山留め壁と切梁｜力の流れと、掘削段階ごとの検討

山留めは、掘削した面が崩れないように土を押さえる仮設構造物です。

計算の考え方は足場や支保工と共通しています。力がどこから来て、どこへ抜けるかを追う。ただし山留めには一つ特有の性質があります。掘削の進行とともに条件が変わることです。

この記事では、力の流れと段階施工の考え方を整理します。

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1. 力の流れ

土圧・水圧 → 山留め壁 → 腹起し → 切梁 → 反対側の腹起し → 反対側の山留め壁

背面の土が山留め壁を押します。壁は面で受けますが、そのままでは支えきれないため、切梁で突っ張ります。

腹起しは、壁が受けた分布荷重を切梁へ集約する部材です。切梁は点でしか支えられないため、壁と切梁の間に線で受ける部材が要ります。腹起しが不連続だったり、壁との間に隙間があれば、その機能が果たせません。

壁と腹起しの密着

腹起しと山留め壁の間に隙間があると、壁が変形してから初めて力が伝わります。その分だけ余計に変形します。裏込め材やモルタルで密着させるのは、この変形を抑えるためです。

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2. 土圧をどう設定するか

土圧は山留めの計算で最も重要かつ、最も判断が要る部分です。

主働土圧・静止土圧・受働土圧

壁が背面側から押されて前へ動こうとする状態では主働土圧、壁がまったく動かない状態では静止土圧を考えます。掘削側では、壁が土を押す受働土圧が抵抗として働きます。

どれを採用するかは、山留めの剛性と許容する変形量によります。変形を厳しく抑える必要がある場合（近接構造物がある場合など）は、大きい土圧で設計します。

水圧

地下水位が高い場合、水圧が加わります。水圧は土圧より大きくなることがあり、扱いを誤ると致命的です。地下水位の確認と、排水・止水の計画が前提になります。

上載荷重

背面に構台、資材置場、重機、道路がある場合、その荷重が土圧を増やします。構台の荷重を山留めの背面荷重として算入しているか、確認してください。

要確認：土圧算定式、採用する土質定数、水圧の扱い、上載荷重の設定方法

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3. 掘削段階ごとに検討する

ここが山留めの計算で最も見落とされる点です。

最終形だけを検討しても不十分です。

掘削の進行に伴って、山留め壁の支持条件が変わります。

段階	状態
1次掘削	切梁なし。片持ち梁として抵抗
1段目切梁設置後	支点が1つ。さらに掘削
2段目切梁設置後	支点が2つ。1段目の軸力が増えることもある
最終掘削	支点が複数。最下段の根入れ部が効く

各段階で、山留め壁のモーメント分布も、切梁の軸力も変わります。どの段階でどの部材が最大になるかは、やってみないとわかりません。

さらに、切梁を撤去していく段階（躯体構築に伴う盛替え）でも条件が変わります。設置時と撤去時の両方を検討してください。

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4. 切梁の検討項目

軸力に対する座屈

切梁は長い圧縮材です。座屈が支配します。中間杭で支持して座屈長さを短くするのは、このためです。

自重による曲げ

水平に架け渡されているため、自重でたわみます。軸力と曲げの組合せで検討します。

温度応力

鋼材は温度で伸縮します。両端を拘束された切梁は、気温が上がれば圧縮軸力が増えます。特に日射を受ける上段の切梁で顕著です。

プレロード

あらかじめジャッキで押しておき、変形を抑える方法です。近接構造物がある場合に用います。ただし押しすぎれば背面地盤を押し戻すことになるため、管理値の設定が必要です。

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5. 計測管理とセットで考える

山留めは、計算だけで完結しない仮設です。土質のばらつき、地下水の変動、施工誤差。前提が実際と違う可能性が常にあります。

そのため、計測管理が組み込まれます。

• 壁体の変位（傾斜計）
• 切梁の軸力（ひずみ計）
• 地下水位
• 近接構造物の変位・沈下

管理基準値を設定し、超えた場合の対応を決めておく。計算はその出発点であって、終点ではありません。

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6. まとめ

• 力は土圧 → 壁 → 腹起し → 切梁の順に流れる
• 腹起しは分布荷重を切梁へ集約する部材。密着が前提
• 水圧は土圧より大きくなることがある
• 背面の構台・資材・重機は上載荷重として算入する
• 最終形だけでなく、掘削の各段階で検討する
• 切梁の撤去段階も検討対象
• 切梁は座屈・自重曲げ・温度応力を確認する
• 計測管理とセットで運用する

以上で足場・重機・構台の連載は終わりです。

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