CN104395531B - 组合钢制壁 - Google Patents

Abstract

该组合钢制壁中，相互相邻的各钢管的中心间距离为最大的第1钢管及第2钢管间的中心间距离即最大间隔L(mm)、壁体的高度H(mm)、以及将上述第1钢管及上述第2钢管各自的半径合计而得到的尺寸D(mm)满足以下的数学式(1)。[数学式1]D≤L≤(1/2)×H···(1)。

Description

组合钢制壁

技术领域

本发明涉及在土挡工程(earth retaining works)、沉箱(coffering)、护岸(shore protection)、土地复垦(land reclamation)、堤防等中使用的组合钢制壁。

本申请基于2012年9月7日在日本提出的特愿2012－196899号主张优先权，这里引用其内容。

背景技术

所谓组合钢制壁，是对通过多个钢板桩的连结所构建的壁体组合H形钢或钢管等加固件而构建的提高了刚性的壁构造，在要求较高的壁高的场地等中也能够应用。此外，通过将相邻的钢板桩用接头部嵌合而构建壁体，与接头的游隙比较大的钢管板桩相比，能够提高隔水性。

在组合钢制壁中，也在使用钢管作为加固件的情况下具有施工上的各种各样的长处。在使用H形钢作为加固件的情况下，有在将H形钢向地基打入时翼缘(flange)部分容易因地基的阻力而变形等问题。但是，在钢管的情况下，由于不像H形钢的翼缘那样具有突出部分，所以在埋入时不易发生变形。此外，还能够将钢管一边旋转一边向地基埋入。

作为将钢管与钢板桩组合而成的钢制壁的一例，已知在专利文献1、专利文献2及专利文献3中记载的结构。

在专利文献1所记载的钢制壁中，在钢板桩的表背面的至少某一方的面上设置加固件嵌合用的加工夹具，经由该加工夹具而设置H形钢或钢管板桩等加固件。在作为加固件而使用钢管板桩的情况下，使钢管板桩的接头嵌合在为加固件嵌合用而安装在钢板桩上的加工夹具中而构成壁体。钢管和钢板桩的载荷传递经由钢管板桩的接头进行。

专利文献2、专利文献3所记载的钢制壁的特征在于，将多个钢板桩通过接头连结而设置壁体，并且使钢管的长度方向沿着上述钢板桩的长度方向而与上述壁体的全部或一部分的上述钢板桩接合。通过做成将钢管和钢板桩组合的壁体，能够提供兼具高隔水性和高刚性的钢制壁。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－299202号公报

专利文献2：国际公开第2011/142047号

专利文献3：国际公开第2011/142367号

发明概要

发明要解决的课题

在专利文献1、专利文献2及专利文献3中，作为1个实施方式而记载了钢管等加固件隔开间距的结构。根据壁体所需要的刚性、耐受力而隔开间距的结构可以通过选择钢管或H形钢等加固件来实现，但另一方面，关于间距的设定有以下这样的课题。

(a)如果将钢管的间距隔开过多，则壁体呈现不稳定的特性，有可能不能发挥所需的性能。

(b)如果使钢管的间距过小，则不能通过钢板桩与加强件这两者适当地分担承受土压，成为在某一方集中分担载荷的不经济的构造。

严格地讲，将钢板桩与加固件组合的壁体的刚性、耐受力也根据加固件的设置位置及其附近和相邻的加固件的中间附近等场所而不同，如果假设能够用将其平均化而得到的刚性进行评价，则使每1根的钢管径或H形钢的尺寸越大、间距越大，越能够减少所使用的钢材重量。

但是，如果使加固件的间距较大，则对钢板桩壁的加固效果变得不均等，在相邻的加固件的中间附近钢板桩壁的变形变大，壁体的变形在壁延伸方向(水平方向)上变得不均匀。此外，如果进一步使加固件的间距过大，则成为不对相邻的加固件的中间附近的钢板桩带来加固效果的状态。即，在加固件附近呈现作为将钢板桩壁与加固件组合的刚性高的壁的特性，在相邻的加固件的中间附近呈现作为钢板桩壁单体的特性、或与其接近的特性。在此情况下，不能将壁体的刚性平均化来处理，还可以想到在相邻的加固件的中间附近钢板桩壁塑性变形或根据情况而局部地发生过度的变形，无法维持壁体的稳定性的状况。

另一方面，如果使加固件的间距较小，则由钢板桩壁负担的土压变小，接近于仅由加固件抵抗土压的状态。即，尽管将加固件和钢板桩组合使用，但成为无法有效利用钢板桩壁具有的刚性及耐受力的状态。如果将加固件和钢板桩组合使用，则有效利用钢板桩壁和加固件这双方的刚性及耐受力来抵抗所作用的土压可以说是合理的构造。

在上述以往的发明中，没有言及对钢板桩壁适当地得到加固件的效果的间距及能够有效利用加固件和钢板桩壁这双方来抵抗土压的间距的范围等。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种具有能够确保壁体的安全性、坚固性、还能够有效利用钢管和钢板桩这双方的刚性、耐受力的合理构造的组合钢制壁。

解决课题所采用的手段

本发明为了达成上述目的而采用以下的结构。

(1)本发明的一技术方案，是一种组合钢制壁，将多个钢板桩通过接头连结而构成壁体，该壁体在延伸方向上隔开间隔而具备多个凹部；夹着上述壁体而在较低侧的地基面上，以一部分收容在上述凹部中的状态而在上述地基面上沿着上述钢板桩的长度方向直立设置有多个钢管；在上述钢板桩的长度方向的至少一部分，上述壁体和上述钢管被连接；相互相邻的各个上述钢管的中心间距离为最大的第1钢管及第2钢管间的中心间距离即最大间隔L(mm)、上述壁体的高度H(mm)、以及将上述第1钢管及上述第2钢管的各自的半径合计而得到的尺寸D(mm)满足以下的公式(A)。

[数学式1]

D≤L≤(1/3)×H···(A)

(2)在上述(1)所记载的组合钢制壁中，也可以是，上述壁体和上述钢管通过相互接触而连接。

(3)在上述(1)所记载的组合钢制壁中，也可以是，上述壁体和上述钢管通过用连结用部件连结而连接。

(4)在上述(3)所记载的组合钢制壁中，也可以是，上述连结用部件将上述钢板桩及上述钢管的至少上部连结。

(5)在上述(1)～(4)中任一项所记载的组合钢制壁中，也可以是，上述最大间隔L(mm)被设定为，使得上述最大间隔L(mm)、上述壁体的高度H(mm)、上述钢板桩的屈服应力σ_y(N/mm²)、上述钢板桩的截面系数Z_S(mm³)、以及作用于上述壁体的最大弯曲力矩M_max(N·mm)满足以下的公式(B)。

[数学式2]

$\frac{(3H-4L)\×{\left(2L\right)}^2}{H^3}\×\frac{M_{\max }}{Z_s}\≤{\mathrm{\σ}}_y\·\·\·\left(B\right)$

(6)在上述(1)～(5)中任一项所记载的组合钢制壁中，也可以是，上述最大间隔L(mm)被设定为，使得上述最大间隔L(mm)、上述壁体的高度H(mm)、上述钢板桩的屈服应力σ_y(N/mm²)、上述钢板桩的截面系数Z_S(mm³)、以及作用于上述壁体的最大弯曲力矩M_max(N·mm)满足以下的公式(C)。

[数学式3]

$0.3\×{\mathrm{\σ}}_y\≤\frac{(3H-4L)\×{\left(2L\right)}^2}{H^3}\×\frac{M_{\max }}{Z_s}\·\·\·\left(C\right)$

(7)在上述(1)～(6)中任一项所记载的组合钢制壁中，也可以是，在从上述长度方向观察的情况下，各个上述凹部等间隔地形成于上述壁体，对于各个上述凹部，每隔一个配置有上述钢管。

(8)在上述(1)～(6)中任一项所记载的组合钢制壁中，也可以是，在从上述长度方向观察的情况下，各个上述凹部等间隔地形成于上述壁体，对于各个上述凹部，每隔两个以上配置有上述钢管。

发明效果

根据上述结构，能够降低相邻的钢管的中间附近的钢板桩产生的应力，发挥与钢管组合的效果，并且，在整个壁体延伸方向上钢板桩不会屈服，能够确保壁体的安全性、坚固性，进而，能够有效利用钢管和钢板桩这双方的刚性、耐受力而能够做成更合理的构造。

附图说明

图1A是为了对组合钢制壁的钢管的间距进行研究而实施的室内模型试验装置的概略平面图。

图1B是图1A所示的室内模型试验装置的概略侧剖面图。

图2是表示试验1、试验2、试验3的概要的图。

图3是表示各试验中的钢管的铅直方向的应变分布的曲线图。

图4是表示各试验中的钢板桩的铅直方向的应变分布的曲线图。

图5是示意地表示假设对钢板桩从最深部到钢管的间距量的高度(L)作用有土压的计算方法的图。

图6是对使钢管接触钢板桩而配置在前面侧的试验1、试验2中的钢板桩的铅直方向的应变分布、和假定对钢板桩从最深部到钢管的间距量的高度作用有土压而进行了计算的情况下的计算值进行比较而示出的曲线图。

图7是示意地表示对钢板桩从最深部到钢管的间距量的2倍的高度(2L)作用有土压的计算方法的图。

图8是表示对将钢管配置在前面侧的试验1、试验2、试验3中的钢板桩的铅直方向的应变分布、和假定对钢板桩从最深部到钢管的间距的2倍的高度作用有土压而进行了计算的情况下的计算值进行比较而示出的曲线图。

图9A是表示本发明的第1实施方式的组合钢制壁的一例的概略平面图，表示对3个帽形钢板桩配置1根钢管的结构。

图9B是表示本发明的第1实施方式的组合钢制壁的一例的概略平面图，表示对2个帽形钢板桩配置1根钢管的结构。

图9C是表示本发明的第1实施方式的组合钢制壁的一例的概略平面图，表示在板桩接头部配置有钢管的结构。

图10A是表示本发明的第2实施方式的组合钢制壁的概略平面图。

图10B是图10A所示的组合钢制壁的概略侧面图。

图11A是表示本发明的第2实施方式的组合钢制壁的变形例的概略平面图。

图11B是图11A所示的组合钢制壁的概略侧面图。

具体实施方式

本发明者们为了解决上述课题，在钢管与钢板桩的组合钢制壁中，对于夹着壁体而在地基面的低侧(在本说明书中有时称作“前面侧”)配置钢管并使钢管隔开间距的构造，进行了室内模型试验，关于可对钢板桩壁适当地得到钢管的加固效果的间距、及能够有效利用钢管和钢板桩壁这双方来抵抗土压的间距的范围进行了研究。

该室内模型试验是以下这样的。

在图1A、图1B中表示室内模型试验装置的示意图。图1A是室内模型试验装置的概略平面图，图1B是沿着图1A的I－I线得到的概略剖面图。该室内模型试验装置通过在宽度1957mm×高度1000mm×进深940mm的坚硬的土槽G内的中央、通过粘接剂将丙烯酸酯(acrylic)的试样K下端固定于地基而构成。丙烯酸酯的试样K由模拟钢板桩而得到的波状的板桩K1和模拟钢管而得到的管K2(外径140mm、厚度3mm)的组合而构成壁体。此外，在模拟在上部设置将两者连结的盖梁(coping)(连结用部件)的情况下，如图1B所示那样粘贴连结板K3。另外，在图1A所示的概略图中，为了简略化而没有图示连结板K3。

在室内模型试验中，在试样K的两侧，通过空中落下法而设置了石英砂5号(干燥砂)。并且，从该状态，将设置有管K2的壁体前面侧(图1A、图1B的右侧)的石英砂5号挖掘到最深部来确认了壁体(丙烯酸酯的试样K)的特性。这里，将设置有石英砂5号的一侧的地基设为GH，将挖掘石英砂5号直到最深部的一侧的地基设为GL。

为了对板桩K1与管K2的接触状况、连结板K3的有无所带来的影响进行研究，如在图2中总结的那样改变条件而实施试验1、试验2、试验3。

另外，关于板桩K1与管K2不接触的试验3，也使管K2的外周面位置与板桩壁的中心一致，使管K2的一部分进入板桩壁的凹部。即，在任一个试验中，都采用管K2的一部分进入板桩壁的凹部的结构。

在试验时，对于管K2而言，在配置在中央部的管K2的设置板桩壁的一侧的相反侧的外周面粘贴应变计，对于板桩K1而言，在被相邻的两根管K2夹着且距两管K2最远的板桩K1的腹板(web)中央部粘贴应变计，计测在挖掘后产生的应变。

此外，在配置在中央部的管K2中，在管K2的上部安装位移计测用的工具，在距下端(地基GL)1050mm的位置计测了上部的位移。

关于各试验，在图3中表示在管K2中产生的铅直应变的深度方向的分布，在图4中表示在相邻的管K2的中间位置、在板桩K1中产生的铅直应变的深度方向的分布。

在图3所示的曲线图中，关于在管K2中产生的应变，设压缩侧为正。

此外，在图4所示的曲线图中，关于在板桩K1中产生的应变，设拉伸侧为正。

另外，在曲线图内，将板桩K1和管K2分别设为下端固定的悬臂梁(cantilever)，一并记载了在假定作用全土压的情况下算出的应变。关于此时的应变计算用的土压，仅用板桩K1另外进行了同样的试验，根据该结果计算出土压。

此外，在下述表1中表示在距配置在中央的管K2的下端1050mm的位置所计测的位移。

[表1]

	试验1	试验2	试验3
				距配置在中央的管K2的下端1050mm的位移	4.5mm	4.6mm	4.0mm

根据图3，关于在管K2的深部产生的铅直方向的应变，在试验1及试验2中成为比对管K2作用全土压的情况稍小的值，相对于此，在试验3中，相比试验1、试验2呈现更小的值。此外，如表1所示，在试验3中，与试验1、试验2相比管的位移变小。

关于图4所示的在板桩K1中产生的应变，虽然产生量根据板桩K1与管K2的接触条件、连结板K3的有无而不同，但在全部的试验中，在最深部成为最大的应变，其应变小于假设仅对板桩K1作用全土压而计算出的应变。即，即使是在壁体延伸方向上相邻的管K2的中间附近，也能够降低在板桩K1中产生的应变，可以说能够发挥将板桩K1与管K2组合的效果。此外，试验3相比于试验1、试验2，板桩K1的应变呈现较大的值。即，可以说通过使板桩K1分担载荷，有能够使管K2的分担减轻的倾向。

基于这些实验结果，导出可对钢板桩壁适当地得到钢管的加固效果的间距、以及能够有效利用钢管和钢板桩壁这双方来抵抗土压的间距的范围。

首先，研究了对于钢板桩壁可在整个壁体延伸方向上得到钢管的加固效果的间距。

在使钢管(管K2)与钢板桩(波状的板桩K1)接触而设置的情况下(试验1、试验2)，对于相邻的钢管的中间的钢板桩而言上部也几乎不发生应变，但从大致最深部到钢管的间距量的高度(360mm)的位置发生应变(图4)。可以认为这是因为，虽然通过设置在钢板桩(波状的板桩K1)的两侧的钢管(管K2)而使变形得到约束，但在深部的相邻的钢管的中间附近的钢板桩中钢管的约束发挥得不充分，局部地呈现与钢板桩壁单体接近的特性。

所以，如图5所示那样，假设对仅有钢板桩的壁体从最深部到钢管的间距L量的高度位置作用土压而计算出应变。在图6中表示计算出的应变的深度方向的分布(计算值)。另外，在该图中也一起表示出图4所示的试验1、试验2的实验值。

根据图6，由于计算值与实验值(试验1、试验2)大致一致，所以在钢管和钢板桩在长度方向上相接而在壁体前面侧配置了钢管的情况下，通过假设对仅有钢板桩的壁体从最深部到钢管(管K2)的间距L量的高度位置作用土压并进行计算，可以说能够表现出相邻的钢管的中间位置的钢板桩(波状的板桩K1)的铅直特性。因而，在该构造中，当钢管间距L变得与壁高相等，则在相邻的钢管的中间位置的钢板桩(波状的板桩K1)中产生的应力呈现与仅使用钢板桩的情况大致同样的特性，部分地达不到由钢管带来的加固效果。换言之，如果使钢管的间距L为壁高H以下(如果满足L≦H)，则在远离钢管的部分也能减少钢板桩产生的应力，能够发挥与钢管组合的效果。即，即使将钢管的间距隔开并使用直径较大的钢管而做成获得壁体所需要的刚性的构造，钢板桩与钢管也能够发挥组合的效果。

此外，在钢管和钢板桩分开设置并在上部连结的情况下(试验3)，由于钢管的一部分进入到钢板桩壁的波状的凹部中，当作为钢板桩壁而变形时，虽然发挥一定程度的约束效果，但与直接相接的试验1及2相比，钢管对钢板桩的约束变小，可以认为看起来与试验1及2相比，呈现与钢板桩壁单体接近的特性的深度方向的范围有变大的倾向。假设使此时的土压作用范围如图7所示那样从最深部到钢管的间距L的2倍的高度(2L)的位置作用土压，并计算出铅直方向应变。在图8中表示计算出的应变的深度方向的分布(计算值)。在该图中还一起表示图4所示的试验1～3的结果。根据图8，当使从上述最深部起的土压作用范围为2L以上，则即使是铅直应变最大的试验3的情况，在距钢管最远的位置，在钢板桩的深部产生的铅直应变也比计算值小。

根据以上内容，在将钢管和钢板桩组合的组合钢制壁中，具有夹着壁体而在地基面的低侧(前面侧)配置钢管的构造，钢管进入到钢板桩壁的凹部，在铅直方向的某个位置将钢管和钢板桩接触或通过连结用部件连结、或者接触并通过连结用部件连结，在该构造中，如果满足2L≦H，则能够使在相邻的钢管的中间附近的钢板桩中产生的应变比仅有钢板桩的情况降低。

即，如果钢管的间距L满足以下的式子，则降低相邻的钢管的中间附近的钢板桩产生的应力，能够得到与钢管组合的效果。

即，能够在整个壁体延伸方向上发挥钢管的加固效果，所以即使将钢管的间距隔开并使用直径较大的钢管而做成获得壁体所需的刚性的构造，也能够发挥将钢板桩和钢管组合的效果。

[数学式4]

D≤L≤(1/2)×H···(1)

此外，如果钢管的间距L比钢管的直径大，则能够将钢管大致并列地配置于钢板桩壁。因而，L的下限值是将相邻的两个钢管各自的半径合计而得到的尺寸D。如果能够将钢管大致并列地配置于钢板桩壁，则能够使钢管和钢板桩的组合壁体的壁宽较小。即，如果钢管的间距L满足上述式(1)，则能够使组合壁体的壁宽较小。

接着，在设定为作为主要部件的钢管确保安全性、坚固性的情况下，对于钢板桩也从在整个壁体延伸方向上壁体确保安全性、坚固性的观点加以研究。对于钢板桩壁而言，在相邻的钢管的中间附近钢管的加固效果最小，在该部分发生较大的应力。如上述那样，在夹着壁体而在地基面的低侧(前面侧)配置钢管、且设钢管的间距为L、使D≦L≦(1/2)H的情况下，相邻的钢管的中间附近的钢板桩的应力成为如图7所示那样在假设对钢板桩单体从最深部到钢管的间距L的2倍的高度(2L)的位置作用土压的情况下计算出的应力以下。即，下式(2)成立。这里，假设如图7的(a)那样对壁体作用设最深部的载荷为p的三角形分布载荷，设此时的最大弯曲力矩为M_max，设以图7的(b)的模型计算出的对相邻的钢管的中间附近的钢板桩作用的最大弯曲力矩为M_smax，设最大应力为σ_smax。

[数学式5]

${\mathrm{\σ}}_{s\max }=\frac{M_{s\max }}{Z_s}\≤\frac{{(3H-4L)}^2{\left(2L\right)}^2}{H^3}\·\frac{M_{\max }}{Z_s}\·\·\·\left(2\right)$

M_smax：在相邻的钢管的中间附近的钢板桩中产生的最大弯曲力矩

Z_s：钢板桩的延伸方向每1m的截面系数(section modulus)

L：钢管的间距

p：三角形分布载荷的最大值

H：壁的高度

M_max：在壁体中产生的最大弯曲力矩(＝pH²/6)

如果(2)式的右边是钢板桩的屈服应力σ_y以下，则在夹着壁体而在地基面的低侧(前面侧)配置钢管并设钢管的间距为L的情况下，在相邻的钢管的中间附近的钢板桩中产生的最大应力为屈服应力σ_y以下。即，如果(3)式成立，则在整个壁体延伸方向上钢板桩不会屈服，能够在整个壁体延伸方向上确保安全性、坚固性。

[数学式6]

$\frac{(3H-4L){\left(2L\right)}^2}{H^3}\·\frac{M_{\max }}{Z_s}\≤{\mathrm{\σ}}_y\·\·\·\left(3\right)$

σ_y：钢板桩的屈服应力

根据以上内容，在将钢管和钢板桩组合的“组合钢制壁”中，具有夹着壁体而在地基面的低侧(前面侧)配置钢管的构造，钢管进入到钢板桩壁的凹部，在铅直方向的某个位置钢管和钢板桩接触或通过连结用部件连结、或者接触并通过连结用部件连结，在这样的构造中，对于钢管的间距L，如果(1)式及(3)式成立，则能够减少相邻的钢管的中间附近的钢板桩产生的应力，发挥与钢管组合的效果，并且，在整个壁体延伸方向上钢板桩不会屈服，能够确保作为壁体的安全性、坚固性。

进而，为了将钢管和钢板桩的“组合钢制壁”做成更合理的构造，对于能够有效利用钢管和钢板桩这双方的刚性、耐受力的实施方式(钢管的间距)加以研究。

如上述那样，在此次的室内模型试验中，对于在钢管的深部产生的应变，在试验1及试验2中成为比对钢管作用有全土压的情况稍小的值，相对于此，在试验3中，呈现比试验1、试验2更小的值。此外，对于钢管的上部的位移，试验3也相比于试验1、试验2变小。相对于此，对于钢板桩深部的应变而言，试验3呈现较大的值。即，钢板桩的载荷分担越增加，钢管的负荷越能够减轻。即，如果能够使钢管的间距较大、做成在不损失构造稳定性的范围内使钢板桩也分担适度大小的载荷的结构，则能够将钢管负担的载荷减轻，构成有效利用钢管和钢板桩这双方的刚性、耐受力来抵抗作用载荷的有效率的构造。

如上述那样，申请人弄清了在构成本发明的组合壁体的钢板桩中，有在相邻的钢管的中间位置的深部发生较大的应力的倾向，其值能够用(2)式表现。

根据(2)式，在相邻的钢管的中间位置的深部作用的弯曲力矩，成为对采用钢板桩单体的情况下作用的弯曲力矩乘以降低系数(3H－4L)(2L)²/H³而得到的值以下。

如果使钢管的间距较大、降低系数(3H－4L)(2L)²/H³的值变得过大，则钢板桩的载荷分担变大，出现在钢板桩中产生应力而导致屈服的可能性。鉴于此而限定钢管的间距的范围的是上述(3)式。

另一方面，如果通过使钢管的间距较小而降低系数的值变得过小，则在钢板桩中产生的应力变小，钢板桩的载荷分担变小。在此情况下，通过调整钢管的间距，能够使降低系数的值变大。因而，如果能够使钢管的间距大到一定程度以上，则能够构成将钢管负担的载荷减轻、有效利用钢管和钢板桩这双方的刚性、耐受力来抵抗作用载荷的有效率的构造。但是，根据施工方法上的制约、板桩宽度等形状条件、或壁高等构造条件等，也有难以将钢管的间距取得较大的情况。在此情况下，通过使钢板桩的型号较小、也就是使钢板桩的截面系数较小，能够削减钢材的重量而做成合理的构造。例如，在整个延伸方向上壁高变化的情况下，如果从施工的观点来看想要采用相同直径的钢管且在壁高较高的部位通过钢管确保较高的耐受力、刚性，则有需要使钢管的间距较小的情况，在此情况下，钢板桩负担的载荷变小。在这样的条件下，虽然不怎么能够期待通过钢板桩减轻钢管的分担载荷的效果，但只要能够选择与钢板桩能够分担的载荷的大小匹配的型号的钢板桩，就能够做成有效利用所使用的部件的性能的结构。

一般而言，在土木构造物中，考虑到作用载荷及材料强度的偏差而设定为使构成构造物的部件具有一定程度的安全带。例如，在道路桥梁规范(道路橋示方書)及其说明(平成24年3月，社团法人日本道路协会(社団法人日本道路協会))等许多设计指南中，在钢材的情况下，设定对屈服强度乘以1/1.7(≒0.6)的安全率而得到的容许应力度，成为考虑到作用载荷及材料强度的偏差的形式。

在本构造中，从考虑对作用载荷及材料强度的偏差而言的安全性的观点来看，可以认为在具有一定程度的裕度的范围内，使钢板桩产生载荷是适当的，可以认为，使钢板桩产生考虑到上述安全率的值的1/2左右以上的应力、即在钢板桩中产生的应力的范围为屈服应力的0.3～0.6倍左右是妥当的。

另一方面，在目前通常使用的钢板桩中有多个种类的型号，能够根据所需要的刚性、耐受力而区分使用。如果(3)式的左边的钢板桩的应力低于屈服应力的0.3倍，则能够使用更小的型号的钢板桩的可能性变高，可以认为有构造合理化的余地。根据以上内容，从使钢板桩产生适度的应力的观点来看，设定了下述(4)式。

[数学式7]

$0.3{\mathrm{\σ}}_y\≤\frac{(3H-4L){\left(2L\right)}^2}{H^3}\·\frac{M_{\max }}{Z_s}\·\·\·\left(4\right)$

通过进行设定以使(4)式成立，能够将钢管的间距隔开而使钢板桩分担载荷并将钢管的分担载荷降低，或者在钢板桩分担的载荷较小的情况下能够选择适当的钢板桩的型号，能够有效利用钢材具有的性能而做成合理的构造。

根据以上内容，在将钢管和钢板桩组合的“组合钢制壁”中，具有夹着壁体而在地基面的低侧(前面侧)配置钢管的构造，钢管进入到钢板桩壁的凹部，在铅直方向的某个位置钢管与钢板桩接触或被连结、或者接触且通过连结用部件连结，在该构造中，如果对于钢管的间距L满足(4)式，则能够有效利用钢管和钢板桩具有的各自的刚性、耐受力，能够做成更合理的构造。

以下，对于基于上述新的认识而做出的本发明，参照附图详细地说明。

图9A～图9C分别表示本发明的第1实施方式的组合钢制壁3的例子。

如图9A～图9C所示，本实施方式的组合钢制壁3将由帽形钢板桩1构成的壁体4与沿着帽形钢板桩1的长度方向配置的钢管2组合而构成。

钢制壁3例如通过在向水平地基埋入后将钢制壁3的单面侧的地基挖掘，从而直立设置在水平位置较高侧的地基面与水平位置较低侧的地基面之间。

帽形钢板桩具备腹板1a、从腹板1a的两侧缘分别相互展开地倾斜延伸的一对翼缘1b、从左右的翼缘1b的前端与腹板1a平行地左右延伸的一对臂1c、和设在臂1c的前端的接头1d。

并且，壁体4将相邻的帽形钢板桩1彼此通过相互的接头1d(连结用部件)连结而构成。

即，壁体4构成为，在其延伸方向(水平方向)上隔开间隔而形成多个凹部。这里所述的凹部是指，(A)由帽形钢板桩1的腹板1a和一对翼缘1b形成的空间，或者(B)由相邻的帽形钢板桩1、1的臂1c、1c和翼缘1b、1b形成的空间。

钢管2以一部分收容在该壁体4的凹部中的状态下，沿着帽形钢板桩1的长度方向，夹着壁体4而直立设置于水平位置较低侧的地基。

这里，钢管2沿着铅直方向不夹着连结用部件等而直接接触于帽形钢板桩1的翼缘1b。在这样做成钢管2与帽形钢板桩1直接接触的结构的情况下，能够将作用于帽形钢板桩1的土压、水压等载荷通过钢材彼此的接触而作为水平力进行传递。此外，由于不再需要在钢管的外周面上配置连结用部件，所以不再有钢管的外周面的突起物，能够使钢管旋转进入。

关于钢管2的配置，例如可以是如图9A所示那样对3个帽形钢板桩1配置1根钢管2的结构、即对于壁体4的凹部每隔一个配置钢管的结构，也可以是如图9B所示那样对2个帽形钢板桩1配置1根钢管2的结构、即对于壁体4的凹部每隔一个配置钢管的结构。

此外，钢管2也可以如图9C所示那样以与帽形钢板桩1的接头1d面对的方式配置钢管。

根据钢制壁3所需的刚性，根据需要而设定钢管2的直径、板厚、间距等，如果设相邻的钢管2的各自的半径的合计尺寸为D，设钢管2的间距为L，设钢制壁3的高度为H，则只要设定钢管的间距以使得D≦L≦(1/2)H就可以。

此外，优选的是在长度方向上在上部连结。如果在上部，则在将钢板桩和钢管分别埋入后容易进行连结作业，而且在钢管和钢板桩相互相接的构造中，即使假设在埋入中分离，也至少能够在上部传递水平力。进而，如果将上部通过焊接接合或用混凝土结合，则还能够抑制铅直方向的剪切错位，还能够使壁体的刚性及耐受力提高。

例如，在设钢制壁3的壁高H为5000mm、由土压带来的载荷在三角形分布中最深部的载荷P为27kN·m²、钢板桩的屈服应力σ_y为295N/mm²的情况下，如果设钢管的间距为1800mm，则满足(1)式，并且(3)式的左边＝101N/mm²，也满足(3)式。因此，能够降低相邻的钢管的中间附近的钢板桩产生的应力，发挥与钢管组合的效果，并且，在整个壁体延伸方向上钢板桩不会屈服，能够确保作为壁体的安全性、坚固性。此外，由于也满足(4)式，所以能够有效利用钢管和钢板桩这双方的刚性、耐受力，能够做成更合理的构造。

在将钢管的间距隔开而埋入钢管的情况下，如果从多个已埋入钢管受到反作用力并要通过油压压入或旋转压入对钢管进行施工，则反作用力用的保持装置变大，而且受到反作用力的钢管与埋入的钢管的距离变长，所以施工变得不稳定，但在此情况下，通过将已埋入的钢板桩保持并从那里取得反作用力，即使将钢管的间距隔开也能够进行稳定的埋入。

图10A、图10B是本发明的第2实施方式的组合钢制壁的例子。

如图10A、图10B所示，该实施方式的钢制壁3设置为，以使钢板桩1和钢管2在长度方向上分离的状态使钢管2的一部分进入到壁体4的凹部，通过在上部、更详细地讲在顶上部将钢板J作为连结用部件焊接，从而将钢板桩1与钢管2连结。通过设置为使得钢管2的一部分进入壁体4的凹部，对于壁体4能够得到钢管2的加固效果，并且能够做成比钢板桩的厚度(腹板1a与臂1c的间隔距离)与钢管直径的合计小的壁厚，能够减少施工空间，将壁体4的壁厚缩小而构建组合钢制壁3。

在此情况下，也通过设定为满足(1)式及(3)式，从而能够降低相邻的钢管的中间附近的钢板桩产生的应力，发挥与钢管组合的效果，并且，在整个壁体延伸方向上钢板桩不会屈服，能够确保作为壁体的安全性、坚固性。此外，如果也满足(4)式，则能够有效利用钢管和钢板桩这双方的刚性、耐受力，能够做成更合理的构造。

在此情况下，由于钢板桩和钢管分离设置，所以能够抑制施工上的噪声及振动，在施工中钢板桩和钢管也不会接触而变形，而且由于钢板桩不与钢管接触，所以还能够采用振动锤施工法(vibrating hammer method)等振动施工法。此外，由于钢板桩和钢管不设置嵌合用的夹具及接头等，而是直接分离设置，所以还能够采用使钢管旋转而埋入的旋转压入施工法等。

此外，只要做成在长度方向上至少在一部分钢管及钢板桩相互相接或使用连结用部件连结而能够传递水平力的构造就可以。作为连结用部件，可以使用跨钢板桩和钢管这双方而设置的混凝土、通过焊接接合、螺栓或螺钉而安装于钢板桩和钢管这双方的钢板或钢筋、或者任一种组合。此外，如果通过焊接接合或混凝土结合而抑制钢板桩和钢管的铅直方向的剪切错位，则还能够使壁体的刚性及耐受力提高，能够减少壁体的位移而提高安全性，选择更经济的钢管和钢板桩的组合。另外，由于铅直方向的剪切错位在上部最大，所以优选的是在上部连结以便能够抑制错位而传递剪切力。另外，在将钢管及钢板桩连结的情况下，优选的是在截面内以2点以上或面状连结。具体而言，如图10A所示，对于一根钢管在截面内设置两处以上连结用部件，或者只要如图11A、图11B所示的变形例那样将钢管和钢板桩用在上部相连而设置的混凝土C结合就可以。

也可以如图10B所示那样分别设定钢板桩1和钢管2的下端位置。在用钢管2确保为了壁体稳定而需要的埋设长度的基础上，将钢板桩1以实现防止极热(boiling)、冻胀(heaving)或圆弧滑移的量来埋设等，确保分别需要的埋设长度即可。此外，关于上部的位置，也可以将钢管的上部位置从钢板桩的上部位置稍稍降低。由此，在保持钢板桩而将钢管油压压入或旋转压入的情况下，还能够设定为使得保持位置不到达已经埋入的钢管。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，示出了对3个帽形钢板桩1配置1根钢管2的每隔两个配置的构造、和对2个帽形钢板桩1配置1根钢管2的每隔一个配置的构造，但也可以做成对4个以上的帽形钢板桩1配置1根钢管2的每隔3个以上配置的构造。

此外，在上述实施方式中，对于将相同宽度的帽形钢板桩1与相同直径的钢管2组合并将钢管2的间距L设定为固定的情况进行了说明，但关于帽形钢板桩1的宽度、钢管2的直径能够任意地设定，关于邻接的钢管2的间距L也能够任意地设定。例如，在将相互相邻的钢管2的间隔任意地设定的情况下，只要将相互相邻的钢管的中心间距离为最大的第1钢管及第2钢管间的中心间距离(最大间隔)设为L就可以。此外，在使用不同直径的钢管2的情况下，只要将合计了相邻的第1钢管及第2钢管各自的半径而得到的尺寸设为D就可以。此外，并不限于帽形钢板桩，也可以设为使用U形钢板桩或Z形钢板桩的组合。

此外，是否将钢板桩1和钢管2在上部通过连结用部件连结或是通过混凝土C结合可以任意地设定。

此外，是否满足(2)式、(3)式可以任意地设定。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种能够确保作为壁体的安全性、坚固性、进而具有能够有效利用钢管和钢板桩这双方的刚性、耐受力的合理构造的组合钢制壁。

附图标记说明

1：帽形钢板桩(钢板桩)

2：钢管

3：钢制壁

4：壁体

M_smax：在相邻的钢管的中间附近的钢板桩中产生的最大弯曲力矩

Z_s：钢板桩的延伸方向每1m的截面系数

L：钢管的间距

p：三角形分布载荷的最大值

H：壁的高度

M_max：在壁体中产生的最大弯曲力矩(＝pH²/6)

Claims (6)

1.一种组合钢制壁，其特征在于，

将多个钢板桩通过接头连结而构成壁体，该壁体在延伸方向上隔开间隔而具备多个凹部；

夹着上述壁体而在低侧的地基面上，以一部分收容在上述凹部中的状态而在上述地基面上沿着上述钢板桩的长度方向直立设置有多个钢管；

在上述钢板桩的长度方向的至少一部分，上述壁体和上述钢管被连接；

相互相邻的各个上述钢管的中心间距离为最大的第1钢管及第2钢管之间的中心间距离即最大间隔L、上述壁体的高度H、以及将上述第1钢管及上述第2钢管的各自的半径合计而得到的尺寸D满足以下的数学式(1)，其中L、H、D的单位为mm，

[数学式1]

D≤L≤(1/2)×H …(1)

上述最大间隔L被设定为，使得上述最大间隔L、上述壁体的高度H、上述钢板桩的屈服应力σ_y、上述钢板桩的截面系数Z_S、以及作用于上述壁体的最大弯曲力矩M_max满足以下的数学式(2)和数学式(3)，其中，L、H的单位为mm，σ_y的单位为N/mm²，Z_S的单位为mm³，M_max的单位为N·mm，

[数学式2]

$\frac{(3H-4L)\×{\left(2L\right)}^2}{H^3}\×\frac{M_{\max }}{Z_s}\≤{\mathrm{\σ}}_y...\left(2\right)$

[数学式3]

$0.3\×{\mathrm{\σ}}_y\≤\frac{(3H-4L)\×{\left(2L\right)}^2}{H^3}\×\frac{M_{\max }}{Z_s}...\left(3\right)$ 。

2.如权利要求1所述的组合钢制壁，其特征在于，

上述壁体和上述钢管通过相互接触而连接。

3.如权利要求1所述的组合钢制壁，其特征在于，

上述壁体和上述钢管通过用连结用部件连结而连接。

4.如权利要求3所述的组合钢制壁，其特征在于，

上述连结用部件将上述钢板桩及上述钢管的至少上部连结。

5.如权利要求1～4中任一项所述的组合钢制壁，其特征在于，

在从上述长度方向观察的情况下，各个上述凹部等间隔地形成于上述壁体，

对于各个上述凹部，每隔一个而配置有上述钢管。

6.如权利要求1～4中任一项所述的组合钢制壁，其特征在于，

在从上述长度方向观察的情况下，各个上述凹部等间隔地形成于上述壁体，

对于各个上述凹部，每隔两个以上而配置有上述钢管。