学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和3年度 学科Ⅳ（構造） 問21
問題・正答・学習用解説
問題
擁壁及び地下外壁の設計に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。選択肢
正答と解説
正答：（1）
正答の考え方
フーチング底面と地盤の摩擦係数を、土質にかかわらず一定とした記述が不適切です。擁壁は背後の土に横から押されるため、底面ですべる滑動を防ぐ必要があります。その抵抗は、基礎を地盤へ押し付ける力と、接触する面の性質に左右されます。
摩擦抵抗を単純化するとで、は有効な鉛直の押付け力、は摩擦係数です。砂質土か粘性土か、基礎底面がどのような材料・状態かによって、すべり面の抵抗は違います。砂の内部摩擦や粘性土のせん断強さなど、対応する土質条件から適切な評価を行う必要があります。水圧による浮上がり等があれば、押付け力も減る方向です。
一方、選択肢（4）の0.5は、信頼できる試験値が得られない場合の地下外壁の断面設計に用いる静止土圧係数の一般的な扱いです。摩擦係数とは意味が異なります。静止土圧係数は鉛直応力から水平土圧を評価する比、底面摩擦係数は底面ですべることへの抵抗を評価する比です。どちらも無次元の係数ですが、一方の簡便な設定を他方へ流用してはいけません。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）底面のすべり抵抗は、土の種類やせん断特性、コンクリートとの接触状態などで変わります。これを土質と無関係に一つの摩擦係数で扱った点が誤りです。擁壁の重量を同じにしても、載っている地盤が違えば摩擦抵抗は同じとは限りません。適切な摩擦係数や必要な地盤条件を設定して滑動を検討します。別の土圧係数に0.5という一般的な設定があることを理由に、底面摩擦も一律にしてよいと考えないようにします。
選択肢2
（2）擁壁背後の地表に等分布荷重qがあると、土の鉛直応力が増え、その分だけ水平土圧も増加します。主働土圧係数をとすれば、単純な条件では増分をとして加えます。土の自重による深さとともに増す分布に、上載荷重による分布を重ねる考え方なので適切です。背後が空地に見えても、自動車、資材、建物などが載る可能性を考えます。局部的な荷重では、等分布と同じ広がり方とせず対応した評価を行います。
選択肢3
（3）静止した水の圧力は、水面からの深さzに比例し、で求めます。地下水位で0、その下ほど大きくなるので、地下外壁に作用する水圧分布は三角形となり適切です。ここでは水の単位体積重量です。土圧とは別に水圧を考え、地下水位の設定も確認します。水がある地盤で土圧だけを計算すると、壁へ加わる水平力を過小に評価する可能性があります。排水設備がある場合も、その機能と設計条件に従います。
選択肢4
（4）信頼性の高い土質試験値が得られない場合、地下外壁の断面設計用の静止土圧係数を一般に0.5とする扱いは適切です。これは実際の全ての土が物理的に同じ係数を持つという意味ではありません。地下外壁は床などに拘束されて動きにくく、主働状態まで土を緩ませる変位を期待しにくいため、静止土圧で設計します。条件を限定した設計上の設定と、土質にかかわらず摩擦抵抗を一定にすることを区別します。
周辺知識
土圧には主働、静止、受働の状態があります。壁が土から離れる方向へ動くと土圧は小さくなって主働状態へ、土を押す方向へ動くと大きくなって受働状態へ向かいます。ほとんど動けない壁では静止土圧を考えます。土圧は土だけでなく壁がどのように動けるかにも依存します。
独立した擁壁では、滑動、転倒、支持地盤の破壊、部材の曲げ・せん断などを確認します。底面で発揮できる摩擦は滑動への抵抗であり、壁に作用する土圧とは別の側の量です。作用する力を求める係数と抵抗する力を求める係数を分けます。
地下外壁は上下の床や周囲の骨組に拘束されるため、独立した擁壁とは変位条件が異なります。さらに地表の上載荷重と地下水圧を重ねます。水圧は土の摩擦角とは関係なく深さに比例して増すため、土質が良くても無視できません。土、壁、荷重、水位の四つをそろえてモデル化することが必要です。