土地開発で切土や盛土を行った後に、斜面が崩れて道路に土砂が崩れ落ちないようにする工事が、擁壁工です。宅地開発して高低差のある住宅地でも、この擁壁が見られます。
擁壁が支える土砂の力はかなり強く、この力で擁壁が破損しないようにする構造設計手段が、擁壁の計算です。
また、擁壁は重力式擁壁・L型擁壁・逆L型擁壁・ブロック積擁壁・もたれ擁壁・t型擁壁・u型擁壁など、沢山の種類があります。
関連記事：
擁壁・ブロック塀の構造計算・安定計算のフリーソフト・エクセルテンプレート
擁壁の安定計算とは
擁壁を設置するときに、擁壁の背面にある盛土などから加わる力に対し、擁壁が破損しないための構造計算と、転倒しないための安定性計算を行います。
これらの計算には、粘性か砂質かなどの土の質、盛土の高さと形状、盛土上にある建物や工事車両の重量など擁壁周囲のデータが必要です。
擁壁の工事中に起きる問題が、擁壁設計と異なる状況に出くわした場合です。
例えば、礫質土か粘性土かのような土の質が違う、背面盛土の上に設計ではなかった建築物がある、盛土上で工事が行われ重量車両が行きかっているなどのように、工事中の現場が設計条件と変わっている場合です。
設計条件が変わると、擁壁に掛かる土の力が設計値と異なり、そのような時は、現状の計画のまま擁壁工事を進めて良いかをその場で確認する必要があります。
擁壁計算で問題となることは何か
もし土の質などの擁壁設計条件が変わっているとき、擁壁が大丈夫かを確認しないで工事を進めれば、擁壁が動くなど安定性に問題を生じることがあります。
最悪の場合、擁壁が破損することも考えられます。
このようなとき、工事担当者が直面する問題は、擁壁の計算方法が分からない、計算するツールを持ち合わせていないなどで、直面している擁壁工の問題に対応できないことです。
また、擁壁には重力式擁壁・L型擁壁（L字型擁壁）・逆L型擁壁・ブロック積擁壁・もたれ擁壁・t型擁壁・u型擁壁など、さまざまな種類があることも、わかりにくさを助長していると言えるでしょう。
引き続き、擁壁の計算・重力式擁壁の工事で起こる問題点を解決する方法について説明しましょう。
擁壁の安定計算はどのような点に注意して進めればいいのか
擁壁は、盛土や切土で生じた斜面から土壌が崩れないように、ブロックするために壁状に設置する土留工です。
擁壁の種類には、重力式・もたれ式・片持ち梁式など多くの種類があり、目的ごとに使われる方式が異なり、使われる材質にも、コンクリート・鉄筋コンクリートなどがあります。
以下では、重力式擁壁について解説します。
擁壁に加わる力、土圧にどう対処するのか
重力式擁壁は、擁壁の自重によって、擁壁の背面に重なっている土塊の圧力を支えるものです。
この擁壁に加わる力、土圧について考えてみます。
土圧の仕組みは、土砂崩れのように擁壁背面の土の内部から斜面ができて、その斜面に沿って土砂が滑り、擁壁側に押し寄せる力です。
土砂が斜めに崩壊するときの角度は、水平から垂直に至るまでの90°以内の角度と考えられ、その角度に応じて土圧が変化します。
土圧の大きさを解析する方法の一つくさび法（クーロン公式）は、斜めに崩壊する土砂と擁壁の間の土塊がくさび状となることから、この土塊の働く力と斜面の角度などの関係式が求められます。
最も大きくなる土圧を求めるために、角度を0から徐々に変え、それぞれの土力を計算して最大値を求める方法が、試行くさび法（クーロン公式）です。
擁壁の設計はどうするか考えてみましょう
最大の土圧の値が求められると、その力に応じた最大モーメントが擁壁に加わり、その時の擁壁の材料の剛性、圧縮力・引張力・せん断力が許容応力以内となるか確認します。
次に行うことは擁壁の安定性計算で、擁壁が土圧によって起こる転倒・滑動・支持力が、それぞれに決められた安全率以内かの確認を行います。
転倒は土圧によって起こる擁壁の転倒、滑動は土圧によって起こる擁壁の移動、支持力は擁壁が基礎内へ沈み込むことです。
この3つの力が許容値内かを検証します。
もし、1つでも許容値から外れれば、擁壁の幅を増やすなどの対応が必要です。
擁壁計算ソフトを使えば、業務が楽に進みます
擁壁の計算は手計算も可能ですが、パラメータが多くあり、計算も三角関数を使った複雑な計算となるため、計算ソフトを用いることが、計算のスピードが速く、計算誤りをなくすために有効です。
特に、試行くさび法（クーロン公式）では、角度を色々変えての計算が数十点の計算を連続して行うため、逐次角度の値を変えて行う計算は、擁壁計算ソフトを使う方が最適です。
さらに擁壁の図と連動させることができるため、試行くさび法（クーロン公式）なら入力した設計条件値と計算結果が重力式擁壁の幅や高さなど部位ごとに表示できます。
また、安定計算結果や強度計算結果などの計算の結果が、許容値とともに合格か否かも表示できるため、擁壁や条件のデータを色々変えて擁壁が合格かどうかを確認するために効果的です。
そのうえ、擁壁構造計算・擁壁安定計算などができるソフトウェアやシステムなども多くあるため、まずは無料でダウンロードできるツールやアプリなどから試してみてはいかがでしょうか。
比較ランキング上位のおすすめアプリや、人気の高いフリーソフトを集めました。
フリーソフトでも、有料のソフトに負けない使い勝手です。リスク回避のためにも、まずは無料のダウンロードサイトへのリンク集をぜひ、参考にしてみてください。
まとめ
擁壁計算とは何かを整理します
・擁壁の設計計算を行うために、まず必要なことは擁壁にかかる土の力、土圧です。
・最も大きくなる土圧は、試行くさび法を用いて計算されます。
・この最大の土圧から擁壁を守るための計算が、擁壁の構造計算と安定計算です。
・構造計算では、土圧によるモーメントで擁壁の圧縮・引張・せん断の各応力が求められ、擁壁の剛性がこれらの許容値以内となるよう設計されます。
・擁壁に最大の土圧が掛かっても、擁壁が転倒し、移動し、支持基礎下に沈み込むことが無いことを確認する計算が、擁壁の安定計算です。
擁壁工事現場で直面すること
擁壁工事現場では、擁壁の設計条件と異なる状況、例えば土の質が違う、盛土の高さが違うなどに直面する場合があります。
このような場合、工事担当者はこのまま工事を進めてよいか、安全かを確認する必要があります。
これを確認するためには、擁壁計算の方法を理解し使いこなせることが必要です。さらに計算は素早く正確に行う必要があります。
擁壁計算ソフトを使って擁壁の安全性を素早く確認
擁壁工事現場で直面する問題に的確に答えることができるツールが、擁壁計算ソフトです。
擁壁計算ソフトには、エクセルを使用したものも多く、擁壁の設計条件をセル内に入力すれば、難しい擁壁の強度計算と安定計算を自動的に行います。
さらに、擁壁計算ソフトの機能には、擁壁と周囲の盛土の図面と、各部位に関する入力データと計算データを表示するため、一目で擁壁が安全かどうかのチェックが簡単に行えます。
L字型擁壁
構造計算・擁壁構造計算・擁壁安定計算ができるソフトウェアやエクセルテンプレートも多いので、一度無料のソフトウェアやエクセルテンプレートをダウンロードしてみてください。
フリーソフトでも有料のアプリやExcelなどのシステムツールなどと同等の機能を持った製品が多くありますよ。
もちろん、重力式擁壁・L型擁壁・逆L型擁壁・ブロック積擁壁・もたれ擁壁・t型擁壁・u型擁壁などさまざまな擁壁に対応した比較ランキング上位のおすすめソフトウェアや、人気の高いExcelテンプレートがありますよ。