型です。[4] : 17
コスト比較
ソイルネイル壁の大きな利点の一つは、他の代替案に比べて費用対効果が高いことです。従来のソイルネイル工法を用いた場合、ソイルネイル壁はコンクリート重力式壁よりもはるかに経済的であり、グラウンドアンカー壁と同等かそれ以上の費用対効果があります。[4] : 18
検査とパフォーマンス監視
検査活動は、高品質のソイルネイルウォールの製造において重要な役割を果たします。なぜなら、プロジェクト計画と仕様への適合は、設計期間中、意図された機能を果たすソイルネイルウォールに繋がるからです。検査には通常、以下の項目の評価が含まれます。システムコンポーネントの材料仕様への適合、施工方法の実施仕様への適合、短期性能仕様への適合、長期モニタリング。[4] : 156 短期性能仕様は、油圧ジャッキとポンプを用いて複数の荷重負荷をかける荷重試験によって確認されます。短期性能試験として一般的に用いられる3つの試験は、検証試験または極限荷重試験、耐力試験、およびクリープ試験です。検証試験または極限荷重試験は、ソイルネイルが施工業者の施工方法に起因する引抜強度および強度に適合していることを確認するために実施されます。[4] : 163 耐力試験は、施工業者の施工手順に一貫性があること、および検証段階で試験されなかった土壌領域に釘が掘削・注入されていないことを確認することを目的としています。[4] : 163 クリープ試験は、釘の設計荷重が構造物の耐用年数を通じて安全に耐えられることを確認するために実施される。[4] : 163
長期的な性能モニタリングは、適切な性能を確保し、将来の設計手法を改善するためのデータを収集するために使用されます。測定対象となるパラメータには、壁面の垂直方向および水平方向の動き、外装材の局所的な動きや劣化、地面への排水、荷重、荷重分布、釘の荷重変化、温度、降雨量などがあります。[4] : 170 これらのパラメータは、傾斜計、ロードセル、ひずみゲージなどの特定のツールを使用して測定されます。
参照
参考文献
- ^ ゴールドスタイン、ナタリー（2001年9～10月）「ソイルネイリング」、侵食制御誌、8（6）、フォレスターメディア。2011年7月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「Construction d'un mur de sooutènement entre Versailles-Chantiers et Versailles-Matelots」、S. Rabejac および P. Toudic、鉄道総説、第 93 版、232-237 ページ。
- ^ abcdefghij「 土留め壁の設計および施工モニタリングマニュアル（報告書）」ワシントンD.C.：米国連邦道路局（FHWA）。1998年10月。FHWA-SA-96-069。
- ^ abcdefghijklmnopqrstu vw 地盤工学回覧第7号：ソイルネイルウォール（PDF）（報告書）. FHWA. 2003. FHWA-IF-03-017. 2010年5月27日時点のオリジナル（PDF）からのアーカイブ。
